JPH0694988B2 - るつぼ炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば非鉄金属を溶融して合金などを製造
する際に好適に用いられるるつぼ炉に関する。

従来技術 第９図は、典型的な従来技術のるつぼ炉１の断面図であ
る。第９図を参照してるつぼ炉１の構成について説明す
る。るつぼ炉１の炉体２内の燃焼室３において、炉体２
の炉床４付近にはバーナ５が配置される。この燃焼室３
内において炉床４には、坩台６が設けられ、この坩台６
上に銅合金などを溶解して貯留するるつぼ７が配置され
る。炉体２には炉蓋８が設けられ、炉蓋８のるつぼ７の
直上方には開口９が形成されている。銅合金などのよう
なインゴツト10を開口９からるつぼ７内に挿入し、るつ
ぼ７を加熱して溶湯を得る。

発明が解決しようとする問題点 上述したような従来技術のるつぼ炉１では、バーナ５が
燃焼室３内において炉床４付近に設けられているため、
たとえばるつぼ７が破損して溶湯が流出すると、バーナ
５が閉塞されてしまうという問題があつた。

またバーナ５による燃焼を停止して、るつぼ７内に得ら
れた溶湯を汲出す操作を行なうとき、燃焼室３内の上方
は炉蓋８の開口９を介して外気と連通しており、比較的
急速に冷却される。したがつてこのような汲出し作業に
おいて得られた溶湯が急冷されやすく、汲出し作業およ
びそれに引続く工程が困難になる場合がある。

また溶湯の汲出し作業などにおいて、湯こぼれが発生し
た場合、炉床４は繊維状セラミツクスなどで形成されて
おり、したがつて湯こぼれした溶湯の炉床４からの湯ば
なれが悪く、炉床４の修復が困難となつてしまう。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、得られた溶湯
が汲出し作業などにおいてむやみに急冷されることを防
ぐとともに、溶湯の湯こぼれなどに対して炉体の修復が
容易な改良されたるつぼ炉を提供することである。

問題点を解決するための手段 本発明は、耐火物の成型品で上下に連通する複数の孔か
ら成る排ガス通路を有する炉壁を形成し、 炉壁によつて構成される燃焼室内に、炉壁と同軸にるつ
ぼを配置し、 この燃焼室内においてるつぼの上端部付近にバーナを設
け、バーナの排ガスが燃焼室の下部から反転して前記排
ガス通路を経て排出されるようにしたことを特徴とする
るつぼ炉である。

作用 本発明のるつぼ炉は、耐火物の成型品で上下に連通する
複数の孔から成る排ガス通路を有する炉壁を形成し、こ
の燃焼室内に配置されるるつぼの上端部付近にバーナを
設けるようにした。したがつてバーナによる燃焼によつ
て発生する火炎および排ガスは、るつぼと炉壁との間を
旋回しつつ降下し、反転して炉壁に形成された複数の孔
から成る排ガス通路を上昇し外部に排出される。したが
つてるつぼが破損するなどして溶湯が流出した場合であ
つても、バーナが閉塞することを防ぐことができる。ま
たバーナによる燃焼を停止した後であつても、燃焼室内
の排ガスは炉壁とるつぼとの間の燃焼室、および炉壁の
排ガス通路を前述したように流過しており、燃焼室内が
むやみに急冷されることを防ぐことができる。

実施例 第１図は本発明の一実施例のるつぼ炉11の縦断面図であ
り、第２図は第１図の切断面線II−IIから見た断面図で
あり、第３図はブロツク体20の斜視図である。第１図〜
第３図を参照して、本実施例のるつぼ炉11の構成につい
て説明する。るつぼ炉11の炉体12は炉壁13と炉床14とを
含む。炉床14はたとえば繊維状セラミツクスなどから形
成される床部材15と、その上に配置された被覆層16とを
含む。このような床部材15は、耐火性に優れ断熱性が良
好であり、しかも比重が小さくて軽く、蓄熱量が小さい
特性を有する繊維状セラミツクスなどから形成され、し
たがつて省エネルギー効果を図ることができる。

また被覆層16を形成する材料は、耐火性に優れており、
急熱、急冷に対して優れた耐熱衝撃性を有し、熱伝導率
がきわめて低い材料から成る。このような材料としては
日本碍子社製「クリストン」（商品名）として知られて
おり、SiC78.0％、SiO₂3.0％、Fe₂O₃0.4％ならびにSi₃N
₄およびSi₂ON₂との和が18.0％である組成を有する炭化
けい素質耐火材である。

このような被覆層16は、銅合金などの溶湯に対して非濡
れ性であつて溶湯の流動性が良好である。しかもこの被
覆層16は衝撃力によつて破壊し易い性質を有しており、
そのため溶湯が被覆層16上で凝固したとき、この凝固し
た金属上から衝撃力を与えて金属とともに被覆層16を破
壊し容易に取出すことができる。

上述したような構成を有する炉体12内には燃焼室17が形
成されており、燃焼室17内の炉床14の中央部付近にるつ
ぼ18が配置される。また前記炉壁13の内周面は、直円筒
状の壁体19が形成される。壁体19は耐火物の成型品であ
る繊維状セラミツクスから成型されたブロツク体20を、
炉体12の軸線方向に積上げ、また周方向に配列して構成
される。このブロツク体20は、たとえば耐火温度1500
℃、比重1.0、熱伝導率0.28の特性を有し、基本的な成
分構成はAl₂O₃84％およびSiO₂16％から成る。またブロ
ツク体20には、炉体12の軸線方向に上下に連通する複数
の排ガス通路21と、蓄熱量を希望する値に低減するため
の複数の切欠き20aとが設けられる。

前述したように、炉体12の軸線方向に積上げられたブロ
ツク体20の排ガス通路21を相互に連通することにより、
前記壁体19は前記軸線方向に沿つて上下に連通した排ガ
ス通路21が形成される。また壁体19は、後述するような
構成によつて炉床14から上方に離間した位置に保持され
る。

壁体19を含む炉壁13の下端部には、炉床14の前記被覆層
16の上表面と滑らかに下方にやや傾斜して連なる取出口
22が形成される。この取出口22を形成するスリーブ23
は、セラミツクスなどの耐火性材料から形成される。ま
たこの取出口22内には、耐火性に優れており、かつ断熱
性が良好なたとえばガラス繊維などから成る閉塞部材24
が詰込まれている。また前記炉体12の外周は鉄皮25によ
つて被覆される。

ブロツク体20には、前述したように上下に連通する排ガ
ス通路21が形成されており、ブロツク体20の下端部には
ブロツク体20を炉床14から離間した状態に保持するため
の支持脚26が設けられる。したがつてブロツク体20とる
つぼ18との間の燃焼室17と、排ガス通路21とは連通され
る。

第４図はるつぼ炉11の一部分の分解斜視図であり、第５
図はるつぼ18の上端部付近の拡大断面図であり、第６図
はるつぼ炉11の平面図である。第４図〜第６図を併わせ
て参照して、本実施例のるつぼ炉11の構成について詳述
する。前記壁体19の上端部19aにおいて、排ガス通路21
より半径方向内方側の部分と、るつぼ18とに亘つて仕切
部材27が掛渡される。仕切部材27は、第６図に示すよう
にそれぞれ台形状の仕切片28,29,30が周方向に密着され
て形成された仕切部分31を含み、仕切部分31と同様の構
成を有する仕切部分31a,31b,31cが周方向にそれぞれ間
隔をあけて配置されて構成される。仕切部分31a〜31cの
仕切片に言及するときは、前記参照符28〜30にそれぞれ
添字ａ〜ｃを付して示す。

仕切部分31の仕切片28〜30はそれぞれ同様の構造を有
し、残余の仕切部分31a〜31cにおいても同様である。し
たがつて以下に、仕切片28の構造について説明する。仕
切片28は半径方向外方から内方になるに従い先細状の略
くさび状であり、耐火レンガなどから実現される支持部
材32と、支持部材32の上表面に配置され、前記炉床14の
被覆層16と同様の材料から形成される板体33と、支持部
材32と板体33との間に介在され、比重がたとえば0.12〜
0.15と比較的小さく、また熱伝導率が小さいセラミツク
ス材料などから形成される介在層34とを含む。

これらの支持部材32、板体33および介在層34の半径方向
内方側端部は、るつぼ18の内壁面よりわずかに半径方向
外方側にずれた位置になるように構成され、前記支持部
材32、板体33および介在層34の半径方向内方端部には、
たとえば耐火温度1500℃、比重1.0、熱伝導率0.28（於1
000℃）であつてAl₂O₃84％、SiO₂16％の成分構成である
充填剤35を塗布し、るつぼ18の内壁面と面一となるよう
に形成される。

前述したように各仕切部分31,31a〜31cはそれぞれ相互
間に間隔をあけており、ここにはたとえば４つの位置決
め部材36a,36b,36c,36d（必要な場合には参照符36で総
称する）が配置される。位置決め部材36の上端面は、炉
壁13の上端面と同一高さを有するように構成され、その
半径方向内方端部37a,37b,37c,37d（必要な場合には参
照符37で総称する）は、それぞれるつぼ18の外周面の上
端部付近に当接する状態に配置され、このように配置さ
れた位置決め部材36a〜36dによつて、燃焼室17内にるつ
ぼ18を配置するにあたつて、るつぼ18の軸線が炉体12の
軸線と一致するように位置決めされる。

この位置決め部材36a〜36dおよび炉壁13上に、炉蓋38が
乗載される。炉蓋38に関して、燃焼室17内に前述したよ
うに位置決めされて配置されたるつぼ18の直上方に、る
つぼ18の上端部の内径R1より小さな内径R2の開口39が形
成される。炉蓋38上には開口39に同心の予熱筒40が取外
し可能に乗載される。また予熱筒40には蓋41が乗載され
る。

前記壁体19は炉壁13より低く構成されており、また前記
仕切部材27は炉蓋38との間にガス通路42を形成する大き
さに選ばれる。したがつて前記燃焼室17と、壁体19の排
ガス通路21と、壁体19と炉壁13と炉蓋38と仕切部材27と
の間に形成される排ガス通路43と、前記排ガス通路43
と、炉蓋38の前記開口39とはそれぞれ相互に連通され
る。また燃焼室17の上端部付近であつてるつぼ18の上端
部より下方にバーナ44が設けられ、燃焼排ガスなどを燃
焼室17内に炉体12の軸線に関して接線方向に吹込む。

第１図〜第６図を参照して、本実施例のるつぼ炉11の動
作について説明する。たとえば銅合金などの非鉄合金の
インゴツト45を溶解するにあたつては、第１図に示され
るように炉蓋38上に予熱筒40を乗載し、この状態でるつ
ぼ18内に開口39からインゴツト45を挿入する。バーナ44
から燃焼室17内に噴出される燃焼排ガスなどは、るつぼ
18と壁体19との間の燃焼室17内を旋回しつつ下降し、燃
焼室17の下端部付近で反転し、壁体19内の排ガス通路21
を上昇し、排ガス通路43,42および開口39を経て予熱筒4
0内を通り外部に排出される。

このようにしてバーナ44による火炎および排ガスはるつ
ぼ18を加熱するとともに、予熱筒40においてインゴツト
45も加熱する。すなわちるつぼ18内におけるインゴツト
45の溶解に先立つて、予熱筒40内においてインゴツト45
が予熱されるので、少なくなくとも下記の効果を実現す
ることができる。

インゴツト45の溶解時間が短縮され、排ガスに含まれ
るたとえば水素ガスまたは酸素ガスなどがるつぼ18内の
溶湯に吸収され、品質低下をもたらすことを防ぐことが
できる。

溶解時間が短縮されるので、溶解する材料の単位投入
量を増加でき、材料の投入回数を軽減して作業性の向上
を図ることができる。

予熱筒40によつて炉蓋38の開口39からの熱輻射を格段
に低減し、作業環境を向上することができる。

インゴツト45の溶解作業が終了し、るつぼ18内の溶湯を
汲出す作業を開始するにあたつて、バーナ44の燃焼を停
止する。このとき燃焼室17の内周面を構成する前記壁体
19は、前述したように比重が1.0〜1.5の材料から構成さ
れており、したがつてその蓄熱によつて前記バーナ45の
燃焼停止後、るつぼ18への伝熱量がるつぼ18内の溶湯の
汲出しに要する時間（たとえば15〜20分）まで持続する
ようにできる。したがつて壁体19の蓄熱と炉蓋38とによ
つて、るつぼ18内の湯温のむやみな低下を防止してい
る。

また壁体19を形成する前記材料は、バーナ44の燃焼開始
時において、燃焼室17内の温度がインゴツト45の溶解に
必要な所定の温度まで上昇する速度がむやみに低下して
しまうような蓄熱量が過大にまで至らない範囲で選ばれ
ている。

炉床14の被覆層16は前述したように非鉄金属溶湯と湯離
れがよく、したがつてたとえばるつぼ18が損傷して溶湯
が流出した場合であつても、この溶湯が床部材15に接触
することが防がれる。したがつて従来技術の項目で説明
したように、溶湯が床部材15に付着浸透して、炉床14の
修復が困難となることが防がれている。また溶湯の流出
または湯こぼれの発生などにおいて、被覆層16上で溶湯
は凝固し、前述したように容易に破砕される被覆層16と
ともに、凝固した溶湯を破砕し、取出口22から取出し
て、被覆層16を新たに形成することによつて、炉床14の
修復を容易に行なうことができる。

また仕切部材27の板体33は、炉床14の被覆層16と同一材
料から形成されており、したがつてるつぼ18内の溶湯を
汲出す作業において仕切部材27に湯こぼれを生じた場合
であつても、炉床14の前述したような修復作業と同様の
作業によつて、湯こぼれした溶湯の除去および仕切部材
27の修復を容易に行なうことができる。

また仕切部材27は半径方向外方から内方に向けて、次第
に下方に向かうテーパが形成されており、また板体33は
湯離れがよい特性を有している。したがつて湯こぼれし
た溶湯はテーパに沿つて流下し、るつぼ18内に戻され
る。

また前述したように取出口22には溶湯の浸透が容易な閉
塞部材24が充填されており、したがつて燃焼室17内にお
いて湯こぼれが発生した場合、炉床14上の溶湯は閉塞部
材24に容易に浸透し、したがつてこの閉塞部材24をるつ
ぼ炉11の外部から目視することによつて、湯こぼれの発
生などを容易に検知することができる。

またこの湯こぼれなどの発生の検知は、たとえば閉塞部
材24の半径方向外方端部付近に一対の電極を設け、この
電極をたとえば警報音を吹鳴する警報装置などに接続す
るようにしてもよい。すなわち湯こぼれなどが発生した
場合、閉塞部材24に浸透した溶湯が前記一対の電極を導
通させ、この導通状態を前記警報装置が検出して警報動
作を行なう。このようにして湯こぼれなどの発生を自動
的に検出するようにしてもよい。

前述の実施例において示したブロツク体20は第３図示の
形状に限らず、第７図（１）図示のように、排ガス通路
21のみがたとえば３つ形成され、切欠き20a（第３図参
照）を有しない構成でもよく、また第７図（２）に示す
ように排ガス通路21が３つ以上のたとえば５つに設けら
れた構成でもよい。

また第７図（３）に示すように、排ガス通路21がブロツ
ク体20の外形に沿つた角柱状の内周面を有するように構
成してもよく、また第７図（４）に示すように、このよ
うな角柱状の排ガス通路21を複数設けるようにしてもよ
い。これらの第７図（１）〜第７図（４）に示されるブ
ロツク体20には、第３図に示したブロツク体20と同様
に、炉床14（第１図参照）から離間した状態に保持され
るための支持脚26が設けられている。

本発明の他の実施例のブロツク体20の構成例として第８
図（１）に示すように、ブロツク体20の下端部を炉床14
に直接乗載するようにして、ブロツク体20内に形成され
る排ガス通路21を、ブロツク体20の上端部とブロツク体
20の半径方向内方面とを連通する屈曲した形状に形成し
てもよい。また第８図（２）に示すように、このように
屈曲されて形成された排ガス通路21を、第７図（３）に
示すように単１個であつて、ブロツク体20の外形に対応
する形状の内周面を有する形状に構成してもよい。

効果 以上のように本発明に従えば、耐火物の成型品で上下に
連通する複数の孔から成る排ガス通路を有する炉壁を形
成し、炉壁によつて構成される燃焼室内に炉壁と同軸に
設けられるるつぼの上端部付近にバーナを設けるように
した。したがつてるつぼを加熱する場合、バーナからの
火炎および排ガスはるつぼと炉壁との間の燃焼室内を旋
回しつつ下降し、燃焼室の下端部付近で反転して炉壁に
設けられた複数の孔から成る排ガス通路を上昇する。し
たがつてバーナの燃焼を停止した後であつても、炉壁の
有する蓄熱量は大きく、るつぼ内の溶湯を汲出す作業期
間中、るつぼに熱量を供給し、汲出される溶湯がむやみ
に急冷されることを防ぐことができる。また燃焼室内に
おいて湯こぼれなどが発生した場合であつてもバーナを
閉塞することがなく、バーナの損傷を防ぐようにでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のるつぼ炉11の断面図、第２
図は第１図の切断面線II−IIから見た断面図、第３図は
ブロツク体20の斜視図、第４図はるつぼ炉11の一部分の
分解斜視図、第５図はるつぼ18の上端部付近の拡大断面
図、第６図はるつぼ炉11の簡略化した平面図、第７図お
よび第８図は本発明の他の実施例のブロツク体20の斜視
図、第９図は従来技術のるつぼ炉１の断面図である。 11…るつぼ炉、12…炉体、13…炉壁、14…炉床、16…被
覆層、17…燃焼室、18…るつぼ、19…壁体、20…ブロツ
ク体、21,42,43…排ガス通路、27…仕切部材、35…充填
剤、36…位置決め部材、40…予熱筒、44…バーナ、45…
インゴツト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐火物の成型品で上下に連通する複数の孔
   から成る排ガス通路を有する炉壁を形成し、 炉壁によつて構成される燃焼室内に、炉壁と同軸にるつ
   ぼを配置し、 この燃焼室内においてるつぼの上端部付近にバーナを設
   け、バーナの排ガスが燃焼室の下部から反転して前記排
   ガス通路を経て排出されるようにしたことを特徴とする
   るつぼ炉。