(57)【要約】  本発明は、炉床が、火床の第１の側部上の基部と、第１の側部から遠位の位置において通路の上方において高台内で終端するように基部から立ち上がる斜面とを有する二重ループチャンネル型誘導電気炉を備える。この斜面と高台は、炉の互いに反対側の末端壁の間を少なくとも部分的に延び、高台は、高台の互いに反対側の端部の間を少なくとも部分的に延びるトレンチを含む。トレンチは通路と流体接続しており、トレンチの底部は、炉床が位置している平面よりも高い平面内に位置している。炉床の基部は、炉床の基部からトレンチの下方の斜面を通って中央通路に延びる炉床の通路によって、中央通路と流体接続している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重ループチャンネル型誘導電気炉であって、
前記二重ループチャンネル型誘導電気炉が、
耐熱性材料でライニングされ、炉床と、前記炉床から延びて火床を形成する壁と、を有するシェルと、
前記炉に関する少なくとも１つの誘導加熱器であって、前記炉床のスロートによって前記火床と連通している、少なくとも１つの誘導加熱器と、
を備え、
前記スロートが、前記誘導加熱器への入口の役割を果たす中央通路と、前記誘導加熱器からの出口の役割を果たす前記中央通路の両側の２つの側方通路と、を含み、
前記スロートの通路が、前記誘導加熱器内のチャンネルに対して相補的な形状に形成され、前記通路の各々が、各々の相補的なチャンネルと流体接続しており、
前記炉床が、前記火床の第１の側部上の基部と、前記基部から立ち上がって前記第１の側部から遠位の位置において前記通路の上方の高台で終端する斜面と、を有し、
前記斜面と前記高台とが、前記炉の互いに反対側の末端壁の間を少なくとも部分的に延び、
前記高台が、前記高台の互いに反対側の端部の間を少なくとも部分的に延びるトレンチを含み、
前記トレンチが、前記通路と流体接続しており、前記トレンチの底部が、前記炉床が位置している平面よりも高い平面内に作用上配置されており、
前記炉床の前記基部が、前記炉床の前記基部から前記トレンチの下方の前記斜面を通って前記中央通路に延びる炉床の通路によって前記中央通路と流体接続している、
二重ループチャンネル型誘導電気炉。
【請求項２】
前記誘導加熱器と前記高台とが、前記炉の前記第１の側部とは反対側に位置した第２の側部に位置している、請求項１に記載の炉。
【請求項３】
前記火床が、液体金属のメニスカスのレベルに一致する作動深さを有し、前記液体金属のメニスカスのレベルが、前記高台を液体金属で覆うのに十分な高さに作用上配置されている、請求項１又は２に記載の炉。
【請求項４】
少なくとも１つの湯出し口を含み、前記湯出し口が、前記炉の末端壁内に位置していることが好ましく、前記高台の高さの上方に位置していることが更に好ましい、請求項１から３のいずれか１項に記載の炉。
【請求項５】
前記高台の上方の液体金属の深さを制御し、前記トレンチを通る前記誘導加熱器からの加熱金属の流れ距離を制御することによって、請求項１から４のいずれか１項に記載の炉の中の液体金属湯の加熱を制御する方法であって、前記高台の上方の液体金属のレベルが、特定深さよりも深いと、流れ距離が短くなり、前記高台の上方の液体金属のレベルが、前記特定深さであると、流れ距離が長くなり、前記高台の上方の液体金属のレベルが、前記特定深さよりも浅いと、流れ距離が短くなる、方法。
【請求項６】
前記液体金属湯によって支持される供給原材料の塊のサイズを、予め決められた特定サイズよりも小さく調整する工程を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の炉の中の、液体金属湯の加熱を制御する方法。
【請求項７】
前記高台の上方の金属湯の表面を、供給原材料によって覆われていない状態に、確実に維持する工程を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の炉の中の、液体金属湯の加熱を制御する方法。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の、液体金属湯の加熱を制御する方法。
【請求項９】
液体金属湯を含み、
火床の中の第１の側部の近くに供給原材料を送り込み、前記高台の上方に液体金属のメニスカスを上昇させる工程と、
前記誘導加熱器によって前記液体金属湯を加熱する工程と、
前記炉から溶融液体金属を放出する工程と、
前記火床の中に供給原材料を送り込み、前記高台を、液体金属によって覆われている状態に維持する工程と、
を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の炉を、作動させる方法。
【請求項１０】
請求項５から７のいずれか１項に記載の液体金属湯の加熱を制御する工程を含む、請求項９に記載の、炉を、作動させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の溶解及び溶融で使用されるチャンネル型誘導電気炉に関し、特に、金属及びスラグの表面上に浮遊する微粒子材料の溶融に使用される誘導電気炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面上に浮遊する微粒子材料が送り込まれる従来のチャンネル型誘導電気炉は、比較的深い金属湯（ｍｅｔａｌ  ｂａｔｈ）の設計となっている。これは、溶融金属の湯の最上部の上のスラグ層上に浮遊する微粒子材料が放熱しにくく、金属温度を上昇させ、チャンネル加熱器の中に戻る加熱金属の再循環を生じさせるからである。この結果、炉が浅い金属湯によって作動するように設計されている場合には、溶融金属を過熱させ、耐熱性材料ライニングに対して損傷を生じさせる。浅い金属湯はまた、チャンネル加熱器の真上の領域内に比べて溶融速度が相対的に遅い、相対的に低温の領域を生じさせる結果となる。
【０００３】
他方、深い金属湯は、多量の金属を炉内に保持しなければならないという欠点を有し、このことが、浅い金属湯が使用される場合よりも、大きい熱損失を発生させ、不必要に大きいプロセス積み増し（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）を生じさせる。深い金属湯を使用する場合には、金属の損失、機器の損傷、及び、金属漏洩発生時の作業員の危険性も、著しく大きい。
【０００４】
更に、深い金属湯を扱う誘導電気炉では、強力な対流電流が、炉の作動中に炉内で発生する。この結果、特定の領域内で微粒子材料の不安定で急速な溶融が起こり、一方、他の領域内では溶融が起こらないことになる。深い金属湯で微粒子材料を溶融させる作業中に、溶融移動（ｍｅｌｔｉｎｇ  ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）の領域を生じさせ、すなわち、溶融が起こる領域が炉内で移動して、不安定な流れと溶融状態とを生じさせる結果になることが、知られている。
【０００５】
特許文献１で説明されている、この問題を解決する従来の試みは、成功していたが、コストと立ち上げ（ｓｔａｒｔ−ｕｐ）の問題が、この解決策を実行することを困難にした。
【０００６】
本発明は、特許文献２と特許文献３とに記載された発明の、進展した発明を含み、特許文献２と特許文献３の内容全体が、引例として、また、本明細書の付録Ａと付録Ｂに包含することによって、本明細書に含まれ、本出願の主題の一部分を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】南アフリカ国特許第２００２／１００２５号明細書
【特許文献２】南アフリカ国仮特許出願第２０１０／０７９３６号明細書
【特許文献３】南アフリカ国仮特許出願第２０１０／０８６７４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を少なくとも部分的に解決するチャンネル型誘導電気炉と液体金属流制御装置とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明により、二重ループチャンネル型誘導電気炉が提供され、この二重ループチャンネル型誘導電気炉は、シェルであって、耐熱性材料でライニングされ、炉の床（以下「炉床」という）と、炉床から延びる壁とを有し、火床（ひどこ：ｈｅａｒｔｈ）を形成する、シェルと、炉に関する少なくとも１つの誘導加熱器であって、炉床のスロート（ｔｈｒｏａｔ）によって火床と連通している誘導加熱器と、を備え、前記スロートが、誘導加熱器への入口の役割を果たす中央通路と、誘導加熱器からの出口の役割を果たす、中央通路の両側の２つの側方通路と、を含み、スロートの通路が、誘導加熱器内のチャンネルに対して相補的に形成され、各スロートの通路がそれぞれの相補的なチャンネルと流体接続しており、炉床が、火床の第１の側部上の基部と、この基部から立ち上がって、第１の側部から遠位の位置においてスロートの通路の上方の高台（ｐｌａｔｅａｕ）で終端する斜面（ｒａｍｐ）とを有し、斜面と高台とが炉の互いに反対側の末端壁の間を少なくとも部分的に延び、高台が、高台の互いに反対側の端部の間を少なくとも部分的に延びるトレンチを含み、トレンチが、スロートの通路と流体接続しており、トレンチの底部が、炉床が配置された平面よりも高い平面内に位置しており、炉床の基部が、炉床の基部からトレンチの下方の斜面を通って中央通路に延びる炉床の通路によって中央通路と流体接続している、二重ループチャンネル型誘導電気炉が提供される。
【００１０】
更に、炉の第１の側部とは反対側の第２の側部に位置している誘導加熱器と高台とが提供される。
【００１１】
更に、液体金属で高台を覆うのに充分なだけ高く作用上配置されている液体金属メニスカスのレベルに一致する作動深さを有する、火床が提供される。
【００１２】
更に、炉の末端壁内に位置していることが好ましく、高台の高さの上方に位置していることが更に好ましい、少なくとも１つの湯出し口を含む炉が提供される。
【００１３】
本発明の更に別の特徴により、液体金属湯を収容する上記定義の通りの炉を作動させる方法が提供され、この方法は、高台の上方に液体金属メニスカスを上昇させるためにその第１の側部に隣接した火床の中に供給原材料を送り込む工程と、誘導加熱器によって液体金属湯を加熱する工程と、炉から溶融液体金属を放出し、火床の中に供給原材料を送り込み、高台を、液体金属によって覆われている状態に実質的に維持する工程と、を含む。
【００１４】
本発明の更に別の特徴により、高台上方の液体金属の深さを制御することによって、トレンチを通る、誘導加熱器からの加熱された金属の流れ距離を制御し、上記のように定義された炉の中で液体金属湯の加熱を制御する方法が提供される。
【００１５】
本発明の更に別の特徴により、液体金属湯によって支持されている供給原材料の塊のサイズを、予め決められた特定サイズよりも小さく調整することを含み、高台の上方の、炉の第２の側部から約６００ｍｍの領域には、供給原材料を確実に無くすことが好ましい、上記のように定義された炉の中で液体金属の湯の加熱を制御する方法が提供される。
【００１６】
本発明のこれらの特徴と他の特徴を以下で更に詳細に説明する。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照しながら説明するが、この説明は、単なる具体例としてのみ、説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明による炉の火床の部分断面上面斜視図である。
【図２】図２は、図１の火床の断面側面斜視図である。
【図３】図３は、液体金属湯と、液体金属湯によって支持されている供給原材料と、に関する作動レベルを示す、図２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明によるチャンネル型誘導電気炉（１）の好ましい実施形態の一部分が、図面に示されている。これらの図面に示されているように、炉（１）は、末端壁（３Ａ、３Ｂ）を含む炉床（２）と、炉床から延び火床（５）を形成する側壁（４Ａ，４Ｂ）と、を含む。二重ループ誘導加熱器（図を簡単にするために示されていない）が、炉（１）の基部（１４）に固定されており、炉床（２）内のスロート（６）を経由して火床（５）と連通している。
【００２０】
スロート（６）は、誘導加熱器内への入口としての役割を果たす中央通路（８）を含む。このスロート（６）は、更に、誘導加熱器からの出口の役割を果たす、中央通路（８）の両側にある２つの側方通路（７、９）も含む。炉（１）は、概ね長方形の形状を有し、炉床（２）の長さに沿って直線状に配置されている中央通路（８）と２つの側方通路（７、９）とを有する。
【００２１】
炉床（２）は、第１の側壁（４Ａ）に隣接した、火床（５）の第１の側部に近い、基部（１０）と、基部（１０）から立ち上がり、火床（５）の第２の側部に近い高台（１２）で終端する、斜面（１１）と、を含む。火床（５）の第２の側部は、スロートの通路（７、８、９）の上方で、第２の側壁（４Ｂ）に隣接している、炉（１）の反対側の側部に位置している。
【００２２】
斜面（１１）と高台（１２）とは、炉（１）の互いに反対側の末端壁（３Ａ、３Ｂ）の間を延びる。高台（１２）は、末端壁（３Ａ、３Ｂ）の間を延びるトレンチ（１３Ａ、１３Ｂ）を含む。トレンチ（１３）はスロートの通路（７、８、９）と流体接続している。トレンチ（１３）の底部は、火床（５）内において、炉床（２）の基部よりも高い位置にある。
【００２３】
炉床（２）の基部（１０）は、連結通路（１５）によって、中央通路（８）と流体接続しており、連結通路（１５）は、炉床の基部（１０）から、斜面（１１）の中を通って、高台（１２）内のトレンチ（１３）の下方の、中央通路（８）に延びる。
【００２４】
使用時には、液体金属は、誘導加熱器のチャンネル内で、チャンネル内の電磁誘導電流の流れに対する電気抵抗によって加熱される。より低温の金属が、液体金属湯の底部から連結通路（１５）を介して引き出され、中央通路（８）を経由して中央チャンネルに入り、一方、加熱された金属が、２つの外側チャンネルから外側スロートの通路（７、９）を通って高台（１２）に向かって外に出る。これは、説明を要しない公知の技術である。
【００２５】
炉床（２）上の斜面（１１）と高台（１２）の設計は、側方通路（７、９）から出た後の加熱液体金属を、火床（５）の中入るように案内するものであるが、コアンダ効果によって最も適切に、少なくとも部分的に説明できると考えられている。
【００２６】
この効果は、流体が、気体又は液体を問わず、細流として流出するオリフィスの近くの表面に、引き寄せられる性質である。この効果の重要な部分は、流体の一次流れが、環境からより多くの流体を連行する（すなわち、引き込む）性質である。したがって、ノズルから出る流体は、近くの湾曲した表面に沿う性質があり、もしこの表面の曲率が、又は、この表面が細流となす角度が、過剰に鋭角でなければ、隅部の曲りにさえも、沿う性質がある。
【００２７】
この結果、流体の流れパターンは、流体がその上を流れる表面によって影響を受ける。流体の流れパターンは、更に、流体が中に流れ込む媒質によっても影響を受ける。この例では、流動する流体は加熱された金属であり、媒質はより低い温度の液体金属である。流動する流体と媒質との間の相互作用は、流動する流体を、媒質の中へ拡散させ、媒質があたかも流体の円筒であるかのように媒質の中を影響なく通過させることがない。本発明は、負荷物質の溶融がどこで生じるかを決定する流れパターンの操作を可能にする。
【００２８】
通路（７、９）とトレンチ（１３）とは、加熱された液体金属の流れが高台（１２）の上方に、炉（１）の末端壁（３Ａ、３Ｂ）に向かって、水平方向に送られるように、滑らかな経路を形成するように形作られている。側方通路（７、９）の各々は、トレンチ（１３）の対応部分（１３Ａ、１３Ｂ）の中に入り、各々の側方通路（７、９）からの加熱された液体金属の流れは、トレンチ（１３）の対応部分によって導かれ、最も近い末端壁（３Ａ、３Ｂ）に向けて導かれる。この加熱された液体金属は、高台（１２）の上を流れ、斜面（１１）に流れ落ち、支持された供給原材料（１７）と液体金属湯（１８）との間の境界面（２０）の下方の、支持された供給原材料（１７）の下に導かれ、溶融し、火床（５）内の液体金属湯（１８）と混合する。供給原材料（１７）は、液体金属湯（１８）の上に、一定の角度で載っており、この状態は、液体金属湯（１８）の上の供給原材料（１７）の、上部表面（２１）によって図示されている。
【００２９】
トレンチ（１３）の底部を、炉床（２）の基部（１０）よりも上に上昇させることによって、また、液体金属湯のレベル（１６）を、高台（１２）よりも上に調整することによって、加熱された液体金属の流れパターンを制御できるということがわかった。
【００３０】
更に、高台（１２）より上の金属湯のレベル（１６）を変更することによって、高台（１２）の上及び支持された供給原材料（１７）の下方の、加熱液体金属の流れパターンを、変化させられることがわかった。したがって、運転中に試行錯誤によって、加熱された液体金属の流れパターンを変化させ、したがって、支持されている供給原材料（１７）の溶融パターンを変化させることが可能である。したがって、特定の最適なレベルが、実用上決定される。材料の溶融パターンに影響を与える更に別の方法は、炉（１）内の材料（１７）の量を変化させ、これによって、供給原材料（１７）を支持していない材料メニスカス（１９）の幅を変化させ、液体金属と支持されている供給原材料（１７）との間の接触表面積（２０）を変化させることである。
【００３１】
炉（１）内の供給原材料（１７）の量を変化させることは、深さ、すなわち液体金属湯（１８）によって支持されている供給原材料（１７）が液体金属湯（１８）に替わる深さ、を変化させるという更に別の効果を有し、この効果もまた、炉（１）内での溶融パターンに影響を及ぼす。
【００３２】
各々の炉（１）に関して、また、炉の特定の寸法と、炉の誘導加熱器の出力とに応じて、誘導加熱器からの加熱液体金属の最適な供給を可能にする、火床（５）内の液体金属のレベルと、供給原材料（１７）の量との、最適な組み合わせが存在することが、立証されている。これは、液体金属湯（１８）内への加熱液体金属の供給が、最良の形で広がる、という意味で最適である。これは、液体金属湯（１８）が、誘導加熱器からの液体金属によって最も均一に加熱され、炉（１）の長さに沿った溶融速度が一定であるということを意味する。
【００３３】
上述の実施形態は、本発明の範囲を限定することを意図しておらず、本発明の範囲から逸脱することなしに実施形態に対する変更を含むことが可能であるということを、理解されるであろう。
【００３４】
例えば、炉の末端壁にトレンチが到達する前にトレンチを終端させることが可能である。この例は、加熱液体金属を、中央通路から遠位にある壁に近い領域の周りに、より均一に広がるようにする。更に、この例を、トレンチの深さを保持しながらトレンチの幅を広げることと組み合わせ、液体金属の流れの速度を減速させることができる。
【００３５】
更に、金属の流れを、あらゆる方向に、下方にさえ導くことができるということも理解されなければならないが、この例は、通常は、加熱された金属は、密度が低下するために液体金属湯内で上昇するので、驚くべきことである。この例は、トレンチが覆われない場合、すなわち、トレンチが従来の形の管又は導管でない場合、に実現される。もしトレンチが同一の深さに維持されていると、加熱された流体の流れは、驚くほど長い距離にわたって導かれる。
【００３６】
したがって、トレンチは、出口からの流れの方向と距離とを制御するために、あらゆる出口に関して採用されるだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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