JP7253857B1 - three-phase kryptol furnace - Google Patents
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Abstract
【課題】 クリプトール粒域の均熱性を確保する。【解決手段】 円筒形の炉殻2の内部に炉体耐火物3を設け、3つの給電端子部4を炉殻2の内側に120°間隔で配置し、炉体耐火物3及び給電端子部4の内側にクリプトール粒を充填してクリプトール粒域5とする。クリプトール粒域5の中央上方から、溶解原料Mを装入する。給電端子部4は、クリプトール粒域5の外周に接触する断面円弧状の電極板10と、一端部が電極板10に結合され他端部が炉殻2の外側に突出している給電ロッド11とを有する。さらに、クリプトール粒域5を通って溶解原料Mに向かって上方に排出されるようにキャリアガスを、給電ロッド11を用いて供給するキャリガス供給手段が設けられている。【選択図】 図1An object of the present invention is to ensure uniform heating in a kryptol grain region. SOLUTION: A furnace body refractory 3 is provided inside a cylindrical furnace shell 2, three power supply terminal portions 4 are arranged inside the furnace shell 2 at intervals of 120°, and the furnace body refractory 3 and the power supply terminal portion are arranged. Kryptol grains are filled inside 4 to form a kryptol grain region 5 . The melted raw material M is charged from above the center of the kryptol grain region 5 . The power supply terminal portion 4 includes an electrode plate 10 having an arcuate cross section that contacts the outer periphery of the kryptor grain region 5, and a power supply rod 11 having one end coupled to the electrode plate 10 and the other end projecting outside the furnace shell 2. have Furthermore, a carrier gas supply means is provided for supplying a carrier gas using a power supply rod 11 so as to be discharged upwardly through the kryptol grain region 5 toward the raw material M to be melted. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、三相クリプトール炉に関する。 The present invention relates to a three-phase kryptol furnace.
炭素や黒鉛を素材とするクリプトール粒の集合体に、交流電流を通してクリプトール粒の接触抵抗によるジュール熱によって発生する高熱を利用する、単相電流による単相クリプトール炉は知られている。 A single-phase kryptor furnace using a single-phase current is known, which utilizes high heat generated by Joule heat due to the contact resistance of the kryptol grains by passing an alternating current through an aggregate of kryptol grains made of carbon or graphite.
そこで、そのような単相クリプトール炉を改良し、三相交流を用いたクリプトール炉が開発され、研究所向けの小型超高温溶解炉が先に提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, such a single-phase kryptol furnace has been improved to develop a kryptol furnace using a three-phase alternating current, and a small ultra-high temperature melting furnace for research laboratories has been previously proposed (see, for example, Patent Document 1).
発明者は、さらに研究を進め、クリプトール粒域に熱エネルギーの搬送媒体としてガスを供給することで、クリプトール粒域の均熱性を確保することができる三相クリプトール炉を開発した。 The inventor has further advanced the research and developed a three-phase kryptal furnace that can ensure uniform heating in the kryptol grain region by supplying gas as a thermal energy carrier medium to the kryptol grain region.
本発明は、クリプトール粒域の均熱性を確保することができる三相クリプトール炉を提供する。 The present invention provides a three-phase kryptol furnace capable of ensuring uniform heating in the kryptol grain region.
本発明の一の態様に係る三相クリプトール炉は、筒形の炉殻の内部に炉体耐火物を設け、3つの給電端子部を前記炉殻の内側に120°間隔で配置し、前記炉体耐火物及び前記給電端子部の内側にクリプトール粒を充填してクリプトール粒域とする三相クリプトール炉であり、前記クリプトール粒域の上方に、溶解原料を装入する原料装入部が配置され、前記給電端子部は、前記クリプトール粒域の外周に接触する電極板と、一端部が前記電極板に結合され他端部が前記炉殻の外側に突出している給電ロッドとを有し、さらに、前記クリプトール粒域を通って上方に排出されるように、前記給電ロッドを用いてガスを供給する、ガス供給手段が設けられていることを特徴とする。 A three-phase kryptol furnace according to one aspect of the present invention includes a furnace body refractory provided inside a cylindrical furnace shell, three power supply terminal portions arranged at intervals of 120° inside the furnace shell, and the furnace A three-phase kryptol furnace in which kryptol grains are filled inside the body refractory and the power supply terminal portion to form a kryptol grain region, and a raw material charging portion for charging the molten raw material is arranged above the kryptol grain region. , the power supply terminal portion has an electrode plate in contact with the outer periphery of the kryptor grain region, and a power supply rod having one end coupled to the electrode plate and the other end protruding outside the furnace shell, and A gas supply means is provided for supplying gas using the power supply rod so as to be discharged upward through the kryptor grain region.
このようにすれば、クリプトール粒域に熱エネルギーの搬送媒体としてのガス(キャリアガス)が給電ロッドを利用して供給され、クリプトール粒域の均熱性が確保され、そのキャリアガスによってクリプトール粒域で発生した熱エネルギーが上方に搬送され、クリプトール粒域上方の、装入された溶解原料が効率よく加熱される。 In this way, a gas (carrier gas) as a medium for transporting thermal energy is supplied to the kryptol grain domains using the power supply rod, and the thermal uniformity of the kryptol grain domains is ensured. The generated thermal energy is transported upwards and efficiently heats the charged melted raw material above the kryptol grain area.
前記ガス供給手段は、前記給電端子部に設けられ前記炉殻と前記電極板との間に空隙部を形成する支え枠と、前記給電ロッドに設けられ前記空隙部にガスを供給するガス通路と、前記電極板に設けられ前記空隙部から前記クリプトール粒域に前記ガスを供給する複数の小孔とを有することが望ましい。 The gas supply means includes a support frame provided in the power supply terminal portion and forming a gap between the furnace shell and the electrode plate, and a gas passage provided in the power supply rod for supplying gas to the gap. and a plurality of small holes provided in the electrode plate for supplying the gas from the void to the kryptor grain region.
また、前記ガスは酸化性ガス以外のガス、すなわち非酸化性ガスが好ましく、不活性ガス又は還元性ガスであることが望ましい。不活性ガスとしては、例えば窒素やアルゴン、ヘリウムなど、還元性ガスとしては、例えば水素などが想定される。なお、これに用いるガスは、非酸化性ガスであれば利用できると考えられる。 Moreover, the gas is preferably a gas other than an oxidizing gas, that is, a non-oxidizing gas, and is preferably an inert gas or a reducing gas. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, and helium, and examples of the reducing gas include hydrogen. In addition, it is thought that the gas used for this can be utilized if it is non-oxidizing gas.
前記クリプトール粒域は、鉛直上方から見て、中央の円形状粒域と、その周囲に120°間隔で放射状に設けられた3つの扇形状粒域とを有し、前記電極板は、断面円弧状であり、前記各扇形状粒域の、半径方向外方の端面に前記電極板が接触している、ことが望ましい。 The kryptoll grain region has a central circular grain region and three fan-shaped grain regions radially provided around it at intervals of 120°, and the electrode plate has a circular cross section. It is desirable that the electrode plate is in arcuate shape, and that the electrode plate is in contact with the radially outer end face of each sector-shaped grain region.
また、前記クリプトール粒域の下側に、溶湯受が設けられ、前記溶湯受が、前記クリプトール粒域の中央部分の下側に配置されクリプトール粒を保持する本体受部と、前記本体受部より半径方向外方に延び溶融物を外部に排出する出湯樋部とを有すること、前記溶湯受の本体受部を貫通して、アース電極が設けられていること、が望ましい。 Further, a molten metal receiver is provided below the cryptotol grain region, and the molten metal receiver is arranged below the central portion of the cryptotol grain region and holds the cryptotol grains. It is desirable that the molten metal receiver has a discharge gutter portion that extends radially outward and discharges the molten metal to the outside, and that a ground electrode is provided through the body receiving portion of the molten metal receiver.
さらに、前記電極板は、それぞれ前記各扇形状粒域の、半径方向外方の端面に対して、端面全体を覆うように設けられている、ことが望ましい。 Further, it is preferable that the electrode plate is provided so as to cover the entire end surface of each of the fan-shaped grain regions on the radially outer side.
そして、前記本体受部は、貫通孔を有する周回壁部が設けられた皿形状であり、前記出湯樋部は、通路を有する樋状であり、前記本体受部の周回壁部の内部が、前記貫通孔を通じて、前記出湯樋部の通路に接続されている、ことが望ましい。 The main body receiving portion has a dish shape provided with a surrounding wall portion having a through hole, the hot water discharge gutter portion has a gutter shape having a passage, and the inside of the surrounding wall portion of the main body receiving portion is It is desirable to be connected to the passage of the hot water outlet gutter portion through the through hole.
また、前記クリプトール粒には、コークスからなるクリプトール粒、黒鉛からなるクリプトール粒のいずれかが含まれることが好ましい。すなわち、導電性のある原料からなるクリプトール粒を用いることが好ましく、導電性の高い原料を用いることがより好ましい。なお、導電性を有していれば、例えば炭化ケイ素など、コークスや黒鉛以外の材料を用いることも想定できる。 In addition, it is preferable that the Kryptol grains include either Kryptol grains made of coke or Kryptol grains made of graphite. That is, it is preferable to use kryptol grains made of a conductive raw material, and it is more preferable to use a highly conductive raw material. It should be noted that materials other than coke and graphite, such as silicon carbide, may be used as long as they have electrical conductivity.
また、前記クリプトール粒域において、前記円形状粒域に、コークスからなるクリプトール粒が含まれ、前記扇形状粒域に、黒鉛からなるクリプトール粒が含まれることが望ましい。このようにすれば、比抵抗の小さな黒鉛粒を用いた扇形状粒域の発熱量を小さくし、比抵抗の大きなコークス粒を用いた円形状粒域の発熱力を大きくすることができ、全体として効率のよい発熱粒域を構成することができる。 In the kryptol grain region, it is preferable that the circular grain region contain kryptol grains made of coke, and the fan-shaped grain region contain kryptol grains made of graphite. In this way, the calorific value of the fan-shaped grain regions using graphite grains with a low specific resistance can be reduced, and the heating power of the circular grain regions using coke grains with a high specific resistance can be increased. It is possible to configure an efficient heat generating grain region as
本発明は、クリプトール粒域の均熱性を確保して、クリプトール粒体への投入電力とガスのバランスによってガスの出口温度を自由に変えることができ、溶解原料を効率よく加熱することができる。そして、CO2ガスを発生せず、始動・停止が容易である。 The present invention can ensure uniform heating in the kryptol grain region, freely change the outlet temperature of the gas by adjusting the balance between the power supplied to the kryptol grains and the gas, and efficiently heat the raw material to be dissolved. And it does not generate CO2 gas and is easy to start and stop.
以下、本発明に係る一実施形態について説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。図1は、本発明に係る三相クリプトール炉の概略構造を示す断面図、図2は、図1のA-A線における断面図である。 An embodiment according to the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the schematic structure of a three-phase kryptol furnace according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
図1に示すように、三相クリプトール炉1は、円筒形の炉殻2の内部に断熱ボード7A,7B及び炉体耐火物3が設けられ、炉殻2の内側であって炉床に近い部分に3つの給電端子部4が120°間隔で配置されている。
As shown in FIG. 1, a three-
炉体耐火物3及び給電端子部4の内側は、クリプトール粒を充填してクリプトール粒域5とされ、それらの上側に、排気筒6が設けられている。排気筒6の内部に断熱ボード7C及び排気筒耐火物8(耐火断熱煉瓦)が設けられ、中央に、溶解原料Mを装入する原料装入口9Aが設けられている。
The inside of the
なお、本実施形態では、一例として黒鉛を原料とするクリプトール粒を用いているが、コークスや炭化ケイ素を原料とするクリプトール粒を用いることも可能である。例えば、コークスは黒鉛よりも安価であり、設備が大型化した場合などはコスト面でのメリットが大きい。また、円形状粒域などに炭化ケイ素を用いることで、溶解原料が鉄鋼の場合などに溶鋼への加炭を防ぐことが可能となる。 In the present embodiment, as an example, kryptol grains made from graphite are used, but kryptol grains made from coke or silicon carbide can also be used. For example, coke is cheaper than graphite, and it has a great cost advantage when the equipment is enlarged. In addition, by using silicon carbide in the circular grain regions and the like, it is possible to prevent recarburization of molten steel when the raw material for melting is steel.
クリプトール粒域5は、鉛直上方から見て、中央の円形状粒域5Aと、その周囲に120°間隔で放射状に設けられ中央に向かって徐々に幅が狭くなる3つの扇形状粒域5Bとを有する。そして、扇形状粒域5Bの間には、扇状の炉体耐火物3がそれぞれ配置され、扇形状粒域5Bの上側にも炉殻2の上端まで炉体耐火物3が設けられている。
The
また、円形状粒域5Aの上方中央に対応して原料装入口9Bが設けられている。原料装入口9Bは、円形状粒域5Aとほぼ同径で、原料装入口9Aより大径となっている。 A raw material charging port 9B is provided corresponding to the upper center of the circular grain region 5A. The raw material charging port 9B has substantially the same diameter as the circular grain region 5A and has a larger diameter than the raw material charging port 9A.
各給電端子部4は、クリプトール粒域5の外周に接触する断面円弧状の電極板10(内径R、高さH、半径角60°)と、一端部が電極板10に結合され他端部が炉殻2の外側に突出している給電ロッド11とを有する。そして、電極板10は、それぞれ、各扇形状粒域5Bの、半径方向外方の端面に対して、端面全体を覆うように設けられ、前記端面全体に接触している。
Each power
炉体耐火物3及び各給電端子部4の内側は、電極板10の高さとほぼ同じ高さまでクリプトール粒が充填され、クリプトール粒域5となっている。なお、給電ロッド11は、炉殻2に設けた開口に絶縁物14を介して取り付けられている。また、断熱ボード7Aは、半径方向内方に向かって電極板10付近まで延びる厚さを有する。
The inside of the
また、クリプトール粒域5の下側に、溶湯受12が設けられている。溶湯受12は、高温耐火物からなり、クリプトール粒域5の中央部分である円形状粒域5Aの下側に配置される皿形状の本体受部12Aと、本体受部12Aより半径方向外方に延び溶融物を外部に排出する樋形状の出湯樋部12Bとを有する。
In addition, a
本体受部12Aの周回壁部12Aaに貫通孔12Abが設けられ、その貫通孔12Abを通じて、本体受部12Aの内部と出湯樋部12Bの通路部分とが連通している。本体受部12A内にもクリプトール粒が充填され、円形状粒域5Aの一部となっている。そして、クリプトール粒域5内を滴下してくる溶湯を集めやすいように円形状粒域5Aとほぼ同じ外径を有し、下方に突出する筒状部を含む皿形状となっている。
A through hole 12Ab is provided in the peripheral wall portion 12Aa of the main body receiving portion 12A, and the interior of the main body receiving portion 12A and the passage portion of the outlet gutter portion 12B communicate through the through hole 12Ab. The body receiving portion 12A is also filled with kryptol grains and forms part of the circular grain region 5A. It has approximately the same outer diameter as the circular grain region 5A so as to easily collect the molten metal that drips inside the
これにより、クリプトール粒域5内を滴下してくる溶湯を本体受部12Aで受け、出湯樋部12Bを介して外部に排出するようになっている。
As a result, the molten metal dripping inside the
溶湯受12の本体受部12Aを貫通して、黒鉛製のアース電極13が設けられ、三相電流の安定化が図られている。13aはアース電極端子である。
A
各給電端子部4は、図1及び図3に示すように、電極板10、給電ロッド11のほか、炉殻2と電極板10との間に、閉空間である空隙部Sを形成する支え枠15と、給電ロッド11に設けられ空隙部Sに熱エネルギーの搬送媒体としてのガス(キャリアガス)を供給するガス通路11aと、電極板10に設けられ空隙部Sからクリプトール粒域5にキャリアガスを供給する複数の小孔10aとを有する。16は給電ケーブルである。
As shown in FIGS. 1 and 3, each power
各給電端子部4では、給電ロッド11からガス通路11aを通じて支え枠15の空隙部S内にキャリアガスが供給され、そのキャリアガスが、電極板10に設けられた多数の小孔10aより扇形状粒域5Bに供給される。その後、キャリアガスは、中央の円形状粒域5Aに向かって流れて互いに衝突し、それから上方に向かって流れ、排気筒6を通じて排出されるようになっている。
In each power
このように、クリプトール粒域5を通って溶解原料Mに向かって上方に排出されるようにキャリアガスを、給電ロッド11(ガス通路11a)を用いて供給するキャリアガス供給手段が構成されている。
In this manner, the carrier gas supply means is configured to supply the carrier gas using the power supply rod 11 (gas passage 11a) so as to pass through the
三相クリプトール炉1の回路は図4に示すように構成され、受電キュビクル21から単相変圧器22を介して各給電端子部4に接続されてなり、三相の低圧大電流の交流電流を炉1に供給すると、内部に充填されたクリプトール粒(クリプトール粒域5)が発熱し、高温が発生する。なお、三相交流の負荷抵抗T1は、スター結線形を用いているが、図5に示すように、デルタ結線形の負荷抵抗T2とすることも可能である。
The circuit of the three-
このような本発明に係る炉は、クリプトール粒領域の容積が、従来の炉(特開昭59-225283号公報参照)に比べて大きくすることができるので、投入された電力が同じであれば、発生する高温体の温度は低くなる。これは、鉄・銅・アルミニウム合金のように融点の低い金属の溶解に適しており、一般の生産炉への適用が容易である。 In such a furnace according to the present invention, the volume of the kryptol grain region can be increased compared to the conventional furnace (see Japanese Patent Laid-Open No. 59-225283), so if the power supplied is the same, , the temperature of the generated hot body becomes lower. This is suitable for melting metals with low melting points such as iron, copper and aluminum alloys, and can be easily applied to general production furnaces.
また、生産炉として使用されるものであるから、500kVA以上の大型変圧器を用いるが、クリプトール粒の抵抗値は非常に小さいものであるため、変圧器の二次側出力電圧は小さく、二次電流は大きくなる。二次電流が30kVA以上となると、変圧器の二次側導体の交流インピーダンスを極力小さくする必要があり、二次側導体長をできるだけ小さくしなければならない。そのために、トランスは単相電圧器3台に分けて電極端子部のすぐ近くに配置しているのである。 In addition, since it is used as a production furnace, a large transformer of 500 kVA or more is used. current increases. When the secondary current is 30 kVA or more, it is necessary to minimize the AC impedance of the secondary conductor of the transformer, and to minimize the length of the secondary conductor. For this reason, the transformers are divided into three single-phase voltage generators and arranged in close proximity to the electrode terminals.
(二枚の電極端子板に挟まれた扇状クリプトール粒域の抵抗値について)
続いて、クリプトール粒域5の電気抵抗について説明する。
図6(a)(b)に示すように、高さHの扇形状粒域101の内側と外側に金属製の電極板102,103を設け、電極板102,103間に交流電圧を印加すると、電極板102,103間に交流電流が流れるが、そのときの電極板102,103間の交流抵抗を求める。扇形状粒域101の中心点Oから半径aの位置にある厚さΔaの弧状部分を想定すると、この弧状部分の抵抗値ΔRは、下記の数式1で表すことができる。
(Regarding the resistance value of the fan-shaped kryptol grain region sandwiched between two electrode terminal plates)
Next, the electrical resistance of the
As shown in FIGS. 6A and 6B,
Δaを極限まで小さくした場合のΔRをdRとすると、下記の数式2のようになる。
If dR is ΔR when Δa is made as small as possible, then
したがって、電極板102,103間の総抵抗Rは、dRをa1からa2まで積分したものであるから、下記の数式3のようになる。
Therefore, since the total resistance R between the
供給されたキャリアガスはクリプトール粒域5(円形状粒域5A,扇形状粒域5B)で発生したジュール熱を吸収して高温となるが、そのときの温度は次の数式4によって与えられる。 The supplied carrier gas absorbs the Joule heat generated in the kryptol grain regions 5 (circular grain regions 5A and fan-shaped grain regions 5B) and reaches a high temperature.
例えばキャリアガスをArガスとし、それぞれの値をEg=30kW、η=0.8、Vg=60Nm3/h、γg=1.784kg/Nm3、Cp=0.522kJ/kg℃とすれば、下記の数式5となる。
For example, if the carrier gas is Ar gas and the respective values are Eg = 30 kW, η = 0.8, Vg = 60 Nm 3 /h, γg = 1.784 kg/Nm 3 , Cp = 0.522 kJ/kg°C,
この高温ガスの保有熱量により、円形状粒域5Aの上部に置かれた被溶融原料の加熱及び溶解が行なわれる。つまり、給電端子部4より供給された不活性ガスが、クリプトール粒域5で発生する熱エネルギーの搬送媒体(キャリアガス)となっている。なお、キャリアガスは原料の加熱及び溶解に使用された後、ガス冷却器や集塵機を経て回収すれば、給電端子部4から供給するキャリアガスとして再使用することができ、非常に経済的である。
The material to be melted placed above the circular grain region 5A is heated and melted by the amount of heat possessed by this high-temperature gas. In other words, the inert gas supplied from the power
(高さHの円形粒域に三相交流電量を流した場合の抵抗値について)
図7に示すように、クリプトール粒域5の円形状粒域5Aの直径をDとすると、他の寸法は次の数式6のようになる。
(Regarding the resistance value when three-phase alternating current is applied to a circular grain area of height H)
As shown in FIG. 7, if the diameter of the circular grain region 5A of the
r2の値はどのように決めてもよいが、ここでは0.7Dとする。 Although the value of r 2 may be determined in any way, it is set to 0.7D here.
そして、三相炉であるから,3つの電極板10から三相交流電流がクリプトール粒域5の扇形状粒域5B内に流れ込むことになり、このクリプトール粒域5(厚さH)が三相負荷抵抗になる。
Since it is a three-phase furnace, the three-phase alternating current flows from the three
図8において、R1部、R3部、それらの間のR2部の3つのゾーンを想定する。この3つのゾーンを合わせたものは、太線で囲まれたクリプトール粒域とほとんど重なっている。したがって、R1,R2,R3それぞれのゾーン抵抗値が得られれば、クリプトール粒域の抵抗値Rは,3つの抵抗値を足したもので近似できるので、この3つの抵抗値を求めることにする。そして、R1に、前述した数3の式を適用すると、次の数式7によって表すことができる。
In FIG. 8, three zones are assumed: part R 1 , part R 3 and part R 2 therebetween. The sum of these three zones almost overlaps with the kryptoll granulosphere bounded by the thick line. Therefore, if the zone resistance values of R 1 , R 2 , and R 3 are obtained, the resistance value R of the kryptor grain region can be approximated by adding the three resistance values. to Then, by applying the
R3についても同様に表すと、次の数式8のようになる。
If R 3 is expressed in the same way, the following
R2の部分については、このままの形状では抵抗値を求めるのは困難なので、0.8L×0.8Bの長方形のゾーンに置き換えて抵抗値を求める(図9参照)。 Since it is difficult to determine the resistance value of the R 2 portion as it is, the resistance value is determined by replacing it with a rectangular zone of 0.8L×0.8B (see FIG. 9).
上式において、θ1=60°=π/3,θ2=90°=π/2であるから、これを代入すると数式10となり、Rを求めることができる。 In the above equations, θ 1 =60°=π/3 and θ 2 =90°=π/2.
この式では、Dの値を含まないことに注目すべきである。円形のクリプトール粒域の直径Dは、炉の大きさを決める基礎となる基準円直径であるが、三相交流負荷抵抗Rは、Dの大きさと無関係に、クリプトール粒域の高さHとクリプトール粒の比抵抗ρによって決まることが分かる。 Note that this formula does not include the value of D. The diameter D of the circular kryptol grain region is the reference circle diameter that is the basis for determining the size of the furnace. It can be seen that it is determined by the specific resistance ρ of the grain.
上記炉によれば、中央部のクリプトール粒域を円形にして給電端子部4よりの三相の電極電流が、扇形状粒域5Bを通じて円形状粒域5Aに拡散して流れることによって粒域全体が発熱域となっている。クリプトール粒域5の大きさに見合った電流を供給することによって発生する高温を自由に設定できるため、設備の大きさに限界はなく、いくらでも大形の高温発生炉にすることが可能である。よって、溶融温度が1000℃~1800℃くらいの金属や金属酸化物の生産炉に適している。
According to the above furnace, the central kryptol grain region is made circular, and the three-phase electrode current from the power
電極端子として黒鉛電極棒ではなく、断面円弧状の金属製電極板10を用い、その電極板10の内側にクリプトール粒域5(扇形状粒域5B)を設けた構造とすることで、電極板10とクリプトール粒域5(扇形状粒域5B)との接触部の面積を大きくして、その部分に発生する接触抵抗による発熱をできるだけ小さくなるようにしている。給電端子部4の電力損失を小さくすることができ、炉設備の大型化も容易になる。
By using a
このように給電端子部4があまり高温にならないので、水冷化の必要はなく、キャリアガスによる冷却(空冷)で対応できる。よって、本発明に係る三相クリプトール炉は、次のような効果を発揮する。
Since the power
(i)中央部のクリプトール粒域の均熱性を確保する。
給電端子部4からクリプトール粒域5に向かってArガスやN2ガスのような不活性ガスをキャリアガスとして供給するので、クリプトール粒域5内で発生する局所的な不均一発熱が平準化されて、クリプトール粒域5全体に亘っての均熱性が確保され、溶解原料Mが効率よく加熱される。
(i) Ensure uniform heating in the central kryptol grain region.
Since an inert gas such as Ar gas or N 2 gas is supplied as a carrier gas from the power
(ii)クリプトール粒域5への投入電力とキャリアガスのバランスによってキャリアガスの出口温度を自由に変えることができる。
クリプトール粒域5に投入された電力は、炉体構造に由来する熱損失を除いてほとんどの熱エネルギーはキャリアガスに吸収される。したがって、投入電力を一定とした場合、ガスの出口温度はガスの流量に反比例して変化するので、ガス流量によってガスの出口温度を自由に制御できる。
(ii) The outlet temperature of the carrier gas can be freely changed by adjusting the balance between the electric power supplied to the
Most of the heat energy of the electric power supplied to the
(iii)CO2ガスが発生しない。
CO2ガスが発生しないので、脱炭素を実現する生産設備となる。従来、生産現場で使用されている竪型の連続溶解炉(例えば、キューポラなど)では高温を得るためにコークス燃焼を利用しているので、CO2ガスが大量に発生するが、本発明に係る電熱式キューポラにすれば、鋳物の生産現場における脱CO2ガス化に大きく貢献することができる。
(iii) no CO 2 gas is generated;
Since CO 2 gas is not generated, it will be a production facility that realizes decarbonization. Conventionally, vertical continuous melting furnaces (for example, cupolas) used at production sites use coke combustion to obtain high temperatures, so a large amount of CO 2 gas is generated. Using an electrothermal cupola can greatly contribute to the elimination of CO 2 gasification at casting production sites.
(iv)始動・停止が容易である。
熱源として電力のみを使用しているので、一般の電気炉と同じく炉の始動・停止が容易である。コークス、重油、ガスなどの石化燃料を用いる連続溶解炉は、始動の際、炉況が安定するのに時間がかかる場合が多いが、本発明炉では、始動の際に、始動電流を短時間クリプトール粒域に供給するだけで高温安定状態が得られるので、生産現場における作業性が非常によくなる。
(iv) It is easy to start and stop.
Since only electric power is used as a heat source, it is easy to start and stop the furnace like a general electric furnace. Continuous melting furnaces that use petroleum fuels such as coke, heavy oil, and gas often take time to stabilize the furnace conditions at startup. Since a high-temperature stable state can be obtained only by supplying kryptoll to the grain region, the workability at the production site is greatly improved.
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described with reference to the drawings, but various additions, changes, or deletions can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記した実施形態では、キャリアガスとして不活性ガスのArガスを用いていたが、これ以外の不活性ガスや還元性ガスを用いることもできる。また、H2ガスのような還元性ガスを用いることで、溶解原料が鉄鉱石のような金属酸化物の場合に、原料の還元溶融を行うことも可能である。 For example, in the above-described embodiments, the inert Ar gas was used as the carrier gas, but other inert gas or reducing gas can also be used. Further, by using a reducing gas such as H 2 gas, it is possible to reduce and melt the raw material when the raw material to be melted is a metal oxide such as iron ore.
また、上記した実施形態では、一例として黒鉛を原料とするクリプトール粒を用いたが、コークスや炭化ケイ素を原料とするクリプトール粒を用いることも可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲に含まれる。 In addition, in the above-described embodiment, as an example, Kryptol grains made from graphite are used, but Kryptol grains made from coke or silicon carbide can also be used. Accordingly, such are also included in the scope of the present invention.
1 三相クリプトール炉
2 炉殻
3 炉体耐火物
4 給電端子部
5 クリプトール粒域
5A 円形状粒域
5B 扇形状粒域
6 排気筒
7A,7B 断熱ボード
8 排気筒耐火物
9A,9B 原料装入口
10 電極板
10a 小孔
11 給電ロッド
11a ガス通路
12 溶湯受
12A 本体受部
12Aa 周回壁部
12Ab 貫通孔
12B 出湯樋部
13 アース電極
13a アース電極端子
14 絶縁物
15 支え枠
16 給電ケーブル
M 溶解原料
S 空隙部
1 Three-
Claims (11)
前記クリプトール粒域の上方に、溶解原料を装入する原料装入部が配置され、
前記給電端子部は、前記クリプトール粒域の外周に接触する電極板と、一端部が前記電極板に結合され他端部が前記炉殻の外側に突出している給電ロッドと、を有し、
さらに、前記クリプトール粒域を通って上方に排出されるように、前記給電ロッドを用いてガスを供給する、ガス供給手段が設けられていることを特徴とする、
三相クリプトール炉。 A furnace refractory is provided inside a cylindrical furnace shell, three power supply terminal portions are arranged inside the furnace shell at intervals of 120°, and kryptor grains are placed inside the furnace refractory and the power supply terminal portion. A three-phase kryptol furnace filled to form a kryptol grain region,
A raw material charging unit for charging the raw material to be dissolved is arranged above the kryptol grain region,
The power supply terminal portion has an electrode plate in contact with the outer circumference of the kryptor grain region, and a power supply rod having one end coupled to the electrode plate and the other end protruding outside the furnace shell,
Furthermore, a gas supply means is provided for supplying gas using the power supply rod so as to be discharged upward through the kryptol grain region,
Three-phase Kryptol furnace.
前記給電端子部に設けられ前記炉殻と前記電極板との間に空隙部を形成する支え枠と、
前記給電ロッドに設けられ前記空隙部にガスを供給するガス通路と、
前記電極板に設けられ前記空隙部から前記クリプトール粒域に前記ガスを供給する複数の小孔と、を有する、
請求項1記載の三相クリプトール炉。 The gas supply means is
a support frame provided at the power supply terminal portion and forming a gap between the furnace shell and the electrode plate;
a gas passage provided in the power supply rod for supplying gas to the gap;
a plurality of small holes provided in the electrode plate for supplying the gas from the void to the kryptor grain region;
A three-phase kryptor furnace according to claim 1.
請求項1記載の三相クリプトール炉。 The gas is a gas other than an oxidizing gas,
A three-phase kryptor furnace according to claim 1.
請求項1記載の三相クリプトール炉。 The gas is an inert gas such as N2 or Ar gas, or a reducing gas such as H2 gas.
A three-phase kryptor furnace according to claim 1.
前記電極板は、断面円弧状であり、
前記各扇形状粒域の半径方向外方の端面に前記電極板が接触している、
請求項1記載の三相クリプトール炉。 The kryptoll grain region has a central circular grain region and three fan-shaped grain regions radially provided at 120° intervals around it,
The electrode plate has an arcuate cross section,
the electrode plate is in contact with a radially outer end surface of each sector-shaped grain region;
A three-phase kryptor furnace according to claim 1.
前記溶湯受が、前記クリプトール粒域の中央部分の下側に配置されクリプトール粒を保持する本体受部と、前記本体受部より半径方向外方に延び溶融物を外部に排出する出湯樋部とを有する、
請求項1記載の三相クリプトール炉。 A molten metal receiver is provided below the cryptotol grain region,
The molten metal receiver comprises a main body receiving portion that is arranged below the central portion of the kryptol grain area and holds the kryptol grains, and a pouring gutter portion that extends radially outward from the main body receiving portion and discharges the molten material to the outside. has a
A three-phase kryptor furnace according to claim 1.
請求項6記載の三相クリプトール炉。 A ground electrode is provided through the body receiving portion of the molten metal receiver,
A three-phase kryptor furnace according to claim 6.
請求項5記載の三相クリプトール炉。 The electrode plate is provided so as to cover the entire end surface of each of the fan-shaped grain regions, with respect to the radially outer end surface.
A three-phase kryptoll furnace according to claim 5.
前記出湯樋部は、通路を有する樋状であり、
前記本体受部の周回壁部の内部が、前記貫通孔を通じて、前記出湯樋部の通路に接続されている、
請求項6記載の三相クリプトール炉。 The main body receiving portion has a dish shape provided with a peripheral wall portion having a through hole,
The hot water outlet gutter portion has a gutter shape having a passage,
The inside of the surrounding wall portion of the main body receiving portion is connected to the passage of the hot water outlet gutter portion through the through hole,
A three-phase kryptor furnace according to claim 6.
コークスからなるクリプトール粒、黒鉛からなるクリプトール粒のいずれかが含まれる、
請求項1記載の三相クリプトール炉。 In the Kryptol grains,
Contains either kryptol grains made of coke or kryptol grains made of graphite,
A three-phase kryptor furnace according to claim 1.
前記円形状粒域に、コークスからなるクリプトール粒が含まれ、
前記扇形状粒域に、黒鉛からなるクリプトール粒が含まれる、
請求項5記載の三相クリプトール炉。
In the cryptotol grain region,
The circular grain region contains kryptol grains made of coke,
The fan-shaped grain regions contain cryptotal grains made of graphite,
A three-phase kryptoll furnace according to claim 5.
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