JP2748449B2 - 直流アーク炉の炉底電極 - Google Patents

直流アーク炉の炉底電極

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JP2748449B2 JP63280208A JP28020888A JP2748449B2 JP 2748449 B2 JP2748449 B2 JP 2748449B2 JP 63280208 A JP63280208 A JP 63280208A JP 28020888 A JP28020888 A JP 28020888A JP 2748449 B2 JP2748449 B2 JP 2748449B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は溶解および精錬に用いられる直流アーク炉
の炉底電極に関する。
〔従来の技術〕
直流アーク炉の炉底電極は、たとえば製鋼炉の場合、
1600〜1800℃に達する溶融金属との接触、および電極を
流れる高密度電流によるジユール熱によつて、厳しい温
度条件および熱応力にさらされる。このため炉底電極の
主構成部材である電極棒が消耗し過度に溶解して溶融金
属が漏出しないよう、炉底電極の冷却を確実におこなう
必要がある。この炉底電極の水による冷却法としては、
たとえば特開昭61−24984号公報、あるいは特開昭61−1
16282号公報に開示されているように、炉底部から下方
へ突出した電極棒を、間隙をもつて銅スリーブで囲み、
この銅スリーブを水で冷却する方法がある。そして上記
間隙は、炉運転時における電極棒の半径方向の膨張を見
込んだものであり、炉運転時には電極棒と銅スリーブが
接触して冷却がおこなわれるようになつている。ところ
が実際には電極棒の膨張量は電極棒の長手方向位置によ
つて変化するので、電極棒を銅スリーブに均一に接触さ
せるのは困難であり、冷却特性が劣るうえ、接触と非接
触の頻繁な繰返しによる応力振幅で疲労し、銅スリーブ
の寿命も長くない。また銅スリーブの周囲に設ける環状
溝などの冷却水流通路は、水の流速を上げて冷却効果を
上げるため小断面形状とする必要があり、ごみや水あか
による詰りを防止するため、冷却水として純水を用い、
このためイオン交換装置を必要とするなど極めて煩雑で
不経済なものであつた。また、この通水方式の冷却手段
では、通水量を加減しても、冷却度合を制御することは
難しい。一方冷却手段としてガス体を用いるものもある
が、液体に比べて熱伝達係数が50分の1乃至200分の1
と極めて低いため、冷却効果が劣るものであつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明は上記従来の問題点を解決するもので、電極
棒が確実にかつ効率よく冷却され、炉底電極の長寿命化
をはかることができる直流アーク炉の炉停電極を提供し
ようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
しかしてこの出願の第1発明の炉底電極は、炉底を構
成する耐火物に、頂面が露出し下部が炉外に突出した状
態で、電極棒を埋込み、この電極棒の下部側面をスプレ
ー室で包囲し、前記電極棒に対向する噴出口を有し冷却
水供給源に接続されたスプレーノズルを、前記スプレー
室内に配設し、前記スプレー室の下部に排水口を設け、
この排水口を強制排水手段に接続したことを特徴とする
直流アーク炉の炉底電極である。
またこの出願の第2発明の炉底電極は、炉底を構成す
る耐火物に、頂面が露出し下部が炉外に突出した状態
で、電極棒を埋込み、この電極棒の下部側面をスプレー
室で包囲し、前記電極棒に対向する噴出口を有し冷却水
供給源に接続されたスプレーノズルを、前記スプレー室
内に配設し、前記スプレー室の下部に排水口を設け、こ
の排水口を強制排水手段に接続するとともに、前記電極
棒の下端部に、上向きに開口するキヤツプを取付け、前
記電極棒に対向する噴出口を有し冷却水供給源に接続さ
れた下部スプレーノズルを、前記キヤツプ内に配設し、
前記キヤツプの下部に排水口を設け、この排水口を強制
排水手段に接続したことを特徴とする直流アーク炉の炉
底電極である。
この発明におけるスプレーノズルとしては、噴出口か
ら水のみが噴出する水スプレーノズルと、噴出口から水
と空気が噴出する気水スプレーノズルの、いずれを用い
てもよい。
またこの発明における強制排水手段としては、水また
は水蒸気を駆動流体とするベンチユリ機構を利用したジ
エツトポンプのほか、各種のポンプを用いることができ
る。
〔作用〕
この発明の直流アーク炉の炉底電極においては、電極
棒の下部側面はスプレーノズルからの水または気水スプ
レーにより冷却され、第2発明の場合はさらに電極棒の
底面が下部スプレーノズルからの水または気水スプレー
により冷却される。そして水または気水スプレー冷却に
おいては、冷却水の小滴が被冷却面に衝突して熱交換を
おこなうため、通水冷却に比べて、同一冷却水流量に対
して、熱伝達係数が2〜3倍と高い値を示すので、運転
中の電極棒は効率よく冷却され、昇温が抑制される。ま
た、炉の運転と運転の間の炉底電極の急速な冷却が望ま
しくない時は、スプレー水量を低減したり、気体による
水噴霧(気水スプレー)を採用することにより、冷却強
度を制御できる。また冷却後の冷却水は、スプレー室お
よびキヤツプの各下部にある排水口から強制排水手段に
より強制排水され、スプレー室やキヤツプ内に殆ど滞留
しない。このため、万一溶湯や電極棒溶融物がスプレー
室あるいはキヤツプ内に侵入しても、通水冷却の場合の
ような水蒸気爆発をおこすおそれがない。
〔実施例〕
以下第1図および第2図によつてこの発明の一実施例
を説明する。
図中、1は直流アーク炉の炉底で、鉄皮2に炉床耐火
物3の内張りを施してある。4は炉底電極ユニツトで、
鉄丸棒から成る電極棒5の中間部乃至上部を耐火物6に
埋込固着し、この電極棒5の下部に後述のハウジング7
およびキヤツプ8等を取付けて成る。電極棒5の頂面5a
は炉内に露出している。また耐火物6の外形は下向きに
縮径するテーパ円柱状を呈しており、炉床耐火物3に穿
設したテーパ穴9内に装入され、両者のすきまは、耐火
モルタルと耐火物10により強固に充填され、耐火物6は
炉底の一部を構成している。前記ハウジング7は、断面
コ字状の鋼製の環状体で、その上部は耐火物6の底部に
埋込固着されている。11はハウジング7内に形成された
スプレー室で、電極棒5の下部側面5bを包囲し、このス
プレー室11内には、下部側面5bに向つて開口する噴出口
を有するスプレーノズル12をそなえたスプレー枝管13が
複数個設けてある。14は各スプレー枝管13に給水する給
水管で、図示しない冷却水供給源に接続されている。15
および16は環状のシール材であり、また17はハウジング
7の下端部に設けた排水口であり、この排水口17は、水
または水蒸気を駆動流体とするベンチユリー機構を利用
したジエツトポンプから成る強制排水手段(図示しな
い)に接続されている。18はハウジング7の外周に固着
した環状のつぼ板で、鉄皮2に固設したフランジ部19に
より支承されている。また20は、ハウジング7内におい
て、電極棒5の下部側面5bに対向するように配設された
光ファイバー式放射温度計のセンサで、図示しない温度
指示警報計に接続されている。
一方キヤツプ8は、電極棒5の下端部にねじ込接続さ
れ、銅製の筒体21に底板22を、絶縁物23を介して締付け
て成る。この締付用のボルト24と底板22との間には、図
示を省略するが絶縁材製の座金とスリーブが介装されて
いる。底板22には電極支持棒28が3本、放射状に固着さ
れ、この電極支持棒28の先端が、鉄皮2に上端をねじ込
んだ吊棒29に嵌合している。30は電極支持棒28の位置ぎ
め用のナツト、31は電極支持棒28を下向きに付勢する皿
ばねから成る圧縮ばねである。またキヤツプ8の筒体21
部に突設固着した銅製の端子板32には、炉の直流電源に
接続された導体33が接続されている。
上記構成の炉底電極4においては、溶湯との接触およ
びアーク電流によるジユール熱によつて高温となつた電
極棒5に対し、スプレーノズル12から冷却水を吹付け
て、電極棒5を冷却する。冷却水は直接電極棒5の下部
側面5bに吹付けられるので、確実にかつ効率よく冷却を
おこない、電極棒5の昇温を抑制することができる。吹
付けられた冷却水は、ハウジング7から、排水口17を経
て強制排水手段により強制排水されるので、ハウジング
7内には水は殆んど滞留せず、万一溶湯が下方へ漏出し
ても水蒸気爆発事故をおこすおそれがない。
炉操業後、炉底部に残留した溶湯が凝固すると、上部
が溶解した電極棒5も凝固し、このときの収縮により電
極棒5が上向きに少量引上げられるが、次回の操業時に
前記凝固部が再溶解した時点で、圧縮ばね31により電極
支持棒28を介して電極棒5は所定の最下位置へ引戻され
るので、電極棒5が操業ごとに上昇し早く消耗すること
が防止される。また電極棒5の温度監視は、従来は熱電
対による棒の近辺の雰囲気温度や冷却水温度の測定によ
つており、直接測定でないため精度が低く応答が遅いと
いう問題があつたが、上記実施例では光フアイバ式放射
温度計のセンサ20により、電極棒5の温度を直接測定で
き、迅速な温度監視をおこなえる。さらに長期の使用に
より炉底電極4を交換する場合は、排水口17、底板22、
導体33等の連結を切離せば、各部はテーパ状の耐火物6
ごとに炉内に引上げまたは押上げても取外すことがで
き、同様にして新電極の装着も炉内側からおこなえるの
で、炉対下部に大きなスペースを必要としない。
次に第3図はこの発明の他の実施例を示し、電極棒
5、軟鋼棒41と黒鉛製のカツプリング42と銅棒43とをね
じ込接続して、少なくとも耐火物に埋つている部分の上
方に向つて縮径するテーパ円柱状とし、またキヤツプ8
内に下部スプレーノズル25を設けるとともに底板22に排
水口26を設け、圧縮ばね31を省略し、ハウジング7とキ
ヤツプ8の形状を一部変更したほかは、前記実施例と同
様な構成を示し、第1図と同一または相当部分に第1図
と同一符号を付して図示し、各部の詳細な説明は省略す
る。なお下部スプレーノズル25は電極棒5の底面5cに対
向する噴出口を有し、図示しない冷却水供給源に接続さ
れている。また排水口26は、排水口17と同様にジエツト
ポンプから成る強制排水手段に接続されている。また銅
棒43は、表面にクロムメツキを施し、環状の突条44を複
数本突設してある。
この実施例の炉底電極45においては、前記実施例と同
様な電極棒5の冷却効果が得られるほか、電極棒5は上
方が小径のテーパ円柱状を呈するため、操業の繰返しに
伴う軟鋼棒41部の溶解・凝固の繰返しによつても、電極
棒5が上方へ引上げられることはない。また黒鉛製のカ
ツプリング42は耐熱性が良好のため、万一軟鋼棒41が全
部溶解したり溶湯が貫通降下してきても、カツプリング
42がこれら溶解物を阻止して下方への進入を防止する。
さらに銅棒43は、電気抵抗が小さいためジユール熱によ
る発熱が小さいうえ、熱伝導性が良好なため冷却効果が
すぐれ、さらに表面に付設した突条44により表面積の増
加、および表面に沿つて落下する吹付後の冷却水に撹乱
作用が得られるので、冷却効果はさらに向上し、電極棒
5の昇温が抑制される。また銅棒43の表面のメツキは冷
却水による表面の汚れを抑制し、長期にわたつて良好な
冷却がおこなわれる。なお吊棒29および電極支持棒28
は、電極棒5の抜落ちを防止する。
次に第4図はこの発明のさらに他の実施例を示し、軟
鋼棒41に銅棒43をねじ込接続して電極棒5を形成すると
ともに、ハウジング7の外側をさらに別のハウジング51
で囲み、このハウジング51内に、ハウジング7冷却用の
スプレーノズル52を配設し、ハウジング51の下端部にも
排水口53を設けてあり、その他は前記第3図の実施例と
同様な構成を有する。なおスプレーノズル52は図示しな
い冷却水供給源に接続され、、排水口53は強制排水手段
に接続されており、排水口17はハウジング51内に開口し
ている。
この実施例の二重ハウジング式の炉底電極54において
は、ハウジング51も水または気水スプレーにより冷却さ
れるため、万一ハウジング51部まで溶湯あるいは電極棒
溶融物が達しても、ハウジング51部において冷却されて
凝固し、溶融金属の貫通事故を防止でき、安全性が高
い。
なお排水口17は、上記のように排水口53を介して強制
排水手段に間接的に接続するほか、強制排水手段に直接
接続してもよい。
この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、
たとえば導体33の電極棒への接続構造や、電極棒の支持
構造は上記以外のものとしてもよい。さらに電極棒は、
炉床耐火物3に直接埋設してもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、電極棒を水ス
プレーにより冷却するようにしたので、電極棒は効率よ
く冷却されて昇温を抑制され、溶融や酸化による損耗や
熱応力による損傷の少ない、長寿命の炉底電極が得られ
る。また炉底電極の急速な冷却が望ましくない時は、ス
プレー水量を低減したり、気体による水噴霧(気水スプ
レー)を採用することにより、冷却強度を制御でき、さ
らに冷却後の冷却水は、スプレー室およびキヤツプの各
下部にある排水口から強制排水手段により強制排水さ
れ、スプレー室やキヤツプ内に殆ど滞留しないため、万
一溶湯や電極棒溶融物がスプレー室あるいはキヤツプ内
に侵入しても、通水冷却の場合のような水蒸気爆発をお
こすおそれがない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す炉底電極の縦断面
図、第2図は第1図のA−A線断面図、第3図および第
4図はこの発明の他の実施例を示す第1図相当図であ
る。 4……炉底電極ユニツト、5……電極棒、5a……頂面、
5b……下部側面、6……耐火物、7……ハウジング、8
……キヤツプ、11……スプレー室、12……スプレーノズ
ル、13……スプレー枝管、17……排水口、21……筒体、
22……底板、25……下部スプレーノズル、26……排水
口、41……軟鋼棒、42……カツプリング、43……銅棒、
45……炉底電極、51……ハウジング、52……スプレーノ
ズル、53……排水口、54……炉底電極。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉底を構成する耐火物に、頂面が露出し下
    部が炉外に突出した状態で、電極棒を埋込み、この電極
    棒の下部側面をスプレー室で包囲し、前記電極棒に対向
    する噴出口を有し冷却水供給源に接続されたスプレーノ
    ズルを、前記スプレー室内に配設し、前記スプレー室の
    下部に排水口を設け、この排水口を強制排水手段に接続
    したことを特徴とする直流アーク炉の炉底電極。
  2. 【請求項2】炉底を構成する耐火物に、頂面が露出し下
    部が炉外に突出した状態で、電極棒を埋込み、この電極
    棒の下部側面をスプレー室で包囲し、前記電極棒に対向
    する噴出口を有し冷却水供給源に接続されたスプレーノ
    ズルを、前記スプレー室内に配設し、前記スプレー室の
    下部に排水口を設け、この排水口を強制排水手段に接続
    するとともに、前記電極棒の下端部に、上向きに開口す
    るキヤツプを取付け、前記電極棒に対向する噴出口を有
    し冷却水供給源に接続された下部スプレーノズルを、前
    記キヤツプ内に配設し、前記キヤツプの下部に排水口を
    設け、この排水口を強制排水手段に接続したことを特徴
    とする直流アーク炉の炉底電極。
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