JP2011529794A - 非強磁性の導電性液体および溶融物の流速を調整するための及び非強磁性の導電性液体および溶融物を減速させるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に例えば溶鉱炉や溶解炉等の冶金の容器の湯出しのときに、電磁場によって、非強磁性の導電性液体および溶融物の流速を調整するための及び非強磁性の導電性液体および溶融物を減速させるための方法に関するものである。当該方法は、溶融流れの全横断面に亘って、磁力線が溶融流れを横方向に貫通し且つ磁場によって溶融流れの中に電圧が誘起されるように、定まった極性を有する少なくとも１つの定常磁場、少なくとも１つの定常交番磁場、又は、多極の進行磁場を用いる閉じた案内要素の中を溶融流れが案内され、それ故に溶融流れの中に、定まった極性の定常磁場が用いられた場合には半径方向及び軸方向に配置され、且つ、定常交番磁場または進行電磁場が用いられた場合には軸方向に配置される渦電流が誘起されることと、磁場と渦電流との間の相互作用に起因して、溶融流れの流速に影響を及ぼし得る力が生成されることとを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に例えば溶鉱炉および溶解炉などの冶金の容器の湯出しのときに、導電性液体および溶融物が溝状または管状の案内要素の中を流れている間に、電磁場によって、非強磁性の導電性液体および溶融物の流速を調整するための及び非強磁性の導電性液体および溶融物を減速させるための方法及び装置に関するものである。

特許文献１及び特許文献２には、湯出し管を囲む電磁弁または電磁ポンプが記載されており、この湯出し管は、溶融物を収容するための容器の底部領域における吐出し口に接続されているとともに斜め上方に向けられている。ポンプは、多相電流を供給されるとともに、湯出し管の中を流れる溶融流れにおける位相順序に依存する、方向性を有する進行磁場を発生させる、一つ以上の電磁石コイルで構成され、この進行磁場は、溶融流れの排出速度を調整するために、流れ方向に又は流れ方向とは逆方向に溶融流れに力を及ぼす。

特許文献３及び特許文献４は、溶解炉または均熱炉から液体金属を排出するための電磁気のコンベヤチャンネルを開示しており、上記コンベヤチャンネルは、その下端が炉に通じる、斜めに上昇するチャンネル体を特徴としている。コンベヤチャンネルのチャンネル体の中で、重力とは逆の液体金属の開流れを引き起こす進行電磁場を発生させるために、例えば、三相リニアモータの固定子巻線で構成される誘導子が、チャンネル体の下に配置されている。

金属溶融物を冶金の容器からフローチャンネル又はコンベヤチャンネルを用いて排出するための及び溶融流れの排出速度を調整するための、最先端のこれら電磁ポンプは、例えばパイプの形式で実現された閉じた排出チャンネルを囲む電気コイル配置によって、又は、開いたコンベヤチャンネルが溶融流れのために用いられる場合には、コンベヤチャンネルの下に配置される電気コイル配置によって生成された進行電磁場により動作する。かかる進行電磁場を生成するために、排出チャンネル又はコンベヤチャンネルのかなりの長さに亘って、数個の電気コイルの複雑な配置をそれぞれ設ける必要がある。

特許文献５は、少量の溶融物を排出する鋳造を対象とする、金属溶融物のための動電型の計量装置を開示している。かかる計量装置を用いて溶融流れ中に生成される力は、溶鉱炉の湯出口チャンネルの中で溶融流れを止めるには、又は、減速させるためですら決して十分ではない。

特許文献６は、管状チャンネルの中で金属溶融物または金属合金溶融物の流速および流れ方向に影響を与える電磁弁を開示している。すなわち、溶融流れの流れ方向に又は反対方向に向けられた力を、チャンネルの中に位置し且つ磁場に曝される溶融流れの部分に働かせるために、溶融流れが同時に外部磁場に曝されるものの、弁の機能はチャンネルの中を流れる溶融流れの中を流れる外部電流に基づいている。この電磁絞り弁は、環状の炉の誘導チャンネル、並びに、溶解炉および鋳込み取鍋の排出チャンネル専用にすぎない。この絞り弁の他のデメリットは、溶融流れの中に電流を流し込むために電極が要求されることに見いだされ、これらの電極は直接溶融物に接し、それ故に甚大な摩耗を被る。

導管は、特許文献７で知られる溶鉱炉のための湯出し方法で用いられ、この導管は鉄溶融物湯出口の外側へ接続されるとともに、導管の中を流れる鉄溶融物およびスラグ溶融物に作用する交番磁場を発生させるために、電磁石コイルが導管の外表面に配置されている。この装置は、２つの目的を達成するために設計される。

１．三相電機モータに類似している電磁石コイルによる回転磁場の生成は、溶鉱炉の湯出口チャンネルの中で溶融流れの回転運動をもたらすはずであり、これにより、遠心分離原理に基づいて銑鉄とスラグとを分離する。この解決策のデメリットは、通常の排出速度と溶融流れの回転速度との相互重畳であり、これにより湯出口チャンネルの中における摩耗が、溶融流れの高速および溶融流れに作用する遠心力に起因して大幅に増大する。この場合には、溶融流れを止めること、又は、溶融流れを単に減速させることすら困難である。

２．力は湯出口チャンネルの重心軸の方向に働くはずであり、すなわちこれにより、銑鉄とスラグとが再度相互に分離されるとともに、銑鉄流れはさらに、湯出口チャンネルの外側領域におけるスラグ流れによって引き起こされる、湯出口チャンネルの横断面領域の減少によって遅らされるとともに減速される。効率の悪さに加えて、この解決策の他のデメリットは、基本的に湯出口チャンネルにおける鉄溶融物／スラグ流れの外側の層だけが交番磁場によって影響を受け、且つ、溶融物／スラグ混合物の内側の層、特に、湯出口チャンネルの重心軸の周りの溶融物／スラグ流れの中央領域に、磁力線が伝動し得ない又は弱々しくしか伝導されないという事実である。流体力学的効果に起因して、特に、溶融物／スラグ流れのこの中央領域に、最高流速および流れ圧力が発生する。流れは、鉄溶融物のための湯出口チャンネルの流路断面の減少に起因して間接的に減速されるだけであり、原則として、外側の層においてのみ且つそれ故に不完全に減速される。溶融流れを完全に止めることは困難である。

これら２つの解決策の１つの共通する側面は、それらは交番磁場と共にのみ機能するということである。

特許文献８には、湯出しチャンネルの下流に位置する管状の排出チャンネルの周りに配置された交流磁気ポンプによる、溶鉱炉からの銑鉄の継続的な湯出しが記載されている。磁気ポンプは、銑鉄の排出チャンネルの中に、一方向に又は反対方向において軸方向に直線状に移動する進行磁場を生成する。進行磁場は、排出チャンネル内の液体状銑鉄に冷却効果を及ぼす。各情況および要求に応じて、交流磁気ポンプによって、銑鉄の流れを加速し、減速し又は止めることすら可能である。

この磁気ポンプでは、誘導コイルの巻線は排出チャンネルの周りに同心円状に延びている。このコイル配置は、導電性媒体の搬送における容積流速を生じることに関して一定の利益をもたらすが、磁界強度およびその結果生じる保持力は排出チャンネルの中央では不可避的に弱く、すなわち、まさに中央では溶融流れの最高圧が流体力学的効果に起因して生じることから、溶融流れを止めるには実用的ではない。

ドイツ特許公開第２０２３９０１号明細書 ドイツ特許公告第２１０１５４７号明細書 ドイツ特許公告第１９４９９８２号明細書 ドイツ特許公告第２２４８０５２号明細書 ドイツ特許公開第２３３３８０２号明細書 ドイツ特許公開第１９４９０５３号明細書 ドイツＥＰ特許の翻訳文第６９４１９５９８号明細書 ドイツ特許公開第２１１０４０１号明細書

本発明は、溶融流れの流速を調整するための既知の方法及び装置の上記デメリットを取り除くとともに、磁力の影響によって、溶融流れが停止するまで、溶融流れの全流れ断面に亘って溶融流れに直接作用する減速効果を生じさせることを可能とする、特に例えば溶鉱炉や溶解炉などの冶金の容器の湯出しのときに、磁場によって、溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速させるための方法及び装置を開発するという目的に基づいている。これは、全く接触しないで装置が作動し且つ電流の送り込みのための摩耗しやすい接触を避けるだけの誘導渦電流によって達成される。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を備えた方法および請求項４の特徴を備えた方法、並びに、請求項１４の特徴を備えた調整装置および請求項３２の特徴を備えた調整装置によって達成される。

請求項１及び請求項４に係る方法並びに請求項１４及び請求項３２に係る調整装置の有利な且つ実用上の付加的な発展形は、従属請求項に規定されている。

特に、例えば溶鉱炉や溶解炉などの冶金の容器の湯出しのときに、導電性液体および溶融物が溝状又は管状の案内要素の中を流れている間に、電磁場によって、非強磁性の導電性液体および溶融物の流速を調整するための及び非強磁性の導電性液体および溶融物を減速させるための第１の発明の方法は、磁力線が溶融流れの全横断面に亘って当該溶融流れを横方向に貫通するように、液体流れまたは溶融流れが定まった極性を有する少なくとも１つの定常磁場を通る閉じた案内要素の中を案内され、そのレベルが溶融流れの局部流速および磁場の局部強度に比例する電圧が、磁力線と垂直な磁場の中に誘起され、当該電圧が、溶融流れの流れ方向を基準とする半径方向および軸方向に向けられ且つ溶融流れの流れ横断面に亘って局部的に異なる強度を有する電気渦電流を発生させ、溶融流れの流速に影響を及ぼす、局部的に異なる強度の力が、磁場と渦電流との間の相互作用に起因して生成され、且つ、磁界強度が増大するほど、溶融流れの流れ輪郭が均質化され且つ減速されることを特徴とする。

特に、例えば溶鉱炉や溶解炉などの冶金の容器の湯出しのときに、導電性液体および溶融物が溝状又は管状の案内要素の中を流れている間に、電磁場によって、非強磁性の導電性液体および溶融物の流速を調整するための及び非強磁性の導電性液体および溶融物を減速させるための第２の発明の方法は、磁力線が溶融流れの全横断面に亘って当該溶融流れを横方向に貫通するように、及び、電圧が溶融流れの中に誘起されるとともに溶融流れの中に溶融流れの方向に軸方向の渦電流を生じさせるように、定常交番磁場を通る又は交互極性を有する多極の進行電磁場を通る閉じた案内要素の中に液体または溶融流れを案内すること、並びに、磁場と渦電流との間の相互作用に起因して生じる力が、溶融流れの流速を下げ及び加速することができるとともに溶融流れを止めることができること、に基づいている。

第１の方法では、溶融流れに作用する最大力は、溶融流れの最高流速を伴う領域、特に溶融流れの中心領域に生成される。

定まった極性を有する電磁場、交番磁場および渦電流を伴う進行電磁場の相互作用に起因して、溶融流れの流速を下げるとともに同時に溶融物の増大した磁気粘性に起因して乱流を弱める力が生成される。

交番磁場または渦電流を伴う交番磁場の相互作用に起因して、溶融流れの流れ方向と反対方向に向けられ、且つ、溶融流れの流速を下げる他、溶融流れを止めることもできる力が生成される。進行電磁場と渦電流との相互作用によって、溶融流れを止めることができるとともに、溶融流れの流れ方向を反対方向に向けることができる。

溶融流れに作用する力は、定まった極性を有する磁場、交番磁場および進行電磁場を変化させることによって増加または減少させることが可能である。

交番電磁場および進行磁場の周波数、並びに、磁場を生成する電流の周波数は、変化させることができるとともに、さまざまな状況に適応させることができる。

定まった極性を有する磁場および進行磁場では、溶融流れが磁場に入るとき及び溶融流れが磁気回路の磁場から出るときに、閉磁気回路において、溶融流れの流れ方向と反対方向に減速させるように、磁束が溶融流れに作用する。このようにして、相加効果が溶融流れに作用する。

定まった極性を有する磁場の磁束の二重利用を伴う数個の閉磁気回路の直列接続によって、溶融流れに作用する減速効果をさらに増大させることができる。

溶鉱炉の湯出口チャンネルの中の溶融流れ、又は、液体金属およびスラグを含む他の溶融流れにおいては、定まった極性を有する磁場、交番磁場および進行電磁場の及ぼす影響は、液体金属中とスラグ中とで大幅に異なる。それ故に、この異なる影響を、液体金属とスラグとの分離に用いることも可能である。

上記の方法に従って作動し且つ特に溶鉱炉の湯出しのときに用いられる、溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速させるための装置は、概略図を参照して以下で説明される。

定まった極性を有する磁場を伴う、溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速させるための調整装置の透視図である。 溶融流れの速度分布を伴う、調整装置の導管の縦断面図である。 溶融流れを横方向に貫通する磁力線を伴う、調整装置の導管の横断面図である。 磁場によって溶融流れの中に誘起される様々な電圧を伴う、調整装置の導管の横断面図である。 溶融流れの中に生成された半径方向の渦電流を伴う、調整装置の導管の横断面図である。 半径方向の渦電流および磁場に起因するローレンツ力によって均された溶融流れの速度分布を伴う、調整装置の導管の縦断面図である。 溶融流れ及び導管の壁を通る半径方向の渦電流の流れを伴う、調整装置の導管の断面図である。 調整装置の磁場を伴う、図１のＡ−Ａ線に沿った、調整装置の導管の縦断面図である。 磁場によって溶融流れの中に誘起される電圧を伴う、図１のＡ−Ａ線に沿った、調整装置の導管の縦断面図である。 溶融流れの中に生成された軸方向の渦電流を伴う、図１のＡ−Ａ線に沿った、調整装置の導管の縦断面図である。 溶融流れ及び導管の壁を通る軸方向の渦電流の流れを伴う、調整装置の導管縦断面図である。 冷却チャンネルを備えている調整装置の導管の断面図である。 定まった極性を有する磁場で動作する調整装置の他の実施形態を示す図である。 ２つの定まった極性を有する磁場の直列接続を備える調整装置の概略図を示す。 生成された軸方向の渦電流場を伴う、図６のＢ−Ｂ線に沿った、調整装置の縦断面図である。 図６に係る調整装置によって生成される半径方向の渦電流場を示す図である。 交番磁場で動作する調整装置の概略図である。 調整装置の磁気コアの１つの極に配置された、超電導材料から成る誘導コイルの概略図である。 溶鉱炉の出口チャンネルの出口開口部の前の、溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速させるための装置の配置を示す図である。 溶鉱炉の出口チャンネルの出口開口部の前の、溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速させるための装置の配置を示す図である。 開位置における、溶鉱炉の湯出口チャンネルの出口開口部を閉じるためのスライドを示す図である。 閉位置における、溶鉱炉の湯出口チャンネルの出口開口部を閉じるためのスライドを示す図である。 開位置における、湯出口チャンネルの出口開口部を閉じるための旋回シャッターを示す図である。 閉位置における、湯出口チャンネルの出口開口部を閉じるための旋回シャッターを示す図である。 外管および内管で構成されている湯出口チャンネルを示す図である。 複合冷暖房システムを備えている湯出口チャンネルの外管および内管を示す図である。 進行電磁場で動作する調整装置の概略図である。 図１６に係る調整装置の実用的な実施形態を示す図である。 図１６及び図１７に係る調整装置の三相誘導コイルシステムによって生成された進行電磁場の、結果として生じた磁束密度のプロファイルを、２つの異なる時刻で示す図である。

図１に係る調整装置１は、定まった極性を有する定常電磁場３によって、溶融流れ２の流速を調整するために及び溶融流れ２を減速させるために、好ましくは溶鉱炉の湯出しのときに用いられるとともに、それを通って溶融流れ２が搬送される、例えば銅などの導電性材料から成るパイプ１０の形式の閉じた案内要素９を、収容するための隙間８を形成する２つの極６，７を有するヨーク５の形式で実現される、強磁性物質から成るコア４を特徴としている。

導管１０の中を矢印ａの方向に流れる層流の溶融流れ２は、図２Ａに示す速度分布１１を有している。

直流で動作する２つの誘導コイル１２，１３は、定まった極性を有する磁場３を２つの極６，７の間に発生させるために、ヨーク５に配置されており、上記磁場は、図２Ｂに示すように、溶融流れ２をその全横断面に亘って横方向に貫通する磁力線１４の形式で示されている。

図２Ｃは、定まった極性を有する定常磁場３と組み合わされた溶融流れ２の速度分布１１に起因して、溶融流れ２の局部流速に依存する磁場３の磁力線１４と垂直に、様々な強度の電圧１５が誘起されることを明らかにしており、上記電圧は溶融流れ２の固定された境界層において０まで下がる。

図２Ｄに示すように、電位差を補償するために、渦電流１６，１７が溶融流れ２の流れ方向ａを基準とする半径方向に流れる。さらに、以下で説明するように、渦電流もまた溶融流れ２の流れ方向ａを基準とする軸方向に流れる。

磁場３と半径方向の渦電流１６，１７との相互作用に起因して、溶融流れ２の流れ方向ａと反対方向に向けられた所謂ローレンツ力１８が溶融流れ２の中に生成される。このローレンツ力１８が溶融流れ２の速度分布１１を均し、これにより、図２Ｅで明らかにされるように、溶融流れがすっかり均質化されるとともに、乱流の抑制によって減速される。

図２Ｆの実例によれば、渦電流は溶融流れ２の中だけではなく、この場合は導管１０の壁の中も流れることから、調整装置１の導管１０の導電性材料（特に銅）は、半径方向の渦電流１６，１７を大幅に増幅させる。このことは、同様に溶融流れ２に働く減速効果を増大させる。

図３Ａは、溶融流れ２の流れ方向ａ及び流れ方向ａと垂直に広がる磁場３の、溶融流れ２と垂直に且つ溶融流れの方向ａに広がる磁力線１４を伴う、図１のＡ−Ａ線に沿った調整装置１の導管１０の縦断面図を示す。

図３Ａによれば、溶融流れ２は、領域１９で磁場３に入るとともに、領域２０で磁場を出る。溶融流れ２が磁場３に入るとき、図３Ｂに示される電圧２１が磁力線１４と垂直な平面内で溶融流れの中に誘起され、電位差を補償するために、図３Ｃに係る渦電流２２がレンツの法則に従って溶融流れ２に生成される。渦電流２２は、溶融流れ２の流れ方向ａを基準とする軸方向に流れるとともに、磁場３の領域外まで流れる。

ローレンツ力２３は磁場３と渦電流２２との相互作用に起因して溶融流れ２の中に生成され、これらの力は、溶融流れ２の流れ方向ａと反対方向に向けられるとともに、それ故に溶融流れの流速が下げられるように、溶融流れ２に減速効果を作用させる。

溶融流れが出口領域２０で磁場３から出るときに、渦電流２４が、溶融流れ２に生成されるとともに、それらの磁場３との相互作用によってローレンツ力２５を再度発生させ、これらの力が溶融流れ２の流れ方向ａと反対方向に向けられ、その結果、溶融流れ２が磁場３に入る領域１９におけるローレンツ力２３の減速効果に加えて、他の減速効果を引き起こす。

溶融流れ２に大幅な減速効果を作用させるローレンツ力１８，２３，２５は、半径方向の渦電流１６，１７及び軸方向の渦電流２２，２４と磁場３との相互作用に起因して生成される。

図３Ｄの実例によれば、渦電流は溶融流れ２の中だけではなく、この場合は導管１０の壁の中も流れることから、調整装置１の導管１０の導電性材料（特に銅）は、軸方向の渦電流２２，２４を大幅に増幅させる。このことは、同様に溶融流れ２に働く減速効果を増大させる。

図４によれば、例えば銅などの十分な電気的接続性を有する材料から製造される、調整装置１の導管１０は、当該導管が溶融流れ２の液体溶融物によって攻撃されるのを防ぐために、それを通って冷却媒体が搬送される冷却チャンネル２６を特徴としている。

上述の冷却効果に起因して、溶融流れ２の固化した溶融層２７は、導管１０の内壁１０ａに堆積するとともに、導管１０を摩耗から保護する保護層の役割を果たす。パイプの壁厚が減少されたことに起因してそれぞれの位置で溶融物に働く冷却効果が増強されることから、溶融層の任意の位置が摩耗により薄くなった場合には、溶融物の局部的な固化が直ちに生じ、これにより、保護層が元に戻る。このことは、導管１０の内壁１０ａが溶融流れ２による摩耗に曝されることを防ぐ。

溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速させるための方法及び装置は、永続的な湯出し工程を実現するとともに究極的には湯出口の密封および再開を排除することもできるように、溶鉱炉における鋳造工程を延長することを可能にし、且つ、溶融流れの流速を下げることを可能にする。

ローレンツ力の減速効果は溶融流れの流速に比例するので、排出される溶融流れの中で、流速の局部的な増大を引き起こす乱流が減少する。

できる限り強い磁場の影響を溶融流れに作用させるとともに調整装置の効率を最適化するために、調整装置の構造用部品の幾何学的寸法は下記の要件を満たす必要がある。

導管１０の中を搬送される溶融流れ２と、２つの極６，７の先端との間の隙間は、できるだけ小さくする必要がある。このことは、極端に熱い溶融流れ２を排出及び搬送するための安全要件を満たさなければならない、パイプ１０の壁厚にも同様に適用できる。仮に、磁場によって溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速させるための新しい方法を、溶鉱炉の湯出しのための従来の湯出口技術と組み合わせる場合には、湯出口施栓装置の装置の他に湯出口チャンネルを開通させるためのドリルビット及びドリルロッドもまた、磁気コア又はヨーク５の２つの極６，７の先端の間の隙間８の中で導管１０の中をそれぞれ案内され得るように、極６，７の先端からの距離の他に導管１０の直径もまた選択する必要がある。

図５は、定まった極性を有する電磁場を生成するための調整装置の他の実施形態２８を示し、この調整装置のコア４は、磁場３を増幅するために、４つの誘導コイル１２，１３，３０，３１が配置された、２つのヨーク５，５ａを備えたダブルヨーク２９の形式で実現されている。

図６は、大幅に増大された電流強度を有し、且つ、図６のＢ−Ｂ線に沿った縦断面図で図７Ａに示される中心軸方向の渦電流場３３を発生させる、定まった極性を有する２つの電磁場３，３ａの直列接続を備える調整装置３２を示す図であり、かかる調整装置３２では、全体効率および調整装置によって溶融流れに働く減速効果が大幅に増大するように、この中心軸方向の渦電流場が図７Ｂに示される半径方向の渦電流場３４，３５によってさらに増幅される。

流速を調整するための図８に係る装置３６では、溶融流れ２を減速させ且つ止めるため及び溶融流れ２の流れ方向ａを反対方向に向けるために、極６ａ，７ａに配置され且つ交流電流で操作される不図示の誘導コイルによって、交番電磁場３ｂが２つの極６ａ，７ａの間に生成される。渦電流３７，３８は、交番磁場３ｂの範囲内で溶融流れ２の中に誘起されるとともに、それらの交番磁場３ｂとの相互作用に起因して反発するように作用するローレンツ力３９，４０を発生させる。

図８に係る交番磁場３ｂを備える調整装置３６の略図は、図１に係る定まった極性を有する磁場３を備える調整装置１の略図に対応している。

交番磁場によって溶融流れに影響が及ぼされたとき、これらの場の周波数の変化および磁場を発生させる電流の変化は、渦電流およびローレンツ力を変化させるとともにそれ故にさまざまな状況に適応させることができる。

誘導コイルを超電導材料で製造してもよい。超電導体は、ロスなしに電流を伝導するという利点を有する。このことは限定された空間の中で非常に高い電流密度を実現することを可能にし、これにより、非常に強い磁場を低エネルギー入力且つ狭い空間要求で発生させることができるのみならず、低コストで発生させることができる。

図９は、磁場を発生させる役割を果たし且つ超電導体の形式で実現される、調整装置１の２つの誘導コイルのうちの１つの誘導コイル４１を示す。誘導コイル４１は、そこから磁力線１４が発せられる極対６，７の極７に配置されているとともに、好ましくは、多かれ少なかれ集中的に冷却された状態においてその超電導特性を発現させる高温超電導体材料から製造されている。誘導コイル４１は、高断熱材料４３から成る一つ以上の層で構成されるチャンバ４２の中に設置されている。誘導コイル４１は、チャンバ４２の中央に配置されているとともに、その蒸発中に生成される低温によって、その沸点（誘導コイル４１の超電導材料の臨界温度の下になければならない）で維持される液化ガス（好ましくは窒素）から成る冷却溶液４４の中に置かれている。液化ガスは蒸発に起因して時間とともに消費されるので、消費に応じてチャンバに液体を補給する必要がある。超電導誘導コイルは、それぞれ電流で充電されるとともに、必要に応じて電気的スイッチング装置によって放電される。

図１０は、附属装置の形式で湯出口チャンネル４５の出口開口部４７の前に配置される、定まった極性を有する電磁場によって、溶鉱炉４６の湯出口チャンネル４５の中で溶融流れに作用する減速力を発生させるための調整装置２８の配置を示す図であり、湯出口チャンネルは調整装置２８の導管１０に接続されている。調整装置２８が図１１に係る密閉ボックス５１の形式で配置される台５０は、溶鉱炉４６の外壁４９の作業台４８上を移動することができる。調整装置５２は、湯出口チャンネル４５の軸が、その中を通って溶融流れ２が搬送される、調整装置２８の導管１０の軸と同軸に延びるように、調整装置２８のボックス５１を位置付けることができる。

仮に調整装置２８を従来の湯出口技術と組み合わせて溶鉱炉に用いる場合には、最初に、湯出しチャンネル４５の出口開口部４７と、溶融流れ２を減速させるための調整装置２８の導管１０の入口開口部４３とを、密閉するように互いに連結し、次に、溶鉱炉４６の壁５４の湯出口チャンネル４５を、調整装置２８の導管１０の中を通る従来のドリルを用いて穿孔する。

図１０及び図１１に示される図５に係る調整装置２８では、図５に係る４つの誘導コイル１２，１３，３０，３１によって生成される磁束を導き且つ操作するためのダブルヨーク２９は、調整装置の全ての部品を囲む密閉ボックス５１の形式で実現されている。ボックス５１の手前側は、図１１に係る概略図では取り除かれている。

操作上の誤動作に起因して導管１０に亀裂が生じた場合に備え、ダブルヨーク２９の２つのヨーク５，５ａ及び誘導コイル１２，１３，３０，３１の損傷を防ぐために、誘導コイル１２，１３，３０，３１及び導管１０を収容できる密閉ボックス５１の自由空間５５は、粒子の細かい易流動性の材料、好ましくは砂で満たされており、これにより、液体状銑鉄またはスラグはボックス５１の内側に退避することができる。

退避した溶融物は、砂で囲まれるとともに固まる。砂は、ボックス５１の底７の排出開口５６を通して除去される得る。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、図１０に示すように、溶鉱炉４６の湯出口チャンネル４５の出口開口部４７と、湯出口チャンネル４５から排出される溶融流れ２の流速を調整するための及び当該溶融流れ２を減速させるための装置２８の導管１０の入口開口部５３との間に配置される機械的スライド５８を示す。スライド５８は、耐熱性の極めて高い材料で構成されているとともに、その内側に耐火物セラミックスが裏張りされており、上記スライドは、水平ガイド５９，６０で保持され且つ案内されるとともに、スライド５８の一部を覆うストッパ６１によって閉位置で固定される。導管１０の中で溶融流れ２が、磁場の影響に起因して減速され又はほとんど止められたときに、スライド５８は閉じられる。このようにして、溶鉱炉４６の内圧下で湯出口チャンネル４５から排出される溶融流れ２を、調整装置２８の磁場による減速の後、長期間中断させることができる。湯出口チャンネルに残った溶融物が固まった場合には、次の湯出し工程を開始するために、図１４を参照して以下で説明するタイプの加熱装置を用いて、溶融物を再び溶かすことができる。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、湯出口チャンネル４５と向き合う側面に耐熱材料が裏張りされている旋回シャッター６２の形式で溶融流れ２を中断するための遮断要素を示す。旋回シャッター６２は、ストッパ６３によって、湯出口チャンネル４５の前に旋回した位置である閉位置に保持される。

図１２Ａ及び図１２Ｂに係るスライド５８並びに図１３Ａ及び図１３Ｂに係る旋回シャッター６２を、湯出口チャンネル４５の出口開口部４７と、溶融流れ２の流速を調整するための及び湯出口チャンネル４５の中で溶融流れ２を減速させるための調整装置２８の導管１０の入口開口部５３との間に配置する他に、調整装置２８の導管１０の出口開口部６４の前に配置することもまた可能である。

図１４に示される溶鉱炉４６の湯出口チャンネル４５は、外管６５と、当該外管６５の中で軸方向に移動させることが可能な内管６６とで構成されており、当該外管６５は溶鉱炉４６のライニング６７に頑固に接続されている。両管６５，６６は耐熱性の極めて高い材料、好ましくはセラミック材料で構成されているとともに、銑鉄およびスラグが排出されることによって引き起こされるアブレシブ摩耗を妨げるのに役立つ内管６６の材料は、摩耗に対しても耐性がある。

内管６６は、発生するアブレシブ摩耗を補償するために、一定の時間間隔の範囲内で新しいパイプセクション６８ａと交換されるパイプセクション６８で構成されており、当該内管セクション６８ａは、湯出口チャンネル４５の出口開口部４７を通って、溶融流れ２の流れ方向ａの反対方向に外管６５に押し込まれるとともに、使い古しのパイプセクション６８ｂは、同時に外管６５から押し出され且つ湯出口チャンネル４５の入口開口部６９を通って、溶鉱炉４６に押し込まれる。それを通って溶融流れ２が溶鉱炉４６の湯出口チャンネル４５に導入される内管セクション６８ｂは、外管６５及び溶鉱炉４６のライニング６７をアブレシブ摩耗から保護するために、一定の長さだけ溶鉱炉の内部に突出している。この内管セクション６８ｂは、従来の湯出し方法において溶鉱炉ライニングの内側に形成された所謂マッシュルームの働きをする。内管セクション６８の破壊が抑えられ、且つ、スラグ又は溶融物と外管６５との接触が妨げられるように、新しいパイプセクション６８ａの挿入の時間間隔が選択される。

無機物をベースとする潤滑剤７０は、外管６５と内管セクション６８との間に位置しており、この潤滑剤は、排出される鉄およびスラグの高温でその滑り特性を完全に発現させる。

図１５に示される湯出口チャンネル４５の外管６５及び内管６６は、外管６５に配置されるとともに導電性材料（好ましくは銅で）から成る少なくとも１つの空洞螺旋体７１から構成される複合冷暖房システムを備えており、溶融流れを減速させるための調整装置２８の磁場によって溶融流れ２が減速された後、螺旋体７１の中を流れる冷却媒体が、湯出し工程の後に湯出口チャンネル４５に残った溶融物を固化させ、且つ、固化した溶融物を再び溶かすために、高い電流密度を有する高周波交流に接続される螺旋体７１が、湯出口チャンネル４５の中で固まった溶融物に渦電流を発生させる。

この湯出口チャンネル概念は、湯出し工程中に湯出口チャンネルの中で凝固し又は凝結する溶融流れの予め懸念される影響を、プラグを溶かし且つ次の湯出し工程開始するべく、好ましくは湯出口チャンネルの中で銑鉄プラグの外周の領域において、湯出口チャンネルを閉じるため及び高い渦電流を発生させるために積極的に利用することを可能にする。プラグが完全に芯まで溶ける前に、溶鉱炉の内圧によってプラグが湯出口チャンネルから押し出されるように、融解は、湯出口チャンネルの中で固まったプラグの境界面から湯出口チャンネルの内壁に向かって始まる。

図１６に係る、溶融流れ２の流速を調整するための及び溶融流れ２が停止するまで非強磁性の当該溶融流れ２を減速させるための装置７２は、渦電流を弱める強磁性物質から成る、好ましくは変圧器板であるコア７３と、溶融流れ２のためのパイプ１０形式の案内要素を収容するための隙間７５を形成する数個の極対７４の直列配列と、極対７４の極７８，７９の磁極片７６，７７に配置されるとともに、極大と極小の磁界強度を有する双極進行電磁場を発生させるために、三相Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の単独の利用を伴う三相電流が供給される誘導コイル８０，８１と、を特徴としている。

図１６に係る調整装置の１つのデメリットは、磁場がある極対から次の極対へ移動する間に、中間位置において磁界強度の大きさが軽減されることに見られる。この振幅減衰を抑え又は減少させるために、調整装置７２は、実用化においては図１７の実例に従って、すなわち、図６を参照して既に説明した渦電流増幅技術の二重利用が実現される、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示されている磁束密度プロファイルを伴う多極の進行磁場を発生させるために、多数の極対７４と、三相電流の各相Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の多重利用とを伴って実現される。

Claims (34)

1. 特に例えば溶鉱炉や溶解炉などの冶金の容器の湯出しのときに、非強磁性の導電性液体および溶融物が溝状又は管状の案内要素の中を流れている間に、電磁場によって、非強磁性の導電性液体および溶融物の流速を調整するための及び非強磁性の導電性液体および溶融物を減速させるための方法であって、
   溶融流れの全横断面に亘って磁力線が溶融流れを横方向に貫通するように、上記液体または溶融流れが、定まった極性を有する少なくとも１つの定常磁場を通る閉じた案内要素の中を案内され、
   そのレベルが上記溶融流れの局部流速および磁場の局部強度に比例する電圧が、上記磁力線と垂直な上記磁場の中に誘起され、
   上記溶融流れの流れ方向を基準とする半径方向および軸方向に向けられ且つ上記溶融流れの流れ横断面に亘って局部的に異なる強度を有する電気渦電流を、上記電圧が発生させ、
   上記磁場と上記渦電流との間の相互作用に起因して、上記溶融流れの流速に影響を及ぼす局部的に強度の異なる力が生成され、
   上記磁界強度が増大するほど、上記溶融流れの流れ輪郭が均質化され且つ減速されることを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   電気抵抗と、その結果生じる、それに応じて増幅された減速力を伴う上記渦電流の増幅と、を抑えるために、上記溶融流れが導電性材料から成る案内要素の中を案内されることを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、
   摩耗に対する保護として、固化した溶融物の保護層を内壁に形成するために、上記案内要素が冷却されることを特徴とする方法。
4. 特に例えば溶鉱炉や溶解炉などの冶金の容器の湯出しのときに、非強磁性の導電性液体および溶融物が溝状又は管状の案内要素の中を流れている間に、電磁場によって、非強磁性の導電性液体および溶融物の流速を調整するための及び非強磁性の導電性液体および溶融物を減速させるための方法であって、
   溶融流れの全横断面に亘って磁力線が上記溶融流れを横方向に貫通するように、及び、電圧が上記溶融流れの中に誘起されるとともに当該溶融流れの中に軸方向の渦電流を生じさせるように、上記液体または溶融流れが、定常交番磁場または多極の進行電磁場を通る閉じた案内要素の中を案内され、
   上記磁場と上記渦電流との間の相互作用に起因して生じる力が、上記溶融流れの流速を下げる及び加速することができるとともに、上記溶融流れを止めることできることを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の方法において、
   上記溶融流れに作用する最大の力は、上記溶融流れの最高流速を有する領域、特に、上記溶融流れの中心領域に生成されることを特徴とする方法。
6. 請求項４記載の方法において、
   進行磁場を発生させるために誘導コイルを操作する三相電流の供給周波数の変化と、
   上記溶融流れの中に生成された上記渦電流および上記溶融流れに作用する力に影響を与えるために、三相電流の周波数変動によって引き起こされる上記進行磁場の速度の変化と、を特徴とする方法。
7. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法において、
   上記溶融流れの流れ方向と反対方向に向けられた力は、磁場または定まった極性を有する磁場と、上記渦電流との相互作用に起因して生成され、
   上記力は、上記溶融流れの流速下げるとともに、同時に乱流を弱めることを特徴とする方法。
8. 請求項４記載の方法において、
   上記溶融流れの流れ方向と反対方向に向けられた力は、１つの交番磁場または複数の交番磁場、及び、１つの進行磁場または複数の進行磁場と、上記渦電流との相互作用に起因して生成され、
   上記力は、上記溶融流れの流速を下げること、上記溶融流れを止めること及び上記溶融流れの流れ方向を反対方向に向けることが可能であることを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法において、
   上記溶融流れに作用する力を増加または減少させるための、１つの磁場または複数の磁場の変化を特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法において、
    交番磁界および進行磁場の周波数、並びに、交番磁界および進行磁場を生成する電流の周波数は、変化させることができるとともに、さまざまな状況に適応させることができることを特徴とする方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の方法において、
    上記溶融流れが磁場に入ったとき及び上記溶融流れが上記磁気回路の磁場を出たときに、閉磁気回路において、上記溶融流れの流れ方向と反対方向に減速させるように、磁場の磁束が上記溶融流れに作用することを特徴とする方法。
12. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法において、
    定まった極性を有する少なくとも２つの閉じた磁場の直列接続と、
    上記溶融流れに働く減速効果を増加させるための、上記磁場の磁束の二重利用および上記渦電流の二重利用と、を特徴とする方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法において、
    上記溶融流れの銑鉄およびスラグという２つの成分を分離するために、これら２つに及ぼす、上記磁場の異なる作用を利用することを特徴とする方法。
14. 請求項１記載の方法を用いる、特に例えば溶鉱炉または溶解炉などの冶金の容器の湯出しのときに、非強磁性の溶融流れの流速を調整するための及び非強磁性の溶融流れを減速させるための装置であって、
    上記溶融流れ(2)のための案内要素(9)を収容できる隙間(8)を形成する２つの極(6,7)を備えた強磁性物質のコア(4)と、
    上記コア(4)に配置されるとともに、上記２つの極(6,7)の間に配置された上記案内要素(9)の中で上記溶融流れ(2)に作用する、定まった極性を有する定常磁場(3)を発生させる働きをする誘導コイル(12,13)と、を特徴とする調整装置。
15. 請求項１４記載の調整装置において、
    上記コア(4)が、２つの誘導コイル(12,13)が配置されたヨーク(5)の形式で実現されていることを特徴とする調整装置。
16. 請求項１５記載の調整装置において、
    上記コア(4)は、４つの誘導コイル(12,13,30,31)が配置される２つのヨーク(5,5a)を備えたダブルヨーク(29)の形式で実現されることを特徴とする調整装置。
17. 請求項１４〜１６のいずれか１つに記載の調整装置において、
    上記溶融流れ(2)のための上記案内要素(9)が、導電性材料、特に銅から成る導管(10)の形式で実現されていることを特徴とする調整装置。
18. 請求項１７記載の調整装置において、
    上記導管(10)は、冷却媒体を搬送するための冷却チャンネル(26)を備えていることを特徴とする調整装置。
19. 請求項１４〜１８のいずれか１つに記載の調整装置において、
    上記コア(4)の極(6,7)の寸法及び隙間(8)の寸法が、上記溶融流れ(2)のための上記案内要素(9)の寸法に適合されることを特徴とする調整装置。
20. 請求項１９記載の調整装置において、
    上記コア(4)の極(6,7)の間の隙間(8)及び上記導管(10)の直径は、溶鉱炉(46)の湯出口チャンネル(45)を開通させるための湯出口ドリルのドリルビット及びドリルロッドの他に、湯出口施栓装置の対応する装置もまた、上記隙間(8)における上記導管(10)の中に導くことができるような寸法を有していることを特徴とする調整装置。
21. 請求項１４〜２０のいずれか１つに記載の調整装置において、
    定まった極性を有する磁場を発生させるための上記誘導コイル(41)が、超電導体、特に高温超電導体の形式で実現されていることを特徴とする調整装置。
22. 請求項２１記載の調整装置において、
    各誘導コイル(41)は、当該コイルを冷却するために、液化ガス溶液(44)とともに断熱チャンバ(42)の中に設置されていることを特徴とする調整装置。
23. 請求項１４〜２２のいずれか１つに記載の調整装置において、
    磁束(14)を導き且つ操作するための上記ヨーク(5)は、可能な限り高い磁気効率を得るために、密閉ボックス(51)の形式で上記誘導コイル(12,13)を囲んでいることを特徴とする調整装置。
24. 請求項２３記載の調整装置において、
    上記誘導コイル(12,13,30,31)を囲む上記ボックス(51)の自由空間(55)が、易流動性の材料、好ましくは細粒砂で満たされていることを特徴とする調整装置。
25. 請求項１４〜２４のいずれか１つに記載の調整装置において、
    附属装置の形式で溶鉱炉(46)の湯出口チャンネル(45)の出口開口部(47)の前に配置されることと、
    上記湯出口チャンネル(45)と調整装置(28)の導管(10)との間の接続と、を特徴とする調整装置。
26. 請求項２５記載の調整装置において、
    上記溶融流れ(2)が調整装置(28)の磁場(3)によって減速された後、上記湯出口チャンネル(45)を長時間閉めるために、例えばスライド(58)又は旋回シャッター(62)などの遮断要素が、附属装置の形式で溶鉱炉(46)の当該湯出口チャンネル(45)の前に配置することが可能な当該調整装置(28)と、当該湯出口チャンネル(45)の出口開口部(47)との間に、又は、当該調整装置(28)の導管(10)の出口開口部(64)の前に配置されていることを特徴とする調整装置。
27. 請求項１４〜２６のいずれか１つに記載の調整装置において、
    上記溶鉱炉(46)の湯出口チャンネル(45)は、外管(45)と、当該外管(45)の中で軸方向に移動させることが可能な内管(66)とで構成され、
    上記外管(65)が上記溶鉱炉(46)のライニング(67)に頑固に接続され、且つ、両管(65,66)が高耐熱性の材料、好ましくはセラミック材料で構成され、
    上記内管(66)の材料は、耐摩耗性の材料でもあることを特徴とする調整装置。
28. 請求項２７記載の調整装置において、
    上記内管(66)は、発生するアブレシブ摩耗を補償するために、一定の時間間隔の範囲内で新しいパイプセクション(68a)と交換されるパイプセクション(68)で構成され、
    上記新しいパイプセクション(68a)は、上記湯出口チャンネル(45)の出口開口部(47)を通って、上記溶融流れ(2)の流れ方向(a)の反対方向に上記外管(65)に押し込まれるとともに、使い古しの内管セクション(68b)は、同時に当該外管(65)から押し出され且つ上記湯出口チャンネル(45)の入口開口部(69)を通って、上記溶鉱炉(46)に押し込まれることを特徴とする調整装置。
29. 請求項２７又は２８記載の調整装置において、
    それを通って上記溶融流れ(2)が上記溶鉱炉(46)の上記湯出口チャンネル(45)に導入される上記使い古しの内管セクション(68b)は、上記外管(65)及び上記溶鉱炉(46)の上記ライニング(67)を保護するために、一定の長さだけ上記溶鉱炉の内部に突出していることを特徴とする調整装置。
30. 請求項２７〜２９のいずれか１つに記載の調整装置において、
    上記湯出口チャンネル(45)の上記外管(65)及び上記内管(66)は、上記溶融流れ(2)が減速された後、上記湯出口チャンネル(45)に残った上記溶融物を固化させるために、冷却システムを備えていることを特徴とする調整装置。
31. 請求項３０記載の調整装置において、
    上記湯出口チャンネル(45)の上記外管(65)及び上記内管(66)は、上記外管(65)に配置されるとともに導電性材料で構成される少なくとも１つの空洞螺旋体(71)から構成される複合冷暖房システムを備えており、
    上記溶融流れを減速させるための調整装置(28)の磁場によって上記溶融流れ(2)が減速された後、上記螺旋体(71)の中を流れる冷却媒体が、湯出し工程の後に上記湯出口チャンネル(45)に残った溶融物を固化させ、
    上記固化した溶融物を再び溶かすために、高い電流密度を有する高周波交流に接続される上記螺旋体(71)が、上記湯出口チャンネル(45)の中で固まった上記溶融物の中に大きい渦電流を発生させることを特徴とする調整装置。
32. 請求項４記載の方法を用いる、非強磁性の溶融流れの流速を調整するための及び非強磁性の溶融流れをそれらが停止するまで減速させるための装置であって、
    溶融流れ(2)のための案内要素(9)を収容できる隙間(75)を形成する数個の極対(74)が直列配列された、少なくとも１つの強磁性物質のコア(73)と、
    上記極対(74)の極(78,79)の磁極片(76,77)に配置され、且つ、双極進行電磁場を発生させるために、三相L1,L2,L3の単独の利用を伴う三相電流が、又は、上記極対(74)の上記２つの極(78,79)の間に配置された案内要素(9)の中で上記溶融流れ(2)に作用する多極の進行磁場を発生させるために、各相L1,L2,L3の多重利用を伴う三相電流が供給される誘導コイル(80,81)と、を特徴とする調整装置。
33. 請求項３２記載の調整装置において、
    上記コア(73)が渦電流を弱める材料から製造されることを特徴とする調整装置。
34. 請求項３３記載の調整装置において、
    上記コア(73)は変圧器板から製造されることを特徴とする調整装置。

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