JP5419550B2 - 電気炉用集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱材を溶解させる電気炉の集塵装置に関するものであって、特に出湯時の集塵性能の改良に関する。

従来、電気炉用集塵装置としては、下記特許文献１に示すように、上部の開口部から投入された被加熱材を溶解させる炉本体と、該開口部に接続されて、溶解した該加熱材を取鍋へ出湯するための樋状の出湯通路とを備える電気炉において、出湯通路を挟んで開口部を包囲するように吸引口が形成された中空環状のリングフードの出湯通路に臨む端部に、平面視ハ字状の吸引口を設けてなるものが知られている。

かかる電気炉用集塵装置は、出湯通路の両側に設けられたハ字状吸引口により、出湯時に出湯通路から発生する大量の煤塵およびヒュームを、広範囲に渡って効果的に集塵する。

ここで、出湯時に発生する煤塵やヒュームは、第１に炉本体の内部から発生するもの、第２に出湯通路から発生するもの、第３に取鍋から発生するものの３種が挙げられる。炉本体の内部から発生する第１の煤塵等は、溶解した被加熱材である溶湯が炉内で撹拌されて発生するものであり、出湯通路から発生する第２の煤塵等は、炉本体を傾動させることにより溶湯が出湯通路を流れる際に発生するものであり、取鍋から発生する第３の煤塵等は、溶湯が取鍋へ出湯された際に取鍋内で撹拌されて発生するものである。

これら３種の煤塵等の発生源のうち、炉本体の内部から発生する第１の煤塵等は、炉本体の開口部に設けられたリングフードの吸引口から吸引され、炉外に飛散することはない。次に、出湯通路から発生する第２の煤塵等は、出湯通路を流れる溶湯の流量に応じて出湯開始から出湯完了までほぼ一定の割合で発生する。これに対しては、従来の電気炉用集塵装置のように、リングフードの出湯通路の端部に吸引口を設けることで、出湯通路からの煤塵等の飛散を抑止することができる。

一方、取鍋から発生する第３の煤塵等は、出湯開始時には少量ではあるが、取鍋へ溶湯が貯留されるに従って溶湯が取鍋内で激しく撹拌されるため大量の煤塵等を発生する。

このように取鍋から発生する第３の煤塵等は、出湯通路から発生する第２の煤塵等に比して大量であるにも拘わらず、従来の電気炉用集塵装置では、これに対する個別具体的な対策がなく、取鍋から発生する煤塵等を集塵除去することが困難であった。

一方で、下記特許文献２に示すように、可動式の集塵フードを、出湯時に、炉本体の開口部上部から取鍋の上方に移動させ、取鍋から発生する煤塵等を除去することも考えられるが、集塵フードを移動させるための大掛かりな昇降機構および旋回機構が必要となる。

特開２０００−１９９６９１号公報 特開平１０−１９４７５号公報

以上の事情に鑑みて、本発明は、出湯時に取鍋から発生する煤塵やヒュームの飛散を簡易かつ効率的に抑制することができる電気炉用集塵装置を提供することを目的とする。

第１発明の電気炉用集塵装置は、上部の開口部から投入された被加熱材を溶解させる炉本体と、該開口部に接続されて、溶解した該加熱材を取鍋へ出湯するための樋状の出湯通路と、出湯時に該炉本体を該出湯通路側に傾動させる第１傾動手段とを備える電気炉の集塵装置であって、前記出湯通路を挟んで前記開口部を包囲するように吸引口が形成された中空環状のリングフードと、前記リングフードの上部に着脱自在に設けられた炉蓋と、前記リングフードを前記炉本体に対して傾動自在に支持し、出湯時に前記吸引口が前記取鍋の上方に配置されるように該リングフードを傾動させる第２傾動手段とを備えることを特徴とする。

第１発明の電気炉用集塵装置によれば、炉本体に投入された被加熱材が加熱溶解した溶湯は、第１傾動手段により炉本体を出湯通路側に傾動させることにより、炉本体から出湯通路を流れて取鍋へ出湯される。このとき、第２傾動手段によりリングフードを炉本体の傾動角度に加えてさらに傾動させることで、リングフードの吸引口を取鍋の上方に配置することができる。

かかる簡易な構成により、取鍋に貯留された溶湯が取鍋内で激しく撹拌されて発生する大量の煤塵やヒュームを取鍋の上方に配置されたリングフードの吸引口から吸引することができ、出湯時に取鍋から発生する煤塵やヒュームの飛散を簡易かつ効率的に抑制することができる。

第２発明の電気炉用集塵装置は、第１発明の電気炉用集塵装置において、前記第２傾動手段は、出湯開始時に前記リングフードを前記第１傾動手段の傾動角度と垂直方向との中間角に傾動させることを特徴とする。

第２発明の電気炉用集塵装置によれば、第２傾動手段によりリングフードを炉本体に対して傾動させると、リングフードと炉本体の開口部との間に間隙が生じ、ここから炉本体内から発生する第１の煤塵等が飛散し得る。炉本体から発生する第１の煤塵の発生量は、炉本体に貯留された溶湯の量に反比例するため、出湯開始時にはその発生量を無視することができない。そこで、第２傾動手段によるリングフードの傾動角度を炉本体の傾動角度と垂直方向との中間角に傾動させることで、炉本体から発生する第１の煤塵等を集塵しつつ、取鍋から発生する煤塵等を集塵し、これらの飛散を最小限に抑制することができる。

集塵装置を含む電気炉の全体的な構成を示す部分断面図。 図１のリングフードの構成を示す平面図。 出湯時の様子を示す説明図。 出湯時の集塵の様子を示すシミュレーション図。 第２傾動手段の変更例を示す図。

図１に示すように、本実施形態の集塵装置１は、電気炉２に取り付けられ、被加熱材が溶解した溶湯から発生する煤塵やヒュームを集塵する。

まず、電気炉２は、作業板２１に固定された炉本体２２と、炉本体２２に接続された出湯通路２３と、作業板２１を出湯通路側に傾動させる第１傾動手段２４とを備える。

作業板２１は、鋼鉄製のフレーム２１ａ上に設けられた鋼鉄製の板体であって、一端側がフレーム２１ａに軸止され（第１傾動軸Ａ）、他端側が該一端側を支点に回動自在となっている。

炉本体２２は、作業板２１の中央に埋め込まれた有底筒状のるつぼであって、上部の開口部２２ａを作業板２１の表面に合わせた位置で、作業板２１に固定されている。

また、炉本体２２の外側面には、加熱コイル２２ｂが巻き線されており、図示しない高周波インバータから供給されれた高周波電力により、開口部２２ａから炉内に投入された被加熱材にうず電流を発生させ、うず電流により金属材料間に発生するジュール熱で被加熱材を昇温させて溶解させる。

出湯通路２３は、上部側に開いた樋状の形状であって、基端側が炉本体２２の開口部２２ａに接続されると共に、基端側からやや上方に傾斜したその先端側の端部が出湯口２３ａとなっている。

第１傾動手段２４は、作業板２１の下方に垂直方向に配置された一対の油圧シリンダ２４ａ，２４ａであって、各々一端が作業板２１を支えるフレーム２１ａの裏面側に連結されると共に、他端がフレーム２１ｂに連結されている。第１傾動手段２４は、油圧シリンダ２４ａ，２４ａを図示しない油圧回路により伸縮させることにより、作業板２１が第１傾動軸Ａを支点に他端側が昇降し、作業板２１および炉本体２２が出湯通路２３側に傾動する。そして、油圧シリンダ２４ａ，２４ａのストロークを調整することにより、作業板２１および炉本体２２を任意の角度変更することが可能となっている。

次に、集塵装置１は、出湯通路２３を挟み、炉本体２２の開口部２２ａを包囲するように設けられた中空環状のリングフード１０と、リングフード１０の内側面に炉本体２２の開口部２２ａを包囲するように形成された複数の吸引口１１，１１，１１と、リングフード１０を作業板２１に対して傾動自在に支持し、出湯時に吸引口１１，１１，１１を出湯通路２３側にさらに傾動される第２傾動手段１２と、リングフード１０の上部に着脱自在に設けられた炉蓋１３とを備える。

第２傾動手段１２は、リングフード１０の出湯通路２３の反対側の位置に垂直方向に配置された一対の油圧シリンダ１２ａ，１２ａであって、各々一端がリングフード１０に連結されると共に、他端が炉本体２２の後方に配置されたフレーム２１ｃに連結されている。

リングフード１０の出湯通路２３側の端部には、作業板２１との間に一対のヒンジ部１４が設けられており、この回転軸（回転軸Ｂ）を支点として、リングフード１０は回転可能となっている。そのため、第２傾動手段１２は、油圧シリンダ１２ａ，１２ａを図示しない油圧回路により伸縮させることにより、回転軸Ｂを支点として、リングフード１０の出湯通路２３と反対側を昇降させて、リングフード１０を作業板２１に対して更に出湯通路２３側に傾動させることができる。そして、油圧シリンダ１２ａ，１２ａのストロークを調整することにより、リングフード１０の傾動角度を作業板２１に対して任意の角度に変更することが可能となっている。

炉蓋１３は、リングフード１０の内側面に嵌合する円盤状の形状であって、作業板２１上の軸部１３ａ（軸Ｃ）から伸びるアーム部１３ｂにより支持される。軸部１３ａは、軸を軸Ｃ中心に回転および伸縮自在となっており、これにより、炉蓋１３はリングフード１０の上部に着脱自在に構成される。

図２に示すように、リングフード１０は、その内部に吸引口１１，１１，１１に連通する通路１０ａが形成されており、通路１０ａは、ダクト部１５に接続され、ダクト部１５の他端側が筒状の入れ子構造となったジョイント部１６を介して、図示しない集塵装置に接続されている。

具体的にジョイント部１６は、ダクト部１５側の筒状端部が、前記集塵装置側の筒状端部に外挿され、互いに回動自在に連結接続される。このとき、ジョイント部１６の中心軸が前記回転軸Ｂと同一となるように設計されている。

そのため、第２傾動手段１２を駆動することなく、第１傾動手段２４により、作業板２１と一体に炉本体２２、出湯通路２３、リングフード１０およびダクト部１５を、ジョイント部１６の中心軸（回転軸Ｂ）を支点に傾動させることができると共に、作業板２１の任意の傾動角度において、ヒンジ部１４の回転軸（回転軸Ｂ）を支点にリングフード１０を作業板２１に対して傾動させても、リングフード１０およびダクト部１５がジョイント部１６の中心軸（回転軸Ｂ）を中心に回転し、これらの部材の間にねじれが生ずることがない。

図３に示すように、以上の構成の第２傾動手段１２によれば、出湯時に第１傾動手段２４により作業板２１および炉本体２２を出湯通路側に傾動させると共に、炉蓋１３をリングフード１０の上部から脱着することで、第２傾動手段１２によりリングフード１０を作業板２１に対してさらに出湯通路側に傾動させ、リングフード１０の吸引口１１を取鍋Ｘの上方に配置することができる。

ここで、第２傾動手段１２によるリングフード１０に対する傾動角度は、以下のように制御することが好ましい。すなわち、第２傾動手段１２を駆動することにより、リングフード１０と炉本体２２の開口部２２ａとの間に間隙が生じ、ここから炉本体２２内から発生する煤塵等が飛散し得る。特に、出湯開始時には、炉本体２２の内部には相当の溶湯が貯留されていることから、かかる煤塵等の飛散を無視することはできない。

そこで、出湯開始時には、図４（ａ）に示すように、第１傾動手段２４により作業板２１を出湯角度（例えば約３０°）に傾斜させると同時に、図４（ｂ）に示すように、第２傾動手段１２によりリングフード１０を、炉本体２２の傾動角度（前記約３０°）と垂直方向との中間角（約６０°）となるように傾動させる（作業板２１に対する傾動角度は約３０°）。

これにより、リングフード１０の吸引口１１を炉本体２２の開口部２２ａの上方かつ取鍋Ｘの上方に配置することができ、炉本体２２から発生する煤塵等を集塵しつつ、取鍋Ｘから発生する煤塵等をも集塵して、これらの飛散を最小限に抑制することができる。

具体的に、取鍋Ｘから発生する煤塵等の吸引の様子を示すシミュレーションでは、図４（ａ）に示すようにリングフード１０を傾動させない場合には、吸引口１１により取鍋Ｘから発生する煤塵等の吸引率（取鍋Ｘから発生する煤塵等の全体量に占める吸引量の割合）が１４％であるのに対して、図４（ｂ）に示すようにリングフード１０を傾動させた場合には、取鍋Ｘから発生する煤塵等の吸引率を６０％に飛躍的に向上させることができる。

第２傾動手段１２は、出湯が進んだ中間段階および最終段階においても、出湯開始時の作業板２１に対する傾動角度（約３０°）を維持するが、図４（ｃ）に示すように、第１傾動手段２４により作業板２１の傾動角度が大きくなるに従って、リングフード１０は取鍋Ｘの直上に立ち上がるように傾斜する。

具体的に図４（ｃ）では、第１傾動手段２４による作業板２１の傾動角度は約６５°であり、リングフード１０の傾動角度は約９５°となる。この場合、取鍋Ｘから発生する煤塵等の吸引率をさらに向上させて７５％とすることができる。リングフード１０は、炉本体２２の開口部２２ａの上方から逸れてしまうため、炉本体２２から発生する煤塵等の吸引率は若干低下するものの、貯留される溶湯の量が増加し、かかる撹拌により発生する煤塵等の量が急増する取鍋Ｘからの煤塵等を重点的に集塵することができ、これらの飛散を最小限に抑制することができる。

以上、詳しく説明したように、本実施形態の集塵装置１によれば、取鍋Ｘに貯留された溶湯が取鍋内で激しく撹拌されて発生する大量の煤塵やヒュームに対して、リングフード１０を取鍋Ｘの上方に配置し、吸引口１０から吸引することで、出湯時に取鍋Ｘから発生する煤塵やヒュームの飛散を簡易かつ効率的に抑制することができる。

尚、本実施形態では、図１および図３に示すように、第２傾動手段１２をフレーム２１ａとリングフード１０との間に設けた油圧シリンダ１２ａにより構成したが、油圧シリンダ１２ａは、図５（ａ）に示すように、作業板２１とリングフード１０との間に設けてもよい。

また、図５（ｂ）に示すように、第２傾動手段１２として、油圧シリンダ１２ａの代わりにモータ１２ｂを用いるようにしてもよい。この場合、モータ１２ｂの回転運度が駆動軸上のピニオン１２ｃからラック１２ｄの往復運動に変換され、アームを介してラック１２に連結されたリングフード１０を傾動せることができる。

さらに、図５（ｃ）に示すように、ピニオン１２ｃおよびラック１２ｄの代わりに、リンク機構１２ｅによりモータ１２ｂの回転運度を往復運動に変換するようにしてもよい。この場合、モータ１２ｂとリンク機構１２ｅとの間に複数のギアからなる減速部１２ｆを設けることが好ましい。

１…集塵装置（電気炉用集塵装置）、２…電気炉、１０…リングフード、１１…吸引口、１２ａ…油圧シリンダ（第２傾動手段）、１２ａ…分岐部、１３…蓋部、１５…ダクト部、１６…ジョイント部、２１…作業板、２２…炉本体、２２ａ…開口部、２３…出湯通路、２３ａ…出湯口（出湯通路の先端部）、２４ａ…油圧シリンダ（第１傾動手段）、Ｘ…取鍋。

Claims (2)

1. 上部の開口部から投入された被加熱材を溶解させる炉本体と、該開口部に接続されて、溶解した該加熱材を取鍋へ出湯するための樋状の出湯通路と、出湯時に該炉本体を該出湯通路側に傾動させる第１傾動手段とを備える電気炉の集塵装置であって、
   前記出湯通路を挟んで前記開口部を包囲するように吸引口が形成された中空環状のリングフードと、
   前記リングフードの上側で前記開口部の上部領域を着脱自在に閉蓋する炉蓋と、
   前記リングフードを前記炉本体に対して傾動自在に支持し、出湯時に前記吸引口が前記取鍋の上方に配置されるように該リングフードを傾動させる第２傾動手段と
   を備えることを特徴とする電気炉用集塵装置。
2. 請求項１記載の電気炉用集塵装置において、
   前記第２傾動手段は、出湯開始時に前記リングフードを前記第１傾動手段の傾動角度と垂直方向との中間角に傾動させることを特徴とする電気炉用集塵装置。