JP3094035B2

JP3094035B2 - 直流電気炉

Info

Publication number: JP3094035B2
Application number: JP50646691A
Authority: JP
Inventors: ロベールアンドレジャニアク; ニコラメイソン
Original assignee: クレシム
Priority date: 1990-03-19
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 2000-10-03
Anticipated expiration: 2015-10-03
Also published as: ATE100928T1; DE69101094T2; RU2040864C1; FR2659821A1; WO1991014912A1; KR920701774A; SK278737B6; UA32514A1; EP0472721B1; ES2049110T3; FR2659821B1; EP0472721A1; CZ279391B6; CA2057882A1; DE69101094D1; BR9105094A; CS9100690A2; JPH05500557A; DK0472721T3; US5191592A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は金属原料特にスクラップ鉄を溶融する直流電
気炉に関する。

スクラップ鉄又は他の原料を溶融し、得られた金属浴
を、決定された組成の金属が得られるまで合金元素を任
意に添加して、還元するために使用される電気炉は長ら
く知られてきた。

電気炉は一般に、側壁と、耐火材料の炉床で覆われた
底部によって限定され、着脱自在のドーム形蓋によって
閉鎖される容器によって構成される。

消費電極と称され、黒鉛棒からなる少なくとも１つの
電極が容器内に突き出る。各電極はドームの上に延在す
るアームによって支持され、垂直移動可能に据え付けら
れて、ドームを貫通して炉内に装入された原料内に下げ
られる。この原料は、一般にスクラップ鉄からなるもの
であるが、底部と耐火性炉床を通過する少なくとも１つ
の固定電極と接触する。

単相交流炉又は直流炉の場合、消費電極と炉床電極は
電源の２つの電極に接続される。

２相又は３相交流電気炉の場合、消費電極は電源の電
極に接続され、裝入物は該系の中性点を成す炉床と接触
する。

こうして裝入物と各消費電極間に１つ又はそれ以上の
電弧が形成される。前記電弧はスクラップ鉄を溶融し、
容器底部に金属浴を形成する。

最近まで、特に交流を給電される炉が使用されたが、
電極への直流の給電は騒音の減少、エネルギー効率の増
大の如き多くの利点を与えることが見出された。という
のは、交流の場合に許されるよりも高い電圧の使用が可
能であるからである。

裝入物がスクラップ鉄の形をなすならば、電極は前記
裝入物中に穴を掘ることによってその中に突入し、それ
は電弧相互の絶縁の種類を決定すると共に、それらの電
弧を安定させる傾向をもつ。他方、裝入物が完全に溶融
したとき、電極、電源に電極を接続する導体及び設備の
他の部分を通る電流によって生じる磁気効果を受ける電
弧は予測できない方向にでき、従って極めて不安定にな
る。

電弧が作られる最も高い温度にある帯域は従って炉の
中心に維持されず、炉の壁と底部は過度の温度に曝さ
れ、耐火ライニングに大きな磨損を受ける。

本願出願人は1986年８月１日出願のフランス国特許第
86.11215号で高電力における直流電流炉の電弧方向制御
方法を既に提案した。

上記方法を実施するため、電流を通すことによって生
じる磁界の影響を除くために導体を炉からできるだけ遠
くに分離する代わりに、固定電極に接続した導体は、上
記とは逆に、底部の下面に沿ってできるだけそれに接近
して通し、その電流の通過が磁界を生じるように前記導
体の経由する通路の形状と方位を決める。電弧の偏りに
関しては、また他の導体や設備の種々の部分によって作
業中に及ぼされる磁気効果のすべてを考慮すれば、前記
磁界の相互効果は、電弧が金属浴の決定された帯域に向
かって収束する傾向をもつようなものとなる。

導体と電極特に炉床電極を通過させることができる電
流強さは制限されるので、数個の消費電極と数個の炉床
電極が使用されなければならない。上記フランス国特許
第86.11215号では特に３つの消費電極と３つの固定電極
を使用する幾つかの装置が提案された。

固定電極の導体の配置と方位は設備の、特に電極の一
般的配置を考慮して、従来の計算によって決定される。
そのために、１つの数学的モデルが、電流が流れるすべ
ての素子の電弧に与える効果の計算を先ず可能ならしめ
る。電流強さ、設備の種々の部分の、裝入物の変化の及
び溶融作業の種々の段階中の温度の磁気特性、及び固定
素子間の計算の区別を考慮して、特性とその位置決めが
予め定められ、従って、作用することができる種々の素
子及び導体の経路が電弧に加わる予測し得る効果を予め
計算することによって決定される。

固定素子の中で特に炉の一般的構造例えば容器の形
状、その支持体の形状、抽出口やその閉鎖手段、対応す
る導体が一般にそれに沿って通る消費電極の支持アーム
の如き付属品、電源の位置が特記されなければならな
い。前記電源は一般に、導体の長さを制限するようにで
きるだけ容器に接近して置かれる。

これが、前記先行特許では、電弧の方向を有効に制御
するために最小長さの導体を要する最適な位置を決定す
るために、数学的モデル手段により、それに起因する種
々の磁気的効果を計算することによって導体の経路に作
用することが主な要点をなす理由である。

従って前記先行特許の発明は高容量直流電気炉の建設
を可能にする。

約110トンの容量までは、約100,000アンペアを超えな
い強さで、単一の消費電極を使用することが可能であ
る。その場合、前記プロセスによって比較的簡単に電弧
方向を制御でき、３つの電極が消費電極の垂直突出部の
回りに対称状に固定され、一般に使用される。

しかし、約110トンを超えれば、多数の導体を流れる
電流によって生じる磁界の相互効果に起因する乱れの危
険性をもたらす多数の電極を必要とするような強さ使用
しなければならない。その場合、考慮すべき素子の数が
多く、それらの相互作用に起因して数学的モデルを完成
するのが困難になる。

本出願人の研究により、特に有利な電極と導体の配置
が発明され、それは110トンを超える極めて高い容量を
もつと共に、電弧方向を有効に制御することができる。

本発明によれば、電気炉は互いに離間しかつ両方とも
電源の方に向いた容器の中央面の側で横に片寄った２つ
の消費電極と、前記中央面の両側に分配され、実質上前
記中央面に対して対称的に正多角形の頂点に配置されか
つ消費電極の垂直突出部間に置かれた少なくとも４つの
固定電極を備え、電源に向かって置かれた電極の導体は
消費電極の導体に平行に、前記電源に直接向けられ、電
源と反対の側に置かれた電極の導体の各々は対応する消
費電極の垂直突出部の付近を通る第１の分岐線と、消費
電極に接続された導体に平行に電源の方に向けられた第
２の分岐線を含む。

好適実施例では、電気炉は中央面と、この中央面に対
して直角をなしかつ消費電極から等距離を置いて消費電
極間を通る横断基準面とによって画成される４つの四分
円内に夫々置かれた４つの固定電極を備え、前記４つの
固定電極は夫々前記中央面と横断面から実質上等しい距
離の箇所に配置される。

消費電極は一般に容器の縦中央面に実質上平行で、電
源側に片寄っており、固定電極は四辺形の頂点に置かれ
る。前記四辺形は実質上中央面に平行な２辺と前記面と
交わりかつ消費電極より近くに離間した２辺とからな
る。従って前記消費電極は前記四辺形の外側に位置す
る。しかし、電極の正確な位置決めは素子の数に特に湯
出口の位置に依存する。前記湯出口は熱を放出するため
に或る一定距離をおいて通されなければならない。

従って消費電極は中央面に平行なストリップの形をな
す帯域に配置され、電源側へ横に片寄っている。固定電
極は内部と外部の２つの同心の矩形間に含まれた矩形の
ストリップの形をなす帯域内に置かれる。前記矩形の辺
は夫々中央面に平行と直角をなす。前記ストリップ内部
の電極の正確な位置は、電流の流れの磁気効果の相互補
償によって電弧が底部の規定帯域に向かって電弧を指向
させようとする磁界を及ばされるように、設備の種々の
部分の相互効果を考慮して前の計算によって決定され
る。

特に、110トンより大きい容量をもつ炉については、
また120,000アンペアを超える電流強さについては、固
定電極が配置されるストリップは400mm幅をもち、中央
面から400mmの距離を置いた軸線に中心を置き、固定電
極を配置する矩形ストリップは300mm幅をもち、2,500mm
に等しい辺をもつ正方形上に中心を置き、前記正方形自
体は中央面内と消費電極から等距離にある横断面内に中
心を置き、消費電極は３メートルと４つメートルの間の
距離だけ離間している。

本発明は以下の図示の実施例についての説明からより
良く理解されるだろう。

第１図は本発明の炉の断面図である。

第２図は炉の縦断面図である。

第３図は電極の位置決めのための帯域の平面図であ
る。

第４図は電極と導体の配置を示す平面図である。

図１はスクラップ鉄を溶融する電気炉を示す。前記炉
は底部11と側壁12によって限定されかつ着脱自在のドー
ム形蓋13によって閉鎖される容器１からなる。容器は転
がり又は回動支持体14によって支持して、それを水平軸
線の回りに傾斜させるようになし、例えば一方では、ス
ラグを炉床15を越えて、他方では、溶融金属16を図２に
示す湯出口18を通して注出させる。

各消費電極２はアーム17によって支持され、前記アー
ムに沿って配置した導体23は電極２を直流電源４に接続
する。前記電源は炉１にできるだけ接近して配置され
る。

消費電極２は黒鉛棒からなる。前記黒鉛棒はアーム17
の端部に配置した支持体内を摺動し、ドーム13を通過し
て容器１に入るように垂直に変位することができる。

電極を支持して徐々に下降させる手段は周知であるの
で、図には詳細に示していない。

容器１の底部11は耐火性材料の炉床15で覆われる。前
記炉床内に固定電極３が埋め込まれ、この電極は底部11
の組立体を貫通する。容器１に近いが、熱とはねかかり
金属から保護するのに十分な距離離れた箇所に直流電源
４が、例えば２つの電極、即ち給電導体23によって消費
電極２に接続された41と、帰路導体５によって炉床電極
３に接続された正極42からなる変圧器・整流器が置かれ
る。

これらの周知の配置によって、電極内の電流は電極２
とスクラップ鉄間に電弧を形成する。前記スクラップ鉄
は溶融して、液状の金属浴16を形成する。電流は溶融が
完了するまで、かつ所要の組成が合金元素の添加によっ
て得られるまで、流れ続ける。

従来、電気炉では容器の軸線上に置かれた単一の黒鉛
電極か、又は軸線上に中心を有する正三角形の頂点に配
置した３つの電極を用いるのが有利であった。

しかし本発明では、唯２つの黒鉛電極21、22を使用
し、これらの電極は容器の縦中央面P1に平行な線20上か
又はその線の近くに中心を置くと共に、それに対して図
１、３に示すように、電源４の側に距離ａだけ片寄って
いる。

２つの電極21、22は距離ｂだけ互いに離れており、そ
の距離は100トンより大きい容量では３乃至４メートル
とする。

更に、４つの炉床電極３が使用され、縦平面P1の両側
に２対をなして配置され、これらは２つの消費電極21、
22によって形成された四辺形の頂点をなす。

図３は２つの基準面、傾斜軸線に直角をなす縦中央平
面P1と、P1に対して直角をなす横断平面P2に対する電極
の配置を示す。前記２つの平面は垂直軸線10に沿って交
差する。

２つの消費電極21、22は横断平面P2の各側のb1、b2に
置かれ、縦平面P1に対して、夫々距離a1、a2だけ電源に
向かって片寄る。距離a1、a2は実質上同じであるが、或
る範囲内で変わることができ、精密な位置は計算によっ
て、幾つかのファクターに依存して決定される。

従って、縦平面P1に平行な狭いストリップの形をなす
帯域25が限定でき、その帯域内に電極21、22の軸線の突
出部が見出される。

実際上、110トンより大きな容量をもつ炉では、距離a
1、a2は400乃至800mm間で変わり、距離b1、b2は1500乃
至2000mm間で変わる。従って消費電極を配置する帯域25
は400mm幅であり、中央面P1から600mm離れた軸線上に中
心を置く。

この帯域25内に、平面P2に対して対称的な２つの矩形
の帯域26が画成され、その中で２つの消費電極21、22の
突出部が中心に置かれ、正確な位置が計算によって決定
される。

固定電極の位置も２つの平面P1、P2に対して決定され
る。各電極３はP1から距離ｃの箇所にそしてP2から距離
ｄの箇所に位置する。

電極３の軸線はほぼ２つの平面P1、P2上の中心に置か
れる四辺形の頂点に置かれるが、正確な位置は計算によ
って決定される。各電極３についての距離ｃとｄは或る
範囲内で変わることができる。

２つの矩形帯域26がこうして消費電極21、22の位置決
めのために、基準面P1、P2に対して限定され、４つの固
定電極31、32、33、34の位置決めのために４つの矩形帯
域35が夫々限定される。

110トンより大きい容量をもつ炉では、これらの異な
った帯域は以下の如くして決定される： − ２つの消費電極21、22は、縦平面P1に対して平行
で、夫々400と800mmだけ電源に向かって片寄った２辺
と、横断平面P2に対して平行で、夫々1500と2000mmだけ
前記平面から片寄った２辺によって限定された矩形帯域
26内おいて、各々平面P2の両側に中心を置かれる。

− ４つの固定電極31、32、33、34は４つの辺によって
限定される正方形の形をなす帯域35内で平面P1とP2によ
って限定される四分円の１つ内に各々中心を置かれる。
前記辺の対は平面P1とP2に対して平行でかつこれらの２
つの平面から夫々1000mmと1300mmだけ離間している。

通常、基準平面P1は傾斜軸線に直交する容器１の縦中
央面であり、その平面内に湯出口18の中心が位置する。
前記湯出口は傾斜によって注出する吐出口に延びる入る
炉床と任意に置き換えられる。

多くの場合、横断平面P2も対称面をなすが、その位置
は容器の特性とその種々の構成部品の夫々の位置に応じ
て、変えることができる。例えば原料の裝入は２つの電
極間で、さもなければ、特に原料がスクラップ鉄である
ときには、横に片寄ったオリフィスを通して、容器の軸
線内で行われる。この場合、消費電極が損傷するのを防
止するために消費電極の位置を片寄らせるのが好適であ
る。

裝入オリフィスと抽出口の、消費電極と固定電極の炉
内の相対的位置は、例えばスクラップ鉄の予熱に使用さ
れるガスの循環路を作るため、炉底の特定域に向かって
収束する電弧を作るため、又は電流を金属浴内の特定の
通路に沿って流れさせるために、種々の技術的事項に依
存して決定される。

また、容器底に固定電極を据え付けることは制限を受
ける。というのは、導体がたどる経路に影響を与える種
々の部品の配置を考慮する必要があるからである。

事実、図４に示すように、消費電極21、22に接続され
た給電導体23は支持アーム17の後で電源４に直接向かっ
て、それ故、通常は互いに平行にかつ平面P1に対して直
角に接続される。電源４に向かう電極21、22の片寄りは
導体23中を流れる電流に起因する磁気効果を、消費電極
21を固定電極31、32の近くにもって来ることによって補
償させることができる。前記固定電極は電源に向かって
置かれかつ給電導体23と横断平面P2に平行な帰路導体5
1、52によってこの電源に直接接続される。

一方、固定電極33、34に夫々接続された帰路導体53、
54は所定の経路をたどり、前記経路は横断平面P2の同じ
側に夫々置かれた消費電極21、22をめぐって進む。

かくして、電極33に接続された帰路導体53は第１分岐
線531と第２分岐線532を含み、前記第１分岐線は平面P1
に平行な方向に電極33から出でいき、第２分岐線は基準
平面P2から約４メートルの距離の箇所で給電導体２に平
行な方向に電源４と接続する。

しかし、湯出口18に向かって置かれた固定電極34に接
続された帰路導体54は第１分岐線541を含み、この分岐
線は湯出口18と消費電極22の突出部間を通るように平面
P1に対して斜めに出て行き、次いで電極22の給電導体23
に平行な第２分岐線542に接続する。

電極と導体のかかる配置は磁気効果を互いにバランス
させ、特に架空導体23の効果を補償させ、その結果、固
定電極に向かう電弧は最小の偏向力を及ぼされることに
なる。

更に、電源４は整流器−発電機からなり、種々の電極
とこの電源との接続は炉床電極とそれに対応する消費電
極間、２つの電極とその反対側に置かれた消費電極間、
炉床電極間、消費電極間に電流を流すように決められ
る。従って浴内に、制御された方向に向いた多数の電気
回路を作ることができる。前記方向はこうして発生した
磁力に応じて、冶金的処理に貢献する金属浴の流体力学
的攪拌作用を決定する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−217785（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−259013（ＪＰ，Ａ) 特開平５−5593（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27D 11/08 F27D 11/10 F27B 3/00 - 3/28 H05B 7/00 - 7/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】側壁（12）によって囲まれかつ着脱自在の
ドーム形蓋（13）で覆われた底部（11）により構成され
た容器（１）を備え、前記容器（１）は垂直中央面P1に
対して対称形をなし、前記ドーム（13）の上方に延びる支持アーム（17）の端
部に各々垂直に変位可能に据え付けられ、前記容器に入
るために前記ドームを貫通する消費電極（２）を備え、前記底部（11）を貫通する固定電極（３）を備え、導体（23、５）に夫々接続された２つの電極、負極（4
1）と正極（42）を含む直流電源（４）を備え、一方の
導体は消費電極（２）に、他方の導体は固定電極（３）
に接続され、電弧の発生によって金属原料を溶融させるために前記原
料を容器（１）に装入する手段を備え、消費電極（２）に接続された導体（23）は支持アーム
（17）に沿って通り、固定電極（３）に接続された導体
（５）は底部（11）を通り、かつ設備の種々の部分の磁
気的効果に応じて各固定電極（３）について決定された
経路に沿って差し向けられて成る直流電気炉において、
互いに離間しかつ両方とも電源（４）の方に向いた容器
（１）の中央面P1の側で横に片寄った２つの消費電極
（21、22）と、前記中央面の両側に分配され、実質上前
記中央面に対して対称的に正多角形の頂点に配置されか
つ消費電極の垂直突出部間に置かれた少なくとも４つの
固定電極を備え、電源に向かって置かれた電極の導体は
消費電極の導体に平行に、前記電源に直接向けられ、電
源と反対の側に置かれた電極の導体の各々は対応する消
費電極の垂直突出部の付近を通る第１の分岐線と、消費
電極に接続された導体に平行に電源の方に向けられた第
２の分岐線を含むことを特徴とする直流電気炉。
【請求項２】中央面と、この中央面に対して直角をなし
かつ消費電極から等距離を置いて消費電極間を通る横断
基準面とによって画成される４つの四分円内に夫々置か
れた４つの固定電極を備え、前記４つの固定電極は夫々
前記中央面と横断面から実質上等しい距離の箇所に配置
されることを特徴とする請求項１に記載の電気炉。
【請求項３】消費電極（２）は中央面P1に平行でかつ電
源（４）に向かって横に片寄ったストリップ（25）の形
をもつ帯域内に配置され、固定電極（31、32、33、34）
の各々は中央面に対して夫々平行と直角をなす４つの側
面によって限定される矩形帯域内に置かれ、前記帯域内
の電極の正確な位置は種々の据え付け部分の相互効果を
考慮した事前の計算によって決定されて、電流の流れの
磁気的効果を相互に補償することによって、電弧が底部
（11）の確定された帯域に向かってそれらを差し向けよ
うとする磁界に曝されることを特徴とする請求項１に記
載の電気炉。
【請求項４】110トンより大きい容量をもつ炉について
及び120,000アムペアを超える強さについて、消費電極
（21、22）は400mmの幅をもつ帯域（25）内に置かれ、
中央面から600mmの距離を置いた軸線上に中心を置か
れ、かつ３乃至４メートルの距離だけ互いに離間し、ま
た、固定電極（31、32、33、34）の各々は1000と1300mm
の間の距離だけ夫々２つの基準面P1、P2から離れて置か
れることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気炉。
【請求項５】電源（４）が整流器−発電機によって構成
され、その接続は種々の電極（21、22、31、32、33、3
4）と共に横断平面P1の同じ側に置かれた２つの固定電
極（31、33）（32、34）間に主電流を作るのみならず、
冶金浴内に生じ得る制御された方向に沿って種々の電流
を浴内に生ぜしめるように、反対側に置かれた２つの固
定電極（32、34）（31、33）と消費電極（21）（22）の
間、２つの消費電極（21）（22）間及び固定電極（31、
32、33、34）間に少なくとも或る一定の二次電流を作る
ように決められ、磁気力が冶金過程に貢献する流体力学
的攪拌を決定することを特徴とする請求項１から４の何
れか１項に記載の電気炉。