JPS6168888A - 高周波電磁誘導による融解用るつぼとしての冷却ケ−ジ - 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〉 本発明は高周波電磁誘導による融解用るつぼとして使用
される冷却ケージに関する。

〈従来の技術〉 近年、技術文献に、物理化学的応用ないしは特殊冶金の
分野で使用される冷却ケージ又（よ冷却るつぼと呼ばれ
るものが広く報告されている。この冷却ケージ等は、特
に７Ｋ　ｆｊｆｆでの金属及び特殊合金、耐火性及び非
耐火性の絶縁材料を高周波または中間周波によって誘導
加熱する場合に使用して好適である。

従来の冷却るつぼを第１図に示す。同図に示すように冷
却ケージ１は複数のセグ°メント２を環状に連結した円
筒状をなすものであり、その内部には融解物６が貯留さ
れている。各セグメント２は内部に中空部を有する銅製
のものであり、入口管３から供給された冷却水が各セグ
メント２の中空部を循瑚して冷却した後、出口管４から
排出されることとなっている。冷却ケージ１の外周には
誘導コイル５が配置されており、この誘導コイル５に高
周波ないし中周波の電流が流されるようになっている。

従って、コイル５に高周波電流を流すと、冷却ケージ１
内の畝解物６中に渦電流が発生してその渦電流損で発熱
し、そして溶解することとなる。尚、図中７は融解物６
が固化して冷却ケージ１表面に付着した外皮であり、こ
の外皮７を介して溶解物６が冷却ケージ１内に貯留され
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 融解作業をるつぼと直接接触させずに保護的雰囲気で行
う場合、るつぼの材料として銅は好適である。また、適
切な周波数による誘導加熱によって溶けた融解物６が冷
却るつぼと接触して薄膜状に固化したスラグ又は自然に
できた殻によりろっぽがぽ解物６がら保護されているな
らば、るつぼの材料として銅は好適である。

しかしながら、冷却るつぼ内におけろ融解や冶金プロセ
スを何回も連続的に続けると、るつぼ内の雰囲気が物理
的または化学的に腐蝕性になって銅が化学的に腐食され
たり、または表面からの脱着または浸食によって銅の原
子または粒子が発生することによって銅が劣化する問題
が生ずる。

このことによって、るつぼが予定より早く摩耗したり、
るつぼ内で処理される材料を非常に純度の高いものにす
るという意図に反して汚染されるという非常な不利益が
生ずる。

これらの好ましからざる現象ζよ銅の存在と関連してい
る。すなわち、銅を最近益々応用されつつある誘導プラ
ズマを閉じこめたり維持する外囲として使用する冷却ケ
ージの基本的材料として用いる時、上記の現象はよりひ
どくなることになる。このような誘導ブラズムトーチ炉
は金属、合金、または石英、水晶。

アルミナ、珪素、チタンのような超高純度の重要な材料
の製造に前よりも広く用いられている。

本発明は従来の不利点を解消できろとともに、冷却るつ
ぼ内での融解や物理化誉的処理の公知の利点を維持する
ことのできろ、電磁誘導による融解用ろっぽとしての冷
却ケージを提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉− 斯かる目的を達成する本発明の構成は高周波または中間
周波の誘導コイルによって取囲まれ、冷却水を通す中空
のセグメントを複数連結してなり、融解物を貯溜する高
周波電磁誘導による融解用るつぼとしての冷却ケージに
おいて、各ゼクメントの壁の少なくとも一部を隣接する
少くとも二層の材料で構成し、その一層は融解物と接触
する耐食性材料とし、他方の層は電気良導体とするとと
もに、これらの層の相対的厚さを誘導コイルへの供給周
波数によりケージ内に誘起されるＦｉ雷電流主として電
気良導体層内に発生するように選んだことを待機とする
。

く作　　　用〉 本発明の冷却ケージの構造はるつぼのセグメントを銅の
みから構成せずに互いに密接した少くとも二つの金属か
らなる？Ｖ合構造とし、その一方はたとえばジュール損
失の少ない電気良導体とし、他方はより比電気抵抗が大
きく腐蝕に対してより大きな抵抗を示す耐食性材料とし
たものである。そして、乙の複合構造をケージ全体に適
用するか、または腐蝕や物理化学的作用をより強くうけ
さらにはプラズマの場合には流体力学的作用をも受けろ
内壁に少くとも適用したものである。

更に、本発明によるケージの必須の構成要件として、耐
蝕性材料と電気良導体のそれぞれの厚みを、誘導コイル
によってケージ内に渦電流が電磁誘導されろように選択
することにより、これらの配置されろ位置におけるその
ａさは誘導周波数に依存するという事実に基づいて、渦
電流を主として電気良導体層内に発生させろようにして
ジュール損失を最小にしたものである。

本発明によれば、るつぼの内側に面したセグメン１−の
面上に設ける耐食性材料として作用する金属は、腐食性
媒体内において良好な耐食性を示すものとして知られて
いるステンレス鋼が例えば用いられる。しかしながら、
よく知られているように、ステンレス鋼の厚さが作動周
波数における電流の貫通深さに等しいかこれより大きい
時には、すなわち、厚さが１０キロヘルツで約５１！ｌ
ｌ１１１１メガヘルツで約５　／　Ｉ　Ｑ　ｍｍに等し
いかこれより大きい時には、外側のステンレス鋼の層に
生ずるジュール損失は、壁部を同し寸法の銅で作った時
に観察されるものの６倍ないし７倍となる。

このことは、このようなるつぼ内での電気的効率を良く
するのに非常に好ましくないが、本発明ではこの不利を
さけることができる。

即ち、鋼とステンレス鋼の層の厚さおよび誘導周波数を
適切に選ぶことによって、高い電気的効率と両立する優
れた耐食性と低いジュール損失との両方を有する冷却る
つぼの実際の構成を本発明は提供することができるので
ある。

く実　施　例〉 以下、高周波電磁誘導による融解用るつぼとして使用さ
れる本発明の冷却ケージの幾つかの実施例について図面
を参照して詳細に説明する。

本発明の冷却ケージの一実施例に係るセグメント２を第
２ａ図及び第２ｂ図に示す。両図に示されるように本発
明のこの第一実施例においては、セグメント２の内層は
適当な厚さ、たとえば大体において１　ｍ＋１１ないし
３薗の厚さの銅板８で構成している。内層８の外側面に
設けられた外層ば、たとえば、四角の一様なステンレス
銅９のコーティングであって、その厚さは電流のステン
レス鋼内への貫通の深さより少なくしである。たとえば
、コーティングの厚さは１メガヘルツ以上では２０声な
いし４０％とし、５００キロヘルツと１メガヘルツとの
間では５０Ｉｌｎないし１００／Ｊｌとするのが好しい
。計算と経馳によれば、この配置からなるるつぼは腐食
に対して良好な抵抗を示す一方、ジュール損失（よ銅製
のるつぼのものより僅かに大きい程度である。ステンレ
スｙ４９のコーティングは、たとえば２００４以下の厚
みとする場合に（よ、スバタリングのような公知の物理
化学的技法Ｚζよって形成する。もっと大きい厚さ、特
に、１０分の数−から数ｍの間の厚さの場合は、シュー
ピング（５ｅｈｏｏｐ　ｉｎｇ）を用いることができる
。

第３図に示す第二の実施例ではセグメント２の一部分の
みを桐とステンレス鋼の複合構造としたものである。即
ち、セグメント２０面のうち、るつぼの内側に面する一
面のみを飼８の内層にステンレス鋼９を外層として積層
したものであり、その他の三面ば銅８の単一層としてい
る。従って、銅８は融解物によりｇ＆蝕されろことがな
い。乙の構造は前述の構造に比べて簡単化したもので、
腐蝕性融解物に面するるつぼの内面だけが腐蝕を受けろ
場合、特に、溶けた材料に面するセグメントの他の面の
絶縁性が良好な場合に用いることができる。

第４図に示す第三の実施例においては、冷却ケージのセ
グメントはるつぼの内側１ζ面する一面のみがステンし
ス鋼９の単一層とし、他の三面はステンレス鋼９とｆ１
８との複合構造となっている。従って銅層８ｔま溶けた
材料により腐蝕されない。ｗ４層８の厚さは、作動周波
数における鋼内への電流の貫通の深さと等しいかそれよ
り僅かに大きい厚みを有する。

この鋼層８の厚さは周波数１メガヘルツないし５メガヘ
ルツの範囲で約２０２クロン、数百キロヘルツないし１
メガヘルツの範囲で約５０ミクロン、約１０キロヘルツ
で数百ミクロンとするのが好しい。この実施例では、ジ
ュール損失は銅製のるつぼの損失と比べてほんの僅かに
増え、その程度はセグメントの全周にに対して存在する
ステンレス鋼の有効長さに比例する。

本発明の第四の実施例を第５図に示す。同図に示す実施
例は、第３図および第４図で延べた二つの構成を組合せ
た３層の複合構造としたものである。第５図に銅−ステ
ンレス鋼−鋼からなる構造を示したがこれに限るもので
すく、ステンレス渭−銅−ステンレス鋼の構造としても
良い。第５図では、８は鋼層を示し、９はステンレス鋼
層を示す。

〈発明の効果〉 以上、実施例に基づいて具体的（こ説明したように本発
明の冷却ケージは耐食性材料と電気良導体との複合構造
としたので融解物により腐蝕されることがなく、長寿命
である。しかも、耐食性材料と電気良導体との厚さを適
切に選択したので、電磁誘導により冷却ケーレ内で生じ
るジュール損失を最小として高い電気的効率を達成する
ことができる。

尚、本発明の冷却ケージは数多くの科学および産業上の
利用分野に適用できるもので、その範囲は、いわゆる「
オートクルーンブル」、すなわち、ガラスや耐火物酸化
物等の絶縁物の誘導融Ｍからチタン、ンルコニウム、ス
テンレス鋼等の導電性合金や金属のスラブの存在下にお
けろ融解や非常に腐食性の強い媒体、例えば、ハロゲン
や水素を媒体とするプラズマのような誘導的プラズマ熱
源の生成まで広範囲に適用できる。

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、特に冷
却ケージを構成するセグメントの形状は四角形以外の形
状、例えば、円形、台形等の形状でも良く、これらも本
発明の範囲に属することは明白である。

更に、本発明は円筒形以外の冷却ケージにも適用できろ
もので、例えば截頭円錐形や円筒状円錐形のものにも適
用でき、特にプラズマ用として使用の場合には、所望の
冶金的や物理化学的目的に見合う選択的な動的効果を発
揮できろものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷却るつぼの斜視図、第２ａ図りよ本発
明の冷却ケージの第一実施例のセグメントの縦断面図、
第２ｂ図は第２ａ図中のＡ　−Ａ線横断面図、第３図、
第４図、第５図は各々本発明の冷却ケージに係る第二、
第三、第四実施例の横断面図である。 図　　面　　中、 ｌは冷却ケージ、 ２はセグメント、 ３は入口管、 ４は出口宮、 ５は誘導コイル、 ６（よ融解物、 ７は外皮、 ８は銅又は銅層、 ９はステンレス鋼又はステンレス鋼層である。 特　　許　　出　　願　　人 コミサリアアレネルジアトミンク 代　　　　　理　　　　　人

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高周波または中間周波の誘導コイルによって取囲
   まれ、冷却水を通す中空のセグメントを複数連結してな
   り、融解物を貯溜する高周波電磁誘導による融解用るつ
   ぼとしての冷却ケージにおいて、各セグメントの壁の少
   なくとも一部を隣接する少くとも二層の材料で構成し、
   その一層は融解物と接触する耐食性材料とし、他方の層
   は電気良導体とするとともに、これらの層の相対的厚さ
   を誘導コイルへの供給周波数によりケージ内に誘起され
   る渦電流が主として電気良導体層内に発生するように選
   んだことを特徴とする冷却ケージ。
2. （２）上記耐食性材料はステンレス鋼であり、上記電気
   良導体は銅であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の冷却ケージ。
3. （３）各セグメントは電気良導体層の内側面に耐蝕性材
   料をコーティングしてなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の冷却ケージ。
4. （４）各セグメントは耐蝕性材料層の外側面に電気良導
   体を部分的にコーティングしてなることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項記載の冷却ケージ。
5. （５）各セグメントは耐蝕性材料層の内側面に電気良導
   体のコーティングを有することを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載の冷却ケージ。