JPH0248420A - 腐食性材料を熱溶融させる方法および設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 従来の技術および発明が解決しようとする問題点例えば
酸化物、ガラスまたは若干の金属のような、非常に腐食
性の、または極めて高い融点を有する数多くの材料は、
それらが耐火物を急速に腐食するので、高温の在来の耐
火るつぼ内で溶融若しくは作用させることができない。

この腐食は第一に耐火物による材料の汚染をもたらし、
次いでるつぼのせん孔をもたらす。これらの材料に高度
の純度を付与するため、それらは冷却された金属るつぼ
内で溶融される。凝固した材料の薄層がるつぼ壁を形成
する低温の金属に接して形成される。

この層により溶融材料がるつぼ壁から隔離され、従って
るつぼが侵されることも、溶融金属が汚染されることら
ない。

材料を溶融させるために直接誘導加熱方法が用いられる
ことも周知されている。このためにるつぼはシリンダを
形成するように並置された金属セクタで形成され、耐火
性金属で作り得るベツド上に置かれる。この場合には、
ベツドを水の流れで冷却しなければならない。セクタは
電気絶縁材料の薄層で隔離される。るつぼのこの分割に
より、その壁に誘導される電流の循環は、るつぼの周り
に置かれた誘導子により生成される電磁界に対してるつ
ぼが部分的に透過性となるように修正される。一般に低
温の材料は誘導電流の循環をさせず、従って誘導により
加熱されないので、低温るつぼ内での低温の絶縁材料の
溶融や加工の際に遭遇する主要な問題点は、加熱の開始
である。従って加熱は、溶融または作用させるべき材料
を、誘導子の供給周波数での誘導電流の循環を可能とさ
せるに充分な温度まで加熱する付加装置によって開始し
なければならない。

先ず第一に、ガスバーナや加熱ぶたのような予熱装置に
より低温の絶縁材料を予熱することが周知されている。

しかし、とくに誘導電流の循環を可能にさせる高い温度
まで材料を加熱しなければならない場合、バーナやふた
から材料への伝導や放射による熱の伝達は困難である。

溶融させるべき材料内に黒鉛や金属のリングを冒くこと
も周知されている。このリングは、高周波誘導子を用い
、誘導により加熱される。従ってそれが伝導により、材
料を所望の温度に加熱する。

しかしその際にリングを溶融槽から取り出さねばならな
いが、これは極めて困難な作業である。更にまた開始段
階中にリングが、例えば黒鉛による酸化物の還元によっ
て、溶融させるべき材料と化学的に反応する可能性があ
る。

誘導によって加熱でき、次いで作用させた材料の成分の
一つを形成するように反応する金属を、溶融させるべき
材料に添加することも周知されている。−例として、誘
導で加熱されるに充分な伝導作用を低温時に有する金属
、粉末アルミニ１クムを、アルミナを包有するガラスに
添加することができる。しかしその場合、極めて激烈な
上、アークの形成により金属るつぼを損傷する可能性の
ある予熱を制御することが困難である。

低温るつぼの別の用途にあっては金属を、それらの酸化
物やぶつ化物等のＣａ、ＡＩ、Ｍｇのような還元剤によ
る直接還元によって作用させることができる。金属や合
金の作用をもたらす化学還元作用の一次生成品の混合物
が従ってるつぼ内に導入される。この反応により形成さ
れた金属は低温るつぼの底に集まり、中周波、即ち１〜
１ｆ゛ｋＨｚの周波数での、誘導加熱により溶融された
まに保たれる。この金属は凝固したインゴットＱし形で
、中周波誘導子の下方へ、連続的に引き下ろすことがで
きる。反応の出発生成物により且つ溶融金属の槽の表面
に浮く二次生成品によって形成されるスラグは、始動中
に溶融され且つ作用反応の進行中溶融されたままに保た
れなければならない。この問題の解決法は第一の場合に
おけると同様であり、換言１れば、ガスバーナや加熱ぶ
たのような予熱装置の利用、Ｓ電性材料で作られたリン
グの利用、または誘導によって加熱でき、次いで溶融さ
せる材料の成分の一つを形成するように反応する金属の
、溶融させる材料への添加である。

これらの各種技法の不利点は既に上記に列挙してあり、
従って重ねては述べない。

誘導電流の循環を可能とするに充分な温度までスラブが
いったん加熱されると、それを、金属を加熱する中周波
誘導子の上方に置かれた高周波（１００ｋＨｚより高い
周波数）誘導子による誘導加熱で溶融させたままに保つ
ことができる。しかし、この方法は、それが生ずる電圧
降下のためその長さが制限される′ｒｉ流供流電給電線
路り、高い電圧で高周波誘導子を用意しなければならな
いので、実施するのが困難である。高い周波数の高圧の
存在は、誘導子の巻きの間や、誘導子と金属るつぼとの
間でのアークの原因となり得る。

本発明の目的はまさに、これらの不利点を全て取り除い
た、腐食材料を熱溶融させる方法および設備を児供する
ことにある。

問題点を解決するための手段 本発明は、より精確には、熱伝達流体で冷却される金属
るつぼ内での腐食性材料の熱溶融方法にして、連続する
次の諸段階、即ち溶融させる材料のるつぼ内への導入段
階と、所要温度までの材料の予熱段階と、溶融温度まで
の材料の加熱段階とを含む熱溶融方法において、材料の
予熱段階がマイクロ波の場で遂行されるようにした熱溶
融方法に関する。

この方法の別の実施例においては、予熱段階のみがマイ
クロ波の場で遂行され、実際の加熱は誘導子により在来
の様態で遂行される。

この方法の別の実施例においては、マイクロ波で加熱す
る装置も、溶解されまたは加工されるべき材料の直接加
熱に用いられる。

予熱されるべき生成物が低温時にはマイクロ波に感応し
ないという、若干の不都合な場合には、本発明によれば
、マイクロ波の場で熱くなり、次いでその熱を材料全体
に分与するマイクロ波感応添加剤を生成物に添加するこ
とができ、従ってそれがマイクロ波に対して感応し易く
なる。

本発明のその伯の諸特徴と諸利点とは、その単に例示的
且つ非限定的な実施例の、添付図面についての次の説明
から推測されよう。

実施例および作用 第１図は、マイクロ波で加熱する本発明による設備を示
す。この設備は、シリンダを形成するセグメント４で形
作られる金属るつぼ２によって形成される。セグメント
４は、誘導子により生成される電磁界に対してるつぼの
透過性を確保するため、電気絶縁材料の薄層で隔離され
る。るつぼ２は熱伝達流体、望ましくは水、の流れ６に
よって冷却され、それにより、金属が過度に加熱され従
って溶融されることが防止される。るつぼを化学的攻撃
に対して防護する層内した材料の薄層が、低温の壁に接
して形成される。るつぼの下方部分は、図示の実施例に
おける如く、耐火材料で作り得るベツド８によって閉ざ
される。但し、ベツド８は金属で作っても良い。その場
合それも、熱伝達流体の循環により冷却される。耐火ベ
ツド８の中心には耐火材料、例えばセラミックス、で作
られた流し込みノズル１０が配設され、それにより、る
つぼ内に包有された溶＠材料１２の、底部からのくみ出
しが可能となる。誘導子１４はるっは２の周りに配設さ
れる。説明対象の実施例の場合、誘導子１４は、例えば
１　ｋＨｚ〜１ＨＩＩＺの周波数で作動する。

るつぼ２の上方にはマイクロ波アプリケータが配設され
る。このアプリケータは、熱伝達流体の流れによって冷
却される円すい体１６により、また円すい体１６の壁内
に放射し且つマイクロ波発生器２ｏに接続される導波管
１８により形成される。るつぼ２上にある円すい体１６
は水′ａ７により冷却される。それにより、マイクロ波
が上方へ漏出することが防止される。低温金属るつぼに
より、波は下向き方向に局限される。円すい体１６の上
方部分には、溶解させまたは作用させる材料の導入のた
めの開口部１７が形成される。説明対象の実施例の場合
、マイクロ波周波数は９１５８Ｈ２または２４５０ＭＨ
ｚである。導波管の寸法、とくに長さおよび断面は、マ
イクロ波の周波数に適応される。

この設備は、数多くの材料の、それらがセクタに分割さ
れた低温るつぼ内で溶融される前の、マイクロ波の場に
よる予熱を可能にさせる。説明対象の例においては、誘
導子１４が、るつぼ内に包有される装入物１２を直接誘
導で加熱することを可能にさせている。

例えば核分裂生成物ガラスのような材料がマイクロ波に
対して感応しなければ、相容性の組成を有するガラスを
そこに添加することができる。その組成は例えば４０％
の５ｒｏ２と、２１．７％のＦｅ２Ｏ３と、２０．３％
のＣａＯと、８．２％のＡｊ！２０３と、凱３％のＭｎ
Ｏ２と、１．５％のＺｎＯと、１．３５％のＮａ２Ｏと
、１．２５％のＭｇＯと、０．４％の８２０３とであっ
ても良い。それもまた、少量（数パーセント）添加すべ
きである。この生成物は核分裂生成物ガラスとは反応し
ない。それは恐らく、その高い酸化鉄含量の故にマイク
ロ波に対して感応するものであり、高い酸化鉄含量を有
する他の何れの生成物も同様の反応を示すはずである。

それは、ガラスと混合し、まＩＣはそれに添加すること
ができる。

それはマイクロ波の場で加熱され、その熱を予熱すべき
材料に伝達し、従ってそれがマイクロ波に対して感応し
易くなる。

この設備は、以前に開示された先行技術の諸方法に勝る
幾多の利点を有する。低温絶縁材料の直接誘導による溶
融に先立つ予熱の場合、熱は、材料の集団へ直接に導入
される。それ故、ガスバーナや加熱ぶたの場合における
如き伝導や放射による熱伝達の問題はなく、従ってエネ
ルギ性能は非常に勝れている。その上、処理の困難な多
量のガスも発生しない。更に、黒鉛や金属のリングを使
用する予熱の場合における如き、溶融させるべき材料と
の化学反応がないので、予熱は清浄である。

結果は、溶融させるべき材料の全ての汚染が回避される
、ということである。

第２図は、溶融させるべき装入物が、金属や合金の作用
をもたらす化学還元反応の一次および二次生成品の混合
物で形成される場合に適応する、本発明による腐食性材
料の高温予熱または加熱のだめの設備を示す。前に説明
したように、溶融した液状金属２４の表面上にはスラグ
２２が浮いている。スラグ２２は、この設備の始動中に
溶融され且つ作用反応の生起中溶融されたままに保たれ
なければならない。

溶融された作用金属の下方には、凝固した作用金属の集
塊が配置される。この実施例の場合には、セグメント４
から成る分割されたるつは２が、熱伝達流体（３ａ、望
ましくは水、の流れによって冷却されるベツド８ａによ
り底部で閏ざされている。

この設備は、第１図に関連して説明した実施例と同じ様
態で、マイクロ波の場が生成され得るようにする装置を
含む。この装置は、流れ７ａにより冷却される円すい体
１６と、マイクロ波発生器２０と、導波管１８と、恐ら
く、マイクロ波の場がスラグ２２上に集中し得るように
させる適応装置ｔ（例えばリフレクタ）とを含むマイク
ロ波アプリケータによって形成される。発生器２０によ
り生成されるマイクロ波の場は、スラグ２２を予熱し且
つ残余の反応中に溶融させたままに保つことを可能にさ
せる。作用された金属は次いで、例えば１Ｑｋｌｌｚで
作動する中周波誘導子１４により、溶融したままに保た
れる。

この設備の利点は次の如くである。即ち出発反応生成物
をそれらの低温時にマイクロ波で加熱することができ、
先行技術の諸装置の不利点を回避Ｊることにより、更に
詳）ホすれば金属の全ての汚染を除去することによって
、予熱の問題を解決するものである。

高周波誘導加熱は、その長さがそれによって生ずる電圧
降下に制約される電流供給電線路により高圧で供給され
る誘導子の存在を必要とするので、還元反応の進行中は
、普通用いられるような高周波誘導加熱装置を使用する
よりも、発生器２ｏによって生成されるマイクロ波の場
によりスラグ２２を溶融したままに保つ方がはるかに簡
単である。

高周波の高圧の存在により、誘導子の巻きの間や、誘導
子と金属るつぼとの間でのアーク発生がひき起こされる
可能性がある。本発明による設備においては、発生器２
０が誘導子１４およびるつぼ２４゜ からある距離に在るに充分な長さを導波管１８が備えて
いるので、アーク発生の危険は回避されている。

その上更に、スラグ２２へのマイクロ波加熱の利用はオ
ーバフロー・シュート３０の位置決めを容易にさせ且つ
反応中に形成されるスラグの連続的な排出を可能にさせ
るが、これは、先行技術に見られるように、高周波誘導
子の近接によってシュートの位置決めが妨げられること
がないためである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従ってマイクロ波による腐食性材料の
予熱をする誘導溶融設備の断面図、第２図は化学還元反
応の一次および二次生成物の混合物をマイクロ波で溶融
させる本発明による設備の断面図である。 ２：金属るつぼ　　　２０：マイクロ波発生器１４：中
周波誘導子　　６ａ：熱伝達流体１８：導波管。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱伝達流体で冷却される金属るつぼ内での腐食性
   材料の熱溶融方法にして、次の連続する諸段階、即ち、
   溶融させる材料のるつぼ内への導入段階と、所要温度ま
   での材料の予熱段階と、溶融温度までの材料の加熱段階
   とを含む熱溶融方法において、材料の予熱段階がマイク
   ロ波の場で遂行されるようにした熱溶融方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、高
   温の腐食性材料の加熱が、中周波誘導子により、前記誘
   導子に誘導される電流の循環を可能とするに充分な温度
   で遂行されるようにした方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、高
   温の腐食性材料の加熱が、マイクロ波の場により遂行さ
   れるようにした方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、マ
   イクロ波に対して腐食性材料が感応しない場合にそれを
   予熱することを可能にさせるマイクロ波感応添加剤を腐
   食性材料に添加する段階から成るようにした方法。
5. （５）腐食性材料を溶融させる設備にして、腐食性金属
   を受容する金属るつぼと、金属るつぼの冷却を確保する
   熱伝達流体とを含む設備において、マイクロ波により腐
   食性金属を加熱する装置を含むようにした設備。
6. （６）特許請求の範囲第５項に記載の設備において、マ
   イクロ波により腐食性金属を加熱する装置が、金属るつ
   ぼ上にあるマイクロ波アプリケータと、マイクロ波発生
   器と、発生器をマイクロ波アプリケータに接続する導波
   管とにより形成され、マイクロ波アプリケータを冷却す
   るため熱伝達流体の流れが設けられるようにした設備。
7. （７）特許請求の範囲第５項および第６項に記載の設備
   において、金属るつぼを囲んで直接誘導により腐食材料
   を加熱する誘導子をも含むようにした設備。
8. （８）特許請求の範囲第１項もしくは第２項に記載の方
   法または特許請求の範囲第５項および第６項に記載の設
   備において、腐食性材料が、金属または金属の合金の作
   用をもたらす化学還元反応の一次および二次生成物の混
   合物であるようにした方法または設備。