JPH02225630A - 加熱溶解方法 - 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〕 本発明は加熱溶解方法及び溶解装置に係わり、特に還元
性に優れ、かつ連続溶解に好適な加熱溶解方法及び溶解
装置に関する。

〔従来の技術〕

鋳鉄の溶解装置としてはキュポラ及びるつぼ型誘導炉が
良く知られており広く利用されている。

キュポラは精練された良質の溶湯が連続的に得られる連
続溶解炉であり、誘導炉は細かい材料も使用できる成分
調節が容易な間欠溶解炉である。それぞれ一長一短があ
り、現在ではこれらを併用した二重溶解法も広く用いら
れている。なお、この種の技術に関連するものとしては
、例えば特公昭５２−４８５６４号が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

キュポラはコークスを高温燃焼させるために大量の空気
を吹き込む必要があり、したがって炉内のガス流速が大
きく１例えば、銑ダライのような細かい材料は酸化され
たり溶融する前にガスの流れによって溶解装置外に排出
されるため溶解困難である。また、コークスの燃焼によ
るため高温にするには不完全燃焼が伴い特にｔ　、　ｓ
ｏｏ℃以上の出湯温度を得るためには効率が下がり温度
制御も困難である。

一方、誘導炉は単なる材料の誘導加熱のみで溶解を行う
ため精練効果は望めない、また、基本的に間欠溶解法で
あり連続的な鋳造装置に溶湯を供給するには不便である
という問題点がある。

また、公知例（持分５２−４８５６４）ではキュポラの
上部に誘導コイルを設置して材料を加熱しようとしてい
るが、コークス層の加熱は考慮されておらず従って大量
の空気を吹き込む為の不利、高温を効率良く得るための
方策は改善されていない。

つまり、誘導炉と燃焼炉を併用した上記従来の二重溶解
法は、低温部加熱に電磁誘導加熱を、そして高温部加熱
にバーナによる燃焼加熱を行う連続精錬技術に関する提
案であるが、以下に述べるような問題点があり、実用レ
ベルに達していない。

すなわち、溶解材料が投入された低温部加熱において誘
導加熱が用いられているが、流動する被溶解材である金
属材のみを誘導加熱するいわば予備加熱であり、電力で
の予備加熱は経済的に高価であり実用的でない、また、
高温部加熱はバーナによる燃焼方式であるため、燃料の
不完全燃焼によるＣＯの生成に伴う効率の低下、大量の
排ガス発生に伴う装置の大型化と公害防止対策の必要性
、細かい被溶解材料がガス流で飛散し溶解！８離となる
点、さらには燃焼に伴い、ガス中の酸素による金属の酸
化が起り、十分な還元が進行せず、酸化物がスラグとな
り良質な精錬が得られにくいという問題があった。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消することにあ
り、その第１の目的は銑ダライのような細かい材料も使
用でき、酸素、窒素等の含有ガス量の少ない高品質の溶
湯を連続的に、しかも安定に温度調製されて得られる改
良された電磁誘導加熱による溶解方法を、そして第２の
目的は、かかる電磁誘導加熱方法による溶解装置を、そ
れぞれ提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記第１の目的は、（１）炉内の空気の流通を実質的に
遮断した炉床に炭素材を積層し、それを予め電磁誘導加
熱で加熱する工程と、前記電磁誘導にて加熱下の炭素材
上に被溶解材を投入し誘導加熱溶解する工程とを有する
溶解法であって、前記電磁誘導加熱により与える前記炭
素材への熱量と、被溶解材に与える熱量との比率を制御
することにより、具体的には前記炭素材の量と被溶解材
の量の比率を一定に保ち、電源側で出力、電流、電圧の
内のいずれか１つを一定に制御し、前記炭素材と被溶解
材の投入量でコイルのインピーダンスを変化させて残り
２つの内の１つを一定に制御することにより、前記炭素
材と被溶解材が吸収する電力の量と比率を一定に制御し
、前記炉床の出湯口からの出湯温度を制御するようにし
た還元雰囲気中での連続的加熱溶解方法により、そして
好ましくは、（２）上記被溶解材を電磁誘導加熱下の炭
素材上に投入する前工程として、バーナによる材料予熱
工程を付加して成る加熱溶解方法により、さらに好まし
くは（３）上記被溶解材を電磁誘導加熱下の炭素材上に
投入する前工程として。

加熱状態の炭素材積層下部の炉床に設けられた出湯口か
ら炉内ガスを吸引しこの高温ガスで前記炭素材積層下部
を加熱すると共に、この積層上部が被溶解材の溶解温度
以上に達した時点で前記出湯口を閉塞する工程と、次い
で炭素材の重量を超えない量の金属材料を投入溶解し、
これを一定時間保持したのち、前記出湯口を開放すると
共に前記被溶解材を炭素材上に投入する工程とを付加し
て成る加熱溶解方法により、達成される。

上記炭素材としては３，０００〜１０，０００μΩＧの
固有抵抗を有するコークスを、また、被溶解材としては
、例えば鉄や綱等の金属材料を用いることが望ましい、
場合によっては、鉱石から金属を溶解精錬することもで
きる。

上記電磁誘導々ａ熱量の２０〜５０％を上記炭素材接層
部分に、残部をその上部に投入された被溶解材部分、例
えば鉄材に与えることにより、出湯温度が１，４００〜
１，６００℃に調製された溶融鋳鉄を得ることができる
。

上記電磁誘導加熱の方法としては、炉壁外周に装着した
誘導コイルに高周波エネルギを印加して誘導加熱すれば
よく、好ましくは１周波数５００〜５．０００Ｈｚ、出
力ｔｏｏ　〜１０，０００に、Ｗで加熱することである
。

上記第２の目的は、（１）炉床部に開閉自在の出湯口が
設けられ、その対向上部開口部を被溶解材投入口とする
と共に、その内部に炭素材及び被溶解材を順次充てん収
納する溶解炉本体と、前記炉床部炭素材積層から被溶解
材層の所定高さに至る加熱必要領域に相当する前記溶解
炉本体外周部領域に設けられた電磁コイルと、前記電磁
コイルに給電する高周波エネルギ印加手段と、前記高周
波エネルギを制御する手段とを備え、炉内の空気の流通
を実質的に遮断した状態で溶解し、しかも前記電磁コイ
ル内領域に積層される炭素材の積層高さに応じて炭素材
及び被溶解材に与える誘導加熱量の比率を制御すること
により、具体的には前記炭素材の量と被溶解材の量の比
率を一定に保ち、電源側で出力、電流、電圧の内のいず
れか１つを一定に制御し、前記炭素材と被溶解材の投入
量でコイルのインピーダンスを変化させて残り２つの内
の１つを一定に制御することにより、前記炭素材と被溶
解材が吸収する電力の量と比率を一定に制御し、出湯温
度を制御し得るようになした加熱溶解装置により、そし
て好ましくは（２）上記溶解炉本体の電磁コイル領域外
の被溶解材投入口に至る炉内所定領域に、被溶解材を予
熱する加熱手段を設け、投入された被溶解材が前記加熱
手段を通過する過程で予熱され電磁誘導加熱領域に移動
するようにした連続加熱溶解装置により、達成される。

そしてさらに好ましくは（３）上記電磁誘導加熱量の２
０〜５０％を上記炭素材に、残部を被溶解材に与えるよ
うに炭素材を炉内の電磁コイル領域内に積層して成る連
続加熱溶解装置により、さらにまた（４）上記炭素材を
固有抵抗３，０００〜３０，０００μΩｃｍのコークス
とし、上記電磁コイルに給電する高周波エネルギとして
周波数５００〜５，０００Ｈｚ、出力１００〜１０，０
００ｋＷとすると共に、上記高周波エネルギ制御手段と
して、被溶解材の投入状況により変動する電磁コイルの
エンビーダンス変動分を電圧変動でその出力を保障安定
化する制御手段を有して成る連続加熱溶解装置により、
達成され、上記被溶解材として例えば鉄材を用いれば、
出湯温度が１，４００〜１，６００℃に調製された溶融
鋳鉄の得られる連続加熱溶解装置を実現することができ
る。

〔作　　　用〕・ 炭素材は金属に比較して電気抵抗が大きいが、例えば約
５，０００μΩｌの固有抵抗を有するコークスは高周波
誘導加熱にて充分加熱できることから。

金属を溶解するための誘導加熱量の一部を炉底部に充填
されたコークスに与えることにより、空気が全く存在し
ない雰囲気で、従って燃焼を利用しないで、このコーク
スを加熱媒体として金属溶解に必要な温度にまで加熱す
ることができる。この方法は燃焼法と異なり酸素・窒素
の殆ど存在しない高温の雰囲気を作ることができるとと
もに、コークスに与える加熱量の比率を変えることによ
り温度を制御することが出来る。具体的には炉内の誘導
加熱領域内のコークスの量と金属の量との比率を一定に
保つことにより、このコークスが吸収する電力の比率を
一定にして溶解速度に関係なく一定の温度の雰囲気を得
ることが出来る。つまり。

前述のとおりコークスのごとき炭素材に誘導加熱量の２
０〜５０％を与え、残りの５０〜８０％を被溶解材に与
えることにより、この雰囲気中に溶融した金属を滴下さ
せて加熱・精練を行うことができ、銑ダライのような酸
化し易い材料を使用しても殆どスラグを発生させること
なく一定温度で溶解することが出来る。なお、固定抵抗
３　、０００μΩ１以下のコークスは価格が高く経済的
に見合わないばかりか、黒鉛化が進んでいるため溶解し
た金属（例えば鋳鉄）中の炭素が多くなり過ぎ、また１
０，０００μΩ〔以上のコークスは加熱するのが困難な
ため固有抵抗は３　、０００ないし１０，０００μΩｌ
のものを使用する。また１本炉は連続溶解装置であるた
め材料の予熱が連続的に効率良く行えることも特長であ
る。なお、予熱による加熱量を含めた全加熱量に対し、
炭素材部分への誘導加熱量の割合を２０％以下にすると
溶融後の加熱量が減少するため出湯温度が１，４００℃
以下と低くなり過ぎ、逆に５０％以上にすると溶融後の
加熱量が増加して１，５００℃以上と過熱を引き起こす
、このため実用運転は上述のごと＜２０ないし５０％の
Ｉｌ！囲で行われる。さらに出力１００ｋＷ以下、“周
波数５，０ＯＯＨｚ以上では装置が小さくなり過ぎ実用
的でなく、出力１０，０ＯＯｋＷ以上、周波数５００　
Ｈｚ以下では装置が大きくなり過ぎ一般に鋳鉄の溶解に
使用する金属材料を加熱するに適さなくなるのでこの範
囲での作業は困難である。また、作業開始時には一般の
炉と同様に炉体が充分加熱されていないため出湯温度が
低くなる傾向にあるがこの場合には出湯口を一時的に閉
鎖し、予め銑ダライの如き金属材を投入し、炉内に溶融
金属を溜め、この金属を誘導加熱することにより、温度
を上げることが出来る。

なお、誘導加熱において、高周波エネルギ印加手段（電
源）と誘導加熱用電磁コイルとの間に高周波エネルギ制
御手段を接続することは、出力変動を安定化する上で有
効である。つまり、炉内に被溶解材を投入すると、その
材質及び投入状態によりコイルのインピーダンスが変動
するが、この変動分を、この制御手段の電圧または電流
変動で安定に補障し、出力等を一定にするものである。

実際の装置においては、高周波電源側にこの制御手段が
組込まれる。

〔実施例〕

以下、本発明による実施例を第１図、第２図により説明
する。第１図は装置の全体構成を、第２図は誘導加熱部
をそれぞれ示しており、図において１は炉底部（本文で
は炉床とも称した）に充填された固有抵抗ｓ、ｏｏｏμ
Ω備のコークス、２はリターンスクラップ４部、銑ダラ
イ３部、電磁鋼板ブレス屑３部その他珪化鉄等少量の添
加材を含んだ混合物である被溶解材料、３は電磁コイル
、４は炉体を形成する内径４００履、高さ７００蹟の耐
火材。

５は出湯口、第１図において６は溶解材料を炉に供給す
る材料供給装置、７は連続的に出湯された溶湯を受ける
容量１５０ｋｇの前炉、８は一般のガス、液体燃料を使
用したバーナによる材料予熱装置、９は周波数３，０Ｏ
ＯＨｚ、出力１７５ｋＷの電源である。

なお、被溶解材料２の銑ダライと電磁鋼板プレス屑等の
綱かい材料の使用比率は全溶解材料に対し。

０から７０％が使用可能であるが誘導加熱、炉内雰囲気
の遮断の為には２０ないし６０％の使用が好ましい、溶
解作業を開始するに当たって、先ず前回の作業後炉内に
残留しているコークス層の厚さを炉底部から約２５０−
に調節する。２５０■に満たない場合は新しいコークス
を補給する。このコークス層の厚さは加熱量の比率を変
え、出湯温度をＩＩＪｆ＃するために必要である。この
時のコークスは総重量約３０ｋｇ、　ｇ数的１００個、
１個の最大重量は２ｋｇであった。コークスの投入が終
了した後電源９からコイルに電力を供給する。なお、　
１０はコイルのインピーダンス変動分を電圧変動で補障
する高周波エネルギ制御手段である。コークス層上部の
サイズの大きいコークスは効率よく電力を吸収して発熱
するが下部のサイズの小さいコークスは発熱し難いため
、出湯口５から炉内のガスを吸引し高温のガスでコーク
ス層下部を加熱する。この時の電圧は１，１２０Ｖ、入
力は８２ｋＷであった。コークス上部が約１　、６００
℃になった時出湯口を塞ぎ金属材料として２０ｋｇの銑
ダライを投入溶解し、炉底部に貯めて更に加熱する。こ
の作業により炉内は急速に加熱され作業開始時から高温
の溶湯が得られる。

この時の電圧は１，１３０Ｖ、入力は１３６ｋＷであっ
た。

溶融した銑ダライが１　、５００℃以上になった時出湯
口５を開き溶湯を前炉７に入れると同時に材料供給袋Ｗ
１６により被溶解材料の投入を開始する。材料が投入さ
れるとコークス層の上部は材料で閉鎖され、外部と通じ
ているのは出湯口のみとなる。

出湯口も出湯が開始されると溶湯にて閉鎖状態になるの
で、炉内への空気の流通は実質的に遮断される。投入さ
れた被溶解材料２は、特に塊状のリターンスクラップが
電磁コイル３によって誘導加熱され温度上昇しながら下
降し、最下層に到達すると下部のコークスｌからも熱の
供給を受けて溶融する。溶融して液滴状となった溶解材
料２はコークス１の間を縫って滴下するうちに更に加熱
され、また高温のコークスと酸素が殆ど存在しない還元
性雰囲気とにより精練を受けた後出湯口５より出湯され
る。なお、出力は電源で一定に制御されているので、炉
中の溶解材料が減少しコイルのインピーダンスが大きく
なり電圧が１　、０００　Ｖを越えると材料供給装置に
より材料が供給され、溶解材料が増加しコイルのインピ
ーダンスが低下して電圧が１　、０００　Ｖより低下す
ると材料供給装置は停止し、作業中の出力、電圧はそれ
ぞれ約１７３ｋＷ。

ｉ、ｏｏｏｖに制御され連続溶解が維持される。この定
状状態における出湯温度は約１，４５０℃であった。

またｌ　ｔｏｎの被溶解材料を溶解するに必要な時間は
３．２７時間、電力量は入力で５６６ｋＷｈ、コークス
補給量は１１ｋｇ、スラグの発生量は測定出来なかった
が極く微量であり、また耐火材の損傷も非常に少なかっ
た。この実施例の場合はバーナ（材料予熱装［８）を使
用しなかったが、バーナを使用するとその加熱量に応じ
て電力を節約しまた出湯速度を増加させることが出来る
。しかも一般のるつ・ぼ炉における電力の節約量が２０
％以下であるのに対し、本炉では連続的に加熱できるた
め３０％まで可能であった（重油バーナを用いた場合）
。

第１表に炉床に積層したコークス層の厚さを変化させた
場合の、コークス層のみを加熱した時の入力とその状態
で溶解した時の出湯温度の関係を示す、なお、何れの場
合も無負荷入力は３２ｋＷ。

出湯中の入力は１７３ｋＷであった。この様にコークス
層の厚さを変化させるだけで出湯温度が制御出来ること
により、溶解が進行し炉内材料のレベルが低下するに応
じて溶解材料を投入するだけで一定温度の連Ｍ溶解が維
持できる。

第１表　コークス１の厚さと入力。

また、第２表に一般的なキュポラ溶解およびるつぼ型誘
導炉溶解と、本発明による溶解で得られた鋳鉄のチル深
さと含有ガス量の分析結果を示す。

なお、このときの配合は鋼屑３０％、出湯成分は炭素３
．３％、珪素２．０％とほぼ同一条件にして測定した。

Ｒ知のとおり鋳鉄の品質は、チル深さが浅いものほど、
また、含有ガス量が少ないものほど優れており、この第
２表から本発明が他の溶解炉に比較していかに優れてい
るか明らかであろう。

第２表　各種溶解炉で得られた 以上の説明ではコークスを用いて鋳鉄を溶解する場合に
ついて述べたが１本発明はコークスの代わりに誘電性の
ある耐火物等を用いること、銅合金等の他の金属類及び
鉱石類（導電性を有するものが望ましい）を溶解するこ
とが可能である。なお、亜鉛等の蒸発し易い不純物を更
に減らしたい場合は炉内に通気口を設け、不活性ガスも
しくは還元性ガスを吹き込み、積極的に不純物の蒸発を
促すことも可能である。

かかる実施例から明らかなように１本発明においては出
湯の温度制御が出来、ガス流動の少ない強還元性の雰囲
気で溶解・加熱されるため粉末状材料を使用しても従来
の酸化にもとづくスラブの発生が殆ど認められず、酸素
・窒素などのガス含有量の少ない良質の金属が得られる
。

以上のとおり１本発明の炭素材は誘導加熱による発熱体
（加熱媒体）として、また精錬における還元剤として作
用する。したがって、従来の燃焼方式による加熱溶解法
と異なり、炭素材自身が燃焼ガスにさらされることがな
いためその消耗量が著しく少ない、また、コークス等の
炭素材の加熱に燃焼ガスを用いないため、実質的に炉内
の空気の流通を遮断した状態で誘導加熱され、好ましい
状態の還元雰囲気が実現される。結果として酸素、窒素
等のガス量が少ないため、ガス含有量の少ない上質の溶
解生成物の製造を可能とし、特別の排ガス処理設備をも
要せず、公害防止対策上も好ましい。

〔発明の効果〕

本発明によれば銑ダライのような微細な材料をも効率よ
く溶解することができると共に、酸化物も加熱された炭
素材と強還元性の雰囲気の精錬作用により還元すること
ができ、スラグを殆ど発生させることなくガス含有量の
少ない良質の金属を連続的にしかも工業的に得ることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例となる全体構成の要部を示す
斜視図、第２図は炉の誘導加熱部の詳細を示す縦断面図
である。 １・・・コークス　　　　　２・・・溶解材料３・・・
電磁コイル　　　　４・・・耐火材５・・・出湯口　　
　　　　６・・・材料供給装置７・・・前炉　　　　　
　　８・・・材料予熱装置８′・・・バーナ　　　　　
９・・・電源１０・・・制御部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉内の空気の流通を実質的に遮断した炉床に炭素材
   を積層し、それを予め電磁誘導加熱で加熱する工程と、
   前記電磁誘導にて加熱下の炭素材上に被溶解材を投入し
   誘導加熱溶解する工程とを有する溶解法であって、前記
   電磁誘導加熱により与える前記炭素材への熱量と、被溶
   解材に与える熱量との比率を制御することにより、前記
   炉床の出湯口からの出湯温度を制御するようにした還元
   雰囲気中での連続的加熱溶解方法。 ２、上記電磁誘導加熱により与える炭素材への熱量と、
   被溶解材に与える熱量との比率を制御するにあたり、電
   源で出力、電流、電圧の内のいずれか１つを制御し、前
   記炭素材と被溶解材の投入量により残り２つの内の１つ
   を制御して結果的に出湯温度を制御して成る請求項１記
   載の加熱溶解方法。 ３、上記被溶解材を電磁誘導加熱下の炭素材上に投入す
   る前工程として、バーナによる材料予熱工程を付加して
   成る請求項１もしくは２記載の加熱溶解方法。 ４、上記被溶解材を電磁誘導加熱下の炭素材上に投入す
   る前工程として、加熱状態の炭素材積層下部の炉床に設
   けられた出湯口から炉内ガスを吸引しこの高温ガスで前
   記炭素材積層下部を加熱すると共に、この積層上部が被
   溶解材の溶解温度以上に達した時点で前記出湯口を閉塞
   する工程と、次いで炭素材の重量を超えない量の金属材
   料を投入溶解し、これを一定時間保持したのち、前記出
   湯口を開放すると共に前記被溶解材を炭素材上に投入す
   る工程とを付加して成る請求項１、２もしくは３記載の
   加熱溶解方法。 ５、上記炭素材として３，０００〜１０，０００μΩｃ
   ｍの固有抵抗を有するコークスを使用すると共に、被溶
   解材として金属材料を用いて成る請求項１、２、３もし
   くは４記載の加熱溶解方法。 ６、上記電磁誘導加熱量の２０〜５０％を上記炭素材積
   層部分に、残部をその上部に投入された被溶解材部分に
   与え、出湯温度が１，４００〜１，６００℃に調製され
   た溶融鋳鉄を得る請求項１、２、３、４もしくは５記載
   の加熱溶解方法。 ７、上記電磁誘導加熱として、炉壁外周に装着した誘導
   コイルに高周波エネルギを印加して誘導加熱する請求項
   １、２、３、４、５もしくは６記載の加熱溶解方法。 ８、上記高周波エネルギの周波数が５００〜５，０００
   Ｈｚ、出力１００〜１０，０００ｋＷである請求項７記
   載の加熱溶解方法。 ９、炉床部に開閉自在の出湯口が設けられ、その対向上
   部開口部を被溶解材投入口とすると共に、その内部に炭
   素材及び被溶解材を順次充てん収納する溶解炉本体と、
   前記炉床部炭素材層から被溶解材層の所定高さに至る加
   熱必要領域に相当する前記溶解炉本体外周部領域に設け
   られた電磁コイルと、前記電磁コイルに給電する高周波
   エネルギ印加手段と、前記高周波エネルギを制御する手
   段とを備え、炉内の空気の流通を実質的に遮断した状態
   で溶解し、しかも前記電磁コイル内領域に積層される炭
   素材の積層高さに応じて炭素材及び被溶解材に与える誘
   導加熱量の比率を制御することにより、出湯温度を制御
   し得るようになした加熱溶解装置。 １０、上記炭素材及び被溶解材に与える誘導加熱量の比
   率を制御するにあたり、電源で出力、電流、電圧の内の
   いずれか１つを制御し、前記炭素材と被溶解材の投入量
   により残り２つの内の１つを制御して結果的に出湯温度
   を制御して成る請求項９記載の加熱溶解装置。 １１、上記溶解炉本体の電磁コイル領域外の被溶解材投
   入口に至る炉内所定領域に、被溶解材を予熱する加熱手
   段を設け、投入された被溶解材が前記加熱手段を通過す
   る過程で予熱され電磁誘導加熱領域に移動するようにし
   た請求項９もしくは１０記載の連続加熱溶解装置。 １２、上記電磁誘導加熱量の２０〜５０％を上記炭素材
   に、残部を被溶解材に与えるように炭素材を電磁コイル
   領域内に積層して成る請求項９、１０もしくは１１記載
   の連続加熱溶解装置。 １３、上記炭素材を固有抵抗３，０００〜３０，０００
   μΩｃｍのコークスとし、上記電磁コイルに給電する高
   周波エネルギとして周波数５００〜５，０００Ｈｚ、出
   力１００〜１０，０００ｋＷとすると共に、上記高周波
   エネルギ制御手段として、被溶解材の投入状況により変
   動する電磁コイルのインピーダンス変動分を電圧変動で
   その出力を保障安定化する制御手段を有して成る請求項
   ９、１０、１１もしくは１２記載の連続加熱溶解装置。 １４、上記被溶解材として鉄材を用い出湯温度が１，４
   ００〜１，６００℃に調製された溶融鋳鉄を得る請求項
   ９、１０、１１、１２もしくは１３記載の連続加熱溶解
   装置。