JPH06273049A - 金属溶解用シャフト炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉底部における熱損失の防止機能を損なうこ
となく、該炉底部を薄く構成することにより、該炉底部
に対する予熱時間を有利に短縮化せしめ、それによって
エネルギー消費量と炉体の製造コストとを、共に、低減
せしめ得る金属溶解用シャフト炉を提供すること。 【構成】 上部より炉内に投入される溶解金属原料２６
を、炉内に設けられた熱交換ベッド２８上において、該
熱交換ベッド２８よりも下方に位置するバーナ３０にて
発生せしめられ、炉内を上方に向かって通過する高温燃
焼ガスにて溶解せしめて、炉底部１４上に滴下させ、目
的とする金属溶湯として集めるようにしたシャフト炉１
０の、少なくとも炉底部１４を構成する炉壁の最外側部
位に、真空層３６を設けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、金属溶解用シャフト炉に係り、
特に炉底部における熱損失の防止機能を損なうことな
く、該炉底部を薄く構成することにより、炉体の予熱時
間を有利に短縮化せしめて、より効率的に操業し得るよ
うにした金属溶解用シャフト炉の改良された構造に関す
るものである。

【０００２】

【背景技術】一般に、鋳造等のために、所定の金属溶湯
を得るに際しては、その原料として用いられる金属や合
金の種類等に応じて、各種の溶解炉が選択され、使用さ
れており、例えば鋳鉄等の溶解においては、竪形溶解炉
たる所謂シャフト炉が、その一つとして使用されてい
る。而して、このシャフト炉にあっては、従来から、キ
ュポラ炉として知られているように、炉内に溶解金属原
料と共に投入されたコークスを燃焼させて、その熱で、
かかる溶解金属原料を溶解するようにした方式のものが
多用されてきているが、近年では、特公昭５１−２９４
８１号公報等にて明らかにされている如く、コークスを
全く使用しないシャフト炉、所謂コークスレスシャフト
炉が開発、実用化され、その普及が進んでいる。

【０００３】ところで、このようなコークスレスシャフ
ト炉は、よく知られているように、図２に示される如き
構造を有しているものである。即ち、この図２に示され
るシャフト炉において、炉壁部１２及び炉底部１４は、
層状に積み重ねられた複数の耐火煉瓦１６の内側に耐火
性のモルタル等の不定形耐火物１８が配設せしめられる
と共に、該複数の耐火煉瓦１６の外周面の全面を覆うよ
うに鉄皮２０が設けられ、それらが一体的な構造をもっ
て、構成されている。また、図示されてはいないが、そ
のようなシャフト炉の上部には、炉内に溶解金属原料等
を投入する装入口が設けられている一方、その中間部に
は熱交換ベッド２８が形成され、更に該熱交換ベッド２
８の下方には、天然ガス等を燃料とするバーナ３０が、
複数基、設置されている。そして、かくの如く構成され
たシャフト炉にあっては、装入口から投入され、熱交換
ベッド２８上に積み上げられた溶解金属原料２６が、そ
の下方に位置するバーナ３０にて発生せしめられ、炉内
を上方に向かって通過する高温燃焼ガスにより溶解され
て、形成された溶融金属の溶融滴が炉底部１４上に滴下
せしめられ、更にそこで集められて、該炉底部１４に設
けられた出湯口３２から、金属溶湯として取り出される
ようになっているのである。

【０００４】このように、かかるシャフト炉において
は、コークスが何等用いられていないところから、粉塵
発生が少なく、また燃焼排ガス中の硫黄酸化物が著しく
減少せしめられ得て、大気汚染等を惹起する恐れが効果
的に低減乃至は解消され得ると同時に、金属溶湯への硫
黄分の吸収が無く、最終的に得られる製品の品質を有利
に向上せしめ得るのであり、更に燃料として、コークス
に代わって天然ガス等が使用されるため、エネルギー効
率が高く、材料投入や燃焼管理等の自動化が容易で、ラ
ンニングコストの低下が有効に図られ得るのである。

【０００５】しかしながら、このようなシャフト炉にあ
っては、特に炉底部１４からの熱損失を可及的に減少せ
しめて、該炉底部１４上に滴下される金属溶湯の流動性
を確保するために、かかる炉底部１４が、一般に、定形
耐火物（１６）と不定形耐火物（１８）とにて２００〜
３００mmもの寸法をもって、炉壁部１２よりも厚く構成
されている。

【０００６】それ故、従来のコークスレスシャフト炉に
あっては、炉底部１４における、それら両耐火物１６，
１８の蓄熱量が大きく、そのために、溶解金属原料の溶
解操作に先立って実施される、炉体に対する予熱操作に
おいて、炉壁部１２の昇温完了後も、炉底部１４の昇温
のために更に長時間に亘って予熱操作を続行しなければ
ならず、それが、消費エネルギー（消費燃料）の増大を
余儀なくさせていたのである。また、かかるシャフト炉
においては、炉体の長時間操業に対して、特に高価な不
定形耐火物１８を多量に使用することが要求されるた
め、上述の如き炉底部１４の厚肉化は、炉体の製造コス
ト、ひいては操業コストの高騰をも招くものであった。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景にして為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、炉底部からの熱損失を増大せしめることなく、
該炉底部を薄く構成することにより、該炉底部に対する
予熱時間を有利に短縮化せしめ、それによって、エネル
ギー消費量の低下と炉体の製造コストの低減とを効果的
に図ることのできる金属溶解用シャフト炉を提供するこ
とにある。

【０００８】

【解決手段】そして、かかる課題を解決するために、本
発明にあっては、上部より炉内に投入される溶解金属原
料を、炉内に設けられた熱交換ベッド上において、該熱
交換ベッドよりも下方に位置するバーナにて発生せしめ
られ、炉内を上方に向かって通過する高温燃焼ガスにて
溶解せしめて、炉底上に滴下させ、目的とする金属溶湯
として集めるようにした金属溶解用シャフト炉におい
て、かかるシャフト炉の少なくとも炉底部を構成する炉
壁の最外側部位に真空層を設けたことを、その特徴とす
るものである。

【０００９】

【作用・効果】すなわち、このような本発明に従う金属
溶解用シャフト炉にあっては、少なくとも、金属溶湯が
滴下せしめられる炉底部を構成する炉壁の最外側部位
に、真空層が設けられているところから、炉底部におい
て、かかる真空層による良好な断熱作用が発揮され得
て、貫流熱損失の大幅な軽減が達成され得ると共に、そ
のような炉底部の内面上に滴下せしめられる金属溶湯の
熱損失も有効に低減され得、その結果、炉底部を形成す
る耐火物の使用量を減少せしめても、従来装置に比し
て、該炉底部からの熱損失が増大してしまうようなこと
が、極めて効果的に回避され得るのである。

【００１０】それ故に、かかる金属溶解用シャフト炉に
おいては、炉底部からの熱損失を増大せしめることな
く、該炉底部を炉壁部と略同一寸法若しくはそれ以下に
薄く構成することが可能となったのであり、それによっ
て、該炉底部における耐火物の蓄熱量を有利に小さく為
し得て、炉体の予熱時間を有効に短縮化せしめ得たので
ある。

【００１１】従って、本発明に係る金属溶解用シャフト
炉にあっては、かかる予熱操作におけるエネルギー消費
量が効率的に低減せしめられ得ると共に、耐火物、特に
不定形耐火物の使用量の減少に伴う炉体の製造コストの
低下をも有効に図られ得、以てシャフト炉の操業のため
のランニングコストの低減が有利に実現され得て、溶解
操作をも含めた操業が、従来のシャフト炉に比して、よ
り効率的に行なわれ得ることとなったのである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明の実施例について、図面を参照しつつ、詳
細に説明することとする。

【００１３】先ず、図１には、本発明に従う構造とされ
た金属溶解用シャフト炉の一例を具体的に説明するため
に、その下部構造の概略図が示されている。この図から
も明らかなように、シャフト炉１０は、従来と同様に、
全体として略有底円筒形状を呈しており、周壁部たる略
円筒状の炉壁部１２と、その下端部を覆蓋する炉底部１
４とを有している。

【００１４】このシャフト炉１０を構成する炉壁部１２
は、略全周に亘って、二段に積み重ねられた複数の耐火
煉瓦１６と、その内側に所定の厚さをもって層状に配設
せしめられた不定形耐火物１８と、前記複数の耐火煉瓦
１６の外周面の全面を覆うように設けられた鉄皮２０と
にて、一体的な積層構造をもって、構成されている。ま
た、耐火煉瓦１６としては、例えば、アルミナ系や炭化
珪素系のセラミックス材料、或いは珪砂等が煉瓦形状に
成形されたものが用いられ、また不定形耐火物１８とし
ては、耐火性のモルタル等が使用されることとなる。

【００１５】なお、かかるシャフト炉１０の炉壁部１２
の上部には、図示されてはいないが、外部に開口する装
入口が設けられている。そして、溶解されるべき所定の
金属原料が、かかる装入口から炉内へ、機械により、ま
たは手作業にて投入されるようになっているのである。

【００１６】また、炉壁部１２の中間部には、図示され
ているように、複数本のグレートバー２２が、該炉壁部
１２を径方向に横切るように、所定間隔をおいて、互い
に平行に配置せしめられている。更に、かかる炉壁部１
２の内部において、それら複数のグレートバー２２上に
は、熱交換体としてのセラミックボール２４が、複数
個、段を成して積み重ねられており、そしてこれら複数
個のセラミックボール２４の最上段の上部に、前記装入
口から投入された屑鉄や銑鉄等の溶解金属原料２６が、
互いに適当な隙間をもって、載置されている。即ち、か
かるシャフト炉１０にあっては、それら複数のグレート
バー２２とセラミックボール２４とにて、熱交換ベッド
２８が構成されているのである。なお、セラミックボー
ル２４は、従来装置に用いられるものと同様なものが使
用され、またそのようなセラミックボール２４を支持す
るグレートバー２２は、従来装置と同様に、その内部に
冷却水が流通せしめられており、それによって該グレー
トバー２２自体の溶融が防止され得るようになってい
る。

【００１７】そして、炉壁部１２の下部において、前記
熱交換ベッド２８の下方には、複数基（ここでは３基）
のバーナ３０が、該炉壁部１２の周方向に、等間隔をお
いて、僅かに下方に傾斜せしめられて、配設されてい
る。また、かかるバーナ３０も、従来装置と同様に、天
然ガスを燃料とするものが用いられているのであって、
以て燃焼コントロールが容易で、ＣＯ₂ やＳＯ₂ 等の発
生が極めて少ない等といった、優れた特徴が発揮され得
るものである。

【００１８】さらに、炉壁部１２のバーナ３０が配設さ
れた熱交換ベッド２８の下方は、空間とされており、該
空間内にバーナ３０より高温の燃焼ガスが吹き込まれ、
そしてその燃焼ガスが熱交換ベッド２８まで上昇せしめ
られ、更には該熱交換ベッド２８やその上に載置される
溶解金属原料２６の隙間を通じて、炉内を上方に向かっ
て通過せしめられるようになっている。そして、その
際、熱交換ベッド２８を構成する複数のセラミックボー
ル２４が加熱されると共に、溶解金属原料２６が予熱さ
れ、更にこの予熱された溶解金属原料２６が、下部に位
置するものの溶解に伴って漸次下降し、そして該溶解金
属原料２６の融点以上に加熱されたセラミックボール２
４にて加熱せしめられて、溶解され、熱交換ベッド２８
から滴下されるのである。

【００１９】一方、炉底部１４においては、その周壁部
に、外部に連通する出湯口３２が設けられており、また
その表面部位が、略中央に向かう勾配をもって形成され
ている。それによって、前記熱交換ベッド２８から該炉
底部１４上に滴下せしめられた金属溶湯が、一旦、炉底
部１４の略中央部に集められ、その後、出湯口３２から
外部へ流出せしめられるるようになっている。なお、図
中、３４は、ドレンホールである。

【００２０】そして、本実施例に係るシャフト炉１０の
炉底部１４にあっては、その内側部位が、略全面に亘っ
て、１段にて張り巡らされた複数の耐火煉瓦１６と、そ
の内周面に対して、従来のシャフト炉の炉底部における
よりも遙かに薄い厚さをもってライニング施工された不
定形耐火物１８とにて、一体的な積層構造をもって構成
されている一方、その外側部位に、鉄皮２０にて囲まれ
て形成された密閉構造の空間部３６が、かかる内側部位
の外側の略全面を取り囲むように設けられている。要す
るに、かかる炉底部１４にあっては、複数の耐火煉瓦１
６と不定形耐火物１８とにて構成された内側部位が、そ
れら両耐火物１６，１８にて同様に構成された前記炉壁
部１２よりも薄い厚みをもって形成されているのであ
り、また空間部３６を設けることにより、全体として、
二重底構造をもって構成されているのである。

【００２１】なお、かかる炉底部１４の外側部位を構成
する空間部３６は、図示の如く、該炉底部１４から炉壁
部１２に所定高さで立上がって、形成されている。そし
て、その炉壁部１２の所定高さで立上がる部位におい
て、空間部３６は、中間部にバルブ４０が設けられてな
る接続パイプ３８を介して、真空ポンプ等の図示しない
外部の真空源に接続せしめられている。そして、シャフ
ト炉１０の操業に際しては、かかる空間部３６内が外部
の真空ポンプ等により真空状態とされ、それによって該
空間部３６が断熱層として機能せしめられ、その結果、
炉底部１４が、内側部位を構成する両耐火物１６，１８
と、かかる真空状態とされた空間部３６とによって、優
れた断熱性を発揮することとなるのである。このことか
ら明らかなように、本実施例においては、空間部３６が
真空状態とされることによって、炉底部を構成する炉壁
の最外側部位に真空層が形成されることとなるのであ
る。

【００２２】このように、本実施例における金属溶解用
シャフト炉１０にあっては、複数の耐火煉瓦１６と不定
形耐火物１８とにて構成される炉底部１４の内側部位
が、それら両耐火物１６，１８にて構成される炉壁部１
２よりも薄く形成されている一方、かかる炉底部１４の
外側部位を構成するように、その略全面を取り囲む如
く、操業時に真空状態とされ、優れた断熱効果を発揮す
る空間部３６が形成されているために、両耐火物１６，
１８にて構成される内側部位が薄くても、炉底部１４か
らの熱損失が極めて有効に低減せしめられ得るのであ
る。

【００２３】それ故に、かかる金属溶解用シャフト炉１
０においては、炉底部１４からの熱損失を増大せしめる
ことなく、該炉底部１４を構成する両耐火物１６，１８
の使用量、ひいては該炉底部１４の蓄熱量を効果的に減
少させることが可能となっているのであり、それによっ
て炉体の予熱時間が有効に短縮化せしめられ得、以て、
かかる予熱操作に費やされる時間と燃料とが有利に節約
され得るのである。その上、かかるシャフト炉１０にあ
っては、炉底部１４の内側部位を構成する不定形耐火物
１８が、従来のシャフト炉に比して、遙かに薄く形成さ
れていることから、炉体の製造コストも効果的に低減せ
しめられ得るのである。

【００２４】従って、かくの如き構造とされた金属溶解
用シャフト炉１０にあっては、コスト及び操業時間の何
れの面においても、従来装置に比して、より効率的な操
業が行なわれ得ることとなる。

【００２５】因みに、本発明者らの実験の結果によれ
ば、本実施例に係る金属溶解用シャフト炉１０にあって
は、炉底部に真空層を設けない従来のシャフト炉と比較
して、貫流熱損失が約１／５に軽減され、また炉体の予
熱時間が約１／２に短縮されることが確認されている。

【００２６】以上、本発明の一実施例について詳述して
きたが、これは文字通りの例示であって、本発明は、か
かる具体例にのみ限定して解釈されるものではない。

【００２７】例えば、前記実施例では、操業時に真空状
態とされ得る空間部３６によって真空層が構成され、か
かる空間部３６が、耐火煉瓦１６と不定形耐火物１８と
にて形成された炉底部１４の内側部位を全体的に取り囲
むように、配置せしめられていたが、そのような真空層
としての空間部を、炉底部だけでなく、炉壁部にも形成
しても良く、そうすることによって耐火煉瓦及び不定形
耐火物の使用量を更に減少せしめることが可能となる。
なお、そのような空間部３６の大きさや形成部位は、要
求される断熱性等を考慮した上で、シャフト炉の大きさ
等に応じて、適宜に設定されることとなる。

【００２８】また、本発明において、真空層は、前記実
施例の如き構造に何等限定されるものではなく、シャフ
ト炉の少なくとも炉底部を構成する炉壁の最外側部位に
設けられてなるものであれば、如何なる構造も採用され
得ることは、言うまでもないところである。

【００２９】さらに、前記実施例では、熱交換ベッド２
８が複数のグレートバー２２とセラミックボール２４と
にて構成されていたが、熱交換ベッドとして、その他の
構造のものを採用しても、何等差し支えない。

【００３０】更にまた、前記実施例では、バーナ３０が
天然ガスを燃料とするものが使用されていたが、その他
の燃料、例えば軽油等の燃料油や個体燃料を用いるバー
ナを採用することも、勿論可能である。

【００３１】加えて、前記実施例では、バーナ３０にて
発生せしめられる高温燃焼ガスにより融点以上に加熱さ
れたセラミックボール２４からの熱伝達によって、溶解
金属原料が溶解される構造のコークスレスシャフト炉に
対して、本発明を適用したものの具体例を示したが、そ
の他、溶解金属原料が、かかる高温燃焼ガスにて直接に
溶解せしめられる構造のコークスレスシャフト炉等に対
しても、同様に適用され得ることは、勿論である。

【００３２】その他、一々列挙はしないが、本発明が、
当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を
加えた態様において実施され得るものであり、またその
ような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何
れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言
うまでもないところである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う金属溶解用シャフト炉に係る下部
構造の一例を示す部分断面説明図である。

【図２】従来の金属溶解用シャフト炉の下部構造の一例
を示す部分断面説明図である。

【符号の説明】

１０ シャフト炉 １２ 炉壁部 １４ 炉底部 １６ 耐火煉瓦 １８ 不定形耐火物 ２６ 溶解金属原料 ２８ 熱交換ベッド ３０ バーナ ３６ 空間部（真空層）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部より炉内に投入される溶解金属原料
   を、炉内に設けられた熱交換ベッド上において、該熱交
   換ベッドよりも下方に位置するバーナにて発生せしめら
   れ、炉内を上方に向かって通過する高温燃焼ガスにて溶
   解せしめて、炉底上に滴下させ、目的とする金属溶湯と
   して集めるようにした金属溶解用シャフト炉において、 かかるシャフト炉の少なくとも炉底部を構成する炉壁の
   最外側部位に真空層を設けたことを特徴とする金属溶解
   用シャフト炉。