(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄金属を酸素バーナで溶かし、所望の温度の溶湯を得る非鉄金属の溶解方法において、
炉本体（１）の溶解部（３）の通孔（１２）内に、酸素バーナ（８）のノズル（１１）を、ノズル（１１）の先端が溶解部（３）の内面より外側に配置された状態で設け、さらに、火炎の基部側に備わる未燃焼反応部分を、溶解部（３）の通孔（１２）内に配置する第一条件と、
溶解部（３）の周方向に、複数本の酸素バーナ（８）を間隔を開けて配置し、各酸素バーナ（８）を首振り可能に支持してある第二条件と、
溶解部（３）内の燃焼室（９）を、酸化または還元雰囲気に選択できる制御と、燃焼室（９）に残留するＯ２濃度、若しくはＣＯ濃度を０〜２％に保持する制御とを兼ね備えた第三条件と、
炉本体（１）の開口面積（Ｓ）を、燃料１００００kcal／lh当り0.2cm2〜10cm2となる範囲内に設定してある第四条件と、
を満たすことを特徴とする非鉄金属の溶解方法。
【請求項２】
炉本体（１）に連通するダクト（５）中にバッファ室（２０）を設けると共に、バッファ室（２０）の前後に、排ガスの通過面積を調整するダンパー（２１）をそれぞれ設け、バッファ室（２０）の気圧に基づいてダンパー（２１）の開閉量を決定し、燃焼室（９）の気圧を制御する条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の非鉄金属の溶解方法。
【請求項３】
炉本体（１）に連通するダクト（５）を、上下に分離して設けると共に、下側のダクト中に、排ガスの通過面積を調整するダンパー（２１）を設け、下側のダクトから排ガスを大気に放出した後に、上側のダクト内に排ガスを吸引して回収する条件を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の非鉄金属の溶解方法。
【請求項４】
酸素バーナ（８）のノズル（１１）から噴射される酸素を旋回流とし、燃料用ノズル（３７）の先端を酸素用ノズル（３６）の先端位置に比べて引っ込めてある条件を満たすことを特徴とする、請求項１、２又は３記載の非鉄金属の溶解方法。
【請求項５】
酸素バーナ（８）のバーナ本体（２５）に、燃料と酸素をまとめて噴射する酸素用ノズル（３６）を複数個設けると共に、酸素の噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ２以上としてある条件を満たすことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の非鉄金属の溶解方法。
【請求項６】
酸素バーナ（８）のバーナ本体（２５）へ燃料と酸素を供給する各流路中、またはバーナ本体（２５）内に備わる燃料と酸素を供給する各流路中に、分岐路を備えると共に、各分岐路に、絞弁と、絞弁に通じるコックとを有し、酸素用分岐路の一つと燃料用分岐路の一つとを一組としてまとめることによって、複数の組み合わせを形成し、各組から得られる火炎の出力を違える為に、各組の燃料用絞弁とＯ２用絞弁との開口度を予め設定してあることを特徴とする条件を満たすことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の非鉄金属の溶解方法。
【請求項７】
酸素バーナ（８）のバーナ本体（２５）へ燃料と酸素を供給する各流路に、供給圧力を変化させる圧力調整弁（４０）を設ける条件を満たすことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の非鉄金属の溶解方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミニウム、銅、すず、亜鉛、マグネシウムなどの金属元素と、それらの合金の非鉄金属を、酸素バーナの火炎で溶解する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶解炉の業界では熱効率の向上が求められており、近年、空気バーナの代わりに酸素バーナを熱源として用いる試みが、実用化に向けて行われている。酸素バーナを用いる最大の理由は、熱損失の大きな要因となっている排ガスの発生量が空気バーナに比べて１／４と、大幅に少ないことである。また、その他の理由の一つとして、酸素バーナの火炎は高温で、高輻射伝熱による熱伝達が高いことが挙げられる。
【０００３】
そこで、空気バーナ用の溶解炉に、酸素バーナを空気バーナの代わりに使用して実験を行ったところ、熱効率が思ったほど向上しないだけでなく、溶解炉の焼損をもたらし、さらには、ドロス（酸化した溶湯）の発生量が増え、溶解炉として成り立たないという結果が得られた。このような結果となった原因は、三つ考えられる。第一の原因は、燃焼によって発生する排ガス量の割に炉本体の開口面積が大きいので、燃焼室の気圧の制御が難しく、しかも、燃焼室を、残留ＣＯ濃度および残留Ｏ２濃度が０％に近い理想的な雰囲気に制御することが難しいことである。第二の原因は、高温火炎によって炉本体内の局部高温が起こって耐火材が焼損することである。第三の原因は、火炎の基部側、つまりノズルの近傍部分では、完全燃焼に至っておらず、酸素を多く含んだ青白い未燃焼反応部分となっており、未反応酸素が燃焼室に突入して溶解金属を酸化させることである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明のうち請求項１記載の発明の目的は、酸素バーナが有する特性を生かして熱効率を向上すると共に、ドロスの発生量を低く抑え、さらに、耐火材の寿命を伸ばすことのできる非鉄金属の溶解方法を提供することである。
【０００５】
請求項２および請求項３記載の発明の目的は、燃焼室を、酸素バーナの燃焼に最適な気圧に保持することである。
【０００６】
請求項４および請求項５記載の発明の目的は、酸素バーナのノズルから噴射される火炎の未燃焼反応部分を短くでき、しかも、火炎自体を安定させることである。なお、安定した火炎とは、火炎の全長および未燃焼反応部分の長さが変化せず、しかも、火炎が断続的に飛び火した状態とならないものである。
【０００７】
ところで、溶解炉は燃焼室の温度や投入するインゴットの量に応じて、火炎の出力を変化させる必要があり、その場合でも燃料や酸素が無駄にならないように完全燃焼させることが望ましいとされている。請求項６および請求項７記載の発明の目的は、酸素バーナの火炎の出力を変えても完全燃焼させることが容易にできるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のうち請求項１記載の発明は、非鉄金属を酸素バーナで溶かし、所望の温度の溶湯を得る非鉄金属の溶解方法において、炉本体の溶解部の通孔内に、酸素バーナのノズルを、ノズルの先端が溶解部の内面より外側に配置された状態で設け、さらに、火炎の基部側に備わる未燃焼反応部分を、溶解部の通孔内に配置する第一条件と、溶解部の周方向に、複数本の酸素バーナを間隔を開けて配置し、酸素バーナを首振り可能に支持してある第二条件と、溶解部内の燃焼室を、酸化または還元雰囲気に選択できる制御と、残留Ｏ２濃度、若しくは残留ＣＯ濃度を０〜２％に保つ制御とを兼ね備えた第三条件と、炉本体の開口面積を、燃料１００００kcal／lh当り0.2cm2〜10cm2となる範囲内に設定してある第四条件と、を満たすことを特徴とする。
【０００９】
未燃焼反応部分とは、火炎の基部側、つまりノズルの近傍部分に表れる青白い部分のことで、完全燃焼に至っておらず酸素を多く含んだ状態である。未燃焼反応部分を溶解部の通孔内に配置したのは、火炎の先部（完全燃焼している部分）を燃焼室に突入させる為である。
【００１０】
本発明に使用する溶解炉は、材料を溶かす溶解部を備えた炉本体に、酸素バーナを有しているものである。炉本体は、溶解部のみから構成され、該溶解部に材料を溶かす機能と溶湯を溜める機能を兼ね備えた形態であっても良いし、溶解部に、溶湯を溜める保持部を連続して設けた形態や、溶解部の上方に予熱部を連続して設けて、溶解部に入る材料を予め温めて溶け易くした形態であっても良い。なお、炉本体が溶解部のみから構成される場合、本発明は角型や丸型のものにも適用される。
【００１１】
請求項２記載の発明は、炉本体に連通するダクト中にバッファ室を設けると共に、バッファ室の前後に、排ガスの通過面積を調整するダンパーをそれぞれ設け、バッファ室の気圧に基づいてダンパーの開閉量を決定し、燃焼室の気圧を制御する条件を満たすことを特徴とする。開口面積とは、炉本体内と外部とが連通している箇所の面積を意味する。但し、ダクトに通じる排気口の面積を除くものとする。
【００１２】
炉本体が溶解部上に予熱部を連続して設けてある形態の溶解炉の場合は、予熱部にダクトを連通して設ける。
【００１３】
請求項３記載の発明は、炉本体に連通するダクトを、上下に分離して設けると共に、下側のダクト中に、排ガスの通過面積を調整するダンパーを設け、下側のダクトから排ガスを大気に放出した後に、上側のダクト内に排ガスを吸引して回収する条件を満たすことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、酸素バーナのノズルから噴射される酸素を旋回流とし、燃料用ノズルの先端を酸素用ノズルの先端位置に比べて引っ込めてある条件を満たすことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、酸素バーナのバーナ本体に、燃料と酸素をまとめて噴射する酸素用ノズルを複数個設けると共に、酸素の噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ２以上としてある条件を満たすことを特徴とする。酸素の噴射圧力は１ｋｇ／ｃｍ２までならば、高くする程、酸素の噴射速度が速くなり（最高で音速）、攪拌効率が向上するが、噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ２より高くしても、噴射速度は音速より速くならないという一般的な原理がある。よって、噴射圧力の下限値は、燃料と酸素の攪拌効率が最も良好な状態を保持できるという観点から１ｋｇ／ｃｍ２に設定した。
【００１６】
請求項６記載の発明は、酸素バーナのバーナ本体へ燃料と酸素を供給する各流路中、またはバーナ本体内に備わる燃料と酸素を供給する各流路中に、分岐路を備えると共に、各分岐路に、絞弁と、絞弁に通じるコックとを有し、酸素用分岐路の一つと燃料用分岐路の一つとを一組としてまとめることによって、複数の組み合わせを形成し、各組から得られる火炎の出力を違える為に、各組の燃料用絞弁とＯ２用絞弁との開口度を予め設定してある条件を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、酸素バーナのバーナ本体へ燃料と酸素を供給する各流路に、供給圧力を変化させる圧力調整弁を備えている条件を満たすことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の非鉄金属の溶解方法に使用する溶解炉の第一実施形態を図面に基づいて以下に説明する。溶解炉は、図１に示すように、高温空間を囲む耐火断熱材でつくられた炉本体１と、酸素バーナ８を備えている。炉本体１は、全体として略Ｌ字状に屈曲した有底筒型であり、材料を溜める予熱部２を直立して設け、予熱部２の下側に、溶解部３を下向きに傾斜する状態で連続して設け、溶解部３の下側に、溶解部３から流れる溶湯が溜まる保持部４を水平に連続して備えたものである。
【００１９】
予熱部２の上方には、図２及び図４に示すように溶解部３で発生する排ガスを通す為のダクト５を連通して設けると共に、予熱部２とダクト５の間に、水平方向に開閉する蓋６を介在し、蓋６には、蓋６を閉じた状態で予熱部２とダクト５を連通させる為の抜穴７を設けてある。なお、蓋６を開けた状態で材料を予熱部２内に投入し、投入後は蓋６を閉じるようにする。
【００２０】
溶解部３は図３に示すように、酸素バーナ８をバランス良く配置して燃焼室９を均一な温度に保持する為に、図１に示すように、周壁１０の前後面に酸素バーナ８のノズル１１を突入させる通孔１２を、横手方向に沿って間隔を開けて且つ前後対称箇所に設けてある。また、図２に示すように、真上に配置された予熱部２の内周面に対して、ノズル１１の先端位置を引っ込めて（燃焼室９から遠ざけて）ある。通孔１２は図５（イ）に示すように、その内面を、通孔１２の中心部を球の中心とする曲面形状に形成してあり、その通孔１２内に、該曲面に対応する外周面を備えた球状体１３を、全方向へ回転可能に収容し、さらに、球状体１３の中央部に備わる抜孔１４中にノズル１１を保持することによって、酸素バーナ８を上下左右に首振りした際に、図５（ロ）に示すように、球状体１３が通孔１２の内面に沿って回転して、燃焼室９と外部との気密化が図れるようになっている。その気密化を一層向上する為に、ベローズ１５の一端部を、周壁１０の抜孔位置の外周に固着し、他端部を酸素バーナ本体１６の中間部外周に固着してある。球状体１３は、燃焼室９を向いた面に凹部１７を設けて、該凹部１７の底にノズル１１の先端を合わせてある。ところで、酸素バーナ８の首振りを行う場合は、図１及び図３に示すように、保持部４に設けた覗窓１８から内部状況を把握することによって、ノズル１１から噴射される火炎の向きを調整して、材料に当てるようにする。なお、覗窓１８は、溶解部３の密閉性を高める為に、ガラス等の透明体で封止してある。
【００２１】
保持部４は、図３に示すように、周面に酸素バーナ８のノズル１１を突入させる貫通孔１９を備え、そのノズル１１から噴射される火炎で溶湯の温度を一定温度に保持するようにしてある。なお、図１及び図３中の符号Ｔは、周面に設けた出湯口を開閉する扉である。
【００２２】
ダクト５は図２に示すように、その中間高さ箇所にバッファ室２０を設けると共に、バッファ室１７の前後に、内部通路を開閉するダンパー２１を夫々設けてある。バッファ室２０の気圧に基づいて、二つのダンパー２１の開閉角度を夫々決定し、燃焼室９の気圧が酸素バーナ８の燃焼に最も適した状態となるようにする。具体的に言えば、負圧による熱効率の低下と酸化を防ぎ、或いは、正圧による熱風の吹き出しを防ぐようにする。また、下側のダンパー２１で大まかな設定を行い、上側のダンパー２１で微調整を行う。なお、バッファ室２０の気圧を測定する手段には、例えば気圧計を用い、気圧計の先部をバッファ室２０内に突入する状態で設置し、上側のダンパー２１を制御した状態で気圧を測定する。
【００２３】
酸素バーナ８は図６に示すように、同心円状に三本のパイプ２２，２３，２４を配置してバーナ本体２５を形成し、バーナ本体２５を上下左右に１５度ほど首振り可能に支持してある（図示、省略）。燃料を中央のパイプ２２から吐出し、酸素を中央のパイプ２２の外側のパイプ２３から吐出し、さらに、冷却用空気を最も外側のパイプ２４から吐出する。酸素用パイプ２３の流路においては噴射口の手前を螺旋状にして（図示省略）、酸素が旋回流状に吐出されるように構成し、さらに、中央のパイプ２２の先端を外側のパイプ２３，２４の先端位置より引っ込めてある。酸素バーナ８に用いる酸素は支燃性ガスとしての役割と、ノズル１１を冷却する役割を兼備し、常時使用するものである。一方、冷却用空気は、通常は使用せず、酸素による冷却能力が不十分になった時にのみ使用するもので、これによってノズル１１の焼損を防ぐ。また、酸素は濃度が７５〜１００％のものを使用する。
【００２４】
酸素バーナ８のバーナ本体２５には図９に示すように、燃料用流路２６、酸素用流路２７、冷却空気用流路２８を、それぞれ接続してある。燃料用流路２６の中間部に一対の分岐路２６ａ，２６ｂを設けると共に、酸素用流路２７の中間部に一対の分岐路２７ａ，２７ｂを設け、各分岐路２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂの基部側に電動で開閉するコック２９ａ，２９ｂ，３０ａ，３０ｂを設けると共に、先部側に絞弁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂを備えている。
【００２５】
火炎の出力を段階的に変える為に、燃料用分岐路２６ａと酸素用分岐路２７ａとを一組にまとめ、同様に、燃料用分岐路２６ｂと酸素用分岐路２７ｂとを一組にまとめ、各組の燃料と酸素の供給量を異なる設定にする。さらに詳しく言えば、一対の燃料用絞弁３１ａ，３１ｂの開口面積を異なる状態に設定すると共に、絞弁３１ａから供給される燃料の量に合せて、酸素用絞弁３２ａの開口面積を設定し、同じく、絞弁３１ｂから供給される燃料の量に合せて、酸素用絞弁３２ｂの開口面積を設定する。燃料と酸素の供給割合を調整すれば、燃焼室を酸化、または還元雰囲気にすること、並びに、残留Ｏ２濃度、若しくは残留ＣＯ濃度を０〜２％の範囲に保つことも思いのままとなる。
【００２６】
酸素バーナ８を使用する際には、燃料用コック２９ａと酸素用コック３０ａが開いている場合には、燃料用コック２９ｂと酸素用コック３０ｂが閉じた状態となり、その逆に、燃料用コック２９ａと酸素用コック３０ａが閉じている場合には、燃料用コック２９ｂと酸素用コック３０ｂが開いた状態となるように、電動で開閉させる。燃料用流路２６と酸素用流路２７には、分岐路よりも基部側にコック３３ａ，３３ｂを設けてある。空気用流路２８には、バーナ本体２５へ通じる本路２８ａの他に、燃料用流路２６の先端部に通じる枝路２８ｂを設け、冷却空気を使用する場合には、本路２８ａのコック３４ａを開く。なお、岐路２８ｂにコック３４ｂ、逆止弁３５ａを順次設け、燃料用流路２６の先端部に逆止弁３５ｂを設けてある。
【００２７】
上記した第一実施形態の溶解炉は、保持部４にも酸素バーナ８を使用しており、保持部４の排ガスは溶解部３から予熱部２を経て、溶解部３の排ガスと共に予熱部２中の材料（インゴット）を予熱しながら、抜孔７を通ってダクト５に排出される。
【００２８】
図７は溶解炉の第二実施形態を示すもので、ダクト５の構造に特徴を備えたものである。このダクト５は、その中間高さ箇所において上下に分離し、その下側部分５ａにダンパー２１を設けたものである。これは、下側部分５ａから排出される排ガスを一旦、大気中に放出し、その排ガスを上側部分５ｂで吸引するようになっており、燃焼室９の気圧に基づいてダンパー２１の開閉角度を調整して、気圧制御をしている。なお、上側部分５ｂの下端を傘状に開口して、排ガスを集めやすくしてある。
【００２９】
図１０は、溶解炉の第三実施形態を示すもので、バーナ本体２５の構造に特徴を備えたものである。これは、燃料用パイプ２２の外側に、複数本の酸素用パイプ２３を配置することによって、酸素用ノズル３６を複数個設け、さらに、空気用パイプ２４を、全ての酸素用パイプ２３，２３の外側をまとめて取り囲む状態で配置してある。燃料用パイプ２２の先端部には各酸素用パイプ２３に通じる連絡路３９を設け、酸素用ノズル３６から燃料と酸素をまとめて噴射する。なお、酸素の噴射圧力は１ｋｇ／ｃｍ２以上に設定する。
【００３０】
図１１は、溶解炉の第四実施形態を示すもので、バーナ本体２５に、燃料、酸素、および冷却空気を供給する流路２６，２７，２８を夫々備え、各流路２６，２７，２８に圧力調整弁４０を備え、圧力調整弁４０によって供給量を調整することを特徴とする。
【００３１】
【実施例】
上記した溶解炉について、熱効率の向上およびドロスの発生量を低く抑える為に好適な５つの数値設定を本発明者は見出だした。以下にそれを述べる。
【００３２】
第一の数値設定は、酸素バーナ８のノズル１１に関するものである。酸素バーナ８の構造は以前に述べた通りで、図８に示すように、酸素用ノズル３６の先端位置に対して燃料用ノズル３７の先端位置を引っ込める距離Ｒ、および、燃料用ノズル３７の外周に突設した螺旋羽根３８の角度αについて実験を行った。その結果が表１〜表３である。なお、酸素用ノズルには口径Ｄ：１０．９ｍｍ、燃料用ノズルには口径Ｅ：６ｍｍのものを使用した。
【００３３】
【表１】
0003717681.tif 000002
【００３４】
【表２】
0003717681.tif 000003
【００３５】
【表３】
0003717681.tif 000004
【００３６】
表１〜表３を見ると、評価の総合では角度αが４５度で、引っ込める距離が９ｍｍの場合と、角度αが６０度で、距離が６ｍｍ、９ｍｍの場合に、ミキシングおよび安定性が共に良いことが分かる。なお、評価は全て目視で行われ、ミキシング評価は、未燃焼反応部分の長さで行い、安定性の評価は、火炎の全長および未燃焼反応部分の長さが変化するか否か、火炎の飛び火があるか否かで行った。
【００３７】
第二の数値設定は、ノズル１１の先端を溶解部３の内面より５０ｍｍ〜３５０ｍｍ外側に設け、未燃焼反応部分を火炎の全長に対して２０％以下の範囲内に設けることである。この数値設定を本発明者は経験や多くの実験結果より見出だした。表４は、その実験結果の一つを示すものである。
【００３８】
【表４】
0003717681.tif 000005
【００３９】
表４を見ると、数値設定を満たす場合の方が、満たさない場合よりも、ドロス率が格段に良いことがわかる。
【００４０】
第三の数値設定は、金属溶解量１ｔ／ｈに対して、０．３本〜３本の酸素バーナ８を、溶解部３の周方向に最大火炎径の３倍以上の間隔をおいて配置することである。最大火炎径の３倍以上の間隔を開けて酸素バーナ８を配置したのは、燃焼室９の局部的な高温を回避する為である。また、酸素バーナ８の本数を多くするほど、燃焼室９はどの部分でも均一な温度になる傾向があるが、その反面、酸素バーナ８のコストがかさむこととなり、温度を均一に保持し、しかも、設備投資費も安く上げるには、金属溶解量１ｔ／ｈに対して、０．３本〜３本範囲が妥当であると考えられる。
【００４１】
第四の数値設定は、燃焼室９の残留Ｏ２濃度および残留ＣＯ濃度を０〜２％の範囲内に設定することである。燃焼室９には、ＣＯとＯ２が混在することは、ごく微量を除いてありえない。なぜなら、酸素バーナ８を使用する際に燃料の供給量に比べてＯ２の供給量が多い場合には、残留Ｏ２が発生し、逆の場合には、残留ＣＯが発生するからである。ＣＯやＯ２が多いことは熱効率の低下に直結し、何れも２％を越えると、その傾向が著しくなることから、第四の数値設定は導き出された。また、ＣＯが２％を越えると、溶解部３の開口部分から火が吹き出し、危険であると共に熱効率の低下をもたらすという理由もある。
【００４２】
第五の数値設定は、炉本体１の開口面積Ｓを燃料１００００ｋｃａｌ／lｈ当り０．２ｃｍ２〜１０ｃｍ２となる範囲内に設定すると共に、燃焼室９の気圧Ｐを、−１２ｍｍＡｑ〜１２ｍｍＡｑの範囲内に設定し、さらに、開口面積Ｓと気圧Ｐとの関係を、（｜Ｐ｜＋２）×（Ｓ＋２）＜３６に保つことである。気圧Ｐが１２ｍｍＡｑを越えると、開口部分から１３．５ｍ／ｓで熱風が吹き出し、しかも、開口部分が赤熱するので、大変危険である。また、−１２ｍＡｑを越えると、外気が１３．５ｍ／ｓで内部に吹き込んで、燃焼室９中に局部的に冷たい部分が作られ、熱効率の低下につながる。また、開口面積は０ｃｍ２にすることが望ましいが、そのような構造にすることは、設備費が格段にかさむだけでなく、物理的に殆ど不可能であるので、下限を０．２ｃｍ２に設定した。また、開口面積Ｓの上限を１０ｃｍ２に設定したのは、この値よりも開口面積が広いと、排気ガスや外気の出入りが容易となり、且つ、気圧制御が格段に難しくなるからである。さらに、開口面積Ｓの変化および燃焼室９の気圧Ｐの変化に対する排ガス量および外気吹込み量についての実験結果が図１２のグラフに示してある。これは、Ｏ２濃度が９３％で２０度の準酸素で燃料を完全燃焼させた場合に、燃焼室から排ガスがどの程度噴出し、また、外気がどの程度流入するかを表したものである。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は以下の効果を有する。まず、第一条件では、ドロスの発生量を増加させる要因となる未燃焼反応部分を通孔内に配置してあるので、火炎の先部、つまり、完全燃焼した部分が燃焼室に突入することとなり、その結果、ドロスの発生量を低く抑えることができる。また、完全燃焼した高温火炎が、燃焼室に突入するので、インゴットを効率良く溶かすことができ、熱効率の向上につながる。次に、第二条件では、バーナに首振り可能に支持してあるので、火炎が材料に当たっていない場合には、バーナの角度を変えて火炎を材料に向けて直接溶かすことができる。また、複数本の酸素バーナを炉本体の周方向に間隔を開けて設けてあるので、溶解部内の燃焼室にバーナがバランス良く配置された状態となって、燃焼室全体を均一な温度に保持しやすくなる。これら相乗効果によって、インゴットを効率良く溶かすことができるようになり、ひいては、熱効率の向上につながる。第三条件では、酸素と燃料を理想的な配合割合で燃焼させ、残留ＣＯや残留Ｏ２が殆ど発生しなくなることから、熱効率が向上する。また、燃焼室内が還元雰囲気の場合や、酸化雰囲気の場合であって残留Ｏ２が０〜２％の状態では、ドロスの発生量も低く抑えられる。第四条件では、炉本体の開口面積を燃料１００００kcal／lh当り０．２ｃｍ２〜１０ｃｍ２に設定したので、排気ガスや外気の出入りが困難となり、気圧制御が容易となるので、理想的な燃焼条件の一つが形成できることとなり、熱効率を向上できる。したがって、四つの条件の全てを満たすことによって、熱効率を向上でき、しかも、ドロスの発生量を低く抑えられる。また、複数本の酸素バーナを溶解部の周方向に間隔を開けてもうけたことと、酸素と燃料とを理想的な配合割合にしたことから、局部高温を回避でき、耐火材の寿命を伸ばすこともできる。
【００４４】
請求項２記載の発明は、燃焼室から離れたバッファ室の気圧に基づいて燃焼室の気圧を制御するので、火炎出力の変動によって燃焼室の気圧が瞬間的に増減して元の気圧に戻った場合に、バッファ室には気圧の変動が伝わらないこととなり、安定した気圧制御ができることとなる。また、バッファ室の前後にダンパをそれぞれ備えているので、燃焼室の気圧を緻密に制御し、酸素バーナの燃焼に最適な気圧に保持することが可能となる。
【００４５】
請求項３記載の発明は、炉本体からの排ガスを大気に放出し、その放出口の上側に備わるダクト内に排ガスを吸引して回収することによって、炉本体内を酸素バーナの燃焼に最適な気圧に保持することが可能となる。
【００４６】
請求項４記載の発明は次の効果を有する。酸素に旋回流を与えると共に、燃料用ノズルの先端を酸素用ノズルの先端位置より引っ込めてあるので、燃料と旋回流となった酸素とが周りを囲まれた空間内に突入することとなり、燃料が微粒子化した後に気化されると共に、酸素と十分に攪拌混合される。その結果、未燃焼反応部分が短くなり、しかも、噴流による拌流効果によって火炎の温度が全長に亘って均一な安定した状態となる。
【００４７】
請求項５記載の発明は、酸素バーナのバーナ本体に、燃料と酸素をまとめて噴射する酸素用ノズルを複数個設けてあるので、酸素用ノズルが一つのものに比べて、燃料と酸素との攪拌効率が向上し、しかも、酸素の噴射圧力を１ｋｇ／ｃｍ２以上にしてあるので、酸素が音速で噴射され、攪拌効率がさらに向上する。その結果、未燃焼反応部分が短くなり、しかも、噴流による拌流効果によって火炎の温度が全長に亘って均一な安定した状態となる。
【００４８】
請求項６記載の発明は、酸素バーナへ燃料と酸素を供給する各流路中に分岐路を備え、各分岐路に複数の絞弁を夫々備えているので、酸素と燃料の各供給量を完全燃焼に必要な量に合わせた組み合わせを予め複数設けておくと共に、各組み合わせから得られる火炎の出力が相違するように、各絞弁の開口面積を異なる状態で設定しておけば、完全燃焼させながら火炎の出力を段階的に変化させることができる。また、各絞弁に通じるコックを開閉するだけの簡単な方法で火炎の出力を変えることのできる有用なものである。
【００４９】
請求項７記載の発明は、バーナ本体へ燃料と酸素を供給する各流路に、供給圧力を変化させる圧力調整弁を備えているので、圧力調整弁の供給圧力を変更するだけで、所望の供給流量を正確に得られるようになり、その結果、完全燃焼に必要な火炎の出力を連続的に変化させることができる有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に用いる非鉄金属用溶解炉の第一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】  本発明に用いる非鉄金属用溶解炉の第一実施形態の横断面図である。
【図４】  本発明に用いる非鉄金属用溶解炉の第一実施形態の平面図である。
【図５】（イ）（ロ）
ノズルの支持の仕方を示す縦断面図である。
【図６】  酸素バーナを示す一部切欠正面図である。
【図７】  非鉄金属用溶解炉の第二実施形態を示す断面図である。
【図８】  酸素バーナのノズル部分を拡大した断面図である。
【図９】  バーナ本体へ燃料、酸素、および空気を供給する流路を示す回路図である。
【図１０】（イ）（ロ）
非鉄金属用溶解炉の第三実施形態を示す要部断面図、右側面図である。
【図１１】  非鉄金属用溶解炉の第四実施形態を示す回路図である。
【図１２】  燃焼室の気圧の変化および開口面積の変化に対する、燃焼室から吹き出す排ガス量および吹込む外気量を示すグラフである。
【符号の説明】
１  炉本体
３  溶解部
８  酸素バーナ
９  燃焼室
１１  ノズル
１２  通孔
２０  バッファ室
２１  ダンパー
２５  バーナ本体
３６  酸素用ノズル
３７  燃料用ノズル
４０  圧力調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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