KR20220075219A - 추가 공진 회로를 포함하는 유도로 - Google Patents

Abstract

도가니는 적어도 2개의 전기 유도 가열 회로를 포함하며, 2개의 전기 유도 가열 회로 중 하나는 측벽 주위에 위치하고, 다른 하나는 도가니의 바닥 아래에 또는 내에 위치한다. 회로(18) 중 하나는 인덕터(3)에 연결된 발전기(15)를 포함하며, 다른 회로(19)에는 발전기가 없으나, 전자와 전자기 결합에서 보조 인덕터(7)와 전체 조정 가능한 커패시턴스를 갖는 커패시터(17)로 구성된다. 결합 조건, 2개의 인덕터(3, 7)를 통과하는 각각의 전력 및 가열 분포는 가열을 균질화하거나 또는 도가니 바닥에 집중하도록 수정될 수 있다. 좋은 열효율을 기대할 수 있다.

Description

추가 공진 회로를 포함하는 유도로

본 발명은 추가 공진 회로를 포함하는 유도로에 관한 것이다.

본 발명은 특히, 예를 들어, 산화물 또는 산화물 혼합물과 같은, 또는 약 30중량% 까지의 금속 비율을 갖는 혼합물과 같은, 적어도 하나의 전기 전도성 재료를 녹이기 위한 전자기 유도 가열을 갖는 도가니 유도로에 관한 것이다. 이러한 혼합물은 녹은 코어륨(coriums)을 나타낸다. 이는 특히, 예를 들어 1200K에서 3000K 이상인 고온에서 생산되는 에나멜(enamels) 또는 기타 고순도 재료의 생산에서, 유리 산업에서 사용되는 유도로에도 적용된다. 유도 주파수는 일반적으로 도가니의 크기에 따라 100kHz에서 1000kHz 사이로 구성된다.

특히 충진재 온도의 더 나은 균질성을 가능하게 하여 냉 도가니로를 개선해야 하며, 도가니 하부에 있는 밑창의 크러스트 두께 감소의 가능한 결과로, 액체 수조 또는 용융 물질의 많은 과열을 포함하거나 유도 전류를 생성하지 않으며, 이는 해로울 수 있고 인덕터 또는 인덕터의 전기 회로를 구성하는 구성요소, 특히 예를 들어 전류 발생기를 방해할 수 있다. 얻은 이점은 더 나은 효율성과 더 나은 열 균질성과 관련이 있다. 이는 설치를 단순화하고 대류에 의한 액체 수조의 혼합을 개선하며 중력에 의해 바닥을 통해 액체를 용이하게 붓는 것을 가능하게 한다.

유도 오븐은 주조 또는 야금 분야, 또는 재료 생산 또는 균질 혼합물 형성을 위한 원자력 산업 분야에서 잘 알려져 있다. 이는 전하가 보관되는 도가니, 및 여기(excitation)가 전하에서 전류를 생성하여, 가열 및 용해로 이어지는, 적어도 하나의 인덕터를 포함한다. 이러한 가열 프로세스는 구현이 간단하고 열 에너지 소스와 도가니 사이의 접촉을 방지할 수 있다.

도가니는 일반적으로, 평평할 수 있고 하부를 구성하는 바닥에 결합된, 측벽을 포함한다. 전기 전도성 재료인 경우 종종 섹터로 형성된다. 즉, 각을 이루는 섹터 위로 연장되는 부분으로 구성된다. 전하 주위에 소용돌이 모양의 유도 전류가 발생하고 이에 대응하는 에너지 손실이 발생하는 것을 방지하기 위해, 부분은 전기 절연 분리기로 분리된다.

일부 도가니는 래밍 매스(ramming mass) 또는 흑연과 같은 내화 재료로 구성된다. 그들의 장점은 높은 용융 온도이지만, 특히 산화물로 구성된 특정 충전물은 훨씬 더 높은 온도 또는 적어도 물리적 또는 화학적으로 부식시키기에 충분한 온도에서 용융되어야 한다.

또한, 본 발명이 채택한 매우 광범위한 디자인은, 물 또는 다른 액체에 의해 냉각되고 도가니 내에서 연장되는 냉각 회로가 장착된, 냉각된 도가니이다. 따라서, 도가니는 공정이 작동하는 동안 충전물의 중심부보다 훨씬 더 차갑게 유지되며, 도가니는 도가니에 대해 존재하는 전하로부터 물질의 응고 층에 의한 부식 또는 기타 물리적 또는 화학적 공격으로부터 보호된 상태로 남아 있고, 이는 도가니의 내벽을 구성하는 것으로 간주할 수 있으며 이를 스컬 도가니(skull crucible)라고 한다. 이러한 저온 도가니를 사용하면, 예를 들어, 티타늄, 강철과 같은 금속 또는 유리, 티타늄 산화물, 희토류 금속 또는 혼합물과 같은 산화물로 구성된 다양한 합금일 수 있는, 또는 예를 들어, 실리콘 또는 에나멜과 같은 전도성이 낮은 재료일 수 있는, 반응성이 높은 재료를 1500K 이상 또는 3000K 이상에서 고온 용융할 수 있다.

그러나 도가니에서 가열의 균질성 결함이 관찰될 수 있다. 전하의 가장 뜨거운 부분은 대류에 의해 자유 표면으로 올라가는 경향이 있다. 그러나, 가열을 담당하는 유도 전류는, 특히 산화물 전하에 대한 뜨거운 부분에 대응하는, 전기 전도성이 가장 큰 부분에 집중되는 경향이 있다. 이러한 대류의 결과는 불균일한 가열과 금속성인 경우 바닥 근처의 전자기 유도 감소에 의해 강화될 수 있으며, 충전물은 도가니 바닥을 가열하기가 더 어렵고, 온도가 더 낮게 유지되며 일반적으로 응고층이 바닥보다 훨씬 더 두껍다(때로는 도가니의 측벽 반대편에 몇 밀리미터가 아닌 수십 밀리미터). 냉각된 구조물의 높은 전기 손실과 관련된 용융을 달성하는 데 더 큰 어려움은 그 자체로 해롭고 공정 품질에 영향을 미칠 수 있다. 도가니를 뒤집지 않고, 바닥 중앙의 플러그를 개봉하여, 도가니 하부에 의해 용융된 충전물을 배출하기 위해 제공되는 것은 더 큰 방해가 되고, 이는 수행하기가 어렵고 종종 금지된다. 사실상 플러그가 제거되었을 때, 응고된 크러스트가 쏟아지는 것을 방지할 수 있다. 도가니 하부에 있는 크러스트를 녹이고 중앙에 가열을 집중시키기 위해 전력을 증가시키는 것이 구상될 수 있다. 그러나, 특정 산화물의 휘발성을 증가시켜 충전물의 조성을 수정하여 용융시키는 동안, 섹터 사이의 절연체와 같은, 측벽을 덮고 있는 응고층을 용융시키거나 도가니의 특정 구조를 손상시키면서, 다른 곳에서 과열될 위험이 있다. 이미 낮은 효율로 특징지어지는 공정에서 열 손실은 1.5 또는 2가 될 수 있는 계수로 곱해질 수 있고, 이는 수조의 자유 표면으로부터의 복사, 도가니 벽의 전도 및 주변 대기와의 협력에 의한 손실이 높다.

도가니 하부에서 전하의 용융을 얻기 위해 유도 주파수에 작용하는 것도 가능하다. 가장 일반적인 측벽 주위에 인덕터를 배치하면, 반경 방향으로 도가니 내부 가열 분포는 인덕터의 여기 주파수에 따라 달라진다. 여기 주파수가 높을수록 가열이 벽에 제한된다. 즉, 따라서, 용융 수조의 부피를 조정하기 위해 여기 주파수를 선택하거나 조정할 수 있으며 어느 정도 도가니 내부의 온도 분포가 조정될 수 있다. 그러나 용융 수조의 온도가 균일하지 않은 것은 허용되지 않을 수 있다. 실제로, 전기 회로 및 냉각 시스템은 일반적으로 장치의 이러한 부담이 반드시 만족스럽지 않으면서 과도하게 치수가 지정된다.

이러한 결함은, 특히 이러한 구조의 전기 손실 증가로 인해, 저온 도가니가, 구리 또는 특정 등급의 스테인리스강과 같은, 전기 전도성 재료인 현재의 경우에 특히 두드러지나, 이들은 도가니를 구성하는 재료와 그 구조에 관계없이 존재한다.

지금까지 설명한 가장 단순한 유도로의 마지막 단점이 본원에서 언급되며, 이는 인덕터의 높이가 눈에 띄게 다를 경우, 도가니 내부의 높이가 다른 다양한 전하량에 제대로 적응하지 못한다는 것이다.

그러한 유도로를 예시하는 많은 선행 기술이 있다. 본원에서는 이제 가열의 균질성을 향상시키는 것으로 가정되는 특정 설계에 대해 설명한다.

문서 EP 1 045 216 B1은, 도가니 측벽을 둘러싸고 있는 메인 인덕터 외에, 도가니에서 주입할 수 있는 플러그 주변의, 바닥 아래의 주입 영역 주위에 배치된 보조 인덕터를 설명한다. 보조 인덕터는, 바닥을 통과하는 주입구 주변에서의 전하의 응고를 방지하기 위해 그리고 플러그가 제거되었을 주입이 일어날 있음을 확인하기 위해, 추가 유도 전류를 생성할 수 있다. 그러나 구현의 어려움이 남아 있으며, 이 장치가 반드시 매우 높은 융점을 갖는 재료의 용융에 적합하지는 않다. 그 효과는 제한된 시간 동안 순전히 제한적이어서 충전물을 용융시키기 위해 가열할 때 균질성 부족이라는 보다 일반적인 문제가 해결되지 않는다. 이미 제안된 것처럼 냉각되지 않은 금속 튜브가 튜브 덕분에 더 큰 가열을 얻기 위해 낮은 인덕터와 주입 개구 사이에 제공된 경우에도 동일하게 적용된다. 또한 후자는 특히 고온에서 빠르게 부식될 위험이 있다.

문서 US 6 185 243 B1의 것과 같은 특정 디자인에서, 도가니의 측벽 주위에 배치된 보다 통상적인 인덕터는 바닥 아래에 위치한 인덕터로 대체되고 그 형상은 하나 이상의 나선 형상일 수 있다. 이 디자인은 직경에 비해 높이가 작은 수조에만 적합하며, 이는 용융 수조의 자유 표면에서의 대류 및 측벽의 전도에 의한 높은 열 손실과 관련될 수 있다. 제공된 전력은 여전히 이질적이며 일반적으로 인덕터 회전보다 높지만 측벽 근처와 회전이 없는 경우 도가니 중앙에서 훨씬 약하다.

또한 측벽 주위와 바닥 아래로 확장되는 단일 인덕터(US-1645526--A) 또는 각각 전원에 의해 작동되는 두 개의 개별 인덕터(US 4　609　425, JP 10　253　260, US 4　687　646)를 배치하는 것이 제안되었다. 그러나 충전 가열의 더 나은 균일성 가능성은, 작동을 방해하고 제어 전자 장치를 손상시킬 수도 있는, 두 개의 인덕터 또는 인덕터 부품에 의해 생성된 전기장 간의 충돌에 의해 상쇄된다. 마지막으로, 이러한 디자인에 대한 개선은, 자속 집중기라고 하는 부분이 측벽과 바닥의 접합부에 위치하여 두 개의 인덕터를 분리하는, 문서 WO 2017/093165 A1에서 제안되었다. 이 부분은 투자율이 높은 물질의 정적 부분으로 자기장 간의 상호 작용을 감소시킨다. 위와 같은 단점이 줄어들어 더 나은 효율을 기대할 수 있다. 불행히도, 성능을 유지하기 위해 자속 집중 장치를 냉각하기 위해, 특히 (전원의 여기 주파수에 관한) 본원에 구상된 작동 범위가 필요하며, 이는 어떤 상황에서는 기술적으로 어려울 수 있다. 집중 장치는 접근하기 어렵고 전하에 대한 인덕터의 움직임이 필요한 영역에 배치되어야 한다. 마지막으로, 방사성 전하의 경우 방사선에 취약하다. 다른 순서의 한 가지 단점은 이 장치가 2개의 인덕터 사이에 가열 전력을 분배할 수 없다는 것이다.

본 발명은 개선된 유도로에 관한 것으로, 그 중 가장 중요한 측면은 필요에 따라 용융 충전물의 가열 효율성을 높이고 가열된 부피의 가열 분포를 조정할 수 있다는 것이며, 2개의 인덕터의 보다 유리한 구조 덕분에 2개의 인덕터 중 하나는 도가니의 측벽 주위에 있고 다른 하나는 바닥 아래(또는 내부)에 있다. 이전 장치 및 프로세스보다 높은 전기 효율이 기대된다. 또한 도가니 바닥에서 보다 효과적인 가열로 인해 더 쉽게 주입할 수 있을 것으로 예상된다.

구체적으로, 본 발명은 유체의 순환에 의해 냉각되는 측벽과 측벽 아래에 위치한 바닥을 구비한 도가니, 제1 인덕터 및 발전기를 포함하는 제1 전기 유도 가열 회로, 및 제2 인덕터를 포함하는 제2 유도 가열 전기 회로를 포함하는 유도로에 관한 것이며, 인덕터 중 하나는 측벽 주위에 위치하고, 다른 하나는 하부 또는 바닥에 위치하며, 제2 회로에는 발전기가 없으나 제1 회로와 전자기적으로 결합되어 있으며 조정 가능한 정전 용량의 전기 커패시터 장치가 제공되고, 전술한 전기 커패시터 장치는 제2 인덕터에 연결된다.

이중 회로를 가진 이러한 전기 장치는, 2개의 회로의 자유로운 전자기 상호작용에 의해 촉진되는, 화로의 전기적 공진 현상을 이용한다. 측벽을 둘러싸고 있는 인덕터와 바닥에 할당된 인덕터가 서로 연결되어 있는 동일한 전원에 의해 여기되는 기존의 장치와 달리, 또는 두 개의 다른 소스에 의해 서로 분리되는 동안, 접합부에서 유도 자기장 사이에 충돌이 관찰되지 않고 전기 회로에 방해가 발생하지 않는다. 그 결과 전기 효율이 향상되고 손실이 줄어든다.

본 발명의 또 다른 이점은 가열을 더 잘 분배하기 위한 설비이다. 특히, 공정을 균일하게 하고 붓기를 용이하게 하기 위해, 바닥 바로 위의, 중심부와 하부에서 가열이 잘 분배되는 것이 가능하다. 이 가열 분포는, 또한 그 커패시턴스의 변화에 대한 매우 높은 감도와 함께, (녹는 동안 조정 가능한) 총 커패시턴스의 설정에 따라 다르며, 양호한 레벨의 온도 균일성을 얻을 수 있는 정도까지, 또는 본질적으로 주변부, 중심부 또는 용융 충전물의 하부에서 가열과 반대이다.

제1 인덕터는 메인 인덕터를 구성하기 때문에 측벽 주위에 배치되는 것이 일반적이며, 이어서 제2 전기 회로가 바닥에 할당된다. 그러나, 특히 높은 표면적과 작은 높이를 가진 도가니에 대해 비판의 여지 없이 반대 배열에 직면할 수 있다.

도가니 바닥의 인덕터는 매우 우수한 열전도체인 전기 절연체로 덮인 나선형을 형성할 수 있다. 그러면 도가니 하부의 바닥이 전술한 인덕터 자체에 의해 구성되는 것이 가능하고 유리하며, 이는 도가니의 설계를 단순화하고 가열 효율을 향상시킨다.

유도로는, 어떠한 발전기를 갖지 않고 인덕터 및 조정 가능한 총 정전 용량을 갖는 커패시터 장치를 포함하며, 적어도 제1 회로와 전자기적으로 결합되는, 적어도 하나의 추가 회로를 포함할 수 있다. 따라서 이 추가 회로 또는 이러한 추가 회로들은 언급된 제2 회로와 동일한 특성을 갖는다. 이는 새로 추가된 충전량의 가열을 개선하기 위해 유도로의 상단 부분에서 유용할 수 있다. 이들은 이어서 바닥 위 또는 바닥 내에 있는 표시기를 향하고 바닥과 평행하게 도가니의 정점 위에 배치될 수 있다.

추가 회로(들)는 유리하게는 이들이 스스로 개방될 수 있게 하는 단로기(disconnector)가 장착될 수 있다.

본 발명의 다른 측면, 특징 및 이점은 순수하게 예시적인 본 발명의 특정한 실시예를 나타내는 다음 도면에 의해 설명된다.
도 1은 유도로의 개략도이다.
도 2는 인덕터의 측면도이다.
도 3은 인덕처의 저면도이다.
도 4는 전기 회로도이다.
도 5는 커패시터 뱅크(bank)의 실시예이다.
도 6은 또 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 제1 가열 상태를 도시한다.
도 8은 도7을 하부에서 본 도면이다.
도 9은 제2 가열 상태를 도시한다.
도 10은 도9를 하부에서 본 도면이다.
도 11은 제3 가열 상태를 도시한다.
도 12는 도11을 하부에서 본 도면이다.
도 13은 도가니의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 14는 도가니의 제3 실시예를 도시한다.
도 15는 제3 실시예의 바닥을 도시한다.
도 16은 제1 실시예의 바닥의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 실시예를 설명한다. 유도로의 이 실시예는 측벽(1), 또는 측벽(1)에 원형 유도전류가 발생하는 것을 방지하기 위한 전기 절연 분리기에 의해 인접하고 연결된 구리 또는 스테인리스 스틸의 수직 튜브(2)로 구성된 원통형 슬리브를 포함한다. 튜브(2)는 공지된 구성에 따라 물과 같은 냉각 액체에 의해 횡단된다. 냉각 회로(12)는 상단과 하단에서 교대로 튜브(2) 사이의 커넥터를 통해 액체를 상하로 교대로 순환시킬 수 있다. 또 다른 가능한 구조는 US-6 996 153-B2의 구조일 것이며, 여기서 각각의 튜브는 수직 왕복 이동을 이루는 회로에 의해 독립적으로 냉각된다.

측면 인덕터(3)는 측벽(1)을 둘러싼다. 측면 인덕터(3)는 여기에서는 높이 방향으로 중첩된 평행 가닥 4개로 구성된 단일 회전이며 각각은 도가니 주위에 단일 패스를 이룬다. 측면 인덕터(3)의 단부는 2개의 수직 연결부(5, 6)와 함께 연결되고, 또한 2개의 수직 연결부(5, 6)는 교류 발전기에 대한 전기 연결과 유압 연결을 모두 제공하며, 스트랜드(4)도 냉각 회로(13)에 연결된 냉각액의 순환에 의해 냉각된다. 측면 인덕터의 다른 배열, 특히 나선형으로 배열된 연속적인 턴도 가능하다.

도가니는 주로 나선형 형태의 보조 인덕터(7)로 구성된 바닥(8)에 의해 완성된다(도 3 및 16). 보조 인덕터(7) 또한 물로 냉각된 관이며, 그 단부(9, 10)도 냉각 회로(14)로 이어진다. 나선형의 턴(turns)(31)은 전기적으로 절연되고 매우 우수한 열 전도체인 분리기 전기 절연체(32)에 의해 결합된다. 전기 절연체(32)는 나선형의 턴(31)을 모두 분리시키며 바닥(8)에 대한 연속적인 구조를 제공한다. 또한, 보조 인덕터(7)는 상부면이 예를 들어 알루미나로 구성된 전기 절연성 및 우수한 열 전도체인 얇은 층(33)으로 덮인다. 이러한 설계는 기존에 사용된 바닥을 제거하고 보조 인덕터(7)에 의해 직접 도가니의 전하를 유지하는 것을 가능하게 한다. 바닥(8)과 측면 쌍(1)의 냉각은 또한 스컬 도가니의 형성으로 이어집니다. 즉, 이들과 접촉하는 전하의 층이 고체로 남아 부식으로부터 보호된다.

스파이럴의 중앙에는 주입 플러그(11)가 배치된다. 주입 플러그(11)는 본원에 표시되지 않은 기존 장치에 의해 냉각된다. 이미 공지된 실시예에 따르고 각각이 특히 예를 들어 펌프 및 열교환기를 포함하는 것이 가능한, 측벽(1), 주 인덕터(3) 및 보조 인덕터(7)의 냉각 회로(12, 13, 14)는 본원에서 단지 개략적으로만 도시되어 있다.

전기 장치는 도 4에 설명되어 있다. 메인 인덕터(3)는 교류 전력 발생기(15)의 단자에 연결된다. 커패시터 뱅크(16)는 또한 메인 인덕터(3)와 병렬로 발전기(15)의 단자에 연결된다. 어셈블리는 폐쇄된 주 전기 회로(18)를 형성한다. 이 주 전기 회로(18)는 무엇보다도 도가니의 구조, 내부에 포함된 충전물 및 주 인덕터(3)의 저항으로 인한 저항을 갖는다. 보조 인덕터(7)는 조절 가능한 커패시터(17)의 뱅크와 함께 폐쇄 보조 전기 회로(19)를 형성한다. 폐쇄 보조 전기 회로(19)는 발전기(15)와 물리적으로 분리되어 있고 자체 발전기가 없다. 이러한 보조 전기 회로(19)는 무엇보다도 보조 인덕터(7)로 인한 저항을 갖는다. 인덕터들(3, 7)의 근접은, 보조 전기 회로(19)에 발전기가 없음에도 불구하고, 작동 중인 전기 회로들(18, 19) 사이에 전자기 결합이 발생함을 의미한다. 이러한 결합은 특히 입력되는 전력과 도가니의 충전물 그리고 또한 보조 전기 회로(19)에 연결되거나 스위치(21)에 의해 분리될 수 있는 개별 커패시터로 구성된 커패시터(17)의 뱅크의 총 커패시턴스 설정에 따라 다르다. 개별 커패시터(20)는 도 5에 도시된 바와 같이 병렬로 배치될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 변형으로(도 6), 커패시터(17)의 뱅크는 효과가 동일할 조정 가능한 커패시터(22)로 대체될 수 있다.

본 발명은 인덕터(3, 7)에 의한 전기 회로(18, 19) 사이의 전자기 결합을 기반으로 하여, 특히 용융 및 혼합 과정에서 온도를 균질화하기 위해, 또는 (다른 가능성 중에서) 주입 플러그(11)를 풀고 주입 작업을 용이하게 하기 위해 바닥의 가열을 증가시키기 위해, 인덕터에 의해 유도된 전류를 조정하고 도가니에 포함된 전하의 가열 분포에 작용한다.

얻어진 효과는 아래의 표 1의 효과일 수 있다:

유도로	발전기(15)에서 공급되는 주 인덕터(3)의 전압 [V]	주 인덕터(3) 의 전류 [A]	보조 인덕터(7)의 단자의 전압 [V]	보조 인덕터(7)의 전류 [A]	유도로 유효 전력 [kW]	유도로 효율 [%]	측벽(1) 내의 손실 [kW]	보조 인덕터(7) 내의 손실 [kW]	주 인덕터(3) 내의 손실 [kW]
1- SPIRAL FLOOR 연결되지 않음	1254	2008	1191	-	267.8	74.	64.7	1.4	2.5
2 - FLOOR, 60 [nF]	1049	1444	2474	265.8	246.5	81.	39.5	3.7	1.3
3 - FLOOR, 69.45 [nF]	958.0	1216	2941	365.8	241.6	85.	32.6	5.3	1
4 - FLOOR, 75 [nF]	887	1045	3309	444.4	241.8	84.	28.9	6.9	0.8
5 - FLOOR, 90 [nF]	527.	507.	4518	728.1	234.1	82.	24.9	14.2	0.7

제1 행은 보조 회로(19)가 개방된 장치의 동작을 나타낸다. 주 인덕터(3) 단자의 전압과 주 인덕터(3)에 흐르는 전류가 높다. 보조 인덕터(7)의 단자에서의 전압이 낮으며, 따라서 가열은 주로 주 인덕터(3)에 의해 수행된다, 그러나, 측벽(1)의 손실이 높으며 효율이 상대적으로 낮다. 이러한 작동 모드는 알려진 조건과 유사하며 본 발명을 대표하지 않으며 일반적으로 추구되지도 않는다. 도 7 및 도 8은 용융 충전물(밝은 색은 더 큰 국부 가열을 나타냄)의 온도 분포의 관점에서 위에서 그리고 아래에서 원근법으로 도시된 주변부에서의 높은 가열을 도시하고, 여기에서는 중앙에서 더 약하고, 따라서 중앙에서 전하가 훨씬 더 차가우며, 특히 바닥 바로 위의 발전기(15)에 의한 매우 약한 난방이다. 다른 여기 주파수를 선택하면 가열 분포가 반경 방향으로 변할 수 있다. 그러나, 가열은 어떤 경우에도 여전히 도가니 바닥에서 약하고 온도 균질성이 달성되지 않는다.

표의 다음 행은 커패시터(17)의 뱅크 또는 조정 가능한 커패시터(22)의 커패시턴스를 증가시키는 효과를 설명한다. 전자기 공진이 강화되며, 메인 인덕터(3)의 단자의 전압, 및 전류값이 감소한다. 반면에, 보조 인덕터(7)의 단자에서의 전압과 그에 흐르는 전류의 값이 증가한다. 측벽(1) 내의 손실은 점점 더 크게 감소하며, 보조 인덕터(7) 내의 손실은 훨씬 낮은 값을 유지하면서 증가하고, 이는 노의 효율이 훨씬 더 크고 여기에서 69.45nF로 추정되는 커패시턴스 값에서 최대 85%에 도달한다는 것을 의미한다. 따라서, 충전물의 가열 분포의 일반적인 직경은 도 9 및 10의 직경이고, 다시 상부 및 하부 각각에서의 관점에서, 충전물 내 가열의 우수한 균질성이 얻어지며, 이번에는 도가니의 하부가, 위에 위치한 부분과 거의 같은 온도에 있는 동안, 가열되는 것이 관찰된다.

커패시터(17)의 뱅크 또는 조정 가능한 커패시터(22)의 커패시턴스를 추가적으로 증가시킴으로써, 도가니 하부의 가열로 인해 나머지 부분이 손상될 수 있다. 도 11과 12는 90nF의 커패시턴스로 얻어진 상태를 보여주고, 이는 실험적으로 이 경우 최대 전기 공진에 대응하며, 메인 인덕터(3)의 단자의 전압과 전류값은 최소이다. 반면에, 보조 인덕터(7)의 단자에서의 전압과 거기에 흐르는 전류는 최대이다. 충전물의 정점은 거의 가열되지 않고, 가열은 도 12에서와 같이 도가니 하부에 집중된다. 보조 전기 회로(19)가 최대 전력 공급에 가장 많이 작용하는, 뱅크(17)의 높은 총 정전용량과 최대 공진의 이러한 상태를 유지하면서, 보조 전기 회로(19) 근처에 가열을 집중시키는 것을 가능하게 하고, 즉, 여기 도가니 하부에서 용융 수조의 혼합이 계속되는 동안 고체 크러스트의 용융이 촉진된다. 중력에 의한 주입은 플러그(11)를 개방함으로써 얻어질 수 있다.

도 13은,회로를 폐쇄하는, 인덕터(24) 및 인덕터(24)의 단자에 배치된 커패시터(25)를 포함하는 제2 보조 전기 회로(23)의 사용을 도시한다. 커패시터(25)는 조정 가능하거나 또는 조정 불가능할 수 있다. 인덕터(24)는, 대향하는 보조 전기 회로(19)의 것과 유사한 형태의, 도가니의 정점 위에 위치된다. 제2 보조 전기 회로(23)는 발전기를 갖지 않는다. 이는 또한 주 회로(18)와의 공진 전자기 결합을 통해 작동하고, 커패시터(25)의 커패시턴스의 적절한 조정 또는 선택으로, 상부에 도가니의 추가 가열을 설정할 수 있으며, 이는, 예를 들어, 특히 점진적으로 충전물을 도입하는 프로세스에서, 또는 예를 들어 전하의 부피가 더 커지고 높이가 높아지는 공정에 대해서, 도가니에 새로 도입된 충전물의 일부를 예열하는 데 유용할 수 있다. 제2 보조 회로(26)는 단로기(26)를 개방함으로써 비활성화될 수 있다.

본 발명은 수많은 다른 방식으로 구현될 수 있다. 도 14 및 15는 참조 번호(27)가 있는 바닥이, 하나의 워터 박스(28)에서 다음 워터 박스(28)로 냉각 유체의 순환을 위한 곡선형 튜브(29)에 의해 결합된, 원형 섹터의 워터 박스(28)로 구성되는 실시예를 도시한다. 냉각 회로의 단부(30)는 또한 이전 실시예에서와 같이 조절 가능한 커패시터의 뱅크의 연결을 위해 사용된다. 또한 장치는 이전 장치와 동일하며 작동 방식도 유사하다. 그러나, 이러한 실시예는 보조 회로를 선호하는 전자기 결합이 훨씬 덜 양호하기 때문에 바람직하지 않다.

알려진 장치에서와 같이 내화성 및 전기적으로 불활성인 바닥 위에 보조 인덕터를 배치하는 것은 여전히 가능하지만 효율성이 감소하는 단점이 있다.

인덕터는 알려진 모든 형태일 수 있다. 주로 구상된 보조 인덕터는 나선 형태이지만 병렬로 배치된 여러 동심 가닥 또는 단일 가닥으로 형성된 단일 회전 인덕터를 생각할 수 있으며 좋은 결과가 있을 것이다. 병렬 및 단일 가닥인 여러 가닥을 갖는 본원에서 구상한 주 인덕터는 그에 따라 여러 회전이 있는 나선형 인덕터로 대체될 수 있다.

커패시터(17)의, 부피의 가장 큰 부분에서 좋은 균질성과 같은, 그리고 주입할 수 있도록 하는 도가니 바닥에 충분히 집중된 가열과 같은, 뱅크를 조정할 수 있는 총 커패시턴스는 얻고자 하는 가열 분포에 대응하는 상이한 작동 모드를 가능하게 하도록 선택되어야 할 것이다. 일반적으로 보조 회로(19)에 최대 전력을 보낼 수 있도록 회로의 최대 공진 상태가 달성될 수 있음이 표시된다. 가장 높은 효율에 대응하는 상태가 대부분의 프로세스의 대부분 동안에 바람직하나, 효율이 커패시터(17)의 뱅크의 총 커패시턴스 값의 넓은 범위 내에서 여전히 개선되기 때문에, 반드시 필요한 것은 아니다.

도가니의 구조와 특히 도 1 내지 도 4에 나타낸 전기 회로의 배열을 변경하지 않고, 주 인덕터(발전기에 연결됨)와 보조 인덕터(조절 가능한 커패시터 장착)의 위치를 바꿀 수 있다.

인덕터와 커패시터로 구성되고 자체 발전기가 없는 주회로와 전자기적으로 결합된 다른 보조 회로도 필요에 따라 도가니의 다양한 위치에 추가할 수 있다.

Claims (10)

1. 유도로(induction furnace)로서, 상기 유도로는 유체의 순환에 의해 냉각되는 측벽(1)과 상기 측벽(1) 아래에 위치한 바닥(8)을 구비한 도가니(1, 8), 제1 인덕터(3)와 발전기(15)를 포함하는 제1 유도 가열 전기 회로(18), 및 제2 인덕터(7)를 포함하는 제2 유도 가열 전기 회로(19)를 포함하고, 상기 제1 인덕터와 상기 제2 인덕터 중 하나는 상기 측벽 주위에 위치하며 다른 하나는 상기 바닥 아래에 또는 상기 바닥 내에 위치하고, 상기 제2 회로(19)는 발전기가 없으나 상기 제1 회로(18)와 전자기적으로 결합되며 조정 가능한 정전 용량의 전기 커패시터 장치(17)가 제공되고, 상기 전기 커패시터 장치는 상기 제2 인덕터(7)에 연결되는 것을 특징으로 하는 유도로.
2. 제1항에 있어서, 상기 바닥(8)은 상기 인덕터들(7) 중 하나로 구성되며, 상기 인덕터들(7)은 전기 절연체(32)에 의해 결합된 턴(turns)(31)으로 구성된 나선형 형태인 것을 특징으로 하는 유도로.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 커패시터 장치는 가변 정전 용량의 커패시터(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도로.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 커패시터 장치는 단로기(disconnectors)(21)에 의해 상기 제2 회로(19)에 연결된 커패시터(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도로.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 인덕터(3)는 상기 측벽(2) 주위에 위치하는 것을 특징으로 하는 유도로.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 인덕터는 상기 바닥 아래 또는 상기 바닥 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 유도로.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도로는, 어떠한 발전기를 갖지 않으며 또한 인덕터(24) 및 조정 가능한 정전 용량을 가지되 적어도 상기 제1 회로(18)와 전가기적으로 결합된 커패시터 장치를 포함하는, 적어도 하나의 추가 유도 가열 전기 회로(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도로.
8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 전기 회로에는 상기 추가 전기 회로를 개방할 수 있는 단로기(26)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 유도로.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 회로의 인덕터는 상기 도가니 위에 위치하며 상기 제2 전기 회로를 마주하는 것을 특징으로 하는 유도로.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 회로의 상기 커패시터 장치의 전체 정전 용량은 상기 유도로의 최대 전기적 공명 상태로 조정 가능한 것을 특징으로 하는 유도로.

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