JP2004108666A

JP2004108666A - るつぼ形誘導炉

Info

Publication number: JP2004108666A
Application number: JP2002272489A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Uemura; 植村　浩; Toshiyuki Kano; 加納　利行
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】撹拌用器具による強制的な撹拌を必要とすることなく、効率的に粉末状や粒状の小片材料を溶解することが可能なるつぼ形誘導炉を提供する。
【解決手段】耐火物からなる円筒形のるつぼ１と、このるつぼ１の外周に巻回される誘導加熱コイル３とを有するるつぼ形誘導炉において、るつぼ１の外周に鉄心５と撹拌用コイル６とから構成される電磁撹拌手段を設け、この電磁撹拌手段によりるつぼ１内の溶湯２に軸心周りの回転力を与える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、るつぼ形誘導炉に関し、特にダライ粉等の粉末状や粒状の小片材料を溶解する際に誘導加熱コイルの電磁力とは異なる回転力を与える電磁撹拌手段を付加したるつぼ形誘導炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のるつぼ形誘導炉の構造を示す側断面図である。図において、１は耐火物等から構成される円筒形のるつぼ、２はるつぼ１の中に投入された被溶解材料が溶解された溶湯、３は絶縁物を介してるつぼ１の外周側に巻回した誘導加熱コイル、４は誘導加熱コイル３に接続された溶解用電源であり、溶解用電源４から誘導加熱コイル３に交流電流を供給して、るつぼ１内に投入された被溶解材料に誘導電流を印加して溶解を行い溶湯２を得る。
【０００３】
また、溝形誘導炉により小片状の金属の溶解する装置が公知である（例えば、特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００２−５０３８７５号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来のるつぼ形誘導炉による誘導加熱では、誘導加熱コイル３による渦電流による撹拌作用を伴うため、るつぼ１内の溶湯２には図６に矢印で示す撹拌力が発生し、この撹拌力により溶湯２の上面ではるつぼ１中心からるつぼ１壁面に向かう流れを生じる。
【０００６】
ところが、ダライ粉等の粉末状や粒状の小片材料を溶解する場合、上記誘導加熱コイル３による撹拌力だけでは、溶湯２の表面に浮かんだ小片材料２ａを溶湯２中に巻き込ませる撹拌力を作用させることができず、溶湯２の表面の小片材料２ａはるつぼ１壁面に浮かんだまま滞留し、溶湯２内部に溶け込まないという問題があった。
【０００７】
このため、オペレータが溶湯２を撹拌用プロペラや柄杓等の撹拌用器具で強制的に掻き回して溶湯２表面に浮かんだ粉末状の材料２ａを溶湯中に溶け込ませる作業が必要となるので、上記撹拌用器具が消耗品となり、また余分な人力を必要とする等の問題があった。
また、特許文献１の溝形誘導炉は、炉容器の周りに配置された電磁コイルにより上部領域の溶湯を撹拌運動させ、下方に溝形インダクタを配置して熱を供給するものである。
【０００８】
しかしながら、この溝形誘導炉においても、電磁コイルにより作用する溶湯上部への撹拌力は、図６のるつぼ形誘導炉の上部に示したものによるものと同様に、溶湯の上面ではるつぼ中心からるつぼ壁面に向かう流れによる撹拌であることから、上記と同様の問題がある。
さらに上記溝形誘導炉では、熱源を溝形インダクタとしているため、常に下方領域に溶湯を保持しておく必要があることから、全量出湯ができないので、週末等の休日においても溶湯の保温が必要になるという課題もある。
【０００９】
この発明は、撹拌用器具による強制的な撹拌を必要とすることなく、効率的に粉末状や粒状の小片材料を溶解することが可能なるつぼ形誘導炉を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明のるつぼ形誘導炉は、耐火物からなるるつぼと、このるつぼの外周に巻回される誘導加熱コイルとを有するるつぼ形誘導炉において、るつぼ内の溶湯に軸心周りの回転力を与える電磁撹拌手段を設けるものとする。
【００１１】
上記構成により、るつぼ内の溶湯には、誘導加熱コイルによる溶湯撹拌力とは異なる軸心周りの回転力が与えられ、溶湯の表面に浮かんだ粉末状や粒状の小片材料が溶湯の中心に集められ、溶湯の回転とともに溶湯中に溶け込ませることができるので、効率的に小片材料を溶解することができる。
また、前記電磁撹拌手段を、誘導加熱コイルの下部に配置したり（請求項２）、誘導加熱コイルの上部に配置したり（請求項３）、上下に分割した誘導加熱コイル間（誘導加熱コイルの中間部）に配置したり（請求項４）、るつぼの底面に配置したり（請求項５）するものとする。
【００１２】
ここで、上記のように電磁撹拌手段を配置する場所としては、誘導加熱コイルの下部，上部，中間部，底面部に設けることができるが、電磁撹拌手段の位置により以下のように各々メリット・デメリットがあることから、電磁撹拌手段は条件に応じて１つあるいは複数の位置を選択することが好ましい。
（１）下部配置の場合は、電磁撹拌手段の対向面までの湯量が少なくて済むことから、溶解の早い段階から溶湯の撹拌を行うことができるので、粉末状や粒状の小片材料を多量に溶解することが可能である。反面、湯面が高くなるに従い大きな撹拌力が必要となることからエネルギ消費量が多くなる。
（２）上部配置の場合、溶湯撹拌力は最も小さくて済む反面、るつぼ上部の撹拌コイル対向面まで溶湯が満たされないと、溶湯撹拌を行うことができない。
（３）中間部配置の場合、上記下部配置と上部配置との中間的な効果となる。
（４）底面部配置の場合、上記下部配置よりもさらに早い段階から溶湯の撹拌が可能である。反面、湯面が高くなるに従い最も大きな撹拌力が必要となることから最もエネルギ消費量が多くなる。
【００１３】
また、前記電磁撹拌手段は、環状部の内周側からるつぼ中心に突出する複数の突出部を有する鉄心と、これら鉄心にそれぞれ巻回される撹拌用コイルとから構成される（請求項６）か、あるいは、前記電磁撹拌手段は、環状部の上側から上方に突出する複数の突出部を有する鉄心と、これら鉄心にそれぞれ巻回される撹拌用コイルとから構成される（請求項７）ものとする。
【００１４】
また、前記るつぼの内壁からるつぼ中心に突出する邪魔板を設ける（請求項８）ことにより、邪魔板により回転を邪魔された溶湯が、溶湯の表面に浮かんだ粉末状や粒状の小片材料に上側から被さるので、さらに効率的に小片材料を溶湯中に溶け込ませることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るるつぼ形誘導炉の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示すものであり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図である。
図１において、１は耐火物等から構成される円筒形のるつぼ、２はるつぼ１の中に投入された被溶解材料が溶解された溶湯、３は絶縁物を介してるつぼ１の外周側に巻回した誘導加熱コイル、４は誘導加熱コイル３に接続されて数十Ｈｚ〜数ｋＨｚの交流を供給する溶解用電源である。５はるつぼ１の外周に設けられ、かつ誘導加熱コイル３の下部に配置される鉄心であり、鉄心５は円環状に形成された環状部５ａと、円周方向に等しい間隔を保って環状部５ａの内周側からるつぼ１中心に向かって突出する複数の突出部５ｂとから構成されている。６は鉄心５の複数の突出部５ｂにそれぞれ巻回される撹拌コイルであり、７は撹拌コイル６に数Ｈｚ〜数十Ｈｚの交流を供給する溶湯を撹拌するための移動磁界発生用電源である。
【００１６】
電磁撹拌手段は鉄心５と撹拌コイル６とから構成されており、撹拌コイル６に移動磁界を発生する交流を通流すると移動磁界が生じ、この移動磁界がるつぼ１内の溶湯２に与えられると、溶湯２に渦電流が誘導されるとともに、この渦電流と移動磁界との間で周方向の電磁撹拌力が発生する。溶湯２はこの電磁撹拌力によりるつぼ１の軸心周りの回転力が与えられ、その結果、図１の矢印で示すように渦状の流れを生じる。これにより、るつぼ１内の溶湯２には、誘導加熱コイル３による溶湯撹拌力とは異なる軸心周りの回転力が与えられ、溶湯２の表面に浮かんだ粉末状や粒状の小片材料が溶湯２の中心に集められ、溶湯２の回転とともに溶湯２中に溶け込んでいく。
【００１７】
このように、るつぼ１内の溶湯２に誘導加熱コイル３による溶湯撹拌力とは異なり、軸心周りの回転力を与える電磁撹拌手段を設けることにより、溶湯２の表面に浮かんだ粉末状や粒状の小片材料を溶湯中２に溶け込ませることができるので、効率的に小片材料を溶解することができる。
また、溶解用電源４と移動磁界発生用電源７とを各々設けることにより、誘導加熱コイル３による加熱と撹拌コイル６による撹拌とをそれぞれ単独あるいは同時に運転することができ、溶解状態に合わせて最適な運転を行うことができる。
【００１８】
図２は、この発明の第２の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示すものであり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視図である。
図２において、図１と同一符号を付したものは同一の機能を有するのでその説明は省略する。同図が図１と異なる部分は、るつぼ１内壁側からるつぼ１中心に突出する鉛直方向の邪魔板８を設けた点である。
【００１９】
これにより、図２（ｂ）の矢印で示すように、溶湯２は邪魔板８により回転を邪魔されて、溶湯２の表面に浮かんだ粉末状や粒状の小片材料に上側から被さることにより、さらに効率的に小片材料を溶湯２中に溶け込ませることが可能となる。
図３は、この発明の第３の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示す側断面図である。
【００２０】
図３において、図１と同一符号を付したものは同一の機能を有するのでその説明は省略する。同図が図１と異なる部分は、鉄心５と撹拌コイル６とから構成される電磁撹拌手段をるつぼ１の外周で、かつ誘導加熱コイル３の上部に配置した点である。
図４は、この発明の第４の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示す側断面図である。
【００２１】
図４において、図１と同一符号を付したものは同一の機能を有するのでその説明は省略する。同図が図１と異なる部分は、誘導加熱コイル３を上側誘導加熱コイル３ａと下側加熱コイル３ｂとに分割して形成するとともに、鉄心５と撹拌コイル６とから構成される電磁撹拌手段をるつぼ１の外周で、かつ上側誘導加熱コイル３ａと下側加熱コイル３ｂとの間に配置した点である。
【００２２】
図５は、この発明の第５の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示すものであり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）はＣ−Ｃ矢視図である。
図５において、図１と同一符号を付したものは同一の機能を有するのでその説明は省略する。同図が図１と異なる部分は、鉄心９と撹拌コイル６とから構成される電磁撹拌手段をるつぼ１の底面に配置した点である。
【００２３】
また、この実施の形態では、電磁撹拌手段がるつぼ１の底面に配置されることから、電磁撹拌手段の形状は図１〜４のるつぼ１の外周に配置されるものとは異なる形状となっている。
すなわち、図に示すように、鉄心９は円環状に形成された環状部９ａと、円周方向に等しい間隔を保って環状部９ａの上側から上方に突出する複数の突出部９ｂとから構成され、この鉄心９の複数の突出部９ｂにそれぞれ撹拌コイル６が巻回されている。
【００２４】
なお、図３〜４の実施の形態においても、図２の実施の形態と同様に邪魔板８をるつぼ１内壁側に設けることも可能であり、これにより、図２の実施の形態と同様の効果が得られる。
また、図１〜図４の実施の形態においては、円環状に形成された環状部５ａを有する鉄心５を示したが、鉄心は半円環状あるいはＵ字状に形成された環状部とこの環状部の内周側から突出する複数の突出部とから構成し、突出部にそれぞれ撹拌コイルを巻回して電磁撹拌手段を構成することも可能である。このように鉄心を半円環状あるいはＵ字状にすると電磁撹拌手段を水平方向に移動可能にすることができるので、メンテナンスの作業性が良好となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係るるつぼ形誘導炉によれば、るつぼ内の溶湯に軸心周りの回転力を与える電磁撹拌手段を設けることにより、溶湯の表面に浮かんだ粉末状や粒状の小片材料が溶湯の中心に集められ、溶湯の回転とともに溶湯中に溶け込ませることができるので、効率的に小片材料を溶解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示すものであり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ矢視図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示すものであり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】この発明の第３の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示す側断面図である。
【図４】この発明の第４の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示す側断面図である。
【図５】この発明の第５の実施の形態のるつぼ形誘導炉を示すものであり、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）はＣ−Ｃ矢視図である。
【図６】従来のるつぼ形誘導炉の構造を示す側断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　るつぼ
２　　　　　溶湯
３　　　　　誘導加熱コイル
４　　　　　溶解用電源
５，９　　　鉄心
６　　　　　撹拌コイル
７　　　　　移動磁界発生用電源
８　　　　　邪魔板

Claims

耐火物からなるるつぼと、このるつぼの外周に巻回される誘導加熱コイルとを有するるつぼ形誘導炉において、るつぼ内の溶湯に軸心周りの回転力を与える電磁撹拌手段を設けたことを特徴とするるつぼ形誘導炉。
前記電磁撹拌手段を誘導加熱コイルの下部に配置したことを特徴とする請求項１記載のるつぼ形誘導炉。
前記電磁撹拌手段を誘導加熱コイルの上部に配置したことを特徴とする請求項１記載のるつぼ形誘導炉。
前記誘導加熱コイルを上下に分割し、分割した誘導加熱コイル間に前記電磁撹拌手段を配置したことを特徴とする請求項１記載のるつぼ形誘導炉。
前記電磁撹拌手段をるつぼの底面に配置したことを特徴とする請求項１記載のるつぼ形誘導炉。
前記電磁撹拌手段は、環状部の内周側からるつぼ中心に突出する複数の突出部を有する鉄心と、これら鉄心にそれぞれ巻回される撹拌用コイルとから構成されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のるつぼ形誘導炉。
前記電磁撹拌手段は、環状部の上側から上方に突出する複数の突出部を有する鉄心と、これら鉄心にそれぞれ巻回される撹拌用コイルとから構成されることを特徴とする請求項５に記載のるつぼ形誘導炉。
前記るつぼの内壁からるつぼ中心に突出する邪魔板を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のるつぼ形誘導炉。