(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に冷却水を通す冷却水通水路を有する良導電金属製のセグメントが周方向に絶縁物を介して積層されて有底の円筒状に形成されその底部に溶湯を出す出湯穴及びそれに続く出湯穴より内径の大きい出湯管部を有するるつぼと、るつぼの外径側に設けられた上誘導コイルと、出湯管部の外径側に設けられた下誘導コイルとを備えた浮揚溶解炉において、冷却水通水路は出湯穴の部分で内径側に迂回して形成し、この冷却水通水路の迂回部分はセグメントの外側より穿孔された溝部と、その溝部に冷却水通水路の迂回部分を形成するようにセグメントの外側から装着されてセグメントの外径部で溶着密封された台形の栓とで構成し、台形の栓の先端部分は出湯管部の冷却水通水路より内径側になるように構成することを特徴とする浮揚溶解炉。
【請求項２】
請求項１に記載の浮揚溶解炉において、台形の栓の流体との接触面は、良導電金属に、セラミック溶射、耐磨耗性金属の張り付け、耐磨耗性金属の接着のいずれか一つにより良導電金属素材以上の耐磨耗性を有することを特徴とする浮揚溶解炉。
【請求項３】
請求項１または２に記載の浮揚溶解炉において、冷却水通水路の迂回部分は、冷却水の出側部分の断面積が冷却水の入り側部分の断面積より大きくなるように形成することを特徴とする浮揚溶解炉。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の浮揚溶解炉において、セグメントの上部あるいは下部の少なくともいずれか一方に外径部からセグメント内の冷却水通路に通じる横孔を設け、その横孔の外周側にＯリング溝を設けるとともに、横孔に接続して冷却水を給排水する後付け冷却管を設けて、るつぼに上下誘導コイルを装着してから後付け冷却管をセグメントに取付けて冷却水回路を形成するようにしたことを特徴とする浮揚溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、導電性の被溶解材を交番磁界中に置いて電磁誘導作用によって誘導加熱するとともに、所定の分布の磁界を生成して被溶解材に電磁力による浮揚力を与えて浮揚状態で溶解する浮揚溶解炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来例の構成図を示す。この図４において、１はるつぼ、２は上誘導コイル、３は下誘導コイル、４は冷却水通水路、５はるつぼ１の出湯穴、６はるつぼ１の出湯穴５に続く出湯管部、８は溶湯、１１はるつぼ１を構成するセグメント、１２はセグメント１１間を絶縁する絶縁物を示す。この図３において、るつぼ１は冷却水通水路４を有する良導電金属製のセグメント１１と、セグメント間を絶縁する絶縁物１２とを周方向に積層して有底の円筒状に形成されその底部に溶湯を出す出湯穴５及びそれに続く出湯穴５より内径の大きい出湯管部６を持つように構成されている。また、るつぼ１の外径側に巻回された上誘導コイル２はるつぼ１内の金属を溶かし溶湯８にするとともに、溶湯８の側面に水平方向の電磁力を与えて浮揚した溶湯８を安定させている。下誘導コイル３は溶湯８を浮揚させるために大きな浮揚力を与えている。この出湯穴５の部分で穴径をすぼめて、出湯管部６では穴径を広げて下誘導コイル３により溶湯８に浮揚力を与える図４の例は本件出願人によって特願平６−４１６６０号にて既に提案されている。
【０００３】
図５は従来例のセグメントの外形図を示す。この図５において、４は冷却水通水路、９は冷却水接続管、１０は冷却水接続口、１１はセグメントを示す。この図５において、誘導コイルはるつぼとの径の差から下側から装着するしかなく、また、冷却水配管の接続はセグメント下部ではスペース的に困難であるために、最初は、冷却水接続管９、および冷却水接続口１０をセグメントの延長線上に配置しておき、上誘導コイル２と、下誘導コイル３とをるつぼ胴部に装着してから、冷却水接続管９を外側に折り曲げて、冷却水配管と接続するようにしている。
【０００４】
図６は出湯穴５の部分で穴径をすぼめて、出湯管部６では穴径を広げて溶湯に浮揚力を与える浮揚溶解炉の下誘導コイル３に電流を流した場合に、（ａ）るつぼ１誘導電流分布、（ｂ）溶湯８誘導電流分布、（ｃ）溶湯８に働く力の分布を示したものである。図中の○と□の記号は、下誘導コイル３によって、るつぼ１と溶湯８とに誘導される電流をしめしたもので、その記号の大きさが電流の大きさに比例し、○と□では電流の向きが逆であることを示す。また、溶湯に働く力は、矢印の長さがその大きさを表している。
【０００５】
溶湯８とその溶湯８に対向するるつぼ１の部分の電流の向きは逆であるから溶湯８とるつぼ１との間に反発する電磁力が働き、この電磁力が溶湯８の重力より大きければ、出湯穴５があっても、溶湯８は出湯しない。出湯穴５付近の電磁力が小さいと溶湯８は自重に耐えきれなくなり、出湯穴５から出湯する。
出湯穴５の部分で穴径をすぼめたこの例では、出湯穴５の内表面に誘導電流が集中しており、また、溶湯８に誘導される電流も溶湯底部で大きくなっているので、溶湯８に働く力も大きくなる。この溶湯底部に働く浮揚力は、出湯管部６の内径を出湯穴５の内径と同じにして、下誘導コイル３に同じ大きさの電流を印加した場合の浮揚力と比較して、４〜５倍になるので、下誘導コイル３に流す電流を少なくしても溶湯８への浮揚力は充分に保たれる。
【０００６】
上誘導コイル２と、下誘導コイル３とによるるつぼへの誘導電流により、るつぼが自己発熱する熱と、溶湯からるつぼへの輻射による熱はセグメント１１内の冷却水通水路４を介して冷却水で冷却される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成において、炉容量の大型化、または、溶解時間を短縮して、生産性向上を計るために、上誘導コイル、および下誘導コイル、または、上誘導コイル、下誘導コイルのいずれかに投入する電力を大きくすると、上誘導コイルおよび下誘導コイルによりるつぼに誘導する電流の中で出湯穴近辺に集中する電流が増加して出湯穴近辺を過熱するために、上誘導コイル、および下誘導コイル、または、上誘導コイル、下誘導コイルのいずれかに投入できる電力の最大値が制限される問題がある。
【０００８】
また、出湯穴近辺を過熱を抑えるために下誘導コイルに投入する電力を制限すると、炉容量を大きくする際に充分な浮揚力が与えられない問題がある。
従来例の冷却方法で出湯穴近辺の過熱を防止するためには冷却水通水路の径を大きくする必要があるが、上誘導コイルと溶湯との相対距離を変えないで冷却水通水路の径を大きくするためには、セグメントの周方向の長さを大きくする必要があるが、このことは溶湯全体に与える浮揚力を小さくするので、溶湯が浮揚しにくくなる問題がある。
【０００９】
また、冷却水の流速を早くして通水量を増す方法は、冷却水の圧力損失が流速の２乗に比例すること、および、この種炉の冷却水の流速は１３〜１５ｍ／ｓｅｃであり、炉出入り口での圧力損失が既に限界に近いことから問題がある。
また、セグメント下部の冷却水管を加熱して曲げ戻してからるつぼから上下誘導コイルを脱着するために、上下誘導コイル交換に時間がかかる問題がある。
【００１０】
この発明の目的は、出湯穴部分の冷却を良くして上誘導コイル、および、下誘導コイルに投入できる電力を大きくして、大容量化、および、高速溶解でき、また万一、上誘導コイルを交換する場合でも容易に交換できる浮揚溶解炉を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するためにこの発明の浮揚溶解炉は、長手方向に冷却水を通す冷却水通水路を有する良導電金属製のセグメントが周方向に絶縁物を介して積層されて有底の円筒状に形成されその底部に溶湯を出す出湯穴及びそれに続く出湯穴より内径の大きい出湯管部を有するるつぼと、るつぼの外径側に設けられた上誘導コイルと、出湯管部の外径側に設けられた下誘導コイルとを備えた浮揚溶解炉において、冷却水通水路は出湯穴の部分で内径側に迂回して形成し、この冷却水通水路の迂回部分はセグメントの外側より穿孔された溝部と、その溝部に冷却水通水路の迂回部分を形成するようにセグメントの外側から装着されてセグメントの外径部で溶着密封された台形の栓とで構成するものとする。
【００１２】
また、上記において、台形の栓の先端部分は出湯管部の冷却水通水路より内径側になるように構成するものとする。
【００１３】
また、上記において、台形の栓の流体との接触面は、良導電金属に、セラミック溶射、耐磨耗性金属の張り付け、耐磨耗性金属の接着のいずれか一つにより良導電金属素材以上の耐磨耗性を有するものとする。
【００１４】
また、上記において、冷却水通水路の迂回部分は、冷却水の出側部分の断面積が冷却水の入り側部分の断面積より大きくなるように形成するものとする。
【００１５】
また、上記において、セグメントの上部あるいは下部の少なくともいずれか一方に外径部からセグメント内の冷却水通路に通じる横孔を設け、その横孔の外周側にＯリング溝を設けるとともに、横孔に接続して冷却水を給排水する後付け冷却管を設けて、るつぼに上下誘導コイルを装着してから後付け冷却管をセグメントに取付けて冷却水回路を形成するようにする。
【００１６】
【作用】
セグメントの出湯穴に相当する部分は出湯穴の内径側に向かって尖っており、外径側から内径側に溝を堀り、その溝に先端が尖った台形の栓をして栓の先端部が出湯管部の通水路より内径側になるようにする。このようにして、冷却水通水路を出湯穴の内径側に迂回させることにより、冷却水通水路と出湯穴内径部分との熱伝導距離を短くする。また、栓の先端部が出湯管部の通水路より内径側になるようにして、迂回した水路内での水の淀みは無くなる。
【００１７】
さらに、迂回路の入り側の断面積を出側の断面積より小さくすると、出側の部分が乱流域になり、その部分の通水路の熱伝達率が良くなる。
また、栓の通水路内の部分は、表皮効果によりほとんど誘導加熱されないので、その部分を硬度を良導電金属（銅）の硬度より高くすれば冷却水中に含まれる砂等による磨耗を防ぐことができる。
【００１８】
なお、後付け冷却管は、Ｏリングを挟着してセグメントにねじで締結しているので、その着脱は容易である。
【００１９】
【実施例】
図１はこの発明の一実施例の主要部の構成図を示す。この図１において、従来例と同一の符号を付けた部材はおおよそ同一の機能を有するのでその説明は省略する。この図１において、１はるつぼ、２は上誘導コイル、３は下誘導コイル、４１は冷却水通水路、５はるつぼ１の出湯穴、６はるつぼ１の出湯穴５に続く出湯管部、７は冷却水迂回路を形成する栓、８は溶湯、１１はるつぼ１を構成するセグメント、１２はセグメント１１間を絶縁する絶縁物を示す。この図１において、るつぼ１は長手方向に冷却水通水路４を有する良導電金属製のセグメント１１と、セグメント間を絶縁する絶縁物１２とを周方向に積層して有底の円筒状に形成されその底部に溶湯を出す出湯穴５及びそれに続く出湯穴５より内径の大きい出湯管部６を持つように構成されている。また、るつぼ１の外径側に巻回された上誘導コイル２はるつぼ１内の金属を溶かし溶湯８にするとともに、溶湯８の側面に水平方向の電磁力を与えて浮揚した溶湯８を安定させている。下誘導コイル３は溶湯８を浮揚させるために大きな浮揚力を与えている。
【００２０】
冷却水通水路４１は出湯穴５部分においてセグメント１１の外側からセグメント１１に開けられた溝１０と、セグメント１１の外径側からその溝１０を密封するように溶着された台形の栓７とで出湯穴５の内径側に迂回して形成されている。この台形の栓７の先端部分は出湯管部６の冷却水通水路４１より内径側になるように構成されている。実験によれば、冷却水通水路４１を迂回させた場合（図１に示された実施例）と、迂回させない場合（図３に示された既提案）について、同じ電力を投入して、出湯穴５がるつぼの底部に繋がるるつぼの底部の近辺の温度上昇は、冷却水通水路４１を迂回させた場合が７０℃であったのに対し、迂回させない場合が１７０℃であった。冷却水通水路４１を迂回させたことは、この部分への入熱量が迂回させない場合の約２．４倍になるまで、浮揚力を与える下誘導コイル３への投入電力、上誘導コイル２への溶解電力、または、両者の合計電力のいずれかを増加させることを可能にする。なお、台形の栓７には高速で流れる冷却水が衝突する。そこで、栓７は、冷却水との接触面の耐磨耗性を増すために、良導電金属に、セラミック溶射、耐磨耗性金属の張り付け、耐磨耗性金属の接着のいずれかの手段が施されている。
【００２１】
出湯穴５の所で穴径をすぼめて、出湯管部で穴径を広げて、溶湯８に大きな浮揚力を与えること、および溶湯８が浮揚する説明は従来例に述べた通りなので省略する。
図２はこの発明の別の実施例の主要部の構成図を示す。この図２が図１と異なる点は、栓７を溝１０内への冷却水の入り側にずらせることにより、冷却水通水路４２の迂回路の出側の断面積を入り側の断面積より大きくした点である。このことにより、冷却水は迂回路の出側で乱流となり、出湯穴５部での熱伝逹を向上させる効果がある。なお、矢印は冷却水の流れ方向を示す。
【００２２】
図３はこの発明の他の実施例の主要部の構成図を示す。この図３において、２は上誘導コイル、３は下誘導コイル、４はセグメント１１の冷却水通水路、１０は冷却水接続口、１３は後付け冷却管、１４はＯリング溝を示す。この図３において、セグメント１１の上部、および下部の外径部からセグメント１１内の冷却水通路４に通じる横孔が開けられており、その横孔の外周側にＯリング溝１４と、セグメント１１に後付け冷却管を取付けるためのねじ孔（図示せず）とを開けて、Ｏリング溝１４にＯリング（図示せず）を挿入して、後付け冷却管１３で挟着して、後付け冷却管１３に冷却水接続口１０を取り付けて、冷却水接続口１０に配管して冷却水回路を接続する。なお、後付け冷却管１３の取り付けは、るつぼに上下誘導コイル２、３を装着してから行う。後付け冷却管１３の使用はセグメント１１の下部のみ、または、上部のみとし、セグメント上部、または、下部は従来例と同じにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
この発明によれば、誘導電流が集中する出湯穴部分の冷却効果を高めるので上誘導コイルに投入する電力をその分大きくして、炉容量の大容量化、および、溶解時間を短縮し、生産性を向上させる効果がある。また、後付け冷却管は、Ｏリングを挟着してセグメントにねじで締結しているので、その着脱は容易であり、誘導コイルの交換時に交換時間が短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例の主要部分の構成図
【図２】        この発明の別の実施例の主要部分の構成図
【図３】        この発明の他の実施例の主要部分の構成図
【図４】        従来例の構成図
【図５】        従来例の従来例のセグメントの外形図
【図６】        （ａ），（ｂ），（ｃ）は従来例のるつぼおよび溶湯に生じる誘導電流の分布および溶湯への電磁力の分布を示す図
【符号の説明】
１    るつぼ
２    上誘導コイル
３    下誘導コイル
４    冷却水通水路
５    出湯穴
６    出湯管部
７    栓
８    溶湯
１１    セグメント
１２    絶縁物
１３    後付け冷却管
４１、４２    冷却水通水路
【図１】
0003805410.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003805410.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003805410.tif 000007