JP2004278882A

JP2004278882A - 誘導加熱溶解炉

Info

Publication number: JP2004278882A
Application number: JP2003069430A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tsuda; 正徳津田; Masahiro Tadokoro; 昌宏田所; Yasuhiro Nakai; 泰弘中井
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP4348973B2

Abstract

【課題】ルツボから出湯される溶湯の汚染が無く、しかも、誘導加熱効率も良好な状態に維持される誘導加熱溶解炉を実現し、提供する。
【解決手段】複数の導電性セグメント８を円周方向に相互に絶縁して配列することによって形成される有底筒状の炉本体１と、この炉本体１の外周側に巻回配置されて、前記炉本体１に収容された被溶解物２０ｂを誘導加熱自在な誘導加熱コイル２とを有して成る誘導加熱溶解炉において、導電性セグメント８上縁部の周方向長さＤを、炉本体１からの被溶解物２０ｂの流れ出し幅ｄよりも広いものに設定する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導加熱によって金属を溶解する誘導加熱溶解炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コールドクレーシブル溶解炉等の誘導加熱溶解炉は、互いに電気的に絶縁された縦割りの導電性セグメントを、円周方向に配列することにより形成された容器状の炉本体であるルツボ（るつぼ、坩堝）と、炉本体の周囲に配置された誘導加熱コイルとを備えて構成されている。導電性セグメントの内部には冷却水路が形成されているので、ルツボは、熱伝導率の良い金属により形成され，かつ、冷却水により効率良く冷却できる構造となっている。このようなものとしては、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
ルツボは、縦長形状の導電性セグメントを周方向に多数繋ぎ合せることで構成されており、それら周方向で隣り合うセグメントどうしは、スリットを介して絶縁状態で接続されている。従来の誘導加熱溶解炉は、特許文献１に示されたように、ルツボ（坩堝）を構成しているセグメントどうしを絶縁させるスリットには、溶湯のさしこみを防止するために耐火物（スリット耐火物）を充填させ、その隙間を埋めている。また、図５に示すように、スリット８ａ部分を階段状に形成して、そこ耐火性ブロックｂを嵌め込み、セグメント８を補強する構造のものもある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２７９８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような誘導加熱溶解炉では、ルツボ内で加熱溶融された溶湯を、通常、鋳型に鋳込むために、炉本体を傾動させて出湯させるのであるが、その出湯の際には、溶湯がルツボ上縁のスリット耐火物や耐火ブロックに接触するようになる。従って、出湯される溶湯にはそれら耐火物が混入し、溶湯を汚染するという問題が生じていたのである。
【０００６】
そこで、出湯の際に、溶湯がルツボ上縁のスリット耐火物等に触れないようにするには、ルツボ上縁部分については導電性セグメントが環状に連続した短絡セグメント部（図６参照）に形成し、スリット部分を無くせば良い。しかしながら、ルツボが周方向に連続されて導通すると、誘導加熱コイルへの導通に起因して短絡セグメント内を電流が無限に周回する現象が生じ、それによってルツボ内部に侵入する磁束、すなわち、ルツボ内の溶湯に加えられる誘導加熱作用が減少し、加熱効率が悪化するので、実現は困難である（そのため、従来ではセグメントを周方向に多数に分割して絶縁することで効率の悪化を防止しており、多くのスリットが存在していたのである）。
【０００７】
ならば、図６に示すように、セグメント長さを上に長くしてつぼ高さを高くし、上縁の短絡セグメント部を誘導加熱コイルより上方に位置させることにより、スリット耐火物等を無くしながら、前述した加熱効率の悪化も解消可能となる対策手段が考えられる。ところが、この手段ではルツボが大型化するとともに、それによって溶湯の出湯位置を上方に変更しなければならない等、新たに設備上の問題が生ずるため、やはり実現は困難である。
【０００８】
従って、本発明の目的は、更なる工夫並びに改善を行うことにより、ルツボから出湯される溶湯の汚染が無く、しかも、誘導加熱効率も良好な状態に維持される誘導加熱溶解炉を実現し、提供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の構成は、複数の導電性セグメントを円周方向に相互に絶縁して配列することによって形成される有底筒状の炉本体と、この炉本体の外周側に巻回配置されて、炉本体に収容された被溶解物を誘導加熱自在な誘導加熱コイルとを有して成る誘導加熱溶解炉において、
導電性セグメント上縁部の周方向長さを、炉本体からの被溶解物の流れ出し幅よりも広いものに設定してあることを特徴とする。
【００１０】
請求項１の構成によれば、導電性セグメント上縁部の周方向長さを、炉本体からの被溶解物の流れ出し幅よりも広いものに設定したので、炉本体を傾動させてろ本体内の被溶解物を外部に出湯する際に、隣合う導電性セグメントどうしの間に介装されたスリット耐火物に接触することが無くなり、出湯に伴って溶湯が汚染されることを解消することが可能になる。
【００１１】
その結果、出湯時の溶湯の幅を把握して、出湯方向と炉本体の傾動方向との関係付けること、及び、導電性セグメントの幅方向寸法をある程度大きめの値に設定することという、簡単で経済的手段により、誘導加熱コイルによる良好な加熱効率を維持すべく、炉本体を周方向に分割された複数の導電性セグメントから構成する構造を踏襲しながら、出湯に伴う被溶解物の汚染が無く、品質の良い溶湯が得られる有用な誘導加熱溶解炉を提供することができた。
【００１２】
請求項２の構成は、請求項１の構成において、導電性セグメントに、その下端部から上端より少し下方の位置に亘って連続され、かつ、導電性セグメントの内外に亘って貫通する縦スリットを形成してあることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の構成によれば、導電性セグメントに、その出湯される箇所である上端部を除いて、周方向で電気的に絶縁できる縦スリットを形成したので、出湯される溶湯の汚染を防止しながらも、誘導加熱コイルによる炉本体内の被溶解物の加熱効率をより向上させられる利点がある。
【００１４】
請求項３の構成は、請求項１又は２の構成において、複数の導電性セグメントの夫々は、炉本体としての周方長さが互いに等しいものに設定されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３の構成によれば、複数の導電性セグメントを互いに同一種のものに、即ち、炉本体を構成する導電性セグメントの種類は１種類で良いので、経済的かつ合理的に誘導加熱溶解炉を構成することができた。また、ルツボ内磁束密度の対称性が保たれ、その電磁力によって支持される溶湯が安定し、ひいてはスカルの生成が抑制される（もし、対称がくずれると、ある一方向に溶湯が倒れて内壁に接触し、スカルが生成される）。
【００１６】
請求項４の構成は、請求項１〜３の構成において、炉本体としての周方向で隣合う導電性セグメントどうしの間に、絶縁性及び耐火性を有する構造部材を介装してあることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４の構成によれば、隣り合う導電性セグメントどうしの間の空間部が、絶縁性及び耐火性を有する構造部材で埋まるので、電気的な絶縁性が向上し、安定した溶解作用を発揮して信頼性に優れる誘導加熱溶解炉を提供することが可能になった。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１には誘導加熱溶解炉Ａの概略の構造図を示し、図２にはルツボ（炉本体の一例）１の平面図を示し、そして、図３には導電性セグメント単体での概略の斜視図を示してある。
【００１９】
誘導加熱溶解炉の一例であるコールドクルーシブル溶解炉Ａは、図１に示すように、被溶解金属（被溶解物の一例）２０を収容するルツボ１、ルツボ１を外囲する状態の誘導加熱コイル２、ルツボ１を支持する架台３等を有して構成されている。
【００２０】
ルツボ１は、純銅の熱伝導率（３８９Ｗ／ｍ・ｋ）よりも小さな熱伝導率（３２２Ｗ／ｍ・ｋ）のクロム銅により形成されており、ルツボ１の機械的強度を高めていると共に、被溶解金属２０の単位時間当たりの抜熱量を純銅の場合よりも低減している。尚、ルツボ１は、純銅の他、純銅の熱伝導率よりも小さな熱伝導率のジルコニウム銅やベリリウム銅、クロムジルコニウム銅、テルル銅等の金属材料を用いることができる。また、被溶解金属２０としては、純銅や銅合金の他、金や銀、アルミニウム、これら各金属の合金等の大きな熱伝導率を有した金属を挙げることができると共に、鉄やコバルト、チタン、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、ニオブ、タンタル、モリブデン、ウラン、希土類金属、トリウム、これらの合金等を挙げることができる。
【００２１】
ルツボ１は、４個の導電性セグメント８をスリットｓ又はそこに充填されたスリット耐火物（絶縁性及び耐火性を有する構造部材の一例）４を介して周方向に接続して構成されており、１個の導電性セグメント８は、平面視で約９０度の円弧状を呈する縦長形状に形成されている。架台３は、中心ボス部１１と、これの上端に続く円盤部１２とを有したフランジ付きボス形状に形成されており、円盤部１２の水平面状の上面１２ａにルツボ１が載置されて取り付けられる。
【００２２】
導電性セグメント８は、図３に示すように、ルツボ１の底面壁を構成するように形成された底部５と、ルツボ１の側面壁を構成する側壁部６と、側壁部６の下端部から外周方向に曲折され、架台３の円盤部１２における外周端部９上にボルト１０により締結される取付部７とを有している。そして、側壁部６には、その下端から上端より少し下方の位置迄連続され、かつ、ルツボ１の径方向で内外に貫通する縦スリット８ａが、ルツボ１としての周方向で等間隔毎に３箇所（複数箇所）形成されている。それにより、側壁部６における縦スリット８ａよりも上側の部分は、周方向に連続した短絡セグメント部１７に形成されている。尚、縦スリット８ａを、前述したスリット耐火物４で充填しても良い。
【００２３】
導電性セグメント８の側壁部６と取付部７とは、縦スリット８ａを介して互いに電気的に絶縁状態にされている。尚、導電性セグメント８は、所定の強度を維持できる範囲内で側壁部６の横断面積を減少させるように縦スリット８ａの幅が内径側から外径側にかけて階段状に拡大されていても良く、この場合には、側壁部６の誘導加熱による損失を減少させることができる。また、縦スリット８ａを底部５にまで延長し、平面視で約９０度の扇型形状を呈する底部５をも、互いに絶縁すべく周方向で複数に分割させても良い。
【００２４】
各導電性セグメント８の内部には、図１、図３に示すように、ルツボ１を水冷するための冷却水路１３が形成されている。この冷却水路１３は、導電性セグメント８の頂上部分を境とする往水路１４と復水路１５とで構成されている。これら水路１４，１５は、導電性セグメント８の内部に形成された空間部を仕切部材１６で仕切ることによって形成されており、架台３の中心ボス部１１内を通して冷却水の出入れを行うように構成されている。尚、図示は省略するが、縦スリット８ａの上側において、即ち短絡セグメント部１７内を周方向に延びる横向きの連通水路を設けても良い。冷却水路１３冷却水を流通させることにより、導電性セグメント８を含むルツボ１の全体を所定の温度（被溶解金属２０との反応温度）以下に冷却している。
【００２５】
被溶解金属２０は、図１においては、ルツボ１の底面や内周面に沿って深皿状に形成されたスカル２０ａと、その上に滞留した状態の溶湯２０ｂとに分離した状態になっているが、これは次のような理由による。即ち、ルツボ１の外周側に巻回された誘導加熱コイル１１に交流電力が供給されると、誘導加熱コイル１１の周囲に交番磁場が生成されることになり、誘導加熱コイル１１の内周側における交番磁場は、周方向に分割された導電性セグメント８を介してルツボ１の内側に透過し、被溶解金属２０を誘導加熱する。
【００２６】
これにより、図１に示すように、被溶解金属２０は、溶融温度に昇温した表面側から溶解を開始して溶湯２０ｂとなり、ルツボ１の底面壁に向かって流れ落ちる。そして、溶湯２０ｂがルツボ１の底部５に到達したときに、底部５により冷却されて凝固し、皿状のスカル２０ａを形成する。そして、スカル２０ａが所定以上の厚みとなってルツボ１による冷却能力よりも誘導加熱による加熱能力が上回ると、スカル２０ａ上に溶湯２０ｂとして滞留していくことになるからである。尚、溶湯２０ｂの滞留量が増加すると、溶湯２０ｂが交番磁場と誘導電流との相互作用および重力の作用を受けることによって、周辺部から中央部にかけて盛り上がったドーム形状の外形を呈するようになる。
【００２７】
このルツボ１から溶湯２０ｂを取出すには、前述したようにルツボ１を横倒しに傾動させて行うようになるが、その際には、図２に示すように、何れかの導電性セグメント８の周方向で中心位置が最も下となるように、ルツボ１の傾動方向を定めるのであり、その機能をルツボ傾動装置（図示省略）に含ませてあると好都合である。これにより、ルツボ１の上縁から出湯される溶湯２０ｂの流れ出し幅ｄは、隣り合う導電性セグメント８どうしを絶縁する一対のスリットｓ，ｓの間隔（即ち、１個の導電性セグメント８の幅）Ｄよりも小さいので、スリット耐火物４に触れることが無く、汚染されな状態で溶湯２０ｂを取り出せるのである。
【００２８】
本発明は、導電性セグメント８の周方向の周方向幅Ｄが、出湯される被溶解物２０の流れ出し幅ｄよりも大であることが要旨である。従って、導電性セグメント８の周方向での個数は、ルツボ１の大きさ、出湯させる際のルツボ１の傾動角度、被溶解物２０の性状等によって、即ち、ケース・バイ・ケースによって変化する。
【００２９】
〔別実施形態〕
＜１＞図４に示すように、溶湯２０ｂが出湯される箇所の導電性セグメント８のみを、周方向幅の広い幅広セグメント１８に設定し、それ以外は、周方向幅の狭い幅狭セグメント１９とされた炉本体１としても良い。
【００３０】
＜２＞導電性セグメント８，１８を側壁部のみから成るものとし、かつ、底部５を別部材から構成する、という構造も可能である。また、縦スリット８ａの数は、１個でも複数でも良く、導電性セグメント８の大きさから適宜に勘案して設定すれば良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、複数の導電性セグメントを円周方向に相互に絶縁して配列することによって形成される有底筒状の炉本体と、この炉本体の外周側に巻回配置されて、炉本体に収容された被溶解物を誘導加熱自在誘導加熱コイルとを有して成る誘導加熱溶解炉において、導電性セグメント上縁部の周方向長さを、炉本体からの被溶解物の流れ出し幅よりも広いものに設定してあることを特徴とする。
【００３２】
その結果、出湯時の溶湯の幅を把握して、出湯方向と炉本体の傾動方向との関係付けること、及び、導電性セグメントの幅方向寸法をある程度大きめの値に設定することという、簡単で経済的手段により、誘導加熱コイルによる良好な加熱効率を維持すべく、炉本体を周方向に分割された複数の導電性セグメントから構成する構造を踏襲しながら、出湯に伴う被溶解物の汚染が無く、品質の良い溶湯が得られる有用な誘導加熱溶解炉を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘導加熱溶解炉の概略構造を示す一部切欠きの側面図
【図２】出湯状態でのルツボ頂部を示す平面図
【図３】導電性セグメント単品の斜視図
【図４】別実施形態として出湯状態でのルツボ頂部を示す平面図
【図５】耐火ブロックを有する従来のスリット構造を示す部分斜視図
【図６】比較例として上下長さの長いルツボを示す斜視図
【符号の説明】
１炉本体
２誘導加熱コイル
４絶縁性及び耐火性を有する構造部材
８導電性セグメント
８ａ縦スリット
２０被溶解物
ｄ被溶解物の流れ出し幅
Ｄ導電性セグメント上縁部の周方向長さ

Claims

複数の導電性セグメントを円周方向に相互に絶縁して配列することによって形成される有底筒状の炉本体と、この炉本体の外周側に巻回配置されて、前記炉本体に収容された被溶解物を誘導加熱自在な誘導加熱コイルとを有して成る誘導加熱溶解炉であって、
前記導電性セグメント上縁部の周方向長さを、前記炉本体からの被溶解物の流れ出し幅よりも広いものに設定してある誘導加熱溶解炉。
前記導電性セグメントに、その下端部から上端より少し下方の位置に亘って連続され、かつ、前記導電性セグメントの内外に亘って貫通する縦スリットを形成してある請求項１に記載の誘導加熱溶解炉。
前記複数の導電性セグメントの夫々は、前記炉本体としての周方向が互いに等しいものに設定されている請求項１又は２に記載の誘導加熱溶解炉。
前記炉本体としての周方向で隣合う導電性セグメントどうしの間に、絶縁性及び耐火性を有する構造部材を介装してある請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱溶解炉。