(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒がその中を通過する少なくとも１個の冷却器を有する冶金炉を冷却する方法であって、イオン液体からなる冷媒が、冷却器の中を通って流れ、前記イオン液体が水に溶解することなく１００℃未満の温度で液体であり、且つ、前記イオン性液体が室温から６００℃の間の温度範囲で液体であることを特徴とする、方法。
【請求項２】
イオン液体が、リン、ホウ素、ケイ素および／または金属を含有する化合物から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
冷媒が密閉冷却回路内を流れることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
冷媒が、熱を放出するため、熱交換器の中を通るように誘導されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
熱が、水蒸気を発生させるのに使用される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
銅または鉄合金の製造用の冶金炉を冷却するのに使用されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
冷媒の供給部（２）および放出部（３）を有する少なくとも１個の冷却器（１）、熱交換器（４）ならびに再循環ポンプ（５）を備える、冶金炉用の循環式冷却系であって、イオン液体を含む冷媒貯留部（６）を備え、前記イオン液体が水に溶解することなく１００℃未満の温度で液体であり、且つ、前記イオン性液体が室温から６００℃の間の温度範囲で液体であることを特徴とする、循環式冷却系。
【請求項８】
冶金炉を冷却するためのイオン液体の使用であって、前記イオン液体が水に溶解することなく１００℃未満の温度で液体であり、且つ、前記イオン性液体が室温から６００℃の間の温度範囲で液体であることを特徴とする、使用。
【請求項９】
イオン液体が、リン、ホウ素、ケイ素および／または金属を含有する化合物から選択されることを特徴とする、請求項８に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒がその中を通過する少なくとも１個の冷却器を有する冶金炉を冷却する方法に関する。本発明はさらに、冷媒の供給部および放出部を有する少なくとも１個の冷却器、熱交換器ならびに再循環ポンプを備える、冶金炉用の循環式冷却系に関する。
【背景技術】
【０００２】
水は通常、冶金炉内にある冷却器中で冷媒として使用される。従来技術では、このような冷却器に様々な設計が存在し、これらの設計は、幾何形状および冷媒の誘導方式の点でそれぞれ異なる。冷却器は、壁上、壁内またはタップホールに設置でき、炉壁内の冷却器が、最も強力に冷却する。
【０００３】
上述した非常に効果的な炉壁内の冷却器には、一般に２つの実施形態、すなわち、炉殻内部の水流を用いるものと、炉殻外部の水流を用いるものが利用できる。炉殻内部の水流を用いる冷却器は、炉殻外部の水流を用いる冷却器にはある炉殻内の複数の開口部が不要であり、好ましくは、多量の熱伝達を実現するものとして自溶炉および電気炉内で使用される。
【０００４】
しかし、炉殻内の水流を用いる冷却器の大きな欠点は、冷媒の水そのものである。冷却器の損傷または冷却器の破損が起きた場合はそれぞれ、これらに伴って水漏れが発生し、水が炉内に入り込む恐れがある。
【０００５】
水と溶融金属が反応し、それに伴って水素反応が起きることにより、爆発（酸水素反応）の危険性が高くなるが、水漏れが冷却器内に位置し、その結果、水漏れ箇所が浴の液面より下側に位置する場合はとりわけである。水との反応に起因するこのような爆発は、炉の破壊につながる恐れがある。
【０００６】
炉内に水が入り込むと、非鉄金属および鉄合金業界で一般的なようにＭｇＯ含有材料が使用されている場合は、炉のライニングの耐火材に大きな問題がさらに生じる恐れがある。水との接触時に、ペリクレース（ＭｇＯ）がブルサイト（Ｍｇ（ＯＨ）２）になる反応、すなわち水和が起き、それに伴って体積が１１５％まで増大する。
ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２
【０００７】
この反応に起因する体積の増大により亀裂が生じ、最悪の場合、耐火材が崩壊して砂状になる。さらに、体積の増大により耐火ライニングが無秩序に動き、この動きが、炉殻を損傷させる恐れがある。
【０００８】
別の大きな問題が、炉を加熱した際に起きる恐れがある。炉の加熱中に、水、すなわち残存の水分が、耐火レンガから抜け出る。約４０〜１８０℃の温度範囲で起きる傾向がある、ＭｇＯ含有レンガの水和の危険性を最小限にするためには、この温度範囲を可能な限り早く通過させる。
【０００９】
ただし、決定的に重要であるのは冷却器近傍の領域である。冷却水の温度のために、水冷された冷却器の温度は、隣接する耐火レンガの温度より大幅に低いので（＜１００℃）、このことが、耐火材と冷却器の間で水が凝結することにつながり得る。この結果、水和が起こり、前述の領域が損傷することになろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述した従来技術の欠点および問題を防止することを意図しており、その目的は、水素爆発が起きて耐火材が損傷する危険性がない、冶金炉を冷却する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、上記の目的は、少なくとも１種のイオン液体を含有し、好ましくは該イオン液体からなる冷媒が冷却器の中を通って流れる、最初に言及した様式の方法によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による密閉循環式冷却系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
イオンのみを含有するイオン液体とは、水のような溶媒中に溶解することなく、１００℃未満の温度で液体である塩と定義されている。
【００１４】
イオン液体はカチオンとして、特定すれば、カチオンはアルキル化されていてもよいが、例えば、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、グアニジニウム、ウロニウム、チオウロニウム、ピペリジニウム、モルホリニウム、アンモニウムまたはホスホニウムを含有し、これらは、例えば、硫酸塩誘導体、リン酸塩誘導体、ハロゲン化物、フッ化アニオン（例えば、テトラフルオロホウ酸、ヘキサフルオロホウ酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸またはヘキサフルオロリン酸）、スルホン酸、ホスフィン酸またはトシル酸などの種々の異なるアニオンと組み合わせてもよい。イミドおよびアミドなどの有機アニオンも同様に、イオン液体を形成できる。
【００１５】
この種の化合物のうちで代表的なものの数多くは、構造を最適化しておかなくても、比較的高い熱容量と蓄熱密度ならびに高い熱安定性を特徴とする。さらに、各イオン液体の蒸気圧は、無視できるほどに低いか、全く存在しない。
【００１６】
イオン液体は、化学プロセス工学ならびにバイオテクノロジーにおける溶媒として、コンデンサ、燃料セルおよびバッテリー内の電解質として、または、例えば太陽熱発電所内の蓄熱用熱流体として使用されている。
【００１７】
本発明による方法では、好ましい実施形態に従って、室温から６００℃の間の温度範囲、好ましくは室温から３００℃の間の温度範囲で液体であるイオン液体が使用される。イオン液体は、任意の種類の冷却器内、例えば、従来の銅冷却器内に使用できる。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態によれば、イオン液体は、リン、ホウ素、ケイ素および／または金属を含有する化合物から選択される。このようなイオン液体の一例として、ジブチルリン酸トリエチルメチルホスホニウムを挙げることができる。
【００１９】
これらの好ましいイオン液体は、（空気中での）熱分解時に、不揮発性の固体酸化物を形成するという利点を有する。このため、イオン液体は、その分解点未満において不燃性であるだけでなく、分解点を超えても難燃性であり、または完全に不燃性でさえある。
【００２０】
本発明による方法の別の利点は、冷媒（の必須部分）として使用されるイオン液体により、冷却効果を良く調節できることである。例えば、炉のタップホールにおいては、温度の上昇は、冷却を弱めることによって実現できる。これにより、例えば銅の製造時、粗銅中のＳＯ２蒸気圧が低下し、その結果、ガスの発生も減少することになる。
【００２１】
本発明による方法はさらに、炉を加熱するのに有利である。イオン液体は、＞１００℃の温度まで加熱することもできるので、炉を加熱する際、それに対応させて、冷却器の温度を予め高温に調節することが可能である。したがって、水の凝結が、耐火レンガと冷却器の間の領域に全く起きず、水和およびそれに伴う炉のライニングの損傷を防止できる。
【００２２】
好ましくは、冷媒は密閉冷却回路内を流れる。本方法の好ましい実施形態によれば、該冷却回路は水蒸気発生器に結合される。このためには、冷媒は、熱を放出するために、熱交換器の中を通るように誘導されるのが好都合である。
【００２３】
本発明はさらに、冷媒の供給部および放出部を有する少なくとも１個の冷却器、熱交換器ならびに再循環ポンプを備える、冶金炉用の循環式冷却系であって、イオン液体を含む冷媒貯留部を備えることを特徴とする、循環式冷却系に関する。
【００２４】
別の態様によれば、本発明は、冶金炉を冷却するためのイオン液体の使用に関し、イオン液体は、好ましくは、リン、ホウ素、ケイ素および／または金属を含有する化合物から選択される。
【００２５】
本発明を以下に、実施例および図面によってさらに詳細に説明するが、図１は、本発明の実施形態による循環式冷却系の概略図を図示している。
【実施例】
【００２６】
実験室規模の冶金炉内で、１０ｋｇの銅を溶融した。溶融銅浴の温度は約１１５０℃であった。損傷の発生および欠損した冷却器からの冷媒の漏れをシミュレーションするために、鋼管を溶融浴中に導入した後、イオン液体を、浴の液面より下側にあるぜん動ポンプによって導入した。イオン液体として、２リットルのジブチルリン酸トリエチルメチルホスホニウムを使用した。イオン液体の流量は２００ｍｌ／分であった。
【００２７】
激しい反応、すなわち、水の使用時に想定される溶融物の爆発および散りとは著しく異なり、イオン液体を使用すると、液体銅のわずかな飛散がごく希にある以外、浴は動かず爆発は特に起きなかった。
【００２８】
図１では、本発明による密閉循環式冷却系が図示されている。少なくとも１種のイオン液体を含有する冷媒は、温度Ｔ１、例えば、室温から最大約５００℃までの温度で供給部２を経由して冷却器１に入り、放出部３を経由して高温Ｔ２（Ｔ２＝Ｔ１＋ΔＴ、例えばΔＴ＝０〜６００℃）で冷却器１から再び排出されるまで、冷却器１内に配設された冷却チャネルの中を通過する。熱交換器４内では、冷媒は、冷却器１内での各冷却処理に望ましい温度Ｔ１まで再び冷却され、このとき、発生した熱量ΔＴを、例えば、水蒸気を発生させるに使用することもできる。ポンプ５は、冷媒の還流のために熱交換器４の下流側に配設されている。冷却回路内には、貯留部６が、例えば熱交換器４とポンプ５の間にさらに設けられており、該貯留部の中には、イオン液体を含有する冷媒が集められ、必要であれば、該貯留部から冷媒を除去することもできるし、該貯留部に冷媒を加えることもできる。
【図１】
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