JP5566005B2 - 溶解炉 - Google Patents

Description

本発明は溶解炉に関し、特に、溶解炉における溶融物の排出箇所の構造に関する。

特許文献１や特許文献２等に開示されているように、金属を溶解するキュポラなどの溶解炉は知られている。図４、図５に簡略的に示すように、一般に溶解炉の炉壁は、金属などの外壁材１の内側に耐火ブロックなどからなる耐火材２を内張りした構成であり、溶解炉の底面部（いわゆる炉底部）近傍箇所には、溶融金属４を排出する孔部としての出湯孔（いわゆるタップホール）３が形成されている。なお、図５は、外壁材１を省いた状態で図示している。なお、図４における５は溶解炉内に熱風を吹き込むための羽口、６は溶解炉の炉底部、１０は溶融スラグ、１１は出湯樋である。

炉壁における出湯孔３の近傍箇所は炉壁における他の箇所と比べて、溶融金属４の流れ量および流れ速度が大きいため、ある程度の期間使用すると、溶損する（磨り減る）量も大きい。したがって、出湯孔３が形成されている孔部形成部材（いわゆるタップホール）３は、交換できるよう構成されている。具体的には、出湯孔３が設けられている孔部形成部材７の外側（具体的には、例えば左右両側と上側）を囲むように、いわゆる門柱と呼ばれる外側配設体８が配設され、耐火材２と外側配設体８との間、および外側配設体８と孔部形成部材７との間には、接合材（いわゆるスタンプ材）９Ａ、９Ｂを介して隙間が埋められた状態で接合されている。そして、孔部形成部材７を交換する際には、外側配設体８から孔部形成部材７を接合部分で取り外し、新しい孔部形成部材７に交換して接合し直している。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、従来の溶解炉における孔部形成部材７および外側配設体８の構造としては、孔部形成部材７および外側配設体８の各炉内側壁面７ａ、８ａが、炉内に露出している構成である。

図６（ａ）は溶解炉の初期状態の平面断面図、図７（ａ）は溶解炉をある程度の期間使用した状態を示す断面図、図７（ｂ）は溶解炉をさらに長期間使用した状態を示す断面図である。これらの図６（ａ）、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、溶解炉をある程度使用すると、その使用期間に応じて、まず、孔部形成部材７の炉内側壁面７ａにおける出湯孔３の近傍箇所や、外側配設体８と孔部形成部材７との接合部およびその近傍箇所が溶損し易い。このような溶損箇所に対しては溶解炉の操業休止中に、ある程度の補修はできるものの、その後の操業時においてこの接合部およびその近傍箇所が溶損し易くなり、さらに長期間使用すると、上記箇所に加えて、溶解炉の内壁面における出湯孔３近傍箇所の、耐火材２と外側配設体８との接合部およびその近傍箇所が溶損し、これらの箇所の溶損が進行する。
特開２０００−７４５６７号公報 特開２００３−６５６７７号公報

上記従来構成の溶解炉では、長期間使用して上記箇所の溶損が大きくなると、操業期間が制約されるため、最終的には、孔部形成部材７だけでなく、外側配設体８も交換せざるを得なくなっている。外側配設体８を交換する際には、外側配設体８の周囲の耐火材２も交換する必要があり、交換費用が多大となってしまう課題があった。

本発明は上記課題を解決するもので、長期間使用しても外側配設体が溶損することを防止できて、長期間にわたって良好に操業できるとともに、補修費用も最小限に抑えることができる溶解炉を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、炉壁内面に配設された耐火材と、炉内の溶融物を排出する孔部が形成された孔部形成部材と、炉壁における孔部形成部材の外側を囲むように配設されて耐火材と孔部形成部材との間に介装された外側配設体とを備えた溶解炉であって、耐火材と孔部形成部材と外側配設体とが、互いに接合材を介して接合されており、孔部形成部材に、外側配設体と前記外側配設体に隣接する耐火材との間の接合材の箇所とも含めた炉内側壁面を覆うカバー部を形成したことを特徴とする。

この構成により、孔部形成部材のカバー部によって外側配設体の炉内側壁面が覆われるので、溶解炉を長期間操業した場合でも、外側配設体の炉内側壁面が溶損することがなくなり、この結果、溶解炉を長期間にわたって良好に操業できる。また、孔部形成部材の孔部近傍箇所やカバー部が溶損した時でも孔部形成部材の交換だけで済むので補修費用を最小限に抑えることができる。

また、本発明は、カバー部が、孔部形成部材の炉内側壁面部から両側方に突出する形状に形成され、孔部形成部材におけるカバー部の裏面側部分が、カバー部に近づくほど広がる形状に形成されていることを特徴とする。

このように、孔部形成部材におけるカバー部の裏面側部分が、カバー部に近づくほど広がる形状に形成されていることにより、長期間の操業によって、孔部形成部材の炉内側壁面およびその近傍箇所における孔部の開口箇所が溶損した場合でも、この孔部の周囲の壁面厚みが、良好な強度を確保できる十分な厚みに確保され、この結果、孔部形成部材の使用期間をさらに延長させることができ、ひいては孔部形成部材の交換頻度を少なくすることができて、補修費用をさらに少なく抑えることができる。

以上のように本発明によれば、孔部形成部材のカバー部により外側配設体の炉内側壁面を覆ったので、溶解炉を長期間にわたって良好に操業できるとともに、孔部形成部材の孔部近傍箇所やカバー部が溶損した時でも孔部形成部材の交換だけで済み、補修費用を最小限に抑えることができる。

また、孔部形成部材におけるカバー部の裏面側部分を、カバー部に近づくほど広がる形状に形成することにより、孔部形成部材の使用期間をさらに延長させることができ、ひいては孔部形成部材の交換頻度を少なくすることができて、補修費用をさらに少なく抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態にかかる溶解炉を図面に基づき説明する。なお、従来の溶解炉と同様な機能の構成要素には同符号を付している。
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態にかかる溶解炉の要部平面断面図および要部斜視図を示し、これらの図において、２０は、炉内の溶融金属を排出する孔部としての出湯孔３が形成された孔部形成部材（いわゆるタップホール）で、孔部形成部材２０の外側（具体的には、例えば左右両側と上側）を囲むように、いわゆる門柱と呼ばれる外側配設体８が配設されている。また、耐火材２と外側配設体８との間、および外側配設体８と孔部形成部材２０との間には、接合材（いわゆるスタンプ材）９Ａ、９Ｂを介して隙間が埋められた状態で接合されている。また、この実施の形態では、耐火材２の内面側に、不定形耐火物２１が配設されている。

特に本発明の孔部形成部材２０には、図１に示すように、外側配設体８の炉内側壁面８ａを覆うカバー部２０ｂを形成している。この実施の形態では、従来の孔部形成部材に相当する箇所である孔部形成部材２０の本体部２０ａの、内壁面側箇所が、外側配設体８の炉内側壁面８ａよりも内径側まで延ばされて形成されているとともに、この本体部２０ａから両側方に突出されてカバー部２０ｂが形成され、これらのカバー部２０ｂにより、外側配設体８の炉内側壁面８ａを覆っている（より詳しくは、孔部形成部材２０のカバー部２０ｂは、両側方に突出すると共に、上下方向にも長く延びて、孔部形成部材２０の左右両側に配設された外側配設体８と、これらの外側配設体８に隣接する耐火材１とを接続する接合材９Ａの箇所とを完全に覆っている）。したがって、この溶解炉では、いわゆる門柱と呼ばれる外側配設体８は、溶解炉の内部に露出していない。なお、この実施の形態では、不定形耐火物２１により、耐火材２および孔部形成部材２０のカバー部２０ｂの一部も覆われており、不定形耐火物２１の内壁面が、孔部形成部材２０の炉内側壁面における出湯孔３近傍箇所とほぼ同一面となるように配設されている。

上記構成により、孔部形成部材２０のカバー部２０ｂによって、外側配設体８の炉内側壁面８ａ、より詳しくは、外側配設体８の炉内側壁面８ａと、これに隣接する耐火材２との間の接合材９Ａの箇所も含めた炉内側壁面部分とが覆われるので、この孔部形成部材２０のカバー部２０ｂが溶損するまで長期間操業しない限り、図４に示す、炉内の溶融金属４や溶融スラグ１０が外側配設体８の炉内側壁面８ａや、外側配設体８と耐火材２との間の箇所の接合材９Ａと接触しないので、これらの箇所が溶損することがない。この結果、溶解炉を長期間にわたって良好に操業できるとともに、孔部形成部材２０の孔部３の近傍箇所やカバー部２０ｂが溶損した時でも、孔部形成部材２０の交換だけで済むので補修費用を最小限に抑えることができる。

図２は本発明の第２の実施の形態に係る溶解炉を示すもので、この実施の形態では、耐火材２の内面側に不定形耐火物２１が配設されておらず、耐火材２の内面（炉内側壁面）が炉内に露出している形式のものである。この実施の形態においては、外側配設体８の炉内側壁面８ａが外壁面寄りの奥まった箇所までしか設けられておらず、この外側配設体８の炉内側壁面８ａが、孔部形成部材２０の本体部２０ａにおける内壁面側箇所から両側方に突出するように形成されたカバー部２０ｂにより覆われている。また、この実施の形態においては、孔部形成部材２０のカバー部２０ｂの炉内側壁面が、耐火材２の内面とほぼ同一面となるように形成されている。

上記構成によっても、孔部形成部材２０のカバー部２０ｂによって、外側配設体８の炉内側壁面８ａが覆われるので、この孔部形成部材２０のカバー部２０ｂが溶損するまで長期間操業しない限り、炉内の溶融金属４や溶融スラグ１０が外側配設体８の炉内側壁面８ａと接触しないので、この箇所が溶損することがなくなる。この結果、溶解炉を長期間にわたって良好に操業できるとともに、孔部形成部材２０の孔部３の近傍箇所やカバー部２０ｂが溶損した時でも、孔部形成部材２０の交換だけで済むので補修費用を最小限に抑えることができる。

図３は本発明の第３の実施の形態に係る溶解炉を示すもので、この実施の形態の溶解炉は、上記第１の実施の形態と同様に、耐火材２の内面側に、不定形耐火物２１が配設されている形式である。また、孔部形成部材２０の内壁面側箇所が、外側配設体８の炉内側壁面８ａよりも内径側まで延ばされて形成されているとともにこの箇所より両側方に突出するようにカバー部２０ｂが形成され、これらのカバー部２０ｂにより、外側配設体８の炉内側壁面８ａを覆っている。そして、これらの構成に加えて、図３に示すように、孔部形成部材２０のカバー部２０ｂの裏面側部分が、カバー部２０ｂに近づくほどテーパ状に広がる形状（傾斜厚肉部２０ｃと称す）に形成されている。なお、孔部形成部材２０の傾斜厚肉部２０ｃは、孔部形成部材２０の本体部２０ａおよびカバー部２０ｂと同様に上下方向にも長く延びて、孔部形成部材２０の左右両側に配設された外側配設体８と、これらの外側配設体８に隣接する耐火材１とを接続する接合材９Ａの箇所とを完全に覆っている。

この構成によっても、上記実施の形態と同様に、孔部形成部材２０のカバー部２０ｂによって、外側配設体８の炉内側壁面８ａが覆われるので、炉内の溶融金属４や溶融スラグ１０が外側配設体８の炉内側壁面８ａなどに接触せず、この結果、これらの箇所が溶損することがなくなる。

そして、さらに、孔部形成部材２０の内壁面側寄り部分に傾斜厚肉部２０ｃが形成されているので、長期間の操業により、図３において仮想線で示すように、孔部形成部材２０の内壁面における出湯孔３の開口箇所が溶損した場合でも、この出湯孔３の周囲の壁面厚みが、良好な強度を確保できる十分な厚みに確保され、この結果、孔部形成部材２０の使用期間をさらに延長させることができ、ひいては孔部形成部材２０の交換頻度を少なくすることができて、補修費用をさらに少なく抑えることができる。なお、上記実施の形態では、孔部形成部材２０の傾斜厚肉部２０ｃは、孔部形成部材２０の本体部２０ａおよびカバー部２０ｂと同様に上下方向にも長く延びている場合を述べたが、これに限るものではなく、孔部３が形成されている箇所の周りのみ形成してもよい。

なお、図１〜図３に示すように、炉壁の内周面を形成する不定形耐火物２１や耐火材２の炉内側壁面と、孔部形成部材２０における出湯孔３近傍の炉内側壁面とがほぼ同一面となるように形成することが好ましく、これにより、溶融金属４が各炉内側壁面に沿って良好に流れる利点があるが、これに限るものではない。また、不定形耐火物２１を設ける場合に、炉壁の内周面の全周にわたって設けてもよいが、これに限るものではなく、孔部形成部材２０の近傍箇所のみに設けても良い。

また、一般に、溶融金属４は、孔部形成部材２０における出湯孔３よりも少し上の位置までしか溜まらないため、溶損箇所もこの位置までである。したがって、孔部形成部材２０のカバー部２０ｂによって、孔部形成部材２０の両側方に配設されている外側配設体８のみを覆った場合を述べ、これによっても何ら支障を来たすことはない。しかし、これに限るものではなく、溶融金属４がもっと上方の位置まで溜まる場合などには、必要に応じて、孔部形成部材２０の上方に配設された外側配設体８の炉内側壁面８ａも覆うよう構成してもよい。

また、上記実施の形態では、孔部形成部材２０として、炉内の溶融金属４を排出する出湯孔３が形成されたいわゆるタップホールの場合を述べたが、これに限るものではなく、溶融スラグ１０を排出する孔部が設けられた孔部形成部材や、ドレン用の孔部が設けられた孔部形成部材、オーバーフロー用の孔部が設けられた孔部形成部材など、各種の孔部が形成された孔部形成部材に適用できる。

（ａ）および（ｂ）は本発明の第１の実施の形態にかかる溶解炉の要部平面断面図および要部斜視図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる溶解炉の要部平面断面図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる溶解炉の要部平面断面図である。 溶解炉の簡略的な縦断面図である。 溶解炉の簡略的な要部正面図である。 （ａ）および（ｂ）は従来の溶解炉の要部平面断面図および要部斜視図である。 （ａ）および（ｂ）はそれぞれ従来の溶解炉の要部平面断面図である。

符号の説明

１ 外壁材
２ 耐火材
３ 出湯孔（孔部）
４ 溶融金属
８ 外側配設体（門柱）
９Ａ、９Ｂ 接合材
１０ 溶融スラグ
２０ 孔部形成部材
２０ａ 本体部
２０ｂ カバー部
２０ｃ 傾斜厚肉部
２１ 不定形耐火物

Claims (2)

1. 炉壁内面に配設された耐火材と、炉内の溶融物を排出する孔部が形成された孔部形成部材と、炉壁における孔部形成部材の外側を囲むように配設されて耐火材と孔部形成部材との間に介装された外側配設体とを備えた溶解炉であって、
   耐火材と孔部形成部材と外側配設体とが、互いに接合材を介して接合されており、
   孔部形成部材に、外側配設体と前記外側配設体に隣接する耐火材との間の接合材の箇所とも含めた炉内側壁面を覆うカバー部を形成したことを特徴とする溶解炉。
2. カバー部が、孔部形成部材の炉内側壁面部から両側方に突出する形状に形成され、孔部形成部材におけるカバー部の裏面側部分が、カバー部に近づくほど広がる形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の溶解炉。

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