JP4029650B2

JP4029650B2 - 真空誘導加熱装置

Info

Publication number: JP4029650B2
Application number: JP2002113168A
Authority: JP
Inventors: 泰往松永
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2022-04-16
Also published as: JP2003307389A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、耐火物で構成したるつぼの外側を真空シールで気密にシールし、該真空シールの外側に誘導コイルを配して、るつぼ内に投入した溶解材料を減圧雰囲気下、もしくはガス雰囲気下で誘導加熱溶解する真空誘導加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は従来例の構成図を示す。この図２において、１は耐火物るつぼ２の内部に投入された溶解材料が誘導コイル４により溶解された溶湯であり、耐火物るつぼ２と誘導コイル４との間にはるつぼ内を減圧雰囲気に保つために耐火物るつぼ２の外周側を囲う円筒形の真空シール３と、該真空シール３へ溶湯１からの熱伝達を遮断するために該真空シール３の内周に沿って所定の間隔で内部に冷却エアが通流する複数の冷却エアダクト５とが配されている。
【０００３】
前記真空シール３は誘導コイル４の内側に配置されているので誘導加熱しないように絶縁物とする必要があり、気密性が得られる樹脂を浸透させたガラス繊維を積層して成形したものが使用される。また、冷却エアダクト５は耐火物るつぼ２への熱伝達を良くするために金属製としなければならないが、一本当たりの断面積を小さくして誘導加熱されにくいように配慮されている。
【０００４】
また、真空シール３は上下部分で炉枠１２とシール部９を介して気密にシールされている。
更に場合によっては誘導コイル４は磁束の漏洩を少なくする目的で外部磁路を形成する継鉄（図示されていない）が複数箇所に分散して配置される。
耐火物るつぼ２の上方には耐火物製の中蓋６と真空蓋７とが有り、真空蓋７は却部で炉枠１２と蓋シール１１を介して気密にシールされている。
【０００５】
真空蓋７は真空処理中の内部を監視するための覗き窓１０を備えている。
この真空誘導加熱装置では主に大気中で溶解された金属溶湯の脱ガス、脱炭、その他真空処理に使用される。この真空誘導加熱装置で固体の溶解材料から溶湯を作り、その溶湯を真空処理することも可能であるが、真空処理の効率を上げるために、他の溶解炉で溶解した溶湯を真空処理することに使用されるのが一般的である。この場合他の溶解炉で溶解された溶湯１は真空蓋７および中蓋６を開放した状態で耐火物るつぼ２内に投入され、誘導コイル４で加熱保持し、中蓋６および真空蓋７を蓋シール部１１を介して外気と遮断できるように装着し、真空排気ダクト８から炉内を真空引きして減圧状態にする。炉内が減圧されると溶湯１中のガスが溶湯１中から放出され、溶湯１は放出ガスの勢いであたかも沸騰したような状態になり上方に溶湯１の飛沫が飛び散るので、それら溶湯飛沫を中蓋６で遮蔽して溶湯１内に戻すようになっている。また、脱炭は溶湯中の炭素に酸素を供給する鉱物を記載されていない合金投入口から投入して炭素を炭酸ガスまたは一酸化炭素にしてから脱ガスすることで処理される。また、前記合金投入口は溶湯１中に追加合金が必用な場合にも使用される。上記のようにして真空処理された溶湯１は真空蓋７を開放して大気中で鋳型に鋳込まれる。
【０００６】
真空溶解処理は真空鋳込みが一般的であるが鋳込みを大気中としてもそれほどガス吸収が無いので、大気中鋳込みで十分な場合が多い。
耐火物るつぼ２が所定の温度以上に保持されている場合は炉の操業が停止中であっても冷却エアダクト５に冷却空気を送り続けて樹脂製の真空シール３の過熱、焼損を防止するようにしている。また、冷却エアダクト５の代りに内部に冷却水を通流する水冷ダクトを使用することも提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構成では、真空シールは気密性と耐火物るつぼの膨張を押さえるための強度が必用であったため気密性と強度を重視した樹脂をガラス繊維に浸透させ積層した電気的には絶縁物である絶縁筒を使用していた。しかし、気密性のある樹脂の耐熱温度は低く、この対策として耐火物るつぼの厚みを厚くして真空シール内表面の温度を下げることが考えられるが例えば気密性を保てる樹脂としてエポキシ系樹脂を使用した場合エポキシの耐熱温度まで真空シールの内表面温度を下げるための耐火物るつぼの厚みは通常の誘導炉の数倍となるため電気効率の悪化を招き実用的でない炉になる恐れがある。また、耐火物るつぼの厚みを通常の誘導炉に比べてそれほど厚くしないことを目的として耐火物るつぼと真空シールの間に冷却エアダクトを挿入することがなされているが、これら冷却エアダクトは金属製であり、誘導加熱を可能な限り抑制することが配慮されてはいるが、トータルではかなりの渦流損を生じ電気効率を悪化させる要因となるばかりでなく、耐火物るつぼを交換する際の冷却ダクトの破損、変形に対する留意から炉修作業性が悪いなどメンテナンス性が悪かった。
【０００８】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、電気効率を上げ、メンテナンス性を向上させる真空誘導加熱装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明は、耐火物で構成したるつぼの外側を円筒形の真空シールで気密にシールし、該真空シールの外側に誘導コイルを配して、るつぼ内に投入した溶解材料を減圧雰囲気下、もしくはガス雰囲気下で誘導加熱溶解する真空誘導加熱装置において、真空シールはシリコン系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層した外側に密着してエポキシ系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層して剛体化させて円筒形に成形した絶縁筒で構成する。
【００１０】
上記の発明の構成により、真空シールは内層側にシリコン系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層して高い耐熱性を持たせ、外層側にエポキシ系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層して気密性を持たせることで、高耐熱性と、気密性を備えることが可能になり、耐火物るつぼの厚みを通常の誘導炉並みにして電気効率を上げること、および真空シールを高耐熱性にすることで冷却エアダクトを無くすることができメンテナンス性を向上させることが可能になる。
【００１１】
また、真空シールの寿命を延長する目的で、耐火物るつぼの内表面温度を下げるために冷却エアダクトを使用することが考えられるが、この場合も従来例の冷却エアダクトの本数よりも少ない本数で冷却目的を達成でき、従来例よりも電気効率を上げること、およびメンテナンス性を向上させることが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態の主要部の構成図で、（ａ）は真空シールの構成図を、（ｂ）はこの発明を適用した真空誘導加熱装置の構成図を示す。この図１（ａ）、（ｂ）において、従来例と同一の符号を付けた部材はおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。この図１（ａ）、（ｂ）において、１３は真空シールであり、内層側にシリコン系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層してシリコン系樹脂浸透層１３ｂを形成し、外層側にシリコン系樹脂浸透層１３ｂと剛体化させて該シリコン系樹脂と密着性の良いエポキシ系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層してエポキシ系樹脂浸透層１３ａを形成した多層一体構造としている。これにより、内層側は耐熱性に優れた性質を持たせ、外層側は気密性に優れた特性を持たせている。
【００１３】
図１（ｂ）は前記真空シール１３を適用した真空誘導加熱装置で、１は耐火物るつぼ２の内部に投入された溶解材料が誘導コイル４により溶解された溶湯であり、耐火物るつぼ２と誘導コイル４との間にはるつぼ内を減圧雰囲気に保つために耐火物るつぼ２の外周側を囲う円筒形の真空シール１３が配されている。
１４ａは耐火物るつぼ２の上部外周側を囲う円筒形の金属筒であり、１４ｂは耐火物るつぼ２の下部外周側を囲う円筒形の金属筒であり、該真空シール１３は、上部分で金属筒１４ａとシール部９を介して気密にシールされるとともに、下部分で金属筒１４ｂとシール部９を介して気密にシールされている。
【００１４】
ここで、金属筒１４ａ、１４ｂは真空シール１３よりも強度のある金属（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼等）を用いることで、るつぼ自身の強度を保つことができる。
また、真空シール１３の軸方向長さ（上下方向長さ）は、誘導コイル４の金属筒１４ａ、１４ｂへの磁束の影響をなくすため、対向する誘導コイル４の長さ以上とすれば良い。例えば、図１の実施の形態の場合、真空シール１３の長さは、誘導コイル４の上下端よりそれぞれ４０ｍｍ以上長くしている。
【００１５】
また、図示していないが、誘導コイル４の磁束の漏洩を少なくする目的で継鉄を配置した場合には、真空シール１３の長さを継鉄の上下方向長さより長くすると良い。なお、真空シール１３の長さを対向する誘導コイル４の長さ以上としているが、真空シール１３の強度負担を軽減するためには、磁束の影響がない範囲で極力短くすると良い。
【００１６】
更に場合によっては誘導コイル４は磁束の漏洩を少なくする目的で外部磁路を形成する継鉄（図示されていない）が複数箇所に分散して配置される。
耐火物るつぼ２の上方には耐火物製の中蓋６と真空蓋７とが有り、真空蓋７は却部で炉枠１２と蓋シール１１を介して気密にシールされている。
真空蓋７は真空処理中の内部を監視するための覗き窓１０を備えている。
【００１７】
この真空誘導加熱装置では主に大気中で溶解された金属溶湯の脱ガス、脱炭、その他真空処理に使用される。この真空誘導加熱装置で固体の溶解材料から溶湯を作り、その溶湯を真空処理することも可能であるが、真空処理の効率を上げるために、他の溶解炉で溶解した溶湯を真空処理することに使用されるのが一般的である。この場合他の溶解炉で溶解された溶湯１は真空蓋７および中蓋６を開放した状態で耐火物るつぼ２内に投入され、誘導コイル４で加熱保持し、中蓋６および真空蓋７を蓋シール部１１を介して外気と遮断できるように装着し、真空排気ダクト８から炉内を真空引きして減圧状態にする。炉内が減圧されると溶湯１中のガスが溶湯１中から放出され、溶湯１は放出ガスの勢いであたかも沸騰したような状態になり上方に溶湯１の飛沫が飛び散るので、それら溶湯飛沫を中蓋６で遮蔽して溶湯１内に戻すようになっている。また、脱炭は溶湯中の炭素に酸素を供給する鉱物を記載されていない合金投入口から投入して炭素を炭酸ガスまたは一酸化炭素にしてから脱ガスすることで処理される。また前記合金投入口は溶湯１中に追加合金が必用な場合にも使用される。上記のようにして真空処理された溶湯１は真空蓋７を開放して大気中で鋳型に鋳込まれる。
【００１８】
なお、図１（ｂ）では真空シール１３と耐火物るつぼ２とが直接接触している例について記載したが、図２の場合と同様に冷却エアダクトあるいは水冷ダクトを使用して真空シール１３の内面を冷却するようにしても良い。ただし、この場合は図２の場合に比べて冷却エアダクトあるいは水冷ダクトの本数を差し支えない程度に少なくすることが可能である。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、高耐熱性で気密性のある真空シールを使用できるので、冷却エアダクトが無い分誘導コイルと溶湯とのギャップを小さくできその分電気効率を高くすることができるのみならず、耐火物るつぼ交換時の手間が省け、また、エア回路などのメンテナンスを不要にすることができ、装置をコンパクトにする効果がある。
【００２０】
また、冷却エアダクトを使用しないで耐火物るつぼの厚みを厚くするだけで耐熱温度の低い従来例の真空シールを使用しようとする場合に比べれば、電気効率の低下を防止できるばかりでなく、耐火物るつぼの交換時のるつぼ廃棄物を減少させる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の主要部の構成図で、（ａ）は真空シールの構成図を、（ｂ）はこの発明を適用した真空誘導加熱装置の構成図
【図２】従来例の構成図
【符号の説明】
１３真空シール
１３ａエポキシ系樹脂浸透層
１３ｂシリコン系樹脂浸透層

Claims

耐火物で構成したるつぼの外側を円筒形の真空シールで気密にシールし、該真空シールの外側に誘導コイルを配して、るつぼ内に投入した溶解材料を減圧雰囲気下、もしくはガス雰囲気下で誘導加熱溶解する真空誘導加熱装置において、真空シールはシリコン系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層した外側に密着してエポキシ系樹脂を浸透させたガラスクロスを積層して剛体化させて円筒形に成形した絶縁筒で構成することを特徴とする真空誘導加熱装置。