JPS61116282A - 直流電流を用いる冶金用電気炉の炉壁電極 - 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】 本発明は、溶融金属、特に溶鋼の精錬に用いられる直流
電流を用いる冶金用電気炉の炉壁電極に関する。

このタイプの電極は、炉壁を貫通して（一般的には炉底
部を貫通して）埋設され、一端部が炉内の金属体と接触
し、他端部が直流電圧の給電端子に接続されている電気
的接続手段から構成される。

給電源の他の端子は、金属浴の表面かられずかに上方の
位置のグラファイト製の１または複数の可動電極に接続
され、電極と金属浴表面との間にアークを形成、維持し
、金属の精錬に必要な熱エネルギーを与える。

このような炉壁電極は、製鉄技術、特に、処理用取鋼ま
たは温度保持用取鍋、或いはより一般的にはアーク式溶
解炉（炉床電極として）に利用される。

この種の技術における問題は炉床電極の耐用寿命の点に
ある。

炉床電極は、１８００℃を越える温度の炉内の溶融金属
の存在および例えば、アーク溶解炉では３０．０００ア
ンペア程度である高電流強度によるジュール効果による
内部加熱により極めて厳しい熱条件におかれる。

本出願人の１９８４年６月２７日出願のフランス特許出
願第８４／１０４８２号に記載の方法では、鋼製の中実
の棒体からなる炉床電極を有するアーク炉であって、該
棒状電極のターミナル部分は炉外に突出して＠環水によ
り強制冷却された銅スリーブに包囲され且つ給電端子に
接続されている。この方法では、棒状電極の周りにスリ
ーブを配置することによって熱的および電気的接続を行
っている。さらに、上記フランス特許出願に記載の１実
施態様では棒状電極の外側部分を耐火材料製のキャップ
を取付けている。このキャップは、スリーブの端部と協
働して、冷却が不調の場合に棒状電極の中央部分がコー
ン状に溶融して棒状電極の端部まで到達して溶融金属が
漏出する恐れを防止している。

このような電極は中規模で、長期間の炉の操業には十分
満足すべきものである。しかしながら、著しく長い操業
期間の場合には、棒状電極の溶融および再溶融が繰返さ
れるに従って、冷却スリーブと、交互に加熱、冷却され
る棒状電極との間の膨張差によって徐々にスリーブと電
極との間の電気的接続さらには熱交換性が損なわれる。

本発明の目的は、このような不都合のないタイプの電極
を提供することにある。

本発明に従うと、金属の棒体を備える直流電流を用いる
冶金用電気炉の炉壁電極であって、該棒体は炉壁を貫通
し、そ°の１端部で炉内の金属浴と接触し、他端部が炉
外に突出して、その突出部が熱および電気伝導性の優れ
た材料により構成され且つ冷却用流体によって強制冷却
され、さらに給電端子に接続したスリーブによって包囲
され、該電極はその炉外に突出する他端部を延長させる
キャップを備え、さらに、 −取付は時に分離空間を形成するように、上記スリーブ
は上記の金属の棒体の突出する部分を間隙をもって包囲
し、 −上記キャップは導電性の優れた材料で構成され、さら
にキャップをスリーブと同一の給電端子に接続する手段
を備える、 ことを特徴とする直流電流を用いる冶金用電気炉の炉壁
電極が提供される。

本発明の好ましい態様に従うと、キャップも熱伝導性の
優れた材料、例えばスリーブ同じく銅からなり、冷却用
流体、特に水の循環により強制冷却される。

このようにして、たとえスリーブの冷却が不調であって
、溶融が棒状電極内で進行してもキャップは決して溶融
金属と接触しないのでキャップが損壊しないことが確実
となる。

本発明の他の好ましい態様に従うと、棒状電極およびこ
れと一体のキャップはスリーブに長手方向に滑動可能に
取付けられ、炉に固定した止め具がキャップの底部を支
持し、電極を炉底を貫通して配置してもその自重により
電極がスリーブから落下することが防止される。

この態様は電極が再凝固する際に起りうる長手方向の収
縮を考慮したものであり、このような構成によって電極
を構成する各種の要素に繰返し機械的応力が発生するの
が防止される。

この態様においては、キャップと給電端子に接続されて
いる電極の固定部分との間は、滑り接触する電気接触子
で接続するのが好ましい。この固定部分は棒状電極を越
えたスリーブ自体の下方部分で構成するか、或いは独立
した部材、例えばスリーブとの電気接触を果しながらキ
ャップの通過のための孔を有する、スリーブの下に固定
した底板によって構成し、滑り接触する電気接触子をこ
の孔の位置に設ける。

下記に詳細に示すように、本発明の基本的な考えは、電
極を構成する棒体を、それを包囲するスリーブから離間
せしめ、当初は安全性のために設けた棒体の端部に設け
たキャップを導電性の優れた材料で構成してその端部の
棒体との電気的接続をなすところにある。

以上の説明は“冷却”状態の場合、すなわち、電極が作
動していない状態、例えば新しい電極での最初の操業前
の状態、あるいは溶融期間の間の炉の操業停止期間中の
状態についての説明である。

これに対して炉が作動する“高温”時、運転が開始する
と、電極を構成する棒体は加熱され、炉壁の耐火物内に
埋設され、冷却されていない上方部分が完全に溶融する
。このとき、冷却時にスリーブと棒体との間に設けた空
間は、棒体からの金属、あるいはその昇温時の棒体の半
径方向の膨張、あるいは上方部分の溶融金属が流れ込む
こと、あるいはそれらの複合作用によって金属で充満さ
れる。しかじなが゛ら、この空間が金属で充満されるメ
カニズムは明らかでない。

しかし、このメカニズムの解明は重要ではない。

すな′わち、スリーブは強制冷却されているので、新し
い炉であっても、あるいは再凝固時であっても、その接
触部分くおよび、“冷却”状態で存在する分離空間に）
固体金属した存在しない。

このようにしてスリーブ−棒体間の電気的接続が形成さ
れる。その後、もっとも抵抗の小さい導通路を選択する
傾向のある電流は、キャップよりはむしろスリーブを優
先的に流れる。すなわち、流体中の電流はスリーブを介
して横方向に流れる。

各溶融期間において、オペレータは炉を空にする前に電
気回路を開く。このとき、棒体は冷却し、半径方向に収
縮し、スリーブとの間に分離空間を構成して、次の新た
な溶解の開始のために待機する。

本発明のその他の特徴および効果は添付の図面を参照す
る以下の本発明の実施例により明瞭となろう。

第１図は本発明の１実施例に従う棒状電極を備えた直流
のアーク炉の炉底１の中央部分を示す。

この炉は耐火材料製レンガ３で内張すされた鉄皮２を備
える。炉床電極の中実な金属の棒体体を形成する直径２
５０ｍｍの鋼の丸ビレット４を埋設するため、炉底中央
部分に通路が残されている。ビレット４の上方部分とレ
ンガ３との間に残された空間は、従来技術の通り突固め
たマグネシアで充填される。従って、ビレット４の上端
部は、本実施例では鋼である溶融金属と接触する。第１
図に示すように、ビレットの上端部の直上に浴の脚が形
成されやすくなるように、炉底１の中央に凹部が形成さ
れている。

これとは反対側で、ビレット４は鉄皮２を貫通して炉外
にターミナル部分７を形成する。

本発明に従うと、ビレットのターミナル部分は側部がス
リーブ８によって包囲され、キャップ９により下方端部
が延長している。

さらに本実施例では、鋼製ビレット４、スリーブ８およ
びキャップ９は円形断面である。

熱伝導性および導電性が優れているため銅をその材料に
選んだスリーブ８はビレットのターミナル部分７と小さ
な間隙をつけてこれを包囲するように配置され、その間
隙空間１０は、金属浴６を溶融するために炉を通電し、
ビレットが高温になると塞がれる。このようにして直径
２５０ｍｍの鋼ビレット４の周りに１．２５ｍｍの幅の
環状空間１０が形成され、ビレットが約７００〜７５０
℃に達すると、ビレット４とスリーブ８との緊密な接触
が得られる。

この空間の幅にはどのような意味においても上限値がな
い。すなわち、その空間内の容積は棒体４の最初の溶融
時に金属で満たされることとなるからである。

これに対して、空間の幅の下限値は存在し、この下限値
は、周囲温度と、棒体４を構成する金属がその剛性を失
い、かなり容易に変形可能となる温度との間での棒体の
半径方向の熱膨張を考慮して、棒体の性質および半径を
関数として決定される。

もし空間１０の幅があまりにも小さいとき棒体１０が膨
張により膨らみ、一方、棒体は依然としてかなりの剛性
を有し、その結果、電極の作動に有害な機械的応力がス
リーブに働くこととなる。

上記したように、直径２５０ｍｍの鋼製の丸形棒体４の
場合、１０〜１．２５ｍｍの幅の空間は最初の操業で約
７００〜７５０℃で棒体の膨張で充填される。すなわち
、この７００〜７５０℃で鋼が変形可能となっており、
銅製スリーブ８上にスラスト力を加えて緊密に接触する
。スリーブ８は２〜５ｃｍの厚さであることが好ましい
。

スリーブ８はさらに、外側表面に８つの溝１１が加工さ
れており、これら８つの溝１１は互いに平行でらせん状
であり、各々の溝はスリーブ８をほぼ１回転している。

溝１１を液密に閉止するため、本実施例では鋼製のスカ
ート１２がスリーブ８を包囲している。

本実施例では軟水化処理した水である冷却用流体の入口
および出口手段がスカート１２に取付けられ、溝１１に
給水される。第１図に示す実施例では、これらの入口お
よび出口手段は、それぞれ、スカート１２の下部におい
て環状室１４に接続する入口導管１３と、スカー）１２
の上部において環状室１６に接続する出口導管１３とか
ら構成されている。′ａ１２の各々はこれらの２つの室
１４．１５にそれらの端部で接続している。従って、溝
１１は、下端部が室１４に連結し、上端部が溝１１内の
水の回転運動方向に弯曲した水平通路１７を介して、出
口室１６と連結している。

第１図に示すように、スカート１２の上方部分の肉厚部
分１８の前面上に通路１７が設けられる。通路１７の閉
止は、スカート１２と一体に張り出した部分が底板１９
（後述する）と当接し、これを溶接ビード２０により接
続することによって得られる。

溝１１と通路１７との連通を容易にするため、スリーブ
の端部に環状ノド部２１を設けることが望ましく、これ
により溝１１からの水を集めることができる。

さらに環状室１４は、スリーブの側部表面との間に、溝
１１とはゾ同じ深さの環状ディストリビュータ４７を備
えている。このようにして冷却用流体は、溝１１内に侵
入する前にディストリビュータ４７内で加速される。

このスリーブ−スカートの組立体の液密性は、それぞれ
スリーブ８の上方および下方端部に配置した環状バッキ
ング２３および２４によって確実とされる。

スリーブと同じく、熱伝導性および導電性に優れた銅で
キャップ９は構成される。

キャップ９はビレット４の下端部に接続されるが、螺着
するのが好ましい。第１図に示すように、ビレットの下
端部は小径であり、キャップ９の表面上の対応する円筒
形の空所２２内に挿入される。

このビレット４の端部および空所２２は、それぞれそれ
らの内外表面がネジを切られ（図示せず）、これらの部
材の螺合を可能としている。ビレットの下端部とキャッ
プとの接触面積を大きくするため、矩形断面のネジ山と
するのが好ましい。このようにして両者の電気的接続を
良好とする。

さらに、キャップ９を中空として、下端部が開口するほ
ぼ円筒形の空所２５を設け、これにより水冷を行う。

このため、鋼製の芯部材２６を空所２５内に配置する。

この芯部材は、２つの隣接部分からなる。上方部分２７
は上記空所とはゾ同じ断面をなし、下方部分は上方部分
２７と同一直径の円筒状表面上に２つの互いに平行な役
付部を有する。さらに、上方部分２７は、その外側表面
上に、側方且つ前方の、互いに平行な溝２９を備え、そ
の溝は各々、上方部分２７の周りで全体として“Ｕ”字
形をなしている。

第２図は溝２９の各々の流路を示している。上方部分２
７の前方表面上に溝２９は互いに平行な直線状の流路網
を形成し、これらの流路網は上方部分２７の側部表面上
で直線方向に一方から他方へと走行している。第２図に
示す溝孔３０は溝２９の垂直部分に相当している。

第２図から理解できるように、溝２９の閉止は、空所２
５内に芯部材２６を挿入し、空所の底壁に芯部材を当接
することによって形成される。

再び第１図を参照すると、溝２９がそれらの端部で、芯
部材の下方部分２８の両側に位置し、キャップ９と、下
方部分２８の側部の段付き部との間に形成された２つの
室３１および３２内に連通している。

室３１および３２の閉止は、キャップ９の下端部に当接
して溶接した鉄板３３によって行われる。この鉄板には
３つの通路が形成されている。１つの通路は芯部の下方
部分２８と同一断面であり、中央に位置しており、これ
により鉄板３３の取付けが可能となる。残りの２つの通
路は円形であり、それぞれ室３１および３２用の孔をな
している。

剛構な金属製導管３４．３５が鉄板の２つの通路の周り
にそれぞれ溶着されて、室３１よび３２の冷却水用の人
口および出口を形成している。さらに、これらの２つの
剛構な導管は、可撓性の冷却水用ゴム管３８を継輪３７
によって接続することによって延長され、これらのゴム
管３８は軟水化水の供給源（図示せず）に接続されてい
る。

このようにして溝２９内への冷却用流体の循環が行われ
、これによりキャップ９を介してビレット４の下方部分
の冷却を効率的に行うことができる。

ビレット４の電気的接続は銅板３９で行われる。

銅板３９は、円形孔を有し、これにキャップ９を挿通さ
せる。銅板３９をスリーブ８の下端部に固定するために
ボルト４０を用いる。

銅板３９に１または複数の銅製の垂直な冷却ヒレ（通常
“フラッグといわれる）を接続する。各フラッグ４１は
銅製のケーブル４２に接続し、ケーブル４２は給電端子
く図示せず）に接続している。ケーブル４２の通電電力
が高いので、ケーブル４２は中空で、例えば水の如き冷
却用流体を流通させるのが好ましい。

以上より理解されるように、銅板３９はビレット４に通
電するためのものであり、スリーブ８と緊密に接触する
が、キャップ９とは緊密に接触しない。事実、キャップ
９と銅板３９との間には機能上の隙間があり、その結果
、キャップはスリーブの内部を容易に滑動することがで
きる。

第１図に示す本発明の好ましい態様においては、電気的
接続手段がキャップ９とスリーブ８との間に設けられて
いる。この電気的接続手段は、キャップがスリーブ内を
滑動できるように構成されている。この接続手段は、“
板バネ”タイプの要素から構成された銅製のリングブラ
シ４３であり、これらの板バネの端部はスリーブ８の内
表面に設けた２つの溝４６に挿入されている。このため
リングブラシ４３の可撓性の部分はキャップと永久的な
弾性接触をしている。

本発明の装置はさらに、スリーブ８とスカート１２とに
よって形成される組立体を炉の鉄皮２の下で且つビレッ
ト４の周りに取付けるための手段を備えている。本実施
例では、この取付は手段はまず、絶縁性の小板４４を間
挿して鉄皮２にボルト４５によって固定された底板１９
を備える。本発明の電極を炉体と完全に絶縁するため、
カラー付き絶縁ブン二内にボルト４５を埋設する（これ
は、図面を複雑にしないため図示を省略している）。

前述した如く、止め具をキャップ９の下方に取付けて、
棒体４がスリーブ８の外に出るのを防止する。

第１図に示す如く、この止め具はディスク４８から構成
されている。ディスク４８の中央には孔が設けられて、
キャップの下の剛性導管３４．３５の周りにディスク４
Ｂの取付けが可能となる。

ディスク４８の外径はキャップ９の外径より太きく、こ
のためディスクの周囲に支持アーム４９を設けて、これ
をボルト付きフランジ５０を介して銅板３９にその上端
部で固定することができる。

さらに安全のため、銅板３９に支持アームを固定するに
は、通常の絶縁手段を用いて銅板３９からの絶縁を行う
。同様の理由で、キャップ９の側のディスクの面は電気
絶縁材料で被覆する。

本発明の範囲が上記の実施例には何等制限されないのは
勿論である。

例えば棒体４の冷却の例として、空所２５より寸法の小
さい芯部材２６を用いることによって、芯部材２６とキ
ャップ９との間の冷却用流体の高速循環を達成できる。

同様に、キャップ９の電気的接続についても上述とは異
った種々の方法を採用することができる。

例えば、キャップの周りに互いに上下に重なった複数の
環状薄片を配置してキャップとスリーブとの電気的接続
を行うことができる。

さらに、スリーブとの接続とは別にキャップ９と電極の
固定部分との間に滑り接触をする電気的接続手段を設け
てもよく、これを給電端子に接続する。

第３図はこのような電気的接続手段の変形例を示す。電
極の固定部分は環状部材５１によって構成され、環状部
材５１はスリーブ８を下端部で延長し且つスリーブ８の
外側に突出するキャップの部分９°の側部を取り囲むリ
ングを構成する。このリング５１が銅板３９゛　　にネ
ジ止めされている。

第１図に示す実施例とは逆に、滑り接触をする電気接点
５２は“板バネ”タイプの要素から構成された銅製のリ
ングブラシであり、リング５１の内側表面に弾性的に当
接して配置されている。

このため２つの環状の溝５３がキャップの側部表面に設
けられ、その溝内に電気的接続部材５２が配置される。

キャップの側部表面に弾性接触させて滑り接触をする電
気的接続部材を設けることも可能である。

本発明は直流電流のアーク式電気炉の炉床電極として主
な用途を有するが、溶融金属と電極と接触させようとす
る場合、あるいはより一般的に金属製の棒体に通電を行
ふうとする場合等の用途に本発明を適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電極を備えた直流電流のアーク式電気
炉の炉床電極の長手方向部分断面図であり、 第２図は第１図中の面Ａ−Ａに従う電極のターミナルを
延長するためのキャブの横方向断面図であり、 第３図は、第１図に示した接続手段とは異なる滑り接触
をするキャップとの電気的接続手段を示す。 〔主な参照番号〕 １・・・炉底、　　　　　　２・・・鉄皮、３・・・耐
火材料製レンガ、４・・・鋼製ビレット、７・・・ビレ
ットのターミナル部分、 ８・・・スリーブ、　　　　９．９゛・・・キャップ、
１０・・・空間、　　　　　１１・・・溝、１２・・・
スカート、１３・・・導入管、１４．１５・・・環状室
、　　１６・・・出口室、１７・・・通路、 １８・・・スカートの肉厚部分、 ２０・・・溶接ビード、　　２２・・・円筒形の空所、
２３．２４・・・環状バッキング、 ２５・・・円筒形の空所、　２６・・・鋼製の芯部材、
２７・・・芯部材の上方部分、 ２８・・・芯部材の下方部分、 ２９・・・芯部材の溝、　　３０・・・溝孔、３１．３
２・・・芯部材の室、 ３３・・閉止用のための鉄板、 ３４．３５・・・金属製導管、３７・・・継輪、３８・
・・冷却水用導管、 ３９．３９′′・・・電気的接続のための銅板、４０．
４５・・・ボルト、 ４１・・・フラッグ（冷却用のヒレ）、４２・・・ケー
ブノヘ４３　　・・・リングブラシ、４４・・・絶縁性
の小板、 ４６・・・スリーブ内面に設けられた溝、４７・・・環
状ディストリビユータ、 ４８・・・ディスク、４９・・・支持アーム、５０・・
・ボルト付きフランジ、 ５１・・・リング、　　　５２・・・電気的接続部材、
５３・・・環状の溝、 特許出願人　アンスチチニ　ドウ　ルシエルシュドゥ　
ラ　シデルルジー　フランセ ーズ（イルジッド）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属の棒体を備える直流電流を用いる冶金用電気
   炉の炉壁電極であって、該棒体は炉壁を貫通し、その１
   端部で炉内の金属浴と接触し、他端部が炉外に突出して
   、その突出部が熱および電気伝導性の優れた材料により
   構成され且つ冷却用流体によって強制冷却され、さらに
   給電端子に接続したスリーブによって包囲され、該電極
   はその炉外に突出する他端部を延長させるキャップを備
   え、さらに、 −取付け時に分離空間１０を形成するように、スリーブ
   ８は金属の棒体４の突出する部分を間隙をもって包囲し
   、 −キャップ９は導電性の優れた材料で構成され、さらに
   キャップをスリーブと同一の給電端子に接続する手段４
   ３を備える、 ことを特徴とする直流電流を用いる冶金用電気炉の炉壁
   電極。
2. （２）金属の棒体４と、これと一体のキャップ９とは、
   スリーブ８内に滑動可能に取付けられ、上記したキャッ
   プ９を給電端子に接続する手段は滑り接触をする電気的
   接続子４３によって構成されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の直流電流を用いる冶金用電気
   炉の炉壁電極。
3. （３）キャップ９の構成材料は熱伝導性にも優れており
   、内部を冷却用流体の循環により強制冷却されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流電流を
   用いる冶金用電気炉の炉壁電極。
4. （４）キャップ９は金属の棒体４の端部にネジ止めされ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直
   流電流を用いる冶金用電気炉の炉壁電極。
5. （５）上記ネジ止めは、矩形のネジ山によって行われる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の直流電流
   を用いる冶金用電気炉の炉壁電極。
6. （６）キャップ９の後部に止め具４８が設けられている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の直流電流
   を用いる冶金用電気炉の炉壁電極。