JP5999766B2 - 電気炉の集塵装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気炉のヒュームやガス煤煙等の粉塵を集塵する電気炉の集塵装置に関するものである。

この種の電気炉の集塵装置としては、例えば、炉蓋を有する電気炉の開口部周囲にリングフードを備え、このリングフードを集塵機に接続したものや、これを改良したリングフードの中央の開口部を、炉蓋がリングフードの上方から進入して電気炉の開口部に到達できるように大きく開口させ、炉蓋により電気炉の開口部を直接閉鎖できるように構成したものなどがある（例えば、特許文献１参照。）。また、このようなリングフードが備わらない電気炉の集塵装置として、例えば、プッシュフードとプルフードとを炉本体の開口部を挟んで対向するよう設けたものや、これを改良した炉本体の上部にある傾動床に、この傾動床とともに回動して出湯時に吸引作用を行うプッシュフードとプルフードとを炉本体の開口部を挟んで対向するよう設けたものなどがある（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、前者のリングフードが備わる電気炉の集塵装置は、出湯時などの炉蓋が電気炉の開口部から外された状態において、当該開口部の、特に中央部付近の集塵が困難であるとの問題を有する。なお、当該開口部におけるヒュームの上昇速度は、例えば、２〜４ｍ／ｓである。他方、後者のプッシュフード及びプルフードが備わる電気炉の集塵装置は、出湯時における集塵を考慮して設計されているが、炉蓋が電気炉の開口部を覆った状態における集塵については、十分な考慮がされていない。また、いずれの集塵装置も、電気炉の開口部の径が大きい場合においては、炉蓋が電気炉の開口部から外された状態における集塵が不十分になるとの問題を有している。

特開２００３−３２２４７５号公報 実開平５−３９００号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、炉蓋が電気炉の開口部を覆わない状態、及び、炉蓋が電気炉の開口部を覆った状態、のいずれにおいても優れた集塵能力を発揮する電気炉の集塵装置を提供することにある。また、好ましくは、電気炉の開口部の径が大きい場合においても優れた集塵能力を発揮する電気炉の集塵装置を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
炉蓋を有する電気炉の開口部を挟んだ位置に、エアの吹出しノズル及びエアの吸引ノズルが設けられ、この吸引ノズルから吸引されたエアが第１の流路を通して集塵機へ送られる構成とされた電気炉の集塵装置であって、
前記吹出しノズルと前記第１の流路とを連通する第２の流路が備えられ、
この第２の流路には、この第２の流路内のエアの流れ方向を、前記第１の流路側から前記吹出しノズル側へ（順方向）、又は、前記吹出しノズル側から前記第１の流路側へ（逆方向）、と切り換えるエア切換手段が備えられ、
前記炉蓋が前記電気炉の開口部を覆わない状態においては、前記第２の流路内のエアが、前記順方向へ流れて前記吹出しノズルから吹き出し前記吸引ノズルに吸引され、
他方、前記炉蓋が前記電気炉の開口部を覆った状態においては、前記吸引ノズルからエアが吸引されるとともに、前記第２の流路内のエアが、前記逆方向へ流れて前記吹出しノズルからもエアが吸引される、構成とされている、
ことを特徴とする電気炉の集塵装置。

〔請求項２記載の発明〕
前記吸引ノズルは、前記電気炉開口部の周囲において、円弧状に広がり、
当該吸引ノズル上には、基端部から先端部に向かうに従って幅狭となり、かつ、前記基端部を軸に回動する回動板が複数枚載置され、この載置は、各回動板の基端部が前記吸引ノズルの広がり方向に連なり、かつ、前記電気炉開口部の上方において相互に隣接する回動板の側縁同士が当接するまで各回動板が回動するように行われている、
請求項１記載の電気炉の集塵装置。

本発明によると、炉蓋が電気炉の開口部を覆わない状態、及び、炉蓋が電気炉の開口部を覆った状態、のいずれにおいても優れた集塵能力を発揮する電気炉の集塵装置となる。

本形態に係る電気炉の集塵装置のフロー図である。 電気炉上部の集塵機構を示す断面模式図である。 電気炉上部の集塵機構を示す平面模式図である。 エア切換機の平面概念図である。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、本形態に係る電気炉の集塵装置１は、炉蓋３（図２参照）を有する電気炉２から発生するヒュームやガス煤煙等の粉塵の集塵を目的とする装置である。電気炉２としては、例えば、各種合金や鋳鉄等の金属を高温で溶解する低周波誘導炉や高周波誘導炉等が存在する。炉蓋３は、電気炉２の開口部２Ａを開閉するものであり、通常、移動自在とされている。例えば、炉蓋３を旋回して持ち上げると、炉蓋３が開口部２Ａを覆わない状態、つまり、開口部２Ａが開かれた状態となり、他方、炉蓋３を電気炉２上に載置して旋回すると、炉蓋３が開口部２Ａを覆った状態、つまり、開口部２Ａが閉じられた状態となる。この炉蓋３の開閉作業は、例えば、エアシリンダー等の公知の手段を用いて行うこともできる。

電気炉２からのヒュームやガス煤煙等の粉塵の発生状況は、次のとおりである。
すなわち、電気炉２においては、炉蓋３が開口部２Ａを覆わない状態とされ、高温の溶解金属が外気に露出すると、湯（溶解金属）の表面で酸化が始まり、ヒュームやガス煤煙等の粉塵が発生する。この粉塵は、直径０．１〜３．０μｍ程度の微粒子状であり、２５０〜４００℃程度の高温であると推定される。そして、電気炉２の開口部２Ａ内の空気は、溶解金属との接触によって加熱され、強い浮力上昇力により上方向に拡散する。したがって、粉塵も、当該浮力上昇力により上方向に拡散する。また、電気炉２を傾倒して溶解金属を取り鍋等に注ぐ際にも、湯表面や取り鍋内より大量の粉塵が発生する。

一方、電気炉２においては、電気炉２内に溶解物を投入し、炉蓋３によって開口部２Ａを覆った後の通電直後からヒューム等の粉塵が発生する。このヒューム等の粉塵は、炉蓋３によって開口部２Ａを覆っていても、電気炉２と炉蓋３との間隙から少量ではあるが、漏れるおそれがある。このように、炉蓋３が開口部２Ａを覆わない状態、及び、炉蓋３が開口部２Ａを覆った状態、のいずれにおいてもヒューム等の粉塵が発生・拡散するおそれがあるが、この問題を解決したのが、本形態に係る電気炉の集塵装置１である。以下、詳細に説明する。

図１に示すように、本形態の電気炉の集塵装置１は、電気炉２の開口部２Ａを挟んだ、例えば、対向する位置に、エアの吹出しノズル２０及びエアの吸引ノズル１０が設けられている。そして、この吸引ノズル１０から吸引されたエアは、第１の流路８１を通して集塵機５０へ送られる。

第１の流路８１は、ヒューム等の粉塵を含むエアを集塵機５０まで流すことができるものであれば足りる。ただし、ヒューム等の粉塵は、通常、高温であるため、例えば、セラミックスや金属製の管路、ダクト等によって構成するのが好ましい。

また、集塵機５０は、エア中に含まれるヒューム等の粉塵を集塵するものであり、その具体的な構造等は、特に限定されず、公知の集塵機を使用することができる。図示例では、内部にバググフィルター等のフィルター５１が備わる集塵機５０を使用する。この集塵機５０においては、フィルター５１を通り抜けないヒューム等の粉塵が、逆円錐形状とされた集塵機５０の底部５２に留まり、適宜、ロータリーバルブ５３を通して、外部に排出される。他方、フィルター５１を通り抜けたエアは、ダクト６１を通り、サイレンサー６２が備わる図示しない排出管から大気中に排出される。本形態において、ダクト６１の先端部には、吸引ファン６３が備わり、ダクト６１、集塵機５０及び第１の流路８１を介して、吸引ノズル１０からエアの吸引を行い、また、その吸引力を調節することができるようになっている。

一方、本形態の集塵装置１においては、吹出しノズル２０と第１の流路８１の、例えば、中間部とを連通する第２の流路８２が備えられている。この第２の流路８２は、エアを流すことができるものであれば足り、例えば、セラミックスや金属製の管路、ダクト等によって構成することができる。

また、この第２の流路８２には、この第２の流路８２内のエアの流れ方向を、第１の流路８１側から吹出しノズル２０側へ（順方向）、又は、吹出しノズル２０側から第１の流路８１側へ（逆方向）、と切り換えるエア切換手段４０が備えられている。このエア切換手段４０によってエアの流れ方向を切り換える目的は、次のとおりである。
まず、炉蓋３が開口部２Ａを覆わない状態においては、当該エア切換手段４０を利用して、第２の流路８２内のエアを順方向へ流す。これにより、吹出しノズル２０からエアが吹き出し、このエアが吸引ノズル１０から吸引される。したがって、前述浮力上昇力による上昇気流が、開口部２Ａの上方において、水平気流に変わり、結果、ヒューム等の粉塵は、吸引ノズル１０から吸引される。そして、この粉塵の吸引は、水平気流を利用して行うものであるため、リングフードを利用した場合と異なり、開口部２Ａの中央部付近の集塵も十分なものとなる。

この点、気流の運動エネルギーは、風量×（風速）²であるため、ヒューム等の粉塵の集塵性能（集塵力）は、例えば、吹出しノズル２０や吸引ノズル１０の開口面積や第２の流路８２内を流れるエアの風速などを適宜設計することによって、調節することができる。

次に、炉蓋３が開口部２Ａを覆った状態においては、エア切換手段４０を利用して、第２の流路８２内のエアを逆方向へ流す。これにより、吸引ノズル１０からエアが吸引されるとともに、吹出しノズル２０からもエアが吸引される。したがって、電気炉２と炉蓋３との間隙から漏れるヒューム等の粉塵が広範囲にわたって集塵されるようになり、集塵性能が向上する。結果、本形態に係る集塵装置１によると、炉蓋３が電気炉２の開口部２Ａを覆わない状態、及び、炉蓋３が電気炉２の開口部２Ａを覆った状態、のいずれにおいても優れた集塵能力を発揮する。

ここで、エア切換手段４０の具体的な構造等は、特に限定されず、エアが流れる方向を切り換えることができるものであれば足りる。ただし、安価にかつ容易に備えることができるという点で、本形態のエア切換手段４０を推奨する。
すなわち、本形態のエア切換手段４０は、図４に示すように、四方（口）ダンパ４１と、ファン４２と、第３の流路４３と、から主になる。四法ダンパ４１は、４つの開口４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを有し、対向する開口４１Ａ及び開口４１Ｂに第２の流路８２が接続され、また、対向する開口４１Ｃ及び開口４１Ｄに第３の流路４３の両端が接続されている。さらに、四方ダンパ４１は、内部に回転軸４５を軸に回転可能な切換羽根４４が備わる。この切換羽根４４を回転させることにより、開口４１Ａと開口４１Ｄとが連通し、開口４１Ｂと開口４１Ｃとが連通し、開口４１Ａ及び開口４１Ｄと開口４１Ｂ及び開口４１Ｃとが連通しない状態（図示例は、この状態の切換羽根４４を実線で示す。以下、この状態を「順状態」という。）、又は、開口４１Ａと開口４１Ｃとが連通し、開口４１Ｂと開口４１Ｄとが連通し、開口４１Ａ及び開口４１Ｃと開口４１Ｂ及び開口４１Ｄとが連通しない状態（図示例では、この状態の切換羽根４４を２点破線で示す。以下、この状態を「逆状態」という。）に切り換えることができる。

また、ファン４２は、例えば、管路、ダクト等によって構成される第３の流路４３の途中に介在されており、第３の流路４３内のエアを、開口４１Ｄ側から開口４１Ｃ側へ流すことができる。

以上に示す本形態のエア切換手段４０によると、エアは、次のように流れる。まず、切換羽根４４を回転させて「順状態」とすると、第２の流路８２内のエアが第１の流路８１側からダンパ４１に向かって流れ、開口４１Ａからダンパ４１内に流入する。ダンパ４１内に流入したエアは、開口４１Ｄから流出し、第３の流路４３内を、途中ファン４２で加速されつつ、開口４１Ｃに向かって流れ、この開口４１Ｃからダンパ４１内に再度流入する。ダンパ４１内に流入したエアは、開口４１Ｂから流出し、第２の流路８２内を吹出しノズル２０に向かって流れる。

他方、切換羽根４４を「逆状態」とすると、第２の流路８２内のエアが吹出しノズル２０側からダンパ４１に向かって流れ、開口４１Ｂからダンパ４１内に流入する。ダンパ４１内に流入したエアは、開口４１Ｄから流出し、第３の流路４３内を、途中ファン４２で加速されつつ、開口４１Ｃに向かって流れ、この開口４１Ｃからダンパ４１内に再度流入する。ダンパ４１内に流入したエアは、開口４１Ａから流出し、第２の流路８２内を第１の流路８１に向かって流れる。

ところで、本形態に係る電気炉の集塵装置１は、電気炉２の開口部２Ａの径が大きい場合においても優れた集塵能力を発揮できるよう、次に示すようなさまざまな工夫が凝らされている。
すなわち、まず、本形態の吸引ノズル１０は、図２に示すように、開口部２Ａ側の端面に吸引口１０Ａが形成されており、また、図３に示すように、開口部２Ａの周囲において、円弧状に広がる形状とされている。この形態によると、前述水平気流によって運ばれるヒューム等の粉塵が、吹出しノズル２０側から吸引ノズル１０側へ流れるに際して、たとえ開口部２Ａの周方向に広がったとしても、吸引ノズル１０（吸引口１０Ａ）から、確実に吸引される。

また、特に本形態においては、かかるヒューム等の粉塵の周方向への広がりを抑制するという観点から、吹出しノズル２０も、開口部２Ａの周囲において、円弧状に広がる形状とされている。

ここで、吸引ノズル１０や吹出しノズル２０が円弧状に広がる範囲は、特に限定されない。ただし、本形態においては、吸引ノズル１０は、１８０°の範囲で広がる形状とし、また、吹出しノズル２０は、吹出しノズル２０から吸引ノズル１０へ向かう中心線Ｌを挟んで対称に２台を備え、この２台の吹出しノズル２０，２０の両端部が１８０°の範囲で広がる形状としている。この形態によると、以上の効果、すなわち、ヒューム等の粉塵が周方向に広がったとしても確実に吸引することができる、当該ヒューム等の粉塵の周方向への広がり自体を抑制することができる、との効果がより確実に奏せられるうえに、炉蓋３が開口部２Ａを覆った状態における電気炉２と炉蓋３との間隙から漏れるヒューム等の粉塵を集塵する範囲が広がるため、集塵性能も向上する。

一方、本形態に係る電子炉の集塵装置１は、吸引ノズル１０の天面を構成する天板１１上に、基端部３１から先端部３２に向かうに従って幅狭となる、図示例では台形状の回動板３０が複数枚、図示例では５枚載置されている。この複数枚の回動板３０，３０…は、それぞれ基端部３１に備わる回動軸３１Ａを軸に回動するように構成されている。

この複数の回動板３０，３０…の載置は、まず、各回動板３０の基端部３１（回動軸３１Ａ）が、吸引ノズル１０の広がり方向に関して連なった状態となるように行われている。加えて、当該載置は、開口部２Ａの上方において相互に隣接する回動板３０の側縁３３，３３同士が当接するまで各回動板３０，３０…が回動するように行われている。なお、この相互に隣接する回動板３０の側縁３３，３３同士が当接した状態を「起立状態」という。この点、電気炉２の開口部２Ａの径は、例えば、０．５〜１．５ｍの大径とされていることがあるが、このような大径の場合においては、前述水平気流が吸引ノズル１０の上方（天板１１の上方）に廻り込み易くなる。しかしながら、本形態によると、図２及び図３に示すように、複数枚の回動板３０，３０…によって、前述水平気流が吸引ノズル１０の上方に廻り込むのが防止され、吸引ノズル１０から確実に吸引されることになるため、ヒューム等の粉塵も吸引ノズル１０に確実に導かれ、集塵性能が向上する。また、この可動板３０は、回動軸３１Ａを軸に回動させて吸引ノズル１０の天板１１上に積層させることができるため（伏仰状態）、炉蓋３を電気炉２上に載置するにあたって、回動板３０が障害になるおそれもない。

本形態において、回動板３０の回動をどのようにして行うかは特に限定されず、例えば、図示しないエアシリンダー等を利用して回動することができる。また、回動板３０の材質も、特に限定されないが、高温にも耐えうるよう、例えば、セラミックス、金属等によって形成するのが好ましい。

〔その他〕
本形態の電気炉の集塵装置１は、集塵の対象となる電気炉２が１台である場合に限定されず、例えば、２台、３台、４台、又は、それ以上の複数台である場合にも利用することができる。電気炉２が複数台である場合は、ノズル１０，２０や第２の流路８２、エア切換機４０等を、各電気炉に対して備える。図１に示す例では、他の電気炉に備えた吸引ノズル１０Ｘから吸引されたエアが流路８１Ａを通して第１の流路８１の途中に連通する構成となっている。

一方、本形態の電気炉の集塵装置１においては、炉蓋３が開口部２Ａを覆っていない状態においては、前述水平気流を生じさせるために、吸引ノズル１０からの吸引量を多くする必要がある。他方、炉蓋３が開口部２Ａを覆った状態においては、電気炉２と炉蓋３との間隙から漏れるヒューム等の粉塵を吸引するのみであるため、吸引ノズル１０からの吸引量を少なくすることができる。そこで、炉蓋３の開閉状態を示す信号（開閉信号）を、各吸引ノズル１０，１０Ｘと繋がる流路８１，８１Ａの途中に備わる風量調整ダンパ７に送信し、この風量調整ダンパ７の開度を変化させることにより、当該流路８１，８１Ａ内を流れるエアの流量を制御して、吸引ノズル１０，１０Ｘからの吸引量を制御する構成となっている。

また、本形態においては、各風量調整ダンパ７，７の開度を示す信号（開度信号）を、インバーター６４に送信し、このインバーター６４によって吸引ファン６３の駆動力を制御することにより、当該流路８１，８１Ａ内を流れるエアの総流量を制御することができる。

本発明は、電気炉のヒュームやガス煤煙等の粉塵を集塵する電気炉の集塵装置として適用可能である。

１…集塵装置、２…電気炉、２Ａ…開口部、３…炉蓋、１０…吸引ノズル、２０…吹出しノズル、３０…回動板、４０…エア切換機、４１…四方ダンパ、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ…開口、４２…ファン、４３…第３の流路、５０…集塵機、５１…フィルター、５３…ロータリーバルブ、６１…ダクト、６２…サイレンサー、６３…吸引ファン、８１…第１の流路、８２…第２の流路。

Claims (2)

1. 炉蓋を有する電気炉の開口部を挟んだ位置に、エアの吹出しノズル及びエアの吸引ノズルが設けられ、この吸引ノズルから吸引されたエアが第１の流路を通して集塵機へ送られる構成とされた電気炉の集塵装置であって、
   前記吹出しノズルと前記第１の流路とを連通する第２の流路が備えられ、
   この第２の流路には、この第２の流路内のエアの流れ方向を、前記第１の流路側から前記吹出しノズル側へ（順方向）、又は、前記吹出しノズル側から前記第１の流路側へ（逆方向）、と切り換えるエア切換手段が備えられ、
   前記炉蓋が前記電気炉の開口部を覆わない状態においては、前記第２の流路内のエアが、前記順方向へ流れて前記吹出しノズルから吹き出し前記吸引ノズルに吸引され、
   他方、前記炉蓋が前記電気炉の開口部を覆った状態においては、前記吸引ノズルからエアが吸引されるとともに、前記第２の流路内のエアが、前記逆方向へ流れて前記吹出しノズルからもエアが吸引される、構成とされている、
   ことを特徴とする電気炉の集塵装置。
2. 前記吸引ノズルは、前記電気炉開口部の周囲において、円弧状に広がり、
   当該吸引ノズル上には、基端部から先端部に向かうに従って幅狭となり、かつ、前記基端部を軸に回動する回動板が複数枚載置され、この載置は、各回動板の基端部が前記吸引ノズルの広がり方向に連なり、かつ、前記電気炉開口部の上方において相互に隣接する回動板の側縁同士が当接するまで各回動板が回動するように行われている、
   請求項１記載の電気炉の集塵装置。

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