KR102047614B1 - 자속 집중기를 형성하는 장치를 가지고 2개의 전자기 인덕터에 의해 가열되는 저온 도가니 용광로, 코리움(corium)을 나타내는 금속(들) 및 옥사이드(들)의 혼합물을 용융시키기 위한 상기 용광로의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 전도성 물질로 제조된 벽을 갖는, 용융되는 전기 전도성 물질을 함유하도록 의도된 도가니를 포함하고, X 축에 대하여 회전하는 측면 원통형 쉘 및 각각 전기적으로 절연된 섹션들로 X에 평행하게 분할되는 적어도 하나의 플러그 및 측면 쉘이 제공된 바닥을 포함하고; 측면 쉘에 감겨진 적어도 하나의 권선을 갖는 적어도 하나의 측면 인덕터; 바닥의 아랫면과 마주하고 플러그 아래 영역을 빈 채로 남겨둔 채로 X에 감겨진 적어도 하나의 권선을 갖는 적어도 하나의 바닥면 인덕터; 바닥면 인덕터의 외부 주변 및 아랫면과 마주하게 배열된 적어도 하나의 측면 벽 및 바닥면 벽을 포함하는 강자성 부품으로 제조된 적어도 하나의 자속 집중기를 포함하는, 저온 도가니 용광로에 관한 것이다.

Description

자속 집중기를 형성하는 장치를 가지고 2개의 전자기 인덕터에 의해 가열되는 저온 도가니 용광로, 코리움(corium)을 나타내는 금속(들) 및 옥사이드(들)의 혼합물을 용융시키기 위한 상기 용광로의 용도

본 발명은 적어도 하나의 전기 전도성 물질, 예컨대 옥사이드 및/또는 금속을 용융시키도록 의도된, 적어도 하나의 권선(turn)을 가지는 2개의 인덕터를 포함하고, 전자기 유도에 의해 가열되는 저온 도가니 용광로에 관한 것이다.

본 발명에 따른 저온 도가니 용광로는 자가-도가니 용광로(self-crucible furnace)일 수 있다.

목표된 하나의 특히 유리한 적용은 금속(들) 및 옥사이드(들)의 혼합물의 용융이다. 코리움은 심각한 핵 사건의 경우에 핵 연료 집합체 및 핵 제어 로드(nuclear control rod)의 용융 동안 형성될 수 있는 용융된 물질의 혼합물(UO₂, ZrO₂, Zr, 강철)이다.

코리움의 용해에 대하여 기술되었지만, 본 발명은 임의의 전기 전도성 물질의 전자기 유도 용융에도 적용된다. 상기 용융은 저온일 때는 매우 우수한 전기 절연체를 형성하지만 특정 온도 초과에서는 전도성인 옥사이드 상에서 전적으로 수행될 수 있다는 것이 본원에 특정된다. 따라서, 본 발명의 맥락에서, 옥사이드의 용융이 반드시 수행되어야 할 때, 이러한 용융은 초기에는 일반적으로 금속 서셉터(metal susceptor)로 지칭되는 바람직하게는 금속 링의 형태인 저항 가열기의 방법에 의해 상기 용광로 주변에서 개시되고, 그 다음 일단 상기 옥사이드가 특정 온도에 도달하여 전도성이 되면, 상기 옥사이드 내에서 본 발명에 따른 용광로와의 유도가 가능하다.

본 발명은 따라서 특히 주조 또는 야금에 사용되는 용광로에 적용된다.

주조 또는 야금 분야에서, 물질의 제조는 일반적으로 물질이 용융되고 그들의 액체 상태로 충분히 긴 시간 동안 유지되는 것을 요구함으로써, 다양한 구성요소들에 대하여 액체의 균질화 또는 온도의 균질화를 수득하거나 상기 액체 내에서 화학 반응이 수행될 수 있게 한다. 이렇게 하기 위해, 혼합 작용이 상기 액체를 교반하는 것이 중요하다. 따라서, 이러한 분야에서, 큰 질량의 금속의 용융을 수행하기 위한 매우 일반적인 공정은 도가니 용광로에서의 전자기 유도 가열이다. 이러한 공정의 주요 장점은 사용의 단순성, 그의 효율성 및 열 에너지 원과 금속 사이의 접촉을 피할 수 있다는 사실이다.

도 1에 도시된 것은 투입물(charge)(3), 즉, 전기 전도성 물질의 특정 질량 및 부피를 함유하도록 의도된 도가니(2)를 포함하는 유도 용광로(1)이다. 상기 도가니(2)의 측면 재킷은 특정 고 진동수에서 교류 전류가 공급되는 인덕터(4)에 의해 둘러싸여 있고, 상기 도가니 내에 함유된 투입물(3)을 전자기 유도에 의해 가열하도록 의도된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 도가니의 벽은 내화성 물질, 예컨대 래밍 재료(ramming material) 또는 전도성 재료, 예컨대 그래파이트로 제조된다. 이러한 도가니의 하나의 단점은 그들의 벽이 상기 투입물의 온도까지 상승한다는 것이다. 따라서, 이러한 벽(용기)을 구성하는 내화성 벽 및 그 안에 함유된 불순물이 용융된 투입물(내용물) 내로 확산되는 것이 가능하고, 이는 상기 도가니가 고도로 반응성인 물질, 예컨대 티타늄 또는 유리/에나멜 계의 합금을 함유하도록 의도되고 이의 처리는 매우 높은 순도의 생성물을 제공하는 것이 의도되는 경우에 특히 곤란하다. 이는 본 발명자의 구현 분야인 특정 구현 분야에서도 곤란하다: 구체적으로 코리움을 나타내는 금속 및 옥사이드의 혼합물(UO₂, ZrO₂, Zr, 강철)의 용융을 수행할 필요에 직면해왔다. 그러나, 상기 내화성 물질의 투입물 내로의 확산의 동일한 문제가 발생할 뿐만 아니라 상기 코리움의 용융을 위해 도달되는 온도가 3000 K 정도이고, UO₂의 용융점이 이 정도의 크기이다. 토리아(ThO₂) 외의 내화성 물질은 이러한 온도를 견딜 수 없으며, 토륨(Th)은 방사성 성질로 인해 공급이 불가능하다.

더욱이, 도가니에는 다른 단점이 존재한다. 먼저, 용융된 투입물의 물질은 용기의 다공성의 의해 용기로 점진적으로 침투될 수 있다. 상기 용기는 용융된 물질의 높은 반응성에 의해 점진적으로 용해된다. 용융물은 따라서 장기간 지속될 수 없다.

도가니(용기)의 벽의 작동 온도는 따라서 불가피하게 제한되는 이전에 언급한 조건 미만이다.

따라서, 내화성 물질 및/또는 매우 높은 용융점의 물질과 함께 반응성 물질의 용융을 수행하기 위한 가능한 해결책은 동일한 전자기 유도 가열의 원리를 사용하는 도가니를 사용하는 것이지만 저온 도가니 또는 저온-벽 도가니로 지칭되는 것이다. 문헌은 또한 자가-도가니 형의 유도 용광로로 지칭하는데, 그 이유는 상기 용광로의 내부 주변에서 상기 저온 벽에 대항하여 투입물의 실제 물질의 고형화된 층이 상기 도가니의 내부 벽을 구성하는 것으로 간주되기 때문이다. 저온 도가니 용광로는 이미 소량, 전형적으로 수십 킬로그램의 금속 투입물에 대하여 잘 시도되어 왔다.

저온 도가니 용광로 내의 1500℃ 초과 또는 심지어 3100℃에 도달하는 고온에서 용융될 수 있는 반응성 물질은 금속 물질, 예컨대 티타늄, 강철, 또는 다양한 합금, 뿐만 아니라 옥사이드 물질, 예컨대 유리, 티타늄 옥사이드, 희토류 옥사이드, 또는 이들의 혼합물, 예컨대 상기에 언급한 코리움, 또는 매우 전도성이 아닌 다른 물질 예컨대 실리콘, 에나멜, 유리 등일 수 있다.

도 2 내지 도 4에 나타낸 것은 이러한 저온 도가니 용광로(1)의 부분이다: 도가니(2)는 전기 전도성 물질로 제조되고, 서로 다른 것으로부터 전기적으로 절연된 여러개의 세로의 빈 섹션(20)으로 수직으로 분할된다. 이러한 섹션(20)은 금속 예컨대 낮은 전기 저항을 가지고 우수한 열 교환 품질을 가지는 장점을 가지는 구리로 일반적으로 제조된다. 이러한 섹션은 더 나아가 냉각제(나타내지 않음), 일반적으로 물의 흐름에 의해 내부적으로 통과된다. 이러한 냉각제는 액체 투입물과 접촉한 섹션(20)의 내부 표면을 투입물의 용융점 미만, 전형적으로 300℃ 미만의 온도에서 유지할 수 있게 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 용융 공정의 응력(stress)에 따라, 저온 도가니(2)는 쉘(shell)로도 지칭되는 측면 재킷(21)과 플로어로도 지칭되는 바닥면(22) 사이의 별도의 섹션(20)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 상기 측면 재킷(21)과 플로어(22) 사이의 계면은 어느 정도 직사각형 형상을 가진다.

측면 재킷(21) 및 플로어(23)의 각각의 섹션(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 동일한 섹션(20)을 형성할 수도 있다. 이러한 구성에서, 측면 재킷(21)과 플로어(22) 사이의 내부 벽이 반구 형상을 가지는 섹션(20)을 가질 수 있다.

저온 도가니(2)의 측면 재킷(21)은, 섹션(20) 내에 유도 전류 I를 생성하는 특정 진동수에서의 교류 전류 I가 공급되는 적어도 하나의 권선을 가지고 인덕터(4) 내에 배열되고, 전류 I는 도가니의 내부 면을 통해 흐름으로써 닫히고 그 내부에 자기장을 생성한다. 따라서, 인덕터(4) 내에 흐르는 고-진동수 전류는 섹션(20) 각각 내에 주변 전류(peripheral current)를 생성한다. 각각의 섹션(20)의 내부 주변에서의 전류의 집합은 도가니의 함유된 투여물 내에 전자기장을 생성한다. 실제로, 이러한 도가니 내의 임의의 전기 전도성 물질은, 인덕터(4)에 의해 생성된 자기장과 상호작용하여 로렌츠 힘(Lorentz force)이라고 알려진 기전력의 출현을 야기하는 유도 전류의 시트(seat)이다. 따라서, 인덕터(4)에 의한 직접 유도 및 저온 도가니(2)에 의한 간접 유도의 합에 해당하는, 투여물에서 유도된 전류는 용융이 일어나고 액체 투여물이 로렌츠 힘 및 또한 액체 투여물 내의 온도 구배에 의해 발생하는 자연 대류에 의해 혼합될 때까지 투여물의 물질을 가열할 수 있게 한다.

냉각 회로로 인해, 섹션(20)의 내부 표면의 온도는 용융된 투여물보다 훨씬 더 낮고, 용융된 물질의 급속 고형화가 도가니(2)의 섹션(20) 및 또한 플로어(22)와 접촉하여 일어나며, 이는 섹션의 물질과 용융된 물질 사이의 임의의 반응성을 방지하는 고체 확산 장벽 층을 생성한다. 다시 말하면, 박막 크러스트(thin crust)가 수 밀리미터 또는 심지어 센티미터에 걸친 투여물의 고형화에 의해 생성되며, 이것는 종래 기술에서 투여물의 자가-도가니 또는 저온 도가니라고 지칭된다. 이러한 저온 도가니는 구리로 제조된 저온 도가니와 함께 20℃ 내지 250℃ 정도의 온도로부터 용융된 투여물의 고형화 온도까지의 온도 구배를 허용한다.

따라서, 저온 도가니 용광로는 상기에 언급한 고온 도가니 유도 용광로의 모든 장점(예컨대 고온에서의 사용뿐만 아니라 도가니에 의한 오염의 부재로 인한 투여물의 높은 순도 및 용융된 액체 투여물의 조성물을 균일하게 하고 열 전달을 향상시켜 온도 균질성을 증가시키는 혼합의 수행)을 가진다.

다른 면에서는, 공지된 저온 도가니 용광로는 그들의 작동 원리에 의해 여러 제약을 가진다.

상기에 언급한 바와 같이, 용융되는 물질의 투여물을 가열하는 측면 인덕터(4)는 줄 효과(Joule effect)에 의해 투여물의 주변부에서 특정 두께에 위치한 물질 내로 전력을 주입하며, 전력의 값은 인덕터의 공급 전류의 진동수 및 용융되는 물질의 투여물의 저항의 함수로 변한다. 도가니의 하부는 전기 전도성 물질, 예컨대 구리로 제조되기 때문에, 자기장 선을 변경시켜 유도 전류를 변경한다. 따라서, 줄 효과에 의해 주입된 전력은, 유도 전력 밀도 분포(∑)가 플로어(22)에 더 가깝게 이동할수록 선형적이고 급속하게 감소함을 분명히 알 수 있는 도 5에 도시된 바와 같이 도가니의 하부보다 더 약하다.

측면 재킷(21)의 섹션(20), 플로어(22)의 냉각과 결합된 이러한 현상은 도 6에 나타난 바와 같이 측면 재킷(21)보다 큰 플로어(22)에서 더 큰 크러스트 두께를 야기한다. 전형적으로, 플로어(22)에서의 크러스트 두께(e1)는 측면 인덕터(4)의 구성 및 달성된 냉각에 따라 측면 재킷(21)에서의 두께(21)보다 2 내지 3배 이상으로부터 심지어 최대 10배일 수 있다. 도 6에 명백히 나타낸 것은, 물질(들)의 용융된 액체 배스(B)를 그들 사이에 전이 영역(T)과 함께 포함하는, 2개의 두께(e1, e2)로 형성된 크러스트이다. 따라서, 액체 배스(B)는 측면 인덕터(4)에 의해 생성되는 로렌츠 힘에 의해 보강된 열수압적 현상(thermohydraulic phenomena)에도 불구하고 상부에 있다.

크러스트 두께는 용융시키고자 하는 물질(들)의 종류에 따라 변한다. 열 전도성이 더 낮을수록, 크러스트 두께가 더 커질 수 있다. 투명한 물질, 예컨대 유리의 경우, 전도에 의한 부분 및 복사로 인한 부분과 함께 벌크 열 전도성을 고려하는 것이 필요하다는 것이 본원에 특정된다. 열 전도성이 꽤 높은, 일반적으로 10 내지 50 미터-켈빈 당 와트(W·m^-1·K^-1) 정도의 금속의 경우, 크러스트 두께는 mm 정도일 수 있는 반면, 열 전도성이 낮은, 일반적으로 1 내지 5 W·m^-1·K^-1의 옥사이드 및/또는 금속의 경우, 상기 두께는 수십 mm에 달할 수 있다.

일단 물질(들)이 용융되면, 액체 상태의 이러한 물질(들)의 용융 주조가 그 다음 수행될 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 자가-도가니의 질량이 더 커서 주조되지 못할수록 용융 공정의 물질 수율이 더 낮다는 사실을 고려하는 것이 중요하다.

도가니의 스윙잉(swinging)에 의하거나 플로어(22)에 걸린 스토퍼(23)를 제거함에 의한 2개의 주조 방법이 구상될 수 있다.

상당수의 적용에서, 도가니 스윙잉 방법은 기술적 및 비용적 이유로 사용될 수 없다. 특히, 본 발명자가 직면하는 구현 분야에서 코리움을 나타내는 물질의 혼합물의 용융은 제어된 분위기 하에서의 작동을 필요로 한다. 스윙잉을 구상하기 위해 그러한 챔버(chamber) 내에서 저온 도가니 용광로는 매우 큰 챔버의 크기 조정이 수반될 것이다. 더욱이, 용광로는 그의 주변 전체에 걸쳐 물리적으로 존재하는 냉각 회로를 추가로 포함한다는 사실로 인해, 스윙잉은 매우 복합한 방법을 취해야 할 것이다. 마지막으로, 스윙잉하는 데 걸리는 시간이 매우 제한적일 수 있다.

중력 주조 자체는 일정한 수의 제약이 있다. 먼저, 일단 스토퍼가 제거되면, 그를 통해 물질의 액체 배스 또는 물질의 혼합물이 흐를 수 있는 관통-개구(through-opening)를 치우기 위해, 도가니의 바닥면에서 크러스트를 파괴하는 것이 필수적이다. 이것은 망치 형 기계적 요소에 의해 수행된다.

그러나, 크러스트의 두께가 더 클수록, 크러스트 및/또는 주변 장비의 무결성을 저하시키지 않으면서 크러스트를 파괴하는 것이 더 어렵거나 심지어 불가능하다.

따라서, 종래의 주조를 수행하는 데 성공적인 것은 용융된 액체 배스(bath)를 과열하는 것을 포함한다. 그러나, 열 손실이 상당한데, 그 이유는 배스의 표면, 도가니의 벽에서 전도에 의한 손실 및 주변 대기로의 대류에 의한 손실 때문이다. 이러한 손실은 10% 정도로 매우 낮을 수 있는 공정의 일반적인 수율을 야기한다. 그리고, 과열의 경우, 상기 손실은 과열 온도에 따라 1.5 내지 2배까지 추가로 증가하여, 공정의 수율에 심지어 더 영향을 미칠 수 있다. 이를 보완하기 위해, 유도 발전기의 전력이 증가하고, 냉각 시스템의 크기가 더 커진다. 전체 장비는 따라서 종업원 비용 수수료와 함께 주조 전용으로 더 커진다.

심지어 이러한 장비를 제조하더라도, 과열이 주조를 수행하기에 충분해질지 확실하지 않다.

이미 구상된 하나의 해결책은 바닥 아래에 주조 영역 주위에 인덕터를 국부적으로 추가하는 것으로서, 스토퍼의 위치 영역이며 후자의 제거에 의해 치워지는 것이 의도된다. 도 7에 도시된 것은 주조 전이 영역(24) 주변에 배열되는, 주조 인덕터(4')로 지칭되는 인덕터이다. 이러한 주조 인덕터(4')는 주조 영역(24)과 직결되는 액체 배스(Zb)의 영역 주위의 부가적인 유도 전류를 생성할 수 있게 하여, 이러한 영역(Zb)을 가열하여 이러한 수준에서 크러스트를 약화시킨다. 도 8은 측면 인덕터(4) 및 주조 인덕터(4')에 의해 각각 유도되는 전력 밀도 분포(∑1, ∑2)를 도시한다.

주조 인덕터를 갖는 이러한 해결책은 예를 들어 공보 [1] 내지 [7] 또는 특허 EP 1 045 216 B1에 기술되어 있다. 이러한 해결책은 최대 1700℃의 온도에서 금속 예컨대 해당 특허에 따른 티타늄 파편의 용융에만 관련되며, 따라서 옥사이드의 용융에 관한 문제에는 적합하지 않을 수 있다.

특정 용융 공정은 도가니를 필요로 하며, 그 직경은 그의 높이보다 훨씬 크다. 그 다음 바닥 아래에 인덕터를 배열하는 것이 필수적이다. 바닥면 인덕터(5)로 지칭되는 이러한 인덕터는 인덕터가 생성하는 전력 밀도 분포(∑3)도 나타낸 도 9에 도시된다. 이러한 구성에서, 대류에 의한 열 손실은 상당할 수 있는데, 그 이유는 상기 열 손실이 액체 배스의 자유 표면과 직접적으로 연관되고 측면 재킷의 벽 상의 전도에 의한 열 손실은 측면 인덕터의 부재로 인해 보상되지 않기 때문이다.

요약하면, 종래의 저온 도가니 용광로의 단점은, 대부분의 경우 측면 인덕터의 배열로 인해 일반적으로 바닥면(플로어) 상에 존재하는, 인덕터의 위치와 직교하는 방향으로 (지나치게) 상당한 크러스트 두께와 연결된다. 이러한 상당한 두께는 크러스트를 국부적으로 제거하기 위해 액체 배스의 과열을 수행하는 것이 필수적이게 하며, 이는 열 손실을 증가시키고 유도 발전기 및 용광로의 냉각 회로의 전력의 크기 증가를 요구하는 주요 단점을 가진다.

이미 구상된 하나의 해결책은 공보 [8]에 기술된 바와 같이 바닥 아래에 위치한 권선으로부터 매우 멀게 측면 권선을 추가하고, 궁긍적으로 바닥면 인덕터와 함께 단일한 인덕터를 형성하는 것을 포함한다. 이러한 측면 권선은 배스의 상부에 국부화된 전력을 주입한다. 이러한 해결책은 본 발명의 맥락 내에서 목표된 주요 적용에서 고려되는 바와 같은 물질의 전체(측면 및 바닥면) 용융에 적합하지 않다.

다른 해결책은 측면 인덕터 이외에 바닥 아래에 바닥면 인덕터로 지칭되는 인덕터를 추가하지만 주조 영역을 깨끗하게 남기는 2개의 인덕터를 배열하는 것을 포함한다.

따라서, 용융되는 물질 내의 전력 밀도의 연속성을 수득할 수 있고, 이는 바닥면 상의, 즉, 바닥과 접촉하는 크러스트의 두께를 감소시킬 수 있게 하며, 상기에 언급한 기존의 해결책에서처럼 액체 배스를 과열하는 것이 필수적이지 않다. 용융을 수득하기 위한 과열 없이, 열 손실은 상당히 증가하지 않으며 유도 전력은 더 우수하게 최적화될 수 있다.

특허 US 4609425는 측면 인덕터 및 바닥면 인덕터를 포함하는 2개의 별개의 인덕터를 갖는 저온 도가니 용광로의 이러한 해결책을 기술한다. 기술한 용광로로 수득할 수 있는 용융점은 약 1550℃로 제한되며, 이는 옥사이드의 임의의 용융을 배제한다. 더욱이, 온도 저항 및 용광로의 바닥의 유전체 물질(dielectric material)의 사용이 까다롭고, 2200℃ 및 우선적으로 3000℃ 정도의 용융에 적합하지 않을 수 있다.

특허 US 4687646도 측면 인덕터 및 바닥면 인덕터를 갖는 저온 도가니 용광로를 개시한다. 이러한 특허는 옥사이드의 용융을 확실히 언급하고 있지만, 개시된 용광로는 혼합된 옥사이드/금속의 용융을 실제로 수행하지 못할 수 있고, 특허 US 4609425에 따른 용광로와 동일한 단점을 가지며, 또한, 그 구성에 의해 임의의 중력 주조를 막는다.

특허 JP 10253260도 2개의 별개의 인덕터를 갖는 저온 도가니 용광로를 개시하는데, 상기 용광로는 60 Hz 정도의 매우 낮은 유도 진동수 및 옥사이드보다 더 낮은 용융 온도를 가지며 오직 금속의 용융만 허용한다. 해당 특허의 저자는 크러스트의 생성을 어떤 비용으로든 방지하는 것을 추구했으며, 따라서 용융된 물질을 들어 올려 바닥면 인덕터가 바닥과 접촉하지 않도록 하기 위해 노력했다. 해당 특허에 따른 바닥면 인덕터 지지체 및 바닥은 바닥면 인덕터의 냉각수 회로를 특징짓도록 형성된다. 따라서, 바닥은 반드시 누설밀봉(leaktight)이고, 벽은 따라서 불가피하게 연속적이며, 섹션들로 분할되지 않는다. 따라서, 만약 더 높은 유도 진동수에서 제안된 바닥면 인덕터를 작동시키려고 한다면, 유도된 전류는 바닥을 통해 통과하지 못하거나 최소한 만족스러운 용융을 생성하기에 충분할 만큼 통과하지 못한다. 보다 구체적으로, 옥사이드의 용융을 수득하기 위해서, 유도 진동수는 수백 kHz 또는 심지어 100 kHz여야 한다. 로렌츠 힘은 상대적으로 낮다. 따라서, 만약 높은 용융 용도를 수득하려고 한다면, 바닥의 유전체 물질은 적합하지 않을 수 있다. 반대로, 만약 해당 특허 JP 10253260에 따른 바닥이 금속성이라면, 분할되지 않음을 전제로, 높은 진동수에서 유도된 100 kHz 정도의 자기장이 바닥을 통과하지 못하고, 따라서 용융되는 투여물 내에서 유도된 전류를 발달시키기 못한다.

특허 US 4609425, US 4687646 및 JP 10253260의 전술한 단점 이외에, 2개의 별개의 인덕터(측면 인덕터 및 바닥면 인덕터)의 개시된 해결책은 주요 단점을 가진다. 2개의 인덕터 각각은 주변부 내에 전류를 유도할 수 있다. 특히 가장 중요하게는 인덕터들 중 하나에 의해 유도된 전류는 다른 인덕터를 교란하고 그 반대의 경우도 마찬가지이며, 이러한 현상은 일반적으로 "상호 현상(mutuals)"라는 용어로 표시된다. 교란된 인덕터, 특히 바닥면 인덕터의 효율이 감소된다는 사실 외에도, 이는 교란이 잠재적으로 상이한 작동 진동수를 갖는 2개의 독립적인 전류 발전기를 허용하지 않는다는 위험을 나타내며, 이의 제어 전자 장치는 유도된 복귀 전류를 지원하지 않을 수 있다. 따라서, 2개의 인덕터에 걸쳐 전력을 분배하기 위한 시스템과 결합된 2개의 인덕터를 위한 단일한 전류 발전기에서 작동 진동수는 동일하다. 상호 현상은 따라서 효율만 감소시킬 수 있고 최적화된 전력 밀도 분포를 가질 수 없다.

따라서, 특히, 옥사이드를 함유하는, 용융된 물질(들)의 액체 배스의 과열을 생성하지 않으면서, 특히, 바닥 상의 크러스트의 두께가 감소할 수 있게 하는 관점에서 및/또는 용광로의 장비 비용을 현저하게 증가시키지 않으면서/않거나 특히 전류 생성기 내에서, 인덕터의 주변부를 교란할 수 있는 해로운 유도 전류를 생성하지 않으면서, 자기 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로를 개선할 요구가 존재한다.

본 발명의 목적은 이러한 요구를 적어도 부분적으로 충족시키는 것이다.

이를 수행하기 위해, 본 발명의 하나의 주제는,

- 용융되는 물질을 함유하기 위한 도가니, 전기 전도성 물질로 제조되고, 바람직하게는 구리로 제조되는 벽, X 축에 대한 회전 실린더의 일반적인 형상을 가지는 측면 재킷, 적어도 하나의 스토퍼가 제공되며 플로어로 지칭되는 바닥면, 상기 X 축과 평행하게 연장되는 전기적으로 절연된 섹션들로 각각 분할되는 상기 측면 재킷 및 상기 플로어;

- 상기 측면 재킷의 외부 주변(outer periphery)에 감겨진 적어도 하나의 권선(turn)을 가지며 측면 인덕터로 지칭되는 적어도 하나의 인덕터;

- 상기 스토퍼(23) 아래의 영역을 비어 있는 채로 남겨두는 한편 상기 플로어의 아랫면과 마주하게 상기 X 축에 감겨진 적어도 하나의 권선(50, 51, 52)을 가지며 바닥면 인덕터(5)로 지칭되는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는, 본 발명의 양태 중 하나에 따라 적어도 하나의 전기 전도성 물질, 예컨대 옥사이드 및/또는 금속을 용융시키도록 의도된 저온 도가니 용광로이다.

상기 2개의 인덕터, 즉, 측면 인덕터 및 바닥면 인덕터는 용융되는 투여물(charge)의 용융 및 균질화를 위해 사용된다.

본 발명에 따라, 상기 용광로는, 바닥면 인덕터의 외부 주변 및 아랫면과 마주하게 각각 배열되는 적어도 하나의 측면 벽(61) 및 하나의 바닥면 벽(62)을 포함하는, 강자성 물질로 제조된 부품(60)으로 구성되는 자속 집중기(6)를 형성하는 적어도 하나의 장치를 추가로 포함한다.

"자속 집중기"는 본 발명의 맥락 내에서 상대적으로 높거나 심지어 매우 높은 투자율(magnetic permeability), 즉, 1보다 훨씬 큰 μ_r 값을 갖는 물질로 제조된 부품을 의미하는 것으로 본원에서 이해된다. 부품은 유리하게는 페라이트로 제조된 부품 또는 자기성 판의 스택(stack)을 포함하는 부품인 것일 수 있다.

본 발명에 따른 상기 집중기의 부품은 바닥면 인덕터를 냉각시키기 위한 열 전달 유체의 공급관을 추가로 포함할 수 있는 바닥면의 전류 공급 장치를 사용하는, 통과를 허용하기 위한 하나 이상의 노치, 개구, 또는 홈을 포함할 수 있는, X 축에 대한 일반적인 회전 형상을 가진다.

본 발명은 따라서 바닥과 직접적으로 마주하지 않으며 요소(element)를 갖는 바닥면 인덕터 대부분의 주변부에 있고, 주변부의 높거나 심지어 매우 높은 투자율은 바닥과 접촉하는 도가니의 바닥에의 영역 내에서 바닥면 인덕터에 의해 생성되는 자기장을 국한할 수 있게 할 것이다.

따라서, 자기장의 국한에 의해, 또는 다른 말로 하면 자기장의 국부화에 의해 용융되는 물질의 투여물에 대한 자기장의 작용이 개선될 것이다. 따라서 바닥면 인덕터의 효율은 저온 도가니 용광로의 장비를 대형화할 필요 없이 증가한다. 본 발명자들은 본 발명에 따른 집중기 없이 2개의 인덕터의 해결책에 대하여 20% 내지 30%까지 수율을 증가시키는 것이 가능하다고 믿는다.

더욱이, 본 발명에 따른 집중기는 측면 인덕터와 바닥면 인덕터 사이의 상호 현상의 출현을 방지하거나 최소한 매우 크게 감소시킬 수 있게 한다. 이는 유도 발전기의 전자기 교란의 위험을 방지하여 전용 주파수에서 2개의 상이한 공급(하나의 측면 인덕터용, 다른 하나의 바닥면 인덕터용)을 더 용이하게 가질 수 있게 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 집중기는 용융되는 물질(들) 내의 로렌츠 힘을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 전도에 의한 열 손실이 옥사이드 존재에서보다 더 큰, 용융되는 투여물 내의 금속의 존재를 갖는 구성에서 본 발명에 따른 집중기로 인해, 투여물의 반-부양 조건이 강화될 수 있어 접촉에 의한 열 손실이 감소된다. 이러한 구성에서 진동수는 우선적으로 더 낮을 것이다.

본 발명에 따른 자기 집중기 해결책은 당업자가 추천할 수 있는 EM 쉴딩 스크린(EM shielding screen)과 상이하다: 실제로, 측면 인덕터와 바닥면 인덕터 사이의 상호 현상의 출현 문제에 직면하여, 당업자는 종래와 같이 2개의 인덕터 사이에 전자기 쉴딩 스크린을 생성하는 경향을 가지지만, 이러한 스크린은 원하는 용융 목적에 해로운 다른 전류를 유도하는 위험이 있을 뿐만 아니라 추가로 바닥면 인덕터의 자기장을 효율적으로 제한할 수 없다. 또한 어떠한 경우에도 전자기 쉴딩 스크린은 본 발명에 따른 자속 집중기와 비교할 수 없다는 것이 강조되어야 한다.

하나의 유리한 구현예에 따르면, 자속 집중기의 부품은 바닥면의 내부 주변와 마주하게 배열된 측면 벽을 추가로 포함하고, 상기 부품의 2개의 측면 벽 및 상기 부품의 바닥면 벽은 바닥면 인덕터가 배열되는 U자 형을 실질적으로 형성한다. 이러한 부가적인 측벽과 함께, 용융된 물질(들)의 주조가 의도된 전도성 벽에 의해 유도될 수 있는 모든 전류의 상승은 회피된다.

또 다른 유리한 구현예에 따르면, 측면 인덕터 아래의 선택적으로 분할된 보조 자기 집중기 링을 배열하기 위해 장치가 제조된다. 본 발명자에 의해 계산된 결과에 따르면, 2개의 인덕터의 근접성 및 높은 포텐셜 전력의 특정 기하학적 구성에서 본 발명자들은 보조 자기 집중기 링의 존재는 2개의 인덕터 사이의 상호 현상을 크게 감소시킬 수 있게 유리하게 만든다는 것을 관찰할 수 있었다.

측면 인덕터 아래의 이러한 보조 자기 집중기는 상술한 자기 집중기의 결과를 개선시킬 수 있게 만든다. 실제로, 전력, 2개의 인덕터의 진동수 및 인접성에 따라, 이러한 보조 자기 집중기 요소(링 또는 단편)는 바닥면 인덕터의 효율을 증가시키고 상호 현상을 감소시켜 사실상 존재하지 않게 한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 집중기의 부품은 페라이트로 제조되거나 자기성 판으로부터 생성된다.

하나의 유리한 변형에 따르면, 측면 인덕터 및 바닥면 인덕터는 상이한 진동수에서 동시에 작동하는 것이 가능하다.

이러한 변형에 따르면, 측면 인덕터의 진동수보다 약간 더 낮게 바닥면 인덕터의 진동수를 작동하는 것이 유리할 수 있다.

용융되는 옥사이드 및 혼합된 옥사이드/금속 물질의 경우, 30 kg 내지 1000 kg 정도의 투여물 용량에서,

- 측면 인덕터 및 바닥면 인덕터의 전력 공급원은 용융되는 투여물에 따라 대략 500 Hz 내지 300 kHz의 진동수 범위에 걸쳐 작동되도록 크기가 정해지고;

- 코리움을 용융시키는 특정 적용에서, 측면 인덕터 및 바닥면 인덕터의 전력 공급원은 바람직하게는 대략 80 kHz 내지 160 kHz의 진동수 범위에 걸쳐 작동하도록 크기가 정해진다.

일반적으로, 하나 이상의 금속의 용융에 적합한, 측면 인덕터 또는 바닥면 인덕터 중 하나의 작동 진동수를 선택하고, 하나 이상의 옥사이드의 용융에 적합한, 측면 인덕터 또는 바닥면 인덕터 중 다른 하나의 작동 진동수를 선택하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 주제는 본 발명의 다른 양태에 따라, 적어도 하나 이상의 금속 및 적어도 하나 이상의 옥사이드의 혼합물을 용융시키기 위한 상술한 용광로의 용도이다.

상기 혼합물은 금속(강철, 지르코늄 등) 및 옥사이드(우라늄(UO₂), 지르코늄 등), 및 또한 콘크리트의 혼합물이며 코리움을 나타낼 수 있다.

다른 장점들 및 특징들은 하기의 도면과 관련하여 설명의 방법으로 그리고 비제한적으로 주어진 상세한 설명을 읽을 때 더 명확하게 나타날 것이다.
- 도 1은 전자기 유도에 의해 가열된 도가니 용광도의 부분 단면 사시도이다.
- 도 2는 전자기 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로를 위한 도가니의 예시적인 구현예의 부분 절단 사시도로서, 여기서 측면 재킷 및 플로어는 각각 동일한 섹션들로 분할되며, 바닥의 섹션과 다른 측면 재킷의 섹션을 가진다.
- 도 3은 전자기 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로를 위한 용광로의 또 다른 예시적인 구현예의 부분 절단 사시도로서, 여기서 측면 재킷 및 플로어는 각각 동일한 섹션들로 분할되며, 측면 재킷 및 플로어 둘 다에 공통적인 각각의 섹션을 가진다.
- 도 4는 마찬가지로 저온-도가니 용광로를 형성하는 전자기 유도에 의해 가열되는 도가니 용광로의 개략적인 평면도이다.
- 도 5는 선행 기술에 따른 측면 인덕터와의 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로의 개략적인 종 방향 절반 단면도이고, 도 5는 측면 재킷의 벽에 따라 전력 밀도 분포를 나타낸다.
- 도 6은 도 5를 반복하며, 도가니 내의 용융된 물질(들)의 액체 배스와, 측면 재킷 및 플로어 상의 크러스트의 두께를 나타낸다.
- 도 7은 선행 기술에 따른 측면 인덕터 및 주조 인덕터와의 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로의 개략적인 종 방향 절반 단면도이며, 도 7은 도가니 내의 용융된 물질(들)의 액체 배스를 나타내고, 스토퍼 윗면의 국부 용융 영역과 측면 재킷 및 플로어 상의 자가-도가니 크러스트의 두께를 나타낸다.
- 도 8은 도 7을 반복하며, 스토퍼의 윗면 상에서 및 측면 재킷의 벽을 따라서 전력 밀도 분포를 나타낸다.
- 도 9는 높이보다 큰 직경 및 선행 기술에 따른 단일 바닥 인덕터를 갖는 도가니의 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로의 개략적인 종 방향 절반 단면도이며, 도 9는 플로어의 벽을 따라 전력 밀도 분포를 나타낸다.
- 도 10은 본 발명에 따른 측면 인덕터, 바닥면 인덕터 및 자속 집중기와의 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로의 개략적인 종 방향 절반 단면도이며, 도 10은 인덕터들 사이에 동일한 작동 진동수를 위한 측면 재킷 및 플로어 둘 다의 벽을 따라 전력 밀도 분포를 나타낸다.
- 도 11은 도 10을 반복하며, 도가니 내의 물질(들)의 용융된 액체와, 측면 재킷 및 플로어 상의 자가-도가니 크러스트의 두께를 나타낸다.
- 도 12는 도 10을 반복하며, 측면 인덕터보다 더 낮은 바닥 인덕터의 작동 진동수를 위한 측면 재킷 및 플로어 의 벽을 따라 전력 밀도 분포를 나타낸다.
- 도 13은 본 발명에 따른 측면 인덕터, 바닥면 인덕터 및 자속 집중기에 의해 가열된 저온 도가니 용광로의 횡 방향 절반 단면도이며, 측면 인덕터 아래에 보조 자속 집중기가 부가된다.
- 도 14는 본 발명에 따른 보조 자속 집중기의 구현예 변형을 나타내는 도 13과 매우 유사한 도면이다.

본원에 걸쳐, 용어 "수직", "하부", "상부", "바닥면", "윗면", "아래" 및 "위", "내부", "외부"는 수직 작동 구성 내에 배열된 유도에 의해 가열된 저온 도가니 용광로와 상대적으로 관련하여 이해되어야 한다. 따라서, 작동 구성에서, 용광로는 그를 통해 용융 물질이 아래로 배출되는 바닥면(플로어)과 수직으로 배열된다.

도 1 내지 9는 이미 서문에 언급되어 있다. 따라서 이들은 이하에서는 상세히 설명하지 않는다.

명료함을 위해, 선행 기술 및 본 발명에 따른 저온 도가니 용광로에 공통적인 요소는 동일한 참조 번호(도면 부호)로 표시된다.

도 10에 나타난 것은 본 발명에 따른 적어도 하나의 자속 집중기(6)를 포함하는 저온 도가니 용광로(1)이다. 이러한 용광로(1)는 바람직하게는 금속(들) 및 옥사이드(들), 예컨대 코리움을 나타내는 우라늄 옥사이드(UO₂)를 포함하는 투여물의 용융을 수행하도록 의도된다.

이러한 용광로(1)는 측면 인덕터, 즉, 도가니의 측면 재킷(21)의 외부 주변에 감겨진 적어도 하나의 권선을 가지는 전자기 유도 코일(4)로 둘러싸인 구리 도가니(2)를 포함한다. 도시한 예에서, 인덕터(4)는 서로 동일하고 등거리인 4개의 연속적인 권선(40 내지 43)을 포함한다.

도시하지는 않았지만, 도가니(2)의 측면 벽은 일정 수의 동일한 섹션(20)으로 분할된다.

도가니(2)는 또한 플로어로 지칭되는 바닥면(22)을 포함한다. 바닥면(22)은 일단 물질(들)이 용융을 통해 액체 상태가 되면, 이러한 물질 또는 물질의 혼합물의 방출을 가능하게 하기 위한 스토퍼(23)를 포함한다.

이렇게 도가니(2)의 측면 벽 또는 재킷(21)을 분할하는 것은 교류 전류가 인덕터(4)의 권선을 통해 통과할 때, 유도된 전류는 도가니의 주변에 국부화된 채로 남아 있지 않고, 도 4와 관련한 서문에서 이미 설명된 바와 같이 각각의 섹션(20)을 돈다. 각각의 섹션(20)의 내부 주변에서의 전류의 집합은 도가니 내에 함유된 투여물 내의 전자기장을 생성한다.

따라서, 인덕터(4)에 의한 직접 유도 및 저온 도가니(2)에 의한 간접 유도의 합에 해당하는, 투여물 내에 유도된 전류는, 용융이 일어나고 액체 투여물이 로렌츠 힘 및 또한 액체 투여물 내의 온도 구배에 의해 생성되는 자연 대류에 의해 혼합될 때까지, 투여물의 물질(들)을 가열하는 것을 가능하게 만든다. 용융된 투여물이 액체가 되면, 냉각 회로에 의해 냉각된 도가니(2)의 벽과 접촉하게 되고, 도시하지는 않았지만, 투여물을 고형화하여 초기에 도가니(2)로 도입된 투여물의 물질(들)으로부터 제조된 고체 층인 크러스트를 생성한다.

이러한 저온 도가니 용광로(1)의 용도는 코리움의 대표인 우라늄 옥사이드 및 금속의 혼합물으로 구성된 투여물을 용융시키는 데 유리하다. 실제로, 우라늄 옥사이드의 용융점은 2865℃로, 금속, 특히 티타늄의 용융점보다 훨씬 더 높다. 이러한 온도에서의 금속은 사실상 점도가 0이라는 점, 즉, 도가니의 가장 작은 균열에 침투할 수 있다는 점을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 크러스트의 생성은, 한편으로는, 용융되는 투여물 내에 존재하는 금속은 어떤 경우에서든 도가니의 벽의 구성 금속을 공격할 수 없다는 것, 다른 한편으로는, 물질의 혼합물은 초기 순도를 유지하는 것이 보장된다.

바람직하게는, 도시하지 않은, 전기 절연 물질로 제조된 요소는 2개의 연속적인(인접한) 섹션(20) 사이에 배열된다. 이러한 절연 요소는 누설을 방지하고 열 손실을 감소시키는 역할뿐만 아니라 용광로의 작동 동안 구리 섹션(20) 사이의 전기 방전의 형성을 최소화하는 역할을 한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 용광로(1)는 스토퍼(23) 아래의 영역을 비어 있는 채로 두고 플로어(22)의 아랫면과 마주하게 X 축에 감겨진 적어도 하나의 권선(50, 51, 52)을 갖는 바닥면 인덕터(5)도 포함한다. 도시한 예에서, 바닥면 인덕터(5)는 서로 동일하고 등거리인 3개의 권선(43)을 가진다.

가열 수단으로서 측면 인덕터(4) 및 바닥면 인덕터(5) 둘 다를 가지는 것은 용융되는 투여물의 물질 내에 유도되는 전력 밀도의 연속성을 수득할 수 있게 만든다. 따라서 크러스트 두께는 선행 기술에 따른 종래의 해결책에서와 같이 투여물을 과열할 필요 없이 더 우수하게 분포될 수 있다. 따라서, 열 손실은 상당히 증가하지 않으며 유도 전력은 최적화될 수 있다.

즉, 본 발명자들은 바닥면 인덕터(5)에 의해 유도되는 전류는 측면 인덕터(4)의 작동을 교란할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지라고 분석했다. 용어 "상호 현상"으로 알려진 이러한 현상은 바닥면 유도 발전기를 악화할 수 있다.

따라서, 본 발명자들은 바닥면 인덕터(5)의 외부 주변 및 아랫면과 마주하게 각각 배열되는 적어도 하나의 측면 벽(61) 및 바닥면 벽(62)을 포함하는 강자성 물질로 제조된 부품(60)으로 구성되는 자속 집중기(6)를 공급하였다.

강자성 물질로 제조된 부품(60)은 따라서 중심 스토퍼(23) 주위의 플로어(22) 상에의 국부 영역 내에 바닥면 인덕터(5)에 의해 생성된 자기장을 한정하는 것을 가능하게 만들었다.

이는 임의의 상호 현상을 감소시키거나 심지어 제거할 뿐만 아니라 바닥면 인덕터(5)의 효율을 증가시키는 것이 가능하게 만들었다. 이는 측면 재킷(21) 및 플로어(22) 둘 다 상의 유도 전력 밀도의 우수한 분포(∑)를 나타내는 도 10에 의해 설명되었다.

도 11은 용융된 물질(들)의 균일한 배스(B) 및 본 발명에 따른 자속 집중기를 갖는 2개의 인덕터(4, 5)의 방법으로 얻어진 크러스트의 두께(e)의 사실상 균일한 분포를 도시한다.

하나의 유리한 구현예에 따르면, 용융되는 투여물이 옥사이드 및 적어도 하나의 금속의 혼합물, 예컨대 코리움을 나타내는 혼합물으로 구성될 때, 바닥면 인덕터(5)와 상이한 진동수의 교류 전류가 측면 인덕터(4) 내에서 순환된다. 실제로, 금속, 예컨대 전형적으로 1800℃ 부근의 티타늄의 온도는, 옥사이드, 예컨대 2865℃ 부근의 우라늄 옥사이드(UO₂)보다 실질적으로 낮다.

따라서, 하나는 금속(들)의 용융에 적합하고 다른 하나는 옥사이드의 유도 용융에 적합한, 2개의 상이한 진동수에서의 전류를 갖는 측면 인덕터(4) 및 바닥면 인덕터(5)를 공급함으로써, 혼합물의 구성 요소의 동시 용융을 보장하는 반면 혼합을 보장하고, 또한, 용융 공정에 걸쳐 금속 또는 금속들은 도가니의 벽과 직접적으로 접촉하지 않도록 보장한다. 실제로, 다른 한편으로는, 동일한 물질에 대해, 유도 진동수가 더 높을수록 더 많은 전자기파가 상기 물질을 침투하여 벌크(bulk)에서 줄 효과 가열을 생성할 것이다.

더욱이, 앞서 언급하였듯이, 그들의 용융점 차이로 인해, 옥사이드는 더 높은 유도 진동수를 필요로 하고, 금속(들)은 더 낮은 진동수를 필요로 한다.

마지막으로, 일단 용광로 내의 용융 공정이 진행되면, 옥사이드가 용융되기 시작할 때 금속(들)은 사실상 0의 점도를 가진다.

따라서, 본 발명에 따라 용광로의 작동을 위해 단일 유도 진동수를 사용하면, 도가니의 벽에 존재하는 가장 작은 균열으로 용융된 금속(들)이 침투할 위험이 있다. 또한, 금속(들)이 상기 벽 상에 있을 때 고착되어 전자기파에 대한 스크린을 형성하고 선택적으로 저온 도가니를 악화시키는 해로운 영향을 미칠 수 있다.

결과적으로, 2개의 상이한 진동수(하나의 측면 인덕터(4)용, 다른 하나의 바닥면 인덕터(5)용)에서 본 발명에 따른 용광로의 작동은 이러한 위험을 회피하거나 매우 적어도 감소시키는 것을 가능하게 한다: 용융 공정에서, 금속(들)은 도가니 내부를 향해 뒤로 밀어 넣어진다. 균일한 혼합물은 따라서 용융된 성분의 평형 시스템 내에서 수득된다. 따라서, 특히 용융되는 투입물이 주로 옥사이드(들)로 구성되는 경우, 측면 인덕터(4) 및 바닥면 인덕터(5)는 상대적으로 유사하거나 심지어 동일한 진동수에서 작동하는 것이 가능할 수 있다.

도 12는 측면 인덕터(4)보다 더 낮은 바닥면 인덕터(5)의 작동 진동수를 갖는 유리한 구현예를 도시한다: 전력 밀도 분포(∑i)는 따라서 플로어(22)보다 측면 재킷(21) 상에서 더 낮다.

도 13 및 도 14에 도시된 것은 본 발명에 따른 용광로의 유리한 구현예이다. 본 구현예에 따르면, 측면 인덕터(4) 아래에 선택적으로 분할된 링(7) 형태의 보조 자기 집중기 요소를 배치하도록 장비가 제공된다.

도시된 바와 같이, 이러한 링(7)은 측면 인덕터(4)의 권선(40, 41, 42, 43)에 수직으로 연장되는 단일 벽(70)을 포함할 수 있거나(도 13), 또는 측면 인덕터(4)의 권선(40, 41, 42, 43)과 평행으로 연장되는 보조 벽(71)을 포함할 수 있다(도 14).

측면 인덕터(4) 아래의 이러한 링(7)은 자기 집중기(6, 60)의 결과를 증가시킬 수 있도록 만든다. 실제로, 전력, 진동수 및 2개의 인덕터(4, 5)의 근접도에 따라, 상기 링(7)은 바닥면 인덕터(5)의 효율을 증가시키며, 상호 현상을 감소시켜 사실상 존재하지 않게 한다.

바람직하게는, 측면 인덕터(4) 및 바닥면 인덕터(5)의 전력 공급원은 용융되는 투여물에 따라 대략 500 Hz 내지 300 kHz의 진동수 범위에 걸쳐 작동하도록 크기가 정해진다.

더 바람직하게는, 용융 코리움의 특정 적용에서, 측면 인덕터(4) 및 바닥면 인덕터(5)의 전력 공급원은 우선적으로 대략 80 kHz 내지 160 kHz의 진동수 범위에 걸쳐 작동하도록 크기가 정해진다.

본 발명은 지금까지 설명된 예들로 한정되지 않는다: 특히 도시된 예들의 특징은 도시되지 않는 변형들과 서로 결합될 수 있다.

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Claims (11)

1. - 용융되는 물질을 함유하기 위한 도가니로서, 상기 도가니는 벽을 포함하고, 상기 벽은 전기 전도성 물질로 만들어져 있으며 X 축에 대한 회전 실린더의 일반적인 형상을 가지는 측면 재킷(21) 및 플로어(22)로 지칭되며 적어도 하나의 스토퍼(23)가 제공되는 바닥면을 포함하고, 상기 측면 재킷(21) 및 상기 플로어(22)는 상기 X 축과 평행하게 연장되는 전기적으로 절연된 섹션들로 각각 분할되는, 도가니;
   - 상기 측면 재킷의 외부 주변(outer periphery)에 감겨진 적어도 하나의 권선(turn)(40, 41, 42, 43)을 가지며 측면 인덕터(lateral inductor)(4)로 지칭되는 적어도 하나의 인덕터, 및
   - 상기 스토퍼(23) 아래의 영역을 비어 있는 채로 남겨두는 한편 상기 플로어의 아랫면과 마주보는 상기 X 축에 감겨진 적어도 하나의 권선(50, 51, 52)을 가지며 바닥면 인덕터(5)로 지칭되는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는,
   적어도 하나의 전기 전도성 물질, 예컨대 산화물(oxide) 및/또는 금속을 용융시키도록 의도된, 전자기 유도에 의해 가열되는 저온 도가니 용광로(1)로서,
   바닥면 인덕터(5)의 외부 주변 및 아랫면과 마주보게 각각 배열되는, 적어도 하나의 측면 벽(61) 및 하나의 바닥면 벽(62)을 포함하고 강자성 물질로 제조된 부품(60)으로 구성되는 자속 집중기(magnetic flux concentrator)(6)를 형성하는 적어도 하나의 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온 도가니 용광로.
2. 제1항에 있어서, 상기 자속 집중기의 부품은 상기 바닥면 인덕터(5)의 내부 주변(inner periphery)과 마주보게 배열되는 측면 벽(63)을 추가로 포함하고, 상기 부품의 상기 2개의 측면 벽(61, 63) 및 상기 바닥면 벽(62)은 상기 바닥면 인덕터(5)가 배열되는 U자 형상을 실질적으로 형성하는, 저온 도가니 용광로.
3. 제1항에 있어서, 상기 측면 인덕터(4)의 아래에 임의로 분할된 보조 자기 집중기 링(7, 70, 71)을 포함하는, 저온 도가니 용광로.
4. 제1항에 있어서, 상기 부품은 페라이트(ferrite)로 제조되거나 자기 판으로부터 생성되는, 저온 도가니 용광로.
5. 제1항에 있어서, 상기 측면 인덕터(4) 및 상기 바닥면 인덕터(5)는 상이한 진동수에서 동시에 작동될 수 있는, 저온 도가니 용광로.
6. 제5항에 있어서, 상기 바닥면 인덕터(5)는 상기 측면 인덕터(4)보다 더 낮은 작동 진동수를 갖는, 저온 도가니 용광로.
7. 제1항에 있어서, 상기 측면 인덕터(4) 및 상기 바닥면 인덕터(5)는 500 Hz 내지 300 kHZ의 작동 진동수를 갖는, 저온 도가니 용광로.
8. 제7항에 있어서, 용융되는 코리움(corium)을 나타내는 혼합물의 경우, 상기 측면 인덕터(4) 및 상기 바닥면 인덕터(5)는 80 kHz 내지 160 kHz의 작동 진동수를 갖는, 저온 도가니 용광로.
9. 제5항에 있어서, 상기 측면 인덕터(4) 또는 상기 바닥면 인덕터(5)의 작동 진동수 중 하나는 하나 이상의 금속을 용융시키기에 적합하고, 상기 측면 인덕터(4) 또는 상기 바닥면 인덕터(5)의 작동 진동수 중 다른 하나는 하나 이상의 산화물을 용융시키기에 적합한, 저온 도가니 용광로.
10. 제1항에 따른 저온 도가니 용광로를 사용하여, 적어도 하나 이상의 금속 및 하나 이상의 산화물의 혼합물을 용융시키는 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 혼합물은 금속(강철, 지르코늄 등) 및 산화물(우라늄 UO₂, 지르코늄 등) 및 콘크리트 성분의 혼합물이고, 상기 혼합물은 코리움을 나타내는, 방법.

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