JPH10300362A - 誘導炉 - Google Patents
誘導炉Info
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- JPH10300362A JPH10300362A JP10129687A JP12968798A JPH10300362A JP H10300362 A JPH10300362 A JP H10300362A JP 10129687 A JP10129687 A JP 10129687A JP 12968798 A JP12968798 A JP 12968798A JP H10300362 A JPH10300362 A JP H10300362A
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- outer shell
- metal permeable
- induction furnace
- metal
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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-
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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- H05B6/02—Induction heating
- H05B6/22—Furnaces without an endless core
- H05B6/24—Crucible furnaces
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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Abstract
こと。 【解決手段】 この誘導炉は、耐火容器と、誘導コイル
と、複数の金属透磁性材素子から成る金属透磁性材の層
を有する耐火容器から成る。金属透磁性材素子は、層全
体に亘って充填密度を最大限にするように選択された形
状及びサイズを有する。外側シェルは、頂壁と、底壁
と、耐火容器を囲繞する側壁を有し、前記金属透磁性材
は、外側シェルと耐火容器の間に形成される。本発明
は、又、金属透磁性材を非導電性マトリックスと共に又
は非導電性マトリックスなしで鋳造する補法を提供す
る。この鋳造物は、インサートして形成してもよく、外
側シェルの頂壁、底壁及び側壁内に組み入れてもよい。
Description
し、誘導炉の作動によって発生する磁界を減少させるた
めの金属透磁性材の囲繞層を有する誘導炉(以下、単に
「炉」とも称する)に関する。
を誘導し、金属又は金属合金の装入物内に通流させる。
印加される電力と周波数との組み合わせは、金属内にそ
れを溶融させるのに十分な熱を創生するように選定する
ことができる。かくして溶融した金属は、金型内へ注入
するか、あるいは、広範囲の金属製品を製造するのにい
ろいろなな態様で用いることができる。
ル、耐火材のライニングを有する容器、及び、それらの
誘導コイル及び容器を支持するための構造体等である。
誘導コイルは、金属装入物内に大電流を誘導するのに必
要なレベルの磁束を創生するのに十分なサイズ及び電流
容量の電気導体(以下、単に「導体」とも称する)によ
って構成される。磁束は、磁界の磁力線を表わす。磁界
は、炉から発出して、操作要員及び設備が位置する周辺
の作業区域を囲繞する。
によって惹起される磁界を減少させる必要がある。磁界
への露呈に基因してどのような健康障害があるかは知ら
れていないが、磁界を減少させるための構造及び方法を
提供するのが賢明であると考えられる。EMI(電磁障
害)は、磁界への露呈に基因する電子装置の故障や破損
を招くことがあることが知られている。従って、誘導炉
の作動によって惹起される磁界に対するする露呈から操
作要員及び設備を防護する必要がある。
中誘導コイルの作動によって惹起される磁界を減少させ
ることができる誘導炉及び方法を提供する。誘導炉は、
誘導コイルを有する耐火容器と、誘導コイルの作動によ
って創生される磁界を減少させるための金属透磁性材の
層を有する外側シェル(殻体)から成る。
され、実質的に容器を囲包する頂壁、底壁及び側壁を含
む部材から成る。これらの部材は、容器に近接して配置
されるが、容器との間に空間を形成するように配置する
ことができる。外側シェルの頂壁、底壁及び側壁には、
金属透磁性材の層を誘導コイルによって創生される磁界
に近接するように被覆する。
透磁性材を型枠として鋳造(注型)し、非導電性耐火材
又は絶縁材でカプセル化する。鋳造した型枠を外側シェ
ルの頂壁、底壁及び側壁に沿って配置するか、あるい
は、それらの壁内に組み込む。底壁は、外側シェルの各
部材、誘導コイル及び耐火容器を支持するのに用いれれ
る。
び形状を有する個別素子としてもよく、外側シェル内
に、又は外側シェルに近接して配置することができ、外
側シェルの外部の磁界の強度を減少させる働きをする。
それは、炉の構造体内の磁界エネルギーを保持し、吸収
し、放散し、接地へ分路することによって達成される。
透磁性材を外側シェルの頂壁、底壁及び側壁内に鋳込
む。別の実施形態では、金属透磁性材を外側シェルの頂
壁、底壁及び側壁の内側表面に近接して配置されたイン
サート内に鋳込む。更に別の実施形態では、金属透磁性
材を外側シェルの頂壁と底壁内に鋳込み、外側シェルの
側壁の内側表面に近接してインサートを配置する。イン
サートは、金属透磁性材を非導電性マトリックス内に鋳
込むことによって製造する。更に、外側シェルの頂壁、
底壁及び側壁内に鋳込まれた金属透磁性材を非導電性マ
トリックスでカプセル化(被包)してもよい。
む構成部材は、鋳造(注型)によって製造するのが好ま
しいが、本発明の各構成部材は、任意の慣用の方法によ
って製造することができる。製造工程中、所要の構成部
材に非導電性マトリックスを適用する場合、その構成部
材の成形前、成形中又は成形後に適用することができ
る。又、本発明の各構成部材の製造には、金属材又は透
磁性材又はその両方を外部に創生される磁界の所要の減
少を達成するのに必要な割合で用いることができる。
ルの側壁の内側表面に近接して配置されるインサート
(以下、単に「側壁インサート」とも称する)は、実質
的に円筒形であり、外側シェルと誘導コイルによって画
定される内部空間に合致する形状とされるが、炉、外側
シェル及び側壁インサートは、任意の形状に形成するこ
とができる。又、インサートは、金属透磁性材に侵入す
る磁束の強度を減少させるのに必要に応じて、誘導コイ
ルから離して配置してもよい。
ング)密度を最大限にするような態様に配置される。好
ましい実施形態では、金属透磁性材の個別素子は、実質
的に球形状とされ、均一なサイズとされるが、個別素子
のサイズは、不規則であってもよい。個別素子は、それ
らの充填密度を最大限にするように配置される。
形の密着充填の形である。充填密度は、製造中振動と圧
力を加えることによって更に高められる。絶縁材に対す
る金属透磁性材の球形状個別素子の比率は、選択され材
料組成及び磁界の必要な減少度に応じて調節される。例
えば、シリコーン絶縁材を使用する場合は、球形状個別
素子の比率は、シリコーン20%に対して80%するこ
とが好ましい。耐火性絶縁材を使用する場合は、球形状
個別素子の比率は、耐火性絶縁材30%に対して80%
することが好ましい。これらの百分率は、振動付与後個
別素子の良好な構造的一体性をも与える好ましい充填密
度を反映したものである。必須要件ではないが、金属透
磁性材のシリコーン含有量は、低い値とすることが好ま
しい。
炉によって創生される磁界強度を減少させる上で重要な
要素の1つである。通常、磁界強度は、素子のサイズと
透磁性に反比例する。例えば、磁界強度の減少は、球形
状個別素子の直径及び/又は透磁性を増大させることに
よって達成することができる。透磁性は、高い透磁性を
有する材料を選択することによって更に増大させること
ができる。
効力が最も大きいという点で好ましい。更に、均一のサ
イズを有する球形状個別素子は、素子のパッキング(充
填)配列を最も効率的とするという点で好ましい。不均
一なサイズ及び形状を有する球形状個別素子を使用する
こともできるが、その場合は、素子の最も効率的なパッ
キング配列が得られない。ただし、本発明の変型実施形
態として、大きいサイズの球形状個別素子と、小さいサ
イズの球形状個別素子を混合することができる。その目
的は、外側シェルの部材又はインサート内の全体的透磁
性を高くする大きいサイズの球形状個別素子の充填密度
を増大させることである。
明の一実施形態による誘導炉10は、耐火容器12と、
誘導コイル14と、耐火容器12を実質的に囲包する外
側シェル16を有する。外側シェル16と誘導コイル1
4の間に、金属透磁性材の層20が介設されている。好
ましい実施形態では、外側シェル16は、耐火容器12
と誘導コイル14を実質的に囲包し、更に、耐火頂壁1
7と、内側壁11と、耐火底壁15を含むものとする。
内側壁11は、導電性又は非導電性耐火材、又はシリコ
ーン材、又は金属材で形成することができる。
な円筒形の形状とするが、炉の形状を含む支持構造体の
細部は、本発明にとって決定的な重要性を有するもので
はなく、各炉毎に異なるものとすることができる。従っ
て、図に示された細部は、単に、好ましい実施形態を示
すものであり、正方形、楕円形、三角形等の他の実施形
態も可能であることは明らかであろう。
4は、インサート18、耐火底壁15、耐火頂壁17、
内側壁11及び外側シェル16によって実質的に囲包さ
れている。外側シェル16は、炉10を囲包する外側構
造体のことである。インサート18は、金属透磁性材2
0を含む。更に、耐火底壁15及び耐火頂壁17も、金
属透磁性材20の層を含む。金属透磁性材20は、炉1
0の作動中、誘導コイル14によって創生される電磁束
を封じ込める働きをする。
20は、インサート18、内側壁11,耐火底壁15及
び耐火頂壁17内に鋳込まれ、誘導コイル14及び耐火
容器12を実質的に囲包する。誘導コイル14は、耐火
容器12の周りに配置される。随意選択として、誘導コ
イル14と外側シェル16の間に空間32を設けること
ができる。底壁15は、外側シェル16、インサート1
8、誘導コイル14及び耐火容器12を含む炉10の構
成部材を支持する。
は、例えばNADIITMのようなプレフォーム材、又は、
ラファージュ・アルミネート・インコーポレイテッド社
製のFonduTMのような鋳造可能材等の非導電性耐火
材で形成される。別法として、外側シェル16は、銅又
はアルミニウムのような低抵抗率金属で形成することが
できる。内側壁11は、インサート18によって封じ込
められない磁界を更に減少させるために金属材で形成す
ることができる。
炉10の内部に誘導コイル14によって惹起される磁界
を封じ込めることである。外側シェル16は、誘導コイ
ル14に防護を与えるとともに、炉10を必要に応じて
傾けたり、保持したり、地面より上に位置づけしたりす
ることができるように、炉を取り付けるための手段を提
供する。
16と誘導コイル14との間に形成された空間32は、
インサート18又は内側壁11によって完全に又は部分
的にしめられる。好ましい実施形態では、インサート1
8は、空間32の多部分を埋める。インサート18は、
金属透磁性材20で形成される。金属透磁性材の個別素
子は、エポキシ、耐火材又はシリコーン等の非導電性マ
トリックスで結合され、単一ユニット又はセグメントと
して鋳造される。図には示されていないが、インサート
18は、複数のリング状鋳造物を上下に積重して実質的
に円筒体として形成することができる。
透磁性材20は、誘導コイル14によって創生される磁
界を減少させるのに必要なものとして選択されたサイ
ズ、形状及び透磁性を有する複数の個別素子22から成
る。好ましい実施形態では、個別素子22は、所定容積
の空間内における素子22の充填密度を最大限にするよ
うに選択された球形状及びサイズを有する。
性材20は、頂壁17、底壁15及び内側壁11内へ鋳
込まれる。別の好ましい実施形態では、金属透磁性材2
0は、頂壁17、底壁15及び内側壁11に近接して配
置されたインサート内へ鋳込まれる。更に別の実施形態
では、金属透磁性材20を頂壁17及び底壁15内へ鋳
込み、インサート18を内側壁11の内表面に近接して
配置する。インサートは、金属透磁性材20を非導電性
マトリックス内へ鋳込むことによって製造される。更
に、頂壁17、底壁15及び内側壁11内へ鋳込まれた
金属透磁性材20は、非導電性マトリックスでカプセル
化することができる。
成部材は、鋳造(注型)によって製造することが好まし
いが、本発明の各構成部材は、任意の慣用の方法によっ
て形成することができることを理解されたい。製造工程
中、所要の構成部材に非導電性マトリックスを適用する
場合、その構成部材の成形前、成形中又は成形後に適用
することができる。又、本発明の各構成部材の製造に
は、金属材又は透磁性材又はその両方を外部に創生され
る磁界の所要の減少を達成するのに必要な割合で用いる
ことができる。
ト18は、球形状の金属透磁性材素子22をエポキシ又
は耐火材等の非導電性材と組み合わせ、それを金型内へ
注型し鋳造することによって形成される。頂壁17及び
底壁15は、複数層として金型内へ注型し、その鋳造物
の外表面を構成する層を硬化させた後、球形状の金属透
磁性材素子22を含有した層を注型する。その際、球形
状金属透磁性材素子22を耐火材と組み合わせて混合
し、金型内の前の(すでに注型された)層の上に注型す
る。次いで、金型を振動させて金型内の球形状金属透磁
性材素子22を突固め積重させる。この工程中、球形状
金属透磁性材素子22の所望の厚み及び充填度を得るた
めに追加の材料を加える。次いで、頂壁17及び底壁1
5の最終厚みを得るために耐火材の最終層を金型内の前
の層の上に注型する。次いで、その耐火材を慣用の方法
でキルン内で硬化させる。
形成するのに用いられる耐火材としては、アルミン酸カ
ルシュウム耐火材等のシリコーン系材、又は、EMS.
インコーポレイテッド社製のCAC 801−1010
がある。球形状金属透磁性材素子22は、鋳造ショット
等の材料で製造される。その場合、金属透磁性材素子2
2をシリコーン接合材、通常、溶媒中に溶解させたシリ
コーンポリマーで処理し、乾燥させる。次いで、金属透
磁性材素子22を、金属透磁性材素子約80%シリコー
ン20%の割合でシリコーン耐火材と組み合わせる。金
属透磁性材素子とシリコーン耐火材との任意の組み合わ
せ割合によって、誘導コイル14によって創生される磁
界を減少させることができる。従って、シリコーン即ち
耐火材に対する金属透磁性材素子の組み合わせ割合は、
誘導コイル14によって創生される磁界の所望の減少度
に応じて決定することができ、1%から100%の範囲
とすることができる。シリコーン耐火材は、金型内に装
入し、振動と圧力を加えて充填することができる。金属
透磁性材素子が突固められるにつれて材料を追加するこ
とができる。
の1つの重要な特徴は、その球形状金属透磁性材素子2
2の充填密度である。充填密度は、上述した比率で与え
られるカプセル化材即ち耐火材に依存する。上記の比率
は、球形状金属透磁性材素子の最大限の充填密度を可能
にし、しかも、成形された構成部材に使用可能な強度を
保持する。金属透磁性材素子22の最も能率的な、好ま
しい配列態様は、図4に示される六角形の密着充填配置
である。
8、頂壁17及び底壁15内に含有される球形状金属透
磁性材素子22は、適正に構成されたならば、炉10に
よって創生される磁界を実質的に封じ込めることができ
る。磁界は、誘導コイル14中の電流励磁によって創生
される磁束線100によって示されている。図5に示さ
れるように、本発明によれば、磁束線100は、金属透
磁性材20に引きつけられ、金属透磁性材20によって
実質的に封じ込まれる。
形成された空間32の容積は、炉10の容積及び形状に
応じていろいろに変更することができる。又、インサー
トのサイズは、磁界の所要減少度と、インサートの素材
として用いられる透磁性材の種類によって決められる。
サイズ及び材料密度を特定した場合の透磁性材素子の比
透磁率(同じ磁界強度における物質の透磁率と真空の透
磁率の比)は、下記の式(1)によって求められ、その
結果が図6に示されている。
場合の透磁性材素子の比透磁率 d = 素子の直径(単位:ミル) ρ = 組成物の密度(ポンド/in3 )
たが、本発明は、ここに例示した実施形態の構造及び形
状に限定されるものではなく、いろいろな実施形態が可
能であり、いろいろな変更及び改変を加えることができ
ることを理解されたい。
誘導炉の容器と、誘導コイルと、インサートと、外側シ
ェルを示す。
である。
面図であり、誘導炉の容器と、誘導コイルと、インサー
トと、外側シェルを示す。
列態様である対称密着パッキング態様を示す。
であり、誘導コイルによって創生される磁束線を示す。
を示すグラフである。
Claims (16)
- 【請求項1】 耐火容器(12)と、誘導コイル(1
4)と、該耐火容器(12)を実質的に囲包する外側シ
ェル(16)を有する誘導炉(10)であって、該外側
シェルと誘導コイルとの間に金属透磁性材(20)の層
を有することを特徴とする誘導炉。 - 【請求項2】 前記外側シェルは、頂壁(17)と、底
壁(15)と、該頂壁と底壁の間に位置する側壁(1
1)を有し、該外側シェルは、前記金属透磁性材を包含
することを特徴とする請求項1に記載の誘導炉。 - 【請求項3】 前記側壁は、前記耐火容器の長手軸線を
中心とする実質的に円筒形であり、前記頂壁と底壁は、
実質的にディスク形であることを特徴とする請求項2に
記載の誘導炉。 - 【請求項4】 前記金属透磁性材は、複数の金属透磁性
材素子(22)から成り、該素子は、前記層全体に亘っ
て該素子の充填密度を最大限にするように選択された球
形状とサイズを有していることを特徴とする請求項3に
記載の誘導炉。 - 【請求項5】 前記外側シェルと耐火容器の間にインサ
ート(18)が配置されており、該インサートは、非導
電性マトリックス内に鋳造された前記金属透磁性材から
成ることを特徴とする請求項1に記載の誘導炉。 - 【請求項6】 前記インサートは、前記耐火容器の長手
軸線を中心とする実質的に円筒形であり、前記金属透磁
性材は、複数の金属透磁性材素子から成り、該素子は、
前記インサート内の該素子の充填密度を最大限にするよ
うに選択された球形状とサイズを有していることを特徴
とする請求項3に記載の誘導炉。 - 【請求項7】 前記非導電性マトリックスは、シリコー
ン、エポキシ及び耐火性鋳造可能材のうちの選択された
1つから成ることを特徴とする請求項1に記載の誘導
炉。 - 【請求項8】 前記外側シェルは、低抵抗率金属及びセ
ラミックのうちの選択された1つから成ることを特徴と
する請求項1に記載の誘導炉。 - 【請求項9】 前記外側シェルは、非導電性材から成る
ことを特徴とする請求項1に記載の誘導炉。 - 【請求項10】 前記低抵抗率金属は、銅、アルミニウ
ム及び銅とアルミニウムの合金のうちの選択された1つ
を含むことを特徴とする請求項8に記載の誘導炉。 - 【請求項11】 誘導コイルと、その内側に配置された
耐火容器を有する誘導炉の作動によって創生される外部
磁界を減少させる方法であって、 前記誘導コイル及び耐火容器をマトリックスによって支
持された金属透磁性材の層で囲包することを特徴とする
磁界減少方法。 - 【請求項12】 前記金属透磁性材を複数の金属透磁性
材素子によって構成し、前記マトリックスによって支持
される該素子の形状とサイズを、該素子の充填密度を最
大限にするように選択することを特徴とする請求項11
に記載の磁界減少方法。 - 【請求項13】 前記金属透磁性材を実質的に非導電性
の材料と共に鋳造する追加の工程を含むことを特徴とす
る請求項11に記載の磁界減少方法。 - 【請求項14】 前記金属透磁性材を半非導電性の材料
と共に鋳造する追加の工程を含むことを特徴とする請求
項11に記載の磁界減少方法。 - 【請求項15】 耐火容器と、誘導コイルと、該耐火容
器を実質的に囲包する外側シェルを有する誘導炉であっ
て、 該外側シェルと誘導コイルとの間に複数の金属透磁性材
素子から成る金属透磁性材の層が配置されており、該金
属透磁性材素子は、充填密度を最大限にするために実質
的に六角形の密着充填の形に配列され、非導電性マトリ
ックスを有する形態に鋳造されたものであることを特徴
とする誘導炉。 - 【請求項16】 耐火容器と、誘導コイルと、該耐火容
器を実質的に囲包する外側シェルを有する誘導炉であっ
て、 該外側シェルと誘導コイルとの間に複数の金属透磁性材
素子から成る金属透磁性材の層が配置されており、該外
側シェルは、頂壁と、底壁と、該頂壁と底壁の間に位置
する側壁を有し、前記外側シェルと耐火容器の空間(3
2)内に金属透磁性材から成るインサート(18)が配
置されており、前記金属透磁性材は、複数の金属透磁性
材素子から成り、該金属透磁性材素子は、その充填密度
を最大限にするために実質的に六角形の密着充填の形に
配列され、非導電性マトリックスを有する形態に鋳造さ
れたものであることを特徴とする誘導炉。
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