专利名称：金属熔化用燃气冲天炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造铸铁熔液等金属熔液的金属熔化用燃气冲天炉。
背景技术：
以往，公知利用焦炭的热量来熔化生铁等装入材料的焦炭冲天炉。此外，近年来公 知一种金属熔化用燃气冲天炉，该冲天炉从有效利用资源等观点出发，具有能够产生可将 装入材料熔化的燃烧火焰的燃烧器。此外，还公知一种并用焦炭和由燃烧器产生的燃烧火 焰的金属熔化用燃气冲天炉(专利文献1)。此外，还公知一种在炉体的熔化室内具有燃烧 器的金属熔化炉(专利文献2)。专利文献1 日本特公昭57-27382号公报专利文献2 日本特开2000-274958号公报采用上述的利用燃烧器的燃烧火焰来熔化装入物的燃气冲天炉，燃烧火焰的熔融 能力未必充分。因此，在高效且迅速地熔化装入物的方面存在极限。另外，采用除了利用燃 烧器的燃烧火焰之外还利用焦炭的热量来熔化装入物的燃气冲天炉，虽然能够利用焦炭来 提高燃烧火焰的熔融能力，但是除了需要用燃烧器燃烧的燃料之外，还另外需要大量焦炭。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而做成的，目的在于提供一种能够利用燃烧器的燃烧火焰 高效地熔化装入物的金属熔化用燃气冲天炉。本发明的金属熔化用燃气冲天炉的特征在于，(i)包括炉体，其具备熔化室和熔 液排出口，该熔化室用于熔化以金属为基材的装入物，该熔液排出口用于排出上述装入物 在上述熔化室内熔化后形成的熔液；多台燃烧器，其设置于上述炉体，用于使燃料燃烧而形 成燃烧火焰，且向上述熔化室内的上述装入物喷出上述燃烧火焰，使上述熔化室内的上述 装入物熔化，(ii)在沿水平方向剖切上述炉体而得到的剖视图中，各个上述燃烧器利用自 各个上述燃烧器喷出的燃烧火焰使上述熔化室内的上述装入物产生呈空洞状的空洞状熔 化部，(iii)以使相邻的多个上述空洞状熔化部重叠的方式配置多台上述燃烧器，(iv)在 熔化上述装入物时，连通各个上述空洞状熔化部和上述熔液排出口。燃烧器产生自各燃烧器排出的燃烧火焰，利用燃烧火焰在装入到熔化室内的装入 物中产生呈空洞状的空洞状熔化部。在熔化装入物时，以相邻的空洞状熔化部彼此的至少 一部分重叠而形成重叠部分的方式配置多台燃烧器。结果，在熔化装入物时，相邻的空洞状 熔化部彼此连通。因此，能够连通各个空洞状熔化部和熔液排出口。由此，熔化后的装入物 (熔液)易于流向熔液排出口，因此能够高效地熔化装入物。装入物以金属作为基材。作为 金属，例如可以使用铁(例如铸铁、铸钢、不锈钢、合金钢)系金属。作为装入物，代表性的 是碎铁等废料、生铁铸块等，也可以使用硅铁合金、锰铁合金等添加材料。本发明的金属熔化用燃气冲天炉可以为下述形态。在熔化装入物时，必须使各燃烧器的燃烧火焰所形成的空洞状熔化部重叠地配置3多台燃烧器中的相邻的燃烧器。即，必须以下述方式配置燃烧器，即，能使自燃烧器排出的 燃烧火焰所形成的呈空洞状的空洞状熔化部的至少一部分彼此重叠而形成重叠部分的方 式。结果，在熔化装入物时，能够使各空洞状熔化部与熔液排出口相连通。即，能使一空洞 状熔化部借助另一空洞状熔化部与熔液排出口相连通。由此，在一空洞状熔化部中熔化后 的装入物(熔液)易于流向熔液排出口，因此能够抑制熔液滞留在熔化室内。因而，能够高 效地熔化装入物，从而能够提高熔化速度。优选金属熔化用燃气冲天炉具备排出通路，其连通炉体的熔化室和外部空气，且 将熔化室内的燃烧气体排出到外部空气中；开闭门，其开通或关闭排出通路；驱动部，其沿 开闭门的开闭方向驱动开闭门。在该情况下，当关闭开闭门、或减少开闭门的开通量时，能 够提高熔化室的密闭性和封闭性，从而能够将燃烧火焰所产生的燃烧气体(氧气使燃料氧 化燃烧后产生的燃烧气体)贮存在熔化室内，易于将熔化室维持成氧化力弱的气氛或非氧 化性的气氛。此外，还能抑制强氧化性的外部空气进入到熔化室内，因此易于将熔化室维持 成氧化力弱的气氛或非氧化性的气氛。此外，在过度增加熔化室的炉压时，若开通开闭门， 能够调低熔化室的炉压。因而，优选该燃气冲天炉设置有连通炉体的熔化室和外部空气且将熔化室内的燃 烧气体排出到外部空气中的排出通路、开通和关闭排出通路的开闭门以及沿开闭方向驱动 开闭门的驱动部。开闭门可以是转动式，也可以是直动式。在沿水平方向剖切炉体而得到的剖视图中，炉体例如可以是非圆形的形状。非圆 形的形状是指除圆形之外的形状，在剖视图中例示了扁平圆形、长圆形、梯形等。优选在熔液排出口侧配置有加碳装置，该加碳装置对自熔液排出口排出的熔液进 行加碳和升温。能够使加碳装置的排气口与熔化室相连通。优选该燃气冲天炉配置有注入 装置，该注入装置将氧气或空气供给到熔化室中而调整熔液的成分。在配置有该注入装置 的情况下，能够调整熔液的成分。优选在熔化室的底部设置有炉床面，且炉床面朝向熔液排出口侧倾斜下降。可以 适当地设定倾斜角度。在该情况下，能够使熔化后的熔液沿炉床面流下而自熔液排出口排 出该熔液。因此，能够提高自熔液排出口排出的熔液的排出速度，从而能够抑制熔液滞留在 熔化室内。因而，能够高效地熔化装入物。此外，亦能抑制熔液所含有的合金元素的由氧化 而产生的消耗。采用本发明，使相邻的多个空洞状熔化部重叠地配置燃烧器，且在熔化装入物时， 连通各空洞状熔化部和熔液排出口。因而，在空洞状熔化部中熔化了的装入物(熔液)易 于经由另一空洞状熔化部而流向熔液排出口，从而能够抑制熔液滞留在熔化室内，因此能 够高效地熔化装入物。故可以无需使用焦炭、或减少焦炭的使用量。
图1涉及实施方式1，是一并表示设备和燃气冲天炉的结构图。图2涉及实施方式1，是示意性地表示沿水平方向剖切燃气冲天炉后的状态的剖 视图。图3涉及实施方式2，是一并表示设备和燃气冲天炉的结构图。图4涉及实施方式3，是示意性地表示沿水平方向剖切燃气冲天炉后的状态的剖视图。图5涉及实施方式4，是示意性地表示沿水平方向剖切燃气冲天炉后的状态的剖 视图。图6涉及实施方式5，是示意性地表示加碳装置的剖视图。图7涉及实施方式6，是示意性地表示燃气冲天炉的炉床面附近的部分的结构图。图8是试验例2的曲线图。图9是试验例2的曲线图。附图标记说明1、炉体；10、熔化室；11、熔液排出口 ；12、预热带；13、炉床面；17、排出通路；19、 冷却通路；2、装入物；3、燃烧器组；4、燃烧器；41、燃烧火焰；42、空洞状熔化部；44、重叠部 分；5、开闭门机构；50、开闭门；51、驱动部；52、门控制部；6、炉压控制装置；60、压力导管； 61、炉压计；8、氧气注入装置；9、加碳装置；90、填充层；92、熔液入口 ；93、熔液出口 ；96、排气口。
具体实施例方式实施方式1如图1所示，本实施方式的金属熔化用燃气冲天炉用于形成铸铁的熔液，包括筒 状的炉体1和设置于炉体1的燃烧器组3。作为铸铁，可例示片状石墨铸铁、球墨铸铁、蠕 虫状石墨铸铁等。炉体1是沿重力方向的立式的装置，炉体1具备熔化室10和熔液排出口 11，该熔化室10用于熔化以金属为基材的装入物2，该熔液排出口 11用于排出装入物2在 熔化室10内熔化后形成的熔液。熔化室10中的上部侧的部分形成为用于预热装入物2的 预热带12。熔液排出口 11形成在炉体1的底部附近。在熔化室10的底部侧形成有朝向 熔液排出口 11侧倾斜下降的炉床面13。优选熔液排出口 11形成在炉床面13的最底部。 在熔化室10的上方设置有能够开通或封闭熔化室10的上方的气密盖14。在熔化室10的 上方设置有用于将装入物2投入到熔化室10内的投入部15。投入部15包括具有投入料 斗15b且能够前进和后退的投入推杆15a ；使投入推杆1 前进和后退的驱动源15c (液压 缸)；加强熔化室10与外部空气的隔断性的能够开闭的气密开闭门15d。在将装入物2投入到熔化室10中时，打开气密开闭门15d。装入物2是以金属为 基材的碎铁(scrap)及生铁铸块(ingot)中的至少一种。可以适当地混合硅铁合金、锰铁 合金等合金添加材料。作为碎铁和生铁铸块，例如可以是铁(例如铸铁、铸钢、不锈钢、合金 钢)系。通常，将装入物2装填至熔化室10的炉顶附近，但并不限于此。另外，优选不将石 墨等那样的燃烧的碳材料自投入部15投入到熔化室10内。采用燃气冲天炉，在将装入物 2投入到熔化室10中后，马上能在短时间(例如几分钟)内熔化装入物2。在炉体1的下部设置有由多台(在图2所示的实施例中为3台)燃烧器4(参照 图2)构成的燃烧器组3。将气体状或液状的燃料和氧气供给到燃烧器4中。因而，燃烧器 4是通过以规定范围内的氧气比使燃料氧化燃烧而形成燃烧火焰41的燃烧器。将氧气比 定义成氧气的量与燃烧的氧气的量(当量)的质量比。燃烧火焰41的温度例如是1700 3500 0C左右、2000 3200 °C左右。这样，在燃气冲天炉中，能够将用于使装入物2熔化的熔 化温度维持成高温。这样，由于燃烧器4的燃烧火焰41是高温的，因此即使是熔点比生铁5高的碎铁那样的金属材料，也能被轻易地熔化。但是，虽然燃烧器4的燃烧火焰41是高温 的，但在燃烧器4内产生的燃烧火焰41的热容较小，具有能够较好地向装入物2传递热而 燃烧火焰41自身的温度容易下降的特性。如图1所示，燃烧器4朝下地以角度θ 1相对于假想水平线W倾斜，以使燃烧器4 的燃烧火焰口 40相对于假想水平线W位于下方。θ 1例如可以是10 50度、15 45度。 燃烧器4的燃烧火焰口 40接近于由耐火物形成的炉床面13且与炉床面13相面对。自燃 烧器4的燃烧火焰口 40排出的燃烧火焰41与炉床面13接触。因而，燃烧器4向熔化室10 内的装入物2喷出燃烧火焰41，且使熔化室10内的装入物2熔化。之所以自燃烧器4的燃 烧火焰口 40产生燃烧火焰41，是因为被供给到燃烧器4中的燃料在氧气的作用下氧化燃 烧。然后，氧化燃烧后的燃烧气体残留在熔化室10中。在燃烧器4中，由于不利用包括氮 气和氧气的空气、而是利用实质上不含氮气的氧气来使燃料燃烧，因此虽然燃烧气体残留 在熔化室10中，但却能抑制大量的氮气残留在熔化室10内。因而，不用在熔化室10内对 空气中所含有的无助于燃烧的氮气进行加热，能够提高冲天炉的热效率。此外，连通外部空气和炉体1的熔化室10的排出通路17设置在炉体1的上部。排 出通路17将熔化室10内的燃烧气体排出到外部空气中。排出通路17的入口 17i与熔化 室10相面对。排出通路17的出口 17p与外部空气相面对。在排出通路17中设置有用于 开通或关闭入口 17i侧的开闭门机构5。开闭门机构5包括开闭门50，其设置在排出通路 17的入口 17i处，且该开闭门50用于开通和关闭排出通路17 ；驱动部51，其沿开闭门50的 开闭方向驱动该开闭门50 ；门控制部52，其借助信号线51a控制驱动部51。可以利用电动 机机构形成驱动部51。炉压控制装置6包括压力导管60，其检测熔化室10中的、燃烧器4附近的压力； 炉压计61，其经由压力导管60接受熔化室10的炉压；控制部62，来自炉压计61的炉压信 号自信号线61a输入到该控制部62中。控制部62借助信号线6 控制门控制部52、进而 控制开闭门50。在该情况下，当关闭开闭门50、或减少开闭门50的开通量时，能够提高熔 化室10的密闭性和封闭性。在该情况下，优选将熔化室10的炉压维持成高于大气压的状 态。在该情况下，能够抑制含有氧气的外部空气进入到熔化室10内，从而能够抑制由氧化 而产生消耗熔化室10内的装入物2。为了提高熔化室10的炉压，减小开闭门50的开度即 可。采用本实施方式，如上所述熔化室10的封闭性较高，因此能够使利用燃烧器4的 燃烧火焰41的燃烧而产生的燃烧气体(燃料氧化燃烧后形成的燃烧气体)在熔化室10内 上升，并且贮存在熔化室10内。因此，易于将熔化室10维持成弱氧化性的气氛或非氧化性 的气氛。此外，当关闭开闭门50、或减少开闭门50的开通量时，能够抑制氧化力强的外部空 气进入到熔化室10内。因此，易于将熔化室10维持成氧化力弱的气氛或非氧化性的气氛。 因而，能够抑制由氧化而产生的装入物2的消耗。在操作过程中，熔化室10基本上是密闭室。熔液排出口 11以外的开口实质上是不 存在的、或较少。因此，外部空气可能自熔液排出口 11进入到熔化室10中而使熔融后产生 的熔液被外部空气氧化。特别是，由于熔融部存在于熔液排出口 11的附近，因此在熔融部 中熔融后产生的熔液可能被外部空气氧化。那么，当利用炉压计61借助压力导管60测量 熔化室10的炉压且使该炉压大于大气压地控制熔化室10的炉压时，虽然炉内气氛中的少量会经由熔液排出口 11流出到外部空气侧，但仍能抑制大量的外部空气自熔液排出口 11 过量地进入到熔化室10中。其中，优选控制熔化室10的炉压，以抑制炉内气氛经由熔液排 出口 11过量地流出到外部空气侧。因而，优选不要使熔化室10的炉压过度上升。另外，装 填在熔化室10的上部侧的装入物2被燃烧气体排出的热量预热。此外，在熔化装入物2时，当熔化室10的炉压过度上升时，检测到炉压过度上升的 炉压控制装置6使开闭门50打开。由此能够调低熔化室10的炉压。在熔化过程中，高温 的燃烧火焰41与装入物2直接接触而传递热量。由此能够减小高温的燃烧火焰41与炉体 1的接触面积，有利于抑制炉体1的壁IX热损伤。将可熔融的材料作为装入物2装入熔化 炉中，但不能将不可熔融而可燃烧的碳等材料作为装入物2装入熔化炉中。只要向熔化室 10适当地投入装入物2，就能在熔化室10内进行连续熔化。本实施方式的燃气冲天炉设置有吸引装置7，该吸引装置7辅助进行将熔化室10 内的燃烧气体排出到外部的排出操作。吸引装置7包括配置在排出通路17内的气体放出 用喷射器70 (气体放出工具)、储存高压气体(例如空气、氮气、氩气等惰性气体)的高压罐 71、和设置在高压罐71与喷射器70之间的流量调整阀72。炉压控制装置6借助信号线7 控制流量调整阀72的开度。当利用流量调整阀72调整了被储存在高压罐71中的高压气 体(例如空气、氮气、氩气等惰性气体)的流量后，将该高压气体供给到喷射器70中。自喷 射器70的排出口 70i排出的气体被排出到外部空气中，此时该气体带动在排出通路17内 残留的燃烧气体移动而排出该燃烧气体。因此，喷射器70能够辅助调整熔化室10内的炉 压。图2是示意性地表示沿水平方向剖切炉体1后的状态的剖视图。如图2所示，由 多台燃烧器4构成的燃烧器组3相对于炉体1的中心线Ilx配置在靠熔液排出口 11侧的 位置上。燃烧器4配置在熔液排出口 11侧，但却未配置在熔液排出口 11的相反侧。因而， 在以中心线Ilx为中心的周向上，多台燃烧器4并未配置在整个圆周上。利用自一台燃烧器4排出的燃烧火焰41使熔化室10的装入物2产生圆筒状或酷 似圆筒的空洞状的空洞状熔化部42。在图2中大概地表示多个空洞状熔化部42。以下述方式配置彼此相邻地设置在绕 中心线Ilx的周向上的燃烧器4，即，使该燃烧器4的相邻的空洞状熔化部42彼此重叠而形 成重叠部分44。特别是，以下述方式配置燃烧器4，即，使自燃烧器4排出的燃烧火焰41所 形成的呈空洞状的空洞状熔化部42的前端部42a(空洞状熔化部42的一部分)彼此重叠 而形成重叠部分44 (相当于熔化装入物2的熔化部)。即，彼此相邻地设置在以中心线Ilx为中心的周向(箭头Rl方向)上的空洞状熔 化部42彼此在周向上重叠、且在周向上连通。这里，多个空洞状熔化部42中的至少一个空 洞状熔化部42与熔液排出口 11相连通。由此，在熔化装入物2时，一空洞状熔化部42借助 另一空洞状熔化部42与熔液排出口 11相连通。或者，一空洞状熔化部42直接与熔液排出 口 11相连通。因而，易于使利用多个空洞状熔化部42中的任意的空洞状熔化部42熔化了 的装入物2 (熔液)流向熔液排出口 11，从而能够自熔液排出口 11快速排出该装入物。因 此，能够抑制装入物2熔化后形成的熔液滞留在熔化室10内。进而，能够高效地熔化装入 物2。特别是，由于朝向熔液排出口 11侧倾斜下降地配置炉床面13，所以熔液易于流向熔液 排出口 11。因此，能够进一步抑制装入物2熔化后形成的熔液滞留在熔化室10内，从而能够帮助提高熔化速度。由此，可以不用使用焦炭、或者能够大幅减少焦炭的使用量。此外， 由于能够抑制熔液滞留而快速地排出熔液，因此还能抑制熔液所含有的合金元素的消耗。这里，在将一个燃烧器4的燃烧火焰41所形成的1个空洞状熔化部42的空洞体 积Va设为100%时，优选在形成重叠部分44时，使空洞体积Va中的以体积比计10 90%、 特别优选30 80%的部分重叠而形成重叠部分44。另外，重叠部分44相对于炉体1的中 心线Ilx配置在靠熔液排出口 11侧的位置上。重叠部分44是温度例如为1800 3300°C 左右、2000 3200°C左右、特别优选2500 3000°C左右的高温区域。因而，在重叠部分44 中能够在短时间内熔化装入物2。此外，重叠部分44位于炉床面13的附近。因此，熔液能 够沿倾斜状态的炉床面13快速流下而自熔液排出口 11排出。也可以在熔液排出口 11附 近配置具有辅助作用的辅助燃烧器，该结构未图示。这里，如图2所示，彼此相邻地设置在周向上的呈空洞状的空洞状熔化部42的基 端部42c彼此基本上未重叠，形成非重叠部42u。另外，即使上述基端部42c彼此重叠，重叠 量也不大。结果，获得能够抑制用于形成炉体1的熔化室10的壁Ix热损伤的优点。换言之，根据图2可知，与空洞状熔化部42的基端部42c (相当于燃烧火焰41的 基端部)重叠时的重叠部分的重叠量相比，比该重叠量大地设定空洞状熔化部42的前端部 42a(与作为燃烧火焰41的一部分的前端部相当)彼此重叠而成的重叠部分44的重叠量。 这里，空洞状熔化部42的前端部4 是指空洞状熔化部42中的远离燃烧器4的一侧的部 分。空洞状熔化部42的基端部42c是指空洞状熔化部42中的燃烧器4侧的部分。在装入物2中的因被熔化而形成为空洞状的空洞状熔化部42中，装入物2在重力 的作用下自上方下落到该空洞状熔化部42中。落下的装入物2在空洞状熔化部42中被陆 续熔化，变成熔液。由此能够抑制装入物2熔化后形成的熔液在熔化室10内滞留，能够使 熔液沿炉体1的炉床面13流向熔液排出口 11而自熔液排出口 11排出。然后，将熔液贮存 在被配置于熔液排出口 11下方的保持炉(未图示)中。采用本实施方式，在利用燃烧火焰41形成的呈空洞状的空洞状熔化部42的前端 部4 彼此重叠而成的重叠部分44的附近，与该空洞状熔化部42相连通地配置熔液排出 口 11。在熔化装入物2时，通过连通熔液排出口 11和多个空洞状熔化部42，能够易于使熔 化后的装入物2(熔液)流向熔液排出口 11。因此能够抑制熔液滞留在熔化室内、提高熔液 的排出速度，从而能够高效地熔化装入物2。在熔融装入物2时，该装入物2的熔融部分沿炉体1的炉床面13流动而流向熔液 排出口 11。这样，能够在短时间内熔化装入物2而形成熔液。因此，能够抑由氧化而产生的 制合金成分的消耗。因而，熔液暴露在燃烧气体中的时间较短，有利于维持熔液的品质。优 选装入物2熔融后形成的熔融部分位于炉床面13的正上方。自燃烧火焰41排出的燃烧气 体在熔化室10中随着热量一齐上升。因此，能够在预热带12处预热熔化室10中的装入物 2。如上所述装入物2的熔化速度较快，因此熔化室10内的装入物2的下落速度也较块，进 而装入物2在熔化室10的预热带12处滞留的时间也较短。因此，还能抑制装入物2在熔 化室10的预热带处因氧化而被消耗及抑制合金元素在该处被消耗。采用本实施方式，自燃烧器4排出的燃烧火焰41以自划分炉体1的熔化室10的 壁Ix离开距离的方式被排出。因此，能够抑制该壁Ix过热，抑制热量对壁Ix的损伤。随着熔液的生成，熔化室10内的装入物2逐渐减少。因此，打开炉体1的气密开闭门15d，使驱动源15c进行驱动而使投入推杆1 前进，利用投入料斗1 将装入物2投 入到熔化室10中。由燃烧火焰41产生的燃烧气体上升，使投入到熔化室10中的装入物2 在预热带12处被预热。燃烧气体是氧气使燃料氧化燃烧后形成的燃烧气体，基本上没有不 利于燃烧反应的氮气，所以热效率较高。
采用本实施方式，如图1所示，气氛调整用的氧气注入装置8配置于炉体1，该氧气 注入装置8具有以高压贮存氧气或含氧气体的氧气罐80。自氧气罐80引出的导出管81的 前端部81a穿过炉体1的壁Ix而进入到熔化室10内而位于燃烧器4的燃烧火焰41的附 近，且该前端部81a位于空洞状熔化部42的重叠部分44的附近。因此，在装入物2熔融而 产生熔液的状态下，当打开阀82时，能够自导出管81的前端部81a将氧气罐80中的氧气喷 向熔液。由此，能够使熔液所含有的成分(例如碳、硅、锰、磷、硫磺等)氧化而消耗。在该 情况下，能够调整熔液的成分。像要求高强度的高张力钢等那样的钢中，因为存在碎铁，所 以锰的含量较高。另一方面，通常，铸铁中的锰含量较低。另外，在必要时打开阀82即可。实施方式2图3表示本发明的实施方式2。本实施方式基本具有与上述实施方式相同的结构 和作用效果。熔液排出口 11包括上壁11a、下壁11c、在熔液排出口 11处自上壁Ila向下 方突出设置的虹吸(siphon)分隔壁lib、自下壁lie向上方突出设置的出口拦截部lid、以 及虹吸贮液空间lie。这样，熔液排出口 11形成为能够阻止外部空气进入到熔化室10内 的外部空气进入防止构造，且为虹吸式构造，出口拦截部Ild的上端Ildu相比虹吸分隔壁 lib的下端Ilbe位于靠上方的位置。熔液滞留在虹吸贮液空间lie中而被保持在该空间中，因此能够提高熔化室10与 外部空气的隔断性和密封性。但即使在该情况下，熔化室10中的炉压也为负压，外部空气 可能进入到熔化室10中。因此，在本实施方式中设置有用于开通和关闭排出通路17的开 闭门50，能够通过使开闭门50也关闭而关闭排出通路17，调整炉压。因此，在本实施方式 中并未设置喷射器70。实施方式3图4表示本发明的实施方式3。图4表示沿水平方向剖切炉体1而得到的剖视图。 如图4所示，相对于熔化室10的中心线Ilx沿放射方向呈扇形地配置用于构成燃烧器组3 的多台燃烧器4。多台燃烧器4在绕中心线Ilx的周向(箭头Rl方向)上并未配置在整个 圆周上。利用自燃烧器4排出的燃烧火焰41在熔化室10的装入物2中产生圆筒状或酷似 圆筒的空洞状的空洞状熔化部42。在图4中大概地表示空洞状熔化部42。以下述方式配 置燃烧器4，即，使该燃烧器4的彼此相邻的多个空洞状熔化部42的前端部4 彼此重叠。结果，在熔化装入物2时，能够连通熔液排出口 11和多个空洞状熔化部42。由此， 易于使在各空洞状熔化部42中熔化了的装入物2的熔液流向熔液排出口 11。因此，能够抑 制熔液滞留在熔化室10内。此外，由于朝向熔液排出口 11侧倾斜下降地配置炉床面13，所以熔液沿炉床面13 流下而自熔液排出口 11排出。因此，能够进一步抑制熔液滞留在熔化室10内，能够高效地 熔化装入物2。另外，可以在实施方式1、2中组合使用实施方式3的特征。实施方式4
图5表示本发明的实施方式4。图5示意地表示沿水平方向剖切炉体1后得到的 剖视图。炉体1不是圆形。即，炉体1的截面形状是包括彼此面对的长边状的两个第一边 部la、lb、和彼此面对的短边状的两个第二边部lc、ld，炉体1的截面形状类似于梯形的形 状。第一边部la、lb不是直线状，是向外侧突出地弯曲的形状。第二边部lc、ld不是直线 状，是向外侧突出地弯曲的形状。如图5所示，朝向熔化室10的中心线Ilx地配置用于构 成燃烧器组3的多台燃烧器4。与其他实施方式相同，自燃烧器4排出的燃烧火焰41使熔化室10内的装入物2 熔化，在装入物2中产生圆筒状或酷似圆筒的空洞状的空洞状熔化部42。在图5中大概地 表示空洞状熔化部42。以下述方式配置多台燃烧器4，即，使各燃烧器4所形成的多个空洞 状熔化部42 (彼此相邻的空洞状熔化部4 重叠而形成重叠部分44。由此，在熔化装入物 2时，能够连通熔液排出口 11和各空洞状熔化部42。由此，易于使在各空洞状熔化部42中 熔化了的装入物2(熔液)流向熔液排出口 11，因此能够高效地熔化装入物2。实施方式5图6表示本发明的实施方式5。本实施方式具有基本上与实施方式1 4相同的 结构和作用效果。在炉体1的熔液排出口 11侧设置有加碳装置9。加碳装置9具有向自熔 液排出口 11排出的熔液加碳的功能、和使自熔液排出口 11排出的熔液升温的功能。加碳装置9包括壳体90c，其填充有石墨等碳材料，且具有用于形成填充层90的 空间，该填充层90具有熔液透过性；碳材料投入口 91，其供碳材料自箭头Hl方向投入而形 成填充层90 ；熔液入口 92，其将自熔液排出口 11排出的熔液供给到填充层90中；熔液出 口 93，其将通过了填充层90的熔液排出；氧气供给通路94，其将燃烧用的氧气或空气供给 到填充层90的内部。在进行加碳处理时，自氧气供给通路94将氧气或空气供给到填充层90中，填充层 90燃烧而产生二氧化碳，并且达到高温。这里，在填充层90中，可以利用空气使碳材料燃 烧，也可以利用二氧化碳使碳材料燃烧。在炉体1的熔化室10中熔化而成的熔液经由熔液 排出口 11自熔液入口 92被供给到正在燃烧的填充层90中，在填充层90中被进行加碳调 整和温度调整，然后自熔液出口 93排出。加碳装置9具有与炉体1的预热带12相连通的 排气口 96。自加碳装置9产生的燃烧排气为非氧化性气氛或还原性气氛(含有C 0的气 体)，该燃烧排气在排气口 96中流动而自排气口 96被供给到炉体1的预热带12中。这里，由于碳材料被消耗，因此随时自投入口 91补充碳材料。另外，由于填充层90 是填充有粒状、粉末状、纤维状等碳材料的集合体，因此熔液与填充层90以较大的接触面 积接触，能够提高对熔液的加碳效率。另外，可以在其他实施方式中组合使用实施方式5的 特征即加碳装置9。实施方式6图7表示本发明的实施方式6。本实施方式具有基本上与实施方式1相同的结构 和作用效果。在形成于炉体1的底部侧的炉床面13的下部埋设有用于冷却炉床面13的冷 却通路19。朝向熔液排出口 11侧倾斜下降地配置炉床面13。制冷剂在冷却通路19中通 过。作为制冷剂，可以举出冷却水等冷却液体、冷却空气、喷雾等。当制冷剂在冷却通路19 中流动时，炉床面13被冷却。结果，在炉床面13上形成熔液凝固后形成的膜状的凝固保护 层19c，覆盖且保护炉床面13。
这样，由于熔液凝固后形成的凝固保护层19c覆盖且保护炉床面13，因此能够抑 制燃烧器4的燃烧火焰41与由耐火材料制成的炉床面13直接接触，从而能够抑制炉床面 13受损。另外，也可以在炉体1中的设置有燃烧器4的沿垂直方向延伸的壁附近形成冷却 通路，从而利用凝固保护层覆盖且保护该壁附近，该结构未图示。另外，可以在其他实施方 式中组合使用实施方式6的特征即冷却通路19和凝固保护层19c。试验例1使用上述实施方式2的燃气冲天炉进行了试验。炉体1的炉径为600毫米、炉体 1的高度为1800毫米。6台燃烧器4配置在炉体1中。在熔液排出口 11处安装有图6所 示的碳燃烧型加碳装置9 (容量为100kg)。并且，在试验中使用了 100毫米X50毫米X6 毫米左右的由钢的碎片(以质量比计含有C 0. 05%, Mn 0. 8% )构成的粉碎材料。并且， 将粉碎材料设定为96质量部，将硅铁(1 3毫米、以质量比计含有Si 75%)设定为4质 量部。将混合有粉碎材料和硅铁的装入物2装入至熔化室10的炉顶附近的高度。将燃烧 器4的安装角θ 1 (参照图1)设定为20度。将供给到所有的燃烧器4中的燃烧气体的总 量(13Α)设定为36Nm3/h，将氧气的量设定为72Nm3/h。并且，将燃料气体和氧气均等地供给 到各燃烧器4中，进行熔化处理。将氧气比设定为0.81。这里，将氧气比定义成氧气的量与 完全燃烧所需的氧气的量(当量O2)的质量比。在氧气比为1时，能使燃料完全燃烧。根据熔化试验的结果得知，在将氧气比设定为0. 81时，熔化能力为750kg/h，最高 效率为M%。将效率定义为熔化消耗的热量/气体产生的热量。在熔液排出口 11处获得 1430°C、含有C 0. 05%的熔液。相对于此，当熔液通过了加碳装置9的填充层90后，由于 加碳装置9对熔液进行了温度处理和加碳处理，因此熔液变成1500°C、以质量比含有C :3% 的熔液。该熔液的基本组成是以质量比计含有C 3%, Si 2. 6%, Mn :0. 5%，可以用作铸 铁熔液。在试验例1中，之所以将氧气比设定为0. 81，是为了谋求减少氧气的量、抑制合金 成分的消耗。这里，铁的消耗以质量比计为0.7%。硅的消耗以质量比计为13%，锰的消耗 较多，为35%以上。这样，采用上述实施方式的冲天炉，虽然使用Mn :0. 8%的锰含量较高的碎片，但 却能使锰氧化而消耗该锰。因而，即使在将含有过量的锰的高张力钢等的碎片用作装入物 2的情况下，也能消耗锰。故有利于获得不希望含有过量的锰的铸铁熔液的组成。试验例2使用上述实施方式2的燃气冲天炉采用与试验例1相同的方法进行了试验。只将 球墨铸铁的回炉料(以质量比计含有C :3. 75%, Si 2. 6%, Mn :0. 23% )装入至熔化室10 的炉顶。将多台(6台)燃烧器4配置在炉体1中。将燃烧器4的安装角θ 1设定为20度。 在熔液排出口 11处，自炉体1卸下图6所示的碳燃烧型加碳装置9 (容量为100kg)。熔液 排出口 11为虹吸式结构，能够阻止外部空气进入。图8表示试验结果。图8的横轴表示氧气比，纵轴表示碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、镁 (Mg)的成分消耗率(质量比)。如图8所示，在将氧气比改变成0.81 1.05左右的情况 下，各成分的消耗率并不是一味的增长。即，在氧气比为0.81 0.93的范围内时，各成分 的消耗率增加，但在氧气比大于0. 93时，各成分的消耗率下降。根据熔化试验的结果可知，在将氧气比设定为0. 81时，熔化能力为750kg/h，最高效率为M%。熔液排出口 11处的熔液温度为1250°C。在本试验例中，熔透温度=出炉温 度。这里，由于燃烧火焰41中的氧气比增加，因此熔化能力(熔液生成能力)增强。在该 情况下，在氧气比为1. 05时，熔化能力为86mcg/h，最高效率为62%。但是，虽然通过增加 燃烧火焰41中的氧气比而能够增强熔化能力(熔液生成能力)、由此增加燃烧气体中的氧 气浓度，但是由于装入材料在熔化室10中的滞留时间减少，因此装入材料的成分消耗率降 低。为了能够高效地增加成分的消耗，不提高氧气比，而是注入氧气。图9的横轴表示 氧气注入率(％)，纵轴表示(C)、硅(Si)、锰(Mn)、镁(Mg)的成分消耗率(质量比)。这里， 将氧气注入率(％)定义为相对于燃烧气体总量的氧气注入量。图9表示自炉体1的氧气 注入装置8的导出管81将氧气喷到熔化室10内的情况下的试验结果。在自炉体1的氧气 注入装置8将氧气喷到熔化室10内的情况下，根据图9可知，当氧气注入率(％ )增加时， 熔液中所含有的(C)、硅(Si)、锰(Mn)、镁(Mg)的成分含量(质量％ )下降，氧气使各成分 的消耗率增加。低沸点的镁残留有相当多的量的这一结果，体现了本发明的熔化的特征、即 高速熔化的特征。即，由于能够高速熔化，因此能够抑制镁蒸发掉，使镁的含量较多。^Pi炉体1的构造并不限定于上述构造。在图1所示的例子中，燃烧器4朝向下方地 以角度θ 1相对于假想水平线W倾斜，但是本发明并不限定于此，也可以沿假想水平线W配 置燃烧器4。本发明并不仅限于上述的、且附图所示的实施方式，可以在不脱离主旨的范围 内进行适当的变更而实施本发明。工业实用性本发明能够利用在片状石墨铸铁、球墨铸铁、蠕虫状石墨铸铁等铸铁的熔化用燃 气冲天炉中。1权利要求
1.一种金属熔化用燃气冲天炉，其特征在于，该金属熔化用燃气冲天炉包括炉体，其具备熔化室和熔液排出口，该熔化室用于熔化以金属为基材的装入物，该熔液 排出口用于排出上述装入物在上述熔化室内熔化后形成的熔液；多台燃烧器，其设置于上述炉体，用于使燃料燃烧而形成燃烧火焰，且向上述熔化室内 的上述装入物喷出上述燃烧火焰，使上述熔化室内的上述装入物熔化，在沿水平方向剖切上述炉体而得到的剖视图中，各个上述燃烧器利用自各个上述燃烧 器喷出的燃烧火焰使上述熔化室内的上述装入物产生呈空洞状的空洞状熔化部，以使相邻的多个上述空洞状熔化部重叠的方式配置多台上述燃烧器，在熔化上述装入物时，连通各个上述空洞状熔化部和上述熔液排出口。
2.根据权利要求1所述的金属熔化用燃气冲天炉，其特征在于，该金属熔化用燃气冲天炉具备排出通路，其连通上述炉体的上述熔化室和外部空气， 且将上述熔化室内的燃烧气体排出到外部空气中；开闭门，其开通和关闭上述排出通路； 驱动部，其沿上述开闭门的开闭方向驱动该开闭门。
3.根据权利要求1所述的金属熔化用燃气冲天炉，其特征在于，在沿水平方向剖切上述炉体而得到的剖视图中，上述炉体是非圆形的形状。
4.根据权利要求1所述的金属熔化用燃气冲天炉，其特征在于，在上述熔液排出口侧配置有加碳装置，该加碳装置对自上述熔液排出口排出的熔液进 行加碳和升温。
5.根据权利要求1所述的金属熔化用燃气冲天炉，其特征在于，该金属熔化用燃气冲天炉配置有注入装置，该注入装置将氧气或空气供给到上述熔化 室中而调整上述熔液的成分。
6.根据权利要求1所述的金属熔化用燃气冲天炉，其特征在于，在上述熔化室的底部设置有炉床面，且上述炉床面朝向上述熔液排出口侧倾斜下降。
全文摘要
本发明提供一种金属熔化用燃气冲天炉。该燃气冲天炉能够利用燃烧器的燃烧火焰高效地熔化装入物。燃气冲天炉具备炉体(1)，其具有熔化室(10)和用于排出熔液的熔液排出口(11)；多台燃烧器(4)，其形成燃烧火焰(41)。燃烧器(4)向熔化室(10)内的装入物(2)喷出燃烧火焰(41)，从而使熔化室(10)内的装入物(2)熔化。各燃烧器(4)利用自各燃烧器(4)喷出的燃烧火焰(41)在熔化室(10)内的装入物(2)中产生呈空洞状的空洞状熔化部(42)。在沿水平方向剖切炉体(1)而得到的剖视图中，使相邻的空洞状熔化部(42)彼此重叠地配置燃烧器(4)。在熔化装入物(2)时，各空洞状熔化部(42)与熔液排出口(11)连通。
文档编号F27D17/00GK102047059SQ20098012020
公开日2011年5月4日 申请日期2009年5月19日 优先权日2008年5月30日
发明者戴槐生, 鱼住稔 申请人:爱信高丘株式会社