以下、本発明の実施の形態について、添� ��図面を参照して説明する。図1は、本発明の 一実施形態に係る溶湯容器の一例として示す 誘導炉の縦断面図である。この誘導炉1は、� �、銅合金、アルミニウム、特殊鋼、各種用� �の金属シリコン等の溶解に広く用いること� �できる。

 図1に示すように、誘導炉1は、坩堝状の� �器本体2の内周面に保護層3が形成されており 、容器本体2の外側には誘導コイル4が配置さ� ��ている。容器本体2と誘導コイル4との間に� �、珪砂などのバックサンド(不定形材)5が介� �されており、誘導コイル4の内周面には断熱� ��6が配置されている。容器本体2は、円筒状� �角筒状など任意の形状とすることができる� �

 容器本体2は、アルミナ(Al2O3)-シリカ(SiO2)� ��の材料からなり、アルミナ及びシリカの合� ��100重量部に対して、アルミナの含有量がム� ��イト組成を含む72~95重量部の範囲に調整さ� �ている。アルミナの含有量が72重量部より少 ない(すなわち、シリカの含有量が多い)と、� ��分な耐熱性を得にくくなる一方、アルミナ� ��含有量が95重量部より多い(すなわち、シリ� ��の含有量が少ない)と、耐熱衝撃性の低下や 溶湯の浸透が生じやすくなる。容器本体2は� �アルミナ及びシリカの粉体を所定の混合比� �混合し、若干のバインダーを加えて静水圧� �形機で成形した後、約1500℃で焼成して製造� ��ることができる。

 アルミナ及びシリカの合計重量は、容器� ��体2の強度及び熱的安定性を確保するため、 バインダーなどを含む容器本体2の全体重量� �90%以上であることが好ましい。アルミナ及� �シリカの合計重量がこの範囲に含まれてい� �限り、アルミナの一部は、SiC、MgO、ZrO2など� ��の耐火材成分により置換可能であり、更に� ��FeOやNa2Oなどの不可避成分を含んでいてもよ い。

 また、保護層3は、窒化珪素-アルミナ系� �材料からなる。窒化珪素及びアルミナの合� �重量は、容器本体2に対する密着性及び耐食� ��を確保するため、バインダーなどを含む保� ��層3の全体重量の90%以上であることが好まし い。窒化珪素の含有量が少ない(すなわち、� �ルミナの含有量が多い)と、溶湯に含まれる� ��加剤のアルカリ成分に対して十分な耐食性� ��得にくくなる一方、窒化珪素の含有量が多� ��(すなわち、アルミナの含有量が少ない)と� �十分な強度が得にくくなり、溶湯撹拌によ� �損耗が大きくなる。保護層3は、窒化珪素及� ��アルミナの粉体を所定の混合比で混合し、� ��ガラス等のバインダーを加えて作成したス� ��リーを、容器本体2の内面にスプレーや刷毛 などで塗布した後、約120℃で20時間以上熱処� ��を施して、形成することができる。保護層� ��厚みは、薄すぎると耐食性が低下する一方� ��厚すぎると密着性が低下する傾向にあるた� ��、0.2~1.0cmが好ましく、0.3~0.6cmがより好まし� ��。

 本発明においては、容器本体2及び保護層 3の材質面での最適化に加え、容器本体2及び� ��護層3の熱膨張が整合するようにそれぞれの 組成が調整されており、これによって保護層 3が容器本体2から剥離するのを効果的に防止� ��ている。

 具体的には、貯留される溶湯温度を、実用� ��に最も過酷な条件と考えられる1600℃と仮定 し、容器本体2及び保護層3の厚みを、一般的� ��値である45mm、6mmにそれぞれ設定して、各素 材の熱伝導率から容器本体2及び保護層3の平� ��温度を算出すると、容器本体2が約1391℃、� �護層3が約1558℃となる。したがって、容器本 体2及び保護層3の熱膨張量がほぼ等しくなる� ��めには、容器本体2の熱膨張係数をαr、保護 層3の熱膨張係数をαcとすると、1391×αr=1558×� �cとなるから、
 αc=0.89×αr  ・・・(3)
となる。

 また、容器本体2の熱膨張量は、主成分と なるアルミナ及びシリカの重量比によって変 動する。アルミナ及びシリカの重量比を横軸 、熱膨張係数を縦軸としたときの測定結果を 、図2に示す。また、保護層3の熱膨張量も、� ��成分となる窒化珪素及びアルミナの重量比� ��よって変動することから、窒化珪素及びア� ��ミナの重量比を横軸、熱膨張係数を縦軸と� ��たときの測定結果を、図3に示す。図2及び� �3のグラフと上記数式(3)を用いることにより� ��容器本体2または保護層3の一方の組成が定� �れば、熱膨張量がほぼ等しくなるような他� �の組成も自ずと定まることになる。

 図4は、容器本体2におけるアルミナ及び� �リカの合計100重量部に対するアルミナの含� �量を横軸にとり、保護層3における窒化珪素� ��びアルミナの合計100重量部に対する窒化珪� ��の含有量を縦軸にとったときの、両者の好� ��しい関係を示している。図4から明らかなよ うに、両者の関係は直線的となる。

 実際の誘導炉1においては、容器本体2と� �護層3との間に若干の熱膨張量の差が存在し� ��も、剥離防止の効果は得られることから、� ��4の結果を基に、容器本体2及び保護層3の各� ��成をパラメータとして、実際の誘導炉1によ り約900kgの鋼(S45C)について1600℃で5時間の溶� �処理を行い、保護層3のクラックの有無を観� ��した。この結果を表1に示す。溶湯には炭酸 ナトリウムを1kg添加して、耐食性の確認も併 せて行った。

 表1に示すように、容器本体2の組成によ� �て、クラックが発生しない保護層3の組成範� ��は変化している。図5は、表1の結果に基づ� �クラックが発生しない領域(適正領域)を示す グラフであり、太線で囲まれた領域が適正領 域に相当する。図4に示す計算値も、この領� �内に存在している。

 容器本体2におけるアルミナ及びシリカの 合計100重量部に対するアルミナの含有量をx� �量部とし、保護層3における窒化珪素及びア� ��ミナの合計100重量部に対する窒化珪素の含� ��量をy重量部とすると、72≦x≦95の範囲にお� ��て、下記の数式(1)及び(2)が成立する範囲が� ��図5の適正領域に相当する。

 y < -1.1x+ 128 ・・・ (1)
 y > -0.5x+ 62.5 ・・・ (2)

 また、クラックの発生しなかったこの適� ��領域の各ポイントについて、引き続き上記� ��件での溶解処理を毎日1回行ったところ、20� ��経過後では、溶湯の浸透も含めて、表2のよ うな結果であった。

 表2に示すように、窒化珪素の割合が多く なると、時間の経過により髪の毛状の小さな クラック(ヘアークラック)が発生し、溶湯が� ��透し易くなって、耐久性が低下する傾向に� ��る。表2の結果から、72≦x≦95の範囲におい� ��、下記の数式(2)及び(3)が成立する範囲が、� ��久性及び耐食性のより優れる領域であり(図 5の斜線部)、この斜線部の領域は、72≦x≦85� �範囲において、更に耐久性及び耐食性が優� �るものとなる。

 y > -0.5x+ 62.5 ・・・ (2)
 y < -0.9x+ 103 ・・・ (3)

 このように、本実施形態の誘導炉1は、容 器本体2が機械的特性、耐熱性、熱的安定性� �優れたアルミナ-シリカ系材料からなり、溶� ��中に含まれる添加剤等による化学的損傷や� ��溶湯の撹拌流動に伴う物理的損傷を、窒化� ��素-アルミナ系材料からなる保護層3により� �効に防止することができる。更に、容器本� �2及び保護層3の組成比を、熱膨張量がほぼ等 しくなるように調整しているので、高温の溶 湯を貯留した場合でも保護層3の剥離を効果� �に抑制することができる。これらの結果、� �導炉1の耐久性及び耐食性を良好に維持する� ��とができ、誘導炉1の寿命を大幅に改善する ことができる。

 本発明の溶湯容器は、上記のような誘導� ��以外に、例えば、抵抗炉など他の電気炉や� ��燃焼炉であっても良く、溶湯を貯留可能な� ��器であれば特に限定されるものではない。