JP2018054170A - 金属溶解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼バーナーによって金属材料を溶解する金属溶解炉から排出された溶湯から、スラグを分離するスラグ分離工程において、溶湯の凝固を抑制できる金属溶解装置を得ること。
【解決手段】金属溶解装置Ｅは、燃焼バーナー１２で金属材料を溶解させて溶湯化する金属溶解炉１０と、金属溶解炉１０から排出された溶湯Ｍに含まれるスラグＳを分離するスラグ分離槽３０とを備えている。スラグ分離槽３０は、溶湯Ｍが流通する溶湯流路３２を有し、せき止め部４１によって流れがせき止められたスラグＳは、スラグ分離流路３３に流れて分離される。スラグＳが分離された溶湯Ｍａは、溶湯流路３２の出湯口３５から流出する。溶湯流路の流路途中には、溶湯を貯留する貯留部３７が設けられ、貯留部３７内の溶湯は誘導コイル６３によって誘導加熱される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属溶解装置に関する。

自動車部品をはじめとする各種の部品に、鋳物が用いられている。鋳物を製造する上では、素材となる鋳鉄等の金属材料を金属溶解炉にて溶解させて溶湯を製造する。金属溶解炉としては、金属材料とコークスとを混合して投入し、熱風を用いてコークスを燃焼させることにより、金属材料を溶解させる溶解炉（コークスキュポラ）が一般的である。もっとも、コークスキュポラは、二酸化炭素の排出量が多いという欠点が指摘され、近年では、燃焼バーナーによって金属材料を溶解させる溶解炉（コークスレスキュポラ）が用いられるようになっている（例えば特許文献１参照）。

特開２０００−２７４９５８号公報

ところで、溶解炉から排出される溶湯には金属酸化物等のスラグが含まれている。そのため、炉外に排出された溶湯からスラグを分離する必要がある。このため、金属溶解炉によって金属材料を溶解する溶解工程の後、溶湯からスラグを分離するスラグ分離工程が行われる。溶解工程においてコークスキュポラを用いた場合、コークスの燃焼によって金属材料が溶解した後も、コークスの燃焼熱によって溶湯が熱せられる状態が継続するため、炉外に排出される溶湯は比較的高温状態となる。そのため、スラグ分離工程において、溶湯の凝固化は問題となりにくい。

これに対し、溶解工程においてコークスレスキュポラを用いた場合、燃焼バーナーの火炎で金属材料を溶解させるだけであるため、炉外に排出される溶湯の温度は融点に近い温度となる。この場合、炉外に排出された溶湯は、凝固しやすいという性質を有しており、スラグ分離工程において溶湯が凝固するおそれがある。

そこで、本発明は、燃焼バーナーによって金属材料を溶解する金属溶解炉から排出された溶湯から、スラグを分離するスラグ分離工程において、溶湯の凝固を抑制できる金属溶解装置を得ることを主たる目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明では、燃焼バーナーを用いて金属材料を溶解させて溶湯化する金属溶解炉と、前記金属溶解炉から排出された溶湯に含まれるスラグを分離するスラグ分離槽と、を備えた金属溶解装置であって、前記スラグ分離槽は、前記溶湯が流通する溶湯流路と、前記溶湯流路の流路断面の上部を塞ぐように設けられ、前記溶湯流路を流通する前記溶湯のうち上層部に浮上したスラグの流れをせき止めるせき止め部と、前記せき止め部よりも上流側で前記溶湯流路から分岐し、前記せき止め部によってせき止められた前記スラグが溶湯流路から分離して流れるスラグ分離流路と、前記溶湯流路において、前記せき止め部の下端と前記溶湯流路の流路底面との間に設けられ、前記スラグが分離された状態の溶湯が通過する通過部と、前記溶湯流路の前記流路底面に開口し、前記溶湯流路の溶湯を貯留する貯留部と、を有しており、前記貯留部内の前記溶湯を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、前記貯留部は、前記せき止め部よりも上流側に設けられていることを特徴とする。

第３の発明では、第２の発明において、前記貯留部は、前記溶湯流路に向けて開口する開口部が、前記せき止め部よりも上流側の流路底面のうち、前記通過部の入口寄りの位置に配置されるように設けられていることを特徴とする。

第４の発明では、第３の発明において、前記貯留部の前記開口部は、前記金属溶解炉から前記溶湯が排出される溶解炉出湯口の下方に配置されていることを特徴とする。

第５の発明では、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記加熱手段は、前記貯留部内の前記溶湯に誘導電流を流して加熱する誘導加熱手段であって、前記スラグ分離槽を支持する槽支持体に設けられており、前記スラグ分離槽は、前記槽支持体及び前記誘導加熱手段に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする。

第６の発明では、第５の発明において、前記貯留部は、有底筒状をなすように形成され、前記槽支持体は、前記貯留部を収容する収容空間部を有し、前記誘導加熱手段は、前記収容空間部を形成する内面に設けられていることを特徴とする。

第７の発明では、第５又は第６の発明において、前記槽支持体は、前記スラグ分離槽をその出湯口が下となる傾斜状態にすることを可能とする傾動機構を有していることを特徴とする。

第１の発明によれば、スラグ分離槽において、溶湯流路に流入した溶湯のうち上層部に浮上したスラグは、せき止め部によってその下流側への流れがせき止められ、スラグ分離流路に分離して流れて排出される。他方、スラグの浮上によってスラグが分離された溶湯は、せき止め部の下方の通過部を通過してせき止め部よりも下流側に至り、その後、槽外へ流出する。これにより、スラグ分離槽を用いることで溶湯流路に流入した溶湯からスラグを分離することができる。また、溶湯流路に流入した溶湯は貯留部にも流入し、加熱手段によって貯留部内で加熱される。この加熱により、溶湯流路に流入した溶湯が融点に近い温度であって凝固しやすいという性質を有していても、溶湯がスラグを分離しつつ流れる途中で凝固することを抑制できる。

第２の発明によれば、通過部を通過する前の溶湯が貯留部において加熱されるため、スラグが分離された溶湯は、加熱された状態で通過部を通過する。このため、通過部を通過する溶湯の温度低下を抑制し、温度低下した溶湯が凝固して通過部を塞いでしまうことを抑制できる。

第３の発明によれば、貯留部の開口部が通過部の入口寄りの位置に配置されているため、通過部の入口へ流入する溶湯は、貯留部において加熱されることによって温度がより高められた状態のものとなる。そのため、溶湯が通過部を塞いでしまうことをより一層抑制できる。

第４の発明によれば、貯留部はその開口部が溶解炉出湯口の下方に配置されているため、特に、金属溶解装置の稼働開始時において、溶解炉出湯口から排出された溶湯が、貯留部に流入しやすくなる。そのため、溶解炉出湯口から排出された溶湯が溶湯流路を流通した後で貯留部に流入する場合よりも早い段階で、溶湯を加熱することができ、溶湯の温度低下を抑制できる。また、貯留部の深さを確保すれば、開口部が溶解炉出湯口の下方に配置されていることにより、溶解炉出湯口から排出された溶湯が溶湯流路の流路底面にあたることなく貯留部に流入する可能性が高まり、稼働当初における溶湯の飛散を抑制することもできる。

第５の発明によれば、使用していたスラグ分離槽の交換が必要となった場合には、スラグ分離槽を槽支持体や誘導加熱手段から取り外し、スラグ分離槽のみを交換することが可能となる。溶湯に誘導電流を流して加熱する誘導加熱手段によって溶湯を加熱する構成では、誘導加熱手段には冷却水を循環させたり、電源を供給したりするためのケーブルが設けられるため、スラグ分離槽が槽支持体や誘導加熱手段と一体化されてそれらも併せて交換することが必要となると、交換コストが増加し、交換作業も困難となる。この点、スラグ分離槽のみを交換できると、交換コストの増加を抑制することができ、交換作業も容易である。

第６の発明によれば、槽支持体が有する収容空間部を形成する内面に誘導加熱手段が設けられているため、貯留部と誘導加熱手段との間の空間部分を小さくして、貯留部に貯留された溶湯に流す誘導電流の発生効率を高めることができる。

第７の発明によれば、スラグ分離槽の交換時などにおいて、傾動機構によりスラグ分離槽を傾斜させることにより、スラグ分離槽の溶湯流路に残存する溶湯を出湯口から排出させることができる。

金属溶解装置の概要を示す概要図。 スラグ分離槽を示す正面図。 スラグ分離槽を示す平面図。 図３におけるＡ−Ａ断面図。 スラグ分離槽における溶湯の流れを示す説明図。

以下、本発明を具体化した一実施形態である金属溶解装置について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態における金属溶解装置では、鉄（鋳鉄、鋳鋼等）、ステンレス、合金等の金属材料を溶解炉にて溶解する。そして、金属材料を溶かしたばかりの溶湯には、金属酸化物等のスラグをはじめとする不純物が含まれている。そのため、金属溶解装置ではこの不純物が溶湯から除去される。その後、不純物を除去した溶湯に各種添加物を添加する等して、鋳物製造に最適な溶湯が製造される。

図１に示すように、金属溶解装置Ｅは、金属溶解炉１０、前炉２０、スラグ分離槽３０及び槽支持体５０を有している。なお、図１では、槽支持体５０の一部が断面として図示されている。

金属溶解炉１０は、炉内に投入された金属材料を、燃焼バーナー１２を用いて溶解させるコークスレスキュポラである。金属溶解炉１０は、炉体１１を有している。炉体１１は全体として略筒状をなし、直立した状態で設置されている。炉体１１には、その頂部に材料投入口（図示略）が設けられており、稼働時には、材料投入口から金属材料が炉内に逐次投入される。炉体１１に投入されるのは金属材料だけでなく、フェロシリコンやフェロマンガン等の合金添加物が金属材料と混合して投入される場合もある。

炉体１１には、その下端部に燃焼部１１ａが設けられている。燃焼部１１ａには、燃焼バーナー１２が設けられている。燃焼バーナー１２は、天然ガスや重油等を燃料とし、酸素を支燃性ガスとして火炎を噴射するものである。燃焼バーナー１２は、一つの炉体１１に対して複数設けられ、各々、炉内の噴射口（図示略）から炉心に向かって火炎を噴射するように設けられている。また、各燃焼バーナー１２は、周方向に沿って配置されたり、複数段にわたって配置されたりして、金属材料の溶解効率を考慮して配置されている。各燃焼バーナー１２から噴射された火炎により、炉内の金属材料が溶解し溶湯Ｍとなる。

炉体１１の燃焼部１１ａには、溶解炉出湯口１３が設けられている。溶解炉出湯口１３は、下方に向けて開口している。金属溶解装置Ｅの稼働時には、溶解炉出湯口１３からその下方に向け、連続して溶湯Ｍが炉外に排出される。ここで、金属溶解炉１０は、前述したようにコークスレスキュポラである。コークスレスキュポラには、金属材料を溶解した後の溶湯Ｍを炉内に貯留させるウェットボトム方式のものと、貯留させることなく排出するドライボトム方式のものとが存在する。本実施形態における金属溶解炉１０は、そのうち後者の方式のものである。そのため、金属材料が溶解されて溶湯Ｍとなると、溶湯Ｍを炉内に貯留させることなく、溶解炉出湯口１３からそのまま排出される。したがって、溶解炉出湯口１３から排出される溶湯Ｍの温度は、金属材料の融点に近い温度となっている。

次に、前炉２０は、金属溶解炉１０から排出された溶湯ＭからスラグＳを分離した後の溶湯Ｍａをいったん貯留する装置である。前炉２０に貯留された溶湯Ｍａに対し、加炭材を添加して炭素含有量を調整したり、溶湯Ｍａを昇温させたりする。前炉２０で成分や温度が調整された溶湯Ｍａは、前炉２０を移動させた後、次の工程で用いられる。

前炉２０には、溶湯貯留用の坩堝２１が設けられている。坩堝２１は、底のある円筒形状を有する容器である。坩堝２１の上部には、開口部２２が設けられている。開口部２２から溶湯Ｍａが入湯し、所定量の溶湯Ｍａが坩堝２１内で貯留される。なお、開口部２２には炉蓋（図示略）が設けられており、溶湯Ｍａの温度低下が抑制されている。坩堝２１は、誘導コイル２３を備えている。誘導コイル２３は、坩堝２１の円筒状部分の周囲を囲うように設けられている。誘導コイル２３に交流電流を流すことにより、坩堝２１内に磁場が発生し、坩堝２１に貯留された溶湯Ｍａには電磁誘導によって誘導電流が流れる。この時、溶湯Ｍａそれ自体の電気抵抗によって当該溶湯Ｍａが発熱することを利用し、この熱によって溶湯Ｍａを昇温したり、所定温度に維持したりする。

続いて、スラグ分離槽３０は、金属溶解炉１０から排出された溶湯ＭからスラグＳを分離し、上記前炉２０の坩堝２１に供給する溶湯Ｍａとする装置である。スラグ分離槽３０は、金属溶解炉１０と前炉２０との間において、それらとは別に設けられている。スラグ分離槽３０には、溶湯流路３２とスラグ分離流路３３とが設けられている。

溶湯流路３２は、その上流側に入湯口３４が設けられ、下流側には出湯口３５が設けられている。入湯口３４は、金属溶解炉１０が有する溶解炉出湯口１３の下方に設けられている。そのため、溶解炉出湯口１３から排出された溶湯Ｍは、入湯口３４から溶湯流路３２に流入し、溶湯流路３２を出湯口３５に向けて流通する。

スラグ分離流路３３は、溶湯流路３２から分岐して設けられている。溶湯流路３２に流入した溶湯Ｍは、溶湯流路３２を流通する段階で、当該溶湯Ｍに含まれるスラグＳが比重の違いによって上層部に浮上する。その浮上したスラグＳがスラグ分離流路３３にオーバーフローし、溶湯流路３２の出湯口３５に至る主流から分離される。スラグＳが分離された後の溶湯Ｍａは出湯口３５に至り、出湯口３５から排出される。溶湯Ｍａが流れ落ちる箇所には、前炉２０における坩堝２１の開口部２２が設けられている。そのため、スラグＳが分離された溶湯Ｍａは坩堝２１の内部に投入される。

次に、槽支持体５０は、スラグ分離槽３０を支持する構造体である。槽支持体５０は、槽取付フレーム５１、支柱５２及びアーム部５３を有して構成されている。槽取付フレーム５１には、スラグ分離槽３０が取り付けられている。槽取付フレーム５１は、スラグ分離槽３０を水平状態で保持している。槽取付フレーム５１は支柱５２に連結されている。支柱５２は複数本設けられ、それぞれの下端部が前炉２０の本体外面に固定されている。なお、図１に図示された支柱５２は１本のみとなっている。各支柱５２の上端部には、アーム部５３が設けられている。アーム部５３の先端部には、水平方向に延びる回動軸５４が架け渡されている。槽取付フレーム５１は、この回動軸５４を中心として、回動可能な状態で支柱５２に対して連結されている。

槽取付フレーム５１には、チェーンやワイヤ等の索部材（図示略）が連結されている。このため、索部材を引っ張り上げることにより、図１に仮想線で示すように、槽取付フレーム５１は、回動軸５４を中心とした回動によって持ち上げられる。槽取付フレーム５１が持ち上げられると、槽取付フレーム５１に取り付けられたスラグ分離槽３０も、槽取付フレーム５１と共に持ち上げられる。これにより、スラグ分離槽３０は、出湯口３５が下向きの傾斜状態となる。したがって、槽支持体５０は、槽取付フレーム５１、支柱５２、アーム部５３及び回動軸５４を含んで、スラグ分離槽３０を傾斜させる傾動機構Ｋが設けられている。

使用に耐えられなくなったスラグ分離槽３０を新しいものに交換する場合等、溶湯流路３２に存在してスラグＳが分離された状態の溶湯Ｍａを、前炉２０の坩堝２１へ排出することが必要となる場合がある。そのような場合に、この傾動機構Ｋを用いることができる。槽取付フレーム５１の持ち上げは、シリンダ等の駆動装置を用いてもよい。なお、スラグ分離槽３０を持ち上げて傾斜させる場合は、スラグ分離槽３０を、その上方に金属溶解炉１０が存在する位置から、上方に金属溶解炉１０が存在しない位置まで、前炉２０とともに移動させる。この移動により、スラグ分離槽３０は、金属溶解炉１０と干渉しないで持ち上げ可能な状態となる。

次に、本実施形態の金属溶解装置Ｅは、前述したスラグ分離槽３０の構成に特徴を有している。そこで、図２乃至図４を用いて、スラグ分離槽３０の構成についてより詳しく説明する。

図２に示すように、スラグ分離槽３０は、流路部３６と貯留部３７とを有している。流路部３６は、金属溶解炉１０から排出された溶湯ＭからスラグＳを分離する機能を有する部分である。一方、貯留部３７は、スラグ分離槽３０に流入した溶湯Ｍを貯留する機能を有する部分である。

流路部３６は、図３に示すように、上面全域が上方に向けて開放された流路ブロック３８を有している。流路ブロック３８は、アルミナ、シリカ等の耐火材により形成され、上面側を除く外殻部分が鉄皮部３９によって被覆されている。流路ブロック３８には、溶湯流路３２、スラグ分離流路３３、入湯口３４及び出湯口３５がそれぞれ形成されている。

図２及び図３に示すように、溶湯流路３２は上方に向けて開口する溝によって形成され、所定方向に沿って直線状に延びている。その直線状をなす溶湯流路３２の一方側が上流側となり、そこに入湯口３４が設けられている。溶湯流路３２の他方の側は下流側となり、出湯口３５が設けられている。溶湯流路３２の流路途中には、せき止め部４１が設けられている。溶湯流路３２は、せき止め部４１よりも上流側において、流路幅が下流側よりも幅広となった幅広部３２ａが形成されている。

せき止め部４１はブロック状をなす部材であり、アルミナ、シリカ等の耐火材により形成されている。せき止め部４１は、図４に示すように、溶湯流路３２の流路底面３２ｂ寄りの部分から、流路開口部３２ｃに至るまでの流路断面を塞ぐように設けられている。ただ、せき止め部４１の下端は流路底面３２ｂから離間した状態で設けられている。そのため、せき止め部４１の下方には、せき止め部４１よりも上流側と下流側とをつなぐ通過流路４２が形成されている。通過流路４２は、通過部に相当する。

せき止め部４１が設けられていることにより、入湯口３４から流入した溶湯Ｍは、せき止め部４１よりも上流側の幅広部３２ａにてその流れがせき止められ、いったん幅広部３２ａに滞留する（図５参照）。その滞留中に、溶湯Ｍに含まれるスラグＳが上層部に浮上し、当該上層部を除く中層部から下層部にかけて、スラグＳが分離された状態の溶湯Ｍａが存在する。この溶湯Ｍａが、せき止め部４１の下方に設けられた通過流路４２を通過し、せき止め部４１よりも下流側へ流れ出して出湯口３５に至る。

図４に示すように、通過流路４２の下流側では、流路深さが連続して浅くなるように、流路底面３２ｂが傾斜している。その後、流路深さは一定となり、水平な流路底面３２ｂとなり、出湯口３５に至る。通過流路４２の下流側では、図２に示すように、溶湯流路３２の流路開口部３２ｃ（図４参照）を覆う分離槽蓋４３が設けられている。分離槽蓋４３が設けられることにより、スラグＳが分離されて溶湯流路３２を流通する溶湯Ｍａの温度低下が抑制される。

スラグ分離流路３３は、図２及び図３に示すように、せき止め部４１よりも上流側において、溶湯流路３２から分岐するように設けられている。スラグ分離流路３３は、溶湯流路３２の延びる方向に対して直交する方向に分岐している。図２に示すように、スラグ分離流路３３の流路底面３３ａは、溶湯流路３２の側からスラグ分離流路３３の出口であるスラグ排出口３３ｂに至るまで、下方に向けて傾斜している。スラグ分離流路３３への分岐口３３ｃにおける流路底面３３ａは、溶湯流路３２の流路開口部３２ｃ（図４参照）寄りの位置であって、かつ流路ブロック３８の上面よりも低い位置に設けられている。

前述したように、金属溶解炉１０から排出される溶湯Ｍは、せき止め部４１よりも上流側の幅広部３２ａにおいていったん滞留する（図５参照）。そして、図２に示すように、滞留時における溶湯Ｍの湯面Ｌが分岐口３３ｃの流路底面３３ａよりも上の位置となるように、通過流路４２の流路面積や幅広部３２ａの流路深さ等が設定されている（図４参照）。さらに、分岐口３３ｃの流路底面３３ａは、上層部に浮上したスラグＳと、スラグＳが分離された状態の溶湯Ｍａとの界面付近に設けられている（図５参照）。そのため、幅広部３２ａにいったん滞留した溶湯Ｍにおいて、上層部に浮上したスラグＳは、分岐口３３ｃからスラグ分離流路３３にオーバーフローし、スラグ分離流路３３を流れてスラグ排出口３３ｂから槽外に排出される。

次に、貯留部３７は、図２及び図４に示すように、貯留槽部４４を有している。貯留槽部４４は、溶湯流路３２において、幅広部３２ａの流路底面３２ｂで開口し、流路部３６の下方へ延びるように有底筒状に形成されている。貯留槽部４４の開口部４５は、溶解炉出湯口１３（図１参照）の下方に設けられている。また、開口部４５は、幅広部３２ａの流路底面３２ｂの中でも、最深部であって通過流路４２の入口４２ａの側に寄った位置に配置されている。入湯口３４から溶湯流路３２に流入した溶湯Ｍは、貯留槽部４４内にも流入する。貯留槽部４４は、アルミナ、シリカ等の耐火材により形成され、流路部３６の流路ブロック３８と一体に形成されている。また、貯留槽部４４も、外殻部分が鉄皮部３９によって被覆されている。

次に、上記の構成を有するスラグ分離槽３０を槽取付フレーム５１によって支持する支持構造について、さらに詳しく説明する。スラグ分離槽３０は、槽取付フレーム５１に対して着脱可能な状態で設置されている。

流路部３６は、図２及び図４に示すように、貯留部３７が下方に突出する部分の周囲に、水平な平面状をなす載置底部４６を有している。載置底部４６には、外方に向けて水平に延びる連結片４７が設けられている。連結片４７には、複数のボルト孔４７ａが設けられている。また、流路部３６の外面には、下方に向けて延びる位置決めピン４８が設けられている。なお、本実施形態では、位置決めピン４８は２本設けられているが、その設置箇所や数は任意である。

一方、槽取付フレーム５１は、図２に示すように、水平枠部５５と筒状枠部５６とが設けられている。水平枠部５５は、回動軸５４から延びる傾斜アーム部５７の先端部に設けられた枠体であり、枠内に挿通孔５８を有している。水平枠部５５の上面は、水平な槽載置面５５ａとなっている。水平枠部５５には、位置決めピン４８が差し込まれる位置決め孔５９が設けられている。また、筒状枠部５６は貫通孔６１を有する筒状部材であり、貫通孔６１の延びる方向が水平枠部５５と略直交するように、当該水平枠部５５に設けられている。貫通孔６１は水平枠部５５の挿通孔５８と連通し、この両孔によって貯留部挿通孔６２が形成されている。貯留部３７はこの貯留部挿通孔６２に収容されるため、貯留部挿通孔６２が貯留部３７の収容空間部に相当する。

このような構成を有する槽取付フレーム５１において、水平枠部５５の槽載置面５５ａに、流路部３６の載置底部４６が載置されるようにして、スラグ分離槽３０が取り付けられている。これにより、流路部３６は水平な状態で水平枠部５５に支持される。この状態では、槽本体３１に設けられた位置決めピン４８が位置決め孔５９に差し込まれている。そのため、スラグ分離槽３０は、槽取付フレーム５１に対し、位置決めされた状態で取り付けられている。また、スラグ分離槽３０は、貯留部３７が貯留部挿通孔６２に挿通された状態で、槽取付フレーム５１に取り付けられている。このような取付状態において、流路部３６の連結片４７に設けられた各ボルト孔４７ａに挿入されたボルトＢを締め付けることにより、スラグ分離槽３０が槽取付フレーム５１に固定されている。

なお、各ボルト孔４７ａに設けられたボルトＢは、それぞれ緩めて取り外すことが可能となっている。このため、各ボルトＢを取り外せば、スラグ分離槽３０を槽取付フレーム５１から取り外すことが可能となる。スラグ分離槽３０は、ある程度使用を継続すれば、スラグＳ等により溶湯流路３２が汚染されたり、凝固した溶湯Ｍが付着したりすることが原因で、新規なものに交換することが必要となる。スラグ分離槽３０が槽取付フレーム５１に対して着脱可能となっているため、スラグ分離槽３０を交換する場合は、既存のものを槽取付フレーム５１から取り外し、新しいスラグ分離槽３０を新たに設置することとなる。このように、スラグ分離槽３０のみを交換することができる。

次に、スラグ分離槽３０を支持する槽取付フレーム５１は、スラグ分離槽３０が有する貯留部３７に貯留した溶湯Ｍを加熱したり、加熱しつつ保持したりするための構成を備えている。その構成について説明する。

図２に示すように、槽取付フレーム５１は、貯留部３７を挿通する前記筒状枠部５６を有している。筒状枠部５６において、貫通孔６１を形成する内面６１ａには、加熱手段又は誘導加熱手段としての誘導コイル６３が設けられている。誘導コイル６３は、筒状枠部５６に挿通された貯留部３７の筒状部分の周囲全域を囲うように設けられている。筒状枠部５６には、誘導コイル６３に対して冷却水を循環させるとともに、誘導コイル６３に電力を供給するケーブル６４が接続されている。そして、誘導コイル６３に交流電流を流すことにより、貯留部３７の槽内に磁場が発生し、貯留部３７に貯留されている溶湯Ｍに、電磁誘導によって誘導電流が流れる。この時、溶湯Ｍそれ自体の電気抵抗によって当該溶湯Ｍが発熱するため、この熱によって溶湯Ｍが加熱される。

以上の構成を有する本実施形態の金属溶解装置Ｅによれば、装置稼働時において、金属溶解炉１０から排出された溶湯Ｍは、スラグ分離槽３０によって次のようにスラグＳが分離され、分離後の溶湯Ｍａが前炉２０の坩堝２１に供給される。

図１及び図５に示すように、金属溶解炉１０の溶解炉出湯口１３から排出される溶湯Ｍは、スラグ分離槽３０の入湯口３４より溶湯流路３２に流入する。溶湯流路３２に流入した溶湯Ｍは、図５に示すように、せき止め部４１によって出湯口３５への流れがせき止められ、幅広部３２ａにていったん滞留する。また、溶湯Ｍは、貯留部３７の貯留槽部４４にも流入し、その貯留槽部４４の槽内に貯留される。貯留槽部４４の槽内に貯留する溶湯Ｍは、貯留部３７の周囲に設けられた誘導コイル６３による誘導加熱によって加熱保持される。その熱により、幅広部３２ａに滞留する溶湯Ｍも加熱された状態となる。

溶湯流路３２の幅広部３２ａや貯留槽部４４の槽内にいったん滞留した溶湯Ｍにおいて、その滞留中に、溶湯Ｍに含まれるスラグＳが比重の違いによって上層部に浮上する。そのため、滞留した溶湯Ｍでは、上層部に存在するスラグＳのスラグ層と、中層部から下層部にかけて存在し、スラグＳが分離された状態の溶湯Ｍａの溶湯層とが分離している。そのうち、スラグ層のスラグＳは、分岐口３３ｃからスラグ分離流路３３にオーバーフローする。その後、スラグＳはスラグ分離流路３３を流れ、スラグ排出口３３ｂから排出される。なお、図５において、スラグ分離を示す矢印の方向は、スラグＳが実際に排出される方向を示すものではない。

一方、スラグＳが分離された状態の溶湯Ｍａは、せき止め部４１の下方に設けられた通過流路４２を通過し、せき止め部４１よりも下流側へ流れる。その後、溶湯Ｍａは、溶湯流路３２を流通して出湯口３５に至り、出湯口３５から前炉２０の坩堝２１に向けて排出される。

ここで、幅広部３２ａ及び貯留槽部４４で滞留している溶湯Ｍは、誘導コイル６３による誘導加熱によって加熱保持される。そのため、溶解炉出湯口１３から排出された溶湯Ｍの温度が融点に近い温度であっても、温度低下によって溶湯Ｍが凝固することが抑制される。さらに、貯留槽部４４の開口部４５が、通過流路４２の入口寄りの位置に配置されているため、加熱された状態の溶湯Ｍａが通過流路４２を流通することとなり、通過流路４２の流路やその下流側の溶湯流路３２が溶湯Ｍａの凝固によって塞がれてしまうことを抑制できる。このため、スラグ分離槽３０において、スラグＳの分離と、スラグＳが分離された溶湯Ｍａの排出をスムーズに行うことができる。

本実施形態の金属溶解装置Ｅが有する構成の特徴とその作用は、以上に説明したとおりであり、当該金属溶解装置Ｅがスラグ分離槽３０を有することによって得られる効果を以下にまとめて説明する。

（１）溶湯流路３２に流入した溶湯Ｍのうち上層部に浮上したスラグＳは、せき止め部４１によってその下流側の出湯口３５への流れがせき止められ、スラグ分離流路３３に分離して流れて排出される。他方、スラグＳが分離された溶湯Ｍａは、通過流路４２を通過してせき止め部４１よりも下流側に至り、その後、槽外へ流出する。これにより、溶湯ＭからスラグＳを分離することができる。

（２）溶湯流路３２に流入した溶湯Ｍは、貯留部３７の貯留槽部４４にも流入する。貯留槽部４４内の溶湯Ｍは、誘導コイル６３によって誘導加熱される。この誘導加熱により、溶湯流路３２に流入した時点の溶湯Ｍが、融点に近い温度であって凝固しやすいという性質を有していたとしても、その溶湯Ｍが流通途中で凝固することを抑制することができる。

（３）しかも、貯留部３７は、せき止め部４１よりも上流側に設けられ、通過流路４２を通過する前の溶湯Ｍが貯留部３７において加熱されるため、スラグＳが分離された溶湯Ｍａは、加熱された状態で通過流路４２を通過する。このため、通過流路４２を通過する溶湯Ｍａの温度低下を抑制し、温度低下した溶湯Ｍａが凝固して通過流路４２を塞ぐことを抑制することができる。

（４）さらに、貯留部３７において、貯留槽部４４の開口部４５は通過流路４２の入口寄りの位置に配置されている。このため、通過流路４２の入口４２ａへ流入する溶湯Ｍａは、貯留部３７において加熱されることによって温度がより高められた状態のものとなる。そのため、溶湯Ｍａが通過流路４２を塞いでしまうことをより一層抑制することができる。

（５）貯留部３７が設けられていることにより、溶湯流路３２に流入した溶湯Ｍを加熱しながら貯留することが可能となる。そのため、金属溶解装置Ｅの稼働を一時的に停止した場合に、スラグ分離槽３０において溶湯Ｍａを加熱しながら保持することができる。仮に、貯留部３７及び誘導コイル６３が設けられていない構成を想定すると、稼働の一時停止の場合には、溶湯流路３２に残存している溶湯Ｍａを加熱保持することができないため、前炉２０の坩堝２１に排出させる必要がある。その際、溶湯Ｍａの温度低下に伴って溶湯Ｍａが凝固し、それによって溶湯流路３２が塞がれるおそれがある。その点、一時停止時においても、溶湯Ｍａを加熱保持することが可能なため、残存する溶湯Ｍａを排出させることは不要となる。また、排出に伴って溶湯Ｍａが凝固して溶湯流路３２を塞ぐおそれも低減できる。

また、金属溶解装置Ｅの稼働開始時には、溶解炉出湯口１３から排出される溶湯Ｍの温度は安定せず、凝固しやすい状態にある。そのため、仮に、スラグ分離槽３０が、貯留部３７で溶湯加熱することができない構成であると、溶湯Ｍの温度が安定するまで、溶湯流路３２に溶湯Ｍを流入させることができず、溶湯Ｍが無駄になってしまうという問題がある。その点、貯留部３７で溶湯Ｍを加熱することができるため、溶湯Ｍの温度が安定する前の早い段階で溶湯流路３２に流入させることが可能となる。これにより、溶湯Ｍが無駄になる量を低減することができる。

（６）貯留槽部４４の開口部４５が溶解炉出湯口１３の下方に配置されているため、金属溶解装置Ｅの稼働開始時において、溶解炉出湯口１３から排出された溶湯Ｍが、貯留槽部４４に流入しやすくなる。そのため、溶解炉出湯口１３から排出された溶湯Ｍが溶湯流路３２を流通した後で貯留槽部４４に流入する場合よりも早い段階で、溶湯Ｍを加熱することができ、溶湯Ｍの温度低下を抑制することができる。

また、貯留部３７の貯留槽部４４は有底筒状に形成され、開口部４５からの深さが確保されている。このため、開口部４５が溶解炉出湯口１３の下方に配置されていることにより、排出された溶湯Ｍが流路底面３２ｂにあたることなく貯留槽部４４内に流入する可能性が高まり、溶湯Ｍの飛散を抑制することができる。

（７）使用していたスラグ分離槽３０の交換が必要となった場合には、スラグ分離槽３０を槽支持体５０から取り外し、スラグ分離槽３０のみを交換することが可能となっている。誘導コイル６３による誘導加熱方式の場合、誘導コイル６３に冷却水を循環させたり、電源を供給したりするためのケーブル６４が設けられる。そのため、スラグ分離槽３０が槽支持体５０や誘導コイル６３と一体化され、それらも併せて交換することが必要となると、交換コストが増加し、交換作業も困難となる。この点、スラグ分離槽３０のみを交換できる構成であると、交換コストの増加を抑制することができ、交換作業も容易である。

（８）槽支持体５０を構成する筒状枠部５６には貫通孔６１が設けられ、その貫通孔６１を形成する内面６１ａに誘導コイル６３が設けられている。このため、貯留部３７と誘導コイル６３との間に設けられる空間部分を小さくして、貯留部３７に貯留された溶湯Ｍに流す誘導電流の発生効率を高めることができる。

（９）槽支持体５０には、スラグ分離槽３０を傾斜状態とする傾動機構Ｋが設けられている。そのため、スラグ分離槽３０の交換時などにおいて、傾動機構Ｋによりスラグ分離槽３０を傾斜させることにより、溶湯流路３２に残存する溶湯Ｍを出湯口３５から前炉２０へ排出させることができる。

なお、本発明は、上記した実施形態の金属溶解装置Ｅに限られるものではなく、例えば次のような構成を採用してもよい。

（ａ）上記実施の形態では、貯留部３７がせき止め部４１よりも上流側に設けられているが、これに代えて、貯留部３７をせき止め部４１の下流側に設けた構成を採用してもよい。この構成であっても、溶湯流路３２を流通する溶湯Ｍを加熱保持することができる。この場合、貯留槽部４４の開口部４５を通過流路４２の出口寄りの位置に配置すれば、通過流路４２を流れる溶湯Ｍａに加熱効果を及ぼし、通過流路４２で溶湯Ｍａが凝固して通過流路４２を塞ぐおそれを低減できる。もっとも、本実施形態のように、せき止め部４１よりも上流側で溶湯Ｍを加熱する構成は、融点に近い温度で流入する溶湯Ｍが、通過流路４２を流通する前に加熱されるため、溶湯Ｍの凝固を抑制する点では、当該構成の方が好ましい。

（ｂ）上記実施の形態では、貯留槽部４４の開口部４５を通過流路４２の入口寄りの位置に配置したが、溶湯流路３２の幅広部３２ａを形成する流路底面３２ｂにおいて、通過流路４２の入口４２ａから多少離れた位置に配置してもよい。この構成でも、溶湯流路３２に流入した溶湯Ｍを加熱することができるため、溶湯流路３２を流通する溶湯Ｍが凝固することを抑制できる。もっとも、通過流路４２の入口４２ａから離れて開口部４５を設けた構成では、溶湯Ｍをより加熱して温度を高い状態に維持させる必要性が生じる。そのため、必要以上の加熱によるエネルギの無駄な消費を避けるためには、通過流路４２の入口寄りの位置に開口部４５を設けた構成を採用することが好ましい。

（ｃ）上記実施の形態では、貯留槽部４４の開口部４５が溶解炉出湯口１３の下方に配置されているが、開口部４５は溶解炉出湯口１３の下方ではなく、その下方から離れた位置に設けられた構成としてもよい。もっとも、稼働開始時において、貯留槽部４４内に流入した溶湯Ｍを早い段階から加熱すること、溶湯Ｍの飛散抑制という観点からは、開口部４５が溶解炉出湯口１３の下方に配置された構成を採用することが好ましい。

（ｄ）上記実施の形態では、スラグ分離槽３０を槽支持体５０に対して着脱可能な構成としたが、スラグ分離槽３０を槽支持体５０と一体化して着脱不能とした構成を採用してもよい。もっとも、スラグ分離槽３０にも使用寿命があり、いずれ使用に耐えられなくなって交換しなければならなくなる。そのため、交換し易さの観点からすると、スラグ分離槽３０を着脱可能とし、それのみを交換可能とする構成を採用することが好ましい。なお、スラグ分離槽３０を槽支持体５０から着脱不能な構成を採用した場合、貯留部３７の外周部に、空間を介することなく誘導コイル６３が設けられた構成を採用できる。

（ｅ）上記実施の形態では、加熱手段として誘導コイル６３が用いられているが、加熱手段としては、貯留槽部４４を加熱する燃焼バーナー等を用いてもよい。

（ｆ）上記実施の形態では、スラグ分離槽３０を支持する槽支持体５０を前炉２０に設け、スラグ分離槽３０を前炉２０に設置した構成となっているが、これに代えて、スラグ分離槽３０を金属溶解炉１０と一体的に設けた構成を採用してもよい。例えば、金属溶解炉１０をウェットボトム方式のコークスレスキュポラとし、炉内で溶湯Ｍを貯留する貯留部分に、スラグ分離槽３０が設けられた構成を採用してもよい。

１０…金属溶解炉、１２…燃焼バーナー、１３…溶解炉出湯口、３０…スラグ分離槽、３２…溶湯流路、３２ｂ…流路底面、３３…スラグ分離流路、３３ａ…流路底面、３５…出湯口、３７…貯留部、４１…せき止め部、４２…通過流路（通過部）、４２ａ…入口、４５…開口部、５０…槽支持体、６２…貯留部挿通孔（収容空間部）、６１ａ…内面、６３…誘導コイル（加熱手段、誘導加熱手段）、Ｅ…金属溶解装置、Ｋ…傾動機構、Ｍ，Ｍａ…溶湯、Ｓ…スラグ。

Claims (7)

1. 燃焼バーナーを用いて金属材料を溶解させて溶湯化する金属溶解炉と、
   前記金属溶解炉から排出された溶湯に含まれるスラグを分離するスラグ分離槽と、
   を備えた金属溶解装置であって、
   前記スラグ分離槽は、
   前記溶湯が流通する溶湯流路と、
   前記溶湯流路の流路断面の上部を塞ぐように設けられ、前記溶湯流路を流通する前記溶湯のうち上層部に浮上したスラグの流れをせき止めるせき止め部と、
   前記せき止め部よりも上流側で前記溶湯流路から分岐し、前記せき止め部によってせき止められた前記スラグが溶湯流路から分離して流れるスラグ分離流路と、
   前記溶湯流路において、前記せき止め部の下端と前記溶湯流路の流路底面との間に設けられ、前記スラグが分離された状態の溶湯が通過する通過部と、
   前記溶湯流路の前記流路底面に開口し、前記溶湯流路の溶湯を貯留する貯留部と、
   を有しており、
   前記貯留部内の前記溶湯を加熱する加熱手段が設けられていることを特徴とする金属溶解装置。
2. 前記貯留部は、前記せき止め部よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属溶解装置。
3. 前記貯留部は、前記溶湯流路に向けて開口する開口部が、前記せき止め部よりも上流側の流路底面のうち、前記通過部の入口寄りの位置に配置されるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の金属溶解装置。
4. 前記貯留部の前記開口部は、前記金属溶解炉から前記溶湯が排出される溶解炉出湯口の下方に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の金属溶解装置。
5. 前記加熱手段は、前記貯留部内の前記溶湯に誘導電流を流して加熱する誘導加熱手段であって、前記スラグ分離槽を支持する槽支持体に設けられており、
   前記スラグ分離槽は、前記槽支持体及び前記誘導加熱手段に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属溶解装置。
6. 前記貯留部は、有底筒状をなすように形成され、
   前記槽支持体は、前記貯留部を収容する収容空間部を有し、
   前記誘導加熱手段は、前記収容空間部を形成する内面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の金属溶解装置。
7. 前記槽支持体は、前記スラグ分離槽をその出湯口が下となる傾斜状態にすることを可能とする傾動機構を有していることを特徴とする請求項５又は６に記載の金属溶解装置。

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