特開 2020-200981 シミュレーション方法、電気抵抗式溶融炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-200981(P2020-200981A)

(43)【公開日】2020年12月17日

(54)【発明の名称】シミュレーション方法、電気抵抗式溶融炉

(51)【国際特許分類】

   F27D 19/00 20060101AFI20201120BHJP

   F27D 21/00 20060101ALI20201120BHJP

   F27B 3/20 20060101ALI20201120BHJP

   F27B 3/28 20060101ALI20201120BHJP

【ＦＩ】

   F27D19/00 A

   F27D21/00 G

   F27B3/20

   F27B3/28

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-107420(P2019-107420)

(22)【出願日】2019年6月7日

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】猿渡 元彬

【テーマコード（参考）】

4K045

4K056

【Ｆターム（参考）】

4K045AA04

4K045DA04

4K045RB04

4K045RB08

4K056AA05

4K056BA02

4K056BB06

4K056FA04

4K056FA12

(57)【要約】

【課題】電気抵抗式溶融炉における複数の電極の位置を選択できるシミュレーション方法を提供する。
【解決手段】被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、炉本体の天井壁から内部空間に垂下した複数の電極とを有し、天井壁の垂直上方から見た場合に、複数の電極が同一円周上に配置されている電気抵抗式溶融炉の、複数の電極の配置のシミュレーション方法であって、
前記円周上の複数の電極の初期位置を設定する電極初期位置設定工程と、
複数の電極の初期位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出する温度分布算出工程と、
複数の電極を、前記円周上であって、初期位置とは異なる位置に設定し、設定した複数の電極の位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出する繰り返し工程と、
温度分布算出工程、繰り返し工程で得られた被溶融物の温度分布から、複数の電極の位置を選択する選択工程と、を有するシミュレーション方法を提供する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、前記炉本体の天井壁から前記内部空間に垂下した複数の電極とを有し、前記天井壁の垂直上方から見た場合に、複数の前記電極が同一の円周上に配置されている電気抵抗式溶融炉の、複数の前記電極の配置のシミュレーション方法であって、
前記円周上の複数の前記電極の初期位置を設定する電極初期位置設定工程と、
複数の前記電極の前記初期位置に基いて、前記被溶融物の温度分布を算出する温度分布算出工程と、
複数の前記電極を、前記円周上であって、前記初期位置とは異なる位置に設定し、設定した複数の前記電極の位置に基いて、前記被溶融物の温度分布を算出する繰り返し工程と、
前記温度分布算出工程、および前記繰り返し工程で得られた、前記被溶融物の温度分布から、複数の前記電極の位置を選択する選択工程と、を有するシミュレーション方法。

【請求項2】

被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、前記炉本体の天井壁から前記内部空間に垂下した複数の電極とを有し、
複数の前記電極が、請求項１に記載のシミュレーション方法の前記選択工程で選択された位置に配置される電気抵抗式溶融炉。

【請求項3】

被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、
前記炉本体の天井壁から前記内部空間に垂下し、前記天井壁の垂直上方から見た場合に同一の円周上に配置された複数の電極と、
前記円周上で複数の前記電極の位置を変化させる電極移動手段と、
前記被溶融物の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段で測定した前記被溶融物の温度に基いて、前記電極移動手段により複数の前記電極の位置を変化させる制御装置と、を有する電気抵抗式溶融炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シミュレーション方法、電気抵抗式溶融炉に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１等に開示されているように、飛灰等の被溶融物に対して、複数の電極により電圧をかけ、該被溶融物を溶融する電気抵抗式溶融炉が従来から用いられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平７−４２９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気抵抗式溶融炉では、複数の電極により被溶融物に電圧をかけることでジュール熱を生じさせ、該被溶融物を加熱、溶融している。このため、電極からの距離や、融体からの輻射の程度、被溶融物の対流等により、炉内に温度分布が生じ、例えば炉壁近傍の温度が低下することで、炉壁に付着物等が生じる場合があった。このように炉壁等に付着物等が生じると炉内の有効体積が低下し、該電気抵抗式溶融炉は十分な能力が発揮できない場合があった。

【0005】

このため、炉壁等に付着物が発生することを抑制できるように、電気抵抗式溶融炉における複数の電極の位置を選択できるシミュレーション方法が求められていた。

【0006】

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、電気抵抗式溶融炉における複数の電極の位置を選択できるシミュレーション方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、前記炉本体の天井壁から前記内部空間に垂下した複数の電極とを有し、前記天井壁の垂直上方から見た場合に、複数の前記電極が同一の円周上に配置されている電気抵抗式溶融炉の、複数の前記電極の配置のシミュレーション方法であって、
前記円周上の複数の前記電極の初期位置を設定する電極初期位置設定工程と、
複数の前記電極の前記初期位置に基いて、前記被溶融物の温度分布を算出する温度分布算出工程と、
複数の前記電極を、前記円周上であって、前記初期位置とは異なる位置に設定し、設定した複数の前記電極の位置に基いて、前記被溶融物の温度分布を算出する繰り返し工程と、
前記温度分布算出工程、および前記繰り返し工程で得られた、前記被溶融物の温度分布から、複数の前記電極の位置を選択する選択工程と、を有するシミュレーション方法を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、電気抵抗式溶融炉における複数の電極の位置を選択できるシミュレーション方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】電気抵抗式溶融炉の上面図である。

【図2】図１のＡ−Ａ´線における断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置の機能を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態に係るシミュレーション装置のハードウェア構成図である。

【図5】本発明の実施形態に係るシミュレーション方法を説明するフローチャートである。

【図6】本発明に係る実施例１での複数の電極の初期位置における被溶融物表面の温度分布の図である。

【図7】本発明に係る実施例１での複数の電極の位置を変更した際の被溶融物表面の温度分布の図である。

【図8】本発明に係る実施例１での複数の電極の位置を変更した際の被溶融物表面の温度分布の図である。

【図9】本発明に係る実施例１での複数の電極の位置を変更した際の被溶融物表面の温度分布の図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
［シミュレーション方法］
本実施形態のシミュレーション方法は、電気抵抗式溶融炉の、複数の電極の配置のシミュレーション方法に関し、以下の工程を有することができる。

【0011】

なお、電気抵抗式溶融炉は、被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、該炉本体の天井壁から内部空間に垂下した複数の電極とを有し、天井壁の垂直上方から見た場合に、複数の電極が同一の円周上に配置された構成を有することができる。

【0012】

上記円周上の複数の電極の初期位置を設定する電極初期位置設定工程。
複数の電極の初期位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出する温度分布算出工程。
複数の電極を、上記円周上であって、初期位置とは異なる位置に設定し、設定した複数の電極の位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出する繰り返し工程。
温度分布算出工程、および繰り返し工程で得られた、被溶融物の温度分布から、複数の電極の位置を選択する選択工程。
（電気抵抗式溶融炉）
ここまず、図１、図２を用いて、本実施形態のシミュレーション方法が適用される電気抵抗式溶融炉の構成例について説明する。

【0013】

図１は、電気抵抗式溶融炉１０の上面図を模式的に示している。図２は電気抵抗式溶融炉１０の断面図であり、図１のＡ−Ａ´線での断面図に当たる。なお、同じ部材には同じ番号を付け、説明を省略する。

【0014】

図１、図２に示すように、本実施形態の電気抵抗式溶融炉１０は、炉本体１１を有しており、炉本体１１は、天井壁１１１と、側壁１１２と、底壁１１３とを有している。天井壁１１１と、側壁１１２と、底壁１１３との一部または全部は一体の部材とすることもできる。そして、炉本体１１はその内部に内部空間１１４を有することができる。内部空間１１４は、内部に被溶融物２１を収容するように構成することができる。内部空間１１４の形状は特に限定されないが、被溶融物２１が十分に撹拌されるように例えば円柱形状の空間とすることができる。また、炉本体１１についても内部空間１１４の形状にあわせて円筒形状を有することができる。

【0015】

炉本体１１の材料は特に限定されないが、炉本体１１は加熱された被溶融物２１と接することになるため、グラファイトや、各種セラミック等の耐熱性の絶縁材料により構成することが好ましい。

【0016】

電気抵抗式溶融炉１０は、炉本体１１の天井壁１１１から、内部空間１１４に向かって垂下した、複数の電極１２１、１２２、１２３を有することができる。複数の電極１２１、１２２、１２３は、被溶融物２１に対して電圧を印加し、ジュール熱により被溶融物２１を加熱、溶融することができる。複数の電極１２１、１２２、１２３の本数は特に限定されないが、例えば図１、図２に示すように３本とすることができる。

【0017】

複数の電極１２１、１２２、１２３は、炉本体１１の天井壁１１１の垂直上方から見た場合、すなわち図１に示したように見た場合に、同一の円周Ｃ１上に配置された構成を有することができる。このように配置することで、内部空間１１４で加熱される被溶融物２１内の温度をより均一にすることができる。

【0018】

なお、被溶融物２１内の温度を特に均一にする観点から、図１に示すように、複数の電極１２１、１２２、１２３は、円周Ｃ１上において等間隔で配置することが好ましい。

【0019】

複数の電極１２１、１２２、１２３の高さ方向の位置は特に限定されず、例えば図２に示したように、底壁１１３と、複数の電極１２１、１２２、１２３との間に隙間が形成されるように離して配置することもできる。また、複数の電極１２１、１２２、１２３と、底壁１１３とが接するように、複数の電極１２１、１２２、１２３を配置することもできる。

【0020】

本実施形態の電気抵抗式溶融炉１０は、上記炉本体１１、および複数の電極１２１、１２２、１２３以外に任意の部材を有することができる。

【0021】

例えば、炉本体１１には、被溶融物の供給口１１１１を設けておくこともできる。被溶融物２１の供給口１１１１の設置場所は特に限定されないが、供給口１１１１から被溶融物２１が流出しないように、例えば天井壁１１１に設けることが好ましい。

【0022】

また、排出口１３を設けておくことができる。排出口１３は、例えば被溶融物２１がオーバーフローで流出するように、底壁１１３から離隔して設けることができる。また、底壁１１３近傍に配置し、一定の被溶融物２１を加熱、溶融させた後、排出口１３に設けた図示しない栓を開き、被溶融物２１を排出できるように構成することもできる。

【0023】

被溶融物２１の温度を測定できるように、温度測定手段１４１、１４２を設けることもできる。温度測定手段１４１、１４２としては、特に限定されないが、例えば熱電対や、放射温度計等を用いることができる。設置する温度測定手段の数は特に限定されず、任意の数を、任意の場所に設けることができる。

【0024】

また、電気抵抗式溶融炉１０は、図２に示すように、制御装置２２や、電源装置２５等を有することもできる。

【0025】

制御装置２２は、例えばＣＰＵ２２１と、メモリやハードディスク等の記憶装置２２２と、を有しており、記憶装置２２２に記憶されていた制御プログラムをＣＰＵ２２１により実行させることで、電気抵抗式溶融炉１０の各種制御を実施できる。

【0026】

制御装置２２は、温度測定手段１４１、１４２や、複数の電極１２１、１２２、１２３に電力を供給する電源装置２５と、入力インターフェース２２３や、出力インターフェース２２４等を介して接続しておくことができる。このため、例えば温度測定手段１４１、１４２から入力インターフェース２２３を介して入力された被溶融物２１の温度情報に基づいて、出力インターフェース２２４から、複数の電極１２１、１２２、１２３に接続された電源装置２５に対して出力を変更する旨の指令を出すこともできる。

【0027】

また、制御装置２２はキーボード等の操作装置２３や、ディスプレイ等の表示装置２４と接続しておくことができ、制御、運転条件を操作装置２３から入力し、表示装置２４に運転条件等を表示させることもできる。
（シミュレーション装置）
本実施形態のシミュレーション方法は、例えばシミュレーション装置を用いて実施することができる。このため、ここではまずシミュレーション装置の構成例について説明する。

【0028】

図３に、本実施形態のシミュレーション装置３０の機能ブロック図を示す。

【0029】

本実施形態のシミュレーション装置３０は、被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、炉本体の天井壁から内部空間に垂下した複数の電極とを有し、天井壁の垂直上方から見た場合に、複数の電極が同一の円周上に配置されている電気抵抗式溶融炉の、複数の電極の配置に関するシュミレーション装置である。

【0030】

そして、図３に示すように、シミュレーション装置３０は、電極初期位置設定部３１、温度分布算出部３２、繰り返し部３３、および選択部３４を有することができる。これらの各部は、シミュレーション装置３０が有するＣＰＵ、記憶装置、各種インターフェース等を備えたパーソナルコンピューター等の情報処理装置において、ＣＰＵが予め記憶されているシミュレーション方法や、シミュレーションプログラムを実行することでソフトウェアおよびハードウェアが協働して実現される。

【0031】

電極初期位置設定部３１では、電気抵抗式溶融炉の円周Ｃ１上の複数の電極１２１、１２２、１２３の初期位置を設定することができる。なお、ここでいう円周とは、図１に示したように、天井壁１１１の垂直上方から見た場合に、複数の電極１２１、１２２、１２３が配置される円周Ｃ１を意味する。電極初期位置設定部３１は、複数の電極１２１、１２２、１２３を上記円周Ｃ１上の任意の位置に配置することができるため、例えばシミュレーション装置３０が有するＣＰＵにより予め設定しておいた円周Ｃ１上に該複数の電極をランダムに配置させることができる。

【0032】

ただし、電極初期位置設定部３１は、複数の電極１２１、１２２、１２３を隣接する電極間の距離が等しくなるように円周Ｃ１上に配置することが好ましい。

【0033】

また、電極初期位置設定部３１が、複数の電極１２１、１２２、１２３の初期位置を設定する際、該複数の電極の高さ方向の位置についても併せて設定することもできる。

【0034】

温度分布算出部３２は、電極初期位置設定部３１が設定した複数の電極１２１、１２２、１２３の初期位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出することができる。

【0035】

温度分布算出部３２が、被溶融物の温度分布を算出する具体的な方法は特に限定されない。例えば、複数の電極１２１、１２２、１２３から被溶融物に加えられる単位時間当たりの熱量、供給口１１１１からの被溶融物２１の単位時間当たりの供給量、排出口１３からの被溶融物２１の単位時間当たりの排出量、被溶融物２１の熱伝導度、壁面や被溶融物２１表面からの熱放射等に基いて、被溶融物２１の温度分布を算出できる。なお、被溶融物２１の温度分布の算出に当たって用いるパラメータは上記パラメータに限定されず、運転条件等に応じてさらにパラメータを追加したり、除外したりすることもできる。具体的には例えば、本実施形態のシミュレーション装置３０の補助記憶装置に記憶させておいた、被溶融物の熱伝導度や熱量等の物性や、入力手段により入力された供給口１１１１からの被溶融物２１の単位時間当たりの供給量等の運転条件に基いて、被溶融物２１の温度分布を算出できる。なお、被溶融物２１内の温度分布としては、例えば定常状態となった際の温度分布を用いることもできる。

【0036】

そして、算出した被溶融物２１の温度分布は、本実施形態のシミュレーション装置の記憶装置に一時的に記憶させておくこともできる。

【0037】

繰り返し部３３では、複数の電極１２１、１２２、１２３を、上記円周上であって、既述の初期位置とは異なる位置に設定し、設定した該複数の電極の位置に基いて、被溶融物２１の温度分布を算出することができる。繰り返し部３３は、例えば円周Ｃ１の周方向に沿って、複数の電極１２１、１２２、１２３をその間隔を維持したまま、図１の矢印Ｂに沿って任意の距離移動させ、移動後の位置を新たな複数の電極１２１、１２２、１２３の位置とすることができる。そして、該位置に複数の電極１２１、１２２、１２３を配置した場合の、被溶融物の温度分布を温度分布算出部３２と同様にして算出することができる。算出した結果は、温度分布算出部３２の場合と同様に、本実施形態のシミュレーション装置の記憶装置に一時的に記憶させておくことができる。

【0038】

繰り返し部３３が複数の電極１２１、１２２、１２３の新たな位置を設定する際、該複数の電極の高さ方向の位置について併せて設定することもできる。

【0039】

繰り返し部３３では、上記複数の電極の位置の設定、および被溶融物の温度分布の算出を１回実施するのみでも良いが、予め定めた複数回実施することもできる。また、算出される被溶融物の温度分布が予め設定した条件に達するまで繰り返し実施することもできる。このため、繰り返し部３３では、予め設定した計算回数、もしくは予め設定した条件に達したかを判定し、達していない場合には、上記複数の電極の位置の設定や、被溶融物の温度分布の算出を再度実施できる。

【0040】

繰り返し部３３では、既に被溶融物の温度分布を算出した際の複数の電極１２１、１２２、１２３の位置と重複しないように、該複数の電極の位置を設定、選択することが好ましい。

【0041】

選択部３４では、温度分布算出部３２、および繰り返し部３３で得られた、被溶融物の温度分布から、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を選択することができる。選択部３４において、該複数の電極の位置を選択する具体的な基準は特に限定されない。選択部３４では、例えば被溶融物２１の温度が最も低くなる、被溶融物２１の表面（上面）における温度分布において、被溶融物の温度が、被溶融物の融点以下となる領域の面積割合が５０％以下となる複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を、該複数の電極の位置として選択することが好ましい。特に上記面積割合が４０％以下となる複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を、該複数の電極の位置として選択することがより好ましい。

【0042】

なお、ここまで図１、図２に示した電気抵抗式溶融炉１０を基に説明したため、複数の電極として、電極が３つの場合を例に説明したが、既述の様に電極の数は特に限定されず、任意の数の電極に関して同様にシミュレーションを行うことができる。

【0043】

次に、シミュレーション装置のハードウェア構成の一例について説明する。図４は、シミュレーション装置３０のハードウェア構成図である。図４に示すように、シミュレーション装置３０は、例えば、情報処理装置（コンピューター）で構成され、物理的には、演算処理部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：プロセッサ）４１と、主記憶装置であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４２やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４３と、補助記憶装置４４と、入出力インタフェース４５と、出力装置である表示装置４６等を含むコンピュータシステムとして構成することができる。これらは、バス４７で相互に接続されている。なお、補助記憶装置４４および表示装置４６は、外部に設けられていてもよい。

【0044】

ＣＰＵ４１は、シミュレーション装置３０の全体の動作を制御し、各種の情報処理を行う。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３または補助記憶装置４４に格納されたシミュレーション方法や、シュミレーションプログラムを実行して、測定収録画面と解析画面の表示動作を制御する。

【0045】

ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１のワークエリアとして用いられ、主要な制御パラメータや情報を記憶する不揮発ＲＡＭを含んでもよい。

【0046】

ＲＯＭ４３は、シミュレーションプログラム等を記憶することができる。

【0047】

補助記憶装置４４は、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）や、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置であり、シミュレーション装置の動作に必要な各種のデータ、ファイル等を格納する。

【0048】

入出力インタフェース４５は、タッチパネル、キーボード、表示画面、操作ボタン等のユーザインタフェースと、外部のデータ収録サーバ等からの情報を取り込み、他の電子機器に解析情報を出力する通信インタフェースとの双方を含む。

【0049】

表示装置４６は、モニタディスプレイ等である。表示装置４６では、解析画面が表示され、入出力インタフェース４５を介した入出力操作に応じて画面が更新される。

【0050】

図３に示したシミュレーション装置３０の各機能は、例えばＲＡＭ４２やＲＯＭ４３等の主記憶装置または補助記憶装置４４からシミュレーションプログラム等を読み込ませ、ＣＰＵ４１により実行することにより、ＲＡＭ４２等におけるデータの読み出しおよび書き込みを行うと共に、入出力インタフェース４５および表示装置４６を動作させることで実現できる。

【0051】

上記シミュレーションプログラムは、被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、炉本体の天井壁から内部空間に垂下した複数の電極とを有し、天井壁の垂直上方から見た場合に、複数の電極が同一の円周上に配置されている電気抵抗式溶融炉の、複数の電極の配置のシミュレーションプログラムに関する。そして、係るシミュレーションプログラムは、以下のステップを順にコンピューターに実行させることができる。

【0052】

上記円周上の複数の電極の初期位置を設定する電極初期位置設定ステップ。
複数の電極の上記初期位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出する温度分布算出ステップ。

【0053】

複数の電極を上記円周上であって、初期位置とは異なる位置に設定し、設定した複数の電極の位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出する繰り返しステップ。
温度分布算出ステップ、および繰り返しステップで得られた、被溶融物の温度分布から、複数の電極の位置を選択する選択ステップ。
（シミュレーション方法）
次に、本実施形態のシミュレーション方法について説明する。

【0054】

本実施形態のシミュレーション方法では、図１、図２に示した既述の電気抵抗式溶融炉１０において、炉本体１１内の炉壁、すなわち内部空間１１４を囲む内壁等に、付着物が発生することを抑制できるように、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を選択できる。このため、本実施形態のシミュレーション方法は、電気抵抗式溶融炉における複数の電極の配置の選択方法と言い換えることもできる。

【0055】

図５は、本実施形態に係るシミュレーション方法を説明するフローチャートである。図５に示すようにまず、円周上の複数の電極１２１、１２２、１２３の初期位置を設定することができる（電極初期位置設定工程：Ｓ１）。なお、ここでいう円周とは、図１に示したように、天井壁１１１の垂直上方から見た場合に、複数の電極１２１、１２２、１２３が配置される円周Ｃ１を意味する。この際、複数の電極１２１、１２２、１２３を円周Ｃ１上の任意の位置に配置することができ、例えばランダムに設定することができる。ただし、複数の電極１２１、１２２、１２３は、隣接する電極間の距離が等しくなるように、円周Ｃ１上に配置することが好ましい。

【0056】

また、電極初期位置設定工程（Ｓ１）において、複数の電極１２１、１２２、１２３の初期位置を設定する際、該複数の電極の高さ方向の位置についても併せて設定することもできる。

【0057】

そして、Ｓ１で設定した複数の電極１２１、１２２、１２３の初期位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出することができる（温度分布算出工程：Ｓ２）。温度分布算出工程（Ｓ２）において、被溶融物の温度分布を算出する具体的な方法は特に限定されない。例えば、複数の電極１２１、１２２、１２３から被溶融物に加えられる単位時間当たりの熱量、供給口１１１１からの被溶融物２１の単位時間当たりの供給量、排出口１３からの被溶融物２１の単位時間当たりの排出量、被溶融物２１の熱伝導度、壁面や被溶融物２１表面からの熱放射等に基いて、被溶融物２１の温度分布を算出できる。なお、被溶融物２１の温度分布の算出に当たって用いるパラメータは上記パラメータに限定されず、運転条件等に応じてさらにパラメータを追加したり、除外したりすることもできる。また、被溶融物２１の温度分布としては、例えば定常状態となった際の温度分布を用いることもできる。

【0058】

次いで、複数の電極１２１、１２２、１２３を、円周Ｃ１上であって、初期位置とは異なる位置に設定し、設定した複数の電極１２１、１２２、１２３の位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出することができる（繰り返し工程：Ｓ３）。繰り返し工程（Ｓ３）では、例えば円周Ｃ１の周方向に沿って、複数の電極１２１、１２２、１２３をその間隔を維持したまま、図１の矢印Ｂに沿って任意の距離移動させ、移動後の位置を新たな電極の設定位置とすることができる。そして、該位置に複数の電極１２１、１２２、１２３を配置した場合の、被溶融物の温度分布を温度分布算出工程（Ｓ２）の場合と同様にして算出することができる。

【0059】

繰り返し工程（Ｓ３）において、複数の電極１２１、１２２、１２３の新たな位置を設定する際、該複数の電極の高さ方向の位置について併せて設定することもできる。

【0060】

繰り返し工程（Ｓ３）は１回実施するのみでも良いが、予め定めた複数回実施することもできる。また、算出される被溶融物の温度分布が予め設定した条件に達するまで繰り返し実施することもできる。このため、必要に応じて、繰り返し工程（Ｓ３）について、予め設定した計算回数、もしくは予め設定した条件に達したかを判定することができる（繰り返し判定工程：Ｓ４）。そして、繰り返し判定工程がＮｏの場合には、再度繰り返し工程（Ｓ３）を実施できる。Ｙｅｓの場合には以下の選択工程（Ｓ５）を実施できる。

【0061】

なお、繰り返し工程（Ｓ３）を実施する際、既に被溶融物の温度分布を算出した際の複数の電極１２１、１２２、１２３の位置と重複しないように、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を設定、選択することが好ましい。

【0062】

そして、温度分布算出工程（Ｓ２）、および繰り返し工程（Ｓ３）において得られた被溶融物２１の温度分布から、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を選択することができる（選択工程：Ｓ５）。選択工程において、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を選択する具体的な基準は特に限定されない。選択工程（Ｓ５）では、例えば被溶融物２１の温度が最も低くなる、被溶融物２１の表面（上面）における温度分布において、被溶融物２１の温度が、被溶融物の融点以下となる領域の面積割合が５０％以下となる複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を、該複数の電極の位置として選択することが好ましい。特に上記面積割合が４０％以下となる複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を、該複数の電極の位置として選択することがより好ましい。

【0063】

以上に説明した本実施形態のシミュレーション方法は、電気抵抗式溶融炉において、炉本体の天井壁の垂直上方から見た場合に同一円周上に配置された複数の電極の位置を、該円周に沿って移動させることで、被溶融物の温度分布が変化するという本発明の発明者による新たな知見に基づくものである。そして、本実施形態のシミュレーション方法によれば、複数の電極の位置を該円周上で変化させ、被溶融物の温度分布を算出することで、容易に電気抵抗式溶融炉における複数の電極の位置を選択することができる。
［電気抵抗式溶融炉］
次に本実施形態の電気抵抗式溶融炉の構成例について説明する。電気抵抗式溶融炉の構成については、既に図１、図２を用いて説明したため、重複する説明は一部省略する。
（第１の実施形態）
本実施形態の電気抵抗式溶融炉は、被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体と、炉本体の天井壁から前記内部空間に垂下した複数の電極とを有することができる。

【0064】

そして、複数の電極が、既述のシミュレーション方法の選択工程で選択された位置に配置されている。

【0065】

本実施形態の電気抵抗式溶融炉は、図１、図２を用いて説明したように、被溶融物を収容する内部空間１１４を備えた、炉本体１１と、炉本体１１の天井壁１１１から内部空間１１４に向かって垂下した複数の電極１２１、１２２、１２３を有することができる。

【0066】

複数の電極１２１、１２２、１２３は、図１に示したように、天井壁１１１の垂直方向上方から見た場合に、同一の円周Ｃ１上に配置されているが、係る円周Ｃ１内において、既述のシミュレーション方法の選択工程で選択した位置に配置されている。

【0067】

このように複数の電極１２１、１２２、１２３を配置することで、本実施形態の電気抵抗式溶融炉を運転した際に、被溶融物２１内に温度勾配が生じることを抑制し、炉本体１１の炉壁、すなわち内壁に付着物等が生じることを抑制することができる。

【0068】

なお、既述の様に本実施形態の電気抵抗式溶融炉１０はさらに被溶融物２１を供給する供給口１１１１や、排出口１３、複数の電極１２１、１２２、１２３に電圧を印加するための電源装置２５や、制御装置２２等を有することもできるが、既に説明したため、ここでは説明を省略する。
（第２の実施形態）
本実施形態の電気抵抗式溶融炉は、以下の各部材を有することができる。

【0069】

被溶融物を収容する内部空間を備えた炉本体。
炉本体の天井壁から内部空間に垂下し、天井壁の垂直上方から見た場合に同一の円周上に配置された複数の電極。
円周上で複数の電極の位置を変化させる電極移動手段。

【0070】

被溶融物の温度を測定する温度測定手段。

【0071】

温度測定手段で測定した被溶融物の温度に基いて、電極移動手段により複数の電極の位置を変化させる制御装置。

【0072】

本実施形態の電気抵抗式溶融炉１０は、上述のように炉本体１１、複数の電極１２１、１２２、１２３を有することができる。

【0073】

そして、さらに、天井壁１１１の垂直上方から見た場合に複数の電極１２１、１２２、１２３が配置されている同一の円周Ｃ１上で複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を変化させる電極移動手段１１１２を有することができる。

【0074】

電極移動手段１１１２の具体的な構成は特に限定されないが、例えば図１、図２に示したように、天井壁１１１に設けられ、複数の電極１２１、１２２、１２３を保持している円板形状の板とすることができる。この場合、係る円板形状の板を回転させることで、円周Ｃ１上で複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を変化させることができる。なお、係る形態に限定されるものではなく複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を水平方向に移動させることができる手段であれば良い。

【0075】

そして、本実施形態の電気抵抗式溶融炉１０は、さらに温度測定手段１４１、１４２で測定した被溶融物２１の温度、もしくは温度分布に基いて、制御装置２２からの指令に基づいて上記電極移動手段１１１２により、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を変化させるように構成することもできる。

【0076】

既述の様に制御装置２２は、例えばＣＰＵ２２１と、メモリやハードディスク等の記憶装置２２２と、を有しており、記憶装置２２２に記憶されていた制御プログラムをＣＰＵ２２１により実行させることで、電気抵抗式溶融炉１０の各種制御を実施できる。そして、例えば温度測定手段１４１、１４２からの被溶融物２１の温度情報を、入力インターフェース２２３で受信し、出力インターフェース２２４から電極移動手段１１１２に対して、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を変化させるように指令を出すことができる。

【0077】

例えば既述のシミュレーション方法により、被溶融物の種類等に応じた複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を求めていた場合には、例えばキーボード等の操作装置２３から入力された被溶融物の種類の情報等に基いて、記憶装置２２２が記憶していた、係るシミュレーション結果に基づく位置に、該複数の電極を移動させることもできる。

【0078】

また、例えば温度測定手段１４１、１４２からの情報に基づいて、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を少しずつ移動させ、最適位置を探索することもできる。

【0079】

制御装置２２は、ディスプレイ等の表示装置２４と接続されており、温度測定手段１４１、１４２により測定された温度や、制御の状態を表示させることもできる。

【実施例】

【0080】

以下、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
図１、図２に示した電気抵抗式溶融炉１０における、複数の電極１２１、１２２、１２３の位置を図１に示した円周Ｃ１上で変化させ、その際の被溶融物２１の温度分布の変化をシミュレーションした。
（電極初期位置設定工程）
天井壁１１１の垂直上方から見た場合に、図１に示した円周Ｃ１上において、電極１２１が、排出口１３、供給口１１１１と同一直線上に配置し、電極１２２、電極１２３を、円周Ｃ１上に電極間の距離が等しくなるように配置した。
（温度分布算出工程）
電極初期位置設定工程で設定した複数の電極１２１、１２２、１２３の位置に基いて、被溶融物の温度分布を算出した。

【0081】

なお、被溶融物２１としては銅の溶融体物性値を用い、電気抵抗式溶融炉１０の内部空間のサイズは半径５ｍ、深さ２ｍの円筒状の形状として設定した。炉本体１１は耐火物により製造されており、複数の電極１２１、１２２、１２３からは単位時間当たり７５０ｋＷ／平米の熱量が供給され、溶融炉壁面から１０ｋＷ／平米、溶融体表面から２０ｋＷ／平米で熱放射があるとして計算を行った。

【0082】

被溶融物２１の上面、すなわち天井壁１１１側の温度分布を図６に示す。図６中、１５７０Ｋより高温の第１領域６１と、１５７０Ｋ以下の第２領域６２とに分けて示す。図中には、複数の電極１２１、１２２、１２３、供給口１１１１、排出口１３の位置も併せて示す。また、表１に第２領域の面積割合を示す。
（繰り返し工程）
（１）第１繰り返し工程
円周Ｃ１上で、初期位置設定工程で設定した複数の電極１２１、１２２、１２３の位置から、図１中の矢印Ｂの方向、すなわち反時計回りに該複数の電極の位置を２０度回転させた位置を複数の電極１２１、１２２、１２３の位置として設定した。なお、上記複数の電極を回転させた角度を以下回転角度と記載する。

【0083】

そして、複数の電極１２１、１２２、１２３を上記位置に変化させた点以外は、温度分布算出工程の場合と同様にして、被溶融物２１の温度分布を算出した。

【0084】

被溶融物２１の上面、すなわち天井壁１１１側の温度分布を図７に示す。図７中、１５７０Ｋより高温の第１領域７１と、１５７０Ｋ以下の第２領域７２とに分けて示す。図中には、複数の電極１２１、１２２、１２３、供給口１１１１、排出口１３の位置も併せて示す。また、表１に回転角度と、第２領域の面積割合を示す。
（２）第２繰り返し工程
円周Ｃ１上で、初期位置設定工程で設定した複数の電極１２１、１２２、１２３の位置から、図１中の矢印Ｂの方向、すなわち反時計回りに該複数の電極の位置を４０度回転させた位置を複数の電極１２１、１２２、１２３の位置として設定した。

【0085】

そして、複数の電極１２１、１２２、１２３を上記位置に変化させた点以外は、温度分布算出工程の場合と同様にして、被溶融物２１の温度分布を算出した。

【0086】

被溶融物２１の上面、すなわち天井壁１１１側の温度分布を図８に示す。図８中、１５７０Ｋより高温の第１領域８１と、１５７０Ｋ以下の第２領域８２とに分けて示す。図中には、複数の電極１２１、１２２、１２３、供給口１１１１、排出口１３の位置も併せて示す。また、表１に回転角度と、第２領域の面積割合を示す。
（３）第３繰り返し工程
円周Ｃ１上で、初期位置設定工程で設定した複数の電極１２１、１２２、１２３の位置から、図１中の矢印Ｂの方向、すなわち反時計回りに該複数の電極の位置を６０度回転させた位置を複数の電極１２１、１２２、１２３の位置として設定した。

【0087】

そして、複数の電極１２１、１２２、１２３を上記位置に変化させた点以外は、温度分布算出工程の場合と同様にして、被溶融物２１の温度分布を算出した。

【0088】

被溶融物２１の上面、すなわち天井壁１１１側の温度分布を図９に示す。図９中、１５７０Ｋより高温の第１領域９１と、１５７０Ｋ以下の第２領域９２とに分けて示す。図中には、複数の電極１２１、１２２、１２３、供給口１１１１、排出口１３の位置も併せて示す。また、表１に回転角度と、第２領域の面積割合を示す。
（選択工程）
表１に示すように、複数の電極１２１、１２２、１２３を円周Ｃ１上でその位置を変化させるだけで、被溶融物２１の表面の温度分布が大きく変化することを確認できた。

【0089】

【表1】

そして、表１に示した結果から、被溶融物の融点である１５７０Ｋ以下となる第２領域の面積が５０％以下である位置、すなわち初期設定位置、もしくは初期設定位置からの回転角度が４０度までの範囲が、好適な複数の電極の位置であることを確認できた。このため、係る複数の電極の位置を選択した。

【符号の説明】

【0090】

１０ 電気抵抗式溶融炉
１１ 炉本体
２１ 被溶融物
１１１ 天井壁
１１１２ 電極移動手段
１１４ 内部空間
１２１、１２２、１２３ 電極
１４１、１４２ 温度測定手段
２２ 制御装置
Ｃ１ 円周

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】