JP5578112B2 - 誘導加熱装置の冷却方法 - Google Patents
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Description
そのため、湯道に面する耐火物中に湯漏れ検知アンテナを埋め込んでおき、この湯漏れ検知アンテナと溶湯との間に電圧を印加して、耐火物を介して溶湯と湯漏れ検知アンテナとの間に流れる電流を監視することにより、湯漏れ(溶湯の漏洩)を検知することが行われている(例えば、特許文献1〜3参照)。
しかし、この電気抵抗値が低下する要因は湯漏れだけではなく、他の要因によって電気抵抗値が低下し、湯漏れが発生したと誤認する(湯漏れ誤検知)場合がある。具体的には、チャンネル型誘導加熱装置の印加電力を低出力状態(保熱操業)、即ちスクラップや型銑等の冷鉄源を溶解せず、溶湯を維持するのみの最低限の電力のみを印加している状態から高出力状態(加熱操業)、即ち誘導加熱装置の定格出力を用いて最大限の冷鉄源を溶解する状態に移行する際に、一時的に湯漏れ誤検知が起きることがある。
誘導加熱装置内には、電力効率を上げるため、必要最小限の厚みとした耐火物を湯道に面して配置し、誘導加熱コイルと湯道を可能な限り接近させている。このため、湯道を構成する耐火物として、ドライスタンプ材(乾式ラミング材とも言う)と呼ばれる、水を添加しない粉粒状の不定形耐火物が適用されることが多い。ドライスタンプ材を適用すると、高温に曝される湯道の稼働面近傍が焼き固まって焼結体となり湯道壁面が形成される。一方、その背面はドライで未焼結な粉粒圧密体の状態が維持される。これにより、焼結体に亀裂が入り当該亀裂に溶湯が浸入(湯漏れの開始)しても、その溶湯の熱によって背面の粉粒圧密体が焼結し、それ以上の湯漏れの進展が阻止される。その結果、外装ケースに達するような湯漏れが回避される。
しかし、ドライスタンプ材を適用する場合でも、誘導加熱装置を構成する耐火物には微量の自由水や結晶水が含まれている。また、誘導加熱装置内には、誘導加熱装置の施工時に大気中に含まれていた水分が閉じ込められている。本発明者等は、これらの水分が湯道近傍の高温部で蒸発し、水冷構造とされている外装ケースやブッシング(湯道を形成する耐火物と誘導加熱コイルとの間に設けられる隔壁)の近傍で結露して付近の耐火物中に湿潤部を形成することにより、外装ケースと湯漏れ検知アンテナとの間の耐火物湿潤部を経由して電気抵抗値が低下することを発見した。
特に、誘導炉を待機状態(保熱操業状態)からスクラップ溶解状態(加熱操業状態)へ移行させる過渡期においては、チャンネル型誘導加熱装置の印加電力が低出力状態から高出力状態へ移行し、チャンネル型誘導加熱装置の湯道を構成する耐火物の稼働面近傍の温度が大きく上昇する。これに伴って、湯道近傍の高温部から発生した水蒸気が湯漏れ検知アンテナの近傍で結露することにより、湯漏れ誤検知が発生する。但し、チャンネル型誘導加熱装置が高出力状態になると、外装ケース及びブッシングの温度も印加電力による発熱等によって上昇するため、概ね1〜6時間後には結露がなくなり、湯漏れ誤検知は解消される。
即ち、本発明は、溶融金属が流れるループ状の流路を形成する耐火物と、前記耐火物を被覆する外装ケースと、前記耐火物の内周面に内張りされたブッシングと、前記外装ケース及び前記ブッシングに付設された水冷管と、前記ブッシングで画成された空洞部の中央に配置された誘導加熱コイルと、前記耐火物中に埋設された湯漏れ検知アンテナとを備えるチャンネル型誘導加熱装置の冷却方法に関するものであって、
前記水冷管を流れる冷却水の温度が、前記冷却水と前記外装ケース及び前記ブッシングのそれぞれとが熱交換を開始する位置である、前記外装ケース及び前記ブッシングの各入口で40℃以上、且つ前記冷却水と前記外装ケース及び前記ブッシングのそれぞれとが熱交換を終了する位置である、前記外装ケース及び前記ブッシングの各出口で100℃未満であることを特徴としている。
上記現象に対して、本発明では、外装ケース及びブッシングへ供給される冷却水の温度を制御し、低出力状態においても冷却水温度が40℃以上となるようにする。これにより、低出力状態から高出力状態へ移行する際も、外装ケース及びブッシングの近傍温度が露点より高い温度に維持され、結露の発生が抑制される。なお、冷却水の温度の上限値は沸点(100℃)未満としている。
誘導炉10の両側面下部には、誘導炉10の中心軸方向に間隔をあけてチャンネル型誘導加熱装置11(以下では、単に「誘導加熱装置」と呼ぶ。)が複数設置されている(本実施の形態では、片側3基、計6基設置されている。)。また、誘導炉10の一方の側面には、スクラップを装入するためのスクラップ装入口12が、他方の側面には、溶湯を投入するための受銑口(図示省略)と溶湯を排出するための出銑口(図示省略)が設けられている。
誘導加熱コイル22に交流電流を流すことにより、鉄心23に磁束が発生する。この磁束が、流路13内を流れる溶湯からなる溶湯電路と鎖交することにより、溶湯電路内に誘導電流が発生し、この誘導電流によるジュール熱により溶湯が加熱される。一般に、1ターンの溶湯電路に発生する誘導電流は大電流となる。
また、外装ケース17とブッシング20には、各々を冷却するための水冷管(図示省略)が付設されている。外装ケース17及びブッシング20が水冷ジャケットとなっていることが多い。誘導加熱装置11に付設される水冷設備は、誘導加熱装置11の定格出力に見合った冷却能力を発揮するように設計されるため、低出力状態では冷却過剰となっている。
耐火物18、19はドライスタンプ材あるいは乾式ラミング材と呼ばれる粉粒状の不定形耐火物で構成されており、耐火物18、19には微量の自由水や結晶水が含まれている。また、スタンプ材はランマーで打ち込み施工されるため、誘導加熱装置11の施工に伴って、大気中に含まれる水分が誘導加熱装置11内に閉じ込められることになる。大気中に含まれる水分は施工時季によって変化するため、誘導加熱装置11内に閉じ込められる水分量も施工時季によって変化するが、夏の室温・湿度と冬の室温・湿度の間、概ね温度5〜35℃、湿度40〜70%の大気に含まれる水分量と考えてよい。
誘導加熱装置11の出力を低出力状態から高出力状態へ移行させた場合、印加電力により流路13の温度が上昇する。これに伴って、耐火物18、19の温度分布が高温側へシフトするため、誘導加熱装置11内において水分が液体として存在可能な領域が減少し、耐火物18、19内の高温側から追い出された水分は外装ケース17及びブッシング20の内面近傍に集積して結露して付近の耐火物中に湿潤部を形成する。その結果、外装ケース17と湯漏れ検知アンテナ25との間の耐火物湿潤部を経由して電気抵抗値が低下して湯漏れ誤検知が発生する。
図中、A1の線は保熱操業時の耐火物温度を、Bの線は加熱操業時の耐火物温度を表している。また、C1の線は保熱操業から加熱操業に移行する過渡期の耐火物温度であって、出力の上昇速度が速い場合(0.1MW/分超)を表している。一方、A0の線は保熱操業時の露点を、B0は加熱操業時の露点を表している。また、C0は保熱操業から加熱操業に移行する過渡期の露点を表している。
(a)外装ケース17が冷却されているため、外装ケース17に近づくほど耐火物温度が低くなっており、保熱操業時における外装ケース17(耐火物厚み0mm)の温度は30℃、加熱操業時における外装ケース17の温度は40℃である。保熱操業から加熱操業に移行すると、誘導加熱される流路13の溶湯温度が上昇し、タイムラグを伴って外装ケース17の温度も上昇を開始する。
(b)耐火物温度が100℃以上の領域では、耐火物中の吸着水が蒸発し、水分量が減少する。逆に、耐火物温度が100℃未満の領域は水分量が多い(露点が高い)。但し、耐火物は通気性を有しているため、水分量に大きな偏りは無いものと考えられる。
(c)加熱操業時は、保熱操業時に比べて100℃未満の領域が減少するため、100℃未満の領域の水分量(露点)が上昇する。則ち、保熱操業から加熱操業への移行に伴って、外装ケース17の近傍では露点が上昇する。
(e)保熱操業から加熱操業に急速に移行した場合でも、外装ケース17に近接する部位の耐火物温度が常に40℃以上であるため、C2>C0となり、結露は発生しない。
(1)冷却水の温度が40℃になった時点でチラーがOFF、冷却水の温度が100℃になった時点でチラーがONとなるように、サーモスタット等の温度調節器を用いてチラーをON/OFF制御する。
(2)冷却水の一部がチラーを迂回するバイパス経路を設けておく。冷却水の温度が40℃未満になった場合は、冷却水の一部がバイパス経路を流れるようにすることで、冷却水の温度が40℃以上となるようにする。
Claims (1)
- 溶融金属が流れるループ状の流路を形成する耐火物と、前記耐火物を被覆する外装ケースと、前記耐火物の内周面に内張りされたブッシングと、前記外装ケース及び前記ブッシングに付設された水冷管と、前記ブッシングで画成された空洞部の中央に配置された誘導加熱コイルと、前記耐火物中に埋設された湯漏れ検知アンテナとを備えるチャンネル型誘導加熱装置の冷却方法であって、
前記水冷管を流れる冷却水の温度が、前記冷却水と前記外装ケース及び前記ブッシングのそれぞれとが熱交換を開始する位置である、前記外装ケース及び前記ブッシングの各入口で40℃以上、且つ前記冷却水と前記外装ケース及び前記ブッシングのそれぞれとが熱交換を終了する位置である、前記外装ケース及び前記ブッシングの各出口で100℃未満であることを特徴とする誘導加熱装置の冷却方法。
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