JPH0864205A - 溶解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 供給される被溶解材料の溶解を遅延させるこ
となく、また酸化滓の発生を最小限に抑制可能な溶解装
置を提供する。 【構成】 被溶解材料５を溶解炉１内に投入する時にの
み開口するシャッター７及び溶解炉１内への大気の進入
を遮断するガスカーテン９を形成するガスカーテン形成
手段８を被溶解材料供給部４に設ける。溶解炉１内の溶
湯１１の表面上をシールドするためのシールドガスを供
給するシールドガス供給配管１３を設ける。溶解炉１内
で被溶解材料５が落下する位置にある酸化滓１２を排除
するための酸化滓排除装置１８を溶解炉１内に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属あるいは合金から
なる被溶解材料、特に酸化しやすい合金を溶解するのに
好適な溶解装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶解装置は、電気ヒーターや重油
バーナー等を利用して溶解炉内の被溶解材料を加熱，溶
解するものであり、溶解金属は鋳型に注入して凝固さ
せ、鋳物とする。

【０００３】従来の溶解装置は、その使用目的によって
いろいろな構造を有するが、例えば鉛蓄電池極板用基体
の鋳造ラインでは、溶解炉１基に対して、例えば10基の
鋳造機がパイプラインで結ばれており、極板用基体の鋳
造に使用される鉛合金の溶湯はこのパイプラインを経て
各鋳造機へ供給される。通常の鋳物と同様、極板用基体
の場合にも本来極板用基体として使用される部分以外
に、押し湯部，湯道部等が付属して鋳造される。これら
電池に不要な押し湯部や湯道部等のスクラップ材からな
る被溶解材料は、極板用基体の鋳造直後に鋳造機に付属
する切断装置によって該極板用基体から分離され、ベル
トコンベアで溶解装置へ運ばれて、再び合金の材料とし
て再溶解される。このようなプロセスから明らかなよう
に、極板用基体の鋳造ラインに設置されている溶解装置
は、常時分離回収されてくる被溶解材料を溶解炉内に供
給するため、該溶解炉の上部が開口された構造であっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の溶解
装置における大きな問題は、酸化滓（被溶解材料の酸化
によって生じるもので、俗に“かす”と呼ばれているも
の）が多量に発生することである。前述したように、溶
解炉の上部が開口しているために炉内の溶湯は大気と常
時接しており、当然のことながら溶湯の酸化が生じる。
即ち、酸化滓が生じるわけである。この酸化滓はこれま
で産業廃棄物として処理されてきたが、省資源，環境保
全という見地から、最近ではこれが許容されない状況に
なりつつある。もちろん、このような廃棄物の発生は、
企業として経済的な面からも問題であることは言うまで
もない。

【０００５】以上のような理由から、酸化滓の発生は極
力制御しなければならない状況にあるが、実際の操業に
関しては次のような問題がある。即ち、酸化滓は被溶解
材料自体より比重が小さいため、溶湯面上に浮いた状態
で存在する。そして時間の経過と共に徐々に増加し、あ
る程度以上の量（厚さ）になると、その上に投入される
被溶解材料と溶湯との直接接触が妨げるようになる。こ
のような状態になると被溶解材料の溶解に時間がかか
り、溶解炉内に未溶解の被溶解材料が堆積するような状
況を呈する。もちろん鋳造機の運転も儘ならなくなる。
一方では、この間に被溶解材料そのものの酸化も進行す
るため、酸化滓がさらに増加することになる。

【０００６】酸化滓上に被溶解材料が堆積するのを防止
する一つの手法として、溶解炉上に間欠的に作動する押
込み装置を設置し、酸化滓上の被溶解材料を溶湯中に強
制的に押込むことを行ってきた。しかしながら、この方
法は被溶解材料を押し込む際に酸化滓を押しのけて、溶
湯を大気と接触させるような作用を伴う。それ故、被溶
解材料がＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ系のような活性度の高い、す
なわち酸化し易い被溶解材料である場合には、逆に酸化
滓を増加させる結果となり、被溶解材料の溶解をさらに
難しくする。

【０００７】本発明の目的は、供給される被溶解材料の
溶解を遅延させることなく、また酸化滓の発生を最小限
に抑制可能な溶解装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、酸化滓の発生を有効
に抑制できる溶解装置を提供することにある。

【０００９】本発明の他の目的は、被溶解材料供給部に
投入される被溶解材料の自重を利用して該被溶解材料供
給部の開閉を行える溶解装置を提供することにある。

【００１０】本発明の他の目的は、酸化滓の排除を溶湯
の噴流を利用して行うことができる溶解装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶解炉内に被
溶解材料を投入して加熱することにより溶解を行う溶解
装置を改良の対象としている。

【００１２】本発明の溶解装置においては、前記被溶解
材料を前記溶解炉内に投入する時にのみ開口するシャッ
ター及び非酸化性のガスカーテン形成用ガスの吹出しに
より前記溶解炉内への大気の進入を遮断するガスカーテ
ンを形成するガスカーテン形成手段を有する被溶解材料
供給部と、前記溶解炉内の溶湯面上をシールドするため
の非酸化性のシールドガスを供給するシールドガス供給
配管と、前記被溶解材料が落下する位置にある酸化滓を
排除するための酸化滓排除装置とを備えたことを特徴と
する。

【００１３】このような本発明の溶解装置においては、
前記ガスカーテン形成用ガスの流量，前記シールドガス
の流量のいずれか一方あるいは両方を前記溶解炉内の溶
湯面上の雰囲気中の酸素濃度に応じて自動的に制御する
炉内雰囲気制御装置を更に設けることができる。

【００１４】また、前記シャッターは、前記被溶解材料
の自重で開く構造にすることができる。

【００１５】更に、前記酸化滓排除装置は、前記溶湯の
噴流を利用して前記酸化滓を排除する構造にすることが
できる。

【００１６】

【作用】このように被溶解材料供給部に、被溶解材料を
溶解炉内に投入する時にのみ開口するシャッターを設け
ることにより、溶解炉内への大気が進入するを最小限に
抑えることができる。また、該被溶解材料供給部にガス
カーテン形成手段を設けることにより、非酸化性のガス
カーテン形成用ガスの吹出しによって溶解炉内への大気
の進入を遮断することができる。従って、被溶解材料供
給部から大気が溶解炉内に侵入するのを可及的に抑制す
ることができる。

【００１７】また、シールドガス供給配管から供給する
非酸化性のシールドガスにより溶解炉内の溶湯面上をシ
ールドするため、溶解炉内の酸素濃度を十分低く維持す
ることができ、酸化滓の発生を最小限に抑制することが
できる。

【００１８】また、被溶解材料が落下する位置には、酸
化滓を排除するための酸化滓排除装置が設けられている
ので、被溶解材料は溶湯に直接加熱されて短時間内に溶
解し、従来のように未溶解の状態で堆積することはなく
なる。それ故、溶解炉内で被溶解材料が溶解前に酸化す
ることによって酸化滓が増加することもなくなる。

【００１９】ガスカーテン形成用ガスの流量，シールド
ガスの流量のいずれか一方あるいは両方を溶解炉内の溶
湯面上の雰囲気中の酸素濃度に応じて自動的に制御する
炉内雰囲気制御装置を設けることにより、ガスカーテン
形成用ガスの流量，シールドガスの流量の制御を溶解炉
内の溶湯面上の雰囲気中の酸素濃度に応じて自動的に容
易に行なうことができる。

【００２０】シャッターを被溶解材料の自重で開く構造
にすることにより、シャッターに駆動装置を設ける必要
がなくなり、装置の簡略化を図ることができる。

【００２１】また、酸化滓排除装置を、溶湯の噴流を利
用して酸化滓を排除する構造にすることにより、被溶解
材料を押し込む機構を省略できると共に投下された被溶
解材料を直ちに溶湯に接触させて加熱することができ
る。このため被溶解材料は溶湯に直接加熱されて短時間
内に溶解し、従来のように未溶解の状態で堆積すること
はなくなる。それ故、溶解炉内で被溶解材料が溶解前に
酸化することによって酸化滓が増加することもなくな
る。

【００２２】

【実施例】図１は、鉛合金よりなる被溶解材料の溶解装
置に適用した本発明に係る溶解装置の一実施例を示した
ものである。該溶解装置は準密閉構造の溶解炉１を備
え、該溶解炉１の内面には浴槽２が設けられ、該溶解炉
１の上部は蓋３で覆われている。該蓋３には管状の被溶
解材料供給部４が設けられ、該被溶解材料供給部４から
スクラップ材よりなる被溶解材料５が炉内に供給される
ようになっている。

【００２３】被溶解材料供給部４には、被溶解材料５を
溶解炉１内へ供給するための被溶解材料投入通路６が設
けられている。該被溶解材料投入通路６の内径は、被溶
解材料５の寸法を考慮した上でできるだけ小さくなるよ
うに設計されている。また、該被溶解材料供給部４の内
部には、シャッター７及びノズルよりなるガスカーテン
形成手段８が設けられている。シャッター７は、溶解炉
１内への大気の侵入を遮断するためのもので、被溶解材
料５の自重によってその通過する時のみ開くよう形成さ
れている。ガスカーテン形成手段８は、ここからＮ₂ の
如き非酸化性のガスカーテン形成用ガスを噴出させて、
被溶解材料投入通路６にガスカーテン９を形成する。該
ガスカーテン９は、溶解炉１内への大気の侵入を遮断す
るためのものであるが、気体のカーテンであるためこの
部分を被溶解材料５が通過する際の障害にはならない。
ガスカーテン形成手段８は、必ずしも図１に示した位置
ばかりでなく、シャッター７の上下等必要に応じて複数
の位置に設けることができる。

【００２４】溶解炉１内には、投入された被溶解材料５
を直接加熱するシース形の電気ヒーター１０が設けら
れ、該ヒーター１０は、通電制御部１０Ａからの通電に
より発熱して被溶解材料５が加熱され、その溶解により
溶湯１１が形成されるようになっている。なお、１２は
溶湯１１の表面に載って存在している酸化滓（被溶解材
料の酸化によって生じたも）である。

【００２５】蓋３には、被溶解材料供給部４のほかに、
溶湯１１の表面をシールドするためのＮ₂ の如き非酸化
性のシールドガスを供給するシールドガス供給配管１３
及び溶解炉１内の雰囲気中の酸素濃度を検知するための
酸素濃度センサ１４が取付けられている。酸素濃度セン
サ１４は炉内雰囲気制御装置１５に接続されている。該
炉内雰囲気制御装置１５は、酸素濃度センサ１４から与
えられる溶解炉１内の溶湯１１の表面上の雰囲気中の酸
素濃度信号に応じてガスカーテン形成用ガスの流量，シ
ールドガスの流量のいずれか一方あるいは両方を自動的
に制御するようになっている。

【００２６】また、溶湯１１中には温度センサ１６が上
部から挿入され、該温度センサ１６は溶解炉１の上部外
面に設置された温調装置１７に接続されている。該温調
装置１７は温度センサ１６からの温度信号により通電制
御部１０Ａに制御信号を送り、通電量を制御して電気ヒ
ーター１０の温度を所定の温度に自動制御するようにな
っている。

【００２７】本発明の最も大きな特徴点として、該溶解
装置は溶解炉１内の溶湯１１中に酸化滓排除装置１８が
設けられている。この酸化滓排除装置１８は、溶湯１１
の表面上に存在する酸化滓１２を溶湯１１の噴流１１ａ
で突き破って溶湯１１を露出させるようにようになって
いる。溶湯１１を露出させる噴流１１ａは、被溶解材料
供給部４の直下に位置するようになっている。本実施例
の酸化滓排除装置１８は、先端に溶湯１１を上向きに噴
出させる上向きのノズル１８ａを有するＬ形のダクト１
８ｂと、該ダクト１８ｂ内で回転して溶湯１１をノズル
１８ａに送るポンプ１８ｃと、溶解炉１の外の上部で該
ポンプ１８ｃを回転軸１８ｄを介して回転するモータ１
８ｅとで構成されている。

【００２８】浴槽２の底部には、溶湯１１の排出口１９
が形成され、この排出口１９からパイプライン２０を経
て各鋳造機へ溶湯１１が供給されるようになっている。

【００２９】次に、図１に示した本実施例の溶解装置
と、上部が開口し被溶解材料の押込み装置を有する従来
形の溶解装置を所定の時間運転し、その間に発生した酸
化滓の量と被溶解材料の溶解速度等を比較した。

【００３０】本実施例の溶解装置の詳細は次の通りであ
る。溶解炉１の浴槽２は 550× 500× 400mmで、溶解能
力は公称1.0 ｔ、電気ヒーター１０は溶湯１１を直接加
熱する、いわゆる投込みタイプで、容量は 200Ｖ− 18
kW、最高加熱温度は 600℃である。

【００３１】被溶解材料供給部４の本体は肉厚５mm，内
径 150mm，高さ 650mmの軟鋼製の円筒で、内部の被溶解
材料投入通路６の上端から50mmの位置にガスカーテン形
成手段８を有している。該ガスカーテン形成手段８は、
外径15mm，内径14mmのステンレス鋼製のパイプを内径 1
18mmのリング状に加工したもので、その内側（対向面）
に直径１mmのガス吹出し口が約６mmピッチで20個設けら
れた構造になっている。ガスカーテン９は、15 l／分の
Ｎ₂ ガスを流すことにより形成した。

【００３２】シャッター７は被溶解材料投入通路６の上
端から160mm の位置に設けた。該シャッター７は直径14
6mm ，厚さ0.3mm のステンレス鋼製円板で、これを二分
する軸７ａを中心に滑らかに回転する状態で被溶解材料
供給部４の円筒内部に取付けられている。このシャッタ
ー７は通常は水平状態、すなわち被溶解材料投入通路６
を閉じるように位置しており、被溶解材料投入通路６の
上端から供給された被溶解材料５が落下して到達した時
にその重量で回転して、該被溶解材料投入通路６を開く
ように作動する。

【００３３】溶湯１１の表面上へシールドガスを供給す
るためのシールドガス供給配管１３は、外径10mm，内径
９mmのステンレス鋼製で、これにより40 l／分のＮ₂ ガ
スをシールドガスとして流した。

【００３４】酸化滓排除装置１８は、先端に上向きのノ
ズル１８ａを有するダクト１８ｂ内にポンプ１８ｃで溶
湯１１を押込み、それをノズル１８ａから吹き出させて
噴流１１ａを形成するものである。図示しない複数個の
液面センサと組合わせ、中央部での高さが溶湯１１の表
面より約50mm，直径が約 100mmの噴流１１ａが常時形成
されるようにポンプ１８ｃの出力を調整した。

【００３５】従来型の溶解装置の概要は次の通りであ
る。浴槽の寸法や電気ヒーターの容量等は本発明の溶解
装置と全く同じである。異なる点は、（１）浴槽の上部
が全面開口していること、（２）溶湯の酸化防止のため
のシールドガスを供給する等の設備は一切有していない
こと（大気中溶解）、（３）被溶解材料を溶湯中に押込
む押込み装置を備えており、１回／分の頻度で酸化滓上
に堆積した被溶解材料を溶湯中に押込む操作がなされ
る、等である。

【００３６】上述した２種類の溶解装置を溶湯温度 500
±10℃で運転し、所定量の被溶解材料５を所定の速度で
供給した場合の酸化滓１２の発生量，被溶解材料５の溶
解速度等を比較した。その結果を、図２及び表１に示し
た。

【００３７】図２は、本発明に係る溶解装置の大きな特
徴である酸化滓排除装置１８の効果を示したものであ
る。即ち、ガスカーテン９の形成に15 l／分、溶湯１１
の表面のシールド用として35 l／分の流量のＮ₂ ガスを
流しながら、毎分一定量の被溶解材料５を投入する方法
で本発明の溶解装置を運転した際に、酸化滓排除装置１
８を作動させた場合と、させなかった場合とで被溶解材
料５の溶解速度がどのように変化するかを調べた結果で
ある。なお、被溶解材料５の材質は、Ｐｂ−0.09Ｃａ−
0.9 Ｓｎ合金である。酸化滓排除装置１８を作動させた
場合には、前述したように被溶解材料５が溶湯１１上で
有効に加熱されて直ちに溶解するため、約１ｔの被溶解
材料５を所定の溶解速度20kg／分で滞ることなく溶解で
きた。しかしながら、酸化滓排除装置１８を作動させな
かった場合には、被溶解材料５の累積投入量が 400kgに
達するあたりから急速に溶解速度が低下し始め、約 800
kg以降は被溶解材料５が酸化滓１２上に堆積するだけで
ほとんど溶解できない状態に陥ってしまった。

【００３８】表１は、約１ｔのＰｂ−0.09Ｃａ−0.9 Ｓ
ｎ合金の被溶解材料５を溶解した場合の酸化滓１２の発
生量を、本発明の溶解装置と従来の溶解装置について比
較した結果である。

【００３９】

【表１】 該表１から明らかなように、本発明の溶解装置を使用し
た場合には酸化滓１２の発生量は約１／４に減少してお
り、本発明の溶解装置が極めて有効であることが証明さ
れた。

【００４０】以下、本願明細書に記載下複数の発明のう
ち、いくつかの発明についてその構成要件を以下に記
す。

【００４１】（１） 溶解炉内に被溶解材料を投入して
加熱することにより溶解を行う溶解装置において、前記
被溶解材料を前記溶解炉内に投入する時にのみ開口する
シャッター及び非酸化性のガスカーテン形成用ガスの吹
出しにより前記溶解炉内への大気の進入を遮断するガス
カーテンを形成するガスカーテン形成手段を有する被溶
解材料供給部と、前記溶解炉内の溶湯面上をシールドす
るための非酸化性のシールドガスを供給するシールドガ
ス供給配管と、前記被溶解材料が落下する位置にある酸
化滓を前記溶湯の噴流を利用して排除するための酸化滓
排除装置とを備えたことを特徴とする溶解装置。

【００４２】（２） 前記ガスカーテン形成用ガスの流
量，前記シールドガスの流量のいずれか一方あるいは両
方を前記溶解炉内の溶湯面上の雰囲気中の酸素濃度に応
じて自動的に制御する炉内雰囲気制御装置を備えたこと
を特徴とする第１項に記載の溶解装置。

【００４３】（３） 前記シャッターが前記被溶解材料
の自重で開く構造になっていることを特徴とする第１項
又は第２項に記載の溶解装置。

【００４４】（４） 前記酸化滓排除装置が、ポンプで
形成した前記溶湯の噴流を利用して前記被溶解材料が落
下する位置にある酸化滓を排除する構造になっているこ
とを特徴とする第１項，第２項又は第３項のいずれか１
つに記載の溶解装置。

【００４５】（５） 前記酸化滓排除装置は、先端に前
記溶湯を上向きに噴出させる上向きのノズルを有するＬ
形のダクトと、該ダクト内で回転して前記溶湯を前記ノ
ズルに送るポンプと、前記溶解炉の外の上部で前記ポン
プを回転軸を介して回転するモータとで構成されている
ことを特徴とする第１項，第２項又は第３項のいずれか
１つに記載の溶解装置。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る溶解装
置によれば、下記のような優れた効果を達成することが
できる。

【００４７】本発明に係る溶解装置では、被溶解材料供
給部に、被溶解材料を溶解炉内に投入する時にのみ開口
するシャッターを設けたので、溶解炉内への大気が進入
するを最小限に抑えることができる。また、該被溶解材
料供給部にガスカーテン形成手段を設けたので、非酸化
性のガスカーテン形成用ガスの吹出しによって溶解炉内
への大気の進入を遮断することができる。従って、被溶
解材料供給部から大気が溶解炉内に侵入するのを可及的
に抑制することができる。

【００４８】また、シールドガス供給配管から供給する
非酸化性のシールドガスにより溶解炉内の溶湯面上をシ
ールドしているので、溶解炉内の酸素濃度を十分低く維
持することができ、酸化滓の発生を最小限に抑制するこ
とができる。

【００４９】また、溶解炉内で被溶解材料が落下する位
置には、酸化滓を排除するための酸化滓排除装置が設け
られているので、投入された被溶解材料は溶湯に直接加
熱されて短時間内に溶解し、従来のように未溶解の状態
で酸化滓上に堆積することはなくなる。それ故、溶解炉
内で被溶解材料が溶解前に酸化することによって酸化滓
が増加することもなくなる。

【００５０】従って、本発明に係る溶解装置によれば、
被溶解材料の溶解に伴って発生する酸化滓の発生量を大
幅に減らすことができ、これによって工場内での原料の
有効活用が図られ大きな経済的効果がもたらされるばか
りでなく、産業廃棄物の削減がなされ、ひいては地球環
境の保全に役立つこととなる。以上のことから、本発明
に係る溶解装置の工業的価値は甚大である。

【００５１】また本発明では、ガスカーテン形成用ガス
の流量，シールドガスの流量のいずれか一方あるいは両
方を溶解炉内の溶湯面上の雰囲気中の酸素濃度に応じて
自動的に制御する炉内雰囲気制御装置を設けることによ
り、ガスカーテン形成用ガスの流量，シールドガスの流
量の制御を溶解炉内の溶湯面上の雰囲気中の酸素濃度に
応じて自動的に容易に行なうことができる。

【００５２】また、シャッターを被溶解材料の自重で開
く構造にすることにより、シャッターに駆動装置を設け
る必要がなくなり、装置の簡略化を図ることができる。

【００５３】また、酸化滓排除装置を、溶湯の噴流を利
用して酸化滓を排除する構造にすることにより、被溶解
材料を押し込む機構を省略できると共に投下された被溶
解材料を直ちに溶湯に接触させて加熱することができ
る。このため投入された被溶解材料は溶湯に直接加熱さ
れて短時間内に溶解し、従来のように未溶解の状態で酸
化滓上に堆積することはなくなる。それ故、溶解炉内で
被溶解材料が溶解前に酸化することによって酸化滓が増
加することもなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る溶解装置の一実施例の概略構成を
示す縦断面図である。

【図２】本発明に係る溶解装置がもつ特徴的な装置であ
る酸化滓排除装置の有効性を示した図である。

【符号の説明】

１ 溶解炉 ２ 浴槽 ３ 蓋 ４ 被溶解材料供給部 ５ 被溶解材料 ６ 被溶解材料投入通路 ７ シャッター ８ ガスカーテン形成手段 ９ ガスカーテン １０ 電気ヒーター １０Ａ 通電制御部 １１ 溶湯 １１ａ 噴流 １２ 酸化滓 １３ シールドガス供給配管 １４ 酸素濃度センサ １５ 炉内雰囲気制御装置 １６ 温度センサ １７ 温調装置 １８ 酸化滓排除装置 １８ａ ノズル １８ｂ ダクト １８ｃ ポンプ １８ｄ 回転軸 １８ｅ モータ １９ 排出口 ２０ パイプライン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解炉内に被溶解材料を投入して加熱す
   ることにより溶解を行う溶解装置において、 前記被溶解材料を前記溶解炉内に投入する時にのみ開口
   するシャッター及び非酸化性のガスカーテン形成用ガス
   の吹出しにより前記溶解炉内への大気の進入を遮断する
   ガスカーテンを形成するガスカーテン形成手段を有する
   被溶解材料供給部と、 前記溶解炉内の溶湯面上をシールドするための非酸化性
   のシールドガスを供給するシールドガス供給配管と、 前記被溶解材料が落下する位置にある酸化滓を排除する
   ための酸化滓排除装置とを備えたことを特徴とする溶解
   装置。
2. 【請求項２】 前記ガスカーテン形成用ガスの流量，前
   記シールドガスの流量のいずれか一方あるいは両方を前
   記溶解炉内の溶湯面上の雰囲気中の酸素濃度に応じて自
   動的に制御する炉内雰囲気制御装置を備えたことを特徴
   とする請求項１に記載の溶解装置。
3. 【請求項３】 前記シャッターが前記被溶解材料の自重
   で開く構造になっていることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の溶解装置。
4. 【請求項４】 前記酸化滓排除装置が、前記溶湯の噴流
   を利用して前記酸化滓を排除する構造になっていること
   を特徴とする請求項１，２，３のいずれか１つに記載の
   溶解装置。