JPH01118088A - 高周波誘導溶融炉 - Google Patents

高周波誘導溶融炉

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JPH01118088A
JPH01118088A JP62139628A JP13962887A JPH01118088A JP H01118088 A JPH01118088 A JP H01118088A JP 62139628 A JP62139628 A JP 62139628A JP 13962887 A JP13962887 A JP 13962887A JP H01118088 A JPH01118088 A JP H01118088A
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JP
Japan
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turn
melting furnace
induction melting
crucible
frequency induction
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JP62139628A
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English (en)
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Bruno Caillaut
ブルノ　カイヨ
De La Bathie Rene Perrier
ルネ　ペリエ　ドゥ　ラ　バティ
Jacques Terrier
ジャック　テリエ
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • H05B6/22—Furnaces without an endless core
    • H05B6/24—Crucible furnaces
    • H05B6/28—Protective systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
    • F27B14/061—Induction furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高周波交番電流の循環を介しての電磁誘導によ
る溶融炉に係り、更に詳しくいえば耐火材料、例えば酸
化物セラミック、ガラスおよび化学的塩などの溶融並び
に加工に使用できる溶融炉に関するものである。
（従来の技術） 誘導炉の原理は、インダクタまたは誘導コイルを通して
交番電流を流すことからなっている。この際、磁場が該
インダクタ内に形成され、該インダクタ内には液化すべ
き充填物が位置している。
次いで、誘導電流が発生し、これは該充填物内を流れ、
ジュール効果によって熱エネルギーに変換される。但し
、この充填物の抵抗率はその直径および当該周波数に依
存する値以下である。
多くの耐火材料は周囲温度下で絶縁物質とみなすことが
できるが、その抵抗率はいわゆる誘導可能温度以下に減
少する。この場合、誘導現象を開始するための加熱手段
を備える必要がある。充填物が溶融した場合、この誘導
炉は、適当な充填手段および取出し手段がありさえすれ
ば、連続鋳造形式で稼動できる。
フランス特許第１，４３０，１９２号および同第１，４
３０，９６２号並びに欧州特許第００７９２６６号など
により保護されているような公知の装置は、かかる溶融
炉が種々の設計変更を有し得ることを明らかにしている
。
インダクタは単一の導電性金属のエンベロープで構成で
き、このエンベロープは一般に円筒状であり、かつスロ
ットによって遮断されているにすぎず、その端部には電
位タップが適用されている。
かくして、電流は単に充填物を取り巻く完全な１巻きを
形成する一０以下この設計をモノターンと呼ぶ。
インダクタはソレノイド（マルチターン設計）により構
成することも可能であり１．この場合電流は螺旋内番流
れる。
モノターン形であれ、マルチターン形であれ、インダク
タは耐火物または冷却壁（間接誘導モード）により、液
化すべき装填物と絶縁することができる。またインダク
タを液化すべき装填物と接触させることもでき、これは
自己−るつぼ直接誘導を表す。次いで、このインダクタ
は原理的には流体の循環により冷却しなければならず、
この際粉砕状態にある耐火材料の固体層が存在し、これ
はインダクタを溶融充填物から絶縁している。
しかしながら、このような設計では以下のような欠点を
生ずる。即ち、インダクタと充填物とを絶縁している中
間壁を内部にもつ解決策は、該壁内に生ずるジュール効
果並びにそこで生ずる電磁再結合のために低い効率をも
つ。
自己−るつぼによる解決策は、マルチターンインダクタ
の場合には、外部エンベロープの設置を必要とし、その
ためるつぼからの充填物の流動が防止される。モノター
ンインダクタは、該インダクタの２つの電位タップ間に
電弧が形成される危険性があるという欠点をもち、特に
充填物の外層が誘導可能温度以上の温度に昇温された場
合にこの欠点は顕著なものとなる。この際、該層は最早
正確にその電気絶縁機能を果たし得なくなる。
マルチターンインダクタは高インピーダンスであるとい
う主な欠点を有し、インダクタンスは巻数の２乗および
直径の２乗に比例する。従って、小さな径のるつぼ（実
際には巻数２の巻線に対して３５ａｎ以下）を使用する
必要があり、これは充填物内における誘導の問題を生じ
、かつまた溶融浴と連続的に添加される出発物質との間
の熱交換表面積を制限してしまう。
モノターンのもう一つの欠点は前に述べたような電位タ
ップ間における電弧の可能性に係るものである。即ち、
加工を可能とする電位差が制限されてしまう。
（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来の解決策を改良して、最も簡単な設計の、
即ちモノターン自己−るつぼ炉と、該モノターンに係る
主要な問題を構成する電弧の問題を解決することを可能
とする装置とを組合せ得るようにすることである。
（問題点を解決するために手段） 従って、本発明は誘導による耐火材料の溶融炉に係り、
該炉の導電性壁は単一の円筒状ターンから構成され、そ
の端部は高周波交番電源に接続されており、該ターンは
インダクタおよびるつぼの両方を形成し、またその表面
に冷却手段を有している。この炉は、ターンの端部によ
り画成されるスロットに沿って配置され、導電性物質で
形成された少なくとも一つの長い冷却部材を含み、該部
材は浮動電位に保たれかつ該ターンとは電気的に絶縁さ
れている。
本発明の炉の本質的な手段を構成する上記の長い部材は
、結果的に２つの機能を果たす、その一つは、導電性で
あり、しかも自動的にターン端部の２つの電位の中間の
電位にあることから、ターンの端部間における電弧の発
生の危険性を実質的に排除する機能である。もう一つの
機能は、これがターンの端部を分離しているスロットに
沿って配置されていることによるものであり、十分に冷
却することができ、その結果るつぼのその内容物に対す
るシールを保証することである。
補助的な特徴によれば、冷却部材とターンの端部との間
の空間は電気絶縁物質で満たされる。これは最高温度約
２００℃に耐え得るものでなければならず、従って紙、
プラスタ、エポキシ樹脂または薄層状の耐火セメント製
のものであり得る。
第２の特徴によれば（但し、この特徴は本発明にとって
依然として重要であり、かつ好ましくは主特徴と同時に
適用される）、るつぼの底部は導電性材料製である。こ
の際ターンは耐火性かつ電気絶縁性物質により、該るつ
ぼ底部から電気的に絶縁されている。
この第２の特徴の実現により、るつぼの底部を構成する
導電性物質はターンと同一の特徴をもつものとなる。も
う一つの第２の特徴によれば、るつぼの底部は絶縁物質
製である。
他の第２の特徴によれば、るつぼの底部に隣接するター
ンの下方部分は切断されもしくはノツチを有する。るつ
ぼ底部が導電性である場合には、この配列は、本発明に
よれば、モノターンとるつぼ底部との間の結合を大巾に
減することにより、るつぼの下方部分における電磁場の
撹乱防止を可能とする。この配列は、るつぼ底部が絶縁
物質製である場合には、誘導領域を充填物内に制限する
ことを可能とし、かつその結果として耐火性底部との接
触時の溶融を防止することを可能とする。
これを達成することは、ターンと底部とを耐火性かつ電
気的絶縁性物質により分離することを可能とし、かつ後
者によりノツチをシールすることを可能とする。
（実施例） 他の本発明の特徴並びに利点は、以下に添付図を参照し
つつ記載される非限定的な実施例から明らかとなろう。
第１図をみると、本発明の炉は一般に、好まし、い本発
明の態様によれば、銅またはアルミニウムなどの導電性
金属製の曲率をもつシートで構成されるターン１を含み
、その端部２は電気回路３を備え、これを通して動作に
必要とされる交番電流が導入される。
ターンｌの端部により画１成され、かつターンの近傍に
あるスロット４に沿って、少なくとも一つの導電性材料
製の長い部材５が取付けられている。
これは浮動電位に保たれ、かつ空間によりターン１から
電気的に絶縁されており、該空間は場合により部材５と
ターン１の端部との間に置かれる絶縁体６により満たす
ことができる。
第１図に示した本発明の態様では、唯一っの部材５があ
り、これによりターンの２つの端部間の電位の値を２つ
に分割することが可能と゛なる。
本発明の他の態様においては、数個の部材５がスロット
４に沿って設けられ、ターンの端部間の電圧は更に細く
分布させることができる。より詳しくは、これは第３図
に関連して記載される態様に関するものである。
各部材５は電磁場の作用を受け、結果として発熱誘導電
流がこれを横断することになる。従って、これは本質的
に中空エンベロープ７により構成され、その内部には冷
却流体が流される。第２図は可能な構成を示すものであ
り、これによれば金属管８がエンベロープ７内に通され
ていて、それによって流体はこの管８を介して流入し、
エンベロープ７に沿って上昇する。
るつぼをシールする機能をも果たす絶縁体６は、最高温
度約２００℃に耐え得るものでなければなら　　゛ない
。というのは、部材５が冷却されるからである。この絶
縁体は紙、プラスタ、エポキシ樹脂または薄層状の耐火
セメントから作製できる。るつぼ底部９は、本発明の一
態様によれば耐火物製であり得る。
第４図に示され、かつ液化生成物を排出するのに使用さ
れる装置は冷却流体が内部に循環されているより細径の
銅管２０の数回線により冷却される銅管１８により本質
的に構成されている。このアセンブリは底部９を形成す
る耐火材料中に埋設され。
かつ冷却された銅プラグ２２によりシールされている。
本発明のもう一つの態様によれば、第１図に示されてい
るように、底部９はターン１と同一の導電性材料で作製
し得る。従って、排出装置は単に該底部に穿たれた孔に
よって構成され、（前節で記載した構成については）冷
却された銅プラグによりシールされている。この場合、
るつぼ底部とターンとの間の電気的絶縁を確保し、かつ
電磁場線の過度の変更を防止する必要がある。この理由
から、絶縁性かつ耐火性ジヨイント１０は該底部とター
ンとを分離し、更に該底部に隣接するターンの部分にノ
ツチを形成する。ノツチの形成により、底部の存在に起
因する結合を生ずるはずの電磁場部分が排除される。タ
ーンに設けられたノツチ１１は電気絶縁体によりシール
され、結果としてるつぼのシールが保証される。これら
ノツチは、一般に周期的に配列され、その長さはターン
の高さの約ｌ／１０である。
るつぼ壁の冷却は小径の銅管１２によって達成される。
これらは、供給され、使用後は２つの大径コレクタ１３
および１４により集められる強制流体循環の座部である
。管１２は一般に周辺を取巻くように設けられる。ノツ
チにより制限されたカットアウト１５のみが、該カット
アウトに沿って走行する屈曲管１６内に流体を循環する
ことにより冷却される。
この炉は連続操作に適しており、そのため固体材料は連
続的に導入でき、かつターンの上方部分に固定され、フ
ランス特許出願８，３０２，３２８号に記載されている
ような、図示されていないドレンまたはトイからオーバ
ーフローさせることにより流体として排出できる。
本発明の利点は、−または複数の部材５がターン１の端
部間に電弧を形成することなしに、高い電圧の下での操
作を可能とすることである。この電圧はこのような部材
を１つだけ有する炉の場合には２倍にできる。従って、
２倍の径を有し、より高い抵抗率の製品を処理すること
を可能とするターンを用いて加工することが可能となり
、該ターンは４倍も大きな熱交換表面を与える。
インダクタのインダクタンスおよび抵抗並びに結果とし
てそのインピーダンスは巻数の２乗に比例する。巻数２
のインダクタのインピーダンスよりも４倍小さなモノタ
ーンのインピーダンスは、径を変えないことをおよび１
／４のより低い周波数の下での加工を可能とする（これ
はエネルギーの観点からすると等価である）が、交流変
換装置の使用を可能とするので、いくつかの場合にはよ
り単純かつより効率的である。これらの新たな可能性は
、第３図について示したように、数個のこのような部材
５を挿入することにより更に一層拡大する。第３図は第
１図に記載のものと同一の必須−素を示しており、これ
らは同一の機能を果たす。
しかしながら、２つの冷却された部材がある。
製品の抵抗率に応じて、非振動二極発電機を用いて４０
〜５００ＫＨｚの範囲並びに半導体発電機または主端子
を用いて５０Ｈｚ〜４０ＫＨｚの範囲で加工できる。
例えば、約１４００℃で溶融する物質はＲＰＣにより市
販されているＶＲ１５Ｆ硼珪酸ガラス形のものである。
粗製粉末は連続的に溶融物表面に導入され、かつ溶融ガ
ラスはインダクタの上方部分に設けられたトイまたはド
レンを用いてオーバーフローされる。
第１表は、径４００または６００　ｎｕのモノターンイ
ンダクタにより実施した２種のテストの主な特徴並びに
結果を示すものである。比較のために、公知技術による
巻数２（径３００ｍｍ）を有するインダクタを用いて行
ったテストの特徴並びに結果を第１表の第１４１１に与
える。
垣よ去 非振動高周波発電機の使用は発振回路の容量を使用する
インダクタに適したものとすることを可能とし、そのた
め設計者により指定された周波数範囲が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による誘導炉の概略的な斜視図であり、 第２図は第１図に示したターンの電圧タップを絶縁する
ように機能する部ｉの一部断面で示した正面図であり、 第３図は本発明の一態様を示す図であり、この態様によ
ればターンの電気的絶縁は第２図に示された部材に関し
て平行に配置された２つの部分により保証されており、
この配列は平面図として示されており、 第４図は非誘電性るつぼ底部の断面図である。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）円筒状の単一のターンで構成される導電性壁を有
    し、該壁の両端が高周波交流電源に接続されており、該
    ターンがインダクタおよびるつぼの両者を形成しており
    、かつ該壁の表面を冷却する手段を有する、上記るつぼ
    内に収容された耐火材料の誘導による溶融炉であって、 導電性材料で作られており、上記ターンの端部により画
    成されるスロットに沿って配列された少なくとも一つの
    長い冷却部材を含み、該冷却部材が浮動電位に維持され
    、かつ上記ターンとは電気的に絶縁されていることを特
    徴とする高周波誘導溶融炉。
  2. （２）上記冷却部材と上記ターンの端部との間の空間が
    絶縁物で満たされていることを特徴とする特許請求の範
    囲第（１）項記載の高周波誘導溶融炉。
  3. （３）上記るつぼの底部が導電性材料でできていること
    を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の高周波誘
    導溶融炉。
  4. （４）上記るつぼの底部を構成する導電性材料が上記タ
    ーンと同一の特性を有するものであることを特徴とする
    特許請求の範囲第（３）項記載の高周波誘導溶融炉。
  5. （５）上記るつぼの底部が絶縁材料で作られていること
    を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の高周波誘
    導溶融炉。
  6. （６）上記るつぼの底部に隣接する上記ターンの下方部
    分がノッチを有することを特徴とする特許請求の範囲第
    （３）項記載の高周波誘導溶融炉。
  7. （７）上記導電性底部とターンとが耐火性かつ電気絶縁
    性物質で分離されていることを特徴とする特許請求の範
    囲第（３）項記載の高周波誘導溶融炉。
  8. （８）上記ターンに設けられたノッチが耐火性かつ電気
    絶縁性物質でシールされていることを特徴とする特許請
    求の範囲第（６）項記載の高周波誘導溶融炉。
  9. （９）上記ノッチにより画成されるカットアウトが該カ
    ットアウトに沿って走行する屈曲管内に流体を循環する
    ことにより冷却されることを特徴とする特許請求の範囲
    第（６）項記載の高周波誘導溶融炉。
  10. （１０）上記浮動電位に維持された部材が主として中空
    エンベロープにより構成され、該エンベロープ内に冷却
    流体が循環されることを特徴とする特許請求の範囲第（
    １）項記載の高周波誘導溶融炉。
JP62139628A 1986-06-03 1987-06-03 高周波誘導溶融炉 Pending JPH01118088A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8607970 1986-06-03
FR8607970A FR2599482B1 (fr) 1986-06-03 1986-06-03 Four de fusion a induction haute frequence

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JPH01118088A true JPH01118088A (ja) 1989-05-10

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ID=9335942

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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Country Status (6)

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US (1) US4761528A (ja)
EP (1) EP0248727B1 (ja)
JP (1) JPH01118088A (ja)
DE (1) DE3764871D1 (ja)
ES (1) ES2017507B3 (ja)
FR (1) FR2599482B1 (ja)

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