JP5342784B2 - 熱処理炉 - Google Patents

Description

本発明は、非鉄金属の溶解やその他の加熱処理に用いられる熱処理炉に関し、さらに詳しくは、燃焼により生じた排ガスに保有される熱を工業用バーナに設けた熱回収手段で回収する際に、この排ガスに保有される熱が外部へ放散されることを防止でき、しかも簡単な構成で安価に実施できる熱処理炉に関する。

例えば非鉄金属を溶解し鋳造する溶解炉には、炉内空間を囲む炉壁にバーナ装着孔を備え、このバーナ装着孔に装着された工業用バーナの先端から燃焼ガスを炉内空間へ噴出させることで、炉内空間に収容された坩堝内の非鉄金属を加熱するものがある(例えば、特許文献１参照。)。

上記の工業用バーナから噴出された燃焼ガスは、炉内空間を通過する間に上記の坩堝を介して非鉄金属を加熱し、炉壁の上部に設けた排ガス導出口から炉外へ排出される。この熱処理炉から排出される排ガスは高温で多量の熱を保有している。従来、この排ガスに保有される熱を回収するために、この排ガスと上記の工業用バーナの燃焼用空気との間で熱交換させるものがある(例えば、特許文献２参照。)。

即ち、上記の工業用バーナは燃焼用空気の供給路に熱交換器が付設してあり、熱処理炉の炉壁の上部に開口した排ガス導出口と上記の熱交換器内とが炉外に配置した排ガス案内路で接続してある。そして、この熱交換器内に案内された排ガスにより、この熱交換器を通過する燃焼用空気が加熱される。

特開２００２−１４７９６６号公報 特開平０９−０１４６１２号公報

上記の工業用バーナを備えた従来の熱処理炉は、排ガスが保有する熱を回収でき、熱処理炉全体のエネルギー効率を高くできるので好ましい。しかしながらこの従来技術では、上記の排ガス導出口と熱交換器とを接続する排ガス案内路を配管する必要があり、しかもこの配管は炉外に配置されるため排ガスに保有される熱が外部へ放散され易いので、この配管を断熱材で覆う必要があることから、安価に実施できないうえ、熱処理炉全体が大形化する問題がある。

本発明の技術的課題は上記の問題点を解消し、燃焼により生じた排ガスに保有される熱を工業用バーナに設けた熱回収手段で回収する際に、この排ガスに保有される熱が外部へ放散されることを防止でき、しかも簡単な構成で安価に実施できる熱処理炉を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するために、例えば、本発明の実施の形態を示す図１から図３に基づいて説明すると、次のように構成したものである。
即ち本発明１は熱処理炉に関し、炉内空間(２)を囲む炉壁(３)の下端寄り部にバーナ装着孔(４)を備え、このバーナ装着孔(４)に装着された工業用バーナ(11)の先端から燃焼ガス(16)を炉内空間(２)へ噴出させることで、炉内空間(２)に配置された坩堝(６)を加熱する熱処理炉であって、上記の工業用バーナ(11)は、上記のバーナ装着孔(４)内で開口する排ガス入口(12)とこの排ガス入口(12)に連通した排ガス路(13)とを備え、上記の炉壁(３)の上部に排ガス導出口(９)を開口して、この排ガス導出口(９)と上記のバーナ装着孔(４)とを連通する排ガス案内路(10)を、この炉壁(３)の肉厚内に形成したことを特徴とする。

また、本発明２は熱処理炉に関し、炉内空間(２)を囲む炉壁(３)の下端寄り部にバーナ装着孔(４)を備え、このバーナ装着孔(４)に装着された工業用バーナ(11)の先端から燃焼ガス(16)を炉内空間(２)へ噴出させることで、炉内空間(２)に配置された坩堝(６)を加熱する熱処理炉であって、上記の工業用バーナ(11)は、排ガス入口(12)とこの排ガス入口(12)に連通した排ガス路(13)とを備え、上記のバーナ装着孔(４)を備えた炉壁(３)から離隔させて上記の炉内空間(２)に区画壁(34)を設け、この区画壁(34)により上記の炉内空間(２)を被熱処理物収容空間(35)と炉壁側空間(36)とに区画するとともに、上記の排ガス入口(12)をこの炉壁側空間(36)に臨ませて開口し、上記の区画壁(34)の下端寄り部に上記の工業用バーナ(11)の先端部を挿入する透孔(37)を設け、この区画壁(34)の上部に上記の被熱処理物収容空間(35)と炉壁側空間(36)とを互いに連通する排ガス導出口(９)を開口し、この排ガス導出口(９)と上記の排ガス入口(12)とを連通する排ガス案内路(10)を、上記の炉壁側空間(36)で構成したことを特徴とする。

上記の工業用バーナの先端から噴出された燃焼ガスは、上記の坩堝を加熱しながら炉内空間を経たのち、上記の排ガス導出口から排ガス案内路を経て上記の排ガス入口へ案内され、排ガス路を経て炉外へ排出される。
このとき、上記の排ガス導出口は、本発明１にあっては炉壁の上部に、本発明２にあっては区画壁の上部に設けてあるので、バーナ装着孔に装着された工業用バーナの先端部から離れており、この工業用バーナから噴出された燃焼ガスが、炉内空間を十分に通過せずに排ガス入口へ案内される、いわゆるショートパスの現象が防止される。従って、上記の工業用バーナから噴出された燃焼ガスは、炉内空間を確実に通過し、この燃焼ガスにより上記の被熱処理物が十分に加熱される。

上記の工業用バーナは、特定の構造のものに限定されないが、上記の排ガスに保有される熱を回収する熱回収手段を備えたものが好ましい。またこの熱回収手段も特定のものに限定されず、例えば燃焼筒に沿って供給される燃焼用空気と上記の排ガス路を流れる排ガスとの間で熱交換するものや、工業用バーナの基端部に熱交換器を付設して、この熱交換器により上記の排ガスと燃焼用空気との間で熱交換するものであってもよく、さらには工業用バーナに蓄熱材収容部を付設して、この蓄熱材収容部に排ガスを通過させることにより熱を回収するものであってもよい。

また上記の熱処理炉は、特定の構造や形式のものに限定されないが、排ガスが保有する熱を回収するものでありながら、配管を簡略にして小形に構成できるので、上記の被熱処理物が坩堝内に収容された非鉄金属である溶解炉などに適用すると好ましい。

本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。

(１) 上記の工業用バーナから噴出された燃焼ガスは、上記の坩堝を加熱しながら炉内空間を経たのち、上記の排ガス導出口から排ガス案内路を経て上記の排ガス入口へ案内されるが、この排ガス案内路は、本発明１にあっては炉壁の肉厚内に形成され、本発明２にあっては、区画壁と炉壁との間の炉壁側空間で構成されるので、排ガスに保有される熱が外部へ放散されることを炉壁により良好に防止することができる。

(２) 上記の排ガス案内路は、本発明１にあっては、炉壁の肉厚内に形成するだけでよく、本発明２にあっては、炉内空間に区画壁を設けてこの区画壁と炉壁との間の炉壁側空間で構成するだけでよいので、別途の配管やこれを覆う断熱材が不要であり、熱処理炉全体を大形化することなく、簡単な構成で安価に実施することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１と図２は本発明の第１実施形態を示し、図１は溶解炉の断面図であり、図２は溶解炉に用いる工業用バーナの断面図である。

図１に示すように、熱処理炉の一種であるこの溶解炉(１)は、炉内空間(２)を囲む炉壁(３)の下端寄り部にバーナ装着孔(４)が透設してある。上記の炉内空間(２)には、上方の開口部(５)に坩堝(６)が装着してあり、この坩堝(６)内に被熱処理物であるアルミ合金などの非鉄金属(７)が収容してある。上記の炉壁(３)の内面には、螺旋状の凹溝または突条からなる案内手段(８)が形成してある。なお、この実施形態では上記の炉壁(３)の内面に案内手段(８)を形成したが、本発明の熱処理炉は、燃焼ガスが炉内空間を十分に廻る場合などには、この案内手段を省略してもよい。

上記の炉壁(３)の上部には、排ガス導出口(９)が上記の炉内空間(２)に臨ませて開口してあり、この排ガス導出口(９)と上記のバーナ装着孔(４)とを互いに連通させる排ガス案内路(10)が、上記の炉壁(３)の肉厚内に形成してある。

上記のバーナ装着孔(４)に装着される工業用バーナ(11)は、上記のバーナ装着孔(４)内に開口する排ガス入口(12)と、この排ガス入口(12)に連通した排ガス路(13)とを備える。この工業用バーナ(11)には、燃料供給管(14)と燃焼用空気供給管(15)とが接続してあり、この工業用バーナ(11)の先端から炉内空間(２)へ燃焼ガス(16)を噴出させることで、上記の坩堝(６)内の非鉄金属(７)が加熱される。

図２に示すように、上記の工業用バーナ(11)は、先端を開放した燃焼筒(17)を備えており、この燃焼筒(17)の中心軸線に沿って基端側から先端側へ燃料供給路(18)が形成してある。前記の燃料供給管(14)は、この燃料供給路(18)の基端側に接続される。この燃料供給路(18)の先端側にはノズル部(19)が設けてあり、このノズル部(19)と上記の燃焼筒(17)の先端との間に一次燃焼室(20)が形成してある。

上記の燃焼筒(17)内には、基端側と上記のノズル部(19)との間に空気供給路(21)が、上記の燃料供給路(18)の外側に形成してある。この空気供給路(21)の先端側は、上記の一次燃焼室(20)に連通してある。

上記の燃焼筒(17)の外側には、基端部から先端近傍部まで覆うように、外側筒体(22)が配置してある。この外側筒体(22)の基端側には排ガス出口(23)が開口してあり、この排ガス出口(23)に、例えば煙突状の排気筒(24)が接続される。
前記の排ガス入口(12)は、上記の燃焼筒(17)の先端寄り位置と外側筒体(22)の先端との間に開口してある。この排ガス入口(12)と上記の排ガス出口(23)との間に、前記の排ガス路(13)が上記の空気供給路(21)に沿って、燃焼筒(17)の外側に形成してある。

上記の燃焼筒(17)の外周面のうち、上記の空気供給路(21)の外周面に螺旋状体(25)が突設してある。上記の排ガス路(13)は、この螺旋状体(25)のピッチ間に、上記の空気供給路(21)の周囲を捲回する螺旋状に形成されている。上記の螺旋状体(25)は任意の手段で形成することができ、例えばコイル状の部材を燃焼筒(17)の外周面に溶接してもよく、或いは燃焼筒(17)と一体形成したもの等であってもよい。

なおこの実施形態では、上記の螺旋状体(25)の形成や燃焼筒(17)と外側筒体(22)との組付を容易にする等の理由から、この螺旋状体(25)の外周端を外側筒体(22)の内周面から僅かに離隔させてある。しかしこの螺旋状体(25)の外周端は、外側筒体(22)の内周面に当接させてもよい。またこの実施形態では、この螺旋状体(25)を燃焼筒(17)の外周面に突設した。しかしこの螺旋状体(25)は、上記の外側筒体(22)の内周面に突設してもよく、あるいは燃焼筒(17)の外周面と外側筒体(22)の内周面との両者に突設してもよい。さらにこの実施形態では螺旋状体の断面を矩形に形成したが、この螺旋状体は断面が円形など、他の形状であってもよい。

上記の外側筒体(22)の筒壁内には、外周側通路(26)と内周側通路(27)とからなる外側空気供給路(28)が形成してある。
上記の外周側通路(26)は基端側に空気供給口(29)が開口してあり、前記の燃焼用空気供給管(15)はこの空気供給口(29)に接続してある。この外周側通路(26)の先端側は、上記の内周側通路(27)の先端側に連通させてあり、この内周側通路(27)の基端側は上記の空気供給路(21)の基端側に連通させてある。また、この内周側通路(27)の中心側内周面には、周方向へ半周に亘って延びる分散板(30)が、例えば図２における上側と下側とから、交互に付設してある。これにより、燃焼用空気(31)の流路がジグザグ状または螺旋状にされている。

次に、上記の溶解炉(１)で、上記の工業用バーナ(11)により非鉄金属(７)を加熱する場合について説明する。
上記の工業用バーナ(11)にガス燃料(32)と燃焼用空気(31)とを供給し、上記のノズル部(19)前方の一次燃焼室(20)へ案内する。即ち、上記の燃焼用空気(31)は、外側空気供給路(28)の外周側通路(26)と内周側通路(27)とを順に通過したのち、空気供給路(21)を経て一次燃焼室(20)へ案内される。このとき、この内周側通路(27)を流れる燃焼用空気(31)は、上記の分散板(30)により通路内面と広い面積で接触しながら、ジグザク状または螺旋状の長い経路を進む。

上記の一次燃焼室(20)へ案内されたガス燃料(32)と燃焼用空気(31)は、互いに混合されて着火され、これにより、その火炎と燃焼ガス(16)が、燃焼筒(17)の先端から上記の溶解炉(１)の炉内空間(２)へ噴出される。この燃焼ガス(16)は、炉内空間(２)を前記の案内手段(８)に沿って進み、坩堝(６)の周囲を螺旋状に旋回しながら上昇して、坩堝(６)内の非鉄金属(７)を加熱したのち、排ガス(33)となって上記の排ガス導出口(９)から排ガス案内路(10)へ流出する。この排ガス案内路(10)に流入した排ガス(33)は、炉壁(３)の肉厚により外部への放熱を防止されながら、上記のバーナ装着孔(４)へ案内される。

このバーナ装着孔(４)に達した排ガス(33)は、上記の排ガス入口(12)から排ガス路(13)内へ流入し、上記の螺旋状体(25)により、通路内面と広い面積で接触しながら、上記の空気供給路(21)の外周面に沿って螺旋状の長い経路を進む。このとき、空気供給路(21)の外周面と外側筒体(22)の内周面とを介して、排ガス(33)に保有される熱の一部が燃焼用空気(31)へ良好に伝達される。そしてこの熱交換により温度が低下した排ガス(33)が、上記の排ガス出口(23)から上記の排気筒(24)を経て炉外へ排出される。上記の外側筒体(22)の内周面は、排ガス路(13)を流通する高温の排ガス(33)で加熱されるが、この外側筒体(22)の筒壁内には外周側通路(26)と内周側通路(27)とが形成してあるので、この両通路(26・27)の空気層により良好に断熱され、外部空間への放熱が防止されている。

なお、この第１実施形態では、図２に示すように、上記の工業用バーナ(11)の先端部とバーナ装着孔(４)との間に隙間が形成してあるので、上記のバーナ装着孔(４)に達した排ガス(33)の一部は、この隙間から炉内空間(２)へ還流される。しかし本発明では、この隙間が形成されないように、上記のバーナ装着孔(４)の大きさを工業用バーナ(11)の先端部に適合させて設定してもよい。

上記の溶解炉(１)は、上記の排ガス(33)が熱を外部へ放散することなく上記の工業用バーナ(11)へ案内され、この排ガス(33)に保有される熱により燃焼用空気(31)が良好に加熱されるので、エネルギー効率が高い。例えば、排ガスを排ガス導出口からそのまま外部へ放出する従来の溶解炉を用いた場合は、溶解時間が３時間４４分であり、排ガス温度が８７３℃であったが、これに対し上記の第１実施形態の溶解炉と工業用バーナを用いた場合は、溶解時間が２時間５４分で２２％以上短縮でき、排ガス温度は５６７℃で３００℃以上低下でき、従来のものに比べてガス消費を３０％削減することができた。

図３は本発明の第２実施形態を示す、溶解炉の要部の断面図である。
この第２実施形態では、バーナ装着孔(４)を備えた炉壁(３)から離隔させて、炉内空間(２)に区画壁(34)が立設してある。この区画壁(34)により、炉内空間(２)は坩堝(６)が配置された被熱処理物収容空間(35)と、これとは反対側の炉壁側空間(36)とに区画されている。

上記の炉壁(３)には、上記の第１実施形態と同様に、下端寄り部に上記のバーナ装着孔(４)が透設してあり、このバーナ装着孔(４)に装着される工業用バーナ(11)は、排ガス入口(12)とこの排ガス入口(12)に連通した排ガス路(13)とを備えている。但し、この第２実施形態では、上記の排ガス入口(12)は、上記の炉壁側空間(36)に臨ませてある。

上記の区画壁(34)には、下端寄り部に上記の工業用バーナ(11)の先端部を挿入する透孔(37)が透設してある。この区画壁(34)の上端は、溶解炉(１)の上壁(38)の下面と離隔させてあり、この区画壁(34)の上端に、被熱処理物収容空間(35)と炉壁側空間(36)とを互いに連通する排ガス導出口(９)が開口してある。この排ガス導出口(９)は、上記の炉壁側空間(36)を介して前記の工業用バーナ(11)の排ガス入口(12)と連通しており、従ってこの炉壁側空間(36)により、上記の排ガス導出口(９)と排ガス入口(12)とを連通する排ガス案内路(10)が構成してある。

この第２実施形態では、工業用バーナ(11)の先端から噴出された燃焼ガス(16)は、坩堝(６)内の非鉄金属(７)を加熱しながら被熱処理物収容空間(35)を通過し、排ガス(33)となって上記の排ガス導出口(９)から、炉壁側空間(36)である排ガス案内路(10)へ流入する。この排ガス案内路(10)に流入した排ガス(33)は、炉壁(３)により外部への放熱を防止されながら、上記の工業用バーナ(11)の排ガス入口(12)へ案内される。その他の構成は、上記の第１実施形態と同様であり、同様に作用するので説明を省略する。

上記の各実施形態で説明した熱処理炉は、本発明の技術的思想を具体化するために例示したものであり、各部材の形状や構造、配置などはこの実施形態のものに限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内において種々の変更を加え得るものである。

例えば上記の実施形態では、工業用バーナとして、燃焼筒の外周面を介して排ガスと燃焼用空気とを熱交換させる構造のものを用いたが、上記の排ガス路や空気供給路の形状・配置は、上記の実施形態のものに限定されず、多数のフィンにより熱交換するものであってもよく、上記の螺旋状体や分散板の形状等も、上記の実施形態のものに限定されない。さらに本発明の熱処理炉に用いる工業用バーナは、排ガス入口と排ガス路を備えたものであればよく、例えば蓄熱材を備えた工業用バーナなど、他の形式の工業用バーナを用いることも可能である。

また、上記の各実施形態では、溶解炉に適用した場合について説明した。しかし本発明の熱処理炉は、炉壁内面に案内手段を備えない溶解炉はもとより、金属を溶融状態に保持する保持炉や焼鈍し炉などの金属加熱炉、取鍋予熱炉、焼成炉等、他の用途や形状、構造の熱処理炉に適用することができる。
なお、上記の実施形態ではガス燃料を用いたが、本発明に用いる工業用バーナは液体燃料など他の燃料を用いてもよいことは、言うまでもない。

本発明の熱処理炉は、燃焼により生じた排ガスに保有される熱を工業用バーナに設けた熱回収手段で回収する際に、この排ガスに保有される熱が外部へ放散されることを防止でき、しかも簡単な構成で安価に実施できるので、溶解炉やその他の熱処理炉に好適に適用される。

本発明の実施形態を示す、溶解炉の断面図である。 本発明の実施形態を示す、溶解炉に用いる工業用バーナの断面図である。 本発明の変形例を示す、溶解炉の要部の断面図である。

１…熱処理炉(溶解炉)
２…炉内空間
３…炉壁
４…バーナ装着孔
６…坩堝
７…被熱処理物(非鉄金属)
９…排ガス導出口
10…排ガス案内路
11…工業用バーナ
12…排ガス入口
13…排ガス路
16…燃焼ガス
34…区画壁
35…被熱処理物収容空間
36…炉壁側空間
37…透孔

Claims (2)

1. 炉内空間(２)を囲む炉壁(３)の下端寄り部にバーナ装着孔(４)を備え、このバーナ装着孔(４)に装着された工業用バーナ(11)の先端から燃焼ガス(16)を炉内空間(２)へ噴出させることで、炉内空間(２)に配置された坩堝(６)を加熱する熱処理炉であって、
   上記の工業用バーナ(11)は、上記のバーナ装着孔(４)内で開口する排ガス入口(12)とこの排ガス入口(12)に連通した排ガス路(13)とを備え、
   上記の炉壁(３)の上部に排ガス導出口(９)を開口して、この排ガス導出口(９)と上記のバーナ装着孔(４)とを連通する排ガス案内路(10)を、この炉壁(３)の肉厚内に形成したことを特徴とする、熱処理炉。
2. 炉内空間(２)を囲む炉壁(３)の下端寄り部にバーナ装着孔(４)を備え、このバーナ装着孔(４)に装着された工業用バーナ(11)の先端から燃焼ガス(16)を炉内空間(２)へ噴出させることで、炉内空間(２)に配置された坩堝(６)を加熱する熱処理炉であって、
   上記の工業用バーナ(11)は、排ガス入口(12)とこの排ガス入口(12)に連通した排ガス路(13)とを備え、
   上記のバーナ装着孔(４)を備えた炉壁(３)から離隔させて上記の炉内空間(２)に区画壁(34)を設け、この区画壁(34)により上記の炉内空間(２)を被熱処理物収容空間(35)と炉壁側空間(36)とに区画するとともに、上記の排ガス入口(12)をこの炉壁側空間(36)に臨ませて開口し、
   上記の区画壁(34)の下端寄り部に上記の工業用バーナ(11)の先端部を挿入する透孔(37)を設け、この区画壁(34)の上部に上記の被熱処理物収容空間(35)と炉壁側空間(36)とを互いに連通する排ガス導出口(９)を開口し、この排ガス導出口(９)と上記の排ガス入口(12)とを連通する排ガス案内路(10)を、上記の炉壁側空間(36)で構成したことを特徴とする、熱処理炉。

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