JP5435969B2 - 原料投入装置、原料投入方法及び溶解炉システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、鉄スクラップやＮｉ合金等の金属材料を溶解する溶解炉において原料を溶解炉内に投入する際に使用される原料投入装置、この原料投入装置を用いた原料投入方法及び前述の原料投入装置を備えた溶解炉システムに関する。

従来、金属材料を溶解する溶解炉として、アーク炉、誘導炉、溝型炉、抵抗炉、ガス炉等の種々の方式のものが提供されている。例えば、高温条件下或いは耐食合金として用いられるＮｉ基合金や鉄スクラップの場合には、その融点が１５００℃以上と比較的高いため、特許文献１に記載されたアーク式の溶解炉が用いられている。

このような溶解炉においては、炉内に原料を投入して溶解することになるが、原料としてスクラップ屑を用いた場合、スクラップ屑の見かけの比重が小さいために、溶解して溶融金属となった際に体積が大きく減少することになり、原料を溶解炉内に追加投入する必要がある。ここで、溶解炉内には既に溶解した高温の溶融金属が存在していることから、溶解炉の周辺の気温は高く、原料を追加投入する作業は非常に過酷なものであった。

そこで、溶解炉に設けられた投入口から原料を自動で投入する原料投入装置が提供されている。例えば、特許文献２に記載された原料投入装置は、原料待機位置と溶解炉の投入口との間を移動する搬送台車と、この搬送台車の上を溶解炉の投入口に向けて前後進可能な投入台車とを備えたものが提案されている。

特開２００２−２８６３７１号公報 特開平１０−１９４７４号公報

ところで、引用文献２に記載された原料投入装置では、搬送台車が溶解炉の投入口の前に移動し、この搬送台車の上を投入台車が溶解炉の投入口に向けて前後進する構成とされているので、投入台車及び搬送台車が投入口の開口方向に位置することになる。このため、投入口を開口した際に溶解炉からの熱を投入台車及び搬送台車が直接受けることになり、早期に劣化してしまうおそれがあった。特に、投入台車は溶解炉内に挿入されるため、駆動部も含めて劣化が著しくなるといった問題があった。
さらに、引用文献２に記載された原料投入装置では、溶解炉の投入口の前に、原料待機位置と溶解炉の投入口とを移動する搬送台車のレールが配設されることになる。すると、投入口を通じた他の作業、例えば溶湯の測温作業等を行う際にレールが干渉してしまい、測温作業を効率的に行うことができないといった問題があった。さらに、溶解炉の補修作業時等においても、レールの存在が作業性を低下させる要因となっていた。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、溶解炉の投入口を通じて原料を投入することが可能であるとともに、溶解炉からの熱による劣化を抑制でき、長寿命化を図ることができる原料投入装置、この原料投入装置を用いた原料投入方法及びこの原料投入装置を備えた溶解炉システムを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る原料投入装置は、溶解炉に設けられた投入口を通じて前記溶解炉内に原料を投入する原料投入装置であって、前記溶解炉に近接・離間するように往復移動する本体部と、前記溶解炉内に投入される原料を保持する原料保持部と、を有し、前記原料保持部は、前記本体部の往復移動方向に対して交差する方向に移動自在とされており、前記本体部から前記往復移動方向に対して交差する方向に突出した状態で、前記本体部とともに前記溶解炉に近接・離間するように往復移動する構成とされており、前記原料保持部は、前記本体部の前記往復移動方向に延びる軸線を中心に揺動する揺動機構を介して、前記本体部に接続されていることを特徴とする。

この構成の原料投入装置においては、原料を保持する原料保持部が、本体部の前記往復移動方向に対して交差する方向に突出した状態で、前記本体部とともに前記溶解炉に近接・離間するように往復移動する構成とされているので、溶解炉の投入口に原料保持部を挿入する際に、本体部を投入口の開口方向に正対するように配置することなく原料を投入することが可能となり、本体部の熱による早期劣化を防止することができる。
また、原料を原料保持部に載置する際には、本体部を溶解炉から離間した位置とし、さらに原料保持部を投入口の開口方向から離間した位置で行うことができ、原料投入作業の負荷軽減を図ることができる。

また、前記原料保持部が、前記本体部の前記往復移動方向に延びる軸線を中心に揺動する揺動機構を介して、前記本体部に接続されている。
この場合、前記本体部の前記往復移動方向に延びる軸線を中心に揺動する揺動機構によって、前記原料保持部が前記本体部の往復移動方向に対して交差する方向に移動されることになる。よって、原料保持部を投入口から離間した位置に移動させて、原料を原料保持部に載置することができ、原料投入作業の負荷軽減を図ることができる。

また、前記原料保持部を、前記本体部の往復移動方向に沿って延在するアーム部と、該アーム部の先端に設けられたバケット部と、該バケット部を前記アーム部の延在方向を軸線として回転させる回転駆動機構と、を備えたものとすることが好ましい。
この場合、アーム部の先端を投入口から溶解炉内に挿入し、バケット部を回転させることによって、溶解炉内に確実に原料を投入することができる。

さらに、前記原料保持部を、前記本体部に対して着脱可能に構成することが好ましい。
この場合、溶解炉内に挿入される原料保持部は本体部に比べて劣化し易いため、原料保持部のみを交換することによって、本体部の更なる寿命延長を図ることができる。また、メンテナンス性が向上し、この原料投入装置の使用コストを削減することができる。

本発明に係る原料投入方法は、前述の原料投入装置を用いて、溶解炉に設けられた投入口を通じて前記溶解炉内に原料を投入する原料投入方法であって、前記投入口から離間した位置に前記本体部を配置し、前記原料保持部を前記本体部から前記往復移動方向に対して交差する方向に突出した状態で前記投入口に挿入し、原料を溶解炉内に投入することを特徴とする。

この構成の原料投入方法によれば、原料保持部を投入口から離間した位置で原料保持部に原料を載置し、この原料保持部を前記本体部から前記往復移動方向に対して交差する方向に突出した状態で前記投入口に挿入して原料を溶解炉内に投入することが可能となり、原料投入作業の負荷軽減を図ることができるとともに溶解炉内に確実に原料を投入することができる。

本発明に係る溶解炉システムは、原料が投入される投入口を有する溶解炉と、前述の原料投入装置と、を備え、前記本体部が、前記投入口の開口方向から偏倚した位置で前記往復移動するように配置されていることを特徴とする。

この構成の溶解炉システムによれば、溶解炉の投入口近傍に本体部が位置することがなくなり、投入口近傍にレール等を設ける必要がない。このため、投入口を通じた測温作業やメンテナンス作業を行う際に、干渉するものがなく、これらの作業を効率的に行うことができる。

本発明によれば、溶解炉の投入口を通じて原料を投入することが可能であるとともに、溶解炉からの熱による劣化を抑制でき、長寿命化を図ることができる原料投入装置、この原料投入装置を用いた原料投入方法及びこの原料投入装置を備えた溶解炉システムを提供することができる。

本発明の実施形態である溶解炉システムの平面説明図である。 図１に示す溶解炉システムの側面説明図である。 本発明の実施形態である原料投入装置を基端側から見た図である。 本発明の実施形態である原料投入装置を平面説明図である

以下に本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
図１から図４に本発明の実施形態である原料投入装置３０及びこの原料投入装置３０と、溶解炉１０とを備えた溶解炉システム１を示す。
本実施形態である溶解炉システム１は、例えばＮｉ基合金等の比較的融点の高い金属の溶解に用いられるものである。

まず、溶解炉１０について説明する。この溶解炉１０は、上述のように比較的融点の高い金属の溶解に用いられることからアーク式溶解炉とされており、図１及び図２に示すように、有底筒状をなす炉本体１１と、炉本体１１の上部開口部を閉止する蓋部１７とを備えている。
蓋部１７は、支軸１８を中心にして揺動し、炉本体１１の上部開口部を開閉する構成とされている。さらに、蓋部１７には厚さ方向に貫通する挿入孔１９が穿設されており、この挿入孔１９を通じて、アーク放電用の電極棒（本実施形態では黒鉛電極棒）が挿入可能とされている。

炉本体１１は、その側面上部の一部に、炉本体１１内部にて溶解された溶融金属を注出するための注出口１２が設けられており、傾動手段（図示なし）によって傾動して、炉本体１１内部の溶融金属を外部に注出するように構成されている。
そして、炉本体１１を上方から見て注出口１２と対向する位置には、原料を炉本体１１内部に追加投入するための投入口１３が設けられている。この投入口１３は、開閉自在とされるとともに排気フード１４に接続されている。

次に、本実施形態である原料投入装置３０について説明する。この原料投入装置３０は、図２に示すように溶解炉１０の側方に設けられたステージ部２１の床面上に配置されている。
この原料投入装置３０は、溶解炉１０に近接・離間するように往復移動する本体部４０と、この本体部４０に接続されるとともに、溶解炉１０内に追加投入される原料が載置される原料保持部６０と、を有している。

本体部４０は、ステージ部２１の床面に設けられたレール部２２の上を走行する台車部４１と、この台車部４１の上に配設された本体駆動部４９と、原料保持部６０に接続される第１アーム部４７と、この第１アーム部４７が軸支される支持軸部５１と、この支持軸部５１を中心にして第１アーム部４７を揺動させる揺動駆動部５７と、を備えている。

レール部２２は、断面コの字状をなす２本の棒材が、互いにコの字の開口側が対向するようにしてステージ部２１の床面に設置されている。
台車部４１は、天板部４２と、この天板部４２から下方に向けてする突出部４３と、突出部４３に支軸されたシャフト部４４と、シャフト部４４の両端に配設された車輪部４５と、を備えている。この車輪部４５が、レール部２２を構成する断面コの字状をなす棒材に挿入され、レール部２２に沿って台車部４１が往復移動する構成とされている。

台車部４１の天板部４２の上には、本体部４０をレール部２２に沿って往復移動させるための本体駆動部４９が載置されるとともに、上方に向けて直交するように延出する支持プレート４６が立設されている。この支持プレート４６に、前述の揺動駆動部５７と、支持軸部５１とが、支持プレート４６に対して直交するように配列されている。
揺動駆動部５７は、例えば回転駆動モータ等の回転駆動体であって、その一端（本実施形態では図２に示すように溶解炉１０側）に駆動ギア５８が配設されている。

また、支持軸部５１は、その一端（本実施形態では図２に示すように溶解炉１０側）に、揺動駆動部５７の駆動ギア５８に歯合する伝達ギア５２が配設され、揺動駆動部５７による駆動ギア５８の回転に伴って回転するように構成されている。なお、本実施形態では、図３に示すように、伝達ギア５２の外径が駆動ギア５８の外径よりも大きくなるように設定されている。さらに、支持軸部５１には、第１アーム部４７に接続される接続部５３が設けられており、この接続部５３の端部に、チェーン３２を掛止するための第１スプロケット５４が配設されている。

第１アーム部４７は、その一端が支持軸部５１の接続部５３に接続され、支持軸部５１の延在方向に対して直交する方向に延びるように延設されており、揺動駆動部５７によって支持軸部５１を中心として揺動可能とされている。この第１アーム部４７の他端側には、後述する原料保持部６０を支持する支持筒部４８が配設されている。この支持筒部４８の内周面には軸受（図示なし）が設けられている

原料保持部６０は、第１アーム部４７に接続される第２アーム部６１（アーム部）と、この第２アーム部６１の先端に設けられたバケット部６８と、このバケット部６８を第２アーム部６１の延在方向を軸として回転させる回転駆動機構６９と、を備えている。
第２アーム部６１は、本体部４０の往復運動方向、つまり、レール部２２の延在方向に平行に延びるように配置されており、その基端部が第１アーム部４７の支持筒部４８に着脱可能に装着される接続軸部６２とされており、この接続軸部６２の先端に設けられたフランジ部６３に先端方向に延びるアーム本体６４が着脱可能に装着されている。

アーム本体６４は、図４に示すように、外管６５と内軸６６とを備えた２重構造とされており、外管６５と内軸６６とが独立に回動するように構成されている。外管６５は、接続軸部６２のフランジ部６３に接続されていて接続軸部６２とともに回動する構成とされている。一方、内軸６６は、フランジ部６３近傍に設けられた回転駆動部６９によって回転される構成とされている。
このアーム本体６４の先端にバケット部６８が接続されており、前述の回転駆動部６９によってバケット部６８が回転するように構成されている。

接続軸部６２は、第１アーム部４７の支持筒部４８に挿入されており、軸受によって回動可能に支持されている。この接続軸部６２の基端には、第２スプロケット６７が配設されている。この第２スプロケット６７と支持軸部５１の接続部５３に設けられた第１スプロケット５４とには、チェーン３２が掛架されており、第１スプロケット５４の揺動（回転）に応じて第２スプロケット６７が回転し、第２アーム部６１が回転するように構成されている。なお、本実施形態では、第１アーム部４７が揺動駆動部５７によって揺動した際に、第２アーム部６１の先端に接続されたバケット部６８の開口部が常に上方を向くように、第１スプロケット５４と第２スプロケット６７の歯数が設定されている。

このように構成された原料投入装置３０においては、図３に示すように、揺動駆動部５７によって第１アーム部４７を揺動させると、この第１アーム部４７に接続された原料保持部６０が支持軸部５１を中心に揺動し、原料保持部６０が本体部４０の往復移動方向に対して直交する方向に移動することになる。また、本体駆動部４９によって本体部４０及び原料保持部６０が、レール部２２に沿って溶解炉１０に近接・離間するように往復移動するように構成されている。

そして、本実施形態では、レール部２２は、図１に示すように、溶解炉１０の投入口１３の開口方向から偏倚した位置に、かつ、投入口１３の開口方向に平行に延びるように配設されており、本体部４０も投入口１３の開口方向から偏倚した位置に配置されることになる。
また、揺動駆動部５７によって、第１アーム部４７を揺動させると、図１において一点鎖線で示すように、原料保持部６０が投入口１３の開口方向に正対する位置（原料投入位置）に配置される。また、第１アーム部４７を反対側へと揺動させると、原料保持部６０が投入口１３から大きく離間した位置（原料載置位置）に配置されることになる。

ここで、本実施形態では、溶解炉１０の投入口１３を囲むように防護壁２５が設けられており、この防護壁２５には、本体部４０が溶解炉１０から離間した位置において、原料保持部６０が防護壁２５の外側に移動可能なように、第１アーム部４７が通過可能なスリット部２６が設けられている。

このような構成とされた溶解炉システム１においては、まず、溶解炉１０の蓋部１７を揺動させて炉本体１１の上部開口部を開口し、スクラップ屑を炉本体１１内部に装入する。そして、蓋部１７を閉めて蓋部１７の挿入孔１９から電極棒を挿入し、アーク放電によってスクラップ屑を溶解する。すると、スクラップ屑は見かけの比重が小さいため、全量が溶融した場合でも炉本体１１の内部には十分な溶融金属が存在しない状態となる。

そこで、本実施形態である原料投入装置３０を用いて、炉本体１１の投入口１３から原料を追加投入する。まず、本体部４０が溶解炉１０から離間した位置であって原料保持部６０が防護壁２５の外側の原料載置位置に配置された状態でバケット部６８に原料が載置される。次に、揺動駆動部５７によって第１アーム部４７を揺動させて、原料保持部６０を投入口１３の開口方向に正対するように位置させる。そして、投入口１３を開口するとともに、本体駆動部４９によって本体部４０を溶解炉１０に近接するようにレール部２２に沿って移動させる。すると、原料保持部６０が本体部４０とともに溶解炉１０に向かって近接移動し、原料保持部６０の先端が投入口１３を介して溶解炉１０内に挿入される。ここで、回転駆動部６９によってバケット部６８を１８０°反転させ、バケット部６８内の原料を炉本体１１へと追加投入するのである。

本実施形態である溶解炉システム１及び原料投入装置３０によれば、溶解炉１０の投入口１３の開口方向から偏倚した位置にレール部２２が設けられており、このレール部２２上を原料投入装置３０の本体部４０が往復移動する構成とされているので、本体部４０が投入口１３の開口方向に正対するように位置することがなく、投入口１３からの熱風等による本体部４０の劣化を防止できる。また、この本体部４０に、本体駆動部４９、揺動駆動部５７及び支持軸部５１等の駆動系の部品が載置されているので、これらの部品の劣化も防止することができ、原料投入装置３０の寿命延長を図ることができる。

また、揺動駆動部５７によって第１アーム部４７を揺動させることにより、この第１アーム部４７に接続された原料保持部６０が支持軸部５１を中心に揺動し、原料保持部６０が本体部４０の往復移動方向に対して直交する方向に移動するように構成されているので、レール部２２を投入口１３の開口方向から偏倚した位置に設けても、原料保持部６０を投入口１３に対して正対するように位置させることができ、投入口１３を通じて溶解炉１０内に原料保持部６０を挿入して原料を確実に投入することができる。

また、原料を原料保持部６０のバケット部６８に載置する作業を、投入口１３とは反対側に原料保持部６０を揺動させた位置（原料載置位置）で行うことが可能となり、原料投入作業の負荷軽減を図ることができる。さらに、本実施形態では、投入口１３近傍を囲うように防護壁２５が設けられており、原料載置位置が防護壁２５の外側、つまり、投入口１４から防護壁２５で隔たれた位置とされているので、投入口１３からの熱の影響を受けることなく、原料載置作業を行うことができる。

また、バケット部６８がアーム本体６４の基端部に設けられた回転駆動部６９によって１８０°回転する構成とされているので、溶解炉１０内に挿入したバケット部６８を回転させることで、バケット部６８内の原料を確実に溶解炉１０へと投入することができる。
さらに、本実施形態では、支持軸部５１に設けられた第１スプロケット５４と、第２アーム部６１の接続軸部６２に設けられた第２スプロケット６７とにチェーン３２が掛架されており、第１アーム部４７が揺動駆動部５７によって揺動した際に、第２アーム部６１の先端に接続されたバケット部６８の開口部が常に上方を向くように、これら第１スプロケット５４と第２スプロケット６７の歯数が設定されているので、原料保持部６０を揺動した際にバケット部６８から原料が落下することがない。

また、原料保持部６０が本体部４０に対して着脱可能に構成されているので、投入口１３の開口方向に正対させられて劣化し易い原料保持部６０のみを交換して使用することができる。さらに、本実施形態では、原料保持部６０の第２アーム部６１が、基端側の接続軸部６２と先端側のアーム本体６４とに分離して構成されているので、溶解炉１０側に近接配置されて早期に劣化し易いアーム本体６４のみを交換して使用することができる。これにより、原料投入装置３０のさらなる寿命延長を図ることができる。

また、前述のように、溶解炉１０の投入口１３の近傍に原料投入装置３０の本体部４０を配置する必要がなく、投入口１３近傍にレール部２２が設けられていないので、投入口１３を介して測温作業やメンテナンス作業を行う際に、レール部２２等に干渉することがなく、これらの作業を効率的に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、原料保持部に温度測定手段を装着し、投入口を通じて溶融金属の温度を測定する構成としてもよい。このように原料保持部に、投入口を通じて溶解炉内に対して作業を行う治具を設けることによって、投入口近傍での作業を削減することができる。

また、本実施形態では、防護壁を設けたものとして説明したが、これに限定されることはなく、防護壁はなくてもよい。ただし、本実施形態のように防護壁によって投入口から隔離された場所で原料投入作業の操作を行うことが可能となるため、防護壁を設けることが好ましい。

また、溶解炉をアーク式溶解炉として説明したが、その他の方式の溶解炉に適用してもよい。さらに、Ｎｉ基合金を溶解するものとして説明したが、これに限定されることはなく、鉄スクラップ等のその他の材料を溶解するものであってもよい。

また、揺動駆動部によって原料保持部を揺動させて、原料保持部を本体部の往復移動方向に直交する方向に移動させる構成のものとして説明したが、これに限定されることはなく、例えばスライド機構等によって、原料保持部を、本体部の往復移動方向に対して交差する方向に突出させるように移動させてもよい。

１ 溶解炉システム
１０ 溶解炉
１３ 投入口
３０ 原料投入装置
４０ 本体部
５７ 揺動駆動部（揺動機構）
６０ 原料保持部
６１ 第２アーム部（アーム部）
６８ バケット部
６９ 回転駆動部（回転駆動機構）

Claims (5)

1. 溶解炉に設けられた投入口を通じて前記溶解炉内に原料を投入する原料投入装置であって、
   前記溶解炉に近接・離間するように往復移動する本体部と、前記溶解炉内に投入される原料を保持する原料保持部と、を有し、
   前記原料保持部は、前記本体部の往復移動方向に対して交差する方向に移動自在とされており、前記本体部から前記往復移動方向に対して交差する方向に突出した状態で、前記本体部とともに前記溶解炉に近接・離間するように往復移動する構成とされており、
   前記原料保持部は、前記本体部の前記往復移動方向に延びる軸線を中心に揺動する揺動機構を介して、前記本体部に接続されていることを特徴とする原料投入装置。
2. 前記原料保持部は、前記本体部の往復移動方向に沿って延在するアーム部と、該アーム部の先端に設けられたバケット部と、該バケット部を前記アーム部の延在方向を軸線として回転させる回転駆動機構と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の原料投入装置。
3. 前記原料保持部が、前記本体部に対して着脱可能に装着されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の原料投入装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の原料投入装置を用いて、溶解炉に設けられた投入口を通じて前記溶解炉内に原料を投入する原料投入方法であって、
   前記投入口から離間した位置に前記本体部を配置し、前記原料保持部を前記本体部から前記往復移動方向に対して交差する方向に突出した状態で前記投入口に挿入し、前記原料を溶解炉内に投入することを特徴とする原料投入方法。
5. 原料が投入される投入口を有する溶解炉と、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の原料投入装置と、を備え、
   前記本体部が、前記投入口の開口方向から偏倚した位置で前記往復移動するように配置されていることを特徴とする溶解炉システム。

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