(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体と、バーナーと、坩堝と、原料供給手段とを備えた坩堝炉型アルミニウム溶解装置であって、
炉本体は、底面と周面の内張り耐火物で囲まれた燃焼室を形成し、周面にバーナーが取り付けられ、燃焼室の上方が開口し、燃焼室の底から外部につながる湯道を備え、
坩堝は、縦長の形態であり、燃焼室の中央に設置され、その中間高さ付近に出湯穴が貫通形成され、出湯穴の内側に仕切部材が付設され、
仕切部材は、出湯穴の内側開口面から離れて当該穴を遮蔽し、その下端は出湯穴の下端位置より下方に達しており、
原料供給手段は、炉本体の上方に設置され、アルミニウム材を坩堝内に上部開口から順次投入するとともに、投入したアルミニウム材を坩堝内の溶湯に混ぜ合わせる
坩堝炉型アルミニウム熔解装置。
【請求項２】
湯道は、燃焼室の外部にて溶湯が溜まる保持室を備え、
保持室は、溜まった溶湯を上方から加熱する補助バーナーを備える
請求項１に記載の坩堝型アルミニウム熔解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リサイクル利用のためにアルミニウム廃材を溶解することを主な目的としたアルミニウム溶解装置に関し、とくに、坩堝炉を原型とした連続的な溶解処理が可能な坩堝炉型アルミニウム溶解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
よく知られているように、回収したアルミニウム空き缶は適当に小さく切断してから溶解し、再生地金としてリサイクル利用する。工場などからでるアルミニウム切削屑や切粉やダライ粉などのアルミニウム廃材も同様に溶解して再生地金をつくる。
【０００３】
アルミニウムは融点が低いので、どのような形式の炉でも容易に溶解しうる。従来型の坩堝炉でもアルミニウムを溶解できるが、坩堝炉では溶解作業と溶湯の取り出し作業とを交互に繰り返すバッチ処理となるため能率が悪い。アルミニウム廃材の溶解処理を連続的に能率よく行うために、通常は反射炉を使用している。
【０００４】
しかし反射炉は酸化ロスが多いという欠点がある。細かなアルミニウム材は溶解時に燃焼火炎にさらされて酸化してしまい、溶解歩留りが悪くなるのである。この点では、被溶解材が燃焼室の火炎にさらされない坩堝炉の方が優れている。
【０００５】
そこで従来から、酸化ロスを少なくするように工夫した反射炉型アルミニウム溶解装置が種々提案されている。例えば特開昭５８−２５８７号や実開昭６４−５０９５号公報の装置では、ポンプを用いて溶湯をアルミニウム材に注ぎかける構成としている。また特開平１−１３２７２４号公報の装置では、ポンプを用いて溶湯の渦流をつくり、その渦流に向けてアルミニウム材を投入する構成としている。同様に特開平３−１２０３２２号や特開平１５６３７８号公報の装置では、電磁撹拌装置を用いて溶湯の渦流をつくりだしている。このように、細かなアルミニウム材に溶湯を注いだり、溶湯の渦流内に細かなアルミニウム材を投入することで、空気接触の時間を少なくして酸化ロスを減らしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように酸化ロスを減らす対策を講じた従来の反射炉型アルミニウム溶解装置では、ポンプや電磁撹拌装置などの付加設備のために初期設備費がかさむとともに、これら複雑な付加設備のメンテナンスのために運用経費もかさむという問題があった。アルミニウム空き缶のリサイクルを推進するために、できる限り少ない費用で溶解装置を設備して運用できることが強く要請されている。この面で従来装置は不充分であった。
【０００７】
また従来の反射炉型アルミニウム溶解装置は、細かなアルミニウム材を溶湯内に瞬時に巻き込ませることで酸化ロスを減らしている。したがって、アルミニウム材に水分や油分などが付着していると、その付着物が溶湯と瞬時に反応して水蒸気爆発のような激しい反応を引き起こす危険がある。この危険を防止するために、炉に投入する前にアルミニウム材の残留付着物を充分に除いておく必要がある。つまり、切断したアルミニウム空き缶など、溶解しようとするアルミニウム材を事前に加熱処理し、残留水分を除去するとともに表面の印刷にかかる有機質や付着油分を燃焼させて除去している。この事前処理のために、従来、高価な加熱処理設備や集塵設備が必要だという問題があった。
【０００８】
この発明は前述した従来の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、安価で保守も簡単な設備ですみ、酸化ロスが少なく、能率よく連続的に溶解処理を行え、アルミニウム材の事前処理も簡単にすむようにした坩堝炉型アルミニウム溶解装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る坩堝炉型アルミニウム熔解装置は、つぎの事項（ａ）〜（ｅ）により特定されるものである。
（ａ）炉本体と、バーナーと、坩堝と、原料供給手段とを備えた坩堝炉型アルミニウム溶解装置であること
（ｂ）炉本体は、底面と周面の内張り耐火物で囲まれた燃焼室を形成し、周面にバーナーが取り付けられ、燃焼室の上方が開口し、燃焼室の底から外部につながる湯道を備えること
（ｃ）坩堝は、縦長の形態であり、燃焼室の中央に設置され、その中間高さ付近に出湯穴が貫通形成され、出湯穴の内側に仕切部材が付設されること
（ｄ）仕切部材は、出湯穴の内側開口面から離れて当該穴を遮蔽し、その下端は出湯穴の下端位置より下方に達していること
（ｅ）原料供給手段は、炉本体の上方に設置され、アルミニウム材を坩堝内に上部開口から順次投入するとともに、投入したアルミニウム材を坩堝内の溶湯に混ぜ合わせること
【００１０】
この発明は、上記の基本構成に加えて、湯道は燃焼室の外部にて溶湯が溜まる保持室を備え、保持室は溜まった溶湯を上方から加熱する補助バーナーを備える構成を採用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の第１実施例の構成を図１と図２に示している。炉本体１の内張り耐火物で囲まれた燃焼室７の中央に台２を設置し、その台２の上に黒鉛坩堝４を載置している。炉本体１の側壁部分の穴に設置されたバーナー５により燃焼室７内の坩堝４および台２が加熱される。炉本体１の側壁部分の２箇所には掃除口１０がある。また、炉本体１の上部に覆いかぶさる形態の架台１５を設置し、その架台１５にアルミニウム挿入装置１７および撹拌装置１４を搭載している。
【００１２】
この発明の構成の大きな特徴は、坩堝４の胴部の中間高さ付近に出湯穴３が貫通形成されていることである。またもう１つの大きな特徴は、坩堝４の内部において出湯穴３が形成されている部分に仕切部材１６が付設され、この仕切部材１６は出湯穴３の開口面から適宜に離れて当該穴３を遮蔽しており、また仕切部材１６の下端は出湯穴３の下端位置より適宜に下方に達していることである。
【００１３】
具体例の黒鉛坩堝４は高さ１１００ｍｍの円筒形で、そのほぼ中間の胴部の１箇所に縦６０ｍｍ×横１００ｍｍの長方形の出湯穴３を形成している。この実施例の仕切部材１６は、坩堝４の上端縁に引っ掛けるように取り付けられて坩堝４の内部に垂下設置されている。仕切部材１６の表面と出湯穴３の開口面とは３０ｍｍ程度の間隔をあけてある。また仕切部材１６の下端は出湯穴３の下端より８０ｍｍ程度下方まで達している。さらに図２に示すように、仕切部材１６の両側部は坩堝４の壁面に向かって曲った形態になっており、その両側部が坩堝４の胴部内周面に当接している。
【００１４】
適当に小さく切断したアルミニウム空き缶のようなアルミニウム材６を坩堝４内に上部開口から投入し、バーナー５により坩堝４を外周から加熱する。この熱で坩堝４内のアルミニウム材６が下方から溶解する。燃焼ガスは炉壁２０と坩堝４の間を経て炉蓋１９の開口部２１から排出される。なおアルミニウム材６の溶解を促進するために、アルミニウム材６と溶湯を撹拌して混ぜ合わせる撹拌装置１４を使用する。
【００１５】
坩堝４の胴部のほぼ中間位置に出湯穴３があるので、坩堝４の内部にある程度の量の溶湯が溜まってくると、溶湯は穴３からこぼれ出て坩堝４の外部に排出され、炉本体１の保持室１８へと流れて溜まる。炉本体１の内部には燃焼室７から保持室１８そして出湯樋１２につながる湯道が形成されており、保持室１８に溜まったアルミニウム溶湯９が重力の作用で出湯樋１２から炉外に排出される。保持室１８のアルミニウム溶湯９の冷却を防止するために、炉本体１に補助バーナー１１を設置してあり、これにより上方から溶湯９を加熱する。
【００１６】
前記のように、出湯穴３の位置に対応した量のアルミニウム溶湯が坩堝４内に溜まるので、上から投入されるアルミニウム材６は溜まっている溶湯に接触して効率よく溶解する。坩堝４の内部のアルミニウム溶湯の湯面より上方の空間は予熱帯となり、この投入されるアルミニウム材６はこの予熱帯に溜まり、下から徐々に溶湯に溶け込んでいく。
【００１７】
坩堝４における出湯穴３の形成位置が下すぎると、坩堝４に溜まる溶湯の量が少なくなり、投入されるアルミニウム材６に熱を奪われて溶湯がシャーベット状に凝固してしまい、溶解がスムーズに行われない。また、坩堝４における出湯穴３の形成位置が上すぎると、溜まる溶湯の量が多くなって湯面の位置が高くなり、その分だけ湯面上の予熱帯の空間容積が少なくなる。その場合、投入されて予熱帯に溜まるアルミニウム材６が坩堝４からはみ出してしまい、そのはみ出したアルミニウム材６がバーナー５から発生する気流により飛散してしまう。このような点を考慮して出湯穴３の形成位置を適切に設定する。
【００１８】
また、出湯穴３の内面側に仕切部材１６を配設して当該穴３をこれから少し離れて遮蔽する構成は、坩堝４に投入されたアルミニウム材６によって出湯穴３が塞がれないようにするために設けている。溶湯の表面には、まだ溶けていないアルミニウム材６やシャーベット状のアルミニウム材のほか酸化物も浮遊しており、溶湯流とともにこれらが出湯穴３に流れ込んで当該穴３を塞いでしまうと、前記のように溶湯の湯面が上昇してしまい、スムーズな溶解処理が阻害される。仕切部材１６はこのような不都合を防いでいる。仕切部材１６は、その下端部分にて坩堝４の内面と適切な間隔があいていればよい。その間隔部分を通って溶湯が出湯穴３へと流れる。
【００１９】
坩堝４内での溶解速度に応じて、アルミニウム材６を順次坩堝４内に投入することで、通常の坩堝炉でのバッチ処理と異なり、連続的に溶解処理を行うことができる。坩堝４に投入したアルミニウム材６はいきなり溶湯に接するのではなく、坩堝４内の上部空間で加熱されながら徐々に下方に落ちていって溶解される。つまり、坩堝４内の上部空間は未溶解物部分の予熱帯であり、下方空間が溶解状態が進む溶解帯となる。アルミニウム材６に水分や油分などの付着物が残留していたとしても、これが予熱帯を通過するあいだに除去され、前述した水蒸気爆発のような激しい反応が起きるおそれは少なく、安全性が高い。また、前記予熱帯は非酸化性雰囲気となるので、酸化ロスはきわめて少ない。
【００２０】
【発明の効果】
（１）溶解処理を能率よく連続的に行える。
（２）坩堝内には適当な量のアルミニウム溶湯しか溜まらず、湯面の上方に相当に大容量の予熱帯が形成されるので、その予熱帯を投入アルミニウム材が通過する間に残留付着物が効果的に除去され、したがってアルミニウム材の事前処理を簡略化できるし、水蒸気爆発のような激しい反応は起きにくく、安全に溶解作業を進めることができる。
（３）坩堝内が非酸化性雰囲気に保たれるので、酸化ロスがきわめて少ない。
（４）坩堝炉を原型としているので、設置スペースが小さくてすみ、設備費および保守費も安く、運転経費も安い。
（５）アルミニウム材の付着物は燃料として利用できる。
（６）以上の構成を有する溶解装置なので，アルミニウムインゴットの溶解も連続的に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の縦断面図である。
【図２】同上実施例の平断面図である。
【符号の説明】
１  炉本体
２  坩堝台
３  出湯穴
４  坩堝
５  バーナー
６  アルミニウム材
７  燃焼室
９  アルミニウム溶湯
１０  掃除口
１１  補助バーナー
１２  出湯樋
１４  撹拌装置
１５  架台
１６  仕切部材
１７  アルミニウム挿入装置
１８  保持室
１９  炉蓋
２０  炉壁
２１  開口部
【図１】
0003773313.tif 000002
【図２】
0003773313.tif 000003