JP2820248B2

JP2820248B2 - 溶解炉

Info

Publication number: JP2820248B2
Application number: JP5107454A
Authority: JP
Inventors: 悦夫村田
Original assignee: Naniwa Roki Co Ltd
Current assignee: Naniwa Roki Co Ltd
Priority date: 1993-04-09
Filing date: 1993-04-09
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2013-11-05
Also published as: JPH06300455A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶解炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄等の被溶解材料を溶解する溶解炉と
して、従来、れんが等の耐火材を裏張りしてなる縦型円
筒状のキュポラが使用されており、このキュポラに、固
体燃料のコークスや被溶解材料等を交互に積層し、下方
の羽口から送風機で空気を送り、コークスを燃焼させて
被溶解材料を溶解していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなキ
ュポラでは、次のような問題点があった。

【０００４】コークス燃焼による熱効率及び溶解効
率が低い。使用による耐火材の損耗か大きく、補修のための労
力か大である。排ガス量が多く、排ガス中のＳＯ_２，ＮＯ_ｘ，ＣＯ
_２のダスト濃度が高い。操業の自動化が難しく、多くの操業要員を必要とす
る。

【０００５】そこで、本発明は上記問題点〜を解決
する溶解炉を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、耐火体にて裏張りされると共に水平状の
軸心廻りに回転周期が１分〜２分で回転駆動される円筒
状炉体と、酸素で流体燃料を燃焼させて炉体内に挿入さ
れた鋳鉄等の被溶解材料を溶解させる酸素バーナーと、
を備えた溶解炉であって、上記酸素の純度を９９．９％
以上とすると共に、上記流体燃料を、メタン、プロパ
ン、ブタン又は灯油として最高火炎温度を約２８００℃
とし、かつ、予熱期の酸化燃焼と溶解期及び溶湯保持期
の還元燃焼を可能として酸素と流体燃料の空燃比を０．
５〜１．５に設定する制御手段を、備えたものである。

【０００７】上記耐火体１１が、ＳｉＯ_２を９０％〜９
５％を含むＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸性不定形耐火材
から成ると共に焼成処理により表面をセラミック化させ
た熱媒体となる。

【０００８】

【作用】バーナーにより流体燃料を酸素燃焼させるので
火炎温度が高温で、かつ、炉体回転により耐火体の熱を
被溶解材料に移行させているので、キュポラ等と比べ
て、高い熱効率及び溶解効率を得ることができる。

【０００９】しかも、酸素使用による燃焼で、排気量は
空気燃焼に比べて急減し、排ガス中のＳＯ_２，ＮＯ_ｘ，
ＣＯ_２のダスト濃度は極少量となり、環境への悪影響が
少ない。

【００１０】また、耐火体は、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系
の酸性不定形耐火材を用いて焼成処理によりセラミック
化してあるので、長期間の連続使用が可能で、日常のメ
ンテナンスの労力が大幅に軽減される。

【００１１】また、予熱期には酸化燃焼とし、溶解期及
び溶湯保持期には還元燃焼となるように設定でき、か
つ、溶解された溶湯が、炉体の回転により適度に混合さ
れるので、鋳鉄の精練溶解が可能となる。

【００１２】

【実施例】以下実施例を示す図面に基づいて本発明を詳
説する。

【００１３】図１は、本発明に係る溶解炉の一実施例の
側面図、図２はその平面図、図３はその要部断面図を示
しており、この溶解炉は、普通鋳鉄、強靭鋳鉄、球状黒
鉛鋳鉄、ニハードやニレジストなどの合金鋳鉄、その他
の非鉄金属等の製造に用いられる。

【００１４】しかして、溶解炉は、円筒状胴部１及びそ
の両端に連設された円錐状コニカル部２，３を有する炉
体４と、酸素で流体燃料を燃焼させて炉体４内に装入さ
れた鋳鉄等の被溶解材料Ｒ…を溶解させる酸素バーナー
５と、燃焼排ガスを外部へ逃がす煙突状排気路６と、炉
体４内に被溶解材料Ｒ等を投入するスキップやコンベア
等の投入機７と、を備えている。

【００１５】炉体４は、地面等の固定部８に立設された
支持部材９に、水平軸心Ａ廻りに回動自在、かつ、軸心
Ａと直交状であって水平状の軸心Ｂ廻りに回転自在に枢
支されており、図示省略の流体圧シリンダやモータ等を
備えた駆動機構にて、炉体４が、軸心Ａ廻りに所定角度
で回動駆動可能に構成され、かつ、軸心Ｂ廻りに所定回
転周期で回転駆動可能に構成される。

【００１６】炉体４の回動及び回転は、コンピュータ等
にて制御され、所定の条件（回転速度や傾斜角度等）及
び順序に従って自動的に行われる。

【００１７】この炉体４は、鋼板製の外周壁１０の内周
面を、耐火体１１で裏張りして成り、耐火体１１は、例
えば容量３ｔの炉体４では厚み約３０ｃｍとされる。

【００１８】耐火体１１には、ＳｉＯ_２を９０％〜９５
％を含むＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸性不定形耐火材
（例えば粒度０ｍｍ〜１０ｍｍ）が用いられ、耐用温度
により配合成分が調整される。

【００１９】具体的には、炉体４の外周壁１０内に図示
省略のコアを挿入して、該コアと外周壁１０との間に、
上記酸性不定形耐火材を流し込んでつき固め、自然乾燥
させて水分を追い出した後、焼成処理により１６００℃
以上に加熱して表面（耐火体１１内面）をセラミック化
させる。

【００２０】炉体４の一端開口部１２は、バーナー取付
口となり、炉体４の他端開口部１３は、被溶解材料Ｒ…
の装入口、排ガス出口及びスラグ排出口となる。１７
は、炉体４のコニカル部２に貫設された出湯孔であり、
出湯時以外は閉栓されている。

【００２１】バーナー５は、（図２に示す）鉛直軸心Ｃ
廻りに揺動自在なアーム１４に付設されており、アーム
１４を水平に揺動させることにより、水平状の炉体４の
一端開口部１２に対して、バーナー５を取付け・取外し
することができる。

【００２２】図４は、バーナー５の内部構造の一例を示
し、このバーナー５は三重管で、中央の流体燃料吹込み
口１５の外周に、酸素供給口１６を設け、その外側に水
を流し冷却している。

【００２３】流体燃料としては、メタン、プロパン、ブ
タン、灯油の内のいずれか一つが使用され、酸素の純度
は、９９．９９％以上に設定される。さらに、バーナー
５の火炎温度は１８００℃〜２８００℃に設定される。

【００２４】また、酸素と流体燃料の空燃比は０．５〜
１．５に設定され、この範囲の空燃比に制御手段、つま
り、コンピュータにて制御される。ここで、本発明で
は、空燃比が１．０の場合に、流体燃料が完全燃焼する
ものと定義する。

【００２５】従って、１．０未満の空燃比でバーナー５
を燃焼させれば酸素不足となって、炉体４内の雰囲気は
還元性となり、１．０を越える空燃比でバーナー５を燃
焼させれば酸素が多くなって、炉体４内の雰囲気は酸化
性となる。

【００２６】次に、図５に示す溶解炉の溶解作業工程の
一例を説明する。運転をスタートすると、図１と図３に
示すように、必要に応じて水平状の炉体４をバーナー５
で予熱した後、一端開口部１２からバーナー５が取外さ
れ鉄蓋等で施蓋される。

【００２７】次に、図６に示すように、炉体４が軸心Ａ
廻りに回動して傾斜し、投入機７から、所定量の鋳鉄や
鋼屑等の被溶解材料及び造滓剤等の原料が、炉体４内に
投入される。

【００２８】なお、造滓剤としては、例えば、被溶解材
料の１．６５％のけい砂やＳｉＣ２％を添加し、ＳｉＯ
_２９１％，Ａｌ_２Ｏ_３６．５％の耐火材使用の溶解
炉では、ＳｉＯ_２６８．５％，Ａｌ_２Ｏ_３５．０％，Ｃ
ａＯ０．５％，ＦｅＯ１５．８％，ＭｎＯ７．５％のス
ラグ３％〜３．５％が、溶解により生じる。

【００２９】原材料投入後、図１に示すように、炉体４
は水平状に戻り、他端開口部１３は排気路６と連通連結
される。さらに、図３に示すように、炉体４の一端開口
部１２にはバーナー５が取付けられて自動点火する。そ
して、炉体４が軸心Ｂ廻りに回転して、被溶解材料Ｒ…
の溶解が開始される。

【００３０】炉体４の回転周期は１分〜２分とされ、バ
ーナー５で加熱された耐火体１１の熱は、炉体４の回転
により下部で被溶解材料Ｒ…に移行する。このように、
回転する耐火体１１が熱媒体となって、高い熱効率を維
持できる。

【００３１】しかも、溶解された溶湯が、炉体４の回転
により適度に混合され、バーナー５の火炎の長さや温
度、炉体４内の雰囲気の酸化・還元の度合い等は、操業
段階−−―例えば、予熱期・溶解期・溶湯保持期（成分
調整や昇温を含む）−――に応じ自動調整されるので、
鋳鉄の精練溶解が可能となり、均一かつ高品質の鋳鉄材
質を得ることができる。

【００３２】しかして、バーナー５は、上記予熱期には
酸化燃焼が、上記溶解期及び溶湯保持期には還元燃焼
が、望ましく、上記制御手段（コンピュータ）にて、酸
素と流体燃料の空燃比を０．５〜１．５の範囲内で制御
して、予熱期に酸化燃焼となり、溶解期及び溶湯保持期
には還元燃焼となるように設定することができる。バー
ナー５の火炎の酸化度を調整することにより、Ｆｅの酸
化の抑制と、ＣやＳｉロスの低減を図ることができる。
また、火炎の調整で、ダライ粉に付着した油や、最近溶
解材料として増加傾向にある亜鉛鋼板のＺｎを除去する
ことができる。

【００３３】次に、溶解が終了すると、温度測定と分析
が行われ、その結果、必要に応じて−――例えば被溶解
材料に鋼屑を使用する場合など−――黒鉛等の加炭剤や
Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ等の合金類が添加され、成分調整が行わ
れる。

【００３４】成分調整が不要であれば、バーナー５が停
止して、一端開口部１２からバーナー５が取外され、さ
らに、出湯孔１７が開栓されて、図７に示すように、炉
体４を傾斜させて出湯する。

【００３５】出湯が終了すれば、炉体４が軸心Ａ廻りに
回動して鉛直状となり、炉体４内に残るスラグが他端開
口部１３から排出され、その後、図１の如く、炉体４は
水平状に戻り、溶解作業工程が終了する。

【００３６】これらの溶解作業工程は、コンピュータ等
にて制御され、原材料の装入から出湯まで無人運転が可
能となっている。

【００３７】なお、各部の温度については、炉体４内が
１５５０℃〜１６５０℃、出湯が１４５０℃〜１５５０
℃、排ガスが１２００℃〜１３００℃、炉体４の（鋼
板）外側が約２５０℃である。

【００３８】また、排ガス成分は、ＣＯ_２が３０％〜５
０％、ＣＯが２５％〜４５％である。表１は、ＮＯ_ｘ排
出量を、空気燃焼と酸素燃焼で比較した結果であり、空
気燃焼よりも酸素燃焼の方が大幅に減少することがわか
る。

【００３９】

【表１】

【００４０】また、本発明の溶解炉では、溶解作業中の
排気量は空気燃焼に比べて急減し、コークスを使用しな
いので、排ガス中のＳＯ_２，ＮＯ_ｘ，ＣＯ_２のダスト濃
度は、キュポラの１／１０以下となり、環境への悪影響
が少なく、排ガス処理設備が不要か、又は設ける場合で
も、小容量で簡素化され、コストが掛からない。

【００４１】ダスト発生量の一例を示すと、キュポラで
は０．５ｇ／ｍ^３〜６．２ｇ／ｍ^３であるのに対して、
本発明では平均０．１９ｇ／ｍ^３であり、極めて少な
い。

【００４２】表２と表３は、本発明の溶解炉の容量別の
溶解作業の所要時間と、その生産量を例示している。

【００４３】

【表２】

【００４４】

【表３】

【００４５】表４と表５は、本発明の溶解炉の容量別の
酸素及び流体燃料の使用量を例示し、表６は副資材のロ
スを示している。

【００４６】

【表４】

【００４７】

【表５】

【００４８】

【表６】

【００４９】さらに、表７は、上記表４，表５と異なる
流体燃料を使用した場合の容量別の溶解時間及び酸素・
流体燃料の使用量を例示している。なお、メタン以外の
燃料消費量は、表７中のメタン消費量をＨとすると、ブ
ロパンは約０．４×Ｈ、ブタンは約０．３２×Ｈ、灯油
は約０．８８×Ｈの各消費量となり、これらの燃料消費
量に対する酸素消費量は表７中の数値と同じである。

【００５０】

【表７】

【００５１】また、本発明の溶解炉では、上述の如く耐
火体１１に、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸性不定形耐火
材を用いて焼成処理によりセラミック化してあるので、
長期間の連続使用が可能で、日常のメンテナンスの労力
が大幅に軽減され、炉体４（耐火体１１）の補修のため
の耐火材と作業費が低減できる。

【００５２】表８は、８トンの容量の溶解炉における炉
体４（耐火体１１）のメンテナンス内容を例示してお
り、胴部１は、最初は２００バッチ連続使用可能で、コ
ニカル部２，３は、５０バッチ連続使用可能であって、
総張替えまで６００〜８００バッチ連続使用可能であ
る。なお、小さな侵食箇所は、毎回出湯後に、熱間補修
又は冷間補修する。

【００５３】

【表８】

【００５４】このうちの総張替え作業内容，作業時間及
び必要日数を、表９に例示する。

【００５５】

【表９】

【００５６】また、本発明の溶解炉では、バーナー５は
（純）酸素により流体燃料を燃焼させるので、火炎温度
を約２８５０℃まで上昇させることができる。これに対
して、空気燃焼では、火炎温度は最高１８７０℃までで
あり、溶解時間の短縮，高溶解温度の実現及び燃料節約
が可能となる。例えば、鋳鉄の溶解温度は１６００℃以
上が可能で、１４００℃までの昇温速度は７〜１０℃／
ｍｉｎとなる。

【００５７】しかも、バーナー５の火炎の長さ調整が容
易で、火炎を短く螺旋状に吹込むことで、熱効率を向上
させることができ、かつ、上述の如く耐火体１１が熱媒
体となるので高い熱効率を維持できる。

【００５８】これにより、表１０に示すように、本発明
では、キュポラや誘導電気炉に比べ、高い溶解効率を得
ることができる。なお、各誘導電気炉の溶解効率は、発
電所の効率を入れた数値である。

【００５９】

【表１０】

【００６０】表１１は、キュポラや誘導電気炉とトータ
ルコストを比較したもので、本発明の溶解炉は、キュポ
ラと比べ、炉メンテナンス費と運転人件費の面で優れ、
誘導電気炉と比べ、エネルギー費と設備（償却）費の面
で優れ、いずれのものよりもトータルコストが最も少な
くて済む。

【００６１】

【表１１】

【００６２】このように、本発明の溶解炉は、経済性、
省力化、公害・作業環境、品質の面で優れた効果を発揮
するのみならず、粗悪鋼屑を原材料として使用可能で、
増え続ける鋼屑のリサイクル炉としても活用できる。

【００６３】

【発明の効果】本発明は上述の如く構成されているの
で、次に記載するような著大な効果を奏する。

【００６４】純度が９９．９９％以上の酸素を使用
する酸素バーナーを用いるので、排気量は空気燃焼に比
べて急減し、排ガス中のＳＯ_２，ＮＯ_ｘ，ＣＯ_２のダス
ト濃度もキュポラの１／１０以下となり、環境への悪影
響が少なく、排ガス処理設備が不要か又は設ける場合で
も、小容量で簡素化され、コストの減少となる。酸素により流体燃料を燃焼させるので、火炎温度を
空気燃焼に比べて大きく上昇させることができ、かつ、
炉体４を回転させて耐火体１１の熱を被溶解材料Ｒに移
行させているので、溶解時間の短縮、高溶解温度の実現
及び燃料節約が可能となる。予熱期には酸化燃焼とし、溶解期及び溶湯保持期に
は還元燃焼としたりして、炉内雰囲気を酸化性や還元性
に調整・抑制することができ、かつ、溶解される溶湯
が、回転周期１分〜２分で回転する炉体４により適度に
混合されるので、鋳鉄の精錬溶解が可能となり、均一か
つ高品質の鋳鉄材質を得ることができる。精錬溶解が可能であるので、粗悪鋼屑を原材料とし
て使用可能で、増え続ける鋼屑のリサイクル炉としても
活用することができる。予熱期・溶解期・溶湯保持期に応じた燃焼の自動制
御（自動調整）を行うことができるので、作業員自身が
これらの燃焼を調整する必要がなく、安定した調整を確
実に行うことができる。耐火体１１として、ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸性
不定形耐火材を用いて焼成処理を行って表面をセラミッ
ク化したものでは、長期間の連続使用が可能で、日常の
メンテナンスの労力が大幅に軽減され、炉体４の補修の
ための耐火材の補修作業費を低減できる。しかも、この
耐火体１１が熱媒体となって、高い熱効率を維持でき、
高効率の溶解を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側面図である。

【図２】平面図である。

【図３】炉体の断面図である。

【図４】バーナーの内部構造を示す側面図である。

【図５】溶解作業工程のフローチャート図である。

【図６】溶解作業工程の説明図である。

【図７】溶解作業工程の説明図である。

【図８】溶解作業工程の説明図である。

【符号の説明】

４炉体５バーナー 11 耐火体Ｒ被溶解材料Ｂ軸心

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火体１１にて裏張りされると共に水平
状の軸心Ｂ廻りに回転周期が１分〜２分で回転駆動され
る円筒状炉体４と、酸素で流体燃料を燃焼させて炉体４
内に挿入された鋳鉄等の被溶解材料Ｒ…を溶解させる酸
素バーナー５と、を備えた溶解炉であって、上記酸素の
純度を９９．９％以上とすると共に、上記流体燃料を、
メタン、プロパン、ブタン又は灯油として最高火炎温度
を約２８００℃とし、かつ、予熱期の酸化燃焼と溶解期
及び溶湯保持期の還元燃焼を可能として酸素と流体燃料
の空燃比を０．５〜１．５に設定する制御手段を、備え
たことを特徴とする溶解炉。
【請求項２】上記耐火体１１が、ＳｉＯ_２を９０％〜
９５％を含むＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系の酸性不定形耐火
材から成ると共に焼成処理により表面をセラミック化さ
せた熱媒体となる請求項１記載の溶解炉。