JPH04227466A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、少なくとも１つの底部
電極と、実質的に直流電流の貫流する電磁石により浴運
動を発生させる手段とを備えた直流アーク炉に関する。

【０００２】この場合、本発明は、例えばアメリカ合衆
国特許第４，０３２，７０４号により明らかにされてい
るような従来技術に関連する。

【０００３】

【従来の技術】直流アーク炉の場合、底部電極は最も大
きな過負荷を受ける構成部材である。この底部電極は、
最も簡単な場合、鋼体から成り、これは炉床およびその
炉壁を貫通して延在しており、炉内部において溶解物に
対する電気的な接触部を形成している。炉床の外側では
、底部電極が炉の電流供給源と接続されている。

【０００４】炉を駆動すると、底部電極は所定の深さま
で溶解する。この溶解物は、炉の溶解物と混ざり合う。 底部電極が溶解する深さは、種々の要因に依存する。即
ち、 ―底部電極を貫流する際に生じるジュール熱の大きさ―
溶解物から底部電極への熱流 ―底部電極を冷却する温度 に依存する。

【０００５】炉の確実な運転を保証するために、炉床接
触部の溶解消耗を制限する必要がある。ジュール熱によ
る加熱は、底部電極のサイズを適切な電流密度に調整す
ることにより制御できる。これに対して、溶解物から底
部電極への熱流は複雑な性質を有しており、この場合、
２つのメカニズムが重なり合っている：溶解物と底部電
極の溶け出した部分とを通って流れる炉電流により浴運
動（電磁的かく拌）が生じ、これは熱交換を促進する。 さらにこの浴運動に、関連文献内において　”化学的沸
騰（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｏｉｌｉｎｇ）”　と称され
ているプロセスが重畳される。このプロセスは、炉床接
触部の溶解部分からの一酸化炭素の遊離に起因する。こ
のような”沸騰”―これは例えば炭素含有量を減少させ
る目的で酸素が吹き込まれる溶解物において生じる―に
よって、底部電極との強力な熱交換が生じ、さらにこれ
によって許容値以下の底部電極の溶解消耗が生じる恐れ
がある。

【０００６】適切な横断面積の底部電極および冷却処理
によって、電磁的な相互作用に起因する浴運動を制御す
ることができ、したがって溶解を制限することができる
。”化学的沸騰（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｂｏｉｌｉｎｇ）
”の障害作用を制限するための、今までで唯一の解決策
は、底部電極を多数の薄い金属棒に分割し、それらをす
べて炉床の耐火性部材に埋め込むことである（ヨーロッ
パ特許出願第００５８８１７号参照）。金属棒が溶解し
た際に残留する、耐火性材料から成るブリッジにより、
底部電極の領域における浴運動が妨げられ、これにより
金属棒の過度な溶解が回避される。しかしこの種の底部
電極は、例えば大きなアーク炉にとっては非常に不経済
である。

【０００７】

【発明の解決すべき課題】このような従来技術を前提と
して本発明の課題は、底部電極が簡単かつ経済的な構造
を有するようにし、さらに底部電極の溶解を簡単に制御
できるようする直流アーク炉を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、電磁石が炉底部の炉壁の下面に直接設けられており
、該電磁石は底部電極を取り囲んでおり、さらに前記電
磁石の磁力線が、実質的に前記底部電極の方向に延在す
るようにしたことによって解決される。

【０００９】

【発明の利点】このようにして、上記磁石は底部電極の
長手方向軸の方向に定常的な磁界を生じさせる。この磁
界は底部電極の固定部分上部の溶解物におけるあらゆる
浴運動を抑圧する。その際、底部電極の固定部分は鉄心
として作用し、そこにおいて必要とされる磁界強度を増
幅する。底部電極の固定部分上方の浴運動を抑圧するた
めには、磁界の強さが０．０５〜０．２テスラの範囲で
あれば十分であることが判明した。

【００１０】上記の電磁石は、炉を新しく建造する場合
でも、あるいは既存の炉の場合でもたいした費用をかけ
ずに設けることができる。それらの電磁石に対する付加
的な所要電力は、炉全体の所要電力に比べて小さく、炉
全体の電力の約０．３％程度である。

【００１１】直流アーク炉施設において、通常、給電装
置内に直流チョークが使用され、これにより炉全体の制
御が行なわれる。したがって例えば１２パルスの直流整
流器内に、それぞれ５つの巻線を有する２つのチョーク
―代表的には約４０ｋＡが貫流するチョーク―が要求さ
れる。その際、有利には炉壁下部のコイル装置を前記チ
ョークとして用いることができる。これは例えば１つの
コイルを電磁的に並列接続された２つのコイルに分割す
ることによって行なうことができる。

【００１２】さらにこのコイル装置は、直流アーク炉に
対して有利な作用を及ぼす。即ち磁界は底部電極の溶解
部分を貫通するだけでなく、溶解物の中央部および上部
の領域まで浸透する。そこにおいて磁界は、溶解物内の
アーク電流との相互作用状態になり、溶解電極の周囲に
浴運動を生じさせる。これは表面近くの領域において溶
解物を良好に混合するのに役立つ。

【００１３】アメリカ合衆国特許Ａー４，０３２，７０
４号において既に、直流電流の給電される電磁石を、直
流アーク炉の炉壁下側に設けることが提案されている。 しかしながら明らかにこの電磁石は、溶解物とともに溶
解物中に吹き込まれる流体の冶金学的反応を促進する目
的で、溶解物中に付加的なかく拌運動を生じさせるため
に用いられる。

【００１４】次に図示された実施例に基づき本発明を詳
細に説明する。

【００１５】

【実施例の説明】図１には、耐火性部材１で覆われ底部
電極２の設けられた直流アーク炉の炉床領域が示されて
いる。本来、炉床全体を貫通する底部電極２は、部分的
に溶解している。この空間の上部は、溶解した電極部材
と炉内溶解物の混合物で満たされている。炉電流の制御
により設定調整可能な浴運動が矢印で示されている。深
くなるにつれてこの浴運動が弱まっていくことがわかる
。この場合、底部電極における電流密度と外部からの（
下部からの）冷却とに依存して、平衡状態が生じている
。

【００１６】図２には、直流アーク炉において本願発明
がどのように実現されているかが示されている。この図
には、金属製の材料から成る通常の被覆部４の設けられ
た炉槽３を有する直流アーク炉の下部が示されている。 この実施例の場合、この炉はカソードとして接続された
電極５は１つしか有しいないが、この電極の個数は２個
、３個またはそれ以上にすることもできる。

【００１７】炉床部には底部電極２が取り付けられてい
る。この底部電極２は、例えば溶解物と同じような成分
を有する鉄から成る。参照番号６により炉底部の湯出し
口が示されている。在来型の炉壁１は外部に向かって続
いている。通常、この炉壁は煉瓦から成り、それらは１
つの層あるいは複数の層で円蓋状の底部プレート７上に
載置されている。底部電極２にはその下端部に電流接続
部８が設けられており、この電流接続部は、同時に底部
電極２の冷却に利用することができる。

【００１８】これまで述べた点においては、この直流ア
ーク炉は従来技術に相応し、例えばアメリカ合衆国特許
第４，２２８，３１４号に、あるいはドイツ連邦共和国
特許第３０２２５６６号にも、詳細に記載されている。

【００１９】本発明によれば、炉底部７の下側に、底部
電極２を取り囲む電磁石９が設けられている。この場合
、底部電極の上方の浴運動を弱めるためには、磁界の強
さは０．０５テスラ〜０．２テスラの範囲で十分である
ことが判明した。炉の直径が約５．５ｍである代表的な
８０トンの直流アーク炉の場合、電磁石の直径は約２ｍ
である。例えば電流密度が５Ａ／ｍｍ２　である場合、
電磁石の重量は約４０００ｋｇであり、さらに電気的な
損失は約２００ｋＷ程度であって、この種の直流アーク
炉の所要電力が約６５ＭＶＡであることを考慮すれば、
これは許容できる値である。これにより装置全体の所要
電力は約０．３％だけ増加される。

【００２０】ただ１つの底部電極２を設けるかわりに、
図３に概略的に示されているように複数個の個別電極を
設けることもできる。これらの電極は底部プレート７の
中央領域に位置している。実例として図３の場合、６個
の個別電極１０が中央電極１１のまわりに集められてお
り、その際、全ての電極は電磁石９の内側に位置してい
る。

【００２１】多重電極配列の場合、個別電極を図４のよ
うに構成することにより炉槽の底部領域の構造を簡単に
することができる。この場合、図３による実施例とは異
なり、７つの個別電極１０、１１は炉床の耐火性部材１
に直接埋め込まれているのではなく、耐火性の材料、例
えばマグネサイト、マグネサイトグラファイト、または
その他の適切な材料から成る規則的な６角の横断面を有
する６角形の成形体１２により取り囲まれている。簡単
に製造する目的で、この成形体１２は２つの部分により
構成されており、その分割面は、（図４において実線で
示されているように対角線上に、あるいは破線にしたが
って）対称になるように延在している。この幾何学的形
状によって、これらの形成物を密にまとめることができ
る。もちろん６角形の形状ではなく、他の幾何学的形状
、例えば正方形の横断面を有する別の幾何学的形状（図
５参照）を用いることもできる。さらに底部電極を６個
よりも多い個別電極、例えば１３個の個別電極により構
成することも可能である。また、図４による幾何学的形
状を有するただ１つの底部電極を、図２による直流アー
ク炉に組み込むことももちろん可能である。

【００２２】直流アーク炉施設の電流供給装置には、整
流された三相交流を平滑するために複数個のチョークが
常に投入される。本発明は、いずれにせよ必要とされる
それらのチョークを浴運動を弱めるために使用するとい
う、極めて経済的な構成を提供する。

【００２３】図６による回路装置は、１２のパルスの整
流装置のための構成を示す。三相交流電流源１３には、
デルタ接続されている２つの１次巻線１５、１６と２つ
の２次巻線１７、１８とを有するトランス１４が接続さ
れており、それらの２次巻線のうち一方の巻線はデルタ
接続されており、他方の巻線はスター接続されている。 これら両方の２次巻線は三相整流ブリッジ回路１９ない
し２０へ導かれる。さらに負の母線が互いに接続されて
おり、溶解電極５へ導かれている。ブリッジ回路１９と
２０の正の母線の各々と底部電極２との間に、チョーク
９ａないし９ｂが設けられている。本発明によればそれ
ら両方のチョークは、この場合には２つのコイルから成
る電磁石を構成し、その際いうまでもなく、コイルの接
続および巻回方法は、これらの部分電磁石が磁気的に並
列に接続されるように行なわれる。６つのパルスの整流
回路であれば、トランス１４の巻線１５、１７または１
６、１８が省略され、それに応じてブリッジ１９ないし
２０のうちの一方、およびチョーク９ａないし９ｂのう
ちの一方も省略される。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁的な力により底部電極の上方の領域で引き
起こされる浴運動を示す図である。

【図２】炉床に電磁石が設けられている直流アーク炉の
実施例を示す図である。

【図３】炉床中央領域に設けられた６つの個別電極から
成る底部電極を備えた炉床の平面図である。

【図４】耐火性材料から成る成形体内に収容された個別
電極を有する、第３図の変形実施例を示す図である。

【図５】個別電極の別の実施例を示す図である。

【図６】電磁石が炉の給電部内に集積されている、１２
パルスの整流器を備えた回路装置を示す図である。

【符号の説明】

１　　耐火性部材 ２　　底部電極 ３　　炉槽 ４　　被覆部 ５　　電極 ６　　炉底部湯出し口 ７　　底部プレート ８　　電流接続部 ９　　電磁石 ９ａ　　部分磁石 ９ｂ　　部分磁石 １０　　個別電極 １１　　個別電極 １２　　成形体 １３　　三相交流源 １４　　トランス １５　　１次巻線 １６　　１次巻線 １７　　２次巻線 １８　　２次巻線 １９　　ブリッジ回路 ２０　　ブリッジ回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも１つの底部電極（２）と、
   実質的に直流電流の貫流する電磁石（９）により浴運動
   を発生させる手段とを備えた直流アーク炉において、電
   磁石（９）が炉底部（７）の炉壁の下面に直接設けられ
   ており、該電磁石（９）は底部電極（２）を取り囲んで
   おり、さらに前記電磁石（９）の磁力線は、実質的に前
   記底部電極の方向に延在していることを特徴とする直流
   アーク炉。
2. 【請求項２】　　電磁石（９）に炉の電流が貫流するよ
   うにし、かつチョーク（９ａ，９ｂ）を炉の給電部の直
   流分岐路内に設けるようにした請求項１記載の直流アー
   ク炉。
3. 【請求項３】　　１２パルスの整流装置により炉を給電
   する場合、電磁石は２つの部分磁石（９ａ，９ｂ）に分
   割され、それらの部分磁石は、それぞれ同じ形式の直流
   母線と底部電極（２）との間に配置され、かつ両方の部
   分磁石が磁気的に並列に接続されるようにした請求項２
   記載の直流アーク炉。
4. 【請求項４】　　底部電極（２）が、それぞれ電気的に
   並列接続された多数の個別電極（１０，１１）により構
   成されている請求項１〜３のいずれか１項記載の直流ア
   ーク炉。
5. 【請求項５】　　底部電極が金属製中心部（１０，１１
   ）、および該中心部を取り囲み規則的な横断面を有する
   成形体（１２）により構成されている請求項１〜４のい
   ずれか１項記載の直流アーク炉。
6. 【請求項６】　　成形体（１２）が電極の長手方向に分
   割されており、かつ２つの対称な成形体半部により構成
   されている請求項５記載の直流アーク炉。