JP3192138U

JP3192138U - 非鉄金属の溶解保持炉

Info

Publication number: JP3192138U
Application number: JP2014002556U
Authority: JP
Inventors: 洋二青木; 英晃山本; 英夫橋岡
Original assignee: Hirochiku Co Ltd
Current assignee: Hirochiku Co Ltd
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2024-05-19

Abstract

【課題】保持炉の内壁からの熱損失の低減を図り、加熱エネルギーを低減するとともに、内壁耐火物の損傷による溶湯の漏洩を防止した耐火物構造を採用した非鉄金属の溶解保持炉を提供する。【解決手段】非鉄金属の溶解保持炉１の模式的断面図であって、溶解保持炉１は、主として溶解炉１−１と、溶湯処理室１−４と、溶湯保持炉２と、から成るの３室で構成される。溶湯処理室１−４は、溶解した溶湯に随伴される金属酸化物を浮上又は沈降させて分離除去し、清浄な溶湯を得る。溶湯処理室１−４には、溶湯の温度維持のために溶湯処理バーナ１−５が備えられる。溶解炉１−１と溶湯処理室１−４の内壁５は、形状が複雑で、耐火度も要求されるので、主としてＡｌ２Ｏ３—ＳｉＯ２系のプラスチック又はキャスタブル耐火物５でライニングされる。内壁５の背面には、通常、赤レンガ等の外壁耐火物６が後詰施工される。【選択図】図１

Description

本考案は、ダイカスト等に供するアルミニウム、マグネシウム等の非鉄金属溶湯を溶製する溶解保持炉に関し、詳しくは温度保持力があり、炉の熱損失を低減できる保持炉の内壁構造に関するものである。

ダイキャスト法は、金型に溶融したアルミニウム、亜鉛、マグネシウム等の非鉄金属及びそれらの合金を圧入することにより高い寸法精度の鋳物を短時間に大量生産する鋳造方式であって、量産性や製品肌が良好なことに特長があり、自動車関連部品、家電関連部品、事務用品や日用品等に用途を拡大して来ている。

ダイキャスト用合金として使用量が多いのは、アルミニウム合金であって、経済的で、鋳造し易く、しかも機械的性質や成形鋳造性に優れている。ダイキャスト法に用いられるアルミニウム合金の溶湯は、図６に示すような溶解保持炉１で溶製され、その溶湯は保持炉２で８００℃近辺で保持される。前記溶解保持炉としては、上部が溶解材料投入口で、下部に傾斜炉床を有する溶解炉部１−３を有し、装入された溶解材料を溶解バーナによって加熱溶解し、傾斜炉床を経由して溶湯処理部１−４に導入されて溶湯処理を行い、さらに処理溶湯のみを隔壁下部の溶湯連通部を通って溶湯保持炉部２へ導入され、炉上部の保持バーナにより溶湯を定温に加熱保持するアルミ等の非鉄金属溶湯の溶解保持炉が知られている（文献１）。

特開２００４−３３２９４８号公報（〔００１８〜００２１〕、図２）

前述の溶解保持炉の保持炉は、炉内の溶湯をダイキャストに適する温度の７２０度前後に炉内から汲み出し口までの温度降下を加えた８５０℃前後に加熱保持するために、保持炉上部に設けた燃焼バーナにより加熱するが、溶湯上部の内壁は燃焼炎の高温に曝されるので、耐火度が高いＡｌ_２Ｏ_３やＡｌ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系のキャスタブル耐火物が主として用いられてきた。

前述の保持炉が非常に高温に保持されるので、炉からの熱放散によるエネルギロスと共に、温度上昇に伴う溶湯の酸化物発生の増加などの弊害をもたらしていた。これに対応するように、溶湯への直接加熱が可能な浸漬ヒータ（電熱又は燃焼による）が用いられるようになり、保持炉の内壁の温度が過剰にオーバーヒートされる恐れがなくなると共に、溶湯加熱の伝熱効率が改善されて来ている。

本考案は、前述の使用状況の変化も踏まえて、溶湯の保持炉からの熱放散を減少するという課題を解決したものであって、溶湯保持炉の内壁に断熱耐火材を適用して熱損失の低減を図り、加熱エネルギーを低減するとともに、内壁耐火物の損傷による溶湯の漏洩を防止し、かつ内壁耐火物の寿命を延長させる耐火物構造を採用したアルミニウム、マグネシウム等の非鉄金属の溶解保持炉を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本考案の請求項１に係る非鉄金属の溶解保持炉は、少なくとも非鉄金属を溶解バーナーにより加熱溶解して溶湯を得る溶解炉部と、処理した溶湯を浸漬ヒータ又は面燃焼バーナにより定温に加熱保持して貯湯する溶湯保持炉部と、から成る溶解保持炉において、前記溶湯保持炉の内壁が断熱性耐火材ボードを壁厚方向に二層以上の多層に重ね合わせて構成することを特徴とする。

この構成をとることにより、内壁耐火物を多層化することで、肉厚が薄くできるから断熱性耐火材ボードの性状を均質化し易く、特に、耐火度と強度を向上させたものが製造し易い。また、前述の品質良好な断熱性耐火材ボードを多層化して施工することにより、一層で厚みがあるが均質性に難がある耐火材ボードで内壁を形成したものに比べ、湯漏れを完全に防止することができる。一層であれば、溶損や亀裂等による漏孔で、そこから溶湯が内壁外に漏れる恐れがあるが、多層構造であれば、例え一層で漏れても、次の層で湯漏れを防ぐことが可能で、炉外に湯漏れが生ずることをほとんど無くすことができる。

従来のキャスタブル耐火物の場合、均質に、目地無しに炉内でキャストする築炉施工は困難さが伴うが、それに比べ本考案の断熱性耐火材ボードは、工場で予め製造することができ、品質が良く、安定した断熱性耐火材ボードを提供することが可能で、これを用いたパネル施工の築炉は簡易である。また、多層化により一枚の断熱性耐火材ボードの肉厚を薄くすることが可能で、断熱耐火性の均質な、しかも寸法精度の良い断熱性耐火材ボードが製造することが可能となり、ひいては品質の良い築炉施工が可能となる。また、浸漬ヒータ又は面燃焼バーナを用いることにより溶湯保持炉の内壁面に火炎が直接当たらず、オーバーヒートする恐れが無いこともあり、従来のキャスタブル耐火物に代えて断熱性耐火材ボードの適用が可能となった。

また、請求項２に係る非鉄金属の溶解保持炉は、請求項１に記載の非鉄金属の溶解保持炉において、前記断熱性耐火材ボードが、内壁の一面において、隅部を除き接ぎ目が無い一枚ボードで構成されることを特徴とする。また、請求項３に係る非鉄金属の溶解保持炉は、請求項１又は２に記載の非鉄金属の溶解保持炉において、前記断熱性耐火材ボードが、一層の肉厚が３０〜５０ｍｍの範囲であることを特徴とする。

これらの構成により、隅部を除いて接ぎ目無しにして内壁を施工できるので、接ぎ目により内壁面の構造体が不安定になったり、歪むことが避けられ、ひいては接ぎ目により生じ易い湯漏れなどの事故を皆無にすることができる。また、多層の中の一層の肉厚が薄いことにより、即ち３０〜５０ｍｍの範囲の肉厚なので、一枚物の断熱性耐火材ボードを均質に、特に層厚方向に耐火度、強度、寸法について均質に製作しやすいし、また築炉施工もパネル施工になるので容易である。

また、請求項４に係る非鉄金属の溶解保持炉は、請求項１又は２又は３に記載の非鉄金属の溶解保持炉において、前記断熱性耐火材ボードが、２０℃〜６００℃の範囲の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）が０．２０〜０．３５の範囲であることを特徴とする。

この構成により、従来のシャモット質キャスタブル耐火物の熱伝導率の０．５〜１．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べ、断熱性耐火材ボードの熱伝導率が約５０〜８０％小さくなり、内壁を通過する熱損失を大幅に下げることができる。ひいては、保持炉の加熱エネルギ量を大きく低減することが可能となる。

また、請求項５に係る非鉄金属の溶解保持炉は、請求項１から４のいずれかに記載の非鉄金属の溶解保持炉において、前記多層の断熱性耐火材ボードで構成される内壁が、各層の断熱性耐火材ボード同士の接ぎ目地が壁厚方向に通らないように違って配置されることを特徴とする。

この構成をとることにより、各層のボード同士の接ぎ目が、重なり合う他層の接ぎ目と通らないので、即ち芋目地でなく馬目地になるので、万一内壁面から接ぎ目を通って溶湯が漏れても、次層面で接ぎ目がなくボード面で湯漏れが防止できるので、内壁構造として溶湯漏れの事故の恐れが無く、また内壁の寿命を延ばすことが可能となる。この配置構造により、断熱性耐火材ボードの特徴を溶解保持炉の内壁に関して十分発揮することが可能となる。

また、請求項６に係る非鉄金属の溶解保持炉は、請求項１から５のいずれかに記載の非鉄金属の溶解保持炉において、前記断熱性耐火材ボードが、ケイ酸カルシウム製ボードであることを特徴とする。

前述のケイ酸カルシウム製断熱性耐火材ボードは、通常、生石灰や珪砂を主な原料として湿式粉砕し、さらに耐火繊維系補強物質を加えて均一化した後、脱水して板状に成形し、オートクレープで高温、高圧蒸気で加熱することにより、ケイ酸カルシウムボードを得、さらに焼成を加えてケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボードが製造される。その性状は、密度０．８５〜０．９５、最高使用温度８５０〜１０００℃、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）０．２０〜０．３０、冷間強度（Ｎ／ｍｍ^２）１４〜２０であり、本考案に用いる溶湯保持炉の内壁の断熱性耐火材ボードとして最適であるし、また、内壁を薄壁化することも可能である。

本考案に係る請求項１から６に記載の非鉄金属の溶解保持炉によれば、溶湯保持炉の内壁に、所定のケイ酸カルシウム製の断熱性耐火材ボードを適用することにより、溶湯保持炉の温度保持力を向上し、かつ、炉壁の熱損失を低減できるので、溶湯を定温に保持する加熱エネルギの低減に寄与することが可能となる。また、該内壁を一枚ボードによる多層化構造を採用して、耐火材を軽量化と共に薄壁化して、現地施工をパネル施工で簡易化し、確実な築炉施工を可能とし、ひいては溶湯の漏れを皆無し、内壁寿命を延長させることが可能となり、溶解保持炉の稼働率の向上、保全費の減少等に貢献する。

図１は、本考案を実施するための形態に係る非鉄金属の溶解保持炉の模式的断面図である。図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視の模式的断面図である。図３は、本考案を実施するための形態に係る非鉄金属の溶解保持炉の保持炉の模式的平面図である。図４は、図３におけるＢ−Ｂ矢視の模式的側面図である。図４は、図３におけるＣ−Ｃ矢視の模式的側面図である。図６は、従来例の非鉄金属の溶解保持炉の模式的断面図である。

本考案に係る非鉄金属の溶解保持炉１を図１，２を用いて説明する。図１は、非鉄金属の溶解保持炉１の模式的断面図であって、図２は、図１におけるＡ−Ａ矢視の模式的断面図である。溶解保持炉１は、主として溶解炉１−１と、溶湯処理室１−４と、溶湯保持炉２と、から成るの３室で構成される。溶解炉１−１は、上部に溶解材料投入口があり、中段に下斜め向きの溶解バーナ１−２を備え、溶解材料を溶解バーナにより溶解した溶湯が傾斜床１−３に沿って溶湯処理室１−４に流下する。溶湯処理室１−４は、溶解した溶湯に随伴される金属酸化物を浮上又は沈降させて分離除去し、清浄な溶湯を得る。溶湯処理室１−４には、溶湯の温度維持のために溶湯処理バーナ１−５が備えられる。溶解炉１−１と溶湯処理室１−４の内壁５は、形状が複雑で、耐火度も要求されるので、主としてＡｌ_２Ｏ_３―ＳｉＯ_２系のプラスチック又はキャスタブル耐火物５でライニングされる。内壁５の背面には、通常、赤レンガ等の外壁耐火物６が後詰施工される。

溶湯保持炉２は、溶湯処理室１−４と下部で連通し、清浄な溶湯Ｍのみを受湯する。溶湯保持炉２は、出湯用クレードル２ｄが装入される出湯室２ｃを備え、出湯室２ｃは下部で保持室２ａと連通している。また、溶湯保持炉２は、保持室２ａの下部に浸漬ヒータ４が内壁を貫通して挿入配置される。浸漬ヒータ４は、溶湯Ｍを加熱保持するために、セラミック等の耐火物製保護管内に電気発熱体又は燃焼発熱体を備えたラジアントチューブ型浸漬ヒータが用いられる。また、溶湯保持炉２の保持室２ａと出湯室２ｃの内壁３は断熱性耐火材ボード３ａでライニングされる。また、溶湯保持炉２の上部には、開閉自在の蓋２ｂが設けられ、通常の一般的な耐火保温材が用いられる。また、内壁３の背面には、普通の赤レンガの外壁耐火物が用いられる。３００ｋｇ／ｈアルミニウム合金の溶解保持炉１の溶湯保持炉２の代表的な内法寸法は、長さ約１５００ｍｍ、幅約９００ｍｍ、深さ約６５０ｍｍである。

溶湯保持炉２の加熱装置としては、前述の浸漬ヒータ４と面燃焼バーナ（図示しない）がある。面燃焼バーナは、溶湯面から上部の離れた位置に設置され、燃焼は網状の燃焼補助具内で行われ、火炎は燃焼面から溶湯面に伸びないので、溶湯面上部の耐火物壁面がオーバーヒートされないし、また、溶湯からの酸化物の生成が抑制される（従来の上部燃焼バーナに比し酸化物生成量が約１／５に抑制できる。）特徴がある。よって、本考案の溶湯保持炉２の加熱装置としては、浸漬ヒータ又は面燃焼バーナを用いることができる。

溶湯保持炉２の内壁３のライニングは、図３，４，５に示すように３層から成る多層の断熱性耐火材ボード３ａが用いられる。断熱性耐火材ボード３ａは、内壁３の一面を覆う一枚物のボードパネルで構成される。よって、内壁３内で保持される溶湯Ｍが接する内壁３面には接ぎ目が無い構造となり、溶湯Ｍが断熱性耐火材ボード３ａの面から漏れ出すことは皆無となる。内壁３は、本例では、３層の断熱性耐火材ボード３ａから構成されているが、少なくとも２層以上あれば、断熱性とか溶湯Ｍの保持の点で必要要件を満たしている。

内壁３を構成する壁面である断熱性耐火材ボード３ａの接ぎ目３ｂは、内壁３の隅部に設けられており、また接ぎ目３ｂは、各層の断熱性耐火材ボード同士の接ぎ目３ｂが壁厚方向に通らないように食い違って配置される。これにより、各層のボード同士の接ぎ目３ｂが、重なり合う他層の接ぎ目３ｂと同じ位置にならないので、即ち接ぎ目が通る芋目地でなく、接ぎ目が通らない馬目地になるので、万一内壁３面から接ぎ目３ｂを通って溶湯Ｍが漏れても、次層面で湯漏れが防止できるから、内壁構造として溶湯Ｍ漏れる恐れが無く、また内壁３の寿命を延ばすことが可能となる。また、内壁３を構成する壁面である多層の断熱性耐火材ボード３ａの層間の接着は、接着性のあるエアセット又はヒートセットの耐火材モルタルで行うのが好適である。このモルタルの存在により、万一、溶湯Ｍが一層の断熱性耐火材ボード３ａに亀裂が入り、亀裂から漏れても、次層の断熱性耐火材ボード３ａと協同して層厚方向や層間方向の溶湯Ｍの漏れを防ぐことができる。

前述の断熱性耐火材ボード３ａは、密度０．８５〜０．９５、最高使用温度８５０〜１０００℃、熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）０．２０〜０．３０、冷間強度（Ｎ／ｍｍ^２）１４〜２０の性状を有し、成分ＣａＯ３８〜４３％、ＳｉＯ_２５０〜５５％を有するケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボードである。この熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）０．２０〜０．３０は、従来のシャモット質キャスタブル耐火物の熱伝導率の０．５〜１．２（Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べ、本考案の断熱性耐火材ボードの熱伝導率は、約５０〜８０％と大幅に小さくなり、内壁３を通過する熱損失を大幅に下げることができる。ひいては、溶湯保持炉２の加熱エネルギ量を大きく低減することが可能となる。また、内壁３を薄壁化することも可能である。また、本考案に用いるケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボード３ａは、従来のシャモット質キャスタブル耐火物と比較して軽量であり、かつ、ボードパネルで溶湯保持炉２の内壁３の施工もパネル施工となり、簡易となる。また、本考案に用いるケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボード３ａは、通常、生石灰や珪砂を主な原料として湿式粉砕し、さらに耐火繊維系補強物質を加えて均一化した後、脱水して板状に成形し、オートクレープで高温、高圧蒸気で加熱することにより、ケイ酸カルシウムボードを得、さらに焼成を加えてケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボードが製造され、必要あれば裁断して所定のケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボード３ａを得ることができる。

本考案に係る溶解保持炉の保持炉は、その内壁をケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボードの一枚物を用いてパネル施工で、三層構造を精度良く構築できるので、内壁面に接ぎ目なく溶湯漏れを防止し易い。また、内壁面は一枚物で接ぎ目が無く、隅部に配置された接ぎ目も層間で通らない配置をしているので、接ぎ目による溶湯漏れの恐れが無く、内壁寿命を長く保つことができる。また、ケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボードの採用により、キャスタブル耐火物による内壁に比べて、熱伝導率が低くいから外部への熱放散量が少なく、保持炉への加熱エネルギの節約ができる。また、キャスタブル耐火物に比し薄壁化が可能で、内壁施工も非常にし易く、施工費が節約できる。以上、本考案のケイ酸カルシウム断熱性耐火材ボードを保持炉に適用することにより保持炉の加熱エネルギが節約でき、内壁施工も簡易で、寿命も長いから経済的メリットが大きい。

非鉄金属のみならず高温溶湯の保持炉として利用できる。

１：溶解保持炉１−１：溶解炉１−２：溶解バーナ１−３：傾斜床
１−４：溶湯処理室１−５：溶湯処理バーナ
２：保持炉２ａ：保持室２ｂ：蓋２ｃ：出湯室
２ｄ：出湯用クレードル
３：内壁３ａ：断熱性耐火材ボード３ｂ：接ぎ目
４：浸漬加熱バーナ５：キャスタブル耐火物６：外壁耐火物
Ｍ：溶湯

Claims

少なくとも非鉄金属を溶解バーナーにより加熱溶解して溶湯を得る溶解炉部と、処理した溶湯を浸漬ヒータ又は面燃焼バーナにより定温に加熱保持して貯湯する溶湯保持炉部と、から成る溶解保持炉において、前記溶湯保持炉の内壁が断熱性耐火材ボードを壁厚方向に二層以上の多層に重ね合わせて構成することを特徴とする非鉄金属の溶解保持炉。
前記断熱性耐火材ボードが、内壁の一面において、隅部を除き、接ぎ目が無い一枚ボードで構成されることを特徴とする請求項１記載の非鉄金属の溶解保持炉。
前記断熱性耐火材ボードが、一層の肉厚が３０〜５０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非鉄金属の溶解保持炉。
前記断熱性耐火材ボードが、２０℃〜６００℃の範囲の熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）が０．２０〜０．３５の範囲であることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の非鉄金属の溶解保持炉。
前記多層の断熱性耐火材ボードで構成される内壁が、各層の断熱性耐火材ボード同士の接ぎ目地が壁厚方向に通らないように違って配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の非鉄金属の溶解保持炉。
前記断熱性耐火材ボードが、ケイ酸カルシウム製ボードであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の非鉄金属の溶解保持炉。