(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を溶解する金属溶解炉であって、
前記金属材料を投入する投入口と、
前記金属材料を溶解するためのバーナと、
前記バーナによって前記金属材料を溶解して得られる溶湯を収容するプールと、
前記投入口と前記プールとの間に設けられるとともに、前記金属材料を一時的に滞留させる滞留部とを備え、
前記滞留部は、受け面と、前記受け面の下流側に設けられるとともに前記受け面で前記金属材料を溶解して得られる前記溶湯を下流側に誘導する誘導面とを備え、
前記誘導面は、前記受け面の下流側の端部に設けられる傾斜状の第１誘導面と、前記第１誘導面の下流側に設けられるとともに鉛直方向に沿う第２誘導面と、前記受け面における幅方向の端部に設けられる柱状構造物の一部に形成される第３誘導面と、を含み、
前記第３誘導面は、前記受け面における幅方向の端部を流れる前記溶湯を前記受け面における幅方向の中央部に近づくように誘導する面であり、
前記バーナは、前記受け面のみに火炎を照射する第１バーナと、前記受け面に火炎を照射することなく前記第２誘導面と前記プールの底面とに火炎を照射する第２バーナとを含む金属溶解炉。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム等の金属材料を溶解するための金属溶解炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばアルミニウム等の金属材料（溶解材料）を溶解する金属溶解炉として、金属材料を投入する投入口と、投入口から投入された金属材料を溶解する材料溶解部と、この金属材料を溶解して得られる溶湯を加熱する加熱プールと、加熱プールで加熱した溶湯を保持する保持プールとを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この金属溶解炉では、インゴット状の金属材料が使用される。投入口は上下方向に長尺なタワー形状をなしており、投入口に投入された多数の金属材料は、投入口内で上下方向に堆積することになる。このように堆積する金属材料は、下側の部分から溶解して溶湯となり、材料溶解部に移動する。
【０００４】
材料溶解部は、投入口から加熱プールに向かうにつれて下方に傾斜する傾斜面を備えている。溶湯は、この傾斜面を伝って加熱プールに流入する。加熱プールに流入した溶湯は、加熱プールの上方に設けられた加熱バーナによって高温に加熱される。加熱された溶湯は、加熱プールと保持プールとの間に設けられる隔壁を越えて保持プールへと流入する（同文献の段落００１４から００１８及び図７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１７６７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、金属溶解炉では、上記のような定形（インゴット状）の金属材料の他に、例えば、鋳造の際に生じる、鋳造製品以外のバリ等の不要部分である戻り材が投入され得る。戻り材は、インゴットのような定形の金属材料とは異なり、様々な不定形状を呈するとともに、通常、定形（インゴット状）のものよりも小型である。
【０００７】
従来の金属溶解炉において、このような小型の金属材料を溶解する場合、以下のような
不具合が生じていた。すなわち、上述したように、投入口内に堆積した多数の大型（インゴット）の金属材料は、その下側の部分から順に溶解されることになるが、このとき、未溶解のものは投入口の壁面に係止され、この投入口に滞留し、溶解して溶湯となったものだけが材料溶解部の傾斜面を流れて加熱プールに流入する。
【０００８】
小型の金属材料は、大型の金属材料の場合と同様に、投入口内に堆積し、その下側の部分から溶解されることになる。しかしながら、小型であるが故に、未溶解の部分が投入口の壁面に係止されず、溶湯とともに材料溶解部の傾斜面を流れ、加熱プールに流入してしまっていた。
【０００９】
このように未溶解の部分が加熱プールに流入してしまうと、加熱プールにおける加熱が十分になされないまま、溶湯が保持プールに流入してしまい、金属溶解炉の本来の能力（公証能力）を発揮できていなかった。また、加熱プールの近傍位置に掃除口が設けられている場合には、加熱プールから溢れた溶湯がこの掃除口から溢れ出てしまうおそれもあった。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、金属材料を好適に溶解することが可能な金属溶解炉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】
【００１１】
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、金属材料を溶解する金属溶解炉であって、前記金属材料を投入する投入口と、前記金属材料を溶解するためのバーナと、前記バーナによって前記金属材料を溶解して得られる溶湯を収容するプールと、前記投入口と前記プールとの間に設けられるとともに、前記金属材料を一時的に滞留させる滞留部とを備える。 
【００１２】
このように、金属溶解炉は、金属材料を一時的に滞留させる滞留部を備えることから、滞留部に位置する金属材料にバーナの火炎を照射することにより、未溶解部分を残すことなく金属材料を全て溶解して溶湯にすることが可能になる。また、未溶解の部分がプール内に堆積して溶湯がプールから溢れ出ることを防止でき、さらには、プールの近傍位置に設けられ得る掃除口から溶湯が溢れ出るということも確実に防止できるようになる。 
【００１３】
さらに、本発明に係る金属溶解炉において、前記滞留部は、受け面と、前記受け面の下流側に設けられるとともに前記受け面で前記金属材料を溶解して得られる前記溶湯を下流側に誘導する誘導面とを備え、前記誘導面は、前記受け面の下流側の端部に設けられる傾斜状の第１誘導面と、前記第１誘導面の下流側に設けられるとともに鉛直方向に沿う第２誘導面と、前記受け面における幅方向の端部に設けられる柱状構造物の一部に形成される第３誘導面と、を含み、前記第３誘導面は、前記受け面における幅方向の端部を流れる前記溶湯を前記受け面における幅方向の中央部に近づくように誘導する面であり、前記バーナは、前記受け面のみに火炎を照射する第１バーナと、前記受け面に火炎を照射することなく前記第２誘導面と前記プールの底面とに火炎を照射する第２バーナとを含む。
【００１４】
このように、受け面に滞留する金属材料に第１バーナの火炎を照射するとともに、受け面から誘導面に移った金属材料に第２バーナの火炎を照射することによって、未溶解部分を残すことなく、金属材料の全てを溶解して完全に溶湯とすることが可能になる。 
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金属材料を好適に溶解することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る金属溶解炉の全体構成を示す側面断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る金属溶解炉を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１から図３は、本発明の一実施形態における金属溶解炉を示す断面図である。
【００１８】
この金属溶解炉は、例えば、アルミニウム、銅といった非鉄金属材料を溶解できる。この金属材料は、大型で定形（例えばインゴット）のものや小型で不定形のものを含む。金属材料の形状や大きさについては、例えば、インゴットの場合、９５ｍｍ×４０ｍｍ×６７０ｍｍの長尺状のものが使用され得るが、この寸法に限定されるものではない。小型で不定形の金属材料には、戻り材、スクラップ等が含まれるが、それぞれの形状及び大きさは区々である。
【００１９】
以下、大型で定形の金属材料を単に「大型金属材料」といい、小型で不定形の金属材料を単に「小型金属材料」という。また、大型金属材料と小型金属材料を総称して、単に「金属材料」という場合がある。
【００２０】
図１に示すように、金属溶解炉１は、金属材料を炉内に投入するための投入口２と、投入口２から投入された金属材料を下方に案内する案内路３と、案内路３によって案内された金属材料を一時的に滞留させる滞留部４と、滞留部４に滞留する金属材料を溶解するバーナ５と、バーナ５によって金属材料を溶解して得られる溶湯を収容するプール６とを備える。
【００２１】
金属溶解炉１は、投入口２から投入された金属材料を、案内路３を通じて滞留部４に移動させるとともに、滞留部４に到達した金属材料にバーナ５（５ａ，５ｂ）の火炎Ｆ（Ｆａ，Ｆｂ）を照射して溶解し、これによって得られる溶湯を滞留部４からプール６へと移動させる。すなわち、溶湯は、案内路３側からプール６に向かって流れる。以下、滞留部４における溶湯の流れや滞留部４を構成する要素の位置関係を説明する場合に、案内路３側を上流(側)といい、プール６側を下流（側）という。
【００２２】
投入口２は、複数の大型金属材料又は小型金属材料を一度に投入できるように、十分な開口面積を有する。案内路３は、この投入口３の下部に繋がっている。この案内路３は、水平方向（または鉛直方向）に対して所定の角度で傾斜する傾斜面７を有する。
【００２３】
図１、図２に示すように、滞留部４は、金属材料を滞留させる受け面８と、受け面８の下流側に設けられる誘導面９とを備える。受け面８は、水平状に構成されるとともに、上流側の一端部８ａが案内路３の傾斜面７と繋がり、下流側の他端部８ｂが誘導面９と繋がっている。
【００２４】
誘導面９は、受け面８上で金属材料を溶解して得られる溶湯をプール６に誘導する。誘導面９は、受け面８の下流側の端部８ｂに繋がる第１誘導面９ａと、この第１誘導面９ａの下流側に位置する第２誘導面９ｂと、受け面８の幅方向における端部８ｃに設けられる第３誘導面９ｃとを有する。
【００２５】
第１誘導面９ａは、水平方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜面として構成される。より具体的には、第１誘導面９ａは、下流に向かうにつれて下方に傾斜する傾斜面である。本実施形態において、第１誘導面９ａの傾斜角度は、例えば約４５°であるが、これに限定されるものではない。第２誘導面９ｂは、鉛直方向（上下方向）に沿う鉛直面として構成されている。この第２誘導面９ｂは、プール６の側壁をも兼ねている。第３誘導面９ｃは、図２に示すように、受け面８における幅方向の端部８ｃで、かつ受け面８における下流側の端部８ｂの近傍位置に設けられた柱状構造物１０の一部に形成されている。この第３誘導面９ｃは、受け面８の幅方向における端部８ｃの近傍を流れる溶湯を、図２において矢印Ｍで示すように、この受け面８の幅方向における中央部に近づくように誘導する。
【００２６】
バーナ５は、受け面８に向かって火炎Ｆａを照射する２つの第１バーナ５ａと、誘導面９に向かって火炎Ｆｂを放射する１つの第２バーナ５ｂとを備える。第１バーナ５ａと第２バーナ５ｂは、プール６の上方位置で金属溶解炉１の炉壁に取り付けられている。図１に示すように、各第１バーナ５ａは、この位置から受け面８に向かって斜めに火炎Ｆａを照射する。２つの第１バーナ５ａは、受け面８の幅方向における端部８ｃ寄りの位置に火炎Ｆａ（図２参照）を照射するように配置されており、かつ各第１バーナ５ａは、受け面８の上流側で堆積している金属材料に向かって火炎Ｆａを照射する。第２バーナ５ｂは、２つの第１バーナ５ａの間に配置されるとともに、図１及び図２に示すように、第２誘導面９ｂに向かって火炎Ｆｂを照射する。また、第２バーナ５ｂの火炎Ｆｂの一部は、プール６の底面１１にも照射されることになる。
【００２７】
プール６は、受け面８、第１誘導面９ａ、第２誘導面９ｂ及び第３誘導面９ｃを伝って流れる溶湯を下流側で収容する。なお、図示していないが、金属溶解炉１には、溶湯を保持する保持炉（保持プール）が隣接して設けられている。プール６は、この保持炉に接続されており、収容した溶湯をこの保持炉に送ることができる。すなわち、図３に示すように、プール６の底面１１は、溶湯を保持炉に送ることができるように、所定の角度（例えば水平方向に対して約１０°）で傾斜する傾斜面となっている。プール６において溶湯が流れる方向は、滞留部４において溶湯が流れる方向と交差（例えば直交）している。このプール６の上流側には、このプール６を掃除するための掃除口１２が形成され、下流側には、溶湯を保持炉に向かって排出する排出口１３が形成されている。
【００２８】
以下、上記構成の金属溶解炉１による金属材料の溶解方法について説明する。まず、金属材料が投入口２から炉内に投入される。投入された金属材料は、案内路３の傾斜面７を伝って下方に案内される。その後、金属材料は、傾斜面７の下端部に繋がる滞留部４の受け面８に到達する。
【００２９】
投入口２から金属材料が投入され続けると、金属材料は、この受け面８の上流側の端部８ａで上方に堆積していくことになる。受け面８には、大型金属材料のみが堆積してもよく、小型金属材料のみが堆積してもよい。また、大型金属材料と小型金属材料が混在して受け面８に堆積してもよい。
【００３０】
次に、第１バーナ５ａによる火炎Ｆａが堆積した金属材料の下側の部分に照射される。このような火炎Ｆａの照射により、金属材料は下側の部分から順に溶解されて溶湯となる。受け面８の上流側の端部８ａは、案内路３の傾斜面７に繋がっている。すなわち、受け面８の上流側は、この傾斜面７によって閉塞されている。したがって、溶湯は、上方にある未溶解の金属材料に押されて徐々に下流側に移動することになり、受け面８の端部８ａからさらに上流側に逆流することがない。
【００３１】
受け面８を下流側に流れる溶湯は、第１誘導面９ａ及び第２誘導面９ｂを伝って下流側のプール６に流れ込む。また、受け面８における幅方向の端部８ｃを流れる溶湯は、第３誘導面９ｃに誘導されてこの受け面８の幅方向における中央部側に誘導され、第１誘導面９ａ、第２誘導面９ｂへと流れ込み、第２誘導面９ｂを介して、プール６に流入する。
【００３２】
第２誘導面９ｂからプール６に流れ込む溶湯は、第２バーナ５ｂによって加熱されることにより、その温度が低下しないように所定温度に維持される。プール６に収容された溶湯は、プール６の底面１１によって案内され、金属溶解炉１に隣接された保持炉へと移される。
【００３３】
以上説明した本発明に係る金属溶解炉１によれば、滞留部４における受け面８に金属材料を一時的に滞留させるとともに、この金属材料に第１バーナ５ａの火炎Ｆａを照射することにより、金属材料を溶解して溶湯にすることができる。より具体的には、滞留部４の受け面８における上流側の端部８ａが案内路３の傾斜面７に繋がっていることから、溶湯は、この受け面８を逆流することなく、受け面８上に堆積する上側の金属材料からの圧力によって、徐々に受け面８の下流側へと移動することになる。
【００３４】
したがって、滞留部４の受け面８は、傾斜面と比較した場合に、溶湯の移動速度を小さくすることができ、この受け面８に第１バーナ５ａの火炎Ｆａを照射することにより、大型金属材料はもちろん、小型金属材料であっても未溶解部分を残すことなく、その全てを完全に溶解して溶湯にすることが可能になる。これにより、小型金属材料の未溶解部分がプール６に堆積して溶湯がプール６から溢れ出ることを防止でき、さらには、溶湯が掃除口１２から溢れ出ることをも確実に防止できるようになる。
【００３５】
また、滞留部４の第２誘導面９ｂには、第２バーナ５ｂの火炎Ｆｂも照射されるため、より確実に金属材料を溶解できる。特に、受け面８の幅方向における端部８ｃの近傍を流れる溶湯は、第３誘導面９ｃによって受け面８の幅方向における中央部に向かって誘導され、第２バーナ５ｂによる火炎Ｆｂが照射されることになる。したがって、受け面８上を流れる溶湯のほぼ全てが、第１バーナ５ａの火炎Ｆａと第２バーナ５ｂの火炎Ｆｂとによって２段階に加熱されることになる。これにより、仮に第１バーナ５ａの加熱によって溶解されない部分の残る小型金属材料があったとしても、第２バーナ５ｂによる加熱によってこれを溶解して全て溶湯にすることができる。また、この第２バーナ５ｂは、プール６の底面１１にも火炎Ｆｂを照射することから、プール６に流入した溶湯の温度を低下させることなく、所定温度に維持することができる。
【００３６】
なお、本発明に係る金属溶解炉１は、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、本発明に係る金属溶解炉１は、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明に係る金属溶解炉１は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３７】
上記の実施形態では、滞留部４が受け面８、第１誘導面９ａ、第２誘導面９ｂ及び第３誘導面９ｃを備えた例を示したが、本発明はこれに限定されない。滞留部４の誘導面９は、第１誘導面９ａ（傾斜面）のみで構成されていてもよく、第２誘導面９ｂ（鉛直面）のみで構成されていてもよい。
【００３８】
上記の実施形態では、滞留部４の受け面８が水平状に構成されていたが、これに限定されず、受け面８として、例えば、凸状または凹状の曲面を採用してもよく、下流に向かうにつれて上方に傾斜する傾斜面を備える構成にしてもよい。滞留部４に凸状の曲面を採用した場合は、第１誘導面９ａ、第２誘導面９ｂを省略してもよい。また、滞留部４は、案内路３の傾斜面７の中途部に設けられていてもよく、この場合には、案内路３の下部とプール６とが直結した構成を採り得る。
【００３９】
上記の実施形態において、案内路３は、１つの傾斜面７によって構成されていたが、これに限定されない。案内路３は、傾斜角度の異なる複数の傾斜面によって構成されてもよく、傾斜面と鉛直面とを備えた構成であってもよい。また、案内路３を鉛直面のみで構成してもよい。
【００４０】
上記の実施形態において、第２バーナ５ｂが第２誘導面９ｂに向かって火炎Ｆｂを照射する例を示したが、これに限定されず、第２バーナ５ｂの火炎Ｆｂを第１誘導面９ａに向かって照射してもよい。また、上記の実施形態において、２つの第１バーナ５ａと１つの第２バーナ５ｂとを使用して金属材料を溶解させた例を示したが、これに限定されず、第１バーナ５ａと第２バーナ５ｂの数や位置関係は、金属溶解炉１の大きさや能力に応じて適宜設定することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１     金属溶解炉
２     投入口
４     滞留部
５     バーナ
６     プール
８     受け面
９     誘導面
【図１】
0006465479.tif 000002
【図２】
0006465479.tif 000003
【図３】
0006465479.tif 000004