JP2018110111A - 溶融装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再溶融のための溶融装置のフード下におけるガス圧力条件とは無関係に、電極ロッドには何も力が伝わらないようにするか、あるいは電極ロッドに余分に加わっている力だけを大幅に補正することによって、電極ロッド及び電極ロッド駆動部に加わる力を相殺できる再溶融のための溶融装置を提供する。【解決手段】溶融装置は、ガス防護フード２０によって周囲環境から分離される溶融室１９０を備え、ガス防護フード２０又は溶融室内包の他の部分には溶融に供される電極７０を動かすための電極ロッド４０が挿通され、封止によって気密にされ電極ロッド４０のガイドとなる導入口３０を備えており、溶融室内のガス圧力に比例して電極ロッド４０に作用する力を均等化して、電極ロッド４０に作用するガス圧力を補償する、油圧または空圧による均等化手段を有していることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電極再溶融のための溶融装置、及び該溶融装置の運転方法に関する。

公知の溶融装置又は再溶融装置は、主としてフレーム、フレームワーク、ガントリー（ｇａｎｔｒｙ）、又はピラー（ｐｉｌｌａｒ）を有する支持構造と、気密シリンダの形態をなすガス防護フード（ｇａｓｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｈｏｏｄ）、ガス防護フードの上端に設けられた導入口（ｌｅａｄ ｔｈｒｏｕｇｈ）、加圧又は真空に対して気密されたガス防護フードの中に導入口を介して導入される電極ロッド（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｒｏｄ）及びガス防護フード内で電極ロッドを垂直に上下動させる駆動ユニット（ｄｒｉｖｅ ｕｎｉｔ）を有する。電極ロッドから吊り下げられた電極の再溶融プロセスを行う１つ又は２つの溶融ステーションを備えている。荷重導入部（ｗｅｉｇｈｉｎｇ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ）は、プロセス制御のために用いられている。

公知のように、溶融装置は、フード内のガス圧力を高めるか、もしくは減圧、特に真空にして、再溶融プロセスを行うことができるように考えられている。

特に大気圧とは異なる圧力で再溶融プロセスが実施される溶融装置においては、フード内が正圧の場合は電極ロッドを押圧する力が加わり、真空の場合は電極ロッドを吸引する力が加わる、ことが問題になる。

溶融装置及び溶融装置の電極ロッド駆動部の設計思想に合致する挙動として、前記電極ロッドの駆動部に作用する力は、電極重量によって生じるばかりでなく、前記の吸引力又は押圧力が付加される。

ガス圧力を高めた状態で、電極ロッド内側に同軸に配置された駆動スピンドルを介して電極ロッドを垂直方向に動かす場合に、このストレスは特に危険である。具体的には、座屈する危険性が指摘されている。

公知の実施形態においては、該スピンドルが押圧力によって生じるかもしれない座屈に耐えうるように、直径の極めて大きいスピンドルが使用されている。

本発明は、装置のフード下におけるガス圧力条件とは無関係に、電極ロッドには何も力が伝わらないようにするか、あるいは電極ロッドに余分に加わっている力だけを大幅に補正することによって、電極ロッド及び電極ロッド駆動部に加わる力を相殺できる再溶融のための溶融装置の実現を目的とする。

かつ、本発明の溶融装置においては、耐久性が高く、経済性に優れるように設計される。

本発明の目的は、本願の独立請求項に記載された特徴によって達成される。本発明の好ましい態様は、本願の従属請求項に詳細に記載されている。

本発明の溶融装置は、ガス防護フードによって周囲環境から隔離された溶融室を備える。
ここで、ガス防護フードもしくはそれ以外の溶融室内包は、封止手段によって気密にガイドされ、溶融させる電極を移動させるための電極ロッドを挿通する、導入口を備える。

溶融室内のガス圧力に比例する力を電極ロッドに加え、電極ロッドに作用するガス圧力の少なくとも一部を相殺するように、均等化手段（Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｍｅａｎｓ）、特に油圧又は空圧による均等化手段が設けられている。

当該の駆動ユニットには、電極ロッド及び電極の重みに起因する力のみが作用するので、駆動ユニットをより小さくすることができる。更に、溶融室の内圧は電極ロッドに影響を及ぼさなくなるので、プロセス制御も容易になる。

本発明の封止手段は、例えば円環状をなしていることを特徴とする。

特に均等化シリンダ（Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｙｌｉｎｄｅｒ）は、均等化手段のシリンダのことをさす。

溶融室内が正圧または負圧のどちらであっても、それぞれの場合に対応して、均等化をはかる力を上手く作用させることができる。これは、溶融室を正圧で運転する前者と、負圧で運転する後者とでは、均等化をはかる力が逆向きに作用することを意味している。圧力は、周囲の圧力との関係によって、正圧にも負圧にもなりうる。周囲圧力は大気圧が大勢を占める。溶融室内が正圧にされている時のみ力の補正が可能な既存の装置の限度を超えて、動作状態の選択の自由度は既存方式の実施形態と比較して大幅に増加している。

本発明の溶融装置は、電極ロッドを移動させるための駆動ユニットを電極ロッドの上方に配置できるので、いっそう優れている。また、本発明の溶融装置は、駆動ユニットは、電極ロッドの上端と同じ領域に設置することができる。また、本発明の溶融装置は、モータ／駆動装置、及び／又は、あらゆる運転状態の各々における駆動ユニットのギアボックスを、ガス防護フードを封止するために設けられた領域の上方に位置するように、設計することができる。

本発明の溶融装置は、電極ロッドを移動させるための駆動ユニットがガス防護フードに固定されていた従来の実施形態と比べると、非常に優れている。

従来の実施形態では、電極ロッドとの結合を可能にするために、例えば歯切りしたラック形状のものに結合しなければならなかった。しかしながら、従来、このような結合方式は、溶融室の封止構造を複雑にしていた。

本発明における駆動ユニットは、特に電極ロッドに噛み合わされた駆動スピンドルによって連結することができ、駆動スピンドルは雄ネジを備え電極ロッドの雌ネジに噛み合わせることができる。以上は、電極ロッドの搭載する実施形態についてのほんの一例に過ぎない。

上記の実施形態に代えて、フレームと電極ロッドとの間に流体駆動部を設けることができる。このような実施形態では、電極ロッドの円筒形状の外側面は駆動方式に左右されないものとなり、例えば非常に封止構造を複雑にする歯切りしたラック形状を回避することができる。

これに反して、電極ロッドが回転しないように長手方向に延びる溝を電極ロッドに設けた場合は、封止性能を著しく損なうことになる。

駆動ユニットは、少なくとも１つのガイドを介して下部横木（ｌｏｗｅｒ ｔｒａｖｅｒｓｅ）に接続され、下部横木は均等化手段の不可動部、特にシリンダに接続され、上部横木（ｕｐｐｅｒ ｔｒａｖｅｒｓｅ）は電極ロッド及び均等化手段の可動部、特に均等化手段のピストン、の両方に接続されていると、いっそう優れたものとなる。

均等化手段は垂直方向に動作する。このように構成にすることで、特に直上においた駆動ユニットから、電極ロッドと駆動スピンドルを平行に走らせるガイドを使用する場合は、座屈に係る強度を改善することができる。

上部横木と電極ロッド間の接続は、回転できるように据え付けられている。接合部は、過度の静水圧を避けるために必要とされる場所に設けられている。水平に見た場合の駆動スピンドルは、いかなる動作状態においてもガイドの間に位置する。均等化手段のピストンロッドに接続されるか、もしくはピストンロッドの一部分となりうるガイドは、特にガイドとして用いられる。ガイドは、垂直方向に均等化する所望の力を両方向に伝達できるように、弾性変形する性質を備えるべきではない。

本発明のより優れた実施形態では、電極ロッドを駆動する駆動ユニットは、フレームに取り付けられている。電極ロッドの重量及び電極の受取りによって発生する力又はトルクは、フレームを介して周囲に放散させることができる。フレームは、ガス防護フードとは独立に設けられていることが望ましい。電極ロッド及び電極に作用する力は、ガス防護フードを含む溶融室内包を介して、放散させるべきではない。

特に複数設けられた均等化手段、特に均等化のためのシリンダは、電極ロッドの中心軸から半径方向に離して配置されており、均等化手段の作用によって電極ロッドには傾斜モーメントやトルクが発生しないように対称に配置されていることが好ましい。少なくとも２つの均等化シリンダが備わっていることが好ましい。

均等化手段は、ピストン／シリンダを備え、均等化手段全体にわたって個々のピストンの有効な断面積を足し合わせた合計が電極ロッドの断面積にほぼ等しくなっている。「ほぼ同一」という語句は広義に解釈され、断面積の偏差は±３０%以下という意味を含んでいる。他の好ましい適用例では、偏差が１０％未満となるように要求されており、溶融室内の圧力をピストンロッドの駆動部の出力から切り離す工夫がなされている。

均等化手段は、流体技術を用いて溶融室と連絡しており、例えば溶融室から均等化手段に通じる導管が備わっている。油槽は、溶融室と空圧により連絡しており、均等化手段と油圧により結合されている。溶融中に温度上昇する溶融室側で油を使用することは好ましくない。剛性を改善するために、油圧による駆動は均等化手段側に設けることが好ましい。

電極溶融装置を運転する方法の場合、電極ロッドによって電極は溶融室内で移動可能であり、溶融室は周囲環境から封止によって気密にされている。

駆動ユニットは溶融室の外側に配置されており、電極ロッドを駆動する。

溶融室内が正圧もしくは負圧のどちらであっても、電極ロッドに作用する力は、流体技術を用いて溶融室と連絡された、少なくとも一つの均等化手段によって、均等化される。

本発明の溶融装置は、電解スラグの再溶融に好ましい溶融装置である。本発明による運転方法は、電解スラグの再溶融に好ましい方法である。

本発明の溶融装置の断面模式図である。

本発明の溶融装置に係る優れた実施形態のひとつが、図１に例示されている。

図示された構造は、フレーム１０と、気密にされた円筒形状のガス防護フード２０と、ガス防護フード２０の上端に設けられた導入口３０と、導入口３０を介してガス防護フード２０の中に挿通され加圧又は真空封止されている電極ロッド４０とガス防護フード２０の内部で電極ロッド４０を垂直に上下動させることができる駆動ユニット５０と、電極ロッド４０に吊るされた電極７０の再溶融が行われる溶融ステーション６０と、プロセス調整のための荷重導入部８０と、を備える。

駆動ユニット５０は、電極ロッド４０の直上に配置され、ガイド４１と４２を介して荷重導入部８０に垂直に接続されており、一方、駆動スピンドル１３０は、電極ロッドの内側（４０．１）において同軸となるように、電極ロッド４０に吊るされている。

駆動ユニット５０は、フレーム１０に対して水平に動かせるように支持されている。フレーム１０は旋回できるようになっており、電極ロッド４０、駆動ユニット５０、及び荷重導入部８０と共に、ガス気密されたガス防護フード２０を含む全体を、当該の溶融ステーション６０から隣の溶融ステーション(図示されていない)へと移動させることができる。

均等化手段１４０の２つのシリンダは、電極ロッド４０の両側に配置され、前記均等化手段１４０のシリンダのピストンロッド室２００と油槽１６０とは、導管１５０を介して、気密にされているガス防護フード２０のガス室１９０に接続されている。以下、ガス室１９０は溶融室１９０とも記される。

電極ロッド４０の上部と下部は、それぞれ上部横木１７０と下部横木１８０を介して、均等化手段１４０のシリンダと関節のように動かせるように接続されており、すなわち前記均等化手段１４０のシリンダのピストンロッド２１０は電極ロッド４０の上端において関節のように動かせるように上部横木１７０に直接接続されており、さらに、均等化手段１４０のシリンダは気密にされた導入口３０の上端に形成されている下部横木１８０に対して関節のように動かせるように接続されており、他端では、荷重導入部８０の荷重フレームに対して関節のように動かせるように接続されている。

下記では、溶融装置の運転時の働きについて述べる。

例えばガスの吸引もしくはガスの放出によって、容器内すなわち当該の溶融室１９０と大気との間に圧力差が生じると直ちに、該圧力差は導管１５０を介して油槽１６０に伝達される。２つの均等化手段１４０のシリンダのピストンリングの面積の和が電極ロッド４０の封止部の断面積と等しくなるように構成されているので、油は、油槽から均等化手段１４０のシリンダへと流れて、相互に相殺しあう２つの力を生じせしめる。前記２つの力は、容器内において内側から外側へ言い換えると底部から頂部へ向かう方向に作用する圧力である場合は電極ロッド４０に作用する圧縮力と、シリンダ内のピストン面には頂部から底部へ向かう方向に作用する圧縮力である。電極ロッド４０から受ける均等化力は、上部横木１７０と下部横木１８０とを介して、均等化手段１４０のシリンダのピストンロッド２１０に伝達され、電極ロッド４０を挿入する力は、シリンダに水平に作用する２つの力によって補償される。そのため、溶融装置を構成する残りの部分は、圧力差によって生じる力を受けないようになっている。

このようにアレンジされたことによる利点は次のようなものである。

大気と容器内部との圧力差によって導入される全ての力は、電極ロッド機構内に閉じ込められ、装置の残りの部分にはいかなる影響も及ぼさない。

電極ロッドの駆動スピンドルは、大気圧下でのみ運転される従来装置と同じように、構成することができる。

圧力によって生じる力は電極ロッドの駆動部には作用せず、そのため駆動部の出力に何も影響しないことから、溶融室の圧力が変化する条件であっても、装置制御を司るどの溶融制御器も変更しなくてよい。

システムは、両方向に対して、すなわち溶融室１９０が内部圧（正圧）及び負圧（例えば真空）に対して同じように作用する、機能を備える。

ガス圧力は、均等化手段１４０に直接印加されず、溶融室１９０と均等化手段１４０のシリンダとの間に配置されている油槽１６０に最初に印加されるので、前記ガス圧力が油圧に変換される。両シリンダに作用する摩擦条件は相似しているので、そこに存在する摩擦力の更なる同期化や均等化は必要としない。

装置に発生するスラグ塵埃は油に捕捉され、油交換によって廃棄される。よって、有毒なスラグや金属塵を意図せずして周囲環境に放出してしまう危険は免れる。

均等化システムの構成は単純であり、既に建設されている殆ど全ての装置において、サイズ変更することなく、取り付けることができる。

均等化手段１４０のシリンダは、垂直方向に高さが揃えられており、ピストンロッド２１０が電極ロッド４０から半径方向に離して配置されている。均等化手段１４０のシリンダは、電極ロッド４０に対して少なくとも部分的に半径方向に重なっている。

図示された均等化手段１４０の２つのシリンダの代わりに、このタイプのシリンダを複数使用することができ、複数設けた場合は、電極ロッド４０に不均衡なモーメントが加わらないように、電極ロッド４０の中心軸を一様に取り巻くように配置することが好ましい。

上述し図面にも記載したように、フレーム１０は垂直軸の周りで旋回できるようになっていることが好ましい。フレーム１０から順次先送りできるように、図示されている溶融ステーション６０の反対側に、更にもう１つ別の溶融ステーション（図示されていない）を配置することができる。そうすることによって、電極７０を溶解させた後の補充に要する時間を大幅に削減することができる。

電極ロッド４０の内側に駆動スピンドル１３０を設ける実施形態では、電極ロッド４０の(円筒状の)外側面を平坦かつ滑らかになるように設計できる。該表面でガス防護フード２０を封止すると、封止構造の複雑さ、及び封止部を通過して排出又は取込まれるガス量が大幅に低減される。特に装置を負圧で運転する場合には、隙間のないきつく締まった状態であることが重要であり、さもなければ、溶融中に好ましくない酸化が起こる。

１０ フレーム
２０ ガス防護フード
３０ 導入口
４０ 電極ロッド
４１，４２ ガイド
５０ 駆動ユニット
７０ 電極
８０ 荷重導入部
１３０ 駆動スピンドル
１４０ 均等化手段
１５０ 導管
１６０ 油槽
１７０ 上部横木
１８０ 下部横木
１９０ 溶融室
２００ ピストンロッド室
２１０ ピストン

Claims (10)

1. ガス防護フード（２０）によって周囲環境から隔離された溶融室（１９０）を備え、
   前記ガス防護フードには溶融させる電極（７０）を動かすための電極ロッド（４０）が挿通され、封止によって気密にされたガイドとなる導入口（３０）を備え、
   前記溶融室内のガス圧力に比例し前記電極ロッド（４０）に均等化力を作用させて、前記電極ロッド（４０）に作用するガス圧力を相殺する、油圧または空圧による均等化手段（１４０）を有する、
   ことを特徴とする溶融装置。
2. 前記均等化手段（１４０）は、前記溶融室（１９０）における正圧又は負圧に対して相殺する力を生じせしめる、請求項１に記載の溶融装置。
3. 前記電極ロッド（４０）を移動させるための駆動ユニット（５０）が、前記電極ロッド（４０）の上端に設けられている、請求項１または２に記載の溶融装置。
4. 前記駆動ユニット（５０）は、前記電極ロッド（４０）に噛み合わされた駆動スピンドル（１３０）、とりわけ前記電極ロッド（４０）の雌ネジと噛み合わされる雄ネジを有する駆動スピンドル（１３０）によって構成される、請求項３に記載の溶融装置。
5. 前記駆動ユニット（５０）は、少なくとも一つのガイド（４１，４２）を介して下部横木（１８０）に接続され、前記下部横木（１８０）は前記均等化手段の不可動部、とりわけ前記均等化手段のシリンダに接続され、上部横木（１７０）は前記電極ロッド（４０）及び前記均等化手段の可動部、特に前記均等化手段（１４０）のピストン（２１０）、の両方に結合されている、請求項１〜４のいずれかひとつに記載の溶融装置。
6. 前記駆動ユニット（５０）は、前記電極ロッド（４０）を駆動するためにフレーム（１０）に取り付けられており、
   前記電極ロッド（４０）の重量及び前記電極（７０）の受取りによって発生する力又はトルクは、前記フレーム（１０）、特に前記ガス防護フード（２０）とは独立に設けられている前記フレーム（１０）を介して周囲に放散させるようなっている、請求項１〜５のいずれかひとつに記載の溶融装置。
7. 複数設けられた前記均等化手段（１４０）、特に均等化のための前記シリンダは、前記電極ロッド（４０）の中心軸から半径方向に離して配置されており、前記均等化手段の作用によって前記電極ロッド（４０）には傾斜モーメントやトルクが発生しないように対称に配置されている、請求項１〜６のいずれかひとつに記載の溶融装置。
8. 前記均等化手段（１４０）にはピストンとシリンダが配置されており、
   前記均等化手段（１４０）の各ピストンの有効な断面積の和は前記電極ロッド（４０）の断面積よりも大きい、請求項１〜７のいずれかひとつに記載の溶融装置。
9. 空圧によって前記溶融室（１９０）とつながり、油圧によって前記均等化手段（１４０）とつながる、油槽（１６０）を備える、請求項１〜８のいずれかひとつに記載の溶融装置。
10. 電極ロッド（４０）は溶融室（１９０）内の電極を動かし、
    前記溶融室（１９０）は封止によって周囲に対し気密にされており、
    駆動ユニット（５０）は前記溶融室（１９０）の外に配置されて前記電極ロッド（４０）を駆動し、
    流体技術を用いて前記溶融室（１９０）につながる少なくとも１つの均等化手段（１４０）のシリンダを用いて、前記溶融室の正圧もしくは負圧によって前記電極ロッドに作用する力を均等化する、
    ことを特徴とする溶融装置の運転方法。