(57)【要約】【課題】溶解炉、特にチタンインゴット製造時に使用する消耗電極式アーク溶解炉のチャンバー内を、効率よく、かつ作業環境の悪化を伴うことなく洗浄する方法および装置を提供する。【解決手段】炉本体２、モールド、および前記モールドを冷却するための水冷ジャケット９の三つの部分を具備する溶解炉の洗浄方法であって、モールドを炉本体から外し、炉本体のチャンバー３内面に洗浄水を吹き付けるためのノズル４ｂと、洗浄水をノズルまで送水する送水管５ｂと、水洗後の汚水７を溜めおく貯留槽８を有し、炉本体から外されたモールドと置き換え可能に構成されている洗浄装置を取り付け、それによりチャンバー内面を水洗する。【選択図】図２
2004183923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体、モールド、および前記モールドを冷却するための水冷ジャケットの三つの部分を具備する溶解炉の洗浄方法であって、モールドを炉本体から外し、前記モールドと置き換え可能で、炉本体のチャンバー内面への洗浄水の吹き付け機能と、水洗後の汚水を溜めおく貯留機能とを備える洗浄手段を炉本体に取り付け、前記洗浄手段によりチャンバー内面を水洗することを特徴とする溶解炉の洗浄方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法を実施するための装置であって、溶解炉本体のチャンバー内面に洗浄水を吹き付けるためのノズルと、洗浄水をノズルまで送水する送水管と、水洗後の汚水を溜めおく貯留槽を有し、炉本体から外されたモールドと置き換え可能に構成されていることを特徴とする溶解炉の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属の溶解炉内部の洗浄方法およびそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チタン、ジルコニウムなどの高融点活性金属を製造する際、溶融中における耐火物からの汚染を極力避けるために、外側を強制水冷する銅製のるつぼ（モールド）を備える溶解炉を使用し、アーク、電子ビーム、プラズマ等を熱源として、真空中または不活性ガス中で溶解する方法が採られている。
【０００３】
例えば、チタンの工業的製造においては、ルチル（ＴｉＯ２）、イルメナイト（ＦｅＴｉＯ３）等のチタン鉱石を塩素化還元して得られるスポンジチタンから板、管、鍛造品等の素材となる高純度のチタンインゴットを製造する際に、以下に示すような消耗電極式真空アーク溶解炉を用いる溶解法が主に採用されている。
【０００４】
図４は、消耗電極式真空アーク溶解炉の一例の概略構造を示す縦断面図である。図４において、スポンジチタンをプレスして造ったブリケットをビード溶接によって組み立てて作製したチタン消耗電極１１を電極保持棒１２に取り付け、溶解炉１３内で、銅製モールド１４中に吊り下げ、前記電極１１を負、モールド１４を正として直流電源１５から直流電流を流して両極間にアーク１６を発生させ、その熱で電極１１を溶解して、チタンインゴット１７を製造する。なお、前記銅製モールド１４、電極保持棒１２等の高温に曝される部分は冷却水１８を通水して冷却できるように構成されている。また、溶解炉１３のチャンバー１９には、炉１３内を真空または不活性ガス雰囲気に保持するための真空ポンプ２０、アルゴン供給設備２１が設けられている。
【０００５】
金属、特に非鉄金属の製造過程においては、前記のアーク炉の他にも、高周波炉をはじめ様々な溶解炉が使用されている。その際、溶解炉の内壁を水洗して、付着している溶融金属の飛沫（スプラッシュ）や未溶解原料粉等を除去する必要が生じる場合が多い。
【０００６】
例えば、板や管などのチタン構造材においては、内部欠陥である低密度介在物（チタンに窒素、酸素、炭素などの軽元素が多く含まれたもの）の発生を防止する必要があるが、この低密度介在物が発生する一因として、前記のアーク溶解炉のチャンバー内の清掃不良があげられる。
【０００７】
前記図４に示した消耗電極式真空アーク溶解炉によりチタンを真空中またはアルゴンガス雰囲気中で溶解する際、チタンのスプラッシュがチャンバー１９の内壁に付着したり、チタン粉がチャンバー１９内の凹凸部に堆積することがある。溶解が終了して溶解炉１３を大気に解放したときに、これらスプラッシュやチタン粉が燃焼する場合があり、この燃焼後の酸素や窒素を多く含むスプラッシュやチタン粉が次の溶解中に落下してチタンインゴット１７中に混入し、低密度介在物となるのである。したがって、溶解を終了するごとにチャンバー内を清掃し、前記チタンのスプラッシュやチタン粉を除去する必要がある。
【０００８】
このチタンのスプラッシュやチタン粉が少ない場合は、エアを吹き付けて飛ばすだけでその除去は可能であるが、多い場合は、水洗が必要である。そのために、従来は、銅製モールド１４を取り外し、下に水受け容器を置き、先端にノズルを取り付けるなどしたホースを作業者が保持して、チャンバー１９内に空気や水を噴射することによって前記のスプラッシュやチタン粉を除去していた。そのため、チタンのスプラッシュやチタン粉の水洗除去には時間がかかり、また、作業者に粉塵や水洗後の汚水がふりかかることも希ではなく、作業環境が極めて悪かった。
【０００９】
また、水洗後の汚水は、前記の水受け容器に一旦受けた後、前記容器のフィルタ付きの排出口から、大きなゴミだけが除去された状態でピット内に放出されていたが、チャンバー内の水洗が完了した後にピット内から汚水を汲み出さなければならず、その間、炉を使用することができなかった。さらに、洗浄を繰り返すうちに、汚水に含まれるスラッジがピット内に溜まるため、定期的にピット内を清掃し、スラッジをかき出す必要があった。
【００１０】
より効率的な水洗の手段として、水圧が５ＭＰａ以上の高圧水を吹き付けて除去する方法が考えられる。
【００１１】
例えば、特許文献１には、鋳型の内壁面に固着している溶鋼の一部等（いわゆるノロ）を除去するために、高圧水の噴射ノズルを昇降および旋回可能に支持した枠体に取り付けて、噴射ノズルを鋳型の軸線部で昇降および旋回させながら噴射ノズルから５０ＭＰａ以上の高圧水を吹き付ける洗浄方法が開示されている。
【００１２】
しかし、この方法を前記の消耗電極式真空アーク溶解炉の洗浄に適用する場合、前記溶解炉のチャンバーが、真空排気、不活性ガス置換のための設備や溶解のための熱源と一体であるため、その位置がほぼ固定されていて、洗浄専用の場所へ移動することができず、また、その場で洗浄しようとすると、洗浄水や洗浄後の汚水の周辺への飛散を防止する設備が必要になる。また、後述するように、本発明は洗浄時にモールドを取り外す（これにより、炉の下方が解放される）タイプの溶解炉のチャンバー内の洗浄を目的としており、この特許文献１に記載の方法を適用しようとすると、洗浄後の汚水を一旦保持する設備が必要になるという問題があって、すぐには採用することはできない。
【００１３】
特許文献２には、小径の孔からタンク等の容器内部にノズルを挿入し、このノズルの噴射方向を三次元の方向に変移させてタンク内の全面に向けて噴射水流を放射する洗浄装置が記載されている。しかし、この装置を使用する場合も、洗浄水や汚水の周辺への飛散の問題があり、また、前記と同様に、洗浄後の汚水を一旦保持する設備が必要になるため、特許文献２に記載の技術だけでは前記の問題を解決することはできない。
【００１４】
特許文献３には、非鉄金属溶解炉の内面に付着した鉱滓を除去するために、溶解炉本体に回転、昇降可能な掻落具を取り付けた除滓装置付溶解炉が記載されている。しかし、ここに記載される技術は、例えば曲線的な複雑な形状を有する溶解炉のチャンバー内壁面の洗浄に使用することはできない。
【００１５】
さらに、特許文献４には、タンク等の内面洗浄のために、上部開口部から高圧水噴射ノズルを有する装置を内部に吊り下げ、これをタンク内で上下に移動させるときに一往復ごとに高圧水の圧力を変化させてタンク内壁面に対する高圧噴射ジェットの通過軌跡を変えることによって洗い残しのない効率のよい洗浄方法が開示されている。しかし、この技術は、例えば炉の上部にスティンガーロッド（電極保持棒）を備える溶解炉には適用することができない。
【００１６】
【特許文献１】
特開平２００１−１７０７６４号公報
【特許文献２】
特開平６−２２６７３１号公報
【特許文献３】
特開平６−１７４３８０号公報
【特許文献４】
特開平５−３１７８２６号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属の溶解炉の内部を洗浄する方法、特に、チタンインゴットを製造する際に使用する消耗電極式アーク溶解炉のチャンバー内を、作業工数を要することなく効率よく、かつ作業環境の悪化を伴うことなく洗浄する方法、およびそのための装置を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明者は、
▲１▼被洗浄物であるチャンバーは、真空排気等のための設備や溶解のための熱源と一体であり、洗浄専用の場所に移動することができず、その場で洗浄しなければならないという制約があること、
▲２▼チャンバーと水冷ジャケットの間にモールドが位置しており、モールドの取り外しが可能であること、
▲３▼水洗後の汚水の飛散等による作業環境の悪化、および前記汚水と冷却水との混合を避けるため、水洗後の汚水を一旦保持する（溜めおく）必要があること、等を考慮した結果、水洗時に、モールドを外し、その代わりに洗浄水や汚水の飛散を防止し得る洗浄装置を取り付けることにより、前記の課題を解決することが可能であることを確認した。
【００１９】
本発明の要旨は、下記（１）に記載の溶解炉の洗浄方法、およびその方法を実施するための下記（２）に記載の洗浄装置に関する。
【００２０】
（１）炉本体、モールド、および前記モールドを冷却するための水冷ジャケットの三つの部分を具備する溶解炉の洗浄方法であって、モールドを炉本体から外し、前記モールドと置き換え可能で、炉本体のチャンバー内面への洗浄水の吹き付け機能と、水洗後の汚水を溜めおく貯留機能とを備える洗浄手段を炉本体に取り付け、前記洗浄手段によりチャンバー内面を水洗する溶解炉の洗浄方法。
【００２１】
前記の「モールドと置き換え可能」とは、モールドの代わりに取り付けてチャンバーを密閉した状態にし得ることを意味する。ただし、「密閉」といっても、炉本体との間に洗浄水や汚水が飛散するような隙間がない程度であればよく、必ずしも気密性が保持されていなくてもよい。
【００２２】
（２）前記（１）に記載の方法を実施するための装置であって、溶解炉本体のチャンバー内面に洗浄水を吹き付けるためのノズルと、洗浄水をノズルまで送水する送水管と、水洗後の汚水を溜めおく貯留槽を有し、炉本体から外されたモールドと置き換え可能に構成されている溶解炉の洗浄装置。
【００２３】
ここでいう「モールドと置き換え可能に構成」も、前記と同様、モールドの代わりに取り付けたときに、炉本体との間に洗浄水や汚水が飛散するような隙間がなくなる程度に構成されていることを意味する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の溶解炉の洗浄方法は、上記（１）に記載の方法、すなわち、炉本体、モールド、および前記モールドを冷却するための水冷ジャケットの三つの部分を具備する溶解炉の洗浄方法であって、モールドを炉本体から外し、その代わりに、前記モールドと置き換え可能で、炉本体のチャンバー内面への洗浄水の吹き付け機能と、水洗後の汚水を溜めおく貯留機能とを備える洗浄手段を炉本体に取り付け、前記洗浄手段によりチャンバー内面を水洗する溶解炉の洗浄方法である。
【００２５】
本発明の洗浄方法が、炉本体、モールド、および水冷ジャケットの三つの部分を具備する溶解炉を対象とするのは、この方法が、モールドを炉本体から外し、その代わりに洗浄手段を取り付けて炉本体のチャンバー内面を洗浄することを前提としているからである。すなわち、前記のように、チャンバーを洗浄専用の場所に移動することができず、その場で洗浄しなければならないという制約があるなかで、本発明の方法が顕著な効果を発揮するためには、モールドが炉本体のチャンバーと水冷ジャケットから隔てられており、モールドの取り外しが可能であることが必要である。
【００２６】
図３は、前記図４に示した消耗電極式真空アーク溶解炉の構成を模式的に示した縦断面図である。図示するように、溶解炉１は、炉本体２、モールド１０および水冷ジャケット９からなり、しかもこの場合は、モールド１０を炉本体２のチャンバー３と水冷ジャケット９から取り外すことができるように構成されている。
【００２７】
なお、溶解炉は、モールドの他に、例えば、金属の溶湯を一時収容し、モールド内に供給するためのハースを備え、モールドおよびハースを炉本体から外すことができるように構成されている炉であってもよい。
【００２８】
本発明の洗浄方法においては、溶解が終了した後、まず、モールドを炉本体から取り外す。モールドと水冷ジャケットとが一体もので、モールドの炉本体からの取り外しの際に、水冷ジャケットも同時に取り外されるタイプの溶解炉であれば、モールドと水冷ジャケットを同時に取り外してもよい。
【００２９】
次いで、前記モールドと置き換え可能で、炉本体のチャンバー内面への洗浄水の吹き付け機能と、水洗後の汚水を溜めおく貯留機能とを備える洗浄手段を炉本体に取り付ける。
【００３０】
前記の「モールドと置き換え可能」の意味は、先に述べたとおりである。
【００３１】
また、「洗浄水の吹き付け機能」とは、洗浄水を吹き付けてチャンバー内面を清掃できる機能であり、「この機能を備える洗浄手段」とは、具体的には、例えば、ノズル、送水管、送水ポンプ等からなる装置が該当する。
【００３２】
「水洗後の汚水を溜めおく貯留機能」とは、チャンバー内面に洗浄水を吹き付けたときにその水洗後の汚水を飛散させず、一旦溜めおく機能で、この機能を有するものとしては、例えば、後述する図１、図２に示すように、洗浄する部位（チャンバー内面）の下方部分を貯留槽として機能させるものがあげられる。
【００３３】
続いて、前記洗浄手段によりチャンバー内面を水洗する。前記洗浄手段は、炉本体との間に洗浄水や汚水が飛散するような隙間がない程度にチャンバーを密閉した状態にし得るので、例えばノズルの先端から洗浄水を吹き付けてチャンバー内面を十分に洗浄し、洗浄後の汚水は、例えばチャンバーの下方に設置した貯留槽に一時貯留しておくことができる。
【００３４】
この本発明の洗浄方法によれば、洗浄を密閉状態で、人手をかけずに行うので、溶解炉、特に、先に述べたチタンインゴットを製造する際に使用する消耗電極式真空アーク溶解炉のチャンバー内を、効率よく、かつ、作業環境の悪化を伴うことなく洗浄することができる。
【００３５】
上記の（２）に記載の溶解炉の洗浄装置は、前記（１）に記載の洗浄方法を実施するための装置で、溶解炉本体のチャンバー内面に洗浄水を吹き付けるためのノズルと、洗浄水をノズルまで送水する送水管と、水洗後の汚水を溜めおく貯留槽を有し、炉本体から外されたモールドと置き換え可能に構成されている溶解炉の洗浄装置である。
【００３６】
図１は本発明の溶解炉の洗浄装置の一例の構成を模式的に示す縦断面図で、前記の図３に示した溶解炉の炉本体からモールドを外し、代わりに洗浄装置を取り付けた場合の例である。
【００３７】
図１に示すように、この洗浄装置は、溶解炉１の炉本体２のチャンバー３内面に洗浄水を吹き付けるためのノズル４ａと、洗浄水をノズル４ａまで送水する送水管５ａを有しており、しかも、炉本体２から外されたモールド（図示せず）の代わりに取り付けた場合に、炉本体２との間に洗浄水や汚水が飛散するような隙間つくらずに置き換え得るような形状を備えている。すなわち、この洗浄装置の外枠部分６が、この例では、前記の図３に示したモールド１０と同じ形状を有している。そして、この装置の下方部分が、水洗後の汚水７を一時溜めおく貯留槽８をなしており、汚水７を水冷ジャケット９の内側に保持することができる。
【００３８】
この図１に例示した洗浄装置は、洗浄水をノズル４ａまで送水するための専用のポンプを備えておらず、冷却水ポンプを利用し、冷却に用いる水を洗浄にも使用できるように構成されている。
【００３９】
図２は本発明の溶解炉の洗浄装置の他の例の構成を模式的に示す縦断面図で、同じく、前記の図３に示した溶解炉のモールドの代わりに洗浄装置を取り付けた場合の例である。
【００４０】
図１に示した洗浄装置と同様に、この洗浄装置は、炉本体２から外されたモールド（図示せず）の代わりに、炉本体２との間に隙間つくらずに取り付けられており、チャンバー３の内面に洗浄水を吹き付けるためのノズル４ｂと、洗浄水をノズル４ｂまで送水する送水管５ｂを有し、装置の下方部分が、水洗後の汚水７を一時溜めおく貯留槽８をなしている。なお、この場合も、洗浄装置の外枠部分６が前記の図３に示したモールド１０と同じ形状を有している。
【００４１】
さらに、この洗浄装置は洗浄水送水用の専用のポンプ（図示せず）を有しており、したがって、高圧水をノズル４ｂから噴射できるように構成されている。
【００４２】
前記の図１または図２に示した本発明の洗浄装置において、チャンバー３の内面に洗浄水を吹き付けるためのノズル４ａ、４ｂは、一般的には、昇降、回転、首振り等が可能な機構を備えるものとする。その動力源には、水圧、空気圧、油圧のいずれを用いてもよく、電動式としてもよい。これによって、チャンバー３内を効率よく洗浄することができる。
【００４３】
洗浄をより完全に、効率よく行うために、ノズル４ａ、４ｂと洗浄面との間の距離を一定に維持する機構（位置決め機構）が取り付けられていてもよく、好適である。
【００４４】
洗浄には、水（一般に使用される常温水）以外に、洗浄効果の大きい温水や、高温のスチーム（蒸気）を使用してもよい。また、洗浄装置にはエアノズルが併設されていてもよい。これによって、水洗後のチャンバー内に付着した水を効率よく落下させ、水洗後の乾燥を促進させることができる。
【００４５】
なお、洗浄の際、真空排気用の排気口に洗浄水が入るのを防止するため、その部分に蓋を取り付けておくのがよい。
【００４６】
以上、チタンインゴット製造用の消耗電極式真空アーク溶解炉の場合を例に説明したが、本発明の洗浄装置は、この溶解炉に限らず、炉本体、取り外し可能なモールド、および前記モールドを冷却するための水冷ジャケットの三つの部分を具備する溶解炉に適用することができる。
【００４７】
この装置を用いれば、本発明の洗浄方法を容易に実施することができ、例えば前記の消耗電極式真空アーク溶解炉のチャンバー内を、時間をかけずに効率よく洗浄することができる。装置が密閉型なので外部に洗浄水や汚水、高温のスチームが漏れたりせず、作業環境の悪化や、作業者がやけどを負う等の危険を回避することができる。また、洗浄後の汚水は洗浄装置内に保持され、これを前記装置ごと炉外に搬出することができるので、洗浄完了後直ちに炉を使用することができる。
【００４８】
【実施例】
スポンジチタンを主原料とするコンパクトブリケットを溶接して消耗電極（直径９００ｍｍ、９０００ｋｇ）を作製し、これを、前記の図１に示した構成の消耗電極式真空アーク溶解炉で溶解した。
【００４９】
溶解終了後、本発明の洗浄方法によりチャンバー内の洗浄を実施し、洗浄に要する時間（洗浄時間）、使用水量、ピットからの汚水汲み出しに要する時間（汚水汲み出し時間）および作業環境について調査した。なお、洗浄に際しては、前記の図２に示した構成を有する専用の高圧ポンプを備える密閉型洗浄装置を使用した。また、比較のため、従来の作業者による手洗浄も実施した。
【００５０】
表１に調査結果をまとめて示す。表１において、「総合評価」の欄の○印は、使用水量、洗浄時間および汚水汲み出し時間、作業環境等を総合的に判断して良好であることを、×印は良好とは言えないことを表す。
【００５１】
【表１】
2004183923.tif 000003
【００５２】
表１の結果から明らかなように、密閉型洗浄装置を用いた実施例１〜５は、作業者による手洗浄（比較例１）に比べて、使用水量が少なく、洗浄に要する時間が著しく短縮された。これは、手洗浄の場合、洗浄後の点検で炉内に付着物が残留していることが判明したときは、付着物を完全に除去するために再度同じ部分を洗浄し直すことがあったためである。
【００５３】
実施例１〜３に示されるように、洗浄水の圧力が高い方が、また、実施例１と４との比較から、洗浄水の温度が高い方が、洗浄時間を短くすることができ、使用水量も少なかった。また、実施例５はスチームを使用した場合であるが、スチームの使用は洗浄時間の短縮および使用水量の低減に一層効果的であった。
【００５４】
さらに、実施例１〜５では、密閉型洗浄装置を使用しているので作業環境が良好であった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の溶解炉の洗浄方法によれば、洗浄を密閉状態で、人手をかけずに実施することが可能であり、効率よく、かつ作業環境の悪化を伴うことなく洗浄することができる。
【００５６】
また、本発明の洗浄装置を用いれば、本発明の方法を容易に実施することができ、例えば、チタンの消耗電極式真空アーク溶解炉のチャンバー内を、短時間で効率よく洗浄することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶解炉の洗浄装置の一例の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の溶解炉の洗浄装置の他の例の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】チタンの消耗電極式真空アーク溶解炉の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図４】チタンの消耗電極式真空アーク溶解炉の一例の概略構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１：溶解炉
２：炉本体
３：チャンバー
４ａ、４ｂ：ノズル
５ａ、５ｂ：送水管
６：外枠部分
７：汚水
８：貯留槽
９：水冷ジャケット
１０：モールド
１１：チタン消耗電極
１２：電極保持棒
１３：溶解炉
１４：銅製モールド
１５：直流電源
１６：アーク
１７：チタンインゴット
１８：冷却水
１９：チャンバー
２０：真空ポンプ
２１：アルゴン供給設備
【図１】
2004183923.tif 000004
【図２】
2004183923.tif 000005
【図３】
2004183923.tif 000006
【図４】
2004183923.tif 000007