JP3219763B2 - 極めて短い精製時間と低電力消費の高周波直接誘導による酸化混合物連続溶融炉 - Google Patents

極めて短い精製時間と低電力消費の高周波直接誘導による酸化混合物連続溶融炉

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JP3219763B2
JP3219763B2 JP50767892A JP50767892A JP3219763B2 JP 3219763 B2 JP3219763 B2 JP 3219763B2 JP 50767892 A JP50767892 A JP 50767892A JP 50767892 A JP50767892 A JP 50767892A JP 3219763 B2 JP3219763 B2 JP 3219763B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、概して、溶融すべき酸化物を連続的に投入
する取入れ口をその頂部に有すると共に溶融生成物を排
出するノズルをその下部に有して高周波直接誘導により
加熱される炉内における溶融酸化物の連続生成に関す
る。
本発明は、特に、側壁を冷却して溶融酸化物に対する
固い保護膜を形成する冷却るつぼ型の直接誘導溶融炉に
関する。
背景技術 従来、そのような炉を使って、色ガラスやガラスセラ
ミック、クリスタルなどのように酸化物を原料とする物
質を生成する場合、精製時間が長くかかり、炉の中に長
時間入れておかなければならなかった。精製時間が長く
かかる点と、従来の技術による炉の設計のため、電力消
費率が高くなるので、精製の程度が問題とならない用途
に使用される精製程度の低い溶融酸化物の生成には向か
ない。例えば、家庭電気器具や、廃棄物のガラス化に使
われるエナメルがそうである。
最初に、冷却るつぼ型直接誘導炉の現在の設計につい
て、特徴と電力消費が高い理由を述べ、上記のような精
製度の低いガラスの生成に適していないことを明らかに
する。
現在工業用に使用している直接誘導炉の幾何学的形態
では、溶融する酸化物の高さを炉の直径とほぼ等しくす
る。このような形になった大きな理由は３つある。第１
に、溶融物の高さが低いと炉の電気伝導効率は悪くなる
ので、この形態の方が、誘導コイルと溶融する物質との
伝導効率が確実に良くなる。第２に、溶融物質を著しく
高く堆積した方が、長い時間炉に滞留するので（約10時
間）、精製の質が上がって気泡が残らず、液相全体の化
学作用と温度が一定になる。最後に、この形状にした第
３の理由は、冷却する必要性から炉床が金属でできてい
るので、加熱するための電磁界が溶融液へ透過するのを
かなり遮ることに関連がある。炉床が耐熱性で、つま
り、電気絶縁体であれば、誘導子が放出する電磁力の大
部分は、誘導電流透過範囲に放散され、溶融液の大部分
に作用する。ところが多くの場合、炉床は水で冷却され
る金属でできているので、磁界を遮り磁力線を歪め、従
来の処理方法を示す図１の範囲２のように、加熱が弱ま
る範囲が溶融液に生じる。
図１において、炉１は冷却るつぼ３と、誘導子５と、
金属性の炉床４とを有する。曲線６と８が示す範囲10に
は、誘導電流が透過する。冷却された金属性の炉床４の
直接上に入っている溶融液の下部の環状の範囲２では、
誘導電流はかなり限られた範囲しか加熱できない。それ
ならば、溶融液の高さを高くすれば、全体に対する遮蔽
の影響が弱まるのではないかと考えるのは容易である。
ところが、冷却壁炉を高くすると、それにつれて側面
積も広くなる。垂直壁からの熱損失はかなり高く、混合
物の融解温度と物理特性の関数である束密度は、例え
ば、15から40W/cm2となる。炉床からの熱損失は垂直壁
より低く、一般に、束密度５から15W/cm2である。この
ような熱損失のため、電力消費率はかなり高くなり、多
くの場合、溶融物1kgあたり5kWhを超える。
例えば、直径50cmの炉において、溶融液の高さが50c
m、1300℃の時のガラス生成能力が30kg/hだとする。垂
直壁に対する熱流密度は30W/cm2であり、熱損失は236kW
hとなる。炉床に対する熱流密度は10W/cm2であり、熱損
失は20kWhとなる。1kgのガラスを溶融するのに0.5kWhが
必要であり、炉の電気効率が80％だと、電力消費は1kg
あたり11.29kWhとなる。このような値は、低水準の精製
の生成物しか必要がない標準的な工業用途では高くつき
すぎる。
発明の開示 本発明は、酸化混合物を直接誘導により連続溶融でき
る炉に関するものであり、この炉は特に、従来に較べて
非常に短い精製時間と非常に低い電力消費で、特定の工
業分野ではかなりの利益を上げられる物質を生成でき
る。
このように本発明は、高周波の直接誘導により、非常
に短い精製時間と低電力消費で、酸化混合物を連続溶融
する炉に関するものである。炉には、酸化物を金属るつ
ぼへ連続的に流し込む取入れ口と排出ノズルがあり、冷
却壁を持つこのるつぼを高周波コイルが加熱する。特徴
は、酸化物の溶融液の高さを、2cm以上、金属るつぼの
直径の20％以下とする点と、炉床が誘導磁界に対して透
過性を有すると共に、るつぼの底部に固い保護膜を形成
し維持できるように冷却されている点である。
以上のように本発明は、２つの方法を組み合わせたも
のであり、つまり、電気効率を高めるために２つの方法
の作用を組み合わせたものである。第１の方法は、酸化
物の溶融液の高さを、るつぼの直径より低くすることで
ある。第２の方法は、炉床を特殊な構造にし、磁界に対
して透過性を有し、磁力線が溶融液の広い範囲に透過し
て誘導加熱電流が良く流れるようにすると同時に、るつ
ぼの底部の固い保護膜を維持するために冷却できるよう
にすることである。
現在、冷却るつぼで直接誘導を行う溶融炉では、溶融
液の表面で約1cm以上の厚さに渡って溶融が起こり、精
製に必要な時間が従来の高温るつぼ型の炉よりずっと短
いことがわかっている。以上のことと垂直壁が高いと熱
損失が大きくなるという問題を考慮すると、結果的に炉
は、垂直壁が低く非常に平たい、つまりは浅く、溶融液
と垂直壁の接触面がかなり減る設計となる。
熱損失を大幅に減らしても、炉を加熱する電気効率を
高く維持できなければ意味がないが、図１で説明したよ
うな冷却される金属だけでできている炉床は、その上の
溶融液の広い範囲へ電磁界が透過するのをかなり遮るの
で、使用しない方が良い。そこで本発明の炉床は、誘導
磁界に対して透過性を有すると共に、冷却によりるつぼ
の底面に固い保護膜を絶やさず、普通はかなり腐食性の
ある溶融液の影響を受けないようにする。
この目的を実現するため、そしてこれは本発明の重要
な特徴であるが、炉床は、耐熱性物質に、管状の複数の
金属インサートをはめ込んだものとし、管には、冷却液
が循環できるように入口と出口をつける。
このような複合構成の炉床では、耐熱性物質が磁力線
を通して溶融液へ透過させる一方、耐熱性物質に独立し
て断続的にはめ込まれた金属インサートが、保護膜を形
成できるように炉床全体の温度を低く保つ。温度を低く
保つ方法は、管状の金属インサートそれぞれに入口と出
口をつけ、冷却液を循環させるものである。液体は、た
いてい水を使用する。
最後に、本発明の好ましい実施例によれば、炉床は、
金属インサートが一連の同心環に沿って配設されて各同
心環が耐熱性部材により互いに離隔された数個の湾曲イ
ンサートより成る、円板状に形成される。
発明を実施するための最良の形態 以下、誘導炉の非限定的な実施例を挙げ、添付の図２
と図３を参照して、本発明をより詳しく説明する。
図２ 本発明による炉の極めて模式的な断面図。
図３ 立面図3aと、図3aのXXに沿った断面図3b。
図２の炉床の望ましい実施例を示す。
図１において、従来の炉の高さをｈまで低くしたとし
ても、溶融液中の誘導電流の透過範囲を示す曲線６と８
は変わらないが、加熱範囲は横長の範囲2aとなるので、
少量の溶融液しか加熱できない。従って、炉の高さを低
くしても、炉床が磁束の通過を阻めば、大量の酸化物を
溶融することは不可能であり、非現実的である。
図２は、本発明による誘導炉の概略図である。溶融能
力30kg/hの炉が、扇型に区切られた直径50cmの金属るつ
ぼを囲むように建造されており、循環する水がるつぼを
冷却している。るつぼの材質となる金属は、溶融物が放
出する腐食性の気化ガスに耐えられるものを選ぶ（例え
ば、溶融物が窒素ガスを放出する場合、ステンレスにす
る）。
金属るつぼ３を、10から100キロヘルツの高周波数の
交流電流が流れている誘導子５が囲んでいるが、冷却壁
に付着する生成物が十分に絶縁している場合、扇型に区
切られたるつぼを使用せず、一重の誘導子をるつぼとし
て使用する方がよい。
溶融液１が、冷却炉床４の上に入っている。炉床４に
ついては、後で図３を使用して詳細に説明する。本発明
において溶融液は、熱損失を減らすため、炉の直径の20
％以下とするが、溶融を安定させるため、約2cm以上と
する。図１の非限定的な実施例では、8cmとしている。
塩基性物質の溶融していない混合物である層12が、溶
融液を常に覆っており、層12の底部は溶融物質と触れて
溶融する一方、上部はほぼ低温のままであり、溶融液１
が出す揮発性要素をほとんどとらえる。溶融する物質14
を継続的に一定量流し込むので、層の下部が溶融物に溶
け込んでも、層12の厚さは常に一定である。
溶融液の温度は常に、１組以上の熱電対11で計測して
おり、誘導子５の電流を操作して調節できる。
溶融液の高さは、溶融物を排出ノズル15から流す流出
システムにより、一定に保てる。ノズル15は冷却炉床を
突き抜けており、耐熱性か金属性の高温の管、あるい
は、図の15のように、溶融物が内壁に付着したり凝固し
ない形の冷却金属管である。
冷却された、あるいは冷却されていない、金属性、あ
るいは耐熱性のベルマウス７により、溶融していない酸
化物はノズルに流れ込まず、また、溶融物がるつぼに滞
留する期間をできるだけ短くするために、表面下の溶融
物を調べられる。
炉の上の囲い16により、大気の汚染が広がらないよう
にし、浄化する必要のある気体の流れを制御できる。調
節できる送風口９は、管18から気体処置室への汚染物質
の飛沫同伴を促進し、凝縮物が冷却るつぼの壁に堆積し
ないようにする。
炉は、停止、洗浄、再開をかなり高速で行うことがで
き、溶融する物質を変更しても、前の物質に汚染されな
いようになっている。また炉は、耐熱性または金属性
（冷却された、または冷却されていない）であり、完全
に空にできる完全排出ノズル15を炉床に設けてある。溶
融液を排出し、誘導子の電流を止めて加熱を停止した
後、金属るつぼを把握システム13で持ち上げて、るつぼ
の壁と炉床に張っている粘性の低いガラスの薄膜を除去
する。除去作業をやりやすくするために、るつぼをやや
円錐形にすることもできる。溶融を起こすには、すでに
わかっている様々な方法を用いるが、どの方法を用いる
かは、溶融する物質によって異なる。
− 可溶性物質をガラスに混ぜ、るつぼを囲む誘導子で
加熱する。
− 非溶解性物質をガラスに混ぜ、るつぼを囲む誘導子
で加熱し、溶融開始処理の最後にガラスから取り除く。
− 放射性物質をガラスにあて、るつぼを囲む誘導子で
加熱する。
− 放射性のクラウンあるいはアーチ。
− 気体噴射。
図3aと図3bを使用して、本発明による誘導炉を構成す
る複合炉床の望ましい実施例を説明する。図において、
冷却炉壁３、排出ノズル15（この例では中央にある）、
るつぼの下部を塞ぐ炉床４がある。本発明による炉床４
は、耐熱性物質20でできており、その中に金属性の管、
つまりインサート22が同心円状にはめ込まれている。各
インサート22には、冷却液用の入口と出口があり、炉床
の外部へ通じている。22はこの複数の出入口ダクトは、
冷却液を循環させるためのものであり、図3aと3bでは24
として図式的に示されている。
先に説明したように、耐熱性の範囲20が、誘導子２に
よる磁界を完全に透過させるので、磁力曲線は点線で示
したようになり、酸化物１の広い範囲を加熱できる。図
3aの固い膜26は、金属インサート22の上ではいっそう厚
くなっており、溶融液１の酸化物による腐食から炉床４
の底面を守る。
産業上の利用可能性 上記で説明した実施例は、非限定的なものであること
は言うまでもない。当業者は、耐熱性物質20内の金属イ
ンサート22の数と配分も炉の構造も、目的に応じて自由
に決められる。溶融酸化物を排出するためのノズル15
も、図ではるつぼの中心にあるが、ずらして脇へ設ける
こともできる。
同心円間の耐熱性物質20の幅28は、磁界に対する高い
透過性（広い幅）と、溶融ガラスに接触して腐食されな
いようにするための耐熱性物質の確実な冷却（狭い幅）
の両方を満たす幅である。（一般に、適切な幅は１から
2cmである）。
同じ円周上に並んだインサート間の耐熱性物質20の幅
30は、耐熱性物質の確実な冷却（狭い幅）と、扇型間の
優れた電気絶縁（広い幅）の両方を満たす幅である。扇
型間の電位は、誘導子の端子の電圧が上がると増加し、
各円のインサート数が増えると減少する（例えば、誘導
子の端子の電圧が1000V、各円のインサートが10個の場
合、１から2cmの幅が適切である）。
直径50cmの炉で、溶融液の高さが8cm、溶融能力が30k
g/hの場合、側壁からの熱損失は、流動密度30W/cm2の場
合38kWhであり、底面からの熱損失は、流動密度10W/cm2
の場合20kWhである。提案した炉床は、電気効率80％を
維持するので、電力消費率は、1kgあたり3kWhとなる。
結論として、るつぼの高さが低くなると建造は容易に
なり、高周波発生器の電力レベルは低いので、本発明に
よる炉は、精製程度が低い生成物を低電力消費率、低費
用で生成できる。溶融物の性質によって可能であれば、
誘導子をるつぼとしても使用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ボエン，ロジェ フランス国 エフ―30130、サン・アレ クサンドル、カルティエ・レ・カゼール （番地なし) (72)発明者 ラディラ，クリスティアン フランス国 エフ―30126 サン・ロウ ラン・デ・アルブル、シェメン、ド・ ラ・コステ・ド・ル・エヴスケ （番地 なし) (72)発明者 ニルカ，ジャンーピェール フランス国 エフ―30200 ヴェネジャ ン、シェメン・ド・ル・エレクトリシ テ・ド・フランセ・ニュメロ ８・ル・ ラスカス (72)発明者 ピリオ，アンリ フランス国 エフ―84000 アヴィニョ ン、エンパス・ランジ、４ (56)参考文献 特開 平２−48420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−176582（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−95834（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C03B 5/00 - 5/44

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】高周波の直接誘導により、極めて短い精製
    時間と低電力消費で、酸化混合物を連続溶融する炉であ
    って、 取入れ口１（14）と、 高周波コイル（５）により加熱される冷却壁を有する金
    属るつぼ（３）へ酸化物を連続的に流し込む排出ノズル
    （15）とを有し、 酸化物の溶融液の高さが、2cm以上で金属るつぼの直径
    の20％以下であり、炉床（４）が、耐熱性物質（20）に
    嵌合された独立した複数の金属インサート（22）を備
    え、 前記炉床（４）が、誘導磁界に対して透過性を有すると
    共に、るつぼの底部に固い保護膜を形成して維持できる
    ように冷却されることを特徴とする溶融炉。
  2. 【請求項２】前記金属インサートのそれぞれが、冷却液
    を流動させる入口と出口（24）とを有する管状部分によ
    り構成されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の
    溶融炉。
  3. 【請求項３】前記炉床（４）は、金属インサートが一連
    の同心環に沿って配設されて各同心環が耐熱性部材によ
    り互いに隔離された数個の湾曲インサートを備え、円板
    状に形成されることを特徴とする請求の範囲第２項記載
    の溶融炉。
  4. 【請求項４】前記るつぼ炉床（４）に、迅速且つ完全に
    排出し得るノズル（15）を設けたことを特徴とする請求
    の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の溶融
    炉。
  5. 【請求項５】前記炉の上方の大気を、浄化気流を調節で
    きる囲い（16）内に閉じ込めるようにしたことを特徴と
    する請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載
    の溶融炉。
JP50767892A 1991-03-05 1992-03-04 極めて短い精製時間と低電力消費の高周波直接誘導による酸化混合物連続溶融炉 Expired - Lifetime JP3219763B2 (ja)

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FR91/02596 1991-03-05

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