JP6230847B2 - アルミ溶解保持炉 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを用いてアルミ原料を溶解してアルミ溶湯とするとともに高温保持するアルミ溶解保持炉に関し、特に、外部からアルミ原料が投入されアルミ溶湯を撹拌する渦溶解室とのアルミ溶湯の循環を促進させて渦溶解室でのスクラップの溶解性を向上させ、アルミ溶湯の温度を降下させることのない、メンテナンス性に優れたアルミ溶解保持炉に関する。

従来、アルミニウム部材やアルミニウム合金部材などのスクラップや切粉等（以下、スクラップという）を溶解してインゴットなどにリサイクルして製品化することが行われている。この際、スクラップの溶解歩留まりを高め、品質を均一化するためには溶解炉中のアルミニウムを高温で保持する必要がある。
また、渦溶解室にスクラップが投入されると、アルミ溶湯の温度が降下してアルミ溶湯の粘度が増加する。そのため、渦溶解室と昇温保持室との間でアルミ溶湯を流動させて、保持されている高温のアルミ溶湯と混合撹拌してアルミ溶湯の温度を昇温させていた。

このようなアルミ溶解炉として、例えば、特許文献１（特開２００３−３２９３６７号公報）が挙げられ、溶解炉でアルミ等の金属鋳造品を溶解する溶解保持炉が記載されている。
特許文献１の溶解保持炉は、図６の横断面図に示すように、材料投入部３に溶解材料を投入し溶解して、隣接する炉体１へ隔壁５の連結部２を介して、炉体１へ導入される。また、連結部２を介して材料投入部３へ溶湯が循環する溶解保持炉１００が記載されている。

特開２００３−３２９３６７号公報

しかしながら、前記従来の溶解保持炉では、隣接する昇温保持室との隔壁が固定されしかも隔壁の厚みの寸法が大きく、溶解室と保持室の間で、アルミ溶湯の温度差が大きいという問題があった。
また、隔壁の連通孔に凝固物が付着して連通孔の孔径を小さくするので、これらの蓄積物や凝固物を除去する作業は極めて困難で、溶解能力の低下や品質の劣化を起こすという問題があった。
さらに、隔壁の連通孔は、炉床付近に設けられているので、溶解室と保持室の間で、アルミ溶湯の循環が不十分であり、熱の均一性に欠けるという問題もあった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、渦溶解室と昇温保持室との間のアルミ溶湯の循環流れを促進させて、渦溶解室でのスクラップの溶解性を向上させてアルミ溶湯の温度を低下させることなく、メンテナンス性に優れたアルミ溶解保持炉を提供することを目的とする。

（１）本発明のアルミ溶解保持炉は、
外部から投入されるスクラップとアルミ溶湯とを渦流撹拌して混合する渦溶解室と、
前記渦溶解室と仕切板の連通部を介して連通して加熱装置を有した昇温保持室と、
を備えたアルミ溶解保持炉であって、
前記仕切板は、略矩形状に形成され、
その一方の側辺の中間部に中間連通部を開口させ、
他方の側辺の下部に下連通部を開口させ、
前記仕切板に形成された中間連通部の中間連通部下辺を斜辺状にして、
中間連通部下辺と中間連通部内方側辺とのなす角θ１を９０°を超え１２０°以下の鈍角とし、
下連通部の下連通部上辺を斜辺状にして、
下連通部上辺と下連通部内方側辺とのなす角θ２を９０°を超え１４０°以下の鈍角とし、
前記渦溶解室に貯留されているアルミ溶湯を前記下連通部を通して前記昇温保持室の下部に供給するとともに、
前記昇温保持室の上部で加熱されたアルミ溶湯を前記中間連通部を通して前記渦溶解室の上部に循環させるようにすることを特徴とする。
（２）本発明のアルミ溶解保持炉は、上記（１）において、
前記仕切板が黒鉛質又は窒化ケイ素質の板であることを特徴とする。

本発明のアルミ溶解保持炉は、略矩形状の仕切板の一方の側辺の中間部に中間連通部を開口させ、他方の側辺下部に下連通部を開口させ、渦溶解室に貯留されているアルミ溶湯を下連通部を通して昇温保持室の下部に供給するとともに、昇温保持室の上部で加熱されたアルミ溶湯を中間連通部を通して渦溶解室の上部に循環させるようにしたので、昇温保持室で加熱された高温のアルミ溶湯を仕切板の中間連通部を通して渦溶解室に流入させ、仕切板の下連通部を通して昇温保持室内にアルミ溶湯を送出させ、渦溶解室と昇温保持炉との間で、上下方向及び水平方向でのアルミ溶湯の循環流を発生させることができる。
これにより、アルミ溶湯がアルミ酸化物（ドロス）などとして炉内に付着、蓄積してアルミ溶湯の流れが阻害されたり、溶解原料の多量投入による渦溶解室中の金属溶湯が急激に冷却されることで金属溶湯の凝固が生じたりすることがなく、アルミ溶解保持炉内の均熱性を保つことができ、メンテナンス性に優れたアルミ溶解保持炉を提供することできる。
また、仕切板として、熱伝導性のよい黒鉛質又は窒化ケイ素質の板を用いることにより、渦溶解室と保持炉との間で溶湯温度の均一性を向上させることができる。
さらに、仕切板を取り外し可能にしたことによって、消耗品である仕切板の交換などのメンテナンスを、炉の運転を停止して冷却を待つことなく、時間短縮できる。

本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉を備えたアルミ溶解システムを示す平面図である。 本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の渦溶解室及び昇温保持室の詳細平面図である。 本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の渦溶解室及び昇温保持室の縦断面図である。 本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の仕切板の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の移送樋に設けられたオーバーフロー堰の形態を示す説明図である。 従来のアルミ溶解炉の炉体構造の横縦断面図である。

本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉を備えたアルミ溶解システムを示す平面図である。
図２は、本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の渦溶解室及び昇温保持室の詳細平面図である。
図３は、本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の渦溶解室及び昇温保持室の縦断面図である。
図４は、本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の仕切板の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
図５は、本発明の実施形態に係るアルミ溶解保持炉の移送樋に設けられたオーバーフロー堰の形態を示す説明図である。

図１、図２に示すように、本実施形態のアルミ溶解保持炉２０を備えたアルミ溶解システムは、アルミ溶湯を渦撹拌する渦溶解室２１と、渦溶解室２１と仕切板２６を介して連通する昇温保持室２２と、昇温保持室２２と仕切板２９を介して連通してアルミ溶湯の脱ガス処理を行なう脱ガス室２３と、脱ガス室２３と仕切板３０を介して連通してアルミ溶湯を清浄化するろ過鎮静室２４と、を有するとともに、渦溶解室２１、昇温保持室２２、脱ガス室２３、ろ過鎮静室２４におけるアルミ溶湯の流路や貯留部が耐火材でライニングされた炉体を一体的に構成したシステムである。

すなわち、図２、図３に示すように、本実施形態のアルミ溶解保持炉２０は、渦溶解室２１に、供給フィーダ３１を介して、外部（上部）からアルミスクラップ（溶解原料）が供給されるとともに、投入されたスクラップとアルミ溶湯とを渦流撹拌して混合する。
渦溶解室２１は、高温のアルミ溶湯を貯留する耐火材で内張りされた耐火物構造体であり、その内部に貯留されるアルミ溶湯に渦流を形成させる渦流発生装置（図示せず）を備えており、仕切板２６を介して、昇温保持室２２と一体的に構成されている。

昇温保持室２２は、略箱型状に形成された耐火物構造体であって、その天井部や側壁部にガスバーナなどの加熱装置を備え、連通する渦溶解室２１から供給されるアルミ溶湯と未溶解スクラップとの混合物を加熱してアルミ溶湯とするともに、高温に保持して、このアルミ溶湯を後工程の脱ガス室２３に供給するようになっている。
昇温保持室２２に備えられた加熱装置（ガスバーナ）は、ガス燃料を空気中の酸素と混合して燃焼させる燃焼装置であり、温度センサからの信号を受けて溶湯温度を制御できるようになっている。

脱ガス室２３は、耐火材で内張りされた炉体部を備え、昇温保持室２２から供給されるアルミ溶湯を炭化珪素質やアルミナ質などのセラミックス製回転子２３ａにより攪拌しながら脱ガス処理を行なう装置である。
なお、この回転子２３ａに備えられたパイプを通して、窒素やアルゴンなどの不活性ガスをアルミ溶湯に吹き込むことで、脱ガス処理をさらに促進させることができる。
アルミスクラップには改良処理元素が添加されており、これらの酸化物は溶解後の溶湯中に多く分散し、溶湯の清浄度を低下させる要因となる。
また、機械加工の際に発生するアルミ切削屑（アルミスクラップの一種として用いる場合がある）は、その表面積が大きいため、酸化物の他にも酸化皮膜も多量に有している。これら複合酸化物の比重はアルミ溶湯の比重より大きいため炉底部に堆積しやすく、堆積した酸化物はフラックス処理や脱ガス処理により除去することができる。

このような脱ガス処理を適正な条件のもとで行なうためには、炉体内に貯留されるアルミ溶湯の貯留量を確実に制御することが必要である。
昇温保持室２２から供給されて脱ガス室２３に貯留されるアルミ溶湯の貯留量は、ろ過室２４に設けられた溶湯レベルセンサ２３ｂにより常時検出することができるようになっている。
溶湯レベルセンサ２３ｂとしては、例えば、ろ過室２４上部からのレーザ照射などによりその反射位置を検出する反射型センサや、ろ過室２４側壁に設けた接点とアルミ溶湯との導通による電気信号を検出する浸漬型センサなどを適用することができる。
また、移送樋からの出湯をオーバーフロー形態にすれば同様の効果が得られる。

ろ過室２４は、略箱型状の耐火物製炉体を備えて脱ガス室２３と仕切板２９を介して一体的に構成されており、脱ガス処理された脱ガス室２３内のアルミ溶湯をセラミックフィルタを通してろ過して、アルミ溶湯中の介在物を除去して貯留するようにできる。
ろ過鎮静室２４では、溶湯成分が均一化されるとともに、セラミックフィルタで清浄化されたアルミ溶湯が、その出側に設けられた移送樋２４ａからオーバーフロー堰２８を介してインゴットケースなどに出湯される。
なお、移送樋２４ａに設けられているオーバーフロー堰２８は、図５に示すように、
板状の中央部をＶ字状に角度をもって切り欠いてあり、この切欠き部２８ａを通って出湯されるようになっている。

なお、図示はしていないが、供給制御装置は、ろ過鎮静室２４に設けられた溶湯レベルセンサ２３ｂを介してろ過鎮静室２４内の溶湯レベル情報を取得して、原料予備処理部から渦溶解室２１にスクラップ部材を供給する供給フィーダ３１の回転速度などを制御するためのＩＣデバイスやコンピュータなどからなる制御機器である。
これによって、渦溶解室２１、昇温保持室２２、脱ガス室２３、ろ過鎮静室２４の四者を一体化したアルミ溶解保持炉２０において、ろ過鎮静室２４の溶湯レベルが基準値に対して増減した場合に、アルミ溶湯の供給量を的確に制御して、ろ過鎮静室２４からの出湯量を基準範囲内に自動制御させることができ、自動化に有利なアルミ溶解システムを構築することができる。

次に、本実施形態に係るアルミ溶解保持炉２０は、渦溶解室２１と昇温保持室２２との間を仕切っている仕切板２６について詳細に説明する。
すなわち、渦溶解室２１と昇温保持室２２とは、その境界に設けられた仕切板２６により互いに区画されるとともに、仕切板２６に開口した中間連通部２６ａ、下連通部２６ｂを介して互いに連通している。
この仕切板２６は、図４に示すように、略矩形状に形成され、その一方の側辺２６ｃの中間部に中間連通部２６ａを開口させ、他方の側辺２６ｄの下部に下連通部２６ｂを開口している。
これにより、図２、図３に示すように、渦溶解室２１で形成させた渦流により付勢されたアルミ溶湯を下連通部２６ｂを通して昇温保持室２２の下部に供給するとともに、昇温保持室２２の上部からガスバーナ等の加熱装置で加熱されたアルミ溶湯を、中間連通部２６ａを通して渦溶解室２１の上部に循環させるようにして、昇温保持室２２と渦溶解室２１との間でアルミ溶湯の循環流を形成させている。
このため、渦溶解室２１に外部から投入されるアルミスクラップを、予め貯留しているアルミ溶湯と混合して、昇温保持室２２へ供給して溶解することができる。

なお、中間連通部２６ａ及び下連通部２６ｂの左右位置を逆になるように仕切板２６を渦溶解室２１内に配置することによって、アルミ溶湯の左右の循環方向を逆方向にすることもできる。

実施形態においては、図４の仕切板２６の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）に示すように、仕切板２６はその厚さが約２０〜１００ｍｍ、高さ約６７０ｍｍ、横幅約４００〜６００ｍｍの略矩形板状であり、一方の側辺２６ｃの中間部及び他方の側辺２６ｄの下部には、矩形状に開口した中間連通部２６ａ及び下連通部２６ｂが形成されている。
また、アルミ溶湯の上レベルは中間連通部２６ａよりも上方に位置させるようにしている。

また、中間連通部２６ａは、一方の側辺２６ｃ側の縦幅を大きくして、中間連通部下辺２６ｆを波線で示すような斜辺状にすることもできる。この場合、中間連通部下辺２６ｆと中間連通部内方側辺２６ｅとのなす角θ１は１２０°まで拡大することができる。
このように、角θ１を９０°以上に大きくすることで、中間連通部内方側辺２６ｅと中間連通部下辺２６ｆとで形成される角での亀裂の発生を防止できる。特に、アルミ溶湯による加熱、冷却を原因とする膨張・収縮の繰り返しによる亀裂の発生を防止する効果がある。
同様に、下連通部２６ｂの他方の側辺２６ｄの縦幅を大きくして、下連通部上辺２６ｈを波線で示すような斜辺状にして、下連通部上辺２６ｈと下連通部内方側辺２６ｇとのなす角θ２を１４０°まで拡大することができる。

本発明のアルミ溶解保持炉は、略矩形状の仕切板の一方の側辺中間部に中間連通部を開口させ、他方の側辺下部に下連通部を開口させ、渦溶解室に貯留されたアルミ溶湯を下連通部を通して昇温保持室の下部に供給するとともに、昇温保持室の上部で加熱されたアルミ溶湯を中間連通部を通して渦溶解室の上部に循環させるようにし、昇温保持室で加熱された高温のアルミ溶湯を仕切板の中間連通部を通して渦溶解室に流入させ、仕切板の下連通部を通して昇温保持室内にアルミ溶湯を送出させるようにしたので、渦溶解室と保持炉との間で、上下方向及び横方向においてアルミ溶湯の循環流を発生させることができる。
これにより、渦溶解室に投入されたアルミスクラップをアルミ溶湯に効率よく混合して昇温保持室に循環させて高温のアルミ溶湯とすることができる。
従って、アルミ溶湯がアルミ酸化物などとして炉内に付着、蓄積してアルミ溶湯の流れが阻害されたり、溶解原料の多量投入による溶解炉中の金属溶湯が冷却による凝固が生じたりすることがなく、アルミ溶解保持炉内の均熱性を保つことができ、メンテナンス性に優れたアルミ溶解保持炉を提供することできる。
また、仕切板として、熱伝導性のよい黒鉛質又は窒化ケイ素質の板を用いることにより、渦溶解室と保持炉との間で溶湯温度の均一性を向上させることができる。
さらに、仕切板を取り外し可能にしたことによって、消耗品である仕切板の交換などのメンテナンスを容易にすることができ、産業上の利用可能性が極めて高い。

２０ アルミ溶解保持炉
２１ 渦溶解室
２２ 昇温保持室
２３ 脱ガス室
２３ａ 回転子
２３ｂ 溶湯レベルセンサ
２４ ろ過鎮静室
２４ａ 移送樋
２６ 仕切板
２６ａ 中間連通部
２６ｂ 下連通部
２６ｃ 一方の側辺
２６ｄ 他方の側辺
２６ｅ 中間連通部内方側辺
２６ｆ 中間連通部下辺
２６ｇ 下連通部内方側辺
２６ｈ 下連通部上辺
２７ メタルライン
２８ オーバーフロー堰
２８ａ 切欠き部
２９ 仕切板
３０ 仕切板
３１ 供給フィーダ

Claims (2)

1. 外部から投入されるスクラップとアルミ溶湯とを渦流撹拌して混合する渦溶解室（２１）と、
   前記渦溶解室（２１）と仕切板（２６）の連通部を介して連通して加熱装置を有した昇温保持室（２２）と、
   を備えたアルミ溶解保持炉（２０）であって、
   前記仕切板（２６）は、略矩形状に形成され、
   その一方の側辺（２６ｃ）の中間部に中間連通部（２６ａ）を開口させ、
   他方の側辺（２６ｄ）の下部に下連通部（２６ｂ）を開口させ、
   前記仕切板（２６）に形成された中間連通部（２６ａ）の中間連通部下辺（２６ｆ）を斜辺状にして、
   中間連通部下辺（２６ｆ）と中間連通部内方側辺（２６ｅ）とのなす角θ１を９０°を超え１２０°以下の鈍角とし、
   下連通部（２６ｂ）の下連通部上辺（２６ｈ）を斜辺状にして、
   下連通部上辺（２６ｈ）と下連通部内方側辺（２６ｇ）とのなす角θ２を９０°を超え１４０°以下の鈍角とし、
   前記渦溶解室（２１）に貯留されているアルミ溶湯を前記下連通部（２６ｂ）を通して前記昇温保持室（２２）の下部に供給するとともに、
   前記昇温保持室（２２）の上部で加熱されたアルミ溶湯を前記中間連通部（２６ａ）を通して前記渦溶解室（２１）の上部に循環させるようにすることを特徴とするアルミ溶解保持炉。
2. 前記仕切板（２６）が黒鉛質又は窒化ケイ素質の板であることを特徴とする請求項１に記載のアルミ溶解保持炉。