JPH02176394A - アルミニウム溶解炉での溶湯温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はアルミニウム溶解炉での溶湯温度測定法に関す
るしのであり、さらに詳しく述べるならば溶解主原料と
してアルミニウム地金の他にアルミニウムサツシの切断
スクラップなどのスクラップを使用する溶解炉でアルミ
ニウム溶湯の温度を測定する方法に関するものである。

（従来の技術） 現在、長尺スクラップ又は大きい塊りの地金を原料とし
てアルミニウムを多量に溶解する溶解炉としては反射炉
が多く使用されている。反射炉の側壁部断面を示す第２
図を参照として従来のアルミニウム溶湯温度測定法を説
明する。

図中１はアルミニウム溶湯、１ａはメタルライン、２は
未溶解のスクラップ、３はアルミナ系耐火材（商品名ギ
ブラム）からなる炉底及び側壁、４はアルミナ−シリカ
系断熱材からなる側壁、６は４と５の接合境界面（シル
ラインと言わ退可能に挿入された熱電対保護管である。

熱電対保護管７から熱電対８が外部に引出されている。

熱電対保護管７の材質としては従来、アルミナなどのセ
ラミツ久スあるいは鋳鉄が使用されている。

炉内でアルミニウム溶湯２が形成された時点以降で、熱
電対保護管７をメタルライン６より下方に突入させて、
次項のような操炉の指環を得る目的で溶湯の温度を測定
する。

（イ）溶解初期では、バーナーへ燃料を供給する時間当
たり量を増加するタイミングの判断、バーナーの空燃比
制御（原料装入直後に表面の酸化アルミを蒸発させるこ
とが望ましいために、バーナーの空燃比調節によって炉
内雰囲気を比較的還元性にし、その後熱を原料に多量に
与えるためにエアを十分に多くすると、炉内雰囲気を比
較的酸化性になる。この空燃比の切替えに溶湯温度を参
照する）がある。（ロ）溶湯直後の期間では局部的過昇
温め防止、最高温度への保持期間開始の判断、電磁スタ
ーラー始動タイミングの判断などがある。（ハ）溶解中
期では溶湯の過昇温防止、電磁スターラー停止タイミン
グの判断などがある。（ニ）溶解末期では適正な出湯温
度へのアルミニウム溶湯の温度調整などがある。

（発明が解決しようとする課題） 熱電対保護管７がセラミックスの場合はアルミニウム溶
湯に接触した時の熱ショックで熱電対保護管が割れ易い
。また、アルミサツシの切断屑などは長さが１ｍ以上も
あるため溶解が遅く、また反射炉は一辺の長さが数ｍも
あるために炉床の一部では地金やスクラップが溶解され
ないので残っていることが多いため、挿入時熱電対保護
管７は先端が未溶解スクラップと衝突して割れることも
起こる。

又、熱電対保護管が鋳物製のときは、溶損や先端だれに
よるトラブルが多いので、実作業では鋳物製熱電対は使
用しにくい。

以上の理由から、溶解炉内に原料が未溶解で残っている
時には熱電対での溶湯の測温は困難であるため溶湯温度
の代わりに雰囲気温度を熱電対で測定し、雰囲気温度を
参照として前述の（イ）項の目的を達成しようとしてい
た。又、原料装入扉を開けてから作業者が炉全体での溶
落を確認し、その後熱電対保護管をアルミニウム溶湯に
挿入する必要があったが、扉を開けると多量の放熱によ
り厄大な熱損失が起こる。

本発明は、上記した諸問題を解決するアルミニウム溶湯
測温法を提供することを目的とする。

なお、反射炉の例について従来の測温法の問題点を述べ
たが、他の溶解炉で起こる上記問題点を解決することも
本発明の目的に包含される。

（課題を解決するための手段） 本発明者は従来のように熱電対を保護管と一体に溶解炉
内に出し入れするのではなく、熱電対を溶解炉に一体に
装着することによりアルミニウム溶湯温度を測定する方
法を研究した。このような測温法をアルミニウム溶解炉
について実施するには次のような要件が充たされなけれ
ばならない。（イ）アルミニウム溶解炉の炉底寿命は、
小補修を適宜行なえば、数年である。熱電対を装着した
炉体部分少なくとも炉の小補修までは耐久性をもつか、
あるいは望ましくは炉体と同程度の寿命をもつ必要があ
る。そうでないと、熱電対装着部分の寿命が尽きたとき
に炉修を行なわなければならなくなる。（ロ）測温精度
が従来法と同程度に良好である必要がある。（ハ）熱電
対を装着した炉体部あるいはその周辺から湯漏れが起こ
ってはならない。

本発明者はこれらの要件を充たし、従来技術の問題点を
解消できる測温法につき研究し、本発明を完成した。

本発明は、熱電対により溶解炉内のアルミニウム溶湯の
温度を測定する方法において、少なくとも一つの熱電対
を内部に配置した耐熱性・熱伝導性セラミックスボード
を、溶解炉側壁の耐火物の凹部に係合させて支持すると
ともに、熱電対の温接点がアルミニウム溶湯液面より下
方に位置するように前記耐熱性・熱伝導性セラミックス
ボードを設置し、熱電対の金属線をセラミックスボード
内を案内し、溶解炉側壁を通しアルミニウム溶湯液面よ
り上方で炉外に導出し、熱電対の基準接点を炉外に配置
してなる熱電対を用いて、セラミックスボードの外面に
接触するアルミニウム溶湯の温度を測定することを特徴
とする。

以下、本発明の構成を詳しく説明する。

本発明においては、セラミックスボード内に配置した熱
雷対によりアルミニウム溶湯の測温を行なう。セラミッ
クスボードはアルミニウム溶湯に接し、溶損を受けるか
ら耐熱性を有していなければならない。ここで耐熱性と
は溶解炉の側壁の耐火材とほぼ同等の耐久性を指す。ま
た、測温のためにセラミックスボードの伝熱は良好でな
ければならないから、セラミックスボードは炉底　炉側
壁に常用される耐火物より実質的に良好な熱伝導性をも
たなければならない。通常炉底材料として使用されてい
るギブラムはセラミックスボードとしての耐熱性を有す
るが熱伝導性を有しない。

両性質を有するセラミックスとしてはＳｉＣ系セラミッ
クスなどを用いることがで°きる。ＳｉＣは、アルミナ
、マグネシアなどと比較して熱伝導が高いために、セラ
ミックスボードとして使用すると良好な測温精度が得ら
れる。強度的にはＳｉＣは、ホットプレスＳｉＣは他の
セラミックスと比較して曲げ強度は高いが、圧縮強度は
製法如何を問わず低い。この強度面の弱点は若干量のＡ
ｇ２Ｏ３及び／又はＳｉＯ□の添加で補うことができる
。ＳｉＣの最高使用温度はｌの融点よりはるかに高いの
で、この点から耐熱性が不足することはない。しかし、
強度不足によりセラミックスボードが部分的に脱落、剥
離するおそれがあるから、上述のように添加剤を使用す
る。

又、セラミックスボード、すなわちセラミックスを成形
したボードとは、熱電対の金属線を収納するに適した板
または棒である。この形状は内部に納める熱電対の本数
や配列パターンあるいは炉側壁の輪郭などにより定めら
れる。セラミックスボードの厚さ（溶湯に面するボード
の面と反対面間の厚さ）は３０ｍｍ〜８０ｍｍが好まし
い。

厚さが３Ｑｍｍ未満であると、セラミックスボードの溶
損による劣化が進行し易く、また炉側壁から脱落し易く
なり、８０ｍｍを越えると測温精度が劣化する。

セラミックスボードは継ぎ目なしの一体のものであるこ
とが好ましい。例えば１本の熱電対を収納するセラミッ
クスボードが分割型であると継ぎ目から溶湯が侵入して
熱電対を溶かしてしまうおそれがあり、又、各熱電対を
１本づつ収納したセラミックスボードを相互に接合して
用いると、接合継ぎ目が溶湯の浸食を受けるために炉ｍ
１１壁によるセラミックスボードの支持がゆるむおそれ
がある。

本発明において、セラミックスボード内に熱電対を配置
する方法としては、熱電対を埋め込んでセラミックスボ
ードをキャスタブル成型する方法、セラミックスボード
成型後ドリル等で熱電対相当長さの長い孔を開け、孔内
に熱電対を挿入する方法などが可能である。

本発明においては、熱電対の温接点がアルミニウム溶湯
液面より下方に位置するようにセラミックスボードを溶
解炉側壁に設置する。一般に、溶湯液面は完全溶落に至
るまでに次第に上昇する。したがって完全溶落時の溶湯
液面直下に熱電対の温接点を配置すると、完全溶落以降
の溶湯温度の測定が可能になる。炉底に近い位置に熱電
対の温接点を配置すると１菫かでも溶解が起こると溶湯
の測温が可能になる。又前者の温度測定値は後者より高
くなり、過昇温防止の指標としては有効の情報を提供す
るが、未溶解地金や撹拌不十分を示す溶湯底部情報（こ
は乏しい。したがって、熱電対を１本のみ用いる場合は
上述のところを考慮して温接点配置を適宜窓めることが
必要である。

しかしながら、２個以上の熱電対を上下方向に隔てて配
置し、溶湯上下の温度を別々に測定できるようにすると
、炉況を示す多くの情報が常時得られる。炉壁の周方向
で見た、セラミックスボードを設置する溶解炉ｆｆ１．
ｌＩ壁の部分は特に問わないし、設置されるセラミック
スボードは１個でも２個以上でもよい。

本発明においては、セラミックスボードは溶解炉ＩＩｔ
ｌＩ壁耐火物の凹部に係合させて支持する９すなわち、
溶解炉側壁の耐火物にセラミックスボードが固定される
凹部を作り、これによりセラミックスボードを支持する
。具体的には、セラミックスボードの周りにキャスタブ
ル耐火材を注入し、キャスタブル耐火物側壁の凹部にセ
ラミックスボードが嵌め込まれるようにしてセラミック
スボードを側壁凹部で支持することができる。この場合
、セラミックスボードの外面は炉側壁外面と一致するこ
とが好ましいが、炉ｍ１壁面より多少突出するかあるい
は凹んでいてもよい。

第３図〜第６図はセラミックスボード設置の具体例を示
す。第３．４図はキャスタブル耐火材を注入する場合の
セラミックスボード１０設置の好ましい具体例を示す。

第４図に示すように、適当な高さまで耐火材物の注入が
終わった後、セラミックスボード１０を耐火材物の上に
乗せ、加圧し、続いて板１６で囲いを作り、その内部に
キャスタブル耐火材を注入する。セラミックスボード１
０ａは突起１０ａと凹み１０ｂを有するので、流動性あ
る注入耐火材の中に突起１０ａが入り込みまた、逆に凹
み１０ｂの中に耐火材が流動して入り込む結果、耐火材
が固化した時には両者（１０，３）が固く結合する。シ
ルライン６（第３図）までキャスタブル耐火材を注入後
、断熱耐火材２を注入する。第３図において、１５は熱
電対を導出する透孔である。

第５図及び第６図は煉瓦構造に適用されるセラミックス
ボード設置の具体例を示し、第５図は平面図、第６図は
側面図である。

第５図において、１１は異形耐熱煉瓦、１２は通常形状
の耐熱煉瓦、１３は通常形状の断熱煉瓦、１４は異形断
熱煉瓦である。

側壁の煉瓦積の際にセラミックスボードも煉瓦積施工に
より側壁煉瓦積に固定することができる。この場合、セ
ラミックスボード１０を先細りのテーバを付けた台形形
状にすると、煉瓦積の中に強固に固定される。

熱電対による測温のためには、その金属線を炉外に導出
し、また基準接点を炉外に設ける必要があることは当然
である。本発明においては、炉外への金属線導出のため
の透孔をアルミニウム溶湯液面より上方位置として、透
孔より湯漏れが起こらないようにする。

（作用） 以上のように構成することによって、実際の操業中に容
易にかつ高精度で溶解炉でアルミニウム溶湯を測温でき
る。実操業中測温の前提要件のうちまず、セラミックス
ボードの寿命（「課題を解決するための手段」の見出し
の直後の（イ）項）はセラミックスボードの耐熱性と保
合支持により解決される。したがって、セラミックスボ
ードを一回設置すると、その後は熱電対が時々刻々のデ
ータを提供するので、測温が容易になる。

次に測温精度（同じく（ロ）項）については本発明によ
るセラミックスボードの熱伝導性、温接点の位置により
解決される。又、湯漏れ（同じく（ハ）項）は熱電対を
炉外に案内する位置により解決される。

（実施例） 以下、第１図（Ａ）、（Ｂ）及び第７図に示される実施
例を参照して本発明をより詳しく説明する。

第１図（Ａ）はセラミックスボード１０の平面形態を示
す溶解炉側壁部の部分断面図、第１図（Ｂ）はセラミッ
クスボードの断面及び溶解炉側壁部の断面を示す図、第
７図はセラミックスボードの配置位置を示す溶解炉の平
面模式図である。

本実施例においては、５本の熱電対８を用い、その温接
点８ａが炉床面の極近傍からアルミニウム溶湯液面１ａ
までの区間内に均等に分布させている。セラミックスボ
ード１０はＳｉＣ系キャスタブル耐火材（ＳｉＣ−８３
％、５ｉＯｚ６％、ＡＱ２０ｓ　９％、　ＦｅｚＯ３ｏ
、　５％、残部不純物、アサヒガラス（株）製「ドライ
シックス」）を熱電対８を埋込むように注入して作製し
た。このセラミックスボード１０及び溶解炉側壁を第７
１図に示すように一体に築炉して、炉側壁３の耐火物の
凹部にセラミックスボード１０を嵌め込むと同時にセラ
ミックスボード１０が連続面の溶解炉側壁の一部となる
ようにする。

セラミックスボード８は炉床直上からシルライン６より
上まで延在している。このため熱電対８を炉外に導出す
るための透孔１５はシルライン６より上方に作られ、断
熱性耐火材よりなる溶解炉側壁３を貫通する。８ｂは温
接点８ａと接続される基準接点であって、さらに計器に
接続される。

第７図において、１７はバーナー、１８は出湯口、１９
は原料装入扉をそれぞれ示す。本実施例ではセラミック
スボード１０を出湯口１８の近傍に設置して、特に、正
確な出湯温度管理が行なえるようにしている。勿論、出
湯温度以外の温度の管理も行なうことができる。

アルミニウム溶湯温度の測定は自動的に、すなわち作業
者が装入扉を開けて未溶解地金の有無の確認するなどの
準備なしに、また作業者の介添や操作もなしに、行なわ
れる。唯、熱電対の検定のために、予め時期を定めて、
標準熱電対を従来技術（第２図）のように差込んで、セ
ラミックスボード近傍の溶湯温度の測定を行なう必要が
ある。

（発明の効果） 本発明によれば、スクラップ等が未溶解のうちからアル
ミニウム溶湯の温度測定することができるので、溶落前
の燃焼バーナーの制御を容易にかつ確実に行なうことが
できる。

又、本発明によれば、アルミニウム溶湯の温度を常時測
定することができ、連続的昇温パターンが得られるので
、時事刻々の炉況を把握することができる。したがって
、従来は多分に経験を加味して操炉していたが、本発明
によれば正確な操炉が期待できる。特に、過昇温による
熱損失の低減、過昇温による湯漏れ防止、出湯温度が低
いための栓棒の脱着トラブル防止、適正保持温度及び時
間の維持などが期待できる。又、アルミニウム溶湯の温
度を上下で同時にかつ常時測定して、スターラーの始動
時期あるいは停止時期を決定することもできる。

以上のように本発明はアルミニウム溶解法の操業の改善
に種々の面で有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の実施例を示す溶解炉炉床壁の部
分断面図、 第１図（Ｂ）は同じく溶解炉側壁および炉床壁の部分断
面図、 第２図は従来のアルミニウム溶湯の測温法を説明する図
面、 第３図は、キャスタブル耐火物を注入して設置したセラ
ミックスボードを示す図面。 第４図はセラミックスボードの設置法の説明図、 第５図および第６図は煉瓦構造に設置されたセラミック
スボードを示し、それぞれ平面図および側面図、 第７図はセラミックスボード配置位置を説明するための
溶解炉の模式的平面図である。 １−アルミニウム溶湯、２−未溶解スクラップ、３−炉
床および溶解炉側壁、４−溶解炉側壁、１０−セラミッ
クスボード 第１図（Ａ） 第１図（Ｂ） 第 図 第 図 弔 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、熱電対により溶解炉内のアルミニウム溶湯の温度を
   測定するアルミニウム溶解炉での溶湯温度測定方法にお
   いて、少なくとも一つの熱電対を内部に配置した耐熱性
   ・熱伝導性セラミックスボードを、溶解炉側壁の耐火物
   の凹部に係合させて支持するとともに、熱電対の温接点
   がアルミニウム溶湯液面より下方に位置するように前記
   耐熱性・熱伝導性セラミックスボードを設置し、熱電対
   の金属線をセラミックスボード内を案内し、溶解炉側壁
   を通しアルミニウム溶湯液面より上方で炉外に導出し、
   熱電対の基準接点を炉外に配置してなる熱電対を用いて
   、セラミックスボードの外面に接触するアルミニウム溶
   湯の温度を測定することを特徴とするアルミニウム溶解
   炉での溶湯温度測定方法。