JPS6066085A - アンダ−ヒ−タ−型低融点金属溶湯保持炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アルミニウム、亜鉛等の低融点金属溶湯を保
温維持する為に使用するアンダーヒーター型低融点金属
溶湯保持炉に関する゛ものである。

溶解炉から金属溶湯な保持炉に分配し、この保持炉から
鋳型に溶湯を注入する作業システムにおいて１．この溶
湯保持炉の熱保持能力を高め、所要温度に保持する為に
消費する電力を減少し、また汲出し溶湯量を増加する等
の改良を本発明の目的とし、これらの改良によって、ア
ルミニウム等の低融点金属（合金を含む）鋳型品製造の
効率改善とコスト低減の改善を達成する。

保持炉上蓋部を加熱部とするアッパーヒータ−型保持炉
は内部溶湯に対する加熱々効率が良くない。この為に保
護管で発熱体を保護し、溶湯中に−浸漬した保護管を介
して発熱率体の熱で溶湯を加熱する方式が提案されてい
る。例えば特開昭５６−２３６８６に見るものである。

溶湯金属と反応し難いセラミック材が５年来多数知られ
る所となって、保護管の材料変更は溶湯金属に合せて多
様ｌこきわめて容易に選択できる事情から、金属溶湯保
持炉の省エネルギー型式を本格的に完成する為の保持炉
構造の開発が必要である。

この為に解決されるべき問題点は、溶湯補充及び汲出時
の熱放散を抑制し、溶湯成分の偏差発生を抑制するため
に適切な熱対流を生じる加熱の方法と、汲出時の溶湯汲
出率を高めること（・こおり、これらは開発される炉構
造によって同時に満たされなければならない。熱放散を
従来保持炉の十分の一程度まで顕著ζこ防止する炉容器
構造の開発と共に汲出率を６０係以上とする本発明は、
溶湯熱保持の為の電力消費量を従来実用保持炉の十分の
−にするものである。

特に熱放散を、金属溶湯桶売時及び汲出時に、できる限
り小さく抑制する為の炉容器構造の開発に要点が置かれ
た。

従来の実用保持炉に比べ熱の発散をその十分の−に抑制
する本発明の基本的な炉容器構造は、溶湯汲出口に対し
てその下方に位置する汲出溶湯部分ど他の溶湯との間に
断熱性物質で存った隔壁を有する構造である。アンダー
ヒーター形式にあっては炉内をこのような隔壁で区割し
ても溶湯加熱を不均一にせずに、かつ、効率の良い加熱
が可能である。実用化されて来たアツノく一ヒーター形
式では、このような隔壁を炉内に設ける場合、加熱の均
一分布を図る為に発熱体の構成が複雑になり、同時に加
熱効率を高水準にできない為、電力消費の増大を招く結
果、このような炉構造は実用できない。アッパーヒータ
ー形式或いは高温ガス加熱保持炉では予期できなかった
この炉内隔壁構造の顕著な合理性は、溶湯面上方に設け
る溶湯補充及び汲出しの為に開口され得る上部炉蓋壁に
対して、その反対の溶湯低部に存置できることにある。

即ぢ、炉内隔壁が加熱時の熱分布に全く影響な寿えない
から、隔壁を備え／ζ場合に従来保持炉に現われた上述
の不合理が全く発生しないことがその合理性の一つであ
り、溶湯下部で与えられるアンダーヒーターの熱は溶湯
に直接吸収されて対流により運ばれ、溶湯の下部と溶湯
面間の温度差の拡大発生を抑制できることが合理性の第
二点である。−昼夜で失う熱量を約５係程度に抑制する
溶湯保持能力は従来実用保持炉からは予期できない顕著
なものそある。電力消費量はこの場合、従来実用保持炉
の約十分の−まで下げることができ、本発明の改良効果
は特筆されるものとなっている。

本発明のアンダーヒーター型低融点金属溶湯保持炉は、
５０〜９９　ｗｔ係のＡ１□０３と０．５〜５０ｗｔ％
のＳｉＯ□を主成分とするギヤスタブル制人物で一体成
形される炉容器内に、少くとも一枚以上の隔壁を一体成
形あるいは組立により形成して溶湯汲出室を構成、該隔
壁底部には溶湯移迎ノを許す開口手段を備え、該炉容器
底部に発熱体を内装した保護管を一本以上配設し、該保
護管の封じられた一端は炉容器内に固定されず【こ支持
されかつ開口した他端は前記炉容器壁に設けた貫通孔に
挿通し、前記発熱体の線膨張と前記炉容器壁の線膨張と
の差が働いて相互間の接合圧を高める傾斜部を内方から
外方に向って大きくなる径を有するよう１こシール孔を
前記貫ｉｌｌ孔周壁に形成し、前記保護管と前記傾斜部
との隙間にシール材を充填して前記（呆触管を支持し、
前記貫通孔から炉外力に向って続く導通孔を有する絶縁
性かつ断熱性セラミック管を前記保護管に連接させ、前
記セラミック管を介して＾（■言己保護管に内装された
前記発熱体と外部電源とを電気接続し、前記炉容器外周
には断熱フ゛ランケソトを多重に重ねると共に外装材で
ブランフットを固定し、前記浴湯扱出室上方に位置」−
る開閉可能な汲出蓋部を備えた密閉蓋部材を前記炉容器
上部に取り伺けたことを特徴とする特許おる。

以下、図面を参照してアルミニウム浴湯における本発明
の好適な実施例について説明する。

第１図において低融点金属溶湯保持炉１の炉壁３には貫
通孔９が形成されている。この実施例のアンダーヒータ
ー型保持炉は１、外側から順に外装材の炉殻４、断熱材
１０及びキャスタブル耐火物炉容器３の三層構造になっ
ている。アルミニウム溶湯Ａは耐火物炉容器３内に入れ
る。

アルミニウム溶湯Ａは面１熱性、而」侵食性セラミック
ス質で保護された発熱体の浸漬ヒーターＨにより加熱さ
れる。浸漬ヒーター■は、この例では保護管２と保護管
２の中に入れた発熱体により構成される。炉容器３を作
る為のキャスタブル耐火物として５０〜９９．５　ｗｔ
係のＡｌ２Ｏ３と０．５〜５０　ｗｔ％のＳｉＯ□を主
成分とする組成物が奸才しく、その成分は目的に適う均
等成分に変えてもよい。発熱体として、例えば金属線や
炭化けい素製発熱体などが例ボされ、耐熱、耐侵食性に
優れるセラミックスとしてＳｉＣ系が保護管として好ま
しい。このＳｉＣ材を使用する時は、発熱体との間に所
要の電気抵抗を与えて発熱体から保護材を介する漏電を
ふせぐ。

密閉蓋部材１′は、溶湯補充漏斗１４と、センサー１６
を備える。第２図は、密閉蓋部材１′に備えた啓湯汲出
部１ｄを示し、把手１ｅを以て、この汲出部１ｄを開閉
する。この開閉はスライド方式によってでもよい。汲出
部１ｄの下部には後述する溶湯汲出室１ａが臨む。セン
サー１６には、溶湯面上限位置を検出する上限センサー
１６ｂと下限位置を検討するだめの下限センサー１．６
ｃと共に、溶湯温度を検出する為の温度センサー］、６
ａがある。この例では、特別に温度センサー１６ａを保
護する為のＳｉＣ製先端閉塞管１６ｄを使用し、これと
後述する第４図中のリード線６′付のステンレスリング
６との間に、例えば１２Ｖの電圧をかける。

第４図において、貫通孔９には炉容器３の側壁下部外側
に開いたテーパーネジ部９ａが形成されている。この傾
斜部として形成されるテーパーネジ部９ａに保護管２の
開口した端部２ａを通して支持する。保護管２とテーパ
ーネジ部９ａとの隙間にはシール材１２を充填する。

保護管２をＳｉＣで作り、上側のキャスタブル組成物に
より炉容器を作った時の両者の線膨張率は、後者が若干
大きい。テーパーネジ部９ａが有する傾斜部は、炉容器
壁３が線膨張する時、このネジ部りａ内に詰められたシ
ール材に対して接合圧を高めるように作用する結果、シ
ール機能は堅固に働く。アルミニウム、亜鉛、銅、るる
いはこれらの合金の溶湯が持つ大きな浸透力に対して、
このような傾斜部を有するシール手段は、効果的に働き
、アンダーヒーターの弱点を解消する。シール材のモル
タルは、ファイバーを入れたコロイダルモルタルを使用
し、ファイバーにはカーボンファイバー、アルミナ−シ
リカ系セラミックファイバー系が使用される。

保護管２の一端は開口した端部２ａとなっているが、他
端は封じられた端部２ｂとなっている。炉容器３の底部
内面には古桔舎１１郁設けられている。支持台１１と貫
通孔９は対向した位置にある。支持台１１には保護管２
の端部２ｂが固定されずに自由端としてのせられ、熱膨
張の際の保護管の移動を許してその破損を未然に防ぐ。

このように貫通孔９のシール孔にモルタル詰めによって
保護管２を片持ぢさせる例においては、他端が固定され
ない自由端であるから、熱膨張差かモルタルツール面に
ずれを起させるおそれもよく解決される。

キャスタブル組成物がＳｉを含む時、保持溶湯がアルミ
ニウムである場合、このＳｌはＡ１と化学反応して消耗
する。そのため、５１０２成分は、好ましくは５０　ｗ
ｔ％以下か良く、例えば４゜ｗｔ％に止めＡｌ２Ｏ３６
０ｗｔ％以上とするのがよい。

Ａ１と馴みの悪いＢＮコートを炉容器内面に形成する場
合Ｓｉの消耗を相当に抑制できるから、組成コントロー
ルに代えたＢＮコートの併用も好ましい実施法となる。

貫通孔９トこ、続けて断熱ブランケットｌｏ中には設け
た導通孔９′を有する絶縁性と断熱性に優れるセラミッ
クス拳ファイバー成形管８が通しである。第４図に詳し
く示しであるようｌこ、セラミックス−ファイバー成形
管８の一端ζこはフランジ部８ａで保護管２とシール材
１２を押えるように構成されている。フランジ部８ａ外
周にはセンサー６が装着されている。センサー６はアル
ミニウム溶湯Ａのリークを検知するためのものである。

センサー６はステンレス線かニクロム線が好ましく、リ
ード線６′により炉外部の電源Ｉこ導かれている。この
位置に溶湯が浸透した時、線材間が短絡して変化する電
気抵抗を利用するの方法が上側とは別の実施法としてと
らえ得る。或は浸透金属と化学変化を起して変る電気抵
抗を検出する方法も利用できる。その他熱感知式のリー
クセンサーも使用できる。リード線６′はセラミックス
・ファイバー成形管８に沿って導かれている。上述のよ
うに、保護管１６ｄとセンサー６との間に電圧をかける
場合、金属溶湯がセンサー６に浸透して接触する時、こ
の浸透は電気回路を形成して、直ぐに検出される。尚保
護管２が破損した場合アルミニウムと発熱抵抗体とが接
触することになり、抵抗が大きく変化することから、そ
の変化を検知器で検知し、ブザーを鳴らし電源をカット
する制御装置も安全操業上設けるとよい。

第３図はアンダーヒーターの加熱特性を最大限に高める
と共に熱放散を高度に抑制する効果を上げた隔壁１３ａ
による汲出室１ａを例示する。

開口１３ｂは溶湯移動手段の一例である。ここではＴ字
状直交隔壁を示すが、汲出口の形状対応させて炉容器３
を横断する単一隔壁の構造成はコ字状隔壁の構造も熱保
持能力増大の目的を達成でき、また直交十字隔壁等の隔
壁構造等の種類から炉容器の容量及び汲出し作業頻度、
さらには汲出し手段に応じて隔壁構造を自在に変更でき
る。

この例のＴ字状隔壁１３ａでは漏斗１４の下方ｌこ位置
する溶湯補充室ＩＣと、その横に位置する保持室１ｂと
を区割し、汲出室１ａは炉容器３の約１／４に制限しで
ある。センサー１６は、ここでは保持室］、　１）内の
溶湯内に垂下する。アンダーヒーターＨを通す穴を大き
くした移動孔１３ｂによって、矢印図示のように、補充
室１ｃに供給されたアルミニウム溶湯は、保持室１ｂ及
び汲出室１ａに移動する。この時に上面に浮遊している
不純物の移動を抑制でき、フィルターの効果を有する。

又上述のキャスタブル組成物を使用した時７２０℃の溶
湯アルミニウムに対して汲出室ｌａ内の溶湯温度を７１
４℃に維持できるから、汲出室１ａ上部を汲出しの為に
開放した時。

ここからの熱発散をこの隔壁が顕著に抑制する効果を示
す。アンダーヒーティングの熱は溶湯にその底部から効
果的に吸収され、溶湯面上方からの熱の放散はこの隔壁
により著しく小さくコントロールされる。このように、
密閉蓋部利１′の取り付けはアンダーヒーティング方式
により可能にされた新規で重要な構成である。

浴湯上面とその底部の温度差は従来実用保持炉より小さ
く保持される為、汲出室１ａから、鋳込みの為【こ汲出
し得る溶湯の汲出率は従来のＡ　ｎ　ｍ　’Ｆ’　曲ｆ
ｌｓ　ＩＡ　（ニー　ｎ　（ｔ　ｌ”−ｌ　μ　ｒｒ　
ｒｖ　Ｆ＞　−１：　庶、１の溶湯保持炉効率は９５チ
以上となって、これにより消費電力は従来外熱型の１／
６以下にでき、温度制御精度は±３℃の高水準に高める
ことが可能となった。

隔壁１３ａ　ｉこよる増大された溶湯保持能力を、更に
活用する為に溶湯補充手段も併せて開発さレタ。第１図
のセラミックス製漏斗１４は内壁を下に向って狭くする
テーパ面１４ａを持ち、その下部孔１５ａには金網を内
蔵させて一体成形したセラミック管１５を嵌合されてい
る。金属溶湯に対して十分な強度と耐熱性を有するこの
セラミ）り管１５の内径を３０ｍ・程度に制限しても実
用できる。このよう【こ小孔とした場合、溶解炉から随
伴して来るスラグを通さすに溶湯だけを保持炉容器３内
に補充することができる。

不純物混入を実質的にゼロに管理できる点は、保持炉と
して、又別に特筆される特徴となる。

ドロスの発生も従来実用保持炉と比べる場合、相当に抑
えられている。

炉容器３を支持する為の保持炉底部構造の−例は第１図
に示される。底部支持部１７と炉容器３の底部との間に
はセラミックチュｉブ１７ａか適宜間隔ｔこ多数配置さ
れる。そしてチューブ１７ａ内にはファイバーバルク１
７ｂが詰められ、熱の対流による発散を防止する。底部
構造は、これにより十分に安定し、かつ底部からの熱の
放散が十分に抑制される炉容器３の外周に巻き付ける断
熱材１０の多層、奸才しくは中層以上に重ねられる断熱
ブランケット間にはアルミ箔が適宜挿入されるとよい。

人工箔の熱反射力により熱の対流を抑止して熱保持能力
をより確実にできるばかりでなく、金属溶湯の持つ大き
な浸透力がブランケットを浸透した場合、Ａ１箔がこの
浸透を効果的に防止できる。

又発熱体Ｈとして保護管２内にＳｉＣ等の発熱体を入れ
て使用する場合、石綿、マグネシア粉末、セラミックフ
ァイバー等を管中に詰めるのが好ましい。保護管２が割
れた場合の溶湯の流出はアンダーヒーターＨへの通電の
遮断による冷却とともに凝固し、この詰め物は自己閉塞
な促して流出事故をよく防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一例を示すアンダーヒーター型アルミ
ニウム保持炉の断面図、第２図はそ−の平面図、第３図
は炉容器底部隔壁構造の一例を示す第１図示Ｘ−Ｘに沿
う断面図、第４図は第１図のテーパーネジ部９ａの部分
を示すため特許出願人　東芝セラざツクス株式会社茅１
１図 １２回 　Ｘ 芽３回 ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ５０〜９９ｗｔ％のＡ１ρ３と０．５〜５０ｗｔ％の５
   ＩＯ２を主成分とするキャスタブル面ゼ火物で一体成形
   される炉容器内に、少くとも一枚以上の隔壁を一体成形
   あるいは組立により形成して溶湯汲出室を構成し、該隔
   壁１こは溶湯移動を許す開口手段を備え、該炉容器底部
   に発熱体を内装した保護管を一本以上配設し、該保護管
   の封じられた一端は炉容器内に固定されずに支持されか
   つ開口した他端は前記炉容器壁に設けた貫通孔に挿通し
   、前記発熱体の線膨張と前記炉容器壁の線膨張との差が
   働いて相互間の接合圧を高める傾斜部を内方から外方に
   向って大きくなる径を有するようにシール孔を前記貫通
   孔周壁に形成し、前記保護管と前記傾斜部との隙間にシ
   ール材を充填して前記保護管を支持し、前記保護管に内
   装された前記発熱体と外部電源とを電気接続し、前記炉
   容器外周には断熱プランヶッ、トを多重に重ねると共に
   外装材でブランケットを固定し、前記溶湯汲出室上方に
   位置する開閉可能な汲・出蓋部を備えた密閉蓋部材を前
   記炉容器上部に取り付けたことを特徴とするアンダーヒ
   ーター型低融点金属溶湯保持炉。