JP7495738B2 - 金属溶解炉 - Google Patents

Description

本発明は、炉床部上の溶解材料を溶解バーナーにより溶解する溶解室と、溶解室で溶解された溶湯が流入して貯留される溶湯貯留室と、溶湯貯留室で貯留された溶湯を保温する溶湯保持室とを有する金属溶解炉に関する。

本発明者は、先に、図８，９に図示の金属溶解炉１００を提案した。この金属溶解炉１００は、上部に材料投入部１２１及び煙道１２２を有する溶解室１２０を備え、溶解室１２０の下側に溶解バーナー１３５を備えた燃焼室１３０が形成されており、燃焼室１３０の上部に加熱板１４０が配置されるとともに、燃焼室１３０からの排ガス流路１２５が溶解室１２０に開口するように形成され、溶解バーナー１３５により加熱板１４０を介して材料投入部１２１から投入された溶解材料を溶解してその溶湯Ｍを溶湯保持部１５０に流入させるように構成される（例えば、特許文献１参照。）。

図において、符号１１１は炉壁、１１２は該炉壁１１１に形成された作業点検口、１１３はその扉、１１４は加熱板１４０上で溶解された溶湯の流下部、１１５は材料投入部１２１に配置された溶解材料保持部材、１１６は溶解材料保持部材１１５の上部に設けられたフランジ部、１５２は溶湯保持部１５０の作業点検口、１５３はその扉、１６０は溶湯保持部１５０に隔壁部１６５によって区画された溶湯処理部、１６６は隔壁部１６５下部に形成された溶湯連通部、１６７は隔壁部１６５上部に形成された排ガス流路、１７０は溶湯汲出部である。

しかるに、この種の金属溶解炉１００では、溶解材料の溶解や溶湯の保温に際して使用される各種バーナーの燃費が溶解コストに大きく影響を及ぼしている。そこで、より効率よく溶解材料の溶解や溶湯の保温を行うことにより、従来に比して燃費を低減させることが強く要望されていた。また、同時に炉体構造の小型化も要求されている。

特許第４３５２０２６号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、より効果的に溶解材料の溶解や溶湯の保温を行うことにより従来に比して燃費を低減させるとともに、炉体構造の小型化を図ることが可能な金属溶解炉を提案するものである。

すなわち、請求項１の発明は、炉床部上の溶解材料を溶解バーナーにより溶解する溶解室と、前記溶解室で溶解された溶湯が流入して貯留される溶湯貯留室と、前記溶湯貯留室で貯留された溶湯を保温する溶湯保持室とを有する金属溶解炉において、前記溶湯貯留室の溶湯は前記溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して前記溶湯保持室に流入するとともに、前記炉床部は前記溶解バーナーにより加熱伝熱される伝熱ブロック体を含み、前記加熱連通部を流通する溶湯が前記炉床部裏面部に接触して熱せられて前記溶湯保持室へ流入するように構成されていることを特徴とする金属溶解炉に係る。

請求項２の発明は、前記伝熱ブロック体は、プレキャストブロックと窒化珪素質レンガとを含む請求項１に記載の金属溶解炉に係る。

請求項３の発明は、前記加熱連通部の開口断面の大きさが縦２００～２５０ｍｍ、横３００～６００ｍｍ、長さが８００～１２００ｍｍである請求項１又は２に記載の金属溶解炉に係る。

請求項４の発明は、前記溶解室の前側に前記溶湯貯留室が配置され、前記溶解バーナーが前記溶湯貯留室の上部から前記溶解室炉床部に向けて配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属溶解炉に係る。

請求項５の発明は、前記溶湯保持室に溶湯を保温する保持バーナーが配置されているとともに、前記溶解室壁部に前記溶解室と前記溶湯保持室とを連通させて前記保持バーナーの排ガスを前記溶解室内へ流入させる排ガス流通部が形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属溶解炉に係る。

請求項１の発明に係る金属溶解炉によれば、炉床部上の溶解材料を溶解バーナーにより溶解する溶解室と、前記溶解室で溶解された溶湯が流入して貯留される溶湯貯留室と、前記溶湯貯留室で貯留された溶湯を保温する溶湯保持室とを有する金属溶解炉において、前記溶湯貯留室の溶湯は前記溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して前記溶湯保持室に流入するとともに、前記炉床部は前記溶解バーナーにより加熱伝熱される伝熱ブロック体を含み、前記加熱連通部を流通する溶湯が前記炉床部裏面部に接触して熱せられて前記溶湯保持室へ流入するように構成されていることより、以下のような効果を有する。
（イ）まず、溶解室の炉床部が前記溶解バーナーにより加熱伝熱される伝熱ブロック体を含むので、溶解室自体の加熱温度が高くなり溶解材料に対する溶解効率が向上する。
（ロ）また、溶解室で溶解された溶湯を流入し貯留する溶湯貯留室と溶湯貯留室で貯留された溶湯を保温する溶湯保持室とが、溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して連通されて、加熱連通部を流通する溶湯が炉床部の裏面部に接触して熱せられるので溶湯の保温、昇温効果が高く、燃費を低減させることができる。
（ハ）同時に、溶湯貯留室の溶湯は溶湯保持室に連通する加熱連通部を介して溶解室の炉床部裏面側に全面接触して流入するので、溶湯表面の不純物を溶湯保持室に流入させることなく溶湯の清浄度を高品質に保持することができクリーンな溶湯を提供することができ、あわせて不純物の除去作業が不要となる。
（ニ）さらに、溶解された溶湯が溶湯貯留室から溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して溶湯保持室に流入するように構成されているので、炉体構造がコンパクトとなり、特に炉体高さを低くすることができ炉体放熱も少なくなり、メンテナンスが容易で、炉体の耐久性も向上する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の金属溶解炉において、前記伝熱ブロック体は、プレキャストブロックと窒化珪素質レンガとを含むものであるから、熱伝導率及び強度のさらに高い炉床部を簡単かつ容易に得ることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の金属溶解炉において、前記加熱連通部の開口断面の大きさが縦２００～２５０ｍｍ、横３００～６００ｍｍ、長さが８００～１２００ｍｍであることより、一般的な手許溶解炉の加熱連通部として、通過する溶湯の保持、昇温ならびにクリーン効果を確実かつ効率よく高めることができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属溶解炉において、前記溶解室の前側に前記溶湯貯留室が配置され、前記溶解バーナーが前記溶湯貯留室の上部から溶解室炉床部に向けて配置されていることより、溶解の熱効率が向上するばかりか、溶解バーナーの熱が溶湯貯留室にも充満して溶湯貯留室内の溶湯も効率よく加熱することができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属溶解炉において、前記溶解室壁部に前記溶解室と前記溶湯保持室とを連通させて前記保持バーナーの排ガスを前記溶解室内へ流入させる排ガス流通部が形成されていることより、保持バーナーの排ガスによる溶解室の熱効率を大きく向上させることができる。

本発明の一実施例に係る金属溶解炉の全体概略横断面図である。 図１の２－２線における断面図である。 図１の３－３線における断面図である。 図１の４－４線における断面図である。 溶解室の一部を断面にして示した炉床部平面図である。 図５の炉床部の断面図である。 補強部材の実施例を表す平面図である 従来の金属溶解炉の一例を示す全体概略縦断面図である。 図８の金属溶解炉の全体概略横断面図である。

図１～図４に示す本発明の一実施例に係る金属溶解炉１０は、アルミ鋳造用のアルミ溶湯を溶解して保持するいわゆる手許溶解炉であって、一般に乾燥炉床溶解炉（ｄｒｙ ｈｅａｒｔｈ ｆｕｒｎａｃｅ）と称されるものである。この金属溶解炉１０は、溶解室２０と、溶湯貯留室４０と、加熱連通部５０と、溶湯保持室６０と、汲出部７０とを有する。図において、符号１１は炉体本体、１２は炉体本体１１に形成された作業点検口、１３はその扉、Ｍは溶解材料が溶解された溶湯を表す。

溶解室２０は、投入された溶解材料を溶解するための空間であり、図示のように、材料投入部２１の直下に炉床部３０を有し、炉床部３０上の溶解材料を加熱溶解するための溶解バーナー３５が配置される。実施例では、炉床部３０の周囲を炉壁部２５で囲んで、一側が後述の溶湯貯留室４０に開放された空間Ｖとされ、炉床部３０で溶解された溶湯Ｍが空間Ｖ側から溶湯貯留室４０へ流下される。図において、符号２６は溶解された溶湯Ｍを溶湯貯留室４０側へ流下させやすくする傾斜部である。

炉床部３０は、溶解室壁面の炉壁部２５から傾斜部２６を介して水平方向に連接形成された面状部であり、溶解バーナー３５により加熱伝熱される伝熱ブロック体Ｂを含む。伝熱ブロック体Ｂは、熱伝導率の高い適宜の材料からなる部材である。伝熱ブロック体Ｂとしては、例えば、不定形キャスタブルによるプレキャストブロックＢ１を使用することができる。実施例のプレキャストブロックＢ１は、ＳｉＣを約６０％含有し、熱伝導率は８．５ｗ／ｍｋ、強度は約１３０ＭＰで、溶解バーナー３５により８００～９００℃に加熱される。ちなみに一般レンガ（Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂）の熱伝導率は２～３ｗ／ｍｋである。なお、プレキャストブロックＢ１は、溶解室２０の炉壁部２５にも使用される。

また、伝熱ブロック体Ｂでは、図５及び図６に詳しく示したように、プレキャストブロックＢ１と窒化珪素質レンガＢ２とを含むことが好ましい。窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）質レンガＢ２は、プレキャストブロックＢ１より伝熱性及び強度がさらに優れている。実施例の窒化珪素質レンガＢ２は、Ｓｉ₃Ｎ₄を約２２％、ＳｉＣを約７３％含み、熱伝導率は１４ｗ／ｍｋ、強度は約１８０ＭＰである。この窒化珪素質レンガＢ２は、炉床部３０のほぼ全体を構成するプレキャストブロックＢ１に、部分的に、特に溶解バーナー３５の直撃を受ける位置に配置するのが好ましい。このように窒化珪素質レンガＢ２を用いることにより、熱伝導率がよく耐熱性に優れた溶解効率の高い炉床部材を簡単かつ容易に得ることができる。実施例の炉床部３０は、図１，３に示すように、溶解室２０の下側の炉体本体１１ａ上にプレキャストブロックＢ１を載置するとともに、プレキャストブロックＢ１の一部に凹部を設けて窒化珪素質レンガＢ２が配置される。

炉床部３０では、図５～７に示すように、必要に応じて炉床部３０のクラック等を防止するために伝熱ブロック体Ｂに補強部材３２を設けてもよい。補強部材３２としては、エクスパンドメタル等の適宜の金属製の部材等を使用することができる。図７に示す実施例の補強部材３２は、厚み３ｍｍ、縦５２５ｍｍ、横７２１ｍｍ、メッシュ寸法３４ｍｍ×７６ｍｍのエクスパンドメタルである。

溶解バーナー３５は、炉床部３０上の溶解材料を加熱溶解可能な適宜の位置に配置される。実施例の溶解バーナー３５は、図１に示すように、溶湯貯留室４０の上部にバーナー先端を炉床部３０に向けて配置され、溶解室２０の一側が開放された空間Ｖを介して炉床部３０上の溶解材料を加熱するように構成される。このように配置すると、溶解の熱効率が向上するばかりか、溶解バーナー３５の熱が溶湯貯留室４０にも充満して溶湯貯留室４０内の溶湯も加熱することができ効率的である。

溶湯貯留室４０は、溶解室２０で溶解された溶湯Ｍが流入して貯留される空間であり、溶解室２０の前側（空間Ｖ側）に配置される。この溶湯貯留室４０では、溶湯Ｍを後述の溶湯保持室６０に直接流入させずに一旦蓄積して、クリーンな溶湯Ｍのみを溶湯保持室６０へ流入させる。

本発明の金属溶解炉１０では、図１，３に示すように、溶湯貯留室４０の溶湯Ｍが溶解室２０の炉床部３０の下部に形成された加熱連通部５０を介して溶湯保持室６０に流入するとともに、加熱連通部５０を流通する溶湯Ｍが炉床部３０の裏面部３１に接触して熱せられて溶湯保持室６０へ流入するように構成される。

加熱連通部５０は、流通する溶湯Ｍが炉床部３０の裏面部３１に接触するように溶湯貯留室４０と溶湯保持室６０とを連通させる適宜の形状からなる流路である。溶湯Ｍが加熱連通部５０を流通する際には、溶解バーナー３５によって炉床部３０が加熱状態とされていることから、溶湯Ｍが炉床部３０の裏面部３１と接触して熱せられる。そのため、溶湯貯留室４０から溶湯保持室６０へ流入される間の溶湯Ｍを保温することができる。のみならず、同時に、溶湯貯留室４０の溶湯Ｍは溶湯保持室６０に連通する加熱連通部５０を介して溶解室２０の炉床部３０下部３１に全面接触して流入するので、溶湯Ｍの表面に浮遊する酸化物等の不純物を溶湯保持室６０に流入させることがない。このように、加熱連通部５０を介した溶湯Ｍの流通は、溶湯Ｍの保温、昇温効果が高くなることに加え、、溶湯Ｍの清浄度を高品質に保持することができクリーンな溶湯Ｍを提供することができ、あわせて不純物の除去作業が不要となるという、この種手許溶解炉における大きな実用的効果を有する。

実施例の加熱連通部５０は、炉床部３０（プレキャストブロックＢ１）が載置される溶解室２０の下側の炉体本体１１ａに形成された凹溝部からなり、開口断面の大きさが縦２００ｍｍ、横４００ｍｍ、長さ９８０ｍｍである。これにより、加熱連通部５０を通過する溶湯の保持、昇温ならびにクリーン効果を確実かつ効率よく高めることができる。ちなみに、炉床部３０と溶湯Ｍとの接触部分は、裏面部３１に加えて、溶湯貯留室４０内の溶湯が接触する溶湯貯留室４０側の側面３３の一部や、溶湯保持室６０内の溶湯が接触する溶湯保持室６０側の側面３４の一部も含み、実施例の接触面積は、炉床部３０前後の端面の接触高さ幅１５０ｍｍ×横幅４００ｍｍ×長さ９８０ｍｍである。なお、加熱連通部５０の大きさは機種によって当然相違するが、実施例の手許溶解炉にあっては概ね縦２００～２５０ｍｍ、横３００～６００ｍｍ、長さが８００～１２００ｍｍのサイズのものの効率がよい。

溶湯保持室６０は、溶湯貯留室４０から流入した溶湯Ｍを貯留し、保持バーナー６５により溶湯Ｍを所定温度に保温する空間である。この溶湯保持室６０は、図１に示すように、溶解室２０に炉壁部２５を介して隣接され、保持バーナー６５が溶解室２０の炉壁部２５方向に傾斜して配置されている。そのため、保持バーナー６５が溶湯保持室６０内の溶湯Ｍを加温保持するとともに、溶解室２０の炉壁部２５を加熱してその伝熱効果により溶解室２０内の予熱効果を高めることができる。

また、溶湯保持室６０では、図１，４に図示したように、溶湯保持室６０に隣接する溶解室２０の炉壁部２５に溶解室２０と溶湯保持室６０とを連通する排ガス流通部６１を形成することが好ましい。排ガス流通部６１を介して保持バーナー６５の排ガスを溶解室２０内へ流入させることにより、溶解室２０の熱効率をより大きく向上させることができる。

溶湯保持室６０内の溶湯Ｍは、図２，４に示すように、溶湯保持室６０に隣接して連通する汲出部７０に流入されて、溶湯Ｍが適宜汲み出し可能となる。この汲出部７０では、溶湯保持室６０との炉体隔壁部７１の下部に汲出連通部７２を形成することにより、溶湯Ｍの表面に集積される溶湯中の酸化物等の不純物が炉体隔壁部７１に遮られて溶湯Ｍ表面の不純物を汲出部７０に流入されることがなく、溶湯Ｍのクリーン度をさらに高めその清浄度をより高品質に保持することができる。なお、汲出部７０には、必要に応じて溶湯Ｍを保温するための補助ヒーターを設けてもよい。補助ヒーターとしては、燃焼熱を利用せずに溶湯Ｍを保温可能な公知の侵漬ヒーターが好適に使用される。補助ヒーターを用いて溶湯Ｍを保温することにより、溶湯Ｍを燃焼させずに保温可能となるため、溶湯Ｍの酸化が抑制されてメタルロスを減少させることができる。

以上図示し説明したように、本発明の金属溶解炉は、溶湯貯留室の溶湯が溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して溶湯保持室に流入するとともに、炉床部が溶解バーナーにより加熱伝熱される伝熱ブロック体を含み、加熱連通部を流通する溶湯が炉床部の裏面部に接触して熱せられて溶湯保持室へ流入するように構成されたものである。そこで、溶解室の炉床部に伝熱ブロック体を含むことから、溶解室自体の加熱温度が高くなり溶解材料に対する溶解効率が向上する。

また、溶湯貯留室と溶湯保持室とが溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して連通されており、加熱連通部を流通する溶湯が炉床部の裏面部に接触して熱せられるので、溶湯の保温、昇温効果が高く、燃費を低減させることができる。同時に、溶湯貯留室の溶湯は溶湯保持室に連通する加熱連通部を介して溶解室の炉床部裏面側に全面接触して流入するので、溶湯表面の不純物を溶湯保持室に流入させることなく溶湯の清浄度を高品質に保持することができクリーンな溶湯を提供することができ、あわせて不純物の除去作業が不要となる。

さらに、溶解された溶湯が溶湯貯留室から溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して溶湯保持室に流入するように構成されているので、炉体構造がコンパクトとなり、特に炉体高さを低くすることができ炉体放熱も少なくなり、メンテナンスが容易で、炉体の耐久性も向上する。

なお、本発明の金属溶解炉は、上記実施例で述べた構成に限るものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。

以上の通り、本発明の金属溶解炉では、溶解室の炉床部下部に溶湯貯留室と溶湯保持室とを連通する加熱連通部が形成されて、より効果的に溶解材料の溶解や溶湯の保温が可能で燃費を低減させるとともに、炉体構造の小型化を図ることができる。そのため、従来の金属溶解炉の代替品として有望である。

１０ 金属溶解炉
１１，１１ａ 炉体本体
１２ 作業点検口
１３ 作業点検口の扉
２０ 溶解室
２１ 材料投入部
２２ 煙道
２５ 炉壁部
２６ 傾斜部
３０ 炉床部
３１ 炉床部の裏面部
３２ 補強部材
３３，３４ 炉床部の側面
３５ 溶解バーナー
４０ 溶湯貯留室
５０ 加熱連通部
６０ 溶湯保持室
６１ 排ガス流通部
６５ 保持バーナー
７０ 汲出部
７１ 炉体隔壁部
７２ 汲出連通部
Ｂ 伝熱ブロック体
Ｂ１ プレキャストブロック
Ｂ２ 窒化珪素質レンガ
Ｍ 溶湯
Ｖ 空間

Claims (5)

1. 炉床部上の溶解材料を溶解バーナーにより溶解する溶解室と、前記溶解室で溶解された溶湯が流入して貯留される溶湯貯留室と、前記溶湯貯留室で貯留された溶湯を保温する溶湯保持室とを有する金属溶解炉において、
   前記溶湯貯留室の溶湯は前記溶解室の炉床部下部に形成された加熱連通部を介して前記溶湯保持室に流入するとともに、
   前記炉床部は前記溶解バーナーにより加熱伝熱される伝熱ブロック体を含み、前記加熱連通部を流通する溶湯が前記炉床部の裏面部に接触して熱せられて前記溶湯保持室へ流入するように構成されている
   ことを特徴とする金属溶解炉。
2. 前記伝熱ブロック体は、プレキャストブロックと窒化珪素質レンガとを含む請求項１に記載の金属溶解炉。
3. 請求項３の発明は、前記加熱連通部の開口断面の大きさが縦２００～２５０ｍｍ、横３００～６００ｍｍ、長さが８００～１２００ｍｍである請求項１又は２に記載の金属溶解炉。
4. 前記溶解室の前側に前記溶湯貯留室が配置され、前記溶解バーナーが前記溶湯貯留室の上部から前記溶解室の前記炉床部に向けて配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属溶解炉。
5. 前記溶湯保持室に溶湯を保温する保持バーナーが配置されているとともに、前記溶解室の炉壁部に前記溶解室と前記溶湯保持室とを連通させて前記保持バーナーの排ガスを前記溶解室内へ流入させる排ガス流通部が形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属溶解炉。

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