WO2017056849A1 - ハイブリット式金属溶解炉 - Google Patents

Abstract

本発明は、炉蓋に設けられたバーナーが長時間高熱にさらされて寿命が短くなることを抑制しつつ、炉蓋を用いて溶湯を保持することもできるハイブリット方式金属溶解炉を提供することを目的とする。　ハイブリット式金属溶解炉１０は、被溶解金属を収容する坩堝１１と、被溶解金属に誘導電流を流して加熱する誘導コイル２４とを備えている。坩堝１１の開口部２１の上方を塞ぐ炉蓋１３，１４は、坩堝１１内に火炎を噴射するバーナー４１が設けられた第１炉蓋１３と、バーナー４１が設けられていない第２炉蓋１４とを有している。被溶解金属を溶解させる場合には、第１炉蓋１３が開口部２１を塞ぐ位置に配置される一方、溶湯を坩堝１１内で保持する場合には、第１炉蓋１３を開口部２１から外した上で第２炉蓋１４が開口部２１を塞ぐ位置に配置される。

Description

ハイブリット式金属溶解炉

　本発明は、誘導加熱とバーナーによる加熱とが併用されたハイブリット式の金属溶解炉に関する。

　金属の溶湯を鋳型に流し込んで鋳造品を製造する鋳造等では、金属溶解炉を用いて被溶解金属を溶解させている。この金属溶解炉では、被溶解金属を収容する坩堝の周囲に誘導コイルが設けられ、この誘導コイルに電流を流すことにより、坩堝内の被溶解金属に誘導電流を発生させて加熱する誘導炉方式が一般的である。また、この誘導炉方式に加え、坩堝内の被溶解金属に対してバーナーの火炎を噴射し、その熱で被溶解金属を溶解させる加熱方式を併用したハイブリット方式のものも知られている（例えば、特許文献１参照）。

　この従前のハイブリット式金属溶解炉では、坩堝の上方からバーナーの火炎を噴射させるべく、坩堝の開口部は外部に向けて開口したままの状態となっていた。このような構成では、被溶解金属を溶解させる場合に、坩堝内の熱がその開口部を通じて放出されてしまい、ハイブリット式として加熱の程度を高めたにもかかわらず、溶解効率の低下や金属溶解炉周囲の作業環境の悪化を招くといったことも懸念されていた。

　そこで、坩堝の開口部に、その開口部を塞ぐ炉蓋を設けるとともに、その炉蓋にバーナーを設置するという構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。かかる構成とすれば、炉蓋によって開口部が塞がれて熱の放出が抑制された状態で、バーナーの火炎を坩堝内の被溶解金属に向けて噴射することが可能となるため、上記の懸念は解消されることになる。

特開平６－１０８１７２号公報 特開２０１３－１８５７１９号公報

　ここで、坩堝の開口部に炉蓋を設けた場合の熱放出抑制機能は、坩堝内の被溶解金属を溶解させる場合だけでなく、被溶解金属が溶解して溶湯となった後に、その溶湯を坩堝内で保持する場合にも利用することができる。この場合、坩堝内の熱が放出されることを抑制することで、溶湯保持に必要な熱エネルギの消費量を減少させてその無駄を省くことができる。

　しかしながら、バーナー付きの炉蓋をこのように溶湯保持にも利用した場合、その溶湯保持状態においても、バーナーは坩堝内の熱にさらされることになる。勿論、被溶解金属の加熱にバーナーを用いる以上、バーナーは耐熱性を備えている。ところが、溶湯保持にもバーナー付きの炉蓋を使用するとなると、バーナーが長時間高熱にさらされて、バーナーの寿命が短くなってしまうという懸念があった。

　そこで、本発明は、炉蓋に設けられたバーナーが長時間高熱にさらされて寿命が短くなることを抑制しつつ、炉蓋を用いて溶湯を保持することもできるハイブリット方式金属溶解炉を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、第１の発明では、上部に開口部が設けられ、内部に被溶解金属を収容する坩堝と、前記坩堝の前記開口部の上方を塞ぐ炉蓋と、前記坩堝内の被溶解金属に誘導電流を流して加熱する誘導加熱手段と、前記坩堝内に火炎を噴射するバーナーと、を備えたハイブリット式金属溶解炉において、前記炉蓋は、前記バーナーが設けられた第１炉蓋と、前記バーナーが設けられていない第２炉蓋とを有し、前記被溶解金属を溶解させる場合に、前記第１炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置に配置される一方、前記被溶解金属が溶解してなる溶湯を前記坩堝内で保持する場合には、前記第１炉蓋を前記開口部から外した上で前記第２炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置に配置されるように、前記第１炉蓋及び前記第２炉蓋をそれぞれ移動させる炉蓋移動手段を備えたことを特徴とする。

　第２の発明では、第１の発明において、前記炉蓋移動手段は、前記第１炉蓋を支持する第１支持アームと、前記第１支持アームを上下に移動させて、前記第１炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置と、前記開口部からその上方に離れた位置とに配置する第１炉蓋駆動部と、前記第１支持アームの下側に配置された第２支持アームと、前記第２支持アームを旋回動作させて、前記第２炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置と、前記開口部から離れた位置とに配置する第２炉蓋駆動部と、を備えたことを特徴とする。

　第３の発明では、第２の発明において、前記第１支持アームに前記第１炉蓋を水平状態で吊下げ支持する吊下げ支持手段を有しており、前記吊下げ支持手段は、前記第１炉蓋を前記開口部に配置した場合に、前記開口部の傾斜に追従して前記第１炉蓋を傾斜させる傾斜追従部を有していることを特徴とする。

　第４の発明では、第２の発明又は第３の発明において、前記坩堝の前記開口部に隣接した位置に、横断面円形状をなす軸部が立設され、前記第１支持アームは、前記軸部から側方に延びるように設けられており、前記第１炉蓋駆動部は、前記軸部をその軸線方向に移動させる軸移動手段と、前記軸部の回転を規制しつつ上下への移動を案内する移動案内手段と、を備えたことを特徴とする。

　第５の発明では、第４の発明において、前記軸部が挿通される回転筒部を有し、前記第２支持アームは、前記回転筒部に当該回転筒部から側方に延びるように設けられ、前記第２炉蓋駆動部は、前記回転筒部を回転駆動させるようにしたことを特徴とする。

　第６の発明では、第２の発明乃至第５の発明のうちいずれか１つの発明において、前記第１炉蓋駆動部は、前記第１炉蓋が、前記開口部からその上方に離れた位置と、その位置から旋回して前記開口部の上方領域から離れた位置とに配置されるように、前記第１支持アームを旋回移動させるようにしたことを特徴とする。

　第７の発明では、第２の発明乃至第６の発明のうちいずれか１つの発明において、前記坩堝の前記開口部の周囲に環状をなすように設けられ、その内周部分に吸入口を有する集塵ダクトを備え、前記第２支持アームは、その旋回動作によって前記第２炉蓋が前記集塵ダクトの内側空間を上方から覆う位置に配置される高さ位置に設けられていることを特徴とする。

　第１の発明によれば、坩堝の被溶解金属を溶解させる場合は、バーナー付きの第１炉蓋によって開口部が塞がれるため、熱放出が抑制される一方、溶湯を保持する場合には、この第１炉蓋に代えて、バーナーが設けられていない第２炉蓋によって開口部が塞がれる。このため、第２炉蓋によって熱放出を抑制しながら溶湯を保持できるため、溶湯保持時に、坩堝内から発生する高熱にバーナーが長期間さらされ続けて、バーナーの寿命が短くなることも抑制できる。

　第２の発明によれば、第１支持アームを上に移動させて、坩堝の開口部から離れた位置に第１炉蓋が配置された状態で、第２支持アームを旋回させて、開口部を塞ぐ位置に第２炉蓋を配置すれば、溶湯保持時に開口部から熱が放出されることを抑制できる。この構成では、第２炉蓋を上下に移動させる必要がなく、旋回動作させるだけで足りるため、構成を簡素化できる。

　第３の発明によれば、第１炉蓋を吊下げ支持する吊下げ支持手段が傾斜追従部を有しているため、坩堝の開口部が傾斜していた場合でも、その傾斜に追従して傾斜させた状態の炉蓋によって坩堝の開口部は塞がれる。これにより、坩堝の開口部に傾きがあっても、その開口部と炉蓋との間に余分な隙間が生じて、そこから熱が放出されてしまうことを抑制できる。

　第４の発明によれば、軸部がその軸線方向、つまり上下方向に移動することにより、第１支持アームは上下に移動し、それに伴って第１炉蓋の配置が、坩堝の開口部を塞ぐ位置と開口部からその上方に離れた位置とに変更される。

　ここで、軸部は横断面が円形状に形成されているため、その上下への移動時に回動する可能性があり、この軸部の回動によって第１炉蓋が、坩堝の開口部の上方領域から外れてしまうおそれがある。この点、第４の発明では、移動案内手段により軸部の回転を規制しつつ上下への移動が案内されるため、軸部の回動を抑制し、第１炉蓋を開口部の上方領域に配置された状態を維持できる。これにより、軸部の上下への移動を繰り返したとしても、金属溶解時には、開口部を塞ぐ位置に第１炉蓋を確実に配置させることができる。

　第５の発明によれば、第１炉蓋を支持する第１支持アームが軸部に設けられ、第２炉蓋を支持する第２支持アームが前記軸部を挿通する回転筒部に設けられている。このため、一つの軸線上に軸部と回転筒部とが設けられることになり、それらが別々の中心軸線を有するように設けられた構成と比べ、構成を簡素化できる。

　第６の発明によれば、第２炉蓋によって坩堝の開口部を塞いで坩堝内の溶湯を保持する場合に、第１炉蓋駆動部により、第１炉蓋を旋回させて開口部の上方領域から離れた位置に配置することが可能となる。第１炉蓋がこの位置に配置されることにより、溶湯から放出される熱がバーナーに与える影響をより低減できる。

　第７の発明によれば、坩堝の開口部の周囲に、環状をなすように集塵ダクトが設けられている。このため、この集塵ダクトの内周部分に設けられた吸入口から、金属溶解時や溶湯保持時に坩堝内で発生するガス、粉塵等の浮遊物、金属蒸気（ヒューム）等（以下「ガス等」という。）を吸入して排出することができる。坩堝の開口部を覆う集塵フード方式の集塵装置の場合、第１炉蓋及び第２炉蓋という２つの炉蓋と、それら両炉蓋の配置を変更する炉蓋移動手段とを覆うような集塵フードが必要となり、大掛かりな集塵フードが必要となる。この点、坩堝の開口部の周囲に集塵ダクトが設けられる構成としたため、そのような大掛かりな集塵装置の設置が不要となる。

金属溶解炉を示す平面図であり、（ａ）は坩堝の上方が炉蓋によって塞がれた状態を示し、（ｂ）は坩堝の上方が開放された状態を示す。 金属溶解炉を一部破断して示す側面図。 第１炉蓋が坩堝の開口部を塞ぐ位置に配置された状態を一部破断して示す側面図。 カムフォロアの設置状態を示す一部断面図。 第２炉蓋の配置が変更される様子を示す金属溶解炉の平面図。

　以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、誘導炉方式に加えてバーナーを設けたハイブリット式金属溶解炉に具体化したものである。

　はじめに、本実施形態の金属溶解炉についてその構成を説明する。図１は、本実施形態の金属溶解炉を示す平面図である。図１のうち、（ａ）は坩堝の上方が炉蓋によって塞がれた状態を示し、（ｂ）は坩堝の上方が開放された状態を示している。図２は、金属溶解炉の側面図であり、その一部の構成を断面図として示したものである。

　図１及び図２に示すように、ハイブリット方式を採用する本実施形態の金属溶解炉１０は、坩堝１１と、集塵装置１２と、２つの炉蓋１３，１４とを備えている。

　坩堝１１は、底のある円筒形状を有する容器である。図１（ｂ）及び図２に示すように、坩堝１１の上部には開口部２１が設けられている。この開口部２１から鋳鉄等を含む被溶解金属が投入され、それにより、被溶解金属が坩堝１１内に収容される。坩堝１１の上端部には、注ぎ口２２が設けられている。図１に示すように、注ぎ口２２は、開口部２１から側方に向けて突出するように設けられている。坩堝１１内で被溶解金属が溶解してなる溶湯は、この注ぎ口２２を介して坩堝１１から注湯容器（図示略）へ移し替えられたり、鋳型へ流し込まれたりする。

　図２に示すように、坩堝１１は誘導コイル２４を備えている。誘導コイル２４は、坩堝１１の円筒状部分の周囲を囲うように設けられている。この誘導コイル２４に交流電流を流すことにより、坩堝１１内に磁場が発生し、坩堝１１に収容されている被溶解金属に電磁誘導によって誘導電流が流れる。この時、被溶解金属それ自体の電気抵抗によって当該被溶解金属が発熱することを利用し、この熱によって被溶解金属は溶解する。したがって、この誘導コイル２４は、坩堝１１内の被溶解金属に誘導電流を流して加熱する誘導加熱手段に相当する。

　集塵装置１２は、坩堝１１内の被溶解金属を溶解させる場合に、坩堝１１内で発生したガス、粉塵等の浮遊物、金属蒸気（ヒューム）等（以下「ガス等」という。）を集めて外部に排出するための装置である。集塵装置１２には、坩堝１１を上からフードで覆うなど、様々な構成を有するものが提案されているが、本実施形態の集塵装置１２は、坩堝１１の開口部２１の周囲に設けられるリングフードとなっている。

　図１に示すように、集塵装置１２は、集塵ダクト３１を有している。集塵ダクト３１は環状をなして周方向の一部が開放されたＣ字形状をなし、その横断面は四角形状をなしている（図２参照）。集塵ダクト３１は、坩堝１１の開口部２１の周囲を囲い、その開放部３２が注ぎ口２２の上方に配置されるようにして坩堝１１の周囲の平面部２３に設けられている。図２に示すように、集塵ダクト３１の内部は、通気通路３３となっている。通気通路３３は吸引排出装置（図示略）に接続され、この吸引排出装置（図示略）により、通気通路３３内には排気方向への気流が形成される。

　集塵ダクト３１の内周面には、周方向に沿って複数の吸入口３４が形成されている。吸入口３４は、相対向して開放部３２を形成する各端面３５にも形成されている。この吸入口３４により、集塵ダクト３１の内側空間３６や開放部３２と通気通路３３との間が通気可能となっている。通気通路３３内には排気方向への気流が形成されているため、集塵ダクト３１の内側空間３６や開放部３２から吸入口３４を介して通気通路３３に流入する気流が形成される。このため、坩堝１１内の被溶解金属を溶解させた場合に発生して開口部２１付近に至ったガス等は、吸入口３４から通気通路３３内に流入し、通気通路３３を流通した後に外部に排出される。

　次に、炉蓋１３，１４について説明する。図１及び図２に示すように、炉蓋１３，１４はそれぞれ円板形状を有する蓋体である。炉蓋１３，１４は、第１炉蓋１３と第２炉蓋１４とよりなり、図２に示すように、上下に異なる高さ位置に配置されている。各炉蓋１３，１４は、第１炉蓋駆動部５０及び第２炉蓋駆動部７０により、それぞれ配置位置を変更することが可能となるように設けられている。これら第１炉蓋駆動部５０及び第２炉蓋駆動部７０は、炉蓋移動手段に相当する。

　なお、図１のうち（ｂ）は、各炉蓋１３，１４がいずれも坩堝１１の開口部２１の上方領域から離れた位置に配置された状態を示している。また、図２は、第１炉蓋１３及び第２炉蓋１４が、いずれも坩堝１１の開口部２１の上方領域に配置された状態での側面を示している。

　まず、第１炉蓋１３について説明する。第１炉蓋１３は、坩堝１１に供給された被溶解金属を加熱して溶解させる場合に、開口部２１を塞ぐ蓋体として用いられる。なお、図３は、この第１炉蓋１３が坩堝１１の開口部２１を塞ぐ位置に配置された状態を一部破断して示す側面図である。この図３では、第２炉蓋１４等については省略されている。

　図１（ｂ）に示すように、第１炉蓋１３の径Ｌ１は、坩堝１１の開口部２１の径Ｌ２よりも大きく形成されている。そのため、図１（ａ）及び図３に示すように、第１炉蓋１３が坩堝１１の開口部２１を塞ぐ位置に配置された場合には、その開口部２１の全域が塞がれるようになっている。もっとも、第１炉蓋１３の径Ｌ１は、注ぎ口２２を塞ぐほどの長さを有していない。そのため、図１（ａ）及び図３に示すように、開口部２１が第１炉蓋１３によって塞がれた場合でも、注ぎ口２２は開放された状態にあり、注ぎ口２２を介して坩堝１１内と外部との連通が維持されている。

　このため、坩堝１１の開口部２１が第１炉蓋１３で塞がれた場合でも、注ぎ口２２を介して坩堝１１内と外部との連通が維持されている。また、第１炉蓋１３によって開口部２１が密閉されるわけでもない。そうすると、坩堝１１内の被溶解金属を溶解させる場合に坩堝１１内で発生したガス等は、注ぎ口２２から流出したり、第１炉蓋１３から漏れたりする。そのガス等は、前述した集塵装置１２によって集気され、外部に排出される。

　第１炉蓋１３には、複数基（図１に示すように、本実施形態では３基）のバーナー４１が設けられている。これらバーナー４１は、円板形状をなす第１炉蓋１３の中心軸線を囲むように配置されている。図２に示すように、各バーナー４１にはガス供給管４２が接続されており、これらガス供給管４２を通じて各バーナー４１に燃料ガスが供給される。

　第１炉蓋１３において、バーナー４１が設けられた位置に噴射用孔４３が形成され、バーナー４１は、第１炉蓋１３が坩堝１１の開口部２１を塞ぐ位置に配置された場合に、その火炎噴射口から噴射用孔４３を介して、坩堝１１内に火炎を噴射する。このため、坩堝１１内に収容された被溶解金属は、その上方からの火炎により加熱される。この加熱と、前述した被溶解金属の誘導加熱とが相まって、当該被溶解金属が加熱される。

　次いで、この第１炉蓋１３の配置を変更する第１炉蓋駆動部５０について説明する。第１炉蓋駆動部５０は、第１炉蓋１３を駆動してその配置位置を変更するための装置である。図１、図２及び図３に示すように、この第１炉蓋駆動部５０は、坩堝１１の周囲に設けられた平面部２３において、その坩堝１１に隣接して設けられている。

　第１炉蓋駆動部５０は、軸部としての駆動軸部５１を有している。駆動軸部５１は、平面部２３に直交する方向に延び、横断面円形状をなしている。駆動軸部５１の上端部には、その側方に延びる第１支持アーム５２が設けられている。第１支持アーム５２には、第１炉蓋１３が支持されている。この第１支持アーム５２も炉蓋移動手段を構成する。

　第１炉蓋１３の中心部（重心部分）には、上方へ延びる連結部材５３が設けられており、その連結部材５３が第１支持アーム５２の先端部に連結されている。この第１支持アーム５２と連結部材５３との連結部分において、連結部材５３には、上下方向に沿った長穴５４が形成されている。一方、第１支持アーム５２には、この長穴５４に挿通される取付軸部５５が設けられている。このように第１支持アーム５２の取付軸部５５が連結部材５３の長穴５４に設けられることにより、第１支持アーム５２の先端部には、第１炉蓋１３が水平状態をなして吊下げ支持されている。

　そして、第１支持アーム５２の取付軸部５５は、長穴５４に沿って移動可能であるため、この連結部分に遊びが設けられた状態で、第１支持アーム５２と連結部材５３とが連結されている。また、横断面円形状をなす取付軸部５５により、連結部材５３や第１炉蓋１３は傾斜することも可能となる。そのため、坩堝１１の開口部２１やその周縁部が水平状態ではなく、若干の傾きが生じていたとしても、第１炉蓋１３が周縁部に当接すると、その当接部が有する傾きに追従して第１炉蓋１３も傾く。

　なお、連結部材５３、長穴５４及び取付軸部５５によって吊下げ支持手段が構成され、そのうち長穴５４及び取付軸部５５によって傾斜追従部が構成されている。

　また、図２に示すように、第１炉蓋駆動部５０は、軸移動手段としてのシリンダ６１と、外筒部６２とを有している。平面部２３の下方には軸収容筒部６３が設けられ、その下端にシリンダ６１のロッド側端面６１ａが取り付けられている。そして、シリンダ６１は、ロッド６４の出没方向が駆動軸部５１の軸線方向と同一となり、かつ当該軸線方向とロッド６４の軸線方向とが一致するように設けられている。ロッド６４の先端は、駆動軸部５１の下端面に取り付けられ、同一軸線となる駆動軸部５１及びロッド６４は、軸収容筒部６３内を上下に移動することが可能となっている。

　外筒部６２は、軸収容筒部６３の上部から上に延びるようにして、前記平面部２３に立設されている。外筒部６２の中心軸線は、駆動軸部５１及びロッド６４の中心軸線と同一となっており、この外筒部６２の内側中空部分に駆動軸部５１が挿通されている。外筒部６２の内面には、上下の端部に軸受部６５が設けられ、軸受部６５により駆動軸部５１が上下方向に移動可能に支持されている。

　また、外筒部６２の内面には、内側に突出するカムフォロア６６が設けられている。図４は、このカムフォロア６６の設置状態を示す一部断面図である。図４に示すように、カムフォロア６６は一対設けられており、それぞれが駆動軸部５１を間に介した状態で、真向いに設けられている。

　一方、駆動軸部５１の外周面には一対のガイド溝６７が形成され、各ガイド溝６７にカムフォロア６６がそれぞれ係合した状態となっている。それぞれのガイド溝６７は、第１ガイド溝６７ａと第２ガイド溝６７ｂとにより構成されている。第１ガイド溝６７ａは、駆動軸部５１の軸線方向に沿って直線状をなすように形成されている。第２ガイド溝６７ｂは、第１ガイド溝６７ａの下端から周方向に沿うとともに、斜め下方向に向かって形成されている。そのため、駆動軸部５１の移動は、カムフォロア６６と第１ガイド溝６７ａ及び第２ガイド溝６７ｂとのカム作用により、それらガイド溝６７ａ，６７ｂに案内される。

　図３に示すように、第１炉蓋１３が坩堝１１の開口部２１を塞ぐ位置に配置された状態では、カムフォロア６６は第１ガイド溝６７ａの上端部に配置されている。この状態では、シリンダ６１のロッド６４は没入し、駆動軸部５１がその上下移動範囲の下端位置に配置されている。この状態からシリンダ６１を駆動してロッド６４を伸長させると、駆動軸部５１は上に移動する。その駆動軸部５１の移動に伴って、第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３も開口部２１の上方へ向かって移動する。この場合、直線状をなす第１ガイド溝６７ａとカムフォロア６６とのカム作用により、駆動軸部５１の上への移動がガイドされる。これにより、駆動軸部５１が上に移動する場合に、駆動軸部５１の回動が抑制される。この場合、カムフォロア６６及び第１ガイド溝６７ａが移動案内手段に相当する。

　図３に二点鎖線で示すように、駆動軸部５１、第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３は、カムフォロア６６が第１ガイド溝６７ａの下端に位置するまで、上に移動する。その後、さらにシリンダ６１のロッド６４を伸長させると、カムフォロア６６は、第２ガイド溝６７ｂに入る。これにより、周方向に沿って傾斜するように延びる第２ガイド溝６７ｂとカムフォロア６６とのカム作用により、駆動軸部５１は回動しつつ上に移動する。これにより、第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３は旋回しつつ上に移動し、図１（ｂ）に示すように、坩堝１１の開口部２１の上方領域から離れた位置に配置される。

　なお、第２ガイド溝６７ｂは、駆動軸部５１の回動角、つまり第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３の旋回角が８０°となるように設定されている。

　その後、再度、第１炉蓋１３を、図３に示すように、開口部２１を塞ぐ位置に配置する場合は、以上とは逆の動作が行われる。すなわち、伸長した状態にあるシリンダ６１のロッド６４を没入させると、まず、第２ガイド溝６７ｂとカムフォロア６６とのカム作用により、駆動軸部５１は逆方向へ回動しつつ下へ移動する。それに伴って第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３は逆方向へ旋回し、第１炉蓋１３が開口部２１の上方領域に配置される。その後、さらにシリンダ６１のロッド６４を没入させると、第１ガイド溝６７ａとカムフォロア６６とのカム作用により、駆動軸部５１は下へ移動し、それに伴って第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３も下へ移動する。そして、カムフォロア６６が第１ガイド溝６７ａの上端に配置された状態となると、第１炉蓋１３が開口部２１を塞ぐ位置に配置される。

　次に、第２炉蓋１４について、図５もさらに参照しつつ説明する。図５は、金属溶解炉１０を示す平面図であり、第２炉蓋１４の配置が変更される様子を示している。

　第２炉蓋１４は、被溶解金属が溶解してなる溶湯を保持する場合に、開口部２１を塞ぐ蓋体として用いられる。図１（ｂ）に示すように、第２炉蓋１４の径Ｌ３は、集塵ダクト３１の内径Ｌ４よりも大きく形成されている。このため、図２及び図５に示すように、この第２炉蓋１４が坩堝１１の開口部２１の上方に配置されると、その平面視において、開口部２１が塞がれた状態となる。

　第２炉蓋１４は、その第２炉蓋１４を駆動して、当該第２炉蓋１４の配置位置を変更するための第２炉蓋駆動部７０を有している。図１及び図２に示すように、この第２炉蓋駆動部７０は、坩堝１１の周囲に設けられた平面部２３において、その坩堝１１に隣接して設けられている。

　第２炉蓋駆動部７０は、円筒状をなす回転筒部７１を有している。回転筒部７１は、平面部２３に設けられた支持用筒部７２の上に設置されている。回転筒部７１と支持用筒部７２は、その中空部の中心軸線が同一となるように設けられ、両者の間に介在する回転部材７３により、回転筒部７１がその中心軸線を中心として回動可能となっている。支持用筒部７２は、第１炉蓋駆動部５０を構成する外筒部６２の外周側に設けられ、外筒部６２が挿通されている。このため、回転筒部７１及び支持用筒部７２には、外筒部６２及びその外筒部６２に挿通された駆動軸部５１が挿通されている。この場合、回転筒部７１及び支持用筒部７２の中心軸線と、外筒部６２及び駆動軸部５１の中心軸線とは同一となっている。

　平面部２３には、支持用筒部７２に隣接して、回転駆動部７４が設けられている。回転駆動部７４の上部には回転ギア７５が上下方向を回転中心として設けられ、回転筒部７１の外周部に設けられたギア部７６とかみ合わされている。このため、回転ギア７５が回転すると、回転筒部７１が回転する。

　回転筒部７１には、その側方に延びる第２支持アーム７７が第１支持アーム５２の下側に設けられている。第２支持アーム７７には、第２炉蓋１４が水平状態をなすように支持されている。第２支持アーム７７は、その先端部が第２炉蓋１４の中心部に至るまで延び、下端部に第２炉蓋１４が取り付けられている。第２支持アーム７７に支持された状態の第２炉蓋１４は、集塵ダクト３１の上面よりも若干高い位置に配置されている。なお、この第２支持アーム７７も炉蓋移動手段を構成する。

　第２炉蓋駆動部７０がこのような構成を有するため、回転駆動部７４を駆動して回転ギア７５を回転させることにより、第２炉蓋１４は回動（旋回）する。この旋回により、第２炉蓋１４は、図５に示すように、坩堝１１の開口部２１の上方に配置された位置と、図１（ｂ）に示すように、開口部２１の上方領域から離れた位置との間で配置が変更される。この場合の第２支持アーム７７及び第２炉蓋１４の旋回角は、第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３と同様、８０°となるように設定されている。

　図２及び図５に示すように、第２炉蓋１４が開口部２１の上方に配置された状態では、第２炉蓋１４は、集塵ダクト３１の内側空間３６の上方に配置されている。ここで、前述したように、第２炉蓋１４は集塵ダクト３１の上面よりも若干高い位置に配置されている。また、第２炉蓋１４の径Ｌ３は、集塵ダクト３１の内径Ｌ４よりも大きく形成されている。このため、集塵ダクト３１の内側空間３６の上方に第２炉蓋１４が配置されることで、その内側空間３６が塞がれ、それによって坩堝１１の開口部２１の上方が塞がれることになる。これにより、坩堝１１内で熱が保持されて外部への熱放出が抑制されるため、坩堝１１内の溶湯を保持することが可能となる。

　以上の構成を有する金属溶解炉１０を用いて被溶解金属を溶解する溶解作業や溶湯の保持は、次のようにして行われる。

　まず、第１炉蓋駆動部５０及び第２炉蓋駆動部７０を駆動して、図１（ｂ）に示すように、第１炉蓋１３及び第２炉蓋１４を、坩堝１１の開口部２１の上方から離れた位置（待機位置）に配置する。この状態で、開放された坩堝１１の開口部２１から被溶解金属を投入する。

　次いで、第１炉蓋駆動部５０を駆動して、図１（ａ）及び図３に示すように、第１炉蓋１３を、前述した待機位置から開口部２１の上方領域へ旋回させるとともに、そこから下へ移動させて開口部２１を塞ぐ位置に配置する。この状態で、誘導コイル２４に交流電流を流して被溶解金属を誘導加熱するとともに、バーナー４１に燃料ガスを供給し、坩堝１１内にバーナー４１から火炎を噴射して被溶解金属を加熱する。

　同時に、集塵装置１２の吸引排出装置（図示略）を駆動して、集塵ダクト３１の内側空間３６から通気通路３３に流れる気流を発生させる。これにより、金属溶解時に発生して、注ぎ口２２から導出されたり、第１炉蓋１３から漏れ出したりしたガス等は、吸入口３４を介して通気通路３３に流入し、その後排出される。

　被溶解金属の溶解作業が終了すると、第１炉蓋駆動部５０を駆動して、第１炉蓋１３を、開口部２１を塞ぐ位置から待機位置に復帰させ、溶湯を注湯容器（図示略）へ移し替えるなど、次の作業が行われる。

　また、坩堝１１内に溶湯をそのまま保持する場合には、第２炉蓋駆動部７０を駆動して、図５に示すように、第２炉蓋１４を水平に旋回させて、待機位置から集塵ダクト３１の内側空間３６を上方から覆う位置に配置する。これにより、坩堝１１の開口部２１はその上方が塞がれるため、坩堝１１内からの熱放出が抑制され、溶湯を好適に保持できる。被溶解金属を坩堝１１に供給する場合には、第２炉蓋駆動部７０を駆動して、第２炉蓋１４をもとの待機位置に復帰させる。

　以上説明した本実施形態の金属溶解炉１０によれば、以下に示す効果が得られる。

　金属溶解炉１０を用いて、坩堝１１の被溶解金属を溶解させる場合、バーナー４１が設けられた第１炉蓋１３によって開口部２１が塞がれるため、溶解時の熱放出が抑制される。また、坩堝１１内の溶湯を保持する場合には、この第１炉蓋１３に代えて、バーナー４１が設けられていない第２炉蓋１４によって開口部２１が塞がれる。このため、第２炉蓋１４によって熱放出を抑制しながら溶湯を保持できるため、溶湯保持時に、坩堝１１内から発生する高熱にバーナー４１がさらされ続けて、バーナー４１の寿命が短くなることも抑制できる。

　第１炉蓋１３が坩堝１１の開口部２１から離れた位置に配置された状態で、第２支持アーム７７を旋回させて、開口部２１を塞ぐ位置に第２炉蓋１４を配置すれば、溶湯保持時に開口部２１から熱が放出されることを抑制できる。この構成では、第２炉蓋１４を上下に移動させる必要がなく、旋回動作させるだけで足りるため、構成を簡素化できる。

　第１支持アーム５２と第１炉蓋１３に設けられた連結部材５３との連結部分には、遊びが設けられている。そのため、坩堝１１が水平状態ではなく、若干の傾きが生じていたとしても、その傾きに合わせて第１炉蓋１３が傾斜するため、開口部２１と第１炉蓋１３との間に隙間が形成されて、そこから熱が放出されてしまうことを抑制できる。

　第１炉蓋１３の配置を移動させる第１炉蓋駆動部５０は、駆動軸部５１を有している。この駆動軸部５１がその軸線方向、つまり上下方向に移動することにより、第１支持アーム５２は上下に移動し、それに伴って第１炉蓋１３の配置が、坩堝１１の開口部２１を塞ぐ位置と開口部２１からその上方に離れた位置とに変更される。

　ここで、駆動軸部５１は横断面が円形状に形成されているため、その上下への移動時に回動する可能性があり、この駆動軸部５１の回動によって第１炉蓋１３が、坩堝１１の開口部２１の上方領域から外れてしまうおそれがある。この点、第１ガイド溝６７ａとカムフォロア６６とのカム作用により、駆動軸部５１は回動を規制されながら上下への移動が案内される。そのため、駆動軸部５１の回動が抑制され、第１炉蓋１３を開口部２１の上方領域に配置された状態を維持できる。これにより、第１炉蓋１３の配置を変更させるため、駆動軸部５１の上下への移動を繰り返したとしても、開口部２１を塞ぐ位置に第１炉蓋１３を確実に配置させることができる。

　第１炉蓋駆動部５０により、第１炉蓋１３は旋回移動して、坩堝１１の開口部２１からその上方に離れた位置と、その位置から旋回して開口部２１の上方領域から離れた位置とに配置される。このため、第２炉蓋１４によって開口部２１を塞いで坩堝１１内の溶湯を保持する場合に、第１炉蓋１３を旋回させて、開口部２１の上方領域から離れた位置に第１炉蓋１３が配置される。第１炉蓋１３がこの位置に配置されることにより、坩堝１１内の溶湯から放出される熱がバーナー４１に与える影響をより低減できる。

　第１炉蓋駆動部５０において、第１炉蓋１３を支持する第１支持アーム５２が駆動軸部５１に設けられ、第２炉蓋１４を支持する第２支持アーム７７が駆動軸部５１を挿通する回転筒部７１に設けられている。このため、一つの中心軸線上に駆動軸部５１と回転筒部７１とが設けられることになり、それらが別々の中心軸線を有するように設けられた構成と比べ、構成を簡素化できる。

　集塵装置１２として、坩堝１１の開口部２１の周囲に、周方向の一部が開放されたＣ字状をなす集塵ダクト３１が設けられている。この集塵ダクト３１の内周部分に設けられた吸入口３４から、金属溶解時や溶湯保持時に坩堝内で発生するガス等を吸入して排出することができる。坩堝１１の開口部２１を覆う集塵フード方式の集塵装置を仮に設置するとすれば、第１炉蓋１３及び第２炉蓋１４と、第１炉蓋駆動部５０及び第２炉蓋駆動部７０とを覆うような、大掛かりな集塵フードが必要となる。この点、坩堝１１の開口部２１の周囲に集塵ダクト３１が設けられるリングフードを採用したため、そのような大掛かりな集塵装置の設置が不要となる。

　なお、上記した実施形態に限らず、例えば次のように実施されてもよい。

　（１）上記実施の形態では、第２支持アーム７７を旋回させる回転筒部７１に、駆動軸部５１及び外筒部６２を挿通し、これらの中心軸線が同一となる構成が採用されている。この構成に代えて、回転筒部７１を回動軸部として駆動軸部５１とは別の位置に設置して、第１支持アーム５２と第２支持アーム７７とをそれぞれ支持する２つの支持部材を設けてもよい。

　（２）上記実施の形態では、集塵装置１２が設けられているが、この集塵装置１２は省略してもよい。この場合、第２炉蓋１４は、坩堝１１の開口部２１に配置されるように、その高さ位置が設定される。ただ、金属溶解時や溶湯保持時に発生するガス等を排出すべく、集塵装置１２を設けた構成を採用することが好ましい。

　また、集塵装置１２を設置する場合でも、上記実施の形態のようなリングフードではなく、坩堝１１の開口部２１、２つの炉蓋１３，１４、第１炉蓋駆動部５０及び第２炉蓋駆動部７０の構成を含め、これら全体を上方から覆う集塵フードを備えた集塵装置を採用してもよい。

　（３）上記実施の形態では、第１炉蓋駆動部５０は、第１支持アーム５２及び第１炉蓋１３を上下に移動させるだけでなく、旋回移動もするように構成されているが、旋回移動を省略した構成を採用してもよい。この構成でも、第１炉蓋１３を上に移動させて、開口部２１からその上方に離れた位置に配置されることで、溶湯からの熱がバーナー４１に与える影響を抑制することができる。

　（４）上記実施の形態では、第２炉蓋駆動部７０は、第２支持アーム７７及び第２炉蓋１４を旋回動作させるだけの構成とされているが、第２支持アーム７７及び第２炉蓋１４が旋回だけでなく上下に移動する構成を採用してもよい。この構成によれば、坩堝１１の開口部２１の上方に第２炉蓋１４が配置された状態から、その第２炉蓋１４を開口部２１側に移動させることにより、第２炉蓋１４の周縁部に隙間が形成されて、そこから熱が放出されることを抑制できる。

　（５）上記実施の形態では、第１炉蓋１３が第１支持アーム５２の先端部に吊下げ支持された構成を採用したが、第２炉蓋１４が第２支持アーム７７に取り付けられているように、第１炉蓋１３を第１支持アーム５２に取り付けた構成を採用してもよい。

　（６）上記実施の形態では、第１支持アーム５２と第１炉蓋１３に設けられた連結部材５３との連結部分には、長穴５４と取付軸部５５とにより遊びが設けられている。この遊びを設ける構成は省略してもよい。もっとも、坩堝１１が有する傾斜に第１炉蓋１３を追従させて隙間が形成されることを抑制する意味では、遊びが設けられた構成を採用することが好ましい。

　（７）上記実施の形態では、軸移動手段としてシリンダ６１を採用したが、例えば、ラック及びピニオンなどの機械的要素を用いて駆動軸部５１を上下に移動させるように構成してもよい。

　１０…ハイブリット式金属溶解炉、１１…坩堝、１３…第１炉蓋、１４…第２炉蓋、２１…開口部、２３…誘導コイル（誘導加熱手段）、３１…集塵ダクト、３４…吸入口、４１…バーナー、５０…第１炉蓋駆動部（炉蓋移動手段）、５１…駆動軸部（軸部）、５２…第１支持アーム（炉蓋移動手段）、５３…連結部材（吊下げ支持手段）、５４…長穴（吊下げ支持手段、傾斜追従部）、５５…取付軸部（吊下げ支持手段、傾斜追従部）、６１…シリンダ（軸移動手段）、６６…カムフォロア（移動案内手段）、６７ａ…第１ガイド溝（移動案内手段）、７０…第２炉蓋駆動部（炉蓋移動手段）、７１…回転筒部、７７…第２支持アーム（炉蓋移動手段）。

Claims (7)

1. 　上部に開口部が設けられ、内部に被溶解金属を収容する坩堝と、
   　前記坩堝の前記開口部の上方を塞ぐ炉蓋と、
   　前記坩堝内の被溶解金属に誘導電流を流して加熱する誘導加熱手段と、
   　前記坩堝内に火炎を噴射するバーナーと、
   を備えたハイブリット式金属溶解炉において、
   　前記炉蓋は、前記バーナーが設けられた第１炉蓋と、前記バーナーが設けられていない第２炉蓋とを有し、
   　前記被溶解金属を溶解させる場合に、前記第１炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置に配置される一方、前記被溶解金属が溶解してなる溶湯を前記坩堝内で保持する場合には、前記第１炉蓋を前記開口部から外した上で前記第２炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置に配置されるように、前記第１炉蓋及び前記第２炉蓋をそれぞれ移動させる炉蓋移動手段を備えたことを特徴とするハイブリット式金属溶解炉。
2. 　前記炉蓋移動手段は、
   　前記第１炉蓋を支持する第１支持アームと、
   　前記第１支持アームを上下に移動させて、前記第１炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置と、前記開口部からその上方に離れた位置とに配置する第１炉蓋駆動部と、
   　前記第１支持アームの下側に配置された第２支持アームと、
   　前記第２支持アームを旋回動作させて、前記第２炉蓋が前記開口部を塞ぐ位置と、前記開口部から離れた位置とに配置する第２炉蓋駆動部と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリット式金属溶解炉。
3. 　前記第１支持アームに前記第１炉蓋を水平状態で吊下げ支持する吊下げ支持手段を有しており、
   　前記吊下げ支持手段は、前記第１炉蓋を前記開口部に配置した場合に、前記開口部の傾斜に追従して前記第１炉蓋を傾斜させる傾斜追従部を有していることを特徴とする請求項２に記載のハイブリット式金属溶解炉。
4. 　前記坩堝の前記開口部に隣接した位置に、横断面円形状をなす軸部が立設され、
   　前記第１支持アームは、前記軸部から側方に延びるように設けられており、
   　前記第１炉蓋駆動部は、
   　前記軸部をその軸線方向へ移動させる軸移動手段と、
   　前記軸部の回転を規制しつつ上下への移動を案内する移動案内手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載のハイブリット式金属溶解炉。
5. 　前記軸部が挿通される回転筒部を有し、前記第２支持アームは、前記回転筒部に当該回転筒部から側方に延びるように設けられ、
   　前記第２炉蓋駆動部は、前記回転筒部を回転駆動させるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のハイブリット式金属溶解炉。
6. 　前記第１炉蓋駆動部は、前記第１炉蓋が、前記開口部からその上方に離れた位置と、その位置から旋回して前記開口部の上方領域から離れた位置とに配置されるように、前記第１支持アームを旋回移動させるようにしたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のハイブリット式金属溶解炉。
7. 　前記坩堝の前記開口部の周囲に環状をなすように設けられ、その内周部分に吸入口を有する集塵ダクトを備え、
   　前記第２支持アームは、その旋回動作によって前記第２炉蓋が前記集塵ダクトの内側空間を上方から覆う位置に配置される高さ位置に設けられていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載のハイブリット式金属溶解炉。

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