JP6086276B2 - コールドクルーシブル溶解炉 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱により被溶解金属を溶解する溶解炉に関し、特に、冷却によってスカルを形成しながら誘導加熱溶解を行うコールドクルーシブル溶解炉に関する。

従来、被溶解金属を誘導加熱により溶解する装置としては、例えば、銅などの金属で形成され、内部に冷却水路を有する炉本体と、炉本体の周囲に配置された誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉がある。このコールドクルーシブル溶解炉で炉本体に収容された被溶解金属を溶解する場合、誘導加熱コイルによって被溶解金属を誘導加熱するとともに、冷却水路に冷却水を通すことによって炉本体を冷却する。これにより、炉本体に収容された被溶解金属は、外周側において炉本体に抜熱されるため、この外周側で被溶解金属が冷却されて凝固したスカルが形成され、内部のみが溶融することとなる。このため、被溶解金属が溶解した溶湯は、スカルによって炉本体と隔離されることにより炉本体からの汚染が防止される。また、炉本体は、上記のように金属で形成されていることから、急速溶解したとしても割れなどの損傷が生じる恐れがない。このため、コールドクルーシブル溶解炉では、高純度の溶湯を高速で生成することが可能である。

ところで、近年、前記コールドクルーシブル溶解炉により生成される溶湯を、鋳型への湯流れ良好なものとし、これにより製品品質及び歩留まりの向上を図ることを目的として、被溶解金属の融点に対して＋１００℃以上、望ましくは＋１５０℃以上まで過昇温させることが望まれている。しかしながら、従来のコールドクルーシブル溶解炉では、炉本体に収容された被溶解金属は、炉本体を形成する材質（銅など）の熱伝導率に応じた抜熱量で炉本体に抜熱されてしまうことにより、被溶解金属の融点に対して＋１００℃未満でしか過昇温できなかった。

前記事情に鑑み、特許文献１に係る発明がなされた。この発明に係るコールドクルーシブル溶解炉は、被溶解金属を収容する収容凹部を有する炉本体と、前記炉本体を冷却する冷却手段と、前記炉本体の外周側に配置され、前記炉本体の収容凹部に収容された被溶解金属を誘導加熱する誘導加熱コイルとを備えたコールドクルーシブル溶解炉であって、前記収容凹部を構成する前記炉本体の内面のうち少なくとも底面は、前記被溶解金属より融点の高い耐火物によって形成された熱緩衝部材で覆われている。

この発明によれば、収容凹部に収容された被溶解金属は、誘導加熱コイルによって誘導加熱されるとともに、冷却手段によって冷却された炉本体から抜熱され、これにより外周部でスカルを形成しつつ、内部に溶湯を生成することができる。ここで、炉本体による抜熱は、被溶解金属に面する炉本体の内面から行われるが、耐火物で形成された熱緩衝部材で覆われた底面については、この熱緩衝部材を介して抜熱が行われることとなり、直接抜熱が行われるのと比較して抜熱量を低減できる。このため、被溶解金属を効果的に加熱でき、被溶解金属を急速溶解できる。これにより、被溶解金属の融点に対して＋１５０℃以上の過昇温が可能である。

特開２００９−８５５２５号公報

ところで、このようなコールドクルーシブル溶解炉は、収容凹部内の溶湯の温度を測定する温度測定手段を備える。この温度測定手段の一例として、放射温度計が炉本体の上方に離れて設けられている（特許文献１には明記なし、図３を参照）。この放射温度計による測温により、溶湯が出湯に適する所望の温度に昇温されたことを検知し、次工程処理、具体的には出湯処理（溶湯を前記収容凹部から取り出す処理）、または、誘導加熱コイルに供給する電力を低下させる処理などを行っている。

しかし、この温度測定手段による測温は、時に、正常に行われない事態が発生する。この事態は、放射温度計の場合では、溶湯から生じる煙の影響、放射温度計のレンズの汚れまたは曇りの影響、遮蔽物の影響、炉本体との位置関係による測温位置のずれ等により引き起こされる。このような事態が発生すると、前記熱緩衝部材の存在によって、炉本体の底面からの抜熱量が低減されていることから、炉本体における熱の残留量が大きくなり、従来の、底面が熱緩衝部材で覆われていないコールドクルーシブル溶解炉と比較して、溶湯が急速に昇温する。もし、所望の温度を超えて溶湯が急速に昇温した場合、炉本体は冷却水が通されて冷却されていることから、当該炉本体が溶融する程に過熱することはない。しかしながら、熱緩衝部材は炉本体のような冷却がなされていないため、前記急速な昇温による異常な過熱に耐えられなくなって破損したり、過熱でスカルが減少（あるいは消失）して熱緩衝部材が溶湯に直接接触すること等に起因し、溶湯に溶出した耐火物により溶湯が汚染されたりする可能性があり、鋳造に支障をきたすことがある。よって、温度測定手段による測温が正常に行われなかった等の場合でも、熱緩衝部材が異常な過熱をされないように、溶湯が所望の温度に昇温した時点で適切に次工程処理を行うことができるコールドクルーシブル溶解炉が望まれていた。

そこで本発明は、溶湯が所望の温度に昇温された時点で適切に次工程処理を行うことで、熱緩衝部材が過熱して破損することを回避できるコールドクルーシブル溶解炉を提供することを課題とする。

本発明に関連する参考例は、被溶解金属を収容する収容凹部を有する炉本体と、前記炉本体の外周側に配置され、前記収容凹部に収容された被溶解金属を誘導加熱して溶湯とする誘導加熱コイルとを備え、前記炉本体の内面の少なくとも一部は、前記被溶解金属より融点の高い耐火物によって形成された熱緩衝部材で覆われたコールドクルーシブル溶解炉であって、前記誘導加熱コイルに供給した電力量を割り出す電力量割出手段と、前記電力量割出手段により割り出された電力量に基づいて次工程処理を行う制御部と、を備えるコールドクルーシブル溶解炉である。

これによれば、電力量割出手段により割り出された電力量に基づいて、制御部が適切に次工程処理を行うため、熱緩衝部材の過熱を回避できる。

そして、本発明に関連する参考例の更なる態様として、前記制御部は、前記電力量割出手段により割り出された電力量が設定値に達した場合に、前記次工程処理を行う。

この態様によれば、電力量の設定値を適切に定めておくことにより、熱緩衝部材の過熱回避が確実になされる。

そして、本発明に関連する参考例の更なる態様として、前記制御部は、前記電力量割出手段により割り出された電力量が前記収容凹部内の溶湯の温度に対応する設定値に達した場合に、前記次工程処理を行う。

この態様によれば、溶湯の温度に対応した電力量の設定値に基づいて、制御部が次工程処理を行うため、熱緩衝部材の過熱回避が確実になされる。

そして、本発明は、被溶解金属を収容する収容凹部を有する炉本体と、前記炉本体の外周側に配置され、前記収容凹部に収容された被溶解金属を誘導加熱して溶湯とする誘導加熱コイルとを備え、前記炉本体の内面の少なくとも一部は、前記被溶解金属より融点の高い耐火物によって形成された熱緩衝部材で覆われたコールドクルーシブル溶解炉であって、前記収容凹部内の溶湯の温度を測定する温度測定手段と、前記誘導加熱コイルに供給した電力量を割り出す電力量割出手段と、前記温度測定手段により測定された溶湯の温度が設定値に達した場合、または、前記電力量割出手段により割り出された電力量が設定値に達した場合に、次工程処理を行う制御部と、を備え、前記電力量割出手段により割り出された電力量の設定値は、前記温度測定手段により測定された溶湯の温度の設定値に対応する電力量の値よりも大きく設定されるコールドクルーシブル溶解炉である。

これによれば、温度測定手段により測定された溶湯の温度が設定値に達した場合か、電力量割出手段により割り出された電力量が設定値に達した場合のいずれかにより、制御部が次工程処理を行う。このため、各手段のいずれかが正常に動作しない場合であっても、熱緩衝部材の過熱を回避できる。

また、温度測定手段により測定された溶湯の温度に基づく次工程処理のタイミングよりも、電力量割出手段により割り出された電力量に基づく次工程処理のタイミングが後になる。このため、電力量割出手段が温度測定手段を補完して次工程処理を行うこととなり、温度測定手段による測温が正常に行われない事態が発生しても、熱緩衝部材の過熱回避が確実になされる。

そして、本発明の更なる態様として、前記次工程処理は、前記溶湯を前記収容凹部から取り出す処理、または、前記誘導加熱コイルに供給する電力を低下させる処理である。

この態様によれば、制御部が溶湯を前記収容凹部から取り出す処理、または、誘導加熱コイルに供給する電力を低下させる処理を行うことで、熱緩衝部材の過熱を回避できる。

そして、本発明の更なる態様として、前記電力量の設定値は、前記収容凹部に収容される被溶解金属の種類及び量と、当該量の被溶解金属が溶湯となるまでに前記誘導加熱コイルに供給される電力量との関係により定められる。

この態様によれば、電力量の設定値を適切に定めることができる。

本発明によると、制御部が電力量に基づいて適切に次工程処理を行うことができるため、熱緩衝部材が過熱して破損することを回避できる。

第１実施形態のコールドクルーシブル溶解炉の概要を示す、一部を断面視表示した側面図である。 第１実施形態のコールドクルーシブル溶解炉を用い、被溶解金属を溶解する場合を示す、一部を断面視表示した側面図である。 第１実施形態のコールドクルーシブル溶解炉の、炉本体の周囲を含めた構成を示す説明図である。 第１実施形態のコールドクルーシブル溶解炉の、誘導加熱時の溶湯の温度及び供給電力の時間変化を示すグラフである。 第２実施形態のコールドクルーシブル溶解炉の概要を示す、一部を断面視表示した側面図である。 第２実施形態のコールドクルーシブル溶解炉の、炉本体の周囲を含めた構成を示す説明図である。 第２実施形態のコールドクルーシブル溶解炉の、誘導加熱時の溶湯の温度等の時間変化を示すグラフである。

−第１実施形態−
図１及び図２は、第１実施形態のコールドクルーシブル溶解炉を示している。このコールドクルーシブル溶解炉の基本的な構成は特許文献１記載のものと同じである。つまり、図１に示すように、このコールドクルーシブル溶解炉１は、被溶解金属Ｗを収容する炉本体１０と、炉本体１０を冷却する冷却手段２０と、炉本体１０の外周側に配置された誘導加熱コイル３０とを備える。被溶解金属Ｗとしては、例えば鋳鉄や酸化鉄が挙げられるが、その他様々な金属を適用可能である。なお、本実施形態のコールドクルーシブル溶解炉１は、大気中に設置されて被溶解金属Ｗの溶解を行うものとしても良いし、真空槽（図示しない）内部に設置されて真空雰囲気中で被溶解金属Ｗの溶解を行うものとしても良い。

炉本体１０は、底面壁を構成するように形成されたベース体１１と、側面壁を構成するようにベース体１１上に平面視略円形状に配設された複数の導電性セグメント１２とを有する。そして、互いに固定されたベース体１１と導電性セグメント１２とによって、上部が開口して被溶解金属Ｗを収容する収容凹部１０ａが形成されている。

前記ベース体１１は、略円柱状に形成された柱状部１３と、柱状部１３の下端部から外周側へ張り出したフランジ部１４とを有する。柱状部１３の上面は、収容凹部１０ａを構成する内面１５のうち底面１５ａを形成していて、この底面１５ａは熱緩衝部材４０（後述）によって覆われている。また、フランジ部１４には、各導電性セグメント１２に対応する位置で、それぞれ上下方向に連通する複数の締結孔１１ａと、冷却水路１１ｂとが形成されている。

前記導電性セグメント１２は、上下方向に立設された側壁部１６と、側壁部１６の下端から曲折された取付部１７とによって、縦断面略Ｌ字形に形成されている。導電性セグメント１２の材質としては、熱衝撃に強く、必要な機械的強度を有するとともに、冷却手段２０による冷却によってスカルを形成するのに必要な高熱伝導率を有するもの、例えば、銅、クロム銅、ベリリウム銅などが選択される。

側壁部１６は、内側面が下部においてベース体１１の柱状部１３に当接するとともに、上部が柱状部１３から上方へ突出し、収容凹部１０ａを構成する内面１５のうち壁面１５ｂを形成している。また、取付部１７には、ベース体１１のフランジ部１４の締結孔１１ａ及び冷却水路１１ｂとそれぞれ連通するようにして複数の締結孔１２ａ及び冷却水路１２ｂが形成されている。そして、互いに連通するベース体１１のフランジ部１４及び導電性セグメント１２の取付部１７の締結孔１１ａ、１２ａには、固定ボルト１８が挿通され、ナット１８ａによって締め付けられていて、これにより導電性セグメント１２とベース体１１とは一体となっている。

ここで、ベース体１１に固定された各導電性セグメント１２は、隣接するもの同士が隙間を有して配置されている。これにより、各導電性セグメント１２は電気的に絶縁されている。また、各導電性セグメント１２において、幅方向略中央部には厚さ方向に連通するスリット１２ｃが形成されている。スリット１２ｃは、図示しないが、取付部１７にも形成されているとともに、側壁部１６において、下端部から上方まで（ただし、上端部には至らない）形成されている。そして、側壁部１６においてスリット１２ｃを挟む幅方向の両側には、それぞれ冷却水路１２ｂが形成されている。この側壁部１６における一方と他方の冷却水路１２ｂ，１２ｂは、側壁部１６の上端部に形成された連通孔１２ｄによって互いに接続されている。そして、各冷却水路１２ｂは、それぞれベース体１１の冷却水路１１ｂと連通している。

これにより、冷却水供給源（図示しない）から冷却水をベース体１１の冷却水路１１ｂに供給すれば、供給された冷却水は、ベース体１１の冷却水路１１ｂ、導電性セグメント１２の一方の冷却水路１２ｂ、連通孔１２ｄ、導電性セグメント１２の他方の冷却水路１２ｂ、ベース体１１の冷却水路１１ｂを順次通って外部に排出される。このため、導電性セグメント１２及びベース体１１は、この冷却水によって冷却される。すなわち、冷却水供給源、冷却水路１１ｂ，１２ｂ、連通孔１２ｄによって冷却手段２０が構成されている。この冷却手段２０による冷却能力としては、炉本体１０の全体を被溶解金属Ｗの溶解温度以下とする冷却能力が要求され、これにより、後述のように内面１５にスカルＷ１を形成することが可能となっている。

熱緩衝部材４０は、ベース体１１の柱状部１３の形状と対応した略円板状の部材で、底面１５ａの全体を覆っている。熱緩衝部材４０は、被溶解金属Ｗより融点の高い耐火物によって形成されており、炉本体１０を形成する材質よりも熱伝導率が低く、炉本体１０と同等の機械的強度を有するとともに、被溶解金属Ｗを加熱溶解する際に要求される耐熱衝撃性を有するものが選択される。より具体的には、熱緩衝部材４０を形成する耐火物は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウムなどの酸化物からなるものが好ましい。また、炭化ケイ素などを含むものとしても良い。また、この熱緩衝部材４０は、底面１５ａに加え、壁面１５ｂの一部を覆っても良い。

誘導加熱コイル３０は、炉本体１０の外周側に巻回されており、図３に示す溶解電源装置５０によって、所定の高周波交流電力が供給される。この交流電力により交番磁場を発生させ、収容凹部１０ａに収容された被溶解金属Ｗを誘導加熱することが可能である。

前記構成のコールドクルーシブル溶解炉１は、図３に示すように、架台部７１に支持されることで高所に配置される。そして、架台部７１には出湯機構７２が設けられている。この出湯機構７２は、モータにより駆動される駆動軸７２ａを備え、これにより、矢印及び二点鎖線で図示したように、コールドクルーシブル溶解炉１を架台部７１に対して傾けることができる。これにより、傾けられた収容凹部１０ａから鋳型Ｍに溶湯を流し込むことが可能である。出湯機構７２に対する出湯の制御は出湯制御部６２（後述）によりなされる。また、本実施形態では、コールドクルーシブル溶解炉１における収容凹部１０ａの上方に温度測定手段としての放射温度計７３が位置しており、この放射温度計７３が収容凹部１０ａ内の溶湯を測温する。なお、温度測定手段としては、放射温度計以外に、熱電対等の温度センサーを使用することができる。

溶解電源装置５０は、溶解電源装置制御部５１と電力量割出手段としての電力量算出部５２とを備える。溶解電源装置制御部５１は、誘導加熱コイル３０へ供給する高周波交流電力を制御する。この制御としてはサイリスタ位相制御が例示できるが、その他、高周波交流電力を増減させる種々の制御を採用できる。電力量算出部５２は、溶解電源装置制御部５１に接続されており、溶解電源装置５０における誘導加熱コイル３０への供給電力の指令値を検出し、当該供給電力と供給累積時間とを用いて誘導加熱コイル３０に供給した電力量を算出する。本実施形態の電力量算出部５２は、図３に示すように、溶解電源装置制御部５１とは別で溶解電源装置５０に備えられているが、溶解電源装置制御部５１と一体であっても良い。また、電力量算出部５２は、前記のほか、溶解電源装置５０から誘導加熱コイル３０までの経路上で電流、電圧のうち少なくとも一つを測定することにより電力量を算出しても良く、電力量算出部５２の態様は限定されない。また、算出以外の種々の方法を用いて電力量を割り出して良い。

制御部６０は、判断部６１と出湯制御部６２とを備える。判断部６１は、放射温度計７３による溶湯の測温値と、電力量算出部５２により算出された電力量とを基に、出湯に関する判断をなす。出湯制御部６２は、出湯可能な状態に対応した所定条件（後述する）に達していると判断部６１が判断した場合に出湯機構７２を動作させて、次工程処理としての出湯作業を行う。なお、この制御部６０は導電性セグメント１２の冷却水路１２ｂへ冷却水を供給する制御も行う（詳細な説明は省略する）。

本実施形態の判断部６１には、放射温度計７３の測温値についての出湯温度設定値が設定されている。この出湯温度設定値とは、判断部６１が出湯作業の判断をなすための放射温度計７３の測温値の閾値のことである。判断部６１は、放射温度計７３の測温値が出湯温度設定値以上か否かを判断し、当該測温値が出湯温度設定値以上であると判断した場合には、出湯制御部６２を介して出湯機構７２を動作させる。

また、予め把握されている、誘導加熱コイル３０に供給する電力量と溶湯温度との相関（被溶解金属Ｗの種類が同じで量が等しい場合、電力量と溶湯温度との関係はほぼ一定となる）を基に、制限電力量（図４中の時刻ｔ２における電力量／図４の斜線部分の面積に相当）が設定されている。この制限電力量は、判断部６１が出湯作業の判断をなすための誘導加熱コイル３０に供給した電力量の閾値であり、放射温度計７３の測温値とは直接の関係はない。また、この制限電力量は、本実施形態では、被溶解金属Ｗの種類及び量と、当該量の被溶解金属Ｗが溶湯となるまでに誘導加熱コイル３０に供給される電力量との関係により定められる。この制限電力量は、前記関係を基にしたテーブルあるいは数式により定められる。なお、場合によっては制限電力量を変化させず、固定しておいても良い。

本実施形態における制限電力量は、溶湯の温度が出湯温度設定値に達する時の電力量（図４中の時刻ｔ１における電力量）に更にマージン（余裕電力量）を持たせた設定値である。つまり、制限電力量の設定値は、出湯温度設定値に対応する電力量よりもマージンの分大きく定められる。なお、前記マージンは、熱緩衝部材４０の耐熱温度を基に定められる。

ここで、図４は、誘導加熱時における溶湯の温度（測温値）の時間変化及び供給電力の時間変化を示すグラフである。縦軸は温度と電力を示し、横軸は時刻を示している。温度に関しては、出湯温度設定値（図上における水平線）、放射温度計測温値（図上における右上がりの実線）、放射温度計測温値（測温不良時）（図上における右上がりの二点鎖線）を示している。また、電力に関しては、供給電力（図上における右上がりの実線及びこの右方に連続する水平線）を示している。なお、放射温度計測温値は、説明を簡略化するために図上では直線表記しているが、実際の測温値の時刻変化は、溶解条件が変化するため、直線状とはならず、複雑に変動する（測温が良好な場合も不良な場合も同様である）。また、放射温度計測温値（測温不良時）の図上表記も、あくまでも一例を示したに過ぎず、図示した時刻変化に限定されるものではない。

コールドクルーシブル溶解炉１の通常操業時には、図４上のポイントＡ、つまり、放射温度計７３による測温値（図４の「放射温度計測温値」）が出湯温度設定値に達した場合に、出湯制御部６２により出湯がなされる。

ところが、溶湯から生じる煙の影響などにより、放射温度計７３による測温が正常に行われなかった場合には、溶湯が実際には出湯温度設定値に達しているにもかかわらず、放射温度計７３による測温値（図４の「放射温度計測温値（測温不良時）」）が図４上のポイントＢにあり、測温値としては出湯温度設定値に達していないことから出湯がなされない。この場合には誘導加熱が継続するため、この誘導加熱の継続により、溶湯が出湯に適した温度を超えて昇温されてしまう。

本実施形態では、供給電力が図４上のポイントＣに達した場合、つまり、電力量算出部５２により算出された電力量が前記制限電力量に達した場合には、放射温度計７３による測温値にかかわらず、出湯が行われる。つまり、放射温度計７３の測温値に基づいた出湯機構７２の動作がなされなかった場合であっても、判断部６１は、電力量算出部５２で算出された電力量が制限電力量以上か否かを判断し、当該算出された電力量が制限電力量以上であると判断した場合には、出湯制御部６２を介して出湯機構７２を動作させる。このため、前記電力量のマージン分を超えて溶湯が異常に過熱されることを防止できる。なお、電力量算出部５２により算出された電力量が前記制限電力量に達した場合に、制御部６０が出湯を行うと共に警報の報知を行っても良い。

次に、本実施形態のコールドクルーシブル溶解炉１の作用について図２及び図３を参照しつつ説明する。まず、塊状や粉状である被溶解金属Ｗを炉本体１０の収容凹部１０ａ内に投入する。次に、冷却手段２０を駆動して炉本体１０を冷却しながら、誘導加熱コイル３０に高周波交流電力を供給する。これにより誘導加熱コイル３０の周囲に交番磁場が発生する。発生した交番磁場は、炉本体１０を介して収容凹部１０ａに透過することで被溶解金属Ｗに達し、これにより被溶解金属Ｗは誘導加熱され昇温する。このため、被溶解金属Ｗは、溶融温度に昇温した表面側から溶解が開始されて溶湯となり、炉本体１０の内面１５に触れることとなる。そして、溶湯は、冷却手段２０による冷却によって被溶解金属Ｗの融点以下となっている炉本体１０に抜熱され、外周部において冷却されて凝固し、図３に示すように、底面１５ａ側及び壁面１５ｂ側の一部を覆うようにスカルＷ１が形成される。このスカルＷ１が所定以上の厚みとなって、炉本体１０による冷却能力よりも誘導加熱による加熱能力が上回ると、スカルＷ１より内周側で溶湯が滞留することとなる。そして、収容凹部１０ａにおける溶湯の滞留量が増大すると、溶湯は、前記交番磁場と誘導電流との相互作用及び重力の作用を受けることによって、外周部から内周部に向かって盛り上がったドーム形状に形成されつつ攪拌される。

被溶解金属Ｗは、スカルＷ１によって炉本体１０と隔てられることから、当該被溶解金属Ｗに炉本体１０の不純物が移行してしまうことなく、溶湯として生成される。ここで、炉本体１０による抜熱は、前記のように被溶解金属Ｗに面する炉本体１０の内面１５から行われるが、耐火物で形成された熱緩衝部材４０で覆われた底面１５ａについては、溶湯と熱緩衝部材４０とがスカルＷ１を介して接することから、この熱緩衝部材４０を介して抜熱が行われることとなり、直接抜熱が行われるのと比較して、抜熱量を低減させることができる。このため、スカルＷ１を形成して炉本体１０による汚染を防止しつつ誘導加熱によって生成された溶湯を、さらに加熱して効果的に過昇温状態にできる。すなわち、生成された溶湯を被溶解金属Ｗの融点に対して＋１５０℃以上となるまで急速に（例えば１０℃／秒）昇温させることができ、鋳型への湯流れを良好なものとし、鋳造品の品質及び歩留まりの向上を図ることができる。また、精密鋳造に適した溶湯を生成できる。

そして、本実施形態では、出湯制御部６２が、放射温度計７３の測温値に基づいて出湯の制御を行うことに加え、電力量算出部５２により算出された電力量にも基づいて出湯の制御を行う。つまり、電力量算出部５２を用いた制御がバックアップ的な制御として、放射温度計７３を用いた基本的な制御を補完する。このバックアップ的な制御とは、放射温度計７３の測温が正常に行われなかった場合（異常時）に、放射温度計７３の測温値に基づくことなく、電力量算出部５２により算出された電力量に基づいて出湯を行う制御である。このため、出湯を行うための制限電力量を予め設定しておくことにより、仮に、放射温度計７３の測温が正常に行われなかった場合でも、溶湯が出湯に適した温度を大幅に超えて過熱することがなく、適切に出湯を行うことができる。よって、熱緩衝部材４０が過熱して破損することを回避できる。また、異常に高温な溶湯が流し込まれることによる鋳型Ｍの破損も防止できる。このため、安定した操業をでき、鋳造品の品質を安定させることができる。

−第２実施形態−
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と重複する構成については説明を省略する。

本実施形態は、温度センサーとしての熱電対８０を熱緩衝部材４０に備える。具体的には、図５に示すように、熱電対８０における測温部（測温接点）が熱緩衝部材４０の内部に位置するように、熱緩衝部材４０に熱電対８０が埋め込まれている。熱緩衝部材４０内における測温部の位置は特に限定されないが、熱緩衝部材４０内における温度分布あるいは温度勾配（熱緩衝部材４０の上面が最も高温となる）との関係より、熱緩衝部材４０の上面に近い位置が望ましい。ただし、側温部の位置が熱緩衝部材４０の底面に近い位置とされ、例えば制御部６０にて演算を行うことにより、熱緩衝部材４０の上面における温度を求めても良い。

本実施形態の制御部６０は、図６に示すように、第１実施形態と同様の判断部６１と出湯制御部６２とを備える。判断部６１は、放射温度計７３による溶湯の測温値（第１出湯温度設定値）と、熱電対８０により得られた熱緩衝部材４０の測温値（第２出湯温度設定値）とを基に、出湯に関する判断をなす。具体的には、前記各測温値のうち一方が出湯可能な状態に対応した所定条件（後述する）に達していると判断部６１が判断した場合、出湯制御部６２は、第１実施形態と同様、出湯機構７２を動作させて、次工程処理としての出湯作業を行う。

本実施形態の判断部６１に設定されている、放射温度計７３に関する第１出湯温度設定値は、第１実施形態の出湯温度設定値と同一である。そして、熱電対８０に関する第２出湯温度設定値は、熱緩衝部材４０の耐熱温度を基に定められており、同一時刻における熱緩衝部材４０の測温値は放射温度計７３による溶湯の測温値（測温が良好な場合）よりも低くなるため、第２出湯温度設定値は第１出湯温度設定値よりも低く設定されている（図７参照）。ただし、場合によっては、第２出湯温度設定値が第１出湯温度設定値よりも高く設定されていても良い。そして、第１実施形態と同様、この判断部６１には制限電力量が定められている。

図７は、誘導加熱時における溶湯及び熱緩衝部材４０の温度（測温値）の時間変化等を示すグラフである。図４と同様、縦軸は温度と電力を示し、横軸は時刻を示している。温度に関しては、第１及び第２出湯温度設定値（図上における水平線）、放射温度計測温値（図上における原点から延びる右上がりの実線）、放射温度計測温値（測温不良時）（図上における右上がりの二点鎖線）、熱電対測温値（前記放射温度計測温値よりも下側を延びる右上がりの実線）を示している。また、電力に関しては、供給電力（図上における右上がりの実線及びこの右方に連続する水平線）を示している。なお、放射温度計測温値及び熱電対測温値は、説明を簡略化するために図上では直線表記しているが、実際の測温値の時刻変化は、溶解条件が変化するため、直線状とはならず、複雑に変動する。

図７上のポイントＡ〜Ｃについては図４と同様である。本実施形態では、これに加え、図７上のポイントＤ、つまり、熱電対８０による測温値（図７の「熱電対測温値」）が第２出湯温度設定値に達した場合に、放射温度計７３による測温値、及び、電力量算出部５２で算出された電力量にかかわらず、出湯が行われる。このため、溶湯が異常に過熱されることを防止できる。

また、本実施形態では、出湯制御部６２が、放射温度計７３の測温値に基づいて出湯の制御を行うことに加え、電力量算出部５２により算出された電力量、及び、熱電対８０の測温値にも基づいて出湯の制御を行う。つまり、電力量算出部５２を用いた制御と熱電対８０とを用いた制御が共にバックアップ的な制御として、放射温度計７３を用いた基本的な制御を補完する。つまり、本実施形態では２系統のバックアップがなされるため、第１実施形態よりも更に信頼性を向上したコールドクルーシブル溶解炉とできる。なお、電力量算出部５２により算出された電力量と熱電対８０の測温値の一方を他方よりも優先させて前記バックアップ的な制御をなすようにしても良い。

なお、この第２実施形態における温度センサーは、前記熱電対に限らず、種々の形式の温度センサーを用いることができる。また、本実施形態のように測温部を熱緩衝部材４０内に位置させ、温度を直接測定する構成に限られず、温度センサーとしてサーモグラフィー等を用い、熱緩衝部材４０から離れた位置にて熱緩衝部材４０を測温しても良い。

以上、本発明につき実施形態を二つ取り上げて説明してきたが、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、前記各実施形態では、制御部６０は出湯制御部６２により出湯処理を行うものとしているが、出湯処理に代え、溶解電源装置制御部５１により、誘導加熱コイル３０に供給する電力を、例えば溶湯の状態（ドーム形状に形成されつつ攪拌されている状態）を保持できる最小値まで低下させる保温処理など、前述した以外の他の次工程処理を行っても良い。

また、電力量割出手段（例えば第１実施形態における電力量算出部５２）を備えず、放射温度計７３の測温値及び温度センサー（例えば第２実施形態における熱電対８０）の測温値により、判断部６１が出湯に関する判断をなす構成としても良い。

１ コールドクルーシブル溶解炉
１０ 炉本体
１０ａ 収容凹部
１５ 炉本体の内面
３０ 誘導加熱コイル
４０ 熱緩衝部材
５２ 電力量割出手段、電力量算出部
６０ 制御部
７３ 温度測定手段、放射温度計
Ｗ 被溶解金属

Claims (3)

1. 被溶解金属を収容する収容凹部を有する炉本体と、前記炉本体の外周側に配置され、前記収容凹部に収容された被溶解金属を誘導加熱して溶湯とする誘導加熱コイルとを備え、前記炉本体の内面の少なくとも一部は、前記被溶解金属より融点の高い耐火物によって形成された熱緩衝部材で覆われたコールドクルーシブル溶解炉であって、
   前記収容凹部内の溶湯の温度を測定する温度測定手段と、
   前記誘導加熱コイルに供給した電力量を割り出す電力量割出手段と、
   前記温度測定手段により測定された溶湯の温度が設定値に達した場合、または、前記電力量割出手段により割り出された電力量が設定値に達した場合に、次工程処理を行う制御部と、を備え、
   前記電力量割出手段により割り出された電力量の設定値は、前記温度測定手段により測定された溶湯の温度の設定値に対応する電力量の値よりも大きく設定されるコールドクルーシブル溶解炉。
2. 前記次工程処理は、前記溶湯を前記収容凹部から取り出す処理、または、前記誘導加熱コイルに供給する電力を低下させる処理である請求項１に記載のコールドクルーシブル溶解炉。
3. 前記電力量の設定値は、前記収容凹部に収容される被溶解金属の種類及び量と、当該量の被溶解金属が溶湯となるまでに前記誘導加熱コイルに供給される電力量との関係により定められる請求項１に記載のコールドクルーシブル溶解炉。

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