(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を冷却水が流動する水流路とした長尺の管体を溶解室の外周に巻回することにより形成されて高さ方向上下端にき電端子が設けられた通電コイルと、内部を冷却水が流動する水流路とした長尺の他の管体を前記通電コイルの上部に位置する溶解室の外周に巻回することにより形成された冷却コイルとを備え、前記上下き電端子を介して高周波電源から前記通電コイルに供給される電力により、溶解室内の被加熱材を溶解させる高周波誘導溶解炉において、
前記通電コイルは、前記き電端子から所定巻数となる端部領域の管体間隔が、両端部領域の間に位置する中央部領域の管体間隔よりも大とされていて前記き電端子を介して前記高周波電源から３００Hz〜１０kHzの高周波電流が供給され、
前記通電コイルを構成する前記管体は、銅により形成されて、その全長に亘り長手方向の軸線に直交する断面が、外周形状と水流路である内周形状とで共に矩形状に形成され、且つ、４辺の肉厚が均等に形成されており、
前記冷却コイルを構成する前記管体はオーステナイト系ステンレス鋼により形成されていることを特徴とする高周波誘導溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解室の外周に巻回された通電コイルに電力を供給することにより溶解室内の被加熱材を溶解させる高周波誘導溶解炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種の高周波誘導溶解炉は、溶解室の外周に巻回した通電コイルと、通電コイルの上部に位置する溶解室の外周に巻回した冷却コイルとを備えている。
【０００３】
通電コイルの上下端には、き電端子が設けられており、両き電端子から加熱作用に要する電力が通電コイルに供給される。
【０００４】
通電コイル及び冷却コイルは、何れも長尺の管体により形成され、その内部は、冷却水が流動する水流路とされている。
【０００５】
溶解室内に鋳鋼等の被加熱材を投入し、き電端子に接続された交流電源により通電コイルに通電すると、通電コイルに交番磁界が発生する。この交番磁界が被加熱材と鎖交すると被加熱材中に誘導電流が流れ、この誘導電流と被加熱材自身の抵抗とによりジュール熱が発生して被加熱材が溶解する。
【０００６】
ところで、通電コイルは、その上下端の近傍では磁束が被加熱材に向けて曲がり込むので、当該コイルを横切る状態となる。このため、通電コイル自身を加熱する渦電流損が発生する。そして、溶解室の外周に管体を同一ピッチで（即ち、上下方向に並ぶ管体間隔が均等になるように）巻回して通電コイルを形成すると、両き電端子の近傍での渦電流損が極度に大きくなり、被加熱材に対する加熱効率が低下する。
【０００７】
そこで、本出願人は、先に、通電コイルのき電端子から所定巻数となる端部領域の管体間隔を、両端部領域の間に位置する中央部領域の管体間隔よりも大とする構成を提案した（下記特許文献１参照）。これによれば、両き電端子の近傍では管体間隔が開いているので通電コイルを横切る磁束が少なくなり、渦電流損が小さくなることによって、被加熱材に対する加熱効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５７−４６４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、この種の高周波誘導溶解炉において、両き電端子の近傍の管体間隔を中央部領域の管体間隔よりも大とした通電コイルを採用しても、両き電端子の近傍の電気的損失が低減されるに止まるため、更なる高効率化が望まれていた。
【００１０】
上記の点に鑑み、本発明は、コイル全長に亘る損失を低減させることにより、加熱効率を一層向上させることができる高周波誘導溶解炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明は、内部を冷却水が流動する水流路とした長尺の管体を溶解室の外周に巻回することにより形成されて高さ方向上下端にき電端子が設けられた通電コイルと、内部を冷却水が流動する水流路とした長尺の他の管体を前記通電コイルの上部に位置する溶解室の外周に巻回することにより形成された冷却コイルとを備え、前記上下き電端子を介して高周波電源から前記通電コイルに供給される電力により、溶解室内の被加熱材を溶解させる高周波誘導溶解炉において、前記通電コイルは、前記き電端子から所定巻数となる端部領域の管体間隔が、両端部領域の間に位置する中央部領域の管体間隔よりも大とされていて前記き電端子を介して前記高周波電源から３００Hz〜１０kHzの高周波電流が供給され、前記通電コイルを構成する前記管体は、銅により形成されて、その全長に亘り長手方向の軸線に直交する断面が、外周形状と水流路である内周形状とで共に矩形状に形成され、且つ、４辺の肉厚が均等に形成されており、前記冷却コイルを構成する前記管体はオーステナイト系ステンレス鋼により形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、き電端子から所定巻数となる端部領域の管体間隔が、両端部領域の間に位置する中央部領域の管体間隔よりも大とされた通電コイルを採用した。これによって、両き電端子の近傍において通電コイルを横切る磁束を少なくし、渦電流損を低減させて、被加熱材に対する加熱効率を向上させることができる。
【００１３】
更に本発明は、長手方向の軸線に直交する断面が、外周形状と水流路である内周形状とで共に矩形状に形成されている管体を用いて前記通電コイルを構成した。これにより、同じ巻数及び巻回スペースとした場合に断面矩形状の管体の表面積を断面円形状の管体よりも大きくすることができる。
【００１４】
通電コイルは、き電端子を介して高周波電源から高周波の電流（３００Hz〜１０kHz）が供給される。高周波電流は表皮効果により、被加熱材側に偏って流れる性質がある。よって、被加熱材側の断面が円形状よりも矩形状である方が通電面積が広くなり、電流密度を下げることで損失を低減させることができるため、効率を一層向上させることができる。
【００１５】
しかも、通電コイルは、断面矩形状の水流路によって、冷却水の単位流量当りの冷却効果が高くなり、冷却水量を抑えて効率よく冷却される。
【００１６】
また、通電コイルを構成する管体材料が銅であることにより高い導電率が得られる。冷却コイルは、非磁性であって且つ導電率が低く、耐熱性に優れている必要があることから管体材料としてオーステナイト系ステンレス鋼が好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の高周波誘導溶解炉を模式的に示す説明図。
【図２】通電コイル及び水冷コイルの要部を示す説明図。
【図３】通電コイルに採用される断面形状の異なる管体の比較値を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、本実施形態の高周波誘導溶解炉１は、耐火材で形成された溶解室２と、溶解室２の外周に巻回された通電コイル３と、通電コイル３の上部に位置する溶解室２の外周に巻回された冷却コイル４とを備えている。符号５で示すものは溶湯であり、溶解室２に投入された鋳鋼等の被加熱材である。
【００１９】
通電コイル３は、図２に示すように、内部に冷却水が流動する水流路３１を有する長尺の管体３２によって構成されている。通電コイル３を構成する管体３２は、導電率の高い銅を材料として形成され、その長手方向の軸線に直交する断面が、外周形状と水流路３１である内周形状とで共に矩形状に形成されている。
【００２０】
通電コイル３の高さ方向上端には上部き電端子３３が設けられており、通電コイル３の高さ方向下端には下部き電端子３４が設けられている。図１に示すように、両き電端子３３，３４には高周波電源６が接続される。
【００２１】
更に、図２に示すように、通電コイル３は、上部き電端子３３から所定巻数（図２においては上から３巻き目までの管体３２）となる上端部領域Ｈの管体間隔ａと、下部き電端子３４から所定巻数（図２においては下から３巻き目までの管体３２）となる下端部領域Ｌの管体間隔ｂとが、何れも、両端部領域Ｈ，Ｌの間に位置する中央部領域Ｓの管体間隔ｃよりも大とされている。
【００２２】
また、通電コイル３の水流路３１の上流側となる高さ方向下端には、水流路３１に連通する給水端子３５が設けられており、通電コイル３の水流路３１の下流となる高さ方向上端には、水流路３１に連通する排水端子３６が設けられている。
【００２３】
冷却コイル４は、内部に冷却水が流動する水流路４１を有する長尺の管体４２によって構成されている。冷却コイル４を構成する管体４２は、非磁性であって且つ導電率が低く、耐熱性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を材料として形成され、通電コイル３の管体３２よりも小径とされている。
【００２４】
また、冷却コイル４を構成する管体４２は、その長手方向の軸線に直交する断面が、外周形状と水流路４１である内周形状とで共に矩形状に形成されている。そして、冷却コイル４の水流路４１の上流側となる高さ方向下端には、水流路４１に連通する給水端子４３が設けられており、冷却コイル４の水流路４１の下流となる高さ方向上端には、水流路４１に連通する排水端子４４が設けられている。
【００２５】
通電コイル３の水流路３１には給水端子３５及び排水端子３６から図示しないポンプにより冷却水が供給され、冷却コイル４の水流路４１には給水端子４３及び排水端子４４から図示しないポンプにより冷却水が供給されることにより、通電コイル３と冷却コイル４とで独立した通水経路が形成されている。
【００２６】
以上の構成による高周波誘導溶解炉１は、通電コイル３の上端部領域Ｈの管体間隔ａ及び下端部領域Ｌの管体間隔ｂが、中央部領域Ｓの管体間隔ｃよりも大とされていることにより、上端部領域Ｈ及び下端部領域Ｌでの渦電流損を低減させることができ、効率を向上させることができる。
【００２７】
更に、通電コイル３が断面矩形状の管体３２により形成されていることにより、断面円形状の管体を用いた場合に比べて高い電気的効率を得ることができる。これを確認するために本発明者は、図３に示すように、断面形状の異なる銅製の管体について、厚さ３．５mm、高さ方向寸法５０mm、及び幅方向寸法５０mmを同一として効率を比較した。その結果、図３に示すように、管体の形状を断面矩形状とすることにより、断面円形状である場合に比べて、電力損失が低く、高コイル効率であり、更に、所定の冷却に必要な冷却水流量が少なくてよく高い冷却効果を得られることが確認できた。
【００２８】
また、冷却コイル４がオーステナイト系ステンレス鋼を材料とする管体４２により形成されてしたことにより、冷却効率を向上させることができるだけでなく、通電コイル３からの誘導電流の影響を抑えて渦電流損を低減できるので、通電コイル３の効率が一層向上する。
【符号の説明】
【００２９】
１…高周波誘導溶解炉、２…溶解室、３…通電コイル、４…冷却コイル、５…溶湯（被加熱材）、６…高周波電源、３１，４１…水流路、３２，４２…管体、３３，３４…き電端子。
【要約】
【課題】コイル全長に亘る損失を低減させることにより、加熱効率を一層向上させることができる高周波誘導溶解炉を提供する。
【解決手段】通電コイル３は、き電端子３３，３４の夫々から所定巻数となる両端部領域Ｈ，Ｌの管体間隔ａ，ｂが、両端部領域Ｈ，Ｌの間に位置する中央部領域Ｓの管体間隔ｃよりも大として溶解室２の外周に巻回する。通電コイル３を構成する管体３２は、その長手方向の軸線に直交する断面が、外周形状と水流路３１である内周形状とで共に矩形状に形成する。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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