JP2000346560A

JP2000346560A - 誘導加熱型溶解炉およびその溶解方法

Info

Publication number: JP2000346560A
Application number: JP11161165A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takase; 慎一高瀬; Tomoteru Sugawara; 智照菅原
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 1999-06-08
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2000-12-15
Anticipated expiration: 2019-06-08
Also published as: JP3998859B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被溶解物を効率よく溶解することができる誘
導加熱型溶解炉の提供。【解決手段】鉄屑１００を誘導加熱するための３つの
コイル３Ａ〜３Ｃと、この鉄屑１００の溶解状態に応じ
て、これらのコイル３Ａ〜３Ｃを切り替えるとともに、
各コイル３Ａ〜３Ｃに流す電流の周波数を変更する制御
装置６とを設ける。鉄屑１００を溶解するのに最適な周
波数の電流を各コイル３Ａ〜３Ｃに流すことができるの
で、鉄屑１００を短時間で効率よく溶解することができ
る。その上、鉄屑１００の溶解状態に応じて、必要なコ
イルだけを駆動することができるので、この点からも、
鉄屑１００を効率よく溶解することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶解器に収容され
ている被溶解物を溶解する誘導加熱型溶解炉およびその
溶解方法に関するものである。

【０００２】

【背景技術】近年、工場等で物を作った際に出る鉄屑等
の産業廃棄物は、誘導加熱型溶解炉等の溶解炉で溶か
し、その溶湯を型枠等に流し込んで成形すれば、別の製
品として再利用することができる。ここで、誘導加熱型
溶解炉は、被溶解物である鉄屑等を収容する溶解器と、
溶解器の外周面に沿って巻回された一つのコイルと、コ
イルに所定周波数の電流を流す電源装置とを備えてい
る。つまり、鉄屑等を溶解器の中に入れ、コイルに所定
周波数の電流を流すと、電流によって生じた磁束が、溶
解器に収容されている鉄屑等の内部に渦電流を発生さ
せ、この渦電流による熱で当該鉄屑等を溶解するように
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような誘導加熱型
溶解炉では、鉄屑等の形状や大きさにはむらがあり、溶
解器の内部における磁束密度にむらが生じるので、収容
されている鉄屑等を均一に溶解することが困難であり、
このため、鉄屑等を全て溶解するのに、時間や電力が非
常にかかり、効率が悪いという問題がある。また、鉄屑
等の溶解の始まりから終わりまで、コイルに流れる電流
の周波数を同一周波数とすると、鉄屑等の被溶解物が溶
けて固体から液体に相変化する際に、溶解に最適な周波
数が変化しているので、溶解に大変時間がかかり、この
点からも、効率が悪いという問題もある。さらに、鉄屑
等を溶解してある程度溜まった溶湯の中に、新たに鉄屑
等を追加して溶解する、いわゆる追いチャージができな
い特殊な環境下で溶解作業を行う場合、非溶解状態にお
いては、溶解器内全体に鉄屑等が充填されていても占有
率が低い。このため、溶解が進むと、下部に溶湯として
たまるので、コイル占積率が悪く、効率が非常に悪いと
いう問題がある。また、一般の溶解においても、大きな
誘導加熱型溶解炉で少量の鉄屑等の溶解作業を行うと同
様に効率が悪くなるという問題がある。

【０００４】本発明の目的は、被溶解物を効率よく溶解
することが可能な誘導加熱型溶解炉およびその溶解方法
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１発明は、溶
解器に収容されている被溶解物を溶解する誘導加熱型溶
解炉であって、被溶解物を誘導加熱するための複数のコ
イルと、この被溶解物の溶解状態に応じて、複数のコイ
ルを切り替えるとともに、各コイルに流す電流の周波数
を変更する制御手段が設けられていることを特徴とす
る。ここで、被溶解物としては、鉄屑等が採用できる。
本発明によれば、被溶解物を溶解するのに最適な周波数
の電流を各コイルに流すことが可能となるので、被溶解
物を短時間で効率よく溶解することが可能となる。その
上、被溶解物の溶解を始めた際は、全てのコイルを駆動
させて溶解器内全体を熱することで被溶解物を溶解して
いき、被溶解物が部分的に溶解されて溶解器の下方に被
溶解物を溶解して得られる溶湯が溜まりだしたら、コイ
ルの駆動を上段から下段に向かって順に停止させ、溶湯
の部分のコイルだけを駆動し、溶湯の対流を利用して被
溶解物を効率よく溶解することが可能となる。従って、
被溶解物の溶解状態に応じて、必要なコイルだけを駆動
することが可能となるので、この点からも、被溶解物を
効率よく溶解することが可能となる。また、このように
すれば、非溶解状態においては、周波数を高くし、溶解
し出したら周波数を下げ、かつ、溶湯の高さレベルに合
った高さレベルのコイルを駆動することにより、高効率
が保たれる。

【０００６】以上において、前述の制御手段は、被溶解
物を溶解して得られる溶湯の増加により、周波数を低い
周波数に変更するものであることが好ましい。ここで、
鉄屑等の被溶解物を溶解する場合、コイルに高い周波数
の電流を流した方が効率よく加熱溶解される。つまり、
高い周波数の電流をコイルに流し、そこで発生する高い
周波数の渦電流を被溶解物に流すと、表皮効果によって
被溶解物の表面の電流密度が大きくなって、当該表面が
非常に高い温度になり、短時間で表面から溶解していく
ようになる。一方、被溶解物が部分的に溶解され、溶解
器内に溶湯が溜まりだしたら、周波数を低い周波数に
し、溶湯を熱する。すると、溶湯中に生じる電磁撹拌力
および温度差によって発生する対流により溶湯全体の温
度が高い温度となり、この熱で残りの被溶解物が溶解さ
れるようになる。このように、制御手段で、被溶解物を
溶解して得られる溶湯の増加により、周波数を低い周波
数に変更すれば、溶湯の内部への電流の透過深度が大き
くなり、対流が活発となって、全ての被溶解物を短時間
に溶解することが可能となる。これにより、被溶解物を
効率よく溶解することが可能となる。

【０００７】また、前述の制御手段は、被溶解物を溶解
して得られる溶湯の増加により、コイルの駆動個数を減
らすものであることが望ましい。ここで、溶湯が溜まっ
てきたら、溶湯の対流を利用し、かつ、溶湯の熱で残り
の被溶解物を効率よく溶解することが可能となるので、
溶湯の部分に配置されているコイルのみを駆動させれば
よく、制御手段でコイルの駆動個数を減らすことで、コ
イルの電力消費量を低減することが可能となり、この点
からも、被溶解物を効率よく溶解することが可能とな
る。

【０００８】さらに、前述の複数のコイルは、溶解器の
上下方向に沿って配置され、前述の制御手段は、これら
複数のコイルの駆動を、上段から下段に向かって順に停
止させていくことが好ましい。ここで、前述のように、
溶湯が溜まってきたら、溶湯の対流を利用し、かつ、溶
湯の熱で残っている被溶解物を効率よく溶解することが
可能となるので、コイルの駆動を上段から順に停止させ
ていけば、コイルの電力消費量を低減することが可能と
なり、この点からも、被溶解物を効率よく溶解すること
が可能となる。

【０００９】本発明の第２発明は、溶解器に収容されて
いる被溶解物を溶解する誘導加熱型溶解炉の溶解方法で
あって、誘導加熱型溶解炉としては、被溶解物を誘導加
熱するための複数のコイルと、被溶解物の溶解状態に応
じて、複数のコイルを切り替えるとともに、各コイルに
流す電流の周波数を変更する制御手段が設けられている
ものが採用され、全てのコイルに、所定の周波数で電流
を流し、被溶解物を部分的に溶解した後、制御手段で、
コイルの駆動個数を減らすとともに、電流の周波数を低
い周波数に変更することを特徴とする。ここで、被溶解
物としては、鉄屑等が採用できる。このような本発明に
よれば、被溶解物を溶解するのに最適な周波数の電流を
各コイルに流すことが可能となるので、被溶解物を短時
間で効率よく溶解することが可能となる。また、被溶解
物の溶解状態に応じて、必要なコイルだけを駆動するこ
とが可能となるので、この点からも、被溶解物を効率よ
く溶解することが可能となる。

【００１０】以上において、前述の制御手段は、複数の
コイルの駆動を、上段から下段に向かって順に停止させ
ていくことが好ましい。ここで、前述のように、溶湯が
溜まってきたら、溶湯の対流を利用し、かつ、溶湯の熱
で残っている被溶解物を効率よく溶解することが可能と
なるので、コイルの駆動を上段から順に停止させていけ
ば、コイルの電力消費量を低減することが可能となり、
この点からも、被溶解物を効率よく溶解することが可能
となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に
係る誘導加熱型溶解炉１が示されている。誘導加熱型溶
解炉１は、被溶解物である大きさと形状が異なる様々な
鉄屑１００を溶解するものであり、当該鉄屑１００を収
容する坩堝等の溶解器２と、この溶解器２に設けられた
３つのコイル３Ａ、３Ｂ、３Ｃと、各コイル３Ａ、３
Ｂ、３Ｃを駆動するための電源装置４と、各コイル３
Ａ、３Ｂ、３Ｃの駆動の切り替えを行う切替手段である
スイッチ５Ａ、５Ｂ、５Ｃと、電源装置４およびスイッ
チ５Ａ、５Ｂ、５Ｃをそれぞれ制御する制御手段である
制御装置６とを備えている。

【００１２】溶解器２は、鉄屑１００が収容される断面
Ｕ字形状の本体２１と、この本体２１上面の開口を塞ぐ
蓋部２２とを備えている。前述の鉄屑１００は、この本
体２１内に収容されている。

【００１３】３つのコイル３Ａ〜３Ｃは、溶解器２に収
容されている鉄屑１００を誘導加熱するためのものであ
り、それぞれ溶解器２の外周面に沿って巻回され、前述
の本体２１の上下方向に沿って、所定間隔毎に設けられ
ている。

【００１４】電源装置４は、高周波電流を出力するとと
もに、その周波数が変更可能なインバータである。周波
数は、例えば、０．３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で変更
可能となっている。このような電源装置４から、任意の
周波数の電流を各コイル３Ａ〜３Ｃに流すと、電流によ
って生じた磁束によって、溶解器２に収容されている鉄
屑１００の内部に渦電流が発生するようになっている。
そして、鉄屑１００は、この渦電流による熱で溶解され
るようになっている。

【００１５】スイッチ５Ａ〜５Ｃは、電源装置４と各コ
イル３Ａ〜３Ｃとの間にそれぞれ設けられており、例え
ば、スイッチ５Ａを閉じれば、コイル３Ａに電流が供給
されて当該コイル３Ａが駆動し、逆に、スイッチ５Ａを
開けば、コイル３Ａに電流が供給されなくなり、当該コ
イル３Ａの駆動が停止するようになっている。

【００１６】制御装置６は、その内部に図示しないコン
トロールユニットが内蔵されている。このコントロール
ユニットによって、各スイッチ５Ａ〜５Ｃの開閉がコン
トロールされる様になっている。このコントロールユニ
ットによって、前述の電源装置４から出力する電流の周
波数の変更や、各スイッチ５Ａ〜５Ｃの開閉等を、自動
的に制御するようになっている。

【００１７】詳しくは、制御装置６は、コントロールユ
ニットによって、所定の時間に、電流の周波数を低い周
波数に変更するようになっている。ここで、鉄屑１００
を溶解する場合、コイル３Ａ〜３Ｃに高い周波数の電流
を流した方が効率よく溶解される。つまり、高い周波数
の電流をコイル３Ａ〜３Ｃに流し、そこで発生する高い
周波数の渦電流を鉄屑１００に流すと、表皮効果によっ
て鉄屑１００の表面の電流密度が大きくなって、当該表
面が非常に高い温度になり、短時間で表面から溶解して
いくようになる。一方、鉄屑１００が部分的に溶解さ
れ、溶解器２内に溶湯１０１が溜まりだしたら、周波数
を低い周波数にし、溶湯１０１を熱する。すると、溶湯
１０１中に生じる温度差によって発生する対流で溶湯１
０１が撹拌され、全体の温度が高い温度となり、この熱
で残りの鉄屑１００が溶解されるようになる。この制御
装置６は、電源装置４から出力される電流の周波数を３
段階（ｆ１、ｆ２、ｆ３）に変更するように設定されて
いる。なお、３段階に設定された周波数ｆ１、ｆ２、ｆ
３は、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３の関係となっており、具体的に
は、０．３ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの範囲で設定されるのが
好ましい。

【００１８】また、制御装置６は、コントロールユニッ
トによって、所定の時間に、スイッチ５Ａ〜５Ｃを順番
に開けていき、コイル３Ａ〜３Ｃを上段から下段に向か
って順に停止させ、コイル３Ａ〜３Ｃの駆動個数を減ら
すようになっている。つまり、鉄屑１００の溶解状態に
応じて、必要なコイルだけを駆動するようになってい
る。

【００１９】なお、コントロールユニットとしては、鉄
屑１００を溶解して得られる溶湯１０１の増加量と時間
との関係を実験から求め、この実験結果から得られる、
鉄屑１００を溶解して得られる溶湯１０１の増加により
溶解器２内に溶湯１０１が溜まりだす時間が設定されて
いる。電流の周波数の変更およびスイッチ５Ａ〜５Ｃの
開閉は、一つのコントロールユニットによって連動して
行われるようになっている。つまり、周波数が低い周波
数に変更（例えば、ｆ１からｆ２に変更）されると同時
にスイッチ５Ａが開くようになっている。

【００２０】次に、誘導加熱型溶解炉１の溶解手順を以
下に説明する。まず、本体２１内に鉄屑１００を入れ、
鉄屑１００の溶解を始める。この際、制御装置６で、全
てのスイッチ５Ａ〜５Ｃを閉じるとともに、電源装置４
から周波数ｆ１の電流を出力させ、図２（Ａ）に示され
るように、全てのコイル３Ａ〜３Ｃを駆動させて溶解器
２内全体を熱し、鉄屑１００を溶解していく。そして、
鉄屑１００を部分的に溶解し、溶解器２の下方に溶湯１
０１が溜まりだした後、制御装置６で、スイッチ５Ａを
開けて上段のコイル３Ａの駆動を停止させるとともに、
電源装置４から周波数ｆ２の電流を出力させ、同図
（Ｂ）に示されるように、中段および下段のコイル３
Ｂ、３Ｃで溶解器２内を熱するようにする。さらに、溶
湯１０１が溜まり、鉄屑１００をほとんど溶解したら、
制御装置６で、スイッチ５Ｂを開けて中段のコイル３Ｂ
の駆動を停止させるとともに、電源装置４から周波数ｆ
３の電流を出力させ、同図（Ｃ）に示されるように、下
段のコイル３Ｃのみを駆動し、溶湯１０１の対流を利用
して鉄屑１００を完全に溶解する。鉄屑１００を完全に
溶解したら、制御装置６で、スイッチ５Ｃを開いて最終
的に下段のコイル３Ｃの駆動を停止させる。このように
して鉄屑１００を溶解する。

【００２１】このような本実施形態によれば、次のよう
な効果が得られる。すなわち、鉄屑１００の溶解状態に
応じて、３つのコイル３Ａ〜３Ｃを切り替えるととも
に、各コイル３Ａ〜３Ｃに流す電流の周波数を変更する
制御装置６を設けたので、鉄屑１００を溶解するのに最
適な周波数の電流を各コイル３Ａ〜３Ｃに流すことがで
き、鉄屑１００を短時間で効率よく溶解することができ
る。その上、鉄屑１００の溶解状態に応じて、必要なコ
イルだけを駆動することができるので、この点からも、
鉄屑１００を効率よく溶解することができる。また、非
溶解状態においては、周波数を高くし、溶解し出したら
周波数を下げ、かつ、溶湯の高さレベルに合った高さレ
ベルのコイルを駆動することにより、高効率を保つこと
ができる。

【００２２】また、制御装置６で、鉄屑１００を溶解し
て得られる溶湯１０１の増加により、周波数を低い周波
数に変更するようにしたので、溶湯１０１の内部への電
流の透過深度が大きくなり、対流が活発となって、全て
の鉄屑１００を短時間に溶解することができる。これに
より、鉄屑１００を効率よく溶解することができる。

【００２３】さらに、制御装置６で、鉄屑１００を溶解
して得られる溶湯１０１の増加により、コイル３Ａ〜３
Ｃの駆動個数を減らすようにしたので、コイル３Ａ〜３
Ｃの電力消費量を低減することができ、この点からも、
鉄屑１００を効率よく溶解することができる。

【００２４】また、制御装置６で、コイル３Ａ〜３Ｃの
駆動個数を減らす際に、３つのコイル３Ａ〜３Ｃの駆動
を、上段から下段に向かって順に停止させたので、この
点からも、コイルの電力消費量を低減することができ、
鉄屑１００を効率よく溶解することができる。

【００２５】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等
を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、制御手段としては、コントロールユニットで時
間的に切り替えるものに限らず、例えば、本体２１に溶
湯の湯面を監視する湯面センサを取り付け、湯面が所定
の高さレベルになったら切り替えるように設定してもよ
いし、本体内に溶湯の温度を測定するための放射温度計
を配置しておき、溶湯の温度が所定の温度となった場合
に切り替えるようにしてもよい。

【００２６】また、制御手段としては、電流の周波数を
低い周波数に変更するものに限らず、例えば、電流の周
波数を高い周波数に変更するものでもよく、周波数の変
更値は、被溶解物の溶解における周波数特性によって適
宜設定すればよい。

【００２７】さらに、制御手段としては、コイルの駆動
個数を減らすものに限らず、例えば、巻数の異なる複数
のコイルを用意しておき、これらを被溶解物の溶解状態
に応じて取り替えるようなものでもよく、コイルの切替
方式は、実施に当たって適宜設定すればよい。

【００２８】さらに、被溶解物としては、鉄屑に限ら
ず、例えば、ステンレス鋼の屑や、ニッケル・コバルト
・マンガンおよびそれらの合金の屑等を採用してもよ
く、要するに、金属であればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明の誘導加熱
型溶解炉およびその溶解方法によれば、被溶解物を効率
よく溶解することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における誘導加熱型溶解炉
を示す概略図である。

【図２】前記実施形態における誘導加熱型溶解炉の溶解
方法を示す概略図である。

【符号の説明】

１誘導加熱型溶解炉２溶解器３Ａ〜３Ｃコイル６制御手段である制御装置１００被溶解物である鉄屑１０１溶湯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解器に収容されている被溶解物を溶解す
る誘導加熱型溶解炉であって、前記被溶解物を誘導加熱するための複数のコイルと、前
記被溶解物の溶解状態に応じて、前記複数のコイルを切
り替えるとともに、前記各コイルに流す電流の周波数を
変更する制御手段が設けられていることを特徴とする誘
導加熱型溶解炉。
【請求項２】請求項１に記載の誘導加熱型溶解炉におい
て、前記制御手段は、前記被溶解物を溶解して得られる溶湯
の増加により、前記周波数を低い周波数に変更するもの
であることを特徴とする誘導加熱型溶解炉。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の誘導加熱
型溶解炉において、前記制御手段は、前記被溶解物を溶解して得られる溶湯
の増加により、前記コイルの駆動個数を減らすものであ
ることを特徴とする誘導加熱型溶解炉。
【請求項４】請求項３に記載の誘導加熱型溶解炉におい
て、前記複数のコイルは、前記溶解器の上下方向に沿って配
置され、前記制御手段は、前記複数のコイルの駆動を、上段から
下段に向かって順に停止させていくことを特徴とする誘
導加熱型溶解炉。
【請求項５】溶解器に収容されている被溶解物を溶解す
る誘導加熱型溶解炉の溶解方法であって、前記誘導加熱型溶解炉としては、前記被溶解物を誘導加
熱するための複数のコイルと、前記被溶解物の溶解状態
に応じて、前記複数のコイルを切り替えるとともに、前
記各コイルに流す電流の周波数を変更する制御手段が設
けられているものが採用され、全てのコイルに、所定の周波数で電流を流し、前記被溶
解物を部分的に溶解した後、前記制御手段で、前記コイ
ルの駆動個数を減らすとともに、前記電流の周波数を低
い周波数に変更することを特徴とする誘導加熱型溶解炉
の溶解方法。
【請求項６】請求項５に記載の誘導加熱型溶解炉の溶解
方法において、前記制御手段は、前記複数のコイルの駆動を、上段から
下段に向かって順に停止させていくことを特徴とする誘
導加熱型溶解炉の溶解方法。