JP5420117B2 - 電気アーク炉内電磁撹拌用装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、全体的に、交流または直流電気アーク炉内溶鋼の電磁撹拌に関する。

電気アーク炉（ＥＡＦ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｒｃ ｆｕｒｎａｃｅ）内溶鋼の電磁撹拌（ＥＭＳ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｉｒｒｉｎｇ）は、例えば、溶融速度を改善し、工程時間を短縮すること、温度均一性を向上すること、エネルギー消費を削減すること、およびテーピング中の渦形成を防止することなど、いくつかの理由から有利である。

交流電気アーク炉内で電磁撹拌を先に取り付ける際には、電磁撹拌ユニットが中央位置で底部の下方に取り付けられる。直流電気アーク炉内では、直流電流が、炉の底部耐火物の中に統合されている大きな電極内に収集される。電極は底部を通って外部に接続される。底部電極領域は非常に大きい（典型的には、２×３ｍ）。

したがって、直流電気アーク炉で、電磁撹拌を取り付ける際には、電磁撹拌ユニットを炉の底部の下方の中央位置に配置することは不可能である。通常、溶融物に十分近く、十分な大きさの領域を有する他の領域は存在しない。

加えて、従来の交流または直流電気アーク炉用電磁撹拌ユニットは、融通性に欠けるようであり、すべての種類の用途に対して適切な撹拌をもたらすことはない。

本発明の目的は、上記の問題に対処する、電気アーク炉内溶鋼の電磁撹拌用装置および方法をそれぞれ提供することである。

本発明の具体的な目的は、融通性のある電磁撹拌ユニットの配置および使用をもたらす、装置および方法を提供することである。

本発明の別の目的は、電気アーク炉工程サイクル中に、撹拌が動的に制御され得る装置および方法を提供することである。

本発明の別の目的は、簡単で、頑丈で、信頼性があり、低コストの装置および方法を提供することである。

とりわけこれらの目的が、本発明によって、添付の特許請求の範囲に請求する電磁撹拌用装置および方法によって達成される。

本発明の一態様によれば、電気アーク炉内溶鋼の電磁撹拌用装置が提供され、その装置は、２つの電磁撹拌ユニットと、少なくとも１つの電流供給源と、制御ユニットとを備える。２つの電磁撹拌ユニットは、電気アーク炉の外側底面上に、底面の中央位置の両側に取り付けられており、電流供給源は、２つの電磁撹拌ユニットに動作可能に接続されており、制御ユニットは、電流供給源に動作可能に接続されて、２つの電磁撹拌ユニットの作動を制御する。好ましくは、電気アーク炉が、直流底部電極を有する直流電気アーク炉であり、２つの電磁撹拌ユニットが、直流底部電極の両側に取り付けられる。

一実施形態によれば、２つの電磁撹拌ユニットのそれぞれが、コアを有し、コアの周りに分離型コイルが巻かれている。各コアは、例えば、アルミニウムまたは他の非磁性材料から作製され、コアの底面および側面を覆い、コアと巻き線との間に配置されているシールドを備える。そのようなシールドは、電磁撹拌ユニットの底面上および側面上の電磁場を縮小する。

本発明の別の実施形態では、２つの電磁撹拌ユニットのそれぞれが、パンケーキ型の巻き線を有するコアを備える。そのような巻き線を使用する場合、シールドは必要ではない。

本発明の別の実施形態では、コアが、電気アーク炉の外側底面の形状に適合されている１つまたは複数の曲管を有する。これによって、適切な撹拌を得ることができ、一方、したがって、使用されるエネルギーが最小になる。加えて、非常に強い撹拌力を得ることができる。

別の実施形態では、２つの電磁撹拌ユニット用の制御ユニットおよび単一の電流供給源が、２つの電磁撹拌ユニットを単一のユニットとして作動するように構成されている。これによって、電流供給システムが、２つの電磁撹拌ユニットに動作可能に接続されることが可能であり、２つの電磁撹拌ユニットが、前方および後方のいずれの方向にも平行に作動されるようになっている。別法として、単一の電流供給システムが、２つの電磁撹拌ユニットに動作可能に接続され、２つの電磁撹拌ユニットが、互いに反対方向に作動され、炉壁に沿って時計回り、または逆時計回りに循環する溶鋼流をもたらすようになっている。別法として、単一の電流供給システムが、２つの電磁撹拌ユニットを作動するように構成されて、電気アーク炉（ＥＡＦ）工程サイクルの異なる相の間に、異なる撹拌動作、および／または、異なる撹拌パターンを得るようになる。

本発明は、また、電気アーク炉、特に直流電気アーク炉に対するものであり、上記のように電磁撹拌用装置を備える。

本発明の別の態様によれば、電気アーク炉内溶鋼の電磁撹拌用の方法を提供する。その方法によれば、２つの電磁撹拌ユニットが、電気アーク炉の外側底面上に、底面の中央位置の両側に取り付けられ、用意される。少なくとも１つの電流供給源が、２つの電磁撹拌ユニットに接続されている。最後に、２つの電磁撹拌ユニットの作動が、電流供給源に動作可能に接続されている制御ユニットによって制御される。

本発明によって、十分な強さを有する電磁撹拌が、大きな底部電極を有する直流電気アーク炉に対してもまた可能になる。本発明は、異なる用途に対して、非常に様々な可能な作動特性を有する融通性のある解決策をもたらす。本発明によって、エネルギー消費が削減されると同時に、電磁撹拌が可能になる。強い撹拌力が取得可能であり、撹拌パターンが制御され得る。

本発明の別の特徴および利点は、以下に付与される本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明および添付の図１〜図４から明確になるであろうが、図面は例示の目的でのみ付与されるのであり、したがって、本発明を限定するものではない。

本発明の一実施形態による、電気アーク炉内溶鋼の電磁撹拌用装置の概略上面図である。 本発明の一実施形態による、電気アーク炉内溶鋼の電磁撹拌用装置の概略側面図である。 図１ａ〜図１ｂに概略的に示されている電磁撹拌用装置で使用するための異なる電磁撹拌ユニットの斜視図である。 図１ａ〜図１ｂに概略的に示されている電磁撹拌用装置で使用するための異なる電磁撹拌ユニットの斜視図である。 図１ａ〜図１ｂに概略的に示されている電磁撹拌用装置で使用するための異なる電磁撹拌ユニットの斜視図である。

図１ａ〜図１ｂに、電気アーク炉（ＥＡＦ）１０が図示され、電気アーク炉１０内では、本発明の一実施形態による、電気アーク炉１０内溶鋼の電磁撹拌用装置１１が実施されている。電気アーク炉は、図示されている直流電気アーク炉、または交流電気アーク炉であることができる。

電磁撹拌用装置１１は、２つの電磁撹拌ユニット１２および電磁撹拌ユニット１３、２つの電磁撹拌ユニット１２および電磁撹拌ユニット１３に動作可能に接続されている単一の電流供給システム１４、ならびに、単一の電流供給システム１４に動作可能に接続されて、２つの電磁撹拌ユニット１２および電磁撹拌ユニット１３の作動を制御する制御ユニット１５を備える。２つの電磁撹拌ユニット１２および電磁撹拌ユニット１３は、電気アーク炉の外側底面１０ａ上に、底面１０ａの中央位置１０ｂの両側に取り付けられている。直流電気アーク炉は、典型的には、底面１０ａの中央位置１０ｂに配置されている直流底部電極１０ｃを有し、したがって、２つの電磁撹拌ユニットは、直流底部電極１０ｃの両側に取り付けられている。

電気アーク炉は典型的には鉄から作製可能であり、そのような例では、電磁撹拌ユニットが配置されることになる電気アーク炉の領域の材料は、例えば、オーステナイト鋼などの非磁性材料に変更しなければならないということを理解すべきである。

単一の電流供給システム１４は、複数の電流供給システム、例えば、各電磁撹拌ユニットに対して１つの電流供給システムに交換可能である。

制御ユニット１５、および単一の電流供給システム１４は、２つの電磁撹拌ユニット１２および電磁撹拌ユニット１３を単一のユニットとして作動するように構成されることが好ましい。これによって、単一の電流供給システム１４は、２つの電磁撹拌ユニット１２および電磁撹拌ユニット１３に動作可能に接続されることが可能であり、２つの電磁撹拌ユニットが、前方および後方のいずれの方にも平行に作動されるようになり、あるいは２つの電磁撹拌ユニットが、互いに反対方向に作動され、炉壁に沿って時計回り、または逆時計回りに循環する溶鋼流をもたらすようになっている。

さらに、制御ユニット１５および単一の電流供給システム１４が、２つの電磁撹拌ユニット１２および電磁撹拌ユニット１３を作動するように構成されて、電気アーク炉（ＥＡＦ）工程サイクルの異なる相の間に、異なる撹拌動作、および／または、異なる撹拌パターンを得ることができる。

図２に、図１ａ〜図１ｂの電磁撹拌用装置１１内で使用可能な電磁撹拌ユニットの実施形態を図示する。電磁撹拌ユニットは、３相の電磁撹拌ユニットであり、いわゆるパンケーキ型の巻き線２２を有する鉄製コア２１を有する。巻き線２２は、コアの周りに巻かれているのではなく、コア２１の３つの側面に沿って巻かれている。各相は、２つの巻き線または極を有し、それらの巻き線または極は、電流が２つの巻き線内の反対方向に流れるように接続されている。しかし、この巻き線の設計により、電磁撹拌ユニットは鉄製コア２１の幅よりもはるかに幅広になる。この設計は、直流底部電極の両側に利用できる空間を制限するので、直流電気アーク炉内の強い電磁撹拌ユニットに対しては利点が少ないように思われる。

図３に、図１ａ〜図１ｂの電磁撹拌用装置１１内で使用可能な電磁撹拌ユニットの別の実施形態を図示する。電磁撹拌ユニットは、３相の電磁撹拌ユニットであり、コアの周りに巻かれている分離型巻き線３２を有する鉄製コア３１を備える。各相は、２つの巻き線または極を有し、それらの巻き線または極は、電流が２つの巻き線内の反対方向に流れるように接続されている。この設計により、電磁撹拌ユニットの幅は、鉄製コア３１の幅よりもほんのわずかに広くなるに過ぎず、製造は容易である。この設計の潜在的な欠点は、鉄製コア３１がより重くなければならず、典型的には、図２の鉄製コアよりも約２倍の重さであり、例えば、２０トンではなく４０トンである。さらに、この設計は、所与の撹拌力のためにより大きな電力入力が必要である。この結果、電磁撹拌ユニットは、コアの底面３１ａならびに側面３１ｂおよび側面３１ｃ（すなわち電気アーク炉に面する側面を除くすべての側面）を覆い、コア３１と巻き線３２との間に配置されるシールド３３も有することが好ましい。シールドは、アルミニウム、または銅などの他の適切な材料から作製可能であり、電磁撹拌ユニットの底面３１ａならびに側面３１ｂおよび側面３１ｃ上の電磁場を減少させ、それによって、電磁撹拌ユニットのエネルギー効率をさらに向上させる。鉄製コア３１の重さはさらに低減することができる。

図４に、図１ａ〜図１ｂの電磁撹拌用装置１１内で使用可能な電磁撹拌ユニットの別の実施形態を図示する。電磁撹拌ユニットは、コア４１および巻き線４２を備え、図２および図３の型のどちらか１つの型に基づくことができる。しかし、コア４１は、１つまたは複数の曲管４３を備えることができ、曲管４３は、電気アーク炉１０の外側底面１０ａの形状に適合されている。これによって、電磁撹拌ユニットは、電気アーク炉１０により近接して配置可能であり、したがって、より強い撹拌力をもたらすことができ、および／または、よりエネルギー効率を向上させることができる。曲管の設計は、図３の型の磁気電磁撹拌ユニットに特に適している。

本発明は、また、上記に開示される電磁撹拌用装置１１を備える、直流電気アーク炉および交流電気アーク炉などの電気アーク炉にも関連することを理解するべきである。

Claims (12)

1. 電気アーク炉（１０）内溶鋼の電磁撹拌用装置（１１）であって、
   前記電気アーク炉の外側底面（１０ａ）上の中央位置（１０ｂ）の両側に取り付けられている２つの電磁撹拌ユニット（１２、１３）と、
   前記２つの電磁撹拌ユニットに動作可能に接続されている少なくとも１つの電流供給源（１４）と、
   前記電流供給源に動作可能に接続された制御ユニット（１５）であって、それぞれコア（３１）を有し、前記コアの周りに分離型コイル（３２）が巻かれている前記２つの電磁撹拌ユニットの作動を制御する制御ユニット（１５）
   を備え、
   前記２つの電磁撹拌ユニットが、前記コアの底面（３１ａ）および側面（３１ｂ、３１ｃ）を覆い、前記コアと前記巻き線との間に配置されているシールド（３３）をそれぞれ有し、前記シールド（３３）は前記電磁撹拌ユニットの前記底面（３１ａ）および前記側面（３１ｂ、３１ｃ）上の電磁場を縮小することを特徴とする、装置（１１）。
2. 単一の電流供給源が、前記２つの電磁撹拌ユニットに動作可能に接続されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記電気アーク炉が、直流底部電極（１０ｃ）を有する直流電気アーク炉であり、前記２つの電磁撹拌ユニットが、直流底部電極の両側に取り付けられている、請求項１または２に記載の装置。
4. 各前記シールドが、アルミニウムから作製される、請求項１に記載の装置。
5. 前記コアのそれぞれが、前記電気アーク炉の外側底面の形状に適合されている１つまたは複数の曲管（４３）を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記制御ユニットおよび前記電流供給源が、前記２つの電磁撹拌ユニットを単一のユニットとして作動させるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記単一の電流供給システムが、前記２つの電磁撹拌ユニットに動作可能に接続され、前記２つの電磁撹拌ユニットが、前方又は後方のいずれかの方向に平行に作動されるようになっている、請求項６に記載の装置。
8. 前記電流供給源が、前記２つの電磁撹拌ユニットに動作可能に接続され、前記２つの電磁撹拌ユニットが、互いに反対方向に作動し、前記炉壁に沿って時計回り、または反時計回りに循環する溶鋼流をもたらすようになっている、請求項６に記載の装置。
9. 前記制御ユニットおよび前記電流供給源が、前記２つの電磁撹拌ユニットを作動するように構成されて、前記電気アーク炉工程サイクルの異なる相の間に、異なる撹拌動作、および／または、異なる撹拌パターンを得るようになる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の電磁撹拌のための前記装置を備える、電気アーク炉（１０）。
11. 前記電気アーク炉が、直流電気アーク炉である、請求項１０に記載の電気アーク炉。
12. 電気アーク炉（１０）内溶鋼の電磁撹拌の方法であって、
    前記電気アーク炉の外側底面（１０ａ）上の中央位置（１０ｂ）の両側に取り付けられ、それぞれコア（３１）を有し、前記コアの周りに分離型コイル（３２）が巻かれている２つの電磁撹拌ユニット（１２、１３）を用意するステップと、
    少なくとも１つの電流供給源（１４）を前記２つの電磁撹拌ユニットに接続するステップと、
    前記２つの電磁撹拌ユニットの作動を前記電流供給源に動作可能に接続されている制御ユニット（１５）によって制御するステップと
    を備え、
    前記コアの底面（３１ａ）および側面（３１ｂ、３１ｃ）を覆い、前記コアと前記巻き線との間に配置され、前記電磁撹拌ユニットの前記底面（３１ａ）および前記側面（３１ｂ、３１ｃ）上の電磁場を縮小するシールド（３３）を前記２つの電磁撹拌ユニットそれぞれに提供するステップによって特徴づけられる、方法。

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