JP2972787B2 - 浮上溶解装置 - Google Patents

浮上溶解装置

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JP2972787B2
JP2972787B2 JP5056225A JP5622593A JP2972787B2 JP 2972787 B2 JP2972787 B2 JP 2972787B2 JP 5056225 A JP5056225 A JP 5056225A JP 5622593 A JP5622593 A JP 5622593A JP 2972787 B2 JP2972787 B2 JP 2972787B2
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crucible
tank
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floating
melting apparatus
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章 福澤
和之 櫻谷
敏昭 渡邉
智 岩崎
素央 山崎
公 森田
達男 武
満 藤田
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Fuji Electric Co Ltd
Chubu Electric Power Co Inc
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KAGAKU GIJUTSUCHO KINZOKU ZAIRYO GIJUTSU KENKYU SHOCHO
Fuji Electric Co Ltd
Chubu Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、誘導コイルの内側の
セグメント状の導電材からなるるつぼの中に、金属等の
被加熱物を入れることにより、金属をるつぼから浮上さ
せ、浮上状態で溶解する浮上溶解装置に関する。
【0002】
【従来の技術】この浮上溶解方法により溶解した金属に
は、るつぼからの不純物が混入しないので、純度の高い
溶湯ができ、この溶湯を使って鋳型に流し込んだりして
極めて高品位の製品の製造が可能であり、例えばチタニ
ウム,シリコン等の溶解に用いられる。
【0003】図6は従来例の部分断面斜視図である。図
において、従来の浮上溶解装置は、円形の誘導コイル1
の内側に、電気的に絶縁された銅等の導電材からなる複
数のセグメント2を誘導コイル1の周方向に並べてるつ
ぼ3を構成する。るつぼ3の内側はくりぬかれて有底筒
状をなし、この部分に金属等の被加熱物が入れられる。
またるつぼ3の底部中心側には小さい円筒形の穴4が開
けられていて、磁束はこの穴4とセグメント2の間のス
リット5からるつぼ内に侵入して被加熱物と鎖交する。
セグメント2を水等により冷却するために、セグメント
2には図示しない軸方向の水路があり、るつぼ3の近傍
には電力供給用の周波数変換装置やトランスの他、冷却
液供給用のポンプが配置される。またセグメント2の間
のスリット5には絶縁材が充填される。
【0004】誘導コイル1の電流は、電気的に絶縁され
たそれぞれのセグメント2にうず電流を誘導すると共
に、被加熱物にも渦電流を誘導する。このため、るつぼ
3と被加熱物に流れるうず電流の方向は対向する表面部
分では互いに逆方向を向き、磁気的な反発力を生じる。
るつぼ3は固定されているので、被加熱物に働く浮上力
が被加熱物の重量より大きければ被加熱物はるつぼ3か
ら離れて浮上する。被加熱物6のうず電流は抵抗損によ
り熱を発生して加熱し続けるので、被加熱物は浮上状態
で溶解する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来例によれ
ば、セグメント2は相互に電磁振動を起こし、スリット
5を充填する絶縁材は損耗して厚さが減少し、スリット
5の隙間に不同が生じるので、スリット5を通過する磁
束が不均一となる。このため、この磁束により浮上力を
受ける被加熱物の浮上が安定しない。絶縁材が極端に損
耗すれば絶縁材が脱落してるつぼ3が破壊する恐れがあ
る。
【0006】また、電力供給用の周波数変換装置やトラ
ンスの間を縫って冷却液供給用のポンプの給水管が各セ
グメント2の水路に接続されるので、セグメント2毎に
給水管の流体抵抗が異なり、各セグメント2の水路を流
れる冷却液の流量が異なる。このため、各セグメント2
の温度にばらつきが生じて電気抵抗値がばらつき、各セ
グメント2に誘導される渦電流の不同が生じる。結局、
この不同な渦電流により浮上力を受ける被加熱物の浮上
が安定しない。流量が極端に低下すれば、冷却液は沸騰
して水路や管路の蒸気爆発を誘発する恐れがある。
【0007】この発明の目的は、セグメントのスリット
の隙間や、セグメントの冷却液の流量を均一にすること
により、磁束や渦電流を均一にして被加熱物の浮上を安
定できるようにし、望ましくは被加熱物のるつぼへの投
入を容易にできるような浮上溶解装置を提供することに
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明1の浮上溶解装置
は、誘導コイルの内側に設けた有底筒状の導電材からな
るるつぼを、スリットを介して周方向に分割した複数の
セグメントから形成する浮上溶解装置において、セグメ
ントの底部を相互に結合部材で結合し、環状部材により
軸心方向に束縛されるセグメントの上部の前記スリット
に、隣会うセグメントの凹部に食い込み絶縁材からなる
軸方向のピンを押し込むものである。
【0009】発明2の浮上溶解装置は、誘導コイルの内
側に設けた有底筒状の導電材からなるるつぼを、スリッ
トを介して周方向に分割した複数のセグメントから形成
する浮上溶解装置において、軸方向の水路を持つ各セグ
メントの冷却液の供給側となるるつぼの上部又は下部に
近接してタンクを配置し、このタンクと各水路とを相互
に近似する流体抵抗の給水管で接続するものである。
【0010】発明3の浮上溶解装置は、誘導コイルの内
側に設けた有底筒状の導電材からなるるつぼを、スリッ
トを介して周方向に分割した複数のセグメントから形成
する浮上溶解装置において、軸方向の水路を持つ各セグ
メントの冷却液の排出側となるるつぼの上部又は下部に
近接してタンクを配置し、このタンクと各水路とを相互
に近似する流体抵抗の排水管で接続するものである。
【0011】発明4は、発明2又は3において、前記タ
ンクを前記るつぼと同軸心の中空環状としてるつぼの上
方又は下方に配置するものである。発明5は、発明4に
おいて、るつぼの上方の中空環状のタンクを導体で形成
するものである。
【0012】
【作用】発明1の浮上溶解装置によれば、るつぼの底部
は結合部材で結合される。そして環状部材により軸心方
向に束縛されるセグメントの上部は、セグメントの凹部
に押し込まれるピンにより、スリットの隙間は均一な寸
法が確実に保持される。このため、スリットを貫通する
磁束が均一になって被加熱物の浮上が安定する。また、
結合が強固で電磁振動を抑制するから絶縁材からなるピ
ンの損耗がなく、るつぼの破壊の恐れが全くない。
【0013】発明2の浮上溶解装置によれば、タンクは
るつぼに近接して配置されるので、タンクと各水路とを
接続する給水管は、相互に近似する流体抵抗を持つ。こ
のため、一定の給水圧力を保持するタンクに接続される
各セグメントの水路の流量が均一になり、冷却が均一に
なる。結局、各セグメントの温度も電気抵抗値も均一に
なって渦電流が均一になり、被加熱物の浮上が安定す
る。また、冷却液の不足な水路が生じて蒸気爆発を誘発
するような恐れもない。
【0014】発明3の浮上溶解装置の作用は、給水管が
排水管に、給水圧力が排水圧力に代わる以外、同一であ
る。発明4によれば、タンクは、中空環状をなしてるつ
ぼの上方又は下方に同軸心に配置されるので、給水管又
は排水管の流体抵抗は完全に同一となり、冷却が完全に
均一になって被加熱物の浮上が更に安定する。またタン
クと水路を接続する全ての給水管又は排水管が同一形状
になって構造が簡素になる。
【0015】発明5によれば、導体からなるタンクは1
ターンを形成してその周りの磁束を打ち消すので、誘導
コイルの磁束はるつぼの上方と環状のタンクとの間を通
り、タンクの内側の磁束は著しく減少する。このため、
上方から投入しようとする被加熱物に誘導起電力が発生
せず、被加熱物が弾き飛ばされることがなく真っ直ぐに
落下して確実にるつぼに投入される。
【0016】
【実施例】図1は実施例1の半断面斜視図、図2は図1
のセグメントの斜視図、図3は図1のタンクの縦断面
図、図4は実施例2のピンの斜視図、図5は実施例3の
ピンの斜視図である。従来例及び各図において同一符号
をつけるものはおよそ同一機能を持つ。図1、図2及び
図3において、この浮上溶解装置は、円形の誘導コイル
1の内側に、電気的に絶縁された銅等の導電材からなる
複数のセグメント2を誘導コイル1の周方向に並べてる
つぼ3を構成する。るつぼ3の内側はくりぬかれて有底
筒状をなし、この部分に金属等の被加熱物10が入れら
れる。またるつぼ3の底部中心側には小さい円筒形の穴
4が開けられていて、磁束はこの穴4とセグメント2の
間のスリット5からるつぼ内に侵入して被加熱物10と
鎖交する。セグメント2を水等により冷却するため、セ
グメント2に軸方向の水路6を設ける。そして、誘導コ
イル1に周波数変換装置7を接続する。
【0017】実施例の特徴として、前記セグメント2の
底部の中心部を相互に絶縁材などからなる結合部材11
で結合ピン11aを介して結合する。セグメント2の上
部のスリット5に、隣会うセグメントの凹部12に食い
込み絶縁材からなる軸方向のピン13を押し込む。そし
て軸方向の水路6を持つ各セグメント2の冷却液の供給
側となるるつぼ3の下部に近接して、るつぼ3と同軸心
の中空環状のタンク14を配置し、このタンク14と各
水路6とを給水管15で接続する。また冷却液の排出側
となるるつぼの上部に近接して、るつぼ3と同軸心の中
空環状のタンク16を配置し、このタンク16と各水路
6とを排水管17で接続する。下方のタンク14に図示
しない冷却液供給用のポンプを接続し、上方のタンク1
6の冷却液を図示しない冷却器を介して前記ポンプへ循
環させるか、大気に開放する貯液槽へ一度戻す。
【0018】このような構造によれば、スリット5を介
して周方向に分割した複数のセグメント2は、排水管1
7を介して中空環状のタンク16により軸心方向に束縛
されたうえ、セグメント2の凹部12に押し込まれるピ
ン13により、スリット5の隙間は均一な寸法が確実に
保持される。このため、スリット5を貫通する磁束が均
一になって被加熱物10の浮上が安定する。また結合が
強固で電磁振動を抑制するから絶縁材からなるピン13
の損耗がなく、るつぼ3の破壊の恐れが全くない。そし
て、上下の中空環状のタンク16及び14は、セグメン
ト2の各水路6に対する排水圧力と給水圧力とを均一に
するから、各セグメント2の温度も電気抵抗値も均一に
なって渦電流が均一になり、被加熱物10の浮上が安定
する。また冷却液の不足な水路6が生じて蒸気爆発を誘
発するような恐れもない。なお、上部の中空環状のタン
ク16を導体で構成すれば、1ターンを形成してその周
りの磁束を打ち消すので、誘導コイル1の磁束はるつぼ
3の上方と環状のタンク16との間を通り、タンク16
の内側の磁束は著しく減少する。このため、上方から投
入しようとする被加熱物10aに誘導起電力が発生せ
ず、被加熱物10aが弾き飛ばされることがなく真っ直
ぐに落下して確実にるつぼ3に投入される。
【0019】前記実施例の変形を説明する。ピン13は
図4のピン43のようにテーパにしたり、図5のピン5
3のように角形にしたりできる。タンク16を給水側
に、タンク14を排出側にしてもよい。タンク16及び
14を、環状にしないで角形などとし、るつぼの上部又
は下部の側方に近接して配置し、異なる長さの排水管又
は給水管で各水路6に接続してもよい。排水管及び給水
管は長さが異なっても短いから流体抵抗の差は僅かであ
る。このときのタンクは、中空環状のタンク16のよう
な複数のセグメント2を軸心方向に束縛するものではな
いので、るつぼ3の外周を耐熱絶縁紐又はテープなどで
縛るなどした環状部材で結合すればよい。セグメント2
の底部の結合部材11は絶縁材である必要はなく、誘導
コイル1の下端が底部より充分に上に位置すれば、結合
部材11に導電材を使用し、スリット5の下部を磁束が
通る穴4の代わりにする。このとき、るつぼ3と結合部
材11とを含む1個の導体にスリット5を機械加工して
形成できる。水路6にポンプや貯液槽が近い場合にはタ
ンク16又は14は必要としない。セグメント2の底部
を結合部材11で結合するのに代えて、セグメント2の
上部のピン13と同様な構造を採用することができる。
このとき、結合ピン11aを使用して穴4の周囲の剛性
を保つとよい。
【0020】
【発明の効果】発明1の浮上溶解装置によれば、セグメ
ントのスリットの隙間は均一に保持され、磁束が均一に
なって被加熱物の浮上が安定するという効果がある。ま
た、結合が強固で電磁振動を抑制するから絶縁材からな
るピンの損耗がなく、るつぼの破壊の恐れが全くないと
いう効果がある。
【0021】発明2の浮上溶解装置によれば、各セグメ
ントの水路の流量が均一になって冷却が均一になり、電
気抵抗値も均一になって渦電流が均一になり、被加熱物
の浮上が安定するという効果がある。また、冷却液の不
足な水路が生じて蒸気爆発を誘発するような恐れもない
という効果がある。発明3の浮上溶解装置の効果は、給
水管が排水管に、給水圧力が排水圧力に代わる以外、同
一である。
【0022】発明4によれば、給水管又は排水管の流体
抵抗は完全に同一となり、冷却が完全に均一になって被
加熱物の浮上が更に安定するという効果がある。またタ
ンクと水路を接続する全ての給水管又は排水管が同一形
状になって構造が簡素になるという効果がある。発明5
によれば、導体からなるタンクは1ターンを形成してそ
の周りの磁束を打ち消し、タンクの内側の磁束は著しく
減少するので、上方から投入しようとする被加熱物は弾
き飛ばされることがなく真っ直ぐに落下して確実にるつ
ぼに投入されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の半断面斜視図
【図2】図1のセグメントの斜視図
【図3】図1のタンクの縦断面図
【図4】実施例2のピンの斜視図
【図5】実施例3のピンの斜視図
【図6】従来例の部分断面斜視図
【符号の説明】
1 誘導コイル 2 セグメン
ト 3 るつぼ 4 穴 5 スリット 6 水路 10 被加熱物 10a 被加熱
物 12 凹部 13 ピン 14 タンク 15 給水管 16 タンク 17 排水管
フロントページの続き (72)発明者 櫻谷 和之 東京都目黒区中目黒2丁目3番12号 科 学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 渡邉 敏昭 東京都目黒区中目黒2丁目3番12号 科 学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 岩崎 智 東京都目黒区中目黒2丁目3番12号 科 学技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 山崎 素央 静岡県浜松市半田町4937−3 (72)発明者 森田 公 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 武 達男 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 藤田 満 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F27B 14/06,14/10

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】誘導コイルの内側に設けた有底筒状の導電
    材からなるるつぼを、スリットを介して周方向に分割し
    た複数のセグメントから形成する浮上溶解装置におい
    て、セグメントの底部を相互に結合部材で結合し、環状
    部材により軸心方向に束縛されるセグメントの上部の前
    記スリットに、隣会うセグメントの凹部に食い込み絶縁
    材からなる軸方向のピンを押し込むことを特徴とする浮
    上溶解装置。
  2. 【請求項2】誘導コイルの内側に設けた有底筒状の導電
    材からなるるつぼを、スリットを介して周方向に分割し
    た複数のセグメントから形成する浮上溶解装置におい
    て、軸方向の水路を持つ各セグメントの冷却液の供給側
    となるるつぼの上部又は下部に近接してタンクを配置
    し、このタンクと各水路とを相互に近似する流体抵抗の
    給水管で接続することを特徴とする浮上溶解装置。
  3. 【請求項3】誘導コイルの内側に設けた有底筒状の導電
    材からなるるつぼを、スリットを介して周方向に分割し
    た複数のセグメントから形成する浮上溶解装置におい
    て、軸方向の水路を持つ各セグメントの冷却液の排出側
    となるるつぼの上部又は下部に近接してタンクを配置
    し、このタンクと各水路とを相互に近似する流体抵抗の
    排水管で接続することを特徴とする浮上溶解装置。
  4. 【請求項4】請求項2又は3記載の浮上溶解装置におい
    て、前記タンクを前記るつぼと同軸心の中空環状として
    るつぼの上方又は下方に配置することを特徴とする浮上
    溶解装置。
  5. 【請求項5】請求項4記載の浮上溶解装置において、る
    つぼの上方の中空環状のタンクを導体で形成することを
    特徴とする浮上溶解装置。
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JPH06273059A JPH06273059A (ja) 1994-09-30
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