JPH02118396A - バツチ材料を溶融および均質化するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 灸ＳＯ次Ｉ 本発明は、１ｒＬ気炉内におけるハツチ材料の溶融およ
び均質化に関する。さらに詳しく述べれば本発明は、溶
融材料とコロナ放電を起こす関係に位置した電極チップ
の相対的な連動により、溶融材料を攪拌し、均質化する
改良された方法に関する。

＆艶Ω五１ 電気炉は、長年にわたって、鉱石、スラグ、ガラス、酸
化物、岩石および酸化性廃棄物などの、熱的に溶融し得
る物質を溶融するのに使用されており、バッチの溶融条
件を最適化するために、数多くの異なった設計の炉か開
発されている。鉱石や金属を含む材料の場合は、グラフ
ァイトまたは炭素電極が、イン−ライン配置または中央
デルタ型配置の変形における電極による、単相および多
相運転を含めて、各種の組み合せおよび配置で使用され
ている。ガラスまたは酸化物溶融の場合は、モリブデン
、タングステンまたは酸化スズ酸の深く浸漬した電極を
、やはり各種の幾何学的および電気的相配置で、使用し
ている。

クラファイトまたは炭素電極を使用する場合には、溶融
面よりも十分上に置き、電極アークから生じる熱を周囲
のバッチまたは仕込み材料に吸収させている。電極チッ
プを取り巻くバッチ材料の深さか約６インチを越える炉
は、電極チップから溶融面までのアーク柱かバッチ材料
に潜っているという事実を明確にするために、「浸漬ア
ーク」炉という。

浸漬アーク炉の特徴の一つは、電極チップが溶融面より
Ｌ方に埼インチ以上、通常４〜ｌＯインチ程度離れたと
ころに位置していることである。このような炉ては、ア
ーク柱からの熱が、先ず溶融面に伝わりそれから仕込み
材料へと間接的に伝わるのではなく、直接仕込み材料に
確実に伝わる。この構造では熱か効率的に使用されるが
、浸漬アーク炉に使用する仕込み材料は、大きさと粘稠
度を注意深く調整し、材料が徐々に溶融し、炉の中に沈
み込んでいく時に、反応ガスか安全に脱出できるように
する必要かある。

浸漬アーク炉と対照的に、グラファイトまたは炭素電極
を溶融したスラグ層の中に浸漬して炉を運転てきること
も知られている。しかし、炭素を含む電極を冷却せずに
、溶融物中に約２インチ以上浸漬するのは、炭素を含む
電極と溶融物が急速に反応し、電極の消耗がひどくなる
ので、好ましくない。ルバッティ（Ｌｕｂａｔｔｉ）所
有の米国特許第２，５９１，７０９号て提案されている
ような、炭素を含む電極の冷却は、溶融物による過剰の
電極スカル形成および電極冷却液への過剰の熱損失のた
めに、深く浸漬する場合には満足できる方法ではない。

電極を過度に消耗させずに、溶融物と密着させる利点を
生かすために、ウディ（Ｕｄｙ）所有の米国特許第２，
８０５，９２９　　ｐ、および第２．８０５，９３０号
では、電極チウプは、溶融面ｈ３４インチから溶融面の
下２インチを越えない範囲に位置するように指定してい
る。

さらにオールズ（Ｏｌｄｓ）ら所有の米国特許第：ｌ、
５２２．：１５６号ではウディの配置による電極チップ
の正確な位置決めに関する公式を展開している。

オールズらの特許は、さらにこの方法で位置決めした電
極からの放電はアーク放電ではなく、コロナ型の放電で
あることを示している。

ストリプリン（Ｓｔｒｉｐ！ｉｎ）、　Ｊｒ、ら所有の
米国特許第２　、７４４　、９４４号で指摘されている
ように、浸漬アーク炉の運転は、Ｎ根と電極柱を固定し
、炉の外壁をゆっくり回転させることによって、改善で
きることが分かっている。

浸漬アーク炉の多くが、原理的に微細なバッチ材料を大
量に仕込むことができるように回転する外壁を採用し始
めている。回転を非常に遅くすることにより、微細な材
料の焼成か早くなり過ぎるのを防ぎ、回転しない鉄合金
炉てよ〈見られるような、破滅的な爆発を起こさずに、
仕込み材料を制御しながら溶融できると考えられている
。そのような炉に使う回転外壁の開発は、電極と溶融浴
との間ではなく、電極と周囲のハツチ材料との間の相互
作用にのみ注意か向けられている。その結果、外壁の回
転時間は非常に長く、通常、回転するのに一日から二日
かかる。これは毎分０．１から０．２度の角速度に相当
する。

ガラスや酸化物溶融の場合、炭素を含む電極てはなく、
完全に浸漬する金属や酸化スズの電極か一般に使用され
る。そのような溶融用途向けの電極には、長方形や丸型
を含めて、多くの異なった形状があり、それぞれ様々な
配置で使用されている。これらの電極は、溶融条件を変
える手段として、水平または垂直方向に調節できるよう
に作られており、炉のＦ部から、側壁を通して、あるい
は底部から挿入てきるように設計されている。これらの
特徴の幾つかが、コー”ネリウス（Ｃｏｒｎｅｌｉｕｓ
）　　所有の米国特許第２．０８９，６９０号、マクム
ラン（ＭｃＭｕｌｌｅｎ）所有の第２，６８６，８２１
号、ルセウク（い＋ｃｃｋ）所有の第：ｌ、５：１９，
６９１号およびフォーフナ−（Ｆａｕｌｋｎｅｒ）ら所
有の第３，９８３，３０９号に見られる。

さらに、オールズ所有の米国特許第 ４．３５１，０５４号は、そのような浸漬電極相互の、
水平および垂直方向の最適な間隔について記載している
。１部が開いた炉容器の上に伸ばした支持アーム上に電
極を取り付け、そのアーム自体は水平および垂直方向に
：Ａ節できるように取り付けてあり、電極を正確な位置
にあわせることができる。炉容器の大きさ、使用する電
力の強度、および炉の望ましい運転温度などの変数を考
慮に入れて、電極を理想的な位置に合わせることにより
、溶融速度を改善し、溶融装置の寿命を長くすることか
できる。

溶融装置の性能を改良するための他の手段として、電極
を機械的な攪拌機として使用する方法があるが、その例
としては、ツバツク（Ｎｏｖａｋ）ら所有の米国特許第
４，０５５，４０８号、ベレット（Ｐｅｌｌｅｔ）ら所
有の第：ｌ、８１９，３５０号、およびルセック（Ｌｕ
ｃｅｋ）所有の第：ｌ、５：１９，６９１号がある。溶
融物を攪拌し、混合するためのそのような機械的手段に
は、電気的エネルギーを回転する電極柱に伝えるための
電動回転機を必要とするという明かに不利な点がある。

そのような回転機は、特に高温で過酷な、溶融装置を取
り巻く環境下で維持するのか困難である。

さらに、粘性の溶融物は、機械的に動かすのか困難で、
溶融装置全域にわたって十分均質化するのに、膨大な社
のエネルギーか必要である。

溶融装置の外壁または周辺機器またはその両方を回転さ
せるための他の多くの考え方が、例えばラブツキ（Ｒａ
ｄｅｃｋｉ）所有の米国特許第４，６７６．８１９号の
様に、その時々に提案されている。しかし、これらの提
案はすべて。

溶融装置自体の中の溶融物を十分に均質化させることか
できない。必要とされるのは、先行技術の提案に伴う欠
点無しに、混合を改善し、溶融物をより十分に均質化す
るための、簡単で経済的な手段である。

スラグまたは酸化性溶融物の層に接触している電極から
発する電気的コロナ型放電に通常伴う熱的対流の力の他
に、攪拌する力かあることか発見された。これらの他の
攪拌力の驚くべき点は、その性質が熱的な対流の力だけ
によるものであったならば、溶融物をその表面に直ちに
押しあげるであろうが、それをしないことにある。むし
ろ、その力は溶融物を水平方向に、外側の炉壁に向かっ
て押し除け、そこて溶融物は冷却されてから、炉の中央
に循環される。これらの他の力はその性質Ｅ、電磁力に
よるものと考えられるので、ここでは、電磁攪拌力と呼
ぶことにする。そのような電磁攪拌は、電極加熱に伴う
唯一の混合力と考えられていた通常の熱的対流攪拌より
も、溶融物の混合および均質化において。

著しく効果か高いことが分かった。

さらに、これらの電磁流は、溶融物中に熱的反応区域を
形成し、その面積は、溶融装置に課する電力、電極配置
および溶融物の融点、粘度、等の物理的なパラメータに
より左右されることか分かった。電極を溶融物表面に向
かって著しくＦげると、これらの反応区域は、カーボン
およびグラファイトニュース、１９５８年、４１５月号
の「浸漬アーク炉の設計と構造」と題する、Ｗ、Ｈ，ケ
リー（にｅｌｌｙ）の記事中で考察されているように、
電極と同心円状の輪として生しる。しかし、電極が溶融
物表面に接触し、さらに溶融物中に下降すると、反応区
域はその性質上驚く程変化し、ケリーが説明している円
形から水平方向に歪んだ長円形に変化し、円形のデルタ
形になることが分かった。この変化は進行性て、溶融物
表面における円形区域て始まり。

電極チップの高さでは長円形に変形する６チツプが溶融
物表面から下方に３インチ以上浸漬した電極では、実際
に三次元的な電磁攪拌効果か見られ、二つの型の反応区
域の組み合わせになり、溶融物の上層は、溶融物表面を
通過する電極脚により影響される円形区域を形成し、下
層は上記の円形デルタ形を形成する。

適切な設計と正転上の配慮により、電磁攪拌力は、溶融
と均質化の効率を著しく高めることが分かった。溶融物
と電極との相対運動を適切に制御することによって、反
応区域を移動させ、溶融装置全域を有効に使い、材料を
迅速に、均一に溶融することがてきる。

望ましい相対運動に開毛ては、多くの設計トの考え方が
ある０円形炉に関しては、電極または外壁のどちらかを
一方向に連続回転させるのが最も望ましいであろう、明
かに、電極に対する電気的および冷却水の接続が必要な
のて、電極を一方向に連続回転させるのは困難である。

他方、低電力密度の円形炉では、側壁および底部を空気
冷却することができる。そのような外壁は、ここに記載
する回転時間を使用する限り、効果的に一方向に連続回
転させることができる０回転方向は、電極または外壁が
相互に同心円状に一方向に回転し、次いて反対側に回転
するように逆転させることがてきる。望ましい場合には
、外壁と電極の両方を同時に反対方向に回転させること
もできる。

回転方向を逆転する場合、最適の結果を得るには、移動
する角距離は、使用する電極の数で３６０”を割った値
に等しくすることが重要である。これによって、゛電磁
攪拌パターンか円形溶融装置の全溶融区域を最も効果的
に使用することができる。

側壁を通して連続的に出湯する必要がある場合には、外
壁の回転は適当ではない。また、底部オリフィスを通し
て連続出湯するのが望ましい場合にも、出湯口を水で冷
却するために、外壁を回転させることはできない。

電極と外壁の望ましい相対超動を行うための各種の設計
が可能である０例えば、電極を、炉と同心円状の絶縁し
た懸垂リングに固定することかてきる。リングが回転す
るにつれて、電極か回転するだけでなく、リングが材料
を溶融物の表面上にまき散らすのにも役立つ。

しかし、電極が容器の中心を回転する、または容器自体
か連動するような炉の配置を開発し、実行するための過
剰な費用をかけずに、相対的な電極移動の利点を得るに
は、複数の電極を炉の中に配置し、炉の運転中に移動さ
せ、電極チップの作用する溶融区域を増し、容器中の溶
融物質に攪拌効果をもたらす。好ましい実施形態では、
電極は、炉の上部に伸ばした支持アームに取り付ける。

アームは、炉の容器から離れた地点に軸受けしているの
で、電極チップは、容器の中央部と支持アームか上部に
延びている側壁との間で、円弧を描きなから移動する。

この運動により、固定した電極ては通常はとんど攪拌さ
れない溶融装置の区域を通して、溶融物表面からド側に
３インチ未満浸漬した゛電極チップが作り出す溶融円か
移動する。

水平断面か円形ではなく、多角形の容器を使用すること
によって、溶融装置の有効区域をさらに増すことができ
る。従って１例えば、Ｌ記の配置におけるように、３本
の電極を浅い位置に置く場合、一般に六角形の断面を持
つ容器ては、溶融区域か溶融装置内をより大きく移動で
きることになる。

本発明のもう一つの実施形態では、溶融面から３インチ
以上、下方に位置する電極チップが複合運動をする。容
器の中心部へ向かう、および中心部から離れる電極の動
きか。

支持アームの旋回運動、つまり角度的な動きと一緒にな
ることにより、電極チップが、本質的に、容器中心部と
同心円になった円弧状の経路を通るようになる。この配
置により、容器の中心部の回りに電極を回転させること
によって達成される運動と同等の電極の運動を１通常そ
のような連動をさせるのに必要な、高価な装置を使用せ
ずに、効果的に行わせることかできる。さらに、電極を
、支持アームの旋回運動と調整しながら、垂直方向に移
動させ、攪拌を強化することがてきる。

本発明のもう一つの特徴は、電極チップか移動する時に
、お互い同士の正確な、幾何学的なバランスを保ち、あ
るいは多相゛還流の相間の等しい層抵抗のバランスを保
つ様に、＊極に調整した。同期連動を行わせることであ
る。

本発明の他の特徴および性格、ならびにその各種の利点
を以下により詳しく説明する。

々−ましい−ｌハのｚｌ 第１図に関して１本発明の一実施形態では、炉（ｌＯ）
は、容器（１２）から成り、底部の中央に出口構造（１
４）を持つ。この出口（１４）と中心を合わせた針機構
（１６〕か設けてあり、この技術ではよく知られている
ように、出目の開閉を制御する。チップ（２２）を持つ
電極（２０）が、適当なりランプ（２４）または他の取
り付は装置により支持アーム（２６）の自由端に取り付
けである。チウプは望ましい様式で機能するいかなる形
状ても良いが、丸型または角型、すなわち断面か円形ま
たは長方形になっているのか好ましい。電極（２０）は
、支持アーム（２６）に取り付けた導線（２８）を通し
て、図に示しＣはいないが、この技術では良く知られた
電源装置に接続している。支持アーム（２６）は、（３
０）て支持板（３２）に接続している。分かり易くする
ために第１図ては、ただ一つの支持アームと電極機構だ
けを示しであるが、そのような機構が複数個装備されて
いるものと理解すべきである。

支持板（３２）には、支持柱（３６）に沿って、安定し
て暇直に往復運動てきるようにガ・イドローラー（３４
）が付いている。支持板は、後でさらに詳しく説明する
駆動歯車列を動かずモーター（３８）により移動する。

支持柱（３６）には、ネジ山を切っであるブツシュ（４
０）か付いており、ネジ（４２）と噛み合っている。モ
ーター（４４）かネジ（４２）を回転させると、支持柱
（３６）は容器（１２）の方へ向かって、または容器か
ら離れるように移動し、支持アーム（２６）の端にある
電極（２０）を同じように移動させる。

第２図および第３図に示すように、容器（１２）は水平
断面か円形て、３本の支持アーム（２６）かあり、それ
ぞれ電極（２０）を備えている。支持アーム（２６）は
、容器の中心から、およびお互いから等距離にあり、角
度的には１２０”の間隔を置いて、配置されている。

容器は上部か開放されており、電極か容器内に伸び、以
下にさらに説明するように、容器内を移動できるように
なっている。通常運転されるように、溶融すべきハツチ
材料は、この技術において良く知られた適当な材料供給
′ｆ−段により連続的に供給し、未溶融材料の層（４６
）を形成する９この層の底面か融解し、ガラスや耐火性
成分などの溶融した材料の一部になると、この層のヒに
追加の材料か供給され、炉の運転中は、Ｆめ決められた
醗に層の厚さを保つ。この層は、溶融材料から逃げ出す
熱を吸収し、溶融工程をより効率的にしている。

容器（１２）の外面は、側壁（５０）および底壁（５２
）を備えた標準型の金属外壁（４８）から成る。外壁は
必要なら通常の手段で冷却てきる。外壁を絶縁している
のは、容器内の溶融材料と相容性のある適当な耐火性材
料（５４）の層である。この技術で良く知られているよ
うに、耐火材料は、溶融材料から形成されるスカルを含
んでいても良い。

ここで第１図と第４図に関して、支持板（コ２）は、内
側にネジ山な切ったブツシュ（５６）を持ち、これかネ
ジ軸（５８）と噛み合い、モーター（３８）への適当な
連結手段を介して、どちらの方向にも回転できる。フッ
シュ（５５）は、ｉｌｌ当な手段により支持板（３２）
に固く接続しである。ネジ（５８）か回転すると、板か
ト丁に移動し、支持アームと電極の組み合わせを一緒に
移動させる。このようにして電極チップ（２２）は、炉
の最ａＸ転のために正確に位置合わせできるが、このこ
とは別の理由から以ドに詳しく説明する。

第１図、第５図および第６図に示すように、支持アーム
（２６）は、支持板（３２）上にピン（３０）て回動可
能に取り付けである。アームを回動するには、どのよう
な適当な手段でも採用てきるが、そのような−手段では
、支持アーム（２６）の−・端に接する支持板（３２）
　ｈにモーター（６０）を備えている。モーター（６０
）に接続したネジ（６２）は、ピン（３０）のネジ山を
切った上端（６４）と噛み合っている。ピン（３０）の
他端は、支持板（３２）中の′ａ当なフ・ンシュ（５６
）に回動ｏＪ能に軸受してあり、ピンの中央部には、適
当なくさび機構（６８）により支持アーム（２６）に固
定しである。ネジ（６２）か回転すると、ビン（コ０）
が回転し、接続した支持アーム（２６）が旋回する。モ
ーターを反対方向に回転させると、支持アームは、ｆＪ
ＳＳ図の実線で示すその通常位置から第５図の破線で示
す位置に旋回する。

ここて第７図に関して、円（７０Ａ、７０Ｂおよび７０
Ｃ）は電極チップ（２２Ａ、　２２Ｂおよび２２Ｃ）に
よって、溶融面のド３インチ未満の深さて作られる溶融
円、つまり電極チップか作用する溶融区域を示す。電極
チップの位置は、第２図に示す３木の電極配置に対応し
、その電極は、水平断面が円形の容器の中心の回りに等
間隔で配置しであるのが分かる。電極を静置する場合は
、溶融区域は図に示したままに留まり、その他の区域は
すべて、本質的に、溶融材料か適切に攪拌されていない
、死空間である。しかし、上記のように支持アームな旋
回させることにより、゛電極チップ（２２Ａ）はその本
来の位置から破線で示す位置（２２八’２２Ａ”）　　
に移動する。電極チップの位置（２２八’　、２２Ａ”
　）に対応する円（７０Ａ’　、７０Ａ”　）から、そ
のような運動は、容器の側壁を過度に加熱しないように
溶融円を小さく保つが、静止電極よりも本質的に大きな
溶融区域を覆うことか分かる。電極（２２Ｂ）および（
２２Ｃ）の旋回運動に対応する位置は、第７図を乱雑に
して判読しに〈〈シないように１図には示していないが
、溶融円（７０ｆｌ）および（７０Ｇ）のそれぞれが溶
融円（７０＾）と同様に動くことが分かる。この電極移
動全体の効果により、側壁への熱損失を増大させずに、
溶融装置の熱的に活性の部分か大幅に増加する。モータ
ー（６０）か駆動軸（６２）を交互に反対方向に回転さ
せることにより、全電極が、支持アームの旋回により決
定される円弧に沿って、同期運動する。

第８図には、第７図の浅い旋回電極配置の改良型を示し
ている。この配置では、断面か円形の容器の代わりに、
水平断面が六角形の容器（７２）を使用している。この
配置では、電極か作り出す溶融円によって覆われない、
または撹拌されない溶融装置の区域はさらに少なくなっ
ている。見易くするために電極チップはその本来の始動
位置には示しておらず。

その′電極チップの本来の始動位置に対応する溶融円も
示していない。従って、円（７０Ａ’　）および（７０
Ａ”　）は、図面で（２２Ａ’　）および（２２Ａ″）
て示される、最も大きく移動した位置にある電極チップ
によって作られる溶融円に対応している。同様に、円（
７０Ｂ　’７０１３”、　７０Ｃ′および７０Ｇ”）も
、図面で（２２１′、　２２Ｂ　”　、　２２Ｃ’　、
および２２Ｇ　”　）　テ示される電極（２２Ｂおよび
２２Ｃ）により作られる溶融円に対応している。

六角形容器に関連して３電極配置を図示しであるが、他
の多角形容器も使用できることは明らかである。しかし
、一般に、多角形の辺の敬は、電極数の倍数になるであ
ろう。

従って、例えば、二つの単相電流を流す４本の電極は、
六角形の容器に使用される。

第９図に関して１円形容器（１２）および３個の電極チ
ップＡ、ＢおよびＣの始動位置を１−７１示しである０
円（７４）は、容器の中心の回りを回転する電極の経路
に対応し、必要な装置の開発と実施に費用かかかりすぎ
ないならば、電極にとって理想的な経路であろう。電極
Ａの動きに当てはまる経路（７４）の拡大図を第１Ｏ図
に示す。また、第１Ｏ図には、電極Ａを取り付けた支持
アームを、前に説明したようにして旋回させた場合に、
電極チップか取るであろう経路（７６）を示す。他の実
施形態に関して説明した、電極の有利な旋回または角度
的な運動にもかかわらず、そのようにして形成された経
路（７６）は、より好ましい同心円上の経路（７４）を
辿らないことは明らかである。

しかし、本発明の一実施形態によれば、上記の装置を使
って、理想的な経路（７４）に密接に近似させることは
可能である。第９図および第１０図、および第１図、第
４図、第５図および第６図に関して、先ず電極チップＡ
を溶融装置中で、理想経路（７４）上の点に相当する点
に位置合わせする。これはモーター（４４）による支持
柱（３６）の適当な移動およびモーター（６０）による
支持アーム（２６）の旋回連動により容易に達成できる
。次いで、支持アームが経路（７６）に沿って、第１０
図でＡＩとして示す点まで旋回し、支持柱（３６）がモ
ーター（４４）により移動し、支持アーム（２６）が距
離（ＤＩ）に相当する距離だけ経路（７４）の方へ移動
する。これらの連動により、電極チップは。

理想経路（７４）上の点（Ａ２）に来る。同様にして、
支持アームは経路（７６）　ｌの点（Ａ３およびＡｓ）
まで旋回し、次いで理想経路（７４）の方に向かって適
当な距１！ＩＩ（Ｄ：ｌおよび０５）だけ移動し、電極
チップを理想経路上の点（Ａ４およびＡ６）に合わせる
。この一連の運動を、電極チップ（Ａ）か電極（Ｃ）の
方へ移動して到達できる。理想経路（７４）上の最も離
れた地点である。第９図の点（Ａ′）に達するまで続け
る。

この点は、次の電極（Ｃ）が電極（Ａ）の方へ旋回して
到達できる、理想経路上の最も離れた地点である。第９
図の点（Ｃ”）と一致している。上記のように移動する
３本の電極（Ａ、　ＢおよびＣ）は全体で、その本来の
旋回ＭＷｈが容器の中心から離れて行く円弧を描くにも
関わらず、全経路（７４）を移動できることが分かる。

この配置は、第７図および第８図で説明した電極の単純
な旋回運動では長円形の熱流パターンを効果的に配分で
きないような、深く浸漬した電極を使用するときに最も
効果的であることが分かる。

ここに説明した支持アームの動きは、アームを経路（７
６）に沿って、予め設定した円弧分だけ旋回させ、次い
でモーター（４４）を作動させて電極チップを理想経路
（７４）の方へ移動させても良いし、あるいは支持アー
ムかその円弧に沿ってゆっくりと旋回している間にモー
ター（４４）を作動させ、電極チップが事実上常に経路
（７４）の上にあるようにしても良い。どちらの場合も
、モーター（４４）および（６０）の作動は、この技術
に精通した者にはよく知られている、プログラム化でき
る論理制御装置により、容易に自動制御できる。電極間
の正確な幾何学的バランスを保つ、または多相電流の個
々の相間で等しい相抵抗を保つように、電極を移動させ
ることかできるようなプログラムやセンサーを設計する
ことかできる。

電極の複合運動の１期待される結果を確認するために、
多くの熱的研究な行ない、各種の炉や電極配置の溶融プ
ロファイルを求めた。最初の試験では、３０．５ｃｍ（
１２インチ）の耐火レンガで内張した直径３．６６１　
（１２フイート）の炉で、各３０．５ｃｍ（１２インチ
）直径のグラファイト電極を３本、それぞれ１２０’の
間隔を置いて周囲に配置した。電極の中央部は、溶融装
置の中心から６４．８ｃｍ（２５Ｈインチ）離し、電極
チ・ツブは溶融面から３．８ｃｍ（１％インチ）下まて
浸漬した。この炉では、鉄鉱石を溶融した。溶融面から
５．１ｃ＋＊（２インチ）下に置いた熱センサーにより
、十分な数の読みを取り、水平方向の温度プロファイル
を作成した。このプロファイルは、レンガの内張から内
側に延びた、混合と溶融が不十分な、大きな淀んだ区域
を示した。この溶融と混合が不十分な区域は、内張と電
極との間では薄く、電極と電極の中間では厚くなってい
た０本発明により、炉の中心の回りで、適当な速度で電
極を回転させると、電磁流が生じ、電極の後ろの高温区
域を電極間の溶融が不十分な区域に移動させ、溶融率を
向上させることが期待される。

第２の熱センサー測定を、２２．９ｃｍ　（９インチ）
の耐火レンガで内張した、直径３．０５１　（１０フイ
ート）のガラス溶融炉で行なった。炉の中心から５５．
９ｃｍ（２２インチ）の間隔をおいて設置した３本のモ
リフデン電極を使用して、代表的なソーダー−ホウ素繊
維ガラスバッチを溶融した。電極チップは、直径か１５
．２ｃｍ（６インチ）で、溶融面から３０．５ｃｍ（１
２インチ）下に浸漬した。

負荷電力は９６０にＷであった。熱センサーは、溶融面
から５．１ｃ■、１０．２ｃｓおよび２４．１ｃｍ　　
’（２，４および９繕インチ）下に設置し、各位置での
水平温度プロファイルを求めた。それぞれの場合で１個
々のプロファイルは、深くなるにつれて円形から歪んだ
長円形に変化したが、やはり側壁から内側に延びた、淀
んだ、溶融と混合が不十分な、広い区域があることが分
かった。ここでも、本発明により、炉の中心の回りに電
極を回転させることにより、各層で溶融物の均一性を高
め、溶融率および溶融均質性を向ヒさせることが期待さ
れる。

水平プロファイルに加えて、完全な断面を形成できる子
分な数の温度センサーを使用して、垂直方向の温度プロ
ファイルを作成した。この試験においては、直径１．５
２ｍ（５フイート）の炉中に３木の電極を、中央の底部
出湯オリフィスを含む三角形の中央ブロックから８．９
Ｃ■（３層インチ）離して。

１２０°の間隔をあけて設置し、耐火性組成物を溶融し
た。各電極のチップは１５．２ｃ重（６インチ）浸漬し
、炉は負荷電力３５０ＫＷで側転した。その結果、溶融
物と炉壁および炉床の間に、溶融物の表面まで延びた。

基本的に長円形の、溶融と混合か不十分な、大きな区域
か有るのが分かった。やはり１本発明により、炉の中心
の回りに電極を回転させることによって、垂直断面にお
ける溶融物の均質性が向上すると期待される。

熱的プロファイルから得た結論を確認するために、上記
の直径１．５２ｍ（５フイート）の炉で、５９％の５ｉ
ｎ２．３７％のＭｇＯ１３％のＣａＯおよび１％のＡｌ
２Ｏ３から成る溶融組成物を使って試験を行なった。電
極の中央は、溶融装置の中央から２５．４ｃｍ（１０イ
ンチ）ｆａシ、電極チップを溶融面から１５．２ｃ＋＊
（６インチ）下に浸漬した。直径５．１ｃａ（２インチ
）のモリブデン電極間に直径１０．２ｃ＋ｓ（４インチ
）で長さ７．６ｃｍ（３インチ）のモリブデン電極チッ
プを取り付けた電極をこの炉に設置した。溶融物は。

底部中央のオリフィスから連続的に排出させた。炉の外
壁を固定しＪ電極アームの小さな旋回と小さな半径方向
のＮ！！＋を組み合せ、電極を溶融装置の中心の回りに
回転させ、３個の電極チップか同時に溶融装置の中心の
回りに円運動するようにした。

電極チップは、その始点から一方向に ６０″の角距離だけ移動し、次いで方向を逆転して始点
に戻り、その始点を越えてさらに反対方向に６０°の点
まで移動し、再び６０″元の始点に戻る。この組み合わ
せ運動は、３本の電極すべてが同じ角速度で移動し、お
たがい同士で常に同じ相対位置を保つように同期化して
いる。

各種の角回転速度で、５回試験を行ない、次のような結
果を得た。

試験番号　　１２３４５ ′重力計　Ｗ　　２２０２４０．２：ＩＱ　２：１０２
００溶融速度 ｌｂｓ／ｈｒ 回転無し　３：１８　６０８　５４３　５４３　４７９
回転有り　　４４２　８３：ｌ　　６４７　６１２　４
６２回転有り１％　　＋３１　　＋３７　　＋１９　　
÷１３−４表の数字から、回転速度が毎分的１．５度以
ヒで溶融速度が著しく向上しているのが分かる。熱論、
最適な回転速度は、電磁攪拌の強度により異なるが、負
荷電力や溶融物の粘度によっても異なる。

上記複合電極運動は、溶融装置の中心の回りに円運動さ
せる上で、経済的な面から好ましい方法であるが、簡単
な回転運動により溶融装置の中心の回りに電極を移動さ
せ、同じ様に性能を向上させることも期待できる。第１
１図に示すように、これは、炉８０の上に位置する支持
リング７８を備えることにより達成できる。適当な歯車
装置などの、支持リングに回転運動を与える適当な手段
を使用することかてきる。例えば、リング７８の周囲に
ｍ７９を装備し、モーター８３て駆動する歯車８１を使
って支持リングを回転させる。

電極支持アーム８２は、図には示していないが、適当な
りランプてリングして支え、各電極支持アームには電極
８４が取り付けである。支持リング７８を望ましい角速
度で回転させることにより、電極は溶融装置の中心の回
りに円弧状に移動し、溶融をより効率的にし、溶融速度
を高める。

さきに提案したように、電極を固定した支持物に取り付
け、炉の外壁を回転させることによっても同じ結果か得
られる。この配置を第１２図に示すが、ここでは炉の外
壁（８６）の周囲に歯列（８８）を備えている。これと
噛み合う、モーター（９２）により駆動される歯車（９
０）が、外壁を旋回軸（９４）を中心に回転させる。

これにより、固定した電極支持アーム（９６）に取り付
けた電極は１回転する炉の外壁に対して相対的な回転運
動をすることになり、第１１図の配置におけるのと回し
効果をもたらす。

Ｌ記の方法で、電極が移動している最中に電極チップの
垂直位置を変え、容器中の電磁的および熱的な流れを変
えることにより、混合をさらに改善することかできる。

最適な条件は、設備の大きさ、溶融する材料、　’、ｔ
ｔ極の数、電力量、その他の変数により変化するので、
本発明の方法および装置に対する完全なパラメータを与
えることは不可能である。しかし、最初の電極間隔は、
米国特許第４，３５１，０５４号てオールズらが指示し
ている間隔が好ましい０本発明では、異なった物理現象
を利用しているので、回転速度は、浸漬アーク炉の技術
で使用される毎分０．１２〜０．２５度よりも著しく速
い。例えば１本発明によれば、溶融物の流れのパターン
における妨害のため、溶融工程を遅らせるために、毎分
約１度未満の回転速度が実際的であることか分かってい
る。毎分２０度を越える回転速度は、溶融速度にほとん
ど影響しない。このような高速度は、波を形成し、溶融
面のスカル形成や同化の原因となる場合には、溶融に悪
影響を及ぼす。最適な回転速度を採用している場合でも
、電極の動きにより過剰な熱放出を避けるために、溶融
物が常にパウチ材料の層により十分覆われているように
注意する必要がある。

本発明の機能を実行できる装置の図として、特定の炉の
設計を記載したが、電極や外壁の様々な運動を実行する
ための別な方法も採用できることを理解すべきである。

従って、一般に１本発明の好ましい実施形態を説明した
が、本発明の精神と特許請求の範囲から逸脱することな
く、実施形態の特定の細部を変えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、見易くするために構造要素の幾つかを省略し
た１本発明に係わる電気炉および付属装置の側面図、 第２図は、電気炉の容器の平面図、 第３図は、第２図の線３−３から見た容器の横断面図、 第４図は、支持アームを上下に移動させるための構造の
１部分的に断面で示した、拡大部分側面図、 第５図は、第１図の線５−５から見た。支持アームの平
面、および支持アームを上下運動させる装置の特定の要
素を断面で示す図、第６図は、第１図の線６−６に沿っ
てアームの軸心な通して見た、支持アームの横断面図。 第７図は、本発明の二実施形態における３電極配置によ
り、溶融材料中に形成される溶融円の平面図。 第８図は、改良型容器の配置を示す、第７１％と同様の
平面図、 第９図は、本発明のもう一つの実施形態による。溶融装
置内における電極の運動を示す図。 第１Ｏ図は、第９図の実施形態における電極の！ｌ！動
をより詳しく示す、第９図の部分拡大図。 第１１図は、電極と溶融装置の外壁との間の相対的な′
連動を与えるための、他の実施形態における溶融装置と
電極の配置を示す、簡略化した平面図、および 第１２図は、電極と溶融装置の外壁との間の相対的な運
動を与えるための、他の実施形態における、溶融装置と
電極の配置を示す、簡略化した側面図である。 （主要部分の符号の説明） １０−−−−−・・・・・・・・―・・・・・・・・・
・炉１２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・容　器４・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・出　口０・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・電　極２・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・チップ６・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・支持アームＯ・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・側　壁く↓ 手続補装置 平Ｉ＆１年１１月２１日 特許庁長官　Ｈ１）文　毅　　殿 ｌ　事件の表示 平成１年特許願第２２７２６６号 ２　発明の名称 バッチ材料を溶融および均質化するための装置および方
法補正をする者 事件との関係：特許出願人 名　称　　　マンヴイル　コーポレーション４代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融すべきバッチ材料を含み、溶融した材料を排出
   するための出口を持つ容器、 チップを持つ、複数の電極、 電極チップが溶融材料とコロナ放電を起こす関係に位置
   し、チップが溶融した材料の表面より約１／２インチ以
   上高くならないように各電極を支える手段、および 電極チップが容器に関連して円弧を描き、電極の作用す
   る溶融区域を増加し、熱的な対流による攪拌に加えて、
   溶融材料中に攪拌効果をもたらすように電極と容器との
   間に相対運動を起こす手段、 から成る、熱的に融解し得る材料を溶融し、その溶融し
   た材料を攪拌するための電気炉。２、電極と容器との間
   の、円弧に沿った相対運動の角速度が毎分に度より大き
   いが、毎分２０度未満であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電気炉。 ３、電極と容器との間の、円弧に沿った相対運動の最小
   角速度が毎分１度より大きいことを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の電気炉。 ４、電極と容器との間の相対運動を起こすための手段が
   、電極を特定の場所に固定するための手段および容器を
   回転させるための手段、から成ることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電気炉。 ５、電極と容器との間の相対運動を起こすための手段が
   、外壁を特定の場所に固定するための手段、容器の上に
   位置し、電極を支持するための手段およびその支持手段
   を回転させるための手段、から成ることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の電気炉、 ６、各電極を支持するための手段が、容器の上に伸びた
   支持アームから成ること、および電極と容器との間の相
   対連動を起こすための手段が、支持アームをお互い同士
   で同期関係で定期的に移動させ、電極チップを容器内で
   、お互い同士で同期関係で移動させるためのの手段から
   成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気
   炉。 ７、各支持アームが容器から離れた点を中心に旋回する
   こと、および支持アームを定期的に移動させるための手
   段が、その転心を中心にアームを旋回させることを特徴
   とする特許請求の範囲第６項記載の電気炉。 ８、容器が側壁と中央部を持ち、各電極チップは、その
   容器の中央部と、付随する支持アームが上方に伸びた側
   壁との間に位置することを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項記載の電気炉。 ９、容器の水平断面が、一般的に円形であることを特徴
   とする特許請求の範囲第８項記載の電気炉。 １０、容器の水平断面が、一般的に多角形であることを
   特徴とする特許請求の範囲第８項記載の電気炉。 １１、３本の電極があることを特徴とする特許請求の範
   囲第９項記載の電気炉。 １２、３本の電極があること、および容器が一般的に六
   角形であることを特徴とする特許請求の範囲第１０項記
   載の電気炉。 １３、支持アームの旋回運動による電極チップの移動に
   加えて、電極チップを、容器の中央部に近付くように、
   および容器の中央部から離れるように移動させるための
   手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載
   の電気炉。 １４、電極チップを、容器の中央部に近付くように、お
   よび容器の中央部から離れるように移動させるための手
   段が、支持アームの旋回運動と同調して、電極をあらか
   じめ設定した距離だけ移動させ、その際、各電極チップ
   は、容器の中央部と同心円になった、円弧状の経路に本
   質的に沿って移動できることを特徴とする特許請求の範
   囲第１３項記載の電気炉。 １５、電極チップの一つが通過する円弧状の経路の始点
   が、一般的に次の電極チップが通過する円弧状の経路の
   終点と一致し、その際、電極チップが通過する円弧状の
   経路を組み合せたものは一般的に一つの円に相当するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の電気炉。 １６、電極チップを、容器の中央部に近付くように、お
   よび容器の中央部から離れるように移動させるための手
   段が、支持アームを、容器の中央部に近付くように、お
   よび 容器の中央部から離れるように移動させるための手段か
   ら成ることを特徴とする特許請求の範囲第１３項記載の
   電気炉。 １７、支持アームの旋回運動による電極チップの移動に
   加えて、電極チップを、容器の底部に近付くように、お
   よび容器の底部から離れるように移動させるための手段
   を含むことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の電
   気炉。 １８、溶融した材料を排出するための出口を持つ容器に
   バッチ材料を導入する工程と、 それぞれ溶融した材料とコロナ放電を起こす関係に位置
   したチップを持ち、そのチップは、溶融材料の表面より
   約１／２インチ以上高くならないように配置した、複数
   の電極によりそのバッチ材料を溶融する工程と、 容器から離れた所に半径の中心を持ち、 その半径は、その半径の中心から容器の側壁を越えて延
   び、容器の中央部の近くで終っているような円弧に沿っ
   て、電極チップをお互い同士で同期した関係で、容器中
   で移動させる工程とから成る、熱的に溶解し得るバッチ
   材料を溶融し、その溶融した材料を混合する方法。 １９、容器の水平断面が一般的に円形であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１８項記載の方法。 ２０、容器の水平断面が一般的に多角形であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１８項記載の方法。 ２１、電極を、その円弧に沿った運動に加えて、容器の
   中心部に近付くように、および 容器の中心部から離れるように移動させる工程を含むこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の方法。 ２２、容器の中心部に近付く、および容器の中心部から
   離れる電極の移動が、その円弧に沿ったチップの運動と
   同調し、容器の中央部と同心円になった円弧状の経路に
   本質的に沿って、そのチップを移動させることを特徴と
   する特許請求の範囲第２１項記載の方法。 ２３、電極チップの一つが通過する円弧状の経路の始点
   が、一般的に次の電極チップが通過する円弧状の経路の
   終点と一致し、その際、電極チップが通過する円弧状の
   経路を組み合せたものは一般的に一つの円に相当するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２２項記載の方法。 ２４、電極チップが円弧に沿って、毎分１／４度よりは
   大きいが、毎分２０度未満の回転角速度で移動すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１８項記載の方法。 ２５、電極チップの回転の最小角速度が毎分１度より大
   きいことを特徴とする特許請求の範囲第２４項記載の方
   法。 ２６、電極チップ間で正確な幾何学的バランスが維持さ
   れるように、電極が同期的な関係て移動することを特徴
   とする特許請求の範囲第１８項記載の方法。 ２７、多相電流の相間で等しい相抵抗が維持されるよう
   に、電極が同期的な関係で移動することを特徴とする特
   許請求の範囲第１８項記載の方法。