JPH0230086A - 高温発生用加熱装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、高温を発生させる加熱装置に関する。

従来の技術および発明が解決しようとする問題点抵抗体
に電流を通すことにより高温を発生させ得ることは周知
されている。こうして得られる最高温度は加熱要素、即
ち抵抗体、を作る材料に依存する。

穫めて高い８！度を得るために、通常、加熱要素は黒鉛
で作られる。

黒鉛が低い電気抵抗を有するため、且つまた発生される
べき熱に対して加熱要素の抵抗が充分であることを保証
するために、加熱要素の長さを増すかその断面積を減す
るかの何れか若しくは両者により、加熱要素の抵抗を増
大させることができる。

しかし、選定された断面積が小さ過ぎれば、加熱要素の
機械的強さと耐用期間とが可成り減少する可能性がある
。

従って黒鉛加熱要素の実際寸法は、この要素が充分な電
気抵抗を有すると同時に適切な機械的強さを有する如く
選定される。

黒鉛加熱要素は、その長さ、従ってその抵抗、を増すた
め、渦巻の形をなすことができる。

高温は、コークスの塊から成る柱状体に電流を通すこと
によっても発生させることができる。コークス柱状体の
抵抗はコークスの粒子間の接触点の数と面積とに逆比例
し、且つ使用されるコークスの種類に依存する。

コークス柱状体の抵抗は、コークス粒子間の接触面積が
小さいので、例えば同様な寸法の黒鉛のバーに比べて可
成り高い。このコークス柱状体は機械的に支持しなけれ
ばならない。これは、アルミナ、マグネシア等のような
耐火性材料から成る円筒状容器内にコークス柱状体を置
くことにより達成できる。しかし、上述の耐火物に対す
る最高許容温度は２０００℃未満である。

上述の耐火物で作られた容器の代りに黒鉛を支持容器と
して用いた場合、理論的には、約４５００℃の温度を得
ることができる。しかし黒鉛は電気の良導体なので、電
流はコークスを通る代りに黒鉛容器を通って流れ、従っ
て所要温度の達成が妨げられる。

本発明の目的は、この困難を克服する加熱装置を提供す
ることにある。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、本体にして、導電性耐火物粒子の二つ
以上の層と、隣接層間の耐火性材料から成る支持要素と
、本体に電流を通す装置とを含む本体を包含する加熱装
置が得られる。

この本体は、垂直、水平または傾斜状態にある炉または
高′１／Ａ装置における用途に配設することもできる。

本発明の好適な形式においては、本体に複数の支持要素
がある。

この支持要素は任意の適当な形状を備えることができ、
例えば、三角形、正方形、長方形、多角形、若しくは円
形であっても良い。

本発明の好適な一実施例の場合、支持要素は、中央オリ
フィスを備え若しくは備えない皿またはスラブの形をな
している。

粒子や支持要素には、例えば炭化物、窒化物あるいはほ
う化物のような、何れかの適当な単数または複数種類の
材料を使用できる。しかし、本発明の好適な形式におい
ては、コークス粒子が層を形成し、且つ支持要素は黒鉛
である。コークスはそれが比較的安価なため、また黒鉛
はその高温に耐える能力の故に、使用される。

この加熱装置は更に、電弧若しくは拡張プラズマ・アー
クを発生させる装置を包含することもできる。この電弧
若しくはプラズマ・アークはこの場合、コークス柱状体
と黒鉛電極との間に発生する。本発明の別の形式におい
ては、温度の高いガスを生成するため、加熱装置にガス
が通される。

本発明の装置は溶融器として用いることができる。この
場合には、鉱石と還元剤とが高温のコークス柱状体へ直
接に供給され、そこで鉱石が金属に還元される。本発明
の装置はまた、金属の溶融、蒸発および蒸留にも用いる
ことができる。

添付図面に本発明の各種の応用を示す。

実施例および作用 本発明の加熱装置の各種の応用を第１図〜第１０図に示
す。

第１図および第２図は単一の加熱装置を示す。

加熱要素は、コークス２で満たされｎつ上へ上へと重ね
られた幾つかの環状の黒鉛皿１から成る。

電源は、端子５．６を経由し、黒鉛電極３．４によって
加熱要素に接続される。皿１の中空構造の故に、接触す
るコークス粒子から成る中央連続柱状体が設定されてい
ることに気付くであろう。但し、［［１１は互いに等距
離に間隔をあけて隨かれているので、皿を通る電流の短
絡は回避されている。

加熱要素の抵抗は、柱状体内の皿の数により、また柱状
体の断面積により、制御される。

皿の機械的強さは重要ではないので一黒鉛皿を安価な黒
鉛で作ることができる。

本発明の要素の耐用期間は実際上無制限である。

加熱中に消費されるコークス粒子は、柱状体内のコーク
スの近接する粒子を以て連続的に置換される。

コークス粒子の大部分が消費された段階で、皿には単に
新しいコークスが再補給されるのみである。

プラズマ・トーチとしての本発明の応用を第３図および
第４図に示す。

第１図および第２図に示す加熱要素が黒鉛るつぼ７内に
置かれている。

それ自体が金属シリンダ９内に容れられた微細な耐火物
粉末１３の中に黒鉛るつぼ７が埋められる。

電源は、端子５．６を経由し、中空の黒鉛電極１０によ
り、また金属カップ１１により、加熱要素に接続される
。金属カップ１１は黒鉛るつぼ７と、また金属シリンダ
９と、電気的接触をしている。

加熱されるべきガスは金属管１２を通過し、電気的に加
熱されるコークス柱状体を通過し、最後にるつぼ７の孔
明き底１７を通過し、そこでノズル１４により、加熱す
べき物体に向けられる。

ノズル１４は、金属ケース１５に容れられた耐火物粉末
１３に被覆されている。ノズル１４と接触する耐火物１
３は溶融する。ノズル１４はおねじを有し、溶融耐火物
が重力によってそこをノズル１４の先端まで流下するが
、その目的は、それを酸化から防護することである。

このノズルと金属ケース１５とは、トーチの消耗部分で
ある。プラズマ・トーチは、保持器８でスタンド１６に
取り付けられる。

第３図および第４図に示すプラズマ・トーチは、各種の
材料、とくに導電性でないもの、の溶融、切断、溶接、
あるいは熱処理に適しており、従って電弧やプラズマ・
アークに基づいた在来の方法は適用できない。

導電性材料の場合、プラズマ・ガスの温度は、ノズル１
４と導電性物体との間に電弧を生じさせることにより、
更に高めることができる。この場合には、その代りに電
源が端子６と導電性物体とに接続される。ヤ金工程の温
度を高めるためにプラズマ・ガスを使用する場合、前述
のプラズマ・トーチは、ノズル１４無しで用いることが
できる。

本発明のプラズマ・トーチは在来形式のプラズマ・トー
チよりも費用が掛からず且つ操作が容易である。

鉱石の溶融に対する本発明の応用を第５図および第６図
に示す。

鉱石と還元剤とを含む混合物が、コークス２を満たした
黒鉛の中空の皿１から成る高温のコークス柱状体へ、管
２０を経て供給される。この供給材料は、黒鉛電極１８
とコークス２との間にとばされる電弧により、また同時
にコークス柱状体を通る電流により、加熱される。

融成物はコークス柱状体を通り、次いで格子２１を通っ
て降下し、格子２１の真下の小室２２内に集取される。

この融成物は、溶融器から管２３を介して連続的に除去
される。

電力は、端子５．６に接続された電極１８．１９により
、柱状体へ供給される。反応により生成されたガスは、
コークス柱状体からガス室２５内へ浸透する。ガス室２
５は屋根２４とマントル２６とで密閑される。

ガス室２５からのガスは管２７を経て除去される。

この溶融器の主な特徴は次の通りである。

この溶融器は、黒鉛の融点、即ち４５００℃、に近い極
めて高い温度で作動することができる。

これは、二酸化ジルコニウムのような、還元の困難な酸
化物の還元の際に有利となる可能性がある。

融成物が炉の外部ライニングと接触しないので、炉の耐
用期間が長い。

供給材料に含まれる還元剤が鉱石と充分に混合された細
粉であれば、コークス柱状体内に包有されるコークスの
消耗速度が低い。

溶融器の諸寸法が、同じ金属生産量を有する水中アーク
炉のそれよりも−けた小さい。水中アーク炉における還
元は電極の下の小さい領域内で生起されるが、本発明の
溶融器においては、黒鉛皿に囲まれる全領域に反応が生
起される。

この溶融器は、コークス柱状体の高いガス浸透性の故に
、連続的な工程に、且つまた低圧で行われる工程に適し
ている。

還元剤に含まれる揮発物は還元反応中に消耗され、従っ
て高比率の揮発物を還元のために使用できる。

還元反応中に発生したガスは、コークス柱状体の＾温の
コークスから立ち去る間にろ過される。

この炉は扮鉱の溶融に特に適している。

この溶融器の電気抵抗は、コークス柱状体の高さと断面
積とにより制御することができる。

金属の溶融に応用できる炉を第９図および第１０図に示
す。

この炉には、第７図および第８図に示す管状加熱要素が
装備されている。

この管状加熱要素は、コークス２を満たした■影輪郭の
リング２８から成っている。コークス２を満たしたリン
グ２８は上へ上へと置かれる。

要素内の熱は、端子５．６に接続された電？１２９．３
０を介して要素に電流を通すことにより発生する。この
熱は１として、コークス粒子間、およびコークス粒子と
リングとの間に発生する。

金属の溶融用の炉内の管状加熱要素の実施例を第９図お
よび第１０図に示す。

るつぼ３２内に置かれた装入材料３１が黒鉛ベース３４
上に載っている。黒鉛ベース３４は、絶縁材で作られた
ベース３５上に置かれる。ベース３４．３５上に載って
いるるつぼ３２は、ピストン３６により炉内に持ち来さ
れる。るつぼ３２は、屋根３７と黒鉛シリンダ４１とか
ら成る室の中に囲われる。

黒鉛るつぼ３２は、既述の管状加熱要素から発する放射
により加熱される。

放射の反射材として作用する黒鉛シリンダ４１は、シリ
ンダ４１と金属ケース３３との間に置かれた耐火物３８
の塊により絶縁される。

電流は端子５．６を介して供給される。

電流は、電極３９を通り、加熱要素を通り、黒鉛シリン
ダ４１の底を通って黒鉛電極４０へ流れる。

管状加熱要素は、円筒状の形態の各種形式の反応器、炉
、および蒸留塔に使用できる。

本発明は、精確な構造上の細部に限定されるものではな
く、添付フレイムに限定された本発明の精神と範囲とを
逸脱することなく細部にわたる数多くの変更をなし得る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱要素として用いられた加熱装置の中心線上
の縦断面図、第２図は第１図の線Ａ−Ａについての断面
図、第３図はプラズマ発生器内に用いられた加熱装置の
中心線上の縦断面図、第４図は第３図のＮＩＢ−８につ
いての断面図、第５図は溶融器として用いられた加熱装
置の中心線上の縦断面図、第６図は第５図のｉ　ｃ−ｃ
についての断面図、第７図は第９図および第１０図の装
置に組み込まれた管状加熱装置を通る中心線上の縦断面
図、第８図は第７図の線Ｄ−Ｄについての断面図、第９
図は溶融に用い得る加熱装置の中心線上の縦断面図、第
１０図は第９図の線Ｅ−Ｅについての断面図である。 １：皿またはスラブ ２：コークス ３．４．１８．１９．２９，３０．３９．４０：電極。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体にして、導電性耐火物粒子の二つ以上の層と
   、隣接層間の耐火性材料から成る支持要素と、本体に電
   流を通す装置とを含む本体を包含する加熱装置。
2. （２）特許請求の範囲１項に記載の加熱装置において、
   各支持要素が、三角形、長方形、正方形または多角形の
   、皿またはスラブの形をなすようにした加熱装置。
3. （３）特許請求の範囲第２項に記載の加熱装置において
   、皿またはスラブに中央オリフィスがあるようにした加
   熱装置。
4. （４）特許請求の範囲第２項または第３項に記載の加熱
   装置において、皿またはスラブが上方へ凹形をなすよう
   にした加熱装置。
5. （５）特許請求の範囲１項から第４項に記載の加熱装置
   にして、複数の支持要素を有する加熱装置。
6. （６）特許請求の範囲第１項から第５項の何れか一つの
   項に記載の加熱装置において、柱状体の耐火物粒子がコ
   ークス粒子であるようにした加熱装置。
7. （７）特許請求の範囲第１項から第６項の何れか一つの
   項に記載の加熱装置において、柱状体支持要素が黒鉛で
   あるようにした加熱装置。
8. （８）特許請求の範囲第１項から第７項の何れか一つの
   項に記載の加熱装置において、本体に電流を通す装置が
   、一対の電極を包含し且つまた電極と本体との間に電弧
   若しくは拡張プラズマ・アークを発生させる装置を包含
   するようにした加熱装置。
9. （９）特許請求の範囲第１項から第８項の何れか一つの
   項に記載の加熱装置にして、高温のガスを発生させるた
   め柱状体にガスを通す装置を包含する加熱装置。
10. （１０）特許請求の範囲第１項から第９項の何れか一つ
    の項に記載の加熱装置にして、溶融され、還元され、蒸
    発され、蒸留されまたは脱気されるべき材料を本体の一
    端へ供給する装置を包含する加熱装置。
11. （１１）特許請求の範囲第９項に記載の如き加熱装置を
    包含するプラズマ発生器。
12. （１２）特許請求の範囲第１０項に記載の如き加熱装置
    を包含する溶融器。