(57)【要約】【課題】本発明は誘導炉のライニング処理、より具体的にはコアレス誘導炉のライニング処理に関する。【解決手段】誘導炉（１）をライニング処理する可撓性ライニング材（１０）は、金属箔（１２）および少なくとも一つの耐熱性支持層（１４）からなる積層構造をもつ。ライニング材（１０）に非常に薄い金属箔層〈１２〉を組み込み、これによって亜鉛蒸気などの蒸気が炉の誘導コイル（４）に到達することを未然に防止する蒸気バリアを形成する。このライニング材（１０）の場合、内部の金属箔（１２）が、炉の運転時、誘導場の影響を実質的に受けることはない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属箔および少なくとも一つの耐熱性かつ電気絶縁性の支持層からなる積層構造を有する、コアレス誘導炉をライニング処理することを特徴とする可撓性ライニング材。
【請求項２】
上記金属箔の両面を耐熱性かつ電気絶縁性の支持層によって被覆した請求項１に記載の可撓性ライニング材。
【請求項３】
上記金属箔の片面を耐熱性かつ電気絶縁性の支持層によって被覆した請求項１に記載の可撓性ライニング材。
【請求項４】
上記支持層が雲母である請求項１〜３のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項５】
上記支持層が高温絶縁紙シートである請求項１〜３のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項６】
上記支持層がグラスファイバーウェブまたはシートである請求項１〜３のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項７】
上記金属箔がステンレス鋼である請求項１〜６のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項８】
上記金属箔がオーステナイト系ステンレス鋼である請求項７に記載の可撓性ライニング材。
【請求項９】
上記金属箔の厚みが０．５ｍｍ未満である請求項１〜８のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項１０】
上記金属箔の厚みが０．２ｍｍ未満である請求項１〜９のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項１１】
上記金属箔の厚みが０．０６ｍｍ〜０．０２ｍｍである請求項１〜１０のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項１２】
上記金属箔の厚みが実質的に０．０５ｍｍである請求項１〜１１のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項１３】
上記金属箔の厚みが実質的に０．０２５ｍｍである請求項１〜１２のいずれか１項に記載の可撓性ライニング材。
【請求項１４】
炉の周囲に誘導コイルを巻き回し、このコイルをコイルグラウトの層によって内面に被覆したコアレス誘導炉をライニング処理する方法において、
コイルグラウトの表面の一部にライニング材の第１部分を設ける工程、
ライニング材の第２部分をコイルグラウトの表面の第２部分に設けて、上記第２部分の一部を上記第１部分の一部に重ねる工程、および
ライニング材の残りの部分を同じように設けて、コイルグラウトの表面の全体を被覆する工程を有し、
上記ライニング材が金属箔および少なくとも一つの耐熱性かつ電気絶縁性の支持層からなる積層構造を有し、上記支持層が、ある部分の金属箔を隣接部分における金属箔から電気的に絶縁するように上記部分を設けたことを特徴とするライニング処理方法。
【請求項１５】
上記ライニング材をロールとして用意し、さらにこのロールから所定の長さのライニング材を巻き出す工程、この所定長さのライニング材をコイルグラウトの表面の一部に設ける工程、およびライニング材を所定の長さに切断する工程を有する請求項１４に記載のコアレス誘導炉のライニング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアレス誘導炉のライニング材、およびライニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力を利用する誘導炉、特にコアレス誘導炉は、鋳物製品を製造するための溶湯を生成するために鋳物工場で広く利用されている。
【０００３】
代表的なコアレス誘導炉は、耐火性るつぼを水冷式誘導コイル内に設けて構成されている。通常、誘導コイルの内面は、コイルグラウトと呼ばれる耐火性プラスターの薄い層によって被覆される。るつぼを構成するために、巻型（Ｆｏｒｍｅｒ）をコイル内に一時的に配設する。この場合、耐火性砂をコイルグラウトと円筒形巻型（Ｆｏｒｍｅｒ）との間の空隙に叩き込み、厚密化してるつぼを形成する。
【０００４】
コイルグラウトとるつぼとの間に層を配設し、これらの表面間に滑り面を形成し、炉の加熱／冷却時にこれら表面の相互運動を可能にするとともに、その使用期間の最後にるつぼを取り外すことを容易にすることが知られている。一般的に、この滑り面層は、雲母か雲母の積層体や、その他の高温材料から形成されている。
【０００５】
コアレス誘導炉は、融点温度が比較的低い亜鉛や鉛などの金属を始めとする各種の金属を溶融するために利用できる。これらの金属をその融点温度以上に加熱すると、蒸発することが多い。これら蒸気はるつぼを透過できるため、水冷式誘導コイルに凝結し、絶縁破壊の原因となる恐れがある。この状態では、溶湯と誘導コイルとの間に、例えば亜鉛蒸気などの金属蒸気がコイルに達することを未然に防止する有効な蒸気バリアとして作用する層を配設する必要がある。
【０００６】
この層の場合、炉の上記領域で発生する可能性のある、５５０℃〜９５０℃という高温の最大温度に耐える必要があるだけでなく、誘導場の影響をほとんど受けないことも必要である。
【０００７】
従来、炉内においてるつぼと誘導コイルとの間に金属層を配設することが知られている。これら金属層は、例えば、ＧＢ２１６１５９１やＥＰ０４３９９００に記載されているように、硬質鋳物によって形成されている。ところが、これら鋳物は、個別の炉を想定して製造され、また誘導場における加熱の問題を回避するために、一般的に設計が複雑である。ＪＰ０８３０３９６５には、一つのコイルか、あるいは２つの積層プレートに巻成形し、炉の誘導コイルとるつぼとの間に配設される厚さが１ｍｍのステンレス鋼プレートが記載されている。ところが、このステンレス鋼プレートの場合、誘導場によって過熱気味になる厚さのため、パワーのより高い炉で使用された場合には、融解する恐れがある。さらに、厚さが１ｍｍのステンレス鋼プレートをこのように加熱すると、炉の効率がかなり低下する。加えて、コイルとコイルグラウトとの間に配設されるプレートは、炉に取り外し不可能な状態で設置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＧＢ２１６１５９１
【特許文献２】ＥＰ０４３９９００
【特許文献３】ＪＰ０８３０３９６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、解決すべき課題は、誘導場の影響を実質的に受けず、かつ既存の誘導炉に容易に組み込むことができる有効な蒸気バリアを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
課題を解決するための手段は、独立請求項に記載した通りであり、また好ましい特徴は、従属請求項に記載した通りである。
【００１１】
可撓性ライニング材内の金属箔は、金属蒸気に対して不透過であるため、有害な金属蒸気が誘導コイルに凝結することはない。
【００１２】
ライニング材内に非磁性ステンレス鋼箔を非常に薄い層として使用するため、この蒸気バリアが、炉が発生する誘導電流の影響を受けることは実質的にない。この結果、本発明の可撓性ライニング材は、炉が発生する誘導場によって加熱されることは実質的になく、運転効率が実質的に低下することもない。
【００１３】
また、本発明のライニング材は、炉内に新しいるつぼを組み込むたびに交換できる耐久消耗材である。
【００１４】
以下例示のみを目的として、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】コアレス誘導炉を示す一部断面図である。
【図２】図１に示した炉の炉壁を断面化した、非縮尺図である。
【図３ａ】運転周波数が４００Ｈｚの誘導炉に、厚みが０．０５ｍｍの箔層をもつライニング材を使用した場合に示唆されている限界を示す図である。現状でライニング材の使用が推奨されている部位は、シェード化していない領域内の炉部位である。
【図３ｂ】運転周波数が４００Ｈｚの誘導炉に、厚みが０．０２５ｍｍの箔層をもつライニング材を使用した場合に示唆されている限界を示す図である。現状でライニング材の使用が推奨されている部位は、シェード化していない領域内の炉部位である。
【図４】本発明のライニング材のストリップを炉壁に使用した場合を示す図である。
【図５】図４のライニング材ストリップの重なり状態を示す詳細な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、外側ジャケット２内に水冷式誘導コイル４を組み込んで構成した代表的なコアレス誘導炉１を示す図である。コイル４の構成材料は、一般的に銅である。コイル４の内側に、通常厚みが８〜１０ｍｍの耐火性プラスターの薄層を設ける。なお、この薄層については、炉１の内側に平滑な表面を形成するだけでなく、コイル４を保護するコイルグラウト６と呼ぶ。
【００１７】
るつぼ８を構成するために、直径がコイル４よりも例えば２００〜２５０ｍｍ小さい円筒形巻型（図示省略）を炉の内側に一時的に設け、耐火性砂をコイルグラウト６と巻型との間の間隙にたたきこむ。次に、耐火性砂を通常の方法で厚密化する。
【００１８】
次に、コイルグラウト６とるつぼ８との間にライニング材１０を設ける。この構成および作用については後述する。
【００１９】
ライニング材１０は、図２に示すように、２つの支持層１４の間に薄い金属箔層１２を設けた積層構造である。
【００２０】
支持層１４は、薄い金属箔１２の物理的な支持体として機能するだけではなく、耐熱性・電気絶縁性である。支持層１４は、雲母、高温絶縁紙、グラスファイバーマットやそのたの類似構成材料で構成することができる。
【００２１】
金属箔１２は、誘導電流の影響を実質的に受けない金属材料で構成する。これは、金属内の誘導電流の存在を排除するものではないが、金属内に電流が存在すると、金属温度がかなり高くなることがある。金属温度がかなり高くなると、融解の恐れがある。例え融解が生じない場合でも、金属温度がかなり高くなると、炉の運転効率が低下し、その上別な悪影響も現れる。
【００２２】
従って、金属箔の構成金属および箔層の厚みを慎重に選択する必要がある。
【００２３】
また、金属箔１２は、電導性が低く、透過性のある金属で構成する必要がある。こうすると、誘導場状態における金属加熱量が減少する。さらに、この金属は、融点が高く、蒸気に対して実質的に不透過であり、支持基材に接着できるものでなければならない。金属箔は、理想的には、非磁性体である。即ち、ステンレス鋼を利用すれば、有効な箔層を構成できることが判明している。各種の異なる形態のステンレス鋼を利用できるが、最適なのは、融点が１，４００℃程度のものである。さらに、ステンレス鋼は、そのニッケル分が磁気特性に影響する。具体的には、ニッケル分が比較的高いオーステナイト系のステンレス鋼が非磁性であり、好ましい。即ち、オーステナイト系のステンレス鋼で箔層１２を構成することが好ましい。
【００２４】
金属内に誘導電流がある場合その作用を抑えるためには、ライニング材１０の金属箔１２をできるだけ薄くする必要がある。具体的な炉１に使用できる箔１２の最大厚みを設定するさいに重要な多くのファクターがある。これらファクターの中には、誘導コイル４の電流の周波数、コイル４が発生する電力、および炉の直径があり、すべてが、誘導場の強度および誘導場が金属箔と結合する範囲を決定するものである。他の重要なファクターの中には、るつぼ内の金属の融点温度、およびるつぼを構成するために使用する耐火物の伝熱性がある。
【００２５】
一般的にいって、誘導場の強度が強くなる程、また電流の周波数が高くなる程、金属箔１２を薄くして、考えられる加熱の作用に耐えるようにする必要がある。ここで重要なパラメータは、強い電磁場に配設される結果として箔１２に吸収される電力である。実験によれば、直径が１．６ｍで深さが１．６ｍの誘導コイル４を使用し、運転電力が２，４００ｋＷで運転周波数が５０Ｈｚの炉の場合、厚みが０．０５ｍｍの箔１２の発熱はごくわずかでしなかった。
【００２６】
従来、誘導炉の電源周波数は一般的に約５０Ｈｚであった。ところが、近年、１５０〜４００Ｈｚの中周波数誘導炉が普通になってきている。これらのより高い周波数が発生する誘導場は、従来の電源周波数炉が発生する誘導場以上に金属箔１２を加熱するものである。従って、これによる有害な作用を相殺するためには、ライニング材１０に使用する金属箔１２の厚みを慎重に選択する必要がある。実験によれば、ステンレス鋼箔１２の望ましい厚みは、より強力な電源周波数炉および大半の中周波数炉の場合、０．０５ｍｍ以下である。もっと強力な中周波数炉および中程度の強力な高周波数炉の場合、厚みをさらに約０．０２５ｍｍまで小さくすることが好ましい。使用する箔層１２があまりにも厚すぎると、金属の温度が高くなり過ぎ、炉内の水冷システムへの負荷が強くなり過ぎることがある。また、箔の温度が、ステンレス鋼が融解し、もはや蒸気バリアとして作用しなくなるまで高くなることもある。
【００２７】
図３ａおよび図３ｂは、厚みの異なるステンレス鋼箔１２をもつライニング材１０を、電力、周波数およびサイズが異なるコアレス誘導炉に好適に使用できるかどうかを示す図である。図３ａは、運転周波数が４００Ｈｚの誘導炉に、厚みが０．０５ｍｍの箔層１２をもつライニング材１０を使用した場合に示唆されている限界を示す図である。これら結果は、電力が３．５ＭＷ以下であることを条件にして、このライニング材が、グラウト直径が２ｍの炉に好適であることを示している。図３ｂは、厚みがわずか０．０２５ｍｍの金属箔層１２をもつライニング材１０の同様な結果を示す図である。これら結果は、このより薄い材料は、グラウト直径が２ｍで運転電力が７．５ＭＷ以下である炉の前述の実例に使用できることを示唆している。
【００２８】
図２および図５に示すように、薄い金属箔層１２は、支持層１４に接着する。例えば接着剤などの任意の適当な手段によって金属箔１２は、支持層１４に接着することができる。好適な実施態様の場合、支持層１４は箔１２の両側に配設するが、箔１２の片側のみに支持層１４を設けることも可能である。両側に配設する場合、支持層１４の構成材料は、同じでもよく、あるいは異なっていてもよい。
【００２９】
箔層１２を非常に薄くするためには、例えば蒸着技術などを使用して、支持層１４の面に金属を被覆すればよい。こうすれば、実質的に０．０２ｍｍ未満の箔厚みを実現することができる。
【００３０】
鋳鉄工場では、ある種の亜鉛板スクラップを融解できることが、コストの理由からますます望ましくなっている。ところが、亜鉛の沸点は、鉄の融点温度よりも低いため、亜鉛蒸気が炉の運転時に発生する可能性がある。亜鉛蒸気は、るつぼ壁を構成する耐火性砂を透過し、コイルグラウトを透過することがある。これが水冷コイルに接触すると、凝結し、コイルの短絡の原因になる。これは、炉の運転停止時に問題になる。というのは、るつぼの壁は冷却時に収縮し、クラックが発生するからである。るつぼの密封が完全でない場合、亜鉛蒸気が簡単に壁を透過し、最後には、誘導コイルに到達する。
【００３１】
ライニング材１０、特に金属箔１２は、亜鉛蒸気のバリアとして作用するだけでなくるつぼ８内の溶湯から誘導コイル４へ移動するカドミウム蒸気や鉛蒸気など他の蒸気のバリ
アとしても作用する。
【００３２】
ライニング材１０は、るつぼ壁のクラックから逃げ出す高温金属蒸気のバリアにもなる。亜鉛蒸気と同様に、溶湯がコイルグラウト６や、コイル４に接触することは、きわめて望ましくない。というのは、これは、コイル４や炉１に対して壊滅的な損傷を与えるからである。
【００３３】
ライニング材１０は、金属箔１２を有しているため、コイルへの溶湯の潜在的な暴走の早期の指標としても利用できる。なお、この暴走が万一発生すると、壊滅的な損傷が生じる。一般的には、るつぼ８内の溶湯は、るつぼ８の底部から突出する金属電極プローブを介して接地する。同様に、ライニング材１０の金属箔１２を接地回路に接続することによって、溶湯が箔１２に接触した場合に、炉１の運転をただちに停止する回路が作り出されることになる。
【００３４】
上記の作用効果に加えて、ライニング材１０は、“凍結面”、即ち物理的バリアとしても作用でき、るつぼ壁８を通過する液体や蒸気がある場合、これを箔によって有効にブロックできる。即ち、誘導コイル４に到達する前に、これを凝結または固化できる。
【００３５】
また、ライニング材１０は、るつぼ８とコイルグラウト６との間の滑り面としても作用できる。この場合、るつぼ８の交換が必要な時期にるつぼ８の取り外しが容易になる。代表例を挙げると、鋳鉄工場では毎月耐火性るつぼ８を交換する必要がある。その大きな理由は、誘導場によって連続撹拌される溶湯によってるつぼ壁８が摩耗するからである。
【００３６】
もう一つの重要な作用効果は、金属箔層１２が薄いため、ライニング材１０が可撓性を有することである。ライニング材は手で扱うことができるため、誘導炉１をライニング処理するために使用する場合、炉壁の形状にマッチさせることができる。また、ライニング材１０は、連続長尺シートの形にしてもよく、これをロール化すると、輸送、保存、使用が簡単になる。
【００３７】
また、金属箔１２の両側に支持層１４が存在しているため、ライニング材の取り扱いが簡単になり、るつぼ８を形成する前に、迅速かつ容易に炉１をライニング処理できる。新しいるつぼ８を形成するたびに炉１を再ライニング処理する場合、ライニング材１０は、耐久消耗材として利用できる。これは、通常、交換前のるつぼを取り外す場合、滑り面ライニング材が損傷することが多いからである。
本発明ライニング材１０は、任意のサイズ、任意の形状の炉に使用することができる。具体的な炉にマッチさせるために、特別にライニング材を機械加工または成形する必要はない。さらに、ライニング材は炉内に取り外し可能に設けることができるため、保守コストが低くなる。
【００３８】
ライニング材１０を用いてコアレス誘導炉１をライニング処理することは、比較的容易な処理である。図４に、本発明のライニング材１０を使用して炉をライニング処理する方法を示す。ライニング材１０は、長尺の材料ロール（図示省略）から切断することができるストリップ１６として用意する。このライニング材１０をコイルグラウト６の内面に設置し、例えば接着剤などの適当な手段を利用して、これを所定位置に固定する。ライニング材１０の各ストリップ１６ａ、１６ｂ、１６ｃなどを、コイルグラウト６に接触している炉の内面に上下に重ねる。各ストリップ１６を重ねるさい、隣接するストリップの上に重なるように位置決めを行う。図５に明示するこの重なり部１８は、２つの働きをもつ。即ち、第１の働きは、各ストリップ１６内の箔１２が、重なり部１８で隣接ストリップの箔１２に重なっている間、連続蒸気バリアが炉１の周囲に形成することである。第２の働きは、隣接ストリップ１６ａ、１６ｂ内の箔１２の層間に少なくとも一つの支持層１４が形成することである。支持層１４が電気絶縁性であるため、炉１周囲の円周方向に、電流が一つのストリップ１６から次のストリップ１６に流れることはない。炉１周囲に連続導電路が形成しない構成が必要である。さもなければ、金属箔１２それ自体が二次的回路を作り出すことになる。図４のライニング材１０は、炉壁の高さ全体にわたって延長していないが、これは図を明示するためである。なお、実際には、ライニング材１０については、炉壁上部を超えてから、所定位置で一旦所定の長さに切断されるように設定する。ライニング材１０、特に金属箔層１２が薄いため、ライニング材１０は、ナイフまたはハサミで切断することができる。
【００３９】
従って、本発明のライニング材は、設置が容易なコアレス誘導炉のライニングを提供するものである。このライニング材に非常に薄い金属箔層を組み込むと、蒸気バリアが形成され、亜鉛蒸気などの蒸気が炉の誘導コイルに到達することはない。誘導炉は本質的に金属を融解するために使用するものであるが、箔を構成するために使用する金属および箔の薄さを慎重に選択すると、誘導場の加熱作用を箔が炉の運転の影響を実質的に受けない程度まで抑制することができる。さらに、ライニング材が誘導電流の影響を実質的に受けないため、ライニング材が誘導場によって実質的に加熱されることはなく、従って炉の運転効率が下がることは実質的にない。
【００４０】
本発明のライニング材は、従来のライニング系と比較した場合、上記以外にも多数の重要な作用効果をもつものである。本発明ライニング材は非常に薄く、従って可撓性があり、ロール状態で用意できる。また設置も簡単であり、任意の炉に使用できる。また、比較的コストが低く、耐久消耗材として使用できる上に、新しいるつぼを形成するたびに繰り返し利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１：コアレス誘導炉
２：外側ジャケット
４：水冷式誘導コイル
６：コイルグラウト
８：るつぼ
１０：ライニング材
１２：薄い金属箔層
１４：支持層
【図１】
2011519317.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
2011519317.tif 000005
【図３ｂ】
2011519317.tif 000006
【図４】
2011519317.tif 000007
【図５】
2011519317.tif 000008
【国際調査報告】
2011519317.tif 000009
2011519317.tif 000010