JP2009504414A

JP2009504414A - 誘導動力が付与されるレードル底部ノズル

Info

Publication number: JP2009504414A
Application number: JP2008527171A
Authority: JP
Inventors: スタンレイ，エアール・ケー; モット，ジョン・アール
Original assignee: アドバーンスト・メタルズ・テクノロジー・カンパニー
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2006-08-18
Publication date: 2009-02-05
Also published as: CA2619756A1; AU2006283520A1; US20090145933A1; BRPI0615480A2; EP1920074A4; WO2007024703A1; EP1920074A1; CN101292048A

Abstract

【課題】溶融金属（５）を収容するレードル（２）又は他の容器の出口（４）にノズル（６）が設けられ、該ノズルを金属（５）の融点温度にまで加熱することにより該ノズルを通って溶融金属の流れが許容される。ノズル（６）は管状でＡｌ₂Ｏ₃又はＳ_ｉＯ₂で製作されるとともに、これと熱的接触状態にある黒鉛管（８）により取囲まれた構成である。この黒鉛管（８）を誘導加熱により加熱することにより該ノズル（６）が加熱される。ノズル（６）の温度がレードル（２）内の金属（５）の融点温度を越えると、金属（５）がノズル（６）を通ってレードル（２）から排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属を収容したレードル（取鍋）又は他の容器からの金属の流れを制御するために誘導動力としての電力が付与されるノズルに関する。

この種の金属を生成する場合に溶融金属を収容するためにレードル（取鍋）を用いることは公知である。代表的構造として、該レードルはその底部に出口ないし出口構造を有する。この出口ないし出口構造は制御可能なバルブを備える。

しかしながら、これら公知のバルブは高価であるとともに、その部品交換や修理も頻繁になる等の問題があった。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明においては、溶融金属を収容するレードル（取鍋）又は他の容器に、低廉で制御が容易な出口ノズルを備える。１つの具体的構成において、溶融金属、例えばシリコン、の流れが、ノズルを金属の融点温度にまで加熱することにより管状で耐火性のノズルを通過する。このノズルは、例えば管状でＡｌ₂Ｏ₃又はＳ_ｉＯ₂で形成されるとともに、該ノズルと熱的接触をなす黒鉛管によって取囲まれる構成である。該ノズルは、周囲の黒鉛管を誘導作用により加熱することによって加熱される。そして、該ノズル温度がレードル内の金属の液相線温度を越えると、金属がノズルを通して、レードルから流出する。

又、もし黒鉛との接触で金属に及ぼす不純物が懸念されるほど重大でなければ、ノズル全体を黒鉛で製作してもよい。

ノズルを通過する金属の流速は、工業技術において知られているように、レードルの内部を真空化ないしエアー抜きを適切に施すことによって部分的に制御することができる。もし、真空化の度合いが十分であれば、この流れは、分当り数滴の程度からノズル内を充満状態で流れる程度にまで極めて正確に制御できる。又、処理作業中に停止する必要がある場合に完全に停止できるとともに、その後の再稼動も迅速に行なわれる。従って、本発明に係るノズルを公知の工業技術と組合せることにより該ノズルを通過する流れ制御を正確に行なうことができる。

図１において、２はレードル（取鍋）で、レードル用出口構造を構成する出口４を備え、誘導加熱等の作用を透過して伝達可能な公知の材料により製作される。このレードル２は、シリコン（Ｓ_ｉ）などの金属を精製するために用いられ、耐火性材料３を備える。該金属は出口４を通して該レードル２から溶融状態で排出される。精製されるべき金属は、例えば誘導動力をなす誘導加熱等の公知の加熱手段により加熱される。レードル２の底部において、出口４はノズル６を備える。このノズル６は、排出される金属の融点よりも高い融点を有する材料により製作され、その外周を耐火性材料７で絶縁するように取囲む構成となっている。もし、例えば排出される金属がシリコン（Ｓ_ｉ）の場合、ノズルはＡｌ₂Ｏ₃，Ｓ_ｉＯ_２，Ｚ_ｒＯ₂又は他の適宜の耐火性材料で製作される。

好ましい具体的構成において、ノズル６はレードル２の出口部分と係合しており、管状の黒鉛サセプター８又は他の手段と接触して、これにより支持される。この管状の黒鉛サセプターないしサセプター管８はノズル６を取囲むとともに排出すべき金属を液化するためにノズル６に熱を伝達する。

このヒーター管の役目をなすサセプター管８とノズル６は、常時、物理的接触のない状態が望ましい。これは、この両者の膨張係数が異なるからである。しかし、この両者は、黒鉛ヒーターをなすサセプター管８からノズル６に熱を効率的に伝達するように熱的接触状態に位置づけられて構成されている。

黒鉛サセプター８は、誘導コイル１０による誘導加熱のエネルギーによって加熱される。特に、レードル２の内部を、真空度を可変可能な真空化ないしはエアー抜きを施す操作と組合わせることにより、ノズル６を通る溶融金属の制御及びノズル６の温度制御を極めて効率的に行なうことができ、良好な結果を得ることができる。

ノズル６の寸法については、長さ約１２インチ（３０．４８cm）で、黒鉛サセプター８の底部より更に数インチ、好ましくは約３インチ（７．６２cm）延出する構成が望ましい。この黒鉛サセプター８を越えて延出したノズル６の端部は、加熱作用が停止した場合にノズル６の冷却を促進する作用をなす。

ノズル６の径は、約１／２インチ（１．２７cm）から約１インチ（２．５４cm）のものが望ましい。この径であれば、ノズルが加熱されたときに溶融金属を適切に流すことができるとともにレードルに対して真空化ないしエアー抜きを施すことにより、その流速を良好に制御できる。又、この範囲の径であれば、加熱中における流速の真空制御を可能とするとともに、該流速が実質的に減少、あるいは加熱停止がなされたときに、金属の冷却によって、急速にノズル６を閉塞させることができる。

ノズル６は誘導加熱の作用で加熱される構成を示したが、他の方法による加熱も可能である。例えば、黒鉛サセプター管８を抵抗体として、設けられたリード線でこれに直接電流を流すことにより加熱する構成でもよい。

流速の真空制御を用いない場合には、ノズル６の径は、より小径のもの、例えば１／４インチ（０．６３５cm）のものでよい。このように径が小さいと、加熱動作の単なる停止により流れを阻止することができる。

又、本発明の他の具体的構成において、ノズル６は、その全体が黒鉛で製作され、誘導コイルによる誘導加熱の作用で直接加熱され、該コイルへの電力がノズルの温度ならびに金属の流速を制御する。又、その代替構成として、誘導コイルは水で冷却され、この水の存在により、該コイルに対する電力供給が減少あるいは中止されたとき、その冷却効果によって金属がノズル内で、より迅速に固定化ないし凝固するので、流れの減少ないしは停止を良好に行なうことができる。

黒鉛ノズルは、鋳造可能な耐火材料で誘導コイルと一体に鋳造することができる。この構成により、ノズル及び金属から銅製誘導コイル内の水への熱伝達が改善される。誘導コイルの冷却効果と真空制御との組合わせ構成により、溶融金属の流れ制御を、より精密に行なうことができる。更に、上述した酸化物耐火性ノズルは、ぴったりと嵌め込まれた黒鉛サセプター管の内側に配置し、誘導コイルによって加熱及び冷却を可能とする。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、当業者であれば可能なその他の種々の変形構成をも含むものである。

本発明に係るノズルを備えたレードルの概略縦断面図である。

Claims

加熱可能なノズルを備え、該ノズルが加熱されたときに該ノズルを通して金属の流れを許容するとともに、該ノズルが加熱されないときに、該ノズルを通る金属の流れを阻止するように構成されたレードル用出口構造。
前記ノズルと熱的接触をなす黒鉛サセプターと、該サセプターを加熱する誘導コイルとを更に備えてなる請求項１に記載のレードル用出口構造。
溶融金属を収容する容器と組合わせられてなる請求項２に記載のレードル用出口構造。
出口ノズルと、冷却状態の誘導コイルとを備え、該コイルは該コイルに電力が付与されたときに前記ノズルを加熱し、該コイルに対して電動力が停止又は減少したときに前記ノズルを冷却してなる、溶融金属を収容する容器。
前記ノズルは黒鉛を含んでなる請求項４に記載の容器。
前記ノズルと熱的接触をなす黒鉛サセプターを備えてなる請求項４に記載の容器。
容器からの溶融金属の排出を制御する方法であって、前記容器に出口ノズルを設け、該出口ノズルを加熱する手段を設け、該出口ノズルの温度を制御してなる、方法。
前記容器の内部を真空化してなる請求項７に記載の方法。