JPH10253260A - 軟接触型コールドクルーシブル溶解ルツボ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のコールドクルーシブル溶解ルツボで
は、 ほぼ垂直にルツボの周囲を画定する側壁の外周に
は、 高周波誘導加熱コイルが配置されているが、 この加
熱コイルは炉の底部よりやや上方にせざるを得ないた
め、炉の底部では磁束が不十分であり、または炉の底部
は水冷されているため溶湯が凝固してスカルを形成する
ため、溶解効率が低く改良が望まれていた。 【解決手段】 側壁と底壁が一体に連続されていた従来
のコールドクルーシブル溶解ルツボを、 中空筒形側壁１
１ｃと、 その下方に配置され中心に向かって傾斜する漏
斗状の凹曲面を有する底壁１４ａとに分離し、 底壁の下
面に低周波誘導コイルを配置し溶湯を浮揚させる電磁力
を作用させ、 溶湯１３が側壁の下部と底壁から離れて軟
接触状態で溶解されるようにして課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘導加熱を用いるコ
ールドクルーシブル溶解法において、被溶解材の未溶解
部を少なくする目的で、被溶解材が溶解される過程にお
いて、水冷却などにより冷却されたルツボとの接触によ
り生成される被溶解材の凝固部（スカル）を低減させる
ためのルツボ構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】コールドクルーシブル溶解炉は、 セグメ
ント構造の良導電金属製の水冷ルツボと、その外周に配
置された誘導加熱コイルとを有して、高周波誘導加熱に
よりルツボ内に装入された被溶解金属をルツボ壁と非接
触状態で誘導加熱溶解する。図３は、従来のコールドク
ルーシブル溶解炉の一部を破断して示した縦断面図であ
って、炉体１は、炉体１の垂直軸心に平行に側壁１′を
縦断して下方まで延びる所定の幅の複数個のスリット１
ｂと、前記の側壁１′がこれらのスリット１ｂにより分
割された複数のセグメント１ａとを有し、各セグメント
１ａは外壁１ａ′と、内壁１ｂ′から成る二重壁構造の
管状体とされ、これら管状体の内外壁間に画定される空
間１ｒが冷却水の流通路とされる。前記各セグメント１
ａの外壁１ａ′は、その下端が半径方向外方に延びるフ
ランジ１ｃを有し、このフランジ１ｃは後述する底部材
４のフランジ４ａとボルト７により結合されて炉体１を
構成する。前記セグメント１ａの内壁１ｂ′は、その下
端が半径方向内方に水平に延びて反対側の内壁と一体に
連結されて底壁１ｄとなり、前記側壁の各セグメントの
内壁１ｂ′とともに炉室を画定する。

【０００３】前記各セグメント１ａの外壁１ａ′と内壁
１ｂ′との間に画定された空間１ｒ内に、外部の流出管
６ａと連通し上端が開口にされた内管６が配置され、各
セグメントは二重管構造５となり、前記の底壁１ｄと底
部材４との間が底部室４ｃとなり外部の給水口と連結さ
れ、この底部室４ｃ内に流入された冷却水は、前記内管
６の上端の開口から流入して内管６内を下方へ流れ外方
へ流出する。外壁１ａ′の外周には、誘導加熱コイル２
が巻回される。このような構造のコールドクルーシブル
溶解炉のルツボ内に被溶解材が供給され、コイルに高周
波の交流電流が印加されると、装入された被溶解金属は
交番磁場にさらされて誘導加熱溶解され溶融して溶湯３
となり、側壁の底部以外の部分では溶融金属の表面に作
用する電磁力と溶融金属の静圧とのバランスによって、
溶融金属の表面は形状がドーム状となり、ルツボ側壁と
非接触の状態で溶融が保持される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】セグメント１ａの内壁
１ｂ′の下部が反対側の内壁の下部と一体に連結された
底壁１ｄの部分はスリットによって分割されず、またそ
の下方は冷却水によって充分に冷却され、さらにセグメ
ント１ａの外壁１ａ′の外周に巻回される誘導加熱コイ
ル２は構造上フランジ１ｃのやや上部から、 その上方に
限られるので底壁１ｄ付近で誘導加熱コイル２により加
えられる電磁力は、それより上方に比較し不充分であ
る。その結果、溶湯３の静圧下で外周以外には磁束が存
在しないため、溶湯３の底部は底壁１ｄから離れて保持
されることができず底壁１ｄと接触し、しかも底壁１ｄ
は冷却水によって充分に冷却されていることから、溶湯
３は凝固してかなり厚い底部スカル９を形成し、溶解効
率を低下させる原因になっている。特に、溶湯がルツボ
の側壁の内壁１ｂ′の下部に接触している部分では、溶
融中に被溶融金属からの熱伝導損失を大きくするばかり
でなく、表面から誘導加熱される熱エネルギーも溶解に
寄与されずに熱損失となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】ルツボ底壁を外周から垂
直軸心に向かって斜め下方に傾斜させ、 下部コイルをこ
の底壁に平行に巻回することにより磁束を増加させて電
磁力を増し、溶湯をルツボ側壁およびルツボ底部と限り
なく非接触状態とし、溶融金属からの熱伝達経路を遮断
する。また、限りなく非接触状態又は浮遊状態となるよ
うにして、スカルがほとんど発生しないようにし、誘導
加熱用電力の低減を図ることにより課題を解決した。

【０００６】

【発明の実施の形態】

本発明の軟接触型溶解ルツボの構成 図１は、本発明によるルツボの構造を示す縦断面図であ
る。図１において、ルツボ側壁１１は、その頂部１１′
の部分が外方に張り出されて冷却水の入水口１１ａ′と
排水口１１ｂ′が配置され、 その下から下端までが複数
のスリット１１ｂにより複数のセグメント１１ａに分割
される。中空円筒体がスリット１１ｂにより縦方向に複
数に分割された各セグメント自体では、セグメント相互
間は絶縁され、さらに側壁の下端の下方に配置されるル
ツボの底部に対しても絶縁される。各セグメントは内部
が中空にされた細長い直立中空体であり、この中空部内
には前記の入水口１１ａ′に連通する内管１６が下端近
くまで突出した二重管構造にされ前記の入水口１１ａ′
に連通される。冷却水は、内管１６内をその下端近くま
で流下して内管１６の下端の開口から流出し、 各セグメ
ントの中空部の内壁と内管１６の外壁との間の隙間内を
上方に流れて排水口１１ｂ′から流出する。側壁１１ｃ
のほぼ下半分の外周には、高周波側の誘導加熱コイル１
２が巻回される。

【０００７】この側壁１１ｃの内壁の下方には所定の隙
間を隔てて外周から中心部に向かって斜め下向きに内方
に傾斜し、軸心部の近くが所定の直径の溶湯流出口１４
ａ′とされる漏斗状の傾斜底壁１４ａが配置されるが、
この傾斜底壁１４ａは複数のセグメントには分割され
ず、良導電金属で一体に成形される。この傾斜底壁１４
ａの下面に平行に所定の隙間を保って底コイル１５が、
コイル支持部材１８ｂに支持されて配置される。このコ
イル支持部材１８ｂは、その底辺が前記傾斜底壁１４ａ
に平行で、側辺が中心軸線に平行に一体に成形される。
このコイル支持部材１８ｂを磁性体とすることにより、
底コイル１５から発生する磁束の磁気抵抗を下げること
ができる。このコイル支持部材１８ｂの垂直軸心に平行
な内側面と上面は解放され、冷却水に直接接触する。前
記傾斜底壁１４ａは、前述したようにその上面が漏斗状
の凹曲面であり側面が中空筒状で底面が平担な立方体の
底部構造体１４の一部として形成される。この底部構造
体１４は、その断面が、前記の傾斜底壁１４ａと、この
傾斜底壁１４ａの中央部が流出口１４ａ′の外縁として
画定され、溶湯１３の下の円筒部の下方から半径方向や
や外方に曲げられ下端に達する内壁部１４ｂと、この内
壁部１４ｂの下端から外方に前記側壁の下方まで水平に
延びる底部材１４ｃと、前記傾斜底壁１４ａの延長部１
４ａ″から垂直下方に延びる外壁１４ｄとの４部分によ
り、上辺が炉体の内方に傾斜し下辺が水平で残りの２辺
が垂直な台形となる。前記底部構造体１４の外壁１４ｄ
に近い内周には、底部材１４ｃの上面から上方に立ち上
がる中空筒状の隔壁１７が設けられ、コイル支持体１８
を支持し、さらにコイル支持体１８の側板とともに、冷
却水を前記の底コイル１５の上面と前記傾斜底壁１４ａ
の下面の間の隙間に導き、冷却するための冷却水の流通
路を形成する。

【０００８】以上を要約すると、 １）セグメント化されずに一体になっているルツボ底部
内の冷却水経路中にコイルを埋め込み、ルツボ底内部よ
り溶融金属側に磁束が浸透し、溶融金属の底部表面を図
２に示すように磁束にさらし、磁気圧を与える。ルツボ
底部内に埋め込まれるコイル用の電源の周波数と、ルツ
ボ底部内空間より外部までの金属の厚さとの関係は、十
分に磁束が外部へ浸透できることを条件とする必要があ
る。 ２）この場合、浸透深さδが目安となり、またルツボ材
には主として銅が使用されるので、 δ＝５０．３３（２／ｆ）^1/2 ［ｍｍ］ （ｆ：周
波数［Ｈｚ］） であり、表面からδの部分の磁束密度は表面の１／ｅに
減衰する。このためルツボ銅材の厚みを浸透深さ程度以
下にしなければならない。実用的にはルツボ底部を構造
材として可能である厚み３ｍｍ程度とし、電源周波数は
商用電源をそのまま使える６０Ｈｚを選ぶ。ルツボの周
囲に巻いてあるコイル用の電源は、主に加熱用の目的で
用い、ルツボ底部のコイルより高周波でなければならな
い。これは磁気圧（電磁反発力）を少なめにし、加熱を
主とするためである。 ３）前記２）項のルツボ底部用コイルの電源の周波数が
低周波になっているのは磁束が金属の壁を浸透する条件
ばかりでなく、このコイルより発生する磁束は加熱より
も主に磁気圧が多いことの条件が必要なためでもある。 ４）ルツボ底部の形状として、中心部に下方へ貫通する
穴を設け、下方への出湯口として用いる。出湯するとき
はルツボ底部コイルの電流を弱め、浮揚力を弱める。 ５）ルツボ底部コイルの溶湯でない方に磁性体を置き、
このコイルより発生する磁束の磁気抵抗を下げる。

【０００９】

【発明の効果】

（１）ルツボの周囲に巻いてあるコイルだけでは、溶湯
下部周囲の磁束密度が溶湯を支えることができるに充分
に発生することが不可能な上、ルツボ底部に接触してい
る溶湯底部には全く磁束がなく溶湯が完全にルツボ底部
に接触し、その結果スカルが形成されていたが、ルツボ
底部内に配置した低周波コイルにより、溶湯を限りなく
非接触もしくは浮遊状態にすることができ、スカルをほ
とんどなくすることができる。 （２）コイルを二つに分けたことにより、ルツボ周囲の
コイルは主に加熱のために用いられるから溶湯の温度制
御に用いることが可能となる。 （３）出湯する場合はルツボ底部コイルの電流を弱め、
溶湯に作用する重力を利用してルツボ底中央の出湯口か
ら出湯する。 （４）ルツボ底部内コイルの下面に平行に配置される磁
性体により、磁気抵抗が下げられるため、磁束密度を発
生させるのに必要な電流を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコールドクルーシブル溶解ルツボの側
断面図である。

【図２】本発明の前記溶解ルツボの底壁部を拡大して示
す半体側断面図である。

【図３】従来技術のコールドクルーシブル溶解ルツボの
側断面図である。

【符号の説明】

１０：炉体 １１：ルツボ側壁 １１′：頂部 １１ａ：セグメント １１ｂ：スリット １１ｃ：側壁 １１ａ′：入水口 １１ｂ′：排水口 １２：誘導加熱コイル １３：溶湯 １４：底部構造体 １４ａ：傾斜底壁 １４ａ′：流出口 １４ａ″：延長部 １４ｂ：内壁部 １４ｃ：底部材 １４ｄ：外壁 １５：底コイル １６：内管 １７：隔壁 １８：コイル支持体 １８ｂ：コイル支持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦方向のスリットにより複数のセグメン
   トに分割された良導電金属製の側壁と、 この側壁の外周
   に配置され内部に装入された被溶解金属を溶解するため
   の誘導加熱コイルと、 前記側壁とは別個に側壁の周縁の
   下方から斜め下方に中心軸に向かって傾斜して配置さ
   れ、軸心部の近くに注湯口が明けられた良導電金属製の
   底壁と、 この底壁を挟んで配置される底部誘導コイルと
   して、その磁束が前記側壁の内部に浸透できる位置に置
   かれ、前記側壁外周の誘導加熱コイルよりは低周波の電
   流が印加され、内部の溶湯を前記底壁にほぼ垂直に軸心
   に向けて浮揚させる誘導コイルとを有するルツボとし
   て、このルツボ内部の溶湯がその側壁下部と底壁の内面
   とに接触することなく、軟接触状態で溶解されることを
   特徴とする軟接触型コールドクルーシブル溶解ルツボ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記ルツボ底部コイ
   ルの溶湯側と反対側の面に該コイルから発生する磁束の
   磁気抵抗を下げる磁性体が配置されることを特徴とする
   軟接触型コールドクルーシブル溶解ルツボ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、前記底壁は
   前記注湯口に連続して下方に延びる出湯管とから連続し
   て直径がやや拡大されて下端に至る流出口部と、この流
   出口部の下端から半径方向外端に至る底部材と、 この底
   部材の外方端から前記底壁の外方端とを連結する外板と
   ともに底部構造体を構成して、 この底部構造体はその下
   方に冷却水の入水口と排水口とを有し、 前記底部コイル
   は、 前記底部構造体の内部で前記底壁の下方に所定の隙
   間を保って平行に配置され、冷却水が前記底壁と底部コ
   イルの間の隙間を通過して冷却した後、 前記コイルの溶
   湯と反対側の面の下方を通過して排出される冷却構造体
   を兼ねることを特徴とする軟接触型コールドクルーシブ
   ル溶解ルツボ。