JPH08153568A - 炭化ケイ素質絶縁型発熱体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 片端子構造の炭化ケイ素質発熱体と周囲の耐
火物との絶縁を確保する構造を提供することを目的とす
る。 【構成】 片端子構造の炭化ケイ素質発熱体と、その先
端部に高アルミナ質の絶縁リングを一体化して取付け、
さらに先端部を浮かして、絶縁を確保するための支持煉
瓦と、端子側からの放熱を防止するための断熱材とから
構成された炭化ケイ素質絶縁型発熱体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は片端子構造の炭化ケイ素
質発熱体を、水平方向に取付けて使用する際に、発熱体
の先端部を絶縁させた構造とする絶縁型発熱体に関し、
特に、浸漬管内または煉瓦孔内に該発熱体を挿入して、
加熱源とする炭化ケイ素質絶縁型発熱体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からチューブ内また煉瓦孔内の水平
方向から挿入して炭化ケイ素質発熱体を取付ける際、両
端子構造の発熱体や片端子構造の発熱体が使用されてい
る。両端子構造の発熱体を使用する場合は、両端子側の
挿入孔に断熱材を充填して、発熱体が直接炉材に接触し
ないように浮かすことにより、電気絶縁と断熱効果の両
方の目的を備えた構造としていた。一方、片端子構造の
発熱体を、浸漬管内または煉瓦孔内で使用する場合は、
発熱体の先端を電気的に絶縁する必要がある。その絶縁
対策のために、発熱体先端が近接する浸漬管内面や煉瓦
表面から離して保持する構造が必要となり、支持煉瓦ま
たは高温用碍子などによって浮かして絶縁する方式が採
用されている。さらに、端子側は断熱材を充填させて、
電気絶縁と断熱効果を兼用させる構造としていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、浸漬管内または
煉瓦孔内の水平方向に、片端子構造の炭化ケイ素質発熱
体を取り付ける場合、発熱体の先端部の電気絶縁を保持
するために、中央部に小孔のある支持煉瓦または高温用
碍子をまず浸漬管の先端に挿入する必要があった。その
後に、片端子構造の炭化ケイ素質発熱体を、浸漬管内ま
たは煉瓦孔内に徐々に挿入しながら、該発熱体の先端を
支持煉瓦の小孔に差し込み、該発熱体の先端を宙に浮か
して取り付けていた。この方式の場合、高温状態では支
持煉瓦の比抵抗が急激に低下することから起因する支持
煉瓦の絶縁抵抗が低下したり、また炭化ケイ素質発熱体
自体が高温で使用中に酸化されたりして、その表面に二
酸化ケイ素膜が生成されてくる。そのため炭化ケイ素質
発熱体の表面がガラス化され、接触している支持煉瓦の
表面が低融点化されて、その接触面で融着作用が発生す
る。さらに融着面での内部組織まで二酸化ケイ素質のも
のが進入して、発熱体と支持煉瓦が一体化されて、高温
で使用中は管壁や炉壁間との絶縁抵抗をさらに低下させ
ることになり、より漏電現象を誘発して、設備の稼働が
停止するなどの事故の原因となっている。実用面では、
高絶縁性の支持煉瓦などを使用して、漏電の発生をしに
くくするなどの解決を図っている。しかしながら、単に
従来の支持煉瓦を使用して、発熱体の先端を浮かせる構
造では、耐反応性の低下の影響を受けて、絶縁が低下す
る場合も多く、絶縁を確保するには不十分となって、そ
の改善が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、片端子構造の炭化ケイ素質発熱体の先端部に、高
温状態でも比抵抗の低下が少なく、さらに異物との耐反
応性の強いアルミナ純度が５０％以上のセラミック質絶
縁リングを取り付けた。さらに、その絶縁リングの部分
を浮かせて支持する形状の支持煉瓦と組み合わせて取付
ける構造とした。高温状態では、セラミック質の絶縁リ
ングと支持煉瓦ともに、比抵抗が低下する現象が見ら
れ、さらにアルミナ質の絶縁リングも、アルミナ純度の
相違によって、耐反応性の劣化具合が相違してくる。絶
縁リングの材質が、高アルミナ質になるにつれて、異物
との耐反応性も優れてくるため、使用温度や雰囲気など
の使用条件によってアルミナ純度を選定すれば、炭化ケ
イ素質発熱体と絶縁リングの融着を避けることが可能と
なる。また異物との反応作用を受けても、その反応速度
も遅く、絶縁劣化の進行も押さえることができる。発熱
体の先端を支持する支持煉瓦は、耐反応性よりも絶縁抵
抗の確保と高温強度を維持する耐久性を有しておけば良
く、アルミナ純度は絶縁リングと同等、またはそれ以下
の材質でも十分に使用できる。単に、発熱体の先端を支
持煉瓦で浮かした場合は、発熱体の先端と接触している
支持煉瓦が、耐反応性と電気絶縁性の両面の機能を長期
間に渡って維持する必要があったが、本発明のように、
絶縁リングが耐反応性の維持を主目的とし、さらに絶縁
用の支持煉瓦と組み合わせて取付けることによって、絶
縁低下による漏電事故を防止することが可能となり、そ
の効果は産業界に多大な貢献を提供することになる。

【０００５】

【作用】絶縁型発熱体の事例として、ダブルスパイラル
形状の片端子構造の炭化ケイ素質発熱体をアルミ溶解炉
の浸漬管ヒータに使用した場合について、以下説明す
る。ダブルスパイラル構造の炭化ケイ素質発熱体は、棒
状の発熱体を円周方向にダブル溝の加工をして、両電極
を片一方側に出した構造で、発熱体に通電して発熱させ
る場合は、片一方側に出した両電極に電源を接続する構
造となっている。本発明を、ダブルスパイラル形状の片
端子構造の炭化ケイ素質発熱体を、アルミ溶解炉の溶湯
内に埋め込まれた浸漬管内の水平方向に挿入した事例に
ついて以下説明する。浸漬管として、アルミ溶湯の耐反
応性に強い炭化ケイ素質で先端が閉管のものを使用し
た。炭化ケイ素質材料は、高温度領域では比抵抗が低下
して、電気伝導性が良くなるため、本発明で使用した炭
化ケイ素質の浸漬管内の先端部には、発熱体の先端を浮
かして、発熱体と浸漬管との間の電気絶縁を確保する目
的のため、アルミナ純度５０％の支持煉瓦を使用した。
また支持煉瓦の中央に、発熱体の先端が収まるように小
孔を設けて、その中に挿入できる形状にした。一方、発
熱体の先端部に外形を貫通するピンホールをあけて、さ
らにアルミナ純度９５％の再結晶アルミナ質の絶縁リン
グを準備した。その絶縁リングの円周中央位置には、発
熱体のピンホールと合致するピンホールを、外形に貫通
してあけられている。その絶縁リングの内径に発熱体の
先端部をはめ込んで、絶縁リングと発熱体間のピンホー
ルに、アルミナ純度９５％の再結晶アルミナ質ピンを貫
通させて、絶縁リングと発熱体とを一体化する構造とし
た。端子側には、炉内からの放熱を防止するために、発
熱体を貫通させる形状で、アルミナ純度９０％の高アル
ミナ系の断熱材を付属させた。この絶縁型発熱体を、ア
ルミ溶解炉の炉床位置の水平方向に埋め込まれた浸漬管
の内部に、次の要領で取り付けた。まず、浸漬管内の先
端部に、中央に小孔のあいた支持煉瓦を挿入して、発熱
体の端子側に、断熱材を貫通させた前記絶縁型発熱体を
浸漬管内に挿入しながら、絶縁リングと一体化された発
熱体の先端部を支持煉瓦の小孔に装着させた。

【０００６】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。図４
は従来のアルミ溶解炉用の浸漬管に発熱体を組み込んだ
ときの装着図で、図５は従来の発熱体支持を示す構造図
である。また、図１は本発明の、浸漬管に発熱体を組み
込んだときの装着図で、図２は本発明の発熱体支持を示
す構造図である。図３は本発明の発熱体先端に、絶縁リ
ングを組み込んだときの装着図である。

【０００７】従来のアルミ溶解炉の一例として、図４の
ように、先端閉管構造の炭化ケイ素質浸漬管１の内部
に、ダブルスパイラル構造をした片端子構造の炭化ケイ
素質発熱体２が内蔵されて、水平に取付けられている。
発熱体の端子側からの放熱を防止するために、断熱材３
が発熱体の端子を貫通して、浸漬管内の入口側にはめ込
まれている。発熱体の端末には端子固定金具４が取付け
られていて両端子を固定している。電源ラインは両電極
５に接続されていて、通電すれば発熱体が発熱して加熱
源となる。さらに、発熱体の先端部６と浸漬管との間の
電気絶縁を保持するために、アルミナ純度が５０％以上
の支持煉瓦７の中央小孔に、発熱体の先端を挿入する構
造となっている。

【０００８】次に本発明のアルミ溶解炉について、図
１，図２，図３により説明する。本発明のアルミ溶解炉
の一実施例として、図１のように、従来と同様に、先端
閉管の炭化ケイ素質浸漬管１の内部に、ダブルスパイラ
ル構造をした片端子構造の炭化ケイ素質発熱体２が内蔵
されていて、水平に埋め込まれている。該発熱体の先端
部６に、アルミナ純度９５％の再結晶アルミナ質の絶縁
リング８を差し込んで、さらにアルミナ純度９５％の再
結晶アルミナ質のピン９を、発熱体先端と絶縁リングの
外形に貫通したピンホールに相互に差し込んで、一体化
する構造とした。あらかじめ浸漬管内の先端に挿入され
た、アルミナ純度５０％以上の支持煉瓦７の中央小孔
に、絶縁リングと一体化された片端子構造の発熱体を挿
入して取付けた。さらに端子側の構造は、従来と同様に
端子側からの放熱を防止するための断熱材を使用した構
造になっている。アルミ溶解炉の浸漬管の材質に、アル
ミ溶湯との耐反応性の優れた炭化ケイ素質の材料が多用
されているが、炭化ケイ素質の材料は高温状態では、比
抵抗が低く電気伝導性があるため、抵抗発熱体を使用す
る場合には、漏電対策が必要条件となっていた。従来
は、発熱体と浸漬管の間は支持煉瓦７のみで絶縁を保持
する必要があり、発熱体の表面が酸化されて生成する二
酸化ケイ素と絶縁物との反応が進行して、発熱体と絶縁
物との接触面の組織が経時変化して、絶縁抵抗が低下す
る現象が見られ、長期間使用には不安定であるという問
題があった。本発明の場合は、絶縁リングがアルミナ純
度も高く、発熱体との耐反応性も優れているため、接触
面の組織の経時変化も少なく、絶縁抵抗の低下が防止さ
れる効果が大きいため、長期間使用でも安定した使用が
可能となった。さらに、発熱体の先端を浮かして支持す
る支持煉瓦７のアルミナ純度も、絶縁リングと同等また
はそれ以下のものが使用できることになる。従って、使
用温度や雰囲気などの使用条件に限定されずに、材質の
選定が容易になって、利用度が拡大することや安定した
操業が可能となって、産業界への寄与が著しく改善され
た。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、片端子構造の炭化ケイ
素質発熱体の先端を電気絶縁する絶縁リングと、周囲か
ら浮かして支持する支持煉瓦との組み合わせにより、さ
らに端子側には放熱を断熱するための断熱材を備えた構
造として、アルミ溶解炉の浸漬管内に発熱体を装着して
加熱源として使用した結果、発熱体からの漏電事故を未
然に防止する効果があった。本発明を使用した場合と、
従来の場合の実用効果を比較するために、炉体の金枠と
発熱体との対地間での漏電電圧を測定した結果を表１に
示した。

【００１０】

【表１】 表１から、この絶縁型発熱体を使用することによって、
従来では２７〜３６Ｖまで対地間に漏電電圧が発生して
いたが、本発明では対地間の漏電電圧が８〜１０Ｖまで
に減少して、その絶縁効果が著しく改善されたことが確
認され、発熱体からの漏電事故などを未然に防止するこ
とが可能となった。さらに、絶縁リングのみをアルミナ
純度５０％の支持煉瓦と同等の材質にして、同様の漏電
電圧を測定したが、漏電電圧は８〜１０Ｖ範囲内であ
り、同等の特性が確認された。雰囲気などの影響から耐
反応性を高める必要がある場合は、アルミナ純度を高め
て使用すれば良いことは言うまでもない。本発明によ
り、作業の安全向上と漏電事故から発生する操炉停止等
の防止が可能となり、産業界への貢献に多大な効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、浸漬管に片端子構造の発熱体を組み
込んだときの装着図。

【図２】本発明の、片端子構造の発熱体の先端部の絶縁
リングの装着図。

【図３】本発明の、片端子構造の発熱体の先端部の支持
方式の構造図。

【図４】従来の、浸漬管に片端子構造の発熱体を組み込
んだときの装着図。

【図５】従来の、片端子構造の発熱体の先端部の取付け
構造図。

【符号の説明】

１ 浸漬管 ２ 片端子構造の発熱体 ３ 断熱材 ４ 端子固定金具 ５ 電極 ６ 発熱体の先端部 ７ 支持煉瓦 ８ 絶縁リング ９ ピン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浸漬管内または煉瓦孔内に取付けて、加
   熱源とする片端子構造の炭化ケイ素質発熱体において、
   該片端子構造の炭化ケイ素質発熱体を、浸漬管内または
   煉瓦孔内部の水平方向に取り付ける際に、該発熱体の先
   端部に、セラミック質の絶縁リングと、さらに該絶縁リ
   ングの部分を周囲から浮かせて支持する支持煉瓦とを、
   同時に組み合わせて取付けたことを特徴とする炭化ケイ
   素質絶縁型発熱体。
2. 【請求項２】 前記セラミックス質の絶縁リングの材質
   が、アルミナ純度５０％以上の材質で、さらに支持煉瓦
   の材質が、絶縁リングと同等またはそれ以下のアルミナ
   純度を含有する材質から組み合わせてなる請求項１記載
   の炭化ケイ素質絶縁型発熱体。