JPH04217783A - 炉底電極を備えた直流電気炉 - 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】

【０００１】

【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、精錬を行う炉底電極へ給電する導電体のうち、
炉体と一体的に傾動する剛性体よりなる可動側導電体を
、当該炉体の下部に支持させると共に、前記炉底電極を
包含する耐火物および鉄皮を一体のブロックとして交換
するため、炉底電極側と給電側とに切り離し可能に接続
するように構成した炉底電極を有する直流電気炉に関す
るものである。

【０００２】

【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、主に溶鋼を介してアークを発生させるものであり、
また直流電気炉は通常１〜３本の黒鉛電極を炉の上方よ
り挿入し、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。

【０００３】交流電極は３本電極のため炉の上部構造が
複雑になると共に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。更には電極消耗量
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、電極本
数を少なくできるため炉上方の電極周りはシンプルにな
り、交流電気炉に比べて黒鉛電極の原単位や電力原単位
の低減およびフリッカの減少が期待できるという長所が
ある。

【０００４】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）、Ｎｏ
．　２、Ｐ　２４〜３３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りされた
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
鋼丸棒を炉底に１本乃至３本を直立して配設する大径電
極方式が知られている。

【０００５】図１０は直流電気炉の断面概略図であり、
炉体１０は炉蓋１２、炉壁１４、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１８が１本
挿入されており、炉壁１４には水冷パネル２０が取付け
られている。炉底１６の右側端部には精錬後の溶鋼を出
鋼する出鋼口２４が設けてあり、炉底１６の、左側端部
にスラグを排出する排滓口２５が設けてある。

【０００６】また炉底１６には鋼棒製の１本の大径炉底
電極３０が例えば炉底電極３０を包含する最少限範囲の
耐火物２８′の損耗が他の部位よりも著しいため損耗が
進行した段階で鉄皮１９′と共にブロックとして新しい
ものと交換可能に炉底耐火物２８に埋設されていると共
に、炉体１０は油圧シリンダ等の傾動装置（図示せず）
によって左右に傾動可能になっている。出鋼口２４の直
下には溶鋼の排出を停止するためのストッパ２６を開閉
自在に設けてある。

【０００７】小径多電極方式の炉底電極は図示を省略し
たが５０〜２００　本の小径鋼丸棒製の炉底電極を包含
する最少限範囲の耐火物が侵食されたら同様にして鉄皮
と共にブロックとして新しいものと交換可能に炉底耐火
物中に埋設されている。なお、前述のように最少限のブ
ロックとしてではなく炉底電極３０および耐火物２８、
２８′を含めた炉底１６を一体で別途準備した新しいも
のと交換する方式も行われている。いずれの交換方式を
採用する場合にも、炉底全体の耐火物のバランスを保ち
炉底電極に掛かる耐火物コストを低く抑えることができ
る。

【０００８】なお大径電極方式、小径多電極方式の場合
を問わず、これらの炉底電極３０が電極回路の陽極を形
成し、この陽極に炉蓋１２より下方に突き出している黒
鉛製の上部電極１８が陰極として対向している。ところ
で上部電極１８を１本だけ使用する場合には、前記図１
０に示すように、上部電極１８は電極支持ポスト２の上
端部から片側に水平に張り出した電極支持フレーム４の
先端部に上昇自在に保持されていて、炉蓋１２の中心部
を貫通して炉体１０内に垂下され炉底電極３０に対向し
ているのは前述の通りである。上部電極１８には水冷ケ
ーブル１３ａが接続されている。

【０００９】一方、炉底電極３０には、固定側導電体１
（例えば剛性体である裸の水冷銅パイプ）から絶縁体で
被覆してある水冷ケーブル１３ｂを介して可動側導電体
５（例えば裸の水冷銅パイプ）が接続されている。この
可動側導電体５は炉底１６の側面に固定された傾動側作
業床２１および炉底鉄皮１９の下部に取付けたブラケッ
ト３に絶縁体６により絶縁した状態で支持してある。な
お可動側導電体５は例えば裸の水冷銅パイプを使用する
のは、炉底１６の下方に存在するため高温に曝されるば
かりでなく、飛散した溶鋼に接触する危険性があるから
である。 絶縁体で被覆されている水冷ケーブル１３ｂは飛散した
溶鋼に接触する危険性のない場所に配設してある。

【００１０】ところで、前述のように炉底電極は大径電
極方式、小径電極方式を問わず炉底電極を包含する最少
限範囲の耐火物を鉄皮と共に局部的ブロックとして、あ
るいは炉底電極を包含する耐火物と共に炉底全体を一つ
のブロックとして交換するようになっている。このため
、局部的ブロックとしてまたは全体的ブロックとして交
換し易くするため、可動側導電体５は炉底電極側と給電
側とに切り離し可能にフランジ２２でボルト等によって
接続してある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】たとえば図１０におい
て、炉底電極３０の耐火物２８′が損耗して使用できな
くなった段階で、直流電気炉の操業を停止し可動側導電
体５の接続部に設けたフランジ２２のボルトをはずして
、炉底電極側の導電体５を給電側の導電体５から分離す
る。そして炉内が冷却してきた段階で、炉底電極３０を
包含する周辺の局部的な耐火物２８′を鉄皮１９′と共
に交換装置を用いて炉内側に押し込み、局部的ブロック
として炉底耐火物２８から離脱させる。

【００１２】かくして損耗したブロックの炉内からの撤
去が完了し、炉底に形成された撤去後の開口の手当てを
行ったら、新しい炉底電極３０および耐火物２８′を鉄
皮１９′と共にブロックとして炉内への取込みを行い、
炉底開口部にセットする。次に炉底電極３０に接続して
ある炉底電極側の導電体５と給電側の導電体５とを互い
のフランジ２２を接合してボルトにより接続する作業を
行う。

【００１３】前述の方法で特に問題になるのは、炉底１
６と一体で傾動する範囲内の炉底電極３０への可動側導
電体５のフランジ２２を介する切離し、または接続方法
である。というのも、新たに用意した交換する範囲の炉
底電極３０を包含する耐火物２８′と、炉底鉄皮１９′
とを局部的ブロックとして、もしくは炉底電極３０を包
含する耐火物２８、２８′と、炉底１６とを一体として
所定の位置に精度よく取付けないと、ブラケット３を介
して炉底１６と一体的に支持してある給電側の導電体５
と炉底電極側の導電体５の接続部、すなわちフランジ２
２にて隙間が発生し、通電時にスパークして溶損する危
険性があるからである。

【００１４】実際には、炉底電極３０を包含する炉底鉄
皮１９′、もしくは炉底１６を所定の位置に高精度に取
付けるのは困難であり、導電体５のフランジ２２接続面
間の隙間がなくなるまで人力にてボルトをきつく締結す
ることにより対応している。電気炉炉底１６下側での作
業性の低い空間での重筋作業であることは否めず能率よ
く作業できない。さらに、導電体５を冷却水により冷却
する場合にはフランジ２２接続面からの水漏れのトラブ
ルの発生も考えられるため、導電体の接続面間を強引に
接続する従来の方法は電気的のみならず機械的な問題を
も含んでいる方法であった。

【００１５】電流を流すことができると共に冷却水を供
給することが可能で、かつ可撓性を有する導電体として
水冷ケーブルが知られており、前記接続部に水冷ケーブ
ルを使用することが考えられる。水冷ケーブルは図９の
（ａ）で側面を示すようにコルゲートコイル部３１、ス
トレート部３２、接触導電部３３および給排水口３４か
ら構成されている。３５はアイボルトを示す。コルゲー
トコイル部３１の内部には図９の（ｂ）にＡ−Ａ矢視断
面を示すように中心部にラバーコア３６が内蔵されてお
り、その周囲に複数本の導電体３７が配置してある。

【００１６】接触導電部３３は接続相手側の鋼板継手部
と接触させ、ボルト孔３９にボルトを通して締め込んで
接続する。給排水孔３４からの給排水される冷却水はコ
ルゲートコイル部３１と導体３７との空間部３８を流れ
る。しかるに水冷ケーブルは下記のような問題点があり
、前記のような接続部に使用するのは適していない。

【００１７】（１）流体の圧力損失が大きい。（２）水
冷ケーブル前後の導体との接続部の効果的な冷却が難し
いため接触面積が大きくなる。（３）長手方向の可撓性
がなくかつ短い長さで使用する時には、長手方向に垂直
な方向には充分な可撓性が得られない。本発明は前述の
事情に鑑みてなされたものであって、炉底電極へ給電す
る導電体のうち、炉体と一体的に傾動する剛性体よりな
る可動側導電体を、炉底電極を包含する耐火物および鉄
皮を局部的あるいは全体的なブロックとして交換する際
に、炉底電極側と給電側とに切り離しおよび接続作業を
容易に行うことができる炉底電極を備えた直流電気炉を
提供することを目的とするものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めの本発明は、炉底電極へ給電する導電体のうち、炉体
と一体的に傾動する剛性体よりなる可動側導電体を、当
該炉体の下部に支持させると共に、前記炉底電極を包含
する耐火物および鉄皮を一体のブロックとして交換する
ため、炉底電極側と給電側とに切り離し可能に接続する
ように構成した炉底電極を有する直流電気炉において、
前記炉体と一体的に傾動する剛性体よりなる可動側導電
体の途中に可撓性を有する導電体を介在させて接続して
なることを特徴とする炉底電極を備えた直流電気炉であ
る。

【００１９】なお、本発明においては、炉底電極側と給
電側とに切り離し可能な剛性体よりなる可動側導電体の
接続部に長手方向および長手方向と直角方向のいずれの
方向にも可撓性を有する導電体と可撓性を有する冷却流
路体とを介在させて接続したり、あるいは可撓性を有す
る導電体と可撓性を有する冷却流路体とが両端部に設け
られたフランジで接続される構造とするのが好ましく、
さらには、可撓性を有する導電体と可撓性を有する冷却
流路体とが両端部に設けられたフランジの周縁部で接続
される銅製平網線と、中央部に接続された冷却流体を通
すゴム製伸縮継手とするのが好適である。両端部フラン
ジを、周縁部の銅製平網線と中央部のゴム製伸縮継手と
の間に配置したボルトで接続するようにしてもよい。

【００２０】以下、本発明の構成を作用と共に図１およ
び図２に基づいて説明する。なお図中、前述図１０のも
のと同じものは同一符号を付して説明の簡略化を図るこ
とにする。先ず本発明では、図１に示すように直流電気
炉の炉体１６と一体的に傾動する剛性体よりなる可動側
導電体５の途中に可撓性導電体７を介在させて、前後の
フランジ２２によって給電側の導電体５と炉底電極側の
導電体５が接続されている。なお、可撓性導電体７を配
設する位置は炉底鉄皮１９に取付けられたブラケット３
の炉底電極側とする必要があり、可及的に炉底電極３０
に近い位置とするのが、炉底電極３０を包含する耐火物
２８′および鉄皮１９′からなるブロックの取付誤差の
給電側導電体５に対する影響を少なくする上からみて好
ましい。

【００２１】前述の構成により、炉底電極３０には固定
側導電体１、水冷ケーブル１３ｂ、給電側導電体５、可
撓性導電体７および炉底電極側の導電体５を通して上部
電極１８との間に電圧を印加してスクラップの溶解およ
び精錬を行う。炉底電極３０の耐火物２８′が損耗して
使用できなくなった段階で、直流電気炉の操業を停止し
、可動側導電体５に介在させた可撓性導電体７の炉底電
極側に設けたフランジ２２のボルトをはずして、炉底電
極側の導電体５を可撓性導電体７から分離する。そして
炉内が冷却してきた段階で、炉底電極３０を包含する周
辺の局部的な耐火物２８′を鉄皮１９′と共に交換装置
を用いて炉内側に押し込み、局部的ブロックとして炉底
耐火物２８から離脱させる。

【００２２】かくして損耗したブロックの炉内からの撤
去が完了し、炉底に形成された撤去後の開口の手当てを
行ったら、新しい炉底電極３０および耐火物２８′を鉄
皮１９′と共にブロックとして炉内への取込みを行い、
炉底開口部にセットする。次に、炉底電極３０に接続し
てある炉底電極側の導電体５と給電側の導電体５に接続
してある可撓性導電体７の炉底電極側のフランジ２２を
接合してボルトにより接続する作業を行う。

【００２３】本発明は前述のように直流電気炉の炉体１
６と一体的に傾動する剛性体よりなる可動側導電体５の
途中に可撓性を有する導電体７を介在させてある。この
ため、炉底電極３０を包含する耐火物２８′および鉄皮
１９′を局部的ブロックとして取付ける際に、所定の取
付け位置に高精度に取付けることができない場合でも、
給電側の導電体５に対する炉底電極側の導電体５のずれ
を可撓性を有する導電体７によって吸収することができ
るので、取付作業が容易となる。

【００２４】なお、図２に示すように、給電側の導電体
５の先端に可撓性導電体７を一体的に接続しておき、炉
底電極３０を包含する耐火物２８′および鉄皮１９′を
局部的に着脱する際に可撓性導電体７のフランジ２２と
炉底電極側の導電体５のフランジ２２とを接続または切
り離すようにしても同様の作用効果のもとに作業を行う
ことができる。

【００２５】導電体５が冷却水等の流体により内部から
冷却されている場合には、図３に示すように導電体５の
途中に可撓性導電体７が介在しているので、給電側の導
電体５と炉底電極側の導電体５とを別途ホース８等によ
って接続し、可撓性導電体７の部分をバイパスさせて冷
却水９を給電側の導電体５からホース８を介して炉底電
極側の導電体５に供給するようにすればよい。

【００２６】なお、可撓性導電体７としては図４に示す
ように例えば銅の平網線、撚線ワイヤ、ジャバラ管など
可撓性を有すると共に、十分な電流を供給し得る断面を
有する導電体であれば使用可能である。その形状につい
ても、管状、撚線状、網線状、平板状など各種形状のも
のが使用できる。また、可撓性導電体７を介在させる位
置は炉底電極を包含するブロックの範囲や交換手段等に
応じ適宜の箇所を選択することができ、剛性体よりなる
可動側導電体に可撓性導電体を介在させることがポイン
トになる。

【００２７】図５に示すように可撓性導電体７の内側に
ゴム製伸縮継手１１を配置し、導電性および可撓性を有
すると共に冷却流体を流せる構造とする。銅製平網線は
長手方向に大きな可撓性を持たせると共に長手方向に直
角な平面内のいかなる方向にも可撓性を持たせる点およ
び小断面で大電流を流せる点の両者を充足するためには
、平網線７の各１本の断面は小さくし、本数を多くして
必要な電流を確保するように構成するのが有利である。

【００２８】可撓性導電体７は図６に示すようにフラン
ジ２２、２２′を用いて接続する構造にして、取外し、
メンテナンス等ができるようにするのが好ましい。とい
うのも、平網線７の素線切れが発生し、断面が減少して
しまった場合には交換する必要があり、かつまた平網線
７の内側にあるゴム製伸縮継手１１も腐食、膨潤等の劣
化が発生した場合には交換する必要があるからである。 これらメンテナンスの容易なように構成できるのは水冷
ケーブルにはない長所の１つでもある。

【００２９】フランジ２２、２２′間はボルト１５によ
る接続が確実であり、かつ信頼性が高いが可撓性導電体
７側のフランジ２２′を小さくするためには、図７に示
すように平網線７とゴム製伸縮継手１１との間にボルト
１５を通した構造にするのが有利である。しかし内側に
手を入れてナットを固定するのが難しいため、可撓性導
電体７側のフランジ２２′にはヘリサート２３を埋め込
みフランジ２２、２２′間をボルト１５により締結する
のが望ましい。というのも、フランジ２２、２２′は銅
製のため鋼製、あるいはステンレス製のボルト１５で締
込んでいった場合フランジ２２′のネジ山がつぶれてし
まう可能性があり、その場合フランジ２２′は再度新作
する必要があるからである。

【００３０】

【実施例】公称　１００トンの炉底電極を有する直流電
気炉において、炉底電極を包含する炉底耐火物および炉
底鉄皮を局部的なブロックとして交換するのに備えて可
撓性導電体を使用した場合について説明する。図８に示
すように剛性を有する導電体として裸の銅水冷管５を用
い、給電側の銅水冷管５と炉底電極側の銅水冷管５との
間を可撓性導電体として銅製平網線７を介在させる。

【００３１】すなわち、銅製平網線７は両端のフランジ
２２′にそれぞれ取付けてあり、両端のフランジ２２′
、２２′は給電側の銅水冷間５に設けたフランジ２２お
よび炉底電極側の銅水冷管に設けたフランジ２２にボル
ト１５を用いて接続されている。また両端のフランジ２
２′、２２′の間にはゴム製伸縮継手１１によって接続
してあり、給電側の銅水冷管５の内部からゴム製伸縮継
手１１を介して炉底電極側の銅水冷管５の内部に冷却水
９を供給するようになっている。

【００３２】直流電流　３５０００Ａ、直流電圧１００
０Ｖ（多少の脈流有）の電流を流してテストした。導電
体５の断面形状は外径　１４０ｍｍφ、内径　１００ｍ
ｍφ、可撓性導電体７は平網線２００ｍｍ２×３２本、
ゴム製伸縮継手１１の内径は８０ｍｍφ、構造はフラン
ジ２２、２２′で接する構造で、ボルト１５締結にはヘ
イサート２３を用い、両端のフランジ２２′と２２′間
寸法は　６００ｍｍ、フランジ２２′の外径は約　４０
０ｍｍφ、雰囲気温度は約５０℃、冷却流体には水を用
い、冷却水温度は３５℃である。

【００３３】１時間通電した結果、スパーク、温度の異
常上昇などの異常は発生せず、長手方向に±３５ｍｍ、
長手方向に垂直な面のいかなる方向にも±３０ｍｍの可
撓性を持たせることができた。また冷却水の圧力損失も
　５００ｍｍ水頭程度であり、充分大流量の流体を低圧
損で流すことができる。さらに取外し、交換もフランジ
２２、２２′間で取外してオフラインでメンテナンスで
き、銅製フランジ２２′のヘリサート２３の損傷もなく
、充分多頻度で交換できる。

【００３４】前述の構成にすることによって炉底電極３
０を包含する炉底耐火物２８′および鉄皮１９′と共に
局部的ブロックとして取付けるに際し、銅製平網線７等
の可撓性導電体を使用しない従来法においては炉底鉄皮
の取付精度を±５ｍｍ以内にして、かつ通電テスト及び
接続部の増締めを少なくとも３回以上行う必要があった
。これに対して本発明を採用したところ、取付誤差が１
０ｍｍもあったにもかかわらず、所定の締結力でボルト
の締付けを完了し、１回の通電テストで次の作業に移る
ことができた。実操業中も次の炉底電極を交換するまで
全くトラブルを起こすことはなく、該可撓性導電体は再
度使用することが可能であった。作業時間も従来法で要
していた時間の約１／５に短縮され、前述のように過剰
な重筋作業も不要になり、本発明がもたらす生産性、安
全性の向上は非常に大きい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、可
撓性導電体が短い長さで十分な可撓性を有するので小型
軽量化できる。また冷却流体の圧力損失が小さいので、
例えば水等の液体を多量に流すことができる。また、炉
底電極を含むブロックを直流電気炉の炉底に取付ける際
の、取付精度に余り左右されることなく、炉体と一体的
に傾動する剛性体よりなる給電側の可動側導電体と炉底
電極側の可動側導電体とを容易に接続することができ、
その作業時間の大幅短縮が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す断面図である。

【図２】本発明の他の構成を示す部分断面図である。

【図３】本発明のさらに他の構成を示す部分断面図であ
る。

【図４】本発明の別の構成を示す側面図である。

【図５】図４のＡ−Ａ矢視を示す断面図である。

【図６】本発明のさらに別の構成を示す側面図である。

【図７】図６の変形例を示す部分断面図である。

【図８】本発明の一実施例に係る直流電気炉の部分断面
図である。

【図９】従来の水冷ケーブルを示す説明図である。

【図１０】従来例の全体構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　固定側導電体 ２　　電極支持ポスト ３　　ブラケット ４　　電極支持フレーム ５　　可動側導電体 ６　　絶縁体 ７　　可撓性導電体 ８　　ホース ９　　冷却水 １０　　炉体 １１　　ゴム製伸縮継手 １２　　炉蓋 １３　　水冷ケーブル １４　　炉壁 １５　　ボルト １６　　炉底 １８　　上部電極 １９　　炉底鉄皮 ２１　　傾動側作業床 ２２　　フランジ ２３　　ヘリサイト ３０　　炉底電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　炉底電極へ給電する導電体のうち、炉
   体と一体的に傾動する剛性体よりなる可動側導電体を、
   当該炉体の下部に支持させると共に、前記炉底電極を包
   含する耐火物および鉄皮を一体のブロックとして交換す
   るため、炉底電極側と給電側とに切り離し可能に接続す
   るように構成した炉底電極を有する直流電気炉において
   、前記炉体と一体的に傾動する剛性体よりなる可動側導
   電体の途中に可撓性を有する導電体を介在させて接続し
   てなることを特徴とする炉底電極を備えた直流電気炉。
2. 【請求項２】　　炉底電極側と給電側とに切り離し可能
   な剛性体よりなる可動側導電体の接続部に長手方向およ
   び長手方向と直角方向のいずれかの方向にも可撓性を有
   する導電体と可撓性を有する冷却流路体とを介在させて
   接続してなる請求項１記載の炉底電極を有する直流電気
   炉。
3. 【請求項３】　　可撓性を有する導電体と可撓性を有す
   る冷却流路体とが両端部に設けられたフランジで接続さ
   れる構造とした請求項１および２記載の炉底電極を備え
   た直流電気炉。
4. 【請求項４】　　可撓性を有する導電体と可撓性を有す
   る冷却流路体とが両端部に設けられたフランジの周縁部
   で接続される銅製平網線と、中央部に接続された冷却流
   体を通すゴム製伸縮継手とからなる請求項３記載の炉底
   電極を備えた直流電気炉。
5. 【請求項５】　　両端部フランジを、周縁部の銅製平網
   線と中央部のゴム製伸縮継手との間に配置したボルトで
   接続してなる請求項４記載の炉底電極を備えた直流電気
   炉。