特開 2017-194233 コールドクルーシブル溶解炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-194233(P2017-194233A)

(43)【公開日】2017年10月26日

(54)【発明の名称】コールドクルーシブル溶解炉

(51)【国際特許分類】

   F27B 14/06 20060101AFI20170929BHJP

   F27B 14/08 20060101ALI20170929BHJP

   F27B 14/14 20060101ALI20170929BHJP

   F27D 11/06 20060101ALI20170929BHJP

   F27D 9/00 20060101ALI20170929BHJP

【ＦＩ】

   F27B14/06

   F27B14/08

   F27B14/14

   F27D11/06 A

   F27D9/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-85078(P2016-85078)

(22)【出願日】2016年4月21日

(71)【出願人】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130498

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 禎哉

(72)【発明者】

【氏名】中井 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】津田 正徳

(72)【発明者】

【氏名】米虫 悠

【テーマコード（参考）】

4K046

4K063

【Ｆターム（参考）】

4K046AA01

4K046AA07

4K046BA01

4K046BA03

4K046CD02

4K046CD12

4K063AA04

4K063AA12

4K063BA02

4K063BA03

4K063CA06

4K063EA04

4K063FA34

4K063FA39

(57)【要約】

【課題】各セグメント内において管状の冷却水路を周回する誘導電流（渦電流）が発生する事態を防止・抑制して、ルツボの誘導加熱による投入電力の損失を低減し、溶解効率の上昇を図ることが可能なコールドクルーシブル溶解炉を提供する。
【解決手段】ルツボ１の胴体部１０が、高さ方向に延伸する管状の水冷通路Ｃ１が内部に形成された複数のセグメント２を、絶縁材４で閉塞した縦スリット３を介して円周方向に並ぶ状態で配置したものであり、セグメント２として、外周壁部２２Ｂ、２つの側壁部２２Ｃ，２２Ｄのうち少なくとも１つの壁部に、当該セグメント２の外部から水冷通路Ｃ１に連通する開放部２４が形成され、内周壁部２２Ａよりも電気抵抗率が高い水密材２５によって開放部２４を閉塞したものを適用したコールドクルーシブル溶解炉Ｘにした。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ルツボの胴体部の外周に配置された誘導加熱コイルによって前記ルツボ内の被溶解金属を誘導加熱して溶解することが可能なコールドクルーシブル溶解炉であり、
前記胴体部は、高さ方向に延伸する管状の水冷通路が内部に形成された複数のセグメントを、当該胴体部の径方向に沿って放射状に延伸し且つ所定の絶縁材で閉塞した縦スリットを介して円周方向に並ぶ状態で配置したものであり、
前記セグメントは、前記水冷通路よりも前記径方向内側の領域を形成する内周壁部と、前記水冷通路よりも前記径方向外側の領域を形成する外周壁部と、前記内周壁部と前記外周壁部の間の領域を形成し且つ前記円周方向に前記水冷通路を跨いで対向する２つの側壁部とを備え、前記外周壁部又は前記２つの側壁部のうち少なくとも１つの壁部に、当該セグメントの外部から前記水冷通路に連通する開放部が形成され、前記内周壁部よりも電気抵抗率が高い水密材によって前記開放部を閉塞していることを特徴とするコールドクルーシブル溶解炉。

【請求項2】

前記内周壁部、前記外周壁部、及び前記側壁部の前記径方向または前記円周方向の厚みを、前記誘導加熱コイルで発生する磁束の浸透深さ未満の厚みに設定している請求項１に記載のコールドクルーシブル溶解炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高融点金属や活性金属を溶解し、非金属を混入させないで、高純度化を図り、溶湯プール内において成分・温度が均一である金属を水冷銅ルツボ内で溶解することが可能なコールドクルーシブル溶解炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、チタンを始めとする高融点で活性な金属の溶解炉として、コールドクルーシブル溶解炉が用いられている。コールドクルーシブル溶解炉のルツボは、平面視部分円弧状をなす複数のセグメントを周方向にスリットを介して隣接して配置した円筒状の胴体部と、底部とを備えており、各スリットには耐火性を有する絶縁材を配置している。このような構成により、隣接するセグメント同士を電気的に絶縁し、胴体部の外周に配置した誘導加熱コイルで発生した磁束をルツボ内に効率良く導入することができるとともに、スリットを通じた溶湯の浸入を防止している。

【0003】

また、各セグメントには、冷却手段の一部を構成する水冷通路が内部に形成されている。水冷通路の一例として、セグメント内に当該セグメントの起立方向に沿って形成された断面円形の孔の内部に、当該孔の内周面との間に所定隙間が確保された状態で内パイプを配置し、孔の内周面と内パイプの外周面との隙間を、セグメントの起立方向に沿って噴き出す上昇水流の経路とし、閉塞されている孔の上端部近傍で上昇水流が上端部近傍で１８０°転換し、内パイプの内部空間をその下降水流の経路とした二重構造の通路を挙げることができる（例えば下記特許文献１）。

【0004】

このようなコールドクルーシブル溶解炉のルツボ内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ルツボを冷却する。これにより、ルツボに収容された被溶解金属は、外周側において抜熱されるため、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て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、スカルによってルツボと接することなく、溶湯が揺れるなどしてルツボに接しても、ルツボが十分に冷却されているので反応することなく汚染は起きない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００２−２７７１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、従来の構造では、投入電力のうち３０％〜５０％が溶解に寄与する一方、投入電力の数十％程度は、誘導加熱コイルで損失（コイル損失）したり、ルツボの誘導加熱による損失になる。特に、ルツボの誘導加熱による損失は投入電力の３０％程度ある。これは、図６及び図７に示すように、スリット３を介して複数のセグメント２を周方向に接続したルツボ１の外周に誘導加熱コイルＨが配置された構成において、この誘導加熱コイルＨに高周波電流を通電すると、各セグメント２内において、管状の冷却水路Ｃ１を周回する誘導電流（図７において電流方向を矢印で示す渦電流）が発生し、損失を起こすことが主な原因である。投入電力の損失が大きいほど、溶解電力が低下し、非常に効率が悪いため、改善の余地がある。なお図６において符号４で示す部材は、縦スリット３に隙間無く配置した耐火性を有する絶縁材である。

【0007】

そこで、セグメントの周方向及び径方向の厚みを薄く設定して、ルツボと誘導加熱コイルの間における相互インダクタンスを減少させる構成も考えられる。しかしながら、セグメントの周方向及び径方向の厚みを薄くするほど、セグメントの強度が低下し、溶解処理時の熱で変形するおそれがある。また、セグメントの周方向及び径方向の厚みを薄く設定すると、セグメント内に形成される冷却水路のサイズ（開口形状）も小さく設定せざるを得ない。冷却水路のサイズ（開口形状）が小さくなるほど、冷却水路を用いた冷却手段の冷却能力が低下し、ルツボ自体の変形・溶融を招来することになり得る。

【0008】

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、主たる目的は、各セグメント内において管状の冷却水路を周回する誘導電流（渦電流）が発生する事態を防止・抑制して、ルツボの誘導加熱による投入電力の損失を低減し、溶解効率の上昇を図ることが可能なコールドクルーシブル溶解炉を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち本発明は、ルツボの胴体部の外周に配置された誘導加熱コイルによってルツボ内の被溶解金属を誘導加熱して溶解することが可能なコールドクルーシブル溶解炉に関するものである。

【0010】

そして、本発明に係るコールドクルーシブル溶解炉は、胴体部として、高さ方向に延伸する管状の水冷通路が内部に形成された複数のセグメントを、当該胴体部の径方向に沿って放射状に延伸し且つ所定の絶縁材で閉塞した縦スリットを介して円周方向に並ぶ状態で配置したものを適用し、セグメントが、水冷通路よりも径方向内側の領域を形成する内周壁部と、水冷通路よりも径方向外側の領域を形成する外周壁部と、内周壁部と外周壁部の間の領域を形成し且つ円周方向に水冷通路を跨いで対向する２つの側壁部とを有し、且つ外周壁部又は２つの側壁部のうち少なくとも１つの壁部に、当該セグメントの外部から水冷通路に連通する開放部が形成され、内周壁部よりも電気抵抗率が高い水密材によって開放部を閉塞したものであることを特徴としている。

【0011】

このような本発明に係るコールドクルーシブル溶解炉によれば、円周方向に分割形成されたセグメント間を、絶縁材で閉塞した縦スリットを介して継ぎ合わせた集合体であるルツボの外周に配置した誘導加熱コイルを通電状態にして、縦スリットを介してルツボ内に誘導磁場が導入され、被溶解金属に浸透し、被溶解金属を誘導加熱することができるとともに、セグメントの外部から水冷通路に連通するように形成した開放部を、周壁部のうち水冷通路よりも径方向内側の領域を形成する内周壁部よりも電気抵抗率が高い水密材によって閉塞しているため、水冷通路から開放部に冷却水などの冷却媒体が漏れる事態を防止して、良好な水冷機能を確保することができるとともに、各セグメント内において水冷通路を周回する渦電流が流れる事態を大幅に防止・抑制することができる。その結果、ルツボの誘導加熱による投入電力の損失を大幅に低減することができ、溶解効率が向上する。

【0012】

このように、本発明は、外周壁部又は２つの側壁部のうち少なくとも１つの壁部に、セグメントの外部から水冷通路に連通する開放部を形成し、この開放部を内周壁部よりも電気抵抗率が高い水密材によって閉塞する点に特徴を有するものであり、開放部を形成する部分は、外周壁部のみ、又は一方の側壁部のみ、或いは両側壁部のみの何れであってよいし、外周壁部及び両側壁部にそれぞれ開放部を形成してもよい。開放部の形状や数は適宜選択・変更することができ、開放部の形状に応じた水密材を適用することで、開放部を適切に閉塞することができる。

【0013】

特に、本発明に係るコールドクルーシブル溶解炉において、セグメントのうち内周壁部及び外周壁部の径方向の厚みと、各側壁部の円周方向の厚みを、誘導加熱コイルによって作られる磁場の浸透深さ（電磁誘導の浸透深さ）未満の厚みに設定すれば、セグメント内に発生する渦電流を低減することができ、ルツボの誘導加熱による投入電力の損失の更なる低減化、及び溶解効率の更なる上昇を図ることができる。

【発明の効果】

【0014】

このように、本発明では、ルツボの胴体部を構成するセグメントのうち、周壁部又は２つの側壁部のうち少なくとも１つの壁部に、当該セグメントの外部から水冷通路に連通するように形成された開放部を、内周壁部よりも電気抵抗率が高い水密材によって閉塞しているため、各セグメントが管状の水冷通路周りにおいて開放部及び水密材で分断された構成になり、各セグメント内において管状の冷却水路を周回する誘導電流（渦電流）が発生しないか、極めて発生し難い構成となり、ルツボの誘導加熱による投入電力の損失を低減し、溶解効率の上昇を図ることが可能なコールドクルーシブル溶解炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉の模式的な部分断面図。

【図2】同実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉の要部を一部横断面にして模式的に示す図。

【図3】同実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉の要部を一部省略して模式的に示す平断面図。

【図4】同実施形態におけるセグメントを一部省略して模式的に示す平断面図。

【図5】同実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉で適用可能なセグメントの変形例を図４に対応させて示す図。

【図6】従来のコールドクルーシブル溶解炉を図３に対応させて示す図。

【図7】従来のコールドクルーシブル溶解炉で適用されているセグメントを図５に対応させて示す図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

【0017】

本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘは、図１に示すように、被溶解金属Ｗを収容する炉本体であるルツボ１と、ルツボ１の胴体部１０の外周に配置された誘導加熱コイルＨと、ルツボ１の下端に配置され当該ルツボ１を支持する架台Ｋと、ルツボ１を冷却する冷却手段Ｃとを備え、水冷のルツボ１内で被溶解金属Ｗを誘導加熱コイルＨによる高周波誘導加熱で半浮遊状態に溶解可能なものである。本実施形態のコールドクルーシブル溶解炉Ｘは、図示しない気密容器の内部に設置し、減圧雰囲気（真空雰囲気を含む）中で被溶解金属Ｗの溶解処理を実行することが可能である。

【0018】

ルツボ１は、複数の導電性セグメント２（以下「セグメント２」）を、縦スリット３を介して周方向に接続して構成されたものである。セグメント２は、図１に示すように、ルツボ１の底面壁を構成するように形成された底部２１と、ルツボ１の側面壁を構成する周壁部２２と、周壁部２２の下端部からルツボ１の径方向外側に向かって突出し、架台Ｋの鍔部Ｋ２にボルトＢ及びナットＮで締結される取付部２３とを有している。

【0019】

ルツボ１の胴体部１０は、図２（同図は、胴体部１０を示す図であり、説明の便宜上、一部を横断面図として示している）に示すように、縦スリット３を介して周方向に並べた複数のセグメント２の周壁部２２によって構成され、径方向に沿って放射状に延伸する各縦スリット３を所定の絶縁材４で閉塞している。図２では、セグメント２のうち底部２１及び取付部２３を省略している。本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘは、複数のセグメント２によって、上部が開口して被溶解金属Ｗを収容するルツボ１を形成している。

【0020】

各セグメント２は、電気伝導率及び熱伝導率に優れ、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Ｃによる冷却によってスカルＷａ（図１参照）を形成するために必要な高熱伝導率を有する材料、例えば、銅、または、クロム銅、ベリリウム銅、ジルコニウム銅、クロムジルコニウム銅、テルル銅等の金属材料により形成されたものである。また、溶湯の融点が比較的低くルツボとの反応を起こさない範囲で、ステンレス、ニッケル基合金ハステロイ、インコネルなどの材料も用いることができる。

【0021】

各セグメント２の周壁部２２には、高さ方向に延伸する水冷通路Ｃ１を内部に形成している。水冷通路Ｃ１は、冷却手段Ｃを構成するものである。本実施形態における水冷通路Ｃ１は、図１等に示すように、周壁部２２の下端から上端より少し下方の位置に亘る領域に連続して形成された横断面が略円形状の空洞部Ｃ２と、空洞部Ｃ２内において空洞部Ｃ２の内周面から所定寸法の隙間を隔てて起立姿勢で配置した円筒状の内パイプＣ３とによって構成した二重構造のものである。なお、図１では、内パイプＣ３を単純な実線で模式的に示している。

【0022】

セグメント２内における水冷通路Ｃ１は、図１に示すように、空洞部Ｃ２の内周面と内パイプＣ３の外周面との隙間を利用した往水路（セグメント内往水路Ｃ４）と、内パイプＣ３の内部空間を利用した復水路（セグメント内復水路Ｃ５）とに区別することができる。なお、これらセグメント内往水路Ｃ４及びセグメント内復水路Ｃ５は、セグメント２の上端部分で相互に連続するように構成されている。図１では、水冷通路Ｃ１（セグメント内往水路Ｃ４、セグメント内復水路Ｃ５）を流通する冷却水の水流方向を矢印で模式的に示している。

【0023】

本実施形態のコールドクルーシブル溶解炉Ｘは、後述する架台Ｋの柱状部Ｋ１の内部空間、及び架台Ｋの鍔部Ｋ２とセグメント２の間に形成される空間に、セグメント内往水路Ｃ４及びセグメント内復水路Ｃ５にそれぞれ連続する水路を有する。具体的には、セグメント２の下方に形成され且つセグメント内往水路Ｃ４に連続する上流側往水路Ｃ６と、セグメント２の下方に形成され且つセグメント内復水路Ｃ５に連続する下流側復水路Ｃ７とが形成されている。図１では、上流側往水路Ｃ６及び下流側復水路Ｃ７を流通する冷却水の水流方向を矢印で模式的に示している。

【0024】

上流側往水路Ｃ６の上流端には、図示しない冷却水供給源が接続され、この冷却水供給源から供給された冷却水が、上流側往水路Ｃ６、セグメント内往水路Ｃ４、セグメント内復水路Ｃ５、及び下流側復水路Ｃ７をこの順で流通することによって、胴体部１０を含むルツボ１全体を所定の温度（被溶解金属Ｗとの反応温度）よりも十分低くなるように冷却することが可能である。この冷却によって、ルツボ１の内面にスカルＷａを形成することが可能となっている。なお、下流側復水路Ｃ７の下流端から排出された冷却水は、適宜の回収部に回収される。水以外の各種液体（ゲル状のものも含む）及び気体を冷却流体として用いても構わない。

【0025】

各セグメント２のうちルツボ１の胴体部１０を構成する周壁部２２は、図３及び図４（図３は、周壁部２２の所定高さ位置で水平面に沿って切断した図を模式的に示すものであり、図４は、セグメント２を所定の高さ位置で水平面に沿って切断した図を模試的に示すものであり、図３及び図４では周壁部２２の切断面に付すべき平行斜線を省略している）に示すように、部分円弧状の内周面２２ａ及び外周面２２ｂと、外周面２２ｂ及び内周面２２ａの両端同士をそれぞれ結ぶ側面２２ｃ，２２ｄとによって平面形状が規定されるものである。周壁部２２の外周面２２ｂ及び内周面２２ａの円弧の角度は、ルツボ１の胴体部１０をセグメント２によって円周方向に分割する数、つまりセグメント２の数で３６０（一周３６０°）を除した値から、縦スリット３の周方向の寸法分を引いた値に略等しい角度である。

【0026】

本実施形態では、縦スリット３を閉塞する絶縁材４として、アルミナ、ジルコニア、イットリア等のセラミック耐火材を適用している。図１乃至図３では、縦スリット３を閉塞する絶縁材４を、所定のパターンを付して示している。縦スリット３を閉塞する絶縁材４は、絶縁性及び耐火性を有するものであればよく、縦スリット３に充填したモルタル等の非誘導性材料、または縦スリット３に配置した所定膜厚の絶縁性薄膜等を絶縁材として適用することが可能である。

【0027】

このような構成により、ルツボ１の胴体部１０において隣接するセグメント２同士を電気的に絶縁し、誘導加熱コイルＨで発生した磁束をルツボ１内に効率良く導入することができるとともに、縦スリット３を通じた溶湯Ｗｂの浸入を防止している。

【0028】

ここで、本実施形態におけるセグメント２うち縦長形状の周壁部２２は、図３及び図４に示すように、水冷通路Ｃ１よりも径方向内側の領域を形成する内周壁部２２Ａと、水冷通路Ｃ１よりも径方向外側の領域を形成する外周壁部２２Ｂと、内周壁部２２Ａと外周壁部２２Ｂの間の領域を形成し且つ円周方向に水冷通路Ｃ１を跨いで対向する２つの側壁部２２Ｃ，２２Ｄとに区別して捉えることが可能である。そして、本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘは、周壁部２２のうち外周壁部２２Ｂにのみセグメント２の外部から水冷通路Ｃ１に連通する開放部２４を形成し、この開放部２４を、周壁部２２のうち開放部２４以外の部分（内周壁部２２Ａの全部、両側壁部２２Ｃ，２２Ｄの全部、及び外周壁部２２Ｂのうち開放部２４を除く部分）よりも電気抵抗率が高い水密材２５によって閉塞している。具体的には、外周壁部２２Ｂのうち周方向中央部分に、セグメント２の外部から水冷通路Ｃ１に連通する開放部２４を形成し、この開放部２４に水密材２５を隙間無く配置している。

【0029】

開放部２４及び水密材２５は、少なくとも周壁部２２の胴体部１０の外周に配置した誘導加熱コイルＨと対向する高さ寸法に設定されている。電気的に絶縁で水密な材料としては、ゴム、合成樹脂、セラミック、非磁性ステンレス等を挙げることができ、これらの材料のうち適宜選択した材料から水密材２５を形成している。本実施形態において、セグメント２のうちルツボ１の胴体部１０を構成する周壁部２２は、内周壁部２２Ａの全部、両側壁部２２Ｃ，２２Ｄの全部、及び外周壁部２２Ｂのうち開放部２４を除く部分を同じ素材から一体に形成したものである。したがって、周壁部２２は、水冷通路Ｃを周回する方向において所定部分のみが開放部２４によって分断されたものであると捉えることができる。なお、図１乃至図４では、水密材２５を、前述の絶縁材４とは異なる所定のパターンを付して示している。

【0030】

また、本実施形態では、内周壁部２２Ａ及び外周壁部２２Ｂの径方向の厚みと、各側壁部２２Ｃ，２２Ｄの円周方向の厚みを、誘導加熱コイルＨによって作られる磁場の浸透深さ（電磁誘導の浸透深さ）未満の厚みに設定している。誘導加熱コイルＨによってセグメント２に発生し得る渦電流は、誘導加熱コイルＨによって作られる磁場によって誘導されてセグメント２内部に流れる電流である。誘導加熱コイルＨによって作られる磁場の浸透深さδは、セグメント２を構成する材料（内周壁部２２Ａの全部、両側壁部２２Ｃ，２２Ｄの全部、及び外周壁部２２Ｂのうち開放部２４を除く部分を構成する材料）の抵抗率ρと、誘導加熱コイルＨに印加する電流の周波数（誘導加熱コイルＨの周波数）ｆと、セグメント２を構成する材料（内周壁部２２Ａの全部、両側壁部２２Ｃ，２２Ｄの全部、及び外周壁部２２Ｂのうち開放部２４を除く部分を構成する材料）の透磁率μとの関係において、以下の式１の関係を有することから、当該関係に基づいて、内周壁部２２Ａ及び外周壁部２２Ｂの径方向の厚みと、両側壁部２２Ｃ，２２Ｄの円周方向の厚みを適宜の値に設定すればよい。
δ＝√｛２・ρ／（ω・μ）｝ なお、ω＝２πｆ …式１

【0031】

架台Ｋは、図１に示すように、軸中心をルツボ１の軸中心に一致させた円筒形の柱状部Ｋ１と、柱状部Ｋ１の上端部からルツボ１の径方向外側に向かって突出する状態に設けられた鍔部Ｋ２とを備えている。鍔部Ｋ２の上面にルツボ１（セグメント２の取付部２３）を載置した状態で、ボルトＢ及びナットＮを用いてルツボ１を架台Ｋに固定している。この固定状態において、柱状部Ｋ１の内部空間、及び鍔部Ｋ２とセグメント２の底部２１との間にそれぞれセグメント２の水冷通路Ｃ１に連通する空間が形成され、これらの空間に、セグメント２の空洞部Ｃ２内に配置した内パイプＣ３の下端に連続し且つ相互に連通する水平姿勢のパイプＣ８及び起立姿勢のパイプＣ９を配置している。

【0032】

誘導加熱コイルＨは、胴体部１０の外周面２２ｂから所定距離離れた位置において胴体部１０を取り巻くように螺旋状に配置され、任意の周波数の交流電力を出力可能な図示しない電源装置に接続されている。電源装置から誘導加熱コイルＨに対して交流電力を供給する通電状態では、コイルＨの周囲に交番磁場を発生させ、この交番磁場をルツボ１に収容された被溶解金属Ｗに浸透させて誘導加熱する。

【0033】

被溶解金属Ｗとしては、純銅や銅合金の他、金、銀、アルミニウム、これら各金属の合金等の大きな熱伝導率を有した金属を挙げることができ、鉄やコバルト、チタン、ニッケル、ジルコニウム、ハフニウム、クロム、ニオブ、タンタル、モリブデン、ウラン、希土類金属、トリウム、これらの合金等を挙げることもできる。

【0034】

このような本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘによれば、塊状や粉状の被溶解金属Ｗをルツボ１内に投入し、各セグメント２の水冷通路Ｃ１に冷却水を供給した状態で、誘導加熱コイルＨに電源装置から交流電力を供給することによって、誘導加熱コイルＨの周囲に交番磁場が生成され、その磁束が縦スリット３を通過してルツボ１の内側に透過することによって、被溶解金属Ｗに浸透し、被溶解金属Ｗを誘導加熱することができる。これにより、被溶解金属Ｗは、図１に示すように、溶融温度に昇温した表面側から溶解して溶湯Ｗｂとなり、ルツボ１の底面壁に向かって流れ落ちる。そして、ルツボ１の底面壁に到達した溶湯Ｗｂは、冷却手段Ｃによって適切な冷却状態に維持されているルツボ１により冷却されて凝固し、皿状に冷却固化したスカルＷａを形成する。

【0035】

ここで、スカルＷａが所定以上の厚みとなって冷却手段Ｃによるルツボ１の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Ｗａ上に溶湯Ｗｂが滞留していくことになる。そして、滞留する溶湯Ｗｂの量が増加すると、溶湯Ｗｂが交番磁場と誘導電流との相互作用および重力の作用を受けることによって、周辺部から中央部にかけて盛り上がったドーム形状の外形を呈しながら撹拌されることになる。このような事象により、被溶解金属Ｗは、図１に示すように、ルツボ１の底面や内周面２２ａに沿って深皿状に形成されたスカルＷａと、その上に滞留した状態の溶湯Ｗｂとに分離した状態になり、ルツボ１を傾動させる等の適宜の方法で溶湯Ｗｂをルツボ１から取り出すことができる。なお、スカルＷａ上に多量の溶湯Ｗｂを形成して維持するためには、ルツボ１の溶湯Ｗｂに対する抜熱量よりも大きな熱量で溶湯Ｗｂが加熱されるように、誘導加熱コイルＨへの電力供給を継続する必要がある。

【0036】

ところで、従来のコールドクルーシブル溶解炉Ｘであれば、投入電力のうち３０％程度が、ルツボ１の誘導加熱による損失となる。これは、誘導加熱コイルＨに高周波電流を通電すると、各セグメント２内において、図６及び図７に示すように、平面視において水冷通路Ｃ１を周回するような誘導電流（図６及び図７で電流方向を矢印で示す渦電流）が発生し、損失を起こすことが主な原因である。そして、投入電力の損失が大きいほど、溶解電力が低下し、ルツボ１内の被溶解金属Ｗへの電力投入割合（溶解効率）が悪くなる。

【0037】

一方、本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘでは、各セグメント２のうちルツボ１の胴体部１０を構成する周壁部２２として、ルツボ１の外部から水冷通路Ｃ１に連通する開放部２４を周壁部２２の一部（外周壁部２２Ｂ）に形成し、この開放部２４を、内周壁部２２Ａよりも電気抵抗率が高い水密材２５によって閉塞したものを適用している。このような本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘによれば、ルツボ１の外部から水冷通路Ｃ１に連通するように形成した開放部２４を、周壁部２２のうち水冷通路Ｃ１よりも径方向内側の領域を形成する内周壁部２２Ａよりも電気抵抗率が高い水密材２５によって閉塞しているため、各セグメント２内において水冷通路Ｃ１を周回する渦電流が流れる事態を防止・抑制することができる。その結果、ルツボ１の誘導加熱による投入電力の損失を大幅に低減することができ、溶解効率が向上する。

【0038】

特に、本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘでは、内周壁部２２Ａ及び外周壁部２２Ｂの径方向の厚みと、各側壁部２２Ｃ，２２Ｄの円周方向の厚みを、誘導加熱コイルＨによって作られる磁場の浸透深さ（電磁誘導の浸透深さ）未満の厚みに設定しているため、セグメント２内に発生する渦電流を低減することができ、ルツボ１の誘導加熱による投入電力の損失の更なる低減化、及び溶解効率の更なる上昇を図ることができる。

【0039】

また、本実施形態に係るコールドクルーシブル溶解炉Ｘによれば、開放部２４を内周壁２２Ａよりも電気抵抗率が高い水密材２５で閉塞することによって、水冷通路Ｃ１から開放部２４に冷却水などの冷却媒体が漏れる事態を防止して、良好な水冷機能を確保することができ、セグメント２の周壁部２２が異常に加熱される事態も防止・抑制することができ、ルツボ１に対する冷却手段Ｃの良好な冷却性能を発揮させることができ、ルツボ１の熱変形防止も同時に実現することができる。

【0040】

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、ルツボ１の外部から水冷通路Ｃ１に連通する開放部２４を周壁部２２の外周壁部２２Ｂにのみ形成し、この開放部２４を、内周壁部２２Ａよりも電気抵抗率が高い水密材２５によって閉塞した態様を例示したが、図５（ａ）に示すように、ルツボ１の外部から水冷通路Ｃ１に連通する開放部２４を、周壁部２２の外周壁部２２Ｂ、両側壁部２２Ｃ，２２Ｄにそれぞれ形成し、各開放部２４を、内周壁部２２Ａよりも電気抵抗率が高い水密材２５によって閉塞した構成を採用することもできる。

【0041】

また、本発明では、図５（ｂ）に示すように、両側壁部２２Ｃ，２２Ｄにのみ開放部２４を形成し、各開放部２４を、内周壁部２２Ａよりも電気抵抗率が高い水密材２５によって閉塞した構成であっても構わない。なお、水冷通路の平面形状は、図４及び図５（ａ）に示す円形以外の形状、例えば図５（ｂ）に示す四角形状であってもよい。

【0042】

さらにはまた、セグメントの周壁部のうち内周壁部を除く他の壁部、つまり、外周壁部及び両側壁部に相当する部分全体を連続する１つの開放部に設定し、この開放部を内周壁部よりも電気抵抗率が高い水密材によって閉塞した構成を採用することもできる。この場合、内周壁部と、水密材とによって囲まれる領域に水冷通路が確保されることになる。

【0043】

本発明において、開放部の形状や数は適宜選択・変更することができ、開放部の形状に応じた水密材を適用することで、開放部を適切に閉塞することが可能である。例えば、外周壁部や両側壁部の少なくとも１つの壁部に２つ以上の開放部を形成し（例えば外周壁部において周方向に離間した複数位置にそれぞれ開放部を形成し）、各開放部を水密材で閉塞する構成を採用してもよい。

【0044】

また、内周壁部及び外周壁部の径方向の厚みや、各側壁部の円周方向の厚みよりも薄い浸透深さで誘導加熱が行われるように、高周波電力の周波数を設定してもよい。

【0045】

また、セグメントとして、ルツボの底面壁を構成する底部を備えていないものを適用することも可能であり、この場合、ルツボの胴体部の内径より僅かに小さい直径に設定された底板を、ルツボの胴体部に対して上下動可能に配置すればよい。

【0046】

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【符号の説明】

【0047】

１…ルツボ
１０…胴体部
２…セグメント
２２Ａ…内周壁部
２２Ｂ…外周壁部
２２Ｃ，２２Ｄ…側壁部
２４…開放部
２５…水密材
３…縦スリット
４…絶縁材
Ｃ１…水冷通路
Ｈ…誘導加熱コイル
Ｘ…コールドクルーシブル溶解炉

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】