JPWO2019235474A1

JPWO2019235474A1 - 非鉄金属溶湯用浸漬ヒータ

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Publication number: JPWO2019235474A1
Application number: JP2019556303A
Authority: JP
Inventors: 俊治岩崎; 洋二青木; 英之川田; 慎山口
Original assignee: Hirochiku Co Ltd
Current assignee: Hirochiku Co Ltd
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2039-06-04
Also published as: WO2019235474A1; JP6794559B2

Abstract

本発明は、非鉄金属溶湯用浸漬ヒータに関し、ＳｉＣヒータの発熱体の温度を上げても寿命を延長できる浸漬ヒータを提供する。直筒状セラミックス保護管（３）の中に単数又は複数本の竪型ＳｉＣヒータ（２）を配し、かつ、内部に窒素を充満した浸漬ヒータ（１）であって、保護管内部の窒素と連通した通気管（４）を設け、通気管に接続するＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属からなる脱酸素層（４−１）を設けて、外気を脱酸素して窒素を補給して均衡をとることを特徴とする。。

Description

本発明は、アルミニウム、亜鉛等の非鉄金属溶湯中に投入し、溶湯を加熱する非鉄金属溶湯用浸漬ヒータに関し、詳しくはヒータの発熱体の温度上限を上げて、寿命が延長できる非鉄金属溶湯用浸漬ヒータに関するものである。

アルミニウムや亜鉛などの非鉄金属溶湯を加熱保持するために用いられる非鉄金属溶湯保持炉は、図５，６に示すように、溶湯中に、セラミックスの耐火物製保護管内に発熱体を装備した縦型又は横型の浸漬ヒータを備えている。このような浸漬ヒータは、通電により加熱される発熱体を溶湯との反応から保護し、かつ溶湯と絶縁するため高い絶縁性を有するセラミックスチューブを有する。セラミックスチューブは、高温の金属溶湯に浸漬させるため、機械的強度が高く、耐熱衝撃性や耐磨耗性などに優れ、熱伝導率の高い材質で製造される。それには窒化珪素質焼結体（Ｓｉ_３Ｎ_４）、窒化硼素質焼結体（ＢＮ）などがよく用いられる。

一方、セラミックスチューブ内に収納される発熱体は、棒状ヒータや螺旋状ヒータなどの様々の形状のヒータが知られている。ヒータ素材としては、ＳｉＣ質やニクロム線や二珪化モリブデンなどの材料が使われる。最近では、大型の溶湯保持炉に見合った発熱量が大きく、安定した動作で、寿命が長い発熱体が求められ、この点で発熱体表面温度が１４００〜１６００℃でも耐えられ、単位面積当たりの発熱量が大きい、即ち、ニクロム発熱体の５〜１０倍に相当するＳｉＣ発熱体が採用されて来ている。

当初、ＳｉＣ発熱体も気孔率が２０〜２５％と高い再結晶ＳｉＣであり、ＳｉＣの酸化による寿命の点から最高発熱温度が発熱体表面温度で約１４００℃に制限されていたものを、気孔率１０％以下の反応焼結型ＳｉＣを採用して、発熱体表面温度を１６００℃まで使用可能にし、さらに、比抵抗が０．０２Ωｃｍと低いため、発熱部をスパイラル加工して全抵抗を上げることにより既設電源で使用可能にし、三相電源で１４００〜１６００℃の高温炉にて使用可能とする先行技術が開示されている。

特開２００１−２５７０５６（〔０００２−０００４〕、〔図１〕、〔図４〕）

前記先行技術は、ＳｉＣ発熱体の発熱体表面温度を上昇させた点で優れているが、非鉄金属溶湯用浸漬ヒータの場合には、このＳｉＣ発熱体は、保護管であるセラミックスチューブ内に設置されており、通常、チューブ内は空気で満たされている。この状態で、ＳｉＣ発熱体に通電して発熱させた場合、ＳｉＣは空気中の酸素でＳｉＣ＋２Ｏ_２＝ＳｉＯ_２＋ＣＯ_２の反応が生じ、初期には、この反応が急速に進行するが、生成されたＳｉＯ_２被膜により表面が包まれると、次第に酸化速度が遅くなり、酸化による抵抗増加も緩慢となる。しかし、長時間の使用で次第にＳｉＯ_２量が増加すると、抵抗が初期の１．８〜２倍附近より上昇し始め、さらに３〜４倍附近になると急激に増加する。この抵抗の増加とこれによる温度係数のバラツキの増加によりＳｉＣ発熱体の寿命が尽きるとされている。特に、スパイラル型発熱体の場合は、スパイラルの発熱部の折損事故が突然生じること等の課題があった。

本発明は、これらの課題を解決したものであって、浸漬ヒータのＳｉＣ発熱体の発熱時における酸化を防止して発熱体の寿命延長と、発熱体の温度上限の上昇を図るもので、これによりＳｉＣ発熱体の寿命延長や性能の向上・維持ができ、全体的には溶湯保持炉や溶湯中で非鉄金属インゴットを溶解する溶湯中溶解炉の稼働率の向上、ひいては溶湯の品質維持を可能にし、また保全費の軽減を目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、非鉄金属の溶湯保持炉に用いられるＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、直筒状の絶縁性セラミックス保護管の中に単数又は複数本の竪型ＳｉＣヒータを配し、かつ、保護管内に窒素を充満した浸漬ヒータであって、該保護管内部に外気と連通した通気管を設け、かつ、該通気管をＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属からなる脱酸素層に接続することにより、外気を脱酸素した窒素が該保護管内部の窒素を補うように補給されることを特徴とする。

従来、縦型ヒータを内蔵している絶縁性セラミックス製保護管内は外気と連通した空気で充満されており、そのためＳｉＣ発熱体が約８００℃以上で酸化されていくのに対し、本発明のＳｉＣ浸漬ヒータは、保護管内に窒素を充満したものであって、ＳｉＣ発熱体が８００℃以上で酸化されることを防止している。また、ＳｉＣ発熱体が昇温や降温した場合に、保護管内の気体が膨張や収縮して気体が出入りするが、本発明では、外気と連通する通気管を通して気体の出入りが行え、かつ、外気から吸入する場合には、Ｔｉ又はＮｂ又はＳｉ脱酸層を通過してＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属により酸素が吸収されて除去し、窒素のみが補給されるようになる。

本発明の請求項１の構成をとることにより、保護管内の雰囲気を窒素のみにすることによりＳｉＣ発熱体が８００℃以上でＳｉＣからＳｉＯ_２への酸化を防止できるからＳｉＣ発熱体の特性を維持でき、また発熱体の温度上昇が可能になり、発熱体の加熱能力の向上と寿命延長が可能となる。

また、請求項２に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、請求項１に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、前記ＳｉＣヒータが二重螺旋形状の発熱体を有することを特徴とする。

この構成により、ＳｉＣヒータが二重の螺旋状の長い電流流路を有するので、ＳｉＣが低抵抗でも、大きなジュール熱を発生することができ、熱出力の大きなＳｉＣ浸漬ヒータが得られると共に、ＳｉＣヒータのＳｉＯ_２化が回避できるので熱出力の向上と寿命延長に貢献する。

また、請求項３に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、請求項１又は２に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、前記ＳｉＣヒータの発熱体の使用発熱温度の上限が１３００℃であることを特徴とする。

ＳｉＣヒータのＳｉＣ発熱体の使用発熱温度が１４００℃以上になると、ＳｉＣが保護管内のＮ_２ガスと反応してＳｉ_３Ｎ_４の窒化物を生成してＳｉＣのヒータの寿命が損なわれる。これを防止するため１３００℃を使用温度上限とする構成を採用してＳｉＣのヒータの性能を維持しながら寿命を延長することができる。

また、請求項４に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、請求項１又は２又は３に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、前記Ｔｉ又はＮｂ又はＳｉ脱酸素層が、粒状、粉状、繊維状のいずれか、又はそれらの混合物であるＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属を充填して構成されていることを特徴とする。

この構成により、該脱酸層の通気性を良好にすると共に、前記金属の脱酸反応に寄与する総表面積を増加して脱酸素能力を高めることが可能で、保護管内へ酸素分を除去した窒素ガスを確実に供給することができる。

また、請求項５に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、請求項１から４のいずれかに記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、前記Ｔｉ又はＮｂ又はＳｉ脱酸素層が、前記保護管の先の半球部内で、かつ、ＳｉＣヒータの発熱体の先端を支持すると共に隅部に複数の通気孔を設けた隔壁で仕切られた部屋内に設けられることを特徴とする。

この構成をとることにより、該脱酸素層の容量を十分確保できるので、外気からの保護管内への窒素補給を確実に偏り無く行え、また、該脱酸素層の温度をヒータ発熱体の温度と同じ程度にすることが可能で、外気からの脱酸素反応を確実に進めることができる。

また、請求項６に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、請求項５に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、前記Ｔｉ脱酸素層の使用温度が８００〜１３００℃の温度範囲であることを特徴とする。

前記Ｔｉ脱酸素層の使用温度が８００℃以下では、Ｔｉ金属による脱酸素が不十分であり、１４００℃以上では、Ｔｉ金属が酸素よりも窒素と選択的に反応して脱酸素能力が低下する。従って、この不具合を避ける温度範囲をとることにより、すなわち、前記Ｔｉ脱酸素層の使用温度が８００〜１３００℃の温度範囲に成るように、熱源であるＳｉＣ発熱体の温度を上限１３００℃以下で、少なくとも８００度以上に調節することによりＴｉ脱酸素層が適切な脱酸素能力を維持することができる。

また、請求項７に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、請求項５に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、前記Ｎｂ脱酸素層の使用温度が２００〜１０００℃の温度範囲であることを特徴とする。

前記Ｎｂ脱酸素層の使用温度が２００℃以下では、Ｎｂ金属による脱酸素が不十分であり、１０００℃以上では、Ｎｂ金属が酸素よりも窒素と選択的に反応して脱酸素能力が低下する。従って、この不具合を避ける温度範囲をとることにより、すなわち、前記Ｎｂ脱酸素層の使用温度が２００〜１０００℃の温度範囲に成るように、熱源であるＳｉＣ発熱体の温度を上限１０００℃以下で、少なくとも２００度以上に調節することによりＮｂ脱酸素層が適切な脱酸素能力を維持することができる。したがって、ＳｉＣ発熱体の温度が２００〜１０００℃の温度範囲にある時に通気管を通過する気体の脱酸素を行う必要がある。

また、請求項８に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、請求項５に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、前記Ｓｉ脱酸素層の使用温度が８００〜１３００℃の温度範囲であることを特徴とする。

前記Ｓｉ脱酸素層の使用温度が８００℃以下では、Ｓｉ金属による脱酸素が不十分であり、１４００℃以上では、Ｓｉ金属が軟化、溶融して脱酸素能力が低下する。従って、この不具合を避ける温度範囲をとることにより、すなわち、前記Ｓｉ脱酸素層の使用温度が８００〜１３００℃の温度範囲に成るように、熱源であるＳｉＣ発熱体の温度を上限１３００℃以下で、少なくとも８００度以上に調節することによりＳｉ脱酸素層が適切な脱酸素能力を維持することができる。

本発明に係る請求項１から８に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータによれば、浸漬ヒータのＳｉＣ発熱体の発熱時において保護管内の空気による酸化が防止できて発熱体の劣化を防ぎ、ひいては発熱体の温度上限が上げられると共に、発熱体の寿命の延長を図ることが可能になる。これによりＳｉＣ発熱体の寿命延長や性能の向上・維持が確保できて、全体として溶湯保持炉や溶湯中溶解炉の稼働率の維持や向上、溶湯保持炉や溶湯中溶解炉の溶湯の品質維持を可能にし、また浸漬ヒータの交換が少なくなり、溶湯保持炉や溶湯中溶解炉の冷却・加熱による損傷が少なくなり、保全費の軽減を達成できる。また、本発明の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータは、非鉄金属のインゴットや切粉の溶解にも安定した溶解熱源として幅広く適用することもできるから、非鉄金属分野での適用範囲を広げることができる。

図１は、本発明を実施するための形態に係る非鉄金属溶湯の浸漬ヒータの模式的斜視断面図である。図２は、本発明を実施するための形態に係る非鉄金属溶湯の浸漬ヒータの模式的平面図である。図３は、図１におけるＡ−Ａ矢視の模式的側面断面図である。図４は、図１におけるＢ−Ｂ矢視の模式的側面断面図である。図５は、本発明を実施するための形態に係る別の非鉄金属溶湯の浸漬ヒータであって、（ａ）は模式的平面図、（ｂ）は（a）におけるＡ−Ａ矢視の模式的側面断面図、（ｃ）は（a）におけるＢ−Ｂ矢視の模式的側面断面図、である。図６は、非鉄金属溶湯保持炉における縦型浸漬ヒータの配置図の一例である。図７は、非鉄金属溶湯保持炉における横型浸漬ヒータの配置図の一例である。

本発明に係る非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ１（以下、ＳｉＣ浸漬ヒータ１と称す）を図１，２，３，４を用いて説明する。ＳｉＣ浸漬ヒータ１は、直筒状絶縁性セラミックスの保護管３の中に、３本のＳｉＣヒータ本体２を保護管３の長手方向に保護管３の内壁面から均等に離隔し、中心角約１２０度で配置される。絶縁性セラミックスとしては、高温の金属溶湯に浸漬して伝熱させるため、機械的強度が高く、耐熱衝撃性や耐磨耗性などに優れ、熱伝導率の高い材質で製造する必要があり、そのため窒化珪素質焼結体（Ｓｉ _３Ｎ_４）や窒化硼素質焼結体（ＢＮ）を用いることができる。

ＳｉＣヒータ本体２は、円筒状をなし、電源が接続される電気端子部２−３に繋がる抵抗のない非発熱体２−２と、高抵抗の発熱体２−１から成り、非発熱体２−２は縦に二分割され発熱体２−１に電気を供給する導電路を形成する。一方、発熱体２−１は、図１に示すように、スパイラルの溝を切った発熱体で、ＳｉＣから成る中空円筒状の本体に、非発熱体２−２と接続する場所から本体の長手方向に沿い、他端側までの部分が螺旋状を成すような２本の溝が切り込まれ、先端部で繋がっている。発熱体２−１は、本体が抵抗の低いＳｉＣでも、螺旋状の長い電流経路２本が繋がった形を呈するので、抵抗が確保できるので大きなジュール熱が発生できる。

また、ＳｉＣヒータ本体２は、先端部を保護管３の先端の半球部３−１にある隔壁７のヒータ先端支持部で、根元部を保護管３の根元部にあるヒータ根元支持部６で固定される。ＳｉＣヒータ本体２は、保護管３内で、これら先端と根元の支持部にて適切に位置決めされており、３本のＳｉＣヒータ本体２の発熱エネルギーを保護管３の筒状部３−２に対して適切に輻射伝熱により熱を伝える。

また、ＳｉＣヒータ本体２の発熱体２−１の表面温度を制御するために熱電対管５が３本のＳｉＣヒータ本体２に平行して、かつ３本のほぼ中心の位置に設置され、温度測定する熱電対先端部５−１は、ＳｉＣヒータ本体２の発熱体２−１のほぼ中央に設置するのが良く、この測定温度が発熱体２−１の表面温度を示しているとし、この温度信号が熱電対補償導線５−２を経由して温度設定調整装置（図示しない）に導かれ、表面温度（例えば、１２００℃）にするために外部から電気端子部２−３に電流が調節されて印加する。

本発明のＳｉＣ浸漬ヒータ１は、保護管３内に窒素を充満しており、ＳｉＣヒータ本体２の発熱体２−１が、従前の空気の場合であれば、約８００℃以上でＳｉＣが酸化されてＳｉＯ_２に変化するのを防止できて、ＳｉＣの状態を維持することができる。また、ＳｉＣ発熱体２−１が昇温や降温につれて保護管３内の窒素が膨張や収縮した場合、保護管３内の窒素は、通気孔４−２、脱酸素層４−１、通気管４を経由して出入りするが、本発明では、外気と連通する通気管４を通して窒素のみの出入りが行える。即ち、Ｔｉ金属の脱酸層を用いて、外気から吸入する場合には、通気管４を経由して８００〜１３００℃の温度範囲に加熱されたＴｉ金属の脱酸層４−１を通過する時に酸素がＴｉと反応して、Ｔｉ＋Ｏ_２＝ＴｉＯ_２の反応により除去されて、窒素のみが吸入されることになる。また、Ｎｂ金属の脱酸層を用いて、外気から吸入する場合には、通気管４を経由して２００〜１０００℃の温度範囲に加熱されたＮｂ金属の脱酸層４−１を通過する時に酸素がＮｂと反応して、２Ｎｂ＋Ｏ_２＝２ＮｂＯの反応により除去されて、窒素のみが吸入されることになる。また、Ｓｉ金属の脱酸層を用いて、外気から吸入する場合には、通気管４を経由して８００〜１０００℃の温度範囲に加熱されたＳｉ金属の脱酸層４−１を通過する時に酸素がＳｉと反応して、Ｓｉ＋Ｏ_２＝ＳｉＯ_２の反応により除去されて、窒素のみが吸入されることになる。因みに、本発明のＳｉＣヒータ本体２の根元部において塞栓部２−４を形成しており、これによりＳｉＣ浸漬ヒータ１のＳｉＣヒータ本体２と保護管３の内部は、通気管４だけで外気と繋がっていることになる。

本発明のＳｉＣ浸漬ヒータ１の一実施例である出力３４ＫＷのもので、３本のＳｉＣヒータ２から構成される場合、保護管３は外径１７０ｍｍ、長さ９００ｍｍであり、ＳｉＣヒータ２は外径４０ｍｍ、長さ９００ｍｍである。脱酸素層４−１を形成するＴｉ金属は、スポンジＴｉから成り、これを加工して粒状、粉状、繊維状と成して用いることができ、充填重量は約６００〜７００ｇｒである。また、通気管４の外径は約２０ｍｍである。熱伝対は通常のものであり、アルミナ保護管４×６ｍｍに通して用いることができる。

本発明の別の実施形態のＳｉＣ浸漬ヒータ１を図５を用いて説明する。ＳｉＣ浸漬ヒータ１の保護管３内に窒素を充満する通気管４の配置と構成に特徴がある。ＳｉＣヒータ本体２は３本で構成され、また保護管３内と外気との間に、３本の通気管４を各ＳｉＣヒータ本体の中間に配置する。各通気管４は、ＳｉＣヒータ本体２の発熱体２−１に相対すると共に、脱酸素材を充填した脱酸素層４−１と、脱酸素層４−１を保持するための２箇所の通気栓４−３から構成される。脱酸素層４−１は、脱酸素効果を発揮するＴｉ金属又はＮｂ金属又はＳｉ金属の粒状又は粉状又は繊維状と成したものを用いることができる。また、脱酸素層４−１を保持するために、上下２箇所にポーラスなセラミック製の通気栓４−３を設けている。脱酸素層４−１は、３本の通気管４の夫々に設けられており、かつ２箇所の通気栓４−３間で挟持されるから、Ｔｉ又はＮｂ又はＳｉ金属から構成される脱酸素材の収容量に制限が少ない。保護管３内へ流入する気体は必ず３本の通気管４を経由するために、流入する外気は、内蔵され、かつＳｉＣヒータ本体２の輻射で高温に加熱された脱酸素層４−１を通過する時に脱酸されて流入するので、保護管３内は酸素の無い状態を維持できるから、ＳｉＣヒータ本体２の性能を十分発揮できると共にヒータ寿命の延長を図ることができる。

本発明のＳｉＣ浸漬ヒータ１は、主としてＳｉＣヒータ本体２と保護管３とから構成され、通常図６、７に示す溶湯保持炉１０の溶湯Ｍ中に縦方向（図６）又は横方向（図７）に浸漬して設置される。ＳｉＣ浸漬ヒータ１の熱出力は、ＳｉＣヒータ本体２の発生熱が保護管３を経由して溶湯Ｍに伝熱され、その熱エネルギにより溶湯Ｍを昇温し又は一定温度に保持する。ＳｉＣ浸漬ヒータ１において、ＳｉＣヒータ本体２の温度（通常９００から１３００℃）が持つ熱エネルギが保護管３の内壁に対して輻射を主体とする伝熱で伝わり、主として保護管３の筒状部３−２の内壁を加熱するが、保護管３は溶湯中に浸漬しているので、保護管３の温度は溶湯温度（例えば、アルミニウム溶湯では、６５０〜７２０℃）より若干高いと推察される。

したがって、ＳｉＣヒータ本体２の表面温度が高い程、保護管３の内壁を加熱する熱エネルギは増加し、保護管３に接する溶湯Ｍを昇温することになる。しかし、ＳｉＣヒータ本体２の表面温度が、空気中であれば、ＳｉＣのＳｉＯ２への酸化が生じるので、１０００℃が限界となり、ＳｉＣヒータ本体２の性能が制限される。これに対し、本発明の浸漬ヒータ１のＳｉＣ発熱体２−１では、窒素中で、ＳｉＣのＳｉＯ_２への酸化が防止できるので、表面温度が１３００℃まで可能となる。しかし、ＳｉＣ発熱体２−１の表面温度が１４００℃以上になると、ＳｉＣが窒素と反応し、Ｓｉ_３Ｎ_４となりＳｉＣが劣化することになる。したがって、本発明では、ＳｉＣヒータ本体２を窒素雰囲気中で発熱させることにより、ＳｉＣ発熱体２−１の表面温度を空気中であれば、ＳｉＣの酸化の点から１０００℃がｍａｘであるのに対し、窒素中であれば、その表面温度が１３００℃ｍａｘを可能にして溶湯Ｍへの伝熱量を増大すると共に、ＳｉＣの酸化を防止してＳｉＣ発熱体２−１の寿命を延ばすことを可能にした。

本発明のＳｉＣ浸漬ヒータ１は、通電して加熱する前は常温であり、保護管３内は窒素ガスのみを封入している。ＳｉＣ浸漬ヒータ１を通電して加熱すると窒素ガスは膨張して通気管４を経由して外気へ逃げる。ＳｉＣヒータ本体２の温度レベル（１０００〜１３００℃の範囲）に落ち着くと保護管３内の窒素ガスも熱変化が少なく体積的に安定状態となる。その後、溶湯保持炉１０を停炉する場合等に、ＳｉＣ浸漬ヒータ１の温度を下げる必要が生じた場合には、保護管３内の窒素ガスは収縮して通気管４より外気が侵入するが、通気管４に繋がるＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属の脱酸素層４−１により外気中の酸素がＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属と結合して夫々の酸化物となり、外気から酸素分が除去され、窒素のみが保護管３内に補給される。Ｔｉ及びＳｉ金属の脱酸は７００℃から始まるが、上限は１３００℃にするのが好ましい。上限を１３００℃までとするのは、１４００℃を超えるとＴｉ金属は外気中の窒素と反応して窒化物を形成する反応が強くなり、脱酸素が不十分となり、Ｓｉ金属の場合は１４００℃を超えると軟化、溶融する恐れがある。一方、Ｎｂ金属の脱酸は２００℃から始まるが、１０００℃を超えると窒素と反応するので、脱酸力が低下する恐れがある。

したがって、外気から窒素を補給するためには、Ｔｉ又はＳｉ脱酸素層４−１の温度を間接的に示す熱電対５の先端部５−１の温度が７００〜１３００℃の時に行うことが好ましい。一方、Ｎｂ脱酸素層４−１の場合は、２００〜１０００℃の時に行うことが好ましい。

アルミニウム、亜鉛等の非鉄金属溶湯の保持炉や溶湯中溶解炉のみならず、非鉄金属塊や切粉の溶解処理分野で適用することができる。

１：ＳｉＣ浸漬ヒータ
２：ＳｉＣヒータ本体２−１：発熱体２−２：非発熱体
２−３：電気端子部２−４：塞栓部
３：保護管３−１：半球部３−２：筒状部
４：通気管４−１：脱酸素層４−２：通気孔４−３：通気栓
５：熱電対５−１：熱電対先端部５−２：熱電対補償導線
６：ヒータ根元支持部
７：隔壁（ヒータ先端支持部）
１０：溶湯保持炉
Ｍ：溶湯

Claims

非鉄金属の溶湯保持炉又は溶解炉に用いられるＳｉＣ浸漬ヒータにおいて、直筒状の絶縁性セラミックス保護管の中に単数又は複数本の竪型ＳｉＣヒータを配し、かつ、保護管内に窒素を充満した浸漬ヒータであって、該保護管内部に外気と連通した通気管を設け、かつ、該通気管をＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属からなる脱酸素層に接続することにより、外気を脱酸素した窒素が該保護管内部の窒素を補うように補給されることを特徴とする非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。
前記ＳｉＣヒータが二重螺旋形状の発熱体を有することを特徴とする請求項１に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。
前記ＳｉＣヒータの発熱体の使用発熱温度の上限が１３００℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。
前記Ｔｉ又はＮｂ又はＳｉ脱酸素層が、粒状、粉状、繊維状のいずれか、又はそれらの混合物であるＴｉ又はＮｂ又はＳｉ金属を充填して構成されていることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。
前記Ｔｉ又はＮｂ又はＳｉ脱酸素層が、前記保護管の先の半球部内で、かつ、ＳｉＣヒータの発熱体の先端を支持すると共に隅部に複数の通気孔を設けた隔壁で仕切られた部屋内に設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。
前記Ｔｉ脱酸素層の使用温度が８００〜１３００℃の温度範囲であることを特徴とする請求項５に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。
前記Ｎｂ脱酸素層の使用温度が２００〜１０００℃の温度範囲であることを特徴とする請求項５に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。
前記Ｓｉ脱酸素層の使用温度が８００〜１３００℃の温度範囲であることを特徴とする請求項５に記載の非鉄金属溶湯加熱用ＳｉＣ浸漬ヒータ。