(57)【要約】【課題】溶解はバーナーによる直火により行い、溶湯の保温は電気などのヒーターによって行うことで効率のよい溶湯生成を可能としながらも二酸化炭素の排出削減を可能とし、さらに、ヒーターの長寿命化を可能とする。【解決手段】被溶解金属（インゴット）４００が投入されるとともに溶湯を保温状態で保持する坩堝１１０の外壁との間に保温室１６０が形成されるように坩堝１１０を収納する坩堝収納筐体１３０と、坩堝収納筐体１３０の内壁に設けられて坩堝１１０の内部の溶湯を所定温度に保持するためのヒーター１８０とを有する溶湯保温装置１００と、坩堝収納筐体１３０の上端部に着脱可能であって坩堝収納筐体１３０の上端部に装着された状態においては坩堝１１０の上端開口部１１２との間に燃焼室２５０を形成する燃焼装置筐体２１０と、坩堝１１０に投入された被溶解金属４００を直火で溶解するためのバーナー２２０とを有する燃焼装置２００とを有する。【選択図】図２
2011117640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶解金属が投入されるとともに前記被溶解金属が溶解された溶湯を保温した状態で保持する坩堝を有する金属溶解炉であって、
前記坩堝の外壁との間に保温室が形成されるように前記坩堝を収納する坩堝収納筐体と、前記坩堝収納筐体の内壁に設けられて前記坩堝の内部の溶湯を所定温度に保持するためのヒーターとを有する溶湯保温装置と、
前記坩堝収納筐体の上端部に着脱可能であって前記坩堝収納筐体の上端部に装着された状態においては前記坩堝の開口部との間に燃焼室を形成する燃焼装置筐体と、前記坩堝に投入された被溶解金属を直火で溶解するためのバーナーとを有する燃焼装置と、
を有することを特徴とする金属溶解炉。
【請求項２】
請求項１に記載の金属溶解炉において、
前記坩堝収納筐体は、当該坩堝収納筐体の上端部に前記保温室の開口部を覆う蓋体を有することを特徴とする金属溶解炉。
【請求項３】
請求項２に記載の金属溶解炉において、
前記蓋体と前記燃焼装置筐体との間に耐熱性シール材を設けることを特徴とする金属溶解炉。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の金属溶解炉において、
前記ヒーターは、電気ヒーターであることを特徴とする金属溶解炉。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の金属溶解炉において、
前記燃焼装置が前記坩堝収納筐体から取り外された状態で前記坩堝内に浸漬可能となる不純物除去装置をさらに有することを特徴とする金属溶解炉。
【請求項６】
請求項５に記載の金属溶解炉において、
前記不純物除去装置は、先端部に回転体を有し、当該回転体が前記溶湯の中で回転しながらマイクロバブル化した不活性ガスを発生する回転式の脱ガス装置であることを特徴とする金属溶解炉。
【請求項７】
被溶解金属が投入されるとともに前記被溶解金属が溶解された溶湯を保温した状態で保持する坩堝の外壁との間に保温室が形成されるように前記坩堝を収納する坩堝収納筐体及び前記坩堝収納筐体の内壁に設けられて前記坩堝の内部の溶湯を所定温度に保持するためのヒーターとを有する溶湯保温装置と、前記坩堝収納筐体の上端部に着脱可能であって前記坩堝収納筐体の上端部に装着された状態においては前記坩堝の開口部との間に燃焼室を形成する燃焼装置筐体及び前記坩堝に投入された被溶解金属を直火で溶解するためのバーナーを有する燃焼装置とを有する金属溶解炉における溶湯生成方法であって、
前記被溶解金属を前記坩堝に投入する被溶解金属投入工程と、
前記燃焼装置を前記溶湯保温装置に装着して、前記バーナーによって直火で前記被溶解金属を溶解させる溶解工程と、
前記坩堝の内部における溶湯を前記ヒーターによって所定温度に保温した状態で保持する溶湯保温工程と、
を有することを特徴とする金属溶解炉における溶湯生成方法。
【請求項８】
請求項７に記載の金属溶解炉における溶湯生成方法において、
前記燃焼装置が前記坩堝収納筐体から取り外された状態で前記溶湯に含まれる不純物を除去する不純物除去工程をさらに有することを特徴とする金属溶解炉における溶湯生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属溶解炉及び金属溶解炉における溶湯生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止の観点から二酸化炭素の排出削減を促進する技術は様々な分野で提案されている。金属を溶解して溶湯を製造する金属溶解炉においても、ガスなどの化石燃料の使用を極力抑えるために、電気エネルギーを併用するいわゆるハイブリッド型の金属溶解炉が存在する（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。
【０００３】
特許文献１に開示されている金属溶解炉（第１従来技術という。）は、いわゆる連続式溶解炉であり、被溶解金属をガスバーナーで溶解する燃焼室と、燃焼室で溶解された溶湯を電気ヒーターなどにより所定温度に保持する保温室と、保温室によって保温された溶湯を汲み出す汲み出し作業室とを有し、溶解から汲み出しまでの各工程を連続的に行うものであり、大量生産に適した金属溶解炉である。
【０００４】
また、非特許文献１に開示されている金属溶解炉（第２従来技術という。）は、「坩堝」を用いたいわゆる坩堝式溶解炉である。坩堝式溶解炉は、連続式溶解炉とは異なり、坩堝の中に被溶解金属を入れて、坩堝を加熱することによって溶湯を生成するものであり、連続式溶解炉のような大量生産向きではないが、不純物除去装置などによる不純物除去作業を適切に行うことができ、高品質、多品種、少量生産に適した金属溶解炉であるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１９８２２４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】東京ファーネス工業株式会社、製品案内、アルミ合金溶解保持炉ＣＨ−ＨＰ型、最新省エネ環境対応型ハイブリッド方式ルツボ炉シリーズ  ［平成２１年９月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://tfkk.kipc.or.jp＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
第１従来技術は、溶解は熱効率の高いガスバーナーを用い、溶湯の保温には電気ヒーターを用いているため、ガスバーナーだけを用いて溶解と保温とを行う金属溶解炉に比べれば二酸化炭素の排出量を削減することは可能である。また、第２従来技術は、ガスバーナーと電気ヒーターとを選択的に使用可能なハイブリッド型の坩堝式溶解炉であるため、第１従来技術と同様、ガスバーナーだけを用いて溶解と保温とを行う金属溶解炉に比べれば二酸化炭素の排出量を削減することができる。
【０００８】
しかしながら、第１従来技術は、連続式溶解炉であるため、溶湯が汲み出し作業室に入るまでの各工程が流れ作業的に連続的に行われるため、溶解の工程で発生した水素ガスなどの不純物を含んだ溶湯がそのまま汲み出し作業室に流入して行くこととなる。仮に、汲み出し作業工程の前段階において不純物除去工程を設けたとしても、流れ作業であるため、不純物の除去が適切になされない場合も多く、不純物を適切に除去することは難しいとされている。このため、第１従来技術は、不純物を可能な限り除去することが要求される高品質な溶湯の生成には不向きであり、また、多品種、少量生産向きではない。
【０００９】
一方、第２従来技術は、坩堝式溶解炉であるため、高品質、多品種、少量生産に適した金属溶解炉であるが、第２従来技術は、坩堝を収納している坩堝収納筐体と坩堝との間に形成されている保温室と燃焼室とを兼ねる空間部でガスバーナーを燃焼動作させて坩堝を加熱し、それによって、坩堝内の被溶解金属を溶解するいわゆる間接加熱によって溶解を行うものである。このため、溶解の際の熱効率が悪く生産性が低いという問題がある。
【００１０】
また、第１従来技術においては、保温室と燃焼室が同じであるので、ガスバーナーの燃焼時における熱や燃焼ガスが電気ヒーターに直接加わることとなる。このため、電気ヒーターは常に熱や燃焼ガスに晒された状態となるため、電気ヒーターを劣化させて寿命を低下させるといった問題がある。
【００１１】
そこで本発明は、バーナーとヒーターとによるハイブリッド型の熱源を用い、溶解はガスなどのバーナーによる直火により行い、溶湯の保温は電気などのヒーターによって行うことで効率のよい溶湯生成を可能としながらも二酸化炭素の排出削減を可能とし、さらに、ヒーターがバーナーの燃焼時における熱や燃焼ガスに晒されないようにすることによって、ヒーターの長寿命化を可能とする金属溶解炉及び溶湯生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
[１]本発明の金属溶解炉は、被溶解金属が投入されるとともに前記被溶解金属が溶解された溶湯を保温した状態で保持する坩堝を有する金属溶解炉であって、前記坩堝の外壁との間に保温室が形成されるように前記坩堝を収納する坩堝収納筐体と、前記坩堝収納筐体の内壁に設けられて前記坩堝の内部の溶湯を所定温度に保持するためのヒーターとを有する溶湯保温装置と、前記坩堝収納筐体の上端部に着脱可能であって前記坩堝収納筐体の上端部に装着された状態においては前記坩堝の開口部との間に燃焼室を形成する燃焼装置筐体と、前記坩堝に投入された被溶解金属を直火で溶解するためのバーナーとを有する燃焼装置とを有することを特徴とする。
【００１３】
このように本発明の金属溶解炉は、坩堝内の溶湯を保温するためのヒーターを有する溶湯保温装置と、坩堝に投入された被溶解金属（例えばアルミニウム）を直火で溶解するためのバーナーとを有する燃焼装置とがそれぞれ別の構成要素として用意されている金属溶解炉である。本発明の金属溶解炉によれば、被溶解金属の溶解を行う際は、燃焼装置の燃焼装置筐体を溶湯保温装置の坩堝収納筐体に装着して、バーナーによる直火により被溶解金属の溶解を行い、溶解によって生成された溶湯の保温はヒーターによって行うことができるため、効率のよい溶湯生成を可能としながらも二酸化炭素の排出削減が可能となる。
【００１４】
なお、燃焼装置筐体を溶湯保温装置の坩堝収納筐体に装着する際の表記としては、「燃焼装の燃焼装置筐体を溶湯保温装置の坩堝収納筐体に装着する」というように表記すべきであるが、以下では、「燃焼装置筐体」及び「坩堝収納筐体」を省略して、例えば、「燃焼装置を溶湯保温装置に装着する」というように表記する。また、燃焼装置筐体を溶湯保温装置の坩堝収納筐体から取り外す際の表記も同様に、「燃焼装置を溶湯保温装置から取り外す」というように表記する。
【００１５】
また、本発明の金属溶解炉は、燃焼室と保温室とが同じではなく、それぞれが独立した空間であるので、ヒーターがバーナーの燃焼熱や燃焼ガスに晒されることがなく、燃焼熱や燃焼ガスによるヒーターの劣化を防止することができ、ヒーターの長寿命化が可能となるといった効果も得られる。
【００１６】
また、燃焼装置が溶湯保温装置に着脱自在であることから、溶解させる工程が終了したあとは、燃焼装置を溶湯保温装置から取り外すことが可能である。このため、溶湯保温装置を複数台用意しておけば、取り外した燃焼装置を他の溶湯保温装置に装着して被溶解金属を溶解することもできる。例えば、２台の溶湯保温装置と１台の燃焼装置を用意しておくことにより、溶湯生成の終了した溶湯保温装置においては、不純物除去作業及び溶湯の汲み出し作業などを行い、その間に他の溶湯保温装置においては、被溶解金属の溶解を行うというように、溶解と溶湯の汲み出し作業とを２台の溶湯保温装置において交互に行うことによって、連続溶解炉的な使い方が可能となる。なお、溶湯保温装置は２台でなく、３台以上用意することも可能である。
【００１７】
[２]本発明の金属溶解炉においては、前記坩堝収納筐体は、当該坩堝収納筐体の上端部に前記保温室の開口部を覆う蓋体を有することが好ましい。
【００１８】
このような蓋体を設けることにより、保温室の保温能力を高めることができ、ヒーターの負荷を小さくすることができる。また、この蓋体は、バーナーの燃焼熱や燃焼ガスが保温室に流入するのを防止する役目も有しているため、ヒーターが燃焼熱や燃焼ガスに晒されることがなく、それによって、ヒーターの長寿命化が可能となる。
【００１９】
[３]本発明の金属溶解炉においては、前記蓋体と前記燃焼装置筐体との間に耐熱性シール材を設けることが好ましい。
【００２０】
このような耐熱性シール材を蓋体と坩堝収納筐体との間に設けることにより、バーナーの燃焼熱や燃焼ガスが保温室に流入するのを防止する効果をより高めることができる。また、耐熱性シール材は、バーナーの燃焼熱が外部に逃げるのを防止する役目も有しているので、被溶解金属を溶解する際の熱効率を高める効果も得られる。
【００２１】
[４]本発明の金属溶解炉においては、前記ヒーターは、電気ヒーターであることが好ましい。
【００２２】
ヒーターを電気ヒーターとすることにより、溶湯の保温を長時間行う場合であっても、電気ヒーターが二酸化炭素の直接の排出源とはならないため、二酸化炭素の排出削減に大きく寄与できる。
【００２３】
[５]本発明の金属溶解炉においては、前記燃焼装置が前記坩堝収納筐体から取り外された状態で前記坩堝内に浸漬可能となる不純物除去装置をさらに有することが好ましい。
【００２４】
このような不純物除去装置を設けることにより、坩堝内の溶湯に含まれる水素ガスなどの不純物を除去することができ、溶湯を高品質なものとすることができる。なお、不純物除去処理は、溶解が終了したあとに燃焼装置を溶湯保温装置から取り外した状態として行うため、坩堝内の溶湯に含まれる不純物除去作業を適切に行うことができ、また、要求される品質基準に達するまで不純物除去処理を繰り返し行うこともできる。これにより、溶湯中の不純物を確実に除去することができる。
【００２５】
[６]本発明の金属溶解炉においては、前記不純物除去装置は、先端部に回転体を有し、当該回転体が前記溶湯の中で回転しながらマイクロバブル化した不活性ガスを発生する回転式の脱ガス装置であることが好ましい。
【００２６】
この不純物除去装置は、回転体が回転しながらマイクロバブル化した不活性ガスを溶湯中に発生させて、不純物をマイクロバブルに付着させて浮上させるものである。このような不純物除去装置を用いることにより、水素ガスなどの不純物を効率的に除去することができるため、高品質な溶湯を生成することができる。
【００２７】
[７]本発明の金属溶解炉における溶湯製造方法は、被溶解金属が投入されるとともに前記被溶解金属が溶解された溶湯を保温した状態で保持する坩堝の外壁との間に保温室が形成されるように前記坩堝を収納する坩堝収納筐体及び前記坩堝収納筐体の内壁に設けられて前記坩堝の内部の溶湯を所定温度に保持するためのヒーターとを有する溶湯保温装置と、前記坩堝収納筐体の上端部に着脱可能であって前記坩堝収納筐体の上端部に装着された状態においては前記坩堝の開口部との間に燃焼室を形成する燃焼装置筐体及び前記坩堝に投入された被溶解金属を直火で溶解するためのバーナーを有する燃焼装置とを有する金属溶解炉における溶湯生成方法であって、前記被溶解金属を前記坩堝に投入する被溶解金属投入工程と、前記燃焼装置を前記溶湯保温装置に装着して、前記バーナーによって直火で前記被溶解金属を溶解させる溶解工程と、前記坩堝の内部における溶湯を前記ヒーターによって所定温度に保温した状態で保持する溶湯保温工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
このように本発明の金属溶解炉における溶湯生成方法は、坩堝内の溶湯を保温するためのヒーターを有する溶湯保温装置と、坩堝に投入された被溶解金属を直火で溶解するためのバーナーとを有する燃焼装置とがそれぞれ別の構成要素として用意されている金属溶解炉を用いて溶湯生成を行うものである。このような金属溶解炉を用いて溶湯生成を行う際は、被溶解金属投入工程と、燃焼装置を溶湯保温装置に装着して被溶解金属を溶解させる溶解工程と、坩堝内における溶湯を保温した状態で保持する溶湯保温工程とをこの順序で行う。このような工程を行うによって、効率のよい溶湯生成を可能としながらも二酸化炭素の排出削減を可能とする。
【００２９】
また、溶解させる工程が終了したあとは、燃焼装置を溶湯保温装置から取り外すことが可能である。このため、前記[１]で述べたように、溶湯保温装置を複数台用意しておけば、溶湯生成の終了した溶湯保温装置から溶湯の汲み出しを行っている間に、取り外した燃焼装置を他の溶湯保温装置に装着して当該溶湯保温装置において被溶解金属を溶解するといった使い方も可能となる。
【００３０】
また、本発明の金属溶解炉における溶湯生成方法においても、金属溶解炉は前記[２]〜[４]に記載の特徴を有することが好ましい。
【００３１】
[８]本発明の金属溶解炉における溶湯製造方法においては、前記燃焼装置が前記坩堝収納筐体から取り外された状態で前記溶湯に含まれる不純物を除去する不純物除去工程をさらに有することが好ましい。
【００３２】
このような不純物除去工程を設けることにより、溶湯内に含まれる水素ガスなどの不純物を除去することができ、溶湯を高品質なものとすることができる。なお、不純物除去工程は、溶解が終了したあとに燃焼装置を溶湯保温装置から取り外した状態として行うため、坩堝内の溶湯に含まれる不純物除去作業を適切に行うことができ、また、要求される品質基準に達するまで不純物除去処理を繰り返し行うこともできる。
【００３３】
なお、不純物除去工程において用いる不純物除去装置は、先端部に回転体を有し、当該回転体が回転しながらマイクロバブル化した不活性ガスを発生する回転式の脱ガス装置であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態に係る金属溶解炉１０の構成を示す斜視図である。
【図２】図１における溶湯保温装置１００及び燃焼装置２００のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】回転脱ガス装置３００の使用例を模式的に示す図である。
【図４】実施形態に係る金属溶解炉１０における溶湯生成方法の一例を示す図である。
【図５】実施形態に係る金属溶解炉１０における溶湯生成方法の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３６】
図１は、実施形態に係る金属溶解炉１０の構成を示す斜視図である。実施形態に係る金属溶解炉１０は、溶湯保温装置１００と、燃焼装置２００と、溶湯に含まれる不純物を除去するための不純物除去装置としての回転脱ガス装置３００とを有している。
図２は、図１における溶湯保温装置１００及び燃焼装置２００のＡ−Ａ矢視断面図である。図１及び図２により実施形態に係る金属溶解炉１０の構成を詳細に説明する。溶湯保温装置１００は、坩堝１１０と、坩堝１１０を収納する坩堝収納筐体１３０とを有している。
【００３７】
坩堝収納筐体１３０は、耐熱性部材でなる耐熱壁１４０と断熱性部材でなる断熱壁１５０とによる２重壁構造を有し、内側に耐熱壁１４０が設けられ、耐熱壁１４０の外側に断熱壁１５０が設けられた構成となっている。耐熱壁１４０の内壁面１４１と坩堝１１０との間には空間部１６０が形成される。なお、当該空間部１６０は保温室としての機能を有するので、以下では、保温室１６０という。また、耐熱壁１４０の内壁面１４１における底面中央部には坩堝１１０を載置するための坩堝載置台１７０が設けられている。
【００３８】
また、耐熱壁１４０の内壁面１４１における側面には、当該内壁面１４１の側面を一周するように帯状のヒーター（電気ヒーターとする。）１８０が設けられている。この電気ヒーター１８０は、坩堝１１０内の溶湯を鋳造に適した温度に保持するためのものであるため、坩堝１１０全体を均等に加熱できるように内壁面１４１の側面における上下方向に所定間隔を置いて複数本設けられている。実施形態に係る金属溶解炉においては３本の電気ヒーター１８０が設けられている。
【００３９】
電気ヒーター１８０は、輻射熱により坩堝１１０内の溶湯を保温するものであるため、坩堝１１０と電気ヒーター１８０とが接触しない程度に、限りなく坩堝１１０に接近した状態で設けられることが熱効率という点で好ましい。ただし、坩堝１１０の交換時などにおいて、坩堝１１０を坩堝収納筐体１３０から取り出す際に坩堝１１０が電気ヒーター１８０に接触しない程度の間隔を設けることも必要である。
【００４０】
また、電気ヒーター１８０は、電気ヒーター制御部（図示せず。）によって制御される。すなわち、電気ヒーター制御部は、坩堝１１０内の溶湯の温度を検知する温度センサー（図示せず。）からの温度情報に基づいて溶湯の温度が所定温度となるように電気ヒーター１８０を制御する。
【００４１】
また、坩堝収納筐体１３０の上端部には、保温室１６０の開口部を覆うための蓋体１９０が、坩堝１１０の開口部１１２側の端部（開口端部という。）１１３の外周を取り囲むように設けられている。この蓋体１９０は、保温室１６０と当該保温室１６０の外部との間の空気の流通を制限する機能を有する。このような蓋体１９０を設けることによって、保温室１６０の保温効果を高めることができるとともに、燃焼装置２００のバーナー２２０が作動している際に、バーナー２２０の燃焼熱及び燃焼ガスが保温室１６０に流入するのを防止することができる。
【００４２】
燃焼装置２００は、燃焼装置筐体２１０と、燃焼装置筐体２１０の上端部に設けられたバーナー２２０とを有し、燃焼装置２００は、溶湯保温装置１００に対して着脱自在となっている。
【００４３】
燃焼装置筐体２１０は、坩堝収納筐体１３０と同様、耐熱性部材でなる耐熱壁２３０と断熱性部材でなる断熱壁２４０とによる２重壁構造を有している。そして、燃焼装置２００が溶湯保温装置１００に装着された状態（図１及び図２の状態）となると、耐熱壁２３０と坩堝１１０の開口部１１２と間には空間部２５０が形成される。なお、当該空間部２５０は燃焼室としての機能を有するため、以下では燃焼室２５０という。
【００４４】
バーナー２２０は、坩堝１１０内に入れられたインゴット４００を直火で溶解するものであり、化石燃料として例えばＬＰＧ（液化プロパンガス）を燃料供給パイプ２２１から取り込むとともに燃焼に必要な空気を空気取り込み口２２２から取り込んでノズル２２３から火炎２２４を発射する。なお、実施形態に係る金属溶解炉において用いるバーナー２２０は、空気取り込み口２２２から取り込まれる空気を排気ガスで予熱する熱交換型のバーナーであるとする。このため、空気取り込み口２２２から入った空気は、排気ガスによって暖められるので、燃焼効率がよく、空気取り込み口２２２及び排気口２２５を小さくすることができる。また、バーナー２２０には、燃焼状態を制御するための燃焼制御装置（図示せず。）が設けられている。この燃焼制御装置は、最適な燃焼状態となるように空気の量と燃焼の量とを調整するものである。
【００４５】
また、燃焼装置筐体２１０と坩堝収納筐体１３０との間には断熱材でなる耐熱性シール材２６０が設けられる。この耐熱性シール材２６０は、燃焼装置２００を溶湯保温装置１００に装着した状態としたときに、耐熱性シール材２６０が坩堝収納筐体１３０に設けられている蓋体１９０に密着する。このような耐熱性シール材２６０を設けることによって、燃焼装置２００の燃焼室２５０をほぼ密閉状態とすることができる。これにより、バーナー２２０の燃焼熱を外部に逃さないようにすることができるので、インゴット４００を溶解する際の熱効率を高めることができる。また、バーナー２２０の燃焼熱及び燃焼ガスが保温室１６０に流入するのを防止する効果をより高めることができる。
【００４６】
このような構成の燃焼装置２００は、前述したように、溶湯保温装置１００に対して着脱自在となっている。すなわち、アルミニウムなどの被溶解金属（インゴットという。）４００の溶解を行う際は、燃焼装置２００を溶湯保温装置１００に装着して、バーナー２２０を作動させることによってインゴット４００の溶解を行う。また、インゴット４００が溶解されて溶湯となったあとは、燃焼装置２００を溶湯保温装置１００から取り外す。燃焼装置２００が溶湯保温装置１００から取り外されると、回転脱ガス装置３００によって坩堝１１０内の溶湯の不純物除去を行ったり、溶湯の組み出しを行ったりすることができる。
【００４７】
回転脱ガス装置３００は、インゴット４００が溶解されて溶湯の状態となった際に、坩堝１１０内の溶湯に含まれる水素ガスなどの不純物の除去を行うものであり、回転軸３１０と、回転軸の先端部に設けられた円盤状の回転体３２０とを有する構成となっている。
【００４８】
このように構成された回転脱ガス装置３００は、例えば、水平方向（矢印ｘ−ｘ’方向）及び上下方向（矢印ｙ−ｙ’方向）に移動可能に設置されており、必要に応じて、坩堝１１０内の溶湯に浸漬できるようになっている。例えば、溶解工程が終了して燃焼装置２００を溶湯保温装置１００から取り外した後に、回転脱ガス装置３００を溶湯保温装置１００の上方に位置させた状態で矢印ｙ’方向に下降させることによって、回転体３２０を坩堝１１０の溶湯内に浸漬させことができる。そして、回転体３２０を溶湯の中に浸漬させた状態で回転体３２０を回転させて、回転体３２０からマイクロバブル化したアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを溶湯中に発生させることができるようになっている。
【００４９】
図３は、回転脱ガス装置３００の使用例を模式的に示す図である。回転脱ガス装置３００を使用する際は、図３に示すように、燃焼装置２００を溶湯保温装置１００から取り外した状態とする。そして、燃焼装置２００を溶湯保温装置１００から取り外した状態で、回転脱ガス装置３００を溶湯保温装置１００の上方に位置させて回転体３２０を矢印ｙ’方向に下降させて回転体３２０を坩堝１１０の溶湯内に浸漬させる。なお、図３においては、回転脱ガス装置３００のうちの回転軸３１０の一部と回転体３２０のみが示されている。
【００５０】
図３に示すように、回転体３２０を溶湯５００に浸漬させた状態としたら、回転体３２０を回転させながらマイクロバブル化した不活性ガス（アルゴンガスとする。）を発生させる。これにより、溶湯５００内にアルゴンガスのマイクロバブル（図３において黒い点で表す。）が多数発生して、マイクロバブルが不純物を付着して浮上してくる。浮上してきた不純物を汲み取ることによって、不純物の除去された溶湯を生成することができる。
【００５１】
図３に示すような回転脱ガス装置３００による不純物除去作業は、燃焼装置２００が取り外された状態で行われるため、不純物除去作業を適切に行うことができ、かつ、要求される品質基準に達するまで繰り返し不純物除去作業を行うことも可能であるため、高品質な溶湯を生成することができる。
【００５２】
図４は、実施形態に係る金属溶解炉１０における溶湯生成方法の一例を示す図である。図４（ａ）はインゴット投入工程であり、インゴット投入工程においては、図４（ａ）に示すように、燃焼装置２００を溶湯保温装置１００から取り外した状態で、坩堝１１０内に所定本数のインゴット４００を投入する。
【００５３】
図４（ｂ）はインゴット溶解工程であり、インゴット溶解工程においては、図４（ｂ）に示すように、燃焼装置２００を溶湯保温装置１００に装着する。燃焼装置２００を溶湯保温装置１００に装着すると、耐熱性シール材２６０が坩堝収納筐体１３０に設けられた蓋体１９０と密着状態となる。このように燃焼装置２００を溶湯保温装置１００に装着した後、バーナー２２０を作動させて、ノズル２２３から発射される火炎２２４による直火でインゴット４００を溶解させる。また、この段階では、溶湯保温装置１００に設けられている電気ヒーター１８０はすでに作動しているものとする。
【００５４】
このように、実施形態に係る金属溶解炉１０は、バーナー２２０からの火炎２２４による直火でインゴット４００を溶解させるものであり、かつ、燃焼装置２００の燃焼室２５０が耐熱性シール材２６０によってほぼ密閉状態となっているため、インゴット４００を溶解するための熱効率を高くすることができる。このため、インゴット４００を短時間で溶解することができ、それによって、燃料消費量も大幅に削減することができる。また、インゴット４００を短時間で溶解することができることから排気ガスの量も大幅に削減することができ、二酸化炭素の排出量も削減することができる。
【００５５】
また、実施形態に係る金属溶解炉１０は、溶湯保温装置１００の保温室１６０には蓋体１９０が設けられ、かつ、耐熱性シール材２６０が坩堝収納筐体１３０の蓋体１９０に密着した状態となるので、燃焼装置２００の燃焼室２５０と溶湯保温装置１００の保温室１６０とは分離され、熱や空気の流通が制限された状態となる。
【００５６】
このため、インゴット４００の溶解を行っている際、バーナー２２０による燃焼熱や燃焼ガスが保温室１６０に流入するのを確実に防止することができる。これにより、溶湯保温装置１００に設けられている電気ヒーター１８０がバーナー２２０の燃焼熱や燃焼ガスに晒されることがなく、電気ヒーター１８０の劣化を防止することができ、電気ヒーター１８０の長寿命化が可能となる。
【００５７】
そして、インゴット４００が溶解されて溶湯となったら、燃焼装置２００を取り外して、図４（ｃ）に示す不純物除去工程を行う。不純物除去工程においては、図４（ｃ）に示すように、回転脱ガス装置３００の回転体３２０を坩堝１１０内の溶湯５００に浸漬させて、回転体３２０を回転させながらマイクロバブル化したアルゴンガスを発生させることによって溶湯５００に含まれている水素ガスなどの不純物を浮上させて除去する。このようにして不純物が除去されることにより、坩堝１１０内の溶湯は高品質なものとなる。このような不純物除去工程における不純物除去作業を行う際、要求される品質基準に達するまで繰り返し不純物除去作業を行うことも可能である。
【００５８】
図５は、実施形態に係る金属溶解炉１０における溶湯生成方法の他の例を示す図である。図５に示す溶湯生成方法は、２台の溶湯保温装置（第１溶湯保温装置１００Ａ及び第２溶湯保温装置１００Ｂとする。）と１台の燃焼装置２００とを用いて溶湯の生成を行うものである。図５において、第１溶湯保温装置１００Ａにおいては、図４（ａ）〜（ｃ）で説明した手順によって、不純物の除去された高品質な溶湯が生成されているものとする。なお、溶湯の生成が終了した溶湯保温装置１００Ａは、電気ヒーター１８０によって、坩堝１１０内の溶湯５００は所定温度に保持されており、溶湯の汲み出し作業を行うことができる状態となっている。
【００５９】
このように、一方の溶湯保温装置（第１溶湯保温装置１００Ａ）において溶湯の生成が終了したら、第１溶湯保温装置１００Ａから取り外した燃焼装置２００を第２溶湯保温装置１００Ｂに装着して、第２溶湯保温装置１００Ｂにおいて溶湯の生成を行う。第２溶湯保温装置１００Ｂにおける溶湯の生成手順も、図４（ａ）のインゴット投入工程、図４（ｂ）のインゴット溶解工程、図４（ｃ）の不純物除去工程の順で行うことができる。なお、図５（ｂ）は図４（ｂ）のインゴット溶解工程の状態である。
【００６０】
第２溶湯保温装置１００Ｂにおいて溶湯の生成を行っている間に、第１溶湯保温装置１００Ａにおいては、溶湯の汲み出し作業を行う。なお、溶湯の汲み出し作業は、坩堝１１０に入っている溶湯すべてを汲み出すのではなく、坩堝１１０に入っている溶湯の全体量のうちの１／３程度を残すのが一般的である。
【００６１】
そして、第２溶湯保温装置１００Ｂにおいて溶湯の生成が終了すると、すなわち、第２溶湯保温装置１００Ｂにおいて図４（ａ）〜図４（ｃ）の各工程が終了すると、今度は、燃焼装置２００を第２溶湯保温装置１００Ｂから取り外して、取り外した燃焼装置２００を第１溶湯保温装置１００Ａに装着する。そして、第１溶湯保温装置１００Ａにおいて溶湯の生成を行う。第１溶湯保温装置１００Ａにおいて溶湯の生成を行っている間に、第２溶湯保温装置１００Ａにおいては、溶湯の汲み出し作業を行う。このような操作を必要な量の溶湯が生成されるまで順次繰り返す。
【００６２】
図５に示すように、２つの溶湯保温装置（第１溶湯保温装置１００Ａ及び第２溶湯保温装置１００Ｂ）を用いて、溶湯生成と溶湯の汲み出し作業とを交互に行うことで、坩堝式溶解炉においても連続溶解炉と同様に連続的な溶湯生成と溶湯の汲み出し作業とを行うことが可能となり、連続溶解炉と遜色のない高い生産性を得ることができる。しかも、実施形態に係る金属溶解炉１０においては、燃焼装置２００を取り外した状態で不純物除去作業を行うので、不純物除去作業を適切に行うことができ、かつ、要求される品質基準に達するまで繰り返し行うことも可能であるため、高品質な溶湯を生成することができる。
【００６３】
なお、実施形態に係る金属溶解炉１０は、溶湯保温装置１００と燃焼装置２００とがそれぞれ独立した構成要素となっているため、図５に示すような２台の溶湯保温装置１００Ａ，１００Ｂを用いた溶湯生成を行う場合であっても、化石燃料（ＬＰＧ）を用いる燃焼装置２００は１つ用意すればよい。このため、１台の燃焼装置２００と２台の溶湯保温装置１００Ａ，１００Ｂを用いて連続的に溶湯生成を行うような場合、燃焼装置２００の余熱も利用できるので、化石燃料を使用する燃焼装置を内蔵した坩堝式溶解炉を２台用いて図５と同量の溶湯を生成する場合に比べて、化石燃料の使用量の削減も可能となる。
【００６４】
また、実施形態に係る金属溶解炉１０においては、溶湯保温装置１００は、熱源としては、保温用の電気ヒーター１８０だけを設ければよく、バーナーなどの燃焼装置や排気装置が不要であるので、溶湯保温装置を安価に製造することができる。
【００６５】
なお、図５においては、２台の溶湯保温装置を用いて溶解と汲み出しとを交互に行うようにしたが、溶湯保温装置を３つ以上用いることも可能であり、溶湯保温装置を３つ以上とすることにより、溶湯生成をより効率的に行うことができる。
【００６６】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば下記（１）〜（３）に示すような変形実施も可能となる。
【００６７】
（１）上記実施形態においては、バーナー２２０はＬＰＧを燃料とするバーナーを例示したが、ＬＰＧに限られるものではなく、他の化石燃料を用いるバーナーであってもよい。また、バーナー２２０は、燃焼に必要な空気を排気ガスで予熱するバーナーを用いた場合を例示したが、必ずしもこのようなバーナーである必要はない。
【００６８】
（２）上記実施形態においては、溶湯保温装置１００に用いる電気ヒーター１８０は、坩堝収納筐体１３０における耐熱壁１４０の内壁面１４１を一周するような帯状の電気ヒーター１８０を用いた場合を例示したが、電気ヒーター１８０は帯状であることに限られるものではなく、例えば、耐熱壁１４０の底面を含めた内壁面全体を覆うような電気ヒーターであってもよい。
【００６９】
（３）上記実施形態においては、溶湯保温装置１００の坩堝収納筐体１３０及び燃焼装置２００の燃焼装置筐体２１０の構成は、耐熱性部材でなる耐熱壁と断熱性部材でなる断熱壁とによる２重壁構造としたが、必ずしもこのような構造とすることに限られるものではなく、耐熱性及び断熱性が確保可能で、かつ、安全性及び耐久性が確保可能であれば、他の構造を有するものであってもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０・・・金属溶解炉、１００・・・溶湯保温装置、１１０・・・坩堝、１１２・・・開口部、１３０・・・坩堝収納筐体、１４０・・・耐熱壁、１５０…断熱壁、１６０…保温室、１８０・・・ヒーター（電気ヒーター）、１９０・・・蓋体、２００・・・燃焼装置、２１０・・・燃焼装置筐体、２２０・・・バーナー、２５０・・・燃焼室、２６０・・・耐熱性シール材、３００・・・不純物除去装置（回転脱ガス装置）、３２０・・・回転体、４００・・・被溶解金属（インゴット）、５００・・・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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