JP3001535U

JP3001535U - 溶解炉

Info

Publication number: JP3001535U
Application number: JP1994002746U
Authority: JP
Inventors: 悦夫村田
Original assignee: Naniwa Roki Co Ltd
Current assignee: Naniwa Roki Co Ltd
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1994-08-30
Anticipated expiration: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】溶解効率を上げることができると共に、操業
及び補修のための人員や労力を減少できる溶解炉を提供
する。【構成】円筒状炉体４と、酸素で流体燃料を燃焼させ
て炉体４内に装入された被溶解材料を溶解させるバーナ
ーと、燃焼排ガスを外部へ逃がす煙突状排気路６と、炉
体４内に被溶解材料等を投入する投入機７と、を備え
る。円筒状炉体４は、SiＯ₂を90％〜95％を含むSiＯ₂
−Al₂Ｏ₃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て成る耐火体にて裏張
りされる。円筒状炉体４は、水平軸心Ａ廻りに傾斜回動
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
回転駆動される。炉体４の一端開口部12をバーナー取付
口とし、他端開口部13を被溶解材料等の挿入口、排ガス
出口、及び、スラグ排出口とする。バーナーを、鉛直軸
心廻りに揺動自在なアームに付設して、炉体４の一端開
口部12に対して取付け・取外し可能とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は溶解炉に関する。

【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】

【考案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が大きく、補修のための労力が大である。排ガス量が多く、排ガス中のSO₂，NO_X，CO₂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、本考案は上記問題点〜を解決し、特に操業及び補修のための人員や労力を減少でき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】

本考案は、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軸心廻りに傾斜回動自在かつ該軸心と直交状であって水平状の軸心廻りに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該炉体内に装入された被溶解材料を溶解させるバーナーと、燃焼排ガスを外部へ逃がす煙突状排気路と、上記炉体内に被溶解材料等を投入する投入機と、を備えたものである。また、炉体の一端開口部をバーナー取付口とし、他端開口部を被溶解材料等の挿入口、排ガス出口、及び、スラグ排出口としたものである。また、バーナーを、鉛直軸心廻りに揺動自在なアームに付設して、炉体の一端開口部に対して取付け・取外し可能としたものである。また、耐火体が、SiＯ₂を90％〜95％を含むSiＯ₂−Al₂Ｏ₃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て成るものである。

【０００７】

【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。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SO₂，NO_X，CO₂のダスト濃度は極少量となり、環境への悪影響が少ない。

【０００８】また、炉体を水平軸心廻りに傾斜回動させることにより、炉体の一端開口部をバーナーに対して接近・離間させ得ると共に、炉体の他端開口部を煙突状排気路と投入機に選択的に接近・離間させ得る。さらに、バーナーを鉛直軸心廻りに揺動させて、炉体の一端開口部に取付け・取外しできる。このため、コンピュータ等の使用により、原材料の装入から出湯まで無人運転が可能となる。

【０００９】さらに、耐火体は、SiＯ₂−Al₂Ｏ₃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。また、酸素と流体燃料の空燃比をコンピュータ等にて制御することにより、炉体内の雰囲気を酸化性・還元性に自由に調整することができ、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。

【００１０】

【実施例】

以下実施例を示す図面に基づいて本考案を詳説する。

【００１１】図１は、本考案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、強靱鋳鉄、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。

【００１２】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。

【００１３】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廻りに傾斜回動自在、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。

【００１４】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。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。

【００１５】耐火体11には、SiＯ₂を90％〜95％を含むSiＯ₂−Al₂Ｏ₃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。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。

【００１６】炉体４の一端開口部12を、バーナー取付口とし、炉体４の他端開口部13を、被溶解材料Ｒ…の装入口、排ガス出口及びスラグ排出口とする。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。また、バーナー５を、（図２に示す）鉛直軸心Ｃ廻りに揺動自在なアーム14に付設して、、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・取外し可能とする。

【００１７】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。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。

【００１８】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コンピュータ等にて制御される。ここで、本考案では、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。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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。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、SiＯ₂91％，Al₂Ｏ₃6.5 ％の耐火材使用の溶解炉では、SiＯ₂68 .5％，Al₂Ｏ₃5.0 ％，CaＯ0.5 ％，FeＯ15.8％，MnＯ7.5 ％のスラグ３％〜 3 .5％が、溶解により生じる。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】なお、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、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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。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。

【００２９】なお、各部の温度については、炉体４内が1550℃〜1650℃、出湯が1450℃〜15 50℃、排ガスが1200℃〜1300℃、炉体４の（鋼板）外側が約250 ℃である。また、排ガス成分は、CO₂が30％〜50％、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。

【００３０】

【表１】

【００３１】また、本考案の溶解炉では、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SO₂，NO_X，CO₂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。

【００３２】ダスト発生量の一例を示すと、キュポラでは 0.5ｇ／ｍ³〜 6.2ｇ／ｍ³であるのに対して、本考案では平均0.19ｇ／ｍ³であり、極めて少ない。表２と表３は、本考案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。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】表４と表５は、本考案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。

【００３６】

【表４】

【００３７】

【表５】

【００３８】

【表６】

【００３９】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、プロパンは約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。

【００４０】

【表７】

【００４１】また、本考案の溶解炉では、上述の如く耐火体11に、SiＯ₂−Al₂Ｏ₃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。

【００４２】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。

【００４３】

【表８】

【００４４】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。

【００４５】

【表９】

【００４６】また、本考案の溶解炉では、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。

【００４７】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。これにより、表10に示すように、本考案では、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。

【００４８】

【表10】

【００４９】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、本考案の溶解炉は、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。

【００５０】

【表11】

【００５１】このように、本考案の溶解炉は、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。

【００５２】

【考案の効果】

本考案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。

【００５３】請求項１記載の溶解炉によれば、炉体４の水平軸心Ａ廻りの傾斜回動と軸心Ｂ廻りの回転駆動をコンピュータ等にて制御でき、原材料の装入から出湯まで無人運転が可能となる。このため、操業のための人員が少なくて済む。

【００５４】また、（純）酸素により流体燃料を燃焼させるバーナー５であるので火炎温度が高温で、かつ、炉体４を回転させて耐火体11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、溶解時間の短縮，高溶解温度及び燃料節約が実現される。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、コークスを使用しないので、排ガス中のSO₂，NO_X，CO₂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。

【００５５】また、酸素と流体燃料の空燃比をコンピュータ等にて制御することにより、炉体４内の雰囲気を酸化性・還元性に自由に調整することができ、かつ、溶解された溶湯が、炉体４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り、均一かつ高品質の鋳鉄材質を得ることができる。しかも、本考案の溶解炉では、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。

【００５６】請求項２記載の溶解炉によれば、原材料の装入から出湯までの炉体４の制御が容易となる。また、請求項３記載の溶解炉によれば、炉体４の一端開口部12に対するバーナー５の取付け・取外しを、コンピュータ等にて制御でき、無人運転化に貢献できる。また、請求項４記載の溶解炉によれば、耐火体11は、SiＯ₂−Al ₂ Ｏ₃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を大幅に軽減できると共に、炉体４の補修のための耐火材と補修作業費を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案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６排気路７投入機 11 耐火体 12 一端開口部 13 他端開口部 14 アームＡ水平軸心Ｂ軸心Ｃ鉛直軸心Ｒ被溶解材料

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】耐火体11にて裏張りされると共に水平軸
心Ａ廻りに傾斜回動自在かつ該軸心Ａと直交状であって
水平状の軸心Ｂ廻りに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該炉体４内に装入された被
溶解材料Ｒを溶解させるバーナー５と、燃焼排ガスを外
部へ逃がす煙突状排気路６と、上記炉体４内に被溶解材
料Ｒ等を投入する投入機７と、を備えたことを特徴とす
る溶解炉。
【請求項２】炉体４の一端開口部12をバーナー取付口
とし、他端開口部13を被溶解材料Ｒ等の挿入口、排ガス
出口、及び、スラグ排出口とした請求項１記載の溶解
炉。
【請求項３】バーナー５を、鉛直軸心Ｃ廻りに揺動自
在なアーム14に付設して、炉体４の一端開口部12に対し
て取付け・取外し可能とした請求項２記載の溶解炉。
【請求項４】耐火体11が、SiＯ₂を90％〜95％を含む
SiＯ₂−Al₂Ｏ₃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て成る請求項
１、２又は３記載の溶解炉。