JP2001289567A - 誘導炉の制御方法 - Google Patents

誘導炉の制御方法

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JP2001289567A
JP2001289567A JP2000104381A JP2000104381A JP2001289567A JP 2001289567 A JP2001289567 A JP 2001289567A JP 2000104381 A JP2000104381 A JP 2000104381A JP 2000104381 A JP2000104381 A JP 2000104381A JP 2001289567 A JP2001289567 A JP 2001289567A
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crucible
molten metal
furnace
metal
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JP2000104381A
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Kazuyuki Kanji
一幸 官治
Sukehito Mochizuki
祐仁 望月
Akio Ota
昭男 太田
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JAPAN AJAX MAGNETHERMIC CO Ltd
METTS CORP
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JAPAN AJAX MAGNETHERMIC CO Ltd
METTS CORP
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理量に対する坩堝内の溶湯の比率を小さく
して炉の小型化を図り、効率的かつ安全な運転と品質の
向上を達成する。 【解決手段】 坩堝内に供給した金属を、坩堝の周囲に
配したコイルに通電して電磁誘導作用を起こさせること
により溶解し、かつ、その金属を溶湯状態に保持する誘
導炉の制御方法である。坩堝内の溶湯が所望の状態とな
る電流の浸透深さを予め把握し、この浸透深さを、コイ
ルに通電する電流の周波数を坩堝の厚さに応じて適宜に
設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属を坩堝内で電
磁誘導作用により溶解し、かつ、その溶解した金属を溶
湯の状態に保持する誘導炉において、坩堝内の金属が所
望の溶湯状態になるように、コイルから発生して坩堝あ
るいは溶湯まで浸透する電流の浸透深さを適切なものと
する誘導炉の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属製ダイキャスト製品の製造設備に備
えられる溶解保持炉は、坩堝内において原料金属を溶解
して所定の溶湯状態に保持する炉である。この溶解保持
炉からは、所定量の溶湯がメタルポンプ等によってダイ
キャストマシンに供給されるとともに、その供給量と同
量の予熱されたインゴットが坩堝内に新たに補充され、
常に一定容量の溶湯が保有されるように運転される。こ
のような溶解保持炉の加熱手段としては、ガスバーナー
あるいは抵抗電熱体が用いられている。なお、金属製ダ
イキャスト製品の材料としては、マグネシウム、アルミ
ニウム、亜鉛等の純金属または合金に代表される金属が
一般的である。
【0003】ところで、近年では、従来よりも大型のダ
イキャスト製品が製造されてきている。この場合、ダイ
キャストマシンへの溶湯の供給量すなわち坩堝からの溶
湯の抜き出し量と、坩堝内への新たなインゴットの補充
量は、当然従来よりも多くなる。ここで問題となるの
は、新たなインゴットを坩堝内に補充した際の溶湯の温
度低下であり、その補充量が多いことから溶湯の温度低
下は著しい。従来より、稼動効率の維持を目的として溶
湯の温度低下は一定の範囲内に抑えることが求められて
おり、そのために、金属の処理量(溶湯の抜き出し量、
これは坩堝内へのインゴットの補充量と同じである)に
対する坩堝内の溶湯の容量を一定の比率以上に定めてい
た。許容される温度変化の範囲は、例えば±10℃であ
る。しかしながら、従来の制御方法では、温度変化の範
囲は±20℃であり、そのため、一時的にダイキャスト
を停止して溶湯温度の安定を図る必要があった。
【0004】表1は、従来のマグネシウム合金の溶解保
持炉に定められた金属の処理量に対する溶湯の容量の一
例を示している。例えば、金属の処理量が1時間当たり
50kgの場合には、坩堝内の溶湯は200kg以上の
容量が必要とされている。すなわち、坩堝内の溶湯の容
量は、処理量の4倍が必要とされていた。
【0005】
【表1】
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶湯の
温度低下を一定の範囲内にするための上記比率(処理量
1:容量4)では、溶解保持炉の大型化が著しい。この
ため、設置スペースの問題が生じ、これに加えて、常に
多量の溶湯を保持させることによる効率の悪化や危険性
の増大、品質の不安定等の課題があった。特に、マグネ
シウム、あるいはアルミニウムや亜鉛といった比重の小
さい金属もしくは合金では大型化がより進むので、上記
問題が顕著となる。
【0007】したがって本発明は、処理量に対する坩堝
内の溶湯の比率を小さくすることのできる溶解保持炉と
して誘導炉を用い、効率的で品質の向上が図られ、なお
かつ安全な運転を可能とする制御方法を提供することを
目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、坩堝内に供給
した金属を、坩堝の周囲に配したコイルに通電して電磁
誘導作用を起こさせることにより溶解し、かつ、その金
属を溶湯状態に保持する誘導炉の制御方法であって、坩
堝内の溶湯が所望の状態となる電流の浸透深さを予め把
握し、この浸透深さを、コイルに通電する電流の周波数
を坩堝の厚さに応じて適宜に設定することにより得るこ
とを特徴としている。
【0009】本発明の制御方法は、具体的には、次の表
皮効果を示す(1)式に基づき、コイルに通電する周波
数を坩堝の厚さと対比させて決定する。 d=3160×(ρ/f)1/2 …(1) d:浸透深さ(In) ρ:坩堝の抵抗率(Ω・In) f:電流の周波数(Hz)
【0010】また、特に坩堝が鉄等の磁性体からなり、
磁気変態点(732℃)以下で加熱する場合には、次の
表皮効果を示す(2)式に基づき、コイルに通電する周
波数を坩堝の厚さと対比させて決定することができる。 dm=ρ1/3/(2πf×Bm)2/3×W1/3 …(2) dm:磁気変態点以下の浸透深さ(In) ρ:坩堝の抵抗率(Ω・In) f:電流の周波数(Hz) Bm:鉄の飽和磁束密度(mw/In) w:電力密度(w/In
【0011】ところで、坩堝内の溶湯は、その炉の目的
によって、あるいは運転形態に応じて所望の状態に制御
される場合が多い。例えば、マグネシウム合金の溶解保
持炉としては、前述したようなダイキャストマシンに溶
湯を供給する炉(供給炉)の他に、ダイキャストされた
後の不要部分であるスクラップ材を溶解して再生インゴ
ットを製造する炉(回収炉)がある。
【0012】供給炉の溶湯においては、上部に酸化物等
の軽い滓が浮き、底部にはスラッジと呼ばれるCu,F
e等の重金属を成分とする不純物が溜まり、これらの間
の中間層に清浄なマグネシウム合金の溶湯が沈静化した
状態で保温される状態が望まれる。ダイキャストマシン
には、中間層で保温されている溶湯が供給される。
【0013】また、回収炉では、はじめの溶解段階では
坩堝に投入されたスクラップ材を撹拌して溶解を促進す
る撹拌状態とされ、溶解後には、上記と同様に3層に分
離した保温状態に切り換えられ、中間層の清浄な溶湯が
抽出されて再生インゴットが鋳込まれる。
【0014】上記供給炉において溶湯を保温状態に制御
する場合には、コイルに通電する電流の浸透深さを比較
的浅くして坩堝内の溶湯に電力が入りすぎないようにす
る。例えば、浸透深さが坩堝の内壁面よりも僅かに外壁
面側に設定されると所望の保温状態を得ることができる
坩堝であれば、その浸透深さが得られる周波数を、上記
(1)式または(2)式から導き出して決定する。電流
をその周波数に設定することにより、電流の浸透深さは
坩堝の内壁面よりも僅かに外壁面側に設定することがで
き、所望の溶湯状態、すなわち保温状態を得ることがで
きる。
【0015】また、上記回収炉においてスクラップ材が
投入された溶湯を撹拌状態に制御する場合には、コイル
に通電する電流の浸透深さを比較的深くして相応の電力
を溶湯に作用させる。例えば、浸透深さが坩堝の内壁面
からさらに所定深さ溶湯側に入り込んだ場合に所望の撹
拌状態を得ることができる坩堝であれば、その浸透深さ
が得られる周波数を、上記(1)式または(2)式から
導き出して決定する。電流をその周波数に設定すること
により、電流の浸透深さは所定深さ溶湯側に入り込み、
所望の溶湯状態、すなわち撹拌状態を得ることができ
る。なお、この撹拌時には、電力密度を上げて周波数を
下げることにより撹拌力を大きくすることもできる。
【0016】溶湯が撹拌され、スクラップ材が十分に溶
解したら、上記と同様にして溶湯を保温状態に沈静化さ
せる。そのためには、コイルに通電する電流の周波数を
上げて、上記供給炉において保温状態とした周波数に切
り換えればよい。なお、このような周波数の切り換え
は、例えば1台のインバータ電源を用いることにより容
易であるが、その他には、撹拌時には商用周波数の電源
(周波数は50Hzか60Hz)を用い、保温時には高
周波電源に切り換えるようにしてもよい。
【0017】本発明は、上記のように、坩堝内の溶湯が
所望の状態となる電流の浸透深さを予め把握し、この浸
透深さが得られるように、コイルに通電する電流の周波
数を坩堝の厚さに応じて適宜に設定する制御方法であ
る。本発明によれば、金属の溶解ならびに溶解保持に誘
導炉を用いること、そして上記制御方法を採用すること
により、坩堝内の溶湯の容量が従来よりかなり少なくて
も、インゴットを補充した時に生じる温度低下を抑える
ことができる。このため、処理量に対する坩堝内の溶湯
の比率を格段に小さくすることができ、その結果、炉の
大幅な小型化が図られる。そして、炉の小型化およびこ
れに伴う溶湯の容量の減少により、運転の効率化やコス
トの低減が図られ、安全性がより向上する。また、炉の
小型化が図られることは、特に、マグネシウム、アルミ
ニウムあるいは亜鉛といった比重の小さい金属もしくは
合金の溶解炉としてきわめて好適である。さらに、誘導
炉であることから、坩堝は、ガスバーナー式の加熱炉の
ように局所的に加熱されず均等加熱がなされるので、寿
命の長期化が図られる。
【0018】表2は、本発明をマグネシウム合金の溶解
保持炉に適用した場合の、金属の処理量に対する坩堝内
の溶湯の容量の一例を示している。溶湯の容量は、20
0〜300℃に予熱したインゴットを溶湯に補充した
時、その補充量すなわち処理量に対して温度の変化が一
定範囲内(±5℃)に抑えられる最大限度の容量を示し
ている。表2で明らかなように、この場合の坩堝内の溶
湯の容量は処理量の1.5倍で賄うことができ、従来の
4倍に比べると容量を大幅に減少させることができる。
また、これと同時に、インゴット投入時の溶湯温度の変
化を±5℃程度に抑えることができるので、従来と比較
して温度の変化が少ない高品質な溶湯の供給が可能とな
る。
【0019】
【表2】
【0020】
【実施例】次に、本発明をマグネシウム合金の溶解保持
炉に適用した具体的な実施例を挙げ、本発明の効果を実
証する。 [実施例1]−保温時の最適な周波数の設定 ・坩堝内に溜められる溶湯の容量:470kg ・坩堝:鉄製、厚さ:26mm≒1inch ・電力:150KW(電力可変範囲:1〜110%) ・コイルに通電する電流の周波数範囲:300〜550
Hz
【0021】上記諸元の誘導炉を用い、容量分のマグネ
シウム合金を坩堝に投入し、コイルに通電して溶解し
た。坩堝内の溶湯状態が、上部に酸化物等の軽い滓が浮
き、底部にはCu,Fe等の重金属を成分とするスラッ
ジが溜まり、これらの間の中間層に清浄なマグネシウム
合金の溶湯が沈静化した3層状態で保温される電流の浸
透深さは、この坩堝の場合2〜20mmとされている。
そこで、前述の(2)式から電流の周波数を求める。な
お、計算に要するデータは、以下の通りである。
【0022】・浸透深さdm:3.7mm ・鉄(坩堝)の抵抗率ρ:36×10−6Ω・In ・鉄(坩堝)の飽和磁束密度Bm:0.6mw/In ・電力密度w:92w/In その結果、周波数は300Hzであり、この周波数で通
電することにより、上記の3層に分離した状態での溶湯
の保温状態を得ることができた。
【0023】[実施例2]−撹拌時の最適な周波数の設
定 上記誘導炉の坩堝内に、ダイキャストされた後の不要部
分であるスクラップ材を容量分投入し、コイルに通電し
て溶解した。坩堝内の溶湯の温度が比較的高温でスクラ
ップ材が撹拌される溶湯状態に加熱される電流の浸透深
さは、この坩堝の場合29mmとされている。そこで、
上記実施例1と同様に、前述の(1)式あるいは(2)
式から電流の周波数を定める。その周波数は50〜20
0Hzであり、この周波数で通電することにより、溶湯
が撹拌する状態を得ることができた。
【0024】[実施例3]−処理量の規定 上記誘導炉の1時間当たりの最大処理量を、次のように
して求めた。200〜300℃に予熱した新たなインゴ
ットの投入によって生じる溶湯の温度変化の許容値を、
±5℃と定めた。1時間当たりの坩堝へのインゴットの
投入量を処理量とし、この処理量を表3に示すように変
え、溶湯温度の変化を調べた。その結果を、表3に併記
する。
【0025】
【表3】
【0026】表3によれば、処理量が320kg/hr
以内であれば温度変化の許容値内におさまっている。し
たがって、実施例の誘導炉の最大処理量は320kg/
hrであった。坩堝の容量が470kgであるから、処
理量に対する坩堝内の溶湯の容量の比率は約1.5倍で
ある。これは、従来のガスバーナーあるいは抵抗電熱に
よる加熱方式の溶解保持炉の比率(4倍)と比べると大
幅に小さく、炉の小型化が図られることに他ならない。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
坩堝内の溶湯が所望の状態となる電流の浸透深さを予め
把握し、この浸透深さを、コイルに通電する電流の周波
数を坩堝の厚さに応じて適宜に設定することにより、処
理量に対する坩堝内の溶湯の比率が小さくなって炉の小
型化が図られ、効率的かつ安全な運転とコストの低減が
達成される。また、誘導炉を用いることにより坩堝は均
等加熱がなされるので、寿命の長期化が図られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 望月 祐仁 山梨県南巨摩郡身延町下山10350−1 株 式会社メッツ内 (72)発明者 太田 昭男 千葉県船橋市高野台2−19−38 Fターム(参考) 3K059 AB07 AB16 AD03 AD10 AD32 AD40 CD14 4K046 AA01 BA02 CD02 EA03 4K063 AA04 BA03 CA06 FA34

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 坩堝内に供給した金属を、坩堝の周囲に
    配したコイルに通電して電磁誘導作用を起こさせること
    により溶解し、かつ、その金属を溶湯状態に保持する誘
    導炉の制御方法であって、 前記坩堝内の溶湯が所望の状態となる電流の浸透深さを
    予め把握し、この浸透深さを、前記コイルに通電する電
    流の周波数を坩堝の厚さに応じて適宜に設定することに
    より得ることを特徴とする誘導炉の制御方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011017482A (ja) * 2009-07-08 2011-01-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 溶融金属中の介在物除去方法、溶融金属中の介在物除去装置、および金属材料
JP2012068017A (ja) * 2011-11-30 2012-04-05 Ulvac Techno Ltd 真空溶解装置およびルツボユニット
JP2012141081A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Fuji Electric Systems Co Ltd 誘導加熱式アルミニウム溶解・保持炉

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