JPH0391692A

JPH0391692A - 高速加熱装置

Info

Publication number: JPH0391692A
Application number: JP22748089A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Inoue; 潔井上
Original assignee: Sumitomo Coal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Coal Mining Co Ltd
Priority date: 1989-09-04
Filing date: 1989-09-04
Publication date: 1991-04-17
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JP2758228B2

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、被加熱物を急速に加熱するため使用する電気
炉、特に精密な温度のシーケンス制御を必要とする用途
、ゾーンメルティング用等に適した高速加熱装置に関す
る。

〔従来の技術〕

現在、粉末冶金、精密鋳造、型鍛造、ゾーンメルティン
グ等のの技術分野に於いて、精密な温度制御と高速加熱
が可能な加熱装置が要請されている。

而して、この種の加熱のために各種各様の加熱炉が提案
されている。然しながら、従来公知の加熱炉は、炉室の
内容積が一定であり、被加熱物に合わせて容積を調節で
きず、そのため不経済であるばかりでなく、被加熱物の
温度を正確に制御しつつ急速加熱、冷却を行うことがで
きないと言う問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は叙上の問題を解決するためなされたものであり
、その目的とするところは、従来よりも精密に制御され
た温度曲線に従って、被加熱物を急速に加熱し得る装置
を提供することにある。

又、本発明は炉室容積を被加熱物の性質、量及び加熱の
目的に合わせて調節できる加熱装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、容器のなかに、導電性物質から成り両端
に筒状の開口部を有する炉室を具えた加熱炉を設け、そ
の内部に被加物体を挿入すると共に加熱炉の両端部にパ
ルス電流を供給し、かつ、そのパルス電流のパルス形状
、即ち、パルス幅、休止幅及び／又は波高値を制御する
ことにより加熱温度を制御するよう構成した高速加熱装
置にまり達成される。

第一の実施例に於いては、加熱炉の一対の開口からそれ
ぞれ通電用電極が挿入され、その対をなす通電用電極と
加熱炉内壁とにより内容積可変の炉室が画定され、その
炉室内に被加熱物が装填され、そして上記通電用電極を
介して加熱炉にパルス電流が供給される。

この場合、被加熱物を炉室に直接に充填し、電極により
加圧、圧縮しつつ通電することもあり、又、炉室内に設
けられた坩堝、鋳型、成形型等の内部で加熱し、軟化若
しくは溶融せして、鍛造又は鋳造することもある。

又本発明装置は、各種物質の熱処理や耐熱試験その他の
目的に広く利用し得るものである。

而して、何れの場合でも、炉室の容積は被加熱物の性質
、量及び加熱の目的に合わせて調節されるので、常に経
済的で最適の加熱処理が可能となるものである。

第二の実施例に於いては、被加熱物は耐熱性の細長い容
器、例えば耐熱ガラス製の筒内に圧縮充填され、加熱炉
内に挿入される。ガラス製の筒の長さに比べると、加熱
炉は極めて短く、この為、被加熱物は一時には部分的に
しか加熱されない。

そして、ガラス製の容器は予め定められた速度で加熱炉
内を通過せしめられ、これにより被加熱物のゾーンメル
ティングが行われる。

上記何れの実施例に於いても、炉内温度及び被加熱物の
温度が計測され、加熱電床パルスのパルス幅が制御され
、これにより被加熱物の温度が精密に制御される。

〔作　　　用〕

上記の如き装置により、被加熱物は急速に、又場合によ
っては局部的に加熱され、かつその温度が所望のプログ
ラムに従って正確に制御されるようになる。

又、本発明装置はコンパクトであり、被加熱部分の温度
制御を確実に行えるので、本発明によるときは、小型精
密部品の製造や素材の精錬、熱処理等を確実かつ経済的
に行うことができる。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照しつ＼本発明の構成を具体的に説明す
る。

第１図は本発明にか＼る高速加熱装置の一実施例を示す
正面略図、第２図は第１図に示した装置の主要部の構造
を示す断面図、第３図は電源回路の一例を示す説明図、
第４図は第二の実施例の主要部の構造を示す断面図であ
る。

而して、第１図中、ｌはベツド、２及び３はベツドｌに
直立するカラム、４は加熱炉を収容する容器、５は容器
４の蓋、６はカラム２．３に昇降自在に支承された容器
支持アーム、７は蓋５の開閉用アーム、８はヘッド、９
はヘッド８の昇降用アーム、１０．１１は電極である。

後に示すように、加熱炉は容器４内に設けられている。

容器支持アーム６は、カラム２．３により昇降自在に支
承されており、容器４を昇降せしめる。

蓋開閉アーム７は、作業中は蓋５を容器４に押しつけて
それを気密に閉鎖する。

上側の電極ｌＯはヘッド８内に設けた昇降装置（図示せ
ず）により昇降せしめられ、下側の電極１１はベツドｌ
内に設けた昇降装置（図示せず）により昇降せしめられ
る。

第２図により装置の要部に就いて説明する。

第２図中、１２は加熱炉、１３は例えば耐熱ガラスで製
造された筒状の坩堝、１４は坩堝１３内に充填された原
料、１５は鋳型、１６は排気管、１７は真空ポンプであ
る。

加熱炉１２は例えばグラファイトで製造されており、そ
の中心部に筒状の炉室を有し、容器４内に固定されてお
り、かつその炉室内には上下の開口からからそれぞれ電
極１０及び１１が挿入される。

電極１０は、中心に押圧子１０ａと、その周囲に環状に
穿たれた溝Ｌ２ｂとを有する。この押圧子１０ａの外径
は坩堝１３の内径に等しく、又、溝１２ｂの外径は坩堝
１３の外径に等しい。

加熱炉１２の炉室内の、上下の電極１０及び１１の間の
図中Ａで示されている空間は可変容積の炉室であり、前
述の如く被加熱物の性質、量、鋳型の大きさその他の条
件に応じて最適な容積となるように、画電極の位置が定
められ、かつ下側の電極１１の上面には鋳型１５が設け
られる。

鋳型１５の上面には鋳造原料１５を充填した筒状の坩堝
１３が取り付けられる。坩堝１３の下方の端面は鋳型１
５に接しており、上端は電極１０に設けた環状の溝１２
ｂに挿入される。

又、図には省略したが、装置の要部には温度計が装着さ
れており、それらの出力は後述する制御装置に制御入力
として入力せしめられる。

鋳造作業中は、容器４の内部は真空ポンプ１７により排
気され、真空状態に保たれる。これは溶融した原料１５
内のガス抜きと、加熱炉１２の外面の断熱のために行う
ものである。

又、材料の性質によっては、真空状態でなく、容器４内
に所望の成分から戊る雰囲気ガスを注入して置くことも
ある。この場合には、その雰囲気ガスの供給装置、圧力
調整装置、排気装置等が付設される。

鋳造を行う際には、先ず容器４を引き下げると共に、電
極ｌＯ及び１１を蓋５の上に押し出し、鋳型１５を取り
付けると共に、坩堝１３の内部に予め圧縮成形した原料
１４を装填する。

次いで、上下の電極ｔｏ、　１１を下げ、鋳型１５と坩
堝１３とを加熱炉１２内に引き入れ、容器４を気密に閉
鎖し、真空ポンプ１７を作動させて加熱炉１２内及び鋳
型１５内を真空状態とする。

而して、この状態で例えば第３図に示すような電源から
パルス電流が供給される。

この電流は、加熱炉１２の図中Ａで示された部分を通り
、この部分を加熱すると共に、坩堝１３内部の原料１４
を通って流れ、こにより原料１４は間接及び直接に加熱
溶融される。

第３図中、２０は商用電源に接続される受電端子、２１
は整流回路、２２は電流制御回路、２３は加熱炉１２の
内部や容器ｉ３の温度を検出するため設けられる温度検
出器、２４はＡ／Ｄ変換器、２５はＣＰＵ、２６はパル
ス幅変調回路、２７はスイッチング回路、２８及び２９
はそれぞれ電極１０及び１１に１２〜１６Ｖ程度の電圧
を供給する給電端子、３０は装置の各部に設けられるア
クチュエータ、モータ等の作動制御装置である。

ＣＰＵ２５には、予め制御プログラムがロードされてお
り、そのプログラムに従って給電パルスのピーク値とパ
ルス幅が制御されるよう構成されている。尚、本実施例
に於いては、最も望ましいものとして給電パルスのピー
ク値とパルス幅を制御するよう説明するが、ピーク値の
制御は必須のものでなく、ピーク値は一定の望ましい値
に設定しておいて、パルス幅のみを制御するよう構成し
てもよい。

坩堝１３内の被加熱物、即ち、鋳造用の原料１４の温度
は、温度検出器２３により検出される。温度検出器２３
の出力はＡ／Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換さ
れ、ＣＰＵ２５に送られる。

ＣＰＵ２５は、予め与えられたプログラムに従って電流
制御回路２２及びパルス幅変調回路２６を制御し、原料
１４の温度を所定の昇温曲線に合わせて制御する。

原料１４が溶融すると、上側の電極工０を下降させ、原
料１４を鋳型１５に設けた湯口から鋳型１５内に押し出
し、これにより鋳造が行われる。尚、本実施例では圧力
鋳造を示したが、重力鋳造が望ましい場合にはそれを採
用し得ること勿論である。そして重力鋳造を行う場合に
は、電極１０は単純な筒状又は柱状体とすることができ
る。

材料の装填及び被加熱物の取り出しを実行するとき、Ｃ
ＰＵ２５は、制御装置３２を介して、図示されていない
上下電極昇降用モータ、及びカラム２及び３の内部に設
けられた図示されていない容器支持アーム駆動用モータ
、蓋開閉アーム駆動用モータ、ヘッド昇降用アーム駆動
用モータ等の作動を制御する。

ＩＩ流は加熱すべき物の材質と量により異なるが、通常
は、３５０Ａ／ｃｍ”程度で十分であり、必要な場合１
〜３分程度で被加熱物を３０００℃程度に昇温できるの
で、経済的能率は極めて高い。

又、本発明炉では、炉室の熱容量が少ない上、常にその
炉室部分のみが加熱され、然も、被加熱物に適合した加
熱が行われるので、熱効率が極めて高い。

本発明に於いて、電流をパルス状に供給する理由は、Ｐ
ＷＭにより正確に温度が制御できることによる。

パルス電流の周期は３００Ｈｚ乃至３０ＫＨ２とするこ
とができるが、電源価格の観点から低周波電源が推奨さ
れる。

尚、上記には実施例として鋳造を行うための装置を示し
たが、本発明装置を鍛造や粉末冶金等の装置として利用
できることは、既に明らかであろう。

次に、第４図により第二の実施例について説明する。

本実施例は、ゾーンメルティング用の加熱装置に対する
応用例であり、図中、３３は加熱炉、３４は真空容器、
３５は耐熱ガラス製の坩堝、３６は精製される物質から
成る被加熱物、３７は前述の第３図に示したものと同様
な電源回路である。

最初、坩堝３５には原料粉末を加圧成形又は溶融して成
る粗製原料３６ａが充填されている。

加熱炉３３の軸方向長さは坩堝３５のそれに比して極め
て短く、このため、被加熱物３６は一時には局部的にし
か加熱されない。

加熱炉３３の中央部には、薄肉に構成した強発熱部３３
ａが設けられており、通電が行われると、このくびれた
部分が強く発熱するので、精錬される物質の一部３６ｂ
が溶融せしめられる。

坩堝３５は、図示されていない送り装置により予め定め
られた一定の速度で図中下方に移動せしめられており、
このため、加熱炉３３内を移動する粗製原料３６ａは、
この強発熱部３３ｂを通過する際−時的に融点より極僅
か高い温度に加熱されて溶融せしめられ、通過の直後凝
固する。

この凝固の際、不純物は凝固する部分から排除され、溶
融部分３３し内に取り残されるので、溶融部分３６ｂよ
り下方の凝固部分３６ｃは精製された純粋物質となる。

このゾーンメルティング法により完全な精錬を行うには
、原材料の溶融と凝固を極めて僅かの温度差で、かつ出
来るだけ狭いゾーン内で行う必要かあり、そのためには
精密な温度制御が必要である。

本発明によるときは、原料物質の炉内通過速度を適切に
定めることにより、炉室の実効容積を適切に設定でき、
かつ本発明装置に於いては、加熱炉壁の温度を計測する
ことにより、加熱炉内の溶融状況が正確に把握できるか
ら、その温度を検出して所定の温度分布が保たれるよう
電源回路３７の出力を制御すれば精密なゾーンメルティ
ングが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明は上記の如く構成されるから、本発明・によると
きは、加熱炉内容積を合理的に設定できるので、従来公
知の加熱装置に依る場合に較べて、より正確で迅速な熱
処理が可能となる。

又、本発明装置では、少量の原料を加熱し、鍛造、鋳造
その他の成形法による成形が可能となり又、ゾーンメル
ティングその他の熱処理が可能となるものである。

又、本発明によれば、炉体の熱容量ガ小さくて済むので
、通電電流が小さくて済み、このため電源回路が比較的
小容量で足りる。

又、本発明方法によれば、磁石材、超硬合金、アマルフ
ァス合金その他の従来公知の全ての粉末材料、難溶性材
料の処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかする高速加熱装置の一実施例を示す
正面略図、第２図は第１図に示した装置の主要部の構造
を示す断面図、第３図は電源回路の構成を示す説明図、
第４図は第二の実施例の要部を示す断面図である。ｌ−・−・・・・・・・−・・・・・−・・・−・・・
・・・〜・ベツド２．３・・−・・・−・・−・・−・
・・・・−・−カラム４．３４−・・・−・・・・−・
・−・・・−・・・容器５−・−−−−・−・−−−−
・・−・・−・・−・・−・・・・蓋６−・−・・・・
・−・・・−・−・・・−・−・−・真空容器支持アー
ム７・・−・・・・−・−・・・・・・−・・・−・・
・−・蓋開閉アーム８−　・・・−・−・・・・−・・
・・・・・−・・−・−・・ヘッド９　・１０゜１２．１３．１４・−・・５６７２０−ｍ−・２１−・−・・・２２・・３４２５・６２７・・・・・・−−−−−・−・−・・３０−−−・
−・−・・・７

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下記（ａ）乃至（ｈ）に記載の構成要素から成る
高速加熱装置。（ａ）導電性物質から成り、両端に筒状の開口部を有す
る炉室を具えた加熱炉。（ｂ）導電性物質から成り、上記加熱炉の筒状の開口部
からそれぞれ炉室内に摺動自在に挿入され、上記加熱炉
と電気的に接続する柱状の一対の通電用電極。（ｃ）少なくとも上記加熱炉を包蔵する容器。（ｄ）上記容器内に、所望の気体を供給、排出し得る装
置。（ｅ）上記通電用電極の位置を制御する装置。（ｆ）上記一対の通電用電極にパルス電流を供給し得る
電源回路。（ｇ）上記加熱炉の温度を検出する装置。（ｈ）上記温度検出装置の出力に応じ、かつ予め定めら
れたプログラムに従って少なくとも上記電源回路の出力
するパルス電流のパルス幅、休止幅及び波高値の内の何
れか一つを制御する装置。
（２）一対の通電電極が、加熱炉の筒状の開口部を気密
に閉鎖する蓋を兼ねる請求項１に記載の高速加熱炉。
（３）対をなす通電電極の一方が、被加熱物を加圧、圧
縮し得る押圧子を有する請求項１に記載の高速加熱炉。
（４）下記（ｉ）乃至（ｏ）に記載の構成要素から成る
高速加熱装置。（ｉ）導電性物質から成り、両端に筒状の開口部を有す
る炉室を具えた加熱炉。（ｊ）少なくとも上記加熱炉を包蔵する容器。（ｋ）上記容器内に、所望の気体を供給、排出し得る装
置。（ｌ）上記加熱炉の両端部にパルス電流を供給し得る電
源回路。（ｍ）その内部に被加熱物を収容し、上記加熱炉を貫通
するよう、その開口部から炉室内に摺動自在に挿入され
る筒状の被加熱物容器。（ｎ）上記加熱炉又は被加熱物の温度を検出する装置。（ｏ）上記温度検出装置の出力に応じ、かつ予め定めら
れたプログラムに従って少なくとも上記電源回路の出力
するパルス電流のパルス幅、休止幅及び波高値の内の何
れか一つと、上記被加熱物の位置及び移動速度とを制御
する装置。