JP2023088198A - 電気炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉脚の間隔が狭く平面視で炉体と炉脚が重複する設備レイアウトにおいても、炉体回転機構を設けることができ、且つ、炉体回転機構を備えていない従来炉と同等の炉内容積を維持することが可能な電気炉を提供する。
【解決手段】電気炉１は、有底筒状の炉体１０と、炉体１０の底部を支持し炉体１０を上下方向の軸線回りに回転させる回転装置６０と、炉台４７の上面４７ａを転動する一対の炉脚４２，４２と、一対の炉脚４２，４２の間で回転装置６０を支持し炉脚４２の転動にともなって、回転装置６０および炉体１０とともに傾動する傾動床５１と、を備えている。炉体１０は、炉脚４２と対向する側壁下部１１ｂの炉殻形状が、炉底側に向かうにつれて炉体１０の中心に近づくすり鉢状をなしている。
【選択図】 図２

Description

この発明は電気炉に関し、詳しくは炉体回転機構を備えた電気炉に関する。

金属スクラップ等の金属材料を溶解する電気炉として、従来、炉体内に挿入した３本の電極と炉体内の金属材料との間でアークを発生させ、アーク熱によって金属材料を溶解する三相交流式アーク炉が広く用いられている。

このような電気炉を用いた金属材料の溶解操業においては、炉体内に電極からの距離が短い（即ち電極に近い）位置の所謂ホットスポットと、電極からの距離の長い（即ち電極から遠い）位置の所謂コールドスポットとが生じる。ホットスポットでは電極による加熱が強く行われるために金属材料が溶け易い一方で、コールドスポットでは電極による加熱が相対的に弱いために、ホットスポットの金属材料が全部溶け終わった後も、コールドスポットでは金属材料が溶け残ってしまうといった溶解の不均一を生じてしまう。

このような問題への対策として、下記特許文献で記載されているように、電極に対して炉体を回転させる回転機構を備えた電気炉が提案されている。回転機構を備えた電気炉では、溶解中に炉体を電極に対し相対回転させ、当初コールドスポットに位置していた金属材料をホットスポットに、またホットスポットに位置していた金属材料をコールドスポットに位置移動させることで、溶解の不均一の問題を改善することができる。

特開２０１５－０４８９７６号公報

ところで、炉体を回転させるためには、炉体に近接して配置された非回転の炉脚との間での干渉を回避するため、炉体の周囲に隙間空間（回転スペース）を確保することが必要である。しかしながら、従来の（非回転の）電気炉に回転機構を追加しようとしても、従来の電気炉においては、炉脚が炉体に近接しており（もしくは炉脚が炉体に接合されており）平面視で炉体の一部が炉脚と重複するレイアウトであるため、炉体の周囲に回転スペースは存在しない。ここで、回転スペースを確保すべく炉脚の間隔を広げようとすれば、炉脚を支持する炉台や炉台が固定されている建屋の基礎部分から変更しなければならず大幅な改修が必要となってしまう。一方、炉脚の間隔をそのままとし炉体自体を径方向に小さくすれば、炉内容積が小さくなってしまう、すなわち溶鋼量が少なくなり生産性が低下してしまう。

本発明は以上のような事情を背景とし、炉脚の間隔が狭く平面視で炉体と炉脚が重複する設備レイアウトにおいても、炉体回転機構を設けることができ、且つ、炉体回転機構を備えていない従来炉と同等の炉内容積を維持することが可能な電気炉を提供することを目的としてなされたものである。

而して本発明の電気炉は、
有底筒状の炉体と、
前記炉体の炉底部を支持し前記炉体を上下方向の軸線回りに回転させる回転装置と、
炉台の上面を転動する一対の炉脚と、
前記一対の炉脚の間で前記回転装置を支持し前記炉脚の転動にともなって、前記回転装置および炉体とともに傾動する傾動床と、
を備えた電気炉であって、
前記炉体における、前記炉脚と対向する側壁下部の炉殻形状が、炉底側に向かうにつれて炉体中心に近づくすり鉢状をなしていることを特徴とする。

このように規定された電気炉によれば、炉体回転時における炉体と炉脚との干渉が、炉体の側壁下部においてすり鉢状とされた炉殻形状に基づいて良好に回避される。またすり鉢状とされた炉体の側壁下部は、通常、耐火物が内張りされている領域であり、側壁下部の炉殻形状をすり鉢状とした場合でも、耐火物の厚みを調整することで、回転機構を備えていない従来炉と同等の炉内容積を維持することができる。このように本発明の電気炉の構成は、回転機構を備えていない（非回転の）従来炉を、回転機構を備えた炉に置き換える場合に特に有効である。

ここで本発明の電気炉では、前記回転装置が載置される前記傾動床の上面を前記炉台の上面よりも下方に位置させることができる。
炉体と傾動床との間に回転装置を介在させた場合、傾動床の上面から炉体上端部までの高さが高くなるが、回転装置が載置される傾動床の上面を炉台の上面よりも下方に位置させることで、即ち傾動床の上面位置を下げることで、回転装置に起因する炉体の高さの増大を相殺することができる。このようにすることで、炉体と、建屋天井部分もしくは炉体の上方に配設されている付帯設備等との干渉を回避することができる。

本発明の一実施形態の電気炉の炉体を示した図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ断面図である。 図１のII―II断面に相当する同実施形態の電気炉の断面図である。 図２の傾動体およびその周辺部を示した斜視図である。 同実施形態の電気炉の傾動動作の説明図である。 図２の炉体と傾動体とを分離して示した図である。 同実施形態の電気炉の炉体底部およびその周辺部を拡大して示した断面図である。

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
本実施形態の電気炉１は、炉体回転機構を備えた電気炉で、主な構成要素として炉体１０と、炉体１０を回転させる回転装置６０と、炉体１０を傾動させる傾動体４０を備えている。

図１は本実施形態の電気炉１における炉体１０を示した図である。炉体１０は有底筒状（ここでは円筒状）をなした樋出湯式の炉体で、側壁部１１を径方向に貫通した開口にて出湯口（出鋼口）１３が構成され、その出湯口１３から樋１４が延び出している。炉体１０内の金属材料の溶湯（溶鋼）は、炉体１０全体を図１（Ｂ）における時計方向に傾動させることで、出湯口１３から図示を省略する取鍋に向けて出湯される。

出湯口１３と径方向の反対位置（対称位置）には出滓口１５が設けられている。出滓口１５は炉体１０の側壁部１１を内外方向に貫通して設けられている。本例では炉体１０全体を上記出湯時とは反対方向（図１（Ｂ）における反時計方向）に傾動させることで、溶解操業の際に生じるスラグを出滓口１５より外部に排出することができる。

図１（Ｂ）で示すように、電気炉１の炉体１０には、その上端の装入口１８を開閉可能に閉鎖する炉蓋２０が装着され、炉蓋２０を挿通して３本の電極２２が炉体１０内に下向きに挿入される。

各電極２２は、平面視略円形をなした炉蓋２０の中心近くに、炉体１０の上下方向の軸線、ここでは中心軸線（図２に示す中心軸線Ｐ）周りに等間隔（１２０°間隔）で配置されており、図示しない昇降装置にて個別に高さ調節自在に支持され、電極２２の下端と炉体１０内に装入された金属材料との上下方向の離間距離を調節し得るように構成されている。

炉蓋２０は、図示しない昇降装置及び旋回装置によって、炉体１０に対して上下方向に移動自在に構成されるとともに、水平方向に旋回して、炉体１０の装入口１８を開放し炉体１０内への金属材料の装入を可能としている。

炉体１０の側壁部１１および底部１２は、炉殻を構成する鉄皮で覆われている。本例では側壁上部１１ａにおける炉殻形状が鉛直方向に延びる円筒形状で、側壁下部１１ｂの炉殻形状が、炉底側に向かうにつれて炉体１０の中心に近づくすり鉢状をなしている。
このように側壁下部１１ｂの炉殻形状をすり鉢状としたのは、後述する炉脚４２，４２の間隔が狭く、図１（Ａ）で示すように平面視で炉体１０と炉脚４２，４２とが重複する設備レイアウトの下、炉体１０を回転された際の炉脚４２との干渉を回避するためである。
ここで図２は、出湯口１３側から見た電気炉１の断面図である。同図によれば、炉脚４２と、これに対向する側壁下部１１ｂとの間に回転スペースとしての隙間空間δが確保されていることが分かる。

高温に曝される炉体１０内部については、炉体１０の側壁上部１１ａにおいて炉殻の内側に水冷パネル３０が設けられている。また炉体１０の側壁下部１１ｂから底部１２にかけては、炉殻の内側が耐火レンガ等の耐火物３２を用いて構成されている。

次に傾動体４０について説明する。
本例の電気炉１では、上記炉体１０が図２，３で示す傾動体４０とともに傾動可能とされている。傾動体４０は一対の炉脚４２，４２と、これら炉脚４２，４２の間に設けられた傾動床５１を備えている。

炉脚４２は、図３で示すように、下向きに凸曲形状をなし、その下向きの凸曲面４３の頂部が建屋の基礎４９に固定された炉台４７の上面４７ａと接しており、炉脚４２は炉台４７の水平方向に延びる上面４７ａに沿って転動可能に支持されている。
炉脚４２の凸曲面４３の側方には凸曲面４３に沿って係合歯４４ａが形成され、炉台４７の上面４７ａの側方には係合歯４４ｂが形成されている。これら係合歯４４ａ、４４ｂは互いに係合して転動時のすべりやずれを防止する。また、炉脚４２の凸曲面４３の係合歯４４ａとは反対側の側方には係合凸部４８が形成されている。この係合凸部４８は炉台４７の上面４７ａと内向きの端面とが交差する隅角部に係合して転動時の横ずれを防止する。
ここで、図５で示すように、本例における一対の炉脚４２，４２の間隔Ｌ１は狭く、炉体１０の径方向寸法Ｌ２よりも短いものとされている。

傾動床５１は、これら一対の炉脚４２，４２の間に位置する平板状の部材で、傾動床５１の両端部は連結部５３を介してそれぞれの炉脚４２と一体に連結されている。本例では傾動床５１上に後述する回転装置６０および炉体１０が載置される。
ここで、図２で示すように、連結部５３は内側に向かうにつれて下方に傾斜しており、傾動床５１の上面５１ａは炉台４７の上面４７ａよりも下方に位置している。回転装置６０に起因する炉体１０の高さの増大を相殺するためである。

このように構成された傾動体４０には、図４で示すように、他端側が図示を省略する基礎に連結された駆動シリンダ５５の一端側が連結されている。駆動シリンダ５５を同図の矢印で示すように上方に伸長させると、炉脚４２が炉台４７の上面４７ａを転動して、傾動床５１は右方向へ下がり傾斜する。これに伴い傾動床５１に支持された炉体１０も同方向に傾斜して、炉体１０内の溶鋼の出鋼が可能となる。
また駆動シリンダ５５を収縮させると傾動床５１は反対方向に傾動し、これにより出滓を行なうことが可能となる。
なお、図２において２点鎖線で示す符号３３は炉体１０の周りに設けられたプラットフォームである。プラットフォーム３３は炉脚４２の上面に取り付けられており、炉体１０と一体に傾動する。

次に炉体１０を回転させる回転装置６０について説明する。
図６で示すように、回転装置６０は、上から順に支持フレーム６１、ベアリング部材６３およびベアリングベース体６９が積み重ねられた状態で構成され、傾動床５１の上面５１ａに載置固定されている。

支持フレーム６１は、多数の立壁を備えた円形リング状をなしており、この支持フレーム６１の上面６１ａに炉体１０が載置されている。
リング状の支持フレーム６１の下側には、ベアリング部材６３が配設されている。ベアリング部材６３は、外周に沿って歯形が形成されているリング状歯車体６４を含んで構成され、支持フレーム６１はリング状歯車体６４に固定されている。
リング状歯車体６４の内周側の上下中間部は、図６の部分拡大図で示すように、内方に角型断面をなして突出し、ベアリング部材６３の外輪部６５を構成している。またリング状歯車体６４の内周側には外輪部６５を包むようにコ字形断面の内輪部６６が配設されており、外輪部６５の凸面と内輪部６６の凹面との間には、コロ軸受６７が介設されている。

このような構造により、支持フレーム６１はベアリング部材６３等に支持されて、そのリング中心回りに傾動床５１に平行な面内で回転可能となっている。
支持フレーム６１の上面６１ａに載置された炉体１０の重量は、炉底側に向かうにつれて炉体１０の中心に近づくように傾斜した炉殻部材１６ａ、支持フレーム６１の上面６１ａに対向する炉殻部材１６ｂ、および炉殻部材１６ｂと支持フレーム６１との間に配設された絶縁板７４を介して支持フレーム６１に伝えられる。なお、場合によってはこれらに加えて炉体底部の曲面状の炉殻鉄皮１６ｃと支持フレーム６１との間に補強用部材を介設させることも可能である。回転装置６０はこの炉体１０の重量を支持しつつ、炉体１０を炉体１０の中心軸線Ｐ（図２参照）を回転中心として回転させる。

図３で示すように、ベアリング部材６３のリング外方の傾動床５１上には、駆動源としての油圧モータ７２と、油圧モータ７２からの駆動力により回転せしめられる歯車体７３が設けられ、この歯車体７３はベアリング部材６３の上記リング状歯車体６４の歯形に噛合している。これにより、油圧モータ７２を正逆回転させると、歯車体７３，６４を介して支持フレーム６１が正逆回転させられる。即ち支持フレーム６１にて支持された炉体１０が正逆回転させられる。本実施形態において、通常の電気炉操業時には、油圧モータ７２によって、炉体１０の出湯口１３が出湯ヤードに正対した図１（Ａ）に示す原位置としたとき矢印で示す時計方向と反時計方向に支持フレーム６１、即ち炉体１０を回転させる。

また図３で示すように、ベアリング部材６３のリング外方の傾動床５１上には、四角柱状の係合部材７６を含むロック機構部７７が更に配設されている。ロック機構部７７では係合部材７６が鉛直方向に立ち上がった状態のロック位置（図中実線で表されている）と、斜め方向に傾いた状態の非ロック位置（図中２点鎖線で表されている）とに移動可能とされている。

支持フレーム６１が原位置にある時には、支持フレーム６１の外縁部に形成された切欠き（図示省略）が係合部材７６に正対しており、係合部材７６をロック位置に移動させると係合部材７６が支持フレームの切欠きに係合する。これにより、支持フレーム６１、即ち炉体１０の回転が確実に規制され、この状態で炉体１０の出湯傾動ないし出滓傾動を行うことができる。

以上のように構成された本実施形態の電気炉１によれば、炉体１０のすり鉢状とされた側壁下部１１ｂの炉殻形状に基づいて、炉体１０と炉脚４２との間に隙間空間δが確保され、炉体回転時における炉体１０と炉脚４２との干渉が良好に回避される。また、すり鉢状とされた炉体１０の側壁下部１１ｂは、耐火物３２が内張りされている領域であり、側壁下部１１ｂの炉殻形状をすり鉢状とした場合でも、耐火物３２の厚みを調整することで、回転機構を備えていない従来炉と同等の炉内容積を維持することができる。本実施形態の電気炉１の構成は、回転機構を備えていない（非回転の）従来炉を、回転機構を備えた炉に置き換える場合に特に有効である。

また本実施形態の電気炉１によれば、回転装置６０が載置される傾動床５１の上面５１ａを炉台４７の上面４７ａよりも下方に位置させている。
炉体１０と傾動床５１との間に回転装置６０を介在させた場合、傾動床５１の上面５１ａから炉体上端部までの高さが高くなるが、電気炉１では回転装置６０が載置される傾動床５１の上面５１ａを炉台４７の上面４７ａよりも下方に位置させることで、回転装置６０に起因する炉体１０の高さの増大を相殺することができる。このようにすることで、炉体１０と、建屋天井部分もしくは炉体１０の上方に配設されている付帯設備等との干渉を回避することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまでも一例示である。例えば上記実施形態は樋出湯式の電気炉であったが、本発明はＥＢＴ炉（Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ Ｂｏｔｔｏｍ Ｔａｐｐｉｎｇ炉）のように、炉底に設けられた出鋼口から溶鋼等の溶融金属を排出する炉底出鋼方式の炉に適用することも可能である。また炉体を回転させる回転装置等の具体的な構成については上記実施形態に限定されるものではなく必要に応じて適宜変更可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において様々変更を加えた形態で構成可能である。

１ 電気炉
１０ 炉体
１１ｂ 側壁下部
４２ 炉脚
４７ 炉台
４７ａ 上面
５１ 傾動床
５１ａ 上面
６０ 回転装置
Ｐ 中心軸線

Claims (2)

1. 有底筒状の炉体と、
   該炉体の底部を支持し前記炉体を上下方向の軸線回りに回転させる回転装置と、
   炉台の上面を転動する一対の炉脚と、
   前記一対の炉脚の間で前記回転装置を支持し前記炉脚の転動にともなって、前記回転装置および炉体とともに傾動する傾動床と、
   を備えた電気炉であって、
   前記炉体における、前記炉脚と対向する側壁下部の炉殻形状が、炉底側に向かうにつれて炉体の中心に近づくすり鉢状をなしている電気炉。
2. 前記回転装置が載置される前記傾動床の上面は、前記炉脚が転動する前記炉台の上面よりも下方に位置している、請求項１に記載の電気炉。

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