(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被予熱材投入口が上部に形成されている予熱タワーと、予熱タワーから降下して来た被予熱材を溶解する加熱溶解室と、加熱溶解室にて溶解された溶解金属を所定の温度に保つ均熱保持室と、均熱状態に保持された溶湯を汲み出すウエルとで構成された溶解保持炉であって、
予熱タワーの被予熱材通過縦孔の内面に、予熱タワーの被予熱材通過縦孔の内面から対向して突出しており、その突出端が上面から底面に行くほど被予熱材通過縦孔の中心側に突出する下り斜面状に形成されているロストル基部と、ロストル基部間に嵌め込んで使用され、前記ロストル基部の下り傾斜面に係合する端面が下面から上面に向かって上り傾斜に形成されているロストル架設部材とで構成されている被予熱材係止用のロストルが架設されている事を特徴とする溶解保持炉。
【請求項２】
ロストル基部とロストル架設部材との繋合端面に繋合部が形成されている事を特徴とする請求項１に記載の溶解保持炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はロストルを予熱タワーに設ける事によって予熱タワーに投入された被予熱材を下から順次溶解して行き、溶け残りが発生しないようにした溶解保持炉の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、手許炉の溶湯補給システムとしては、ルツボ炉を用いて連続溶解するものと、集中溶解炉から溶湯を保持炉専用の手許炉へ取鍋等で運搬し、配湯するものとが知られている。ところが、前者のルツボ炉利用のものにあっては、溶湯中へ被予熱材料を直接差し込んで溶解するようにしているので、湯温調節の関係上定期的に少量の材料を投入しなければならず、溶解能力と熱効率が低いという問題があり、しかも安全面・溶湯品質面から頻繁なルツボ交換が必要となって多くの費用と労力がかかり、メインテナンスコストが大きいという問題があった。
【０００３】
また、後者の集中溶解方式の場合にあっては、溶解量の変動が大きいとトータルコストの面で大きな損失となる為、常に大量の溶解量を確保する必要があり、材質が多種多様化して来たアルミニウム等の材料の溶解に使用し難い問題があり、しかも配湯過程において溶湯温度が低下する為必然的に集中溶解炉からの出湯温度をその低下分だけ高くしなければならず省エネルギーなどの点で問題があった。
【０００４】
そこで、図６〜８に示すようにアルミニウム等の金属を連続溶解保持する金属溶解保持炉(B)が提案された。この金属溶解保持炉(B)は手許炉の溶湯補給システムとして利用されるもので、被予熱材供給タワー(50)と、溶解バーナ(51)が設置された溶解室(52)と、溶解室(52)に連通し、溶解バーナ(51)の火炎によって溶解された溶湯(53)が流入して貯溜される均熱保持室（図示せず）と、均熱保持室に連通し、均熱保持室から流出した溶湯(53)を溜めておき、そこから溶湯(53)を汲み出すウエル（図示せず）とで構成されている。
これにより手許炉の溶湯補給システムの一部として金属溶解保持炉(B)が効果的に使用されるようになったのであるが、この金属溶解保持炉(B)にも以下の問題点があった。
【０００５】
図６に示すように、予熱タワー(50)には上下に貫通する被予熱材通過孔(50a)が形成されている。この予熱タワー(50)の上面に開口する被予熱材投入口（被予熱材通過孔(50a)の上面開口）から被予熱材通過孔(50a)に被予熱材(9)が投入されるものであるが、この被予熱材通過孔(50a)の内周面には被予熱材(9)が係止されるようなものがなく、最初に投入された被予熱材(9)はそのまま溶解室(52)に堆積し、以降に投入される被予熱材(9)はその上に堆積していく事になる。
この状態で、溶解バーナ(51)を点火して堆積した被予熱材(9)を加熱すると、堆積した被予熱材(9)の溶解バーナ(51)側の面には集中的に溶解バーナ(51)からの火炎が接触して溶解することになるものの、その裏面側には火炎が接触せず、その結果、溶解室(53)の奥に多量の溶け残り(9a)が溜まる事になる。
【０００６】
この溶け残り(9a)の発生は、▲１▼均熱保持室の湯温の安定化の阻害、▲２▼溶解やメンテナンス作業の遅れ、▲３▼溶湯成分のバラツキ発生などの原因となる。
すなわち、図８に示すように被予熱材(9)の溶け残り(9a)が発生すると、この溶け残り(9a)を集中的に溶解する必要がある。そこで、溶解バーナ(51)にて溶け残り(9a)を加熱し（一般的に３０分位）、かなり溶けたところで第１点検扉(54)を開き、第１点検口(55)から作業治具(56)を挿入して溶け残り(9a)を溶湯(53)内に押し込む（作業時間は２０分程度）。これにより、溶け残り(9a)の除去作業に全体として５０分程度の時間が必要となり、溶解や清掃又はメンテナンス作業の遅れに繋がる。更に、溶け残り(9a)の塊（融点５６０℃付近の冷物）を溶湯(53)内に押し込むので、溶湯(53)の温度が低下し、均熱保持室の湯温の安定化の阻害に繋がる。
また、被予熱材(9)の一部が直接溶湯(53)中にはまり込む場合もあり、この面でも溶湯(53)の湯温の安定化を阻害する事になる。ちなみに、この場合の湯温精度は、−５℃〜＋３℃であった。
【０００７】
また、Ｈｉ−Ｓｉアルミニウム合金の溶解の場合に、溶け残り(9a)が発生すると均熱保持室内の溶湯のＳｉ成分が不安定になる。すなわち、溶け残り(9a)の表面にＳｉが残留し、溶湯(53)のＳｉ含有量が例えば１７％Ｓｉ合金の被予熱材(9)を溶解したにも拘わらず、溶湯(53)のＳｉ含有量は最低で１３.５％になった例がある。従って、Ｓｉ含有量が被予熱材(9)より大きくなった溶け残り(9a)を前述の作業で溶湯(53)中に押し込むと、溶湯(53)のＳｉ含有量も当然大きくなり、その結果Ｓｉ含有量に大きなバラツキが発生する事になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の解決課題の第１は、被予熱材通過縦孔にロストルを設ける事により、予熱タワーに投入された被予熱材全体が下から均一に加熱されて溶解し、加熱溶解室の底部に大量の被予熱材の溶け残りが発生しないようにして、▲１▼均熱保持室の湯温の安定化、▲２▼溶解やメンテナンス作業の効率化、▲３▼溶湯成分のバラツキ防止を達成する事であり、第２は前記ロストルを簡単に交換できるようにする事にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶解保持炉(A)は、
(a)被予熱材投入口(5)が上部に形成されている予熱タワー(1)と、
(b)予熱タワー(1)から降下して来た被予熱材(9)を溶解する加熱溶解室(2)と、
(c)加熱溶解室(2)にて溶解された溶解金属を所定の温度に保つ均熱保持室(3)と、
(d)均熱状態に保持された溶湯を汲み出すウエル(4)とで構成された溶解保持炉(A)であって、
(e)予熱タワー(1)の被予熱材通過縦孔(1a)の内面に、予熱タワー(1)の被予熱材通過縦孔(1a)の内面から対向して突出しており、その突出端(8a1)が上面から底面に行くほど被予熱材通過縦孔の中心側に突出する下り斜面状に形成されているロストル基部(8a)と、ロストル基部(8a)間に嵌め込んで使用され、前記ロストル基部(8a)の下り傾斜面(8a1)に係合する端面(8b1)が下面から上面に向かって上り傾斜に形成されているロストル架設部材(8b)とで構成されている被予熱材係止用のロストル(8)が架設されている事を特徴とする。
【００１０】
これにより、被予熱材通過縦孔(1a)に投入された被予熱材(9)は途中のロストル(8)に引っ掛かって被予熱材通過縦孔(1a)の途中で堆積することになり、加熱溶解室(2)の底部まで直接落下しない。その結果、溶解バーナ(11)の火炎は、図３に示すように加熱溶解室(2)から被予熱材通過縦孔(1a)に流入していき、ロストル(8)にて係止されている被予熱材(9)を下から加熱する。加熱された被予熱材(9)は下から順次溶解して滴下して加熱溶解室(2)の底部に溜まる。この滴下堆積金属は、溶解バーナ(11)の火炎によって更に昇温され、均熱保持室(3)に流入する。
一方、被予熱材通過縦孔(1a)では、溶解バーナ(11)の火炎が被予熱材(9)に接触して、上部に堆積している被予熱材(9)を加熱しつつ上昇し、予熱タワー(1)の上端から大気放出される。
このように、被予熱材(9)はロストル(8)に係止されて堆積し、下から順次加熱溶解されるので、従来例のように加熱溶解室(2)の底部に大量に溶け残り(9a)が堆積するような事がない。
【００１２】
ここで、ロストル(8)には投入された被予熱材(9)の全重量が加わるだけでなく、投入時の衝撃荷重が加わったり、また溶解バーナ(11)の火炎(14)が直接接触する。このようにロストルは、非常に苛酷な部材であり、損傷しやすいものである。したがって、上記のようにロストル(8)を３分割しておけば最も破損しやすい中央部分のロストル架設部材(8b)を交換するだけでロストル(8)の耐久性を大幅に増すことができるだけでなく交換も非常に簡単であってメンテナンス性に優れたものとなる。
【００１３】
請求項２はロストル(8)の接続部分に言及したもので、『ロストル基部(8a)とロストル架設部材(8b)との繋合端面(8a1)(8b1)に繋合部(8イ)が形成されている』事を特徴とする。これによれば、前記繋合端面(8a1)(8b1)の繋合部(8イ)によって両者が堅固に固定され、被予熱材(9)を投入してもロストル架設部材(8b)がロストル基部(8a)から脱落するような事がない。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。(A)は本発明に係る溶解保持炉の１実施例で、図１はその平断面図、図２は図１のＬ−Ｌ′線断面図、図３は図１のＭ−Ｍ′線断面図、図４は図１のＮ−Ｎ′線断面図である。本発明にかかる溶解保持炉(A)は、大略、予熱タワー(1)、加熱溶解室(2)、均熱保持室(3)、ウエル(4)で構成されている。
【００１５】
予熱タワー(1)は、加熱溶解室(2)の上方に連続して設置されており、上面に被予熱材投入口(5)が設けられ、開閉蓋(6)が開閉自在に設置されている。開閉蓋(6)は図３に示す様に予熱タワー(1)に設置された駆動シリンダ(7)によって、スライドするようになっている。開閉蓋(6)の中央には排ガス排出用の通孔(6a)が穿設されている。
【００１６】
ロストル(8)は予熱タワー(1)の下部の内側面に架設されており、被予熱材(9)が加熱溶解室(2)内に直接落ち込むのを防止する働きをなす。本実施例ではロストル(8)の数は中央に一本だけ設けられているが、勿論これに限られず、平行ないし交差するように複数本設けてもよいものである。
【００１７】
又、ロストル(8)は、図３に示すように予熱タワー(1)の内側壁から突設されたロストル基部(8a)と、ロストル基部(8a)間に嵌め込まれる逆台形状のロストル架設部材(8b)とで構成されており、この場合において、ロストル基部(8a)の突出端(8a1)は、その上面から底面に行くほど被予熱材通過縦孔(1a)の中心側に突出する下り斜面状に形成されており、ロストル架設部材(8b)の両端面(8b1)は前記ロストル基部(8a)の下り傾斜面(8a1)に係合できるように、下面から上面に向かって上り傾斜に形成されている。
【００１８】
更に、図５に示すようにロストル基部(8a)とロストル架設部材(8b)との繋合端面(8a1)(8b1)に繋合突起(8イa)と繋合凹所(8イb)とで構成される繋合部(8イ)を設けても良く、この場合は両者の接合力が向上して被予熱材(9)の投入による衝撃荷重が加わってもロストル架設部材(8b)がロストル基部(8a)から脱落するような事がない。
この繋合突起(8イa)と繋合凹所(8イb)は、繋合端面(8a1)(8b1)の中央部分のみに設けられ、側面に現れないようにする方が脱落防止の面から好ましい。
【００１９】
ロストル(8)の材質は、限定されないが高温強度や高温耐衝撃性、ヒートショックなど各種高温特性は勿論、耐摩耗性、剪断強さ、引っ張り強さなどの機械的性質にも優れている必要があることから、本実施例では例えば窒化ケイ素（Si3N4）のブロック部材が使用されている。
【００２０】
加熱溶解室(2)は、予熱タワー(1)の下方にて予熱タワー(1)に連続して形成されるもので、その予熱タワー(1)の直下の床面(10)は溶解バーナ(11)が設置されている加熱空間(12)に向かって下り傾斜に形成されている。
【００２１】
前記溶解バーナ(11)は加熱溶解室(2)の加熱空間(12)の側面に設置されており、火炎(14)が床面(10)方向に噴出するようにその噴射口が下り傾斜になるように取り付けられている。予熱タワー(1)の直下の加熱溶解室(2)の側面には第１点検口(15a)が設置されており、この第１点検口(15a)に第１点検扉(15)が開閉自在に設置されている。この第１点検扉(15)を開くことにより、ここから加熱溶解室(2)内を点検、清掃するようになっている。
又、加熱溶解室(2)の加熱空間(12)側の側壁の第２点検口(16a)には第２点検扉(16)が開閉自在に設置されており、第２点検口(16a)から加熱空間(12)内を点検、清掃するようになっている。本発明の場合は後述するように溶け残り(9a)がほとんど発生しないので、清掃作業が非常に簡単になる。
【００２２】
均熱保持室(3)は連通孔(13)を介して加熱溶解室(2)の加熱空間(12)に連通しており、天井から浸漬ヒータ(18)が垂設されている。浸漬ヒータ(18)は、セラミック製のヒータチューブ(18b)とその内部に収納されたヒータ部(18a)とで大略構成されており、均熱保持室(3)内に溜まった溶湯(19)内に浸漬ヒータ(18)のヒータ部(18a)全体が浸漬されている。
【００２３】
均熱保持室(3)に収納される溶湯(19)の湯面高さは、一般的には図２に示すように、加熱空間(12)の出口部分の高さにほぼ一致する様に常時保持されており、ヒータ部(18a)の上端はこの湯面より常時５〜10cm程度下に保持されている。従ってヒータ部(18a)の上端は加熱空間(12)の床面(10a)の出口部分より低く設定されておれば、常時溶湯(19)内にその全体が浸漬される事になる。
【００２４】
また、連通孔(13)の出口部分の天井面には第１仕切り板(20)が垂設されている。第１仕切り板(20)の下端も床面(10a)の出口より若干低く設定されており、第１仕切り板(20)の下端も溶湯(19)内に浸漬される事になる。なお、床面(10a)は連通孔(13)に向かって下り傾斜に形成されており、溶解バーナ(11)から噴射された火炎(14)によって加熱・溶融した金属が連通孔(13)を通って均熱保持室(3)内に円滑に流入するようになっている。
【００２５】
ウエル(4)は脱ガス部(4a)と汲み出し部(4b)とて構成されており、脱ガス部(4a)と均熱保持室(3)とが溶湯流入口(21)で底部にて連通している。
【００２６】
溶湯流入口(21)は炉体の天井部から垂設された第２仕切り板(21a)にて形成されるもので、第２仕切り板(21a)の下部は溶湯(19)内に浸漬されており、均熱保持室(3)内で均熱保持された溶湯(19)が前記溶湯流入口(21)を通って脱ガス部(4a)内に流入するようになっている。
【００２７】
脱ガス部(4a)内にはアルゴンのような不活性ガス吹き込み用ランス等脱ガス装置(24)が設置されており、脱ガス部(4a)内の溶湯(19)中のガス（◆主として水素）や不純物を浮上させて除去するようになっている。
脱ガス部(4a)と汲み出し部(4b)は炉体の天井面から垂設され、その下端が溶湯(19)中に浸漬している第３仕切り板(25a)によって分割されており、脱ガス部(4a)と汲み出し部(4b)は前記第３仕切り板(25a)にて形成された脱ガス溶湯流入口(25)にて底部で互いに連通している。
【００２８】
汲み出し部(4b)内には湯面センサ(26)と熱電対(27)とが設置されており、常時溶湯(19)の湯面及び湯温を検知している。
【００２９】
しかして、駆動シリンダ(7)を作動し、開閉蓋(6)を開き、予熱タワー(1)の被予熱材投入口(5)から被予熱材(9)を予熱タワー(1)内に投入する。
投入された被予熱材(9)はロストル(8)に係止して予熱タワー(1)内に充填され、直接加熱溶解室(2)に落下する事がない。このようにロストル(8)にて懸垂された状態で被予熱材(9)が予熱タワー(1)内に充填される。
【００３０】
次に溶解バーナ(11)を点火し、火炎(14)を加熱溶解室(2)の床面(10)に向かって噴射させる。火炎(14)は床面(10)に沿って流れ、更に予熱タワー(1)の内を通過し、被予熱材(9)を加熱しつつ被予熱材投入口(5)を閉塞している開閉蓋(6)の通孔(6a)を通って外部に排ガスとなって放出される。この間、予熱タワー(1)内の被予熱材(9)は前述のように燃焼ガスに接触して加熱され、その下部から次第に溶解を始め、床面(10)に滴下し、溶解バーナ(11)の火炎(14)によって更に加熱され、加熱空間(12)に滴下流入する事になる。ここで、ロストル(8)上に堆積している被予熱材(9)は、前述のようにその下部から熱せられて滴下しそのまま火炎よって更に昇温されて均熱保持室(3)に流入していくので、溶け残り(9a)が発生しない。従って、従来例と相違して例えばＨｉ−Ｓｉアルミニウム合金を溶解したような場合でもＳｉが溶け残り(9a)に残留するような事がなく、溶解金属全部が溶湯に流入し、溶湯成分が常時ほぼ一定に保たれる事になる。
【００３１】
加熱空間(12)内に入った熔融金属は更に火炎(14)によって加熱され、高温｛例えば６００℃｝の溶湯(19)、となって連通孔(13)を通り、均熱保持室(3)内に流入する。この場合、溶解金属は、滴となって均熱保持室(3)内に流入して行き、従来例のように溶け残り(9a)が発生しないので、均熱保持室(3)内の溶湯温度が安定する事になる。ちなみに湯温精度は、−２℃〜＋２℃であり、−５℃〜＋３℃である従来例に比べて湯温変動が抑制される事になる。
均熱保持室(3)内に入った溶湯(19)は浸漬ヒータ(18)によって所定の温度に保たれ、汲み出し部(4b)の溶湯汲み出しに合わせて均熱保持室(3)から脱ガス部(4a)、汲み出し部(4b)へと流れて行く。この間、脱ガス部(4a)において溶湯(19)の脱ガス・不純物除去がなされ、清浄な溶湯(19)となって、汲み出し部(4b)に流入する。
【００３２】
均熱保持室(3)、ウエル(4)内の溶湯(19)の湯温及び湯面の高さは湯面センサ(26)及び熱電対(27)によって常時監視されており、湯温が低い場合には浸漬ヒータ(18)を加熱して湯温を所定の温度まで上げるようにする。
また湯面が所定高さよりも低い場合には溶解バーナ(11)の燃焼量を増やし、被予熱材(9)の溶解量を増加させる。
【００３３】
浸漬ヒータ(18)には発熱部(18a)と非発熱部(18c)とがあり、ファインセラミック製のヒータチューブ(18b)に収納されて使用されている。温度制御は一般的にＰＩＤ制御がなされている。
又、ヒータ容量は、ヒータ寿命を考慮して必要容量のものよりも大きなものが使用されており、通常定格値の４０〜５０％の容量で使用する。
【００３４】
浸漬ヒータ(18)の発熱部(18a)は常時溶湯(19)内にその全体が浸漬されており、発熱部(18a)の発熱量は全て溶湯(19)に投入され、均熱保持室(3)の雰囲気を発熱部(18a)によって加熱するような事がない。従って、炉体の外壁温度がそれだけ低くなり、周囲の作業環境の改善につながる。
更に、これに加えて雰囲気温度が溶湯(19)の湯面温度と同じであるので、湯面温度が過度に高温とならず、溶湯(19)の湯面近傍と底部との温度差が小さくなる。（本実施例では、僅か５℃程度と非常に小さい。）
【００３５】
また、溶湯(19)が加熱溶解室(2)、均熱保持室(3)、脱ガス部(4a)を通って汲み出し部(4b)に流入する過程において第１仕切り板(20)、第２仕切り板(21a)、第３仕切り板(25a)が炉体の天井部分から垂設され、その下端が溶湯(19)内に浸漬されているので、溶湯(19)の表面に浮かぶ酸化物が、これら第１仕切り板(20)、第２仕切り板(21a)、第３仕切り板(25)によってそれぞれ堰き止められ、次の工程に流入する事がないので、汲み出し部(4b)には極めて清浄な湯が供給される事になる。
溶解作業を終了すると炉内を清掃することになるが、この場合溶け残り(9a)がほとんどないので、床面(10a)に付着している酸化物を取り除くだけでよく、清掃作業が大幅に短縮（１０分程度）でき、かつ溶解に要する燃料不要となり省エネルギを図る事ができる。従って、作業者の作業も非常に楽になる。
本発明において使用される金属は、特定されることはないが、本実施例にあってはアルミニウムやその合金が使用されている。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の溶解保持炉は、予熱タワーの被予熱材通過縦孔の内面に被予熱材係止用のロストルを架設する事により、被予熱材通過縦孔に投入された被予熱材は途中のロストルに引っ掛かって被予熱材通過縦孔の途中で堆積することになり、この状態で溶解バーナの火炎によって加熱されるため、下から順次溶解して滴下し、更に前記火炎で加熱されて均熱保持室に流入し、その結果加熱溶解室の底部に大量に溶け残りが堆積するような事がない。従って、▲１▼均熱保持室の湯温の安定化、▲２▼溶解やメンテナンス作業の効率化、▲３▼溶湯成分のバラツキ防止を達成する事ができる。
【００３７】
そして、ロストルをロストル基部とロストル架設部材とで構成しているので、最も破損しやすい中央部分のロストル架設部材を交換するだけでロストルの耐久性を大幅に増すことができるだけでなく交換も非常に簡単であってメンテナンス性を高める事ができる。
【００３８】
更に、ロストル基部とロストル架設部材との繋合端面に繋合部を形成する事により、両者を堅固に接合する事ができ、被予熱材を投入してもロストル架設部材がロストル基部から脱落するような事がないという使用上の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶解保持炉の平断面図
【図２】図１のＬ−Ｌ′の縦断面図
【図３】図１のＭ−Ｍ′縦断面図
【図４】図１のＮ−Ｎ′縦断面図
【図５】本発明におけるロストルの他の実施例の断面図
【図６】従来例において被予熱材を投入した場合の断面図
【図７】従来例において被予熱材の溶け残りを溶解している状態の断面図
【図８】従来例において被予熱材の溶け残り溶湯に押し込んでいる状態の断面図
【符号の説明】
(A)…溶解保持炉
(1)…予熱タワー
(1a)…被予熱材通過縦孔
(2)…加熱溶解室
(3)…均熱保持室
(4)…ウエル
(5)…被予熱材投入口
(8)…ロストル
(9)…被予熱材
(18)…浸漬ヒータ
(19)…溶湯
【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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