JPH02272292A - 直流アーク炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は、主にスクラップを原料とした製鋼に利用さ
れる直流アーク炉に関する。更に詳しくは上記直流アー
ク炉における炉底に備えさせる炉底電極の冷却横道に関
する。

〔従来の技術〕

直流アーク炉の炉底電極は、たとえば製鋼に利用する場
合、１６００〜１８００℃に達する溶融金属に接触する
と共に電極を流れる高密度電流によるジュール熱によっ
て高温に加熱される。このため炉底電極の消耗が早い、
また炉底電極が過度に溶解して溶融金属が漏出する危険
もあり、炉底電極の冷却が重要視されている。この炉底
電極の冷却法としては、次のようなものがある。即ち、
炉底電極を棒状に形成してその一部を炉底から下方へ突
出させその下部の突出部分の図りに水冷ジャケットを付
設する。その水冷ジャケットに冷却水を通ずることによ
って、上記炉底電極の下部部分を冷却する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような構成のものにおいては、炉底電極の熱は水
冷ジャケット内をその壁に沿って流れていく一部の冷却
水に伝わるのみである。この為、単位水量当りの冷却効
率が低い、従って、炉底電極を充分に冷却するには多量
の冷却水を必要とする。

また上記構造のものにおいては、炉底電極の下部部分と
水冷ジャケットとの間にすき間があるとそこでの熱伝導
が悪くなって上記冷却効率がより一層低下する。この為
、両者は広い面積にわたり均一に接触させて両者間での
熱伝導が良好となるようにする必要がある。しかし炉底
電極は炉の操業時の熱によって半径方向に膨張する。し
がもその膨張量は、上記下部部分において炉底がら遠い
部分か近い部分かの違いによって、各々の部分で温度が
違う為に相違する。従って、炉底電極の下部部分に対し
て水冷ジャケットを上記のように広い面積にわたり均一
に接触させることは極めて難しい。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは次の通りである。

本発明の目的は、橿めて少ない量の冷却水でもって炉底
電極の高い冷却効果を得ることができるようにした直流
アーク炉を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、上記のような高い冷却効果
を、簡易な構造でもって得ることができるようにした直
流アーク炉を提供することである。

本発明の他の目的は炉底電極の冷却が安全な状態で行な
われるようにしてある直流アーク炉を提供することであ
る。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。

〔作用〕

上部電極及び炉底電極を通して通電がなされることによ
り炉体内ではアークが発生され、炉体内に装入されてい
る溶解原料が溶解される。

上記溶解の過程において、炉底電極における炉底から下
方へ突出する下部部分にはスプレーノズルから冷却水の
ミストが直接に吹き付けられ、そのミストによって炉底
電極が冷却される。

〔実施例〕

以下本願の実施例を示す図面について説明する。

本願の直流アーク炉の第一の実施例は、第１図に示され
ている。直流アーク炉の炉体１０は、炉底１２を備える
炉本体１１と炉蓋１３とからなる。基礎１４上には傾動
機構１５．１６が設置されており、これらが炉体ｌＯを
傾動自在に支持している。

次に上部電極設備について説明する。上部電極１７は炉
１１３を貫通して設けられ、その下端は炉本体１１の炉
底１２の中央部に向けられている。上部電極１７は電極
クランプ１８および図示しない電極支腕などにより支持
され、図示外の電極昇降機構により上下動可能になって
いる。上記上部電極１７は、図示しない電極母線、可撓
電線および二次母線などを介して、直流電源の例えば陰
極側に接続されている。

次に炉底電極設備１９について説明する。炉底電極２０
は棒状に形成されて、その下部部分２０ａが炉本体１１
の炉底１２から下方に突出しており、その下部部分２０
ａは炉底１２の下方で露出している。炉底電極２０は、
図示しない電極リードによって前記直流電源の例えば陽
極側に接続されている。複数のスプレーノズル２１ａ、
２１ｂは炉底電極２０の下部部分２０ａの周囲および下
方に配設されている。これらのスプレーノズル２１ａ、
２１ｂは、炉底電極２０の下部部分２０ａに対して冷却
水のミスト２２を吹き付けるようになっている。炉底電
極２０及びスプレーノズル２１ａ、２１ｂの下方には冷
却水受２３が設けられ、これには排水管２４が接続され
ている。

出鋼口２５およびストッパ２６が炉本体１１における炉
底１２の右側に設けられている。また炉本体１１の左側
部分には、出滓口２７が設けられている。

上記のように構成された直流アーク炉の作用は次の通り
である。炉体ｌＯ内にスクラップ等の溶解原料が装入さ
れる。前記直流電源から上部電極１７及び炉底電極２０
にアーク発生用の電力が供給される。その電力供給によ
り、炉内では周知の如（アークが発生され、そのアーク
の熱によって上記溶解原料が溶解される。

上記溶解の過程において、炉底電極２０の下部部分２０
ａのまわりおよび下方に配設されたスプレーノズル２１
ａ、２１ｂが下部部分２０ａに向けてミスト２２を集中
的に放射する。冷却水の微粒子から構成されているミス
ト２２は炉底電極２０の下部部分２０ａに直接に接触し
、炉底電極２０から、単位体積当りの大きな接触面積を
通して、ミスト２２へ熱が急速に伝達する。この結果、
炉底電極２０は効果的に冷却される。水冷ジャケット方
式の場合に比較して、はるかに少量の水からなるミスト
２２が同一の冷却効果をあげることができる。また、ミ
スト２２は可視であるので、ミスト２２により炉底電極
２０が冷却される状況が目視により確認される。

容！２０トンの直流アーク炉が従来の水冷ジャケット方
式により冷却されるばあい、可能な溶解回数は約６００
回である。一方、同一容量の直流アーク炉において、炉
底電極２０の下部部分２０ａをスプレーノズル２１ａ、
２１ｂから噴出されるミスト２２により冷却する場合に
は、可能な溶解回数は約８００回に増大した。また１回
の溶解作業に必要なミスト２２の水量は、同一冷却効果
をあげる水冷ジャケットの水量よりもはるかに少ない。

上記の実施例においては、それぞれ１本の上部電極１７
、および炉底電極２０が用いられる。しかしながら、１
本の上部電極１７と複数本の炉底電極２０の組合せ、複
数本の上部量８ｉ１７と１本の炉底電極２０の組合せ、
あるいは複数本の上部電極１７と複数本の炉底電極２０
の組合せも可能である。

第２〜５図においては、炉底及び炉底電極設備の異なる
実施例が示される。これらの図および第１図において、
同一の引用数字をあてられた部材は構成上同一あるいは
類似であるか機能上同一である。引用数字に付されたア
ルファベントの添字ｅ−ｇは、異なる実施例を区別する
ために用いられる。同じ引用数字の部材に関する共通部
分の説明は、最初−回行なわれ、繰り返されない。

第２．３図に示される実施例において、炉底１２ｅは透
孔２９が形成されている本体部２８と、上記透孔２９に
取り外し自在に嵌め込まれている環状部材３０から成る
。上記本体部２Ｂは鉄皮３１とこれに内張すされた炉底
耐火物３２とから成る。上記透孔２９の内周面は上部の
径が大きく下部の径が小さいテーパ状に形成してある。

環状部材３０は炉底耐火物と同様の耐火物で形成してあ
る。環状部材３０は炉底電極貫通孔３３を有しており、
該貫通孔３３に炉底電極２０ｅの上部部分及び中間部分
が挿通されている。

環状部材３０の外周面は上記透孔２９の内周面と同様の
テーパ状に形成してある。その外径は透孔２９の内径よ
りも僅かに小さくしてあり、両者間には粒状の耐火物３
４が充填してある。これは環状部材３０を炉底耐火物３
２に対して固定すると共に、炉底工２ｅの一部を構成し
ている。

炉底電場設備１９ｅは、炉底電極２０１１と、炉底電［
ｇ２０ｅを冷却する為の冷却手段と、炉底電極２０ｅの
位置決をする為の位置決手段と、炉底電極２０ｅに対す
る電気的な接続を行なう為の接続手段とを含む。

炉底電極２０１１は例えば鋼材で形成され、その頂面２
０ｂは炉底１２６上に装入される溶解原料としてのスク
ラップ又はそれが溶けた溶湯と電気的に接続するように
なっている。

次に冷却手段について説明する。炉底電極２０ｅの下部
部分２０ａｅの周側面３７ａは第１のハウジング３５で
取り囲まれている。ハウジング３５は長方形断面の鋼製
環状体で、内側は開いている。スプレー室３６はハウジ
ング３５内に形成され、炉底電ｆｆ１２０ｅの下部部分
２０ａｅの周側面３７ａを取り囲んでいる。

このスプレー室３６内には、下部周側面３７ａに向けら
れた噴出口３８をそれぞれに備える複数のスプレーノズ
ル２１ａｅが配設されている。冷却水供給路３９は各ス
プレーノズル２１ａｅに給水するよう設けられ、図示さ
れない冷却水供給源に連通されている。環状のシール材
４０．４１は炉底電極２０ｅとハウジング３５の内縁と
の間に水密のために詰められている。

排水口４２はハウジング３５の下端部に設けられており
、排水用の絶縁材製のホース４２ａが接続してある。環
状の鍔板４３はハウジング３５の外周に固着されており
、鉄皮３１に固設されたフランジ部４４により例えばア
スベストボードから成る′４ｆＡ縁体４３ａを介して支
承されている。光フアイバー式放射温度計のセンサー４
５はハウジング３５内に設けられ、炉底電極２０ｅの下
部周側面３７ａに向けられており、図示されない温度計
本体に接続されている。

一方、上記下部部分２０ａｓにおける底面３７ｂは第２
のハウジング４６で取り囲まれている。ハウジング４６
は銅製の筒体４７と絶縁物４８を間に挿んで筒体４７の
下端にボルト４９により締付けられた底板５０とからな
る。筒体４７の上端は炉底電極２０ｅの下端部に螺着さ
れている０図示はされていないが、ボルト４９の頭部と
底板５０との間には絶縁材製の座金が、ボルト４９と底
板５０のボルト孔の間側面との間には絶縁材製のスリー
ブがそれぞれ介装されて、筒体４７と底板５０との間が
電気的に絶縁されている。噴出口３８ａを備えた下部ス
プレーノズル２１ｂｅはハウジング４６内に設けられて
おり、噴出口３８ａは炉底電極２０ｅの底面３７ｂに向
けられている。下部スプレーノズル２１ｂｅは図示され
ない冷却水供給源に連通されている。下部スプレーノズ
ル２１ｂｅのための排水口５２は底ｉｓｏに設けられて
いる。

次に位置決手段について説明する。３本の電極支持棒５
３が底板５０に放射状に固着されている。電極支持棒５
３の先端には吊棒５４の下端が嵌合し、吊棒５４の上端
は鉄皮３１に溶接した座５４ａにねじ込まれている。５
５は電極支持棒５３の位置決め用ナツトを、多数の５６
は電極支持棒５３を下向きに付勢する皿ばねの形の圧縮
バネをそれぞれ示す。

次に接続手段について説明する。銅製の端子板５７はハ
ウジング４６の筒体４７に突出状に固定されており、こ
れには炉の直流電源に接続された導体５８が接続されて
いる。

上記構成のアーク炉においては、炉底電極２０ｅは溶湯
から伝達される熱およびアーク電流により発生されるジ
ュール熱によって高温になる。この炉底電極２０ａに対
し、スプレーノズル２１ａｅおよび２１ｂｅがミスｌ−
２２８の形の冷却水を吹付けて、炉底電極２０ｅを冷却
する。吹付けられた冷却水の微粒子は炉底電極２０ｅに
おける下部部分２０ａｅの周側面３７ａおよび底面３７
ｂに次々に直接に接触するので、炉底電極２０ｅは確実
かつ効率よく冷却され、炉底電極２０ｅの温度上昇は一
定限度内に抑制される。

上記冷却の場合、第１及び第２のハウジング３５４６は
冷却水受として機能する。従って、炉底電極２０８に吹
付けられた後の冷却水は第１及び第２のハウジング３５
．４６で受けられる。受けられた水は、それらの底部か
ら排水口４２および５２を経てそれぞれ排出されるので
、冷却水はハウジング３５および４６内にはほとんど滞
留しない、この結果、万一炉底１２６上の溶湯が透孔３
３と炉底電極２０ｅの間に侵入し、そこを通って下方へ
漏出しても、水蒸気爆発事故が生ずる可能性はない、−
層確実に冷却水を排出して滞留水を全く生じさせないた
めに、エジェクタなどの強制排水手段を排水口４２およ
び５２に接続することが特に好ましい。

炉の操業終了後、炉底１２ｅの上に残留した溶湯が凝固
すると、炉底電極２０ｅの溶解した一部が凝固する。こ
のとき、収縮により炉底電極２０６が僅かに上方へ引き
上げられる。しかしながら、次回の操業において、炉底
電極２０ｅの前記凝固部分が再溶解されるときに、炉底
電極２０１１は、電極支持棒５３を介して圧縮ばね５６
により所定の最下位置に引戻される。この結果、炉底電
極２０６の凝固により上昇した部分が炉操業のたびにい
たずらに消耗することが防止される。

炉底電極の温度は、従来は、炉底電極の近傍の炉底耐火
物の温度や冷却水の温度を測定することにより、間接的
に監視されていた。このため炉底電極温度は精度よく決
定されず、また炉底電極の温度変化に対する応答が遅か
った。しかしながら、この実施例においては、炉底電極
２０ｅの温度は光フアイバ式放射温度計のセンサー４５
により直接的に測定され、炉底電極２０ｅの温度は精密
に監視される。

炉底電極２０ｅが長期間使用による消耗の後に交換され
る場合には、排水口４２、底Ｆｉ５０Ｓ導体５８などを
取り外すことにより、炉底型１２０ｅ、筒体４７などの
部材はテーパ状円柱形の環状部材３ｏと共に炉体１０ｅ
内に引き上げられ、ここでこれらの部材が取り外される
。新炉底電極なども同様にして炉体１０ｅの内部側から
装着される。このため、炉体１０ｅの下方に電極棒交換
のための大きな空間は不要である。

本願の炉底電極設備のさらに別の実施例が第４図に示さ
れる。炉底電極２０ｆは、軟鋼棒５９、黒鉛製カップリ
ング６０および銅棒６１とからなる。これらの部材はね
じ込みによって相互に接続されており、全体として、上
部の径が小さく下部の径が大きいテーパ状の円柱形炉底
型ｆｆ１２０ｆを形成している。尚炉底電極貫通孔３３
ｆも同様のテーパ状に形成してある。銅棒６１は表面に
クロムメツキが施され、その周面に複数本の環状の突条
６２が形成されている。この実施例においては、先の実
施例における圧縮ばね５６は用いられていない、炉底電
極２０ｆの軸心部には、上端が有底の熱電対装着孔６３
が穿設されており、この装着孔６３には熱電対６４が挿
入されており、これが装着孔６３の奥部の温度を直接に
測定するようになっている。

上記のように構成された炉底電極設備１９ｆにおいては
、第２．３図に示された炉底電極設備１９ｅにおけるの
と同様に、炉底電極２０ｆが効果的に冷却される。炉底
電極２０１は上部の径が小さく下部の径が大きいテーパ
状の円柱形に作られている。

したがって、炉操業の反復に伴って軟鋼棒５９が繰り返
し溶解および凝固されたときにも、炉底電極２Ｏｆは上
方へ引き上げられない、黒鉛製のカップリング６０は耐
熱性に優れているので、万−軟鋼棒５９が全部溶解した
り、溶湯がカップリング６０まで降下しても、カップリ
ング６０は溶解せず、これらの溶解物がさらに下降する
ことを防止する。銅棒６１は、その低い電気抵抗のため
に少量なジュール熱しか発せず、またその良好な熱伝導
特性のために、軟鋼棒５９およびカンプリング６０への
冷却効果を高める。加えて、銅棒６１の表面に付設され
た突条６２は熱伝達面積を増加し、また吹き付けられ銅
棒６１の表面に沿って流下する冷却水を撹乱して付加的
な冷却効果を生む、ｑのように、銅棒６１の特性および
突条６２の形状が冷却作用に寄与し、炉底型８ｉ２０ｆ
の温度上昇が一定限度内に抑制される。

銅棒６１の表面のメツキは、冷却水によりｗ４棒６１の
表面が劣化することを防止し、長期にわたり良好な冷却
効果を維持する。吊棒５４ｆおよび電極支持棒５３ｆは
炉底電極２０ｆが抜は落ちるのを阻止する。

次に、装着孔６３の底の近傍の温度は熱電対６４により
測定される。この温度は軟鋼棒５９が消耗して頂面２０
Ｍが装着孔６３の底に近づく程高くなる。軟鋼棒５９の
消耗の程度とこの温度との関係は経験的に知られるので
、この温度を測定することにより、軟鋼棒５９の消耗の
程度が簡便に監視される。

次に、第５図には、冷却水の供給、排出に関する異なる
実施例が示される。フィルタ装置６５は冷却水供給路３
９ｇの途中に設けられており、フィルタエレメント６６
は、所定時間、冷却水が通水される毎に順次交換される
ようになっている。供給路３９ｇの一端は給水ポンプ６
７に、他端はスプレーノズル２１ａｇにそれぞれ連通し
ている。

強制排水手段の一つの例として示されるエジェクタ６８
は、その人口６９が冷却水受２３ｇの排水ロア０に連通
している。鉄皮３１ｇの下面には複数の電極取付用の支
片例えばＬ形アングル７３が固定されている。アングル
７３の水平腕には位置決めボルト７４が螺着されている
。電極取付用の鍔板７５は炉底電極２０ｇの側周面に直
接に固設されている。鍔板７５の緑と鉄皮３１ｇとの間
およびボルト７４の上端面と鍔板７５の縁との間には、
炉底電極２０ｇを鉄皮３１ｇから電気的に絶縁するため
の絶縁物７６が介装されている。鍔板７５はボルト７４
により絶縁物７６を介して鉄皮３１ｇに対して押圧され
、垂直方向に位置決めされている。

上記構成の実施例においては、冷却水が一定時間供給さ
れると、フィルタ装置６５が１ステツプ角だけ回動する
。使用済のフィルタエレメント６６は冷却水供給路３９
ｇから外れ、新しいエレメント６６の一つが供給路３９
ｇに介装されて冷却水を濾過する。このようにしてフィ
ルタエレメント６６は自動的に交換され、つねに清浄な
冷却水が供給される。

エジェクタ６日の駆動ロア２には駆動用の水又は水蒸気
が供給される。ミスト２２ｇによる炉底電極２０ｇの冷
却中においては、炉底電極２０ｇの回りやスプレーノズ
ル２１ａｇから冷却水が冷却水受２３ｇに垂れ落ちても
、その冷却水はエジェクタ６８の入口６９から吸引され
て速やかに出ロア１から排出され、冷却水受２３ｇには
滞留しない、これによって、例え炉底１２ｇを通って溶
湯が冷却水受２３ｇに漏れても、水蒸気爆発の危険性は
一層確実に回避される。尚強制排水手段としては、機械
式の吸引ポンプを利用しても良い。

〔発明の効果〕

以上のように本発明では、炉底電極において炉底から下
方に突出する下部部分に冷却水のミストが直接に吹き付
けられる。従って高温となっている炉底電極の熱は、そ
のミストに対して単位体積当りの大きな接触面を通して
伝達される。その結果、少ない量の冷却水にも拘わらず
、炉底電極の冷却効果は極めて高いものとなる効果があ
る。

さらに本発明では上記のように、炉底電極と接触するの
はミストである。従ってスプレーノズルは炉底電極から
離れた位置から上記ミストを噴射すればよく、その構造
は簡易なもので足りる効果がある。

さらに、本発明では炉底電極の下部部分の回りに存在す
る冷却水はミストの状態である。従って、万一、炉内の
高温の溶湯が炉底を通して炉底電極の下部部分の回りに
漏れてきても、冷却水としては極めて体積の小さい上記
ミストがその溶湯に触れて蒸発するのみである。従って
、大量の冷却水に高温の溶湯が触れた場合のような水蒸
気爆発は固より回避される安全性がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は直流アーク
炉の一部縦断の正面図、第２図は炉底電極設備の異なる
実施例を示す縦断面図、第３図は第２図における線■−
■に沿って取られた断面図、第４図は炉底電極設備のさ
らに異なる実施例を示す第２図と同様の図、第５図は冷
却水の供給、排出に関する異なる実施例を示す略示図で
ある。 １０・・・炉体、１２・・・炉底、１７・・・上部電極
、２０・・・炉底電極、２１ａ、２１ｂ・・・スプレー
ノズル。 第 図 第 図 第 図 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉体と、上記炉体における上部に付設した上部電極
   と、上記炉体における炉底に付設した炉底電極とを含む
   直流アーク炉において、上記炉底電極はその下部部分が
   炉底から下方へ突出しており、上記下部部分の回りには
   、該下部部分に対して冷却水のミストを吹き付ける為の
   スプレーノズルが配設されている直流アーク炉。 ２、上記スプレーノズルは、上記下部部分の周側面にミ
   ストを吹き付ける為のスプレーノズルと、上記下部部分
   の底面にミストを吹き付ける為の別のスプレーノズルと
   を含む請求項１記載の直流アーク炉。 ３、上記下部部分の周側面を取り囲む第１のハウジング
   と、上記下部部分の底面を取り囲む第２のハウジングと
   を有し、上記第１のハウジング内に上記周側面にミスト
   を吹き付ける為のスプレーノズルが設けられ、上記第２
   のハウジング内に上記底面にミストを吹き付ける為の別
   のスプレーノズルが設けられている請求項１記載の直流
   アーク炉。 ４、上記炉底は、透孔が形成されている本体部と、炉底
   電極貫通孔を有しかつ上記透孔に取り外し可能に嵌め込
   まれている環状部材とから成り、上記炉底電極貫通孔に
   上記炉底電極が挿通されている請求項１記載の直流アー
   ク炉。 ５、上記透孔の内周面及び上記環状部材の外周面はいず
   れも上部の直径が大きく下部の直径が小さいテーパ状で
   あり、しかもそれら内周面と外周面との間には粒状の耐
   火物が充填されている請求項４記載の直流アーク炉。 ６、上記炉底電極及び電極貫通孔はいずれも上部の直径
   が小さく下部の直径が大きいテーパ状である請求項５記
   載の直流アーク炉。 ７、上記炉底電極の下部部分の回りから流れ落ちる冷却
   水を受ける為の冷却水受が設けられ、該水受けにはそこ
   に受けられた冷却水を強制的に排出する為の強制排水手
   段が付設してある請求項１記載の直流アーク炉。 ８、上記スプレーノズルに対する冷却水の供給路には、
   所定時間の通水が行なわれる毎にフィルタエレメントが
   順次取り替えられるようにしてあるフィルタ装置が介設
   されている請求項１記載の直流アーク炉。 ９、炉底電極の軸心部には底面から有底の熱電対装着孔
   が穿設されており、該装着孔には装着孔の奥部の温度を
   測定する為の熱電対が挿入されている請求項１記載の直
   流アーク炉。 １０、上記炉底は鉄皮と鉄皮に内張りした炉底耐火物と
   から構成されており、上記鉄皮と炉底電極とは電気的に
   絶縁されている請求項１記載の直流アーク炉。