JP3274902B2 - アルミ溶解保持炉 - Google Patents

アルミ溶解保持炉

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JP3274902B2 JP06913693A JP6913693A JP3274902B2 JP 3274902 B2 JP3274902 B2 JP 3274902B2 JP 06913693 A JP06913693 A JP 06913693A JP 6913693 A JP6913693 A JP 6913693A JP 3274902 B2 JP3274902 B2 JP 3274902B2
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  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はアルミ溶解保持炉に関す
る。
【0002】
【従来の技術】アルミ溶解保持炉は、アルミニウムの精
錬に用いられるルツボ式の加熱炉であって、黒鉛製ルツ
ボ101の周りを耐火断熱材で内張りした炉体102内
で囲繞し、この炉体102とルツボ101との間に燃焼
室103を形成するように設けられている。炉体102
にはバーナ104が装備され、燃焼ガスを燃焼室103
内に噴き出してルツボ101を加熱し、ルツボ101内
のアルミニウムを加熱溶融させるようにしている。
【0003】このアルミ溶解保持炉においてルツボ10
1の加熱を均一に行うことは重要な問題である。そこ
で、従来のアルミ溶解保持炉は、図4に示すように、燃
焼室103に臨む炉体壁面に少なくとも1基のバーナ1
04を接線方向に設置し、これから噴射される火炎をル
ツボの周りに旋回させるように設けられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
アルミ溶解保持炉は、壁部に据付けられたバーナ104
によって炉内全体を加熱するため、バーナ104から離
れた所ほど炉内温度が低くなるという温度分布の不均一
性を有する。しかも、バーナ104のヒートパターン
は、ルツボ101の底付近106でアルミ精錬に適温と
なるように設定すると、ルツボ104の入口105に向
かう程ヒートフラックスが過少な値となってしまう。逆
にルツボ101の入口105側を基準にすると、ルツボ
101の底106では過大なものとなってしまう。この
ため、加熱効率の良いものとは言えず、熱効率も悪い。
また、ヒートパターンが不均一でかつ炉内温度も高くで
きないため、所定炉内温度に昇温させるまでに時間がか
かる問題を有している。
【0005】本発明は、加熱効率及び熱効率の良いアル
ミ溶解保持炉を提供することを目的とする。また、本発
明の他の目的は、アルミ溶解保持炉の昇温時間の短縮に
ある。更に、本発明は、温度分布が均一なアルミ溶解保
持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】かかる目的を達成するた
め、本発明のアルミ溶解保持炉は、ルツボと、該ルツボ
を囲繞してルツボの周りに燃焼室を形成する炉体と、炉
体に少なくとも1システム以上設置される蓄熱型バーナ
システムとから成り、かつ蓄熱型バーナシステムは蓄熱
体を通して燃焼用空気の供給及び燃焼排ガスの排出を行
い蓄熱体に対する燃焼排ガス及び燃焼用空気の流れを切
り替えることによって燃焼排ガスの熱で加熱された蓄熱
体を通して燃焼排ガスの温度に近い高温の燃焼用空気を
供給してバーナを交互に燃焼させると共に、蓄熱型バー
ナシステムを構成する一対のバーナを炉体の高さ方向に
離して互いに接線方向でかつ逆向きに配置されるように
している。ここで、蓄熱型バーナシステムの一対のバー
ナは、好ましくは下側のバーナがルツボの底部付近に配
置され、それよりもルツボの入り口寄りに上側のバーナ
が配置され、より好ましくは一対のバーナが、上から見
て隣接する位置に配置されている。
【0007】
【作用】したがって、上下のバーナの間の交互燃焼によ
って生ずる燃焼ガスは、上のバーナから下のバーナへあ
るいはその逆に下のバーナから上のバーナへと、ルツボ
の周りを旋回しながらルツボを加熱してから排出され
る。そして、燃焼していない方のバーナの蓄熱体を経て
加熱炉外へ排気される高温の燃焼排ガスは、蓄熱体を通
過する際にその顕熱が直接熱交換によって蓄熱体に回収
されて比較的低温で大気中に排気される。そして、蓄熱
体に回収された熱は直接熱交換によって極めて高い温度
効率で燃焼用空気を供給する予熱に使われて再び加熱炉
内へ戻される。このときの燃焼用空気の温度は蓄熱体へ
流出する燃焼排ガスの温度に近い高温とできる。この高
温の燃焼用空気を使って従来よりも少ない燃料で燃焼を
維持できかつ炉内温度を高く設定できる。また、ルツボ
の上下方向において短時間に火炎位置が頻繁に移り変わ
るため、燃焼室内におけるヒートパターンをより均一化
できる。特に、下側のバーナをルツボの底部付近に配置
し、それよりもルツボの入り口寄りに上側のバーナを配
置する場合には、ルツボの底部から入口側へかけての温
度分布が均一化される。更に、一対のバーナを、上から
見て隣接する位置に配置している場合には、ルツボを包
む燃焼ガスの旋回が確実に一周してルツボを周方向に均
一に加熱すると共に一対のバーナ間の配管を短くでき
る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。
【0009】図1及び図2に本発明のアルミ溶解保持炉
の一実施例を示す。このアルミ溶解保持炉は、例えば鋼
板製ケーシングの内側を耐火断熱材で内張りした炉体1
と、この炉体1の中央に設置される黒鉛製のルツボ3
と、熱源となる蓄熱型バーナシステム4とから構成され
ている。本実施例では1システムの蓄熱型バーナシステ
ム4を設けているが、2以上のシステムを装備しても良
い。
【0010】炉体1は、例えば図示の如くほぼ有底円筒
形を成し、中央にルツボ3を支える支持台20を備えて
いる。炉体1の上部開口部分には炉体1とルツボ3との
間に形成される燃焼室2を塞ぐ例えば耐熱鋼製の蓋部材
21が設置されている。また、蓋部材21の中央には、
ルツボ蓋24を嵌め込む開口部25が設けられている。
開口部25の周りにはルツボ蓋24と係合する環状の突
部26が設けられ、ルツボ蓋をセットする際の位置決め
及びストッパとして機能する。尚、図示していないが、
炉内圧調整に使用される排気口及び排気筒が設けられる
ことがある。
【0011】炉体1には少なくとも1システム以上、好
ましくは燃焼室内におけるヒートパターンをより均一に
するために複数の蓄熱型バーナシステムが配置されてい
る。蓄熱型バーナシステム4はその構造及び燃焼方式に
特に限定を受けるものではないが、本実施例ではバーナ
ボディに蓄熱体を内蔵したダクトを連結して蓄熱体とバ
ーナとを一体化したものを2基組合せて交互に燃焼さ
せ、燃焼させていない停止中のバーナ及び蓄熱体を通し
て排ガスを排出し得るように設けたものが使用されてい
る。例えば、図3に示すように、2基のバーナ5,6の
それぞれの蓄熱体7,7に対し燃焼用空気を供給する燃
焼用空気供給系8と燃焼ガスを排出する燃焼ガス排気系
9とを四方弁10の介在によって選択的に接続可能と
し、一方のバーナ5(あるいは6)には蓄熱体7を通し
て燃焼用空気の供給を図る一方、他方のバーナ6(ある
いは5)からは蓄熱体7を通して燃焼ガスの排出を図る
ように設けられている。燃焼用空気は例えば図示してい
ない押し込みファン等によって供給され、燃焼排ガスは
例えば図示していない誘引ファンなどの排気手段によっ
て炉内から吸引され大気中に排出される。また、燃料供
給系11は、例えば三方弁12を介していずれか一方の
バーナ5,6に選択的に交互に接続され燃料を供給す
る。燃料ノズル15は、例えばバーナボディ14のバー
ナスロート部分に埋設されて噴射口のみがバーナスロー
トの内周面に開口され、内側を燃焼ガスが通過する際に
これにさらされないように設けられている。本実施例の
場合、燃焼排ガスと燃焼用空気の経路を切替える四方弁
10と燃料の流路を切替える三方弁12とは、単一アク
チュエータ13で同時に流路を切替える方式を図示して
いるが特にこれに限定されるものではない。例えば、三
方弁12と四方弁10を別々に切り替え制御するように
しても良い。また、燃焼用空気と燃料の一部はパイロッ
トバーナガン16に分配されている。尚、図中符号14
はバーナボディ、16はパイロットバーナガン、17は
火炎検出器、18はパイロッバーナ点火用トランスであ
り、各ラインには図示していないが流体の流れを制御す
る各々電磁弁、手動弁等が設置されている。
【0012】ここで、燃焼用空気を供給するライン8に
は蒸気を供給するライン19が接続されている。この蒸
気は燃焼用空気の予熱に伴うNOx排出値の上昇を抑制
するために使用するものであり、水を用いても同様の効
果が得られる。
【0013】また、蓄熱体7,7としては比較的圧力損
失が低い割に熱容量が大きく耐久性の高い材料、例えば
セラミックスで成形されたハニカム形状のセル孔を多数
有する筒体の使用が好ましい。この場合、燃焼排ガスか
ら熱を回収する際に排ガスが酸露点温度以下に低下して
もセラミックス内に燃料中のイオウ分やその化学変化物
質が捕捉され、下流の排気系のダクトなどを低温腐食さ
せることがない。勿論、特にこれに限定されるものでは
なくセラミックボールやナゲットなどの他の蓄熱体を使
用しても良い。
【0014】尚、本実施例の蓄熱型バーナシステム4で
は、炉体1の上下に一対のバーナ5,6が配置されてい
る。この場合、ルツボ3の上下方向において短時間に火
炎位置が頻繁に移り変わるため、燃焼室2内におけるヒ
ートパターンをより均一化できる
【0015】以上のように構成されたアルミ溶解保持炉
によれば次のようにしてルツボ3は均一に加熱される。
【0016】まず、起動用燃料を供給して一対のバーナ
5,6を交互に燃焼させ、各蓄熱体7,7及び炉体1を
ある程度温める。そして、炉内温度が所定温度に達した
ところで立ち上げ運転から本格的な運転に切り替える。
蓄熱型バーナシステム4の一方のバーナ例えばバーナ5
を燃焼させれば、燃焼室2内においてルツボ3の加熱に
使用された後の燃焼ガスは停止中の他方のバーナ6のバ
ーナスロートから燃焼ガス排気系9を通って排気され
る。ルツボ3は火炎及び燃焼ガスの輻射熱によって加熱
される。ここで、バーナ5に供給される燃焼用空気は蓄
熱体7との短時間の直接接触によって予熱されてからバ
ーナボディ14内に供給されるため排ガス温度に近い高
温(1000℃前後)である。したがって、燃料ノズル
15から噴射された燃料と混合されたとき、少ない燃料
でも安定燃焼し高温の燃焼ガスが得られる。しかも、燃
焼量の増減に伴って燃焼用空気の温度も即座に変化する
ので燃焼ガスの温度調整の応答性が良い。一方、他方の
バーナ6では該バーナ6向けの燃料供給系11が三方弁
12で閉じられ、かつ四方弁10の切替えによって燃焼
ガス排気系9と接続されているため、燃焼は行われず燃
焼排ガスの排出路として利用される。即ち、燃焼排ガス
は停止中のバーナ6及びそれに付帯する蓄熱体7を通過
して蓄熱体7に熱を放出した後、低温のガスとされてか
ら四方弁10を通って排出される。尚、燃焼と排気の切
替えは例えば15秒〜2分間隔、好ましくは約1分以
内、最も好ましくは20〜40秒程度の極めて短い間隔
で行われる。この場合、高い温度効率で熱交換される。
また、排出される燃焼ガスが所定の温度例えば200℃
程度となったときに切替は行われる。
【0017】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。
【0018】また、燃焼用空気供給系と燃焼ガス排気系
とを選択的に蓄熱体に接続させるための流路切替手段と
して、本実施例では四方弁を例示しているがこれに特に
限定されるものではなく、4個の電磁弁の組み合わせや
その他の型式の流路切替弁などを使用するようにしても
良い。
【0019】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように本発明の
アルミ溶解保持炉によると、上下のバーナの間の交互燃
焼によって生ずる燃焼ガスが、上のバーナから下のバー
ナへあるいはその逆に下のバーナから上のバーナへと、
ルツボの周りを旋回しながらルツボを加熱してから排出
されるので、ルツボの上下方向において短時間に火炎位
置が頻繁に移り変わるため、燃焼室内におけるヒートパ
ターンをより均一化できる。また、火炎がルツボに直接
吹き付けられることがなく、加熱むらがないため溶湯の
保持温度を均一にできると共に昇温時間の短縮化が可能
となる。特に、下側のバーナをルツボの底部付近に配置
し、それよりもルツボの入り口寄りに上側のバーナを配
置する場合には、ルツボの底部から入口側へかけての温
度分布が均一化される。更に、一対のバーナを、上から
見て隣接する位置に配置している場合には、ルツボを包
む燃焼ガスの旋回が確実に一周してルツボを周方向に均
一に加熱すると共に一対のバーナ間の配管を短くでき
る。
【0020】また、本発明のアルミ溶解保持炉による
と、燃焼排ガスの熱を蓄熱体で回収して燃焼排ガスに近
い高温の燃焼用空気として供給してバーナを燃焼させる
ことができ、排熱回収による熱効率の向上及び省エネル
ギー化に寄与できる。例えば、従来のアルミ溶解保持炉
と比較した場合、30%から90%熱効率を上げること
ができる。
【0021】更に、本発明のアルミ溶解保持炉によると
燃焼排ガスの温度と近い高温の燃焼用空気を以てバーナ
を燃焼させるため炉内設定温度を高くでき伝熱量を増加
させ得るので昇温時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアルミ溶解保持炉の一実施例を示す平
面図である。
【図2】図1の正面図で、バーナシステムを除く部分の
みを断面状態で示す。
【図3】本発明のアルミ溶解保持炉に適用される蓄熱型
バーナシステムの一実施例を示す概略原理図である。
【図4】従来のアルミ溶解保持炉を示す概略図である。
【符号の説明】
1 炉体 2 燃焼室 3 ルツボ 4 蓄熱型バーナシステム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 利一 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 三谷 和久 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 林 芳郎 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 田中 良一 神奈川県横浜市鶴見区尻手2丁目1番53 号 日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者 柴田 松夫 神奈川県横浜市鶴見区尻手2丁目1番53 号 日本ファーネス工業株式会社内 (72)発明者 栗太 清文 神奈川県横浜市鶴見区尻手2丁目1番53 号 日本ファーネス工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−93187(JP,A) 特公 昭51−47131(JP,B2) 実公 昭56−15496(JP,Y2) 実公 昭51−48569(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F27B 14/00 - 14/20 F27D 17/00 101 B22D 45/00 C22B 21/00 - 21/06 F23L 15/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ルツボと、該ルツボを囲繞して前記ルツ
    ボの周りに燃焼室を形成する炉体と、炉体に少なくとも
    1システム以上設置される蓄熱型バーナシステムとから
    成り、かつ蓄熱型バーナシステムは蓄熱体を通して燃焼
    用空気の供給及び燃焼排ガスの排出を行い蓄熱体に対す
    る燃焼排ガス及び燃焼用空気の流れを切り替えることに
    よって燃焼排ガスの熱で加熱された蓄熱体を通して燃焼
    排ガスの温度に近い高温の燃焼用空気を供給してバーナ
    を交互に燃焼させると共に、前記蓄熱型バーナシステム
    を構成する一対のバーナを炉体の高さ方向に離して互い
    に接線方向でかつ逆向きに配置されていることを特徴と
    するアルミ溶解保持炉。
  2. 【請求項2】 前記一対のバーナは、下側のバーナがル
    ツボの底部付近に配置され、それよりもルツボの入り口
    寄りに上側のバーナが配置されていることを特徴とする
    請求項1記載のアルミ溶解保持炉。
  3. 【請求項3】 前記一対のバーナは、上から見て隣接す
    る位置に配置されていることを特徴とする請求項1また
    は2記載のアルミ溶解保持炉。
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