キュポラ炉：構造、操作、メリット・用途、鋳造現場の溶解炉
キュポラ炉の概要
鋳鉄、Ni-レジスト鋳鉄、一部青銅を溶解する鋳造用溶解炉。直径1.5〜13ft（約0.45〜4m）の円筒形、垂直配置、底部開閉ドア付き。天井開放またはキャップ付き（ガス排出・雨天対応・排ガス冷却・粉塵除去）。鋼製外殻に耐火レンガ・耐火プラスチックライニング。底部は粘土砂（石炭混入で開閉容易化）。冷却ジャケット・酸素吹込み装備機もあり。
原理
コークス燃焼→CO₂+熱発生→鉄溶解。溶融鉄は下降排出。CO₂一部還元→CO+C（コークス）反応平衡で熱利用率規定。排ガス高濃度CO含有、回収可能。
構造
中空円筒垂直鋼殻、内面耐火材、4本鋳鉄脚でコンクリート基礎上に支持。底部2枚鋳鉄ドア（ヒンジ式）。風箱（鋳鉄）が炉底外周を囲み、ブロワ配管（ブラストパイプ）接続。強制送風で酸素供給。天井メッシュスクリーン+円錐スパークアレスタで排ガス放出・火花粉塵防止。
操作手順
- 炉体乾燥確認、前回タンアノ除去
- 損耗部をシリカ砂+耐火粘土で修補、底部6インチ以上ランミング（タップホール方向傾斜）
- 風口φ30mm、タップホールφ25mm設置
- 着火（薪）→コークス投入燃焼確認、コークス層40インチ形成
- 低送風でコークス熾火、3時間予熱、コークス高さ測定ロッド使用
- チャージ投入：鋼10%・鋳鉄スクラップ50%・石灰石3%（フラックス）、交互層状。フラックスに蛍石・ソーダ灰も使用（不純物除去・酸化防止）
- 満充填後1時間浸漬（送風停止で鉄浸透）
- 送風再開、天井閉鎖、溶湯採取。充填速度＝溶解速度維持、炉内常時満充填
- 溶解完了でチャージ・送風停止、底板開放、スラグ除去
- 連続運転、溶解期間通常4時間以内、最大10時間以上可能
メリット・デメリット
メリット
- 建設・維持・運転コスト低
- 高度熟練工不要
- 構造・操作シンプル
- 溶湯成分制御可能
- 省スペース
デメリット
- 温度管理が困難
- 金属元素酸化で鋳造不適化
用途と現状
鋳鉄溶解の主要方式。連続運転可能、高溶解率、低運転コストで鋳造現場の主力でしたが、現在は誘導電気溶解への移行が進んでいます。
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