(57)【要約】【課題】溶湯飛散によるるつぼ内壁への溶融物質の付着凝固を防止でき、かつヒーターの交換も容易でヒーター損傷の恐れも少ない溶湯保持装置を提供する。【解決手段】内部にるつぼ配置空間２０１を有する装置本体２００と、装置本体のるつぼ配置空間に配置された、溶融物質である溶湯３を収容する１個または複数個のるつぼ１と、るつぼの上端開口部を閉鎖する第１の蓋４と、るつぼの周囲空間の上部を閉鎖する、第１の蓋とは別体の第２の蓋７と、るつぼの周囲空間におけるるつぼの高さ方向の下部領域に設けられ、るつぼ内の溶湯を加熱する下部ヒーター２０と、第２の蓋に保持されて、るつぼの周囲空間におけるるつぼの高さ方向の上部領域に設けられ、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａを加熱する上部ヒーター１０を備えている。【選択図】図２
2018084350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にるつぼ配置空間を有する装置本体と、
前記装置本体のるつぼ配置空間に配置された、溶融物質である溶湯を収容する１個または複数個のるつぼと、
前記るつぼの上端開口部を閉鎖する第１の蓋と、
前記るつぼの周囲空間の上部を閉鎖する、前記第１の蓋とは別体の第２の蓋と、
前記るつぼの周囲空間におけるるつぼの高さ方向の下部領域に設けられ、るつぼ内の溶湯を加熱するための下部ヒーターと、
前記第２の蓋に保持されると共に、前記るつぼの周囲空間におけるるつぼの高さ方向の上部領域に設けられ、溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁を加熱するための上部ヒーターと、
を備えたことを特徴とする溶湯加熱保持装置。
【請求項２】
前記第２の蓋に前記るつぼの上部形状に応じた穴が設けられている請求項１に記載の溶湯加熱保持装置。
【請求項３】
前記上部ヒーターは水平方向に延びている請求項１または２に記載の溶湯加熱保持装置。
【請求項４】
前記上部ヒーターは、前記るつぼの外周面の形状に沿って配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
【請求項５】
るつぼが複数個であり、各るつぼは高さ方向の中間部を連通樋により隣り合う他のるつぼと連通されており、
前記上部ヒーターは、前記連通樋を避けた状態で前記るつぼの外周面の形状に沿って配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
【請求項６】
前記上部ヒーターは耐熱材で被覆されている請求項１〜５のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
【請求項７】
前記上部ヒーターの出力をＡ（Ｗ）、溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁の表面積をＢ（ｍ２）としたとき、１０００≦Ａ／Ｂ≦１２０００を満たしている請求項１〜５のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置と、
この溶湯加熱保持装置の第１の蓋を貫通した状態で、るつぼ内の溶湯に浸漬される冷却体と、
冷却体が溶湯に浸漬された状態で、前記冷却体を前記るつぼに対して相対的に回転可能な回転装置と、
を備えたことを特徴とする物質精製装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置と、この溶湯加熱保持装置の第１の蓋を貫通した状態で、るつぼ内の溶湯に浸漬される冷却体とを用い、
前記下部ヒーターによりるつぼ内の溶湯を加熱し、上部ヒーターにより溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁を加熱した状態で、前記冷却体を前記るつぼに対して相対的に回転させながら冷却体の表面に高純度物質を晶出させることを特徴とする物質精製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、処理対象の溶湯を加熱保持する溶湯加熱保持装置、この溶湯加熱保持装置を用いた物質精製装置及び物質精製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属等からなる溶湯中の非金属介在物を除去したり金属中の不純物を取り除いて精製する技術として、るつぼ内に加熱保持した溶湯中で回転体を高速回転させることが知られている。このような溶湯加熱保持装置では、図８に示すように、回転体の回転に起因するるつぼ１内の溶湯３の揺動や飛散により、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａに金属がリング状に付着凝固したり、あるいは島状に局部的に付着凝固し、回転体の健全な稼働を妨げる課題がある。また、るつぼ外へ飛散した溶湯による加熱装置の故障の原因となる恐れもある。
【０００３】
そこで、特許文献１には、溶湯処理槽の蓋に垂下状に設けられた有底筒状のセラミックヒーターカバー内に電熱ヒーターを設置した溶湯加熱保持装置が記載されている。この溶湯加熱保持装置では、蓋に保持させたヒーターにより溶湯処理槽内の溶湯部分とその上方空間の両方の加熱が可能となり、溶湯飛散による溶湯処理槽の内壁での金属の付着凝固を抑制できる。しかし、溶湯への浸漬タイプのヒーターであるため、ヒーターへの溶融金属の付着防止のためのヒーターカバーが必要不可欠であり、その定期的な交換も必要となることから、大きな維持コストが発生し、経済的でない。また、回転体とは別に浸漬ヒーターのスペースが必要となるため、槽が大きくなり初期導入コストも大きくなるという問題がある。
【０００４】
このような問題を解決できる溶湯加熱保持装置として、特許文献２には、るつぼ内壁の凝固アルミニウムの付着防止を目的として、電熱ヒーターをるつぼ周囲に巻き付けることにより、るつぼ内の溶湯上方の空間をアルミニウムの融点以上に加熱することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１５５６３２号公報
【特許文献２】特開昭６０−１９０５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された技術では、ヒーター交換の際にるつぼ本体が邪魔になり、ヒーターの交換が難しいという問題がある。また、るつぼに蓋を設置していても蓋外へ溶湯が飛散する可能性があるため、電熱ヒーターが損傷する恐れがあるという問題もある。
【０００７】
この発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたものであって、溶湯飛散によるるつぼ内壁への溶融物質の付着凝固を効果的に防止でき、かつヒーターの交換も容易でヒーター損傷の恐れも少ない溶湯保持装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明は以下の手段を提供する。
（１）内部にるつぼ配置空間を有する装置本体と、前記装置本体のるつぼ配置空間に配置された、溶融物質である溶湯を収容する１個または複数個のるつぼと、前記るつぼの上端開口部を閉鎖する第１の蓋と、前記るつぼの周囲空間の上部を閉鎖する、前記第１の蓋とは別体の第２の蓋と、前記るつぼの周囲空間におけるるつぼの高さ方向の下部領域に設けられ、るつぼ内の溶湯を加熱するための下部ヒーターと、前記第２の蓋に保持されると共に、前記るつぼの周囲空間におけるるつぼの高さ方向の上部領域に設けられ、溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁を加熱するための上部ヒーターと、を備えたことを特徴とする溶湯加熱保持装置。
（２）前記第２の蓋に前記るつぼの上部形状に応じた穴が設けられている前項１に記載の溶湯加熱保持装置。
（３）前記上部ヒーターは水平方向に延びている前項１または２に記載の溶湯加熱保持装置。
（４）前記上部ヒーターは、前記るつぼの外周面の形状に沿って配置されている前項１〜３のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
（５）るつぼが複数個であり、各るつぼは高さ方向の中間部を連通樋により隣り合う他のるつぼと連通されており、前記上部ヒーターは、前記連通樋を避けた状態で前記るつぼの外周面の形状に沿って配置されている前項１〜４のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
（６）前記上部ヒーターは耐熱材で被覆されている前項１〜５のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
（７）前記上部ヒーターの出力をＡ（Ｗ）、溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁の表面積をＢ（ｍ２）としたとき、１０００≦Ａ／Ｂ≦１２０００を満たしている前項１〜５のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置。
（８）前項１〜７のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置と、この溶湯加熱保持装置の第１の蓋を貫通した状態で、るつぼ内の溶湯に浸漬される冷却体と、冷却体が溶湯に浸漬された状態で、前記冷却体を前記るつぼに対して相対的に回転可能な回転装置と、を備えたことを特徴とする物質精製装置。
（９）前項１〜７のいずれかに記載の溶湯加熱保持装置と、この溶湯加熱保持装置の第１の蓋を貫通した状態で、るつぼ内の溶湯に浸漬される冷却体とを用い、前記下部ヒーターによりるつぼ内の溶湯を加熱し、上部ヒーターにより溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁を加熱した状態で、前記冷却体を前記るつぼに対して相対的に回転させながら冷却体の表面に高純度物質を晶出させることを特徴とする物質精製方法。
【発明の効果】
【０００９】
前項（１）に記載の発明によれば、上部ヒーターにより溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁を加熱できるから、溶湯の揺動や飛散により溶融物質がるつぼ内壁へ付着しても、加熱により凝固することなく溶湯へと流下して戻ることになり、溶融物質のるつぼ内壁への付着凝固を防止することができる。しかも、上部ヒーターは下部ヒーターとは別体で設けられているから、溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁の温度を、溶湯の温度とは別に制御可能となり、るつぼ内壁の温度を溶融物質の付着凝固の防止のために最適な温度に制御することができる。
【００１０】
さらに、るつぼの上端開口部を閉鎖する第１の蓋と、るつぼの周囲空間の上部を閉鎖する第２の蓋を別々に備えており、上部ヒーターは第２の蓋に保持されているから、第２の蓋を取り外すことにより上部ヒーターを取り出すことができ、このためヒーターの保守作業や交換作業を容易に行うことができ、メンテナンス性に優れたものとなる。
【００１１】
さらには、溶湯を収容するるつぼの上端開口部は第１の蓋で閉鎖されるうえ、るつぼの周囲空間の上部は第２の蓋で閉鎖されるから、たとえるつぼ内の溶湯がるつぼ外へ飛散したとしても、飛散した溶湯がるつぼの周囲空間へ進入するのを第２の蓋により阻止することができ、ヒーターの損傷の危険も低減することができる。
【００１２】
前項（２）に記載の発明によれば、第２の蓋にるつぼの上部形状に応じた穴が設けられているから、第１の蓋を取り外したときに、溶湯処理や精製等のための部材のるつぼ内への出し入れが容易となる。
【００１３】
前項（３）に記載の発明によれば、上部ヒーターは水平方向に延びているので、るつぼの外周形状に沿わせてヒーターを配置することが可能となる。
【００１４】
前項（４）に記載の発明によれば、上部ヒーターはるつぼの外周面の形状に沿って配置されているので、上部ヒーターからの熱をるつぼの外周面に均一に付与することができ、ひいては溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁を効率よく均一に加熱することができる。
【００１５】
前項（５）に記載の発明によれば、るつぼが複数個であり、各るつぼが高さ方向の中間部を連通樋により隣り合う他のるつぼと連通されていても、上部ヒーターは連通樋を避けた状態でるつぼの外周面の形状に沿って配置されているから、るつぼ内壁を効率よく均一に加熱することができる。
【００１６】
前項（６）に記載の発明によれば、上部ヒーターは耐熱材で被覆されているから、るつぼ内の溶湯がるつぼ外の周囲空間へ飛散したとしても、上部ヒーターが直ちに破損するのを防止することができる。
【００１７】
前項（７）に記載の発明によれば、上部ヒーターの出力をＡ（Ｗ）、溶湯上方の空間に露出するるつぼ内壁の表面積をＢ（ｍ２）としたとき、１０００≦Ａ／Ｂ≦１２０００を満たしているので、るつぼ内壁への溶融物質の付着凝固を効率よく防止することができる。
【００１８】
前項（８）に記載の発明によれば、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の効果を有する物質精製装置となる。
【００１９】
前項（９）に記載の発明によれば、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の効果を有する物質精製方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の一実施形態に係る溶湯加熱保持装置が用いられた物質精製装置の平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿って切断したときの断面図である。
【図３】るつぼ１の縦断面図である。
【図４】上部ヒーターの斜視図である。
【図５】この発明の他の実施形態に係る溶湯加熱保持装置が用いられた物質精製装置を、第１の蓋及び第２の蓋を取り外した状態で示す平面図である。
【図６】図５のVI−VI線に沿って切断したときの断面図である。
【図７】上部ヒーターの斜視図である。
【図８】図（Ａ）は溶湯の飛散により内壁に溶融物質が付着凝固した状態のるつぼの縦断面図、図（Ｂ）は図（Ａ）のVIII−VIII線に沿って切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１はこの発明の一実施形態に係る溶湯加熱保持装置１００が用いられた物質精製装置の正面図、図２は図１のII−II線に沿って切断したときの断面図、図３はるつぼ１の縦断面図である。なお、この実施形態では、物質がアルミニウム等の金属である場合について説明する。
【００２３】
図１及び図２において、符号２００は耐火物により形成された上面開口の装置本体であり、装置本体２００は、略立方体形状のるつぼ収容空間２０１を有している。このるつぼ収容空間２０１に、横断面円形の寸胴形状のるつぼ１が置き台２上に載置された状態で配置されている。
【００２４】
るつぼ１には精製すべき溶融金属である溶湯３が収容されている。るつぼ１の上部開口部は、この開口部よりも大径の第１の蓋４によって開閉可能に被覆閉鎖されてるつぼ１内の温度低下が防止されるとともに、この第１の蓋４を厚さ方向に貫通して、回転軸５の下端に取り付けられた冷却体６が配置されている。この回転軸５は、回転駆動装置（図示せず）によって冷却体６を回転可能にかつ上下左右移動自在に支持するとともに、金属精製時には冷却体６が下方移動して、るつぼ１内の溶湯３中に浸漬されるものとなされている。この実施形態では、第１の蓋４は１枚ものの部材で形成されている場合を示しているが、複数の部材を平面内で組み合わせて形成されていても良い。
【００２５】
なお、るつぼ１の材質は限定されないが、内面は溶湯３に接触し外面からは加熱されるので、高温で溶融せず極端な強度低下が生じない耐熱性を有していることが必要である。具体的には、黒鉛、セラミックス、これらの複合材等を推奨できる。
【００２６】
るつぼ１の周囲空間の上部は、第１の蓋とは別体の第２の蓋７により開閉可能に被覆閉鎖されており、これによって装置本体２００の上部開口部が、るつぼ１の開口部を除いて第２の蓋７によって閉じられて、熱が逃げるのを防止している。第２の蓋７の中央部には、るつぼの上部形状に応じた穴７１が設けられており、この穴７１にるつぼ１の上端部が嵌挿されている。そして、第１の蓋４の下面周端部が第２の蓋７と接触するか、又は耐熱のパッキン等を介した状態で、第１の蓋４がるつぼ１の開口部に被せられ、開口部を閉鎖している。なお、第２の蓋７もまた１枚ものの部材で形成されていても良いし、複数の部材を平面内で組み合わせて形成されていても良い。
【００２７】
るつぼ１の周囲空間には、第２の蓋７の下方において上部ヒーター１０と下部ヒーター２０が配備されている。
【００２８】
上部ヒーター１０は、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａを加熱するためのヒーターである。この目的のために、上部ヒーター１０は、るつぼ１の周囲空間におけるるつぼ１の高さ方向の上部領域に設けられている。なお、図３に示すＨ２は、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの高さであり、上部ヒーター１０は高さＨ２の領域をカバーするように設けられている。
【００２９】
上部ヒーター１０は、図４に詳細に示したように、１本の細棒状のヒーター素材を、るつぼ１の外周面に沿った配置となるように曲成することにより構成されている。具体的には、るつぼ１の径方向の両外側には、上端部を第２の蓋７に固定された２本の棒状の支持部材１１、１１が垂下状に配置されている。この２本の支持部材１１、１１に支持されながら、かつ必要に応じてヒーター素材を支持部材１１、１１で上下に折り返しながら、あたかも、るつぼ１の外周全周に亘って水平方向に延びた複数のリング状のヒーター素材が、垂直方向に間隔を置いて配置されたかのように巡らされた配置となっている。従って、上部ヒーター１０は支持部材１１、１１を介して第２の蓋７に保持されている。そして、ヒーター素材の両端部の接続端子１２、１２に、溶湯加熱保持装置外から引き込まれた電源装置の給電部を接続して通電することにより、電源装置から上部ヒーター１０に電力が供給され、上部ヒーター１０が発熱してるつぼ１の上部領域を加熱し、ひいては溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１０ａを加熱するようになっている。なお、上部ヒーター１０として１本のヒーター素材を用いた例を示したが、２本以上のヒーター素材が用いられても良い。
【００３０】
この実施形態では、上部ヒーター１０は上述のように、るつぼ１を取り囲むように曲げ加工されるため、金属ヒーターを用いることが望ましく、また高温に耐えうる素材である例えばステンレス、ニクロム、カンタル等を用いるのが望ましい。
支持部材１１の素材は特に限定されないが、上部ヒーター１０との絶縁性を確保するためガイシ等の絶縁材を介して上部ヒーター１０を支持部材１１に支持させるのが良い。また、上部ヒーター１０はたとえ溶湯３がるつぼ外に飛散したとしても直ちに断線が起きないように、セラミック等の耐熱性絶縁素材により被覆されているのが望ましい。
【００３１】
上部ヒーター１０はるつぼ１の外周面に近接配置されていれば良いが、耐熱性絶縁素材により被覆されている場合は、上部ヒーター１０とるつぼ１の外周面が接触していても良い。
【００３２】
このように、上部ヒーター１０は支持部材１１を介して第２の蓋７に保持されているから、第２の蓋７を装置本体２００から取り外すことにより、上部ヒーター１０を装置本体２００から取り出すことができ、ヒーター１０の交換作業や整備作業が容易となる。
【００３３】
一方、下部ヒーター２０は、るつぼ１に収容される溶湯３を加熱するためのヒーターである。この目的のために下部ヒーター２０は、るつぼ１の周囲空間におけるるつぼ１の高さ方向の下部領域に設けられている。なお、図３に示すＨ１は溶湯収容部におけるるつぼ１の高さ（溶湯３の深さ）であり、下部ヒーター２０は高さＨ１の領域をカバーするように設けられている。
【００３４】
下部ヒーター２０は、るつぼ１の両外側において装置本体２００を紙面の前後方向に水平状に貫通し、かつ高さ方向に間隔を置いて配置された複数本の棒状のヒーター素材からなる。各ヒーター素材は長さ方向に引き抜くことにより装置外から交換できるようになっており、電源装置との接続端子は装置外に存在している。下部ヒーター２０は上部ヒーター１０と同じ素材であっても良いし、セラミック等の耐熱性絶縁素材により被覆されていても良いが、複雑な曲げ加工を必要としないため、セラミックス自体が発熱体となるヒーターを用いても良い。
【００３５】
なお、Ｕ字形状のヒーター素材を用いることにより、電源装置と接続される各ヒーター素材の端子を装置本体２００の一面側に集中させても良い。
【００３６】
図１に示した物質精製装置による金属の精製は次のようにして行われる。即ち、るつぼ１に溶湯３を収容した後、第２の蓋７によりるつぼ１の周囲空間を閉鎖し、第１の蓋４によりるつぼ１の開口部を閉鎖し、下部ヒーター２０によりるつぼ１内の溶湯３を加熱し、上部ヒーター１０により溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａを加熱した状態で、冷却体６をるつぼ１内の溶湯３に浸漬し、冷却体６の内部に冷媒を供給しつつ回転軸５を介して冷却体６を回転させ、冷却体６の周面に精製金属をゆっくり晶出させる。この順序は特に限定するものではなく、冷却体６を回転させながら溶湯３に浸漬させても問題はない。共晶不純物は液相中に排出されて凝固界面近傍の液相中に共晶不純物の不純物濃化層が形成されるが、冷却体６と溶湯３との相対速度によって不純物濃化層中の不純物が液相全体に分散させられる。この状態で凝固を進行させると、冷却体６の周面には元の溶融金属よりはるかに高純度の金属塊が得られる。
【００３７】
溶湯３に浸漬した冷却体６の回転により、溶湯３が揺動しあるいは上方に飛散しるつぼ内壁１ａに付着するが、上部ヒーター１０によりるつぼ内壁１ａは加熱されているから、るつぼ内壁１ａに付着した金属は凝固することなく溶湯３に流下合流し、るつぼ内壁１ａへの付着凝固を防止することができる。しかも、上部ヒーター１０は下部ヒーター２０とは別体で設けられているから、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの温度を溶湯３の温度とは別に制御可能となり、るつぼ内壁１ａの温度を溶融金属の付着凝固の防止のために最適な温度に制御することができ、溶融金属の付着凝固を益々防止することができる。
【００３８】
このようなるつぼ内壁１ａへの溶融金属の付着凝固の防止効果を、より良好に発揮させるために、上部ヒーター１０の出力をＡ（Ｗ）、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの表面積（被加熱表面積）をＢ（ｍ２）としたとき、１０００≦Ａ／Ｂ≦１２０００を満たすように上部ヒーター１０の出力を設定するのが良い。Ａ／Ｂが１０００未満では、るつぼ内壁１ａへの溶融金属の付着凝固の防止効果をより良好に発揮できない恐れがある。Ａ／Ｂが１２０００を超えても、その効果の増大を見込めずエネルギー損失の増加を招く。特に好ましくは２０００≦Ａ／Ｂ≦９０００に設定するのが良い。
【００３９】
なお、上部ヒーター１０と下部ヒーター２０の電力を別々の電気系統により個別に制御するのではなく、同一の電気系統により一括して制御しても良い。また、温度調整用の熱電対等の温度測定手段は、上部ヒーター制御用、下部ヒーター制御用と別々に備えられているのが望ましい。
【００４０】
さらにこの実施形態では、るつぼ１の上端開口部を閉鎖する第１の蓋４と、るつぼ１の周囲空間の上部を閉鎖する第２の蓋７を別々に備えており、上部ヒーター１０は第２の蓋７に保持されているから、第２の蓋７を取り外すことにより上部ヒーター１０を装置本体２００から取り出すことができ、このため上部ヒーター１０の保守整備作業や交換作業を容易に行うことができ、メンテナンス性に優れたものとなる。
【００４１】
さらには、溶湯３を収容するるつぼ１の上端開口部は第１の蓋４で閉鎖されるうえ、るつぼ１の周囲空間の上部は第２の蓋７で閉鎖されているから、たとえるつぼ１内の溶湯３がるつぼ外へ飛散したとしても、飛散した溶湯がるつぼ１の周囲空間へ進入するのを第２の蓋７により阻止することができ、上部ヒーター１０や下部ヒーター２０の損傷の危険も低減することができる。
【００４２】
こうして金属の精製を行い、一定時間経過後に第１の蓋４を取り外してるつぼ１を開口し、冷却体６を晶出した精製金属５とともに引き上げ、図示しない掻き落とし装置にて冷却体６の周面に晶出した精製金属を掻き落とす。引き上げる際は冷却体６を静止させても良いし、回転させながら行ってもよい。その後、冷却体６を所定温度となるように加熱し、再度るつぼ１に移動させて精製を行う。
【００４３】
次に、この発明の他の実施形態を図５〜図７を参照して説明する。
【００４４】
この実施形態は図１及び図２に示した実施形態と同様に、溶湯保持装置が用いられた物質精製装置に係るものであるが、るつぼは１個ではなく複数個が用いられている。
【００４５】
図５及び図６において、符号２００は耐火物により形成された上面開口の装置本体であり、この装置本体２００は、横断面が長方形状で縦断面が略矩形のるつぼ収容空間２０１を有している。このるつぼ収容空間２０１に、横断面円形の寸胴形状の複数個のるつぼ１、１・・・がそれぞれ置き台２上に載置された状態で等間隔で配置されている。
【００４６】
各るつぼ１には精製すべき溶湯３が収容されている。図１に示した実施形態と同様に、各るつぼ１の上部開口部は、第１の蓋４によって閉鎖されるとともに、この第１の蓋４を厚さ方向に貫通して、回転軸５の下端に取り付けられた冷却体６が配置されている。また、各るつぼ１の周囲空間の上部は、第１の蓋４とは別体の第２の蓋７により開閉可能に被覆閉鎖されている。
【００４７】
これによって、装置本体２００の上部開口部が、各るつぼ１の開口部を除いて複数の第２の蓋７によって閉じられている。第２の蓋７の中央部には、るつぼの上部形状に応じた穴７１が設けられており、この穴７１にるつぼ１の上端部が嵌挿されている。そして、第１の蓋４の下面周端部が第２の蓋７と接触した状態で、第１の蓋４がるつぼ１の開口部に被せられ、開口部を閉鎖している。
【００４８】
各るつぼ１の上部には連通樋３０が連結され、この連通樋３０を介して隣り合う他のるつぼ１と相互に連通されている。この連通樋３０は各るつぼ１への溶湯３の収容作業を簡素化しながら精製作業を行う目的等で設けられている。つまり、何れかのるつぼ１に溶湯３を流し込んだりあるいはオーバーフローした場合は、連通樋３０を介して隣り合う他のるつぼ１にも溶湯３が自動的に流れ込む。
【００４９】
各るつぼ１の周囲空間には、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａを加熱するための上部ヒーター１０と、溶湯３を加熱するための下部ヒーター２０が配備されている。上部ヒーター１０は、るつぼ１の周囲空間におけるるつぼ１の高さ方向の上部領域に設けられており、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの高さＨ２の領域をカバーするように設けられている。一方、下部ヒーター２０はるつぼ１の周囲空間におけるるつぼ１の高さ方向の下部領域において、るつぼ１内の溶湯収容部の高さＨ１の領域をカバーするように設けられている。
【００５０】
下部ヒーター２０の構成は、図１に示した実施形態と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００５１】
上部ヒーター１０は、連通樋３０を避けながらるつぼ１の外周面の形状に沿って配置されている。具体的には、るつぼ１の上部において径方向の両側に突出する各連通樋３０をそれぞれ挟んだ位置に、各上端部を第２の蓋７に固定されたそれぞれ２本合計４本の棒状の支持部材１１が垂下状に配置されている。そして、図７に示すように、２本の連通樋３０で分けられた前後の上部半周面のうち一方の側に位置する左右２本の支持部材１１に支持されながら、かつ必要に応じてヒーター素材を支持部材１１で上下に折り返しながら、さらには一方の支持部材１１から他方の支持部材１１に向かう中間の位置で折り返しながら、１本の細棒状のヒーター素材が垂直方向に間隔を置き水平方向に延びた態様で巡らされることにより、上部ヒーター１０が上部半周面の形状に沿って近接配置されている。２本の連通樋３０で分けられた前後の上部半周面のうちの他方の側においても、同様にして、上部ヒーター１０が上部半周面の形状に沿って近接配置されている。
【００５２】
このように、上部ヒーター１０はるつぼ１の前後の上部半周面毎に２つのヒーター群に分けられているが、いずれも支持部材１１を介して第２の蓋７に保持されている。そして、各ヒーター群におけるヒーター素材の両端部の接続端子１２に、溶湯加熱保持装置１００外から引き込まれた電源装置の給電部を接続して通電することにより、電源装置から上部ヒーター１０に電力が供給され、上部ヒーター１０が発熱して溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａを加熱するようになっている。なお、各上部ヒーター１０として１本のヒーター素材を用いた例を示したが、２本以上のヒーター素材が用いられても良い。また、上部ヒーター１０の素材としては、曲げ加工が可能で高温に耐えうる素材である例えばステンレス等を用いるのが望ましく、またセラミック等の耐熱性絶縁素材により被覆されているのが望ましい。耐熱性絶縁素材により被覆されている場合、上部ヒーター１０とるつぼ１とは接触していても良い。
【００５３】
図５及び図６に示した物質精製装置による金属の精製に際し、溶湯３に浸漬した冷却体６の回転により、溶湯３が揺動しあるいは溶湯上方に飛散してるつぼ内壁１ａに付着するが、上部ヒーター１０によりるつぼ内壁１ａが加熱されているから、飛散付着した溶融金属は凝固することなく溶湯３に流下合流し、溶融金属の付着凝固を防止することができる。しかも、上部ヒーター１０は下部ヒーター２０とは別体で設けられているから、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの温度を、溶湯３の温度とは別に制御可能となり、るつぼ内壁１ａの温度を溶融金属の付着凝固の防止のために最適な温度に制御することができ、溶融金属の付着凝固を益々防止することができる。
【００５４】
このようなるつぼ内壁１ａへの溶融金属の付着凝固の防止効果を、より良好に発揮させるために、上部ヒーター１０の出力をＡ（Ｗ）、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの表面積をＢ（ｍ２）としたとき、１０００≦Ａ／Ｂ≦１２０００を満たすように上部ヒーター１０の出力を設定するのが良く、また温度調整用の熱電対等の温度測定手段は、上部ヒーター制御用、下部ヒーター制御用と別々に備えられているのが望ましい。
【００５５】
また、第２の蓋７を取り外すことにより上部ヒーター１０を装置本体２００から取り出すことができるから、連通樋３０によって複数のるつぼ１が連通されていて、上部ヒーター１０の取り出しが容易でない場合においても、上部ヒーター１０の保守整備作業や交換作業を容易に行うことができ、メンテナンス性に優れたものとなる。また、たとえるつぼ１内の溶湯３がるつぼ外へ飛散したとしても、飛散した溶湯３がるつぼ１の周囲空間へ進入するのを第２の蓋７により阻止することができる。
【００５６】
以上の実施形態では、溶湯加熱保持装置１００が金属等の物質の精製装置に用いられた例を示したが、るつぼ１に保持された溶湯３をるつぼ１に対して相対的に回転させることにより処理を行う全ての装置に適用可能である。
［産業上の利用可能性］
本発明によれば、るつぼ１に保持された溶湯３をるつぼ１に対して相対的に回転させることにより処理を行う場合に、溶湯の飛散によるるつぼ内壁１ａへの溶融金属の付着凝固を防止するためのヒーター１０を備えた溶湯加熱保持装置１００に利用することができる。
【実施例】
【００５７】
（実施例１）
図１に示した精製装置を用い、アルミニウムの溶湯３を１個のるつぼ１に収容し、精製処理を実施した。精製装置及び精製条件は次の通りである。
【００５８】
るつぼ１は内径Ｄが５００ｍｍ、高さが５００ｍｍの寸胴形状のものを使用し、溶湯収容部のるつぼ高さＨ２は３００ｍｍ、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの高さＨ１を２００ｍｍとした。るつぼ内壁１ａの表面積Ｂ（被加熱表面積）は０．３１４ｍ２である。また、冷却体６は外径が１５０ｍｍのグラファイト製のものを使用し、冷却媒体として圧縮空気：１４８０リットル／分を、冷却体６の中空部内に流通させ、回転周速度：４．０ｍ／ｓの一定速度で回転させながら６分間、精製した。
【００５９】
また、上部ヒーター１０の出力Ａは２５０Ｗ、下部ヒーター２０の出力は１０００Ｗに設定した。
【００６０】
６分間の精製後は、第１の蓋４を取り外し冷却体６を溶湯３から引き上げて、冷却体６に晶出した精製金属塊を引き剥がし、再度同じ精製処理を行った。これを１０回繰り返し、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａにおける溶融アルミニウムの付着状況と、消費エネルギーを評価した。
（実施例２−５）
上部ヒーター１０の出力設定値を票１に示すように変更した以外は実施例１と同一の条件で精製処理を実行し、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａにおける溶融アルミニウムの付着状況と、消費エネルギを評価した。
【００６１】
以上の評価結果を表１に示す。表１の「るつぼ内のアルミニウム付着状態」の項目において、◎、〇、△はそれぞれ以下の状態を示している。
◎：るつぼ内壁１ａに膜状にアルミニウムが付着しているのみであった
〇：図８に示すようにるつぼ内壁１ａにアルミニウムが１０ｍｍまでの厚みで付着していた
△：図８に示すようにるつぼ内壁１ａにアルミニウムが３０ｍｍ以上の厚みで付着していた
また、エネルギー使用量において、◎、〇、△はそれぞれ以下の状態を示している。
◎：極めて少ない
〇：少ない
△：やや多い
表１の結果から理解されるように、上部ヒーター１０の出力Ａ（Ｗ）と、溶湯上方の空間１ｂに露出するるつぼ内壁１ａの表面積Ｂ（ｍ２）が、１０００≦Ａ／Ｂ≦１２０００を満たしている実施例２−５の方が、Ａ／Ｂが１０００未満である実施例１よりも、るつぼ内壁１ａへのアルミニウムの付着を抑制できることを確認できた。
【００６２】
【表１】
2018084350.tif 000003
【符号の説明】
【００６３】
１    るつぼ（るつぼ）
１ａ  るつぼ内壁
１ｂ  溶湯上方の空間
２    置き台
３    溶湯
４    第１の蓋
６    冷却体
７    第２の蓋
７１  穴
１０  上部ヒーター
１１  支持部材
２０  下部ヒーター
３０  連通樋
１００  溶湯加熱保持装置
２００  装置本体
２０１  るつぼ収容空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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