JPH04225781A - 直流電気炉における空冷方式の炉底電極 - 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、直流電気炉における炉
底電極の寿命延長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、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通常１本、必要に応じ２
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。

【０００３】交流電気炉は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
が少ない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】直流電気炉における空冷方式の炉底電極に
ついては特開平２−１７３８２号公報および実開平２−
１２１９５号公報に開示されているように多数の小径鋼
棒を炉底耐火物に直立して埋設し、炉底鉄皮外に突き出
した下端部を空気により冷却する炉底電極が知られてい
る。図５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を通して黒鉛電極１８、１本（場合によっては２
本乃至３本）が挿入されており、炉壁１４には水冷パネ
ル２０が取付けられている。 炉底１６の一方の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の他方の端部にスラグを
排出する排滓口２２が設けてある。また炉底１６には鋼
棒製の小径炉底電極３０が多数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。

【０００５】多数の小径電極を炉底に埋設した炉底電極
３０は例えば炉容　１３０ｔチャージ炉では４０ｍｍφ
までの鋼丸棒を　２００本といった多数を炉底１６にス
タンプにより内張りされた耐火物２８′の間に直立して
埋設されており、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より突き出している黒
鉛電極１８が陰極として対向している。

【０００６】図３および図４に示す通り、炉底電極３０
の周囲にはスタンプ材２８′が打設されており、炉底電
極３０の上端面はスタンプ材２８′の上面に露出してお
り、また下端部は底板１６ａから炉外に突出され底板１
６ａと離間して設けた電極支持板３２に達していて、締
付ナット７により固定されている。また電極支持板３２
の中央部に接続した導電体からなる空気供給管３４から
電極支持板３２と底板１６ａとの間に送風機（図示せず
）から冷却用空気を供給することによって炉底電極３０
の下端部を冷却した後、排出管２１に排出するようにな
っている。なお通常底板１６ａの上のスタンプ材２８′
および空気供給管３４は炉底電極３０と一体に構成され
ていて、これらをブロックとして取替ることができる。 ４は底板１６ａと炉底鉄皮１６′を絶縁する絶縁体を示
す。５　は水冷式の給電ケーブルであり、電流の供給ル
ートはホットヒールが形成された段階では給電ケーブル
５→空気供給管３４→電極支持板３２→炉底電極３０→
溶鋼→スクラップ→上部の黒鉛電極１８となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記のような構造の鋼
丸棒製からなる多数の小径炉底電極３０を用いて直流電
気炉を操業するに際し、炉底電極３０に数１０ｋＡの電
流を流すと炉底電極３０内にはジュール熱が発生し、電
極温度が上昇するが、一方ではこのような通電状態にあ
る時は直流電気炉内には溶鋼が存在する。特に溶解末期
から精錬期においては炉内の溶鋼温度は１５５０〜１７
００℃程度になるので、この熱を受けて炉底電極３０の
温度が上昇することになる。

【０００８】この状態で直流電気炉の操業を継続すると
、鋼製の炉底電極３０は炉内側から溶解されるが、当該
溶解が炉底電極３０の全長にまで進行すると、直流電気
炉の炉底は開孔されたと同然の状態になり溶鋼が激しく
漏洩して直流電気炉を正常な状態に維持することが不可
能になる。このような鋼丸棒製の炉底電極３０の溶解に
よるトラブルを防止するため電極支持板３２の中央部に
接続した空気供給管３４から冷却用空気を供給して強制
冷却するのである。このとき、炉底電極３０の配置には
関係なく電極支持板３２の中央部に設けた空冷管３４か
ら供給された空気は底板１６ａと電極支持板３０の間を
通過する間に上流側の炉底電極３０から下流側にかけて
順次冷却することになる。

【０００９】しかるに多数の小径電極３０が円柱状の鋼
丸棒製であるため、上流側から下流側に向けて流れる間
に電極３０の後流部に空気流の剥離現象を生じ、多数の
炉底電極３０ではこの剥離現象に起因する冷却能力の極
端に劣る領域を生じ、冷却不十分となり、冷却部全体で
の平均熱伝達率の低下を招くことになる。炉底電極の発
熱が炉外部からの空気冷却による抜熱を上廻る場合には
溶解して漏鋼に至る危険性がある。

【００１０】本発明は前記従来技術の問題点を解消し、
直流電気炉の炉底に配設された多数の空冷方式の炉底電
極を全体として平均熱伝達率を向上させることを目的と
するものである。

【００１１】

【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、直流電気炉の炉底耐火物に直立して多数埋
設され炉底鉄皮外に突き出した下端部を空気冷却する炉
底電極において、前記炉底電極を同一断面積を有する円
柱よりも周長の長い断面形状とし、当該炉底電極の炉底
鉄皮外に突き出した下端部を空気冷却するように構成し
てなる直流電気炉における空冷方式の炉底電極である。

【００１２】なお、前記形状の炉底電極を長軸と短軸を
有する断面形状とし、当該炉底電極の炉底鉄皮外に突き
出した下端部の長軸に直角に気流を向けて空気冷却する
ように構成するのが好ましい。

【００１３】

【作　　用】炉底電極を同一断面積を有する円柱よりも
周長の長い断面形状として空気冷却する面積を増大し、
全冷却面での平均熱伝達率の向上を図る。好ましくは同
一断面積を有する円柱より周長の長い断面形状とすると
共に、長軸と短軸を有する断面形状とし、長軸に直角に
気流を向けて空気冷却することにより全冷却面での平均
熱伝達の一層の向上を達成する。

【００１４】

【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。以下、本発明を炉底中心部分から放射状に気流
を送り込むように、炉底電極配置した場合の実施例を図
面に基づいて説明する。まず図１は本発明に係る空冷式
の直流電気炉の断面概略図、図２はその平面図であり、
図５に示す従来例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。

【００１５】図５に示す従来例では炉底１６には径の小
さい鋼棒製の炉底電極３０が多数埋設されているが、本
発明においては、炉底耐火物２８′に埋設され、炉外に
突き出した下端部を空気冷却する炉底電極３０を長軸と
短軸からなる長辺形状の平鋼製とし、その長軸に直角に
気流を向けて空気冷却するように構成するものである。 すなわち図１に示すように、電極支持板３２の中央部に
接続された空気供給管３４から供給された空気は、電極
支持板３２と底板１６ａとの間を上流側から下流側に流
れながら炉底電極３０の下端部を冷却する。平鋼製の炉
底電極３０はその長軸に直角に気流が向くように中心点
に向けて放射状に配列されている。

【００１６】このため、空気供給管３４から供給される
冷却空気は放射状に配列された同一断面積を有する円柱
よりも周長の長い断面形状の平鋼製の炉底電極３０の長
軸に直角な長辺面に接触して冷却を促進しながら図２に
矢印で示すように中心部の上流側から放射状に拡がり炉
底外周部に達して排出管２１から大気中に放散される。 このような空気冷却により炉底電極３０の冷却部全体で
の平均熱伝達率を向上する。

【００１７】なお、図１および図２においては、平鋼製
の炉底電極３０を放射状に配列するものについて説明し
たが、場合によっては断面形状が３角形、５角形などの
多角形あるいは長円形や楕円形などの長軸と短軸を有す
る断面形状として同一面積を有する円柱よりも周長の長
い形状にして、電極の単位質量当たりの冷却面積を大き
くすることもできる。

【００１８】強制対流熱伝達に関する下記の式（１）お
よび（２）から導かれる計算式（３）に基づいて従来の
円柱状炉底電極と本発明の平鋼炉底電極の熱伝達率を求
めると次のようになる。 Ｎｕ＝ｋ・Ｒｅｎ　・Ｐｒ１／３　…（１）Ｎｕ＝αｄ
／λ　　　　　　　　…（２）Ｎｕ：ヌセルト数、Ｒｅ
：レイノルズ数、Ｐｒ：プラントル数、α：熱伝達率、
ｄ：代表長さ、λ：空気の熱伝導率。

【００１９】（１）、（２）式より、 　　　　　　α＝ｋ・（λ／ｄ）・Ｒｅｎ　・Ｐｒ１／
３　　　　　　　　　＝ｋ・（λ／ｄ）・｛（υｄ／ν
）ｎ　｝・Ｐｒ１／３　…（３）係数ｋ、ｎは円柱状の
鋼丸棒製の炉底電極の場合表１、それ以外の断面形状を
もつ炉底電極の場合には表２に示す値をとる。４２ｍｍ
φの円柱状の炉底電極とこれと断面積のほぼ等しい９０
ｍｍ×１６ｍｍ長方形断面の平鋼製炉底電極の冷却部平
均熱伝達率をそれぞれαｐｉｎ　、αＦＢと表すと、気
流温度５０℃、冷却空気の平均流速３ｍ／ｓの場合を例
に熱伝達率αと算出する。

【００２０】 　　　　　　αｐｉｎ　＝ｋ・｛０．０２３９／（４２
×１０−３）｝・〔｛（３×４２×１０−３）／（０．
１８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　λ／ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　Ｒｅ　　　　　　　　　　
　　　　５×１０−４）｝ｎ　〕・　０．７０８１／３
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　Ｐｒ　　　　　　　　　　　　
　＝　０．１９３×　０．５６９×６８１１０．６１８
　×０．７０８１／３　　　　　　　　　　　　＝２３
ｋｃａｌ／ｍ２ｈ℃　　　　　　αＦＢ　　＝ｋ・｛０
．０２３９／（９０×１０−３）｝・〔｛（３×９０×
１０−３）／（０．１８　　　　　　　　　　　　　　
５×１０−４）｝ｎ　〕・　０．７０８１／３　　　　
　　　　　　　　　＝　０．２２８×　０．２６６×１
４５９５０．７３１×０．７０８１／３　　　　　　　
　　　　　＝６０ｋｃａｌ／ｍ２ｈ℃となり、本発明の
平鋼製炉底電極によれば、従来の丸棒製炉底電極は約３
倍の熱伝達率をなることが分かる。

【００２１】本発明の平鋼製炉底電極（ＦＢ９０×１６
）および従来の鋼丸棒製炉底電極（４２φ）をそれぞれ
冷却部長を　２００ｍｍとして冷却空気の電極表面流速
３ｍ／ｓで冷却した。その結果、本発明の平鋼製炉底電
極では平均熱伝達率約６０ｋｃａｌ／ｍ２ｈ℃が、また
従来の鋼丸棒製炉底電極では約２０ｋｃａｌ／ｍ２ｈ℃
と、計算とほぼ一致した。表　　１円形断面の場合の係
数ｋ、ｎ

【００２２】

【表２】

【００２３】前記のように炉底電極の気流によって抜熱
される部分における断面積に対する周長（伝熱面）の比
が円柱よりも大きくなる異形断面を採用すれば冷却の効
果は増大する。 　　　　　　断面積／（周長）２＝｛πｒ２　／（２π
ｒ）２｝＝１／４π≒０．０７９６　　即ち〔｛断面積
／（周長）２｝×１００　〕＞７．９６が成り立ってい
る。

【００２４】長円形、多角形などの異形断面を採用する
ことにより本発明の効果を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば従来
に比較して炉底電極の冷却部全体での平均熱伝達率の向
上が達成され、炉底電極の溶解による漏鋼などのトラブ
ルが解消され、直流電気炉の操業度向上が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視を示す平面図である。

【図３】従来例を示す断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ矢視を示す平面図である。

【図５】従来例の全体配置を示す断面図である。

【符号の説明】

４　　　　　　　　絶縁体 ５　　　　　　　　給電ケーブル １６ａ　　　　　　底板 １６′　　　　　　炉底鉄皮 ２８、２８′　　炉底耐火物 ３０　　　　　　　　炉底電極 ３２　　　　　　　　電極支持板 ３４　　　　　　　　空気供給管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　直流電気炉の炉底耐火物に直立して多
   数埋設され炉底鉄皮外に突き出した下端部を空気冷却す
   る炉底電極において、前記炉底電極を同一断面積を有す
   る円柱よりも周長の長い断面形状とし、当該炉底電極の
   炉底鉄皮外に突き出した下端部を電極長軸側に直角に当
   たる空気流により空気冷却するように構成してなる直流
   電気炉における空冷方式の炉底電極。
2. 【請求項２】　　炉底電極を長軸と短軸を有する断面形
   状とし、当該炉底電極の炉底鉄皮外に突き出した下端部
   の長軸に直角に気流を向けて空気冷却するように構成し
   てなる請求項１記載の直流電気炉における空冷方式の炉
   底電極。