JPH07263138A

JPH07263138A - 黒鉛電極の冷却装置

Info

Publication number: JPH07263138A
Application number: JP7543894A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takahashi; 誠高橋; Isao Arimitsu; 功有光
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、黒鉛電極の内部温度を下げ、黒鉛
電極内部と表面との温度差を小さくして熱応力を軽減す
ることにより、黒鉛電極の消耗量を低減する、或いは電
気炉の大型化、高電力化を図ることを目的とする。【構成】黒鉛電極の冷却装置を、黒鉛電極中心部を長
手方向に黒鉛電極両端を貫通する冷却媒通路と、黒鉛電
極上端部の該通路開口部を閉塞するキャップと、前記通
路と直交若しくは斜めに連通し、且つ黒鉛電極表面に貫
通した冷却媒の注入通路と、該注入通路に冷却媒を供給
すると共に、該注入通路とは着脱自在になした供給通路
とから構成することで、黒鉛電極の内部冷却が可能とな
る。それにより、黒鉛電極の内部温度を下げ、黒鉛電極
内部と表面の温度差を小さくして熱応力を軽減すること
により、黒鉛電極の消耗量を低減することができる。あ
るいは、電気炉の大型化、高電力化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属材料を溶解或い
は精錬する電気炉に使用される黒鉛電極の冷却装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料を溶解あるいは精錬する電気炉
には電気を供給し、アークを発生させるための黒鉛電極
が装備されている。この黒鉛電極は電気炉の操業と共に
必然的に消耗するものであり、このコストがそのまま操
業コストに跳ね返ってくるため、操業者はこの消耗量を
極力減らすように努力している。「工業加熱／第２９巻
第２号（１９９２年３月）Ｐ．１５〜３７／社団法人日
本工業炉協会発行」では、この黒鉛電極消耗のメカニズ
ムについて詳細に論述しており、黒鉛電極内部の温度分
布、応力の計算を試みている。本文献によれば、この黒
鉛電極消耗の原因としては、先端消耗、側面消耗、破損
の３つに大別できるとしている。これらのうち、破損
は、後述するように電気炉の大型化、高電力化を阻害す
る要因として特に注目されている。

【０００３】破損は機械的損傷であるが、外力によるだ
けでなく大きな熱応力による割れも問題となる。特に大
電流を流す直流電気炉（ＤＣアーク炉）の場合、黒鉛電
極内部の温度が非常に高くなり、黒鉛電極内部と表面と
の温度差が大きくなって、黒鉛電極表面にかなり大きな
引張の熱応力が発生する。これによって、亀裂が発生
し、大きな破損に結びつく。場合によっては、途中の黒
鉛電極接続部からの折損にもつながり、被害は甚大とな
る。

【０００４】当然電流値が大きくなれば熱応力も急激に
増大し破損が大きくなるため、極端に黒鉛電極消耗を悪
化させないという観点より、黒鉛電極に流せる最大の電
流、すなわち、許容電流値が決められている。現在、直
流電気炉（ＤＣアーク炉）が世の中の主流になりつつあ
り、炉の大きさもどんどん大型化の傾向にある。また、
電気炉に投入する電力も更に大電力を追求する方向に向
かいつつあるが、いずれも電流値を増大させる方向であ
り、これら大型化、大電力化を推進する上で、上述の電
流値の制限が大きな制約となっている。

【０００５】先端消耗は、熱的スポーリング、アークス
ポット部の昇華、化学的エロージョン等よって引き起こ
させるとされており、特に先端部の電流密度が問題視さ
れる。即ち、黒鉛電極先端が先細りすることによっ
て、先端部での電流密度が増大し、その結果、熱負荷が
増大して先端消耗が増長されるわけである。従って、先
端消耗を押さえるという観点からも電流値はある値に制
限される。先端消耗を押さえつつ電流値を上げるために
は、電流密度を下げる、即ち先端部分までの側面消耗を
極力押さえて先細り現象をなるべく解消する必要があ
る。

【０００６】側面消耗は、酸化による化学的消耗であ
り、黒鉛電極周辺の雰囲気と共に黒鉛電極表面温度が問
題となる。黒鉛電極を流れる電流値が増加すればそれだ
け黒鉛電極表面温度も上昇するため、やはり電流値は制
限される。黒鉛電極消耗を押さえるためにただ単純に電
流値を下げれば、それだけ操業効率が減少するため、電
流値は確保しつつ消耗を低減する様々な方法が提案され
ている。

【０００７】例えば、特公平４−７１３１９号公報で
は、内部に冷却構造を有する非消耗型筒の先端に、消耗
する黒鉛電極を取り付けることで無駄な側面消耗を防止
するとしている。ところがこの方法では、構造が複雑に
なる。消耗する黒鉛電極の交換・取り付けが容易でな
い、間接冷却となるため先端部の消耗黒鉛電極の冷却は
充分に行われない等の問題があり、電流の制限を緩和す
るものでもない。

【０００８】また、実公平２−１８３８号公報によれ
ば、黒鉛電極表面に冷却水を滴下して黒鉛電極を表面か
ら冷却するとしている。この方法であれば消耗黒鉛電極
を直接冷却することになるため、側面消耗にはそれなり
に効果的であるが、高温雰囲気で冷却水を滴下するため
にすぐに蒸発してしまい、先端消耗の低減には寄与して
いない。また、破損を積極的に防止する方策にもなり得
ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたよう
に、黒鉛電極消耗を考えた場合、現在最も問題となって
いるのは熱応力による破損である。従って、以下に黒鉛
電極内部の温度を下げ、内部と表面との温度差を小さく
して熱応力を軽減し、それによって破損を小さくするこ
とが大きな鍵となる。

【００１０】そして、この熱応力を軽減することが後述
するように側面消耗、先端消耗を押さえることにつなが
るのである。従って、これを解決できれば許容電流値の
引き上げが可能となり、その結果電気炉の大型化、高電
力化への道を開くのである。そこで、本発明では黒鉛電
極内部と表面との温度差を小さくして熱応力を軽減する
ことにより、黒鉛電極消耗量を低減する、或いは電気炉
の大型化、高電力化を図ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、金属材料を溶解或いは精錬する電気炉の冷却装置に
おいて、該黒鉛電極中心部を長手方向に貫通する冷却媒
の通路と、該通路の上端開口部を閉塞するキャップと、
前記通路と直交若しくは斜めに連通し、且つ黒鉛電極表
面に貫通した冷却媒の注入通路と、該注入通路に冷却媒
を供給すると共に、該注入通路とは着脱自在になした供
給通路とから構成されることを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】黒鉛電極を内部から直接冷却することにより、
黒鉛電極内部の温度が下がり、それによって内部と表面
との温度差を低減することが可能となる。それによっ
て、黒鉛電極内部と表面との温度差縮小に伴い熱応力が
緩和させ、亀裂発生による電極の破損も低減可能とな
る。

【００１３】さらに、黒鉛電極内部の温度が下がること
によって黒鉛電極表面の温度も下がるため側面消耗も低
減される。そのため電極の細りが少なくなり、先端部で
の電流密度が小さくなるため先端消耗も合わせて押さえ
ることができる。以上のことから、全体の黒鉛電極消耗
量を大幅に縮小することができる。逆に、全体の黒鉛電
極消耗量を現状と同じとすれば、許容電流値を現状より
引き上げることが可能となる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係る黒鉛電極の断面図を示
す。黒鉛電極１の中心には長手方向に冷却媒の通路２が
あり、該黒鉛電極両端を貫通している。黒鉛電極１は電
極ホルダー８によって保持されており、図示しない昇降
装置により昇降可能となっている。また、図示しない保
持解除機構により、黒鉛電極１は電極ホルダー８より保
持を解除することが可能となっている。

【００１５】通路２に接続して、注入通路３が黒鉛電極
中心に対して外側、すなわち、電極表面に向かって少な
くとも１本以上設けられており、冷却媒供給のためのヘ
ッダー管６とは簡単に脱着可能なフレキシブルホース５
によって接続されている。ヘッダー管６は電極ホルダー
８上に固定されている。もちろん、ヘッダー管６を設置
することなく、図示しない供給配管にフレキシブルホー
ス５を直接接続しても良い。

【００１６】黒鉛電極上端には通路２を閉塞するための
キャップ４が取り付けられている。従って、図示しない
冷却媒供給装置より送られてきた冷却媒はヘッダー管６
から黒鉛電極１内部に供給され、黒鉛電極１先端に向か
って流れることとなる。例えば、冷却媒として冷却水を
使用した場合、黒鉛電極内部に供給された後黒鉛電極内
部を下降しながら黒鉛電極１内部で発生する熱量を奪い
つつ冷却し、徐々に蒸発して最終的に黒鉛電極１先端部
にて完全にすべて蒸発することとなる。従って、電気炉
本体内に冷却水が入り込む心配はない。

【００１７】冷却媒は冷却水に限定されず、圧縮空気、
不活性ガスを用いても良い。圧縮空気、不活性ガスを用
いた場合でも、冷却水と同様に、黒鉛電極１内部に供給
された後、黒鉛電極１内部を下降しながら黒鉛電極１内
部で発生する熱量を奪い、内部を効果的に冷却すること
はもちろんである。また、黒鉛電極１内部を通った後、
電気炉本体９内にそのままの形で導入されるが、操業等
に支障をきたすことももちろんない。

【００１８】黒鉛電極１は、一定の長さのものが数本つ
ながれた状態で操業に供される。黒鉛電極１は先端が徐
々に消耗してくるために、全体長さがある程度短くなっ
たら黒鉛電極１の上端に、定尺の新黒鉛電極１０を１本
接続する。

【００１９】本発明における新黒鉛電極の接続方法を、
図２Ａ〜Ｅに従って述べる。図２Ａにおいて、まず図示
しないバルブを閉めることで冷却媒の供給を一旦停止す
る。次にフレキシブルホース５とキャップ４を取り外
す。フレキシブルホース５を外した後の注入通路３の開
口部は栓７によって塞ぎ、再び冷却媒を供給したときに
漏れないようにする。

【００２０】図２Ｂでは、図示しないクレーンにより、
吊り下げ用ニップルを介して定尺の新黒鉛電極１０を黒
鉛電極１の上部まで運搬してくるまでを示す。それか
ら、図２Ｃにおいて、新黒鉛電極１０を黒鉛電極１の上
端に接続する。

【００２１】図２Ｄにおいて、前記図示しないクレーン
によって新黒鉛電極１０を接続した黒鉛電極１を吊りな
がら、図示しない保持解除機構により、電極ホルダー６
の保持を解除する。それから図示しない昇降装置によ
り、電極ホルダー６を上昇させ、黒鉛電極１の上端に接
続した新黒鉛電極１０の適当な位置で再び保持する。

【００２２】そして最後に、図２Ｅにおいて、吊り下げ
ようニップル１１を外し、キャップ４を取り付ける。続
けてフレキシブルホース５を新黒鉛電極１０の注入通路
３に接続し、冷却媒の供給を再開すれば作業終了とな
る。

【００２３】

【発明の効果】黒鉛電極を内部から直接冷却することに
より、全体の黒鉛電極消耗量を大幅に縮小することがで
きる。それによって、操業コストの低減が可能となる。
逆に、全体の電極消耗量を現状と同じにすれば、許容電
流値を現状より増加することが可能となるため、炉容量
を変えなければ投入電力の増大が図れ、その結果操業時
間が短縮されることでやはり操業コストの低減が可能と
なる。一方、操業時間を変えないとすれば、炉容量の大
型化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る黒鉛電極の断面図を示す。

【図２】Ａ〜Ｅは本発明に係る新黒鉛電極の接続方法を
示す。

【符号の説明】

１黒鉛電極２冷却媒３冷却媒の供給通路４キャップ５フレキシブルホース６ヘッダー管７栓８電極ホルダー９電気炉本体１０新黒鉛電極１１吊り下げ用ニップル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材料を溶解或いは精錬する電気炉の黒
鉛電極の冷却装置において、該黒鉛電極中心部を長手方向に貫通する冷却媒の通路
と、該通路の上端開口部を閉塞するキャップと、前記通路と直交若しくは斜めに連通し、且つ黒鉛電極表
面に貫通した冷却媒の注入通路と、該注入通路に冷却媒を供給すると共に、該注入通路とは
着脱自在になした供給通路とから構成されることを特徴
とする黒鉛電極の冷却装置。