JP6161455B2 - 取鍋予熱装置における電極 - Google Patents

Description

本発明は、鋳造工場で使用される取鍋予熱装置に用いられるカーボン電極に関する。

取鍋は、鋳造品を製造するための溶湯を、鋳造鋳型まで搬送するための容器として用いられ、溶湯の急激な温度低下を防ぐために予熱を加える必要がある。従来、取鍋の予熱には、ガスや重油等を燃料としたバーナーの燃焼エネルギーが用いられていた。しかし、この手法ではバーナーの加熱エネルギーが放散されたり、熱気や粉塵が放出されたり、エネルギー効率や工場内環境の悪化を招くなどの問題がある。そのため、特許文献１では、開口部を密閉して双極の電極を装入し、電極間にアークを発生させて取鍋内部を加熱する取鍋予熱装置が提案されており、工場内環境を良好に保ちつつ加熱エネルギーの効率化も図られている。

図５は、従来の取鍋予熱装置の電極部分を簡略化して示す正面図である。

取鍋内には、陽極電極１１と陰極電極１２の双極のカーボン電極が装入され、双極間で比較的高い負荷電圧により高温のアークを発生、持続させ、その輻射熱を利用することで取鍋内壁を予熱する。陰極電極１２は先端に陰極電極板１３を備えたＬ字型で、陽極電極１１を昇降させる電極駆動装置によって陽極電極１１を陰極電極板１３に近接させたり、離反させたりすることで、アークの発生・消滅を制御可能にしている。

特開２０１２−５５９０８号公報

しかしながら、上記従来の電極構造では、アークの発生により高温となる部分が陽極電極の先端と陰極電極板表面になるため、比較的安価な陽極電極のみならず高価な陰極電極板まで損耗してしまうという問題がある。図５において、斜線は、損耗した箇所であり、陰極電極板１３のアーク発生部分の付近が損耗していることが示されている。

また、カーボン電極の損耗を低減させるには、アークが発生する電極付近の酸素を減らすことが有効であるところ、取鍋内部全体に不活性ガスを充満させることは操作性や保全性、ランニングコストの悪化を招いてしまう。

電極付近にのみ不活性ガスを供給することも考えられるが、不活性ガスを供給するノズルを、急速に高温となるアーク発生部近くに配置しなければならず、急激な加熱によりノズルが破損してしまうという問題を引き起こす。破損を避けるためにアーク発生部から離れたところにノズルを配置すれば、不活性ガスの供給量が増えて効率性に欠け、取鍋内部全体に不活性ガスを充満させることと大差のない結果になる。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、高価な電極の損耗を抑制して、長寿命化を実現することができる取鍋予熱装置における電極を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る取鍋予熱装置における電極は、取鍋内に並行して垂下される陰極電極棒および陽極電極棒と、前記陰極電極棒の先端に接続され、水平方向に前記陽極電極棒の下方まで延びる板状部材の陰極電極板と、前記陰極電極板の陽極電極棒と相対する位置に、陽極電極棒へ向かって突出する陰極凸状部と、前記陰極電極棒または／および陽極電極棒の内部を中空として構成され、不活性ガスを通過させる通気管と、前記陽極電極棒と前記陰極凸状部とに挟まれた空間へ向けて、前記通気管を通過する不活性ガスを供給する吹出口とを備えることを特徴とする。

これによれば、陰極全体を鉤型に構成して、陰極凸状部と陽極電極との間をアーク発生部分とするので、高価な陰極電極板や陰極電極の損耗を抑制することが可能となる。また、電極内部を中空として不活性ガスを通し、アーク発生部分の近くに不活性ガスの吹出口を設けることで、不活性ガスをアーク発生部分付近へ効率よく供給して酸素の低減を図ることができ、電極損耗の低減そして電極の長寿命化を実現することができる。

ここで、前記陰極凸状部は、陽極電極棒へ向かって狭まるテーパー形状であるのが好ましい。

これによれば、陰極凸状部の交換頻度を抑えられるので、メンテナンスコストを削減することができる。

さらに、前記陰極電極棒、前記陰極電極板および前記陰極凸状部と前記陽極電極棒との極性を入れ替える極性入替手段を備えるのが好ましい。

これによれば、陰極と陽極とを極性入替することで、発生させたアークの安定化を図り、加熱能力の向上を実現することができる。

このように、本発明に係る取鍋予熱装置における電極によれば、陰極を、垂下される陰極電極、陰極電極の先端から水平方向に延びる陰極電極板、および、陰極電極板の先端で陽極電極へ向かって突出する陰極凸状部により、鉤型に構成し、陰極凸状部と陽極電極との間でアークを発生させるので、陰極電極板や陰極電極の損耗を抑制することができる。また、電極内部を中空として不活性ガスを通過させ、アーク発生部分の近くに不活性ガスの吹出口を設けているので、不活性ガスをアーク発生部分のすぐ近くに供給して当該付近の酸素を低減することができ、ひいては電極損耗の低減、電極の長寿命化を図ることができる。

取鍋予熱装置の電極部分を示す斜視図である。 電極部分の構成例を示す正面図である。 電極部分の構成例を示す正面図である。 電極部分の構成例を示す正面図である。 従来の取鍋予熱装置の電極部分を簡略化して示す正面図である。

以下、本発明に係る取鍋予熱装置におけるカーボン電極について図を参照しながら説明する。

図１は、取鍋予熱装置の電極部分を示す斜視図である。

取鍋予熱装置は、外皮が鉄鋼製で内壁が耐火物で構成されている取鍋の中心部に、双極のカーボン電極を装入して、双極間に高温のアークを発生、持続させて、その輻射熱を利用して取鍋の内壁の耐火物表面を予熱・保温する装置である。

そして、この取鍋内に装入される双極のカーボン電極が、図１に示す陽極電極１と陰極電極２である。

陽極電極１および陰極電極２は、共に並行して取鍋内に垂下されるカーボン製の電極棒である。ここで、陰極電極２は、先端に陰極電極板３を備え、さらに、陰極電極板３の陽極電極１と相対する位置に、陽極電極１に向けて突出した陰極凸状部４を備えている。すなわち、陽極電極１を昇降させて陰極凸状部４に近づけたり離したりしてアークを発生・消滅させることで、陽極電極１と陰極凸状部４との間をアーク発生部分とするものである。

陰極電極板３および陰極凸状部４も同じくカーボン製である。陰極電極板３は、陰極電極２の先端に接続され、陰極電極２と直交して水平方向に陽極電極１の下方まで延びる板状部材である。この陰極電極板３は、ねじ切り孔を有しており、一般的に陽極電極１や陰極電極２に比べて製造にコストがかかり高価になっている。

陰極凸状部４は、陰極電極板３の先端、つまり、陽極電極１と相対する位置で、陽極電極１に向かって突出しており、陽極電極１に向かって狭まるテーパー状に形成されている。陰極凸状部４は、テーパー形状でなく円柱形状で突出させることにしてもよい。ただ、円柱形状としても、アークの発生により陰極凸状部４は損耗してテーパー形状に近づくことになる。そのため、陰極凸状部４の交換頻度の減少を図ることができるので、予めテーパー形状に形成しておくのが好ましいといえる。

このように、本実施の形態に係る陰極は、陰極電極２、陰極電極板３および陰極凸状部４により、鉤型に、言い換えれば、ひらがなの「し」の形状又はアルファベットの「Ｊ」の形状（各図では左右反転となる）に構成されている。このような構成とすることで、陰極凸状部４と陽極電極１とに挟まれた空間がアーク発生部分となるので、比較的高価な陰極電極板３や陰極電極２の損耗を抑止することができる。

以下では、図１の構成を基本として、電極部分の構成例について説明する。

図２は、電極部分の構成例を示す正面図である。

ここでは、陰極電極２ａが、その内部を中空として、窒素ガス（Ｎ_２）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスの通り道となる通気管５と、不活性ガスがアーク発生部分の近傍に向けて吹き出されるよう開口された吹出口６とを備えている構成例となっている。

このように、不活性ガスをアーク発生部分付近へ供給することにより、アーク発生部分の電極付近の酸素を低減することができ、ひいては電極損耗の低減を図ることができる。

図３は、電極部分の別の構成例を示す正面図である。

ここでは、陰極電極２ｂ、陰極電極板３ａおよび陰極凸状部４ａが、その内部を中空として通気管５ａを備え、陰極凸状部４ａが吹出口６ａを備えている構成例となっている。

この構成例では、吹出口がアーク発生部分の間近に位置することになり、より少ない不活性ガスでアーク発生部分近傍の酸素を低減することができるので、不活性ガスの供給量を抑えることができる。

図４は、電極部分のさらに別の構成例を示す正面図である。

ここでは、図２および図３と異なり、陰極側ではなく、陽極電極１ａが、その内部を中空として通気管５ｂを備え、陽極電極１ａの下端に吹出口６ｂを備えている構成例となっている。

この構成例によっても、吹出口をアーク発生部分の間近に配置して、不活性ガスの供給量を抑えることができる。

以上、説明したように、本実施の形態に係る取鍋予熱装置におけるカーボン電極によれば、陰極を、垂下される陰極電極と、陰極電極の先端から水平方向に延びる陰極電極板と、陰極電極板の先端付近において陽極電極へ向かって突出する陰極凸状部とにより、鉤型に構成し、陰極凸状部と陽極電極との間でアークを発生させるので、高価な陰極電極板や陰極電極の損耗を抑制することができる。

また、電極の内部を中空として、その内部に不活性ガスを通過させ、アーク発生部分の近くに不活性ガスの吹出口を設けているので、不活性ガスをアーク発生部分付近へ供給して酸素を低減することができ、ひいては電極損耗の低減を図り、電極の長寿命化を実現することができる。

なお、ここまで陰極を鉤型に構成する例を説明したが、切替スイッチ等の切替手段により陰極と陽極の極性を入れ替えて、陽極が鉤型となるように構成してもよい。

電流は陽極から陰極に流れるため、主に酸化により消耗する陰極に比べて陽極側の方が消耗の程度が大きく、交換頻度も多くなる傾向にある。そのため、上記実施の形態の陰極を鉤型とする構成では、交換頻度が多い陽極側を交換し易く安価な従来の棒状の電極としている。

ところが、アーク発生中の電子は陰極側から陽極側へ流れており、電子を下から上へ流すよりも上から下へ流す方が、発生させたアークを安定させるうえで好ましい。アークの安定化は、アーク長の延長を可能としアーク面積が増加することで、高温となる加熱部分が増え、加熱能力の向上を可能とする。

したがって、アークの安定化を図るうえで、陰極と陽極の極性入替は有効な方策となりうる。ただし、従来の電極構造で陰極電極板を陽極へ極性入替すれば、高価な陰極電極板を徒に損耗させてランニングコストを増大させてしまうことになる。この点、本発明の電極構造であれば、陰極凸状部が主に損耗し、高価な陰極電極板の損耗を抑制することができるので、ランニングコストの増加を招くことなく、加熱能力の向上を実現することができる。

以上、本発明に係る取鍋予熱装置におけるカーボン電極について、実施形態に基づいて説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき、かつ発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々設計変更が可能であり、それらも全て本発明の範囲内に包含されるものである。

例えば、上記実施の形態では、電極の構成例を図を用いて説明したが、これらに限定されるものではなく、これらを組み合わせて、陰極電極と陽極電極の両方を中空化して不活性ガスを供給するとしてもよい。

本発明は、鋳造工場で用いられる取鍋の予熱保温装置のカーボン電極として利用することができる。

１，１ａ，１１ 陽極電極
２，２ａ，２ｂ，１２ 陰極電極
３，３ａ，１３ 陰極電極板
４，４ａ 陰極凸状部
５，５ａ，５ｂ 通気管
６，６ａ，６ｂ 吹出口

Claims (2)

1. 取鍋内に並行して垂下される陰極電極棒および陽極電極棒と、
   前記陰極電極棒の先端に接続され、水平方向に前記陽極電極棒の下方まで延びる板状部材の陰極電極板と、
   前記陰極電極板の陽極電極棒と相対する位置に、陽極電極棒へ向かって突出する陰極凸状部と、
   前記陰極電極棒または／および陽極電極棒の内部を中空として構成され、不活性ガスを通過させる通気管と、
   前記陽極電極棒と前記陰極凸状部とに挟まれた空間へ向けて、前記通気管を通過する不活性ガスを供給する吹出口とを備え、
   前記陰極凸状部は、円柱形状とした場合に損耗する箇所を予め無くして陽極電極棒へ向かって狭まるテーパー形状となっている
   ことを特徴とする取鍋予熱装置における電極。
2. 前記陰極電極棒、前記陰極電極板および前記陰極凸状部と前記陽極電極棒との極性を入れ替える極性入替手段を備える
   ことを特徴とする請求項１記載の取鍋予熱装置における電極。