JPS6310356B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はアルミ等の金属の溶湯を溶融状態に
保持したりあるいはそれらの金属材料を溶解させ
る為の金属溶解炉に関する。 従来の金属溶解炉にあつて炉体の側壁に高速燃
焼するガスバーナーを取付けたものはバーナーの
フレームが青色である為、溶湯表面がメタルミラ
ーとなるとその湯面で反射されてしまつて熱吸収
が小さくなつてしまい熱効率が極めて低下する欠
点があり、また上記フレームは極めて高温（例え
ば1300〜1400℃）である為、溶湯あるいは金属材
料を酸化させてメタルロスが増大したりハードス
ポツトを発生させたりする欠点もあつた。 そこで本発明は上述の欠点を除くようにしたも
ので、熱効率が高くしかもメタルロスやハードス
ポツトの発生を低く押え得るようにした金属溶解
炉を提供しようとするものである。 以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。１は炉体で、強固な耐火物で構築された炉壁
や、この炉壁の外側を被覆して熱放散を防止する
断熱材や、炉殻を補強形成する鉄板等の炉材にて
周知の如く構成されている。上記炉体１内におい
て、２は溶湯ａを蓄え得るように形成された保持
室、３は被溶解材料としてのアルミ材Ａを溶解す
る為の溶解室、４は上記アルミ材Ａを予熱する為
の予熱室で、保持室２と溶解室３間、保持室２と
予熱室４間及び溶解室３と予熱室４間は夫々伝熱
性の隔壁５，６，７によつて相互に区画されてい
る。２ａ，３ａ，４ａは各室２，３，４の床面を
示す。上記予熱室４はタワー状に高く形成され、
その上部には材料投入口９が形成されている。こ
の予熱室４の床面４ａは溶解室３の床面３ａと同
じか、これより高くなるように形成されている。
予熱室４の上下長さは作業性を考えた上でできる
限り高くした方が熱交換効率の点で好ましい。１
１は材料投入口９を開閉する為の板状の投入口蓋
で、水平方向に移動自在となつている。投入口蓋
１１には排気口１３が形成されている。１５は上
記溶解室３の側壁３ｂに具備された溶解用のバー
ナで、溶解室３に置かれる材料Ａを加熱し得るよ
うに予熱室４側に向けて横向きにバーナーの軸線
１５ａが略水平となるように配設されている。こ
の溶解用のバーナ１５としては後述の如き構成の
バーナーが用いてあり、またその配設位置の高さ
は床面３ａからバーナー１５の軸線１５ａまでの
高さ寸法が100〜200mm程度となるようにされる。
１６は隔壁７に設けられた連通孔で、上記溶解バ
ーナー１５の加熱ガス（バーナーフレームも含
む）が予熱室４内に流入して予熱室４の下方に置
かれる材料Ａを溶解可能に設けられている。また
この連通孔１６は予熱室４下部で溶解された溶湯
が予熱室４内に溜まることなく溶解室３内に流れ
込むように隔壁７の最下部に設けられている。１
７は上記保持室２の側壁２ｂに具備された保持用
のバーナーで、保持室２に蓄えられる溶湯ａの上
面が冷却するのを防止して保温し得るように配設
されている。この保持用バーナー１７としては後
述の如き構成のバーナーが用いてあり、そのバー
ナーの軸線１７ａは水平（溶湯ａの湯面に対し平
行）となるようにしてある。またその高さ（溶湯
ａの湯面a′からバーナー１７の軸線１７ａまでの
高さ）は150〜300mm程度の範囲内で設定される。
更にまたこのバーナー１７の向きは、バーナー１
７の長いフレーム（第３図符号５１参照）が矢印
（第１図）で示すように保持室２内の溶湯ａの湯
面a′及び保持室２の内側面に沿つて延びるように
なつている。また上記保持バーナー１７は保持室
２内の溶湯ａの温度を一定に保つ為に後述の汲出
室に設けられた熱電対から成る温度計（図示省
略）の指示によつて点火、消火が自動的に行われ
るようになつている。１８は隔壁５に設けられた
連通孔で、溶解室３から保持室２に向けて溶湯が
流れ得るように隔壁５の最下部に形成されてい
る。１９は汲出室で、上方が汲出口２０として開
放されている汲出室壁２１によつて構成され、上
記保持室２とは炉体１の一部から成る隔壁２２に
よつて区画されている。上記汲出室壁２１は上記
炉体１と一体に構成され、かつその炉体１と同じ
く断熱構造に構成されている。上記汲出室１９の
汲出口２０は蓋２０ａによつて塞ぎ得るようにな
つている。２３は保持室２と汲出室１９との連通
孔で、保持室２内に蓄えられる溶湯ａの常態での
上面よりも下方位置に設けられている。２４，２
５，２６は夫々保持室２、溶解室３、予熱室４の
各側壁に形成された作業口で、夫々各室の全域の
点検、監視、清掃を容易に行えるように充分な大
きさに形成されており、開閉自在の扉２７，２
８，２９によつて閉ざされている。次に上記溶解
用或いは保持用のバーナー１５，１７として用い
られているバーナーの構成を示す第５図について
説明する。３０はバーナー、３１はバーナー３０
が取付けられるべき炉体の側壁（前記側壁３ｂあ
るいは２ｂ）の存在を示す。上記バーナー３０に
於て、３２はバーナープレートで取付ボルト３３
によつて側壁３１に取付けてある。３４は本体
で、フランジ３４ａを介してプレート３２に固定
してある。３５は本体内部に具備された空気案内
筒を示す。３６は本体３４の周壁の一部に形成さ
れた空気供給口で、ここには周知の如くバルブ等
の空気量調節具を介して図示外の空気供給装置が
接続される。３７は空気案内路で、案内筒３５の
周囲に環状に形成されており、環状の連通部３７
ａを介して案内筒３５の内部と連通している。３
８はプレート３２に取付けられたバーナータイル
で筒状に形成されており、その元部３８ａの内径
は案内筒３５の内径と同径に形成され、先部３８
ｂに至る程ゆるやかに径が大きくなるように形成
してある。尚この径の大きくなる程度は、空気を
後述の如く筒状の層流として流し得るように、元
部３８ａの径あるいは流す空気量に対応して設計
されるものである。４０はガス案内管固定金具
で、環状に形成され本体３４に固定してある。４
１はガス案内管で筒状に形成され固定金具４０に
取付けてある。この案内管４１は元部４１ａと、
先に至る程ゆるやかに減径するテーパー部４１ｂ
と、先部４１ｃとから成り、先部４１ｃはバーナ
ータイル３８における元部３８ａの平行筒状部分
の内側に位置している。４２は固定金具４０に取
付けたガス送入部材で、筒状に形成され、その外
周の一部にはガス供給口（一次ガス供給口）４３
が備えられている。このガス供給口４３には周知
の如くバルブ等のガス量調節具を介して図示外の
ガス供給装置が接続される。４４は案内路で、環
状の空間となつている。４５は部材４２に取付け
た二次ガス吹出筒で、その先部は案内管４１の先
部４１ｃにおけるテーパー部４１ｂとの境界近く
の部分の内側に位置している。４６はガス供給口
（二次ガス供給口）で、これは図示外のバルブ等
のガス量調節具を介して、上記のガス供給装置
（個別のガス供給装置でも可）に接続される。４
７はこのバーナーにおけるフレームの吹出口で２
重管構造となつており、バーナータイル３８の元
部３８ａとガス案内管４１との間に形成された空
気の流通路４８と、ガス案内管４１における先部
４１ｃ内の空間のガス流通路４９とを有してい
る。 次に上記構成のバーナー３０の作用を説明す
る。ガス供給装置及び空気供給装置から夫々燃料
ガス（天然ガス、LPG、都市ガス等）及び空気
を各々の供給口４３，３６に供給し、それらを
夫々流通路４９，４８から吹き出させると共に、
上記吹き出されたガスに図示外の周知の着火装置
により着火することにより、吹出口４７からバー
ナー３０の軸線３０ａに沿つてバーナー３０から
離れる方向（第５図における左方向）に吹き出す
バーナーフレームが形成される。この場合、供給
口３６に供給された空気は案内路３７を通つて連
通部３７ａの全周から案内筒３５とガス案内管４
１の元部４１ａとの間の筒状の流通路５０に流入
し、この流入路５０を通つて流通路４８に至る。
空気はこれらの流通路５０，４８を流通する過程
でその流れがバーナー３０の軸線３０ａに沿つて
第５図左方に向かう一様な流れとなり、流通路４
８の先から筒状の空気流（層流）となつて軸線３
０ａに沿つて流出する。一方供給口４３に供給さ
れたガスは、案内路４４を通つてガス案内管４１
内に流入する。このガス案内管４１内を通る過程
で軸線３０ａに沿つて第５図左方に向かう一様な
流れとなり、流通路４９の先から前記筒状の空気
流の中に送り出される。この送り出されたガスは
上記筒状の空気の流れに引かれるようにして軸線
３０ａに沿つて進む。その進む過程でガスは周囲
から少しずつ空気と混合して緩やかに燃焼し上記
バーナーフレームが形成される。ガスの燃焼が上
記のようにして行なわれる為、燃焼状態は完全燃
焼でバーナーフレームの長さは非常に長くなり、
またその温度は低く（フレームのいずれの箇所に
おいても1000〜1100℃程度）て赤火焔（黄橙乃至
橙赤色）となり、多量の赤外線を放出する。更に
また燃焼騒音も静か（例えば70〜75dB）である。 次に、上記燃焼状態やフレームの長さの微調整
を行ないたい場合には、二次ガス供給口４６への
ガス供給を行なつたりあるいはその供給量を調整
することによつてその目的を達成できる。この場
合、供給口４６に供給されたガスは二次ガス吹出
筒４５を通つて流通路４９に滑らかに流出し、前
記のガス（一次ガス）と共に流通路４９から一様
な流れのガス流となつて前記筒状の空気流の中に
流出する。 次に上記バーナーの容量と、上記空気及びガス
の流量あるいは流速と、フレーム長との例を示せ
ば第１表の通りである。

【表】

【表】 次に、上記のようなバーナーが装着された前記
の金属溶解保持炉を用いてアルミ材Ａを溶解保持
する場合の使用例について説明する。先ず溶解バ
ーナー１５と保持バーナー１７に点火して溶解室
３と保持室２内を加熱、保温する。この溶解バー
ナー１５の加熱ガスは連通孔１６から予熱室４内
に入り、この予熱室４内を通つて排気口１３から
排出され、また保持バーナー１７の加熱ガスは保
持室２内を一巡した後連通孔１８から溶解室３内
に入り、その後連通孔１６及び予熱室４を通つて
排気口１３から外に排出される。この状態におい
て、投入口蓋１１を横移動させて材料投入口９を
開き、この材料投入口９からアルミ材Ａ（冷材）
を予熱室４内に略満杯状態になるように投入し、
その後再び材料投入口９を投入口蓋１１で閉じ
る。上記のようにアルミ材Ａを予熱室４内に投入
しても、予熱室４の内面とアルミ材Ａ間やアルミ
材Ａ相互間には隙間が有り、上記両バーナー１
５，１７の加熱ガスは予熱室４内の上記各隙間を
通つて外に排出される。従つて、予熱室４内に投
入されたアルミ材Ａは上記加熱ガスとの間で熱交
換されて加熱され、加熱ガスはその熱交換によつ
て温度低下して排出され、熱エネルギーの有効利
用が図られる。上記予熱室４内の下部に投入され
たアルミ材Ａは溶解バーナー１５の加熱ガス（バ
ーナーフレーム５２）によつて加熱されて溶解さ
れ、この溶解された溶融、半固溶状態のアルミ
A′が連通孔１６から溶解室３内に流れ込む。こ
の溶解室３内に流れ込んだ溶融、半固溶のアルミ
材A′（符号A″はその表面（湯面）を示す）はこの
溶解室３内を流下する間に溶解バーナー１５のバ
ーナーフレーム５２及び保持バーナー１７の加熱
ガスによつて加熱されて溶融されると共に昇温さ
れる。その後この溶解室３内の溶融アルミは連通
孔１８を通つて保持室２内に流れ込む。この場
合、上記連通孔１８には保持バーナー１７の加熱
ガスが保持室２から溶解室３に向けて通過してい
るので、上記のように溶融アルミが連通孔１８を
流下する間もこの溶融アルミは保持バーナー１７
の加熱ガスで加熱され、この加熱された溶融アル
ミが保持室２内に流れ込む。この保持室２内に流
れ込んだ溶融アルミは溶湯ａとして保持室２の下
部に第２図に示すように蓄えられ、またその一部
は連通孔２３を通つて汲出室１９内に流れ込む。
上記保持室２内に蓄えられた溶湯ａは保持バーナ
ー１７の加熱ガスによつて加熱、保温される。こ
の場合保持バーナー１７として前述のようなバー
ナーを採用しているので、バーナーフレーム５１
の温度が約1100℃と低く、これにより溶湯ａのメ
タルロスや炉材の損傷を少なくでき、また溶湯ａ
中へのガス混入も少なくできて自動車重要保安部
品等の鋳造にも安心して利用できる。またバーナ
ーフレーム５１の温度が低く、しかも溶湯への熱
伝達が多量の赤外線によつて効果的に行われる
為、保持室内雰囲気温度を非常に低くすることが
でき、その結果、熱効率を高めることができると
共に炉体耐火物の劣化も少なくその寿命も長くす
ることができ、更にまた炉内壁面にアルミナ層が
発生することも殆んど生じない。また多少のアル
ミ酸化物が生成されても上記フレーム５１の温度
が低い為、その酸化物が焼成されて硬質化するこ
とがなく、その除去を容易に行なうことができ
る。 次に、上記溶解バーナー１５によつてアルミ材
Ａを溶解する場合、溶解バーナー１５に上記のよ
うなバーナーを採用しているので、メタルロスが
炉材の損傷を防止でき、またバーナーフレーム５
２の温度が低くしかもバーナーフレーム５２が至
近距離からアルミ材Ａに当たらないようにしてい
るので、硬質のαアルミナの生成を少なくでき、
これにより溶湯の品質を良くし得るはもちろんの
こと、アカ取り作業を簡単にかつ短時間に行うこ
とができる。また上記のように予熱室４で加熱し
たアルミ材Ａを溶解室３においてバーナー１５で
溶解するようにし、しかも上記のようなバーナー
の採用によつてアルミ材Ａの吸熱効果を高めてい
るので、溶解効率を極めて高くすることができ、
燃費を低くできてランニングコストを下げること
ができる。また炉体１の放熱を低く抑えるように
しているので、炉体表面温度を約50℃〜75℃と低
くすることができて作業環境をも良好にすること
ができる。尚前記バーナー１５，１７はそれらの
軸線１５ａ，１７ａが水平から15゜程度までの範
囲内でやや下方を向くように配置してもよい。 以上のように本願発明にあつては、炉体１にお
いて溶湯の保持室２と、溶解室３とに夫々バーナ
ー１７，１５を備えさせてあるので、保持室２に
おいては蓄えた溶湯の好ましい温度での保温を、
また溶解室３における適時の高温での溶解作業と
が個別に行える利点があり、その上、溶解室３に
おいてはバーナー１５によつて溶解室３内の被溶
解材料Ａの溶解と、隣接する予熱室４内の被溶解
材料Ａの溶融状の流出しと、被溶解材料Ａの予熱
をも同時に行えて省エネルギー効果を発揮する。 その上炉体１において炉体内に設定される湯面
a′あるいはA″よりも上方の炉体側壁２ｂあるい
は３ｂにバーナー１７あるいは１５を備えさせ、
そのバーナーは上記湯面に沿つてバーナーのフレ
ームを発生させ得る様にした吹出口４７を備えて
おり、上記吹出口４７は二重管状に形成されて外
側流通路４８と内側流通路４９とを有しており、
しかも上記外側流通路４８には空気供給口３６を
連通させる一方、上記内側流通路４９にはガス供
給口４３を連通させ、更に上記外側流通路４８の
大きさは、比較的大量の空気を該外側流通路から
筒状の空気流にして長径間に渡り吹出し得る大き
さに構成する一方、内側流通路４９の大きさは、
該内側流通路から吹出されたガスが前記外周に位
置する筒状の空気流に案内されて長径間に渡つて
移送され得るよう比較的少量のガスを吹き出し得
る大きさに構成してあるから、 (イ) 上記炉体１内にアルミ等の金属の溶湯が位置
する状態において上記バーナーから吹出される
フレーム５１あるいは５２はその湯面a′あるい
はA″に沿つて移動し、上記湯面を加温し湯温
を高めたり或いは湯面の温度降下を防止するに
役立たせ得る効果がある。 (ロ) 然も上記の場合、上記のバーナーは吹出口か
ら筒状の長い空気流とその内側に位置するガス
流とを吹出すものであるから、燃焼状態におい
ては上記ガスが長径間において空気と緩やかに
混合しながら燃焼して赤色の長い焔が形成さ
れ、上記湯面に対する直接伝熱があるは勿論の
こと赤い焔から発する赤外線によつても上記湯
面を加熱して効率のよい熱伝達ができる大きな
効果がある。 (ハ) またその熱の伝達を行なう場合、周知の如く
赤外線はアルミ合金の湯面に反射されることな
く（メタルミラー効果の妨害を受けることな
く）、極めて高効率でもつて溶湯に熱吸収され
る効果もある。 (ニ) 然も上記赤火焔はアルミの溶融温度に比較し
て温度差が小さいという効果がある。即ち一般
にアルミの溶湯の温度は750℃を越えないのが
望ましいものであるが、上記赤火焔の温度はそ
れに比較して僅かに高い1000℃とか1100℃ぐら
いに維持することができる特長があり、仮に上
記バーナーの赤火焔が直接に湯面に触れる様な
ことがあつても、アルミの酸化を極めて少なく
し得る効果があり、メタルロスを少なくしたり
ハードスポツトの発生を防止するうえに大きな
効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は水
平断面図、第２図は−線断面図、第３図は
−線断面図（拡大図）、第４図は−線断面
図（拡大図）、第５図はバーナーの縦断面図。 １……炉体、３０……バーナー、４７……吹出
口、４８……外側流通路、４９……内側流通路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上下と四周の側壁を炉材で囲つてある炉体内
   には、投入される被溶解材料を収容するようにし
   てある予熱室と、予熱室内からの被溶解材の溶融
   状の流出を受け入れて溶解する為の溶解室と、溶
   解室で溶解された溶湯を受入れて蓄え得るように
   した保持室とを備えさせ、さらに上記炉体におけ
   る保持室には上記保持室内の溶湯を汲み出す為の
   汲出室が連設してあり、一方上記溶解室と保持室
   における各側壁には溶解用バーナーと、保持室内
   溶湯の保温用バーナーとが夫々配設され、上記溶
   解室に設けたバーナーの吹出口の方向は、バーナ
   ーのフレームが溶解室を経由して隣接する予熱室
   内の下方に位置する被溶解材料の溶解を可能に予
   熱室に向けて設けてあり、上記の保温用バーナー
   には上記保持室の溶湯湯面に沿つてバーナーのフ
   レームを発生させ得る様にした吹出口を備えさせ
   てあり、上記吹出口は二重管状に形成されて外側
   流通路と内側流通路とを有しており、しかも上記
   外側流通路には空気供給口を連通させる一方、上
   記内側流通路にはガス供給口を連通させ、更に上
   記外側流通路の大きさは、比較的大量の空気を該
   外側流通路から筒状の空気流にして長径間に渡り
   吹出し得る大きさに構成する一方、内側流通路の
   大きさは、該内側流通路から吹出されたガスが前
   記外周に位置する筒状の空気流に案内されて長径
   間に渡つて移送され得るよう比較的小量のガスを
   吹出し得る大きさに構成してあることを特徴とす
   る金属溶解炉。