(57)【要約】【課題】本発明は、上記課題（問題点）を解決し、φ１００程度以上のるつぼの場合でも、溶湯を安定して浮上できるコールドクルーシブル溶解炉を提供する。【解決手段】複数のセグメントに分割された溶解るつぼ１６と、溶解るつぼ１６の周囲に巻回されれる複数個の誘導コイル１２ａ、１２ｂを備えたコールドクルーシブル溶解炉１０において、それぞれの誘導コイル１２ａ、１２ｂにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給し、溶解るつぼ１６内に発生する移動磁界により、溶解るつぼ１６内の溶湯を安定して浮上させるように構成した。この場合、最下部の誘導コイル１２ａに高周波電流を流し、他の誘導コイル１２ｂは、コンデンサを備えた共振回路で、位相をずらして共振させるようにすると良い。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセグメントに分割された溶解るつぼと、前記溶解るつぼの周囲に巻回されれる複数個の誘導コイルを備えたコールドクルーシブル溶解炉において、
前記それぞれの誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給し、前記溶解るつぼ内に発生する移動磁界により、前記溶解るつぼ内の溶湯を安定して浮上させるようにしたことを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉。
【請求項２】
前記複数個の誘導コイルの最下部の誘導コイルに、高周波電流を流すようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
【請求項３】
前記複数個の誘導コイルの最下部の誘導コイルに、高周波電流を流し、他の誘導コイルは、最下部の誘導コイルと共振させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
【請求項４】
前記最下部の誘導コイル及び該最下部の誘導コイルから１つおきの誘導コイルに、高周波電流を流し、他の誘導コイルは、最下部の誘導コイル及び該最下部の誘導コイルから１つおきの誘導コイルと共振させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
【請求項５】
前記高周波電流を流す誘導コイルに、他の誘導コイルを共振させる手段として、コンデンサを備えた共振回路を用いるようにしたことを特徴とする請求項３又は４に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
【請求項６】
前記複数個の誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給する手段として、それぞれ位相の異なる交流電源を用いるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
【請求項７】
前記複数個の誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給する手段として、それぞれ位相が異なるように誘導コイルを直列又は並列に接続するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶湯を安定化させたコールドクルーシブル溶解炉に係り、特に、誘導コイルの内側のセグメント状の導電材からなるるつぼの中に、金属などの被加熱物を入れることにより、溶湯をるつぼから浮上させ、浮上状態で溶解するコールドクルーシブル溶解炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平０５−１７４９６３号公報に、「浮上溶解装置」が開示されている。
この浮上溶解装置について図３を用いて説明する。
図３は、従来の浮上溶解装置を説明する一部裁断斜視図である。
【０００３】
図３は、上記特開平０５−１７４９６３号公報の図５に対応するものであるが、同図に示されるように、従来の浮上溶解装置１００は、円形の誘導コイル１０２と、その内側に電気的に絶縁された銅等の導電材からなる複数のセグメント１０４を誘導コイル１０２の周方向に並べて溶解るつぼ（以下、単に「るつぼ」とのみいう場合がある）１０６を構成する。
【０００４】
従来の浮上溶解装置１００では、るつぼ１０６は、有底筒状で金属等の被加熱物１１０が投入される。
るつぼ１０６の底部中心側には小さい円筒状の孔１０８が空けられている。
誘導コイル１０２の電流により磁束が発生し、セグメント１０４の間のスリット１１２からるつぼ１０６内に浸入して被加熱物１１０と鎖交する。
このとき、セグメント１０４及び被加熱物１１０に渦電流を誘導する。
溶湯となった金属１１０には、それに対向するるつぼ１０６表面の渦電流とは反対向きに渦電流が流れるので磁気的な反発力が生じる。
るつぼ１０６は固定されているので、溶湯１１０の方がるつぼ１０６より反発力を受け、溶湯１１０の重量以上の力になると、溶湯１１０はるつぼ１０６より浮上することになる。
この結果、被加熱部材１１０は浮上状態で溶解することになる。
【０００５】
このように、溶湯１１０が浮上する結果、例えば、
１．スカルが極小となるために、合金組成を調整するのが容易になる。
２．合金の融点よりも昇温でき、融点の違う金属などを容易に溶解できる。
３．スカルがほとんどないために、出湯率が高くなる。
４．融点よりも高い温度にできるので、湯流れが良くなり、鋳型の細部まで充填
しやすくなる。
という利点がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の浮上溶解装置は、るつぼ内径がφ３０程度以下では、単一コイルで溶湯浮上が可能である。
内径が、φ６０程度では、上述した特開平０５−１７４９６３号公報では、誘導コイルを上下に２分割し、上部コイルに高周波、下部コイルに低周波の電流を流すと、溶湯浮上が可能であると記載されている。
【０００７】
一方、φ１００程度以上のるつぼの場合は、特開平０５−１７４９６３号公報に開示されている方法でも、溶湯を安定して浮上できないことが判明した。
これは、内径が小さいるつぼでは、るつぼ内の溶湯の表面張力による圧力が大きいのに対して、るつぼ内径が大きい溶湯では表面張力による圧力が小さくなり、種々の原因で発生する外乱に対して、溶湯表面が不安定になり、溶湯形状の乱れが生じて、安定浮上が困難になるためである。
【０００８】
本発明は、上記課題（問題点）を解決し、φ１００程度以上のるつぼの場合でも、溶湯を安定して浮上できるコールドクルーシブル溶解炉を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のコールドクルーシブル溶解炉は、請求項１に記載のものでは、複数のセグメントに分割された溶解るつぼと、前記溶解るつぼの周囲に巻回されれる複数個の誘導コイルを備えたコールドクルーシブル溶解炉において、前記それぞれの誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給し、前記溶解るつぼ内に発生する移動磁界により、前記溶解るつぼ内の溶湯を安定して浮上させるように構成した。
【００１０】
このように構成すると、φ１００程度以上のるつぼの場合でも、溶湯を安定して浮上できる。
【００１１】
請求項２に記載のコールドクルーシブル溶解炉は、前記複数個の誘導コイルの最下部の誘導コイルに、高周波電流を流すように構成した。
【００１２】
このように構成すると、最下部から上方への移動磁界を効率よく生じさせることができる。
【００１３】
請求項３に記載のコールドクルーシブル溶解炉は、前記複数個の誘導コイルの最下部の誘導コイルに、高周波電流を流し、他の誘導コイルは、最下部の誘導コイルと共振させるように構成した。
【００１４】
このようにすると、簡単な構成で、溶湯を安定して浮上できる。
【００１５】
請求項４に記載のコールドクルーシブル溶解炉は、前記最下部の誘導コイル及び該最下部の誘導コイルから１つおきの誘導コイルに、高周波電流を流し、他の誘導コイルは、最下部の誘導コイル及び該最下部の誘導コイルから１つおきの誘導コイルと共振させるように構成した。
【００１６】
このように構成すると、規模の大きなコールドクルーシブル溶解炉でも、溶湯を安定して浮上できる。
【００１７】
請求項５に記載のコールドクルーシブル溶解炉は、前記高周波電流を流す誘導コイルに、他の誘導コイルを共振させる手段として、コンデンサを備えた共振回路を用いるように構成した。
【００１８】
具体的にこのようにすると、簡単な構成で、各誘導コイルの位相差が生じ、溶湯を安定して浮上できる。
【００１９】
請求項６に記載のコールドクルーシブル溶解炉は、前記複数個の誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給する手段として、それぞれ位相の異なる交流電源を用いるように構成した。
【００２０】
このように構成すると、各誘導コイルの位相の相違により発生する移動磁界により、溶湯を安定して浮上できる。
【００２１】
請求項７に記載のコールドクルーシブル溶解炉は、前記複数個の誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給する手段として、それぞれ位相が異なるように誘導コイルを直列又は並列に接続するように構成した。
【００２２】
このように構成しても、各誘導コイルの位相の相違により発生する移動磁界により、溶湯を安定して浮上できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明のコールドクルーシブル溶解炉の各実施の形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明のコールドクルーシブル溶解炉の第１の実施の形態を示す概略構成側面図である。
図２は、本発明のコールドクルーシブル溶解炉の第２の実施の形態を示す概略構成側面図である。
【００２４】
第１の実施の形態
先ず、本発明のコールドクルーシブル溶解炉の第１の実施の形態について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、本実施の形態のコールドクルーシブル溶解炉１０は、図３に示す従来の浮上溶解装置１００同様に、円形の誘導コイル１２ａ、１２ｂと、その内側に電気的に絶縁された銅等の導電材からなる複数のセグメント１４を誘導コイル１２ａ、１２ｂの周方向に並べてるつぼ１６を構成する。
【００２５】
一方、本実施の形態のコールドクルーシブル溶解炉１０では、図１に示すように、誘導コイル１２ａ、１２ｂを上下方向に複数（図示のものでは２）に分割し、下部の誘導コイル１２ａには、高周波電源１８により高周波電流が供給され、また、この高周波電源１８と並列に下部コイル用整合コンデンサ２０が接続される。
また、上部の誘導コイル１２ｂには、下部の誘導コイル１２ａと共振する容量の上部コイル用整合コンデンサ２２が接続される。
【００２６】
このように構成すると、上部の誘導コイル１２ｂは下部の誘導コイル１２ａとπ／２だけ位相が遅れた電流が流れ、下部から上方への移動磁界が生じることになる。
【００２７】
上述したように、るつぼ内径が小さい場合は、溶湯はるつぼ内で安定に浮上するが、内径が大きいるつぼでは、溶湯が安定して浮上しないという問題があった。
この原因は、内径が小さいるつぼ内の溶湯の表面張力による圧力が大きいのに対して、るつぼ内径が大きい溶湯では表面張力による圧力が小さくなり、種々の原因で発生する外乱にたいして溶湯表面が不安定になり、溶湯形状の乱れが生じて、安定浮上が困難になっていたと上記した。
【００２８】
しかし、本実施の形態のコールドクルーシブル溶解炉１０では、下部から上方への移動磁界が生じることにより、溶湯表層部分の溶湯のみを移動させると、表層部よりも深い部分の溶湯には粘性による力を生じて、一見、表面の溶湯に働く表面張力に対応するような力関係を発生することになる。
即ち、誘導コイルを分割し、異なる位相の電流が流れるようにすると、移動磁界の発生により、表面張力が小さい内径が大きなるつぼの場合でも、溶湯を安定して浮上させることができる。
【００２９】
第２の実施の形態
次に、本発明のコールドクルーシブル溶解炉３０の第２の実施の形態について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、本実施の形態のコールドクルーシブル溶解炉３０は、図１に示す第１の実施の形態に対して、下部の誘導コイル３２ａに供給する交流電源３４の他に、上部の誘導コイル３２ｂに同一の周波数で、異なる位相の交流を供給する交流電源３６が接続されている点において異なっている。
この場合、第１の実施の形態同様に、下部から上方に移動磁界が生じるので、効果は同様である。
【００３０】
本発明のコールドクルーシブル溶解炉は、上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、誘導コイルを２つに分割した例で説明したが、本願発明の特徴は、移動磁界を利用して内径が大きい場合でも、溶湯浮上を安定化させることであるので、誘導コイルを３つ以上に分割した場合も、本願発明に含まれるのは勿論のことである。
【００３１】
この場合、最下部及び１つおきの誘導コイルに高周波電源を接続し、他の誘導コイルにはコンデンサーを誘導コイルに並列に接続するか、或いは、同一周波数で、位相が異なる交流電流を供給すると、下部から上方への移動磁界が生じ、より規模の大きなコールドクルーシブル溶解炉でも安定して溶湯を浮上させることができるようになる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のコールドクルーシブル溶解炉は、上記のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように、それぞれの誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給し、溶解るつぼ内に発生する移動磁界により、溶解るつぼ内の溶湯を安定して浮上させるように構成すると、φ１００程度以上のるつぼの場合でも、溶湯を安定して浮上できる。
【００３３】
（２）請求項２に記載したように、複数個の誘導コイルの最下部の誘導コイルに、高周波電流を流すように構成すると、最下部から上方への移動磁界を効率よく生じさせることができる。
【００３４】
（３）請求項３に記載したように、複数個の誘導コイルの最下部の誘導コイルに、高周波電流を流し、他の誘導コイルは、最下部の誘導コイルと共振させるように構成すると、簡単な構成で、溶湯を安定して浮上できる。
【００３５】
（４）請求項４に記載したように、最下部の誘導コイル及び該最下部の誘導コイルから１つおきの誘導コイルに、高周波電流を流し、他の誘導コイルは、最下部の誘導コイル及び該最下部の誘導コイルから１つおきの誘導コイルと共振させるように構成すると、規模の大きなコールドクルーシブル溶解炉でも、溶湯を安定して浮上できる。
【００３６】
（５）請求項５に記載したように、高周波電流を流す誘導コイルに、他の誘導コイルを共振させる手段として、コンデンサを備えた共振回路を用いるように構成すると、簡単な構成で、各誘導コイルの位相差が生じ、溶湯を安定して浮上できる。
【００３７】
（６）請求項６に記載したように、複数個の誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給する手段として、それぞれ位相の異なる交流電源を用いるように構成すると、各誘導コイルの位相の相違により発生する移動磁界により、溶湯を安定して浮上できる。
【００３８】
（７）請求項７に記載したように、複数個の誘導コイルにそれぞれ異なる位相の交流電流を供給する手段として、それぞれ位相が異なるように誘導コイルを直列又は並列に接続するように構成すると、各誘導コイルの位相の相違により発生する移動磁界により、溶湯を安定して浮上できる。
【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炉の第１の実施の形態を示す概略構成側面図である。
【図２】本発明のコールドクルーシブル溶解炉の第２の実施の形態を示す概略構成側面図である。
【図３】従来の浮上溶解装置を説明する一部裁断斜視図である。
【符号の説明】
１０、３０：コールドクルーシブル溶解炉
１２ａ、１２ｂ、３２ａ、３２ｂ：誘導コイル
１４：セグメント
１６：溶解るつぼ
２０、２２：コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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