JP4809847B2 - 溶融銅鋳造用樋 - Google Patents

Description

詳細な説明

本発明は、銅などの溶融金属の製造および鋳造で用いられる樋に関するものである。

銅の製造は、銅の電解洗浄用の鋳造設備で銅陽極を粗銅から鋳造する段階を含んでいる。銅は、溶解炉から樋および電槽を通って鋳造機へ送られ、定量投入される。樋には鋼鉄製被覆物が設けられ、また耐熱材で裏張りされている。樋は、開口型の樋またはカバー付きの樋である。樋は適切な傾斜で設置されて重力によって溶解生成物の流れを生成する。また溶解生成物を移送および定量投入するために、安定処理槽などの電槽が必要あり、溶解生成物は溶解炉から安定処理槽へ注入され、そこで溶融金属の運動が樋へ送られる前に安定化される。さらに、中間槽および定量投入槽がしばしば必要となる。鋳造設備の能力を大きくする場合、溶解生成物用樋をさらに長くする必要があり、これが樋における銅の冷却および凝固に伴う問題を以前よりも深刻にする。樋において銅が凝固すると、溶解生成物の溶解流が妨げられ、溶融金属が樋から溢流する。凝固を防止するために、溶融銅を溶解反応炉で十分な高温に加熱して、溶融金属の温度によって、鋳造機まで金属の流れを維持し、また鋳造機まで樋を高温に保っている。樋は耐熱材で裏張りされ、その磨耗度合は搬送される金属の温度に直接比例する。すなわち、溶解生成物の温度が高いほど、樋の裏張りが早く磨耗する。必然的に、このことは余分な維持費をもたらす。樋がまだ冷えている場合、樋における溶解生成物の凝固は、とくに鋳造の初期段階で起こる可能性がある。

鋳造の終盤では樋および電槽が急激に冷えるため、これらの中の溶融金属が凝固する。同様に、任意の工程障害と関連して金属が固化して、鋳造を継続する前にまたは新たに鋳造を始める前に樋装置全体の手入れをしなければならない程度まで電槽および樋における溶融金属の流れが遮断され、または減少する可能性がある。

上述した技術的問題を解決するためのこれまでの試みは、ガスバーナーまたは電気抵抗器の使用に基づいていた。ガスバーナーの炎で、溶融金属、樋、および電槽を加熱していた。しかし、バーナーは銅の溶解温度まで樋を加熱することができず、それゆえに鋳造中に冷却作用が生じることが問題であった。樋内の電気抵抗器によって十分な加熱効果を得ることは、主に過度に大きな熱損失のせいで、これまでは不可能であった。

米国特許第5,744,093号明細書には、銅鋳造に関連して用いられる樋構造が開示され、そこでは鋼鉄製被覆物を有し、耐熱材で裏張りされた樋が、断熱カバーを備えている。樋のさらなる加熱はガスバーナーで行われる。樋からのガス排出装置が樋カバーに配設されている。樋カバーは、樋から放射される放射熱に対する断熱体としても働く。公報に開示されている樋設備の欠点の１つは、煙突効果の結果、カバー付きの傾斜した高温の樋にガスの上昇流が生じ、これによって樋内の高温金属が冷たくなることである。この問題解決の１つの方式として提示されている密閉プラグは、安定処理槽と中間槽を利用して溶融金属の流れを調節する本発明の樋設備には適さない。

本発明は、従来技術の問題を解消し、溶融金属移送用の改善された樋構造を提供することを目的とする。本発明はさらに、溶融金属を溶解炉から鋳造機へ確実に移送するのに用いられ、鋳造中の障害に強い樋および槽構造を提供することを目的とする。とくに、加熱炉陽極から鋳造機の陽極への銅を確実に移送することを目的とする。

従来技術の問題に対する本発明による解決方式は、電気抵抗器を備えたカバーを、溶解生成物用の樋構造、その樋および電槽に配設し、銅が中を流れる樋および電槽を加熱することに基づくとともに、カバーを備えた樋で生じる煙突効果を、覆われた樋部分の上端部で発生するよどみ点圧力によって制限することに基づいている。

本発明による加熱カバーは固定されて、例えば、溶融金属用樋で、鋳造用電槽へ溶解生成物を定量投入する中間電槽で、および鋳造鋳型へ溶解生成物を定量投入する鋳造用電槽で使用することができる。

本発明はかなりの利点を提供する。本発明は、従来のバーナー方式に比べて、少ない電力で樋構造の加熱を可能にする。熱発生量の調節が容易であり、局部的な熱応力が回避されるため、樋埋め込み部の亀裂も回避される。樋および電槽で金属が固化するという危険を伴わずに鋳造を中止することができるので、鋳造装置が休止する傾向を減少させる。本発明は、電槽および樋の埋め込み部、とくに陽極炉の埋め込み部の稼動寿命を長くする。

本発明による樋構造では、耐熱材で裏張りされ、金属被覆物を有し、傾斜した樋に、溶融銅などの溶融金属が重力の作用で流れる。樋および電槽の少なくとも一部は、断熱カバーで覆われている。樋のカバーには少なくとも１つの電気抵抗素子が配設されて、樋を加熱して金属を溶融状態に保つ。また高温ガス送風機のバーナーを樋の覆われた部分の上端部に配設して、樋の流路内によどみ点圧力を生成して、ガス流を減速させ、またはこれが流れるのを妨ぎ、さらにはこれを下方へ流す。電槽の頂部に配設されたカバーは、鋳造中、および鋳造と鋳造の間中、さらには任意の鋳造休止期間中、使用される。電槽のカバーは軽量構造であるため、定位置に取り付け易く、また取り外し易い。

加熱素子を電槽のカバーに設けることが可能であるため、加熱素子を、処理中に溶解生成物が流れる電槽の囲い領域まで延在させることができる。

本発明による樋構造において樋下部は樋自体で構成され、そこを溶融金属が流れる。樋の溶解生成物用空間の断面は、例えば開口して上方へ広がったＵ字型である。溶融金属が接触する樋の内面は、セラミック装着構造などの耐熱材で画成されている。適した材料は耐熱性で鋳造可能なモルタルである。耐熱材は溶融金属の流路を形成し、これは上方へ広がった丸い底を有する溝であることが望ましい。流路は、通常の稼動条件において、溶融金属流の上面が流路の全高の10％ないし20％の高さに達するような寸法であることが望ましい。樋の外郭は鋼鉄などの金属で作ることが望ましい。セラミックの裏張りを設ける場合、鋼鉄製外郭が型として役に立ち、設置現場への輸送を容易にする。

本発明による樋構造は、樋底部の外面を形成する鋼鉄製被覆物などの金属製外郭と、溶融金属の流路を画成する耐熱性裏張りと、耐熱性裏張りおよび金属製外郭の間に配設される断熱層とを含み、断熱層は耐熱性裏張りよりかなり断熱に優れている。

本発明の一実施例において、樋内を流れる銅の温度は1080^oCから1300^oCの範囲である。好ましくは、樋構造における流路の耐熱性裏張りを厚く作って、その底部の外面温度が、樋内に銅流がある稼動状態において700^oCから900^oCの範囲になるようにする。樋内を流れる鋳造される銅は約1070^oCで凝固する。溶融銅は多孔耐熱性裏張りを浸透してその中で凝固し、温度が銅の凝固点の範囲内である裏張りの場所で銅の固定層を作る。したがって、耐熱性裏張りを厚くし、樋の断熱材を配設して、稼動状態では耐熱性裏張りの内部が銅の凝固点と同じ温度範囲であることが望ましい。本発明の他のいくつかの実施例では、溶融アルミ、溶融亜鉛もしくは溶融合金が樋内を流れるため、樋の断熱材はこれらの金属の溶解温度に対応して作られる。

本発明による好ましい一実施例では、樋の耐熱性裏張りを単独の部材にし、一体化部品としてこれを取り外したり、交換したりすることを可能にして、断熱材および/または鋼鉄製外郭を定位置に設置したままにする。この場合、セラミックウールで一体物と鋼鉄製被覆物とを分け、一体物の交換を容易にする。一体物を、ねじなどの固定部材によって鋼鉄製外郭に固定する。固定用のねじを、一体物に形成された留めねじへ鋼鉄製外郭およびウール断熱体を通ってねじ込む。

例えば樋構造における耐熱性裏張りおよび外殻の間に配設される断熱層の厚みおよび断熱能力を適切に選択することで、耐熱性裏張りが上述した望ましい温度勾配を備える。断熱層用にとくに望ましい断熱材は、セラミックウール断熱材である。断熱層には重要な意義があり、これがないと熱の損失がとても大きく、加熱抵抗器に必要な電力でこの抵抗器自体が溶ける可能性がある。一方で、断熱があまりにも優れる場合、銅などの溶融金属がセラミック耐熱性の合成体を浸透し、樋が液漏れを起こす。

本発明による樋構造のカバーは、樋の頂部に配設されるため、ほとんどのガスがカバーと樋の間から外へ出ることができず、さらに、放射またはガス流による熱損失がほとんど発生しない。カバーおよび樋の表面は互いに接触し、望ましくは実質的に平坦である。よって樋は、カバーの長い縁でその全長にわたってカバーを継続的に支える。

本発明による樋構造のカバーは、鋼鉄製被覆物などの金属カバーと、樋の下部を加熱する少なくとも１つの電気抵抗器と、金属製外郭からの放射による熱の損失を防ぐ断熱層とを有する。加熱抵抗器は樋の流路よりも上側に配置されているため、抵抗器からの熱が、樋の底部を流れる金属、および耐熱性裏張りに実質的に妨害されることなく放射する。稼動状態では、電気抵抗器は1100^oC〜1300^oCに加熱される。断熱材を望ましくはセラミックウール断熱材で作り、それによって断熱材を１つ以上の裏張り層で構成してもよい。カバーおよび樋におけるウール断熱体を、高温に耐えるケイ酸アルミニウムウール、ケイ酸マグネシウムウール、または酸化アルミニウムウールで構成することが望ましい。

加熱抵抗器を十分に厚くすることによって、熱により生じる変形および曲がりが小さくなる。加熱抵抗器は直径が丸い金属棒または金属管で構成することが望ましい。カバーには１つ以上の加熱抵抗器を配設して、これらを樋の長手方向に横に並べて移動させることができる。抵抗器を望ましくはそれぞれの動作電圧がいわゆる安全電圧領域になるように選択する。抵抗器を、望ましくは抵抗器の下に樋の長手方向に横に配されているいわゆる支持用腕金上のカバー部分に取り付ける。支持用腕金は、セラミック耐熱材で被覆した金属棒もしくは金属管にすることができる。

カバー部分は樋構造の一部を覆う。重ね合わされたカバーと樋とが、樋流路を形成する。樋流路の終端である上流部、すなわち、金属流入側には開口部が形成され、これを通してガスが、樋とカバーとの間からの煙突効果の結果、吐出される。本発明による樋構造では、この場所にガスバーナーもしくは高温ガス送風機が配設され、よどみ点圧力を生成して樋からのガス流の排出を抑えまたは防止する。バーナーもしくは送風機の高温ガスを、カバーと下部との間の開口部へ向けて送ることによって、よどみ点圧力の作用が最大になる。バーナーの燃料は、例えば天然ガスもしくは液体ガスにすることができる。高温ガスバーナーを電気で加熱してもよい。

バーナーもしくは送風機の電力は熱電素子を樋流路の下端部に設置することによって制御される。熱電素子は樋流路の下端部のガス空間の温度と、樋流路へ流入する冷気の冷却効果とを表示する。本発明による樋構造では、加熱抵抗器の電力制御部を配設して抵抗器が過熱するのを防止する。樋の断熱材は、その熱損失を、加熱抵抗器自体の温度がその正常作動範囲を越えない程度に制限するのに用いられる。

本発明はかなりの利点を提供する。本発明は、銅鋳造に関連して用いられる埋め込み材の必要性および樋の保全間隔を減少させ、また埋め込みにより生じる休止時間と、鋳造中に溶解炉を予熱加熱および加熱するのに用いられるエネルギーとを減らす。鋳造中の樋の遮断が減少されるため、鋳造工程がより安定する。カバーは、取り外しおよび接続が難しいケーブルやガス管などが存在しないために軽量である。したがって、カバーに固定されたまたは取り外し可能な持ち上げ部材を設けて、持ち上げ装置へ連結することができる。このようにして、樋の下部の保守および下部の交換中にカバーを脇に移動させることが容易になる。

次に、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、カバー部5および樋構造10を示し、双方共に鋼鉄製被覆物1、2を有している。環状加熱抵抗器3がカバー5におけるセラミックウール断熱体11によって画成された溝にある支持用腕金32に配設されている。支持用腕金32は、環状抵抗器の下に等間隔で配置されている。セラミック断熱体33が腕金32の加熱可能領域内に配置されている。加熱抵抗器32の電流供給の接続用端子31が、カバーの耐熱性裏張り11、および金属被覆物1を通って引かれている。溶融金属4は耐熱性裏張り22で形成された流路を流れる。耐熱性裏張り22は埋め込み構造で作られている。セラミックウール断熱体21の層が耐熱性裏張り22と鋼鉄製被覆物2との間に配設されている。カバー5はその下部を基礎とし、これによって支持されているため、樋構造の長手側におけるガス流および熱放射が実質的に妨げられる。

カバー部5は、図２に示すように、樋の全長の一部しか覆わない。樋は傾斜姿勢で設置され、樋内における溶融金属の流れを可能にしている。カバー部と樋は１つの樋流路を形成し、その上端部にはガスバーナーまたは高温ガス送風機23が配され、高温ガスの流れが樋流路の開口部へ送られてよどみ点圧力を生成し、これによって樋流路におけるガス流が減速され、もしくは抑えられる。

加熱抵抗器3は実質的に樋のカバーで覆われた部分全体に伸びている。熱電素子24が加熱抵抗器の温度を測定し、制御回路に配設されている。この熱電素子は熱抵抗器が過熱するのを防止する。このような過熱を防止する制御部をそれぞれの加熱抵抗器に関して配設することが望ましい。熱電素子25が樋流路へ流入する冷気の温度を測定し、制御回路に配設されている。この熱電素子はバーナーもしくは高温ガス送風機23の電力を制御する。流路へ流入する空気が冷たいほど、煙突効果が大きくなり、バーナー23が必要とする電力も大きくなる。

図３において、T1は樋のカバー内の温度センサ24によって測定された温度、またT2は樋の下流部にある温度センサ25によって測定された温度であり、樋流路へ流入するガスの冷却効果を示している。ガスバーナー制御部が、バーナーまたは高温ガス送風機の電力を、樋へ流入する空気の冷却効果の変動に応じて調節する。この場合、処理中の間、樋の上端部のバーナーにより生じるよどみ点圧力が適切に保たれる。樋カバーの電力は別個の電力制御部によって調節される。熱電素子T1が電気抵抗器の近辺の温度を測定する。

図４ないし図６の鋳造用電槽40には断熱カバー41が設けられ、これには電気抵抗器が設けられている。抵抗材と、関連するケーブル配線とが、カバー41の鋼鉄製被覆物で形成されたボリューム45に配設されている。カバーの支持体43、44は鋳造用電槽の壁42に配設されている。

電槽に配設されているカバー41は、例えば剛性の鋼鉄製構造であり、電槽40から適切な距離のところで電熱素子を支持している。カバーは、好ましくは支持点43、44を有し、この点で電槽によって支持されて、電槽に十分に的確に取り付けられるとよい。断熱体の層はカバー41と加熱素子との間に設けられる。カバーの断熱ウールが適度に柔らかいため、ウールは電槽の縁にしっかりと定着し、カバーが定位置にある時には、変形を小さくし、凝固した金属を電槽の縁で跳ね飛ばすことができる。

本発明は、添付の図面のみに基づいた上述の説明および方式に限定されることがないことは当業者には明らかである。また、本発明による樋構造は様々な種類の溶解生成物の搬送に適していることは明らかである。

本発明の一実施例による樋構造の断面図である。 図１による樋の横方向Ｂ−Ｂから見た断面図である。 本発明による樋構造における制御の実施例を示す図である。 ないし 電気加熱式カバーが設けられた鋳造用電槽を示す図である。 図４に示す鋳造用電槽の横断面図である。 図４に示す鋳造用電槽のＢ−Ｂ方向の横断面図である。

Claims (12)

1. 耐熱材で裏張りされ、金属製外郭が設けられ、少なくとも一部が断熱用カバーで覆われた傾斜した樋に溶融金属が重力の作用によって流れる、銅などの溶融金属を搬送する樋構造において、
   前記樋の下部を加熱する少なくとも１つの加熱用の電気抵抗素子が前記カバーに配設されて、前記金属が溶融状態に保たれ、
   前記溶融金属流入側のカバー開口部に、バーナーまたは高温ガス送風機が配設されてよどみ点圧力が生成され、前記樋の流路に煙突効果により流入するガスが減速されてその流れが妨げられ、または下方へ流されることを特徴とする樋構造。
2. 請求項１に記載の樋構造において、前記カバーおよび樋は互いに接触して配設されて、該樋の長手側でこれらの間からのガス流出および熱放射が実質的に抑えられることを特徴とする樋構造。
3. 請求項１に記載の樋構造において、前記カバーに配設された１つ以上の加熱用の電気抵抗素子は、前記樋の覆われた部分にわたって実質的に延びることを特徴とする樋構造。
4. 請求項１に記載の樋構造において、該樋構造の下部は、前記樋の底部の外面を構成する鋼鉄製被覆物などの金属製外郭と、前記溶融金属用の流路を画成する耐熱性裏張りと、該耐熱性裏張りおよび該金属製外郭の間に配設された断熱層とを含み、該断熱層は、該耐熱性裏張りよりも断熱に優れていることを特徴とする樋構造。
5. 請求項４に記載の樋構造において、前記耐熱性裏張りと前記金属製外郭との間の断熱層は、ケイ酸アルミニウムウール、ケイ酸マグネシウムウール、または酸化アルミニウムウールなどのセラミックウールを含むことを特徴とする樋構造。
6. 請求項１に記載の樋構造において、前記カバーに配設された加熱用の電気抵抗素子は、前記金属の流路より上に設けられて、該抵抗素子からの熱が、前記樋の下部を流れる金属、および前記耐熱性裏張りで遮られることなく、放射することを特徴とする樋構造。
7. 請求項６に記載の樋構造において、前記加熱用の電気抵抗素子は、1100^oC〜1300^oCまで加熱されることを特徴とする樋構造。
8. 請求項１に記載の樋構造において、前記ガスバーナー、または高温ガス送風機の電力は、前記樋流路の下流部で測定されたガス空間の温度に基づいて制御されて、よどみ点圧力を維持することを特徴とする樋構造。
9. 請求項１に記載の樋構造において、前記カバーにおける電気抵抗素子の電力は、該抵抗素子に対応する樋のカバー内の位置で測定された温度に基づいて制御されることを特徴とする樋構造。
10. 請求項５に記載の樋構造において、前記樋における耐熱性裏張りは、一体物として取り外しおよび交換することが可能な単独の部材であり、したがって、前記金属製外郭は固定され、前記セラミックウールは該耐熱性裏張りと前記金属製外郭とを分け、前記耐熱性裏張りはねじなどの固定部材によって前記金属製外郭に固定されることを特徴とする樋構造。
11. 請求項１に記載の樋構造において、該樋構造は、前記断熱用カバーおよび前記加熱用の電気抵抗素子を含んで構成する加熱カバーで覆われていることを特徴とする樋構造。
12. 請求項１１に記載の樋構造において、鋳造中、および鋳造と任意の鋳造中止との間の期間中、前記加熱カバーは、前記樋の頂部に配設されることを特徴とする樋構造。

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