(57)【要約】【課題】溶融金属の一定使用量に対して、ルツボに被溶融金属を一定量供給し、ルツボ炉の熱効率を向上させるとともに、ルツボ内溶融金属の容量を一定に保ち、かつ所定の安定した温度を確保する。【解決手段】溶融メタル処理装置は、ルツボ炉１と、予熱器１３とから構成され、ルツボ炉１の燃焼室７の上部には、排気口８が設けられている。炉本体２には、断面が円形の予熱器１３が併設され、予熱器１３は、環状孔１５とその内側に設けた内孔１６とで形成される２重壁構造を備え、環状孔１５の下側で環状孔１５と内孔１６とが連通している。そして、これらの孔間には、回転テーブル１７が設けられ、インゴット２２を直立したまま複数収容できる。ルツボ炉１の運転中に、バーナ１１の排ガスを予熱器１３に導入してインゴット２２を予熱し、予熱後のインゴット２２を取出口２３から取出して、投入口２８からルツボ２８に投入する。【選択図】      図２
2005009803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルツボを収容するルツボ炉と、ルツボ炉に形成された被溶融金属の投入口と、被溶融金属を溶融するための燃焼バーナとを備えたメタル処理装置において、前記被溶融金属の出し入れが可能な加熱室をルツボ炉に併設し、前記燃焼バーナの排ガスを加熱室に導入し、被溶融金属を排ガスで予熱した後に該被溶融金属を加熱室から取り出して、ルツボに投入するようにしたことを特徴とするメタル処理装置。
【請求項２】
前記加熱室に複数の被溶融金属を支持する回転手段を設けるとともに、加熱室の所定位置に被溶融金属の出入り口を設け、該出入り口から加熱室に収容した被溶融金属を、回転手段で回転しながら予熱し、出入り口から取り出した予熱後の被溶融金属をルツボに投入するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のメタル処理装置。
【請求項３】
前記加熱室への被溶融金属の出し入れ、又は前記ルツボ炉の被溶融金属の投入を、該被溶融金属を把持する手段を備えた自動装置で行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のメタル処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ルツボにおいて被溶融金属を一定時間に一定量づつ安定した温度で連続溶融することができるメタル処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ルツボ炉は、アルミニウム、亜鉛、鉛、マグネシウム、銅、真鍮、ハンダ等の非鉄金属などの溶解、保温、精錬、合金製造のため長年にわたって多用され、その長所が見直されて、使用が増加する傾向にある。
ルツボ炉の長所としては、以下のことがあげられる。
▲１▼比較的小型軽量で、設置も取扱いも便利である。
▲２▼多品種でも適応が可能である。
▲３▼平面（表面）からの直接加熱と異なり、ルツボを通しての間接加熱のため、被熱物である溶解物が空気や燃焼ガスと接触することなく、ガス吸収、酸化、異物混入によるトラブルがない。
▲４▼消耗品は主として、ルツボだけで、修理に当たって直接加熱炉と比べ、解体したレンガ屑、酸化メタル等の大量な産業廃棄物の処理の心配がない。
▲５▼異種金属の溶解でもルツボを交換するだけで、容易に使用可能であることがあげられる。
特に、航空機、自動車、電機、機械、電子等の鋳造部品製造には不可欠な設備である。
【０００３】
ルツボ炉は、主として横断面が円形状で、炉の中心部に鉄又は黒鉛のルツボを設置する。加熱手段としては、燃焼バーナや電熱式によって、ルツボ内の金属を溶融処理する。加熱温度は、処理物にもよるが、１３００℃以上の高温になることもある。炉殻は堅固であり、内張耐火物もファイバー質のものからシャモットレンガ、高アルミナレンガが用いられ、更に断熱性を確保するため、耐火断熱レンガ、断熱レンガ等をバックアップ材として使用している。
【０００４】
図５及び図６は、従来のルツボ炉５１を示す。
ルツボ炉５１は、外壁を形成する炉本体５２の内部に黒鉛や鉄で形成されるルツボ５３が設けられ、炉床壁５４に設けられたルツボ台５５上に支持されている。また、炉本体５２の上部には、燃焼ガスの排気口５６が設けられ、炉本体５２の下部には炉壁内側の間を燃焼ガスが均一な温度で流れるように、タンジェンシャルに先端部が向いたバーナの噴射口５７が設けられている。
ルツボ炉５１は、このような構造により被溶融物、例えば、アルミニウム等のインゴットを、インゴットの投入口から供給する。そして、バーナの噴射口５７から火炎を噴射し、ルツボ５３を加熱することにより、金属の溶解保温等を行っている。ルツボ炉５１の燃焼室５８で燃焼したガスは、排気口５６から排出される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１９４０５５号  （要約参照）
【特許文献２】
特開２０００−１３０９４８  （要約参照）
【特許文献３】
特開平１０−３０５３６０号（特許３０６８４９５）  （要約参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したルツボ炉の構造では、溶融した被溶融金属が収容されているルツボの中に、常温の被溶融金属であるインゴットを投入するので、ルツボ内の溶融メタルの温度が下がり、安定した溶融メタルの供給ができなかった。
上記特許文献１の技術によると、ルツボを加熱する燃焼バーナの排ガスを、煙道からルツボ内に導入することにより、インゴットの溶融前に効率良くインゴットを予熱させる技術が開示されている。
この技術によると、効率の良いインゴットの予熱はできるが、インゴットが溶融状態にあるときに排ガスが導入されると、溶融メタルと空気中の水分の分解あるいは燃焼ガスの分解によって生成する水素ガスが反応し、巣が生じるので、インゴットが溶融したら、煙道とルツボ内を遮断する必要がある。よって、ルツボ内に溶融メタルが存在している間は、インゴットの予熱ができず、ルツボ炉の連続運転ができない。特に、被溶融金属（インゴット）がルツボ内の溶融メタルと直接接触しているため、所定の温度に溶融するまで、待ち時間が必要となり、連続的に溶融しながら、安定した温度を要求する溶解保温炉としては使用できない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、非鉄金属の溶融に使用する燃焼加熱式のルツボ炉において、溶融に供するバーナの排ガス熱でインゴットを予熱し、ルツボ炉の熱効率を向上させることにより、ルツボ炉の溶融能力を上昇させることができ、併せてインゴットを一定時間で連続的にルツボ炉内の溶融メタルに投入しても、安定した温度の溶融メタルが確保できるメタル処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のメタル処理装置は、上記目的を達成するために、ルツボを収容するルツボ炉と、ルツボ炉に形成された被溶融金属の投入口と、被溶融金属を溶融するための燃焼バーナとを備えたメタル処理装置において、前記被溶融金属の出し入れが可能な加熱室をルツボ炉に併設し、前記燃焼バーナの排ガスを加熱室に導入し、被溶融金属を該ガスで予熱した後に該被溶融金属を加熱室から取り出して、ルツボに投入するようにした。
前記メタル処理装置は、前記加熱室に複数の被溶融金属を支持する回転手段を設けるとともに、加熱室の所定位置に被溶融金属の出入り口を設け、該出入り口から加熱室に収容した被溶融金属を、回転手段で回転し、予熱した後に出入り口から取り出して、ルツボに投入するようにした。
また、前記加熱室への被溶融金属の出し入れ、又は前記ルツボ炉の被溶融金属投入を、該被溶融金属を把持する手段を備えた自動装置で行うようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるメタル処理装置について、図面を参照しながら説明する。
図１及び図２は、本発明に係る被溶融金属（以下、インゴットともいう）の処理構造を採用したルツボ炉と予熱器を示し、図１はルツボ炉を上方向からみた横断面図であり、図２はルツボ炉を正面方向から見た縦断面図である。
【００１０】
本発明の溶融メタル処理装置は、ルツボ炉１と、予熱器１３とから構成されている。図に示すように、横断面がほぼ円形のルツボ炉１は、耐熱レンガ等から形成され、基台１０とこの基台１０上に配設された炉本体２を設けている。炉本体２の下部には炉床壁３が設けられ、炉床壁３の中央部には、ルツボ台４が配設されている。ルツボ台４の上には、黒鉛あるいは鉄製ルツボ５が支持され、ルツボ５の周囲と外壁６との間には燃焼室７が形成されている。
燃焼室７の下部には、バーナ１１と、バーナ１１の火炎を噴出する噴射口１２を設ける。
【００１１】
燃焼室７の上部には、燃焼室７と連通している排気口８が設けられている。炉本体２には、横断面形状が円形の予熱器１３が連結して併設され、予熱器１３内に設けられている加熱室１４が排気口８を介して、燃焼室７と連通している。
予熱器１３は耐熱製で、８００〜１０００℃の排気ガスの温度に耐えうる構造であり、環状孔１５とその内側に設けられている内孔１６とで形成された２重壁構造であり、環状孔１５の下側で環状孔１５と内孔１６とが連通している。これらの孔１５，１６の下部には、通気が可能な回転テーブル１７が設けられ、このテーブル上に、想像線で示すようにインゴット２２を直立させたまま、複数のインゴット２２を収容できるように構成される。本実施の形態では、図１に示すように、環状孔１５にインゴット２２を６０度間隔で６箇所に配設するように構成されている。
【００１２】
加熱室１４の内孔１６は、上端部で排気管１８に接続され、排気管１８には図示しない吸引性の良い煙突あるいは吸い込みファンが接続されている。また、予熱器１３の上壁には、インゴット２２の取出口２３を１箇所形成してある。取出口２３は、環状孔１５の直上方に配置され、取出口２３から環状孔１５内にインゴット２２を出し入れできる。この取出口２３は、開閉蓋２４が設けられ、蓋２４の構造は、取出口２３を塞げれば、スライド式でも回転式でもよい。
図３に示すように、炉本体２及び予熱器１３には、これらに隣接して、インゴットの自動把持装置２５が設置されている。この装置２５は、上記特許文献３に記載されている、インゴット２２の自動把持装置（本出願人製造の商品名：ＣＡＤＤＩＥ  ＡＣＥ）２５を用いることができる。自動把持装置２５は、内部に多数のインゴットを収容し、アーム２６の先端に配設した、把持部２７でインゴット２２を掴むことができる構造になっている。但し、インゴット２２を把持できるものであれば、自動把持装置の構造は問わない。
【００１３】
図３に示すように、自動把持装置２５には、インゴット２２を把持するアーム２６が回転可能に設けられ、アーム２６の先端部に設けられた把持部２７は、アーム２６が回転する際に、インゴットが予熱器１３に形成した取出口２３と、炉本体２に設けたルツボ５への投入口２８の直上方へ位置するように、同一円周軌道上に移動し、インゴット２２の把持及び投入を可能にする。
回転テーブル１７の下部には回転軸１９が設けられ、回転軸１９の下部には、減速機２０と回転テーブル１７の駆動源である駆動モータ２１が設けられている。減速機２０は、駆動モータ２１の回転速度を制御するように構成されている。なお、図示は省略しているが、予熱室１３を貫通する回転軸１９の周囲には、シールが施されている。
【００１４】
以下、本発明のメタル処理装置の作用について説明する。
まず、自動把持装置２５を用いてルツボ５及び予熱器１３にインゴット２２を挿入する。燃焼室７ではバーナの燃焼により排ガスが生じ、排ガスは燃焼室７から排気口８を通って、環状孔１５、内孔１６を通り排気管１８から排出する。この際、加熱室１４でインゴット２２が加熱される。インゴット２２が、ルツボ５内で所定温度に溶融すると、ルツボ５からレードル（柄杓）で所定量の溶融メタルを汲み出して、図３に示す鋳造機本体２９に注入する。そして、汲み出した溶融メタルの容量とほぼ一致するように、予熱器１３に収容して加熱されたインゴット２２を、自動把持装置２５を用いて１本単位でルツボ５に投入する。
【００１５】
この時点では、回転テーブル１７は静止状態であり、自動把持装置２５は、インゴット２２をルツボに投入した後、新たに別のインゴット２２を自動把持装置２５から引き出し、取出口２３から環状孔１５内へ挿入する。次いで、取出口２３を蓋２４で閉塞した後、回転テーブルを周方向へ６０度回転させる。よって、インゴット２２の加熱室１４内における滞在時間は、１つのインゴットをルツボ５に容れる間隔（１サイクル）に対して、予熱器１３に収容したインゴット２２の数量を乗じた時間だけ加熱することになる。すなわち、図示の装置では６サイクルになり、長時間の加熱が可能になる。仮に、加熱室１４に８本のインゴットを収容した場合に、８サイクル分の時間の加熱ができ、より加熱時間が長くなる。
【００１６】
このような動作を順次、繰り返すことにより、ルツボ炉１の連続運転が可能になる。そして、インゴット２２は、予熱されていることから、ルツボ５内に残留する溶融メタルの温度変化を少なくすることができる。
図４は、アルミニウム、鉄、亜鉛、銅、錫、鉛の温度（横軸）と、これらの金属を温度上昇するのに必要なカロリー（縦軸）との関係を表す線図である。一例として、アルミニウムを用いて説明すると、アルミニウムのインゴットを７２０℃まで溶解するに当たって、インゴットを３００℃まで予熱すると、７０ｋｃａｌ／２７０ｋｃａｌ×１００≒２５．９％となる。単純計算であるが、約２５％の燃料の節約できる計算となる。インゴットの加熱温度は、高いほど好ましいが、インゴットがアルミニウムであるときは、５００℃程度までの加熱が好ましい。５００℃程度を越えるとインゴットが熱で柔らかくなり、把持できないからである。
【００１７】
以上説明したように、本実施の形態では、ルツボ炉１に対して別体の予熱器１３を設けているので、ルツボ５内の溶融金属が、排ガスと接触せず、巣のない高品質の製品を製造できる。また、回転テーブル１７により加熱室１４内のインゴット２２の滞在時間を長くして、予熱を十分に行うことができる。
なお、インゴット２２の取出口２３からの出し入れ、ルツボの投入口への挿入は、人手ですることができる。但し、加熱室１４で加熱されたインゴット２２の温度が、５００℃に達することもあり、安全性の立場から機械操作により自動的に行う方が好ましい。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく本発明の技術的思想に基いて種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、予熱器１３からのインゴット２２の挿入、取出しを取出口２３で共用したが、挿入口と取出し口を別個にしてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のメタル処理装置によれば、ルツボを収容するルツボ炉と、ルツボ炉に形成された被溶融金属の投入口と、被溶融金属を溶融するための燃焼バーナとを備えたメタル処理装置において、前記被溶融金属の出し入れが可能な加熱室をルツボ炉に併設し、前記燃焼バーナの排ガスを加熱室に導入し、被溶融金属を排ガスで予熱した後に該被溶融金属を加熱室から取り出して、ルツボに投入するので、被溶融金属の予熱をバーナの排ガスで効率よく行うことができ、燃料費の節約ができる。
上記メタル処理装置によれば、前記加熱室に複数の被溶融金属を収容する回転台を設けるとともに、加熱室の所定位置に被溶融金属の出入り口を設け、該出入り口から加熱室に収容した被溶融金属を、回転台で１回転した後に出入り口から取り出して、予熱後した被溶融金属をルツボに投入する。こうして、サイクルタイムに合わせて被溶融金属を長時間加熱でき、その予熱を高温にすることができる。また、回転台の回転により、複数の被溶融金属を均等に加熱することができる。
また、上記メタル処理装置によれば、前記加熱室の被溶融金属の出し入れ、又は前記ルツボ炉の被溶融金属の投入を、該被溶融金属を把持する自動装置で行うようにしたので、高温の被溶融金属の取扱い上の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のメタル処理装置（ルツボ炉と予熱器）の横方向断面概略図である。
【図２】本発明の実施の形態のメタル処理装置の縦方向断面概略図である。
【図３】本発明のメタル処理装置とインゴットの自動把持装置を概念的に示す平面図である。
【図４】アルミニウム、鉄、亜鉛、銅、錫、鉛の温度（横軸）と、これらの金属を温度上昇させるために必要なカロリー（縦軸）の関係を表す線図である。
【図５】従来のルツボ炉の横方向断面概略図である。
【図６】従来のルツボ炉の縦方向断面概略図である。
【符号の説明】
１  ルツボ炉
５  ルツボ
７  燃焼室
８  排気口
１１  バーナ
１３  予熱器
１４  加熱室
１５  環状孔
１６  内孔
１７  回転テーブル
２２  インゴット
２３  取出口
２４  開閉蓋
２５  自動把持装置
２６  アーム
２７  把持部
２８  投入口
【図１】
2005009803.tif 000003
【図２】
2005009803.tif 000004
【図３】
2005009803.tif 000005
【図４】
2005009803.tif 000006
【図５】
2005009803.tif 000007
【図６】
2005009803.tif 000008