JPS587912B2 - 非鉄金属用低周波溶解保持誘導炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非鉄金属用醇解保持誘導炉に関するものである
。

一般に、非鉄金属の溶解には反射炉が多用され、溶解保
持炉ではガス又は重油バーナによるものが多い。

第１図はバーナにより加熱する従来例を説明するもので
、図において符号１で示すものは鉄るつぼあるいは黒鉛
るつぼで、内部には被溶解金属２が入れられている。

るつほ１の下方にはガス又は重油のバーナ３が配置され
、その火炎４がるつぼ１の下面に当っている。

このようなバーナによる加熱方式を採用すると、直接火
炎がるつぼの周壁に当っているため、るつぼの酸化がは
げしくるつぼの寿命は非常に短かくなる。

又通常炎が外部に出ないように耐火物質で外周を囲むが
構造上極めて熱効率が悪いという欠点がある。

第２図は鉄又は黒鉛のるつほ１の外側にニクロム線、エ
レマ発熱体などの発熱体５を配置した構造を採用したも
のであるが、このような構造を採用した場合においても
るつぼ１は高温の発熱体に晒され空気に触れるため、酸
化ははげしく、るつぼの寿命は短かい。

また、発熱体の熱がるつぼ１を介して被溶 金属２に伝
わるため、熱効率も極めて悪いものであった。

その上第１図、第２図に示す方式ではるつぼが局部的に
過熱され、特にアルミニウムの溶解保持炉にては内部コ
ーティング材の局部的な剥離が生じ、被溶解物への鉄の
浴け出し、コーティング寿命の短縮、るつぼ寿命の短縮
の原因となっていた。

第３図に示す例はるつぼ１として耐火セメントまたは黒
鉛るつぼで、その周囲には商用周波数を利用した誘導加
熱コイル６が配置されている。

黒鉛るつぼの場合は加熱コイル６とるつぼ１との間には
バックサンドが存在する。

■はるつぼ■に割れが生じ溶湯が洩れる場合に備える炉
底レンガ又はセメント■は炉枠、■は鉄心である。

このような構造を採用すると被溶解金属２に誘導電流を
流し、発熱させるため加熱効率、力率が悪い、従って電
気的容量も大きくなり、強力な磁界を導く鉄心、弱いる
つぼを保持する強固な構造等の為高価であるとか、溶湯
の攪拌を避けられない等の、欠点があった。

更にこの様な溶解保持炉の場合るつぼ内の溶湯を空にす
る事も必要である為、傾動装置も必要であり、傾動する
炉に給電する為に水冷ケーブルを必要とする、とか力率
改善用コンデンサー多数必要、タツプ付変圧器も必要等
の理由により附帯設備も高価、複雑となる。

本発明は以上のような従来の欠点を除去したものであり
、鉄るつぼの酸化や局部過熱を防止し、商用周波数の電
流を用いて加熱し、温度制御系が故障の場合にもるつぼ
の極端な加熱を防止することができ、特にアルミニウム
、亜鉛等の如き非鉄金属の溶解保持に対して鉄るつぼの
交換の便利な非鉄金属用低周波耐解保持誘導炉を提供す
るものである。

以下、図面に示す実施例と共に本発明の詳細を説明する
。

第４図は本発明の一実施例を説明するもので、図におい
て符号１で示すものは鉄るつほで、その外周は断熱保温
材３によって覆われている。

２は溶湯である。

断熱保温材としてはセラミックファイバー、石綿加工物
などが好適である。

この断熱保温材は予め成形されたある程度機械的強度の
あるものを使用する。

この断熱保温材３９外側には誘導加熱コイル６が配置さ
れ、この誘導加熱コイル６には商用周波数の５０Ｈｚま
たは６０Ｈｚの電流が供給される。

るつぼ１には吊ボルトを装備し交換の便を計る。

４はるつぼ１を交換する場合に有効なガイドであり、炉
粋に着脱自在の如く例えばボルトにて固定されており５
は炉枠、７はコイル支持板、８は断熱保温材を保持する
アスベスト等の耐熱非金属の構造物である。

るつぼおよび断熱保温材は上部に吊り出せるようにする
。

ところで、鉄るつぼの肉厚について詳述すると下記の如
きである。

一般に誘導加熱による電流の浸透深さをＰ （ｃｍ）と
すると、 と表わすことができる。

（１）式において、μはるつぼの実効透磁率、ρはるつ
ぼの固有抵抗（μΩ・ｃｍ）、ｆは周波数Ｈｚである。

従って、例えばＰ＝１ｃｍのるつぼ温度７００℃を目標
とすれば、μ≒４７とすればよい。

μに関する式は種々提案されているが、例えば μ＝２５８００／Ｈｍを採用すればＨｍ≒６１７となる
。

Ｈｍはエルステツドである。

ところで、このＨｍは下記の式で表わされる。

Ｈｍ＝Ｋ・０．４πｒｒｖ’７ Ｉ ・・・・・・・
・・・・・・・・（２）（２）式において、Ｋはコイル
の長さとコイルの中心からの距離および空隙に関する係
数で、Ｋ≦１であり、ｎはコイル長さ１ｃｍ当りのフィ
ルターン数、■はコイルに流れる電流Ａである。

いま、Ｋ−１とすれば ｎＩ≒３４８となる。

ここで、るつぼの肉厚１一当りの投入電力Ｐａ・（ｗ／
ｉ）は Ｐａ ＝ ０．１ ９ ９ （ｎＩ）”（ｐ了ｘ １
０ ’ ・・・・・｛３）と表わせるから、Ｐａ≒１
１ｗ／ｃｍ２となる。

このようにして、所要投入電力がコイルに対応するるつ
ぼの表面積から投入できる寸法のるつぼを採用すればよ
い。

ところで、るつぼの肉厚１（α）として を採用すれば、コイルによる誘導電流の大部分はるつぼ
内を流れ、内部の被溶解金属にはるつぼのコイルに面し
ている側に流れる電流の１／４以下の電流しか流れなく
なる。

この結果、誘導電流によって生じる溶融金属の攪拌力は
薄いるつぼの肉厚にか少わらず抑制される。

一方、たとえば温度制御系の故障等により、電流が遮断
されるべき時に遮断されない事故が生じて、るつぼ温度
がキュリ一点を越えるとμ＝１となるため、単純に前出
の（３）式によって計算してもＰａｆ： １．６ ｗ／
ｃｒｉＬと減少することになり、従ッテるつぼの極端な
加熱は生じなくなる。

ただし、アルミニュームの溶解保持炉に於いては、通常
の溶解保持温度が６５０℃〜７３０℃と割に高くキュー
リーポイントに近い上、時にはより高温の７５０℃〜７
７０℃程度の溶解保持も必要となるので、 （イ）るつぼ内面からのアルミニュームとの反応による
摩耗、外面からのわずかの酸化による摩耗等を考慮しる
つぼの肉厚を増した方が良い。

（ロ）割に高い溶解保持温度を要求される場合に備えて
、るつぼ温度がキューリーポイント以土にできるような
肉厚とする事が好ましい。

゛（ハ）冷材溶解の際にるつぼ温度を高めとして
急速に溶解する方が良い。

等の理由から、鉄るつぼの肉厚を２０〜２５ｍｍ程度に
するのが好ましい。

この場合も構造や特長は温度制御系が故障の場合のるつ
ぼ温度上昇がゆるやかながら生じる事を除いて同じであ
る。

さらにここで、本発明による加熱効率の良好さについて
説明する。

一般に、アルミニューム、鉛、亜鉛等の金属は極めて電
気抵抗が少なく通常加熱コイルに使用される銅とほぼ同
程度の抵抗値である。

ここで、（３）式におけるＰａ≒１１ｗ／ｃｍ２を得る
為の（ｎＩ）２について被溶解金属に直接電力を投入す
れば、ρが鉄に対して１０数分の１であるためμ＝１と
なり（ｎ■）２を約２０倍とすることになる。

この（ｎＩ）２は加熱コイルに発生する銅損に関係し、
ほぼ鉄るつぼに投入する場合の約２０倍のコイル損失を
招くことになる。

例えば銅を誘導加熱する場合、銅に投入する電力とほほ
同じ量の電力がコイルによって失なわれるという一般的
によく知られていることとほとんど同じ現象が生じる。

これに対し、本発明においては、投入すべき電力の１／
１０〜１／２０のコイル損失で済むことになり、通常の
誘導加熱による場合、被溶解物に与えた熱が不定形耐火
セメントやるつぼとバックサンドを通して逃げる熱はか
なりのものとなる。

しかし、鉄るつぼを使用することにより、湯洩れの心配
がなく、高性能の断熱材を使用でき、このロスも減少で
き、約４０％近くの電力を節約できる。

又、本発明による溶解保持炉は従来の低周波溶解保持炉
に比して図示の如く非常に構造が簡単となり、非常に安
価となる。

即ち（イ）るつぼが鉄製である上、極端に加熱されない
のでそれ自体が強固な構造体である。

そこで従来の炉の如くるつぼの外側にコイルをほゞ全体
に亘って配置し、その外側から鉄心でコイルを強固にお
さえ、その鉄心を強固な炉枠で囲う必要はない。

そこでるろぼ、断熱保温材、コイルを各々単独に固定で
きる。

製造、組立も非常に簡単である。

（ロ）るつぼ内を空にする必要が生じた場合はクレーン
、フォークリフト等によりるつぼを吊り出し、安全な所
で空にできる為、傾動装置が不要である。

固定配線が可能であり水冷ケーブルも不要である。

（ハ）るつぼからの湯漏れの恐れが非常に少なく、万一
湯漏れが生じても断熱保温材の底に湯抜きの穴を設ける
ことにより、コイルへの波及の恐れのない断熱性能の良
い保温材を使用できるので、この厚みを薄くすることが
できる。

被加熱材がアルミニュームや亜鉛等の非鉄金属でなく鉄
である為にコイルの力率が良い事、所要投入電力に対し
てコイル電流が少なくて良い事に加えて断熱保温材の厚
みが薄く、コイルと被加熱物とが近いので、炉枠等を加
熱する漏洩磁界が少ない為手数のかかる鉄心を使用する
必要がない。

しかも上記の様な理由から、コイルに給電する電圧は通
常工場にて多用される１００Ｖ，２００Ｖ，４００Ｖ級
のもので済む為、変圧器が不要となる場合が多い。

又力率改善用のコンデンサーも少なくて良い。

コイルの絶縁処理も簡単で良り。

（ニ）コイル銅損力で極めて少ないので、風冷でも問題
ない程度であるが信頼性を高める為水冷式としても非常
に所要冷却水量が少なくて済み、冷却水設備が非常に章
価となるか又省略云きる。

（ホ）据付、配線、配管工事が非常に簡単であり基礎工
事も簡箪となる。

等の理由により、価格は従来の炉に比して１／２〜１／
３となる。

以上の説明から明らかなように本発明によれば断熱保温
材で覆われた鉄るつぼを誘導加勢コイルにより加熱する
構造とされているため、以下に記載するような優れた効
果が得られる。

（１）バーナ等を使用しないため排煙や雑音の生じるこ
とがなく、作業環境を改善できると共に、安全である。

（２）鉄るつぼの外側は断熱保温材により、内側は溶融
金属により覆われるため、酸化は生ぜず又コイルに面し
たるつぼの周囲を均一な電流が流れ局部過熱がないので
鉄るつぼの寿命が増大し保全費用が減少する。

（３）加熱、溶解効率の飛躍的向上によって燃料費を削
減できる。

（４）従来の誘導炉に比して非常に単純、安価である。

（５）温度制御系に故障が生じても極端な温度上昇がな
く安全である。

（６）溶融金属の攪拌運動かあさえられるため、空気と
触れる機会は減少し、無用な酸化物を作らず、品質が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は従来構造を説明する縦断側面図、第４
図は本発明の一実施例の縦断側面図である。 １……鉄るつぼ、２……溶湯、３……断熱保温材、４…
…ガイド、５……炉枠、６……誘導加熱コイル、７……
コイル支持板、８……断熱保温材支持構造物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外側を断熱保温材により覆った鉄るつぼと、この断
   熱保温材の外側に配置された低周波誘導加熱コイルとを
   備え、前記鉄るつぼの肉厚をキュリーポイント以下で所
   要の電力が得られ、しかも誘導電流が被溶解物に有害な
   攪拌運動を与えない程度の薄い肉厚としたことを特徴と
   する非鉄金属用低周波溶解保持誘導炉。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の低周波溶解保持誘導炉
   において、アルミニウムまたはその合金用のるつぼは、
   その肉厚を２０〜２５ｍｍ程度としたことを特徴とする
   非鉄金属用低周波溶解保持誘導炉。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載の溶解保持
   誘導炉において、鉄るつぼ、断熱保温材、コイルをそれ
   ぞれ単独に保持するように構成したことを特徴とする非
   鉄金属用低周波溶解保持誘導炉。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の溶解保持誘導炉におい
   て、鉄るつぼ交換のため着脱自在のガイドを炉粋に取付
   けたことを特徴とする非鉄金属用低周波溶解保持誘導炉
   。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の溶解保持誘導炉におい
   て、鉄るつぼはあらかじめ成形された断熱保温材を組込
   むように構成されたことを特徴とする非鉄金属用低周波
   溶解保持誘導炉。