JP5735929B2 - 金属溶解炉及び金属溶解方法 - Google Patents

Description

本発明は溶解炉に関し、特に溶解炉の余剰排熱を利用し、金属材料を予熱してから加熱して金属材料を溶解させる金属溶解炉及びその方法に関するものである。

既存の金属溶解技術は主に、インゴット、ストリップ状の鋳塊、回収廃材などの金属材料を、直接にボイラーに入れて加熱し、或いは、予熱してからボイラーに入れて加熱した後、その金属材料を溶解させて均一に混ぜ、ボイラー内部の金属溶湯を金型に注湯して所定の形に固化して成形するものである。

台湾発明公告３３３５５９号 台湾発明公告I３３５４１１号 特許第３８８２０１３号 特許第２７８３５０３号

既存の金属製品の鋳造技術は、以下の問題点を有する。つまり、インゴットやストリップ状の鋳塊などの金属材料は、常温の状態でボイラーに入れて加熱することから、金属材料を溶化状態にするために、非常に長い加熱時間が必要となる。また、金属溶湯を金型に注湯する時には、人または機械アームが柄杓を使って金属溶湯を汲み取って金型に注入する必要があるが、金属溶湯の温度が高いので、事故の発生を防ぐために、注湯の操作に注意しなければならない。更に、注湯の操作を行う時には、金属材料を溶解するための加熱を中断しなければならなく、金属溶湯を金型に注入した後に、ようやく金属材料をボイラーに入れて加熱を再開することができる。このように、既存の金属製品の鋳造技術では、金属材料の加熱を順調に行うことができないと共に、時間や手間がかかるという欠点があった。

本発明に係る金属溶解炉は、加熱炉と、溶解炉と、蓄熱式燃焼器と、材料注入装置と、鋳造用注湯装置とを有し、
前記加熱炉は、内部に加熱スペースが設けられ、
前記溶解炉は、前記加熱炉に設置され、炉体と、カバーとを有し、その内、炉体は、該加熱炉の加熱スペースに位置すると共に、該カバーは、該炉体の上面に密接され、
前記蓄熱式燃焼器は、蓄熱スペースと、少なくとも１対の燃焼器と、少なくとも1対の蓄熱体と、少なくとも１つの空気排出管とを有し、その内、蓄熱スペースは、前記加熱スペース１１と連通し、該少なくとも１対の燃焼器は、該蓄熱スペースに設置されると共に、交互に前記加熱炉の加熱スペースを加熱し、該蓄熱体は、該燃焼器に設けられ、該空気排出管は、その一端の空気注入端が該燃焼器と接続されると共に、他端の空気排出端が該蓄熱スペースの外部まで延出し、
前記材料注入装置は、材料注入管と、予熱スクリューコンベアと、材料タンクとを有し、その内、材料注入管は、その一端の材料注入端が前記炉体と連通し、該予熱スクリューコンベアは、回転可能に軸方向に沿って該材料注入管の内部に設置されると共に、空気輸送管と、螺旋状羽根とを備え、該空気輸送管の一端の空気注入端が前記蓄熱式燃焼器の空気排出管の空気排出端と連通し、該空気輸送管の管壁に複数の空気排出孔が形成され、該螺旋状羽根は、該空気輸送管の外壁に螺旋状に環着され、該材料タンクは、該材料注入管の内部と連通するように、該材料注入管に設置され、
一方の燃焼器が前記加熱スペースを加熱している時、加熱スペース内の高温気体が他方の燃焼器を通って排出され、
前記鋳造用注湯装置は、給湯端が前記溶解炉に位置するように、前記溶解炉のカバーに貫設されるものである。

前記材料注入装置の材料注入管及び予熱スクリューコンベアは、前記溶解炉のカバーに配置され、
前記材料注入装置はさらに、材料移送タンクと、計測スクリューコンベアとを備え、その内、材料移送タンクは、前記溶解炉のカバーに貫設され、該材料注入装置の材料注入管の材料注入端が該材料移送タンクと対応するように連通し、該計測スクリューコンベアは、回転可能に縦方向に該材料移送タンクに貫設され、回転可能な軸体と、該軸体の軸方向に沿って周設される螺旋状羽根とを備えることが好ましい。

前記加熱炉の加熱スペースからの高温気体を前記蓄熱式燃焼器の空気排出管を介して材料注入装置の予熱スクリューコンベアの空気輸送管に導入することによって、前記材料注入管内の金属材料を加熱し、また、その金属材料は、前記材料注入装置に入れて予熱した後、前記溶解炉に送り加熱して液体に溶解することが好ましい。

本発明に係る金属溶解炉は、蓄熱式燃焼器によって加熱炉の高温気体を回収して予熱スクリューコンベアに導入させるものであり、これによれば、ストリップ状又は粒状の金属材料を予熱して固体から液体に溶解する時間を大幅に短縮することができる。また、その金属材料を材料注入装置に入れて予熱してから溶解炉に送ると、加熱炉によって加熱して溶解することができ、その後、溶解した液体の金属材料を金型に注湯すれば金属製品を製造することができる。この方法によれば、本発明に係る金属溶解炉において、金属材料の溶解プロセスをスムーズに行うことができると共に、溶解時間も節約することができ、また、従来の人または機械アームが柄杓を使って金属溶湯を汲み取って金型に注入する手間も省けるので、加熱を中断せずに連続稼動させることができると共に、安全性も極めて高い。

本発明に係る金属溶解炉における第一実施例の側面図である。 本発明に係る金属溶解炉における第二実施例の側面図である。 本発明に係る金属溶解炉における第二実施例の平面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の適切な実施の形態を詳細に説明する。

図１に示すように、本発明における金属溶解炉は、内部に加熱スペース１１が形成される加熱炉１０と、溶解炉２０と、蓄熱式燃焼器３０と、材料注入装置４０と、撹拌棒５１と、鋳造用注湯装置５２とを有する。

前記溶解炉２０は、前記加熱炉１０に設置され、炉体２１と、カバー２２とを有し、その内、該炉体２１は、前記加熱炉１０の加熱スペース１１に囲まれるように位置し、前記加熱炉１０によって加熱され、更に、２枚の耐熱プレート２３を有し、その耐熱プレート２３によって、該炉体２１の内部が溶解区域２１１と、撹拌区域２１２と、給湯区域２１３とに区画され、また、該耐熱プレート２３に複数の貫通孔２３１が形成され、その複数の貫通孔２３１により該溶解区域２１１と撹拌区域２１２とが連通すると共に、該撹拌区域２１２と給湯区域２１３とが連通する。しかし、該溶解区域２１１と給湯区域２１３とは直接に連通としなく、該カバー２２は、該炉体２１の上面に密接するように設置される。

前記蓄熱式燃焼器３０は、蓄熱スペース３１と、少なくとも１対の燃焼器３５と、少なくとも1対の蓄熱体３３と、少なくとも１つの空気排出管３２とを有し、その内、蓄熱スペース３１は、前記加熱スペース１１と連通し、前記少なくとも１対の燃焼器３５は、前記蓄熱スペース３１に設置されると共に、交互に前記加熱炉１０の加熱スペース１１を加熱して加熱スペース１１及び溶解炉２０の温度を上昇させるものであり、前記蓄熱体３３は、該燃焼器３５に設けられる。また、その１対の燃焼器３５について、一方の燃焼器３５が前記加熱スペース１１を加熱している時、加熱スペース１１内の高温気体が他方の燃焼器３５を通って排出され、排出された高温気体の余剰排熱を該燃焼器３５の蓄熱体３３に蓄え、その余剰排熱の熱エネルギーにより燃焼器３５の加熱効果を上昇させる。

前記空気排出管３２は、その一端の空気注入端が前記燃焼器３５と接続されることにより、前記蓄熱体３３の周囲の空気を流入させ、他端の空気排出端は、前記蓄熱スペース３１の外部まで延出される。

前記材料注入装置４０は、材料注入管４１と、予熱スクリューコンベア４２と、駆動装置４３と、材料タンク４４とを有し、その内、該材料注入管４１は、その一端の材料注入端が前記炉体２１の溶解区域２１１と連通し、該予熱スクリューコンベア４２は、軸方向に沿って該材料注入管４１の内部に設置されると共に、空気輸送管４２１と、螺旋状羽根４２３とを備え、該空気輸送管４２１の一端の空気注入端が前記蓄熱式燃焼器３０の空気排出管３２の空気排出端と連通することから、高温気体を空気輸送管４２１内に導入することができる。また、前記空気輸送管４２１の管壁に複数の空気排出孔４２２が形成され、前記螺旋状羽根４２３は、該空気輸送管４２１の軸方向に沿って該空気輸送管４２１の外壁に螺旋状に環着され、前記駆動装置４３は、該予熱スクリューコンベア４２の空気輸送管４２１と連結され、該予熱スクリューコンベア４２を回転させるものである。尚、その駆動装置４３は、モーターであっても構わなく、前記材料タンク４４は、前記材料注入管４１の内部と連通するように該材料注入管４１に設置される。

図１に示すように、本発明の第一実施例における材料注入管４１は、横方向に加熱炉１０及び溶解炉２０を貫通するように設置され、前記材料注入端が炉体２１の溶解区域２１１から突出されることが好ましい。

前記撹拌棒５１は、前記溶解炉２０の撹拌区域２１２と対応するように、回転可能に前記溶解炉２０のカバー２２に貫設され、該撹拌棒５１の内端は、該撹拌区域２１２に位置すると共に、少なくとも１つの羽根車５１１を有する。

前記鋳造用注湯装置５２は、前記溶解炉２０の給湯区域２１３と対応するように、該溶解炉２０のカバー２２に貫設され、つまり、該鋳造用注湯装置５２の給湯端が給湯区域２１３に位置する。この構成によれば、該鋳造用注湯装置５２が前記炉体２１内の金属溶湯を汲み取って金型（図示せず）に注湯することにより、金属製品を鋳造することができる。尚、図１に示すように、本発明の第一実施例における鋳造用注湯装置５２は、中空の管体を呈し、その一端の材料注入端が前記炉体２１の給湯区域２１３に位置すると共に、他端の材料排出端が鋳造用の金型と対応するように設置されることが好ましい。

上述したように、本発明に係る金属溶解炉を使用する時は、先ず、粒状又はストリップ状の金属材料を、材料注入装置４０の材料タンク４４に入れて材料注入管４１に移送する。この時、駆動装置４３の駆動により予熱スクリューコンベア４２を回転させて螺旋状羽根４２３を回転させることによって、材料注入管４１内の金属材料を材料注入管４１の材料注入端へ移動させると共に、蓄熱式燃焼器３０の空気排出管３２から予熱スクリューコンベア４２の空気輸送管４２１を通過して空気輸送管４２１の空気排出孔４２２を介して材料注入管４１に排出される高温空気によって、その材料注入管４１内の金属材料を加熱させる。

更に、この構成、方法によれば、予熱スクリューコンベア４２の螺旋状羽根４２３を回転させることによって、金属材料を均一に混ぜることができることから、その金属材料を材料注入管４１に移送している時、金属材料が十分な熱エネルギーを吸収して温度が上昇するので、固体から液体に変化し、半固体状として材料注入管４１の材料注入端から炉体２１の溶解区域２１１へ移送される。

そして、その後、その半固体状の金属材料を、炉体２１の溶解区域２１１に注入すると、溶解炉２０の高温によって液体状に溶解させる。

この時、前記炉体２１の溶解区域２１１内の液体金属材料は、溶解区域２１１と撹拌区域２１２との間に位置する耐熱プレート２３の貫通孔２３１を通過して撹拌区域２１２に流入すると共に、撹拌棒５１の回動によって液体の金属材料が均一に混ぜられ、その後、撹拌区域２１２において均一に混ぜられた液体の金属材料が、該撹拌区域２１２と給湯区域２１３との間に位置する耐熱プレート２３の貫通孔２３１を通過して給湯区域２１３に流入する。

本発明では、材料注入装置４０の予熱スクリューコンベア４２が金属材料を炉体２１の溶解区域２１１へ送り続けることから、該炉体２１の給湯区域２１３内の液体の金属材料を鋳造用注湯装置５２の材料注入端に送り込んで鋳造用注湯装置５２の材料排出端から排出させれば、金型に注湯することができる。また、予熱スクリューコンベア４２の回転スピードを調整すれば、金属材料の炉体２１に入れる量をコントロールすることができると共に、鋳造用注湯装置５２の材料排出端の注湯スピード及び注湯の量もコントロールすることができる。

図２及び図３に示すように、本発明に係る第二実施例における蓄熱式燃焼器３０Ａはさらに、四方弁である切替弁３４Ａを有するものであり、ケース３４１Ａと、該ケース３４１Ａの周囲に配置される空気注入口３４２Ａと、空気排出口３４３Ａと、第一ガイド口３４４Ａと、第二ガイド口３４５Ａとを備える。

その内、前記空気注入口３４２Ａと空気排出口３４３Ａとは、対向するように設置され、該空気排出口３４３Ａは、空気排出管３２Ａと連通し、前記第一ガイド口３４４Ａと第二ガイド口３４５Ａとは、対向するように設置されると共に、それぞれ該空気注入口３４２Ａと空気排出口３４３Ａとの間に位置し、また、前記第一ガイド口３４４Ａと第二ガイド口３４５Ａとはそれぞれ燃焼器３５Ａと接続される。

前記切替弁３４Ａはさらに、前記ケース３４１Ａの内部に設置されると共に、該ケース３４１Ａの内部を２つの空間に区画する回転可能な切替プレート３４６Ａを有し、その切替プレート３４６Ａの切り替えによって、該第一ガイド口３４４Ａが選択可能に空気注入口３４２Ａと連通すると共に、第二ガイド口３４５Ａが選択可能に空気排出口３４３Ａと連通する。

さらに、本発明に係る金属溶解炉の第二実施例は、隔壁板２４Ａを有し、該隔壁板２４Ａは、前記加熱炉１０の加熱スペース１１に設置されると共に、２つの燃焼器３５Ａの間に位置し、且つ、該隔壁板２４Ａは、両側がそれぞれ該加熱炉１０の内壁面及び炉体２１の外壁面に当接される。

上述の構成によれば、前記切替弁３４Ａの切替プレート３４６Ａを回して切り替えると、空気注入口３４２Ａが第一ガイド口３４４Ａと連通すると共に、空気排出口３４３Ａが第二ガイド口３４５Ａと連通する状態となり、この時、支燃性を有する気体が空気注入口３４２Ａから注入され、該第一ガイド口３４４Ａを通って第一ガイド口３４４Ａと接続された燃焼器３５Ａに送られ、該燃焼器３５Ａによって該気体を高温気体に加熱され、その後、高温気体は、加熱炉１０の加熱スペース１１に移送されて炉体２１に熱エネルギーを提供する。そして、その高温気体は、加熱スペース１１から他の燃焼器３５Ａを通って順次に切替弁３４Ａの第二ガイド口３４５Ａ及び空気排出口３４３Ａを通過して空気排出管３２Ａから排出される。

また、本発明に係る金属溶解炉は、隔壁板２４Ａが設置されていることから、高温気体は、一方の燃焼器３５Ａから入り、加熱スペース１１を通過すると、他方の燃焼器３５Ａから排出される。即ち、その高温気体は、一旦一方の燃焼器３５Ａから入ると、加熱スペース１１を通過せずに、そのまま他方の燃焼器３５Ａから排出されるというようなことはない。

材料注入装置４０Ａにおける材料注入管４１Ａ及び予熱スクリューコンベア４２Ａは、溶解炉２０のカバー２２配置され、該材料注入装置４０Ａはさらに、材料移送タンク４５Ａと、計測スクリューコンベア４６Ａとを備え、その内、該材料移送タンク４５Ａは、炉体２１の溶解区域２１１と対応するように、溶解炉２０のカバー２２Ａに貫設され、即ち、カバー２２Ａを貫通して、その一部が炉体２１の溶解区域２１１内に入り込むように設置されている。更に、前記材料注入装置４０Ａの材料注入管４１Ａにおける材料注入端は、前記材料移送タンク４５Ａと対応するように連通していることから、該予熱スクリューコンベア４２Ａによって、材料注入管４１Ａ内の予熱した半固体状の金属材料を材料移送タンク４５Ａへ送ることができる。

前記計測スクリューコンベア４６Ａは、回転可能に縦方向に材料移送タンク４５Ａ内に貫設され、回転可能な軸体４６１Ａと、該軸体４６１Ａの軸方向に沿って周設される螺旋状羽根４６２Ａとを備え、駆動装置４６３Ａによって該計測スクリューコンベア４６Ａの軸体４６１Ａが駆動され、その回転により、該計測スクリューコンベア４６Ａの螺旋状羽根４６２Ａが材料移送タンク４５Ａ内の金属材料を炉体２１の溶解区域２１１へ送られる。この構成によれば、前記材料移送タンク４５Ａが炉体２１の溶解区域２１１と連通することから、炉体２１の溶解区域２１１から高温エネルギーが材料移送タンク４５Ａに伝わり、材料移送タンク４５Ａ内の金属材料を加熱することができると共に、前記計測スクリューコンベア４６Ａの回転スピードを調整すれば、炉体２１に入れる金属材料の量をコントロールすることができる。

尚、前記鋳造用注湯装置５２Ａは、液体金属を移送するためのポンプであっても構わなく、それにより、炉体２１の給湯区域２１３内の液体金属を汲み取って金型に注湯してもよい。

図３に示すように、本発明に係る金属溶解炉における第二実施例は、溶解炉２０のカバー２２Ａに、選択可能に該溶解炉２０の開閉状態を制御できる開閉プレート２２１Ａが設置されることが好ましく、この開閉プレート２２１Ａを用いれば、金属溶解炉の使用時に、該開閉プレート２２１Ａを閉めることによって、炉体２１を密閉させることができる。一方、金属溶解炉を使用していない時には、作業員が自ら該開閉プレート２２１Ａを開けて炉体２１内に入り、溶融灰などの清掃を行なうことができる。

上述した内容は、本考案の好適な実施の形態を示したものにすぎず、本発明の技術的範囲は、上記実施例そのものに何ら限定されるものではない。

上述したように、本発明に係る金属溶解炉は、金属材料の溶解プロセスをスムーズに且つ簡単に行うことができると共に、溶解時間を短縮することができ、また、従来のような、人または機械アームが柄杓を使って金属溶湯を汲み取って金型に注入する手間を省くことができ、加熱を中断しなくても稼動し続けることができるので、使用上の安全性が極めて高いと共に、実用性にも優れている。

１０ 加熱炉
１１ 加熱スペース
２０ 溶解炉
２１ 炉体
２１１ 溶解区域
２１２ 撹拌区域
２１３ 給湯区域
２２、２２Ａ カバー
２２１Ａ 開閉プレート
２３ 耐熱プレート
２３１ 貫通孔
２４Ａ 隔壁板
３０、３０Ａ 蓄熱式燃焼器
３１ 蓄熱スペース
３２、３２Ａ 空気排出管
３３ 蓄熱体
３４Ａ 切替弁
３４１Ａ ケース
３４２Ａ 空気注入口
３４３Ａ 空気排出口
３４４Ａ 第一ガイド口
３４５Ａ 第二ガイド口
３４６Ａ 切替プレート
３５、３５Ａ 燃焼器
４０、４０Ａ 材料注入装置
４１、４１Ａ 材料注入管
４２、４２Ａ 予熱スクリューコンベア
４２１ 空気輸送管
４２２ 空気排出孔
４２３ 螺旋状羽根
４３ 駆動装置
４４ 材料タンク
４５Ａ 材料移送タンク
４６Ａ 計測スクリューコンベア
４６１Ａ 軸体
４６２Ａ 螺旋状羽根
４６３Ａ 駆動装置
５１ 撹拌棒
５１１ 羽根車
５２、５２Ａ 鋳造用注湯装置

Claims (3)

1. 加熱炉と、溶解炉と、蓄熱式燃焼器と、材料注入装置と、鋳造用注湯装置とを有し、
   前記加熱炉は、内部に加熱スペースが設けられ、
   前記溶解炉は、前記加熱炉に設置され、炉体と、カバーとを有し、その内、炉体は、該加熱炉の加熱スペースに位置すると共に、該カバーは、該炉体の上面に密接され、
   前記蓄熱式燃焼器は、蓄熱スペースと、少なくとも１対の燃焼器と、少なくとも1対の蓄熱体と、少なくとも１つの空気排出管とを有し、その内、蓄熱スペースは、前記加熱スペース１１と連通し、該少なくとも１対の燃焼器は、該蓄熱スペースに設置されると共に、交互に前記加熱炉の加熱スペースを加熱し、該蓄熱体は、該燃焼器に設けられ、該空気排出管は、その一端の空気注入端が該燃焼器と接続されると共に、他端の空気排出端が該蓄熱スペースの外部まで延出し、
   前記材料注入装置は、材料注入管と、予熱スクリューコンベアと、材料タンクとを有し、その内、材料注入管は、その一端の材料注入端が前記炉体と連通し、該予熱スクリューコンベアは、回転可能に軸方向に沿って該材料注入管の内部に設置されると共に、空気輸送管と、螺旋状羽根とを備え、該空気輸送管の一端の空気注入端が前記蓄熱式燃焼器の空気排出管の空気排出端と連通し、該空気輸送管の管壁に複数の空気排出孔が形成され、該螺旋状羽根は、該空気輸送管の外壁に螺旋状に環着され、該材料タンクは、該材料注入管の内部と連通するように、該材料注入管に設置され、
   一方の燃焼器が前記加熱スペースを加熱している時、加熱スペース内の高温気体が他方の燃焼器を通って排出され、
   前記鋳造用注湯装置は、給湯端が前記溶解炉に位置するように、前記溶解炉のカバーに貫設されることを特徴とする金属溶解炉。
2. 前記材料注入装置の材料注入管及び予熱スクリューコンベアは、前記溶解炉のカバーに配置され、
   前記材料注入装置はさらに、材料移送タンクと、計測スクリューコンベアとを備え、その内、材料移送タンクは、前記溶解炉のカバーに貫設され、該材料注入装置の材料注入管の材料注入端が該材料移送タンクと対応するように連通し、該計測スクリューコンベアは、回転可能に縦方向に該材料移送タンクに貫設され、回転可能な軸体と、該軸体の軸方向に沿って周設される螺旋状羽根とを備えることを特徴とする請求項１に記載の金属溶解炉。
3. 請求項１または２に記載の金属溶解炉を用いた金属溶解方法において、
   前記加熱炉の加熱スペースからの高温気体を前記蓄熱式燃焼器の空気排出管を介して材料注入装置の予熱スクリューコンベアの空気輸送管に導入することによって、前記材料注入管内の金属材料を加熱し、また、その金属材料は、前記材料注入装置に入れて予熱した後、前記溶解炉に送り加熱して液体に溶解することを特徴とする、
   金属溶解方法。