JP5635986B2 - 溶鉱炉や溶解炉の湯出しのときに、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 - Google Patents

Description

本発明は、溶鉱炉や溶解炉の湯出しのときに、磁場によって、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方法及び装置に関するものである。

この種の調整装置は同時出願のドイツ特許出願第１０２００８０３６７９９．０−２４号明細書で提案されており、かかる装置は、強磁性物質で作られ且つ溶融流れのための輸送要素を収容できる隙間を形成する２つの極を有するコアと、２つの極の間に位置する輸送要素の中で溶融流れに作用する磁場を発生させるためにコアに配置された誘導コイルと、を特徴としている。

この調整装置では、溶融流れに電圧を誘起する磁場を生成するために閉磁気回路が用いられ、今度はかかる電圧が、溶融流れの流速を減少および増大させ且つ溶融流れを遅くすることもできる力を発生させるために、磁場と相互に作用する渦電流を溶融流れ中に引き起こす。

本発明の根本的な目的は、溶融流れに作用している力を増大するために、溶融流れに作用している磁場と、それによって引き起こされる渦電流とを増幅させることができる、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減速させるための方法及び装置を開発することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する方法、並びに、請求項５で説明される調整装置を備える本発明により解決される。

従属請求項は、請求項１に係る方法、並びに、請求項５の調整装置の、有利な且つ実用上の改良点を表現している。

溶鉱炉や溶解炉の湯出しのときに、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、本発明に係る方法は、磁力線が溶融流れをその全横断面に亘って横方向に貫通するとともに、反対電圧が磁場によって溶融流れに誘起されるように、上記磁場が互いに反対の定まった極性を有した状態で、且つ、電圧が溶融流れの中に軸方向に一つずつ配置された少なくとも３つの渦電流場を引き起こした状態で、溶融物の流れ方向に一つずつ並んで配置された少なくとも２つの磁場を通る、閉じた輸送要素の中で溶融流れが送られ、且つ、磁場と渦電流との間の相互作用が、溶融流れの流速を遅くすることができる力を、磁場の強さに応じて発生させることを特徴とする。

この方法の好ましい実施形態では、中央の軸方向の渦電流場の電流の強さに相互増強効果を生じさせるように、閉磁気回路の磁束は、溶融流れの中において、２つのコアの各ヨークに含まれる２つの極のそれぞれの間に発生する２つの反対磁場の、磁力線と垂直な平面内で誘起される２つの反対電圧を含んでいる。

閉磁気回路におけるこの磁束の二重利用の結果として、磁気回路の鉄心における磁気抵抗およびそれ故に磁気回路の内部損失もまた二分割される。

上記方法の変形例では、中央の渦電流場の電流の強さに相互増強効果を生じさせるように、一つずつ配置された２つの閉じた磁場からの磁束は、溶融流れの中において、２つのコアの各ヨークに含まれる２つの極のそれぞれの間に発生する２つの反対磁場の、磁力線と垂直な平面内で電圧を誘起する。

溶融流れに作用している磁場が、磁気回路の２つの極の間の隙間に縦に並んで接近して配置されたときは、隙間の外側縁に向かう磁束の減衰勾配はできるだけ大きくなるとともに、互いに接近した隙間の位置が、溶融流れに生成された渦電流場における渦電流の経路長を短縮するとともに電気抵抗を下げる。

基本的な発明の思想は、閉磁気回路の磁束を二重に用いることによって、渦電流を増幅させる２倍の反対電圧を溶融流れに誘起することが可能であり、鉄心における磁気抵抗およびそれ故に内部損失もまた、二分割されるという事実に基づいている。

磁束を二重に用いる多数の個別の閉磁気回路が一つずつ配置されている場合は、各々磁場との２倍の相互作用を有する増幅された渦電流場の数の不釣り合いに大きな増加による、不釣り合いに急な磁束勾配によって、及び、電気誘導コイルの誘起効果の二重利用によって、溶融流れに対する影響が不釣り合いに大きく増大する。この多重利用および溶融流れにおける個々の渦電流場の中の渦電流の関連した分配は、溶融流れに作用する力を増幅させるのに、同様の波及効果がある。

上述の方法に従って機能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を、線図を参照して以下に説明する。

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定まった極性を有する磁場を備えた、同時出願の特許文献１に係る調整装置の透視図である。 図１に示す調整装置によって生成された磁場の磁束強度曲線を、溶融流れの磁場の作用領域の全長に亘って示すダイヤグラムである。 本発明に係る調整装置の第１実施形態の透視図である。 図３に示す調整装置によって生成された２つの磁場の磁束強度曲線、及び、第１の調整装置と同一の構造で且つ第１の調整装置の下流に配置されたさらなる調整装置の２つの磁場の磁束強度曲線を示すダイヤグラムである。 調整装置のさらなる実施形態の透視図である。 溶鉱炉における湯出口チャンネルの流出開口の前の、調整装置の配置を示す図である。 電気誘導コイルの影響を誘起する磁束の二重利用の概略図である。

図１に示すように、溶鉱炉の湯出しの際、定まった極性を有する磁場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を減速するために好ましく用いられる調整装置１は、溶融流れ２を案内するためのパイプ１０形式の輸送要素９を収容できる隙間８を形成する２つの極６，７を有するヨーク５の形式で構成される強磁性物質から成るコア４を備えている。２つの誘導コイル１１，１２は、磁力線１４で示される定まった極性の磁場３を、２つの極６，７の間に備える閉磁気回路１３を生成するために、ヨーク５に配置されている。

溶融流れ２は、領域１５で磁場３に入り、且つ、領域１６で再び出る。溶融流れ２が磁場３に入ると、電圧１７が磁力線１４と垂直な平面内で溶融流れに誘起されるとともに、レンツの法則に規定されているように、この電圧が溶融流れ２の中に軸方向の渦電流１８を生じさせる。磁場３と渦電流１８との間の相互作用は、溶融流れ２の中にローレンツ力１９を発生させ、ローレンツ力は溶融流れ２の流れ方向ａと反対方向に作用し、且つ、それ故に溶融流れ２に制動効果を与えるので、溶融流れの流速が下がる。

溶融流れ２が磁場３の出口領域１６を出たとき、流れの中に渦電流２０が引き起こされ、そして今度は、これらがまた磁場３との相互作用によってローレンツ力２１を生じさせるとともに、これらの力がまた溶融流れ２の流れ方向ａとは反対方向に作用し、これにより、溶融流れ２が磁場３に入る領域１５において、ローレンツ力１９の制動効果に加えて、これらの力が制動効果をもたらす。

この効果をより明瞭に説明するために、図１の誘導電圧１７及び渦電流１８，２０は、水平面から鉛直面へ９０°回転させて示されている。

図２のダイヤグラムは、図１に係る調整装置１を用いて生成された磁場３の磁束強度曲線を、溶融流れ２での磁場３の作用領域の長さＬに亘ってテスラで示す。鉄の磁気飽和は、２テスラを超える磁束強度がもはや経済的に正当化できない手段によってのみ達成可能であることを意味する。曲がった磁力線１４で示される、極６と極７との間の隙間８における磁場３の広がりは、磁束強度曲線が極６と極７との間の隙間８の両縁向かって広く浅く走ることを意味する。渦電流１８，２０の原動力として作用する電圧１７が、その強度及び両極性を反映して、磁場３の範囲内で溶融流れ２に誘起され、これにより、渦電流は磁場３の外側でしか電気回路を閉じることができない。磁束強度の減衰の減少した勾配は、長い電流路を備えるより広い渦電流場１８，２０をもたらす。この比較的長い経路長を反映して、比較的大きい電気抵抗が生じるとともに、今度はそれに応じて渦電流強さが弱められる。

渦電流と磁場との間の相互作用によって生成される力は、とりわけ渦電流の強度に依存しており、そして更に渦電流の強度はとりわけ電流路の長さに依存している。電流路が短い程、電気抵抗が低くなるとともに、その他の条件がすべて同じ条件で生成された渦電流がそれに応じて大きくなる。磁場の外側に出るまで電流路は通常閉じることができないので、端部で０に向かってできるだけ急激に減少する磁場は、これらの目的上理想的である。しかしながら、実際には、図２からはっきり分かるように、磁場は広範囲に広がる。

さらに、標準的に作り出された電流路上の渦電流は、１度しか磁場と相互に作用せず、それ故に１度しか力を発生させない。

それ故に、仮に２つの異極性を有する磁場が、磁力線が溶融流れを横方向に横断するように、互いに近接して置かれた場合には、以下の利益が得られる。

１．磁場は、逆の第２の磁場の方向で端部に向かう、可能な限り急勾配の傾きを有しており、それ故に、図４に示すように、可能な限り最短の電流路を生じさせる。

２．隣接した磁場は異極性を有しているので、同じ渦電流ループへのその効果が同方向で且つ増幅する／倍増する。この現象は、以下の図４の説明において詳細に説明される。

特に溶鉱炉の湯出しのときに、溶鉱炉の湯出口チャンネルの中で溶融流れ２の流速を調整するために及び当該溶融流れ２を減速するために用いられる、図３に代表される新しい調整装置２２は、２つのヨーク２４，２５から構成される強磁性物質から成るコア２３を備えており、かかるコアは、各々２つの極２８，２９；３０，３１を有するとともに、一つずつ並んで配置された２つの極対２６，２７を備えている。２つの極対２６，２７は、その中を溶融流れ２が通り且つパイプ１０又は溝の形態を採る輸送要素９を収容するための、一つずつ配置された２つの隙間３２，３３を形成する。４つの誘導コイル３８〜４１は、２つの極対２６，２７の極２８，２９；３０，３１の間に閉磁気回路４４の２つの磁場４２，４３を発生させるために、コア２３の２つのヨーク２４，２５の４つの磁極片３４〜３７に配置されており、これらの磁場は溶融流れ２の流れ方向ａに一つずつ並んで配置されていて、２つの磁場４２，４３の極性は一定不変且つ正反対である。磁場４２，４３は溶融流れ２の中に正反対の電圧４５，４６を誘起する働きをし、それによって、２つの外側の渦電流場４７，４９の間の中央渦電流場４８の電流の強さにおいて相互増強効果が得られるように、溶融流れ２の中に３つの渦電流場４７〜４９が軸方向に一つずつ生成される。磁場と渦電流との間の相互作用は、溶融流れの中に生成される力を引き起こし、かかる力を溶融流れの流速を減少させるために用いることが可能である。

調整装置は、溶融流れに作用している制動力を増大させるために、溶融流れの磁場の作用領域の長さに亘って、必要に応じて偶数の極対を加えて拡張することができる。

図４のダイヤグラムは、実線で示される、溶融流れの磁場の作用領域の長さＬに亘って調整装置２２によって閉磁気回路４４に生成される２つの磁場４２，４３の磁束密度曲線と、破線で示される、第１調整装置２２と全く同じ構造で且つ第１調整装置２２と接続される第２調整装置の両磁場の磁束密度曲線と、をテスラで示している。

図４におけるグラフの実線は、図３の調整装置２２において磁束が２度用いられること及び閉磁気回路４４に異なる極性を備えていることを説明している。このことは磁束の密度を増大させる効果を有しており、その結果、渦電流の強度がそれに応じて増大される。閉磁気回路の二重利用が逆方向で生じることは、正負の両流れ方向で磁束が有効であること意味している。それ故に、渦電流を生成するために用いられる磁束密度が、同じ磁気回路において、約２テスラから４テスラへ増大する。さらに、図４に示す領域５０における磁束減衰勾配は２つの磁場４２，４３の間で特に急である。このようにして、渦電流の経路長およびそれ故に電気抵抗が小さくなり、その結果、その分だけ電流の強さが増大する。

図４の実線および破線は、図３に示すように一つずつ配置され、各々磁束を二重に用いる２つの連続した閉磁気回路を備えるた２つの調整装置による磁束密度を、溶融流れの磁場の作用領域の長さに亘ってグラフ化したものを示す。図４は、閉磁気回路を有する調整装置が２つの平坦な勾配の間に磁束密度の急勾配の曲線を生じさせること、及び、各磁気回路において磁束を二重に用いる２つの閉磁気回路を有する２つの調整装置が一つずつ配置された場合には、２つの磁束密度の緩やかな曲線の間に３つの急勾配の曲線が生成されることを示している。その結果、効果が明らかに不釣り合いに大きく増大する。

図３に係る調整装置２２では、隙間３２，３３は極２８，２９及び３０，３１の間に位置しているとともに、隙間３２，３３に存在している磁場４２，４３が隣接している。磁場４２，４３は領域５０において密接に束ねられており、高い磁束密度にも拘わらずそれらはお互いに衝突する。それに応じて短縮された渦電流の電流路および渦電流の二重作用から、溶融流れへの電磁気的影響の効果が２倍以上になるという結果になる。

図５は、図１に示す２つの調整装置１が一つずつ接続された、調整装置の他の実施形態５１を示す。

調整装置５１は一つずつ配置され且つ強磁性物質から作られた２つのコア４，４を備えており、当該コアは隙間８を形成する２つの極６，７を有するヨーク５を備えており、また特に溶融流れ２のための溶鉱炉の湯出口チャンネルである輸送要素９が、一つずつ並んで配置された２つの隙間８，８を通過している。調整装置５１にはまた、２つに分かれた、閉じていて且つ反対の磁気回路１３，１３ａに、縦に並び且つ異極性を有する２つの磁場４２，４３を発生させるために、両ヨーク５，５の各磁極片に２つの誘導コイル１１，１２が装備されており、溶融流れ２に作用する制動力を生成するために、かかる磁場４２，４３が溶融流れ２の中に軸方向の渦電流を発生させる。

１つの閉磁気回路で磁束の二重利用を伴って機能する、図３に示された調整装置と比べると、図５の調整装置５１は、一つずつ配置された２つの閉磁気回路で磁束を単独で使用し且つ効果の度合いが低いことを露呈するが、この調整装置によれば、１つの閉磁気回路および磁束の単独利用を伴う図１の調整装置に比べて、溶融流れの中で渦電流の大幅な増幅が達成される。

磁気回路の磁束の最大限の多重利用のために設計された調整装置は、偶数の極対でしか機能できないのに対して、多数の磁気回路において磁束を単独で使用する調整装置は、偶数と奇数の両方の極対で機能することができる。状況に応じて、調整装置もまた、より容易に限定された空間に適応させることができる。

補助装置として様々な調整装置２２，５１を、それぞれ湯出口チャンネル又は廃液チャンネルの周りの、溶鉱炉湯出口チャンネルの流出開口の前に、又は、溶解炉廃液チャンネルの流出開口の前に据え付けることが可能である。

図６は、溶鉱炉湯出口チャンネルの流出開口の前に縦に並んで配置されれた、２つの図３の調整装置２２の配置を示す。各磁気回路における磁束の二重利用のための４つの隙間８を備える２つの閉磁気回路４４は、ケーシング５２の内側に並んでいる。溶融流れ２は、溶鉱炉湯出口チャンネルから流出するとともに、４つの極対２６，２７；２６，２７の間の４つの隙間８を通過するパイプ１０の中を流れ、両磁気回路４４の磁場が長さＬに亘って溶融流れ２に作用する。

図７は、パイプ１０の中を流れる溶融流れ２の中に渦電流を発生させるべく、磁束の二重利用を伴う閉磁気回路を作り出すための鉄心を備えた誘導コイルの複数配置の中の、各々鉄心を備えている３つの誘導コイル５３〜５５を示す図である。コイル５３〜５５は、反対の極性によって交互に駆動されなければならない。どの場合も右半分のコイル及び左半分のコイルの電流方向、並びに、それから結果として生じる磁束５６の方向は、図に示されている。上段中央のコア５７及びその磁束に関して、その付随しているコイル５４のみならず、この面内では左側のコア５８のコイル５３の右半分のコイル及びコア５９のコイル５５の左半分のコイルも効果がある。それ故に、この例では、右側のコア５９のコイル５５の左半分のコイルは、右側のコア５９への影響も中央のコア５７への影響も生じさせる磁束を有している。同じ原理が複数配置における全ての半分のコイルに当てはまり、その結果、表示面内では、右端および左端の半分のコイルを除いて、全ての半分のコイル及びそれらを流れる電流から二重利用が作られる。このようにして、さらに不釣り合いに大きな効果の増大が達成される。

Claims (8)

1. 溶鉱炉や溶解炉の湯出しのときに、磁場によって、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方法であって、
   磁力線が上記溶融流れをその全横断面に亘って横方向に貫通し且つ磁場によって反対電圧が上記溶融流れの中に誘起されるように、当該磁場が互いに反対の定まった極性を有した状態で、且つ、上記電圧が上記溶融流れの中に軸方向に一つずつ配置された少なくとも３つの渦電流場を引き起こした状態で、溶融物の流れ方向に一つずつ並んで配置された少なくとも２つの磁場を通る、閉じた輸送要素の中で上記溶融流れが送られ、
   上記磁場と上記渦電流との間の相互作用が、上記溶融流れの流速を遅くすることができる力を、上記磁場の強さに応じて発生させ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、
   中央の渦電流場の電流の強さに相互増強効果を生じさせるように、閉磁気回路の磁束が、上記溶融流れの中において、２つのコアの各ヨークに含まれる２つの極のそれぞれの間に発生する２つの反対磁場の、磁力線と垂直な平面内で誘起される２つの反対電圧を含んでいることを特徴とする方法。
3. 請求項１記載の方法において、
   一つずつ配置された２つの閉じた磁場からの磁束の結果として、中央の軸方向の渦電流場の電流の強さに相互増強効果を生じさせるように、上記溶融流れの中において、２つのコアの各ヨークに含まれる２つの極のそれぞれの間に発生する２つの反対磁場の、磁力線と垂直な平面内で電圧が誘起されることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法において、
   磁気回路の２つの極の間の隙間の外側縁に向かう磁束の減衰勾配ができるだけ大きくなるように、且つ、互いに接近した当該隙間の位置が、上記溶融流れで生成された渦電流場で渦電流の経路長を短縮するように、上記溶融流れに作用している磁場が、縦に並んで当該隙間に配置され、且つ、電気抵抗が下げられるという事実によって特徴付けられる方法。
5. 請求項１、３及び４のいずれか１つに記載の方法に従う、溶鉱炉や溶解炉の湯出しのときに、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、
   各々隙間(8)を形成する２つの極(6,7)を有するヨーク(5)を備え、縦に並んで配置される当該両隙間(8,8)を溶融流れ(2)のための輸送要素(9)が通過する、縦に並んで配置された、強磁性物質から成る少なくとも２つのコア(4,4)と、
   上記溶融流れ(2)に軸方向の渦電流を引き起こす縦に並んだ、上記溶融流れ(2)に作用する制動力を生じさせるための異極性の２つの磁場(42,43)を、２つに分かれた閉じた反対の磁気回路(13,13a)に発生させるために、上記２つのヨーク(5,5)の上記各磁極片に配置された２つの誘導コイル(11,12)と、を備えることを特徴とする調整装置。
6. 請求項５記載の調整装置において、
   偶数個および奇数個の極対を加えて拡張することができる拡張機能を有することを特徴とする調整装置。
7. 請求項５及び６のいずれか１つに記載の調整装置において、
   補助装置として調整装置が溶鉱炉湯出口チャンネルの流出開口の前に又は溶解炉廃液チャンネルの流出開口の前に配置されることを特徴とする調整装置。
8. 請求項５及び６のいずれか１つに記載の調整装置において、
   調整装置が溶鉱炉の湯出口チャンネルの周り、又は、溶解炉の廃液チャンネルの周りに配置されることを特徴とする調整装置。

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