JP2641141B2 - くず鉄の連続溶融のための直流電気炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直流式電気炉内でくず鉄を連続溶融させる方
法と、この方法を実施するための直流式電気炉に関する
ものである。この直流式電気炉は天井によって封鎖され
た炉体を備えており、天井に設けられた供給口から連続
的に供給されるくず鉄を溶解させて炉体内に液体金属浴
を形成する。くず鉄を溶解させるには、電流供給線を介
して直流電流の一方の極に接続された少なくとも１つの
天井電極と、電流帰還導線を介して上記直流電源の他方
の極に接続された少なくとも１つの底部電極（炉床電
極）との間にアークを少なくとも１つ発生させる。な
お、底部電極は、炉体の底部を形成する耐火性材料を張
りつけた炉床に設けられている。

従来の技術 交流式電気炉および直流式電気炉にくず鉄を連続的に
供給する方法が従来から知られている。

しかし、交流式電気炉の場合にはアークが非対称にな
る。電気的に非平衡な状態にすることにより幾分かはア
ークを対称にすることができるが、このアークの非対称
があることによって三相交流高電圧の３つの相の間のバ
ランスが崩れる。これは、電気エネルギ供給装置に対す
る要請とほとんど相入れない好都合な点である。このよ
うな欠点は直流式電気炉の場合にはない。

さらに、アーク炉においては、通常は、電極を天井の
中央に設置してアークが炉体の軸線上できれいに鉛直方
向を向いた状態が保たれるようにすることにより、アー
クが横にずれて炉壁が局所的に加熱状態になるのをでき
る限り防止する。しかし、くず鉄を最も高温の領域に導
入すること、すなわち実際に電極間の中央の溶解してい
る部分の真中に導入することは難しい。

そこで、くず鉄導入用のパイプとして役に立つ中空電
極を使用することが提案されたが、電極の製造が難しい
のは明らかである。従って、この方法は、原料がくず鉄
ではなく細かく砕かれた形態になっている場合にしか利
用することができない。

本発明は、導電体が発生する磁場をうまく利用するこ
とにより、くず鉄が溶融する中心である最高温度点と、
くず鉄を容易に連続的に導入することのできる地点とを
一致させることのできる方法を提供することを目的とす
る。本発明はさらに、この方法を実施するためのくず鉄
連続導入式直流アーク炉を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 くず鉄供給口と天井電極を炉体の軸線をはさんでそれ
ぞれ両側に配置し、底部電極をこの軸線に対して上記く
ず鉄供給口に配置し、さらに、上記底部電極に接続され
た電流帰還導線を上記炉体の底部の下のこの底部にでき
るだけ近い位置を通過させて、上記天井電極が設置され
ているこの炉体の反対側に導くことにより、上記天井電
極からは離れており、かつ上記くず鉄供給口のほぼ下方
に位置する領域に上記アークを導くことのできる磁場を
発生させることにより、上記問題点を解決することがで
きる。

本発明はまた、以下の特徴を有する炉にも関する。以
下に掲げる特徴はそれぞれ独立に実現する場合もある
し、技術的に可能であれば組合せて実現する場合もあ
る。

− 炉は、同一の平面内にほぼ収まるように並べられた
複数の天井電極からなる列と、やはり同一の平面内にほ
ぼ収まるように並べられた複数の底部電極からなる列を
備えている。天井電極が含まれる平面と底部電極が含ま
れる平面は、それぞれ炉体の軸線の両側に配置される。
天井電極に接続された電流供給導線および底部電極に接
続された電流帰還導線はそれぞれグループにまとめられ
ている。各グループ内の導線は互いに平行であり、か
つ、対応する電極が含まれる平面に対して横方向を向い
ている。さらに、電流帰還導線は天井電極に対してほぼ
垂直な方向を向いている。

− 電流帰還導線（９）からなる第２の導線グループ
が、金属製の炉体の底部にほぼ沿って配置されている。

− 底部電極が、天井電極よりもくず鉄供給口に近い位
置に配置されている。

− 電極帰還導線からなる第２の導線グループが電流供
給導線からなる第１の導線グループと平行であり、か
つ、底部電極が天井電極と平行になっている。

− 電流帰還導線からなる第２の導線グループが電流供
給導線からなる第１の導線グループに対して斜めに配置
され、かつ底部電極が天井電極に対して斜めに配置され
ている。

− 金属製の炉体の底部の厚さが最小である。

− 金属製の炉体の透磁率が比較的小さく、その値が約
40〜約500である。

− 金属製炉体が非磁性材料で製造されている。

− 炉が、くず鉄供給口の側に耐火製材料からなる補強
部を備えている。

− 耐火製材料からなる補強部が、金属酸化物、鋳鉄、
鋼鉄の中から選択した材料で構成されている。

− 炉体が鉛直対称面内に存在している水平軸のまわり
に傾動可能に取り付けられており、少なくとも一群の天
井電極がこの鉛直対称平面に対して対称に配置されてい
る。さらに、出鋼口と出滓口がこの水平軸をはさんで両
側にそれぞれ配置されている。

− 炉がさらに、合金材料供給口と酸素吸込口をくず鉄
供給口とは反対側に備えている。

− 炉がさらに、電流供給導線および電流帰還導線が配
置されている側の液体金属表面に酸素注入手段を備えて
いる。

しかし、本発明はさらに他の特徴も備えている。添付
の図面を参照して本発明の他の特徴を以下に詳しく説明
する。

各図面でそれぞれ対応する部分には同一の参照番号を
用いてある。

実施例 炉には直流電源23から電流が供給される。この炉は金
属製の炉体１を備えており、その内部には液体浴10が形
成されている。この液体浴10の上には天井に設けられた
くず鉄供給口12から供給されたくず鉄11が載っている。
くず鉄供給口は複数本ある天井電極４とは反対側に設け
られている。天井電極４は、直流電源23から延びる電流
供給導線７からなる第１の導線グループに接続されてい
る。下部では、耐火性炉床３に複数の底部電極（炉床電
極）８が取り付けられている。底部電極８は電流帰還導
線９からなる第２の導線グループに接続されており、電
流がこの第２の導線グループを通って直流電源に戻る。
電流は、第１図に矢印で示した向きに循環する。天井電
極４は、くず鉄11により傷つくことがないようくず鉄11
からは離れた位置に設置されている。この天井電極４は
把持手段５により支持されている。この把持手段には直
流電源から延びる電流供給導線７から電流が供給され
る。先に説明したように、くず鉄供給口12と排煙出口13
は天井電極４とほぼ反対側に設置されている。第１図か
らわかるように、本発明では耐火性材料からなる補強部
３′を形成することにより、底部２を有する炉体１のく
ず鉄供給口12側をくず鉄から保護する。耐火材料として
は、例えば金属酸化物、鋳鉄、鋼鉄が用いられる。電流
供給導線７からなる第１の導線グループと電流帰還導線
９からなる第２の導線グループの側の液体金属表面に地
点21から酸素を注入する。参照番号６は、把持手段５に
接続された導電性アームを示す。溶融領域14の位置を局
在させるために、本発明では、底部電極８に接続される
電流帰還導線９からなる第２の導線グループを炉体の底
部２にできるだけ近く配置し、しかもこの第２の導線グ
ループを炉の底部電極８が挿入されている領域とは反対
側の天井電極４の方に向ける。通常は電流帰還導線９か
らなる第２の導線グループを金属製炉体の底部２に対し
てほぼ水平に配置する。第３図からわかるように、電流
帰還導線９からなる第２の導線グループは互いに平行な
導線網である。

くず鉄供給口12からくず鉄を供給する際にくず鉄はこ
のくず鉄供給口12と反対側が最も加熱されるため、炉体
１のこの側、すなわちくず鉄供給口12とは反対側に合金
材料供給口16と酸素吸込口17を設ける。

炉体１は、鉛直対称平面内にある水平軸のまわりに傾
動可能に取り付けられている。第２図と第３図からわか
るように、一群の天井電極４とくず鉄供給口12がこの鉛
直対称面に対称に配置され、出滓口18と出鋼口19がこの
鉛直対称平面をはさんで両側にそれぞれ設置されてい
る。また、合金材料供給口16と酸素吸込口17がやはりこ
の鉛直対称平面の両側に設置されている。さらに、くず
鉄供給口12と出滓口18の間、または、くず鉄供給口12と
出鋼口19の間には石灰導入口20が設けられている。底部
電極８は天井電極４よりもくず鉄供給口12に近い側に配
置されている。

第３図に示した実施例によると、天井電極４と底部電
極８は互いに平行な平面内にそれぞれ配置されている。
さらに、底部電極８に接続される電流帰還導線９は、天
井電極に接続される電流供給導線７と平行である。

第４図に示した実施例によると、底部電極８は、天井
電極４が配置されている平面に対して所定の角度斜めに
傾いた平面上に整列している。さらに、電流帰還導線９
は互いに平行であり、天井電極４の方を向いている。第
４図においては、底部電極８を傾けて右側にずらした配
置が示されているが、もちろん傾けて左側にずらすこと
も可能である。ただし、この場合には底部電極８が第４
図に示したのと対称になるようにする。いずれの場合に
しろ、くず鉄は天井電極４が含まれる平面と底部電極８
が含まれる平面ではさまれた領域の底部電極８に近い部
分に導入する。

第４図に示した実施例においては、溶融領域14は右側
にずれている。底部電極８を第４図と対称になるよう左
側に配置した場合には、溶融領域14を左側にずらすこと
がもちろん可能である。溶融領域14をずらすことにより
くず鉄11をくず鉄供給口12から連続的に装入しやすくな
る。この場合、第４図に示したように、くず鉄供給口12
と排煙出口13もやはりずらした配置にする。上記のすべ
ての実施例に共通することだが、電流帰還導線９からな
る第２の導線グループは、先に説明したように金属性炉
体１の底部２のできるだけ近くに配置する。

底部電極８を例えば３つ以上、原則として互いに平行
になるようにして天井電極４の前方に配置することによ
り溶融領域（第２図と第３図）を局在させる。底部電極
８は同一の平面内にあることが好ましいが、電流帰還導
線９に対しては垂直になっていても垂直になっていなく
てもよい。

底部電極８を上記の配置にすると、浴10内の流線がほ
ぼ水平になる。従って、アーク15を偏向させる補助磁場
を得るのに極めて都合がよい。

当業者には周知のことだが、天井電極４は一般にグラ
ファイトで製造する。

天井電極４は互いに平行であるが、同一平面内に整列
させるのではなく、例えば三角形の配置にすることが可
能である。底部電極８も同様に三角形の配置にすること
ができる。

把持手段５に固定されている天井電極４の長さ（第１
図）は、導電性アーム６を用いることにより最小にする
ことができる。例えば天井電極４の長さは、約40MWの炉
の場合2mよりも短くすることが可能である。

溶融領域14がうまく局在するようにするために、電流
供給導線７（第１図〜第４図）は原則として互いに平行
にして、炉に最も近いと考えられる溶融領域14の反対側
に向けて配置する。

炉体は磁場に対するシールドとなってはならないの
で、この金属製炉体１の底部２の厚さを最小にする。こ
の炉体の透磁率は比較的小さく、その値は約40〜約500
である。この炉体は、非磁性材料で製造されていること
が好ましい。

天井電極と底部電極を第４図に示したように互いに斜
めになるように設置した場合には、くず鉄供給口12の出
口と排煙出口13とは溶融領域14内の天井電極４のほぼ延
長線上、かつ、底部電極８のほぼ延長線上に位置する。
この場合、合金材料供給口16、酸素吸込口17、出滓口1
8、出鋼口19、それに石灰導入口20は、ずれた溶融領域1
4とは反対側に設ける。溶融領域14を形成しやすくする
ためには、電流を循環させる側、すなわち天井の電流供
給導線７の終点かつ電流帰還導線９の起点となる側にラ
ンスを設置して金属表面に酸素注入21することが望まし
い。

発明の効果 以上から、比較的設計が簡単であり、導電線から発生
した磁場を適切に利用して溶融領域を最も適当な位置に
局在させることのできる炉が本発明により提供されるこ
とがわかる。従って、従来よりも収率が向上する。

本発明がここに詳しく説明した実施例に限定されるこ
とはない。それどころか、本発明の範囲を越えることな
く、本発明に対して様々な変更が可能である。

特に、必要に応じて導電線の数と配置を変えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の炉の概略断面図であり、 第２図と第３図は、本発明の第１の実施例を上から見た
概略図であり、 第４図は、本発明の第２の実施例を上から見た概略図で
ある。 （主な参照番号） １……炉体、２……底部、 ３……炉床、３′……補強部、 ４……天井電極、７……電流供給導線、 ８……底部電極、９……電流帰還導線、 10……浴、11……くず鉄、 12……くず鉄供給口、14……溶融領域、 15……アーク、16……合金材料供給口、 17……酸素吸込口、18……出滓口、 19……出鋼口、23……直流電源

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】耐火性材料を張りつけた炉床（３）を形成
   する底部（２）を有し、天井（１′）によって封鎖さ
   れ、溶融くず鉄で形成された液体金属の浴が中に入り、
   軸を有する炉体（１）と、 正極および負極を有する直流電源（23）と、 前記天井（１′）を垂直に貫通して前記炉体（１）内に
   挿入され、少なくとも１つの第１の導線（７）を介して
   前記直流電源（23）の負極に接続された少なくとも１つ
   の天井電極（４）と、 少なくとも１つの第２の導線（９）を介して電気直流電
   源（23）の正極に接続された少なくとも１つの炉床電極
   （８）と を備え、 前記炉床電極（８）が、前記炉体（１）の軸に対して第
   １の側にずらされており、 前記炉床電極（８）に接続された第２の導線（９）が、
   前記炉体（１）の底部（２）の下のこの底部にできるだ
   け近い位置を前記炉体の第２の側の方向へ前記天井電極
   （４）とほぼ垂直な向きに通過しており、 前記くず鉄が、前記天井電極（４）から発生し、前記第
   ２の導線（９）における電流により発生された磁場で偏
   向されるアークにより溶解されるくず鉄の連続溶解のた
   めの直流アーク炉において、 前記天井（１′）が、前記炉体（１）内で溶解されるく
   ず鉄の連続装入のためのくず鉄供給口（12）を備え、こ
   のくず鉄供給口（12）が、前記路体（１）の軸に対して
   前記炉床電極（８）と同じく第１の側にずらされてお
   り、 前記天井電極（４）が、前記第１の側とは前記炉体
   （１）の軸に対して反対側の第２の側にずらされ、これ
   により、液体金属（10）内の電流方向がほぼ水平にな
   り、 前記天井電極（４）から発生するアークが、前記炉体
   （１）の前記天井電極（４）から離れており、且つ、前
   記くず鉄供給口（12）のほぼ下方に位置する領域に偏向
   されることを特徴とする炉。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のくず鉄の連
   続溶解のための直流電気炉において、 実質的に第１の垂直面内に配列され、それぞれ第１の導
   線群（７）を介して前記直流電源（23）の負極に接続さ
   れた複数の天井電極（４）であって、第１の導線群が互
   いに平行で前記天井電極の垂直面に対し横方向を向いて
   いる複数の天井電極（４）と、 実質的に第２の垂直面内に配列され、それぞれ第２の導
   線群（９）を介して前記直流電源（23）の正極に接続さ
   れた複数の炉床電極（８）であって、第２の導線群が互
   いに平行で前記炉床電極の垂直面に対し横方向を向いて
   いる複数の炉床電極（８）と を備え、 前記第２の垂直面が、前記炉体（１）の軸に対して前記
   くず鉄供給口（12）と同じく第１の側にずらされてお
   り、 前記炉床電極（８）の第２の導線（９）が、前記炉体
   （１）の底部（２）の下のこの底部にできるだけ近い位
   置を前記炉体の第２の側の方向へ前記天井電極（４）に
   対してほぼ垂直な向きに通過しており、 前記くず鉄が、前記天井電極（４）から発生し、前記第
   ２の導線（９）における電流により発生された磁場で偏
   向されるアークにより溶解され、前記炉体（１）の前記
   天井電極（４）から離れており、且つ、前記くず鉄供給
   口（12）のほぼ下方に位置する領域に偏向されることを
   特徴とする炉。
3. 【請求項３】前記炉床電極（８）が横にずらされ、前記
   天井電極（４）の前記第１の面と角度をなす第２の垂直
   面内に配列され、前記第２の導線（９）が、前記天井電
   極（４）の方向を向いて互いに平行であることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の炉。
4. 【請求項４】前記第２の導線（９）が、前記炉体（１）
   の底部（２）にほぼ沿って配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜３項のいずれか１項に記載の
   アーク炉。
5. 【請求項５】前記炉床電極（８）が、前記天井電極
   （４）よりも前記くず鉄（11）供給口（12）に近い位置
   に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   〜４項のいずれか１項に記載のアーク炉。
6. 【請求項６】前記第２の導線（９）が前記第１の導線
   （７）と平行であり、かつ、前記炉床電極（８）が前記
   天井電極（４）と平行であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の炉。
7. 【請求項７】前記炉体（１）の底部（２）の厚さが最小
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜第６のい
   ずれか１項に記載の炉。
8. 【請求項８】前記炉体（１）の比透磁率が、約40〜約50
   0であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜７項の
   いずれか１項に記載の炉。
9. 【請求項９】前記炉体（１）が非磁性材料で製造されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１〜８項のいず
   れか１項に記載の炉。
10. 【請求項１０】前記くず鉄（11）供給口（12）の側に耐
    火性材料からなる補強部（３′）を備えることを特徴と
    する特許請求の範囲第１〜９項のいずれか１項に記載の
    炉。
11. 【請求項１１】耐火性材料からなる前記補強部（３′）
    が、金属酸化物、鋳鉄、鋼鉄の中から選択した材料で構
    成されていることを特徴とする特許請求の範囲第10項に
    記載の炉。
12. 【請求項１２】前記炉体（１）が鉛直対称平面内に存在
    している水平軸のまわりに傾動可能に取り付けられ、少
    なくとも一群の天井電極（４）がこの鉛直対称平面に対
    して対称に配置され、出鋼口（19）と出滓口（18）がこ
    の水平軸をはさんでそれぞれ両側に設置されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１〜11項のいずれか１項
    に記載の炉。
13. 【請求項１３】合金材料供給口（16）と酸素吸込口（1
    7）が、前記くず鉄（11）供給口（12）の反対側に備え
    られていることを特徴とする特許請求の範囲第１〜12項
    のいずれか１項に記載の炉。
14. 【請求項１４】前記くず鉄供給口（12）および前記電流
    帰還導線が配置されている側に液体金属表面に酸素を注
    入する手段（21）が備えられていることを特徴とする特
    許請求の範囲第１〜13項のいずれか１項に記載の炉。