JP2008256233A - Induction heating coil and induction melting furnace - Google Patents
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Description
本発明は、誘導加熱コイル、および該誘導加熱コイルを備えた誘導溶解炉に関する。 The present invention relates to an induction heating coil and an induction melting furnace including the induction heating coil.
電磁誘導作用によって金属を溶解する誘導溶解炉は、一般に、金属が投入される坩堝の周囲に誘導加熱コイルが巻回された構成となっている。コイルは中空の銅製パイプがよく用いられ、該銅製パイプの内部に冷却水等の冷媒が流通される。また、コイルは絶縁のために表面に絶縁材が被覆されることが多く、絶縁材としては、シリコーンゴム、ガラステープ、あるいは有機系ワニス等が用いられている。 Induction melting furnaces that melt metal by electromagnetic induction generally have an induction heating coil wound around a crucible into which metal is charged. A hollow copper pipe is often used as the coil, and a coolant such as cooling water is circulated inside the copper pipe. In addition, the coil is often covered with an insulating material for insulation, and silicone rubber, glass tape, organic varnish, or the like is used as the insulating material.
ところが、これらの絶縁材の中には高温になると熱分解を起こしてガスを放出するものがあり、特に真空中や減圧不活性雰囲気中で溶解を行う真空誘導溶解炉では、溶解雰囲気中にこれらのガスが放出されることで正常な雰囲気でなくなること、さらに圧力も上昇するとなどにより溶解金属に酸化などの反応を生じ、品質の低下を引き起こす。また、ガス放出が多くなると放電を引き起こす可能性が高まり、さらに、高温環境では有機系材料の炭化などが発生して絶縁機能を維持できなくなり、絶縁破壊に至り、安全な操業ができなくなる。そこで、無機材料のセラミックスを絶縁材としたものが提案され、さらには、絶縁材を被覆しない裸コイルが提案されている(特許文献1等参照)。
コイルの表面に被覆される絶縁材は、高熱にさらされることによって焼損しやすいものであった。また、上記ガス放出はできるだけ低減されなければならないものの、ガス放出のない裸コイルでは絶縁性が不十分である。また、セラミックス絶縁材では、ピンホールが生じたり剥離したりして十分な絶縁性を得にくいといった問題があった。 The insulating material coated on the surface of the coil was easily burned by being exposed to high heat. In addition, although the gas emission must be reduced as much as possible, the bare coil without gas emission has insufficient insulation. In addition, the ceramic insulating material has a problem that it is difficult to obtain sufficient insulating properties due to pinholes or peeling.
よって本発明は、高熱による焼損やガス放出の発生が抑えられるとともに、ピンホールや剥離といった欠陥が起こりにくく、かつ十分な絶縁性が発揮される誘導加熱コイル、および該誘導加熱コイルを備えた誘導溶解炉を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention suppresses the occurrence of burnout and outgassing due to high heat, makes it difficult to cause defects such as pinholes and peeling, and exhibits sufficient insulation, and an induction coil equipped with the induction heating coil It aims to provide a melting furnace.
本発明の誘導加熱コイルは、巻回されたパイプの表面に、無機絶縁材からなる布地状の基材に無機絶縁含浸材が含浸されてなる絶縁材が被覆されていることを特徴としている。 本発明の無機絶縁材からなる基材は、ガラス繊維をテープ状に編んだガラステープが好適に用いられる。無機絶縁含浸材は基材の気孔に入り込んで含浸した状態となっており、このように含浸状態とするには、無機絶縁含浸材を溶剤に分散して液状としたものを基材に染み込ませて含浸し、この後、該液状の無機絶縁含浸材を乾燥させると本発明の絶縁材として適切なものをパイプ表面に形成することができる。 The induction heating coil of the present invention is characterized in that the surface of a wound pipe is coated with an insulating material obtained by impregnating a fabric-like base material made of an inorganic insulating material with an inorganic insulating impregnating material. As the base material made of the inorganic insulating material of the present invention, a glass tape obtained by knitting glass fibers in a tape shape is preferably used. The inorganic insulating impregnated material enters the pores of the base material and is impregnated. To make such an impregnated state, the inorganic insulating impregnated material is dispersed in a solvent and liquefied. After that, when the liquid inorganic insulating impregnating material is dried, an appropriate insulating material of the present invention can be formed on the pipe surface.
本発明の誘導加熱コイルによれば、パイプの表面に被覆された絶縁材は、無機絶縁材からなる基材に無機絶縁含浸材を含浸させた無機物からなるものであるから、この絶縁材は、高熱化においても焼損するおそれがない。また、本発明の絶縁材は、無機絶縁含浸材を基材に含浸させた構成によりピンホールが発生しにくいとともに、ヒートサイクルを受けても剥離しにくい。また、基材および無機絶縁含浸材は有機物のように熱分解を起こさないため、高温状態でもガス放出することがない。このような絶縁材が被覆された本発明の誘導加熱コイルは、絶縁性が十分に発揮される。 According to the induction heating coil of the present invention, the insulating material coated on the surface of the pipe is made of an inorganic material in which a base material made of an inorganic insulating material is impregnated with an inorganic insulating impregnating material. There is no risk of burning even at high heat. In addition, the insulating material of the present invention is less likely to generate pinholes due to the structure in which the base material is impregnated with an inorganic insulating impregnated material, and is difficult to peel off even when subjected to a heat cycle. Further, since the base material and the inorganic insulating impregnated material do not undergo thermal decomposition like organic substances, they do not release gas even at high temperatures. The induction heating coil of the present invention coated with such an insulating material exhibits sufficient insulation.
次に、本発明の誘導溶解炉は、上記本発明の誘導加熱コイルが坩堝の周囲に巻回されていることを特徴としている。本発明の誘導溶解炉は、誘導加熱コイルに電流を流すと坩堝に投入された金属が誘導電磁作用によって溶解される形式のもので、高周波電流を流す高周波誘導溶解炉や高周波真空誘導溶解炉等を含む。 Next, the induction melting furnace of the present invention is characterized in that the induction heating coil of the present invention is wound around a crucible. The induction melting furnace of the present invention is of a type in which when a current is passed through an induction heating coil, the metal charged in the crucible is melted by induction electromagnetic action, such as a high frequency induction melting furnace or a high frequency vacuum induction melting furnace in which a high frequency current is passed. including.
本発明は、高熱による焼損やガス放出の発生が抑えられるとともに、ピンホールや剥離といった欠陥が起こりにくく十分な絶縁性が発揮される絶縁材が表面に被覆された誘導加熱コイルと、このような誘導加熱コイルを備えた誘導溶解炉を得ることができるといった効果を奏する。 The present invention includes an induction heating coil whose surface is coated with an insulating material that suppresses the occurrence of burnout and outgassing due to high heat, and does not cause defects such as pinholes and peeling, and exhibits sufficient insulation. There exists an effect that the induction melting furnace provided with the induction heating coil can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
<1>高周波誘導溶解炉
図1は本発明の一実施形態に係る誘導溶解炉を示している。この溶解炉1は、有底円筒状の坩堝10と、この坩堝10の胴部10aの周囲に巻回された状態で配された誘導加熱コイル20と、このコイル20に電流を流す電源30とを備えてなる。この溶解炉1によれば、コイル20に電源30から電流を流すことにより、坩堝10内に装入された金属に渦電流が発生し、該金属がジュール熱によって加熱し、溶解される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<1> High Frequency Induction Melting Furnace FIG. 1 shows an induction melting furnace according to an embodiment of the present invention. The melting furnace 1 includes a bottomed
溶解炉1の種類としては特に制限はなく、例えば、真空雰囲気内で金属を溶解する真空溶解炉や、坩堝10内で溶解した金属が未溶解の金属上で浮遊状態となって炉内壁には接触しないコールドクルーシブル型の溶解炉等が挙げられる。また、電源30としては低周波、中周波、あるいは高周波の形式がある。坩堝10は溶解炉1の形式によって材質が異なり、一般的にはアルミナ(Al2O3)やマグネシア(MgO)等の耐火物が用いられる。また、コールドクルーシブル型の溶解炉では、坩堝10は水冷された銅製のものが用いられる。坩堝10内に装入されて溶解される金属は、鉄、もしくは非鉄系金属またはそれらの合金形態である。溶解金属に応じて坩堝10の材質やコイル20に流される電流値が適宜選択される。
The type of the melting furnace 1 is not particularly limited. For example, a vacuum melting furnace that melts a metal in a vacuum atmosphere, or a metal melted in the
<2>誘導加熱コイル
上記コイル20は、図2に示すように、断面矩形状の中空銅製パイプ21を主体として構成されている。このパイプ21は、坩堝10の胴部10aの周囲に、該胴部10aとの間に適宜間隔を空けて複数回にわたり螺旋状に巻回されている。このパイプ21に電源30から例えば高周波電流が流されることにより、坩堝10内に装入された金属が溶解されるが、パイプ21の中空部21aには過熱を抑えるために冷却水が流される。また、パイプ21の表面には、図2に示すように絶縁材22が被覆されている。
<2> Induction heating coil As shown in FIG. 2, the
この絶縁材22は、シリカ(二酸化ケイ素:SiO2)、アルミナ(Al2O3)等の無機絶縁材料によって厚さが0.1〜1mm程度の布地状に加工され、かつテープ状に形成されたガラステープ(無機絶縁材)23に、無機絶縁含浸材24が含浸されてなるものである。無機絶縁含浸材24は、アルミナ(Al2O3)、シリカ(SiO2)、マグネシア(MgO)、チタニア(TiO2)、ジルコニア(ZrO2)、イットリア(Y2O3)、トリア(ThO2)、カルシア(CaO)等の金属酸化物の1種類、もしくは複数種類の混合物が用いられる。無機絶縁含浸材24はガラステープ23の繊維間の気孔に入り込んで含浸し、かつガラステープ23の表面を被覆する厚さで、ガラステープ23に被覆されている。
This insulating
無機絶縁含浸材24をガラステープ23に含浸させるには、液体溶剤が混入された希釈溶剤中に粒状あるいは粉状の無機絶縁含浸材24を分散させて液状としたものをガラステープ23に染み込ませる。この後、該液状の無機絶縁含浸材24を乾燥させることにより、乾燥した無機絶縁含浸材24がガラステープ23中に含浸された絶縁材22を得ることができる。液体溶剤としては、トルエン、キシレン、アセトン、アルコール等およびバインダーが用いられる。
In order to impregnate the
パイプ21の表面に絶縁材22を被覆するには、まず、図3(a)に示すパイプ21の表面に、図3(b)に示すようにガラステープ23を巻き付ける。ガラステープ23は、図4に示すように、間隔が空いてパイプ21の表面が露出しないように螺旋状に巻き付け、また、複数層になるように巻き付けてよい。巻き付ける層の数が多いほど厚さは増し、絶縁性能が向上するが、熱膨張による割れ等を考慮し、適宜厚さを決める。次いで、上記のように希釈溶剤に分散させた液状の無機絶縁含浸材24を、図3(c)に示すようにガラステープ23に塗布して染み込ませ、十分に含浸させる。この後、液状の無機絶縁含浸材24を乾燥させて、ガラステープ23に無機絶縁含浸材24が含浸された絶縁材22を得る。
In order to cover the surface of the
液状の無機絶縁含浸材24をガラステープ23に塗布するには、刷毛による塗布やスプレーによる塗布などの方法が採用される。また、乾燥は300℃程度に加熱することにより、希釈溶剤が短時間で確実に揮発し、絶縁材22をガラステープ23および無機絶縁含浸材24のみからなるものとすることができる。乾燥のための加熱方法は、ヒータ等の適宜な加熱手段を用いてもよく、また、パイプ21に電流を流して溶解炉1を運転状態とすることによっても加熱することができる。
In order to apply the liquid inorganic
なお、可能であれば、はじめにガラステープ23に液状の無機絶縁含浸材24を含浸させた湿潤した絶縁材22を作製し、この絶縁材22をパイプ21に巻き付け、この後に乾燥させるといった方法でパイプ21に絶縁材22を被覆する方法、あるいはガラステープを巻き付けながら無機絶縁材を含浸させる方法もある。しかしながら、上記のようにはじめにガラステープ23をパイプ21に巻き付けてから無機絶縁含浸材24を塗布して含浸させる方法の方が、ガラステープ23の巻き付け易さなどの観点から好ましい。
If possible, a wet
図5は本発明の別の実施例で、本発明に係るコイル20を、溶解炉ではなく、被加熱材料11を直接加熱するのに用いた例を示したものである。これは、コイル20は被加熱材料11を所定の温度になるように直接加熱する。被加熱物11は所望の金属、合金の他黒鉛などである。この場合、被加熱材からコイルに直接輻射を受け、コイル表面が高温にさらされるが、本発明のコイル20では、1000℃の輻射を繰り返し受ける場合にも問題なく使用できる。
FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, in which the
以上が本実施形態のコイル20であり、このコイル20によれば、パイプ21の表面に被覆された絶縁材22は、無機絶縁材22からなるガラステープ23に無機絶縁含浸材24を含浸させた無機物からなるものであるから、この絶縁材22は、高熱化においても焼損するおそれがない。また、この絶縁材22は、無機絶縁含浸材24をガラステープ23に含浸させた構成により、ピンホールが発生しにくいとともにヒートサイクルを受けても剥離しにくいといった利点がある。また、ガラステープ23および無機絶縁含浸材24は有機物のように熱分解を起こさないため、高温状態でもガス放出することがない。そして、このような絶縁材22が被覆された本発明の誘導加熱コイルは、絶縁性が十分に発揮される。
The above is the
1…誘導溶解炉
20…誘導加熱コイル
21…パイプ
22…絶縁材
23…ガラステープ(基材)
24…無機絶縁含浸材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
24. Inorganic insulating impregnating material
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JP2007096735A JP2008256233A (en) | 2007-04-02 | 2007-04-02 | Induction heating coil and induction melting furnace |
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- 2007-04-02 JP JP2007096735A patent/JP2008256233A/en active Pending
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