JP2008269808A - 浸漬ヒーター - Google Patents

Abstract

【課題】金属溶湯を効率よく加熱することができる浸漬ヒーターを提供する。
【解決手段】容器に貯留される金属溶湯に浸漬して金属溶湯を加熱する浸漬ヒーター１であって、導電性セラミックス材料からなる有底筒状の外筒管２と、外筒管２の内部に配置され、外筒管２に通電可能に接続する導電性材料からなる内部導電体３とを備える浸漬ヒーター１。
【選択図】図１

Description

本発明は、浸漬ヒーターに関する。

従来、鋳造用のアルミニウム溶湯や亜鉛メッキ用の亜鉛溶湯等の金属溶湯を保持炉やメッキ槽等の容器に貯留する場合、金属溶湯の温度が低下することを防止するために、金属溶湯を加熱・保温する浸漬ヒーターが用いられている。このような浸漬ヒーターとして、例えば、特許文献１に開示されている浸漬ヒーターが知られている。この浸漬ヒーターは、図８に示すように、通電加熱により加熱される電熱線１００を絶縁抵抗の高い絶縁セラミックス１０１で被覆して構成されている。
特開平１１−１７６５６４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているような浸漬ヒーターを用いて金属溶湯を加熱・保温する場合、電熱線が絶縁セラミックスで被覆されているため、電熱線において発生した熱は、絶縁セラミックスを介して金属溶湯に伝わることになり、金属溶湯を効率よく加熱・保温することが難しいという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、金属溶湯を効率よく加熱することができる浸漬ヒーターを提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、容器に貯留される金属溶湯に浸漬して金属溶湯を加熱する浸漬ヒーターであって、導電性セラミックス材料からなる有底筒状の外筒管と、前記外筒管の内部に配置され、前記外筒管に通電可能に接続する導電性材料からなる内部導電体とを備える浸漬ヒーターにより達成される。

また、この浸漬ヒーターにおいて、前記外筒管は、金属溶湯に浸漬される浸漬部と、前記浸漬部よりも電気比抵抗値が小さい非浸漬部とを備え、前記浸漬部及び前記非浸漬部は、前記外筒管の軸方向に沿って配置されていることが好ましい。

また、前記外筒管は、金属溶湯に浸漬される浸漬部と、前記浸漬部よりも肉厚が厚い非浸漬部とを備え、前記浸漬部及び前記非浸漬部は、前記外筒管の軸方向に沿って配置されていることが好ましい。

また、前記外筒管と前記内部導電体との間には、電気絶縁性を有する断熱材料が充填されていることが好ましい。

また、前記内部導電体は、前記外筒管に着脱自在に取り付けられることが好ましい。

本発明によれば、金属溶湯を効率よく加熱することができる浸漬ヒーターを提供することができる。

以下、本発明に係る浸漬ヒーターについて添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る浸漬ヒーターの概略構成断面図であり、図２は図１における矢示Ａ方向から見た浸漬ヒーターの概略構成図である。この浸漬ヒーター１は、容器に貯留されるアルミニウム溶湯や亜鉛溶湯等の金属溶湯に浸漬させて該金属溶湯を加熱・保温するための加熱装置であり、図１に示すように、有底筒状の外筒管２と、外筒管２の内部に配置される導電性材料からなる内部導電体３とを備えている。

外筒管２は、金属溶湯に直接接触する部材であり、耐熱性があり、通電すると発熱する導電性セラミックス材料により形成されている。この外筒管２は、筒部２１と、当該筒部２１の一端を閉塞する底部２２とを備えている。このような構成により、外筒管２が、一端２ａに底部２２を有し、他端２ｂに開口部２３を有するように構成されている。外筒管２を構成する導電性セラミックス材料としては、カーボンなどの低電気抵抗素材及びシリコンカーバイドなどの高電気抵抗素材を主体としたセラミックス材料を例示することができる。このような外筒管２は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、カーボンなどの低電気抵抗素材とシリコンカーバイドなどの高電気抵抗素材とを、所望の電気比抵抗値になるように割合を調整した後、液状のピッチタールやレジン等で混練し、坏土を作る。この坏土を所定形状の金型内に充填し、プレス成形を行った後、これを焼成して必要な強度を付与する。そして、必要に応じて旋盤などで加工し、所定の形状とすることにより外筒管２が得られる。外筒管２の電気比抵抗値は、１０×１０^−３Ω・ｃｍ〜５００×１０^−３Ω・ｃｍであることが好ましく、５０×１０^−３Ω・ｃｍ〜２００×１０^−３Ω・ｃｍであることがより好ましい。

内部導電体３は、図１及び図２に示すように、断面視円形の棒状体となるように形成されている。この内部導電体３は、外筒管２の内周面２ｃと非接触な状態で外筒管２の内部に収容され、外筒管２の底部２２に一端３ａが通電可能に接続するようにして取り付けられている。本実施形態においては、内部導電体３も外筒管２と同様に、導電性セラミックス材料により形成されている。電気比抵抗値は、１０×１０^−３Ω・ｃｍ〜５００×１０^−３Ω・ｃｍであることが好ましく、５０×１０^−３Ω・ｃｍ〜２００×１０^−３Ω・ｃｍであることがより好ましい。

内部導電体３を外筒管２の底部２２に接続するには、例えば、底部中央に形成した取付凹部２４に電導性モルタル等の導電性の接着材４を介して内部導電体３の一端３ａを接着して固定することにより行う。

外筒管２の開口部２３側には外筒管用電極２６が取り付けられており、内部導電体３の他端側３ｂには内部導電体用電極３６が取り付けられている。外筒管用電極２６及び内部導電体用電極３６は、サイリスタ整流器等の電源装置Ｅに接続されており、外筒管用電極２６と内部導電体用電極３６との間に電圧を印加することができる構成になっている。電圧の印加により、内部導電体３及び外筒管２が通電加熱することになる。

外筒管２の開口部２３側と内部導電体３の他端側３ｂとは、電気絶縁性を有する補強部材５により接続されている。これにより、内部導電体３や外筒管２が折損することを防止することができる。

次に、このように構成された浸漬ヒーター１を用いて保持炉等の容器に貯留された金属溶湯を加熱・保温するには、例えば、図３に示すように、容器６に貯留された金属溶湯Ｚの中に外筒管２の一部が浸漬するようにして容器６の蓋体７に固定する。次に、電源装置Ｅを起動し、浸漬ヒーター１の外筒管用電極２６と内部導電体用電極３６との間に電圧を印加することにより、内部導電体３及び外筒管２に電流を流す。これにより内部導電体３及び外筒管２が通電加熱する。内部導電体３及び外筒管２において発生した熱は、金属溶湯Ｚに放熱され、該金属溶湯Ｚを加熱又は保温する。

このように、本実施形態に係る浸漬ヒーター１は、容器６に貯留された金属溶湯Ｚに直接接触する外筒管２が、通電加熱により発熱するように構成されているため、効率よく金属溶湯Ｚを加熱・保温することができる。

また、外筒管２が輻射効率の優れた導電性セラミックス材料により形成されているので、外筒管２において発生した熱が、金属溶湯Ｚに伝わりやすく、該溶湯Ｚを効率よく加熱・保温することができる。

また、本実施形態に係る浸漬ヒーター１においては、内部導電体３及び外筒管２の双方において発熱するように構成しているため、内部導電体３及び外筒管２の電気抵抗値をそれぞれ適宜変更することにより、内部導電体３及び外筒管２のそれぞれにおいて発熱する熱量のバランスをコントロールすることができる。これにより、保温温度が異なる様々な種類の金属溶湯に対して、エネルギーロスが少なく効率的に各金属溶湯を加熱・保温するのに最も適した浸漬ヒーター１を容易に得ることができる。内部導電体３及び外筒管２の電気抵抗値を変更するには、例えば、内部導電体３及び外筒管２を形成するのに用いられるカーボン等の低電気抵抗素材とシリコンカーバイド等の高電気抵抗素材との配合割合をそれぞれ調整することにより可能である。また、内部導電体３の軸線に対して垂直方向の断面積と、外筒管２の軸線に対して垂直方向の筒部２１の断面積との比を変更することにより、或いは、内部導電体３及び外筒管２の軸方向長さをそれぞれ変更することによっても可能である。

以上、本発明に係る浸漬ヒーター１の一実施形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施形態に限定されない。例えば、図４に示すように、外筒管２の筒部２１が、金属溶湯に浸漬される浸漬部２１ａと、浸漬部２１ａよりも電気比抵抗値が小さい非浸漬部２１ｂとを備え、これら浸漬部２１ａおよび非浸漬部２１ｂが外筒管２の軸方向に沿って配置するように構成してもよい。このような外筒管２は、例えば、次のようにして製造することができる。まず、カーボンなどの低電気抵抗素材とシリコンカーバイドなどの高電気抵抗素材とを、所望の電気比抵抗値になるように割合を調整した後、液状のピッチタールやレジン等で混練し、坏土を作る。このようにして、電気比抵抗値が異なる坏土を金型内に積層状に充填し、プレス成形を行った後、これを焼成して必要な強度を付与する。そして、必要に応じて旋盤などで加工し、所定の形状とすることにより外筒管２が得られる。このような構成を有する浸漬ヒーター１を容器中の金属溶湯に浸漬し、外筒管２を通電加熱した場合、浸漬部２１ａが高温になる一方、非浸漬部２１ｂの温度はこれよりも低くなる。したがって、金属溶湯が主に接触する外筒管２の浸漬部２１ａにおいて、金属溶湯を十分加熱することができる一方、金属溶湯との接触がほとんどない非浸漬部２１ｂにおいては発熱を抑制することができる。この結果、金属溶湯を効率よく加熱・保温することが可能になり、高い省エネルギー効果を得ることができる。

また、非浸漬部２１ｂの電気比抵抗値を浸漬部２１ａよりも小さく設定することにより、非浸漬部２１ｂに比べて浸漬部２１ａがより高温になるようにしているが、浸漬部２１ａ及び非浸漬部２１ｂの電気比抵抗値を異ならせる代わりに、図５に示すように、非浸漬部２１ｂの肉厚が、浸漬部２１ａの肉厚よりも厚くなるように外筒管２を形成してもよい。このような構成であっても、浸漬部２１ａの電気抵抗値を非浸漬部２１ｂの電気抵抗値よりも大きくすることができ、金属溶湯に主に接触する浸漬部２１ａを高温状態にすると共に、金属溶湯との接触がほとんどない非浸漬部２１ｂからの発熱を抑制することが可能になる。この結果、金属溶湯を効率よく加熱・保温することができる。なお、浸漬部２１ａと非浸漬部２１ｂとの接合部２１ｃは、図５に示すように肉厚が連続的に変化する形状であってもよく、或いは、段差形状であってもよい。

また、本実施形態において、図６に示すように、外筒管２と内部導電体３との間に、電気絶縁性を有する断熱材料８を充填してもよい。電気絶縁性を有する断熱材料８としては、例えば、アルミナ、シリカ、ボーキサイト、ムライト、ジルコニア、ＳｉＣ等を挙げることができる。このような構成により、内部導電体３と外筒管２の内周面２ｃとの間で短絡が生じることや、内部導電体３の表面及び外筒管２の内周面２ｃが酸化により損傷することを確実に防止しつつ、外筒管２で発生した熱が内部導電体３側に放熱されることを抑制することができる。この結果、浸漬ヒーター１の耐久性を高めつつ、金属溶湯を効率よく加熱・保温することが可能になる。

また、本実施形態においては、内部導電体３を導電性セラミックス材料により形成しているが、内部導電体３が発熱する熱により内部導電体３自らが溶損しない程度の高融点の金属材料により内部導電体３を形成することもできる。また、導電性の優れた金属材料により内部導電体３を形成し、外筒管２において主に発熱するような構成を採用することもできる。

また、本実施形態においては、導電性モルタル等の導電性を有する接着材４により、内部導電体３の一端３ａと外筒管２の底部２２とを接続するように構成しているが、例えば、内部導電体３と外筒管２とを金型により一体成形してもよい。

また、例えば、図７に示すように、内部導電体３の一端側３ａに雄ネジ部を形成すると共に、外筒管２の底部２２に形成される取付凹部２４の内周面に雌ネジ部を形成し、内部導電体３を外筒管２の取付凹部２４に螺合により着脱自在に取り付けるように構成してもよい。このような構成を採用することにより、種々の電気抵抗値を有する内部導電体３と外筒管２とを組み合わせることが容易になり、内部導電体３及び外筒管２のそれぞれにおいて発熱する熱量のバランスを容易にコントロールすることができる。この結果、金属溶湯を所望の温度に効率よく加熱・保温するのに最も適した浸漬ヒーター１を容易に得ることができる。

また、本実施形態においては、内部導電体３の一端３ａを外筒管２の底部２２に通電可能に接続するように構成しているが、例えば、内部導電体３の一端３ａが外筒管２の内周面２ｃに通電可能に接続するように構成することもできる。

また、本実施形態においては、カーボンなどの低電気抵抗素材及びシリコンカーバイドなどの高電気抵抗素材により構成した導電性セラミックス材料により外筒管２を形成するようにしているが、接触する溶湯により外筒管２が酸化することを防止するために、例えば、アルミナ、シリカ、ムライトやガラス成分等を導電性セラミックス材料に更に添加して外筒管２を形成するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る浸漬ヒーターを示す概略構成断面図である。 図１における矢示Ａ方向から見た浸漬ヒーターの概略構成図である。 図１に示す浸漬ヒーターを用いて金属溶湯を加熱・保温する方法を説明するための説明図である。 図１に示す浸漬ヒーターの変形例を示す概略構成断面図である。 図１に示す浸漬ヒーターの変形例を示す概略構成断面図である。 図１に示す浸漬ヒーターの変形例を示す概略構成断面図である。 図１に示す浸漬ヒーターの変形例を示す概略構成断面図である。 従来の浸漬ヒーターを示す概略構成断面図である。

符号の説明

１ 浸漬ヒーター
２ 外筒管
２１ 筒部
２１ａ 浸漬部
２１ｂ 非浸漬部
２２ 底部
３ 内部導電体
２６ 外筒管用電極
３６ 内部導電体用電極

Claims (5)

1. 容器に貯留される金属溶湯に浸漬して金属溶湯を加熱する浸漬ヒーターであって、
   導電性セラミックス材料からなる有底筒状の外筒管と、
   前記外筒管の内部に配置され、前記外筒管に通電可能に接続する導電性材料からなる内部導電体とを備える浸漬ヒーター。
2. 前記外筒管は、金属溶湯に浸漬される浸漬部と、前記浸漬部よりも電気比抵抗値が小さい非浸漬部とを備え、
   前記浸漬部及び前記非浸漬部は、前記外筒管の軸方向に沿って配置されている請求項１に記載の浸漬ヒーター。
3. 前記外筒管は、金属溶湯に浸漬される浸漬部と、前記浸漬部よりも肉厚が厚い非浸漬部とを備え、
   前記浸漬部及び前記非浸漬部は、前記外筒管の軸方向に沿って配置されている請求項１に記載の浸漬ヒーター。
4. 前記外筒管と前記内部導電体との間には、電気絶縁性を有する断熱材料が充填されている請求項１から３のいずれかに記載の浸漬ヒーター。
5. 前記内部導電体は、前記外筒管に着脱自在に取り付けられる請求項１から４のいずれかに記載の浸漬ヒーター。

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