JPH06500529A - 極めて短い精製時間と低電力消費の高周波直接誘導による酸化混合物連続溶融炉 - 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】 極めて短い精製時間と低電力消費の 高周波直接誘導による酸化混合物連続溶融炉技術分野 本発明は、概して、溶融すべき酸化物を連続的に投入する取入れ口をその頂部に 有すると共に溶融生成物を排出するノズルをその下部に有して高周波直接誘導に より加熱される炉内における溶融酸化物の連続生成に関する。

本発明は、特に、側壁を冷却して溶融酸化物に対する固い保護膜を形成する冷却 るつぼ型の直接誘導溶融炉に関する。

背景技術 従来、そのような炉を使って、色ガラスやガラスセラミック、クリスタルなどの ように酸化物を原料とする物質を生成する場合、精製時間が長くかかり、炉の中 に長時量大れておかなければならなかった。精製時間が長くかかる点と、従来の 技術による炉の設計のため、電力消費率が高くなるので、精製の程度が問題とな らない用途に使用される精製程度の低い溶融酸化物の生成には向かない。例えば 、家庭電気器具や、廃棄物のガラス化に使われるエナメルがそうである。

最初に、冷却るつぼ型直接誘導炉の現在の設計について、特徴と電力消費が高い 理由を述べ、上記のような精製度の低いガラスの生成に適していないことを明ら かにする。

現在工業用に使用している直接誘導炉の幾何学的形態では、溶融する酸化物の高 さを炉の直径とほぼ等しくする。

このような形になった大きな理由は３つある。第１に、溶融物の高さが低いと炉 の電気伝導効率は悪くなるので、この形態の方が、誘導コイルと溶融する物質と の伝導効率が確実に良くなる。第２に、溶融物質を著しく高く堆積した方が、長 い時間炉に滞留するので（約１０時間）、精製の質が上がって気泡が残らず、液 相全体の化学作用と温度が一定になる。最後に、この形状にした第３の理由は、 冷却する必要性から炉床が金属でできているので、加熱するための電磁界が溶融 液へ透過するのをかなり遮ることに関連がある。炉床が耐熱性で、つまり、電気 絶縁体であれば、誘導子が放出する電磁力の大部分は、誘導電流透過範囲に放散 され、溶融液の大部分に作用する。ところが多くの場合、炉床は水で冷却される 金属でできているので、磁界を遮り磁力線を歪め、従来の処理方法を示す図１の 範囲２のように、加熱が弱まる範囲が溶融液に生じる。

図１において、炉１は冷却るっぽ３と、誘導子５と、金属性の炉床４とを有する 。曲線６と８が示す範囲１０には、誘導電流が透過する。冷却された金属性の炉 床４の直接上に入っている溶融液の下部の環状の範囲２では、誘導電流はかなり 限られた範囲しか加熱できない。それならば、溶融液の高さを高くすれば、全体 に対する遮蔽の影響が弱まるのではないかと考えるのは容易である。

ところが、冷却壁炉を高くすると、それにつれて側面積も広くなる。垂直壁から の熱損失はがなり高く、混合物の融解温度と物理特性の関数である東密度は、例 えば、１５から４０Ｗ／ａａ！となる。炉床からの熱損失は垂直壁より低く、一 般に、束密度５から１５　Ｗ／　ａｍ　”である。このような熱損失のため、電 力消費率はかなり高くなり、多くの場合、溶融物１ｋｇあたり５　ｋＷｈを超え る。

例えば、直径５０ｃｍの炉において、溶融液の高さが５０国、１３００°Ｃの時 のガラス生成能力が３０ｋｇ／ｈだとする。垂直壁に対する熱流密度は３０Ｗ／ ａｍ”であり、熱損失は２３６　ｋＷｈとなる。炉床に対する熱流密度は１゜Ｗ ／ｃＩＩ＋２であり、熱損失は２０　ｋＷｈとなる。１ｋｇのガラスを溶融する のに０．５ｋＷｈが必要であり、炉の電気効率が８０％だと、電力消費は１ｋｇ あたり１１．２９ｋＷｈとなる。このような値は、低水準の精製の生成物しか必 要がない標準的な工業用途では高くつきすぎる。

発明の開示 本発明は、酸化混合物を直接誘導により連続溶融できる炉に関するものであり、 この炉は特に、従来に較べて非常に短い精製時間と非常に低い電力消費で、特定 の工業分野ではかなりの利益を上げられる物質を生成できる。

このように本発明は、高周波の直接誘導により、非常に短い精製時間と低電力消 費で、酸化混合物を連続溶融する炉に関するものである。炉には、酸化物を金属 るつぼへ連続的に流し込む取入れ口と排出ノズルがあり、冷却壁を持つこのるつ ぼを高周波コイルが加熱する。特徴は、酸化物の溶融液の高さを、２ｃ１１以上 、金属るつぼの直径の２０％以下とする点と、炉床が誘導磁界に対して透過性を 有すると共に、るつぼの底部に固い保護膜を形成し維持できるように冷却されて いる点である。

以上のように本発明は、２つの方法を組み合わせたものであり、つまり、電気効 率を高めるために２つの方法の作用を組み合わせたものである。第１の方法は、 酸化物の溶融液の高さを、っるぼの直径より低くすることである。第２の方法は 、炉床を特殊な構造にし、磁界に対して透過性を有し、磁力線が溶融液の広い範 囲に透過して誘導加熱電流が良く流れるようにすると同時に、るつぼの底部の固 い保護膜を維持するために冷却できるようにすることである。

現在、冷却るつぼで直接誘導を行う溶融炉では、溶融液の表面で約１ａｍ以上の 厚さに渡って溶融が起こり、精製に必要な時間が従来の高温っるぼ型の炉よりず っと短いことがわかっている。以上のことと垂直壁が高いと熱損失が大きくなる という問題を考慮すると、結果的に炉は、垂直壁が低く非常に平たい、つまりは 浅く、溶融液と垂直壁の接触面がかなり減る設計となる。

熱損失を大幅に減らしても、炉を加熱する電気効率を高く維持できなければ意味 がないが、図１で説明したような冷却される金属だけでできている炉床は、その 上の溶融液の広い範囲へ電磁界が透過するのをがなり遮るので、使用しない方が 良い。そこで本発明の炉床は、誘導磁界に対して透過性を有すると共に、冷却に よりるつぼの底面に固い保護膜を絶やさず、普通はかなり腐食性のある溶融液の 影響を受けないようにする。

この目的を実現するため、そしてこれは本発明の重要な特徴であるが、炉床は、 耐熱性物質に、管状の複数の金属インサートをはめ込んだものとし、管には、冷 却液が循環できるように入口と出口をつける。

このような複合構成の炉床では、耐熱性物質が磁力線を通して溶融液へ透過させ る一方、耐熱性物質に独立して断続的にはめ込まれた金属インサートが、保護膜 を形成できるように炉床全体の温度を低く保つ。温度を低く保つ方法は、管状の 金属インサートそれぞれに入口と出口をっけ、冷却液を循環させるものである。

液体は、たいてい水を使用する。

最後に、本発明の好ましい実施例によれば、炉床は、金属インサートが一連の同 心環に沿って配設されて各同心環が耐軌性部材により互いに離隔された数個の湾 曲インサートより成る、円板状に形成される。

発明を実施するための最良の形態 以下、誘導炉の非限定的な実施例を挙げ、添付の図２と図３を参照して、本発明 をより詳しく説明する。

図２　本発明による炉の極めて模式的な断面図。

図３　立面図３ａと、図３ａのＸＸに沿った断面図３ｂ０図２の炉床の望ましい 実施例を示す。

図１において、従来の炉の高さをｈまで低くしたとしても、溶融液中の誘導電流 の透過範囲を示す曲線６と８は変わらないが、加熱範囲は横長の範囲２ａとなる ので、少量の溶融液しか加熱できない。従って、炉の高さを低くしても、炉床が 磁束の通過を阻めば、大量の酸化物を溶融することは不可能であり、非現実的で ある。

図２は、本発明による誘導炉の概略図である。溶融能力３０ｋｇ／ｈの炉が、扇 型に区切られた直径５０ｃｍの金属るつぼを囲むように建造されており、循環す る水がるつぼを冷却している。るつぼの材質となる金属は、溶融物が放出する腐 食性の気化ガスに耐えられるものを選ぶ（例えば、溶融物が窒素ガスを放出する 場合、ステンレスにする）。

冷却つるぼ３を、１０から１００キロヘルツの高周波数の交流電流が流れている 誘導子５が囲んでいるが、冷却壁に付着する生成物が十分に絶縁している場合、 扇型に区切られたるつぼを使用せず、−重の誘導子をるつぼとして使用する方が よい。

溶融液ｌが、冷却炉床４の上に入っている。炉床４については、後で図３を使用 して詳細に説明する。本発明において溶融液は、熱損失を減らすため、炉の直径 の２０％以下とするが、溶融を安定させるため、約２ｃｍ以上とする。

図１の非限定的な実施例では、８ａａとしている。

塩基性物質の溶融していない混合物である層１２が、溶融液を常に覆っており、 層１２の底部は溶融物質と触れて溶融する一方、上部はほぼ低温のままであり、 溶融液１が出す揮発性要素をほとんどとらえる。溶融する物質１４を継続的に一 定量流し込むので、層の下部が溶融物に溶は込んでも、層１２の厚さは常に一定 である。

溶融液の温度は常に、１組以上の熱電対１１で計測しており、誘導子５の電流を 操作して調節できる。

溶融液の高さは、溶融物を排出ノズル１５から流す流出システムにより、一定に 保てる。ノズル１５は冷却炉床を突き抜けており、耐熱性か金属性の高温の管、 あるいは、図の１５のように、溶融物が内壁に付着したり凝固しない形の冷却金 属管である。

冷却された、あるいは冷却されていない、金属性、あるいは耐熱性のベルマウス ７により、溶融していない酸化物はノズルに流れ込まず、また、溶融物がるつぼ に滞留する期間をできるだけ短くするために、表面下の溶融物を調べられる。

炉の上の囲い１６により、大気の汚染が広がらないようにし、浄化する必要のあ る気体の流れを制御できる。調節できる送風口９は、管１８から気体処置室への 汚染物質の飛沫同伴を促進し、凝縮物が冷却るつぼの壁に堆積しないようにする 。

炉は、停止、洗浄、再開をかなり高速で行うことができ、溶融する物質を変更し ても、前の物質に汚染されないようになっている。また炉は、耐熱性または金属 性（冷却された、または冷却されていない）であり、完全に空にできる完全排出 ノズル１５を炉床に設けである。溶融液を排出し、誘導子の電流を止めて加熱を 停止した後、冷却るつぼを把握システム１３で持ち上げて、るつぼの壁と炉床に 張っている粘性の低いガラスの薄膜を除去する。除去作業をやりやすくするため に、るつぼをやや円錐形にすることもてきる。溶融を起こすには、すでにわかっ ている様々な方法を用いるが、どの方法を用いるかは、溶融する物質によって異 なる。

−可溶性物質をガラスに混ぜ、るつぼを囲む誘導子で加熱する。

−非溶解性物質をガラスに混ぜ、るつぼを囲む誘導子で加熱し、溶融開始処理の 最後にガラスから取り除く。

−放射性物質をガラスにあて、るつぼを囲む誘導子で加熱する。

−放射性のクラウンあるいはアーチ。

−気体噴射。

図３ａと図３ｂを使用して、本発明による誘導炉を構成する複合炉床の望ましい 実施例を説明する。図において、冷却炉壁３、排出ノズル１５（この例では中央 にある）、るつぼの下部を塞ぐ炉床４がある。本発明による炉床４は、耐熱性物 質２０でできており、その中に金属性の管、つまりインサート２２が同心円状に はめ込まれている。各インサート２２には、冷却液用の入口と出口があり、炉床 の外部へ通じている。２２のこの複数の出入口ダクトは、冷却液を循環させるた めのものであり、図３ａと３ｂでは２４として図式的に示されている。

先に説明したように、耐熱性の範囲２０が、誘導子２による磁界を完全に透過さ せるので、磁力曲線は点線で示したようになり、酸化物ｌの広い範囲を加熱でき る。図３ａの固い膜２６は、金属インサート２２の上ではいっそう厚くなってお り、溶融液ｌの酸化物による腐食から炉床４の底面を守る。

産業上の利用可能性 上記で説明した実施例は、非限定的なものであることは言うまでもない。当業者 は、耐熱性物質２０内の金属インサート２２の数と配分も炉の構造も、目的に応 じて自由に決められる。溶融酸化物を排出するためのノズル１５も、図ではるつ ぼの中心にあるが、ずらして脇へ設けることもできる。

同心円間の耐熱性物質２０の幅２８は、磁界に対する高い透過性（広い幅）と、 溶融ガラスに接触して腐食されないようにするための耐熱性物質の確実な冷却（ 狭い幅）の両方を満たす幅である。（一般に、適切な幅は１から２　ｃｍである ）。

同じ円周上に並んだインサート間の耐熱性物質２０の幅３０は、耐熱性物質の確 実な冷却（狭い幅）と、扇型間の優れた電気絶縁（広い幅）の両方を満たす幅で ある。扇型間の電位は、誘導子の端子の電圧が上がると増加し、各日のインサー ト数が増えると減少する（例えば、誘導子の端子の電圧が１００ＯＶ、各日のイ ンサートが１０個の場合、１から２　ｃｍの幅が適切である）。

直径５０ＣＩＩ＋の炉で、溶融液の高さが８−１溶融能カが３０ｋｇ／ｈの場合 、側壁からの熱損失は、流動密度３０Ｗ／　ｃｍ　’の場合３８　ｋＷｈであり 、底面からの熱損失は、流動密度１０　Ｗ／　ａｍ　”の場合２０　ｋＷｈであ る。提案した炉床は、電気効率８０％を維持するので、電力消費率は、１−あた り３　ｋＷｈとなる。

結論として、るつぼの高さが低くなると建造は容易になり、高周波発生器の電力 レベルは低いので、本発明による炉は、精製程度が低い生成物を低電力消費率、 低費用で生成できる。溶融物の性質によって可能であれば、誘導子をるつぼとし ても使用できる。

曳 Ｎ　＝ １隊凋宜獄宣 フロントページの続き （７２）発明者　ラディラ、クリスティアンフランス国　エフ−３０１２６サン ・ロウラン・デ・アルプル、シェメン、ド・う・コステ・ド・ル・工ヴスケ　（ 番地なし）（７２）発明者　ニルカ、ジャンービニールフランス国　エフ−３０ ２００ヴエネジャン、シェメン・ド・ル・エレクトリシテ・ド・フランセ・ニュ メロ　８・ル・ラスカス（７２）発明者　ビリオ、アンリ フランス国　エフ−８４０００アヴイニョン、エンパス・ランジ、４

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．高周波の直接誘導により、極めて短い精製時間と低電力消費で、酸化混合物 を連続溶融する炉であって、取入れ口（１４）と、 高周波コイル（５）により加熱される冷却壁を有する金属るっぼ（３）へ酸化物 を連続的に流し込む排出ノズル（１５）とを有し、 酸化物の溶融液の高さが、２ｃｍ以上で金属るっぼの直径の２０％以下であり、 炉床（４）が、誘導磁界に対して透過性を有すると共に、るつぼの底部に固い保 護膜を形成して維持できるように冷却されることを特徴とする溶融炉。
2. ２．前記炉床（４）が、耐熱性物質（２０）に嵌合されて独立した複数の金属イ ンサート（２２）より成り、前記金属インサートのそれぞれが、冷却液を流動さ せる入口と出口（２４）とを有する管状部分により構成されることを特徴とする 請求の範囲第１項記載の溶融炉。
3. ３．前記炉床（４）は、金属インサートが一連の同心環に沿って配設されて各同 心環が耐熱性部材により互いに離隔された数個の湾曲インサートより成る、円板 状に形成されることを特徴とする請求の範囲第２項記載の溶融炉。
4. ４．前記るつぼ炉床（４）に、迅速且つ完全に排出し得るノズル（１５）を設け たことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の溶融炉 。
5. ５．前記炉の上方の大気を、浄化気流を調節できる囲い（１６）内に閉じ込める ようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載 の溶融炉。