JPH0368319B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本願発明は次に述べる問題点の解決を目的とす
る。 （産業上の利用分野） この発明はアルミ等の金属の溶湯を溶融状態に
保持したりあるいはそれらの金属材料を溶解させ
る為の金属溶融炉におけるバーナーのフレーム形
成方法に関する。 （従来の技術） 従来の金属溶解炉は、炉体の側壁に高速燃焼す
るガスバーナーを取付けている。このような構成
のものは、バーナーのフレームが青色である。そ
の為、溶湯表面がメタルミラーとなるとその湯面
で反射されてしまう。その結果、溶湯の吸収する
熱量が小さくなつてしまい熱効率が極めて低下す
る問題点がある。また上記フレームは極めて高温
（例えば1300〜1400℃）である為、溶湯あるいは
金属材料を酸化させる。その結果、メタルロスが
増大したりハードスポツトを発生させたりする問
題点もある。 （発明が解決しようとする問題点） この発明は上記従来の問題点を除き、熱効率が
高くしかもメタルロスやハードスポツトの発生を
低く押え得るようにした金属溶解炉におけるバー
ナーのフレーム形成方法を提供しようとするもの
である。 本願発明の構成は次の通りである。 （問題点を解決する為の手段） 本願発明は前記請求の範囲記載の通りの手段を
講じたものであつてその作用は次の通りである。 （作用） ガス吹出口から吹出されたガスはその周囲の一
次空気吹出口から緩やかに吹き出された一次空気
と緩やかに混合して赤火燃焼する。一次空気吹出
口の周囲の二次空気吹出口から吹き出した速い流
速の二次空気は、ガス及び一次空気を遠方まで案
内する。その結果長いフレームが形成される。 （実施例） 以下本願の実施例を示す図面について説明す
る。１は炉体で、強固は耐火物で構築された炉壁
と、この炉壁の外側を被覆して熱放散を防止する
断熱材と、炉穀を補強形成する鉄板等の炉材とに
よつて周知の如く構成されている。上記炉体１内
において、２は溶湯ａを蓄え得るように形成され
た保持室、３は被溶解材料としてのアルミ材Ａを
溶解する為の溶解室、４は上記アルミ材Ａを予熱
する為の予熱室である。保持室２と溶解室３との
間、保持室２と予熱室４との間、及び溶解室３と
予熱室４との間は、夫々伝熱性の隔壁５，６，７
によつて相互に区画されている。２ａ，３ａ，４
ａは各室２，３，４の床面を示す。上記予熱室４
はタワー状に高く形成され、その上部には材料投
入口９が形成されている。この予熱室４の床面４
ａは溶解室３の床面３ａと同じか、これより高く
なるように形成されている。予熱室４の上下長さ
は作業性を考えた上でできる限り高くした方が熱
交換効率の点で好ましい。１１は材料投入口９を
開閉する為の板状の投入口蓋で、水平方向に移動
自在となつている。投入口蓋１１には排気口１３
が形成されている。１５は上記溶解室３の側壁３
ｂに具備された溶解用のバーナーである。このバ
ーナー１５は溶解室３に置かれる材料Ａを加熱し
得るように予熱室４側に向けて横向きに配設して
ある。またバーナーの軸線１５ａは略水平となつ
ている。この溶解用のバーナー１５としては後述
の如き構成のバーナーが用いてある。またその配
設位置の高さは床面３ａからバーナー１５の軸線
１５ａまでの高さ寸法が100〜200mm程度となるよ
うにされる。１６は隔壁７に設けられた連通孔で
ある。上記溶解バーナー１５の加熱ガス（バーナ
ーフレームも含む）は連通孔１６を通つて予熱室
４内に流入する。そして予熱室４の下方に置かれ
る材料Ａを溶解させる。またこの連通孔１６は、
予熱室４下部で溶解された溶湯が予熱室４内に溜
まることなく溶解室３内に流れ込むように隔壁７
の最下部に設けられている。１７は上記保持室２
の側壁２ｂに具備された保持用のバーナーで、保
持室２に蓄えられる溶湯ａの表面が冷却するのを
防止する。即ち溶湯ａの保温をする。この保持用
バーナー１７としては後述の如き構成のバーナー
が用いてあり、そのバーナーの軸線１７ａは水平
（溶湯ａの湯面に対し平行）となるようにしてあ
る。またその高さ（溶湯ａの湯面a′からバーナー
１７の軸線１７ａまでの高さ）は150〜300mm程度
の範囲内で設定される。更にまたこのバーナー１
７の向きは、バーナー１７の長いフレーム（第３
図符号５４参照）が矢印（第１図）で示すように
保持室２内の溶湯ａの湯面a′及び保持室２の内側
面に沿つて延びるように定めてある。また上記保
持バーナー１７は、後述の汲出室に設けられた熱
電対から成る温度計（図示省略）の指示によつて
点火、消火が自動的に行われるようになつてい
る。その結果保持室２内の溶湯ａの温度が一定に
保たれる。１８は隔壁５に設けられた連通孔で、
溶解室３から保持室２に向けて溶湯が流れ得るよ
うに隔壁５の最下部に形成されている。１９は汲
出室で、上方が汲出口２０として開放されている
汲出室壁２１によつて構成されている。この汲出
室１９は上記保持室２とは炉体１の一部から成る
隔壁２２によつて区画されている。上記汲出室壁
２１は上記炉体１と一体に構成され、かつその炉
体１と同じく断熱構造に構成されている。上記汲
出室１９の汲出口２０は蓋２０ａによつて塞ぎ得
るようになつている。２３は保持室２と汲出室１
９との連通孔である。この連通孔２３は保持室２
内に蓄えられる溶湯ａの常態での上面よりも下方
位置に設けられている。２４，２５，２６は夫々
保持室２、溶解室３、予熱室４の各側壁に形成さ
れた作業口である。これらの作業口２４，２５，
２６は夫々各室の全域の点検、監視、清掃を容易
に行えるように充分な大きさに形成されており、
開閉自在の扉２７，２８，２９によつて夫々閉ざ
されている。 次に上記溶解用或いは保持用バーナー１５，１
７として用いられているバーナーの構成を示す第
５図について説明する。３０はバーナー、３１は
バーナー３０が取付けられるべき炉体の側壁（前
記側壁３ｂあるいは２ｂ）の存在を示す。上記バ
ーナー３０に於て、３２はバーナープレートで取
付ボルト３３によつて側壁３１に取付けてある。
３４は基体で、相互に一体に連結された二つの要
素３４ａ，３４ｂから成る。要素３４ａは自体に
設けられたフランジ３４ｃを用いてプレート３２
に取付けてある。３５はガス受入口で、ここには
周知の如くバルブ等のガス量調節具を介して図示
外のガス供給装置が接続される。３６はガス案内
筒で、その内部はガス案内路３７となつている。
３８は案内筒先端に取付けたガスノズルで、その
内部が筒状のガス吹出口３９となつている。４０
は一次空気受入口で、ここには周知の如くバルブ
等の空気量調節具を介して図示外の一次空気供給
装置が接続される。４１は一次空気案内筒で、ガ
ス案内筒３６の周囲に同心状に備えてあり、それ
ら両者の間は筒状の一次空気案内路４２となつて
いる。４３は案内筒４１の先端に取付けた一次空
気ノズルで、ガスノズル３８と同心状になつてお
り、それら両者の間が環状の一次空気吹出口４４
となつている。４５は要素３４ａにおける太径部
３４a′に備えられた二次空気受入口で、上記一次
空気受入口と同様、ここには空気量調節具を介し
て二次空気供給装置が接続される。４６は二次空
気案内筒で、これと要素３４ａにおける太径部３
４a′との間には環状の案内路４７が形成してあ
る。４８は筒状の二次空気案内路で、案内筒４
６，４１相互間に形成されており、案内路４７と
は環状の連通口４７ａを介して連通している。４
９は要素３４ａの細径部をもつて形成された二次
空気ノズルで、これと前記ノズル４３との間は環
状の二次空気吹出口５０となつている。５１はフ
レーム吹出口で、前記ガス吹出口３９、一次及び
二次の空気吹出口４４，５０から成る。５２はプ
レート３２に取付けられた筒状のバーナータイル
で、耐火材で形成してある。 次に上記構成のバーナー３０の作用を説明す
る。ガス供給装置、一次及び二次の空気供給装置
から夫々燃料ガス（天然ガス、LPG、都市ガス
等）、一次及び二次の空気を各々の受入口３５，
４０，４５に供給し、それらを夫々吹出口３９，
４４，５０から吹き出させる。上記吹き出された
ガスに図示外の周知の着火装置により着火する。
これにより、吹出口５１からバーナー３０の軸線
３０ａに沿つてバーナー３０から離れる方向（第
５図における左方向）に吹き出すバーナーフレー
ムが形成される。この場合、受入口３５に供給さ
れたガスはガス案内路３７を通つて吹出口３９か
ら第５図左方に向けて吹出される。一方、受入口
４０に供給された一次空気は、案内路４２を流通
する過程でその流れがバーナー３０の軸線３０ａ
に沿つた一様な流れとなり、吹出口４４から筒状
の空気流となつて吹出される。この空気流の吹出
し速度は、上記吹出口３９から吹出されるガスの
吹出速度よりもやや速い速度に設定される。更
に、受入口４５に供給された二次空気は、案内路
４７を通つて連通部４７ａの全周から案内路４８
に流入する。そしてその案内路４８を通り、吹出
口５０から筒状の状態で吹出される。尚この二次
空気は案内路４７，４８を通る過程でその流れは
バーナー３０の軸線３０ａに沿つた流れとなり、
吹出口５０からは筒状の一様な流れの空気流とな
つて吹出される。また吹出口５０から吹出される
二次空気の流速は前記一次空気の流速よりも速い
速度に設定される。上記の様にガス、一次空気、
二次空気が吹出される結果、フレーム吹出口５１
の近傍においては、ガスはその周囲を取囲む筒状
の一次空気に案内されながら前方へ進むと共に、
そのガスは周囲から少しずつ一次空気と混合して
緩やかに燃焼する。この間一次空気はその外側を
取囲んでいる二次空気に案内されて前方へ移動す
る。そして吹出口５１から比較的離れた地点まで
至ると、上記ガスは二次空気と少しずつ混合する
ようになり、その混合によつて緩やかな燃焼を継
続していく。上記の様に一次空気或いは二次空気
によつてガスが案内されると共に、そのガスは一
次空気及び二次空気と上記の様に混合して燃焼す
る為、吹出口５１からは非常に長いバーナーフレ
ームが形成されると共に、そのバーナーフレーム
は吹出口５１に近い位置から遠く離れた位置まで
何れの箇所においても赤火の状態となつている。
尚そのフレームの温度はフレームの何れの箇所に
おいても1000〜1100℃程度である。又吹出口５１
に近い位置においては吹出口３９から吹出された
ガスは、速い流れの二次空気とは混合せず緩やか
な流れの一次空気と混合しながら燃焼が行なわれ
る為、フレームのリフテイングは少なく又騒音も
極めて低い。 次に上記バーナーの容量と、上記ガス一次及び
二次空気の夫々の流速と、一次空気吹出口及び二
次空気吹出口の開口面積比率との例を示せば第１
表の通りである。尚第１表はガスとしてプロパン
（熱量は23000kcal／m³）を用いる場合の例であ
る。

【表】 尚上記バーナー３０において、ガス吹出口３
９、一次空気吹出口４４、二次空気吹出口５０の
夫々の開口面積の比率は、夫々の受入口３５，４
０，４５に供給されるガス、一次空気、二次空気
の夫々の圧力やガスの種類（熱量の違い）等に応
じて、前述のような燃焼が適切に行なわれるよう
に設計されるものである。またそれらは、ガス、
一次及び二次空気の流速の大小の比率に関しても
同様である。 次に、上記のようなバーナーが装着された前記
の金属溶解保持炉を用いてアルミ材Ａを溶解保持
する場合の使用例について説明する。先ず溶解バ
ーナー１５と保持バーナー１７に点火して溶解室
３と保持室２内を夫々加熱する。上記溶解バーナ
ー１５の加熱ガスは連通孔１６から予熱室４内に
入る。更にそのガスはこの予熱室４内を通つて、
排気口１３から排出される。一方保持バーナー１
７の加熱ガスは保持室２内を一巡する。そしてそ
の後連通孔１８から溶解室３内に入る。更にその
ガスは連通孔１６及び予熱室４を通つて排気口１
３から外に排出される。 上記の状態において、投入口蓋１１を横移動さ
せて材料投入口９を開き、この材料投入口９から
アルミ材Ａ（冷材）を予熱室４内に略満杯状態に
なるように投入し、その後再び材料投入口９を投
入口蓋１１で閉じる。上記のような満杯状態にア
ルミ材Ａを予熱室４内に投入しても、予熱室４の
内面と多数のアルミ材Ａ間や多数のアルミ材Ａ相
互間には隙間が有る。この為上記両バーナー１
５，１７の加熱ガスは予熱室４内の上記各隙間を
通つて外に排出される。従つて、予熱室４内に投
入されたアルミ材Ａは上記加熱ガスとの間で熱交
換されて加熱される。一方上記加熱ガスはその熱
交換によつて温度低下して排出口から排出され
る。その結果、熱エネルギーの有効利用が図られ
る。上記予熱室４内の下部に投入されたアルミ材
Ａは溶解バーナー１５の加熱ガス（バーナーフレ
ーム５３）によつて加熱されて溶解される。この
溶解された溶融あるいは半溶融状態のアルミ
A′が連通孔１６から溶解室３内に流れ込む。こ
の溶解室３内に流れ込んだ半溶融のアルミA′（符
号A″はその表面（湯面）を示す）はこの溶解室
３の底面３ａ上を流下する間に溶解バーナー１５
のバーナーフレーム５３及び保持バーナー１７の
加熱ガスによつて加熱されて完全に溶融される。
それら溶融したアルミは床面３ａ上を流下する過
程で更に昇温される。その後この溶解室３内の溶
融アルミは連通孔１８を通つて保持室２内に流れ
込む。この場合、上記連通孔１８には保持バーナ
ー１７の加熱ガスが保持室２から溶解室３に向け
て通過している。この為上記のように溶融アルミ
が連通孔１８を流下する間もこの溶融アルミは保
持バーナー１７の加熱ガスで更に加熱され、この
加熱された溶融アルミが保持室２内に流れ込む。
保持室２内に流れ込んだ溶融アルミは溶湯ａとし
て保持室２内に第２図に示すように蓄えられ、ま
たその一部は連通孔２３を通つて汲出室１９内に
流れ込む。上記保持室２内に蓄えられた溶湯ａは
保持バーナー１７の加熱ガスによつて加熱及び保
温される。この場合、保持バーナー１７として前
述のようなバーナーを採用しているので、バーナ
ーフレーム５４の温度が約1100℃と低い。従つ
て、溶湯ａのメタルロスや炉材の損傷は少ない。
また溶湯ａ中へのガス混入も少ない。従つて上記
溶湯ａは自動車重要保安部品等の鋳造にも安心し
て利用できる。またバーナーフレーム５４の温度
が低く、しかも溶湯への熱伝達が多量の赤外線に
よつて効果的に行われる。この為、保持室内の雰
囲気温度は非常に低い。（高くする必要がない）
その温度は例えば850℃以下である。その結果、
熱効率を高めることができると共に、炉体耐火物
の劣化も少なくその寿命が長くなる。更にまた炉
内壁面にアルミナ層が発生することも殆んど生じ
ない。また壁面に多少のアルミ酸化物が生成され
ても、上記フレーム５４の温度が低い為、その酸
化物が焼成されて硬質化することがない。そのよ
うな硬質化していない酸化物の除去は容易であ
る。 次に、上記溶解バーナー１５によつてアルミ材
Ａを溶解する場合、溶解バーナー１５に上記のよ
うなバーナーを採用しているので、メタルロスや
炉材の損傷を防止できる。またバーナーフレーム
５３の温度が低くしかもバーナーフレーム５３が
至近距離からアルミ材Ａに当たらないので、硬質
のαアルミナの生成を少なくできる。これによ
り、溶湯の品質が良くなる。そればかりかアカ取
り作業を簡単にかつ短時間に行うことができる。 また上記装置では、予熱室４でアルミ材Ａで予
め加熱する。その後そのアルミ材を溶解室３にお
いてバーナー１５で溶解する。しかも上記のよう
なバーナーの採用によつてアルミ材Ａの吸熱効果
が高まつている。これらの理由によりアルミ材の
溶解効率が極めて高い。その結果、燃費を低くで
きてランニングコストを下げることができる。 また炉体１の放熱は低く抑えられている。従つ
て、炉体表面温度は約50℃〜75℃と低い。その結
果、作業環境をも良好にすることができる。 尚前記バーナー１５，１７は、それらの軸線１
５ａ，１７ａが水平から15°程度までの範囲内で
やや下方を向くように配置してもよい。 （発明の効果） 以上のように本発明にあつては、バーナーフレ
ームを形成する場合、フレーム吹出口５１に近い
場所においては、ガス吹出口３９から吹出された
ガスはその周囲の一次空気吹出口４４から緩やか
な速度で吹き出された筒状の一次空気と緩やかに
混合して燃焼し、赤外線の多い赤火の火焔を形成
できる特長がある。 しかも上記の場合、一次空気の外側を速い速度
で流れる筒状の二次空気が上記一次空気及びガス
を前方へ向けて導き、上記赤色火焔を長く引き伸
ばし得る特長がある。 その上、そのように伸ばされた火焔の前方にお
いては、比較的流れが緩やかとなつた筒状の二次
空気がその内部側からガスと混合し、上記吹出口
から遠い場所においても赤色火焔を形成できる特
長がある。 しかもその遠い場所での赤色火焔は上記筒状の
二次空気が未だ有している運動エネルギーによつ
てより遠くまで導かれ、その長さを非常に長くす
ることのできる特長もある。 更に本発明にあつては、上記のような赤色でし
かも非常に長い火焔が溶湯の表面に沿つて移動す
る過程で、大量の赤外線によつてしかも広い湯面
の面積範囲にわたつて加熱することができ、極め
て熱効率良く溶湯の加熱を行ない得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は水
平断面図、第２図は−線断面図、第３図は
−線断面図（拡大図）、第４図は−線断面
図（拡大図）、第５図はバーナーの縦断面図、第
６図は正面図、第７図は右側面図。 １……炉体、３０……バーナー、３９……ガス
吹出口、４４……一次空気吹出口、５０……二次
空気吹出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属溶解炉の湯面よりも高い位置の炉壁に取
   付けられたバーナーであつて、上記バーナーは上
   記湯面に沿つてバーナーのフレームを発生させる
   向きにしたフレーム吹出口を備えており、しかも
   上記フレーム吹出口は、中心部に位置する筒状の
   ガス吹出口と、上記ガス吹出口から吹出されたガ
   スの周囲を取り囲む筒状の一次空気を吹出すよう
   に上記ガス吹出口の周囲を取り囲む環状の一次空
   気吹出口と、上記一次空気吹出口から吹出される
   一次空気を取り囲む筒状の二次空気を吹出すよう
   に上記一次空気吹出口の周囲を取り囲む環状の二
   次空気吹出口とを備えており、上記のフレーム吹
   出口を用いて上記湯面を加熱するに当つては、中
   心部のガス吹出口から燃料用のガスを吹出させる
   と共にその周囲の一次空気吹出口から筒状の空気
   流を上記ガス流よりやや速い速度で吹出させ、さ
   らに上記二次空気吹出口から筒状の空気流を、上
   記一次空気流よりも速い速度で吹出させて、長い
   火焔を形成することを特徴とする金属溶解炉にお
   けるバーナーのフレーム形成方法。