JP2940134B2 - 直流アーク炉 - Google Patents
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- C21C5/5229—Manufacture of steel in electric furnaces in a direct current [DC] electric arc furnace
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- F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電源から直流アーク炉に対して給電を行う
のに用いられる直流アーク炉の炉底電極又は移動電極の
配置構成を改良した直流アーク炉に関するものである。
のに用いられる直流アーク炉の炉底電極又は移動電極の
配置構成を改良した直流アーク炉に関するものである。
［従来の技術］ 従来から、例えば製鉄用の大容量のアーク炉は、電源
からの給電が容易で、かつ電圧の制御が容易であること
から、交流式アーク炉が主に用いられていた。
からの給電が容易で、かつ電圧の制御が容易であること
から、交流式アーク炉が主に用いられていた。
一方、近年では半導体技術の進歩によって、電力用半
導体素子も大容量化が可能となり、これに伴って、アー
ク炉も交流式アーク炉から直流式アーク炉に移行しつつ
ある。
導体素子も大容量化が可能となり、これに伴って、アー
ク炉も交流式アーク炉から直流式アーク炉に移行しつつ
ある。
この直流式アーク炉は、炉用変圧器までの経路及び設
備は、交流式のものも同様であるが、炉用変圧器では、
炉用電圧に降圧した後、サイリスタ装置等の整流装置に
より交流を直流に変換する。
備は、交流式のものも同様であるが、炉用変圧器では、
炉用電圧に降圧した後、サイリスタ装置等の整流装置に
より交流を直流に変換する。
そして、サイリスタ方式の場合には、直流回路に炉内
短絡時の、過大な電流増加を抑制するための直流リアク
トルを挿入している。
短絡時の、過大な電流増加を抑制するための直流リアク
トルを挿入している。
また、直流回路の給電導体は、炉底電極に至るまでの
二次導体（陽極側）とカーボン電極からなる可動電極に
至るまでの二次導体（陰極側）とから構成されている。
二次導体（陽極側）とカーボン電極からなる可動電極に
至るまでの二次導体（陰極側）とから構成されている。
従来の交流式のアーク炉は、必ず３本の可動電極によ
り構成されていたが、直流式アーク炉の場合は、必ずし
も３本ではなく、少なくとも１本の可動電極を用いれば
よい。
り構成されていたが、直流式アーク炉の場合は、必ずし
も３本ではなく、少なくとも１本の可動電極を用いれば
よい。
即ち、直流アーク炉の場合、容量150t炉位までは、１
本の可動電極で構成することが可能であり、電極の周囲
がシンプルとなるが、炉底電極が必要となる。
本の可動電極で構成することが可能であり、電極の周囲
がシンプルとなるが、炉底電極が必要となる。
第６図は、従来の直流アーク炉の給電回路の構成例を
示す説明図である。
示す説明図である。
第６図において、１は炉用変圧器,2はサイリスタ変換
器,3及び3aは給電導体,4は平滑リアクトル,5は直流アー
ク炉,6は可動電極,7は炉底電極,8はホルダーアーム,9は
スクラップなどの被溶解物,10はアークである。
器,3及び3aは給電導体,4は平滑リアクトル,5は直流アー
ク炉,6は可動電極,7は炉底電極,8はホルダーアーム,9は
スクラップなどの被溶解物,10はアークである。
第６図において、一次側が図示しない交流電源に接続
された炉用変圧器１の二次側には、位相制御可能なサイ
リスタ変換器２の交流側入力端が接続されている。
された炉用変圧器１の二次側には、位相制御可能なサイ
リスタ変換器２の交流側入力端が接続されている。
また、サイリスタ変換器２の直流側出力端の負極側
（−）は、給電導体３により平滑リアクトル４を介し
て、直流アーク炉５の可動電極６に接続され、さらに、
サイリスタ変換器２の直流側出力端の正極側（＋）は、
給電導体3aにより、直流アーク炉５の炉底電極７に接続
され、直流電流Ｉの給電回路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａが構成
されている。
（−）は、給電導体３により平滑リアクトル４を介し
て、直流アーク炉５の可動電極６に接続され、さらに、
サイリスタ変換器２の直流側出力端の正極側（＋）は、
給電導体3aにより、直流アーク炉５の炉底電極７に接続
され、直流電流Ｉの給電回路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａが構成
されている。
［発明が解決しようとする課題］ 以上のような、従来の給電回路と炉底電極の配置の直
流アーク炉では、次のような問題がある。
流アーク炉では、次のような問題がある。
即ち、従来では、特に何にも考慮せずに、炉底電極７
を炉心に配置するようにしている。
を炉心に配置するようにしている。
このため、電源から直流アーク炉５に至るまでの給電
回路が作る磁場と、アーク自身の電流による電磁力によ
って、アークが一方向に振られてしまい、均等溶解を実
現する上での妨げになっている。
回路が作る磁場と、アーク自身の電流による電磁力によ
って、アークが一方向に振られてしまい、均等溶解を実
現する上での妨げになっている。
即ち、第６図に示すように、給電回路Ｃ−Ｄ−Ａ−Ｂ
の作る磁場Ｂによる電磁力Ｆによって、給電回路ループ
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａの外側（図では右側）にアーク10が
振られてしまい、アーク10が向かう側の溶解が促進さ
れ、反対側は遅れるので不均等な溶解となる。
の作る磁場Ｂによる電磁力Ｆによって、給電回路ループ
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａの外側（図では右側）にアーク10が
振られてしまい、アーク10が向かう側の溶解が促進さ
れ、反対側は遅れるので不均等な溶解となる。
本発明は、上記のような問題点を解決する被溶解物の
均等溶解を実現して、電力原単位や耐火物原単位の低減
を図ることが可能な直流アーク炉を提供することを目的
とするものである。
均等溶解を実現して、電力原単位や耐火物原単位の低減
を図ることが可能な直流アーク炉を提供することを目的
とするものである。
［課題を解決するための手段］ 本発明は、アーク炉の炉底に配置される炉底電極（陽
極）又は移動電極（陰極）を、給電回路が作る磁場によ
る電磁力によってアークが振られる方向に炉心からずら
して、アーク発生点において発生する磁界が相互に相殺
されるように配置することにより上記の目的を達成して
いる。
極）又は移動電極（陰極）を、給電回路が作る磁場によ
る電磁力によってアークが振られる方向に炉心からずら
して、アーク発生点において発生する磁界が相互に相殺
されるように配置することにより上記の目的を達成して
いる。
即ち、本願発明は、電極から給電導体を通じ、可動電
極と炉底に設けられた炉底電極に給電し、金属を溶解す
る直流アーク炉において、炉底電極若しくはその給電点
又は可動電極を、アーク発生点において発生する磁界が
相互に相殺されるように、給電回路が作る磁場による電
磁力によってアークが振られる方向に、炉心から偏位し
た位置に配置している。
極と炉底に設けられた炉底電極に給電し、金属を溶解す
る直流アーク炉において、炉底電極若しくはその給電点
又は可動電極を、アーク発生点において発生する磁界が
相互に相殺されるように、給電回路が作る磁場による電
磁力によってアークが振られる方向に、炉心から偏位し
た位置に配置している。
また、本発明において、可動電極を炉心から偏位させ
て配置した場合においては、その偏位量を電極半径から
電極直径の範囲に設定する。
て配置した場合においては、その偏位量を電極半径から
電極直径の範囲に設定する。
また、本発明においては、生産容量が50トン／チャー
ジから250トン／チャージの範囲で、給電電流が45KA〜1
60KAの範囲の直流アーク炉を対象としている。
ジから250トン／チャージの範囲で、給電電流が45KA〜1
60KAの範囲の直流アーク炉を対象としている。
［作用］ 本発明の一態様においては、アーク炉の炉底に配置さ
れる炉底電極（陽極）において、給電回路が作る磁場に
よる電磁力によってアークが振られる方向に炉心からず
らして、アーク発生点において発生する磁界が相互に相
殺されるように炉底電極を配置するものである。
れる炉底電極（陽極）において、給電回路が作る磁場に
よる電磁力によってアークが振られる方向に炉心からず
らして、アーク発生点において発生する磁界が相互に相
殺されるように炉底電極を配置するものである。
給電回路による磁場B1は、第６図に示すように、紙面
から手前の方向に発生する。
から手前の方向に発生する。
するとアーク電流Ｉと磁場B1により、アーク10には、
第６図に示すように左から右への電磁力Ｆが働き、アー
クは給電回路の反対側に振られる。
第６図に示すように左から右への電磁力Ｆが働き、アー
クは給電回路の反対側に振られる。
これに対して、後述する本発明の実施例において示す
第１図のように、炉底電極７を、上記アーク10の振られ
る方向に、炉心から炉底エッジまで偏心して配置する
と、溶鋼中の電流密度は、炉底電極７と溶鋼側のアーク
ポイントをむすぶ最短距離（第１図中のＤ−Ｅ）の線上
で大きくなっている。
第１図のように、炉底電極７を、上記アーク10の振られ
る方向に、炉心から炉底エッジまで偏心して配置する
と、溶鋼中の電流密度は、炉底電極７と溶鋼側のアーク
ポイントをむすぶ最短距離（第１図中のＤ−Ｅ）の線上
で大きくなっている。
即ち、第２図及び第３図に示すように、最短距離の線
上に、炉底電極７からアークポイントに向かう電流ベク
トルで近似できる。
上に、炉底電極７からアークポイントに向かう電流ベク
トルで近似できる。
第４図に示すような、線電流の作る磁場の大きさＢ
は、 Ｂ＝Ｉ（cosθ１＋cosθ２）/4πｄ B:磁場 I:電流の強さ d:距離 で表されるので、cosθ1,cosθ２が小さくても距離ｄが
近いと大きな磁場Ｂが得られる。
は、 Ｂ＝Ｉ（cosθ１＋cosθ２）/4πｄ B:磁場 I:電流の強さ d:距離 で表されるので、cosθ1,cosθ２が小さくても距離ｄが
近いと大きな磁場Ｂが得られる。
従って、第１図において、電流Ｉはアーク10に最も近
いので、電流路が短くとも強磁場B2をアーク10の発生点
に得ることができる。そしてその向きは、紙面手前から
紙面に向う方向に発生する。
いので、電流路が短くとも強磁場B2をアーク10の発生点
に得ることができる。そしてその向きは、紙面手前から
紙面に向う方向に発生する。
よって、給電回路による磁場B1を打消す若しくは軽減
する。従って、電磁力によるアークの振れがなくなり、
均等溶解を実現して、電力原単位や耐火物原単位を低減
させることが可能となる。
する。従って、電磁力によるアークの振れがなくなり、
均等溶解を実現して、電力原単位や耐火物原単位を低減
させることが可能となる。
また、上述の説明から明らかなように、磁場B1を打ち
消す磁場B2は炉底電極７と溶鋼側のアークポイント内を
流れる電流によって発生し、この電流経路は可動電極と
炉底電極との直径方向の相対位置によって形成されるの
で、炉底電極の代わりに可動電極を炉心から偏位した位
置に配置しても同様に作用する。
消す磁場B2は炉底電極７と溶鋼側のアークポイント内を
流れる電流によって発生し、この電流経路は可動電極と
炉底電極との直径方向の相対位置によって形成されるの
で、炉底電極の代わりに可動電極を炉心から偏位した位
置に配置しても同様に作用する。
そして、可動電極を偏位させた場合、その偏位量が可
動電極の半径より小さい場合には外部磁場を打消すほど
の消磁効果が発生せず、また、可動電極の直径を越える
場合には製鋼反応が円滑に実施されないので、可動電極
の偏位量は上述の範囲となっている。
動電極の半径より小さい場合には外部磁場を打消すほど
の消磁効果が発生せず、また、可動電極の直径を越える
場合には製鋼反応が円滑に実施されないので、可動電極
の偏位量は上述の範囲となっている。
また、生産容量が50トン／チャージ以下の直流アーク
炉においては外部磁場の影響が小さく適用されず、250
トン／チャージ以上の直流アーク炉においては炉底電極
の偏位量が大きくなり製鋼反応が円滑に実施されないの
で、直流アーク炉の容量は上述の範囲となっている。
炉においては外部磁場の影響が小さく適用されず、250
トン／チャージ以上の直流アーク炉においては炉底電極
の偏位量が大きくなり製鋼反応が円滑に実施されないの
で、直流アーク炉の容量は上述の範囲となっている。
また、給電電流が45キロアンペア未満の場合は外部磁
場の影響が小さく適用されず、給電電流が160キロアン
ペアを越える場合は炉底電極の偏位量が大きくなり、製
鋼反応が円滑に実施されないので、給電電流は上述の範
囲となっている。
場の影響が小さく適用されず、給電電流が160キロアン
ペアを越える場合は炉底電極の偏位量が大きくなり、製
鋼反応が円滑に実施されないので、給電電流は上述の範
囲となっている。
次に本発明の実施例について述べる。
［実施例］ 第１図は、本発明の実施態様例である直流アーク炉の
炉底電極の構成例を示した説明図である。
炉底電極の構成例を示した説明図である。
第１図は、第６図の従来の直流アーク炉の炉底電極の
構成例と同様に、一次側が図示しない交流電源に接続さ
れた炉用変圧器１の二次側には、位相制御可能なサイリ
スタ変換器２つの交流側入力端が接続されており、ま
た、サイリスタ変換器２の直流側出力端の負極側（−）
は、給電導体３により平滑リアクトル４を介して、直流
アーク炉５の可動電極６に接続され、さらにサイリスタ
変換器２の直流側出力端の正極側（＋）は、給電導体3a
により、直流アーク炉５の炉底電極７に接続され、直流
電流Ｉの給電回路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａが構成されてい
る。
構成例と同様に、一次側が図示しない交流電源に接続さ
れた炉用変圧器１の二次側には、位相制御可能なサイリ
スタ変換器２つの交流側入力端が接続されており、ま
た、サイリスタ変換器２の直流側出力端の負極側（−）
は、給電導体３により平滑リアクトル４を介して、直流
アーク炉５の可動電極６に接続され、さらにサイリスタ
変換器２の直流側出力端の正極側（＋）は、給電導体3a
により、直流アーク炉５の炉底電極７に接続され、直流
電流Ｉの給電回路Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａが構成されてい
る。
但し、従来の第６図と異なる点は、直流アーク炉５の
炉底電極７を図示する如く、本来給電回路が作る磁場に
よる電磁力によって、アーク10が振られる方向に、炉心
から振り配置されている。
炉底電極７を図示する如く、本来給電回路が作る磁場に
よる電磁力によって、アーク10が振られる方向に、炉心
から振り配置されている。
以上の如く構成した直流アーク炉において、溶鋼中を
流れる電流は、炉底電極７と溶鋼側のアークポイントを
結ぶ最短距離Ｄ−Ｅ線上で電流密度が大きくなってい
る。
流れる電流は、炉底電極７と溶鋼側のアークポイントを
結ぶ最短距離Ｄ−Ｅ線上で電流密度が大きくなってい
る。
従って、この電流の作る磁場B2によって、給電回路Ｆ
−Ｇ−Ａ−Ｂ−Ｃの作る磁場B1が打消されるため、従来
のように、アーク10発生点付近で、給電回路の外側へア
ーク10を振らす磁場が軽減される。
−Ｇ−Ａ−Ｂ−Ｃの作る磁場B1が打消されるため、従来
のように、アーク10発生点付近で、給電回路の外側へア
ーク10を振らす磁場が軽減される。
即ち、アーク10発生点に最も近いところで磁界B2を発
生させて、磁界B1を打消すことができる。これにより、
給電回路の外側へアーク10が振れることがなくなる。
生させて、磁界B1を打消すことができる。これにより、
給電回路の外側へアーク10が振れることがなくなる。
また、次に本発明の別な実施態様例を第５図に示す。
即ち、第５図の直流アーク炉の炉底電極の構成例は、
炉底電極が炉底の大半を占める場合の例である。
炉底電極が炉底の大半を占める場合の例である。
即ち、直流アーク炉の炉底電極７において、給電回路
の給電点を、本来給電回路が作る磁場による電磁力によ
って、アークが振られる方向に炉心から振った点に配置
している。
の給電点を、本来給電回路が作る磁場による電磁力によ
って、アークが振られる方向に炉心から振った点に配置
している。
以上の如く構成した第５図の直流アーク炉において
も、前述の実施例で示した第１図の直流アーク炉と、同
様の作用でアークの振れがなくなる。
も、前述の実施例で示した第１図の直流アーク炉と、同
様の作用でアークの振れがなくなる。
上述したように、本実施例による直流アーク炉では、
炉心より振った炉底電極により、アーク発生点において
発生する磁界B1,B2が相互に相殺されるように配置して
いるので、スクラップ等の被溶解物の均等溶解を実現す
ることができ、その結果、電力原単位や耐火物原単位の
低減を著しく図ることが可能となる。
炉心より振った炉底電極により、アーク発生点において
発生する磁界B1,B2が相互に相殺されるように配置して
いるので、スクラップ等の被溶解物の均等溶解を実現す
ることができ、その結果、電力原単位や耐火物原単位の
低減を著しく図ることが可能となる。
ところで、上述の実施例は炉底電極の位置又は給電点
を炉心から偏位させた場合の例であるが、可動電極６と
炉底電極７とを直径方向に相対的に偏位させれば磁界B2
が発生するから、炉底電極７の位置を偏位させる代わり
に可動電極６を炉心から偏位した位置に配置してもよ
い。その場合の偏位量は可動電極の半径から直径までの
範囲とする。
を炉心から偏位させた場合の例であるが、可動電極６と
炉底電極７とを直径方向に相対的に偏位させれば磁界B2
が発生するから、炉底電極７の位置を偏位させる代わり
に可動電極６を炉心から偏位した位置に配置してもよ
い。その場合の偏位量は可動電極の半径から直径までの
範囲とする。
なお、この発明は容量が50トン／チャージから250ト
ン／チャージであり、給電電流が45KA〜160KAの範囲の
直流アーク炉を対象としている。
ン／チャージであり、給電電流が45KA〜160KAの範囲の
直流アーク炉を対象としている。
［発明の効果］ 本発明の直流アーク炉によれば、炉心より偏位した位
置に配置された炉底電極若しくはその給電点又は可動電
極により、アーク発生点において発生する磁界が相互に
相殺されるようにしたので、被溶解物の均等溶解を実現
して、電力原単位や耐火物原単位の低減を図ることが可
能な直流アーク炉を提供できる。
置に配置された炉底電極若しくはその給電点又は可動電
極により、アーク発生点において発生する磁界が相互に
相殺されるようにしたので、被溶解物の均等溶解を実現
して、電力原単位や耐火物原単位の低減を図ることが可
能な直流アーク炉を提供できる。
【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明の実施態様例である直流アーク炉の説
明図，第２図〜第４図は、本発明の作用の説明図、第５
図は、本発明の別な実施態様例の説明図，第６図は、従
来の直流アーク炉の側面からみた説明図である。 図において、1:炉用変圧器、2:サイリスタ変換器、3,3
a:給電導体、4:平滑リアクトル、5:直流アーク炉、6:可
動電極、7:炉底電極、8:ホルダーアーム、9:被溶解物、
10:アーク。
明図，第２図〜第４図は、本発明の作用の説明図、第５
図は、本発明の別な実施態様例の説明図，第６図は、従
来の直流アーク炉の側面からみた説明図である。 図において、1:炉用変圧器、2:サイリスタ変換器、3,3
a:給電導体、4:平滑リアクトル、5:直流アーク炉、6:可
動電極、7:炉底電極、8:ホルダーアーム、9:被溶解物、
10:アーク。
Claims (6)
- 【請求項１】電源から給電導体を通じ、可動電極と炉底
に設けられた炉底電極に給電し、金属を溶解する直流ア
ーク炉において、 前記炉底電極を、アーク発生点において発生する磁界が
相互に相殺されるように、給電回路が作る磁場による電
磁力によってアークが振られる方向に、炉心から偏位し
た位置に配置したことを特徴とする直流アーク炉。 - 【請求項２】前記炉底電極を炉心から偏差した位置に配
置する代わりに、前記炉底電極の給電点を炉心から偏位
した位置に設けたことを特徴とする請求項１記載の直流
アーク炉。 - 【請求項３】前記炉底電極を炉心から偏位した位置に配
置する代わりに、前記可動電極を炉心から偏位した位置
に配置したことを特徴とする請求項１記載の直流アーク
炉。 - 【請求項４】可動電極の偏位量が電極半径から電極直径
の範囲にあることを特徴とする請求項３記載の直流アー
ク炉。 - 【請求項５】生産容量が50トン／チャージから250トン
／チャージの範囲にあることを特徴とする請求項１、
２、３又は４記載の直流アーク炉。 - 【請求項６】給電における電流値が45キロアンペアから
160キロアンペアの範囲にあることを特徴とする請求項
１、２、３、４又は５記載の直流アーク炉。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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