JP4397403B2

JP4397403B2 - 金属溶湯保持炉の構造

Info

Publication number: JP4397403B2
Application number: JP2007122275A
Authority: JP
Inventors: 光謙中島
Original assignee: 株式会社メイチュー
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP2008272815A; TW201018862A

Description

この発明は、溶解したアルミ等の金属溶湯を保持バーナーによって加熱保温するようにした金属溶湯保持炉の構造に関する。

アルミ鋳造用の金属材料を加熱溶解して得られた金属溶湯を一旦蓄積し保温するために、例えば図１０及び図１１に示すように、金属溶湯Ｍを加熱して所定温度に保温する保持バーナー１１５を備えた金属溶湯保持炉１１０が用いられる。図示した金属溶湯保持炉１１０は金属溶解炉１５０が一体に有するもので、上部が材料投入口１６１として形成され下部に傾斜炉床部１６３を有する予熱煙道１６２内に金属材料を挿入して、前記予熱煙道１６２下部に向けて配設された溶解バーナー１５５によって前記金属材料を加熱溶解する溶解部１６０を有する（例えば、特許文献１参照）。

図において、符号１１３は金属溶湯保持炉１１０の炉体、１１６は金属溶湯保持炉１１０の作業点検口、１１７はその扉、１３０は溶湯汲出部、１３１は金属溶湯保持炉１１０と溶湯汲出部１３０との連通口、１５３は溶解部１６０を構成する炉壁、１５６は燃焼部１６０の作業点検口、１５７はその扉、１５４は金属溶湯保持炉１１０と溶解部１６０との連通開口、１６５は煙道１６２から溶解部１６０内に下部が開放された溶解材料保持部材、１６６は溶解材料保持部材１６５の溶解バーナー１５５側の下端に形成された切欠部、１６７は溶解材料保持部材１６５の上端部に形成されたフランジ部、１７０は溶解部１６０に形成された金属溶湯Ｍの貯湯部、１７２は貯湯部１７０の作業点検口、１７３はその扉、１８０は金属溶湯保持炉１１０と貯湯部１７０との間に配設された隔壁部、１８１は隔壁部１８０下部に形成された溶湯連通部、１８２は隔壁部１８０上部に形成された排ガス流通部である。

ところで、従来の金属溶湯保持炉１１０の構造では、図示のように炉体１１３の天井（又は側壁）に配置された保持バーナー１１５によって炉内の金属溶湯Ｍを加熱保温するのであるが、この際に保持バーナー１１５のバーナーフレームの先端が金属溶湯Ｍの表面に直接当たるように構成するのが一般であった。しかしながら、このような構造では、保持バーナー１１５のバーナーフレームが金属溶湯Ｍの表面を直撃することによって、金属溶湯Ｍの表面に生成される薄い酸化膜を破り、さらにそこに形成された新たな酸化膜を次々と破壊しまた生成するという際限のない繰り返しがなされてメタルロスが増加するという問題があった。

また、保持バーナー１１５のバーナーフレームが金属溶湯Ｍの表面を直撃する構造にあっては、フラックス処理等を行う際に金属溶湯Ｍが飛散して保持バーナー１１５の内外部分に付着して正常な燃焼を妨げたり保持バーナー１１５の取り替えが必要になったり、あるいは飛散した金属溶湯Ｍが炉体１１１の天井や側壁に付着して清掃作業が困難になる等の作業効率の低下を招くという問題もあった。
特許第３８６０１３５号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、金属溶湯を所定温度で保持するに際して、メタルロスの発生を抑制して燃焼効率を向上させるとともに、作業効率もよい金属溶湯保持炉の新規な構造を提案するものである。

すなわち、請求項１の発明は、溶解した金属溶湯を蓄積し保持バーナーによって加熱保温するようにした保持炉において、耐火物よりなり、半球形内底面を有する先端部を含む本体下半部が溶湯内に浸漬される浸漬部とされかつ本体上半部の溶湯最上面位置より上方には火炎放出部が形成された燃焼筒部材を、前記保持炉上部から交換可能に吊下げ配置し、前記燃焼筒部材内で前記保持バーナーを燃焼させ、前記浸漬部を介して前記溶湯を内側から加熱保温するとともに、前記火炎放出部によって前記溶湯を上面から加熱保温するようにしたことを特徴とする金属溶湯保持炉の構造に係る。

請求項１の発明によれば、溶解した金属溶湯を蓄積し保持バーナーによって加熱保温するようにした保持炉において、耐火物よりなり、半球形内底面を有する先端部を含む本体下半部が溶湯内に浸漬される浸漬部とされかつ本体上半部の溶湯最上面位置より上方には火炎放出部が形成された燃焼筒部材を、前記保持炉上部から交換可能に吊下げ配置し、前記燃焼筒部材内で前記保持バーナーを燃焼させ、前記浸漬部を介して前記溶湯を内側から加熱保温するとともに、前記火炎放出部によって前記溶湯を上面から加熱保温するようにしたため、メタルロスの発生を大幅に減少させて燃費も低減することができ、保持バーナーの正常な燃焼や保持炉内の清掃、燃焼筒部材の取り付けや交換等の作業効率を向上させることができる。

以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例を示す金属溶湯保持炉の全体概略横断面図、図２は図１の金属溶湯保持炉のＡ−Ａ線で切断した状態の断面図、図３は図１の金属溶湯保持炉のＢ−Ｂ線で切断した状態の断面図、図４は燃焼筒部材の断面図、図５は本発明の金属溶湯保持炉を用いた金属溶解炉の全体概略横断面図、図６は図５の金属溶解炉の全体概略縦断面図、図７は図５の金属溶解炉の金属溶湯保持炉の構造を表す要部断面図、図８は図５の金属溶解炉の溶解部の要部断面図、図９は図５の金属溶解炉の貯湯部の要部断面図他である。

図１〜図３に示すように、本発明の一実施例に係る金属溶湯保持炉１０は、溶解した金属溶湯Ｍを蓄積し保持バーナー１５によって加熱保温するようにしたものであって、燃焼筒部材２０を有する。実施例の保持炉１０では、炉内部１１が縦約５５０ｍｍ，横約７２０ｍｍの底面部１２と高さ約６５０ｍｍとで構成され、公知の部材からなる保持バーナー１５が当該保持炉１０を構成する炉壁１３上部の略中央部分に配置される。図において、符号１６は該炉壁１１に形成された作業点検口、１７はその扉、３０は溶湯汲出部、３１は当該金属溶湯保持炉１０と溶湯汲出部３０との連通口、３５は溶湯投入部、３６は当該金属溶湯保持炉１０と溶湯投入部３５との連通口である。

燃焼筒部材２０は、耐火物よりなり、図２〜図４に示すように、少なくとも半球形内底面２３を有する先端部２２を含む本体下半部２１が溶湯Ｍ内に浸漬される浸漬部２４とされかつ本体上半部２６の溶湯最上面Ｓ位置より上方には火炎放出部２５が形成され、保持炉１０上部から交換可能に吊下げ配置される。この燃焼筒部材２０は、図４に示すように、開口部２７にフランジ部２８が形成されており、図２及び図３に示すように、前記フランジ部２８が炉壁１１上部に形成された貫通孔である筒部材配置部１４端縁を覆うように配置され、保持バーナー１５を燃焼筒部材２０内部に配置して保持するバーナー保持部材１８によって前記燃焼筒部材２０の開口部２７がフランジ部２８とともに覆われて固定される。その際、燃焼筒部材２０の先端部２２は、炉内部１１の底面部１２から約１００ｍｍ離れた位置に配置される。このように、燃焼筒部材２０を吊下げ配置とすれば、該燃焼筒部材２０の取り付けや交換等の作業が容易となる。

実施例の燃焼筒部材２０は、窒化硅素（Ｓｉ₃Ｎ₄）または炭化珪素（ＳｉＣ）と炭素（Ｃ）を主成分とする厚さ３５ｍｍ程度の熱伝導率の高い耐火物によって構成される。窒化硅素（Ｓｉ₃Ｎ₄）を主成分とすれば極めて耐久性の高い燃焼筒部材２０を得ることができ、炭化珪素（ＳｉＣ）と炭素（Ｃ）を主成分とすれば熱伝導率が高い燃焼筒部材２０を安価に形成することができて経済的に有利である。

また、実施例の燃焼筒部材２０では、半球形内底面２３から約２１５ｍｍ上方に長方形状の火炎放出部２５が等間隔で４つ形成されている。そして、前記の如く保持炉１０上部から吊下げ配置した際に、各火炎放出部２５が溶湯最上面Ｓ位置より約５０ｍｍ上方に位置するように構成される。なお、溶湯最上面Ｓ位置は、保持炉１０の大きさ等に応じて適宜決定されるものであるが、この例では底面部１２から約４００ｍｍの高さとされる。

この燃焼筒部材２０は、内部で保持バーナー１５を燃焼させ、浸漬部２４を介して溶湯Ｍを内側から加熱保温するとともに、火炎放出部２５によって溶湯Ｍを上面Ｓから加熱保温するように構成される。実施例では、燃焼筒部材２０の開口部２７の略中心部分に保持バーナー１５が配置され、先端部２２に向かって放出されたバーナーフレームが、先端部２２の半球形内底面２３によって燃焼筒部材２０の浸漬部２４の内壁部分２４Ａに沿って跳ね返ることにより、該内壁部分２４Ａを加熱しながら火炎放出部２５を介して炉内部１１に放出されて、溶湯Ｍが内側と上面Ｓ側とから加熱保温される。このように、溶湯Ｍを内側と上面Ｓ側の双方から加熱保温することにより、溶湯Ｍの受熱面積を拡大することができ、しかも、保持バーナー１５のバーナーフレームが火炎放出部２５から放出されるため、前記バーナーフレームを金属溶湯Ｍに直撃させることなく加熱することが可能となる。

上記の如く構成された金属溶湯保持炉１０の構造にあっては、溶湯Ｍを内側と上面Ｓ側の双方から加熱保温するものであるから、極めて効率よく溶湯Ｍを加熱することが可能となって、燃費を低減させることができる。また、燃焼筒部材２０の火炎放出部２５を介して保持バーナー１５のバーナーフレームを放出して金属溶湯Ｍの上面Ｓを加熱保温するため、前記バーナーフレームの金属溶湯Ｍへの直撃を抑制することができる。そのため、金属溶湯Ｍの上面Ｓの酸化膜が破られて新たな酸化膜が生成されることがなくなり、メタルロスの発生を大幅に減少させることができ、それに伴って燃費も低減することができる。実施例では、従来に比して、メタルロスが約２０〜３０％減少し、燃費が約２０〜３０％減少した。

さらに、当該保持炉１０の構造では、保持バーナー１５が燃焼筒部材２０内部に配置されるため、フラックス処理等を行った場合でも、金属溶湯Ｍが保持バーナー１５や炉壁１１内の天井部分等に付着することを防止することができ、保持バーナー１５の正常な燃焼や保持炉１０内の清掃等の作業効率を向上させることができる。

また、当該金属溶解保持炉１０の構造は、図５〜図９に図示したように、金属材料を溶解する溶解部６０に隣接して配設することによって、公知の金属溶解炉５０に適用することもできる。なお、この実施例において、図１〜図４と同一符号は同一の構成を表すものとして、その説明を省略する。

図示の金属溶解炉５０は、アルミ鋳造用のアルミ溶湯を溶解して保持するいわゆる手許溶解炉であって、溶解部６０上部に材料投入口（兼排気口）６１及び煙道６２を有するとともに下部に傾斜炉床６３が形成され、前記材料投入口６１に溶解材料を挿入して、溶解部６０下部に向けて配設された溶解バーナー５５によって前記溶解材料を金属溶湯Ｍとして加熱溶解し、前記金属溶湯Ｍを前記傾斜炉床６３から金属溶湯保持炉１０に導入しするように構成されたものである。このような溶解炉のタイプは一般に乾燥炉床溶解炉（ｄｒｙｈｅａｒｔｈｆｕｒｎａｃｅ）と呼ばれている。図において、符号５３は溶解部６０を構成する炉壁、５６は該炉壁５３に形成された作業点検口、５７はその扉、５４は金属溶湯保持炉１０と溶解部６０との連通開口である。

この金属溶解炉５０では、煙道６２から溶解部６０内に下部が開放された溶解材料保持部材６５が炉壁５３と接触しないように溶解部６０の略中央位置に配設される。溶解材料保持部材６５を配設することによって、溶解部６０内に残留付着する未溶解材料の除去、清掃という煩雑かつ困難な作業を軽減し、未溶解材料が炉壁５３に固着したことによる該炉壁５３の損傷を防止して耐久性を高めることができ、さらに、溶解材料保持部材６５内に収容された溶解材料全体が該保持部材６５の内部と外部の両側から加熱されて予熱効率が向上するため、生産性を高めることができる。

また、溶解材料保持部材６５の形状構成としては、少なくとも金属材料を内部に保持できる構成であればよく、例えば、筒状スリーブ体より構成してもよい。さらに、図示のように、溶解バーナー５５側の下端に切欠部６６を形成して、金属材料に溶解バーナー５５のバーナーフレームを直撃させるとともに、溶解材料保持部材６５をバーナーフレームの直撃から保護して耐久力を高めるようにしてもよい。そして、図示のように、上端部にフランジ部６７を設けて材料投入口６１の開口端縁を覆うようにすれば、材料投入が容易でしかも材料投入時に該投入口６１を材料との接触や損傷から保護することができ、実施例のような溶解材料保持部材６５の吊下取付あるいは交換も簡単であり、さらに、溶解部６０の材料投入口６１と溶解材料保持部材６５の開口との間に生ずる隙間の管理も容易となる。

溶解材料保持部材６５の材質としては、該保持部材６５外部からの加熱も可能とするものであり、９００℃以上の高温にさらされ、金属材料が投入される部分であるから、熱伝導率がよく耐熱性に優れるとともに耐衝撃性があるものが望ましい。実施例では、外面側に酸化防止及び耐久性向上のためにアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を塗布した厚さ１０ｍｍ程度のステンレス材（耐熱鋳鋼）を円筒状に形成したスリーブ体を使用した。なお、溶解材料保持部材６５は、これに限らず、アルミナの他に炭化硅素（ＳｉＣ）や黒鉛混合物を使用してもよいし、円筒状スリーブ体の他に多孔材もしくは網状材もしくは桟材のいずれかによって形成してもよい。

また、上記金属溶解炉５０の溶解部６０は、溶解した金属溶湯Ｍを一旦貯める貯湯部７０を有することが好ましく勧められる。実施例の貯湯部７０は、金属溶湯保持炉１０と溶解部６０の傾斜炉床６３との間に隔壁部８０を設けて配設され、前記傾斜炉床６３を流下する溶解物を直接金属溶湯保持炉１０に流入させず、一旦蓄積して前記隔壁部８０下部に形成された溶湯連通部８１を介して金属溶湯保持炉１０へ流入させるように構成されている。該貯湯部７０を配設することにより、溶解材料の溶解に伴って発生する各種金属の酸化物等の不純物を金属溶湯Ｍ中に拡散する前に金属溶湯Ｍ表面に集積することができ、該不純物の排出を容易に行うことが可能となる。したがって、クリーンな金属溶湯Ｍのみを隔壁部８０下部の溶湯連通部８１から金属溶湯保持炉１０へ流入させることができ、その結果、金属溶湯保持炉１０内の金属溶湯Ｍの清浄度を高めることができ、汲出部３０から金型等に供給される溶湯を高品質に保つことができる。なお、図において、符号７２は貯湯部７０の作業点検口、７３はその扉、８２は隔壁部８０の上部に形成された金属溶湯保持炉１０からの排ガス流通部である。

この貯湯部７０は、広さを比較的小さくすることが不純物の排出処理上好ましく、実施例では金属溶湯保持炉１０の長さａが５００ｍｍ（幅１０００ｍｍ）とすると貯湯部７０の長さｂは２００ｍｍ（幅１０００ｍｍ）で、保持炉１０の半分以下の広さとなっている。また、不純物の中で重金属の酸化物は長期間のうちに金属溶湯Ｍ中を沈降して貯湯部７０の底面に堆積することがあるため、隔壁部８０下部の溶湯連通部８１を貯湯部７０底面より高い位置に形成することが好ましく、実施例では、溶湯連通部８１の下辺が貯湯部７０の底面より１００ｍｍ高く形成されている。

また、隔壁部８０上部の排ガス流通部８２は、金属溶湯保持炉１０からの排ガスを有効に利用するために炉全体を流通させるものである。金属溶湯保持炉１０に配置された保持バーナー１５の熱は該保持炉１０内の金属溶湯Ｍを一定温度に保温した後、排ガスとして隔壁部８０の流通部８２を通って貯湯部７０及び溶解部６０内を流通して排気口を兼ねる材料投入口６１より外部へ排出される。実施例の排ガス流通部８２は縦８５ｍｍ、横２３０ｍｍの長方形に形成されているが、適宜の形状及び大きさに設計される。必要ならば隔壁部８０上部すべてを開放空間とし排ガス流通部８２としてもよい。なお、排ガス流通部８２は金属溶湯Ｍの上面Ｓよりも高い位置に形成されることはいうまでもない。

このように、溶湯保持部６０に隔壁部８１を設けて溶湯処理部８０を配設することにより、溶湯保持部６０への不純物の流入を大幅に減少することができ、不純物の除去作業が簡便化されて作業効率が向上する。例えば、溶湯処理部８０における定期的な不純物の書き出しを励行すれば、不純物が溶湯保持部６０に流入することはほとんど回避され、該溶湯保持部６０におけるフラックス処理がほとんど不要となる。また、長期間のうちに溶湯処理部８０の底面に堆積した不純物は数ヶ月毎に行われる炉の清掃時に除去すればよい。

なお、本発明の金属溶解炉は、上記実施例で述べた構成に限るものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を付加して実施することができる。例えば、実施例の燃焼筒部材では、火炎放出部が長方形状で等間隔に４つ形成されるように構成したが、形状や数等はこれに限定されるものではなく、円形の火炎放出部を８つ形成する等、適宜の構成とすることができる。

本発明の一実施例を示す金属溶湯保持炉の全体概略横断面図である。図１の金属溶湯保持炉のＡ−Ａ線で切断した状態の断面図である。図１の金属溶湯保持炉のＢ−Ｂ線で切断した状態の断面図である。燃焼筒部材の断面図である。本発明の金属溶湯保持炉を用いた金属溶解炉の全体概略横断面図である。図５の金属溶解炉の全体概略縦断面図である。図５の金属溶解炉の金属溶湯保持炉の構造を表す要部断面図である。図５の金属溶解炉の溶解部の要部断面図である。図５の金属溶解炉の貯湯部の要部断面図他である。従来の金属溶解炉の全体概略横断面図である。従来の金属溶解炉の全体概略縦断面図である。

符号の説明

１０金属溶湯保持炉
１５保持バーナー
２０燃焼筒部材
２２先端部
２３半球形内底面
２４浸漬部
２５火炎放出部
３０溶湯汲出部
３５溶湯投入部
Ｍ金属溶湯
Ｓ溶湯最上面

Claims

溶解した金属溶湯を蓄積し保持バーナーによって加熱保温するようにした保持炉において、
耐火物よりなり、半球形内底面を有する先端部を含む本体下半部が溶湯内に浸漬される浸漬部とされかつ本体上半部の溶湯最上面位置より上方には火炎放出部が形成された燃焼筒部材を、前記保持炉上部から交換可能に吊下げ配置し、前記燃焼筒部材内で前記保持バーナーを燃焼させ、前記浸漬部を介して前記溶湯を内側から加熱保温するとともに、前記火炎放出部によって前記溶湯を上面から加熱保温するようにした
ことを特徴とする金属溶湯保持炉の構造。