JPS59176582A

JPS59176582A - 高周波誘導炉および該誘導炉を用いてセラミツク材料を製造する方法

Info

Publication number: JPS59176582A
Application number: JP59024945A
Authority: JP
Inventors: ルネ　プリエ−ル　ドウ　ラ　バテイ−; ジヤツク　テリエ−ル
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1983-02-14
Filing date: 1984-02-13
Publication date: 1984-10-05
Also published as: FR2540982A1; BR8400588A; EP0119877A1; US4610017A; FR2540982B1; JPH0517473B2; DE3469335D1; CA1240727A; EP0119877B1; ES8502249A1; MX156545A; ES529710A0

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】本発明は、絶縁された壁を有する外皮もしくは自己形成
坩堝内での高周波誘導による溶融によりセラミック材料
またはガラス材料を製造する方法及び溶解炉に関する。

一般に、常温で良好な電気絶縁性を有するセラミンク酸
化物は、温度と共に減少する抵抗率ρ（液化温度近傍で
０．１ないし１０オ一ム閉台）を有していることが知ら
れている。

上の事実から、この種の材料を予め溶解するのに十分な
温度に設定し且つ溶融した全材料塊内における電気エネ
ルギ誘導による適性な加熱に必要とされる炉の最小寸法
を守ることによって、例えば１００ないし５００　ＫＨ
ｚ台での高周波誘導での加熱によりこの種の材料を溶融
状態に維持することが可能である。

この種の公知の技術においては、一般に、被溶融材料は
、水の循環により冷却される壁を有し且つ外部に高周波
誘導電流が流れるヘリコイド状のコイルが巻装されてい
る（一般には銅製）良好な熱伝導体であるポット（坩堝
）内に装入され、電磁誘導によりポット内に収容されて
いる中央の塊の加熱が行われている。坩堝を構成する銅
製の円筒状壁の冷却により、壁の内部に接触して外皮が
形成され、誘起された全エネルギの放出場所である外皮
の内側に位置する液相の高温部分の熱的ならびに電気的
絶縁を行う。この種の公知の装置においては、慣用の高
周波発電機を用い、不連続的な仕方で操業することが必
要である。即ち、運転の都度、ポットもしくは坩堝を、
製造しようとする材料のいろいろな成分を含む粉末で満
し、誘導により加熱し、液化物を流出し次いで清浄をし
て次の運転を行うという不連続な仕方で操業する必要が
ある。

特に、ヘリコイド状誘導コイルが銅製の坩堝は、別個の
要素であるという事実から、相当に大きな（５０％台の
）高周波電力損失が生じ、上記のような操業の不連続性
−帰因して、良好な導電体の板を生成物棟内に導入する
とかあるいは、例えばガス燃焼等による外部的な手段で
直接加熱するとかして材料を断続的に予備加熱しなけれ
ばならないために、無視し得ぬエネルギ損失が余儀なく
される。

このような誘導炉のエネルギ効率を改善する事を試みて
、電気変成器の一次側誘導部をるつぼの壁で構成し、そ
して該変成器の二次側を、誘導電流が発生する溶融材料
塊により構成する事が提案されている。

これと関連して、特に仏画特許ＢＦ　−Ａ１．４３０；
１９２号明細書に開示されている電気炉が挙げられる。

この電気炉は本質的Ｋ、母線に沿って溝切りされて十分
に耐火性の材料からなる絶縁接合部（第２図）により閉
塞された円筒状の金属壁から構成され、上記金属壁が接
合部２の両側で高周波電源の２つの極に接続された単一
のコイルを形成している。

この型の炉には、しかしながら、以下に述べるような２
つの主たる欠点がある。

第１の欠点として、炉の壁を構成する円筒体内に形成さ
れる溝は、誘導加熱の均等性に対して有害である相当大
きな磁場勾配を形成するという点である。

第２の欠点は、上記のようにして構成される単一のコイ
ルには空心変圧器を介してしか高周波発生器から給電す
ることができないために、相当大きなエネルギ損失が生
じ装置の効率も相関的に低化するという点にある。

本発明の目的は、構造が簡単で、従来技術の上に述べた
ような欠点を免れる誘導溶融炉を提供することにある。

上の目的で、本発明によれば、同時に誘導子、溶融生成
物を保持するための低温坩堝および高周波非同期発電気
の自己発信回路を構成する壁を有する炉において、該炉
の円筒状の壁を、はぼヘリコイド状の線に沿って切断し
て、複数のターンを有する単一の平坦もしくは扁平コイ
ルを形成することを特徴とする炉が提案される。

本発明によれば、空心変圧器を介さないで非同期発電機
により直接炉に給電を行うことができるので、被溶融材
料塊内にほぼ完全に均等な高周波磁場を誘起することが
でき、特Ｋ、非常に高いエネルギ効率で耐火性が非常に
優れたセラミック材料の製造に際し、連続的な操業もし
くは運転が可能となる。

本発明はまた、非常に簡単に実施することができ、所要
のエネルギ消費を相当に減少しつつ同じセラミック材料
の連続的な製造を可能にするセラミンク材料の製造方法
を提供することを目的とするものである。

上の目的で、本発明によれば、壁に絶縁外皮が形成され
る炉もしくは自己形成坩堝内で、高周波誘導による溶融
によりセラミック材料を製造する方法において、製造し
ようとする材料のいろいろな成分の粉末を、非同期型の
高周波電気炉内に連続的に導入し、該炉のへリコイド状
の単一の平坦コイルを誘導系ならびに低温るつぼとして
用い、そして得られる溶融材料を、前記コイルを横切る
樋を介して該炉から連続的に流出することを特徴とする
セラミック材料の製造方法が提案される。

したがって、本発明によれば、以下に述べる２つの基本
的な特徴が同時に実現されて先に述べたような利点が得
られる。

第１の特徴は、非同期型の電気炉を用いること、即ち、
別個の発振回路を有さす、したがって固有の動作周波数
を有さす、該周波数は被溶融生成物との電磁結合により
自動的に該周波数を決定する誘導系により選択されるこ
とであり、他の特徴は、該炉が、同時に誘導系ならびに
低温るつぼとしての働きをなす単一の扁平コイルのへリ
コイド状巻線によって実現されて、それによりるつぼが
誘導コイルとは独立に設けられている従来の炉において
必然的に生ずる熱損失が軽減されることである。

本発明で想定されている非同期発電機においては、所謂
坩堝、誘導系および自己発振回路を構成するのは、ヘリ
コイド状に巻装された平坦コイルと被処理材料の組合せ
であり、誘導系は上記のように動作周波数の自動的選択
による電気共振で自動的に平衡状態になる。

本発明の方法の１つの重要な特徴によれば、溶融した材
料の排出は、いろいろな成分を含む粉末の装入もしくは
チャージと同様に、溶融した材料の自由表面近傍の炉の
高い位置の部分で行われ、粉末とセラミック材料の混合
物の均質化は、液相の電磁的攪拌作用によって実現され
る。

したがって、本発明の方法の無視し得ぬ利点の１つは、
誘導による加熱で、溶融材料自体内に粉末材料ならびに
溶融したセラミック材料の均質化を保証するために十分
な対流が惹起され、それにより、炉内に保持されている
液相の表面で固体粉末の装入もしくはチャージならびに
溶融材料の排出を行うことができる点にある。

本発明の他の二次的ではあるが有利な特徴によれば、炉
は最初の装入もしくはチャージに際して、円筒形の壁に
より暫定的に分離された２つの材料、即ち、該円筒壁と
炉の壁との間にあって外皮を形成する第１の材料ならび
に上記円筒壁内部にあって溶融される第２の材料とで充
満される。

このようにして、装入時に２つの材料を分離する円筒状
の壁は、充填の終了時あるいは好ましくは炉が通常の溶
融温度に達した時に、単純に取出すことができる。

セラミック材料の溶融の開始は、ガス加熱によるとかあ
るいは材料内に例えば円形の導電性の板を装入して坩堝
のほぼ中心部分に配置し静止状態に維持して所要の時間
高周波電流を供給する等の慣用の方法により実施するこ
とができる。

炉の底部における熱損失を最小限にするためには、該底
部を、例えば、水を循環することにより冷却される銅板
あるいは耐熱性の板により形成するのが有利である。

誘導炉内に常時成る量の液体セラミックを維持すること
により、従来方法で材料内に誘導を開始する前に必要と
されていた断続的な予備加熱は不必要となる。

液体セラミック材料の流出は、誘導コイルを横切って設
けられた冷却機（絶縁されていてもされていなくてもよ
い）を介し、液相の自由表面近傍で連続的に行われる。

このようにして、湯の表面の上方に設げられた赤外線反
射器あるいは樋の上方での局部加熱による等の特別に最
適化手段を設けずに、製造される生成物によるが、従来
の方法と比較して２倍ないし５倍改善されたエネルギ効
率が達成される。平均電力消費は、ｇ当りの処理材料に
対して２　ｘｗｈである。この電力消費は、ガス炉で同
じ生成物を製造するのに必要な電力消費量よりも低く、
エネルギコストは約６０％以下に低下する。

このようにして、本発明の方法によれば、非常に良好な
エネルギ効率が達成されるばかりではなく、溢れによる
連続的な自動的に制御される流出が実現され、さらに予
備加熱手段が最小限にされるので、中断することなく複
数日に渡って連続的に動作することができる装置が得ら
れる。

本発明による方法は、セラミック工業ならびに核廃棄物
のガラス質化の分野でセラミックおよびガラスの製造に
関する数多の用途に用いることができる。

以下、本発明の理解を容易にするために、添付図面を参
照し、非限定的な単なる例としてのいくつかの実施例に
関し説明する。

第１図には、部分切欠斜視図で、円筒状表面に沿って延
在する導電性の扁平バンド２からなるヘリコイド状のコ
イルもしくは巻線を用いて炉の坩堝１を構成する仕方が
示されている。本発明の特徴であるこの炉の構造は、は
ぼヘリコイド状の軌跡を有する溝１４に沿ってるつぼを
構成する導電性金属シリンダを横方向に切断して複数の
ターンを有する単一の扁平もしくは平坦コイルを形成す
ることにより達成される。この構造は、非同期発電機１
５からの高周波電流を受ける２つの給電端子３および４
を有している。この実施例の本質的な特徴は、バンド（
帯）巻線２を形成する複数個のターンを備えた単一のコ
イルが同時に被処理材料の溶融坩堝を構成している点に
ある。勿論、この装置は、自己坩堝形成機能を必要とす
る。即ち坩堝の密閉性を確保するために坩堝の内壁に沿
い密閉を行う材料の固体外皮の形成を必要とする。

この目的で、冷却水が循環する蛇管５がコイルならびに
隣接の環境を、上記の絶縁外皮が形成されるように十分
に低い温度に維持する。

坩堝２が示されている第２の実施例が示されている第２
図の実施例においては、坩堝２の内部に円筒壁６が設け
られており、この円筒壁６は最初の装入もしくはチャー
ジの時点で暫定的に、坩堝２と円筒壁６との間の領域７
内にあって絶縁外皮（例えばシリカ５ｉ０２）を形成す
る周辺材料と誘導加熱により溶融される材料（例えば珪
酸塩）が位１置する内側の部分８を分離する作用をなす。この円筒壁
６は、坩堝２の最初のチャージもしくは装入時に暫定的
に用いられるだけであり、外皮が形成され材料の溶融が
始まった時に取出される。

第３図に示した設備には、３つの上下に位置する容器が
順次設けられている。即ち、製造すべき材料を構成する
いろいろな成分を含む粉末混合物を、第１図に示した本
発明の概念に従って実現される本来の意味での炉内に樋
１０を介して持続的忙供給する供給ホッパ９を備えてい
る。

炉１１内で溶融された材料は、液相の分離表面１２まで
持上げられて必要に応じ冷却されている樋１３を介して
排出される。核種は炉１１のコイル２を横切って延在す
る。

溶融材料は樋１３を介して従来のように水槽１４内に排
出され、そこで急冷により冷却され所望のように成形さ
れる。

一実施例として、次の混合物を供給ホッパ内に導入した
。

シリカ３２７１＆、硝酸カリウム１８ｔ１ホウ砂２６１し、炭酸ナトリウム３３警、ミニラム（ｍｉｎｉｕ
ｍ　）　５００し、硝酸ナトリウム４７９、ジルコン１
４しの混合物である。

この混合物での炉の生産量は１時間当り４０しであった
。用いた電力は５ＱＫＷ、周波数は３５０ｋＨｚそして
処理温度は１４５０℃であった。

この実施例では、生産物１ｇ当りの消費電力は１　ｘｗ
ｈであり、これは、従来の方法を用いて現在得られてい
る値の約百である。

炉の別の実施例において、次のような性能を実現できた
。

珪酸ジルコニウム（５ｉＺｒ○４）１０１＆を２６００
℃で溶融した。空気に露出された表面で溶融状態に維持
するために、表面の放射損失を１５ＫＷと推定して２８
ＫＷの電力を用いた。全材料を溶融するのに２０　ＫＷ
ｈを要した。これは、１警当り２　Ｋｗｈの電力消費に
対応する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による高周波非同期炉の実施例を示す
部分切欠斜視図、第２図は材料装入時に暫定的に用いら
れる円筒状の分離壁を備えた誘導炉の一実施例を示す断
面図、そして第３図は本発明の方法によりセラミック材
料を連続的に生産する設備な略示する図である。２・・・坩堝、３，４・・・給電端子、５・・・蛇管、
６・・・円筒壁、７・・・領域、８・・・部分、９・・
・供給ホッパ、１０・・・樋、１１・・・炉、１２・・
・表面、１３・・・樋、１４・・・水槽、１５・・・非
同期発電機。代理人　　浅　村　　皓５手続補正書（自発）昭和５９年３月１６日特許庁長官殿１、事件の表示昭和５９年特許願第　２４９４５　　　号２・発明ｃＤ
名称　　高周波誘導炉および該誘導炉を用いてセラミッ
ク材料を製造する方法３、補正をする者事件との関係　特許出願人住　　所氏名　　　　コミツサリア　タ　レネルギー　アトミー
ク（名　称）４、代理人５、補正命令の日付昭和　　年　　月　゛　日６、補正により増加する発明の数

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　壁が誘導系で、溶融生成物を維持するための
低温るつぼ、および高周波非同期発電系の自己発振回路
を形成する高周波誘導による溶融炉において、該炉の円
筒状の壁を、はぼヘリコイド形状の線に沿って切断して
複数のターンを有する平坦な単一のコイルを形成するこ
とを特徴とする溶融炉。
（２）絶縁された壁を有する外皮もしくは自己形成坩堝
（ａｕｔｏｃｒｅｕｓｅｔ　）内で高周波誘導による溶
融によりセラミック材料を製造する方法において、被処
理材料を構成するいろいろな成分を含有する粉末を、誘
導系ならびに低温坩堝としての働きをする単一の平坦コ
イルを有する非同期型の高周波電気炉内に連続的に導入
し、溶融した材料を、前記コイルを横切る樋で連続的に
排出することを特徴とするセラミック材料の製造方法。
（３）特許請求の範囲第２項の記載において、前記溶融
材料の排出を、前記いろいろな成分を含有する粉末の装
入と同様に溶解材料の自由表面近傍で炉の高い位置の部
分で行ない、粉末およびセラミック材料の混合物の均質
化を液体相の電磁作用による攪拌で実現することを特徴
とするセラミック材料の製造方法。
（４）特許請求の範囲第２項の記載において、前記高周
波電気炉の、最初の装入時の炉を、円筒壁により暫定的
に分離させた２つの材料、即ち該円筒壁と炉の壁との間
で坩堝を自動形成する第１の材料および該円筒壁の内部
で溶解される第２の材料で充填することを特徴とするセ
ラミック材料の製造方法。