特開 2022-145163 金属熔融炉

(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】P2022145163

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】金属熔融炉

(51)【国際特許分類】

   F27B 3/16 20060101AFI20220926BHJP

   F27B 3/08 20060101ALI20220926BHJP

   F27B 3/24 20060101ALI20220926BHJP

   F27D 1/12 20060101ALI20220926BHJP

   F27D 1/00 20060101ALI20220926BHJP

   F27D 9/00 20060101ALI20220926BHJP

   F27D 11/08 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

F27B3/16

F27B3/08

F27B3/24

F27D1/12 Z

F27D1/00 D

F27D9/00

F27D11/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021046457

(22)【出願日】2021-03-19

(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】塩谷 大河

(72)【発明者】

【氏名】内藤 大志

【テーマコード（参考）】

4K045

4K051

4K063

【Ｆターム（参考）】

4K045AA04

4K045BA01

4K045RA01

4K045RA16

4K045RB01

4K045RB02

4K045RB08

4K051AA05

4K051AA06

4K051AB03

4K051BB07

4K051HA04

4K063AA04

4K063AA12

4K063BA02

4K063BA03

4K063EA01

4K063EA02

4K063FA53

(57)【要約】

【課題】炉側壁を効率的に冷却できる金属熔融炉を提供する。
【解決手段】金属成分を含有する被熔融物を熔融する金属熔融炉であって、
前記金属熔融炉は、
前記被熔融物を収容する内部空間と、
前記内部空間の側面を画する炉側壁と、
前記内部空間内に高さ方向に沿って配置される電極と、を有しており、
前記炉側壁は、前記内部空間側に配置された耐火物と、
前記耐火物の外表面を覆う金属製の外被と、を有し、
前記外被は、前記耐火物と対向する面に、高さ方向に沿って配列された、板状形状を有する複数の凸部を有し、
前記凸部は、前記耐火物が前記外被と対向する面に有する凹部に嵌合している金属熔融炉を提供する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属成分を含有する被熔融物を熔融する金属熔融炉であって、
前記金属熔融炉は、
前記被熔融物を収容する内部空間と、
前記内部空間の側面を画する炉側壁と、
前記内部空間内に高さ方向に沿って配置される電極と、を有しており、
前記炉側壁は、前記内部空間側に配置された耐火物と、
前記耐火物の外表面を覆う金属製の外被と、を有し、
前記外被は、前記耐火物と対向する面に、高さ方向に沿って配列された、板状形状を有する複数の凸部を有し、
前記凸部は、前記耐火物が前記外被と対向する面に有する凹部に嵌合している金属熔融炉。

【請求項2】

前記凸部の、前記外被の内表面から、前記内部空間側へ突出した高さは、前記耐火物の厚さの６０％以上である請求項１に記載の金属熔融炉。

【請求項3】

前記外被は熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属製である請求項１または請求項２に記載の金属熔融炉。

【請求項4】

前記凸部を通る、高さ方向と垂直な水平断面において、前記凸部は、前記外被の少なくとも前記電極と対向する領域を覆うように配置される請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の金属熔融炉。

【請求項5】

前記凸部は、高さ方向に沿って３個設置されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の金属熔融炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属熔融炉に関する。

【背景技術】

【0002】

金属材料等の被熔融物に対して電圧を印加し、被熔融物を熔融する金属熔融炉が従来から用いられている。係る金属熔融炉において、被熔融物を熔融する際に、被熔融物と接する炉側壁を構成する耐火物が損傷することを防止するため、該耐火物と接する被熔融物を冷却し、耐火物の表面にコーティング層を形成することが従来からなされていた。

【0003】

そして、特許文献１等に開示されているように、係る炉側壁を冷却する方法について従来から各種検討がなされていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－１２７３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

さらに、耐火物の損傷を抑制し、メンテナンスの頻度を抑制する観点から、金属熔融炉の炉側壁を効率的に冷却できる金属熔融炉が求められていた。

【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、炉側壁を効率的に冷却できる金属熔融炉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、
金属成分を含有する被熔融物を熔融する金属熔融炉であって、
前記金属熔融炉は、
前記被熔融物を収容する内部空間と、
前記内部空間の側面を画する炉側壁と、
前記内部空間内に高さ方向に沿って配置される電極と、を有しており、
前記炉側壁は、前記内部空間側に配置された耐火物と、
前記耐火物の外表面を覆う金属製の外被と、を有し、
前記外被は、前記耐火物と対向する面に、高さ方向に沿って配列された、板状形状を有する複数の凸部を有し、
前記凸部は、前記耐火物が前記外被と対向する面に有する凹部に嵌合している金属熔融炉を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、炉側壁を効率的に冷却できる金属熔融炉を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の一態様に係る金属熔融炉の、凸部を通る高さ方向と垂直な水平面での断面図である。

【図2】図２は、図１のＡ－Ａ´線における断面図である。

【図3】図３は、外被の斜視図である。

【図4】図４は、実験例１における内部空間、炉側壁の温度分布の図である。

【図5】図５は、実験例１における、高さ方向に配列した凸部の数に対する、被熔融物と耐火物との境界温度、表面抜熱量の関係図である。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】図６は、実験例２における内部空間、炉側壁の温度分布の図である。

【図7】図７は、実験例２における凸部の高さに対する、被熔融物と耐火物との境界温度、表面抜熱量の関係図である。

【図8】図８は、実験例３における内部空間、炉側壁の温度分布の図である。

【図9】図９は、実験例３における外被の熱伝導率に対する、表面抜熱量の関係図である。

【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。
［金属熔融炉］
本実施形態の金属熔融炉について、図面を用いながら説明する。図１は、本実施形態の金属熔融炉の凸部を通る水平断面図である。図２は、図１のＡ－Ａ´線での断面図である。図３は外被の斜視図になる。

【0011】

本実施形態の金属熔融炉は、金属成分を含有する被熔融物を熔融する炉であり、本実施形態の金属熔融炉は、例えば三相交流電極式電気炉とすることができる。金属成分を含有する被熔融物としては特に限定されないが、例えば金属成分を含有する鉱石や、各種金属材料等が挙げられる。また、被熔融物は、必要に応じて各種添加成分を含有していてもよい。

【0012】

図１、図２に示すように、本実施形態の金属熔融炉１０は、被熔融物を収容する内部空間１１と、内部空間１１の側面を画する炉側壁１２と、内部空間１１に高さ方向に沿って、すなわち垂直に配置される電極１３とを有することができる。

【0013】

図１、図２において高さ方向はＺ軸方向を意味する。そして、水平面がＸＹ平面に当たる。

【0014】

以下、各部材について説明する。
（１）内部空間
内部空間１１は、被熔融物を収容し、電極１３により被熔融物を熔融するための空間（領域）である。

【0015】

内部空間１１は、例えば柱状形状を有することができ、図１に示すように円柱形状を有することが好ましい。ここでいう柱状形状、円柱形状とは幾何学的に厳密な意味ではなく、略柱状形状、略円柱形状とすることができ、必要に応じて一部に凹部や凸部を含むことができ、一部が柱状形状、円柱形状から変形していてもよい。

【0016】

内部空間１１は、底部側に設けられた底部耐火物や、側面に設けられた炉側壁１２により、外部の空間と区切られている。
（２）電極
電極１３は、内部空間１１に収容された被熔融物に電圧を印加するための部材であり、形状は特に限定されないが、例えば柱状形状を有することができ、円柱形状を有することが好ましい。ここでの柱状形状、円柱形状についても幾何学的に厳密な意味ではなく、略柱状形状、略円柱形状とすることができ、必要に応じて一部が変形していてもよい。

【0017】

電極１３は、例えば該電極１３の中心軸が高さ方向、すなわち図１、図２におけるＺ軸方向に沿うように配置でき、高さ方向に沿って移動可能に構成することが好ましい。

【0018】

金属熔融炉１０は、電極１３を複数個有することができ、例えば図１に示すように３個有することができる。
（３）炉側壁
炉側壁１２は、内部空間１１の側面１１Ａに設けられており、内部空間１１の側面１１Ａを外部の空間から画している。

【0019】

炉側壁１２は、内部空間１１側に配置された耐火物１２１と、耐火物１２１の外表面１２１Ａを覆う金属製の外被１２２とを有することができる。
（３－１）耐火物
耐火物１２１は、上述のように炉側壁１２のうち内部空間１１側に配置できる。なお、内部空間１１の底面１１Ｂを覆うように底部耐火物１４を設けることもでき、耐火物１２１と、底部耐火物１４は一体の部材とすることもできる。

【0020】

耐火物１２１の材料は、被熔融物を熔融する際の温度に耐えられる材料であればよく、例えば各種セラミックス等を用いることができる。

【0021】

耐火物１２１は、内部空間１１の側面１１Ａを覆うように配置されるため、筒形状を有することができる。内部空間１１が円柱形状の場合、耐火物１２１は円筒形状を有することができる。

【0022】

耐火物１２１は、後述する外被１２２と対向する外表面１２１Ａに、後述する凸部１２２１と嵌合し、該凸部１２２１を収容する凹部１２１１を有することができる。

【0023】

凹部１２１１は、後述する凸部１２２１と嵌合するようにそのサイズや形状を選択できる。
（３－２）外被
外被１２２は、耐火物１２１の外表面１２１Ａを覆うように配置される。このため、筒形状を有することができ、例えば円筒形状とすることができる。

【0024】

既述のように、金属熔融炉において、被熔融物を熔融する際に、被熔融物と接する炉側壁を構成する耐火物が損傷することを防止するため、該耐火物と接する被熔融物を冷却し、耐火物の表面にコーティング層を形成することがなされている。そして、係るコーティング層を形成するため、炉側壁を効率的に冷却することが求められる。

【0025】

本発明の発明者は、炉側壁を効率的に冷却し、金属熔融炉を運転している間、上記コーティング層を形成、維持する方法について検討を行った。その結果、外被１２２の耐火物１２１と対向する面に板状形状の凸部１２２１を設け、該凸部１２２１を耐火物１２１が外被１２２と対向する面に有する凹部１２１１に嵌合した構造とすることで、凸部１２２１、外被１２２を介して抜熱し、炉側壁１２を効率的に冷却できることを見出した。
（３－２－１）凸部
（凸部の形状、サイズ）
凸部１２２１は、板状形状を有することができる。凸部１２２１の主表面１２２１Ａ、すなわち高さ方向と垂直な面は、図１、図３に示すように、円環の一部を切り取った、円環扇形等とも呼ばれる形状を有することができる。円環扇形とは、図１、図３に示すように、中心側が円弧状に欠落した扇形の形状であり、アーチ形等ということもできる。

【0026】

凸部１２２１のサイズは特に限定されず、耐火物１２１のサイズ等に応じて選択できる。

【0027】

凸部１２２１の、外被１２２の内表面（内周面）１２２Ａから、内部空間１１側へ突出した高さＬ１２２１は、耐火物１２１の厚さＴ１２１の２０％以上であることが好ましく、６０％以上であることがより好ましい。すなわち、０．２≦Ｌ１２２１／Ｔ１２１であることが好ましく、０．６≦Ｌ１２２１／Ｔ１２１であることがより好ましい。

【0028】

凸部１２２１の高さＬ１２２１を、耐火物１２１の厚さＴ１２１の２０％以上とすることで、凸部１２２１を内部空間１１近傍まで配置させ、炉側壁１２や、炉側壁１２近傍に位置する被熔融物を特に効率よく冷却できる。

【0029】

なお、Ｌ１２２１は、Ｔ１２１よりも小さければいいが、耐火物１２１の強度を高める観点から、Ｌ１２２１は、９０％以下であることが好ましい。すなわち、Ｌ１２２１／Ｔ１２１＜１．０であることが好ましく、Ｌ１２２１／Ｔ１２１≦０．９であることがより好ましい。

【0030】

なお、凸部１２２１の高さＬ１２２１は、図１に示すように、高さ方向と垂直な水平断面において、内部空間１１の中心Ｏ_１１と、外被１２２の内表面１２２Ａとを結ぶ直線上で測定した厚さの最大値を意味する。また、耐火物１２１の厚さＴ１２１は、図１に示すように、高さ方向と垂直な水平断面において、内部空間１１の中心Ｏ_１１と、耐火物１２１の外表面１２１Ａとを結ぶ直線上で測定した厚さの最大値を意味する。

【0031】

凸部１２２１の厚さＴ１２２１（図２を参照）は特に限定されず、外被１２２における凸部１２２１を配置する高さ方向の領域のサイズや、該領域に設置する凸部１２２１の数等に応じて選択できる。例えば、耐火物１２１と、外被１２２が１００ｍｍ前後の厚みである場合、７０ｍｍ程度であると、特に境界温度が低下し、表面抜熱量が増加するのでよい。
（高さ方向に沿って配列する凸部の数について）
外被１２２は、耐火物１２１と対向する面、すなわち内表面１２２Ａに複数の凸部１２２１を有することができる。図２に示すように、凸部１２２１は高さ方向に沿って配列できる。

【0032】

なお、図２に示すように、凸部１２２１は、高さ方向に沿って間隔をあけて配列される。このため、凸部１２２１間は外被１２２の内表面１２２Ａが露出することになる。

【0033】

高さ方向に沿って配列する凸部１２２１の数は特に限定されず、金属熔融炉１０のサイズ等に応じて任意に設定できるが、特に効率的に冷却する観点から、複数個、すなわち２個以上とすることが好ましい。ただし、過度に多くの数の凸部を設けても表面抜熱量は飽和すると考えられる。また、過度に多くの数の凸部を設けようとすると、耐火物１２１に該凸部１２２１と嵌合させるために設ける凹部１２１１を形成することが困難になる恐れがあり、凹部１２１１間の壁の強度が低下する恐れがある。このため、高さ方向に沿って配列する凸部の数は、５個以下とすることが好ましい。特に、凸部１２２１は、高さ方向に沿って３個設置することが好ましい。なお、図２、図３には凸部１２２１を高さ方向に沿って３個設置した例を示している。

【0034】

後述するように、凸部は、水平断面において、複数の領域に離隔して設けることもでき、各領域において、高さ方向に沿って配置する凸部の数は異なっていてもいいが、同じであることが、外被１２２の取り付け時の作業性の観点から好ましい。
（高さ方向における凸部を配置する領域の高さについて）
凸部１２２１は、外被１２２の内表面１２２Ａに、高さ方向に沿って配列できる。この際、高さ方向における凸部を配置する領域の高さＨ１２２１（図２を参照）は特に限定されない。ただし、冷却の効率を高める観点からは、内部空間１１の底面１１Ｂから、内部空間１１の被熔融物が収容されている水位線までの範囲に、凸部１２２１を設けることが好ましい。

【0035】

通常、被熔融物は、内部空間１１の高さの８０％以下の範囲内に配置されることから、高さ方向における凸部１２２１を設ける領域の高さＨ１２２１は、内部空間１１の高さの８０％以下であることが好ましい。高さ方向における凸部１２２１を配置する領域の高さＨ１２２１の下限値は特に限定されないが、内部空間１１の高さの６０％以上であることが好ましい。

【0036】

内部空間１１の高さとは、内部空間１１の底面１１Ｂから耐火物１２１の上端との間の距離を意味する。

【0037】

また、凸部を配置する領域の高さＨ１２２１とは、最下段の凸部１２２１１の下端面から最上段の凸部１２２１２の上端面までの距離を言う。

【0038】

凸部１２２１は、上記領域内に凸部１２２１間の距離が等しくなるように配列することが好ましい。
（水平断面における凸部を設ける領域について）
凸部１２２１を通る、高さ方向と垂直な水平断面、すなわち図１に示した断面において、凸部１２２１を設ける領域は特に限定されない。例えば、上記水平断面において、凸部１２２１を、外被１２２の内表面１２２Ａに沿って、円環状に設けることもできる。ただし、上記水平断面において、凸部１２２１は、少なくとも炉側壁１２のうち、特に冷却することが求められる領域、具体的には外被１２２の電極１３と対向する領域を覆うように配置することが好ましい。

【0039】

上記電極１３と対向する領域とは、外被１２２の耐火物１２１と対向する内表面１２２Ａのうち、例えば図１に示すように、内部空間１１の中心Ｏ_１１を通る、電極１３の外周の接線Ｌ１と、接線Ｌ２とで囲まれた領域Ｂとすることができる。

【0040】

ただし、凸部１２２１を設ける領域は上記領域Ｂに限定されるものではなく、より広い範囲に渡って設けることもできる。例えば、図１に示すように、外被１２２の内表面のうち、内部空間１１の中心Ｏ_１１と、電極の中心Ｏ_１３とを通る直線Ｌとの間の角度がそれぞれθ１１、θ１２である直線Ｌ１１、直線Ｌ１２で挟まれた領域内に凸部１２２１を設けることができる。直線Ｌ１１、直線Ｌ１２はいずれも内部空間１１の中心Ｏ_１１を通る直線である。また、θ１１＝θ１２の関係を満たすことが好ましい。

【0041】

そして、θ１１、θ１２は、それぞれ６０度未満であることが好ましく、４５度以下であることがより好ましく、３０度以下であることがさらに好ましい。

【0042】

なお、θ１１、θ１２の下限値は特に限定されないが、例えば５度以上とすることができる。

【0043】

凸部１２２１を通る、高さ方向と垂直な水平断面において、凸部１２２１を設けていない領域は外被１２２の内表面１２２Ａが露出した面となる。
（外被の材料について）
凸部１２２１を含む外被１２２は、金属熔融炉１０を冷却するための部材であるため、伝熱特性に優れた材料であることが好ましく、例えば金属製とすることができる。

【0044】

特に、凸部１２２１を含む外被１２２は、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属製であることが好ましく、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の金属製であることがより好ましい。これは熱伝導率を１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで、特に効率よく金属熔融炉を冷却できるからである。また、熱伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることで、入手しやすい材料を用いることができ、金属熔融炉のコストを低減できるからである。

【0045】

外被１２２の具体的な材料は特に限定されないが、例えば鉄、Ｎｉ鋼、Ｃｕ鋼、銅等から選択された１種類以上とすることができる。

【0046】

凸部１２２１は、外被１２２から取り外し可能に構成することもできるが、取り扱い性等の観点から、凸部１２２１は、外被１２２と一体の部材であることが好ましい。

【0047】

以上に説明した本実施形態の金属熔融炉によれば、外被の内表面に所定の凸部を設けることで、該凸部から外被への伝熱によって抜熱し、炉側壁や、被熔融物を効率的に冷却できる。

【実施例0048】

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。
［実験例１］
外被１２２の、耐火物１２１と対向する内表面１２２Ａに、高さ方向に沿って配列する凸部１２２１の数による温度分布変化の検討を行った。

【0049】

具体的には、図１、図２を用いて既に説明した、３本の電極１３を有する、金属熔融炉１０である三相交流電極式円形電気炉について、凸部の数を変え、熱流体解析シミュレーションを行った。熱流体解析は、ＡｎｓｙｓＦｌｕｅｎｔ（ｖｅｒ２０．２）を用いた定常解析により行った。

【0050】

以下のいずれの実験例でも、凸部１２２１を通る、高さ方向と垂直な水平断面において、凸部１２２１は、外被１２２の少なくとも電極１３と対向する領域を覆うように配置されている。具体的には、外被１２２の内表面１２２Ａのうち、図１におけるθ１１、θ１２が３０°となるように引かれた、内部空間１１の中心Ｏ_１１を通る直線Ｌ１１、直線Ｌ１２で囲まれた領域内に凸部１２２１を配置した。凸部１２２１を通る、高さ方向と垂直な水平断面において、凸部１２２１は、図１の場合と同様に３つの領域に配置されている。同じ実験例においては、該３つの領域における凸部１２２１の配置条件は同じとした。

【0051】

高さ方向に配置した凸部１２２１の条件は表１に示すとおりであり、実験例１－１～実験例１－４において、高さ方向に配置する凸部１２２１の数を０個から、５個の範囲で変化させた。高さ方向における凸部を配置する領域の高さＨ１２２１（図２を参照）を１８０ｍｍとした。係る高さは、最下段に位置する凸部１２２１１の下端面、すなわち内部空間１１の底面１１Ｂから、最上段に位置する凸部１２２１２の上端面までの距離を意味する。

【0052】

各実験例で、高さ方向の凸部間の距離が均等になるように、凸部１２２１を配置した。なお、係る凸部１２２１の厚さと、凸部間の距離とがほぼ等しくなるように、凸部１２２１の厚さを設定した。

【0053】

図４（Ｅ）に、シミュレーションを行う際の各部の長さを示す。図４（Ｅ）は、図４（Ａ）に示した実験例１－１の場合の形状に該当するが、凸部の段数を変更した点以外は他の実験例でも各部の長さは同じとしている。図４（Ｅ）中の各部の長さの単位はｍｍになる。

【0054】

熱流体解析に用いた各条件は表２、表３に示したとおりである。

【0055】

実験例１－１、実験例１－２が比較例、実験例１－３、実験例１－４が実施例になる。

【0056】

【表1】

【0057】

【表2】

【0058】

【表3】

熱流体解析の結果を、図４（Ａ）～図４（Ｄ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す。また、被熔融物と、耐火物との間の境界温度を、表１の境界温度の欄に示す。

【0059】

図４（Ａ）～図４（Ｄ）が、各実験例における内部空間１１と、炉側壁１２の温度分布を示している。図４（Ａ）～図４（Ｄ）は、図２に対応した部分での温度分布図であり、図４（Ａ）中に、内部空間１１、耐火物１２１、外被１２２の番号を付している。他の図でも同じ部分が同じ部材を意味している。実験例１－１の結果が図４（Ａ）、実験例１－２の結果が図４（Ｂ）、実験例１－３の結果が図４（Ｃ）、実験例１－４の結果が図４（Ｄ）になる。

【0060】

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、それぞれ、高さ方向に配列した凸部の数に対する、被熔融物と耐火物との境界温度、表面抜熱量を示している。境界温度が低いほど、また表面抜熱量が大きいほど、十分に冷却できていることを示す。

【0061】

図５（Ａ）の結果から明らかなように、高さ方向に沿って配列する凸部の個数を増やすことで、境界温度が低下する傾向が確認できた。そして、凸部の個数を複数個とした実施例である実験例１－３、実験例１－４では、比較例である実験例１－１、実験例１－２と比較して、境界温度は十分に下がり、凸部の個数の増加に伴う、境界温度の変化は一定値に近づいていくことが確認できた。

【0062】

また、図５（Ｂ）の結果から、凸部の個数が３個の場合に最も表面抜熱量が大きくなることを確認できた。

【0063】

これは、外被が、耐熱物に対して高温であるか、低温であるかにより、両部材の境界面では抜熱部分と熱流入部分とが存在するためと考えられる。そして、凸部の数を５個まで増やした場合、３個の場合よりも熱流入部分の領域が増えるため、境界全体での表面抜熱量が低下すると考えられる。
［実験例２］
外被の内表面から内部空間側へ突出した凸部１２２１の高さＬ１２２１による温度分布変化の検討を行った。

【0064】

実験例２－２～実験例２－３では、高さ方向に配列する凸部の数を３個とし、凸部の高さＬ１２２１、耐火物の厚さに対する凸部の高さの割合を表４に示した値とした。以上の点以外は実験例１と同様にして熱流体解析シミュレーションを行った。比較のため、実験例２－１として、実験例１－１の結果も合わせて示している。

【0065】

実験例２－１が比較例、実験例２－２、実験例２－３が実施例になる。

【0066】

【表4】

熱流体解析の結果を、図６（Ａ）～図６（Ｃ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示す。また、被熔融物と、耐火物との間の境界温度を、表４の境界温度の欄に示す。

【0067】

図６（Ａ）～図６（Ｃ）が、各実験例における内部空間１１と、炉側壁１２の温度分布を示している。図６（Ａ）～図６（Ｃ）は、図２に対応した部分での温度分布図であり、図６（Ａ）中に、内部空間１１、耐火物１２１、外被１２２の番号を付している。他の図でも同じ部分が同じ部材を意味している。実験例２－１の結果が図６（Ａ）、実験例２－２の結果が図６（Ｂ）、実験例２－３の結果が図６（Ｃ）になる。

【0068】

図７（Ａ）、図７（Ｂ）は、それぞれ凸部の高さに対する、被熔融物と耐火物との境界温度、表面抜熱量を示している。境界温度が低いほど、また表面抜熱量が大きいほど、十分に冷却できていることを示す。

【0069】

図７（Ａ）、図７（Ｂ）の結果から明らかなように、凸部の高さを高くすることで、境界温度が低下し、表面抜熱量が増加する傾向が確認できた。ただし、凸部の高さを高くした場合に、境界温度、表面抜熱量は共に一定値に近づいていくことが確認できた。

【0070】

図７（Ａ）、図７（Ｂ）の結果から、凸部の高さは、耐火物の厚さの６０％以上であることが、表面抜熱量を増やし、境界温度を特に下げる観点から好ましいことを確認できた。
［実験例３］
外被の材料を変更した点以外は実験例１と同様にして熱流体解析シミュレーションを行った。外被の材料として、実験例３－１はＮｉ鋼、実験例３－２はＣｒ鋼、実験例３－３は鉄、実験例３－４は銅を用いた。

【0071】

変更した外被の各パラメータは表２に示している。

【0072】

なお、高さ方向に沿って配置した凸部の数は３個、凸部の高さＬ１２２１は７０ｍｍとした。

【0073】

実験例３－１～実験例３－４はいずれも実施例になる。

【0074】

熱流体解析の結果を、図８（Ａ）～図８（Ｄ）、図９に示す。

【0075】

図８（Ａ）～図８（Ｄ）が、各実験例における内部空間１１と、炉側壁１２の温度分布を示している。図８（Ａ）～図８（Ｄ）は、図２に対応した部分での温度分布図であり、図８（Ａ）中に、内部空間１１、耐火物１２１、外被１２２の番号を付している。他の図でも同じ部分が同じ部材を意味している。実験例３－１の結果が図８（Ａ）、実験例３－２の結果が図８（Ｂ）、実験例３－３の結果が図８（Ｃ）、実験例３－４の結果が図８（Ｄ）になる。

【0076】

図９は、外被の熱伝導率に対する、表面抜熱量を正規化して示している。表面抜熱量が大きいほど、十分に冷却できていることを示す。

【0077】

図９の結果から明らかなように、外被の材料によらず十分に冷却できているものの、外被の熱伝導率を高くすることで、表面抜熱量が増加する傾向が確認できた。

【符号の説明】

【0078】

１０ 金属熔融炉
１１ 内部空間
１２ 炉側壁
１２１ 耐火物
１２１１ 凹部
１２２ 外被
１２２Ａ 内表面
１２２１ 凸部
１３ 電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】