JP2023142954A - 金属溶解保持炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉体の大型化を回避するとともに、適切な溶解材料の溶解及び溶湯の保温が可能でありながら、バーナーの燃費低減を図ることができる金属溶解保持炉を提供する。【解決手段】上部に材料投入部２１を有しかつ一側に開放部２５を有し、材料投入部から投入された溶解材料Ｍ１が溶解されるとともに溶解された溶湯が開放部下部の溶湯流下部２６を介して流下される溶解室２０と、溶解室で溶解されて流下された溶湯Ｍ２が貯留される溶湯貯留部３１を有する溶湯保持室３０と、溶湯保持室に、溶解室の開放部と対向して配置された加熱バーナー４０と、を備え、加熱バーナーは、溶解室内の溶解材料へ向けて溶湯貯留部を跨ぐようにバーナー炎を放射させて溶解材料を直接的に加熱して溶解させるとともに、バーナー炎により溶湯貯留部に貯留された溶湯を間接的に加熱して保温する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶解材料を溶解するとともに、溶解された溶湯を加熱保温する金属溶解保持炉に関する。

アルミニウム鋳造等に用いる溶解材料の溶解に際しては、例えば、図４，５に示すように、材料投入部１２１から投入された溶解材料を溶解する溶解バーナー１２５を有する溶解室１２０と、溶解された溶湯Ｍ１０が貯留されるとともに該溶湯Ｍ１０を加熱保温する保持バーナー１３５を有する溶湯保持室１３０とを備えた金属溶解保持炉１００が用いられる（特許文献１参照）。

図において、符号１１１は炉本体、１４０は溶解室１２０と溶湯保持室１３０との間に設けられて溶解室１２０から流下した溶湯を一旦貯留する溶湯処理室、１５０は溶湯保持室１３０と溶湯処理室１４０とを区画する隔壁部、１５５は隔壁部１５０の下部側に溶湯保持室１３０と溶湯処理室１４０とが連通するように設けられて溶湯処理室１４０内のクリーンな溶湯を溶湯保持室１３０側へ流入可能とする溶湯連通部、１５６は隔壁部１５０の上部側に設けられた排ガス流通路、１６０は溶湯保持室１３０に連設された溶湯汲出部である。

この種の金属溶解保持炉では、近年、設置場所の省スペース化、作業性、燃焼効率等を改善する要望が高まっており、小型化を図る傾向が見られる。また、金属溶解保持炉では、材料の溶解や保温等で使用される各種バーナーの燃費が作業コストに多大な影響を及ぼすものであるから、燃費の低減が特に重要な課題として挙げられている。

特開２００４－３３２９４８号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、炉体の大型化を回避するとともに、適切な溶解材料の溶解及び溶湯の保温が可能でありながら、バーナーの燃費低減を図ることができる金属溶解保持炉を提供するものである。

すなわち、請求項１の発明は、上部に材料投入部を有しかつ一側に開放部を有しており、前記材料投入部から投入された溶解材料が溶解されるとともに、溶解された溶湯が前記開放部下部の溶湯流下部を介して流下される溶解室と、前記溶解室の前記開放部側に前記溶湯流下部を介して配置され、前記溶解室で溶解されて流下された溶湯が貯留される溶湯貯留部を有する溶湯保持室と、前記溶湯保持室に、前記溶解室の前記開放部と対向して配置された加熱バーナーと、を備え、前記加熱バーナーは、前記溶解室内の前記溶解材料へ向けて前記溶湯貯留部を跨ぐようにバーナー炎を放射させて前記溶解材料を直接的に加熱して溶解させるとともに、前記バーナー炎により前記溶湯貯留部に貯留された溶湯を間接的に加熱して保温することを特徴とする金属溶解保持炉に係る。

請求項２の発明は、前記加熱バーナーが、前記溶解室の炉床部より高位に配置され、前記溶解材料の下部側へ向かって前記バーナー炎を水平方向へ放射させる請求項１に記載の金属溶解保持炉に係る。

請求項３の発明は、前記溶湯保持室に、前記溶湯貯留部と連通されて前記溶湯を汲み出し可能に貯留する溶湯汲出部が並設されている請求項１又は２に記載の金属溶解保持炉に係る。

請求項４の発明は、前記溶湯汲出部に溶湯保持室内及び溶湯汲出部内の溶湯を保温する補助ヒーターが配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属溶解保持炉に係る。

請求項５の発明は、前記加熱バーナーの作動時に前記溶湯保持室内の溶湯が過昇温となった場合に前記加熱バーナーの作動を停止させるバーナー制御手段を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属溶解保持炉に係る。

請求項１の発明に係る金属溶解保持炉は、上部に材料投入部を有しかつ一側に開放部を有しており、前記材料投入部から投入された溶解材料が溶解されるとともに、溶解された溶湯が前記開放部下部の溶湯流下部を介して流下される溶解室と、前記溶解室の前記開放部側に前記溶湯流下部を介して配置され、前記溶解室で溶解されて流下された溶湯が貯留される溶湯貯留部を有する溶湯保持室と、前記溶湯保持室に、前記溶解室の前記開放部と対向して配置された加熱バーナーと、を備え、前記加熱バーナーは、前記溶解室内の前記溶解材料へ向けて前記溶湯貯留部を跨ぐようにバーナー炎を放射させて前記溶解材料を直接的に加熱して溶解させるとともに、前記バーナー炎により前記溶湯貯留部に貯留された溶湯を間接的に加熱して保温するため、炉体の大型化を回避するとともに、単一の加熱バーナーによって溶解材料の加熱溶解と溶湯保持室の溶湯の加熱保温とを同時に適切に行うことができて、バーナーの燃費を大幅に低減させることができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記加熱バーナーが、前記溶解室の炉床部より高位に配置され、前記溶解材料の下部側へ向かって前記バーナー炎を水平方向へ放射させるため、バーナー炎と溶湯の液面との距離を適度に保ちながら、溶解材料を直接的に加熱することが可能となり、溶解材料の加熱溶解と溶湯の加熱保温とを同時に適切に行うことができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記溶湯保持室に、前記溶湯貯留部と連通されて前記溶湯を汲み出し可能に貯留する溶湯汲出部が並設されているため、溶解室と溶湯保持室と溶湯汲出部とが直列状に配置されることを回避して省スペース化を図ることができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし３において、前記溶湯汲出部に溶湯保持室内及び溶湯汲出部内の溶湯を保温する補助ヒーターが配置されているため、溶湯保持室内及び溶湯汲出部内の溶湯の酸化を抑制してメタルロスを減少させることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし４において、前記加熱バーナーの作動時に前記溶湯保持室内の溶湯が過昇温となった場合に前記加熱バーナーの作動を停止させるバーナー制御手段を有するため、溶湯の過昇温の継続を回避して、省エネルギー化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る金属溶解保持炉の概略縦断面図である。 図１の金属溶解保持炉の概略横断面図である。 図２の金属溶解保持炉のＡ－Ａ線の概略縦断面図である。 従来の金属溶解保持炉の概略縦断面図である。 従来の金属溶解保持炉の概略横断面図である。

図１～３に示す本発明の一実施形態に係る金属溶解保持炉１０は、アルミ鋳造用のアルミ溶湯を溶解して保持するいわゆる手許溶解炉であって、溶解室２０と、溶湯保持室３０と、加熱バーナー４０とを備える。この金属溶解保持炉１０は、一般に乾燥炉床溶解炉（ｄｒｙ ｈｅａｒｔｈ ｆｕｒｎａｃｅ）と称される。図において、符号１１は炉本体、Ｍ１はアルミニウム等の溶解材料、Ｍ２は溶解材料Ｍ１が溶解されて得られた溶湯である。

溶解室２０は、上部に材料投入部２１を有しかつ一側に開放部２５を有しており、材料投入部２１から投入された溶解材料Ｍ１が溶解される部屋である。溶解された溶湯は、開放部２５下部の溶湯流下部２６を介して溶解室２０外へ流下される。この溶解室２０では、必要に応じて、材料投入部２１に溶解材料Ｍ１の不足等を検知するセンサーが設けられる。図において、符号２３は溶解室２０内の清掃等を可能とするための作業点検口である。

実施形態の溶解室２０は、溶解材料Ｍ１が載置される炉床部２２の上方に材料投入部２１が配置され、炉床部２２が炉本体１１の外壁を構成する炉壁１２によって囲まれて、その一側が全面に開放された開放部２５として構成される。炉床部２２は略水平面として形成されて、投入された溶解材料Ｍ１が後述の溶湯保持室３０へ誤って転落することを抑制する。また、溶湯流下部２６は、炉床部２２から下方側への下り傾斜面として形成され、傾斜角度は約４５°、高さ（高低差）は約１００ｃｍである。

溶湯保持室３０は、溶解室２０の開放部２５側に溶湯流下部２６を介して配置され、溶解室２０で溶解されて流下された溶湯Ｍ２が貯留される溶湯貯留部３１を有する。溶湯貯留部３１は、溶湯流下部２６より低位に形成され、溶湯保持室３０の外壁を構成する炉壁１３と、上部に溶湯流下部２６を有し炉壁１３と対面する溶湯保持室３０の溶解室２０側の内壁部３２とによって囲まれた空間部である。溶湯貯留部３１の深さや幅等は、金属溶解保持炉１０の大きさや所望する溶湯の貯留量等に応じて適宜に設定される。実施形態の溶湯貯留部３１の深さは約３００ｃｍ、幅（炉壁１３と内壁部３２との距離）は約４００ｃｍである。図において、符号３３は溶湯保持室３０内の清掃等を可能とするための作業点検口である。

加熱バーナー４０は、溶湯保持室３０の外壁を構成する炉壁１３に、溶解室２０の開放部２５と対向して配置される。この加熱バーナー４０は、溶解室２０内の溶解材料Ｍ１へ向けてバーナー炎Ｆが放射されて、溶解材料Ｍ１を直接的に加熱して溶解させる。またその際、加熱バーナー４０のバーナー炎Ｆが溶湯貯留部３１を跨ぐように放射されることから、溶湯貯留部３１に貯留された溶湯Ｍ２が間接的に加熱されて保温される。つまり、単一の加熱バーナー４０によって溶解室２０内の溶解材料Ｍ１の加熱溶解と、溶湯保持室３０内の溶湯Ｍ２の加熱保温とが行われる。なお、加熱バーナー４０の加熱溶解時のバーナー炎Ｆの温度は、高燃焼時に約１１００～１２００℃、低燃焼時に約７００～８００℃である。

加熱バーナー４０では、溶解材料Ｍ１に対して直接的に加熱が可能であれば、溶解材料Ｍ１に対してどの方向からバーナー炎Ｆを放射しても構わない。一方、溶湯貯留部３１に貯留された溶湯Ｍ２に対しては、バーナー炎Ｆが溶湯Ｍ２の液面から離れすぎると加熱保温の効果が低下するおそれがあり、近すぎると溶湯Ｍ２が必要以上に加熱されて湯温が過剰に高くなるおそれがある。そこで、加熱バーナー４０は、溶解室２０の炉床部２２より高位に配置して、溶解材料Ｍ１の下部側へ向かってバーナー炎を水平方向へ放射させることが好ましい。加熱バーナー４０の位置としては、溶解室２０や溶湯保持室３０の構造やバーナーの性能等に応じて適宜設定されるが、例えば、高燃焼時のバーナー炎Ｆの温度が約１１００～１２００℃の加熱バーナーを用いた場合、炉床部２２より約１００～１５０ｃｍ程度高い位置（溶湯貯留部３１の上端から約２００～２５０ｃｍ）に配置される。これにより、加熱バーナー４０から放射されるバーナー炎Ｆと溶湯貯留部３１の溶湯Ｍ２の液面との距離を適度に保ちながら、溶解材料Ｍ１を直接的に加熱することが可能となる。そのため、溶解材料Ｍ１の加熱溶解と溶湯貯留部３１の溶湯Ｍ２の加熱保温とを同時に適切に行うことができる。

また、炉床部２２に載置された溶解材料Ｍ１の下部側へ向けて加熱バーナー４０のバーナー炎Ｆが放射されることから、バーナー炎Ｆの放射方向側に位置する炉床部２２や溶湯保持室３０の内壁部３２が、バーナー炎Ｆによって間接的に加熱される。特に、溶湯保持室３０の内壁部３２は、溶湯貯留部３１に貯留された溶湯Ｍ２と接触するため、バーナー炎Ｆによって加熱されることで、溶湯Ｍ２の保温を補助することができる。この溶湯保持室３０の内壁部３２は、炉本体１１の炉壁１２と同一の材料で構成することも可能であるが、蓄熱性を有する耐火レンガ等とすることにより、保温効率を高めることができる。

金属溶解保持炉１０では、図２，３に示すように、溶湯の汲み出しが可能な溶湯汲出部５０が設けられる。溶湯汲出部５０は、溶湯保持室３０に並設され、溶湯貯留部３１と連通されて溶湯Ｍ３が汲み出し可能に貯留される。実施形態の溶湯汲出部５０は、溶湯保持室３０の側方に並設され、溶解室２０と溶湯保持室３０と溶湯汲出部５０とが直列状に配置されて炉体が大型になることを回避することができる。

溶湯汲出部５０では、溶湯保持室３０内及び溶湯汲出部５０内の溶湯Ｍ２，Ｍ３を保温する補助ヒーター５５を配置することが好ましい。補助ヒーター５５としては、電気やガス等による公知の侵漬ヒーターが好適に使用される。補助ヒーター５５は、溶湯Ｍ２，Ｍ３の温度制御や、加熱バーナー４０の停止時に溶湯Ｍ２，Ｍ３の保温を可能とするものであり、溶湯Ｍ２，Ｍ３の酸化を抑制してメタルロスを減少させることができる。

補助ヒーター５５は、溶湯汲出部５０内の溶湯保持室３０に近接する位置に配置することが好ましい。溶湯保持室３０に近接していることにより、溶湯貯留部３１内の溶湯Ｍ２の保温効率が高められる。さらに、配置される補助ヒーター５５の数は、１つでもよいし複数でもよい。図示の実施形態では、３つの補助ヒーター５５が配置されている。複数の補助ヒーター５５を配置することにより、溶湯Ｍ２，Ｍ３の温度制御をより簡便に行うことができる。

また、この溶湯汲出部５０は、溶湯保持室３０との間に、下部に溶湯連通部６１を有する隔壁部６０を設けて区画して、溶湯Ｍ２の不純物が溶湯保持室３０側から流入することを回避することが好ましい。溶湯保持室３０内の溶湯Ｍ２では、溶解材料の溶解に伴って発生する酸化物等の不純物が液面に集まる。そのため、隔壁部６０によって溶湯汲出部５０への溶湯Ｍ２の上面の不純物の流入を妨げ、溶湯連通部６１を介して溶湯Ｍ２の下部側のクリーンな溶湯を溶湯汲出部５０へ流入させることができる。

溶湯汲出部５０では、必要に応じて、溶湯Ｍ３の液面に集まった不純物をせき止める隔離板５６を設けてもよい。隔離板５６は、溶湯汲出部５０の溶湯保持室３０側に、溶湯Ｍ３の液面付近に下端が沈むように配置される。これにより、溶湯保持室３０から流入された溶湯Ｍ３の液面の不純物が隔離板５６に遮られて、溶湯汲出部５０の汲み出し位置（溶湯保持室３０と反対側）への不純物の流入を抑制することができる。実施形態の隔離板５６は、補助ヒーター５５に着脱可能に取り付けられる。

さらに、溶湯汲出部５０には、必要に応じて、貯留される溶湯Ｍ３の液面高さを検出する液面センサー５７を設けてもよい。液面センサー５７は、溶湯汲出部５０内の溶湯Ｍ３の液面高さが所定の高さ以上と検出された場合に異常と判断されて、警報装置（図示せず）を作動させて警報を発したり、加熱バーナー４０を停止させたりする等の対応措置の作動に利用される。なお図示しないが、必要に応じて、溶湯汲出部５０に溶湯Ｍ３の湯温を測定するための温度センサーを配置してもよい。

本発明の金属溶解保持炉１０では、加熱バーナー４０の作動を制御するバーナー制御手段を設けることが好ましい。バーナー制御手段は、材料投入部２１から投入された溶解材料Ｍ１の不足を検知するセンサー、溶湯保持室３０の溶湯Ｍ２や溶湯汲出部５０の溶湯Ｍ３の湯温を測定する温度センサー、溶湯汲出部５０の溶湯Ｍ３の液面高さを検出する液面センサー５７等の各種センサーと、各種センサーからの信号に応じて加熱バーナー４０に対して高燃焼、低燃焼、停止等の作動をするように制御する制御装置とを有する。

このバーナー制御手段では、通常操業時等の主として溶解材料Ｍ１の加熱溶解を行う場合、加熱バーナー４０が高燃焼で作動するように制御される。一方、夜間操業時等の主として溶湯保持室３０の溶湯Ｍ２の加熱保温を行う場合、加熱バーナー４０が低燃焼で作動するように制御される。

ここで、当該金属溶解保持炉１０では、溶湯保持室３０の溶湯Ｍ２の保温温度が設定され、加熱バーナー４０の作動時に溶湯Ｍ２の湯温が設定された保温温度を必要以上に上回った場合（例えば、設定した保温温度の５℃以上）、バーナー制御手段により溶湯Ｍ２が過昇温の状態にあると判断されて加熱バーナー４０が停止するように制御される。これにより、加熱バーナー４０の無駄遣いを防止して、溶湯Ｍ２の過昇温の継続を回避し、省エネルギー化を図ることができる。

また、材料投入部２１のセンサーが溶解材料Ｍ１の不足を検知した場合や、溶湯汲出部５０の液面センサー５７が溶湯Ｍ３の過剰な液面上昇を検知した場合等には、バーナー制御手段により緊急事態と判断されて加熱バーナー４０が停止するように制御される。したがって、空焚きや溶湯の溢出等を適切に回避することができ、安全性が高められる。なお、過昇温時や緊急停止時には、適宜警報を発してもよい。

加熱バーナー４０の停止時には、設定した保温温度が維持されるように補助ヒーター５５が作動される。この実施形態では、溶湯汲出部５０に設置された温度センサーによって計測される溶湯汲出部５０に溶湯Ｍ３の湯温を溶湯保持室３０の溶湯Ｍ２の湯温とみなして制御される。このように加熱バーナー４０を停止させた際には、補助ヒーター５５によって溶湯Ｍ２が保温される。このように、補助ヒーター５５による溶湯Ｍ２の保温では、加熱バーナー４０が停止されるため、ＣＯ_２の発生を抑制して環境負荷低減に寄与することができる。

以上図示し説明したように、本発明の金属溶解保持炉では、単一の加熱バーナーが溶解室の開放部と対向するように溶湯保持室に配置されるため、炉体の大型化を回避することができる。特に、加熱バーナーが溶解室内の溶解材料へ向けて溶湯保持室の溶湯貯留部を跨ぐようにバーナー炎を放射させて溶解材料を直接的に加熱して溶解させるとともに、バーナー炎により溶湯貯留部に貯留された溶湯を間接的に加熱して保温するように構成されるため、単一の加熱バーナーによって溶解材料の加熱溶解と、溶湯保持室の溶湯の加熱保温とを同時に適切に行うことが可能であるとともに、バーナーの燃費を大幅に低減させることができる。

以上のとおり、本発明の金属溶解保持炉は、炉体の大型化を回避するとともに、単一の加熱バーナーによって溶解材料の加熱溶解と溶湯保持室の溶湯の加熱保温とを同時に適切に行うことができて、バーナーの燃費が大幅に低減される。そのため、従来の金属溶解保持炉の代替として有望である。

１０ 金属溶解保持炉
１１ 炉本体
１２，１３ 炉壁
２０ 溶解室
２１ 材料投入部
２２ 炉床部
２３ 溶解室の作業点検口
２５ 溶解室の開放部
２６ 溶湯流下部
３０ 溶湯保持室
３１ 溶湯貯留部
３２ 内壁部
３３ 溶湯保持室の作業点検口
４０ 加熱バーナー
５０ 溶湯汲出部
５５ 補助ヒーター
５６ 隔離板
５７ 液面センサー
６０ 隔壁部
６１ 溶湯連通部
Ｆ バーナー炎
Ｍ１ 溶解材料
Ｍ２，Ｍ３ 溶湯

Claims (5)

1. 上部に材料投入部を有しかつ一側に開放部を有しており、前記材料投入部から投入された溶解材料が溶解されるとともに、溶解された溶湯が前記開放部下部の溶湯流下部を介して流下される溶解室と、
   前記溶解室の前記開放部側に前記溶湯流下部を介して配置され、前記溶解室で溶解されて流下された溶湯が貯留される溶湯貯留部を有する溶湯保持室と、
   前記溶湯保持室に、前記溶解室の前記開放部と対向して配置された加熱バーナーと、
   を備え、
   前記加熱バーナーは、前記溶解室内の前記溶解材料へ向けて前記溶湯貯留部を跨ぐようにバーナー炎を放射させて前記溶解材料を直接的に加熱して溶解させるとともに、前記バーナー炎により前記溶湯貯留部に貯留された溶湯を間接的に加熱して保温する
   ことを特徴とする金属溶解保持炉。
2. 前記加熱バーナーが、前記溶解室の炉床部より高位に配置され、前記溶解材料の下部側へ向かって前記バーナー炎を水平方向へ放射させる請求項１に記載の金属溶解保持炉。
3. 前記溶湯保持室に、前記溶湯貯留部と連通されて前記溶湯を汲み出し可能に貯留する溶湯汲出部が並設されている請求項１又は２に記載の金属溶解保持炉。
4. 前記溶湯汲出部に溶湯保持室内及び溶湯汲出部内の溶湯を保温する補助ヒーターが配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属溶解保持炉。
5. 前記加熱バーナーの作動時に前記溶湯保持室内の溶湯が過昇温となった場合に前記加熱バーナーの作動を停止させるバーナー制御手段を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属溶解保持炉。
   

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