JP5155584B2 - 浸漬管 - Google Patents

Description

本発明は、金属溶解炉で用いられる浸漬管に関するものである。

従来より、例えば亜鉛メッキ等を行うために亜鉛等の金属の溶融状態を維持する金属溶解炉において、金属を加熱する加熱手段としてバーナを収容した浸漬管が用いられている。図５に浸漬管の従来例を示す。

浸漬管２は、セラミックからなる有底筒状をしたもので、浸漬管の上端開口からバーナ４を挿入して浸漬管２内の上部に配置し、浸漬管２内のバーナ４よりも下側の空間が燃焼空間となる。そしてバーナ４を燃焼させることで浸漬管２内の燃焼空間に高温の燃焼ガスを排出し、浸漬管２を高温にすると共に熱を供給して、浸漬管２に接している溶融金属１０の溶融状態を維持するものである。図５に示す従来例では、バーナ４に、一対の蓄熱式のバーナ４ａ、４ｂを交番燃焼させる所謂リジェネバーナを用いている。リジェネバーナは、燃料ガス供給路４１と空気供給路４２とを備えると共に、空気供給部にアルミナボール等からなる蓄熱体４３を収容しており、各蓄熱体４３は空気流路を介して四方弁４４に接続されると共に、四方弁４４は給気ブロア４５及び排気ブロア４６に接続される。本実施形態では燃料ガス供給路４１を共通とすると共に空気供給路４２を別々に構成され、一空気供給路４２と燃料ガス供給路４１とでバーナ４ａ、４ｂが構成される。そして、一方のバーナ４ａにて燃焼中に他方のバーナ４ｂより浸漬管２内の燃焼ガスを排気し、次に四方弁４４を切り替えて各バーナ４ａ、４ｂの燃焼、排気を交番させ、これにより交番燃焼を行うものである。この時、排気側のバーナ４ｂにて浸漬管２内の燃焼ガスを排気する際に蓄熱体４３に燃焼ガスの熱を蓄熱し、次にこのバーナ４ｂにて燃焼する際に、蓄熱した熱によって燃焼用空気の予熱を行うことで、高温の燃焼ガスの排熱を高効率で回収することができる。

ところで浸漬管２は、溶融金属１０に浸漬されている状態で、溶融金属１０のメタルライン５（溶湯面）が浸漬管２の上下方向の中間部に位置することとなる。この時、浸漬管２のメタルライン５の上側の部分では温度差が大きくなって熱応力が発生し、浸漬管２が破損してしまうという問題があった。そこで、浸漬管の内面に断熱性を有する隔壁を設けるものが考えられたが（例えば特許文献１参照）、このものにあっては、隔壁が加熱されて劣化することで断熱性が下がり、さらには断熱材に割れが発生して脱落し、結局浸漬管に熱応力が発生してしまうものであった。

また、浸漬管２の材質に耐熱性が高いセラミックを用いると、浸漬管２の酸化に対する耐性が低く、寿命が短いという問題があった。

このため、セラミックを材質に用いて耐酸性を向上させるのに加えて、熱応力の発生を防止することのできる浸漬管が望まれていた。

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、耐酸性を向上させると共に熱応力の発生を防止して寿命を延ばすことのできる浸漬管を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、金属溶解炉１にて溶融金属１０に浸漬される浸漬管２であって、浸漬管２を有底筒状をしたセラミックで形成すると共に内部を燃焼空間２０とし、浸漬管２の上部に浸漬管２の内面との間に隙間３をあけてバーナ４を配設し、浸漬管２の上端部から少なくとも浸漬管２を溶融金属１０に浸漬した時のメタルライン５の位置にかけて前記浸漬管２の内面とバーナ４との間の隙間３に、内部に冷却空気流路６０を備えた布状部材で構成され前記冷却空気流路６０を流れる冷却空気を前記布状部材の繊維の隙間から前記浸漬管２内に排出可能とし、前記冷却空気により冷却される断熱部材６を設けて成ることを特徴とするものである。

浸漬管２のメタルライン５より上側の部分は大きな温度差によって大きな熱応力が発生してしまうが、請求項１に係る発明のように冷却空気流路６０を備えた断熱部材６を設けたことで、前記熱応力の発生を抑えると共に断熱部材６の劣化を防止し、耐酸性および耐熱性に優れて寿命の長い浸漬管２とすることができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、断熱部材６の冷却空気流路６０内に、冷却空気を冷却空気流路６０の一端側から他端側にかけて略均等に噴出する噴出孔７３を形成した送気管７２を設けて成ることを特徴とするものである。このような構成とすることで、冷却空気流路６０全体にわたって冷却空気を万遍なく行き渡らせることができて、確実に冷却を行うことができる。

本発明は、断熱部材の劣化を防止し、耐酸性および耐熱性に優れて寿命の長い浸漬管とすることができる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面に基づいて説明する。

本発明の浸漬管は、主に、金属溶解炉に用いられて溶融金属に浸漬される浸漬管である。金属溶解炉１としては、本実施形態では図２に示すような線材Ｗに亜鉛メッキを行うために溶融亜鉛１０を貯留する溶解炉として説明するが、特に限定はされない。

浸漬管２は、図１に示すように、半球状をした底部２１と、円筒状をした側面部２２とからなる有底筒状をしたもので、耐酸化性が高いいわゆるファインセラミックで形成される。浸漬管２には、上端開口２３からバーナ４が下方の浸漬管２内に向けて挿入され、浸漬管２の上部に配置される。図２に示す金属溶解炉１においては、５本の浸漬管２を浸漬させており、溶融亜鉛１０中に配設したシンカーローラと金属溶解炉１外に設けたローラとの間に巻回した線材Ｗを送ることで、溶融亜鉛１０に線材Ｗを浸漬させて線材Ｗに亜鉛メッキを行う。

バーナ４は、本実施形態ではリジェネバーナを用いており、リジェネバーナの構成および特徴は従来例に示した通りであるため、詳しい説明を省略する。なお、バーナ４としてはリジェネバーナに限定されないものである。

リジェネバーナの燃料ガス供給路４１、蓄熱体４３を収容した空気供給路４２、等を備えた本体ボディ４０は、外径が浸漬管２の内径よりも小さい径の円筒状をしており、浸漬管２の上端開口２３から挿入されて浸漬管２の内面との間に隙間３（例えば１０ｍｍの隙間３）をあけた状態で配設される。本体ボディ４０の上端にはフランジ４０ａが形成してあり、浸漬管２の上端から上方に隙間３をあけてフランジ４０ａが位置する位置関係でバーナ４の本体ボティと浸漬管２とを位置固定する。

そして本発明の浸漬管２では、バーナ４の本体ボティと浸漬管２の内面との間の隙間３に、浸漬管２の過熱防止のため、内部に冷却空気流路６０を備えた断熱部材６を設けている。

断熱部材６は、耐熱性に優れるアルミナ系繊維からなる布状部材にて外筒６１ａ及び内筒６１ｂからなる二重筒６１にて構成され、前記二重筒６１の外筒６１ａと内筒６１ｂとの間の空間を冷却空気流路６０とするもので、外部より冷却空気を冷却空気流路６０に供給する。二重筒６１は、その外筒６１ａが浸漬管２の内面に沿うと共に内筒６１ｂが浸漬管２の外面から距離をあけて配置され、内筒６１ｂと外筒６１ａの下端部が接続してあって冷却空気流路６０の下端部を閉塞してある。二重筒６１の製作にあたっては一枚の布状部材を折り返して二重筒６１状に形成する等、特に限定されない。

外筒６１ａの上端部と内筒６１ｂの上端部との間には隙間３が形成してあり、冷却空気の流入口６２となる。この冷却空気の流入口６２は、上記本体ボティのフランジ４０ａと浸漬管２の上端部の間の隙間３に位置する。

冷却空気の供給手段としては、上記リジェネバーナ４の給気ブロア４５からの給気の一部を冷却空気として冷却空気流路６０に供給することで、別の供給手段としてのブロア等を要することなく、また上記給気ブロア４５の給気量の１〜５％程度を冷却空気として供給すればよいため、給気ブロア４５の容量を上げる必要もなく、コストの増加を抑えることができる。

この二重筒６１は、浸漬管２の内面に沿って浸漬管２の上端開口２３から少なくともメタルライン５の位置まで（好ましくはメタルライン５よりも下側）にかけて配置される。バーナ４の本体ボティは、浸漬管２が溶融金属１０に浸漬された際にメタルライン５の上側（本実施形態ではメタルライン５の１０ｍｍ程度上側）に位置するように浸漬管２内の上部（本体ボティの下端が浸漬管２の上端から約３００ｍｍの位置）に配置され、二重筒６１は、メタルライン５の下側（本実施形態ではメタルライン５の５０ｍｍ（好ましくは３０ｍｍ）程度下側）に位置するように浸漬管２の内面に沿って配置される。

上記の浸漬管２では、冷却空気を供給手段によって冷却空気流路６０の流入口６２から供給する。冷却空気は、冷却空気流路６０内に充満して浸漬管２が過熱されるのを防止する。そして、冷却空気流路６０内の高温となった冷却空気は後から供給される温度の低い新鮮な冷却空気によって、内筒６１ｂを構成する布状部材の繊維の隙間３から浸漬管２内に排出され、燃焼ガスと共に排出される。これにより、冷却空気流路６０内の空間は、所定の温度以下に保つことができる。

本発明の浸漬管２を採用することで、浸漬管２が過熱されて熱応力によって破損するのを防止することができる。すなわち、浸漬管２の燃焼空間２０内の温度は本実施形態では約９８０℃、溶融金属１０である亜鉛の温度は約４５０℃で、浸漬管２が溶融金属１０に浸漬されている状態では、浸漬管２のメタルライン５の下側は前記約４５０℃の溶融金属１０に晒されると共に、メタルライン５の上側は溶融金属１０は存在せず前記４５０℃よりも低い温度に晒される。このため浸漬管２のメタルライン５より上側の部分はメタルライン５より下側の部分よりも大きな温度差となり、また、外側に溶融金属１０が存在しないため浸漬管２が高温となっても冷却されず、大きな熱応力が発生してしまう。そこで、メタルライン５の上側の部分に冷却空気流路６０を設けることで、このメタルライン５の上側の浸漬管２の内面が高温の燃焼ガスに晒されて、大きな熱応力が発生するのを防止することができる。これにより、耐酸性および耐熱性に優れて寿命の長い浸漬管２とすることができる。また、冷却空気により、冷却空気流路６０の外殻をなす二重筒６１の断熱部材６が冷却されて、断熱部材６のアルミナ系繊維が長時間の高温雰囲気での使用によってガラス化されて劣化するのを防止することができる。

また、本実施形態のようにバーナ４にリジェネバーナを用いたものにあっては、リジェネバーナは交番燃焼するため温度分布が頻繁に変化して、熱応力が発生し易いため、本発明の浸漬管２を採用することで、上述した効果がより顕著に得られる。

図３に断熱部材６の他例を示す。この図３に示す例では、断熱部材６の流入口６２から冷却空気流路６０の上端部に平面視環状をしたヘッダ７を挿入して配置し、ヘッダ７の下面に下方の冷却空気流路６０に向けて空気を吐出するスリット７１を設けたことを特徴とするものである。

これにより、断熱部材６の冷却空気流路６０内に流入させる冷却空気を冷却空気流路６０の下方に向けて吐出することができて、冷却空気流路６０全体にわたって冷却空気を万遍なく行き渡らせることができて、確実に冷却を行うことができる。

図４に断熱部材６の更に他例を示す。この図４に示す例では、図３に示す上例のように断熱部材６の流入口６２から冷却空気流路６０の一端側（上端部）に平面視環状をしたヘッダ７を挿入して配置するのに加えて、ヘッダ７から下方の冷却空気流路６０の他端側（下端部）に向けて空気を搬送する送気管７２を設けたことを特徴とするものである。送気管７２は、ＳＵＳ３１０やＳＵＳ３０４等のＳＵＳ材で構成される円管等で、平面視において環状をしたヘッダ７の周方向に複数箇所（４〜８箇所）から下方に垂下されている。送気管７２の先端は冷却空気流路６０の下端付近にまで伸びており、浸漬管の内側の面に上下にわたって噴出孔７３が多数設けてある。

これにより、断熱部材６の冷却空気流路６０内に流入させる冷却空気を冷却空気流路６０の下方に向けて搬送すると冷却空気流路６０の上下にわたって冷却空気を噴出孔７３より噴出することができて、より一層、冷却空気流路６０全体にわたって冷却空気を万遍なく行き渡らせることができて、確実に冷却を行うことができる。

本発明の一実施形態の断面図である。 金属溶解炉を示し、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は平面図である。 同上の他の実施例の断熱部材の断面図である。 同上の更に他の実施例の断熱部材の断面図である。 従来の浸漬管の断面図である。

符号の説明

１ 金属溶解炉
２ 浸漬管
２０ 燃焼空間
２１ 底部
２２ 側面部
２３ 上端開口
３ 隙間
４ バーナ
４０ 本体ボディ
４０ａ フランジ
４１ 燃料ガス供給路
４２ 空気供給路
４３ 蓄熱体
４４ 四方弁
４５ 給気ブロア
４６ 排気ブロア
５ メタルライン
６ 断熱部材
６１ 二重筒
６１ａ 外筒
６１ｂ 内筒
６２ 流入口
６０ 冷却空気流路
Ｗ 線材
１０ 溶融金属（亜鉛）

Claims (2)

1. 金属溶解炉にて溶融金属に浸漬される浸漬管であって、浸漬管を有底筒状をしたセラミックで形成すると共に内部を燃焼空間とし、浸漬管の上部に浸漬管の内面との間に隙間をあけてバーナを配設し、浸漬管の上端部から少なくとも浸漬管を溶融金属に浸漬した時のメタルラインの位置にかけて前記浸漬管の内面とバーナとの間の隙間に、内部に冷却空気流路を備えた布状部材で構成され前記冷却空気流路を流れる冷却空気を前記布状部材の繊維の隙間から前記浸漬管内に排出可能とし、前記冷却空気により冷却される断熱部材を設けて成ることを特徴とする浸漬管。
2. 断熱部材の冷却空気流路内に、冷却空気を冷却空気流路の一端側から他端側にかけて略均等に噴出する噴出孔を形成した送気管を設けて成ることを特徴とする請求項１記載の浸漬管。

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