JP2001179426A - タンディッシュ内溶鋼加熱用アノードプラズマトーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱時の電流及び外部からの熱に起因する溶
損を防止し得るアノードプラズマトーチを提供するこ
と。 【解決手段】 タンディッシュ本体内に収容されたアノ
ードプラズマトーチ１のアノード電極１０の材料を、銅
３０〜５０％、タングステン７０〜５０％から成る銅−
タングステン合金で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タンディッシュ内
に収容された溶鋼をプラズマアークによって加熱するた
めのタンディッシュ内溶鋼加熱用プラズマトーチの改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３を参照して、従来のタンディッシュ
内溶鋼加熱装置について説明する。図３において、レー
ドル３０の底壁からタンディッシュ３１の天井壁３２を
貫通するように設けられたノズル３３を通して溶鋼がタ
ンディッシュ３１内に供給される。ノズル３３から離れ
た位置のタンディッシュ３１の底壁に設けられた浸漬ノ
ズル３４を通して溶鋼がモールド３５に供給される。タ
ンディッシュ３１内にはまた、ノズル３３と浸漬ノズル
３４との間の位置で、天井壁３２から溶鋼３６内に漬か
るように延びた上流側壁３７が設けられている。

【０００３】天井壁３２側であって上流側壁３７と浸漬
ノズル３４との間の領域には加熱室３８が形成されてい
る。加熱室３８を構成している天井壁３２を貫通させて
プラズマトーチ４０が加熱室３８を望むように設けられ
ている。プラズマトーチ４０は、加熱室３８に装入、退
出自在に設けられている。

【０００４】プラズマトーチ４０は、内部にカソードを
有し、その外周にはカソードを囲むようにノズルが組み
合わされている。カソードとノズルとの間のスペースを
通し、プラズマ形成用のガスとして、例えばアルゴンガ
スがプラズマトーチ４０の先端から噴き出すようにされ
ている。カソードと溶鋼との間に電圧が加えられると、
プラズマ形成用のガスがプラズマ化する。すると、カソ
ードの先端に取り付けられた電極と溶鋼３６との間にプ
ラズマアークが発生し、その輻射熱及びジュール熱によ
り溶鋼が加熱される。このような加熱装置は、例えば特
開平１１−２９１０２３号に開示されている。

【０００５】上記加熱装置の一種類に、ツイントーチ式
加熱装置と呼ばれるものが提供されている。図４に示さ
れるように、この加熱装置では、タンディッシュ５０の
天井壁に、プラズマ形成用のガスを噴出する一対のプラ
ズマトーチ５１Ａ、５１Ｂが装入、退出自在に設けられ
る。プラズマトーチの構造は、図３で説明したプラズマ
トーチと基本的に同じである。プラズマトーチの一方は
アノードプラズマトーチ５１Ａとされ、他方はカソード
プラズマトーチ５１Ｂとされる。そして、直流電源装置
５２の正側にアノードプラズマトーチ５１Ａを接続し、
負側にカソードプラズマトーチ５１Ｃを接続してプラズ
マアークを形成することにより溶鋼５３を加熱する。こ
のような加熱装置は、例えば特開平８−５２４７号に開
示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のプラズマトーチ
においても、外部からの熱、すなわち溶鋼からの輻射熱
及びプラズマアークからの輻射熱を受けて高温になるた
め、トーチの内部には冷却水の循環路が形成され、常時
冷却を行うように構成されている。

【０００７】一方、ツイントーチ式のアノードプラズマ
トーチにおける電極材料には、これまで主に無酸素銅が
使用されている。しかしながら、この材料では、電極に
流れる電流が大きくなり電流密度が大きくなった場合に
は、冷却水による冷却能力が一定であるために、外部か
らの熱が熱伝達により電極を通過し、内部の冷却面に伝
達される熱量が増大した場合、内部の冷却面において
は、この増大した熱量により膜沸騰が発生して冷却能力
が低下する。その結果、電極表面温度が上昇してついに
は無酸素銅の融点１０８３℃を超過し、電極表面の溶損
に至る現象が発生する。

【０００８】そこで、本発明の課題は、加熱時の電流及
び外部からの熱に起因する溶損を防止し得るアノードプ
ラズマトーチを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、タンデ
ィッシュ本体内に収容された溶鋼の上方に位置するよう
に該タンディッシュ本体に設けられてプラズマ形成用の
ガスを噴出する少なくとも一対のプラズマトーチを備
え、これらのプラズマトーチの少なくとも一つはアノー
ドプラズマトーチとされ、残りの少なくとも一つはカソ
ードプラズマトーチとされるタンディッシュ内溶鋼加熱
用プラズマトーチにおいて、前記アノードプラズマトー
チのアノード電極材料を、銅３０〜５０％、タングステ
ン７０〜５０％から成る銅−タングステン合金で構成し
たことを特徴とするタンディッシュ内溶鋼加熱用アノー
ドプラズマトーチが提供される。

【００１０】前記アノードプラズマトーチは、有底の筒
状体による前記アノード電極と、該アノード電極に対し
てギャップをおいてその周囲を包囲している有底の筒状
体によるアノードノズルとを含み、前記アノード電極と
前記アノードノズルとの間の前記ギャップを通して該ア
ノードプラズマトーチの先端側からプラズマ形成用のガ
スが噴出するようにされ、前記アノード電極の内部及び
前記アノードノズルの内部にはそれぞれ、該アノードプ
ラズマトーチの中心軸に沿ってその先端側に向かって流
入し、更に反対方向に向かって流出する冷却水の循環路
が形成されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１、図２を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図１において、本形態に
よるアノードプラズマトーチ１は、その中心部に位置す
る有底の筒状体によるアノード電極１０と、これを保護
するためにアノード電極１０に対してギャップをおいて
その周囲を包囲するように組み付けられた有底の筒状体
によるアノードノズル２０とから成る。なお、アノード
電極１０の上部の外周には絶縁筒２５が設けられてい
る。絶縁筒２５は、後述するプラズマ形成用のガス流路
を確保すると共に、アノード電極１０とアノードノズル
２０との間を電気的に絶縁するためのものである。

【００１２】アノードノズル２０は、下端部を底板２１
−１で塞いだ２重の円筒形状部２１を有し、２重の円筒
形状部２１の内部に円筒形状の冷却水デバイダ２２が配
設されている。冷却水デバイダ２２は、その下端部が底
板２１−１から離れている。これにより、２重の円筒形
状部２１の内側の筒と冷却水デバイダ２２との間に上部
から冷却水が供給されると、この冷却水は先端側に向か
って流入し、２重の円筒形状部２１の外側の筒と冷却水
デバイダ２２との間の空間を通して上部側に向かって流
れて流出する。

【００１３】絶縁筒２５の外周面とアノードノズル２０
の内周面との間、及びアノード電極１０の外周面とアノ
ードノズル２０の内周面との間にはギャップがあり、上
部からこのギャップにプラズマ形成用のガス、例えばア
ルゴンガスが供給される。プラズマ形成用のガスは、ア
ノード電極１０の先端部とアノードノズル２０との間の
ギャップを通して、図中下方に噴出する。なお、アノー
ド電極１０の先端部よりやや上方における外周面とアノ
ードノズル２０の内周面との間にはガススペーサ１１が
設置されている。ガススペーサ１１はリング形状で周方
向に間隔をおいて放射状に突起が形成され、各突起間が
ガス通路となり、プラズマ形成用のガスの噴出速度を早
めると共に、ガス流を整流する機能を持つ。

【００１４】アノード電極１０は、図２にも示されるよ
うに、有底の筒状体１０−１と、その内側に挿入された
筒状部分１０−２１を持つ円筒体１０−２とから成る。
筒状部分１０−２１の先端と筒状体１０−１の内壁との
間、及び筒状部分１０−２１の外周面と筒状体１０−１
の内壁との間にはギャップがある。また、筒状部分１０
−２１には周方向に間隔をおいて複数の穴１０−２１ａ
が設けられている。

【００１５】アノード電極１０の内部には円筒形状の冷
却水デバイダ１２が配設されている。冷却水デバイダ１
２も、その下端部がアノード電極１０の筒状体１０−１
の内壁から離れ、かつ筒状部分１０−２１の内壁に接し
ている。これにより、アノード電極１０の中心部に上部
から冷却水が供給されると、この冷却水は先端側に向か
って流入し、筒状部分１０−２１と筒状体１０−１との
間のギャップ及び穴１０−２１ａを通して上部側に向か
う。そして、冷却水デバイダ１２と円筒体１０−２との
間、及び冷却水デバイダ１２と絶縁筒２５との間の空間
を通して上部から流出する。

【００１６】図１から明らかなように、アノード電極１
０は、アノードプラズマトーチ１内でその下側から上側
の途中まで延びていれば良い。このため、アノード電極
１０の上端部には、これに電流を流すために円筒状の電
極棒１３が接続されている。電極部１３は、アノード電
極１０の内壁及び絶縁筒２５の内壁に接しており、アノ
ード電極１０と別の材料で作られても良い。なお、穴１
０−２１に近い冷却水デバイダ１２の外周面とアノード
電極１０の内周面との間にもスペーサ１４が設置されて
いる。このスペーサ１４もリング形状で、周方向に間隔
をおいて複数の冷却水通路が設けられている。

【００１７】図１はアノードプラズマトーチ１の下側部
分のみを示しているが、上部においては、アノード電極
１０側への冷却水の導入及び排出部、アノードノズル２
０側への冷却水の導入及び排出部、プラズマ形成用のガ
ス供給部、直流電源装置への電気的接続部が設けられる
ことは言うまでも無い。

【００１８】さて、本形態では、上記のような構造のア
ノードプラズマトーチ１におけるアノード電極１０の材
料を、銅−タングステン合金とした点に特徴を有する。
特に、銅、タングステンの組成を、銅３０〜５０％、タ
ングステン７０〜５０％としている。

【００１９】参考のために、以下の表１に、タングステ
ン１００％、タングステンが７０％で銅が３０％、タン
グステン及び銅共に５０％、銅１００％の場合につい
て、それぞれの特性値を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】一般に、タングステンの融点は３４１０℃
であり、銅のそれに比べて約３倍である。しかしなが
ら、タングステンの熱伝達率は銅の半分であり、タング
ステン１００％の場合には冷却効率が大幅に低下する。
これに対し、アノード電極１０の材料を銅とタングステ
ンの合金とすることにより、その融点はタングステン１
００％の場合に比べて低くなるが、熱伝達率は良くな
る。すなわち、銅とタングステンとの組成比にもよる
が、それらの合金の融点は２０００〜３０００℃とな
る。銅とタングステンの合金は電気用接点にも使用され
ており、耐アーク性能が非常に良い。このため、アノー
ド電極表面でプラズマがアークに移行した場合でも十分
に溶損に耐えることができる。このように、融点が高
く、耐アーク特性の良い材料を使用することにより、ア
ノード電極の寿命が長くなる。

【００２２】特に、表１において、タングステン７０
％、銅３０％の合金の場合、融点は２００℃を越え、熱
伝達率や電気伝導度を多少犠牲にしても加熱時の電流及
び外部からの熱に起因する溶損を防止することができ
る。また、耐アーク特性も向上するので寿命を長くする
ことができる。

【００２３】一方、タングステン５０％、銅５０％の合
金は、無酸素銅による従来品とタングステン７０％、銅
３０％の合金の場合との中間に位置し、熱伝達率や電気
伝導度は無酸素銅の場合とほぼ同様の特性を維持したま
ま、アーク特性が向上し、溶損に対する耐性を向上させ
ることができる。

【００２４】従って、本発明に適用されるアノード電極
１０の合金組成は、銅３０〜５０％、タングステン７０
〜５０％で良い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、従来のアノードプラズマトーチに比べて寿命を長く
することができ、電極の溶損に起因するプラズマトーチ
交換の回数が減り、メンテナンス性が良くなると共に、
ランニングコストの低減を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態によるアノードプラズマト
ーチの部分半断面図である。

【図２】図１に示されたアノード電極の半断面図であ
る。

【図３】従来のタンディッシュ内溶鋼加熱装置について
説明するための図である。

【図４】従来のツイントーチ式のタンディッシュ内溶鋼
加熱装置について説明するための図である。

【符号の説明】

１ アノードプラズマトーチ １０ アノード電極 １１ ガススペーサ １２、２２ 冷却水デバイダ １３ 電極棒 １４ スペーサ ２０ アノードノズル ２１ ２重の円筒形状部 ２５ 絶縁筒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨山 明秀 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重機 械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 高須賀 敬 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重機 械工業株式会社新居浜製造所内 (72)発明者 西原 良治 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 田中 和久 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 朝野 三司 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 安光 和典 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 福永 新一 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 平本 祐二 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 山浦 健司 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 Ｆターム(参考） 4E014 AA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンディッシュ本体内に収容された溶鋼
   の上方に位置するように該タンディッシュ本体に設けら
   れてプラズマ形成用のガスを噴出する少なくとも一対の
   プラズマトーチを備え、これらのプラズマトーチの少な
   くとも一つはアノードプラズマトーチとされ、残りの少
   なくとも一つはカソードプラズマトーチとされるタンデ
   ィッシュ内溶鋼加熱用プラズマトーチにおいて、前記ア
   ノードプラズマトーチのアノード電極材料を、銅３０〜
   ５０％、タングステン７０〜５０％から成る銅−タング
   ステン合金で構成したことを特徴とするタンディッシュ
   内溶鋼加熱用アノードプラズマトーチ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のタンディッシュ内溶鋼加
   熱用アノードプラズマトーチにおいて、該アノードプラ
   ズマトーチは、有底の筒状体による前記アノード電極
   と、該アノード電極に対してギャップをおいてその周囲
   を包囲している有底の筒状体によるアノードノズルとを
   含み、前記アノード電極と前記アノードノズルとの間の
   前記ギャップを通して該アノードプラズマトーチの先端
   側からプラズマ形成用のガスが噴出するようにされ、前
   記アノード電極の内部及び前記アノードノズルの内部に
   はそれぞれ、該アノードプラズマトーチの中心軸に沿っ
   てその先端側に向かって流入し、更に反対方向に向かっ
   て流出する冷却水の循環路が形成されていることを特徴
   とするタンディッシュ内溶鋼加熱用アノードプラズマト
   ーチ。