(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムインゴット等の予熱タワーと、
第１炉本体及び該第１炉本体内に配置される溶解用坩堝を有し、前記予熱タワー直下に設置された状態で、該予熱タワーから前記溶解用坩堝でアルミニウムインゴット等の供給を受ける溶解用坩堝炉と、
第２炉本体及び該第２炉本体内に配置される保持用坩堝を有し、前記溶解用坩堝炉に併置される保持用坩堝炉とを備えており、
前記溶解用坩堝と前記保持用坩堝とは、溶湯が流れる移送部を介して接続されており、
前記第１炉本体と前記第２炉本体とは、前記第２炉本体内で発生する燃焼排ガスを前記第１炉本体に導く連通部を介して接続されており、
前記溶解用坩堝炉は、前記第１炉本体内の燃焼排ガスを前記予熱タワー内に上記インゴット等との熱交換用に上昇気流として供給できるように構成されており、
前記移送部は、前記連通部内に配置されているアルミニウムインゴット等の溶解保持炉。
【請求項２】
予熱タワーは上部および／または胴部にアルミニウムインゴット等の投入口を具備し、該投入口には開閉蓋が備えられ、少なくとも１つの開閉蓋には燃焼排ガスの排気口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の溶解保持炉。
【請求項３】
溶解用坩堝炉の炉壁と保持用坩堝炉の炉壁とに、セラミックスファイバ系断熱材からなる内張りが施されていることを特徴とする請求項１又は２記載の溶解保持炉。
【請求項４】
保持用坩堝炉内の燃焼排ガスを溶解用坩堝炉内の燃焼排ガスに合流させながら予熱タワー内に予熱源として供給できる構成になっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶解保持炉。
【請求項５】
溶解用坩堝炉は坩堝台により支承された溶解用黒鉛坩堝を、また保持用坩堝炉は坩堝台に支承された保持用黒鉛坩堝を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の溶解保持炉。
【請求項６】
坩堝台が筒状で坩堝台内を燃焼ガスが流通できる構成になっていることを特徴とする請求項５記載の溶解保持炉。
【請求項７】
予熱タワーは、溶解用坩堝炉上に２段重ねに設置された第１位置と、２段重ねの設置位置から横方向にスライド移動された第２位置とを選択的に取ることができ、第２位置に於いては、溶解用坩堝炉の上端開口を残湯くみ出し及び坩堝取り替え等の作業口として開放できる構成になっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶解保持炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はアルミニウムインゴット等の溶解保持炉、詳しくはアルミニウムインゴット等を予熱する予熱タワーと、アルミニウムインゴット等の溶解用と保持用の二つの坩堝炉を構成要素として含む溶解保持炉に関する。本明細書において、‘アルミニウムインゴット等’とは、アルミニウムインゴット（アルミニウムの鋳塊）に加えアルミニウムリターン材（アルミニウム空き缶、その他アルミニウム廃材）をプレス加工等により上記インゴットと略々同形状に固めたもの等を含む意味で用いられている。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アルミニウムインゴット等の溶解保持には、集中溶解炉からアルミニウム溶湯を電気等で加熱の保持専用の手許炉へ取鍋等で運搬し配湯する形式のもの、溶湯容器の部分を耐火煉瓦で築造した溶解室および保持室を具備する溶解保持兼用の手許炉、その他黒鉛坩堝炉などが使用されている。
【０００３】
黒鉛坩堝炉は円筒形に築炉された炉の中に１個の黒鉛坩堝を据置し、該黒鉛坩堝を加熱バーナーにより加熱する構造になっている。黒鉛坩堝へのインゴット等のチャージにあたっては、坩堝上部から材料を直接投入している。投入には、坩堝側壁に斜めにインゴット等が当たると熱膨張によって坩堝を押し割る恐れがあることから、坩堝内にインゴット等を装入する場合には、インゴット等を縦方向に並べて投入するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、坩堝炉におけるアルミニウムの溶解では、インゴット等を坩堝の開口部から直接投入する方法をとっているから、溶湯には投入直後、温度降下が生じ、インゴット等がすべて溶融し終わった時点から溶湯温度は上昇し始める。そして所定の温度に達したとき汲出しをし鋳造を行う。汲出しによって溶湯量が減少すると再びインゴット等を補給する。このように、坩堝炉は溶解作業と溶湯の取出し作業とを交互に繰返すバッチ処理となるため、溶湯供給量が一定しないこと、溶湯温度の調節が必要であるため少量の材料を投入しなければならないこと等の問題がある。また、インゴット等の材料は予熱なしに冷材の状態で溶湯に補給されるので、溶湯の温度の変動が大きくなる。
【０００５】
また、集中溶解炉の場合は常時多量の溶解量を確保する必要があり、材料が多様化してきたアルミ材料の溶解には使用し難いこと、配湯工程において溶湯温度低下が避けられず低下分を見込み出湯温度を高くする必要がある等、少量多種生産には適さない。また集中溶解炉のメンテナンスを行うさい、溶湯の確保ができず生産調整が困難となる等の間題がある。
【０００６】
さらに、炉壁をれんが等で築造した溶湯容器からなる溶解保持兼用炉では、溶湯に加熱バーナーの火炎を直接当てて加熱するので、酸化物の発生や水素ガスの吸収等、溶湯汚染の問題があり、鋳造品質に影響するとともに、炉壁の蓄熱量が大きく省エネが困難な上、炉壁れんがの定期的な解体張り替え等のメンテナンスに要する費用および期間が必要であるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を一掃し、溶湯の連続溶解と省エネが可能なアルミニウムインゴット等の溶解保持炉を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アルミニウムインゴット等の予熱タワーと、第１炉本体及び該第１炉本体内に配置される溶解用坩堝を有し、前記予熱タワー直下に設置された状態で、該予熱タワーから前記溶解用坩堝でアルミニウムインゴット等の供給を受ける溶解用坩堝炉と、第２炉本体及び該第２炉本体内に配置される保持用坩堝を有し、前記溶解用坩堝炉に併置される保持用坩堝炉とを備えており、前記溶解用坩堝と前記保持用坩堝とは、溶湯が流れる移送部を介して接続されており、前記第１炉本体と前記第２炉本体とは、前記第２炉本体内で発生する燃焼排ガスを前記第１炉本体に導く連通部を介して接続されており、前記溶解用坩堝炉は、前記第１炉本体内の燃焼排ガスを前記予熱タワー内に上記インゴット等との熱交換用に上昇気流として供給できるように構成されており、前記移送部は、前記連通部内に配置されているアルミニウムインゴット等の溶解保持炉に係る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態を添付図面に基づき説明する。図１に本発明溶解保持炉Ａの全体が概略的に示され、該溶解保持炉Ａは、アルミニウムインゴット等ａの予熱タワー１と、該予熱タワー１の直下に設置された溶解用坩堝炉２と、該坩堝炉２に並置した保持用坩堝炉３とを主構成要素として備えてる。
【００１０】
溶解用坩堝炉２は第１炉本体４と該炉本体４内に第１坩堝台５を介し設置された溶解用坩堝６を備え、該坩堝６の周囲には、第１炉本体４との間に第１周隙７が形成され、該周隙７は上記炉本体４の側壁下部に設置の燃焼ガス供給部（図示せず）から供給される燃焼ガスの上昇通路となる。
【００１１】
保持用坩堝炉３は第２炉本体８と該炉本体内８に第２坩堝台９を介し設置された保持用坩堝１０とを備え、該坩堝１０の周囲には、第２周隙１１が形成され、該周隙１１は第２炉本体８の側壁下部に設置の燃焼ガス供給部（図示せず）から供給される燃焼ガスの上昇通路となり、その上端側は黒鉛坩堝１０の押さえ蓋１２により閉じられ、外気から遮断されている。溶解用及び保持用坩堝６，１０としては、黒鉛坩堝が適当である。坩堝台５，９は坩堝６，１０の底部からの加熱を可能にするために、筒状にして側部に燃焼ガスの流通口５ａ，９ａを備えていることが好ましい。
【００１２】
炉本体８，９は断熱材、例えばセラミック系の断熱材で内張りが施されており、その境界部の側壁は共用され、共用側壁１３に、第１と第２の周隙７，１１を連通させるための連通部１４が形成されている。
【００１３】
連通部１４は、第２周隙１１の上端側に接続するように押さえ蓋１２の共用側壁１３側に形成された出口開口１４ａと、該出口開口１４ａの上方を覆うように共用側壁１３に備えられた排気フード１４ｂと、該フード１４ｂ内に開口するように共用側壁１３に形成された入り口開口１４ｃとを備え、出口開口１４ａから上方へ流出する、第２周隙１１からの燃焼排ガスを排気フード１４ｂにより集めながら入り口開口１４Ｃを通じ第１周隙７内に流入させることができる構成になっている。
【００１４】
溶解用坩堝６と保持用坩堝１０とは、前者坩堝６の胴部に設けた溢流タイプの排出口１５並びに該排出口１５に接続する、例えば樋形の移送部１６を介し接続され、溶湯１７を前者坩堝６内から排出口１５を溢流させながら移送部１６を経て後者坩堝１０内に連続的に移送できる構成になっている。溶湯１７の連続的移送は、坩堝６，１０内の液面のヘッド差を利用して行われる。溶解用坩堝６の胴部に対する排出口１５の形成位置は、該坩堝６内に常時滞留させる溶湯１７の液量ひいては液面高さを考慮し、選択決定すればよい。
【００１５】
移送部１６は上記連通部１４の入り口開口１４ｃ内を通り保持用坩堝１０の液面上方位置まで延出し、その上方側は、排気フード１４ｂにより覆われている。移送部１６は連通部１４内を流通する燃焼排ガス中に晒され、燃焼排ガスによる加熱を受け、移送中に於ける溶湯の温度降下を防止できる構成になっている。
【００１６】
保持用坩堝１０は内部が仕切り部１８により温度調節室１９と汲み出し室２０とに仕切られ、両室１９，２０は仕切り部１８の下方で連絡口２１により連通し、温度調節室１９において溶解坩堝６からの溶湯１７を受け取る構成になっている。
【００１７】
溶湯１７は温度調節室１９内に於いて燃焼ガスによる加熱を受け、使用温度まで上昇せられ、また該室１９内で各種の溶湯処理や酸化物等の不純物の沈静化が図られる。
【００１８】
坩堝６，１０からは亀裂等を通じ溶湯が漏れることがあり、漏出溶湯を炉外に排出するために、例えば共用側壁１３の下端部と第２炉本体８の側壁下端部とに、ドレン排出口２２，２３が形成されている。
【００１９】
溶解用坩堝炉２の炉本体４は、無蓋有底筒形を呈していて、上端には筒形の予熱タワー１が２段重ね状態且つ同心状に設置され、該タワー１の下端は溶解用坩堝６の上端上方で、該坩堝６内に向けて開口し、該タワー１を通じアルミニウムインゴット等ａを坩堝６内に投入できる構成になっている。
【００２０】
第１炉本体４内の第１周隙７の上端側は予熱タワー１内に、溶解用坩堝６の上端と予熱タワー１の下端との間の環状空隙２４を介し連通され、燃焼排ガスを予熱タワー１内に予熱源として供給できる構成になっている。
【００２１】
予熱タワー１には、胴部と上端とにインゴット等ａの投入口２５，２６があり、該投入口２５，２６にはそれぞれ開閉蓋２７，２８が備えられ、上端の開閉蓋２８には、燃焼排ガスの排気口２９が設けられている。排出口２９の形成は、燃焼排ガスをドラフト効果により周隙７内から環状空隙２４を経て予熱タワー１内に上昇気流として導くために必要である。開閉蓋２５，２６の開閉は駆動装置を備えた自動開閉機構（図示せず）により行うことができる。
【００２２】
溶解用坩堝６の取り替えや該坩堝６内の残湯汲み出し等を行うために予熱タワー１は、図１に示す２段重ねの位置より適宜移動させることができる構成になっている。予熱タワー１の全重量は台車３０により支えられ、該台車３０は第１炉本体４に支持固定されたガイドレール３１上を走行可能であり、該レール３１上での台車３０の走行により、予熱タワー１を第１炉本体４との２段重ねの第１位置から２段重ねが解かれる第２位置、即ち第１炉本体４の上端開口を完全にフリーと成し得る位置まで、スライド変位させることができる構成になっている。台車３０を第１位置と第２位置とでそれぞれ停止させるために、各種の位置規制手段を採用することができる。
【００２３】
図１は本発明溶解保持炉の平常運転時の状況を示し、第１炉本体４の底部からその内部に供給された燃焼ガスは溶解用坩堝６を加熱しつつ第１周隙７内を上昇し燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは第１周隙７上端からこれに連通する環状空隙２４を経て予熱タワー１内に入り、予熱タワー１内のインゴット等ａと熱交換し予熱源として有効利用された後に、上端開閉蓋２８の排気口２９を経て炉外に排出される。炉外排出の燃焼排ガスの温度はインゴット等ａとの熱交換により、例えば３７５℃以下に低下する。この燃焼排ガスの温度低下は、作業環境の改善につながる。
【００２４】
一方、第２炉本体８の底部からその内部に供給された燃焼ガスは保持用坩堝１０を加熱しつつ第２周隙内を上昇し燃焼排ガスとなり、この燃焼排ガスは第２周隙１１の上端部からこれに連通する連通部１４を経て第１周隙７内に入り先の燃焼排ガスと合流し、この燃焼排ガスもまた予熱タワー１内のインゴット等ａの予熱源として有効利用される。また上記燃焼排ガスは連通部１４の通過中に移送部１６ひいては移送途中の溶湯を加熱し、該溶湯の温度降下を防止するための加熱源としても有効利用される。
【００２５】
インゴット等ａは、溶解用坩堝６の溶湯１７内に浸漬されている下端部のものから順に溶解されて行く。インゴット等ａは燃焼排ガスとの熱交換により予熱されているので、冷材を直接溶湯１７内浸漬し溶解する場合に比べ溶湯の温度変化を小さくできる。またインゴット等ａは溶解が進むにつれて自重降下し溶湯内に浸漬して行くので、溶湯内にはインゴット等ａの一部が固体アルミとして常に存在する。燃焼ガスの熱の一部は固体アルミの融解熱（６４．８ｃａｌ/ｋｇ）として消費されるので、溶湯１７の温度はアルミの融点近傍、例えば６５０℃付近の温度に略々一定に保持される。
【００２６】
溶解用坩堝６内の溶湯１７は、インゴット等ａの溶解量に見合う量がヘッド差によって排出口１５を溢流しつつ移送部１６を経て保持用坩堝１０の温度調節室１９内に連続的に移送されて行き、連続的配湯が可能になる。また溢流による連続的配湯であるので溶解用坩堝６内は、常に一定量の溶湯１７で満たされる。
【００２７】
保持用坩堝１０の温度調節室１９内に流入した溶湯１７は燃焼ガスの加熱によりアルミの融点近傍の温度から使用に必要な温度まで加熱上昇され、また温度調節室１９内で各種溶湯処理や酸化物等の沈静化が図られる。温度調節室１９内の溶湯１７は仕切り１８の下端の連絡口２１を通じ汲み出し室２０内に流入し、汲み出し使用に備える。
【００２８】
本発明の最も重要な点は、従来型の坩堝炉に予熱タワー１をとりつけたことであり、これによりインゴット等ａは予熱タワー１の中で坩堝炉から生じる高温の燃焼排気ガスと熱交換されて高温になり省エネ効果が促進される。従来、排熱利用については、前記の各種溶解炉においては以前から採用されていたのであるが、坩堝炉においては、種々の理由から採用されないでいた。坩堝炉に熱交換器が取付けられなかった理由のひとつに、バッチ処理によって溶湯を坩堝開口部から汲出しをする坩堝炉の構造上および作業上にあったものと考えられる。坩堝炉では、坩堝を加熱する高温の燃焼排気ガスは炉壁と坩堝開口部の隙間から大気にそのまま排出させている。開口部に蓋をして溶解する場合では、炉壁に脱気口を設け煙突等をとおして、高温の燃焼排気ガスを利用しないまま排出させている。
【００２９】
本発明によるインゴット等の溶解保持炉は、予熱タワー１と、溶解用および保持用の２つに分けた坩堝炉２，３からなる構造をもち、かつ溶解用坩堝炉２から保持用坩堝炉３内への配湯を連続的に行い溶湯の汲出しを保持用堝炉側から行う構成になっているので、予熱タワー１を溶解用坩堝炉２の上端開口部の上方に置くことができ、溶解用坩堝炉２内で発生する燃焼排ガスを予熱タワー１での予熱用に利用することが可能になる。保持用坩堝炉３内で発生する燃焼排ガスを溶解用坩堝炉内に送入できる構成にすることによって、両坩堝炉２，３内で発生する燃焼排ガスの略々全量を予熱タワー１での予熱用に有効利用できる。
【００３０】
更に、インゴット等ａが溶解用坩堝６内の溶湯１７内に常時浸漬され、燃焼ガスの熱が浸漬固形アルミの熱融解に消費される構成になっているので、燃焼ガスによる加熱によっても溶湯１７の温度は殆ど左右されず、変動するのは溶融量のみである。従って保持炉側への配湯を止めようとするときは、加熱を停止すれば直ちに流入が止まり、溶湯の生産量の制御が極めて容易である。
【００３１】
更にアルミリターン材の中には、鉄部品の組込みによりリサイクルされずに廃棄される場合がある。このようなアルミと鉄が複合したリターン材においては、この発明の炉で溶解すれぱ、先に述べたように低温溶解であるため溶湯アルミ中に鉄分が溶け込みにくく、例えば鉄部品は溶解することなく溶解用坩堝６の底部に沈降するので、鉄の分離が容易になる。
【００３２】
更に溶解用坩堝６内は常に一定量の溶湯１７で満たされることに加え溶湯１７の温度が低い（約６５０℃）ので、、坩堝の耐久性にとって好条件であり溶解用坩堝６の寿命を延長でき、特に坩堝６として高熱伝導性の黒鉛坩堝を用いる場合に好適である。
【００３３】
更に坩堝炉２，３の炉壁は溶湯と接触しないのでセラミックファイバー系断熱材による内張りを施すことが可能になる。セラミック系断熱材は軽量材のため蓄熱量が少なく、炉壁からの放熱量が小さくなり省エネとなる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の溶解保持炉によれば、以下の効果が得られる。
【００３５】
（１）アルミニウムインゴットのみならずアルミニウム（合金を含む）に鉄部品が組込まれている場合のごとく、アルミ以外の金属が複合的に含まれる場合の溶解に適用できる。
【００３６】
（２）運続溶解が可能な坩堝型溶解保持炉である。
【００３７】
（３）アルミ溶融温度近傍の一定温度における低温溶解によって、オバケ（酸化アルミニウム）等の酸化物の減少、水素ガスの吸収の減少等品質のよい溶湯が得られること、保持用坩堝炉における温度調節が容易であること、坩堝の耐久性にとって好条件により寿命の延長が図れる等種々の利点がある。
【００３８】
（４）予熱タワーにより大幅に省エネとなり、また、炉容量に比して溶解能力が高く、軽量でコンパクトである。
【００３９】
（５）坩堝の交換が容易なので、多品種溶解に適する。
【００４０】
（６）溶解の停止および溶解速度の溶解コントロールは燃焼ガスのみで調整できるので生産調整が簡単である。
【００４１】
（７）大掛かりな定期的の炉修理が不要である。坩堝の交換のみでメンテナンスはきわめて容易に低コストで行える。
【００４２】
（８）燃焼排気ガス温度が低くなるので、作業環境が改善される。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施形態を概略的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ａ          本発明溶解保持炉
１          予熱タワー
２          溶解用坩堝炉
３          保持用坩堝炉
４          第１炉本体
５          第１坩堝台
６          溶解用坩堝
７          第１周隙
８          第２炉本体
９          第２坩堝台
１０        保持用坩堝
１１        第２周隙
１２        押さえ蓋
１３        共用側壁
１４        連通部
１４ａ      出口開口
１４ｂ      排気フード
１４ｃ      入り口開口
１５        排出口
１６        移送部
１７        溶湯
１８        仕切り
１９        温度調節室
２０        くみ出し室
２１        連絡口
２２        ドレン排出口
２３        ドレン排出口
２４        環状空隙
２５        側部投入口
２６        上部投入口
２７        側部開閉蓋
２８        上部開閉蓋
２９        排気口
３０        台車
３１        ガイドレール
【図１】
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