JPS61205787A - 誘導炉 - Google Patents

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〕 本発明は金属材料の溶解に使用される誘導炉の改良技術
に関する。

〔従来の技術〕

金属材料の溶解法の一つに真空誘導溶解（Ｖａｃｕｕｍ
　Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　Ｍｅｌｔｉｎｇ　略してＶＩＭ
）法がある。この方法は誘導炉を真空中にセットして金
属材料の溶解・精錬を行うものであり、この方法によれ
ば、溶解を真空下で行うため雰囲気からの汚染が少なく
、Ｃ−０反応などによって有効な脱酸ができるなどの諸
種の利点があシ、超耐熱鋼や電子材料などの各種金属材
料の溶解手段として活用されている。

この溶解法に使用される誘導炉は、誘導電流を流すこと
によって加熱するいわゆる誘導加熱を利用したもので、
鉄芯に１次コイル（巻線）を巻き、このコイルに電流を
流すと、鉄芯中に磁束が生じ、当該コイルの電磁誘導作
用により、二次コイルに相当する、耐火物（ルツボ）中
の被熱金属材料が誘導加熱され溶解する一般的原理を利
用したものである。

一般に、−次コイルの通電に際し、商用周波数（５０Ｈ
ｚ又は６０１１ｚ　）電流を流すものは低周波誘導炉と
称され、それよシも高周波電流を流すものを高周波誘導
炉と称されている。後者高周波誘導炉は、高周波の発生
装置が必要であるが、溶解速度が速くしかも高温溶解が
できることなどから、鋼の特殊溶解（−次溶解）に多く
用いられている。

この真空高周波誘導炉（Ｖａｃｕｕｍ　Ｉｎｄｕｏｔ１
ｏｎＦｕｒｎａｏｅ略してＶＩＦ）炉体構造の従来例を
、第１０図によシ説明するに、鉄芯として工型鉄芯を用
い、この工型鉄芯４８に巻回した１次コイルの一部を加
熱コイル４９とし、当該加熱コイル４９の上下部のコイ
ルを水冷する水冷コイル５０とし、かつ、水冷ジャケッ
ト５１を鉄芯４８の上部に設けるという形態がとられて
いた。

このような炉体構造では工型鉄芯４８に電流を流し、当
該鉄芯４８中に磁束が生じたときに、第１０図点線で示
すように、当該磁束が上記水冷コイル５０を通過するこ
とで、当該水冷コイル５０に渦流損が生じ、エネルギー
効率を低下させるという欠点があった。

また、この従来例によれば次のごとき欠点もあった。

すなわち、水冷ジャケット５１の設置により、熱がロス
するという欠点やこの従来装置では加熱コイル４９土端
よ勺湯面が高ぐ溶湯の攪拌力が弱いという欠点や炉底部
において溶湯５２から鉄芯４８箇での距離が大で磁束漏
洩が生じるという欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、かかる従来技術の有する欠点を解消し
た誘導炉を提供することにあシ、磁束が鉄芯に効率良く
回収され、渦流損金低減した炉体構造をもつ誘導炉を提
供し、エネルギー効率を向上し、短刀原単位を低減する
ことにある。

本発明の他の目的は、加熱効率がよく、また、水冷ジャ
ケットの設置による熱のロスを防止した誘導炉を提供す
ることにある。本発明のさらに他の目的は、構造効率が
良く、溶解速度の向上した誘導炉を提供することにある
。

下 本発明のその他の目的は以≠の本明細省の記述及び添附
図面からも明らかになるであろう。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明は、鉄
石とコイルとを有し、該コイルに電流を流し、当該コイ
ルの電磁誘導作用によシ、炉中の被熱金属材料を溶解す
る誘導炉であって、前記鉄芯をＬ字状鉄芯により構成し
たことを特徴とする誘導炉に存し、さらに、好ましい実
施態様として、Ｌ字状鉄芯（以下り型鉄芯という）の下
部突出部を炉底に近接して、炉中の溶湯に接近させ、当
該突出部上に加熱コイルを配設し、また、従来のごとき
、水冷ジャケットや水冷コイルを設けないようにした。

このように、鉄芯をＬ型鉄芯により構成し、当該り型鉄
芯の上記突出部に磁束が効率よく回収される炉体構造と
したので、渦流損が防止され、エネルギー効率の向上し
た金属材料の真空高周波誘導炉とすることができた。

そして加熱コイルがＬ型鉄芯の上部まで配され、しかも
、加熱ゾーンの拡大により、エネルギー効率の向上が図
られる他、加熱コイルと定格湯面との高さがほぼ一致し
て、攪拌効率の向上した誘導炉とすることができた。

さらに、従来のように水冷ジャケットのごとき冷却装置
を設けないので、熱のロスが低減することができた。

その他後述するように、電源などにも工夫を加え、エネ
ルギー効率の向上した誘導炉とすることができた。

〔実施例〕

次に、本発明を、実施例を示す図面により説明する。第
１図は本発明によるＶＩＰの炉体構造の一例断面図を示
す。・ 本発明では、鉄芯として、第１図に示すような、Ｌ字状
断面を示すＬ型鉄芯１を用いる。Ｌ型鉄芯１は第１図に
示すように、工型鉄芯の下部を突出した形に構成したも
ので、当該突出部２の端部を、ルツボ３の底部４に沿わ
せ、ルツボ３中の溶湯金属５と、ルツボ３の底部４を介
して、接近させる。

本発明においては、加熱コイル６による加熱ゾーンをで
きるだけ広くとるようにする。すなわち、加熱コイル６
を、例えば、第１図に示すように、４群６Ａ、６Ｂ、６
Ｃｊ、６Ｄに構成し、これらをパラに配設する。加熱コ
イル６をＬｍ鉄；ｊ５＋の突出部２の上部に位置させ、
かつ、加熱コイル６をＬ字型鉄芯１の上端まで配設（巻
回）する。

加熱コイル６の上端とが「致するようにする。

加熱コイル６は一般的な第２図に示すようないわゆる斜
め巻きによる巻線形態７でもよいが、本発明者らはかか
る誘導炉における加熱コイル６として第３図に示すよう
に平行巻きによる巻線形態８によればコイルの巻きずれ
を防止できエネルギー効率を向上し得ることが判った。

第１図にて、９Ａ、９Ｂｉｊ：それぞれ耐火耐熱レンガ
で、該レンガ９上部にルツボ６を載置し、該ルツボ３の
外側に加熱コイル６を配し、さらに、該加熱コイル６の
外側にＬ型鉄：ｒ５１を配設する。

ルツボ３は、例えばスタンプ材により構成される。

第１図Ａ部の詳細を示す第４図に示すように、ルツボ６
の外側に、アスベスト層１０、マイカ板１１及びマイカ
テープ１２をこのノーに配し、さらに、マイカテープ１
２の外側にコイルセメント１３を充填し、該セメント１
３の外部に加熱コイル６を配設する。加熱コイル６を有
するＬ型鉄芯１はその上下部を第１図に示すように耐火
キャスタブル１４．＋５．１６．１７によシ支持する。

炉は傾動しうる構造となっておシ、ルツボ３の上部には
鋳込口１８を有する。

なお、第１図にて、１９は耐火キャスタブル、２０はシ
ェル、２１は炉蓋である。

次に、かかる霞導炉体透備えたＶＩＰ真空誘導設備の１
三の例を、真空誘導溶解法と共に説明する。

第５図は真空誘導設備の全体構成の一例を略示的に示し
、萱た、第６図は溶融金属の取鍋の様子を示す。

ＶＩＰの操業例の一例は、溶解期→精錬期→合金添加→
調整混合→鋳込み→冷却の形をとる。

第５図に示すように、誘導炉（炉体）２２を真空排気装
置２３内にセットして、真空排気下で、水素、窒業、酸
素などの脱ガス、有害元素で蒸気圧の高いＺｎ　、　Ｓ
ｎ　、　Ｓｂ　　などを除去しつつ、溶解精錬を行う。

次いで、第６図に示すように、誘導炉２２で溶融させた
溶融金属（溶湯）を取鍋２４内に、白線誘導炉２２全傾
動させて、注入する。この取鍋操作も、第６図に示すよ
うに、排気管２５を設置して、真空排気系で行なケ う。次いで、取＠２４内の溶湯を第６図に示すモールド
室２６で、適宜鋳型に鋳込みし、所望の鋳物を得る。

鋳込には下注法と上注法とがあシ、上注法によれは鋼塊
肌にスプラッシュ、湯シワが多く、グラインダーなどに
よる除去処理が必要であるが、下注法によれば、かかる
処理を省略できるので、モールド室２６を大きくする等
工夫することによル、下注法を採用するとよい。

第７図は別の実施態様を示す真空誘導設備の全体−例概
略図である。

第７図にて、２７は炉体（ルツボ）、２８は炉の外殻、
２９は排気口、３０は原料装入室、３１は鋳型、６２は
原料添加樋、３５はロックバルブ、３４ｉ１：鋳型室じ
やへいバルブである。

同図に示すように、原料装入室３０から、原料添加樋５
２を通して、被熱金属材料を、ルツボ２７中に装入し、
同図には図示していないが、誘導電流発生装置（電源）
から炉体の１次コイルに印加すると、炉体内で原料が溶
解される。

かかる溶解室５５は、真空排気下におかれ、例えば真空
ポンプでの真を度の維持やスチームエジェクタによシ、
排気口２９よシ排気しつつ、溶解精錬が行われる。溶解
室３５と原料装入室３０などは、分離し、各室をパルプ
３４で接続して各々別個の排気系につなぎ、溶解、モー
ルド時などにおいて、真空を破らずに、鋳型交換、鋼塊
の取出しを行なえるようになっている点、第５図や第６
図に示すものと同様となっている。

第８図は真空誘導炉の別の態様を示し、第８図にて、３
６は高周波発電機、３７は溶解室、３８は鋳型室、３９
はビレット装入室、４０は電源、４Ｉは真空仕切弁、４
２は誘導炉傾動装置、４３は操作盤、４４は真空仕切弁
駆動機構を示し、その操作などは前記と同様である。

本発明誘導炉における電源（装置）としては、サイリス
タ・インバータ、高周波発電機、放電ギャップ式高周波
発生装置などがあるが、電源方式としてはサイリスタ式
によればエネルギー効率ヲ向上させることができる。さ
らに、サイリスタを空冷とせず、水冷としコンパクトな
ものとするのがよい。

電源の好ましい態様を２トンＶＩＰ炉を例にとって示す
と次の通ルである。

電源方式　　　サイリスタ式（水冷） 周波ｆｉｌ　　　　　３００　Ｈｚ 炉電圧　　　　最大６００ｖ 容　量　　　　炉体入力９００ｖ ブスバー電流　　　ｆ３０００Ａ 上記において、炉電圧を最大６００Ｖまでにおさえると
、真空中での絶縁破壊（グロー放電による）全防止でき
ることが判った。また、精錬効果を重視して原料形状が
許し得る最低周波数を選定した。これにょシ攪拌を良く
することができた。

また、誘導炉の電源回路の一例を第９図に示す。第９図
にて、４５はサイリスタ、４６は炉側負荷（溶湯）であ
る。この場合、第９図点線で示すように、従来はマツチ
ングトランス４７を設けていたが、サイリスタ４５の耐
圧と炉側電圧とを合致させることにょシ、かかるマツチ
ングトランス４６を省略し、電源と炉とを直接接続し、
エネルギー効率を向上させるとよい。

〔発明の効果〕 （１）本発明によれば、第１図点線で示すように、磁束
がＬ型鉄芯の当該突出部２に効率良く回収され、漏洩磁
束を低減し、渦流損を防止し、エネルギー効率を向上さ
せ、電力原単位の低減化を図ることができ走。

（２）本発明によれば、加熱コイルを例えば第１図に示
すように４パラ状態に配し、かつ、水冷コイルを従来の
ごとく設けずに加熱ゾーン全拡大するようにしたので、
エネルギー効率が改善され、電力原単位を低減すること
ができた。

（３）　　本発明によれば加熱コイルがＬ型鉄芯の上部
にまで巻回され、加熱コイルの上端と湯面が一致するよ
うになシ、攪拌効果に優れ、精錬効果に優れ、脱ガス特
に脱窒素能に優れていた。また、溶解時間が短縮され、
歩留の向上に寄寿するところ極めて大なるものがあった
。

（４）　　本発明によれば、水冷ジャケットを設けない
ので、このものの設置による熱のロスが防止された。

（５）　　本発明によれば、加熱コイルについて、第３
図に示すような巻線形態とすることによ）、コイルの巻
きづれを防止することができた。

（６）本発明によれば、マツチングトランスを省略する
など電源回路に工夫をこらしたので、この面からもエネ
ルギー効率の向上が図られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図はコイル
の巻線形態の一例説明図、第３図はコイルの巻線形態の
一例説明図、第４図は第１図Ａ部の詳細断面図、第５図
は真空高周波誘導設備の全体構成図、第６図は同設備に
おける取鍋操作説明図、第７図及び第８図はそれぞれ真
空高周波誘導設備の別の態様を示す断面図、第９図は本
発明における電源回路の一例を示す回路図、第１０図は
従来例の誘導炉を示す断面図である。 １・・・Ｌ字状鉄芯 ３・・・ルツＪ？ ６・・・加熱コイル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄芯とコイルとを有し、該コイルに電流を流し、当
   該コイルの電磁誘導作用により、炉中の被熱金属材料を
   溶解する誘導炉において、前記鉄芯をＬ字状鉄芯により
   構成したことを特徴とする誘導炉。 ２、誘導炉が、真空誘導炉である、特許請求の範囲第１
   項記載の誘導炉。 ３、誘導炉が、真空高周波誘導炉である、特許請求の範
   囲第１項又は第２項記載の誘導炉。