誘導炉

誘導炉は、金属を誘導加熱することで熱を加える電気炉です。^[1]^[2]^[3] 誘導炉の容量は1キログラム未満から100トンまでの範囲で、鉄鋼、銅、アルミニウム、貴金属を溶かすために使用されます。

誘導炉の利点は、他のほとんどの金属溶解方法と比較して、クリーンでエネルギー効率が高く、よく制御された溶解プロセスであることです。

現代の鋳物工場のほとんどはこのタイプの炉を使用しており、多くの鋳鉄工場では、鋳鉄を溶かすためにキューポラ炉を誘導炉に置き換えています。これは、キューポラ炉が大量の粉塵やその他の汚染物質を排出するためです。^[4]

誘導炉は、電気アーク炉のようなアークや高炉のような燃焼を必要としません。その結果、装入物（加熱のために炉内に投入される材料であり、電荷とは異なります）の温度は、それを溶かすのに必要な温度よりも高くならず、貴重な合金元素の損失を防ぐことができます。^[5]

鋳造所で誘導炉を使用する場合の 1 つの大きな欠点は、精錬能力が不足していることです。投入材料には酸化物が含まれず、組成が既知でなければなりません。また、一部の合金元素は酸化により失われる可能性があるため、それらを溶融物に再追加する必要があります。

種類

コアレス型^[6]では、金属は水冷交流ソレノイドコイルに囲まれたるつぼに入れられます。チャネル型誘導炉には溶融金属のループがあり、鉄心を介して1ターンの二次巻線を形成します。^[7]^[8]

誘導炉は、溶解する金属を入れた非導電性のるつぼと、その周囲を巻いた銅線で構成されています。銅線には強力な交流電流が流れます。コイルは、金属を貫通する急速に反転する磁場を作り出します。磁場は、電磁誘導によって金属内に渦電流、つまり円形の電流を誘導します。^[9]渦電流は、バルク金属の電気抵抗を通って流れ、ジュール熱によって金属を加熱します。鉄などの強磁性体では、磁気ヒステリシス、つまり金属内の分子磁気双極子の反転によっても材料が加熱されることがあります。溶解すると、渦電流によって溶融物が激しく撹拌され、よく混合されます。

誘導加熱の利点は、燃焼燃料やその他の外部熱源によって熱が加えられるのではなく、炉の装填物自体の内部で熱が生成されることです。これは、汚染が問題となる用途では重要です。

動作周波数は、通常、溶解する材料、炉の容量（容積）、必要な溶解速度に応じて、商用周波数（50 または 60 Hz ）から 400 kHz 以上までの範囲です。一般的に、溶解物の容積が少ないほど、使用する炉の周波数が高くなります。これは、交流電流が導体の表面下に浸透できる距離の尺度である表皮深さによるものです。同じ導電率の場合、周波数が高いほど表皮深さが浅くなり、溶解物への浸透が少なくなります。周波数が低いと、金属に攪拌や乱流が発生する可能性があります。

予熱された 1 トンの溶解炉は、冷たい原料を 1 時間以内に溶鉱炉から出鉱できる状態まで溶解できます。電力供給は 10 kW から 42 MW までで、溶解量はそれぞれ 20 kg から 65 トンの金属です。^{[引用が必要]}

運転中の誘導炉は通常、磁力の変動と磁気ひずみによりハム音やウィーンという音を発します。その音の高さから、炉が正しく運転しているかどうか、またはどの電力レベルで運転しているかをオペレーターが判断できます。^[要出典]

^ Laughton, MA; Warne, DF (2002). 電気技術者の参考書、第16版。Newnes。pp. 17–19。ISBN 0080523544。
^ キャンベル、フレーク C. (2013)。金属加工：基礎を理解する。ASM インターナショナル。pp. 63–65。ISBN 978-1627080187。
^ バウチョ、マイケル (1993)。ASM 金属リファレンスブック、第 3 版。アメリカ金属協会。p. 50。ISBN 0871704781。
^ 「誘導炉の技術的基礎と応用」。
^ Phillip F. Ostwald、Jairo Muñoz、製造プロセスとシステム（第9版）、John Wiley & Sons、1997年ISBN 978-0-471-04741-4 48ページ
^ Robiette, AG (1935)。「V: コアレス誘導炉」。電気溶解の実践。Charles Griffin & Co. pp. 153–252。
^ ロビエット 1935「第 4 章: チャネル型または「低周波」誘導炉」、pp. 153–252
^ 誘導加熱と誘電加熱。電気と生産性シリーズ、第6号。英国電気開発協会。1962年。pp.8-9。
^ Bhattacharya, SK (2009). パワーエレクトロニクスの基礎. Vikas Publishing House Pvt. pp. 142–143. ISBN 978-8125918530。