JPH10311687A - 金属溶解炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い熱効率で溶解するため、予熱部から溶解
部への金属原料の投入速度を最適な量に常に制御可能と
するとともに、炉の制御部を損耗することなく、制御を
容易に操作し得る酸素バーナーのみによる金属溶解炉の
提供。 【解決手段】 酸素バーナー１を備えた溶解部２の上方
に、金属原料を予熱する予熱部３を、溶解部２及び予熱
部３の内径より小径の絞り部６を介して一体に連設する
とともに、絞り部６または予熱部３下部に冷却水が流水
している水冷ピン４を、炉内への差し込み長さを調整可
能なように複数本設けてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属溶解炉に関
し、詳しくは鉄、銅、アルミニウム等のスクラップや、
地金等を酸素あるいは酸素富化空気を支燃性ガスとした
酸素バーナーのみで溶解する金属溶解炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸素あるいは酸素富化空気を支燃性ガス
とする酸素バーナーで化石燃料を燃焼させて、その燃焼
熱で鉄、銅、アルミニウム等のスクラップや地金を溶解
させる金属溶解炉は従来より知られている。このような
金属溶解炉としては、例えば、特開昭５６ー５０１８１
０号公報、特開平１ー２１５９１９号公報、特開平２ー
９３０１２号公報、特開平５ー２７１８０４号公報、及
び特開平５ー２７１８０７号公報等に記載されている。

【０００３】しかるに、これらに記載されている金属溶
解炉では、酸素バーナーで金属原料を予熱する予熱部を
備えてはいるが、前記特開昭５６ー５０１８１０号公報
や、特開平１ー２１５９１９号公報に記載されている溶
解炉にあっては、溶解部の上方に開閉可能な鉄格子を設
けて、これを介して上方に予熱部を設けている。しかし
このような溶解部の上方に鉄格子を設けたものは、鉄格
子が高熱に曝されるために水冷等で冷却する必要があ
り、水冷による熱損失が大きいだけでなく、厳しい環境
下にあるために水漏れや鉄格子の開閉に異常を惹起する
ことがある等の欠点を有していた。

【０００４】また、前記特開平５ー２７１８０７号公報
に開示されている溶解炉は、いわゆる反射炉形式のもの
であり、金属原料は炉の側壁に設けられた傾斜通路を通
って重力で溶解部に投入され、この間この傾斜通路で溶
解炉からの排ガスで予熱されるものである。しかしこの
溶解炉にあっては高温の排ガスが予熱部である傾斜通路
の天井部に沿った上部側空間を流れる傾向にあるため、
下部通路を落下する金属原料を効率よく充分に予熱する
ことが困難であり、また自然落下で金属原料を投入する
ためにその量を調節して熱効率良く溶解するための制御
も困難であった。

【０００５】即ち、予熱部を一体にして設けた溶解炉で
は、予熱部から溶解部への金属原料の時間当たりの投入
量と、溶解部での溶解速度がほぼ同等であることが熱効
率良く溶解する上で好ましい。溶解部への金属原料の投
入量が多すぎると溶解部の下部に溶解金属と未溶解金属
とが混在し、更には炉底からの熱損失で溶解金属が再固
化する現象が生じることもある。また逆に溶解部への金
属原料の投入量が少ないと金属原料の投入処理に要する
時間が長くなるため必要以上にエネルギーを消費するこ
ととなる。

【０００６】そこで本出願人は、上記した問題を解決す
るため、酸素バーナーを備えた溶解部の上方に金属原料
を予熱する予熱部を一体に連設するとともに、溶解部と
予熱部との間に溶解部及び予熱部の内径よりも小さな内
径の絞り部を設け、そして予熱部の断面積が絞り部の断
面積の１．４〜５倍になるように設定したことを特徴と
する金属溶解炉についての発明を特許出願した（特願平
７ー２０２５０８号）。これにより溶解部での金属材料
の溶解に伴って予熱部で予熱された金属原料を溶解部に
最適な量に制御して自然落下せしめて、熱効率良く金属
を溶解することを可能にしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た絞り部のみを設けた発明では、絞り部の口径は固定し
て建造されていて、炉の長時間の運転に伴って絞り部を
形成している耐火物が損耗し、これにより絞り部の口径
がだんだん大きくなり、予熱部の断面積と絞り部の断面
積との比が前述の１．４倍以下の小さな値になってしま
って熱効率が悪化して行く問題があった。また、前記し
た比１．４〜５倍の範囲の値でも、溶解のために一番熱
効率の良い比が存在するものであるが、溶解炉の設計製
作の段階では最適な比になるよう炉を設計することは不
可能であり、１．４〜５倍の範囲の中で適当と思われる
値を経験的に定めて製作しているのが実情である。本発
明は、このようなことより上記問題を解決し、予熱部か
ら溶解部への金属原料の降下量を常に最適な範囲に制御
することができ、酸素バーナーのみで金属原料を熱効率
良く溶解することができる金属溶解炉を提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の金属溶解炉は、請求項１においては、金属原
料を酸素バーナーの火炎で溶解する溶解炉であって、酸
素バーナーを備えた溶解部の上方に、金属原料を予熱す
る予熱部を設けるとともに、溶解部と予熱部の間に、溶
解部及び予熱部の内径よりも小さな内径の絞り部を設け
た金属溶解炉において、前記絞り部または予熱部下部に
水冷した水冷ピンを設けたことを特徴とする金属溶解炉
とし、請求項２においては、 絞り部または予熱部下部
に設ける水冷ピンは少なくとも２本またはそれ以上であ
ることを特徴とする請求項１に記載の金属溶解炉とし、
請求項３においては、水冷ピンは、差し込み長さが調節
可能に設けられていることを特徴とする請求項１または
請求項２のいずれか１項に記載の金属溶解炉としたもの
である。また、請求項４においては、予熱部の断面積は
絞り部断面積の１．４〜５倍の範囲であることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の金属溶解炉
とし、請求項５においては、予熱部の実質的な容積は、
前記溶解部の実質的な容積の０．４〜３倍の範囲である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項
に記載の金属溶解炉としたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の金属溶解炉の実施の
形態について、図面により詳細に説明する。図１は本発
明の金属溶解炉の一例を示す縦断面図である。この金属
溶解炉は、酸素または酸素富化空気を支燃性ガスとした
酸素バーナー１の燃焼熱のみで、鉄、銅、アルミニウム
等のスクラップや地金等を溶解再生するためのものであ
って、下部に溶解部２を配し、該溶解部２の上部に溶解
部２より小さな径の筒状体よりなる予熱部３を一体的に
連結して設け、溶解部２と予熱部３との間に絞り部６を
設けたものであり、そして更に絞り部６または予熱部３
下部に水冷ピン４を外側より炉内への差し込み長さを調
整し得るよう可動に設けたものである。

【００１０】前記溶解部２は通常の金属溶解炉、例えば
電気炉等と概略同様の内部形状を有しており、予熱部３
は概略円筒状に形成されている。また、予熱部３の上部
開口３ａには排気口５ａを有する蓋体５が着脱可能に装
着されている。なお、符号Ｒは耐火物よりなる炉壁であ
る。

【００１１】前記水冷ピン４は予熱部３から、溶解部２
での金属原料の溶解に伴って、溶解部２に降下投入する
金属原料の降下投入量を制御するために設けられるもの
で、図１の水冷ピン設置位置のＡ−Ａ横断面図を図示し
た図２の如く、水冷ピン４は３〜４本程度の本数を、そ
れらの先端が予熱部３内の適切な位置に配置し得るよう
図示を省略した駆動装置により炉の径方向に沿って可動
に設置されている。なお駆動装置としては歯車による伝
達移動装置や螺子機構を用いた移動装置等の外に通常一
般に使用されている駆動装置を適宜使用し得る。

【００１２】また水冷ピン４の構造は銅、ステンレス鋼
等の金属製の一端部が閉塞された筒体で、図３に図示す
る横断面図の如くその内部は水冷用の冷却水Ｗの流入路
４ａと流出路４ｂが仕切って設けられていて、開口端よ
り常に冷却水Ｗが矢印に従って流水されて冷却するよう
になっている。このような構造の水冷ピン４は前記した
通り、絞り部６または予熱部３下部に配設されて、この
水冷ピン４が金属原料の予熱部３より溶解部２への降下
の邪魔をし、金属原料の溶解部２への落下量が制御さ
れ、降下投入量の調整効果が得られる。

【００１３】前記酸素バーナー１は、必要とする溶解能
力に応じて１本乃至複数本が溶解部２の周壁に設けられ
た挿入孔２ｂに挿入されて設置されるもので、その設置
位置は溶解部２の大きさ等により炉壁の垂直部あるいは
溶解部２の天井部の適当な位置に設置することができ
る。また、酸素バーナー１は溶解部２内に投入された金
属原料を溶解部２の底部側から溶解させることが出来る
ように、火炎の噴出方向が溶解部２の底部に向くように
配設されており、そして図示していない径路から重油や
微粉炭等の燃料と支燃性ガスとがそれぞれ溶解部２に導
入されている。

【００１４】このように酸素バーナー１のみで金属原料
を溶解する溶解炉において、水冷ピン４を絞り部６また
は予熱部３下部に炉内に臨むように、適宜適切な位置に
して配設することにより、予熱部３から溶解部２に降下
投入する金属原料の量を最適な状態に制御することが出
来る。しかも従来の水漏れや、開閉操作に問題が生ずる
鉄格子を設けることなく、安全かつ極めて操作容易に制
御可能となる。また、絞り部６と水冷ピン４とを併用す
ることにより、従来の炉内に耐火物で絞り部のみを設け
た溶解炉での如く、絞り部の経時による損耗で絞り部の
径が過大になって、予熱部から溶解部への降下量が増加
して、降下量と溶解処理量とのバランスが失われるよう
なこともない。

【００１５】更に、水冷ピンのみ単独使用の場合には、
予熱部内のスクラップの如き金属原料の重量が大である
ため、水冷ピン及び水冷ピン取り付け部を高強度に強化
して保持することが必要となり、高価な材料の使用や複
雑な構造とすることとなるが、本発明は絞り部６と水冷
ピン４とを併用することとしたので、低コストの材料を
使用することが可能となり、かつ水冷ピン４取り付け部
の構造を簡素化することができる。

【００１６】また、本発明の金属溶解炉では、水冷ピン
４の先端位置を自由に調整出来るので溶解の効率が一番
高い状態で金属原料の溶解部２への降下投入量を制御し
得て、それ故、金属原料の予熱、溶解を極めて効率よく
行うことが出来る。なお、上記構造の本発明の金属溶解
炉における予熱部３の下部に挿入される水冷ピン４の差
し込み長さは、水冷ピンの配設本数、炉の処理能力、酸
素バーナーの能力、金属原料の種類、溶解部２及び予熱
部３の大きさ等によって定まり、適宜適切に設定するこ
とが可能である。更に、絞り部６の断面積は、［予熱部
３の断面積］／［絞り部６の断面積］＝１．４〜５の範
囲になるよう選択することが好ましい。それは、１．４
以下の値になると落下速度が速すぎとなり、また、５以
上の値になると落下し難くなる等、それぞれ不都合が生
じるからである。

【００１７】また、予熱部３の実質的容積と溶解部２の
実質的容積の関係も、溶解能力に大きな影響を与える。
このため予熱部３の実質的容積は、溶解部２の実質的容
積の０．４〜３倍、好ましくは０．５〜２倍の範囲にな
るよう設定することが必要である。そして予熱部３の実
質的容積が上記溶解部２の実質的容積の０．４倍以下の
小さい値の場合は、金属原料の大部分をほとんど予熱を
経ずに溶解部２に降下して直接溶解することとなり、逆
に予熱部３の実質的容積が溶解部２の実質的容積の３倍
以上の大きな値の場合には、投入した熱エネルギーの大
部分が予熱に消費されることになる。このようなことよ
り、前記いずれの場合にも、溶解のための熱効率は低下
する傾向となる。なお、前記した実質的容積とは、溶解
処理を開始する前にスクラップ等の金属原料を予熱部３
の上部開口３ａから投入した時に、この金属原料が溶解
部２内及び予熱部３内にそれぞれ存在する体積に相当す
るものであり、寸法から算出した容積とは異なるもので
ある。

【００１８】

【実施例】以下本発明の金属溶解炉についての実施例を
説明する。なお、実施例として本発明の水冷ピン４の効
果を確認するために行った実施例１と、本発明の金属溶
解炉の適切な予熱部３の実質的容積と溶解部２の実質的
容積との関係と熱効率についてを確認した実施例２との
２例について説明する。

【００１９】［実施例１］鉄スクラップ１トンを溶解す
るのに適した大きさの溶解炉を用いて、本発明の金属溶
解炉の水冷ピンの効果を確認する実験を行った。 ◎金属溶解炉の諸元 ○溶解部２：全高８０ｃｍ、内径９０ｃｍ。 ○予熱部３：高さ２７５ｃｍ、内径５０ｃｍ。 ○絞り部６：内径４２ｃｍ、［予熱部断面積］／［絞り
部断面積］＝１．４ ○この溶解炉で鉄１トン溶解すると最終湯面高さは２２
ｃｍとなる。 ◎水冷ピン４の諸元 ○外径５０ｍｍで銅製のものを３本使用する。 ○設置位置：予熱部３の基部より２０ｃｍ上方位置に概
略正３角形の角部に位置して炉心に向けて水平に設置
し、予熱部３内への挿入差し込み長さ７ｃｍと１０ｃｍ
の長さを変化させて行った。 ◎酸素バーナー１の諸元 ○微粉炭を燃料として、約６００℃の高温の酸素を支燃
性ガスとしたバーナーを３本使用する。 ○設置位置：溶解部２の天井部に３方向から、水平に対
して約６０度傾斜させた状態で炉底中心方向に向けてそ
れぞれ設置した。 ○火炎温度：最高温部の温度約２５００℃である。

【００２０】上記条件でスクラップの金属原料を１トン
投入すると、最初に溶解部２と予熱部３に存在するスク
ラップ金属原料の量はおおよそ１：１となっており、お
およそ５００Ｋｇが溶解部２及び予熱部３に存在してい
た。このような本発明の金属溶解炉によりヘビー屑１ト
ンを溶解し、水冷ピン４の予熱部３内への差し込み長さ
を７ｃｍと１０ｃｍの時の溶解時間（分）と熱効率
（％）を得た。その結果を表１に本発明の実施例の１〜
２として表示する。なお、本発明の水冷ピンの設置効果
を確認するため比較例として溶解炉の諸元・条件は上記
本発明の実施例と同一とし、水冷ピンに代えて従来用い
られていた予熱部と溶解部の間に絞り部のみを設けて、
これらを一体にして連設した溶解炉を使用した。そして
溶解部の内径を一定にして絞り部の径が、［溶解部断面
積］／［絞り部断面積］＝１．２〜６になるよう７つの
段階に変化せしめて設定して、同様にヘビー屑１トンを
溶解するのに必要な溶解時間（分）と熱効率（％）を表
１に比較例として３〜９で表示する。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から明らかなように、本発明の金属溶
解炉の実施例における１及び２においては、その熱効率
は５３％、５４％といずれも５０％以上の値を示し、そ
して比較例における一番熱効率の高い５３％の値を示し
た比較例７の［溶解部断面積］／［絞り部断面積］＝
１．５と同等またはそれ以上の熱効率が得られ、また溶
融時間も比較例では得られない短い時間に短縮され、本
発明の水冷ピン４を設けた金属溶解炉の効果が確認され
た。

【００２３】［実施例２］次に本発明の水冷ピン４を配
設した金属溶解炉が、より高い熱効率で溶解処理するた
めには、［予熱部３の実質的容積］／［溶解部２の実質
的容積］の容積比率を如何なる値にすることが好ましい
かを実験により求めた。この場合溶解部２の容積を変化
させて行ったが、この溶解部２の容積の変化は内径を一
定にして、その高さを変えることによって行った。ま
た、水冷ピン４の挿入位置、使用本数、配置等は実施例
１と同様であり、そして予熱部３内への水冷ピン４の差
し込み長さは１０ｃｍとした。なお、その他酸素バーナ
ー等の諸元等も実施例１と同じ条件で行った。かかる条
件のもとに、１トンのヘビースクラップ屑を［予熱部３
の実質的容積］／［溶解部２の実質的容積］の容積比率
を０．３〜４まで７段階にして変化せしめてそれぞれに
おける溶融時間（分）と熱効率（％）を得た。この結果
を表２に表示する。

【００２４】

【表２】

【００２５】上記表２で明らかなように、予熱部３と溶
解部２との容積比は０．４〜３の範囲で高い熱効率を示
し、更に０．５〜２では５０％を越える高い熱効率が得
られた。従って本発明の金属溶解炉は予熱部の実質的容
積が溶解部の実質的容積の０．４〜３倍の範囲で熱効率
高く、溶融時間も短縮し得てその効果が極めて顕著であ
ることが確認された。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属溶解
炉は、溶解部の上方に予熱部を一体にして連設し、絞り
部または予熱部下部に配設した水冷ピンにより、溶解部
での金属原料の溶解に伴って予熱部から溶解部への金属
原料を降下する量を適切に制御することができて、高い
熱効率で各種金属のスクラップや地金等を酸素バーナー
のみで溶解処理することができ、各種スクラップを低コ
ストで再利用に供することができる。特に、予熱部の実
質的な容積を溶解部の実質的な容積の０．４〜３倍の範
囲にすることにより、小規模な金属溶解炉でも５０％以
上の高い熱効率を達成でき、それ故優れた溶解性能を有
する金属溶解炉として小規模溶解炉への適応が可能とな
り、該種技術分野へ及ぼす影響、効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の金属溶解炉の一例を説明する縦断面
図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ横断面図である。

【図３】 本発明の金属溶解炉の水冷ピンの一例を示す
横断面図である。

【符号の説明】

１ 酸素バーナー、 ２ 溶解部、 ３ 予熱部、 ４
水冷ピン、５ 蓋体、 ６ 絞り部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属原料を酸素バーナーの火炎で溶解す
   る溶解炉であって、酸素バーナーを備えた溶解部の上方
   に、金属原料を予熱する予熱部を設けるとともに、溶解
   部と予熱部の間に、溶解部及び予熱部の内径よりも小さ
   な内径の絞り部を設けた金属溶解炉において、前記絞り
   部または予熱部下部に水冷した水冷ピンを設けたことを
   特徴とする金属溶解炉。
2. 【請求項２】 絞り部または予熱部下部に設ける水冷ピ
   ンは少なくとも２本またはそれ以上であることを特徴と
   する請求項１に記載の金属溶解炉。
3. 【請求項３】 水冷ピンは、差し込み長さが調節可能に
   設けられていることを特徴とする請求項１または請求項
   ２のいずれか１項に記載の金属溶解炉。
4. 【請求項４】 予熱部の断面積は絞り部断面積の１．４
   〜５倍の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれか１項に記載の金属溶解炉。
5. 【請求項５】 予熱部の実質的な容積は、前記溶解部の
   実質的な容積の０．４〜３倍の範囲であることを特徴と
   する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の金属
   溶解炉。