JP2017079149A - Immersion heater - Google Patents
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Abstract
【課題】安全かつ耐久性に優れ、発熱効率の良好な浸漬ヒータを提供する。【解決手段】金属溶湯中に浸漬されて該金属溶湯を加熱または保温する浸漬ヒータ10であって、金属溶湯中に浸漬されるヒータ本体部12と、屈曲部15を介してヒータ本体部12に対して交差する方向に延び、上部14bが金属溶湯の湯面ML上に露出する送電部14とを備える。ヒータ本体部12は、導電性のセラミックス材料からなり送電部14を介した通電により発熱する発熱体16と、該発熱体16を内部に収納して金属溶湯から発熱体16を保護する第1の保護管18と、を有する。送電部14は、金属溶湯外に位置する上部14bに外部電源との接続用の電極部が設けられ、下部14bにおいて発熱体16に一連につながる、導電性のセラミックス材料からなる送電体20と、該送電体20を内部に収納し金属溶湯から送電体20を保護する第2保護管24と、を有する。【選択図】図2Provided is an immersion heater that is safe and durable and has good heat generation efficiency. An immersion heater 10 is immersed in a molten metal to heat or keep the molten metal. The heater main body 12 is immersed in the molten metal, and the heater main body 12 is bent via a bent portion 15. The upper part 14b is provided with the power transmission part 14 which is extended in the direction which cross | intersects and is exposed on the hot metal surface ML of a molten metal. The heater body 12 is made of a conductive ceramic material and generates heat when energized via the power transmission unit 14. The heater main body 12 houses the heat generator 16 and protects the heat generator 16 from molten metal. And a protective tube 18. The power transmission unit 14 is provided with an electrode unit for connection with an external power source in an upper part 14b located outside the molten metal, and a power transmission unit 20 made of a conductive ceramic material connected in series to the heating element 16 in the lower part 14b. And a second protective tube 24 that houses the power transmission body 20 and protects the power transmission body 20 from molten metal. [Selection] Figure 2
Description
この発明は、保持炉内の金属溶湯中に浸漬されて該金属溶湯を加熱または保温する浸漬ヒータに関する。 The present invention relates to an immersion heater that is immersed in a molten metal in a holding furnace to heat or keep the molten metal.
アルミニウムや亜鉛、ブラスなどの金属溶湯を加熱または保温する技術として、従来は、石油やガスの燃焼式バーナを用いた輻射加熱が主流であったが、熱効率等の観点から、近年では、セラミック等の耐火物製保護管(ヒータチューブ)内に発熱体を装備した浸漬ヒータを金属溶湯保持炉内に浸漬し、直接加熱する方式が一般的になりつつある。 Conventionally, radiant heating using oil or gas combustion burners has been the mainstream as a technique for heating or keeping molten metal such as aluminum, zinc, brass, etc. In recent years, from the viewpoint of thermal efficiency, ceramics, etc. It is becoming common to immerse an immersion heater equipped with a heating element in a refractory protective tube (heater tube) in a molten metal holding furnace and heat it directly.
このような浸漬ヒータとしては、上記保持炉の溶湯容器の側壁を貫通させて容器内の底寄りに水平に架設して用いるものや、上部を溶湯容器の上蓋に懸垂支持してその下部を溶湯中に浸漬して用いる直筒形ヒータなどが知られている。 As such an immersion heater, one that is used by penetrating the side wall of the molten metal container of the holding furnace and extending horizontally near the bottom of the container, or the upper part is suspended from the upper lid of the molten metal container and the lower part is melted. A straight cylindrical heater used by being immersed therein is known.
しかしながら、保持炉の溶湯容器の側壁を貫通させて設置する形式の浸漬ヒータでは、側壁に浸漬ヒータを挿通させる孔が形成されるため溶湯容器の断熱特性が低下し、また後から浸漬ヒータを増設するのも困難である。また、直筒形ヒータの場合、ヒータの湯面付近の保護管も高温に晒され、そのために外周面に付着した溶湯が酸化固化(例えばコランダム化)し、この固化層との熱膨脹率の違いから保護管が破損し易くなるためにヒータ寿命が短いこと、また設置箇所が炉壁付近に限定されるため溶湯への熱伝達効率が劣るという問題点があった。 However, in the type of immersion heater that is installed by penetrating the side wall of the molten metal container of the holding furnace, since the hole for inserting the immersion heater is formed in the side wall, the heat insulation characteristic of the molten metal container is lowered, and the immersion heater is added later. It is also difficult to do. In addition, in the case of a straight cylindrical heater, the protective tube near the hot water surface of the heater is also exposed to high temperature, and the molten metal adhering to the outer peripheral surface is oxidized and solidified (for example, corundum), and the difference in thermal expansion coefficient from this solidified layer Since the protective tube is easily broken, the heater life is short, and the installation location is limited to the vicinity of the furnace wall, so that the heat transfer efficiency to the molten metal is inferior.
これに対し、上述した浸漬ヒータの問題点を克服するものとして、特許文献1および特許文献2では、L字形をなす保護管の水平部に発熱体を内装するとともに、保護管の垂直部に送電線を収納し、発熱体の後端の電極に該送電線を結線した浸漬ヒータが提案されている。このようなL字形の浸漬ヒータであれば、溶湯容器の側壁に孔を開けることなくヒータの増設が可能である。また、発熱部(水平部)が完全に溶湯内に浸漬されるため、保護管の破損を防ぐとともに良好な熱伝達効率を実現することができる。
On the other hand, in order to overcome the above-mentioned problems of the immersion heater, in
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術の場合、送電線と発熱体とをつなぐ電極部が高温となり、劣化する危険性がある。また、金属製の電極部は発熱体を構成するセラミックスよりも熱膨張が大きいため、電極部にてゆるみ等による接触不良が生じるおそれがあり、安定操業に不安がある。これらの問題に対処するため、特許文献2では、保護管の垂直部(送電筒)の内部に冷媒を循環させ、電極部を冷却する技術が提案されている。しかしながら、かかる技術では、冷媒によって電極部のみならず送電筒までもが冷却され、溶湯温度の低下や熱損失を招くという問題点がある。
However, in the case of the prior art described in
それ故この発明は、上記問題点を解決し、安全かつ耐久性に優れ、熱伝達効率の良好な浸漬ヒータを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide an immersion heater that is safe and excellent in durability and excellent in heat transfer efficiency.
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、この発明は、金属溶湯中に浸漬されて該金属溶湯を加熱または保温する浸漬ヒータであって、金属溶湯中に浸漬されるヒータ本体部と、屈曲部を介してヒータ本体部に対して交差する方向に延び、上部が金属溶湯の湯面上に露出する送電部とを備え、ヒータ本体部は、導電性のセラミックス材料からなり前記送電部を介した通電により発熱する発熱体と、該発熱体を内部に収納して前記金属溶湯から発熱体を保護する第1の保護管と、を有し、前記送電部は、金属溶湯外に位置する上部に外部電源との接続用の電極部が設けられ、下部において前記発熱体に一連につながる、導電性のセラミックス材料からなる送電体と、該送電体を内部に収納し前記金属溶湯から送電体を保護する第2保護管と、を有することを特徴とするものである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the present invention is an immersion heater that is immersed in a molten metal to heat or keep the molten metal, and is a heater that is immersed in the molten metal. The heater includes a main body and a power transmission section that extends in a direction intersecting the heater main body via a bent portion and has an upper portion exposed on the surface of the molten metal. The heater main body is made of a conductive ceramic material. A heating element that generates heat when energized through the power transmission unit; and a first protective tube that houses the heating element and protects the heating element from the molten metal. An electrode part for connection to an external power source is provided in the upper part located outside, and a power transmission body made of a conductive ceramic material is connected to the heating element in the lower part, and the metal is housed in the power transmission body. Protect the power transmission body from the molten metal It is characterized in that a second protective tube, a.
なお、この発明の浸漬ヒータにあっては、前記送電体は、接合部を介して前記発熱体に接合されていることが好ましい。 In the immersion heater according to the present invention, it is preferable that the power transmission body is joined to the heating element via a joint portion.
また、この発明の浸漬ヒータにあっては、前記送電体と前記発熱体との接合部は、前記ヒータ本体部の軸線方向に対して所定の斜度で傾斜していることが好ましく、この場合、前記斜度は、30〜60度の範囲内にあることが好ましい。 In the immersion heater according to the present invention, it is preferable that the joint between the power transmission body and the heating element is inclined at a predetermined inclination with respect to the axial direction of the heater body. The inclination is preferably in the range of 30 to 60 degrees.
さらに、この発明の浸漬ヒータにあっては、前記発熱体は、高発熱部と、該高発熱部よりも発熱量の小さい低発熱部とを有し、前記低発熱部は、前記送電体と前記発熱体との接合部に隣接して配置されていることが好ましい。この場合、前記低発熱部と前記第1保護管との間に遮熱部材を備えることが好ましい。 Furthermore, in the immersion heater according to the present invention, the heating element includes a high heating part and a low heating part having a smaller heating value than the high heating part, and the low heating part includes the power transmission body and It is preferable that it is disposed adjacent to the joint with the heating element. In this case, it is preferable that a heat shield member is provided between the low heat generating portion and the first protective tube.
さらに、この発明の浸漬ヒータにあっては、前記送電体と前記発熱体との接合部は、焼結接合部であることが好ましい。 Furthermore, in the immersion heater according to the present invention, it is preferable that the joint between the power transmission body and the heating element is a sintered joint.
さらに、この発明の浸漬ヒータにあっては、前記送電体は、相互に絶縁状態で平行に延びる一対の送電体部からなり、該一対の送電体部は、前記ヒータ本体部の軸線方向および前記送電部の軸線方向の双方に直交する方向に並置されていることが好ましい。 Furthermore, in the immersion heater according to the present invention, the power transmission body includes a pair of power transmission body portions extending in parallel with each other in an insulated state, and the pair of power transmission body portions includes the axial direction of the heater main body portion and the It is preferable that they are juxtaposed in a direction orthogonal to both the axial directions of the power transmission unit.
さらに、この発明の浸漬ヒータにあっては、前記送電体は、前記発熱体よりも比抵抗が小さいセラミックス材料から形成されていることが好ましい。 Furthermore, in the immersion heater according to the present invention, it is preferable that the power transmission body is formed of a ceramic material having a specific resistance smaller than that of the heating element.
加えて、この発明の浸漬ヒータにあっては、前記発熱体は、2重の螺旋部を有することが好ましい。 In addition, in the immersion heater according to the present invention, the heating element preferably has a double spiral portion.
この発明の浸漬ヒータによれば、浸漬ヒータの、外部電源と接続される電極部は、金属溶湯の湯面よりも上方に配置されて金属溶湯の熱および発熱体の熱から隔離されるため、電極部の熱劣化を防止することができるとともに、熱膨張差による接触不良も防止することができる。さらに、上記特許文献2のように、電極部を冷媒により冷却する必要がなく、熱伝達効率を向上させることができる。さらに、送電部の上部にて外部電源との接続が形成される片端子型であるため、保持炉の天井や側壁から吊り下げるといった設置が可能であり、増設やメンテナンスも容易である。
According to the immersion heater of the present invention, the electrode portion connected to the external power source of the immersion heater is disposed above the surface of the molten metal and is isolated from the heat of the molten metal and the heat of the heating element. It is possible to prevent thermal deterioration of the electrode part and to prevent poor contact due to a difference in thermal expansion. Furthermore, unlike the above-mentioned
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここで、図1は、この発明の一実施形態の浸漬ヒータが保持炉の溶湯容器内の金属溶湯中に浸漬された使用状態を示す概略図であり、図2は、この浸漬ヒータを一部断面で示す側面図であり、図3および図4は、浸漬ヒータを保護管を除いた状態で示すものであり、図3(a)は上面図であり、図3(b)は側面図であり、図4(a)は背面図であり、図4(b)は図4(a)におけるA−A線に沿う拡大断面図である。なお、以下の説明において、「上」とは、送電部の一端と他端との関係において、ヒータ本体部が連結された端からヒータ本体部が連結されていない端へ向かう方向を指し、「下」とはその逆である。また、「前」とは、ヒータ本体部の一端と他端との関係において、送電部が連結された端から送電部が連結されていない端へ向かう方向を指し、「後」とはその逆である。また、「左」、「右」は、上記で定義された「前」、「後」を基準に定義されるものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a schematic view showing a use state in which the immersion heater according to one embodiment of the present invention is immersed in the molten metal in the molten metal container of the holding furnace, and FIG. 2 shows a part of this immersion heater. FIG. 3 and FIG. 4 show the immersion heater with the protective tube removed, FIG. 3 (a) is a top view, and FIG. 3 (b) is a side view. 4A is a rear view, and FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4A. In the following description, “up” refers to the direction from the end where the heater main body is connected to the end where the heater main body is not connected in the relationship between the one end and the other end of the power transmission unit. The opposite is the opposite. In addition, “front” refers to the direction from the end where the power transmission unit is connected to the end where the power transmission unit is not connected in the relationship between the one end and the other end of the heater body, and “back” is the opposite. It is. “Left” and “right” are defined based on “front” and “rear” defined above.
まず溶湯容器1は、図1に示すように、複数層、図示例では3層の断熱壁構造を有しており、底壁2と、底壁2の周縁から立ち上がり、内側にアルミニウム、亜鉛、ブラス等の金属溶湯の保持領域Sを区画、形成する複数(通常は4つ)の側壁3とからなる。また、溶湯容器1は、図示は省略するが、浸漬ヒータ10を溶湯容器1に支持、固定する支持具を有してよい。
First, as shown in FIG. 1, the
この発明の一実施形態としての浸漬ヒータ10は、図1に示すように、溶湯容器1の底壁2に沿って略水平に設置されてよいヒータ本体部12と、湯面MLを貫くように略鉛直に設置されてよい送電部14とが屈曲部15を介して設けられた、側面視で略L字形を有するものであり、送電部14は、その少なくとも下部14aが溶湯に浸漬されるが上部14bは金属溶湯の湯面ML上に露出するとともに、ヒータ本体部12を完全に溶湯内に浸漬させる長さを有する。
As shown in FIG. 1, the
屈曲部15の角度、つまりヒータ本体部12の軸線方向(延在方向)C1と送電部14の軸線方向(延在方向)C2とのなす角は、図示例のように略直角とするのが好ましいが、これに限らず、45度から135度の範囲の任意の角度としてもよい。ヒータ本体部12と送電部14とのなす角度を90度未満または90度超とすることで、形状の異なる溶湯容器1に適合させることもできる。
The angle of the
浸漬ヒータ10の具体的構成は図2以降に示してある。図2に示すように、浸漬ヒータ10のヒータ本体部12は、炭化珪素(SiC)やSiC−Si複合材等の導電性のセラミックス材料からなり通電により発熱する発熱体16と、該発熱体16を内部に収納して高温の金属溶湯から発熱体16を保護する絶縁性セラミックス製の第1の保護管18とを有している。第1の保護管18と発熱体16との間の空間には、熱伝達を促進する図示しないセラミックフィラーを充填してもよい。
The specific configuration of the
第1の保護管18に用いられる絶縁抵抗の高い絶縁性セラミックスとしては、高温で高強度、高硬度、高耐食性を有するのみならず、高温で良好な熱伝導性を示し、さらに、高温で良好な電気絶縁性を示すものを採用することができる。この発明においては、例えば、窒化珪素やサイアロン、窒化硼素またはそれらの複合セラミックスを用いることができる。特に窒化珪素は800℃以上の高温になっても絶縁抵抗の低下が少なく、アルミニウムや亜鉛等の非鉄金属溶湯に対する耐食性も優れ、耐熱衝撃性にも優れており、好適に用いることができる。
Insulating ceramics with high insulation resistance used for the first
浸漬ヒータ10の送電部14は、炭化珪素(SiC)やSiC−Si複合材等の導電性のセラミックス材料からなる長尺状の送電体20と、該送電体20を内部に収納して金属溶湯から送電体20を保護する、第1の保護管18と同様の絶縁性セラミックス材料からなる第2の保護管24とを有している。送電体20の、金属溶湯外に位置する上部には、図示しない外部電源との接続用の電極部22が設けられている。
The
また、浸漬ヒータ10は、ヒータ本体部12における第1の保護管18と、送電部14における第2の保護管24とを互いに交差(図示例では直交)させた状態で連結する、第1の保護管18および第2の保護管24と同様の絶縁性セラミックス材料からなる屈曲部材26を備えている。第1の保護管18と屈曲部材26、および第2の保護管24と屈曲部材26はそれぞれ、互いにねじ結合されるとともに耐熱セラミック系の接着剤によって接着されており、これにより結合強度および密閉性が高められている。
In addition, the
図3および図4に発熱体16および送電体20の詳細を示すように、発熱体16は、全体的に中空円筒形状に形成されており、上下の2箇所において後端(基端)から軸線方向C1に沿って延びる2本の直線状のスリット28a、28bにより左右に分断された一対の断面半円筒状の直線部30a、30bと、上記2本の直線状のスリット28a、28bから前方へと続く2本の螺旋状のスリット32a、32bにより形成された二重の螺旋部34a、34bとを有し、各螺旋部34a、34bは、発熱体16の前端側にて互いに一体的に連続している。
As shown in detail in FIG. 3 and FIG. 4, the
発熱体16の二重の螺旋部34a、34bは、抵抗が相対的に大きい高発熱部36を構成し、直線部30a、30bは、抵抗が相対的に小さい低発熱部38を構成する。高発熱部36および低発熱部38は、構造の相違に加えて、相互に異なる比抵抗(1000℃における比抵抗)を有するよう形成してもよい。例えば、低発熱部38の比抵抗は、高発熱部36の比抵抗の10%以下としてもよい。このような比抵抗の調整は、例えば、高発熱部と低発熱部とでSiとCの比率を異ならせることにより行うことができる。具体的には、直線部30a、30bにSiを含浸させる手法や、直線部30a、30bをSiC−Siの複合材とし、SiCからなる螺旋部34a、34bと接合面39を介して接合する方法等がある。そして、SiCからなる螺旋部34a、34bとSiC−Siの複合材からなる直線部30a、30bとを接合面39にて接合する方法としては、SiC、C、バインダーを含む接着剤を接合面39に塗布して、窒素雰囲気中で高温(1900〜2100℃)に加熱し、溶融したSiと接着剤中のCと反応させる反応焼結接合法がある。この他にも、SiCからなる螺旋部34a、34bとSiC−Siの複合材からなる直線部30a、30bとの接合面39に、SiC、C、バインダーを含む接着剤を塗布し、これらを一定の減圧下(150〜1500Pa)に制御して、加熱(1450℃〜1600℃)し接合する方法がある。なお、直線部30a、30bと螺旋部34a、34bとは、相互に同じ比抵抗値を有していてもよい。この場合においても、螺旋部34a、34bが螺旋形状を有することにより、螺旋部34a、34bの抵抗絶対値を直線部30a、30bの抵抗絶対値に比べて大きくすることができる。
The
送電体20は、断面半円筒状で上下方向に長尺状に延びる一対の送電体部20a、20bを有しており、各送電体部20a、20bは、炭化珪素(SiC)やSiC−Siの複合材等の導電性のセラミックス材料からなる。各送電体部20a、20bにおける比抵抗は、発熱体16の螺旋部34a、34b(高発熱部36)における比抵抗よりも小さくすることが好ましく、具体的には、各送電体部20a、20bにおける比抵抗は、螺旋部34a、34bにおける比抵抗の10%以下とすることが好ましい。なお、各送電体部20a、20bにおける比抵抗は、発熱体16の直線部30a、30b(低発熱部38)における比抵抗と同一または略同一の値としてもよい。
The
一対の送電体部20a、20b間には上記直線状のスリット28a、28bの幅と同等の幅の間隙40a、40bが前後の2箇所に設けられている。これらの間隙40a、40bには、送電体20の上下2箇所において、例えばアルミナ製の絶縁スペーサ41、42がそれぞれ挿入されている。
Between the pair of
送電体20の、金属溶湯の湯面MLよりも上方に位置する上端部には、アルミナ等の絶縁材料からなる円弧状の複数(図示例では4つ)の締付けカラー43が取り付けられており、締付けカラー43の外側には、金属製の締付け帯44が巻き付けられている。これにより、一対の送電体部20a、20bは、上部において円筒形に形状保持される。また、締付けカラー43と一対の送電体部20a、20bの外面との間には、上記電極部22を構成する一対の端子22a、22bが介装されている。
A plurality of arcuate (four in the illustrated example)
各送電体部20a、20bの下端は、発熱体16の直線部30a、30bの後端(基端)に接合部45を介してそれぞれ接合されている。つまり、一方の送電体部20aの下端は、一方の接合部45を介して一方の直線部30aの後端に接合され、他方の送電体部20bの下端は、他方の接合部45を介して他方の直線部30bの後端に接合されている。なお、送電体20と発熱体16とは、接合部45のない一体の焼結体であってもよい。
The lower ends of the power
送電体部20a、20bの下端と、発熱体16の直線部30a、30bの後端との接合は、例えば、送電体部20a、20bの下端面と発熱体16の直線部30a、30bの後端面とにSiC、C、バインダーを含む接着剤を塗布して、窒素雰囲気中で高温(1900〜2100℃)に加熱し、溶融したSiと接着剤中のCと反応させる反応焼結接合法や、送電体部20a、20bの下端面と発熱体16の直線部30a、30bの後端面に、SiC、C、バインダーを含む接着剤を塗布し、これらを一定の減圧下(150〜1500Pa)に制御して、加熱(1450℃〜1600℃)し接合する方法、銀やチタン等の金属材料およびガラスやシリコン等の無機材料を用いたろう付け、接着剤による接合、電子ビームやレーザービームを用いた融接により行うことができる。あるいは、これらに限らず嵌め込みや焼ばめ等の機械的結合法を用いてもよい。
The joining of the lower ends of the
また、送電体部20a、20bと直線部30a、30bとの接合部45は、図3(b)に示す側面視で、ヒータ本体部12の軸線方向C1に対して所定の斜度θで傾斜させることが好ましい。当該斜度θは、30〜60度の範囲内にあることがより好ましく、40〜50度の範囲内にあることがより好ましい。このようにすれば、送電体部20a、20bと直線部30a、30bとの接合面積を増大させ、接合強度を向上させることができる。また、発熱体16および送電体20が熱膨張した場合、接合部45では互いに押し合うような力が作用するため、接合部45の信頼性を向上させることができるとともに発熱体16および送電体20の過度な伸長を抑制することができる。
Further, the
ところで、この実施形態においては、一対の送電体部20a、20bは、図4に示すように、ヒータ本体部12の軸線方向C1および送電部14の軸線方向C2の双方に直交する方向、つまり左右方向に並置されている。このような配置によれば、図5に示す変形例との比較からも分かるように、一対の送電体部20a、20bの長さを等しくすることができ、ひいては両送電体部20a、20b間で熱による伸長度合いを略等しくすることができ、発熱体16と送電体部20a、20bの接合部45にせん断応力が生じないようすることができる。しかし、この発明では、図5に示す変形例のように、一対の送電体部20a、20bを前後方向に並置するとともに、発熱体16の直線部30a、30bを上下方向に対向配置し、2つの接合部45が上下に並ぶような構成としてもよい。
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 4, a pair of power
なお、発熱体16と送電体20を接合部45において接合する場合、L字形の角部において互いに斜めに突き合わせる必要はなく、図6(a)に示す変形例のように、ヒータ本体部12の軸線方向C1と平行に接合部45を形成してもよく、あるいは図6(b)に示す変形例のように、ヒータ本体部12の軸線方向に対して垂直に接合部45を形成してもよい。
In addition, when joining the
また、この実施形態では、図2に示すように、発熱体16の直線部30a、30b(低発熱部38)と第1の保護管18との間の環状空間に、遮熱性および電気絶縁性を有する、例えばセラミックスからなる遮熱部材48を設けている。このような遮熱部材48を設けることにより、発熱エネルギーの損失を低減できるとともに、発熱体16と送電体20との接合部45および第1の保護管18と屈曲部材26との連結部への熱負荷を低減でき、これらの接合部45および連結部の信頼性を向上させることができる。図2中、符号49で示される部材は、発熱体16の先端と第1の保護管18の先端部内壁との間を絶縁する例えばセラミックス製の絶縁板である。絶縁板49は、第1の保護管18に対して発熱体16の中心位置を出す役割も果たす。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, in the annular space between the
上記構成を備える浸漬ヒータ10にあっては、側面視略L字形の浸漬ヒータ10が、そのヒータ本体部12が保持炉の溶湯容器1の底壁2に沿うとともに送電部14が略鉛直になるように設置され、かつ溶湯容器1内に高温の金属溶湯が充填された状態において、電極部22の端子22a、22b間に所定の外部電源を接続して電圧を印加すると、一方の送電体部20a、一方の直線部30a、2重の螺旋部34a、34b、他方の直線部30bおよび他方の送電体部20bの順に電流が流れ、相対的に抵抗が高い螺旋部34a、34bにおいてに発熱する。そして、発生した熱は、第1の保護管18を介して金属溶湯に伝達され、金属溶湯が加熱または保温される。
In the
このとき、浸漬ヒータ10の、外部電源と接続される電極部22は、金属溶湯の湯面MLよりも上方に配置されて金属溶湯の熱および発熱体16の熱から隔離されるため、電極部22の熱劣化を防止することができるとともに、金属製の端子22a、22bとセラミックス製の送電体部20a、20b間の熱膨張差による接触不良も防止することができる。さらに、上記特許文献2のように、送電部(送電筒)内に冷媒を循環させて冷却する必要がなく、熱伝達効率を向上させることができる。
At this time, the
また、上記実施形態の浸漬ヒータ10によれば、発熱体16の高発熱部36と送電体20および発熱体16間の接合部45との間に低発熱部38が介在することにより、接合部45の温度上昇を抑制することができ、接合部45の接合安定性を向上させることができる。
Further, according to the
さらに、上記実施形態の浸漬ヒータ10によれば、低発熱部38と第1の保護管18との間に遮熱部材48が設けられていることにより、発熱エネルギーの損失が低減されるとともに、発熱体16と送電体20との接合部45および第1の保護管18と屈曲部材26との連結部への熱負荷を低減することができ、当該接合部45および連結部の安定性をより一層向上させることができる。
Furthermore, according to the
さらに、上記実施形態の浸漬ヒータ10によれば、送電体20を構成する一対の送電体部20a、20bは、ヒータ本体部12の軸線方向C1および送電部14の軸線方向C2の双方に直交する方向(つまり左右方向)に並置されていることにより、発熱もしくは外部からの入熱に伴い送電体部20a、20bが熱伸長する場合でも、2つの送電体部20a、20bの伸長度合いを略等しくすることができ、送電体20と発熱体16との接合部45におけるせん断応力を低減または防止することができる。
Furthermore, according to the
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の実施形態に限らず、特許請求の範囲の記載内で種々の変更、追加が可能である。例えば、この発明の浸漬ヒータは、1つの送電部に対して2以上のヒータ本体部を有するものでもよく、この場合、浸漬ヒータは、全体として逆さT字形をなすものでもよい。また、上述の実施形態では、ヒータ本体部は2重の螺旋構造を有するものであったが、3重の螺旋構造からなる発熱体を備えた3相型の浸漬ヒータであってもよい。 While the present invention has been described based on the illustrated examples, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and additions can be made within the scope of the claims. For example, the immersion heater of the present invention may have two or more heater main bodies for one power transmission unit, and in this case, the immersion heater may be an inverted T-shape as a whole. In the above-described embodiment, the heater body has a double spiral structure, but it may be a three-phase immersion heater including a heating element having a triple spiral structure.
図1〜図4に示した構造を有し、下記諸元を有する浸漬ヒータをアルミニウム溶湯中に3日間浸漬し、浸漬後に浸漬ヒータを分解し、電極部の熱劣化および接触性、送電体と発熱体との接合部の状態を調査したところ、電極部に熱による劣化は無く、接触性も良好であった。また、接合部においてもクラック等の損傷は無く、良好な接合が維持されていた。また、定格出力3kWに対して実効出力2.8kWが得られた。
‐送電体の材料:SiC−Si複合材、1000℃における比抵抗0.003Ωcm
‐発熱体の材料(直線部):SiC、1000℃における比抵抗0.016Ωcm
‐発熱体の材料(螺旋部):SiC、1000℃における比抵抗0.016Ωcm
‐第1、2の保護管および屈曲部材の材料:Si3N4
‐送電体と発熱体との接合法:反応焼結接合
‐ヒータ本体部と送電部とのなす角度:90度
1 to 4, an immersion heater having the following specifications is immersed in molten aluminum for 3 days, and after immersion, the immersion heater is disassembled. When the state of the joined portion with the heating element was investigated, the electrode portion was not deteriorated by heat and the contactability was good. Also, there was no damage such as cracks at the joint, and good joint was maintained. In addition, an effective output of 2.8 kW was obtained for a rated output of 3 kW.
-Material of power transmission body: SiC-Si composite, specific resistance at 1000 ° C 0.003 Ωcm
-Material of heating element (linear part): SiC, specific resistance at 1000 ° C 0.016 Ωcm
-Material of heating element (helical part): SiC, specific resistance at 1000 ° C 0.016 Ωcm
-Materials of first and second protective tubes and bending members: Si 3 N 4
-Joining method between power transmission body and heating element: Reaction sintering joining-Angle between heater body and power transmission section: 90 degrees
この発明により、安全性かつ耐久性に優れ、熱伝達効率の良好な浸漬ヒータを提供することが可能になった。 According to the present invention, it is possible to provide a submerged heater that is excellent in safety and durability and has good heat transfer efficiency.
1 溶湯容器
2 底壁
3 側壁
10 浸漬ヒータ
12 ヒータ本体部
14 送電部
15 屈曲部
16 発熱体
18 第1の保護管
20 送電体
20a、20b 送電体部
22 電極部
22a、22b 端子
24 第2の保護管
26 屈曲部材
28a、28b 直線状のスリット
30a、30b 直線部
32a、32b 螺旋状のスリット
34a、34b 螺旋部
36 高発熱部
38 低発熱部
39 接合面
40a、40b 間隙
41、42 絶縁スペーサ
43 締付けカラー
44 締付け帯
45 接合部
48 遮熱部材
49 絶縁板
C1 ヒータ本体部の軸線方向
C2 送電部の軸線方向
ML 湯面
DESCRIPTION OF
Claims (10)
金属溶湯中に浸漬されるヒータ本体部と、屈曲部を介してヒータ本体部に対して交差する方向に延び、上部が金属溶湯の湯面上に露出する送電部とを備え、
ヒータ本体部は、導電性のセラミックス材料からなり前記送電部を介した通電により発熱する発熱体と、該発熱体を内部に収納して前記金属溶湯から発熱体を保護する第1の保護管と、を有し、
前記送電部は、金属溶湯外に位置する上部に外部電源との接続用の電極部が設けられ、下部において前記発熱体に一連につながる、導電性のセラミックス材料からなる送電体と、該送電体を内部に収納し前記金属溶湯から送電体を保護する第2保護管と、を有することを特徴とする浸漬ヒータ。 An immersion heater that is immersed in a molten metal to heat or keep the molten metal,
A heater main body immersed in the molten metal, and a power transmission unit that extends in a direction intersecting the heater main body through the bent portion, and whose upper portion is exposed on the molten metal surface of the molten metal,
The heater body is made of a conductive ceramic material and generates heat when energized through the power transmission unit, and a first protective tube that houses the heat generator and protects the heat generator from the molten metal Have
The power transmission unit is provided with an electrode part for connection to an external power source at an upper part located outside the molten metal, and a power transmission body made of a conductive ceramic material connected to the heating element at the lower part, and the power transmission body And a second protective tube for protecting the power transmission body from the molten metal.
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