JP2002115977A - 高周波加熱炉 - Google Patents

高周波加熱炉

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JP2002115977A
JP2002115977A JP2000307640A JP2000307640A JP2002115977A JP 2002115977 A JP2002115977 A JP 2002115977A JP 2000307640 A JP2000307640 A JP 2000307640A JP 2000307640 A JP2000307640 A JP 2000307640A JP 2002115977 A JP2002115977 A JP 2002115977A
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frequency heating
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Junichi Kishimoto
純一 岸本
Toshihiro Matsui
利弘 松井
Kazutoshi Tokunaga
一敏 徳永
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 セラミック等を加熱する高周波加熱炉におい
て、作業効率を向上する。 【解決手段】 高周波加熱炉30は、内部に坩堝35の
収容空間を画成する耐火物を具えた加熱炉40と、加熱
炉40を取り囲む高周波コイル部31とから構成され、
加熱炉40の耐火物は、炭化物系炭化珪素からなる内層
部43とムライト質からなる外層部45の二重壁構造と
して形成されている。更に外層部45の周囲に円周方向
に間隔を置いて配設された複数の炭素繊維強化炭素材製
支柱51にボルトを介して外層部45が連結固定されて
いる。加熱炉40と高周波コイル部31とは構造的に分
離され、加熱炉40は自立構造となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高周波加熱炉に関
し、特に加熱炉の内部に黒鉛坩堝を有する高周波加熱炉
の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】高周波コイルを熱源とする加熱炉所謂高
周波加熱炉は、比較的高い周波数の電磁界を利用したも
のであり、電磁誘導によって生ずる二次電流のジュール
熱が金属等の加熱、溶融などに利用されている。このよ
うな高周波加熱炉の代表的構造を図面を参照して概説す
る。図9は鉄鋼の溶解に使用されている高周波加熱炉1
の概念図を示しているが、溶融する金属3を受け入れる
耐火物5の周りに高周波コイル7が配設されている。耐
火物5は電気抵抗の大きい耐火煉瓦から形成され、加熱
溶融時の雰囲気を画成するため蓋9が配設されている。
そして、高周波コイル7に高周波電流を流すと、金属3
に二次電流が流れ、その抵抗熱により金属3を加熱、溶
融する。
【0003】次に銅やアルミニウムなどの溶解に使用さ
れる高周波加熱炉10が図10に示されている。図にお
いて、金属11を受け入れる黒鉛坩堝13が耐火物15
の中に設けられ、高周波コイル17が耐火物15の周囲
に配設されている。高周波コイル17による二次電流は
専ら黒鉛坩堝13を流れ、その発生熱により内部の金属
11を溶融する。蓋19により内部雰囲気が維持され
る。
【0004】更に近年利用されつつあるセラミック等の
非金属の加熱に使用されている高周波加熱炉20の構造
が図11に示されている。図11において、高周波加熱
炉20の耐火物21の中に黒鉛坩堝23が置かれ、その
中にセラミック25が入れられている。高周波コイル2
7が耐火物21の外周に配設され、高周波電流により導
電性の黒鉛坩堝23が加熱され、この熱が内部のセラミ
ック25を加熱する。セラミック25は非導電性となっ
ている。蓋29により内部雰囲気が維持される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の高
周波加熱炉において、特にセラミック等を加熱する場合
に次のような問題点があった。 (1)セラミック等を焼結する場合には、加熱後の冷
却、製品取り出し等の作業工程が必要であるが、高周波
コイルと耐火物が一体になっているため、加熱の後、焼
結するセラミックス等が十分に冷却するまでかなりの時
間を要し、それまで次工程の作業に移行できない。 (2)セラミック等を焼結後、高周波コイルを移動する
ことで、高周波コイルと耐火物を分離すれば、次の作業
工程が可能となるがこの場合耐火物のみで自立させる必
要がある。耐火物は脆性材料であるため、長期に亘って
使用するには周囲を鋼板等で覆い保護する必要がある。
しかしながら、単に鋼板で覆うだけでは、鋼板が高周波
加熱されて溶融変形などを生ずる問題もある。又、その
鋼板の高周波加熱にエネルギーが消費され、本来のセラ
ミック等の加熱が損なわれ、加熱効率が低下するという
問題もある。従って、本発明の課題は、高周波加熱炉の
耐火物と高周波コイルとを分離して自立型構造としつつ
も、耐震性や割れ発生に伴う損傷防止が可能な高周波加
熱炉を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】如上の課題を解決するた
め、本発明によれば、高周波加熱炉は、内部に坩堝収容
空間を画成する耐火物を具えた加熱炉と、同加熱炉の前
記耐火物を取り囲む高周波コイルとから構成されてお
り、加熱炉と高周波コイルとは構造的に分離されて、該
加熱炉は自立構造となっている。加熱炉を自立構造とす
るため、本発明においては、加熱炉の耐火物は、炭化物
系炭化珪素からなる内層部とムライト質からなる外層部
の二重壁構造として形成され、その外層部の周囲に円周
方向に間隔を置いて配設された複数の炭素繊維強化炭素
材製支柱に該外層部が連結固定される。叉、本発明の高
周波加熱炉の加熱炉の代替的構造として、前記耐火物の
外周に沿って鉄鋼製、例えばSUS材製、の長尺保護部
材を円周方向に並んで配設し、前記長尺保護部材の上端
部及び下端部に高周波加熱防止用スリット構造を形成す
ると共に、隣接する該長尺保護部材の間及び該長尺保護
部材と前記耐火物との間に緩衝材が挟んで自立構造とし
ても良い。更に又、前記加熱炉の前記耐火物は、外周部
に位置するガラスウールなどの補強繊維材と一体成型加
工により製作し、自立構造としても良い。
【0007】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。尚、全図に亘り、同一部分には
同一番号を付している。先ず図1、図2及び図3を参照
するに、高周波加熱炉30は高周波コイル部31と加熱
炉40とから構成されていて、両者の境界は円周線33
として認識される。本発明の特徴的構造部分である加熱
炉40について更に詳しく説明すると、坩堝33を取り
囲む耐火物41は、内層部43と外層部45とから主と
してなる二重壁構造を取り、中間にカオウール47を挟
んでいる。内層部43は、炭化物系炭化珪素SiC(S
iO2をバインダとし絶縁性のあるもの)の適当な形状
のブロックを積み重ねたものであり、又外層部45は酸
化物系のムライト質の適当な形状寸法のブロックを積み
重ねたものである。これらは、コンクリート床面49の
上に載っている。炭化物系炭化珪素は熱衝撃性が高く、
且つ高電気抵抗性であり、更に耐熱部材であるから内層
部材として好ましいが、これに限定されるものではな
い。ムライト質は耐熱性はそれほどではないが、熱伝導
率が低くて高強度であり、強度部材として適している。
外層部45の構成材料は、前述したようにムライト質が
好適であるが、場合によりアルミナ質も使用できる。
【0008】前述の高強度の外層部45の外周に沿っ
て、複数の支柱51がほぼ等円周間隔で立設され、外層
部45がボルト53により締め付けられている。支柱5
1及びボルト53は、炭素繊維強化炭素材(C/C材)
から形成されている。この材料は電気抵抗が高くて強度
があり、高周波加熱を防止して好適であるが、同等の物
理的性質があれば他の材料でも良い。この支柱51もコ
ンクリート床面49の上に立設されている。このC/C
材は、金属に比べて電気抵抗が高いものの、大きなブロ
ックになると高周波により加熱されるため、分割構造と
する必要がある。このため、C/C材製の支柱51は、
直径が1m以上の大型炉では、厚さ20〜50mm、幅
100〜200mmのものを用いると良い。更に、支柱5
1の上端部は、C/C材のリング円板55で相互に連結
され、このようにして高周波加熱の漏れ磁束から外れた
部分に固定されて、十分な構造強度を実現している。更
には、支柱51と外層部45との間には、グラファイト
フェルト57が挟まれて、断熱性保持及び熱膨張緩和を
図っている。
【0009】次に、本発明の別の実施形態を図4乃至図
6を参照して説明する。先ず図4の一部省略平断面図に
おいて、高周波加熱炉60は、高周波コイル部61と加
熱炉70とから構成されている。高周波コイル部61
は、第1の実施形態の高周波コイル部31と同様なもの
で、円周境界線63を境として加熱炉70から独立して
いる。加熱炉70は、円筒形状の耐火物71の内部に坩
堝65を収容しているが、耐火物71を取り囲む保護構
造体の詳細が図5及び図6に示されている。これらの図
を併せ参照するに、SUS材からなる保護材73は鉛直
方向に延びる長尺材であり、両側縁にフランジ部75が
形成されている。ウェブの断面形状は、耐火物71の外
周面に沿う円弧形となっている。そして、特に図6に示
されるように、上下端の約300mm付近まで、約10mm
程度の幅のスリット77が形成され、高周波による加熱
を防止している。互いに平行に配置された保護材73の
相互関係が特に図5に明らかである。そして、更に隣接
する保護材73のフランジ部75の間には,緩衝材79
が挟まれ、フランジ部75同士は、連結ボルト81によ
り相互に連結されている。更に保護材73と耐火物71
の間にも、緩衝材83が挟設されている。
【0010】前述した構成の高周波加熱炉60によれ
ば、加熱炉70は高周波コイル部61から分離して自立
した加熱炉70の耐火物71は、十分な強度剛性を有す
る保護材73により、保持されると共にスリット77に
より渦電流の発生が抑制され、加熱が防止される。又、
保護材73は全円周に亘って配置され、連結ボルト81
により且つ相互間などに緩衝材を配置しているから、耐
震性が良く、割れ発生による損傷を防止することができ
る。
【0011】本発明の更に別の実施形態を図7及び図8
を参照して説明する。特に図7を参照するに、高周波加
熱炉90は、高周波コイル部91と加熱炉93とから構
成され、これらは円周境界線95で分けられている。加
熱炉93において、坩堝97は、耐火物98によって囲
まれている。そして耐火物98は、図8に示すようなグ
ラスウール製の補強繊維材99を全外周面に配置した一
体成型品として形成されており、耐火材料は脆性材料で
あるにもかかわらず補強材99により必要な機械的強度
が付与されている。このような構造により、長期に使用
する場合であっても、耐火物の自立構造の耐震性の向上
及び割れ発生に伴う損傷の防止効果が得られる。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高周波加熱炉の加熱炉と高周波コイルとを分離構造とし
て加熱炉を自立構造としたので、高周波コイルを順次使
用でき、セラミックの加熱後の冷却を待っても、効率的
な加熱作業を行うことができる。叉、加熱炉の耐火物の
自立構造に使用する炭素繊維強化炭素材製支柱叉は鉄鋼
製長尺保護部材には、高周波加熱が行われないので、高
周波コイルによるエネルギーは全てが内部のセラミック
加熱に使用されるから、エネルギー効率を良好に保持す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る高周波加熱炉の透視斜
視図である。
【図2】図1の要部を示す部分立断面図である。
【図3】図1のIII−III線に沿う平断面図である。
【図4】本発明の別の実施形態に係る高周波加熱炉の部
分平断面図である。
【図5】図4の実施形態の要部を示す部分斜視図であ
る。
【図6】図5のVI部を示す拡大部分斜視図である。
【図7】本発明の更に別の実施形態に係る高周波加熱炉
の部分平断面図である。
【図8】図7の実施形態の要部を示す部分斜視図であ
る。
【図9】従来の装置の一例を示す概念図である。
【図10】従来の装置の他の一例を示す概念図である。
【図11】従来の装置の他の一例を示す概念図である。
【符号の説明】
30 高周波加熱炉 31 高周波コイル部 35 坩堝 40 加熱炉 41 耐火物 43 内層部 45 外層部 47 カオウール 49 コンクリート床面 51 支柱 53 ボルト 55 リング円板 57 グラファイトフェルト 60 高周波加熱炉 61 高周波コイル部 65 坩堝 70 加熱炉 71 耐火物 73 保護材 75 フランジ部 77 スリット 90 高周波加熱炉 91 高周波コイル部 93 加熱炉 97 坩堝 98 耐火物 99 補強繊維材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 徳永 一敏 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Fターム(参考) 3K059 AA08 AB15 AD03 AD40 CD44 CD52 4K046 AA01 BA08 CA01 CB06 CB07 CD02 CD11 4K063 AA07 BA04 CA06 FA34 FA43

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に坩堝収容空間を画成する耐火物を
    具えた加熱炉と、同加熱炉の前記耐火物を取り囲む高周
    波コイルとから構成され、前記加熱炉と前記高周波コイ
    ルとは構造的に分離され、該加熱炉は自立構造となって
    いる高周波加熱炉。
  2. 【請求項2】 前記加熱炉の前記耐火物は、炭化物系炭
    化珪素からなる内層部とムライト質からなる外層部の二
    重壁構造として形成され、前記外層部の周囲に円周方向
    に間隔を置いて配設された複数の炭素繊維強化炭素材製
    支柱に該外層部が連結固定されている請求項1記載の高
    周波加熱炉。
  3. 【請求項3】 前記加熱炉の前記耐火物の外周に沿っ
    て、鉄鋼製長尺保護部材が円周方向に並んで配設され、
    前記長尺保護部材の上端部及び下端部に高周波加熱防止
    用スリット構造が形成されると共に、隣接する該長尺保
    護部材の間及び該長尺保護部材と前記耐火物との間に緩
    衝材が挟まれている請求項1記載の高周波加熱炉。
  4. 【請求項4】 前記加熱炉の前記耐火物は、外周部に位
    置する補強繊維材と一体成型加工により製作されている
    請求項1記載の高周波加熱炉。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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