JPH10318680A - 坩堝および坩堝炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウムや銅の廃材などを連続的に溶解
するにあたり、安価で保守も簡単な設備ですみ、酸化ロ
スが少なく、能率よく連続的に溶解処理を行え、原材料
の前処理も簡単にすみ、溶湯表面に溜まったスラグの除
去作業を簡単に能率よく行うことができるようにする。 【解決手段】 坩堝１は上部が開口した耐火容器であ
る。容器上端より適当に下方位置の胴部に貫通形成され
た出湯穴２と、この出湯穴２部分に付設されて出湯穴か
らスラグが排出されるのを防ぐ障害部材３と、前記出湯
穴２と向きの異なる位置の胴部に形成されて下縁が前記
出湯穴２と同程度のレベルにある幅広のスラグ取出窓４
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リサイクル利用
のためにアルミニウムや銅などの廃材を溶解することを
主用途とする坩堝および坩堝炉に関し、とくに、大量の
原材料を連続的に溶解する作業に便利な坩堝および坩堝
炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】よく知られているように、回収したアル
ミニウム空き缶は適当に小さく切断してから溶解し、再
生地金としてリサイクル利用する。工場などからでるア
ルミニウム切削屑や切粉などのアルミニウム廃材も同様
に溶解して再生地金をつくる。銅などの廃材についても
同じようにリサイクル利用が図られている。アルミニウ
ムは融点が低いので、どのような形式の炉でも容易に溶
解しうる。もちろん従来型の坩堝炉でもアルミニウムを
溶解できるが、坩堝炉では溶解作業と溶湯の取り出し作
業とを交互に繰り返すバッチ処理となるため能率が悪
い。アルミニウム廃材の溶解処理を連続的に能率よく行
うために、通常は反射炉を使用している。しかし反射炉
は酸化ロスが多いという欠点がある。細かなアルミニウ
ム材は溶湯面上に浮遊し、その間に燃焼火炎にさらされ
て酸化してしまい、溶解歩留りが悪くなるのである。こ
の点では、被溶解材が燃焼室の火炎にさらされない坩堝
炉の方が優れている。

【０００３】そこで従来から、酸化ロスを少なくするよ
うに工夫した反射炉型アルミニウム溶解装置が種々提案
されている。例えば特開昭５８−２５８７号や実開昭６
４−５０９５号公報の装置では、ポンプを用いて溶湯を
アルミニウム材に注ぎかける構成としている。また特開
平１−１３２７２４号公報の装置では、ポンプを用いて
溶湯の渦流をつくり、その渦流に向けてアルミニウム材
を投入する構成としている。同様に特開平３−１２０３
２２号や特開平１５６３７８号公報の装置では、電磁撹
拌装置を用いて溶湯の渦流をつくりだしている。このよ
うに、細かなアルミニウム材に溶湯を注いだり、溶湯の
渦流内に細かなアルミニウム材を投入することで、空気
接触の時間を少なくして酸化ロスを減らしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように酸化ロス
を減らす対策を講じた従来の反射炉型アルミニウム溶解
装置では、ポンプや電磁撹拌装置などの付加設備のため
に初期設備費がかさむとともに、これら複雑な付加設備
のメンテナンスのために運用経費もかさむという問題が
あった。アルミニウム空き缶のリサイクルを推進するた
めに、できる限り少ない費用で溶解装置を設備して運用
できることが強く要請されている。この面で従来装置は
不充分であった。

【０００５】また従来の反射炉型アルミニウム溶解装置
は、細かなアルミニウム材を溶湯内に瞬時に巻き込ませ
ることで酸化ロスを減らしている。したがって、アルミ
ニウム材に水分や油分などが付着していると、その付着
物が溶湯と瞬時に反応して水蒸気爆発のような激しい反
応を引き起こす危険がある。この危険を防止するため
に、炉に投入する前にアルミニウム材の残留付着物を充
分に除いておく必要がある。つまり、切断したアルミニ
ウム空き缶など、溶解しようとするアルミニウム材を事
前に加熱処理し、残留水分を除去するとともに表面の印
刷にかかる有機質や付着油分を燃焼させて除去してい
る。この事前処理のために、従来、高価な加熱処理設備
や集塵設備が必要だという問題があった。

【０００６】もう１つ問題がある。アルミニウム廃材な
どを大量に連続的に溶解する場合、溶湯の酸化物や脱酸
処理生成物、それに原材料の不純物などのスラグが生成
して、溶湯の表面に溜まってくる。清浄な溶湯を得るた
めには、溶湯表面に溜まったスラグをときどき取り除く
必要がある。このスラグ除去作業を能率よく簡単にでき
ることも実用面できわめて重要なことである。従来の反
射炉型アルミニウム溶解装置はそれ自体の構成が複雑で
高価であるのに加えて、スラグ除去のための自動化設備
を付加するとなるとさらに複雑でメンテナンスも面倒な
機構になってしまう。スラグ除去を人手作業を主体に行
うとしても、溶解作業を中断させないとか、作業者があ
まり高熱に晒されないですむ、といったことが大切であ
る。しかし従来技術ではこのような要請を満足させるこ
とができなかった。

【０００７】この発明は前述した従来の問題点に鑑みな
されたもので、その目的は、アルミニウムや銅の廃材な
どを連続的に溶解するにあたり、安価で保守も簡単な設
備ですみ、酸化ロスが少なく、能率よく連続的に溶解処
理を行え、原材料の前処理も簡単にすみ、溶湯表面に溜
まったスラグの除去作業を簡単に能率よく行うことがで
きるようにした坩堝および坩堝炉を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の坩堝は、基本
的な形態は従来型の坩堝とほぼ同様であり、黒鉛などか
らなる上部が開口した耐火容器である。この発明の特徴
的な構成として、容器上端より適当に下方位置の胴部に
貫通形成された出湯穴と、この出湯穴部分に付設されて
出湯穴からスラグが排出されるのを防ぐ障害部材と、前
記出湯穴と向きの異なる位置の胴部に形成されて下縁が
前記出湯穴と同程度のレベルにある幅広のスラグ取出窓
とを備えている。

【０００９】この構成の坩堝において、前記スラグ取出
窓の上縁が容器上端にまで達して当該窓が凹型の切り欠
き形状になるようにしてもよい。また望ましくは、前記
取出窓部分の外側に樋を一体的に形成し、この樋をスラ
グ取出窓の下縁から昇り勾配に傾斜させた構成とする。

【００１０】また、この発明の坩堝炉は、内張り耐火物
で囲まれた燃焼室を形成する炉本体と、前記燃焼室の中
央部に設置された坩堝台と、この坩堝台の上に載置され
た前記の構成を備えた坩堝と、前記炉本体の側壁部分に
設置されて前記燃焼室内の前記坩堝台および前記坩堝を
加熱するバーナーと、前記炉本体の上部側壁に開口形成
されて前記燃焼室内の前記坩堝の前記スラグ取出窓に空
間的につながるスラグ取出用の作業口と、前記炉本体の
下部に配設されて前記坩堝の出湯穴から前記燃焼室に排
出される溶湯を外部に導く湯道とを備えたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明による坩堝および坩堝炉
の一実施例の構成を図１、図２、図３に示している。ま
ず、坩堝１の単体の構造について説明する。坩堝１は黒
鉛からなり、上部が大きく開口したおわん型をなしてお
り、底面は平らで自立する。坩堝１の胴部には、開口上
端から適当な寸法だけ下がった位置に出湯穴２が貫通形
成されている。出湯穴２は幅広の矩形の穴であるが、比
較的小さい寸法である。

【００１２】出湯穴２からスラグなどが排出されるのを
防ぐための障害部材として、この実施例では、邪魔板３
を設けている。坩堝１の胴部はほぼ円筒面をなしている
が、出湯穴２の形成位置の胴部の内側に黒鉛製の平板で
ある邪魔板３を一体に付設している。邪魔板３の両側部
が坩堝１の胴部に接合しているが、その他の部分は胴部
の内面から離れている。とくに、出湯穴２の位置におい
て邪魔板３と胴部との間隔が一番大きくなっている。

【００１３】図２の平面構成に示すように、坩堝１の中
心から見て、出湯穴２と９０度向きの異なる位置の胴部
に、スラグ取出窓４が開口形成されている。スラグ取出
窓４は幅広の矩形の開口であり、その寸法は出湯穴２よ
りも相当に大きい。また、スラグ取出窓４の下縁の位置
は出湯穴２の下縁の位置よりも若干高く設定されてい
る。なお図４に示す実施例のように、スラグ取出窓４の
上縁を坩堝１の状態にまで達した構成とすれば、スラグ
取出窓４は凹型の切り欠きとなり、この方が製作が容易
である。

【００１４】つぎに坩堝炉としての構成について説明す
る。炉本体５の内張り耐火物で囲まれた燃焼室６の中央
に坩堝台７を設置し、その台７の上に前記の構成の坩堝
１を載置している。炉本体１の側壁部分の穴に設置され
たバーナー８により、燃焼室６内の坩堝台７および坩堝
１を加熱する。炉本体５の上部の炉蓋９には材料投入口
がある。材料投入口の口径は坩堝１の口径よりも小さい
が、投入口の真下に坩堝１が位置する。この投入口から
アルミニウム廃材などを坩堝１内に投入する。

【００１５】また図２と図３に示すように、燃焼室６に
所定の向きに正しく坩堝１を設置した場合、炉本体５の
側壁部分に形成してあるスラグ取出用の作業口１０と、
坩堝１のスラグ取出窓６とが合致し、両者が空間的につ
ながる。スラグ排出の作業時以外は、作業口１０は扉１
１で閉鎖しておく。

【００１６】また、燃焼室６の床はバーナー８の位置の
反対側に向けて降り勾配で傾斜しており、床の最低部分
には外部に通じる湯道となる穴が貫通形成されている。
その湯道は溶湯１２の保持室１３につながっている。つ
ぎに詳述するように、坩堝１の出湯穴２から排出される
溶湯は燃焼室６に流れ落ち、床の傾斜に従って流れて保
持室１３に溜まる。

【００１７】以上のように構成された坩堝および坩堝炉
の使用方法とその作用について説明する。適当に小さく
切断したアルミニウム空き缶のようなアルミニウム材を
炉蓋９の投入口から坩堝１内に投入し、バーナー８によ
り坩堝１を加熱する。この熱で坩堝１内のアルミニウム
材は下方から溶解する。燃焼ガスは炉蓋９と坩堝１の隙
間を通って排出される。なおアルミニウム材の溶解を促
進するために、アルミニウム材と溶湯を撹拌機で撹拌し
てもよい。

【００１８】坩堝１の胴部の適当な高さの中間位置に出
湯穴２があるので、坩堝１の内部にある程度の量の溶湯
が溜まってくると、溶湯は出湯穴２から燃焼室６にこぼ
れ出て保持室１３へと流れて溜まる。図示していない
が、保持室１３のアルミニウム溶湯２の冷却を防止する
ために、炉本体５に補助バーナーを設置し、これにより
上方から溶湯１２を加熱することが望ましい。

【００１９】前記のように、出湯穴２の位置に対応した
量のアルミニウム溶湯が坩堝１内に溜まるので、上から
投入されるアルミニウム材は溜まっている溶湯に接触し
て効率よく溶解する。坩堝１内での溶解速度に応じて、
アルミニウム材を順次坩堝１内に投入することで、通常
の坩堝炉でのバッチ処理と異なり、連続的に溶解処理を
行うことができる。また、炉蓋９の投入口から排出され
る熱を有効に利用して、坩堝１の溶湯中に没入するまで
のプロセスでアルミニウム材を効果的に予熱すること
で、アルミニウム材に水分や油分などの付着物が残留し
ていたとしても、これが予熱帯を通過するあいだに除去
され、前述した水蒸気爆発のような激しい反応が起きる
おそれは少なく、安全性が高い。また、その予熱帯は非
酸化性雰囲気となるので、酸化ロスはきわめて少ない。

【００２０】また、出湯穴２の内面側に邪魔板３を配設
して当該穴２をこれから少し離れて遮蔽する構成は、坩
堝１に投入されたアルミニウム材によって出湯穴２が塞
がれないようにするために設けている。溶湯の表面に
は、まだ溶けていないアルミニウム材やシャーベット状
のアルミニウム材の前述したスラグも浮遊しており、溶
湯流とともにこれらが出湯穴２に流れ込んで当該穴２を
塞いでしまうと、溶湯面が上昇し、大きな開口であるス
ラグ取出窓４から溶湯とスラグが混じってこぼれ出てし
まう。これを防止するのが障害部材としての邪魔板３で
ある。なお、障害部材は実施例の邪魔板３に限定されな
い。たとえば、出湯穴２の内側に下向きに開口したパイ
プ（これが障害部材である）を連設してもよい。また、
出湯穴２の外部に上向きに障害部材としての樋を取り付
けてもよい。

【００２１】坩堝１内の溶湯の表面にたくさんのスラグ
が溜まったならば、炉本体５の側部の扉１１を開けて作
業口１０を開放し、ここから空間的につながっているス
ラグ取出窓４を通じて溶湯表面のスラグ排出作業を行
う。このとき、作業口１０は炉本体５の側面にあるの
で、スラグ排出作業を人手で行うにしても、作業者が極
端な熱気に晒されずにすむ。

【００２２】スラグ排出作業はつぎの要領で行う。坩堝
１のスラグ取出窓４の下縁より若干低いレベルに溶湯面
があり、そこにスラグ１６が溜まって浮いている。そこ
で、ちり取りのようなスラグ受け具１４を作業口１０に
差し入れるとともに、長いロッドのついたスラグ掻き出
し具１５を坩堝１の内部まで突っ込んで、溶湯面のスラ
グ１６を掻き出して受け具１４の上に集める。この手順
を何回か繰り返して溶湯面をきれいにする。図２では、
掻き出し具１５の往復動を機械化した場合を模式的に示
している。この例では、モータ１９によって正逆運転さ
れるベルト機構１７で掻き出し具１５を駆動している。

【００２３】この発明の他の実施例による坩堝１とそれ
を用いた坩堝炉を図５に示している。図５の坩堝１にお
いては、スラグ取出窓４部分の外側に樋１８が一体的に
連結されており、この樋１８はスラグ取出窓４の下縁か
ら昇り勾配に傾斜している。この実施例によれば、坩堝
１内への原材料の投入量が急増して出湯穴２からの出湯
量を上回ったり、フラックス処理などで溶湯がボイルし
たりして、一時的に湯面が出湯穴２のレベルを越えたと
しても、昇り勾配の樋１８があるので、溶湯とともにス
ラグが燃焼室６にこぼれ出すことがない。また、樋１８
が炉本体５の作業口１０に内側から入り込んでいるの
で、スラグを炉外に排出する作業がやりやすい。

【００２４】

【発明の効果】

（１）溶解処理を能率よく連続的に行える。 （２）坩堝炉を原型としているので、設置スペースが小
さくてすみ、設備費および保守費も安く、運転経費も安
い。 （３）坩堝内の溶湯表面に溜まったスラグを除去する作
業がやりやすい。連続溶解処理を中断することなくスラ
グ除去作業を行える。作業者が極端な高熱に晒されずに
すむ。 （４）坩堝内の溶湯レベルが一定に保たれるので、湯面
の上方に適当な予熱帯を形成できる。その予熱帯を原材
料が通過する間に残留付着物を効果的に除去できる。そ
のため水蒸気爆発のような激しい反応は起きにくく、安
全に溶解作業を進めることができる。したがって、攪拌
機を使って溶解能力を向上させることができる。 （５）坩堝内が非酸化性雰囲気に保たれるので、酸化ロ
スがきわめて少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による坩堝および坩堝炉
の縦断面図である。

【図２】同上実施例の平断面図である。

【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図４】この発明の第２実施例の坩堝の部分断面図であ
る。

【図５】この発明の第３実施例の坩堝および坩堝炉の縦
断面図である。

【符号の説明】

１ 坩堝 ２ 出湯穴 ３ 障害部材（邪魔板） ４ スラグ取出窓 ５ 炉本体 ６ 燃焼室 ７ バーナー ９ 炉蓋 １０ 作業口 １１ 扉 １２ 溶湯 １３ 保持室 １４ スラグ受け具 １５ スラグ掻き出し具 １６ スラグ １７ ベルト機構 １８ 樋 １９ モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 英雄 東京都渋谷区恵比寿１−21−３ 日本坩堝 株式会社内 (72)発明者 郷田 寛 東京都渋谷区恵比寿１−21−３ 日本坩堝 株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部が開口した耐火容器であり、容器上
   端より適当に下方位置の胴部に貫通形成された出湯穴
   と、この出湯穴部分に付設されて出湯穴からスラグが排
   出されるのを防ぐ障害部材と、前記出湯穴と向きの異な
   る位置の胴部に形成されて下縁が前記出湯穴と同程度の
   レベルにある幅広のスラグ取出窓とを備えたことを特徴
   とする坩堝。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記スラグ取出窓は
   その上縁が容器上端に達して凹型の切り欠きとなってい
   ることを特徴とする坩堝。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２において、前記
   スラグ取出窓部分の外側に樋が一体的に連結されてお
   り、この樋は前記スラグ取出窓の下縁から昇り勾配に傾
   斜していることを特徴とする坩堝。
4. 【請求項４】 内張り耐火物で囲まれた燃焼室を形成す
   る炉本体と、前記燃焼室の中央部に設置された坩堝台
   と、この坩堝台の上に載置された請求項１〜３のいずれ
   かに記載の坩堝と、前記炉本体の側壁部分に設置されて
   前記燃焼室内の前記坩堝台および前記坩堝を加熱するバ
   ーナーと、前記炉本体の上部側壁に開口形成されて前記
   燃焼室内の前記坩堝の前記スラグ取出窓に空間的につな
   がるスラグ取出用の作業口と、前記炉本体の下部に配設
   されて前記坩堝の出湯穴から前記燃焼室に排出される溶
   湯を外部に導く湯道とを備えたことを特徴とする坩堝
   炉。