JPH0648320Y2 - 溶融金属通電加熱用電極 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は溶鋼、溶滓等の導電性の溶融金属等の高温物質
を連続して通電加熱する為に使用する溶融金属通電加熱
用電極に関するものである。

（従来の技術） 溶融金属を加熱する方法として、従来より特開昭61-150
757号や特開昭62-17983号等にみられる誘導加熱による
方法や、アーク炉等の様に被加熱物に直接通電する方法
などが考えられ、使用されてきている。

最近では、例えば鋼の偏析を改善する為に、溶鋼温度を
凝固開始温度に出来るだけ近づけて鋳造することも行わ
れているが、この場合ノズル詰まりなどを防止する為に
積極的に温度を制御する方法が取られてきている。

この方法の一つとしてアーク放電を利用したものがあ
る。

この方法では微妙な温度制御が難しく、比較的温度制御
の容易な溶鋼の直接通電方法が検討されてきている。

この直接通電方法による場合は、通電電極を溶鋼に浸漬
し通電を行い、この時の抵抗損により発熱を行わしめる
ものであるが、溶鋼は一般に1500℃以上の高温である
為、通電電極は通常の金属電極は使えず、耐熱性に優れ
たC,ZrB₂等の導電性セラミックスが使用される。

上述導電性セラミックスは急激な熱変化に対して十分な
耐性を有しているとは云い難い。

従って溶鋼に浸漬する前にバーナー等を用いて余熱する
ことが考えられている。

しかながら、操業スケジュール、予熱方法、予熱コスト
面の制約から表面は加熱されても内部まで所望の温度に
なるまで加熱することが難しく、電極内部にどうしても
大きな温度勾配が出来、スポール発生の原因となり、長
時間の使用に耐えることが出来ない欠点を有していた。

（考案が解決しようとする課題） 本考案は上述の欠点を解消することを目的になされたも
のであり、高温の溶融金属に直接浸漬する通電電極の導
電性セラミックス電極の温度分布を好適範囲に維持し、
スポール発生を防止し、長時間にわたって安定した通電
加熱を行える耐用性の高い電極を簡易な構成で提供する
ものである。

（課題を解決するための手段） 本考案は溶融金属に浸漬しつつ、通電することにより溶
融金属を加熱する溶融金属通電加熱用電極に於いて、溶
融金属と接する外部側に導電性の良好な導電性セラミッ
クスからなる通電電極１を設けると共に、通電電極１の
内側に通電電極より電気抵抗の大きい通電電極加熱用の
通電発熱部２を形成したことを特徴とする溶融金属通電
加熱用電極であり、また通電電極より電気抵抗のやや大
きい通電電極加熱用の通電発熱部２を対の導電性の良好
な導電性セラミックスからなる通電電極１、１で挟持す
るように形成したことを特徴とする溶融金属通電加熱用
電極である。

なお本考案において、導電性の良好な導電性セラミック
スとは、固有抵抗値が1000［μΩcm］以下のものをさ
す。

また電気抵抗のやや大きい通電電極加熱用の発熱部と
は、通電電極の抵抗より10％以上の大きな抵抗を有する
発熱部をさすものである。

（作用） 本考案の電極は外部側に形成された通電電極１となる、
良導電性セラミックスを溶融金属に浸漬する前に予めそ
の内部に形成した通電発熱部２に通電することによっ
て、該通電発熱部２からの熱によって、通電電極１は内
部から効率的に適温度域まで加熱される。この為通電電
極１内部は適正の温度分布となるように作用する。

そして該通電電極１を溶鋼中に浸漬する時は、通電電極
１の内部は適温度域まで加熱されている為、熱衝撃を緩
和させ、通電電極１自体にスポール発生を防止するよう
に作用する。

また通電電極１が溶鋼中に浸漬中或いは、通電電極１が
溶鋼から退避直後から次ぎの浸漬時までの間、通電発熱
部２に通電することにより、前記スポール発生を防止出
来る温度域に維持するように加熱し続けるように作用さ
せることも出来る。

更に請求項２記載の考案によれば上記に加えて、溶鋼中
に浸漬前或いは、溶鋼から退避直後から次ぎの浸漬時ま
での間、通電発熱部２に通電する場合に通電発熱部２を
挟持している通電電極1,1間に電流を流すこと、即ち対
の通電電極1,1の一方の通電電極１の電源の極性を変え
ることのみで電極を適温領域に維持できるので、作業性
を良好に成らしめるように作用する。

又構成自体が簡易であり、通電発熱部２の形状を内部を
厚くする等の構成とすることが容易であり、通電電極１
の各部の温度分布をより均一にすることが出来る他、溶
融金属通電加熱用電極を製作並びに保守が容易に行える
ように作用する。

本考案において導電性の良好な導電性セラミックスと
は、その固有抵抗値が低いものをさすが、実用的には固
有抵抗として1000［μΩcm］以下が望ましい。

また、導電性の良好な導電性セラミックスからなる通電
電極の内側に設けられるか、又は通電電極に挟持される
通電電極より電気抵抗のやや大きい通電電極加熱用の通
電発熱部の抵抗は、通電電極の抵抗に比べて大きければ
よく、昇熱時間や通電電流量、発熱時間などで変わる
が、通電電極との温度差をあまり大きくしない場合は通
電電極の抵抗より10％〜数10％程度大きくするようにす
ればよい。

なお、早く昇温する場合には、数10％以上大きな抵抗と
しても良い。発熱部は、固有抵抗の大きな材質を使用し
たり、発熱部の厚みを薄くするなどの方法により抵抗を
調整する事ができる。

（実施例） 以下本考案を図面に基づいた実施例で詳述する。

第１図〜第４図に於いて、対の半円筒体の形状よりなる
通電電極１は、例えばZrB₂が95〜99％よりなる導電性セ
ラミックスで構成され、この対の通電電極１により挟持
される位置に通電発熱部２が設けられている。

この通電発熱部２の抵抗値は通電電極１に比べ大きな物
質、例えば数％のＣを含有するZrB₂等があるが、通電電
流量との兼ね合いより、その数値が設定される。

図中３は通電発熱部２の周囲に設けられている耐熱性の
絶縁可縮材である。この耐熱性の絶縁可縮材は通電発熱
部２を構成する物質が溶鋼に侵される場合に通電発熱部
２を保護する役目を有するものである。従って耐熱性に
優れたセラミックス等で製作した通電発熱部２の場合に
は設ける必要がない。

なおこの絶縁可縮材は電極を溶融金属から引き上げた
時、溶融金属が付着し難い物質であることが望ましい。
これは電極を繰り返し使用する場合等、溶融金属を付着
したまま通電加熱をすれば付着部分に電流が流れ、通電
発熱部２に電流が流れ難く成り、電極内に適正なる温度
分布を得られない等の不都合が生じるからである。

また４は通電電極１の上部に設けられている金属端子で
あり、５は通電電極１及び通電発熱部２を適正な状態に
維持する為に用いる電極固定部材であり、導線６を介し
電源へ接続されている。

第５図は角柱状の溶融金属通電加熱用電極の実施例を示
すもので、角柱の上部はスリット状に間隙が設けられて
おり、下部は通電発熱部２を挟持するように接続されて
いる。

第６図は円筒形の通電電極１の他の実施例を示したもの
であり、通電電極１の内部に円柱形の通電発熱部２が設
けられ、通電加熱時には通電発熱部２と外側に有する通
電電極１間を通電させ加熱をおこなっている。

なお通電電極１、通電発熱部２の形状は特に限定するも
のでは無い。

第７図は電極を２本用い相異なる極性を加え溶融金属通
電加熱を行う実施例（第８図）に用いる電源結線図の一
例である。

ここで予熱時にはスイッチSW1をａ接点に、スイッチSW2
をｂ接点にそれぞれ接続する。電極11には＋電源，スイ
ッチSW1を介し−電源という回路が形成される。一方電
極12には−電源，スイッチSW2を介し＋電源という回路
が形成される。この時各電極11,12の内部を電流が流
れ、電極11,12内に有する通電発熱部２の抵抗損による
発熱が行われる。

また浸漬時には、スイッチSW1をｂ接点に、スイッチSW2
をａ接点にそれぞれ接続する。電極11にはSW1を介し＋
電源という回路が形成される。一方電極12にはSW2を介
し−電源という回路が形成され、第８図に示す耐熱衝撃
性試験の実施例では、＋電源〜電極11〜溶融金属13〜電
極12〜−電源という回路が形成され溶融金属を通電加熱
することが出来る。

図中14は炉壁、15は高周波コイルである。

なお第７図、第８図では、２本の電極を用いた実施例を
示したが、これに限るものではない。

即ち電極１本で炉壁14或いは炉本体をアース端子とし使
用することも出来る。

また上述実施例では説明上、電源を直流の如き記載とし
ているが、商用交流電源を用いても良いことは当然であ
る。

次ぎに具体的数値の実施例を述べる。

通電電極１の導電性セラミックスはZrB₂が98％、他は若
干のZrO₂等により構成され、一方通電発熱部２のセラミ
ックスはZrB₂が96％、及びＣより構成されている。

また電極の形状は第１図に示すもので直径80mmφのもの
を用いた。

なおこの通電発熱部２の1500度に於ける比抵抗は3.×10
^-4Ωcmであった。

この電極11,12は溶融金属13に浸漬前に通電加熱を行
い、1500℃の状態とした電極を用いた。

なお昇温時間は30分であり、通電電流はmax1500Aであっ
た。

実験に供した溶融金属13は第７図、第８図に示す実験装
置で高周波誘導炉で鉄を溶融した後、1600℃の溶融状態
に保ったものを用いた。

この状態で通電加熱した電極11,12を前述の溶融金属13
に５分浸漬・引上後20分放冷を繰り返した。ここで浸漬
時の通電電流は溶鋼の温度を1600℃に保つように断続的
に最大3000Aを流し、放冷時、電極に通電発熱部２への
通電は500Aを通じた。

比較例としては、電極の形状は上述実施例と同様に直径
80mmφのもので、材質はZrB₂が98％よりなる導電性セラ
ミックスで構成したものであって、この電極をそのまま
用い、或いは浸漬前に電極をガスで加熱し、表面を1500
℃にしたものを本考案の実施例と同様に浸漬・引上後放
冷を繰り返す実験を行った。

なお電極の浸漬前の加熱時間は120分であった。

下表は上述の各電極の耐熱衝撃性試験結果を示すもので
ある。

上述の実験結果によれば本実施例では、浸漬・放冷を20
回繰り返して行ったが、表面に若干スラグによる侵食が
あるものの、熱による亀裂は生じなかったのに比べ比較
例では、４分の１以下の回数で亀裂が生じ、継続使用が
出来ない状態になった。

（考案の効果） 本考案は上述のように構成作用することにより、以下の
ような効果を有する。

請求項１記載の考案の電極構造によれば、通電によりあ
らかじめ内部から発熱させることにより電極本体が十分
加熱出来、溶融金属のように高温の物質と接触してもセ
ラミックの弱点である熱衝撃による割れ等は防ぐことが
出来、安定した使用が可能である。従って電極本体の許
容溶損厚さになるまで繰返し使用が可能となり、ランニ
ングコストを大幅に低減することが出来る。

なおこの場合本実施例で示した如く耐溶損性に優れてい
るZrB₂等のセラミックスを使用することが望ましい。

更に本考案による電極では、ガス加熱をしなくても良い
ことから、雰囲気を還元性にして鋳造しなければいけな
い金属など、特殊な条件での溶融金属の温度制御用電極
としても非常に有効であり、溶融金属のような特に厳し
い温度条件でなくとも、温度差の厳しい部分の電極に使
用できる等その応用範囲は広く、効果は大である。

請求項２記載の考案の電極構造によれば、上述の効果に
加えて、通電電極加熱用の通電発熱部を対の通電電極で
挟持するように構成した、いわゆるサンドイッチ形状で
製作出来る為、簡易に製作出来ること、及び通電発熱部
の形状を板体のみならず中央部を厚くする形状と出来る
為、電極の内部温度分布をより適正に維持しながら温度
上昇を図ることが出来る等の効果も有する。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すものであり、第１図は本考
案の斜視図、第２図は第１図の上部断面図、第３図は第
１図の下部断面図、第４図は第１図の分解斜視図、第５
図、第６図は他の実施例を示す斜視図、第７図は電源結
線図、第８図は本実施例の耐熱衝撃性試験を行った断面
説明図である。 １は通電電極、２は通電発熱部、３は絶縁可縮材、４は
金属端子、５は電極固定部材、６は導線、11,12は電
極、13は溶融金属、14は炉壁、15は高周波コイルであ
る。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】溶融金属に浸漬しつつ、通電することによ
   り溶融金属を加熱する溶融金属通電加熱用電極におい
   て、溶融金属と接する外部側に導電性の良好な導電性セ
   ラミックスからなる通電電極を設けると共に、通電電極
   の内側に通電電極より電気抵抗のやや大きい通電電極加
   熱用の通電発熱部を形成したことを特徴とする溶融金属
   通電加熱用電極。
2. 【請求項２】溶融金属に浸漬しつつ、通電することによ
   り溶融金属を加熱する溶融金属通電加熱用電極におい
   て、通電電極より電気抵抗のやや大きい通電電極加熱用
   の通電発熱部を、対の導電性の良好な導電性セラミック
   スからなる通電電極で挟持するように形成したことを特
   徴とする溶融金属通電加熱用電極。