JPH03267684A - 金属を溶解する直流電気炉 - 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〉 本発明は直流アークによって金属の溶解、精錬を行う上
部電極と炉底電極とを備えた直流電気炉に関するもので
ある。

〈従来の技術〉 電気炉には交流電気炉と直流電気炉とがあり、交流電気
炉は３本の黒鉛電極を炉の上方から挿入し、溶鋼を中心
点としてアークを発生させるものであり、また直流電気
炉は黒鉛電極が必ずしも３本ではなく１本乃至３本の電
極を挿入し、炉底部を他方の電極として直流アークを発
生させるものである。

交流電極は３本電極のため炉の上部構造が１３［Ｈにな
ると共に３相アークが相互電磁力により外側に曲げられ
放散熱が多く熱効率が悪い、またアークの曲がりにより
炉壁を局部的に損傷させる。更には！掻消耗量が大きい
ばかりでなく騒音が大きく、フリッカが激しい等の問題
点がある。これに対して直流電気炉は、電極が少ないた
め炉上方の電極周りはシンプルになり、直流電気炉に比
べて黒鉛電極の原単位や電力原単位の低減およびフリツ
カの減少が期待できるという長所がある。

直流電気炉については、日本工業炉協会発行、工業加熱
炉、ｖｏｌ、　２５　（１９８８）、Ｎ［Ｌ２、Ｐ２４
〜３３所載の「直流アーク炉の現状と将来」と題する報
文に述べられているように、直流電気炉の炉底電極には
多数の小径電極を炉底に内張すされた耐火物に直立して
埋設する小径多電極方式および大径の綱丸棒を炉底に１
本乃至３本直立して配設する大径電極方式が知られてい
る。

第２図は小径多電極方式の直流電気炉を示しており、炉
体１０は炉蓋１２、炉壁１４および炉底１６から構成さ
れていて、炉蓋１２を通して黒鉛製の上部電極１Ｂが１
本挿入されている。また炉底１６には鋼棒製の炉底電極
３０（例えば５０〜２００本）がスタンプ材耐火物中に
直立して埋設されている。この方式の場合、炉底電極３
０は空冷式であり、その直径は５０閣φが最大限であり
、小径である。これらの炉底電極３０が電極回路の陽極
を形成し、この陽極に炉１１２より突き出している上部
１を極１８が陰極として対向している。

電力投入回路の受変電トランス２０を介して投入され炉
用トランス２２によって電圧を２００〜８００■くらい
に変圧した後、サイリスタ２４に投入される。

サイリスタ２４は上部電極１８と炉底電極３０とを接続
するｌ系統の電極制御回路に設けてあり、直流電気炉に
よる溶解制御が１系統によって行われる。

そして電圧制御は電極昇降装置（図示せず）による上部
電極１８の位置制御により、またｉｉ流制ｎｌはサイリ
スタ２４の制御により行われる。

このように上部電極！８が１木であるため炉上方の電極
周りがシンプルになり、上部電極Ｉ８の原単位や電力原
単位を期待できるばかりでなく、直流電気炉の溶解制御
を１系統で行えるため制御が容易であるという長所を有
する。

第３回は大径電極方式の直流電気炉を示しており、炉蓋
１２を通して黒鉛製の上部電極１８が３本挿入されてお
り、炉底１６には鋼棒製の水冷式炉底電極３０が成形耐
火物中に直立して３本埋設されている。この場合炉底電
極３０の直径は２５０＋ｍφが最大限である。サイリス
タ２４は３本の上部電極１８とそれぞれ対向する３本の
炉底電極３０が各々単独の電極制御回路を構成しており
電圧および電流を制御するようになっている。このよう
な構成であるので例えば炉用トランス２２の全体のトラ
ンス容量６０ＭＶＡの場合、各々は２０ＭＶＡの範囲で
投入電力を制御するので定常状態ではアークが３本発生
している。

このような大径式炉底電極方式の直流電気炉では、炉底
電極３０が３本ともスラグ付着等により不導通になると
、上部電極１８の１本を陽極側に接続し上部電極１８間
でアークを発生させることによって炉内のスクラップを
溶解させることが可能になる。このような対策では投入
電力が低下するのでスクラップの溶解時間が長くなるけ
れどもとにか＜′Ｗ１流不流通導通策を比較的容易にと
ることができるという長所を有する。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかるに前記第２図の小径多電極方式は多数の炉底電極
３０を有するため施工上の制約から炉底耐火物としてス
タンプ材を使用せざるを得す、寿命が短くなるという欠
点がある。また炉底１を極３０上にスラグが付着する等
の原因により不導通状態になると、その不導通状態にな
った炉底電極数の割合に応じ、残された炉底電極３０の
電流密度が上昇して溶解する部分の長さが増加し、寿命
が短くなる。また炉底電極３０の全数が不導通になると
、上部電極と炉底鉄皮との間に短絡が生じ、鉄皮の溶損
が生じ最悪の場合には炉内からの溶鋼漏れを生じる危険
性がある。

また前記第３図に示す大径電極方式は、上部電極Ｉ８が
従来の交流電気炉と同様に３木であるため電極支持アー
ム、電極昇降装置および電極制御回路が全て３系統必要
であり、設備が複雑で、必然的に設備コストやメンテナ
ンスコストが高くなる。

第４図に示すように炉体１０内における３木の上部電極
１８の位置が炉壁に対して非対象であるため炉壁にコー
ルドスポットやホットスポットが生じ、スクラップが均
一に溶解しない、また上部電極１日に囲まれた炉蓋１２
の小天井１２ａがアークの輻射熱で極端に早く損傷する
。またコールドスポットには、スクラップ非溶解部Ａが
生じるため、この非溶解部Ａを溶解するため余分に電力
を投入することになる。その結果タップからタップまで
の所要時間が延長され、ミノＪ、電極および耐火物の各
原単位が上昇してコスト高になるという問題点があった
。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたものであって、大
径電極方式による直流電気炉を改良し、スクラップの溶
解を迅速に行えると共に炉壁に生じるコールドスポット
やホットスポットを軽減し、コストダウンを達成するこ
とができる金属を溶解する直流電気炉を提供することを
目的とするものである。

〈課題を解決するための手段〉 前記目的を達成するための本発明は、上部電極と炉底電
極とを接続する電極制御回路にサイリスタを設けた金属
を溶解する直流電気炉において、前記の上部電極を１本
とし、炉底電極を複数本とすると共に、前記複数本の炉
底電極の各々に対応させてそれぞれサイリスタを設けた
電極制御回路に構成してなることを特徴とする金属を溶
解する直流電気炉である。

また本発明では、複数本の炉底電極の各々に対応させて
それぞれサイリスタを設けると共に電流計を設けた電極
制御回路にして、各炉底電極の電流値を個別に制御する
ように構成するのが好ましい。

〈実施例〉 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図に本発明の大径電極方式の直流電気炉を示しており
、炉体１０は、炉蓋１２、炉壁１４および炉底１６から
構成されているのは従来例と同じであるが、炉！１２を
通して黒鉛製の上部電極１Ｂが１本挿入されている。ま
た炉底１６には鋼棒製の水冷式でかつ大径の炉底を極３
０が成形耐火物中に複数本直立して埋設されていて、こ
れら複数本の炉底電極３０が電極制御回路の陽極を形成
し、この陽極に炉蓋１２より突き出している１本の上部
電極■８が陰極として対向している。炉底電極の本数と
しては最大ＩＯ本程度であるが３本とするのが最も良い
。

以下炉底１ｔｉａ本の場合について説明する。

電力投入回路の受変電トランス２０を介して投入された
炉用トランス２２によって電圧を２００−８００■くら
いに変圧した後、サイリスタ２４に投入されるのは従来
例と同じであるが、１本の上部電極１８と並列に３個配
設されたサイリスタ２４とがケーブル２８によって接続
され、また３個のサイリスタ２４と３木の炉底電極３０
とはそれぞれ３本のケーブル３２ａ、３２ｂ、３２ｃに
よって接続されており電極制御回路を構成していると共
に各ケーブル３２ａ、３２ｂ、３２ｃには電流計２６が
設けである。

次に本発明の作用について説明すると、炉体１０内にス
クラップ３４を投入後、各サイリスタ２４によって電流
を制御ｎシつつケーブル２８から上部電極１８に電力を
投入すると共に上部電極１８の上下方向の位置を調整し
つつ上部電極１８と３本の炉底電極３０との間に通電さ
れる電流・電圧を調整し発生するアークによってスクラ
ップを溶解する。このとき各炉底電極３０に流れる電流
をケーブル３２ａ、３２ｂ、３２ｃにそれぞれ配設した
電流計２６によって測定される。

スクラップ３４の溶解期にはスクラップの棚吊り、ｍ落
ちあるいはケーブル２８や３２に形成される磁界による
アークの方向不均一等によってスクラップの熔は残りが
生じるので本発明では３本の炉底電極３０に流れる電流
をそれぞれ電流計２６で測定しつつスクラップの熔は残
りが局部的に生じないように各サイリスタ２４によって
きめ細かく電流量を制御してスクラップの均一な溶解を
図る。これによってコールドスポットやホットスポット
の発生を極力低減させる。

炉底電極３０を３本としたのは水冷式の場合、炉底電極
直径を２５０闘φとすると１本当たり最大電流４０００
０Ａ　（アンペア）であり炉容１００　ｔ　／チャージ
規模で必要な１２０００ＯＡが確保される。かくして炉
底を極３０の１本当たりの電流密度を低くできるので電
極溶解量が小さく炉底電極３０の寿命が長くなるからで
ある。また炉底電極３０が３本あるので上面にスラグが
付着して不導通となる機会を分散することができる。

なお上部電極を１本としたのは現在の技術では上部電極
は直径７１１閣φが最大限であり、この場合最大電流１
２００００Ａ程度となり、炉底電極の最大電流４０００
０Ａ　Ｘ　３本で対応可能となるからである。

また上部電極が１本であると炉内の熱負荷が均一であり
、スクラップの均一溶解が行い易くなる。

さらに上部電極近傍では給電ケーブルが１本であるので
磁界によるアークの方向不均一が軽減される。

なお、本発明によりスクラップの溶解処理中に、３本の
炉底電極のうち１本に過大電流が流れた場合、その過大
電流が流れている炉底電極の電流を低下させてもよいが
繁栄、対策として系全体の電流を同時に低下させるよう
にすることも可能である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば大径式電極を有す
る直流電気炉によりスクラップを均一かつ迅速に溶解し
て精錬することができるのでタップからタップまでの時
間が短縮されるので生産性が向上する。

また設備およびメンテナンスに要するコストが比較的小
さいばかりでなく電力、電極および耐火物の各原単位を
小さくすることができその効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は従来例
を示す断面図、第３図は他の従来例を示す断面図、第４
図は第３図の概略平面図である。 １０・・・炉　体、 １４・・・炉　壁、 １８・・・上部電極、 ２２・・・炉用トランス、 ２６・・・電流計、 ３０・・・炉底電極、 ３４・・・スクラップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上部電極と炉底電極とを接続する電極制御回路にサ
   イリスタを設けた金属を溶解する直流電気炉において、
   前記の上部電極を１本とし、炉底電極を複数本とすると
   共に、前記複数本の炉底電極の各々に対応させてそれぞ
   れサイリスタを設けた電極制御回路に構成してなること
   を特徴とする金属を溶解する直流電気炉。 ２、複数本の炉底電極の各々に対応させてそれぞれサイ
   リスタを設けると共に電流計を設けた電極制御回路にし
   て、各炉底電極の電流値を個別に制御するように構成し
   てなる請求項１記載の直流電気炉。