JPH09506994A - 冶金容器の底面電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 冶金容器の底面電極が、互いに異なる物質から成り互いに接続可能である部分から成り、容器外部へ向いており容器底面の外部に配置されている部分には冷媒が供給され、容器内部へ向いており摩耗部材として形成されている部分が容器の中にある溶融金属に接触している、直流により作動される冶金容器の底面電極。前記記摩耗部分は、溶融金属に類似の金属物質から成る構成部分（３２）と、耐高温性部材から成る構成部分（３１）から成る。

Description

【発明の詳細な説明】 冶金容器の底面電極 本発明は、互いに異なる物質から成り互いに接続可能である部分から成り、容 器外部へ向いており容器底面の外部に配置されている部分には冷媒が供給され、 容器内部へ向いており摩耗部材として形成されている部分が容器の中にある溶融 金属に接触している、直流により作動される冶金容器の底面電極に関する。 直流により作動される冶金容器特にスラグ溶解炉は、底面の領域内に、通常は 陽極として形成されている少なくとも１つの電極を有する。これらの底面電極は 溶解プロセスの間は溶融金属液面の下方に位置し、従って電流による負荷の外に 溶融金属による熱的及び化学的及び腐食的負荷にさらされる。熱的摩耗を軽減す るために現場で稼動する際には一連のこれらの底面電極は冷却される。 例えばドイツ特許出願公開第ＤＥ０５４０２５８９７号公報から公知の金属製 電極は、直流アーク炉の炉壁を貫通して容器の中の溶融金属に接触し、一方では この電極は、給電源及び冷媒供給源に接続可能である。この電極は、互いに接続 可能な２つの棒から成り、溶融金属に接触する棒は、溶融金属に類似の物質から 成る。稼動の間にこの棒の端面は、溶融金属との接触により溶解され、浴運動（ 溶融金属の運動）により運び去られる。 ヨーロッパ特許出願公開第ＥＰ００１２０５０号公報から公知の溶融金属に接 触する底面電極では、溶融金属に面している端面に、近辺の溶融金属の熱流運動 を軽減する手段が設けられている。この手段は多数の細長の耐火性部材から成り 、耐火性部材は互いに平行に設けられ、導電体を溶融金属へ向かって延長する。 耐火材部材はこの場合、完全に導電体の中に沈め込むことができる。 この文献から公知の接続装置は、冶金容器の耐火性ライニングの中に深く突出 している冷却素子を有する。この底面電極は、作業上の安全性の理由から憂慮す べき別の構造を有するだけでなく、この底面電極は直接に、電極頭部の近辺に配 置されている冷却素子の高い冷却効果により直接に電極先端に作用する。更にこ の底面電極の別の１つの欠点は、電極頭部が溶解する際に細長の耐火性部材が、 金属領域から流れ出ることにある。 本発明の課題は、簡単な手段により前述の底面電極の前述の欠点を除去し、適 切に保守でき再生可能であり寿命が長い底面電極を有する、直流により作動され る冶金容器を提供することにあり、更に、この底面電極が、電流を確実に流し、 この底面電極を包囲する耐火性ライニングの摩耗に良好な影響を与えるようにす ることにある。 上記課題は請求の範囲第１項の特徴部分により解決される。底面電極の摩耗部 分の形状は、一方では、充分な電流が冷却部分から溶融金属へ流れることを可能 にし、同時に電極先端の領域内の浴運動を最小化するように作られている。溶融 稼動の間、直流により作動される冶金容器特に溶融金属とスラグが混じったもの を炉底面上で移動させるタイプのアーク炉等の、通常は陽極として使用される底 面電極は、非常に大きい熱負荷にさらされる。これにより、底面電極の溶融金属 に接触してる頭部領域は溶解し、電極外套は、容器の中の溶融金属と混合する。 これに加えて、溶融金属の中に含有されている酸素が、底面電極による冷却によ り自然に放出され、これにより浴運動が高められる。これにより、電極先端の領 域内の速度は４ｍ／ｓｅｃにまでなることもある。これにより電極近辺領域内で は腐食による摩耗が、大幅に大きくなる。これにより生じる悪い影響は、耐火ラ イニングが大きく凹んでくることにある。このような凹みにより流れの速度がよ り大きくなり、底面電極及び耐火性容器底面の摩耗がより激しくなる。 本発明では、炉容器の中の溶融金属と、電極の溶融金属と同一物質から成る前 部の溶融物質との流れを妨げ、しかし同時に摩耗部分からの熱導出と、電流エネ ルギの供給とを保証する形状を底面電極の摩耗部分に与える。液状金属流れを低 減するために次の形状が本発明では提案される。 − 内部の金属部分は、容器内部へ向かって先細りし、冶金容器の耐火材により 包囲されている。 − 底面電極の円筒形摩耗部分は、中心軸線に同軸に配置されている金属製構成 部分と、耐高温性材料好ましくは酸化ジルコニウムから成る構成部分とから成る 。 − 前述の２つの構成部分とから成る組合せの横断面が、各横断における電流消 費及び熱放出に合せられている。 この場合、個々の構成部分すなわち金属／耐火材の形状は、液状金属の流れの 速度が極端に低下し、電極頭部の溶解深さが最小化されるように、互いに適合調 整されている。流速が小さいので、容器耐火性ライニングの腐食が大幅に軽減さ れる。 本発明の１つの例が、添付図面に示されている。 第１図は底面電極の縦断面図、第２ａ−ｃ図は底面電極の摩耗部分の断面図で ある。 第１図は、容器外套１２と耐火材ライニング１３とを有する冶金容器１０の一 部を示す。外套１２及びライニング１３を貫通して底面電極１１が案内され、底 面電極１１は冷却部分２０及び摩耗部分３０から成る。冷却部分２０には冷媒供 給装置及び給電装置２３とが接続されている。冷却部分２０の端面２１には、同 一の横断面Ａを有する摩耗部分３０が配置されている。 第１図の左側において、摩耗部分３０は、上下に積重ねられている円筒部材３ ４．１〜３４．４から成り、冷却部分３０の方へ向かって円筒部材３４の直径が 増加する場合が示されている。 第１図の右側において、摩耗部分３０は、耐高温性部分３１と金属製部分３２ とから成る場合が示されている。 第２図には、耐高温性部分３１と金属製部分３２との相互関係の配置の複数の 例が示されている。その他の配置も可能であり、技術的に有益である。 例２ａは、第１図の左側に対応し、異なる横断面を有する円筒形部材３４．１ 〜３４．４から成る積重ね体を有する摩耗部分３０を示す。 例２ｂは、中央金属製棒８と、耐高温性スリーブ３５を包囲している金属製ス リーブ３９とを示す。 例２ｃは金属製ボルト３６を示し、金属製ボルト３６は耐高温性基質３１の中 に設けられている。 例２ｄは、互いに平行に配置されているプレート３７を示し、プレート３７は 耐高温性材料３１と金属材料３２とから成る。 参照番号リスト １０ 冶金容器 １１ 底面電極 １２ 容器外套 １３ 耐火材ライニング ２０ 冷却部分 ２１ 端面 ２２ 冷媒供給源 ２３ 給電源 ３０ 摩耗部分 ３１ 耐高温性構成部分 ３２ 金属製構成部分 ３３ 外部輪郭 ３４ 金属製円筒体 ３５ 耐高温性スリーブ ３６ 金属製ボルト ３７ プレート ３８ 金属製棒 ３９ 金属製スリーブ Ｓ 溶融金属 Ｉ 中心軸線 Ａ 横断面 ｌ 長さ

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年１２月８日 【補正内容】 明細書（補正） 本発明は、互いに異なる物質から成り互いに接続可能である２つの部分から成 り、これらの部分のうちの容器外部へ向いており容器底面のほぼ外部に配置され ている外側部分には冷媒が供給され、容器内部へ向いており摩耗部材として形成 されている内側部分は、容器の中にある溶融金属に接触している、直流により作 動される冶金容器の底面電極に関する。 直流により作動される冶金容器特にスラグ溶解炉は、底面の領域内に、通常は 陽極として形成されている少なくとも１つの電極を有する。これらの底面電極は 溶解プロセスの間は溶融金属液面の下方に位置し、従って電流による負荷の外に 溶融金属による熱的及び化学的及び腐食的負荷にさらされる。熱的摩耗を軽減す るために現場で稼動する際には一連のこれらの底面電極は冷却される。 例えばドイツ特許出願公開第ＤＥ０５４０２５８９７号公報から公知の金属製 電極は、直流アーク炉の炉壁を貫通して容器の中の溶融金属に接触し、一方では この電極は、給電源及び冷媒供給源に接続可能である。この電極は、互いに接続 可能な２つの棒から成り、溶融金属に接触する棒は、溶融金属に類似の物質から 成る。稼動の間にこの棒の端面は、溶融金属との接触により溶解され、浴運動（ 溶融金属の運動）により運び去られる。 ヨーロッパ特許出願公開第ＥＰ００１２０５０号公報から公知の溶融金属に接 触する底面電極では、溶融金属に面している端面に、近辺の溶融金属の熱流運動 を軽減する手段が設けられている。この手段は多数の細長の耐火性部材から成り 、耐火性部材は互いに平行に設けられ、導電体を溶融金属へ向かって延長する。 耐火材部材はこの場合、完全に導電体の中に沈め込むことができる。 この文献から公知の接続装置は、冶金容器の耐火性ライニングの中に深く突出 している冷却素子を有する。この底面電極は、作業上の安全性の理由から憂慮す べき別の構造を有するだけでなく、この底面電極は直接に、電極頭部の近辺に配 置されている冷却素子の高い冷却効果により直接に電極先端に作用する。更にこ の底面電極の別の１つの欠点は、電極頭部が溶解する際に細長の耐火性部材が、 金属領域から流れ出ることにある。 ドイツ特許第ＤＥ−ＰＳ２１９５７５号明細書から公知の電気炉用炉床電極は 、高温になると初めて導電性になる炭素を含有しない材料から成り、電極に対向 して位置する炉面全体にわたり、炉床を担持する給電プレートの中にはめ込めら れ炉床体を貫通し端部が前述の炉床電極と同一平面の中に位置する鉄製及びその 他の金属製の棒が、処理する材料に依存して規則的に分散配置されている。 ドイツ特許出願公開第ＤＥ４１２９７５６Ａ１号公報から公知の耐火材ライニ ングを有する冶金容器では、容器底面の領域内に直流アーク装置の陽極が設けら れ、耐火材が無い炉容器の中にかつ所定に個所に箒状金属部材が設けられ、その 箒状部分は容器内部へ向いている。 本発明の課題は、簡単な手段により、適切に保守でき再生可能であり寿命が長 い冒頭に記載の形式の底面電極を提供することにあり、更に、この底面電極が、 電流を確実に流し、この底面電極を包囲する耐火性ライニングの摩耗に良好な影 響を与えるようにすることにある。 上記課題は請求の範囲第１項の特徴部分により解決される。底面電極の摩耗部 分の形状は、一方では、充分な電流が冷却部分から溶融金属へ流れることを可能 にし、同時に電極先端の領域内の浴運動を最小化するように作られている。溶融 稼動間、直流により作動される冶金容器特に溶融金属とスラグが混じったものを 炉底面上で移動させるタイプのアーク炉等の底面電極は、非常に大きい熱負荷に さらされる。これにより、底面電極の溶融金属に接触してる頭部領域は溶解し、 電極外套は、容器の中の溶融金属と混合する。これに加えて、溶融金属の中に含 有されている酸素が、底面電極による冷却により自然に放出され、これにより浴 運動が高められる。これにより、電極先端の領域内の速度は４ｍ／ｓｅｃにまで なることもある。これにより電極近辺領域内では腐食による摩耗が、大幅に大き くなる。これにより生じる悪い影響は、耐火ライニングが大きく凹んでくること にある、このような凹みにより流れの速度がより大きくなり、底面電極及び耐火 性容器底面の摩耗がより激しくなる。 本発明のその他の実施の形態は、その他の項に記載されている。 本発明では、炉容器の中の溶融金属と、電極の溶融金属と同一物質から成る前 部の溶融物質との流れを妨げ、しかし同時に摩耗部分からの熱導出と、電流エネ ルギの供給とを保証する形状を底面電極の摩耗部分に与える。液状金属流れを低 減するために次の重要な形状が本発明では提案される。 １． 金属製構成部分、すなわち電極の内部部分は、上下に積重ねられた円筒形 体から形成され、容器底面のほぼ外部に配置されている外側部分へ向かってそれ ぞれの円筒形体の直径が増加する。 ２． 金属製構成部分は、中心軸線に平行に外側部分へ向かって太くなる円錐台 形である。 個々の構成部分のこのように選択された形状により、液状金属の流れの速度が 極端に低下し、電極頭部の溶解深さが最小化されるように互いに適合調整される 。流速が小さいので、容器耐火性ライニングの腐食が大幅に軽減される。 本発明の１つの例が、添付図面に示されている。 第１図は底面電極の縦断面図、第２ａ図及び第２ｂ図は底面電極の摩耗部分の 断面図である。 第１図には、容器外套１２及び耐火性ライニング１３を有する冶金容器が示さ れている。外套１２及びライニング１３を貫通して底面電極１１が案内されてい る。底面電極１１は、互いに異なる物質を有し互いに接続可能である２つの部分 ２０，３０から成り、これらの部分２０，３０のうちの、容器内部へ向いており 容器底面のほぼ外部に配置されている外側部分２０は冷媒を供給され、容器内部 へ向いており摩耗材として形成されている内側部分３０は、容器の中の溶融金属 に接触している。内側部分３０は２つの部分３１，３２から成り、金属製構成部 分３２は主に、溶融金属に類似の物質から成り、金属製構成部分３２の横断面は 、外側部分２０の端面２１において、端面２１に整合されている外部輪郭３３を 有する。金属製構成部分３２は、溶解された電極材料及び溶融金属の端面領域内 の端面領域内の流れを阻止する形状を有する。 他方の構成部分３１も耐高温性物質から成り、金属製構成部分３２に対して相 補的な形状を有する。両構成部分３１，３２は、底面電極１１の中心軸線に同軸 に配置されている。外側部分２０の端面２１は、内側部分３０と同一の横断面Ａ を有する。 第１図の左側は、摩耗部分３０が上下に積重ねられている円筒部材３４．１〜 ３４．４から成り、冷却部分３０へ向かって円筒部材３４の直径が増加する場合 を示す。 第１図の右側は、摩耗部分３０が耐高温性部分３１と金属製部分３２とから成 る場合を示す。 第２図には、耐高温性部分３１と金属製部分３２との相互関係の配置の例が示 されている。 例２ａは、第１図の左側に対応して、異なる横断面を有する円筒形部材３４． １〜３４．４から成る積重ね体を有する摩耗部分３０を示す。 例２ｂは、中央金属製棒８と、耐高温性スリーブ３５を包囲している金属製ス リーブ３９とを示す。 請求の範囲（補正） １． 冶金容器の底面電極（１１）が、互いに異なる物質を有し互いに接続可 能である２つの部分から成り、 − 前記部分のうちの、容器外部へ向き容器底面のほぼ外部に配置されてい る外側部分（２０）は冷媒を供給され、 − 容器内部へ向き摩耗材として形成されている内側部分（３０）は、容器 の中の溶融金属に接触する 直流電流により作動される冶金容器の底面電極において、 前記内側部分（３２）は２つの部分（３１，３２）から成り、 ａ） 前記部分（３２）は、溶融金属に類似の物質から成り、金属製構成部 分（３２）の横断面は、外側部分（２０）の端面（２１）において、前記端面（ ２１）に整合されている外部輪郭（３３）を有し、 前記金属製部分（３２）の形状は、作動中に端面領域内で溶解した電 極材料の流れと、溶融金属の流れとを妨げるように形成され、 ｂ） 前記部分（３１）は、前記金属製構成部分（３２）に対して相補的な 形状を有する耐高温性物質から成り、 前記内側部分（３０）の前記金属製構成部分（３２）と耐高温性構成部分（３ １）とは前記底面電極（１１）の中心軸線に同軸に配置されていることを特徴と する冶金容器の底面電極。 ２． 構成部分（３２）の形状すなわち溶融材料の流れを妨げる形状が、上下 に積重ねられている円筒部材（３４）から成り、冷却部分（２０）へ向かってそ れぞれの円筒直径が増加することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の冶金容 器の底面電極。 ３． 金属製構成部分（３２）の形状すなわち溶融材料の流れを妨げる形状が 、中心軸線（Ｉ）に平行に冷却部分（２０）へ向かって太くなる円錐台形であり 、 前記円錐台形の端面すなわち容器内部（１０）に面している端面が、冷却部分（ ２０）の横断面Ａの１／２より小さい面積を有することを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の冶金容器の底面電極。 ４． 金属製構成部分（３２）が、中心軸線（Ｉ）に軸線平行に案内されてい るスリーブ（３９）の形状に形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項 に記載の冶金容器の底面電極。 ５． 金属製構成部分（３２）の横断面が、溶融金属等の流れに整合され、前 記金属製構成部分（３２）の前記横断面が、冷却部分（２０）の横断面（Ａ）か ら連続的に、最大で摩耗部分（３０）の長さＬの２／３の大きさまで幅広がりに 形成され、更に容器内部へ向かって変化する際に横断面Ａの１／２より小さい大 きさまで減少することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の冶金容器の底面電 極。 ６． 内側部分（３０）が円筒形に、冷却部（２０）の横断面（Ａ）と同一の 横断面により形成され、摩耗部分（３０）の金属体積（Ｖｍｅｔ）と、前記冷却 部分（２０）の端面（２１）から溶融材料までの間隔（Ｌ）との比すなわちＶｍ ｅｔ／Ｌが３０〜３００（ｃｍ³／ｃｍ）であり、Ｖｍｅｔは端面と間隔Ｌとの 間の全体積であることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項のうちのいずれ か１つの項に記載の冶金容器の底面電極。 ７． 耐高温性物質から成る構成部分（３１）が、例えば酸化ジルコニウム等 の防食性及び耐火性材料から成ることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の冶 金容器の底面電極。 【図１】 【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，Ｅ Ｅ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ， ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ホフマン，ヴェルナー ドイツ連邦共和国、デー 47441 メルス、 フェルトシュトラーセ 53アー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 互いに異なる物質から成り互いに接続可能である部分から成り、容器外 部へ向いており容器底面の外部に配置されている部分には冷媒が供給され、容器 内部へ向いており摩耗部材として形成されている部分が容器の中にある溶融金属 に接触している、直流により作動される冶金容器の底面電極において、前記摩耗 部分（３０）が構成部分（３２）と構成部分（３１）を有し、 − 前記構成部分（３２）は溶融金属に類似の金属物質から成り、冷却部分 （２０）に接続されている端面（２１）が冷却部分の横断面（Ａ）に整合されて いる外部輪郭（３３）を有し、作動中に前記底面電極（１１）の一部溶融した材 料の流れと溶融金属の流れとを妨げる形状を有し、 − 前記構成部分（３１）が耐高温性部材から成り、上記金属製構成部分（ ３２）に合わせた形状を有することを特徴とする冶金容器の底面電極。 ２． 構成部分（３２）の形状すなわち溶融材料の流れを妨げる形状が、上下 に積重ねられている円筒部材（３４）から成り、冷却部分（２０）の方へ向かっ てそれぞれの円筒直径が増加することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の冶 金容器の底面電極。 ３． 溶融材料の流れを妨げる金属製構成部分（３２）の形状が、中心軸線（ Ｉ）に平行に冷却部分（２０）へ向かって太くなる円錐台形であり、前記円錐台 形の端面すなわち容器内部（１０）に面している端面が、冷却部分（２０）の横 断面Ａの１／２より小さい面積を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の冶金容器の底面電極。 ４． 溶融材料の流れを妨げる構成部分（３２）の形状が、冷却部分（２０） と同一の横断面（Ａ）を有する円筒体から形成され、前記円筒体は、金属物質か ら形成されている構成部分（３２）の外に、耐高温性物質から成る構成部分（３ １）を有し、摩耗部分（３０）の金属体積（Ｖｍｅｔ）と、前記冷却部分（２０ ） の端面（２１）から溶融材料までの間隔（ｌ）との比すなわちＶｍｅｔ／ｌが３ ０〜３００（ｃｍ³／ｃｍ）であることを特徴とする請求の範囲第１項から第３ 項のうちのいずれか１つの項に記載の冶金容器の底面電極。 ５． 耐高温性物質から成る構成部分（３１）が、防食性及び耐火性材料、例 えば酸化ジルコニウム等から成ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の冶 金容器の底面電極。 ６． 金属製構成部分（３２）が、中心軸線（Ｉ）に同軸に案内されているス リーブ（３９）の形状で形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記 載の冶金容器の底面電極。 ７． 金属製構成部分（３２）が、中心軸線（Ｉ）に軸線平行に案内されてい るボルト（３６）を有することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の冶金容器 の底面電極。 ８． 金属製構成部分（３２）が、中心軸線（Ｉ）に軸線平行に案内され金属 製構成部分（３２）と耐高温性構成部分（３１）とから成るプレート（３７）を 有することを特徴とする請求の範囲第４項に記載の冶金容器の底面電極。 ９． 金属製構成部分（３２）の横断面が、流れに整合され、前記金属製構成 部分（３２）の横断面の形状が、冷却部分（２０）の端面（２１）から連続的に 、最大で摩耗部分（３０）の長さＬの２／３の大きさまで幅広がりに形成され、 更に容器内部へ向かって変化する際に横断面Ａの１／２より小さい大きさまで減 少することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の冶金容器の底面電極。