JPH09510817A - アーク炉の電極シール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アーク炉、特にスチールを製造する炉のための電極シールは、電極の通路のための炉の屋根の開口に沿う水冷銅スリーブの形態の第１の部材を有する。このスリーブは、ベシシウム銅の水冷セグメントにより形成された水平方向に摺動可能なシールリングの下面と係合した上面を備えており、これらセグメントは、電極の外形と同じ内径を有し、電極の周りで閉じた装着カラーを形成するように端部相互が当接している。また、電極の水平方向の移動の緩衝と同様に、これらセグメントは、少し大きいか不規則な電極をも許容するように、開口上で中心に向かうように互いに径方向にばねにより付勢されていると共に、スリーブに対して下方にばるにより付勢されている。セグメンとスリーブとに形成された流路は直列に接続されており、また、水パイプとばね付勢装置とは、シールの周部を自由にして電極を密にまとめることができるように、配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】 アーク炉の電極シール 発明の分野 本発明は電気アーク炉のための電極シール構造に関する。 発明の背景 電気アーク炉は、るつぼと、このるつぼ中に吊り下げられるように支持れたほ ぼ垂直のカーボン電極とを一般に具備する。このような炉において、フュームを 含み、炉内を所望の雰囲気に維持し、そして熱ロスを制御するために、電極が吊 される開口を有する蓋もしくは屋根を炉に設けることが一般的になされている。 蓋もしくは屋根を開成することが必要な炉においては、下端が非常に熱くなって いる電極を引き抜く必要がある。炉の形式並びに使用に応じて、炉の通常の動作 の間に電極を垂直方向に大きくもしくは僅かに移動できるようになっていなくて はならず、また、電極は、電極の先端の消耗を補償するように下方に移動する必 要がある。さらに、特に、装入物を溶融する初期ステージの間に、電極を通る電 流のサージにより電極が実質的な電磁力を受け、この結果、横方向の変位が生じ る恐れがある。このような並びに他のファクターは、電気炉の屋根と電極との間 にシールを与えるように設計された装置においては非常に厳しい。 電極の移動の適度の範囲のみが許容される場合、水冷テレスコープシールが使 用され得る。この例は、仏国特許Ｎｏ．１，４１８，１５３号（ＩＲＳＩＤ）、 米国特許Ｎｏ．４，３０６，７２６号（Ｌｅｆｅｂｖｒｅ）、並びに米国特許Ｎ ｏ．４，０２７，０９５号（Ｋｉｓｈｉｄａ ｅｔ ａｌ）に開示されている。 米国特許Ｎｏ．４，７４５，６１９（Ｓｔｒｏｂｅｌｅ）には、水冷スリーブ が、炉の通常の動作の間に屋根から突出した電極の部分の周りに設けられている 電極シール構造が開示されている。また、このこの電極の部分は、炉の屋根の開 口の周りに留められた別の環状シール部材と相互作用するシール部材を支持もし くは提供している。この電極が装着されたシール部材は、屋根を開成するために 電極が炉から引き抜かれるときに、炉の屋根に留められているシール部材を避け るようにして上げられるようになっている。このような配設においては、水冷ス リーブにより電極構造が複雑になり、また、注意して設計されたとしても、電極 構造は損傷し易く、ある場合には、移動範囲の下端の炉内で発生するアークによ り破損する。電極を囲みまた電極に支持された水冷スリーブを使用した他のシー ル構造は、米国特許Ｎｏ．１，６９０，７９５号（Ｓａｇｒａｍｏｓｏ）並びに ４，３４７，４００（Ｌａｍａｒｑｕｅ）に開示されている。 炉の屋根により支持され、電極と摺動可能に接触して電極の表面に直接作用す る電極シール構造が提案されている。米国特許Ｎｏ．４，４５７，００２号では 、炉中に吊り下げられているが、炉の屋根に支持されている水冷スリーブが使用 されている。このような構造は、電極に装着されたスリーブを使用する構造と同 じような欠点があり、スリーブの下方に複合セグメントからなりシールリングを 必要とし、電極の横方向の移動を許容するように制限された間隔のみを与えてい る。しかし、これは、例えば、スクラップスチールの溶解のための炉のように、 電極が炉の屋根から度々引き抜かれなければならない用途には適していない。 米国特許Ｎｏ．４，４４２，５２６号（Ｒａｐｐｉｎｇｅｒ）には、導伝性の 水冷屋根を有する炉と関連してして使用するための電極シールが開示されている 。これには、シール自体の構造は詳述されておらず、全体の構造が水冷屋根の使 用に基いているように見える。 米国特許Ｎｏ．３，８３８，２３３号（Ｐｒｅｎｎ）には、電極の横方向の移 動を許容するけれども、炉の屋根とは独立してシール構造体の重量を支えるシス テムが開示されている。このシール自体は、可能であれば枢支された片状のシー ルに補強された、耐火材でできたリングである。このような枢支されたシールが 使用されると、どのように適当な電気的絶縁が電極間で維持されているかが明ら かではない。 米国特許Ｎｏ．４，２９５，００１号（Ｂｒｉｔｔｏｎ）並びに４，７５９， ０３２号（Ｗｉｌｌｉｓ）には、多数の耐火シールセグメントが、所望のシール を果たすように電極、即ち、各電極に対して内方に押圧されている構造が開示さ れている。 米国特許Ｎｏ．２，９７９，５５０号（Ｓｈｅｒｍａｎ）には、枢支され、片 状の多数の水冷シールセグメントが電極に対して自重とばねの付勢力とにより押 圧されており、補助のダイアフラムシールがセグメントと支持リングとの間に設 けられている構造が開示されている。 実際には、上記システムは、いずれもスチールの溶解のために使用されるアー ク炉のオペレータに一般に許容され得ることが証明されていない。提案されたあ る解決策は、Ｍａｒｋ Ｃｙｗｉｎｓｋｉ，Ｓｔｅｅｌ Ｔｉｍｅｓ Ｉｎｔｅ ｒｎａｔｉｏｎａｌｉよりＮｏｖｅｍｂｅｒ １９９２年に発行された文献“Ｐ ｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ＥＡＦ Ｆｕｍｅ ａｎｄ Ｄｕｓｔ Ｅｓｃａｐｅ”に 開示されているように、電極と炉の屋根との間のギャップ中に圧縮空気を吹き込 む、ガスシールの形態で提案されている。この解決策は、満足した電気シール構 造がスチールの溶解の分野では一般的に利用でない暗黙の了解がある。 発明の概要 本発明の目的は、有効で、比較的単純で経済的な構造であり、耐火炉の屋根に 安全に支持されるように充分に軽量にすることができ、炉からの電極の度々の完 全な引き抜きが可能であり、また、耐火屋根の寿命を延ばすことの可能な、電気 アーク炉のための電極シールを提供することである。 シール部材の過度の磨耗を生じ、またジャムの危険が生じる、シールを維持す るように電極の表面に対してシール部材を押し付けるようにするよりも、電極の 名目上の外径とほぼ一致した内径を有して電極の周りで密に適合したガードルを 形成するように、弾性的に付勢されて周方向で端部が互いに当接した比較的少数 の水冷金属セグメントにより、シールリングを形成している。電極の製造者はカ ーボン電極の外径を比較的小さい誤差内に特定しているが、実際は、より厳しい 誤差が通常は維持されている。シールリングの内径を、この狭い誤差範囲と適当 な関係で設定することにより、良好な適合が維持される。一方、シールセグメン トの内方への移動は、これらの端部間の当接により制限されるので、過度の磨耗 もしくは摩擦係合は避けられる。現在の指示は、電極の直径が通常ははいる径の 範囲の上限近くの内径は良好な結果を与えるが、経験はこの関係の僅かの上方も しくは下方の調節を教え得る。目的は、リングセグメントは通常は当接もしくは 非常に当接に近くなっており、また、セグメントを離すことは、電極の面への付 着と電極−セグメント間の接続部の不規則性を許容するためにのみ一般的に必要 である。電極を収容するための弾性力に対する変位は、実際は非常に小さい。シ ールリングは、電極が通る炉の屋根の開口のための円筒状の水冷ライナーを構成 する別のシール部材の平坦面と平坦シール面を形成するように、下方に弾性的に 付勢されている。この別のシール要索は、電極の横方向の動きを許容しながらシ ールを構成するだけではなく、屋根にシール構造体を留め、また、これがない場 合には受けるであろう熱応力に対する開口の内面を保護する。 本発明の他の態様は、実際に好ましい実施の形態の以下の説明並びに請求項か ら明らかであろう。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に係わる電極シール構造体の一実施の形態の平面図である。 図２は、電極と炉の屋根との近接した部分を示す、図１のＡ−Ａ線に沿う垂直 断面図である。 図３は、シール構造体中の水の流れを説明するための図である。 図４は、シール構造体の第１の主部材を示す図である。 図５並びに６は、構造体の第２の主部材の一部を形成するセグメントの両端に 沿う部分垂直断面図である。 好ましい実施の形態の説明 以下の説明は、三角形状に離れた３つの電極を有する、三相交流スチール形成 炉に使用されるように設計された本発明の実施の形態に特に向いているけれども 、本発明は、また、１もしくは複数の電極を有する他の交流並びに直流アーク炉 にも適用可能であることは理解できよう。しかし、図１に最も良く示すように、 本発明の効果は、シールメカニズムが、導電性の沈着物の発生並びに導電性の構 造により電極間に生じるアークの危険を最小にするために、空気ジェットもしく は 他の方法の助けで、容易に清潔に保ことができる電極間の炉の屋根の塞がれない 部分を保ように物理的に配設され得る。 図示するように、電極シールは、互いに作用する２つの主部材により構成され ている。シリンダー１２の形態をした第１の部材は、炉の屋根１４内の開口に沿 っている。第２の部材は、電極４に接触したリング２の形態をしており、３つの セグメント６により形成されている。セグメントは、夫々ベースプレート８を有 し、これらベースプレートは、シリンダー１２の上環状平坦面１０上に乗ってい る下平坦環状面を提供するようにシリンダーと共同している。ベースプレート８ は、炉の屋根に対する電極の横方向の移動を許容するように面１０上で横方向に 移動可能である。 前記セグメント６は、ガイドケーブル１６により互いに当接して弾性的に保持 されている。このケーブルの両端は、テンションばね集合体１８により接続され ている。また、これらセグメント６は、プラグ２６のソケット２４に入るテーパ 付き栓２２を有するプラグ２０（図５並びに６）により先端で接続されてアライ ンメントされている。これらセグメントの当接並びに内部対面は、セグメント相 互が当接されたときに、電極を密に囲むであろうリング２の内径を与えるように 機械加工されている。即ち、所定の名目上の径を有する大部分の電極セグメント により表される径の狭い範囲の上限の径が適するようにする。かくして、製造見 積もり誤差は実質的には比較的大きいけれども（０．６０６４〜０．６１２８メ ータ）、ユニオン・カーバイドからの名目２４インチの９５％が、残りの電極が ０．６１１１メータよりも僅かに短い状態で、０．６１１１〜０．６１１９メー タの範囲の径を有することが判る。このような電極にとって、＋０．０００８の リング内径が、見積もられた範囲内でのいかなる径が適当に満足であっても、最 適であることが信じられている。セグメント間のシームは、もし必要であれば、 径を調節するのに使用され得る。目的は、過度の（約０．０００８メータよりも 大きい）ギャップが隣接するセグメント間もしくはセグメントと電極間に生じて ているもとでの状態を最小にすることである。 前記セグメント６は、平行な長手方向に延びたボアを有するベリリウム銅の棒 を用意し、これら棒を、プラグ２０，２６により両端が閉塞される細長い冷却チ ャンネル２８を備えた１２０°のセグメントを形成するように曲げることにより 形成される。これらチャンネル２８は、図３に示すように、外方に突出したクロ スボア３０により一端近くで互いに接続され、また、他端部で、ねじ付きのラジ アルボアにより外部のパイプ接続体に接続される。前記ベースプレート８は、ス テンレススチールにより形成され、ベリリウム銅のセグメントにボルト留めされ る。ベリリウム銅とステンレススチールとは好ましい材料であるけれど、もし適 当な熱伝導と耐摩耗性が達成されるのであれば、他の非強磁性体金属もしくは合 金が利用され得る。 リング２は、レバー３４上のシュー３６を介して付与される横方向の力により シリンダー１２とアラインメントするように付勢され、また前記セグメント６は 、当接するように付勢されている。これらレバー３４は、垂直方向のスラストに 耐えることができ、両ばね集合体４０により駆動されるように枢支体３８に回動 可能に支持されている。これらばね集合体の反動は枢支タイ４２により支えられ ている。これら枢支体３８，４２は、シリンダー１２の上部から外方に突出した フランジ４４により支持されている。前記シュー３６は、プランジャー４６を含 み、これらプランジャーは、ベースプレート８を下方に付勢してシリンダー１２ の面１０と接触させるように、積層ディスクばね４８により下方に弾性的に付勢 されている。 横方向の電極移動のために適当なクリアランスを与えるように、電極の内径よ りも約１５％〜２０％大きくなるであろう内径を有するシリンダー１２は、冷却 のための外周パイプ５０を中にキャステングにより形成して、銅でキャステング により形成され得る。このシリンダーには、これを炉の屋根に保持するための外 リブ５２が設けられている。これらリブは、高アルミナもしくはクロムセメント のような、この分野の適用に適した耐火セメント化合物からシリンダーの周りに キャステングにより形成されている。電極がシリンダー１２から引き抜かれると きの熱衝撃の影響を減じるために、シリンダーの下部と炉の屋根の構造体との間 に耐火繊維５８が充填されているギャップが残されているか、下部が、銅と耐火 物の異なる膨張を許容するように垂直スロット５６が図示のように形成される。 前記パイプ５０は、外部パイプワーク６４により、セグメント６内の冷却チャ ンネル２８と直列に接続されており、この結果、単一の入口並びに出口接続部６ ０，６２が全体のシールのために利用され得、他の電極に最も近いシールの側（ 図１で上側）に外部水パイプが必要ではない。水流路の直列接続は、幾つかの並 列に接続された流路の１つの支障が直接には明白にはならないのに対して、いか なる支障も直ちに検出され得る。前記レバー３４は、支障のないシールの同側を 離すように指向されている。この結果、間隙を減じるか、シールから逃げねイオ ン化ガスに関連した導電性沈着物の形成を促進する支障を避けるように電極間の 間隔は、電極間の不要なアークの発生を促進するので、複合電極は好ましくは互 いに近接して集合され得る。 使用において、リング２は電極４を密に囲み、そして、ばね４８によりシリン ダー１２とのシール接触が保たれる。ガードルケーブル１６とシリンダー４０と は、セグメント６相互の当接を維持するが、オーバサイズの電極セグメントと、 電極セグメント間の僅かのミスアラインメントと、電極面に付着するスパッター された物質とに対する僅かの外方への移動を可能にする。しかし、シールセグメ ントに与えられる保持力は、リングと電極とのシール面よりもむしろセグメント の当接端により通常は受けるので、密接するサイズは、リングと電極との両者の 磨耗を最小にする助けとなる。電極の誤差の最良の許容は、製造の間数千分の１ インチだけ端部が近接したセグメントの内面を緩めることにより達成され得る。 プレート８の当接垂直面と面１０との間の摩擦係合は、炉の屋根に対する電極の 水平方向の移動を許容するが、実質的な緩衝を与える。一方、ばね４８により与 えられる弾性垂直負荷は、いかなる瞬間的なジャミングを壊す助けをなす電極の 垂直方向の移動の間、シールの僅かの垂直移動を可能にする。 前記シリンダー１２は、効果的な電極シールがない場合に生じる腐蝕に対して 、開口の周りの炉の屋根を保護する助けとなり、また、電極の白ホットスポット が開口から引き抜かれるときに生じる厳しい温度遷移に対して耐火材を保護する 助けとなる。一方、シリンダーの下端の構造は、シリンダーと屋根との熱膨張が 異なることにより耐火物に歪みが生じるのを防止する助けをなす。シールとこれ の水流路との簡単な構造は、これが不当にかさばることが無いことを、かくして 、屋根に過度の負荷をかけないことを意味する。屋根の破損のときにこれが炉中 に 落下するリスクを避けるように拘束される。

───────────────────────────────────────────────────── 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， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｎ Ｌ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気アーク炉の屋根の開口と、この開口を通る電極との間の間隙を閉成す るための電極シールであり、前記開口の周囲の周りで炉の屋根に留められた第１ のシール部材を具備し、この第１のシール部材は前記開口に沿い、前記電極の外 径よりも実質的に大きい内径を有する筒状のシリンダー部材により形成されてお り、このシリンダー部材は前記開口を囲む上平坦環状面を規定しており、また、 この第１のシール部材の上平坦環状面に乗った下平坦環状面を有する第２の環状 シール部材を具備し、この第２のシール部材は、互いに端部で当接した複数の独 立して可動な周囲セグメントにより形成され、電極の周りに密に適合するのに充 分な小径の内面を有して、電極の周りにガードルを規定し、電極と第２のシール 部材との間のギャップが約０．０００８メータよりも小さいが、セグメントの上 記端部での当接により一般的に制御されるのに充分な大きさであり、また、前記 第２のシール部材と係合して、前記セグメントを当接関係にに付勢する、径方向 に作用する複数の弾性留め装置を具備し、この留め装置は、前記第１のシール部 材により支持され、前記開口の周りで第２のシール部材を中心方向に付勢する複 数の装置を有し、そして、また、前記第１のシール部材から支持され、第１のシ ール部材の上平坦環状面と係合するように第２のシール部材の下平坦環状面を付 勢するように作用する別の複数の弾性留め装置とを具備する電極シール。 ２．前記両シール部材は、非強磁性体金属で形成されており、また、冷却水の ための流路が中に形成されている請求項１の電極シール。 ３．前記第１のシール部材の冷却流路と第２のシール部材の各セグメントとは 直列に接続されている請求項１もしくは２の電極シール。 ４．前記第１のシール部材は銅で形成され、また、前記第２のシール部材のセ グメントはベリリウム銅で形成されている請求項２の電極シール。 ５．前記セグメントは、前記下平坦環状面を規定する、ステンレススチールの 装着プレートを有する請求項４の電極シール。 ６．前記径方向に作用する弾性留め装置は、第１のシール部材に枢支され、セ グメントに作用する複数のレバーと、第１のシール部材により支持され、これら レバーをセグメントに対して径方向に付勢するように作用する複数のばねとを有 する請求項１の電極シール。 ７．前記径方向に作用する弾性留め装置は、セグメントの周りに弾性的に負荷 されたガードルをさらに有する請求項６の電極シール。 ８．前記セグメントを係合させるレバーの部分は、前記第１のシール部材の上 平坦環状面と接触するように下方に前記第２のシール部材の下平坦環状面を付勢 するばね負荷プランジャーの形態の前記別の弾性留め装置を有する請求項６の電 極シール。 ９．三角形グループの３つの電極を有する炉に使用され、前記弾性留め装置は 、グループの他の電極と面するように指向された、電極シールの部分を前記留め 装置により形成された突出部から離すように配置されている請求項１の電極シー ル。 １０．前記冷却流路は、外パイプにより接続され、これらパイプは、パイプか ら電極シールの周辺部を離すように配設されている請求項９の電極シール。 １１．筒状のシリンダー部材の下部には、周方向に離間した複数のスロットが 形成されている請求項１の電極シール。 １２．筒状のシリンダー部材の下部は、シリンダー部材が中に配置された開口 内で繊維パッキングで囲まれている請求項１の電極シール。