JP2013011384A - Microwave heating furnace - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave heating furnace which can produce molten pig iron at high energy efficiency in place of a blast furnace pig iron production method, can recover noble metal or the like from a so-called urban mine, and can manufacture a silicon substrate at high efficiency.SOLUTION: A microwave beam is irradiated toward a reaction vessel 11 of a melting furnace 10 which is arranged in a cylinder center of a cylindrical support plate from the cylindrical support plate, and increases power density during the irradiation. The microwave beam is introduced into the melting furnace 10 from a microwave window 14 of the melting furnace 10, reflected on a sub-reflecting mirror 16, progresses toward a main reflecting mirror 13, is reflected at the main reflecting mirror 13 and progresses toward an accommodated material 12 in a vessel space of the reaction vessel 11. Infrared light is emitted from the accommodated material 12 and the reaction vessel 11, and on the other hand, the infrared light is reflected by a step reflecting face 15 formed at a part of the main reflecting mirror 13, and returned to the accommodated material 12. The microwave beam and the infrared light are confined in a clearance between the main reflecting mirror 13 and the reaction vessel 11, and the accommodated material 12 is heated.

Description

本発明は、鉄鉱石から銑鉄を得る製鉄炉等のマイクロ波製錬炉又は、溶解炉、焼結炉等のマイクロ波加熱炉に関し、特に、マイクロ波により鉄鉱石と石炭又はコークス等の炭素源とを含む原料を加熱して溶融させ、鉄鉱石を炭素により還元して溶融銑鉄を得るマイクロ波製錬炉、所謂都市鉱山から貴金属及びレアメタルを回収する溶解炉、シリコン基板を製造するためにシリコン粉末を焼結する焼結炉等に使用するのに好適のマイクロ波加熱炉に関する。   The present invention relates to a microwave smelting furnace such as an iron making furnace that obtains pig iron from iron ore, or a microwave heating furnace such as a melting furnace or a sintering furnace, and in particular, a carbon source such as iron ore and coal or coke by microwaves. A microwave smelting furnace that heats and melts raw materials containing iron and reduces iron ore with carbon to obtain molten pig iron, a so-called melting furnace that recovers precious metals and rare metals from urban mines, and silicon to produce silicon substrates The present invention relates to a microwave heating furnace suitable for use in a sintering furnace for sintering powder.

鉄鋼の分野においては、通常、高炉製銑法により溶融銑鉄を得ている。即ち、鉄酸化物である鉄鉱石とその還元剤である炭素源としてのコークス等と石灰石をペレット状にしたものを、高炉(溶鉱炉)にその上部から装入し、高炉下部の羽口から熱風(空気)を吹き込み、高炉内に熱風の上昇流を形成すると共に、落下してくるペレットを熱風により加熱し、鉄鉱石とコークスとの反応により、鉄鉱石を還元する。還元された鉄は、溶融して溶融銑鉄となって高炉の炉底に溜まる。一定量の銑鉄が貯留された後、炉底の銑鉄は、炉下部の湯出し口から取り出され、湯道を流れて取鍋に収容される(例えば、特許文献1)。   In the field of steel, molten pig iron is usually obtained by a blast furnace ironmaking method. That is, iron ore that is iron oxide and coke as a carbon source that is the reducing agent and limestone pellets are charged into the blast furnace (blast furnace) from the top, and hot air is blown from the tuyeres at the bottom of the blast furnace. (Air) is blown to form an upward flow of hot air in the blast furnace, and the falling pellets are heated by hot air, and the iron ore is reduced by the reaction between iron ore and coke. The reduced iron melts and becomes molten pig iron and accumulates at the bottom of the blast furnace. After a certain amount of pig iron is stored, pig iron at the bottom of the furnace is taken out from the hot water outlet at the bottom of the furnace, flows through the runner, and is stored in a ladle (for example, Patent Document 1).

しかし、従来の高炉製銑法においては、鉄鉱石の還元、溶融には、約1500℃以上の温度において、6時間以上を要し、生産効率が低く、銑鉄1トンあたりCOガスを2トン排出するという問題点がある。 However, in the conventional blast furnace ironmaking method, the reduction or melting of iron ore takes 6 hours or more at a temperature of about 1500 ° C. or more, and the production efficiency is low, and 2 tons of CO 2 gas per ton of pig iron. There is a problem of discharging.

一方、マイクロ波を利用して、鉄酸化物を加熱し、還元することにより、鉄粉を製造する方法が特許文献2に開示されている。この鉄粉の製造方法は、鉄鉱石、ミルスケール等の粉砕した鉄酸化物と、コークス、チャー炭、活性炭、微粉炭等の炭素を主成分とするマイクロ波高誘導体である炭素源と、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩とを混合し、これら混合物にマイクロ波を照射して炭素源を900℃を超える温度まで内部発熱させると共に、混合物中の炭酸塩の熱分解によって発生したCOガスと反応させてCOガスに変換し、このCOガスによって鉄酸化物を還元させて鉄粉を製造する方法である。 On the other hand, Patent Document 2 discloses a method for producing iron powder by heating and reducing iron oxide using microwaves. This iron powder manufacturing method includes iron ore and milled iron oxide, a carbon source which is a microwave high derivative mainly composed of carbon such as coke, char charcoal, activated carbon and pulverized coal, and calcium carbonate. , And carbonates such as magnesium carbonate and sodium carbonate are mixed, and the mixture is irradiated with microwaves to cause the carbon source to generate heat internally to a temperature exceeding 900 ° C., and CO generated by pyrolysis of the carbonate in the mixture. This is a method for producing iron powder by reacting with two gases to convert to CO gas and reducing iron oxide with this CO gas.

しかしながら、特許文献2に記載のマイクロ波を利用した鉄粉の製造方法は、鉄鉱石等の鉄酸化物、コークス等の炭素源及び炭酸塩を混合したものをマイクロ波により加熱し、前記炭素源を900℃を超える温度に内部発熱させ、混合物中の炭酸塩から分解したCOガスと、炭素源との反応によりCOガスを生成し、このCOガスにより鉄酸化物を還元する方法であり、鉄鉱石及びコークス等を溶融させるものではない。従って、この方法では、単に鉄粉を製造できるだけであり、効率よく大量の溶融銑鉄を製造できるものではない。 However, in the method for producing iron powder using microwaves described in Patent Document 2, a mixture of an iron oxide such as iron ore, a carbon source such as coke and a carbonate is heated by microwaves, and the carbon source Is heated to a temperature exceeding 900 ° C., CO 2 gas decomposed from the carbonate in the mixture is reacted with a carbon source to generate CO gas, and this CO gas reduces iron oxide. It does not melt iron ore or coke. Therefore, this method can only produce iron powder and cannot efficiently produce a large amount of molten pig iron.

そこで、本願発明者等は、マイクロ波を使用して大量の溶融銑鉄を高効率で製造できる技術を先に提案した(特許文献3)。   Therefore, the inventors of the present application have previously proposed a technique capable of producing a large amount of molten pig iron with high efficiency using a microwave (Patent Document 3).

特開平11−229007号公報JP-A-11-229007 特開平6−116616号公報JP-A-6-116616 特開2007−205639号公報JP 2007-205639 A

従来の特許文献3に記載のマイクロ波製錬炉においては、鉄鉱石及びコークス等をマイクロ波のみにより溶融させ、その所期の目的は達成されたものの、マイクロ波製錬の実用化に向け、更に一層の加熱効率化が望まれている。   In the conventional microwave smelting furnace described in Patent Document 3, iron ore and coke are melted only by microwaves, and the intended purpose has been achieved, but for the practical application of microwave smelting, A further increase in heating efficiency is desired.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高炉製銑法に代わり、高エネルギ効率で溶融銑鉄を製造することができ、また所謂都市鉱山から貴金属等を回収することができ、更に、シリコン基板を高効率で製造することができるマイクロ波加熱炉を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and instead of the blast furnace ironmaking method, it can produce molten pig iron with high energy efficiency, and can recover precious metals and the like from so-called city mines, Furthermore, it aims at providing the microwave heating furnace which can manufacture a silicon substrate with high efficiency.

本発明に係るマイクロ波加熱炉は、
原料を収納し、溶解して製錬するための反応容器と、
この反応容器を取り囲む円周面の内面上に配置され、前記反応容器内の特定点に向けてマイクロ波ビームを放射するマイクロ波ユニットと、
前記反応容器の上方に配置され、前記特定点を焦点とする放物面がマイクロ波の反射面である主反射鏡と、
を有することを特徴とする。
The microwave heating furnace according to the present invention is
A reaction vessel for storing, melting and smelting raw materials;
A microwave unit disposed on an inner surface of a circumferential surface surrounding the reaction vessel and emitting a microwave beam toward a specific point in the reaction vessel;
A main reflector that is disposed above the reaction vessel and whose paraboloid focusing on the specific point is a microwave reflecting surface;
It is characterized by having.

このマイクロ波加熱炉において、前記主反射鏡は、前記放物面の一部を、前記放物面上で階段状にした段差反射面を有することが好ましい。   In this microwave heating furnace, it is preferable that the main reflecting mirror has a step reflection surface in which a part of the paraboloid is stepped on the paraboloid.

また、例えば、前記段差反射面の前記放物面の周方向の幅は、赤外線波長の5乃至50倍であり、前記段差反射面で赤外線から可視光線の波長の光が反射し、前記反射面で周波数が1乃至100GHzのマイクロ波が反射することを特徴とする。   Further, for example, the width of the stepped reflection surface in the circumferential direction of the paraboloid is 5 to 50 times the infrared wavelength, and the stepped reflection surface reflects light having a wavelength of visible light from infrared rays. And microwaves with a frequency of 1 to 100 GHz are reflected.

更に、前記反応容器の周縁部に設けられ、前記マイクロ波ユニットから入射したマイクロ波を前記主反射鏡に向けて反射する副反射鏡を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable to have a sub-reflecting mirror that is provided at the peripheral edge of the reaction vessel and reflects the microwave incident from the microwave unit toward the main reflecting mirror.

更にまた、前記反応容器の周縁部に設けられ、前記反応容器内の収容物から放射された赤外線及び可視光線を、前記反応容器内に戻すための補助反射鏡を有することが好ましい。   Furthermore, it is preferable to have an auxiliary reflecting mirror provided at the peripheral portion of the reaction vessel for returning infrared rays and visible rays radiated from the contents in the reaction vessel into the reaction vessel.

本発明によれば、主反射鏡により、主反射鏡の内側にマイクロ波を閉じ込め、マイクロ波のエネルギを高効率で利用することにより、原料を高効率で加熱することができる。よって、製鉄においては、高効率で溶融銑鉄を製造することができると共に、都市鉱山においては、貴金属を高効率で回収することができる。更に、シリコン基板も高効率で製造することができる。   According to the present invention, the raw reflector can be heated with high efficiency by confining the microwave inside the main reflector and using the energy of the microwave with high efficiency. Therefore, in iron making, molten pig iron can be manufactured with high efficiency, and precious metals can be recovered with high efficiency in urban mines. Furthermore, the silicon substrate can be manufactured with high efficiency.

本発明の実施形態に係るマイクロ波製錬炉の溶解炉近傍を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the melting furnace vicinity of the microwave smelting furnace which concerns on embodiment of this invention. 同じく、段差反射鏡を示す図である。Similarly, it is a figure which shows a level | step difference reflective mirror. 同じく、マイクロ波製錬炉の全体を示す斜視図である。Similarly, it is a perspective view showing the whole microwave smelting furnace.

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は溶解炉の近傍を示す正面断面図であり、図3はマイクロ波加熱炉(製錬炉)の全体内部を示す斜視図である。図3に示すように、溶解炉10を中心とする円周面を構成する支持板1の内面に、複数個のマイクロ波ビームを放射するマイクロ波ユニット3が設置されており、これらのマイクロ波ユニット3は、溶解炉10内の反応容器11の収納空間の中心Cに向けてマイクロ波を照射する。この支持板1は、その縦断面において、内面が内側に湾曲しており、この内面は、平面視で、溶解炉10を中心とする円周上に位置すると共に、立面視で、外側に膨らみ、内面は上下方向に関して支持板内側に若干湾曲している。また、マイクロ波ユニット3は、例えば、半導体500Wモジュール2を4列5行の格子位置に設けた10kWの高指向性マイクロ波源ユニットであり、このマイクロ波ユニット3は、10kW波源合成ラジアルフェーズドアレーアンテナ放射器を構成している。このマイクロ波ユニット3の電力密度は、白熱電球程度である。このマイクロ波ユニット3が、円筒状支持板3の内面に、例えば、上下2段で、周方向に複数列配置されている。なお、このマイクロ波ユニット3の数は上記数値に限定されるものではない。一例として、本実施形態のマイクロ波製錬炉は、後述する溶解炉10を含めた全体の高さが、3乃至4m、直径が8m、マイクロ波ユニット3の大きさが縦20cm、横25cm程度である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a front sectional view showing the vicinity of a melting furnace, and FIG. 3 is a perspective view showing the entire inside of a microwave heating furnace (smelting furnace). As shown in FIG. 3, a microwave unit 3 that radiates a plurality of microwave beams is installed on the inner surface of a support plate 1 that forms a circumferential surface around a melting furnace 10. The unit 3 irradiates the microwave toward the center C of the storage space of the reaction vessel 11 in the melting furnace 10. The support plate 1 has an inner surface that is curved inward in the longitudinal section, and the inner surface is located on a circumference centered on the melting furnace 10 in a plan view and outward in an elevation view. The bulge and the inner surface are slightly curved toward the inner side of the support plate in the vertical direction. The microwave unit 3 is, for example, a 10 kW highly directional microwave source unit in which the semiconductor 500 W module 2 is provided at a lattice position of 4 columns and 5 rows. The microwave unit 3 is a 10 kW wave source combined radial phased array antenna. It constitutes a radiator. The power density of the microwave unit 3 is about an incandescent bulb. The microwave units 3 are arranged on the inner surface of the cylindrical support plate 3 in a plurality of rows in the circumferential direction, for example, in two upper and lower stages. The number of the microwave units 3 is not limited to the above numerical value. As an example, the microwave smelting furnace of this embodiment has an overall height of 3 to 4 m including a melting furnace 10 described later, a diameter of 8 m, and the size of the microwave unit 3 is about 20 cm long and about 25 cm wide. It is.

溶解炉10においては、図1に示すように、その中心に反応容器11が設置されており、反応容器11の収容空間には、収容物12が溶融銑鉄の場合は、原料として、鉄鉱石粉、コークス粉、グラファイト粉及び石炭粉等の混合粉体が装入される。この原料がマイクロ波の照射を受けて加熱され、溶解し、製錬反応を受けて溶融銑鉄となる。この反応容器11の材質は、耐火材である。また、原料は溶銑を製錬する鉄鉱石等に限らず、収容物12は、所謂都市鉱山としての電子機器廃棄物等でもよく、この廃棄物を溶解することにより貴金属及びレアメタル等を回収することができる。また、収容物12として、金属シリコンの粉末を収容した場合には、この金属シリコン粉末を加熱して焼結させることができる。この焼結により原料の熱伝導度が上昇するので、誘導加熱により加熱しやすくなり、効率的に加熱することができる。   In the melting furnace 10, as shown in FIG. 1, a reaction vessel 11 is installed at the center, and in the accommodation space of the reaction vessel 11, when the contents 12 are molten pig iron, Mixed powder such as coke powder, graphite powder and coal powder is charged. This raw material is heated by microwave irradiation, melts, undergoes a smelting reaction, and becomes molten pig iron. The material of the reaction vessel 11 is a refractory material. In addition, the raw material is not limited to iron ore or the like that smelts hot metal, and the containment 12 may be electronic equipment waste as a so-called city mine, and recover precious metals and rare metals by dissolving this waste. Can do. Moreover, when the metal silicon powder is accommodated as the container 12, the metal silicon powder can be heated and sintered. Since the thermal conductivity of the raw material is increased by this sintering, it becomes easy to heat by induction heating and can be efficiently heated.

この反応容器11の周縁部には、円柱状のマイクロ波窓14が立設されており、このマイクロ波窓14の上方を覆うようにして、反応容器11の上方に主反射鏡13が設置されている。この主反射鏡13は、その縦断面において放物線をなす放物面を有し、その放物面をなす内面で反射したマイクロ波は、その放物面の焦点である中心Cに集まる。   A cylindrical microwave window 14 is erected on the periphery of the reaction vessel 11, and a main reflecting mirror 13 is installed above the reaction vessel 11 so as to cover the microwave window 14. ing. The main reflecting mirror 13 has a parabolic surface that forms a parabola in its longitudinal section, and the microwaves reflected by the inner surface forming the parabolic surface gather at the center C that is the focal point of the parabolic surface.

主反射鏡13は、マイクロ波ビームを反射する金属で成形されている。例えば、銅又は銅合金、金メッキしたステンレス鋼、導電膜をコーティングしたセラミックス等を使用することができる。主反射鏡13の反射面が、銅又は銅合金、金、導電膜で構成されていることにより、マイクロ波ビームを反射することができる。マイクロ波窓14は、マイクロ波ビームを透過するガラスで成形されており、例えば、熱膨張が小さいネオセラム(登録商標)を使用することができる。   The main reflecting mirror 13 is formed of a metal that reflects a microwave beam. For example, copper or copper alloy, gold-plated stainless steel, ceramic coated with a conductive film, or the like can be used. Since the reflecting surface of the main reflecting mirror 13 is made of copper, a copper alloy, gold, or a conductive film, the microwave beam can be reflected. The microwave window 14 is formed of glass that transmits a microwave beam. For example, Neoceram (registered trademark) having a small thermal expansion can be used.

主反射鏡13には、その一部の領域13aに、図2に示すような段差反射面15が形成されている。図2は図1のA点の拡大図である。この段差反射面15は放物面の一部を階段状に成形したものであり、その放物面周方向の幅Dは、赤外線の波長の5乃至50倍である。これにより、反応容器11及び収容物12から放射された赤外線が、段差反射面15で反射して、反応容器11の収容物12に戻る。この段差反射面15は、上述のように、赤外線波長の5乃至50倍の幅Dを有する微小な面が連なるものであり、赤外線及び可視光を反射する性質を有する。そこで、この段差反射面15の傾斜角度等を、溶融収容物12の表面から放射する赤外線、及び反応容器11の表面から放射する赤外線が、この段差反射面15で反射して、収容物12に戻るように、設計する。これにより、反応容器11及び収容物12から放射された赤外線を主反射面13と反応容器11との間に閉じ込めることができる。なお、マイクロ波は、波長が長いので、段差反射面15の影響を受けない。つまり、マイクロ波ビームは、主反射鏡13の放物面にて、段差の影響を受けずに、放物面の焦点位置に向けて反射する。従って、段差反射面15は、主反射鏡13の全域に設けても、マイクロ波ビームの反射を阻害することはない。少なくとも、図1に示すように、収容物12及び反応容器11から放射される赤外線が到達する領域(少なくとも、収容物12の直上等)の主反射鏡13の内面に、この段差反射面15を設けておけば、赤外線を効率よく反射することができる。なお、段差反射面15は平面でもよいし、主反射面13と同程度に湾曲していてもよい。   The main reflecting mirror 13 is formed with a step reflecting surface 15 as shown in FIG. FIG. 2 is an enlarged view of point A in FIG. The step reflecting surface 15 is formed by stepping a part of the paraboloid, and the width D in the circumferential direction of the paraboloid is 5 to 50 times the wavelength of infrared rays. Thereby, the infrared rays radiated from the reaction container 11 and the container 12 are reflected by the step reflection surface 15 and returned to the container 12 in the reaction container 11. As described above, the step reflecting surface 15 is formed by a series of minute surfaces having a width D that is 5 to 50 times the infrared wavelength, and has a property of reflecting infrared light and visible light. Accordingly, the inclination angle of the step reflection surface 15 is determined such that the infrared rays radiated from the surface of the molten container 12 and the infrared rays radiated from the surface of the reaction vessel 11 are reflected by the step reflection surface 15 to the container 12. Design to go back. Thereby, the infrared rays radiated from the reaction vessel 11 and the container 12 can be confined between the main reflection surface 13 and the reaction vessel 11. Since the microwave has a long wavelength, it is not affected by the step reflecting surface 15. That is, the microwave beam is reflected toward the focal position of the paraboloid without being affected by the step on the paraboloid of the main reflecting mirror 13. Therefore, even if the step reflection surface 15 is provided over the entire area of the main reflection mirror 13, it does not hinder the reflection of the microwave beam. As shown in FIG. 1, at least the step reflecting surface 15 is provided on the inner surface of the main reflecting mirror 13 in a region where infrared rays radiated from the container 12 and the reaction container 11 reach (at least directly above the container 12 or the like). If provided, infrared rays can be reflected efficiently. The step reflection surface 15 may be a flat surface or may be curved to the same extent as the main reflection surface 13.

マイクロ波窓14はマイクロ波を透過する材料で成形されており、マイクロ波ユニット3から放射されたマイクロ波ビームを溶解炉10内に導入する。溶解炉10は、反応容器11、主反射鏡13及びマイクロ波窓14により、囲まれた空間を有しているが、この空間の内部の雰囲気は、窒素等の不活性ガス雰囲気でもよいし、大気雰囲気でもよい。   The microwave window 14 is formed of a material that transmits microwaves, and introduces the microwave beam emitted from the microwave unit 3 into the melting furnace 10. The melting furnace 10 has a space surrounded by the reaction vessel 11, the main reflecting mirror 13, and the microwave window 14. The atmosphere inside this space may be an inert gas atmosphere such as nitrogen, It may be an atmospheric atmosphere.

反応容器11の周縁部には、外部からマイクロ波窓14を透過して導入されたマイクロ波ビームを主反射鏡13に向けて反射する副反射鏡16が形成されている。この副反射鏡16により反射したマイクロ波ビームは、主反射鏡13で反射して、反応容器11内の中心Cに向けて集まる。   A sub-reflecting mirror 16 that reflects the microwave beam introduced from the outside through the microwave window 14 toward the main reflecting mirror 13 is formed at the peripheral edge of the reaction vessel 11. The microwave beam reflected by the sub-reflecting mirror 16 is reflected by the main reflecting mirror 13 and gathers toward the center C in the reaction vessel 11.

更に、反応容器11の周縁部であって、収容物12の収容空間と、副反射鏡16との間には、反応容器11及び収容物12の液面から放射された赤外線及び可視光線を、主反射鏡13に向けて反射する補助反射鏡17が設置されている。この補助反射鏡17により反射した赤外線及び可視光線が主反射鏡13で反射して反応容器11の収容部12に向けて集まる。   Further, infrared rays and visible rays radiated from the liquid surfaces of the reaction container 11 and the container 12, which are the peripheral part of the reaction container 11 and between the container 12 and the sub-reflecting mirror 16, An auxiliary reflecting mirror 17 that reflects toward the main reflecting mirror 13 is provided. Infrared light and visible light reflected by the auxiliary reflecting mirror 17 are reflected by the main reflecting mirror 13 and gathered toward the accommodating portion 12 of the reaction vessel 11.

次に、上述のごとく構成されたマイクロ波製錬炉の動作について説明する。溶融銑鉄を製造する場合は、鉄鉱石、コークス、グラファイト及び石炭等の原料の粉末又は塊を反応容器11の収容空間に収容し、内部を窒素雰囲気にした後、又は大気雰囲気のままで、マイクロ波ユニット3から、マイクロ波ビームを溶解炉10に向けて照射する。このマイクロ波ビームは、円筒状の支持板1からこの円筒中心に配置された溶解炉10の反応容器11に向けて進行し、この間に、電力密度を増加させる。本実施形態においては、マイクロ波ユニット3がその出射方向を支持板1の円周中心に向けて配置されていると共に、支持板1の内面が上下に湾曲しているので、マイクロ波ユニット3から出射するマイクロ波ビームの方向が、左右方向はもとより上下方向でも、支持板1の中心部に配置された反応容器11に向かう。このため、反応容器11の近傍で、マイクロ波ビームの電力密度を著しく高めることができる。なお、支持板1は、必ずしも、円周方向に延び、上下方向に膨らむ形状を有していなくても、マイクロ波ユニット3のマイクロ波ビームの出射方向が反応容器11に向かうように、マイクロ波ユニット3を設置すれば、マイクロ波ビームの電力密度を高めることができる。   Next, the operation of the microwave smelting furnace configured as described above will be described. When producing molten pig iron, powder or lumps of raw materials such as iron ore, coke, graphite, and coal are accommodated in the accommodating space of the reaction vessel 11 and the interior is made into a nitrogen atmosphere, or the atmosphere is kept in an air atmosphere. A microwave beam is irradiated from the wave unit 3 toward the melting furnace 10. The microwave beam travels from the cylindrical support plate 1 toward the reaction vessel 11 of the melting furnace 10 disposed at the center of the cylinder, and during this time, the power density is increased. In the present embodiment, the microwave unit 3 is arranged with its emission direction directed toward the circumferential center of the support plate 1 and the inner surface of the support plate 1 is curved up and down. The direction of the emitted microwave beam is directed to the reaction vessel 11 arranged at the center of the support plate 1 in the vertical direction as well as the horizontal direction. For this reason, the power density of the microwave beam can be significantly increased in the vicinity of the reaction vessel 11. The support plate 1 does not necessarily have a shape that extends in the circumferential direction and swells in the vertical direction, but the microwave is emitted so that the emission direction of the microwave beam of the microwave unit 3 is directed to the reaction vessel 11. If the unit 3 is installed, the power density of the microwave beam can be increased.

そして、この電力密度が上昇したマイクロ波ビームが、溶解炉10のマイクロ波窓14から溶解炉10内部に導入され、副反射鏡16で反射して主反射鏡13に向かい、主反射鏡13で反射して、反応容器11の容器空間内の収容物に向かう。特に、主反射鏡13が放物面をなしているので、このマイクロ波ビームは、放物面の焦点位置(中心C)に向けて集まる。これにより、原料が高密度のマイクロ波の照射を受けて加熱され、溶融する。この原料の溶融により、鉄鉱石がカーボンにより還元されて銑鉄となり、溶融銑鉄が収容物12として反応容器11内に貯留される。   Then, the microwave beam with the increased power density is introduced into the melting furnace 10 from the microwave window 14 of the melting furnace 10, reflected by the sub-reflecting mirror 16 and directed to the main reflecting mirror 13, and by the main reflecting mirror 13. Reflected toward the contents in the container space of the reaction vessel 11. In particular, since the main reflecting mirror 13 forms a paraboloid, this microwave beam gathers toward the focal position (center C) of the paraboloid. As a result, the raw material is heated by being irradiated with high-density microwaves and melted. Due to the melting of the raw material, the iron ore is reduced by the carbon to become pig iron, and the molten pig iron is stored in the reaction vessel 11 as the storage 12.

この溶融銑鉄及び反応容器11からは、赤外線が放射されるが、この赤外線は、主反射鏡13の一部に設けられた段差反射面15により反射して、収容物12に戻る。収容物12に照射されたマイクロ波ビームも、この収容物12で反射した後、主反射鏡13に向かい、この主反射鏡13で反射して収容物12に戻る。このようにして、反応容器11内の収容物12の周囲に、マイクロ波ビーム及び赤外線が閉じ込められ、収容物12は高効率で、加熱される。よって、鉄鉱石から高効率で銑鉄を製錬することができる。前述の大きさのマイクロ波加熱炉の場合、溶融銑鉄を日産1000トン製造することが可能である。   From the molten pig iron and the reaction vessel 11, infrared rays are radiated. The infrared rays are reflected by the step reflecting surface 15 provided in a part of the main reflecting mirror 13 and return to the accommodation 12. The microwave beam applied to the container 12 is also reflected by the container 12, then travels toward the main reflecting mirror 13, is reflected by the main reflecting mirror 13, and returns to the container 12. In this way, the microwave beam and infrared rays are confined around the container 12 in the reaction vessel 11, and the container 12 is heated with high efficiency. Therefore, pig iron can be smelted from iron ore with high efficiency. In the case of the microwave heating furnace of the above-mentioned size, it is possible to produce 1000 tons of molten pig iron per day.

また、電子機器の廃棄物も高効率で加熱して、貴金属及びレアメタルを回収することができる。   In addition, waste of electronic equipment can be heated with high efficiency to recover precious metals and rare metals.

更に、金属シリコンの粉末を本実施形態のマイクロ波加熱炉で加熱して焼結することにより、この焼結体は粉末に比して熱伝導度が優れたものとなっているので、この焼結体を誘導加熱炉で誘導加熱することにより、高効率で溶解させることができる。そして、この溶融シリコンが凝固したインゴットをスライスしてシリコン基板とすることができ、太陽電池に使用されるシリコン基板とすることができる。従来、太陽電池のシリコン基板は、電気炉で製造されていたので、製造に多大の時間が必要であったが、本実施形態のマイクロ波加熱炉により加熱して焼結体とすることにより、効率的に溶融させることができ、従来の1/10の時間でシリコン基板を製造することができ、その分、投入エネルギも削減できる。   Furthermore, by heating and sintering the metal silicon powder in the microwave heating furnace of this embodiment, the sintered body has a higher thermal conductivity than the powder. By induction heating the bonded body in an induction heating furnace, it can be dissolved with high efficiency. And the ingot which this molten silicon solidified can be sliced into a silicon substrate, and it can be set as the silicon substrate used for a solar cell. Conventionally, since the silicon substrate of the solar cell was manufactured in an electric furnace, a great deal of time was required for manufacturing, but by heating with the microwave heating furnace of this embodiment, The silicon substrate can be efficiently melted, and the silicon substrate can be manufactured in 1/10 of the conventional time, and the input energy can be reduced accordingly.

本発明は、低エネルギによる鉄鋼製錬及び都市鉱山の貴金属及びレアメタルの回収に、極めて有効である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely effective for steel smelting with low energy and recovery of precious metals and rare metals in city mines.

1:支持板
2:半導体500Wモジュール
3:マイクロ波ユニット
10:溶解炉
11:反応容器
12:収容物
13:主反射鏡
13a:領域
14:マイクロ波窓
15:段差反射面
16:副反射鏡
17:補助反射鏡
1: Support plate 2: Semiconductor 500W module 3: Microwave unit 10: Melting furnace 11: Reaction vessel 12: Containment 13: Main reflector 13a: Area 14: Microwave window 15: Step reflector 16: Sub reflector 17 : Auxiliary reflector

Claims (5)

原料を収納し、溶解して製錬するための反応容器と、
この反応容器を取り囲む円周面の内面上に配置され、前記反応容器内の特定点に向けてマイクロ波ビームを放射するマイクロ波ユニットと、
前記反応容器の上方に配置され、前記特定点を焦点とする放物面がマイクロ波の反射面である主反射鏡と、
を有することを特徴とするマイクロ波加熱炉。
A reaction vessel for storing, melting and smelting raw materials;
A microwave unit disposed on an inner surface of a circumferential surface surrounding the reaction vessel and emitting a microwave beam toward a specific point in the reaction vessel;
A main reflector that is disposed above the reaction vessel and whose paraboloid focusing on the specific point is a microwave reflecting surface;
A microwave heating furnace characterized by comprising:
前記主反射鏡は、前記放物面の一部を、前記放物面上で階段状にした段差反射面を有することを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波加熱炉。 The microwave heating furnace according to claim 1, wherein the main reflecting mirror has a stepped reflecting surface in which a part of the paraboloid is stepped on the paraboloid. 前記段差反射面の前記放物面の周方向の幅は、赤外線波長の5乃至50倍であり、前記段差反射面で赤外線から可視光線の波長の光が反射し、前記反射面で周波数が1乃至100GHzのマイクロ波が反射することを特徴とする請求項2に記載のマイクロ波加熱炉。 The width of the stepped reflecting surface in the circumferential direction of the parabolic surface is 5 to 50 times the infrared wavelength, and the stepped reflecting surface reflects light having a wavelength of visible light from infrared, and the reflecting surface has a frequency of 1 The microwave heating furnace according to claim 2, wherein microwaves of up to 100 GHz are reflected. 前記反応容器の周縁部に設けられ、前記マイクロ波ユニットから入射したマイクロ波を前記主反射鏡に向けて反射する副反射鏡を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のマイクロ波加熱炉。 4. The sub-reflector according to claim 1, further comprising a sub-reflector provided at a peripheral portion of the reaction vessel and configured to reflect the microwave incident from the microwave unit toward the main reflector. The microwave heating furnace as described. 前記反応容器の周縁部に設けられ、前記反応容器内の収容物から放射された赤外線及び可視光線を、前記反応容器内に戻すための補助反射鏡を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のマイクロ波加熱炉。 5. An auxiliary reflecting mirror provided at a peripheral portion of the reaction vessel for returning infrared rays and visible rays radiated from the contents in the reaction vessel into the reaction vessel. The microwave heating furnace of any one of these.
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