JPH06159943A - 金属の溶融方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融効率を向上させるとともに、溶融時間を
大巾に短縮して電力消費量を低減させる。 【構成】 低周波誘導炉１１の上部に昇降可能に設けた
酸素−燃料バーナー１３を、低周波誘導炉１１内に投入
された金属材料が溶融されて沈降する速度に合わせて降
下させ、金属原料の溶融点を金属原料の溶融量と溶融炉
の炉電力との関係から検知し、溶融点に達したら前記酸
素−燃料バーナー１３の燃焼及び降下を停止して上昇さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、補助溶融設備として酸
素−燃料バーナーを設けた溶融炉における金属の溶融方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融炉の一種である低周波誘導炉は、商
用電源で使用可能であり、炉容量、炉電力当りの設備コ
スト等では他の誘導炉と比較して安価であるが、電力密
度が低いために高周波誘導炉等と比較して溶融時間がか
かり、溶融電力原単位が高いという欠点がある。

【０００３】従来の低周波誘導炉における金属の溶融方
法は、図４に示す如く、炉容量に相当する量の金属を溶
融する場合、運転の初期に炉１に金属材料Ｍ０を炉容積
一杯に充填し、通電によりソレノイドコイル２を作動せ
しめて溶融を開始する［工程（イ）冷材溶融工程とい
う］。

【０００４】この結果、金属原料Ｍ０は溶融し、金属溶
湯Ｍ１となる。しかるに上記充填した金属原料Ｍ０は通
常塊状であるので、炉１への充填時には炉容積一杯に投
入されているが、溶融によって形成される金属溶湯Ｍ１
は炉１内底部に沈降し、上方に空間３が形成される［工
程（ロ）］。

【０００５】ここで通電を停止し、炉１の金属溶湯Ｍ１
に金属原料Ｍ０を浸漬しかつ空間３を満たすようにして
投入し、再度通電してソレノイドコイル２を作動する
［工程（ハ）］。この結果、金属原料Ｍ０は金属溶湯Ｍ
１の熱と、ソレノイドコイル２の誘導による加熱により
溶融し、金属溶湯Ｍ１が増量する［工程（ニ）］。

【０００６】しかるに、いまだ炉１の容量一杯には金属
溶湯Ｍ１が達していないので、再度通電を止めて炉１内
に金属原料Ｍ０を空間３を満たすようにして投入する
［工程（ホ）］。

【０００７】次いで通電してソレノイドコイル２を作動
せしめて、金属溶湯Ｍ１の熱とともに金属原料Ｍ０を加
熱して溶融し、以後これを繰り返して［工程（ヘ）］の
如く炉１の容量が満たされるまで行う。

【０００８】尚、工程（ロ）〜［工程（ヘ）］までを残
湯溶融工程という。

【０００９】このように低周波誘導炉では、所定の炉容
量一杯に金属溶湯を得るため、溶融工程を繰り返し行う
こと、また更には低周波溶融であるが故、溶融に多くの
時間を要していて運転効率を損なうこととなっていた。

【００１０】このため、低周波誘導炉の上方に補助溶融
設備として酸素−燃料バーナーを設け、投入された金属
原料を上部から酸素−燃料バーナーの火炎で補助溶融を
行い、運転時間を短縮し、運転効率を向上する方法が提
案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、酸素−燃料バ
ーナーによる溶融は、バーナー火口と金属材料との距離
が近いと、酸素−燃料バーナーから噴出する火炎は未燃
焼状態となり、また、金属材料との距離が遠いと金属材
料に当る火炎温度が低くなって溶融効率が落ちるが、従
来の酸素−燃料バーナーは炉上の定位置に固定されてい
るため、溶融に伴って炉底に沈降する金属原料との距離
が変わり、効率的に運用されてはいなかった。

【００１２】また、金属原料投入時に酸素−燃料バーナ
ーが邪魔になり、作業性を損なうこととなっていた。

【００１３】そこで本発明は、溶融に伴って炉底に沈降
する金属原料と酸素−燃料バーナーの距離を一定にし
て、溶融効率を向上させるとともに、溶融時間を大巾に
短縮して電力消費量を低減させ、かつ、溶融を終了した
時点で酸素−燃料バーナーを炉より隔離して、作業性の
向上を図った金属の溶融方法を提供することを目的とし
ている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため本発
明は、溶融炉に投入された金属原料を、酸素−燃料バー
ナーを用いて溶融する金属の溶融方法において、第１発
明は、前記溶融炉の上方に昇降可能に設けた酸素−燃料
バーナーを、前記金属原料が溶融されて沈降する速度に
合わせて降下させ、該金属原料の溶融点を金属原料の溶
融量と溶融炉の炉電力との関係から検知し、溶融点に達
したら前記酸素−燃料バーナーの燃焼及び降下を停止し
て上昇させることを特徴とし、第２発明は、前記溶融炉
の上方に昇降可能に設けた酸素−燃料バーナーを、前記
金属原料が溶融されて沈降する速度に合わせて降下させ
るとともに、前記投入金属原料の量に応じて溶融時間を
設定し、設定時間に従って前記酸素−燃料バーナーの燃
焼及び降下を停止して上昇させることを特徴としてい
る。

【００１５】

【作 用】したがって、第１の発明では、投入された金
属原料が溶融されて沈降する速度に合わせて酸素−燃料
バーナーが降下し、溶融点に達したら酸素−燃料バーナ
ーは燃焼及び降下を停止して上昇する。また、第２の発
明は、投入された金属原料が溶融されて沈降する速度に
合わせて酸素−燃料バーナーが降下し、金属原料が完全
に溶融する時間として設定された時間になると酸素−燃
料バーナーは燃焼及び降下を停止して上昇する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１７】図１及び図２は本発明の第１実施例を示す
もので、低周波誘導炉１１は、炉体外周に捲回されたソ
レノイドコイル１２に交流電流を流すと、炉内の被加熱
物を通る磁束によって二次電流が誘起され、被加熱物の
固有抵抗によって発熱し、被加熱物を溶融するもので、
本実施例では、高さ２，０３０mm、直径１，０３０mmの
８トン処理容量のものを用いた。

【００１８】上記低周波誘導炉１１の上方には、補助溶
融設備として酸素−燃料バーナー１３が、モータ１４の
駆動により回転する支持架台１５にアーム１６を介して
支持されており、該酸素−燃料バーナー１３は支持架台
１５の回転によってアーム１６がガイド１７に沿って昇
降し、最上部に上昇するとアーム１６が旋回して低周波
誘導炉１１の上方から退避する。

【００１９】また、該酸素−燃料バーナー１３は、供給
盤１８を介して供給される燃料、空気、酸素を燃焼して
下端から火炎Ｆを噴出するもので、本実施例では、燃料
としてＡ重油を５０リットル／時使用するものを用い
た。

【００２０】このように構成された低周波誘導炉１１に
おいて、前回の溶融処理工程で溶融した金属溶湯Ｍ１の
残湯量が５トンあり、これに３トンの金属原料Ｍ０を投
入して８トンの溶湯を得る工程について説明する。

【００２１】この場合、残湯５トンの溶湯面の高さは
１，２７０mmあるので、低周波誘導炉１１には、７６０
mmの空間が生じている。ここに３トンの金属原料Ｍ０を
投入するには、空間容積との関係から、最初に２トンの
金属原料Ｍ０を投入して溶融し、次に０．７トンの金属
原料Ｍ０を投入して溶融し、さらに０．２トン、０．１
トンと、金属原料Ｍ０を４回に分けて投入して溶融す
る。

【００２２】先ず、酸素−燃料バーナー１３を低周波誘
導炉１１の上方から退避させて、２トンの金属原料Ｍ０
を投入し、酸素−燃料バーナー１３を低周波誘導炉１１
の上方に復帰させ、ソレノイドコイル１２に通電すると
ともに、酸素−燃料バーナー１３から噴出する火炎Ｆが
金属原料Ｍ０に効率よく当たるように、酸素−燃料バー
ナー１３を降下させて火炎Ｆを噴出させ、金属原料Ｍ０
の溶融を開始する。

【００２３】金属原料Ｍ０は、溶融に伴って沈降して順
次金属溶湯Ｍ１となるので、酸素−燃料バーナー１３の
火炎Ｆが金属原料Ｍ０に効率よく当たるように、金属原
料Ｍ０が沈降する速度に合わせて酸素−燃料バーナー１
３を降下させる。

【００２４】そして、金属原料Ｍ０が完全に溶融される
と、酸素−燃料バーナー１３の燃焼及び降下を停止し、
酸素−燃料バーナー１３を上昇させて、低周波誘導炉１
１の上方から退避させる。

【００２５】酸素−燃料バーナー１３の降下速度、燃焼
及び降下の停止、上昇、退避は次のようにして算出す
る。

【００２６】金属原料Ｍ０は溶融して順次金属溶湯Ｍ１
となるが、溶融に伴って金属原料Ｍ０は下降し、金属溶
湯Ｍ１の液面は上昇する。そして、金属原料Ｍ０が溶融
して金属溶湯Ｍ１になると、その電気抵抗値が高くな
り、この結果低周波誘導炉１１の電力も上昇する。

【００２７】本実施例の低周波誘導炉１１における溶湯
面と炉電力の関係は図２に示されるようになる。したが
って、投入される金属原料Ｍ０の量から割出される溶湯
面の高さは炉電力から推察できるから、投入される金属
原料Ｍ０の溶融位置を炉電力によって検知できる。

【００２８】これにより、酸素−燃料バーナー１３の降
下速度と金属原料Ｍ０が溶融位置に達したときの炉電力
を算出できるから、これらを低周波誘導炉１１の制御盤
１８に入力し、酸素−燃料バーナー１３の降下速度、燃
焼及び降下の停止、上昇、退避を行う。

【００２９】このようにして７トンの金属溶湯Ｍ１を得
たら、次に０．７トンの金属原料Ｍ０を投入して、上記
したように、酸素−燃料バーナー１３を低周波誘導炉１
１の上方に復帰させ、電力による誘導加熱と、酸素−燃
料バーナー１３の火炎Ｆを金属原料Ｍ０との距離を一定
に保つように制御して溶融する。

【００３０】そして、溶融の終了を炉電力で検知し、酸
素−燃料バーナー１３の燃焼及び降下の停止、上昇、退
避を行う。

【００３１】以下、同様にして金属原料Ｍ０を０．２ト
ン、０．１トンに順次分けて投入して溶融し、８トンの
金属溶湯Ｍ１を得た。

【００３２】上記実施例における運転結果について、従
来の低周波誘導加熱のみの方法と対比して以下の表１に
示す。

【００３３】

【表１】 以上のように、投入される金属原料Ｍ０が溶融されて沈
降する速度を算出して、酸素−燃料バーナー１３を降下
させ、また、該金属原料Ｍ０の溶融位置を検知して、金
属原料Ｍ０の溶融が終了ときに酸素−燃料バーナー１３
の燃焼及び降下を停止して上昇させることにより、溶融
効率を向上できるとともに、溶融時間を大巾に短縮して
電力消費量を低減することができる。

【００３４】図３は本発明の第２実施例を示すもので、
前記第１実施例と同一要素のものには同一の符号を付し
て説明する。

【００３５】本実施例では、供給盤１８にシーケンス及
びタイマーからなる制御手段２０を付設し、該制御手段
２０に、溶融工程順序とその溶融工程順序ごとの処理金
属原料Ｍ０に合わせた酸素−燃料バーナー１３の運転順
序と運転時間を設定して入力する。

【００３６】したがって、酸素−燃料バーナー１３は、
溶融により沈降する金属原料Ｍ０の沈降速度として設定
した速度で降下し、金属原料Ｍ０が完全に溶融する時間
として設定した時間になると、燃焼及び降下を停止して
上昇する。

【００３７】前記実施例と同様の低周波誘導炉１１に残
湯量が５トンあり、これに２トンの金属原料Ｍ０を投入
すると、酸素−燃料バーナー１３は、制御手段２０の指
令により、火炎Ｆと金属原料Ｍ０との距離を一定に保っ
て降下しながら７分間火炎Ｆを噴出して金属原料Ｍ０を
溶融し、制御手段２０の指令にしたがって火炎Ｆの噴出
と降下を停止し、上昇して低周波誘導炉１１の上方から
退避する。

【００３８】次いで、０．７トンの金属原料Ｍ０を投入
すると、酸素−燃料バーナー１３は、５分間火炎Ｆを噴
出しながら降下して金属原料Ｍ０を溶融し、制御手段２
０の指令にしたがって火炎Ｆの噴出と降下を停止し、上
昇して低周波誘導炉１１の上方から退避する。

【００３９】以下、同様にして０．２トン、０．１トン
に順次分けて投入される金属原料Ｍ０をそれぞれ制御手
段２０の指令にしたがって溶融する。

【００４０】このように、投入される金属原料Ｍ０が溶
融されて沈降する速度に合わせて、酸素−燃料バーナー
１３を降下させ、また、金属原料Ｍ０が完全に溶融する
時間として設定された時間になると酸素−燃料バーナー
１３の燃焼及び降下を停止して上昇させることにより、
溶融効率と作業効率を向上できるとともに、溶融時間を
大巾に短縮して電力消費量を低減することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上のように、溶融炉に投入さ
れた金属原料を、酸素−燃料バーナーを用いて溶融する
金属の溶融方法において、第１発明は、前記溶融炉の上
方に昇降可能に設けた酸素−燃料バーナーを、前記金属
原料が溶融されて沈降する速度に合わせて降下させ、該
金属原料の溶融点を金属原料の溶融量と溶融炉の炉電力
との関係から検知し、溶融点に達したら前記酸素−燃料
バーナーの燃焼及び降下を停止して上昇させるので、溶
融効率を向上できるとともに、溶融時間を大巾に短縮し
て電力消費量を低減することができる。

【００４２】また、第２発明は、前記溶融炉の上方に昇
降可能に設けた酸素−燃料バーナーを、前記金属原料の
投入量とその順序及び溶融されて沈降する速度に合わせ
て降下させ、前記金属原料の溶融時間として設定した時
間になったら前記酸素−燃料バーナーの燃焼及び降下を
停止して上昇させる制御手段により運転するので、溶融
効率と作業効率を向上できるとともに、溶融時間を大巾
に短縮して電力消費量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例を示す溶融炉の概略図

【図２】 溶湯面高さと炉電力の関係を示すグラフ図

【図３】 本発明の第２実施例を示す溶融炉の概略図

【図４】 従来の低周波誘導炉における溶融工程を示す
概略図

【符号の説明】

１１…低周波誘導炉、１２…ソレノイドコイル、１３…
酸素−燃料バーナー、１４…モータ、１５…支持架台、
１６…アーム、１７…ガイド、１８…供給盤、１９…制
御盤、２０…制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五十嵐 弘 東京都港区西新橋一丁目16番７号 日本酸 素株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融炉に投入された金属原料を、酸素−
   燃料バーナーを用いて溶融する金属の溶融方法におい
   て、前記溶融炉の上方に昇降可能に設けた酸素−燃料バ
   ーナーを、前記金属原料が溶融されて沈降する速度に合
   わせて降下させ、該金属原料の溶融点を金属原料の溶融
   量と溶融炉の炉電力との関係から検知し、溶融点に達し
   たら前記酸素−燃料バーナーの燃焼及び降下を停止して
   上昇させることを特徴とする金属の溶融方法。
2. 【請求項２】 溶融炉に投入された金属原料を、酸素−
   燃料バーナーを用いて溶融する金属の溶融方法におい
   て、前記溶融炉の上方に昇降可能に設けた酸素−燃料バ
   ーナーを、前記金属原料が溶融されて沈降する速度に合
   わせて降下させるとともに、前記投入金属原料の量に応
   じて溶融時間を設定し、設定時間に従って前記酸素−燃
   料バーナーの燃焼及び降下を停止して上昇させることを
   特徴とする金属の溶融方法。