JP2686028B2 - 直流アーク炉のアーク挙動制御方法 - Google Patents
直流アーク炉のアーク挙動制御方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、上部電極と下部電極と
の間にアークを形成することにより、金属材料の溶解、
溶解金属の精錬を行う直流アーク炉のアーク挙動制御方
法に関する。
の間にアークを形成することにより、金属材料の溶解、
溶解金属の精錬を行う直流アーク炉のアーク挙動制御方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】スクラップの溶解・精錬用電気炉は、近
年交流アーク炉から直流アーク炉へと移りつつある。直
流アーク炉には、スクラップの均一溶解により、交流ア
ーク炉のようなホットスポットやコールドスポットの発
生がなく、電力原単位が大幅に削減されるという利点が
ある。しかしながら、直流アーク炉においても、サイリ
スタ整流器を備えた直流電源設備より炉側に配置され
た、上部導体５−下部導体７及び上部電極４−下部電極
８に流れる直流電流により強力な磁界が形成され、アー
ク発生点において、同点に形成されている磁界によりア
ーク自体にフレミングの左手の法則に従った力が作用
し、アークが偏向する。この偏向現像により、未溶解金
属材料の残存，アーク偏向方向の炉壁の局部損耗等が著
しく現れ、直流アーク炉のメリットが損なわれることに
なる。従って、このアーク偏向の対策技術として、各種
の提案が行われている。たとえば、特開昭６３−２５９
０１２号公報においては、まず炉床の下部導体７の配置
をアークが湯浴の中央部又は、任意の一点に偏向領域が
向くように決定し、次に炉体の回りに誘導コイル１３を
配して、誘導コイル１３の電流を制御することで誘導コ
イル１３が発生する付加磁界の強さを変化させ、任意の
方向にアークが向くようにする方法（図４参照）が開示
されている。
年交流アーク炉から直流アーク炉へと移りつつある。直
流アーク炉には、スクラップの均一溶解により、交流ア
ーク炉のようなホットスポットやコールドスポットの発
生がなく、電力原単位が大幅に削減されるという利点が
ある。しかしながら、直流アーク炉においても、サイリ
スタ整流器を備えた直流電源設備より炉側に配置され
た、上部導体５−下部導体７及び上部電極４−下部電極
８に流れる直流電流により強力な磁界が形成され、アー
ク発生点において、同点に形成されている磁界によりア
ーク自体にフレミングの左手の法則に従った力が作用
し、アークが偏向する。この偏向現像により、未溶解金
属材料の残存，アーク偏向方向の炉壁の局部損耗等が著
しく現れ、直流アーク炉のメリットが損なわれることに
なる。従って、このアーク偏向の対策技術として、各種
の提案が行われている。たとえば、特開昭６３−２５９
０１２号公報においては、まず炉床の下部導体７の配置
をアークが湯浴の中央部又は、任意の一点に偏向領域が
向くように決定し、次に炉体の回りに誘導コイル１３を
配して、誘導コイル１３の電流を制御することで誘導コ
イル１３が発生する付加磁界の強さを変化させ、任意の
方向にアークが向くようにする方法（図４参照）が開示
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、誘導コイルに
よる付加磁界制御では、１台の誘導コイルからはその発
生メカニズムより一方向のアーク偏向制御しか出来ない
ため、アークが多方向に向くように制御するには、誘導
コイルを炉の円周上に少なくとも２台以上配置しなけれ
ばならない。
よる付加磁界制御では、１台の誘導コイルからはその発
生メカニズムより一方向のアーク偏向制御しか出来ない
ため、アークが多方向に向くように制御するには、誘導
コイルを炉の円周上に少なくとも２台以上配置しなけれ
ばならない。
【０００４】また、誘導コイルを配置する方法では、上
部導体、下部導体、上部電極及び下部電極に流れる直流
電流により発生する強力な磁界を制御するために、より
強力な磁界を発生する誘導コイルが必要となる。しか
も、誘導コイルの能力だけでは、正確に制御することが
難しい。また、誘導コイル数を３台以上配置して制御性
を向上させると、誘導コイルにかかる費用が高くなる
し、設備の配置上、炉底や炉周りの適切な位置への設定
が極めて困難である。
部導体、下部導体、上部電極及び下部電極に流れる直流
電流により発生する強力な磁界を制御するために、より
強力な磁界を発生する誘導コイルが必要となる。しか
も、誘導コイルの能力だけでは、正確に制御することが
難しい。また、誘導コイル数を３台以上配置して制御性
を向上させると、誘導コイルにかかる費用が高くなる
し、設備の配置上、炉底や炉周りの適切な位置への設定
が極めて困難である。
【０００５】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、誘導コイルを付加することなく、任意の方向にア
ークが偏向するように制御を行い、その効果としてスク
ラップ溶解期はアークの向く方向を連続的に回転させ、
スクラップの溶解効率を高め、精錬期はアークが直接溶
融金属に当たる面積を相対的に大きくして、アークによ
る伝熱の均一性を保つことを可能にすることを主な課題
とする。
明は、誘導コイルを付加することなく、任意の方向にア
ークが偏向するように制御を行い、その効果としてスク
ラップ溶解期はアークの向く方向を連続的に回転させ、
スクラップの溶解効率を高め、精錬期はアークが直接溶
融金属に当たる面積を相対的に大きくして、アークによ
る伝熱の均一性を保つことを可能にすることを主な課題
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、１本の上部電極と少なくとも２本以上
の下部電極を有する直流アーク炉及び少なくとも２本以
上で同数本の上部電極と下部電極を有する直流アーク炉
のアーク挙動制御方法において、複数本の下部電極に流
れる電流の合計電流量を変えることなく、各下部電極に
流れる電流量と位相を制御する。
に、本発明では、１本の上部電極と少なくとも２本以上
の下部電極を有する直流アーク炉及び少なくとも２本以
上で同数本の上部電極と下部電極を有する直流アーク炉
のアーク挙動制御方法において、複数本の下部電極に流
れる電流の合計電流量を変えることなく、各下部電極に
流れる電流量と位相を制御する。
【０００７】
【作用，実施例】図１に示す、１本の上部電極４と３本
の下部電極８を有する直流アーク炉について説明する。
アーク炉本体は、耐火材料からなる炉底１と、その上部
外周面を耐火材料で覆う炉壁２と、炉壁上部を覆う炉蓋
３によって構成されており、炉蓋３の中心部から鉛直方
向に自在に昇降する１本の上部電極４と、炉底１の３か
所に設けられた下部電極８−１，８−２及び８−３に供
給される直流電流により、炉底１上に貯留された被金属
材料９と上部電極４の先端の間に形成されるアーク１０
によって被金属材料９を溶解し、また溶解後の被金属材
料９を加熱する。
の下部電極８を有する直流アーク炉について説明する。
アーク炉本体は、耐火材料からなる炉底１と、その上部
外周面を耐火材料で覆う炉壁２と、炉壁上部を覆う炉蓋
３によって構成されており、炉蓋３の中心部から鉛直方
向に自在に昇降する１本の上部電極４と、炉底１の３か
所に設けられた下部電極８−１，８−２及び８−３に供
給される直流電流により、炉底１上に貯留された被金属
材料９と上部電極４の先端の間に形成されるアーク１０
によって被金属材料９を溶解し、また溶解後の被金属材
料９を加熱する。
【０００８】交流電力を直流電力に変換するサイリスタ
整流器を備えた３基の直流電源装置６の負極１１は、上
部導体５を介して上部電極４に接続されている。一方の
正極１２は、下部導体７を介して下部電極８に接続され
ている。
整流器を備えた３基の直流電源装置６の負極１１は、上
部導体５を介して上部電極４に接続されている。一方の
正極１２は、下部導体７を介して下部電極８に接続され
ている。
【０００９】図２は、図１のアーク炉の平面図の例であ
るが、下部導体７−１（これは７−１−１，７−１−３
を示す），７−２，及び７−３（これは７−３−１、７
−３−３を示す）の発する偏向力の方向が上部電極４に
対して対称的な方向となるように上記下部導体は配置さ
れる。すなわち、鉛直方向に配置した下部導体７−１−
２及び７−３−２は、フレミングの左手の法則より水平
方向に配置した下部導体７−１−１及び７−３−１と同
方向の磁界を発するため、偏向力ベクトルの合成によ
り、 ［下部導体７−１−１の磁界＋下部導体７−１−２の
磁界］， ［下部導体７−３−１の磁界＋下部導体７−３−２の
磁界］，及び ［下部導体７−２の磁界］ による偏向力が等しくなるように、下部導体とアークと
の距離，下部導体の向き及び長さを決定する。又、下部
導体７−１−３及び７−３−３は、アークとの高さを合
わせることでその影響が無視できる。
るが、下部導体７−１（これは７−１−１，７−１−３
を示す），７−２，及び７−３（これは７−３−１、７
−３−３を示す）の発する偏向力の方向が上部電極４に
対して対称的な方向となるように上記下部導体は配置さ
れる。すなわち、鉛直方向に配置した下部導体７−１−
２及び７−３−２は、フレミングの左手の法則より水平
方向に配置した下部導体７−１−１及び７−３−１と同
方向の磁界を発するため、偏向力ベクトルの合成によ
り、 ［下部導体７−１−１の磁界＋下部導体７−１−２の
磁界］， ［下部導体７−３−１の磁界＋下部導体７−３−２の
磁界］，及び ［下部導体７−２の磁界］ による偏向力が等しくなるように、下部導体とアークと
の距離，下部導体の向き及び長さを決定する。又、下部
導体７−１−３及び７−３−３は、アークとの高さを合
わせることでその影響が無視できる。
【００１０】１つの実施例として、上記の条件において
今、図３に示すのように、下部電極８−１に流れる電
流を他の２つの下部電極に流れる電流の２倍にすると、
電流の流れている二つの導体間に働く力は、一方に流れ
ている電流の変化に比例するので、下部導体７−１−１
及び７−１−２が発する磁界によるアーク偏向力は、他
の２つの下部導体が発する磁界によるアーク偏向力に比
べて２倍になり、したがって、下部導体によるアークの
偏向力の大きさ及び方向は、導体の置かれた位置関係よ
り、図３に示すの円内に描かれた点線のベクトルで表
わされる。一方、同一方向に流れる２本の電流路には、
互いに引き付け合う力が働き、下部電極８−１がアーク
を引き付ける力は、他の２つの下部電極の引き付ける力
の２倍となり、その大きさ及び方向は、図３に示すの
円内に描かれた細線のベクトルで表わされる。
今、図３に示すのように、下部電極８−１に流れる電
流を他の２つの下部電極に流れる電流の２倍にすると、
電流の流れている二つの導体間に働く力は、一方に流れ
ている電流の変化に比例するので、下部導体７−１−１
及び７−１−２が発する磁界によるアーク偏向力は、他
の２つの下部導体が発する磁界によるアーク偏向力に比
べて２倍になり、したがって、下部導体によるアークの
偏向力の大きさ及び方向は、導体の置かれた位置関係よ
り、図３に示すの円内に描かれた点線のベクトルで表
わされる。一方、同一方向に流れる２本の電流路には、
互いに引き付け合う力が働き、下部電極８−１がアーク
を引き付ける力は、他の２つの下部電極の引き付ける力
の２倍となり、その大きさ及び方向は、図３に示すの
円内に描かれた細線のベクトルで表わされる。
【００１１】このアーク偏向力成分は、そのアーク偏向
力成分の合成偏向力が上部電極を中心とする同一円周上
の任意の点において上部電極との位置関係及び距離、さ
らには導体や電極の長さにより一義的に決定すること
で、偏向力成分の大きさを導き出すことができる。上記
の場合は、下部導体７−１−１及び７−１−２が発する
磁界によるアーク偏向力と、下部電極８−１が発する磁
界によるアーク偏向力の合成方向が上記電流配分時のア
ーク偏向方向になる。
力成分の合成偏向力が上部電極を中心とする同一円周上
の任意の点において上部電極との位置関係及び距離、さ
らには導体や電極の長さにより一義的に決定すること
で、偏向力成分の大きさを導き出すことができる。上記
の場合は、下部導体７−１−１及び７−１−２が発する
磁界によるアーク偏向力と、下部電極８−１が発する磁
界によるアーク偏向力の合成方向が上記電流配分時のア
ーク偏向方向になる。
【００１２】よって、その大きさと方向は、図３に示す
の円内に描かれた太線のベクトルで表わされる。
の円内に描かれた太線のベクトルで表わされる。
【００１３】同様にして図３に示すでは、下部導体７
−２が発する磁界によるアーク偏向力の大きさ及び方向
は図３のの円内に描かれた点線のベクトルで、又下部
電極８−２が発する磁界によるアーク偏向力の大きさ及
び方向は図３のの円内に描かれた細線のベクトルで、
アークに加わる合成偏向力の大きさ及び方向は、図３の
の円内に描かれた太線のベクトルでそれぞれ表わされ
る。同様にして、図３のの合成偏向力の大きさ及び方
向は、図３のの太線ベクトルで表わされる。このよう
にして、３本の下部電極の電流配分比を図３のように変
更することでアークの向く方向が回転し、これにより面
積を相対的に大きくしたアーク挙動を得ることが可能と
なる。又、上記実施例に限らず、各下部導体の偏向力の
方向が上部電極４に対して等しくならないように下部導
体とアークとの距離、下部導体の向き及び長さを決定し
た状態で、３本の下部電極の電流配分比を任意の割合に
変更することでも、アークの向く方向が変化し、これに
より面積を相対的に大きくしたアーク挙動を得ることも
可能である。
−２が発する磁界によるアーク偏向力の大きさ及び方向
は図３のの円内に描かれた点線のベクトルで、又下部
電極８−２が発する磁界によるアーク偏向力の大きさ及
び方向は図３のの円内に描かれた細線のベクトルで、
アークに加わる合成偏向力の大きさ及び方向は、図３の
の円内に描かれた太線のベクトルでそれぞれ表わされ
る。同様にして、図３のの合成偏向力の大きさ及び方
向は、図３のの太線ベクトルで表わされる。このよう
にして、３本の下部電極の電流配分比を図３のように変
更することでアークの向く方向が回転し、これにより面
積を相対的に大きくしたアーク挙動を得ることが可能と
なる。又、上記実施例に限らず、各下部導体の偏向力の
方向が上部電極４に対して等しくならないように下部導
体とアークとの距離、下部導体の向き及び長さを決定し
た状態で、３本の下部電極の電流配分比を任意の割合に
変更することでも、アークの向く方向が変化し、これに
より面積を相対的に大きくしたアーク挙動を得ることも
可能である。
【００１４】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、誘導
コイルを使用せずに理想的な大面積アークが得られ、加
えて誘導コイルがないので、コスト的に有利である。
コイルを使用せずに理想的な大面積アークが得られ、加
えて誘導コイルがないので、コスト的に有利である。
【００１５】また、アークによる伝熱の均一性を保つと
ともに炉壁の熱負荷も相対的に均一となるため、エネル
ギー効率の向上が大幅に図れるとともに直流アーク炉の
操業性及び生産性の向上に貢献するものである。
ともに炉壁の熱負荷も相対的に均一となるため、エネル
ギー効率の向上が大幅に図れるとともに直流アーク炉の
操業性及び生産性の向上に貢献するものである。
【図１】 １本上部電極、３本下部電極タイプの直流ア
ーク炉を含む装置を示す正面図である。
ーク炉を含む装置を示す正面図である。
【図２】 図１の装置を示す平面図である。
【図３】 図１の下部電極に流す直流電流量を時間単位
で変化させた時の電流変化を示すタイムチャ−トであ
る。
で変化させた時の電流変化を示すタイムチャ−トであ
る。
【図４】 従来例の直流ア−ク炉を示す縦断面図であ
る。
る。
１：炉底 ２：炉壁 ３：炉蓋 ４：上部電極 ５：上部導体 ６：直流電源装置 ７：下部導体 ８：下部電極 ９：被金属材料 １０：アーク １１：負極 １２：正極 １３：誘導コイル １４：調節手段
Claims (1)
- 【請求項１】 １本の上部電極と少なくとも２本以上の
下部電極を有する直流アーク炉及び少なくとも２本以上
で同数本の上部電極と下部電極を有する直流アーク炉の
アーク挙動制御方法において、複数本の下部電極に流れ
る電流の合計電流量を変えることなく、各下部電極に流
れる電流量と位相を制御することを特徴とする直流アー
ク炉のアーク挙動制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26328592A JP2686028B2 (ja) | 1992-10-01 | 1992-10-01 | 直流アーク炉のアーク挙動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26328592A JP2686028B2 (ja) | 1992-10-01 | 1992-10-01 | 直流アーク炉のアーク挙動制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06117779A JPH06117779A (ja) | 1994-04-28 |
| JP2686028B2 true JP2686028B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=17387347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26328592A Expired - Fee Related JP2686028B2 (ja) | 1992-10-01 | 1992-10-01 | 直流アーク炉のアーク挙動制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2686028B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2821743A1 (de) * | 2013-07-04 | 2015-01-07 | Siemens VAI Metals Technologies GmbH | Verfahren zum Betreiben eines Lichtbogenofens und Lichtbogenofen |
-
1992
- 1992-10-01 JP JP26328592A patent/JP2686028B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06117779A (ja) | 1994-04-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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