JPH05500557A - 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】 直流電気炉 本発明は金属原料特にスクラップ鉄を溶融する直流電気炉に関する。

スクラップ鉄又は他の原料を溶融し、得られた金属浴を、決定された組成の金属 が得られるまで合金元素を任意に添加して、還元するために使用される電気炉は 長らく知られてきた。

電気炉は一般に、側壁と、耐火材料の炉床で覆われた底部によって限定され、着 脱自在のドーム形蓋によって閉鎖される容器によって構成される。

消費電極と称され、黒鉛棒からなる少なくとも１つの電極が容器内に突き出る。

各電極はドームの上に延在するアームによって支持され、垂直移動可能に据え付 けられて、ドームを貫通して炉内に装入された原料内に下げられる。この原料は 、一般にスクラップ鉄からなるものであるが、底部と耐火性炉床を通過する少な くとも１つの固定電極と接触する。

単相交流炉又は直流炉の場合、消費電極と炉床電極は電源の２つの電極に接続さ れる。

２相又は３相交流電気炉の場合、消費電極は電源の電極に接続され、装入物は酸 系の中性点を成す炉床と接触する。

こうして装入物と各消費電極間に１つ又はそれ以上の電弧が形成される。前記電 弧はスクラップ鉄を溶融し、容器底部に金属浴を形成する。

最近まで、特に交流を給電される炉が使用されたが、電極への直流の給電は騒音 の減少、エネルギー効率の増大の如き多くの利点を与えることが見出された。と いうのは、交流の場合に許されるよりも高い電圧の使用が可能であるからである 。

装入物がスクラップ鉄の形をなすならば、電極は前記装入物中に穴を掘ることに よってその中に突入し、それは電弧相互の絶縁の種類を決定すると共に、それら の電弧を安定させる傾向をもつ。他方、装入物が完全に溶融したとき、電極、電 源に電極を接続する導体及び設備の他の部分を通る電流によって生じる磁気効果 を受ける電弧は予測できない方向にでき、従って極めて不安定になる。

電弧が作られる最も高い温度にある帯域は従って炉の中心に維持されず、炉の壁 と底部は過度の温度に曝され、耐火ライニングに大きな磨損を受ける。

本願出願人は１９８６年８月１日出願のフランス国特許第８６．１１２１５号で 高電力における直流電流炉の電弧方向制御方法を既に提案した。

上記方法を実施するため、電流を通すことによって生じる磁界の影響を除くため に導体を炉からできるだけ遠くに分離する代わりに、固定電極に接続した導体は 、上記とは逆に、底部の下面に沿ってできるだけそれに接近して通し、その電流 の通過が磁界を生じるように前記導体の経由する通路の形状と方位を決める。電 弧の偏りに関しては、また他の導体や設備の種々の部分によって作業中に及ぼさ れる磁気効果のすべてを考慮すれば、前記磁界の相互効果は、電弧が金属浴の決 定された帯域に向かって収束する傾向をもつようなものとなる。

導体と電極特に炉床電極を通過させることができる電流強さは制限されるので、 数個の消費電極と数個の炉床電極が使用されなければならない。上記フランス国 特許第８６．１１２１５号では特に３つの消費電極と３つの固定電極を使用する 幾つかの装置が提案された。

固定電極の導体の配置と方位は設備の、特に電極の一般的配置を考慮して、従来 の計算によって決定される。そのために、１つの数学的モデルが、電流が流れる すべての素子の電弧に与える効果の計算を先ず可能ならしめる。電流強さ、設備 の種々の部分の、装入物の変化の及び溶融作業の種々の段階中の温度の磁気特性 、及び固定素子間の計算の区別を考慮して、特性とその位置決めが予め定められ 、従って、作用することができる種々の素子及び導体の経路が電弧に加わる予測 し得る効果を予め計算することによって決定される。

固定素子の中で特に炉の一般的構造例えば容器の形状、その支持体の形状、抽出 口やその閉鎖手段、対応する導体が一般にそれに沿って通る消費電極の支持アー ムの如き付属品、電源の位置が特記されなければならない。前記電源は一般に、 導体の長さを制限するようにできるだけ容器に接近して置がれる。

これが、前記先行特許では、電弧の方向を有効に制御するために最小長さの導体 を要する最適な配置を決定するために、数学的モデル手段により、それに起因す る種々の磁気的効果を計算することによって導体の経路に作用することが主な要 点をなす理由である。

従って前記先行特許の発明は高容量直流電気炉の建設を可能にする。

約１１０トンの容量までは、約１００，０００アンペアを超えない強さで、単一 の消費電極を使用することが可能である。その場合、前記プロセスによって比較 的簡単に電弧方向を制御でき、３つの電極が消費電極の垂直突出部の回りに対称 状に固定され、一般に使用される。

しかし、約１１０トンを超えれば、多数の導体を流れる電流によって生じる磁界 の相互効果に起因する乱れの危険性をもたらす多数の電極を必要とするような強 さ使用しなければならない。

その場合、考慮すべき素子の数が多く、それらの相互作用に起因して数学的モデ ルを完成するのが困難になる。

本出願人の研究により、特に有利な電極と導体の配置が発明され、それは１１０ トンを超える極めて高い容量をもつと共に、電弧方向を有効に制御することがで きる。

本発明によれば、電気炉は互いに離間しかつ両方とも電源の方に向いた容器の中 央面の側で横に片寄った２つの消費電極と、前記中央面の両側に分配され、実質 上前記中央面に対して対称的に正多角形の頂点に配ｌされかつ消費電極の垂直突 出部間に置かれた少なくとも４　の固定電極を備え、電源に向かって置かれた電 極の導体は消費電極の導体に平行に、前記電源に直接向けられ、電源と反対の側 に置かれた電極の導体の各々は対応する消費電極の垂直突出部の付近を通る第１ の分岐線と、消費電極に接続された導体に平行に電源の方に向けられた第２の分 岐線を含む。

好適実施例では、電気炉は中央面と、この中央面に対して直角をなしかつ消費電 極から等距離を置い、て消費電極間を通る横断基準面とによって画成される４つ の四分円内に夫々置かれた４つの固定電極を備え、前記４つの固定電極は夫々前 記中央面と横断面から実質上等しい距離の箇所に配置される。

消費電極は一般に容器の縦中央面に実質上平行で、電源側に片寄っており、固定 電極は四辺形の頂点に置かれる。前記四辺形は実質上中央面に平行な２辺と前記 面と交わりかつ消費電極より近くに離間した２辺とからなる。従って前記消費電 極は前記四辺形の外側に位置する。しかし、電極の正確な位置決めは素子の数に 特に通出口の位置に依存する。前記通出口は熱を放出するために成る一定距離を おいて通されなければならない。

従って消費電極は中央面に平行なストリップの形をなす帯域に配置され、電源側 へ横に片寄っている。固定電極は内部と外部の２つの同心の矩形間に含まれた矩 形のストリップの形をなす帯域内に置かれる。前記矩形の辺は夫々中央面に平行 と直角をなす。前記ストリップ内部の電極の正確な位置は、電流の流れの磁気効 果の相互補償によって電弧が底部の規定帯域に向かって電弧を指向させようとす る磁界を及ぼされるように、設備の種々の部分の相互効果を考慮して前の計算に よって決定される。

特に、１１０トンより大きい容量をもつ炉については、また１２０、０００アン ペアを超える電流強さについては、固定電極が配置されるストリップは４００皿 幅をもち、中央面から４００　ｍの距離を置いた軸線に中心を置き、固定電極を 配置する矩形ストリップは３００１幅をもち、２．５００　ｎｕに等しい辺をも つ正方形上に中心を置き、前記正方形自体は中央面内と消費電極から等距離にあ る横断面内に中心を置き、消費電極は３メートルと４つメートルの間の距離だけ 離間している。

本発明は以下の図示の実施例についての説明からより良く理解されるだろう。

第１図は本発明の炉の断面図である。

第２図は炉の縦断面図である。

第３図は電極の位置決めのための帯域の平面図である。

第４図は電極と導体の配置を示す平面図である。

図１はスクラップ鉄を溶融する電気炉を示す。前記炉は底部１１と側壁１２によ って限定されかつ着脱自在のドーム形蓋１３によって閉鎖される容器１からなる 。容器は転がり又は回動支持体１４によって支持して、それを水平軸線の回りに 傾斜させるようになし、例えば一方では、スラグを炉床１５を越えて、他方では 、溶融金属１６を図２に示す湯出口１８を通して注出させる。

各消費電極２はアーム１７によって支持され、前記アームに沿って配置した導体 ２３は電極２を直流電源４に接続する。前記電源は炉１にできるだけ接近して配 置される。

消費電極２は黒鉛棒からなる。前記黒鉛棒はアーム１７の端部に配置した支持体 内を摺動し、ドーム１３を通過して容器１に入るように垂直に変位することがで きる。

電極を支持して徐々に下降させる手段は周知であるので、図には詳細に示してい ない。

容器ｌの底部１１は耐火性材料の炉床１５で覆われる。前記炉床内に固定電極３ が埋め込まれ、この電極は底部１１の組立体を貫通する。容器１に近いが、熱と はねかかり金属から保護するのに十分な距離離れた箇所に直流電源４が、例えば ２つの電極、即ち給電導体２３によって消費電極２に接続された４１と、帰路導 体５によって炉床電極３に接続された正極４２からなる変圧器・整流器が置かれ る。

これらの周知の配置によって、電極内の電流は電極２とスクラップ鉄間に電弧を 形成する。前記スクラップ鉄は溶融して、液状の金属浴１６を形成する。電流は 溶融が完了するまで、かつ所要の組成が合金元素の添加によって得られるまで、 流れ続ける。

従来、電気炉では容器の軸線上に置かれた単一の黒鉛電極か、又は軸線上に中心 を有する正三角形の頂点に配置した３つの電極を用いるのが有利であった。

しかし本発明では、唯２つの黒鉛電極２１．２２を使用し、これらの電極は容器 の縦中央面Ｐ１に平行な線２０上か又はその線の近くに中心を置くと共に、それ に対して図１．３に示すように、電源４の側に距離ａだけ片寄っている。

２つの電極２１．２２は距離すだけ互いに離れており、その距離は１００トンよ り大きい容量では３乃至４メートルとする。

更に、４つの炉床電極３が使用され、縦平面ＰＩの両側に２対をなして配置され 、これらは２つの消費電極２１．２２によって形成された四辺形の頂点をなす。

図３は２つの基準面、傾斜軸線に直角をなす縦中央平面Ｐ１と、Ｐｌに対して直 角をなす横断平面Ｐ２に対する電極の配置を示す。前記２つの平面は垂直軸線１ ０に沿って交差する。

２つの消費電極２１．２２は横断平面Ｐ２の各側のｂｌ、ｂ２に置かれ、縦平面 Ｐ１に対して、夫々距離ａ１、ａ２だけ電源に向かって片寄る。距離ａ１、ａ２ は実質上同じであるが、成る範囲内で変わることができ、精密な位置は計算によ って、幾つかのファクターに依存して決定される。

従って、縦平面Ｐ１に平行な狭いストリップの形をなす帯域２５が限定でき、そ の帯域内に電極２１．２２の軸線の突出部が見出される。

実際上、１１０トンより大きな容量をもつ炉では、距離ａ１、ａ２は４００乃至 ８００　ｍｍ間で変わり、距離ｂ１、ｂ２は１５００乃至２０００ｎ＋ｖ＋間で 変わる。従って消費電極を配置する帯域２５は４００ＩＩＩ幅であり、中央面Ｐ １から６００　ｍｓ＋離れた軸線上に中心を置く。

この帯域２５内に、平面Ｐ２に対して対称的な２つの矩形の帯域２６が画成され 、その中で２つの消費電極２１．２２の突出部が中心に置かれ、正確な位置が計 算によって決定される。

固定電極の位置も２つの平面Ｐ１、Ｐ２に対して決定される。

各電極３はＰｌから距離Ｃの箇所にそしてＰ２から距離ｄの箇所に位置する。

電極３の軸線はほぼ２つの平面Ｐ１、Ｐ２上の中心に置かれる四辺形の頂点に置 かれるが、正確な位置は計算によって決定される。各電極３についての距離Ｃと ｄは成る範囲内で変わることができる。

２つの矩形帯域２６がこうして消費電極２１．２２の位置決めのために、基準面 Ｐ１、Ｐ２に対して限定され、４つの固定電極３１．３２．３３．３４の位置決 めのために４つの矩形帯域３５が夫々限定される。

１１０トンより大きい容量をもつ炉では、これらの異なった帯域は以下の如くし て決定されるニ ー　２つの消費電極２１．２２は、縦平面Ｐ１に対して平行で、夫々４００と８ ００１１Ｉｎだけ電源に向かって片寄った２辺と、横断平面Ｐ２に対して平行で 、夫々１５００と２０００ｍｍだけ前記平面から片寄った２辺によって限定され た矩形帯域２６内おいて、各々平面Ｐ２の両側に中心を置かれる。

−４つの固定電極３１．３２．３３．３４は４つの辺によって限定される正方形 の形をなす帯域３５内で平面Ｐ１とＰ２によって限定される四分円の１つ内に各 々中心を置かれる。前記辺の対は平面Ｐ１とＰ２に対して平行でかつこれらの２ つの平面から夫々１０００ｍｍと１３００ｍｍだけ離間している。

通常、基準子面Ｐ１は傾斜軸線に直交する容器１の縦中央面であり、その平面内 に湯出口１８の中心が位置する。前記湯出口は傾斜によって注出する吐出口に延 びる入る炉床と任意に置き換えられる。

多くの場合、横断平面Ｐ２も対称面をなすが、その位置は容器の特性とその種々 の構成部品の夫々の位置に応して、変えることができる。例えば原料の装入は２ つの電極間で、さもなければ、特に原料がスクラップ鉄であるときには、横に片 寄ったオリフィスを通して、容器の軸線内で行われる。この場合、消費電極が損 傷するのを防止するために消費電極の位置を片寄らせるのが好適である。

装入オリフィスと抽出口の、消費電極と固定電極の炉内の相対的位置は、例えば スクラップ鉄の予熱に使用されるガスの循環路を作るため、炉底の特定域に向か って収束する電弧を作るため、又は電流を金属浴内の特定の通路に沿って流れさ せるために、種々の技術的事項に依存して決定される。

また、容器底に固定電極を据え付けることは制限を受ける。

というのは、導体がたどる経路に影響を与える種々の部品の配置を考慮する必要 があるからである。

事実、図４に示すように、消費電極２１．２２に接続された給電導体２３は支持 アーム１７の後で電［４に直接向かって、それ故、通常は互いに平行にかつ平面 Ｐ１に対して直角に接続される。電源４に向かう電極２１．２２の片寄りは導体 ２３中を流れる電流に起因する磁気効果を、消費電極２１を固定電極３１．３２ ０近くにもって来ることによって補償させることができる。前記固定電極は電源 に向かって置かれかつ給電導体２３と横断平面Ｐ２に平行な帰路導体５１．５２ によってこの電源に直接接続される。

一方、固定電極３３．３４に夫々接続された帰路導体５３．５４は所定の経路を たどり、前記経路は横断平面Ｐ２の同じ側に夫々置かれた消費電極２１．２２を めぐって進む。

かくして、電極３３に接続された帰路導体５３は第１分岐線５３１と第２分岐線 ５３２を含み、前記第１分岐線は平面Ｐ１に平行な方向に電極３３から出でいき 、第２分岐線は基準子面Ｐ２から約４メートルの距離の箇所で給電導体２に平行 な方向に電源４と接続する。

しかし、湯出口１日に向かって置かれた固定電極３４に接続された帰路導体５４ は第１分岐線５４１を含み、この分岐線は湯出口１８と消費電極２２の突出部間 を通るように平面Ｐ１に対して斜めに出て行き、次いで電極２２の給電導体２３ に平行な第２分岐線５４２に接続する。

電極と導体のかかる配置は磁気効果を互いにバランスさせ、特に架空導体２３の 効果を補償させ、その結果、固定電極に向かう電弧は最小の偏向力を及ぼされる ことになる。

更に、電源４は整流器−発電機からなり、種々の電極とこの電源との接続は炉床 電極とそれに対応する消費電極間、２つの電極とその反対側に置かれた消費電極 間、炉床電極間、消費電極間に電流を流すように決められる。従って浴内に、制 御された方向に向いた多数の電気回路を作ることができる。前記方向はこうして 発生した磁力に応じて、冶金的処理に貢献する金属浴の流体力学的攪拌作用を決 定する。

要　約　書 本発明の目的は原料特にスクラップ金属を溶融するための直流電気炉である。本 発明によれば、直流電気炉は互いに離間しかつ両方とも電源４の方に向いたチャ ンバ１の中央面Ｐ１に向かって横に片寄った２つの消費電極２１．２２と、中央 面の両側に分配され、実質上中央面に対して対称的に正多角形のかどに配置され 、かつ消費電極の垂直突出部間に置かれた少なくとも４つの固定電極を備え、電 源側にある電極の導体は消費電極の導体に平行に、電源に直接向けられ、電源と 反対の側に置かれた電極の各々は対応する消費電極の垂直突出部をバイパスする 第１の分岐線と、消費電極に接続された導体に平行に電源の方に向けられた第２ の分岐線を含む。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．側壁（１２）によって囲まれかつ著脱自在のドーム形蓋（１３）で覆われた 底部（１１）により構成された容器（１）を備え、前記容器（１）は垂直中央面 Ｐ１に対して対称形をなし、 前記ドーム（１３）の上方に延びる支持アーム（１７）の端部に各々垂直に変位 可能に据え付けられ、前記容器に入るために前記ドームを貫通する消費電極（２ ）を備え、前記底部（１１）を貫通する固定電極（３）を備え、導体（２３、５ ）に夫々接続された２つの電極、負極（４１）と正極（４２）を含む直流電源（ ４）を備え、一方の導体は消費電極（２）に、他方の導体は固定電極（３）に接 続され、 電極の発生によって金属原料を溶融させるために前記原料を容器（１）に装入す る手段を備え、消費電極（２〕に接続された導体（２３）は支持アーム（１７） に沿って通り、固定電極（３）に接続された導体（５）は底部（１１）を通り、 かつ設備の種々の部分の磁気的効果に応じて各固定電極（３）について決定され た経路に沿って差し向けられて成る直流電気炉において、互いに離間しかつ両方 とも電源（４）の方に向いた容器（１）の中央面Ｐ１の側で横に片寄った２つの 消費電極（２１、２２）と、前記中央面の両側に分配され、実質上前記中央面に 対して対称的に正多角形の頂点に配置されかつ消費電極の垂直突出部間に置かれ た少なくとも４つの固定電極を備え、電源に向かって置かれた電極の導体は消費 電極の導体に平行に、前記電源に直接向けられ、電源と反対の側に直かれた電極 の導体の各々は対応する消費電極の垂直突出部の付近を通る第１の分岐線と、消 費電極に接続された導体に平行に電源の方に向けられた第２の分岐線を含むこと を特徴とする直流電気炉。
2. ２．中央面と、この中央面に対して直角をなしかつ消費電極から等距離を置いて 消費電極間を通る横断基準面とによって画成される４つの四分円内に夫々置かれ た４つの固定電極を備え、前記４つの固定電極は夫々前記中央面と横断面から実 質上等しい距離の箇所に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電気炉。
3. ３．消費電極（２）は中央面Ｐ１に平行でかつ電源（４）に向かって横に片寄っ たストリップ（２５）の形をもつ帯域内に配置され、固定電極（３１、３２、３ ３、３４）の各々は中央面に対して夫々平行と面角をなす４つの側面によって限 定される矩形帯域内に置かれ、前記帯域内の電極の正確な位置は種々の据え付け 部分の相互効果を考慮した事前の計算によって決定されて、電流の流れの磁気的 効果を相互に補償することによって、電極が底部（１１）の確定された帯域に向 かってそれらを差し向けようとする磁界に曝されることを特徴とする請求項１に 記載の電気炉。
4. ４．１１０トンより大きい容量をもつ炉について及び１２０，０００アムベアを 超える強さについて、消費電極（２１、２２）は４００ｍｍの幅をもつ帯域（２ ５）内に置かれ、中央面から６００ｍｍの距離を置いた軸線上に中心を置かれ、 かつ３乃至４メートルの距離だけ互いに離間し、また、固定電極（３１、３２、 ３３、３４）の各々は１０００と１３００ｍｍの間の距離だけ夫々２つの基準面 Ｐ１、Ｐ２から離れて直かれることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気炉 。
5. ５．電源（４）が整流器一発電機によって構成され、その接続は種々の電極（２ １、２２、３１、３２、３３、３４）と共に横断平面Ｐ１の同じ側に置かれた２ つの固定電極（３１、３３）（３２、３４〕間に主電流を作るのみならず、冶金 浴内に生じ得る制御された方向に沿って種々の電流を浴内に生ぜしめるように、 反対側に直かれた２つの固定電極（３２、３４）（３１、３３）と消費電極（２ １）（２２）の間、２つの消費電極（２１）（２２）間及び固定電極（３１、３ ２、３３、３４）間に少なくとも或る一定の二次電流を作るように決められ、磁 気力が冶金過程に貢献する流体力学的撹拌を決定することを特徴とする請求項１ から４の何れか１項に記載の電気炉。