(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を蓄えるための液溜部と、
前記溶湯を吐出すべく前記液溜部の下部に突設状態で設けられたノズル部と、
前記溶湯を所定の温度に保つための誘導加熱コイルと、
を有する真空誘導加熱炉において、
少なくとも前記ノズル部の外形形状に沿って前記誘導加熱コイルを近接配置し、
前記ノズル部は、前記液溜部を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料で前記液溜部と一体的に構成した
ことを特徴とする真空誘導加熱炉。
【請求項２】
請求項１記載の真空誘導加熱炉において、
前記液溜部の外形形状に沿って前記誘導加熱コイルを近接配置したことを特徴とする真空誘導加熱炉。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の真空誘導加熱炉において、
前記誘導加熱コイルと前記ノズル部との間に前記誘導加熱コイルにより加熱されることにより前記ノズル部を均一に加熱するための熱伝達部材を設けたことを特徴とする真空誘導加熱炉。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の真空誘導加熱炉において、
前記ノズル部には、細孔ノズルが設けられ、少なくとも前記細孔ノズルの部分の温度を当該部分を通過する前記溶湯の温度以上に加熱することを特徴とする真空誘導加熱炉。
【請求項５】
請求項４記載の真空誘導加熱炉において、
前記細孔ノズルは複数設けられるとともに、前記複数の細孔ノズルは前記溶湯の流れ方向に沿った軸がほぼ同一平面上に、前記複数の細孔ノズルの各々と前記誘導加熱コイルとの距離がほぼ一定となるように配置されるように構成されていることを特徴とする真空誘導加熱炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空誘導加熱炉に係り、特に真空中もしくは不活性ガス雰囲気下において、溶解炉において溶解された溶湯を鋳型もしくは凝固装置に出湯する際に保温しつつ蓄える真空誘導加熱炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
第１従来例
従来より下部に出湯口を有するノズルを形成したるつぼ本体の外周に金属製ヒータを設けるとともに、ノズルはノズルに巻回された金属ワイヤ（Ｔa、Ｗ等）を用いて加熱する炉が知られている。
第２従来例
また他の誘導加熱炉として、図３に示すように、誘導加熱により熱伝導体であるカーボンが加熱されて、その輻射熱により、るつぼ、ノズルが加熱されるものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１従来例の炉においては金属ヒータの寿命に問題があり、また、ノズル交換時に金属ワイヤが巻回された状態で存在するためにメンテナンスが難しい等という問題点があった。
また、上記第２従来例の炉においては、るつぼ及びノズルは全体としてロート形状をなしているにも関わらず、同一径の円筒状誘導加熱コイルにより加熱を行っていたため、るつぼは熱伝導体であるカーボンに近い位置に配置されているため加熱されるが、ノズルは熱伝導体であるカーボンから遠い位置に配置されているため加熱されにくいという不具合があった。
このため、細孔ノズルを有するノズルの場合には、細孔ノズルを通過する溶湯の温度以上に細孔ノズル部分を加熱することが困難であり、細孔ノズル部分で溶湯が凝固し、細孔ノズルが閉塞してしまうおそれがあった。
また、細孔ノズル部分を溶解温度以上に加熱しようとした場合、熱伝導体、輻射体であるカーボンを加熱しなければならないため、るつぼの耐久性（寿命）が低下し、誘導コイルの絶縁破壊に至る恐れもあった。
そこで、本発明の目的は、耐久性及びメンテナンス性の向上を図れ、ノズル閉塞をなくすことが可能な真空誘導加熱炉を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、溶湯を蓄えるための液溜部と、前記溶湯を吐出すべく前記液溜部の下部に突設状態で設けられたノズル部と、前記溶湯を所定の温度に保つための誘導加熱コイルと、を有する真空誘導加熱炉において、少なくとも前記ノズル部の外形形状に沿って前記誘導加熱コイルを近接配置し、前記ノズル部は、前記液溜部を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料で前記液溜部と一体的に構成する。
【０００５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の真空誘導加熱炉において、前記液溜部の外形形状に沿って前記誘導加熱コイルを近接配置するように構成する。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の真空誘導加熱炉において、前記誘導加熱コイルと前記ノズル部との間に前記誘導加熱コイルにより加熱されることにより前記ノズル部を均一に加熱するための熱伝達部材を設けて構成する。
【０００８】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の真空誘導加熱炉において、前記ノズル部には、細孔ノズルが設けられ、少なくとも前記細孔ノズルの部分の温度を当該部分を通過する前記溶湯の温度以上に加熱するように構成する。
【０００９】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の真空誘導加熱炉において、前記細孔ノズルは複数設けられるとともに、前記複数の細孔ノズルは前記溶湯の流れ方向に沿った軸がほぼ同一平面上に、前記複数の細孔ノズルの各々と前記誘導加熱コイルとの距離がほぼ一定となるように配置されるように構成する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に真空誘導加熱炉の正面断面図を、図２に真空誘導加熱炉の側面断面図を示す。
真空誘導加熱炉１は、溶湯Ｍを蓄える液溜部として機能するアルミナ製のるつぼ２と、るつぼ２の下部に一体に構成され、ＢＮ（Boron Nitride）製のノズル部３と、熱伝導性を低下させることなく緩衝材として機能する炭化ホウ素（Boron carbide)フェルト４を介して配置され、熱伝導体、輻射体として機能し、るつぼ２及びノズル部３を均一に加熱するための略ロート形状を有する等方性カーボン製の被加熱体５と、熱伝導性を低下させることなく緩衝材として機能する炭化ホウ素（Boron carbide)フェルト６を介して配置され、断熱材として機能する断熱ボード７と、断熱ボード７を固定するための断熱材固定部材８と、コイルセメント９により保持され、るつぼ２、ノズル部３および加熱体５の誘導加熱を行うための誘導加熱コイル１０と、るつぼ２内の温度を測定するための熱電対１１と、真空誘導加熱炉１全体を保護する筐体１２と、溶湯Ｍの温度を測定するための熱電対（Ｗ−Ｒｅ）１３と、を備えて構成されている。
この場合において、被加熱体５は、るつぼ２及びノズル部３をあわせた略ロート形状とすることにより、るつぼ２及びノズル部３に近接して配置されており、その比電気抵抗は６００〜１１００［μΩｃｍ］としている。
また、誘導加熱コイル１０は、被加熱体５の外形形状に沿って非加熱体５に近接して配置されており、結果的に誘導加熱コイル１０は、るつぼ２及びノズル部３の外形形状に沿ってるつぼ２及びノズル部３に近接して配置されることとなっている。
【００１１】
図３にノズル部３の部分断面斜視図を示す。
ノズル部３は、図２に示すように、外観視、略ロート形状を有している。
さらにノズル部３は、平面視略長楕円形状を有する上部開口１５と、断面形状が上部開口１５の平面視形状と相似形状である大径ノズル部１６と、大径ノズル部１６の底面１６Ａに一直線上に開口部１７Ａが配置された複数（図３では６個）の細孔ノズル１７を有する細孔ノズル部１８と、を備えて構成されている。
細孔ノズル１７の直径は、例えば、２［ｍｍ］φあるいは１［ｍｍ］φとしている。
この場合において、細孔ノズル１７は、大径ノズル部１６の底面１６Ａにその開口部１７Ａが一直線上に配置されるような構成となっているので、すなわち、複数の細孔ノズル１７は溶湯Ｍの流れ方向に沿った軸がほぼ同一平面上に配置されることとなるので、誘導加熱コイル１０から細孔ノズル１７までの距離をほぼ一定とすることができ、加熱ムラを低減することができる。
次に動作を説明する。
誘導加熱コイル１０に電流を流すことにより、被加熱体５を加熱する。このとき、誘導加熱の周波数により異なるが、被加熱体５を透過して溶湯Ｍに対しても磁束が入ることによっても、溶湯Ｍは、加熱され、攪拌されることとなる。
これにより被加熱体５は、熱伝導体、輻射体として機能し、その輻射熱によりるつぼ２及びノズル部３に均一に熱が伝わって、加熱されることとなる。
【００１２】
この場合において、加熱温度は、るつぼ２に蓄えられ、ノズル部３を通過する溶湯Ｍの温度、すなわち、熱電対（Ｗ−Ｒｅ）１３により測定された溶湯Ｍの温度と同程度もしくはそれ以上とする。
特に、ノズル部３の細孔ノズル部１８の温度は、細孔ノズル１７を通過する溶湯Ｍの温度以上とする必要がある。これは、加熱温度を細孔ノズル１７を通過する溶湯Ｍの温度未満とした場合には、細孔ノズル１７内で、溶湯Ｍが凝固し、細孔ノズル１７が閉塞してしまうからである。
この結果、細孔ノズル１７が閉塞することもないため、溶湯Ｍが凝固物により飛散したりすることがなくなり、細孔ノズル１７を介して溶湯Ｍの供給をスムーズに行うことができる。
以上の説明のように、本実施形態によれば、るつぼ２及びノズル部３は全体としてロート形状であり、被加熱体５もロート形状としているため、るつぼ２及びノズル部３に対して、被加熱体５をより近接して配置することができ、第２従来例と比較してより均一に加熱することが可能となる。さらに加えて、誘導加熱コイル１０は、被加熱体５、ひいては、るつぼ２及びノズル部３の形状に沿って配置しているので、同一径の円筒状誘導加熱コイルを用いた加熱の場合と比較して均一に加熱を行うことが可能となる。
また、細孔ノズル部１８の温度を細孔ノズル１７を通過する溶湯Ｍの温度以上とする場合に、被加熱体５を必要以上に加熱する必要がなく、誘導加熱コイル１０への過大な伝熱を防ぐことができ、誘導加熱コイル１０の絶縁破壊を防止することが可能となる。
【００１３】
さらに誘導加熱コイル１０は、金属製ヒータを直接ノズル部に巻回する場合と異なり、ノズル部３とは別体に設けられているため、ノズル部３の交換時に誘導加熱コイル１０をいじる必要がなく、ノズル部交換におけるメンテナンスが容易である。また、金属製ヒータを用いる場合よりも装置寿命を長くすることが可能となる。
以上の実施形態においては、るつぼ２及びノズル部３は全体としてロート形状であり、被加熱体５もロート形状とし、誘導加熱コイル１０を被加熱体５に近接して配置する構成となっていたが、るつぼ及びノズル部（被加熱対象）の形状はこれらに限定されるものではなく、少なくともノズル部の外形形状に沿って誘導加熱コイルを近接配置するように構成すれば同様の効果が得られる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、少なくともノズル部の外形形状に沿って誘導加熱コイルを近接配置するので、効率的にノズル部を加熱することができ、ノズル部の温度をノズル部内の溶湯温度よりも高くする場合でも、不必要に誘導加熱コイルに電流を流す必要がなくなり、誘導加熱コイルの絶縁破壊を防止することができる。
さらに溶湯が凝固し、ノズル部が閉塞してしまうことがなくなるため、溶湯が凝固物により飛散したりするのを防止でき、ノズル部を介して溶湯の供給をスムーズに行うことができる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の作用に加えて、液溜部の外形形状に沿って誘導加熱コイルを近接配置するので、効率的に液溜部を加熱することができ、スムーズに溶湯をノズル部に供給することが可能となる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の作用に加えて、ノズル部は、液溜部を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料で液溜部と一体的に構成するので、ノズル部を効率よく加熱することができ、溶湯が凝固物により飛散したりするのをより確実に防止できる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明の作用に加えて、熱伝達部材は、誘導加熱コイルとノズル部との間に配置され、誘導加熱コイルにより加熱されることによりノズル部を均一に加熱するので、加熱ムラの発生を抑制して、より確実な溶湯供給を行うことが可能となる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の発明の作用に加えて、少なくとも細孔ノズルの部分の温度を当該部分を通過する溶湯の温度以上に加熱するので、細孔ノズルが閉塞することはないので、溶湯が凝固物により飛散したりすることがなくなり、細孔ノズルを介して溶湯供給をスムーズに行うことができる。
【００１９】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明の作用に加えて、複数の細孔ノズルは溶湯の流れ方向に沿った軸がほぼ同一平面上に配置されので、全ての細孔ノズルと誘導加熱コイルとの距離をほぼ一定に保つことができ、均一な加熱が行え、加熱ムラが発生せず、より確実な溶湯供給を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  真空誘導加熱炉の正面断面図である。
【図２】  図１の真空誘導加熱炉の側面断面図である。
【図３】  ノズル部の一部断面斜視図である。
【符号の説明】
１  真空誘導加熱炉
２  るつぼ
３  ノズル部
４  炭化ホウ素フェルト
５  被加熱体
６  炭化ホウ素フェルト
７  断熱ボード
８  断熱材固定部材
９  コイルセメント
１０  誘導加熱コイル
１５  上部開口
１６  大径ノズル部
１７  細孔ノズル
１７Ａ  開口部
１８  細孔ノズル部
Ｍ  溶湯
【図１】
0003941276.tif 000002
【図２】
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【図３】
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