JP2010502923A - 溶解炉、特に電気アーク炉 - Google Patents

Abstract

溶解炉の炉容器の収容スペースを可変にすることで、様々な原料（軽量スクラップ、重量スクラップ）について、その溶解炉に所望される湯口重量を一定の基準に到達させるために必要とされる様々な体積に適応できるようにするため、円筒状の上位容器部（１０２）は、第１の下方円筒部（１０５）および第２の上方円筒部（１０６）を備えており、その円筒部のうちの一方が他方に嵌め込まれ、少なくとも１つの昇降手段（２１／１，２１／２）により伸縮自在に他方に対して移動可能であるように構成されている。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、被溶解原料、具体的には、金属スクラップを収容するための、下位容器部および円筒状の上位容器部からなる炉容器を有すると共に、カバー支持構造体により支持される炉容器カバーを有する、溶解炉、特に電気アーク炉に関する。

従来の溶解炉が、溶解炉の湯口重量、すなわち炉から流出されるときの溶融金属の重量を一定の基準に到達させるためには、２、３回の投入作業が必要である。これは、溶解処理が少なくとも１回は中断され、炉容器カバーが取り外されて追加的なスクラップバスケット(Schrottkorbes)の原料が投入されなければならないことを意味する。これにより、損失やｔａｐ−ｔｏ−ｔａｐ時間の延長が生じる。

電気アーク炉に関して、炉容器の高さは容器内に沈められる電極の許容可能な長さによって決定される。この電極の長さが３〜３．５ｍを超えると、電極に作用するローレンツ力のために電極の破損がしばしば発生し、破損により溶解処理を中断する必要が生じる。特に精錬処理中は、電気アークが槽の上面で燃焼する程度まで電極が沈められなければならないため、電極の破損による中断を回避しようとした場合には、電極の限られた許容可能な長さにより、カバーを介して挿入される電極に対して炉容器の高さが限定される。

投入される原料の体積は、その原料の密度による。軽量スクラップ（金属切り屑）が溶解される場合、溶融金属の湯口重量を一定の基準に到達させるために、重量スクラップの場合より大きい体積が必要となる。炉容器の収容スペースは、溶解炉の処理条件を原料の供給に適応させることができるようにするため、こうした様々な体積に対して調整可能にされるべきである。

本発明の目的は、溶解炉の湯口重量を一定の基準に到達させるための全原料を収容し、その結果、溶融金属が流出されるまで、追加的な投入により溶解処理を中断することを必要としないように、溶解炉、特に上述した型の電気アーク炉、の炉容器の収容スペースを増加することである。このことは、電気アーク炉において、許容された電極長さに適応する一方で可能とされるべきである。

原料用の炉容器の収容スペースの容積を可変に構成することは、さらなる１つの目的である。その結果、炉容器は、溶解炉に所望される湯口重量を達成するために、様々な種類の原料（軽量スクラップ、重量スクラップ、ペレット）に必要とされる様々な体積に対して適応可能とされる。

これらの目的は、請求項１の特徴を有する溶解炉により達成される。本発明の有用な実施形態は、従属項から得ることができる。
本発明の解決法においては、円筒状の上位容器部は、第１の下方円筒部および第２の上方円筒部を備えており、上記円筒部のうちの一方が他方の一部を覆い、かつ、少なくとも１つの手段により他方の円筒部に対して伸縮自在に移動可能に構成されている。これにより、原料用の炉容器の収容スペースの大きさは、上方円筒部がどれだけ伸縮自在に延長されるかに応じて、高さにおいて変更されうる。このことは、炉容器の収容スペースを、原料に対して拡張したり適応させることを可能にし、電極がカバーを通して挿入される電気アーク炉の場合、溶解処理中に、原料が溶解クレータ内に沈むことにより引き起こされる原料の高さの減少により、カバーが、電極支持アームと共に下降されうるという利点もある。その結果、許容可能な量に限定された長さを有する電極の電極端は、溶解槽の上面に対して必要とされる距離まで下げられうる。

下方円筒部に対して伸縮自在に移動可能である上位容器部の上方円筒部は、下方円筒部の内側あるいは外側に配置することができる。好ましくは、上方円筒部は下方円筒部の外側に、下方円筒部の一部を覆うように配置される。

上方円筒部は、炉容器の周囲に沿って分散して配置された昇降手段により支持されうる。それにより、上方円筒部は、上位容器部に配置されうる。しかし、上位容器部の上方円筒部は、炉容器カバーの縁部に取り付けられていることが好ましく、上方円筒部は、カバー昇降手段により、上位容器部の下方円筒部に対して伸縮自在に移動可能である。

直前に記載した例の場合、カバー昇降手段は伸縮自在な移動可能性を備えなければならず、比較的正確な鉛直昇降が必要とされるため、カバー昇降手段は、事実上追加的な重量を課されており、カバー昇降手段の昇降高さは実質的に増大する。しかし、これは、詳細に記載されている、３つの規定されたカバーの軸受けを備えるカバー支持構造体、および、カバー支持構造体のための上記の昇降手段、により実現される。

上位容器部の上方円筒部の伸縮自在な移動可能性のため、別体の電極昇降手段を有する電気アーク炉は、上記伸縮自在な移動可能性を考慮したより大きい昇降高さを有して構成されることも必要である。しかし、本発明の有用な実施形態によれば、カバー支持構造体、具体的にはカバーのＬ字型の支持部材の水平な脚部、が電極昇降手段を支持している。この場合、伸縮自在な移動可能性の昇降高さを調整することにより、電極昇降手段自体の昇降高さを増加させる必要はない。

容器内へ電極が沈められる可能な深さを考慮すると、カバーが通常の場合のように上方に湾曲しておらず平らに構成されていると、更に有用である。カバー上の強化リブによって、必要とされる安定性が向上されうる。

本発明は、典型的な実施形態および補助的な９つの図を用いて、更に詳細に説明される。

部分的に断面を示す斜視図において本発明の第１実施形態を示しており、上位容器部の伸縮自在に移動可能な上方部が下げられた状態を示している。 図３の切断線ＩＩ−ＩＩに沿った本実施形態の側面図を示す。 本実施形態の平面図を示す。 上位容器部の伸縮自在に移動可能な上方部が持ち上げられた状態にある、図２に対応する本実施形態の図を示す。 図２において円Ｖによりマークされた部分を示す。 図４において円ＶＩによりマークされた部分を示す。 本発明の別の実施形態の側面図を示し、部分的に図８の線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面を示す。 本実施形態の平面図を示す。 上位容器部の上方部が持ち上げられた状態にある、図７に対応する本実施形態の図を示す。

鉄スクラップのような鉄含有材料を溶解するための溶解炉は、炉容器１を備え、炉容器１は、その上端にてカバー２により閉鎖可能である。電気アーク炉において、溶解および精錬工程のために、１つの電極（直流電気アーク炉）あるいは３つの電極３，４，５（三相交流炉）はそれぞれ、開口部６，７および／あるいは更なる図示されていない第３の開口部を介して、炉容器の内部に挿入できるようにされている。通常、排ガス導管に接続可能な排ガス口９も、カバーに設けられている。更に、流出口１１が容器の床あるいは突出部１０に配置され、作業口１２が対向する容器壁に配置される。炉容器１は、一般に傾斜可能に構成されている。溶解炉および／あるいは電気アーク炉のこれらの特徴は周知であるため、これらの特徴については、更なる説明および／あるいは詳細な描写は行わない。

被溶解原料が上方から容器内に投入される際には、投入作業のために、カバー、および、電気アーク炉の場合には電極も容器から取り外されなければならない。この目的のため、本実施形態の場合には、カバー昇降回転手段１３とともに電極昇降手段１４が設けられており、本実施形態の場合、電極昇降手段１４がカバー昇降回転手段１３と一体化されている。

炉容器１上に配置されたカバー２を上昇、下降および回転させるためのカバー昇降回転手段は、炉容器１の側方に配置された回転台(Schwenkportal)１５を備えている。回転台１５は、炉容器１の鉛直な中心軸１６と平行に配向されたガイド軸１７上のピボット軸受け１８によって回転可能に支持され、図示されていない駆動部を用いてガイド軸１７回りに回転可能にされている。回転台は、側面図（図２参照）においてＬ字型の形状を有し、ピボット軸受け１８を支持する水平脚部１５／１と、ローラ１９の上に支持されている鉛直脚部１５／２とを備える。

本実施形態においては、カバー昇降回転手段１３は、水平脚部２０／１および鉛直脚部２０／２により構成されたカバー支持構造体を有するＬ字型支持部２０を備える。支持部２０は、少なくとも１つの昇降手段により、昇降可能にされている。図示された実施形態では、２つの昇降手段、すなわち後方昇降手段２１／１（図２参照）および前方昇降手段２１／２（図１参照）がある。昇降手段２１／１および２１／２はそれぞれ、水平方向に広がる空間にて互いに分離された回転台１５とカバー支持手段１３との間に配置されている。この特定の場合において、昇降手段はそれぞれ、回転台１５の鉛直脚部１５／２のブラケット１５／２２と、Ｌ字型支持部２０の水平脚部２０／１のブラケット２０／１３との間に配置されている。図２に見られる後方昇降手段２１／１のための図中に示されていないブラケットは、前方昇降手段２１／２のための図示されているブラケット１５／２２および２０／１３と同様に構成されており、左右対称になっている。

Ｌ字型支持部２０として形成された支持構造体に回転台１５の回転運動を伝えるため、支持部２０の鉛直脚部２０／２は、回転台１５の鉛直脚部１５／２と一緒に回転できるように、嵌合手段２２によって回転台１５の鉛直脚部１５／２に接続されている。本実施形態においては、嵌合手段２２は、Ｌ字型支持部２０の鉛直脚部２０／２の鉛直溝２３と、回転台１５の鉛直脚部１５／２に取り付けられており、鉛直溝２３に嵌合する嵌合突起部２４と、により形成される。カバー支持構造体２０の昇降中の鉛直方向の案内は、脚部２０／２の底部に取り付けられた軸受け２５を介して行われ、軸受け２５は、回転可能かつ軸方向に変位可能に、カバー支持構造体２０をガイド軸１７に接続する。

電極昇降手段１４は、電気アーク炉の各電極３，４，５用の支持アーム２９，３０，３１をそれぞれ支持し、カバー支持構造１３、具体的にはＬ字型支持部２０の水平脚部２０／１、において支持される３本の昇降支柱２６，２７，２８を備える。電極昇降手段１４は、周知の方法で構成されているため、更なる説明は不要である。

昇降手段２１／１，２１／２は、周知の構造体におけるようにカバー支持構造体の端部に作用せず、Ｌ字型支持部２０の軸受け２５から間隔を空け、かつ昇降支柱２６，２７，２８の軸受点に隣接して、カバー支持構造体の水平脚部２０／１に作用するため、カバー支持構造体１３の昇降時におけるカバー支持構造体１３の曲げ応力を、周知の構造体と比べてかなり低減させることができる。昇降手段２１／１，２１／２の作用点に関するこの解決法においては、支持部２０の炉カバーと反対側にある部分、要するに支持部の鉛直脚部２０／２および軸受け２５が、炉カバーの重量負荷に対するカウンターウェイトを、支持部に支持される電極昇降手段に対して形成する。

図示されている典型的な実施形態では、２つの支持アーム２０／１１および２０／１２（図１および３参照）が基部２０／１０により連結され、Ｌ字型支持部２０の水平脚部２０／１は平面図においてＵ字型に形成されている。支持アーム２０／１１，２０／１２は、カバー２の第１直径軸３２に対し、互いに間隔をあけて、対称的に配置されている。

カバー２は、支持部２０の支持アーム２０／１１および２０／１２により部分的に横切られるのみであり、カバーの第１の直径軸３２に対して垂直な第２直径軸３３まで完全には到達していない。また、カバー２は、支持部２０の各支持アーム２０／１１および２０／１２の各自由端の近傍にカバー吊り下げ手段３４，３５をそれぞれ備えている。カバー吊り下げ手段３４，３５は好ましくは取り外し可能に構成されている。本実施形態においては、カバーには、アイレット、例えばアクチュエータにより作動可能なボルトを挿入できる小孔、が設けられ、そのボルトは支持部２０の支持アーム２０／１１および２０／１２の自由端に取り付けられる。カバーが非対称的に釣り下げられることにより、カバーの端部の領域にカバー押下げ手段を設けることも必要であり、本実施形態では、カバー押下げ手段は、支持部２０の水平脚部２０／１の基部２０／１０の底部に取り付けられた、支持突起部３６により形成される。支持突起部３６はカバー吊り下げ手段３４，３５と共に、安定して、カバーを三点支持する。これにより、カバーの正確な鉛直昇降が可能になる。

カバーを取り替えるために、カバー２が容器の端に置かれているときにカバー吊り下げ手段３４，３５のボルトが取り外され、支持部２０が昇降手段２１／１および２１／２を用いて持ち上げられた後、回転台１５を用いて横に回転される。

本発明の溶解炉において、下位容器部１０１および円筒状の上位容器部１０２にて形成される炉容器は、被溶解原料のための拡張可能な可変の収容スペース１０３を備えて構成される。この目的のため、円筒状の上位容器部１０２は、必要に応じて液冷されると共に下位容器部１０１上に設置される一般的な壁部１０４に加えて、第１の下方円筒部１０５と、下方円筒部１０５の一部を覆うと共に下方円筒部１０５に対して伸縮自在に移動可能である上方円筒部１０６と、を備える。この目的のため、上位容器部１０２の上方円筒部１０６は、炉容器カバー２の縁部に取り付けられており、カバー支持構造体２０に作用するカバー昇降手段、すなわち昇降手段２１／１および２１／２により、上位容器部１０２の下方円筒部１０５に対して、伸縮自在に移動可能である。従って、カバー昇降手段１５／１および１５／２は、上方円筒部１０６の移動に対応する大きい昇降高さを有して構成されなければならない。昇降高さは、カバーの縁部に取り付けられた上位容器部１０２の上方円筒部１０６が、下方容器部１０５の上端の上方に持ち上げ可能となる程度に大きくなければならない。その結果、原料を投入するためにカバーが回転されうる。容器への投入に関しては、特にカバー２が平らな構成を有する場合、上位容器カバー１０２の上方円筒部１０６の下端が、下方円筒部１０５の上端より上に、約０．３ｍから０．８ｍ持ち上げ可能であると有用である。

図４は、上方円筒部１０６が持ち上げられた状態にある溶解炉を示している。図２および４の拡大断面図ＶおよびＶＩである図５および６によって、２つの位置をより明確に認識することができる。ここで、下方部１０５の上端に、伸縮自在に移動可能とするためのガイドとしての役割を同時に果たす環状フランジ１０７が設けられていることも明らかである。この位置、あるいは別の位置に、ガイド用の突部あるいは類似のガイド要素を設けることもできる。

本実施形態においては、上位容器部１０２は３つの円筒状壁部１０４，１０５および１０６から形成されるが、例えば図７および９による２つの実施形態のように、２つの固定壁部１０４および１０５が結合されて１つの固定壁部とされてもよい。

更に、上方壁部１０６と下方壁部１０５との間で伸縮自在に移動可能な構成は、図示されている典型的な実施形態におけるように、上方壁部１０６が下方壁部１０５の外側で伸縮自在に移動可能なのではなく、すなわち、下方壁部１０５の外側で一部を覆っているのではなく、下方壁部１０５の内側で伸縮自在に移動可能なように構成されうる。この変形例は図示されていない。

拡張した収容スペースを備えた、すなわち、上方部２０６が図４に示されるように持ち上げられた、炉容器への投入後、溶解処理中に、原料中での電極の燃焼によりクレータが形成され、原料がクレータ内に落ちる。その結果、カバーが下降され、ひいては、電極の下降が可能とされる。従って、電極の先端と（図示されていない）、下位容器部内の溶解槽と、の間の鉛直距離は、図２に示された位置まで減少させることができる。

図７および９に示された典型的な実施形態においては、上位容器部１０６がカバー２の端部に取り付けられておらず、炉容器１の周囲に分散して配置された４つの昇降手段１０８に支持されている。それ以外に関しては、構成は、典型的な第１実施形態と一致しているので、説明のためこの実施形態を参照することができる。

Claims (15)

1. 被溶解原料、特に金属スクラップを収容するための、下位容器部（１０１）および円筒状の上位容器部（１０２）にて形成される炉容器（１）と、
   カバー支持構造体（１３，２０）により支持される炉容器カバー（２）と、
   を備える溶解炉であって、
   前記円筒状の上位容器部（１０２）は、第１の下方円筒部（１０５）および第２の上方円筒部（１０６）を備えており、前記円筒部のうちの一方が、他方の円筒部の一部を覆い、少なくとも１つの昇降手段（２１／１，２１／２；１０８）により前記他方の円筒部に対して伸縮自在に移動可能であるように構成される
   ことを特徴とする溶解炉。
2. 前記上位容器部（１０２）の前記上方部（１０６）は、前記上位容器部（１０２）の前記下方部（１０５）の一部を覆う
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶解炉。
3. 前記炉容器（１）の周囲に分散して配置される昇降手段（１０８）は、前記上位容器部（１０２）の前記上方部（１０６）を昇降させるために設けられる
   ことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の溶解炉。
4. 前記上位容器部（１０２）の前記上方円筒部（１０６）は、前記炉容器カバー（２）の縁部に取り付けられており、前記カバー支持構造体（２０）に作用するカバー昇降手段（２１／１，２１／２）により、前記上位容器部（１０２）の前記下方円筒部（１０５）に対して伸縮自在に移動可能である
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の溶解炉。
5. 前記上位容器部（１０２）の前記上方円筒部（１０６）の下端は、前記下方円筒部（１０５）の上端より上方に略０．３ｍ〜０．８ｍ持ち上げ可能である
   ことを特徴とする請求項４に記載の溶解炉。
6. 前記上位容器部（１０２）の前記上方部（１０６）を伸縮自在にガイドするために、前記上位容器部（１０２）の前記下方部（１０５）の前記上端に、少なくとも１つのガイド要素（１０７）が設けられる
   ことを特徴とする、請求項１〜５のうちの１つに記載の溶解炉。
7. 前記容器カバーは、強化リブ（１１０）を有する平坦な形状に構成される
   ことを特徴とする請求項１〜６のうちの１つに記載の溶解炉。
8. 前記カバー（２）を支持する前記カバー支持構造体（１３，２０）は、前記炉容器（１）の鉛直な中心軸（１６）と平行に配向され、かつ前記炉容器（１）の側方に配置されたガイド軸（１７）上に、軸方向に移動可能に支持されており、前記カバー支持構造体（１３，２０）は、少なくとも１つの昇降手段（２１／１，２１／２）により昇降可能である
   ことを特徴とする請求項１〜７のうちの１つに記載の溶解炉。
9. 前記カバー支持構造体（１３，２０）の前記昇降手段（２１／１，２１／２）は、前記炉容器（１）の側方に配置された回転台(Schwenkportal)（１５；１５／１，１５／２）上に支持され、前記カバー支持構造体（１３；２０）のガイド軸（１６）上に回転可能に支持され、かつ、駆動部によりガイド軸（１７）回りに回転可能であり、
   前記カバー（２）を支持する前記カバー支持構造体（１３；２０）は、前記ガイド軸上に回転可能に支持され、かつ、前記回転台（１５；１５／１，１５／２）と共に回転するように、嵌合手段（２２；２３，２４）によって、前記回転台（１５；１５／１，１５／２）に接続される
   ことを特徴とする請求項８に記載の溶解炉。
10. 中空の円筒体（２５）は、前記カバー支持構造体（１３；２０）に取り付けられ、前記ガイド軸（１７）上に回転可能に支持される
    ことを特徴とする請求項８あるいは９に記載の溶解炉。
11. 前記カバー支持構造体（１３）は、部分的に前記カバー（２）を横切る少なくとも１つの水平脚部（２０／１）を有する、Ｌ字型支持部（２０，２０／１，２０／２）を備える
    ことを特徴とする請求項８〜１０のうちの１つに記載の溶解炉。
12. 前記Ｌ字型支持部（２０）上には、前記水平脚部（２０／１）の開放端付近において、前記カバーの直径軸（３２）の両側にカバー吊り下げ手段（３４，３５）がそれぞれ設けられ、かつ、カバーの縁部の上方の領域にカバー押下げ手段（３６）が設けられる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の溶解炉。
13. 前記カバー吊り下げ手段（３４，３５）は、アクチュエータにより作動可能なボルト／アイレット接続部として形成される
    ことを特徴とする請求項８〜１２のうちの１つに記載の溶解炉。
14. 前記カバー支持構造体（１３，２０）は、少なくとも１つの電極昇降手段（１４）を支持する
    ことを特徴とする請求項８〜１３のうちの１つに記載の溶解炉。
15. 当該溶解炉は、前記炉容器のカバー（２）を貫通する少なくとも１つの電気アーク電極（３，４，５）を有する電気アーク炉として構成される
    ことを特徴とする請求項１〜１４のうちの１つに記載の溶解炉。

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