JPS6357487B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム、亜鉛等の低融点金属
溶湯を保温維持する為に使用するアンダーヒータ
ー型低融点金属溶湯保持炉に関するものである。

溶解炉から金属溶湯を保持炉に分配し、この保
持炉から鋳型に溶湯を注入する作業システムにお
いて、この溶湯保持炉の熱保持能力を高め、所要
温度に保持する為に消費する電力を減少し、また
汲出し溶湯量を増加する等の改良を本発明の目的
とし、これらの改良によつて、アルミニウム等の
低融点金属（合金を含む）鋳型品製造の効率改善
とコスト低減の改善を達成する。

保持炉上蓋部を加熱部とするアツパーヒーター
型保持炉は内部溶湯に対する加熱々効率が良くな
い。この為に保護管で発熱体を保護し、溶湯中に
浸漬した保護管を介して発熱率体の熱で溶湯を加
熱する方式が提案されている。例えば特開昭56―
23686に見るものである。溶湯金属と反応し難い
セラミツク材が５年来多数知られる所となつて、
保護管の材料変更は溶湯金属に合せて多様にきわ
めて容易に選択できる事情から、金属溶湯保持炉
の省エネルギー型式を本格的に完成する為の保持
炉構造の開発が必要である。

この為に解決されるべき問題点は、溶湯補充及
び汲出時の熱放散を抑制し、溶湯成分の偏差発生
を抑制するために適切な熱対流を生じる加熱の方
法と、汲出時の溶湯汲出率を高めることにあり、
これらは開発される炉構造によつて同時に満たさ
れなければならない。熱放散を従来保持炉の十分
の一程度まで顕著に防止する炉容器構造の開発と
共に汲出率を60％以上とする本発明は、溶湯熱保
持の為の電力消費量を従来実用保持炉の十分の一
にするものである。

特に熱放散を、金属溶湯補充時及び汲出時に、
できる限り小さく抑制する為の炉容器構造の開発
に要点が置かれた。

従来の実用保持炉に比べ熱の発散をその十分の
一に抑制する本発明の基本的な炉容器構造は、溶
湯汲出口に対してその下方に位置する汲出溶湯部
分と他の溶湯との間に断熱性物質で作つた隔壁を
有する構造である。アンダーヒーター形式にあつ
ては炉内をこのような隔壁で区割しても溶湯加熱
を不均一にせずに、かつ、効率の良い加熱が可能
である。実用化されて来たアツパーヒーター形式
では、このような隔壁を炉内に設ける場合、加熱
の均一分布を図る為に発熱体の構成が複雑にな
り、同時に加熱効率を高水準にできない為、電力
消費の増大を招く結果、このような炉構造は実用
できない。アツパーヒーター形式或いは高温ガス
加熱保持炉では予期できなかつたこの炉内隔壁構
造の顕著な合理性は、溶湯面上方に設ける溶湯補
充及び汲出しの為に開口され得る上部炉蓋壁に対
して、その反対の溶湯低部に存置できることにあ
る。即ち、炉内隔壁が加熱時の熱分布に全く影響
を与えないから、隔壁を備えた場合に従来保持炉
に現われた上述の不合理が全く発生しないことが
その合理性の一つであり、溶湯下部で与えられる
アンダーヒーターの熱は溶湯に直接吸収されて対
流により運ばれ、溶湯の下部と溶湯面間の温度差
の拡大発生を抑制できることが合理性の第二点で
ある。一昼夜で失う熱量を約５％程度に抑制する
溶湯保持能力は従来実用保持炉からは予期できな
い顕著なものである。電力消費量はこの場合、従
来実用保持炉の約十分の一まで下げることがで
き、本発明の改良効果は特筆されるものとなつて
いる。

本発明のアンダーヒーター型低融点金属溶湯保
持炉は、50〜99wt％のAl₂O₃と0.5〜50wt％の
SiO₂を主成分とするキヤスタブル耐火物で一体
成形される炉容器内に、少くとも一枚以上の隔壁
を一体成形あるいは組立により形成して溶湯汲出
室を構成、該隔壁底部には溶湯移動を許す開口手
段を備え、該炉容器底部に発熱体を内装した保護
管を一本以上配設し、該保護管の封じられた一端
は炉容器内に固定されずに支持されかつ開口した
他端は前記炉容器壁に設けた貫通孔に挿通し、前
記発熱体の線膨脹と前記炉容器壁の線膨脹との差
が働いて相互間の接合圧を高める傾斜部を内方か
ら外方に向つて大きくなる径を有するようにシー
ル孔を前記貫通孔周壁に形成し、前記保護管と前
記傾斜部との隙間にシール材を充填して前記保護
管を支持し、前記貫通孔から炉外方に向つて続く
導通孔を有する絶縁性かつ断熱性セラミツク管を
前記保護管に連接させ、前記セラミツク管を介し
て前記保護管に内装された前記発熱体と外部電源
とを電気接続し、前記炉容器外周には断熱ブラン
ケツトを多重に重ねると共に外装材でブランケツ
トを固定し、前記溶湯汲出室上方に位置する開閉
可能な汲出蓋部を備えた密閉蓋部材を前記炉容器
上部に取り付けたことを特徴とするものである。

以下、図面を参照してアルミニウム溶湯におけ
る本発明の好適な実施例について説明する。

第１図において低融点金属溶湯保持炉１の炉壁
３には貫通孔９が形成されている。この実施例の
アンダーヒーター型保持炉は、外側から順に外装
材の炉殻４、断熱材１０及びキヤスタブル耐火物
炉容器３の三層構造になつている。アルミニウム
溶湯Ａは耐火物炉容器３内に入れる。アルミニウ
ム溶湯Ａは耐熱性、耐侵食性セラミツクス質で保
護された発熱体の浸漬ヒーターＨにより加熱され
る。浸漬ヒーターＨは、この例では保護管２と保
護管２の中に入れた発熱体により構成される。炉
容器３を作る為のキヤスタブル耐火物として50〜
99.5wt％のAl₂O₃と0.5〜50wt％のSiO₂を主成分
とする組成物が好ましく、その成分は目的に適う
均等成分に変えてもよい。発熱体として、例えば
金属線や炭化けい素製発熱体などが例示され、耐
熱、耐侵食性に優れるセラミツクスとしてSiC系
が保護管として好ましい。このSiC材を使用する
時は、発熱体との間に所要の電気抵抗を与えて発
熱体から保護材を介する漏電をふせぐ。

密閉蓋部材１′は、溶湯補充漏斗１４と、セン
サー１６を備える。第２図は、密閉蓋部材１′に
備えた溶湯汲出部１ｄを示し、把手１ｅを以て、
この汲出部１ｄを開閉する。この開閉はスライド
方式によつてでもよい。汲出部１ｄの下部には後
述する溶湯汲出室１ａが臨む。センサー１６に
は、溶湯面上限位置を検出する上限センサー１６
ｂと下限位置を検討するための下限センサー１６
ｃと共に、溶湯温度を検出する為の温度センサー
１６ａがある。この例では、特別に温度センサー
１６ａを保護する為のSiC製先端閉塞管１６ｄを
使用し、これと後述する第４図中のリード線６′
付のステンレスリング６との間に、例えば１２Ｖ
の電圧をかける。

第４図において、貫通孔９には炉容器３の側壁
下部外側に開いたテーパーネジ部９ａが形成され
ている。この傾斜部として形成されるテーパーネ
ジ部９ａに保護管２の開口した端部２ａを通して
支持する。保護管２とテーパーネジ部９ａとの隙
間にはシール材１２を充填する。

保護管２をSiCで作り、上例のキヤスタブル組
成物により炉容器を作つた時の両者の線膨脹率
は、後者が若干大きい。テーパーネジ部９ａが有
する傾斜部は、炉容器壁３が線膨脹する時、この
ネジ部９ａ内に詰められたシール材に対して接合
圧を高めるように作用する結果、シール機能は堅
固に働く。アルミニウム、亜鉛、銅、あるいはこ
れらの合金の溶湯が持つ大きな浸透力に対して、
このような傾斜部を有するシール手段は、効果的
に働き、アンダーヒーターの弱点を解消する。シ
ール材のモルタルは、フアイバーを入れたコロイ
ダルモルタルを使用し、フアイバーにはカーボン
フアイバー、アルミナーシリカ系セラミツクフア
イバー系が使用される。

保護管２の一端は開口した端部２ａとなつてい
るが、他端は封じられた端部２ｂとなつている。
炉容器３の底部内面には支持台１１が設けられて
いる。支持台１１と貫通孔９は対向した位置にあ
る。支持台１１には保護管２の端部２ｂが固定さ
れずに自由端としてのせられ、熱膨脹の際の保護
管の移動を許してその破損を未然に防ぐ。このよ
うに貫通孔９のシール孔にモルタル詰めによつて
保護管２を片持ちさせる例においては、他端が固
定されない自由端であるから、熱膨脹差がモルタ
ルシール面にずれを起させるおそれもよく解決さ
れる。

キヤスタブル組成物がSiを含む時、保持溶湯が
アルミニウムである場合、このSiはAlと化学反
応して消耗する。そのため、SiO₂成分は、好ま
しくは50wt％以下が良く、例えば40wt％に止め
Al₂O₃60wt％以上とするものがよい。Alと馴みの
悪いBNコートを炉容器内面に形成する場合Siの
消耗を相当に抑制できるから、組成コントロール
に代えたBNコートの併用も好ましい実施法とな
る。

貫通孔９に続けて断熱ブランケツト１０中には
設けた導通孔９′を有する絶縁性と断熱性に優れ
るセラミツクス・フアイバー成形管８が通してあ
る。第４図に詳しく示してあるように、セラミツ
クス・フアイバー成形管８の一端にはフランジ部
８ａで保護管２とシール材１２を押えるように構
成されている。フランジ部８ａ外周にはセンサー
６が装着されている。センサー６はアルミニウム
溶湯Ａのリークを検知するためのものである。セ
ンサー６はステンレス線かニクロム線が好まし
く、リード線６′により炉外部の電源に導かれて
いる。この位置に溶湯が浸透した時、線材間が短
絡して変化する電気抵抗を利用するの方法が上例
とは別の実施法としてとらえ得る。或は浸透金属
と化学変化を起して変る電気抵抗を検出する方法
も利用できる。その他熱感知式のリークセンサー
も使用できる。リード線６′はセラミツクス・フ
アイバー成形管８に沿つて導かれている。上述の
ように、保護管１６ｄとセンサー６との間に電圧
をかける場合、金属溶湯がセンサー６に浸透して
接触する時、この浸透は電気回路を形成して、直
ぐに検出される。尚保護管２が破損した場合アル
ミニウムと発熱抵抗体とが接触することになり、
抵抗が大きく変化することから、その変化を検知
器で検知し、ブザーを鳴らし電源をカツトする制
御装置も安全操業上設けるとよい。

第３図はアンダーヒーターの加熱特性を最大限
に高めると共に熱放散を高度に抑制する効果を上
げた隔壁１３ａによる汲出室１ａを例示する。開
口１３ｂは溶湯移動手段の一例である。ここでは
Ｔ字状直交隔壁を示すが、汲出口の形状対応させ
て炉容器３を横断する単一隔壁の構造或はコ字状
隔壁の構造も熱保持能力増大の目的を達成でき、
また直交十字隔壁等の隔壁構造等の種類から炉容
器の容量及び汲出し作業頻度、さらには汲出し手
段に応じて隔壁構造を自在に変更できる。この例
のＴ字状隔壁１３ａでは漏斗１４の下方に位置す
る溶湯補充室１ｃと、その横に位置する保持室１
ｂとを区割し、汲出室１ａは炉容器３の約1/4に
制限してある。センサー１６は、ここでは保持室
１ｂ内の溶湯内に垂下する。アンダーヒーターＨ
を通す穴を大きくした移動孔１３ｂによつて、矢
印図示のように、補充室１ｃに供給されたアルミ
ニウム溶湯は、保持室１ｂ及び汲出室１ａに移動
する。この時に上面に浮遊している不純物の移動
を抑制でき、フイルターの効果を有する。又上述
のキヤスタブル組成物を使用した時720℃の溶湯
アルミニウムに対して汲出室１ａ内の溶湯温度を
714℃に維持できるから、汲出室１ａ上部を汲出
しの為に開放した時、ここからの熱発散をこの隔
壁が顕著に抑制する効果を示す。アンダーヒーテ
イングの熱は溶湯にその底部から効果的に吸収さ
れ、溶湯面上方からの熱の放散はこの隔壁により
著しく小さくコントロールされる。このように、
密閉蓋部材１′の取り付けはアンダーヒーテイン
グ方式により可能にされた新規で重要な構成であ
る。

溶湯上面とその底部の温度差は従来実用保持炉
より小さく保持される為、汲出室１ａから、鋳込
みの為に汲出し得る溶湯の汲出率は従来の40％程
度から60％以上になり、一方、昼夜の溶湯保持炉
効率は95％以上となつて、これより消費電力は従
来外熱型の1/6以下にでき、温度制御精度は±３
℃の高水準に高めることが可能となつた。

隔壁１３ａによる増大された溶湯保持能力を、
更に活用する為に溶湯補充手段も併せて開発され
た。第１図のセラミツクス製漏斗１４は内壁を下
に向つて狭くするテーパ面１４ａを持ち、その下
部孔１５ａには金網を内蔵させて一体成形したセ
ラミツク管１５を嵌合されている。金属溶湯に対
して十分な強度と耐熱性を有するこのセラミツク
管１５の内径を30mm程度に制限しても実用でき
る。このように小孔とした場合、溶解炉から随伴
して来るスラグを通さずに溶湯だけを保持炉容器
３内に補充することができる。不純物混入を実質
的にゼロに管理できる点は、保持炉として、又別
に特筆される特徴となる。ドロスの発生も従来実
用保持炉と比べる場合、相当に抑えられている。

炉容器３を支持する為の保持炉底部構造の一例
は第１図に示される。底部支持部１７と炉容器３
の底部との間にはセラミツクチユーブ１７ａが適
宜間隔に多数配置される。そしてチユーブ１７ａ
内にはフアイバーバルク１７ｂが詰められ、熱の
対流による発散を防止する。底部構造は、これに
より十分に安定し、かつ底部からの熱の放散が十
分に抑制される炉容器３の外周に巻き付ける断熱
材１０の多層、好ましくは十層以上に重ねられる
断熱ブランケツト間にはアルミ箔が適宜挿入され
るとよい。AI箔の熱反射力により熱の対流を抑
止して熱保持能力をより確実にできるばかりでな
く、金属溶湯の持つ大きな浸透力がブランケツト
を浸透した場合、AI箔がこの浸透を効果的に防
止できる。

又発熱体Ｈとして保護管２内にSiC等の発熱体
を入れて使用する場合、石綿、マグネシア粉末、
セラミツクフアイバー等を管中に詰めるのが好ま
しい。保護管２が割れた場合の溶湯の流出はアン
ダーヒーターＨへの通電の遮断による冷却ととも
に凝固し、この詰め物は自己閉塞を促して流出事
故をよく防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を示すアンダーヒーター
型アルミニウム保持炉の断面図、第２図はその平
面図、第３図は炉容器底部隔壁構造の一例を示す
第１図示Ｘ―Ｘに沿う断面図、第４図は第１図の
テーパーネジ部９ａの部分を示すために周辺を省
略した部分拡大断面図である。 １……保持炉、１′……密閉部材、１ａ……汲
出室、２……保護管、３……炉容器、９……貫通
孔、１２……シール材、１３ａ……隔壁、Ａ……
溶湯、Ｈ……発熱体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 50〜99wt％のAl₂O₃と0.5〜50wt％のSiO₂を
   主成分とするキヤスタブル耐火物で一体成形され
   る炉容器内に、少くとも一枚以上の隔壁を一体成
   形あるいは組立により形成して溶湯汲出室を構成
   し、該隔壁には溶湯移動を許す開口手段を備え、
   該炉容器底部に発熱体を内装した保護管を一本以
   上配設し、該保護管の封じられた一端は炉容器内
   に固定されずに支持されかつ開口した他端は前記
   炉容器壁に設けた貫通孔に挿通し、前記発熱体の
   線膨脹と前記炉容器壁の線膨脹との差が働いて相
   互間の接合圧を高める傾斜部を内方から外方に向
   つて大きくなる径を有するようにシール孔を前記
   貫通孔周壁に形成し、前記保護管と前記傾斜部と
   の隙間にシール材を充填して前記保護管を支持
   し、前記保護管に内装された前記発熱体と外部電
   源とを電気接続し、前記炉容器外周には断熱ブラ
   ンケツトを多重に重ねると共に外装材でブランケ
   ツトを固定し、前記溶湯汲出室上方に位置する開
   閉可能な汲出蓋部を備えた密閉蓋部材を前記炉容
   器上部に取り付けたことを特徴とするアンダーヒ
   ーター型低融点金属溶湯保持炉。