JPS63259012A - くず鉄の溶融方法及びこの方法を実施するための電気炉 - Google Patents

くず鉄の溶融方法及びこの方法を実施するための電気炉

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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】 産業上の利用分野 本発明は、鉄を含む原料、特にくず鉄の溶融方法及びこ
の方法を実施するために改良された電気炉に関するもの
である。
従来の技術 くず鉄もしくは鉄を含む他の原料を溶解させ、所定の金
属組成物が得られるまで必要ならば合金の元素を添加し
て得られた金属浴を還元するために使用される電気炉は
従来から知られている。
電気炉は、一般に、側壁と耐火性材料からなる炉床に覆
われた底部によって画成された炉体からなり、取外し自
在なヴオールト(丸天井)形の蓋によって閉じられてい
る。この蓋を少なくとも1つの電極が通過する。電極は
、一般に消耗型であり、グラファイトの棒からなる。こ
の電極は、鉛直方向に摺動するように装着されている。
従って、炉の装填物、通常はくず鉄の内部に下降するこ
とができる。炉の装填物は、炉床に固定されている少な
くとも1つの電極と接触している。
単相交流炉もしくは直流炉の場合は、消耗電極と炉床電
極は電源の2つの極に接続されている。
二相交流もしくは三相交流炉の場合は、消耗電極は電源
の各々の極に接続されており、炉床と接触している電極
は装置の中性点となる。
このようにして、装填物と各消耗電極との間に1つもし
くは2つ以上の電気アークが形成される。
このアークによって、くず鉄が溶解し、炉体の底部に金
属浴が形成される。
発明が解決しようとする問題点 これまで、交流炉が使用されることが多かった。
しかし、電極に直流電流を供給した方が騒音が少なく、
また交流の場合よりも高い電圧を利用できるのでエネル
ギー効率が高いことが分かっていた。
しかし、これまで直流で電流量を極めて大きくして使用
することを回避してきたのは、導線、電極及び浴に常に
同方向に電流が流れると強力な磁界が形成されて、アー
クが偏向するからである。
また、電力が大きい場合、複数の炉床電極及び電流帰還
導線が使用される。この数は、通常3である。しかし、
この炉床電極及び電流帰還導線はアークに大きな偏向効
果を生じさせる磁界を形成する。
装填物がくず鉄の形態の場合、電極はこのくず鉄内に立
坑を掘って侵入する。この立坑が一種のアーク間の絶縁
性を決定し、このアークの安定性を高める。反対に、装
填物が溶解している時には、電極、導線、装置のその他
の部分に電流が流れることによって生じる磁気効果の影
響を受けて、アークは予測できない方向に形成される。
従って、このアークは極めて不安定である。
従って、アークが形成される最も温度が高い領域を炉の
中心に維持できない。その結果、炉の側壁と底部は、極
めて高い温度に露され、耐火性物質が大きく損耗する。
これまで、これらの欠点を解消するために、各々の導線
に電流が流れることによって生じる磁界が相互に釣合が
とれ、1つもしくは複数のアークが鉛直に維持されるよ
うに可能な限り左右対称な装置を実現することが研究さ
れてきた。
例えば、文献D E −A −3,414,392では
、すべての導線を炉体の底部の下の同一点すなわち炉体
の軸線上に配置している。この点から導線は左右対称な
方向に放射状に伸び、負の導線は側壁に沿って鉛直方向
に再上昇し、ヴオールトの中心に装着された消耗電極と
接続した可撓性導線に接続される。
このような配置では導線の長さが長くなるので、装置の
費用も高くかかる。また、実際には導線の回路だけでな
く、その他の多数の有害な影響についても考慮しなけれ
ばいけないので、完全な対称を得ることは極めて難しい
また、このようにすると、炉体の下に配置された空間の
大きさが増す。しかし、この空間はない方が好ましい。
問題点を解決するための手段 本発明は、アークをより制御し、また、アークの鉛直性
を必ずしも維持しようとしなくても炉の所定の領域にア
ークを向けることができる新規な方法を提供することを
目的とする。
この領域は、一般に炉床の中央部である。従って、側壁
の過熱を防ぐことができる。また、ある地点、例えば冷
たいくず鉄及び/または添加材料の導入を行う地点にお
いて軸線に対してこの領域をずらすこともできる。
本発明によると、炉体の外表面に沿って、その炉体の近
傍に導線のグループ(群)を配置する。
この導線のグループは、各々が炉床電極に接続された電
流帰還導線を少なくとも2つ備えている。
また、強度が制御された直流電流の通過によって磁界が
生じるようにこのグループの少なくとも2つの導線の外
形と位置を決定する。この磁界によるアークを偏向させ
る相互作用は、その他の導線や装置の他の部分によって
運転中に働く磁気の影響を考慮して、アークが金属浴の
所定の領域の方に向かうようにする。
アークの収束を調節するために外形が決定されする導線
は、炉体の底部の下にある導線であることが特に好まし
い。炉体の底部に沿ったこれらの導線の経路は、電流が
流れることによって生じる磁界によるアークに働く応力
の合力が可能な限り小さくなるように決定される。
別の実施態様では、炉体の側壁に沿って付加導線を位置
と方向を決定して配置する。この導線に制御された強さ
の電流を流して、アークを浴の所定の領域に向けること
ができる磁界を形成する。
本発明の方法の別の可能な特性によると、炉体の底部を
なす金属の厚さ及び/または種類は、この炉体の底部が
電流が流れることによって生じるアークへの作用を最小
にすることができる磁気スクリーンを形成するように決
定される。
また、本発明は、炉体の底部の外表面に沿って配置され
且つ電流が流れることによって生じる磁界が電気アーク
に与える影響が無視できるものとなる距離まで各々が電
極の領域に対して放射状に離れる第一の部分と、電源に
接続される第二の部分とを備える少なくとも2つの電流
帰還導線を備え、該電極の第一の部分は炉体の底部に導
入する手段を考慮して、電流帰還導線のグループの全体
の長さが最適な時に該導線を電流が流れることによって
生じた磁界がアークに作用する磁気の影響を考慮した時
に、相互相殺によって、このアーク −が金属浴の所定
の方向に向かうような全体の偏向効果を生じるように所
定の発散方向に沿って離れるような、本発明の方法の実
施のために改良された電気炉を提供することを目的とす
る。
本発明は、添付図面を参照した行う以下の実施例の説明
によってより明らかとなろう。但し、この説明は、本発
明を何ら限定するものではない。
実施例1 第1図に、炉体1を備えるくず鉄溶融用電気炉′ を概
略的に示した。この炉体1は、底部11と側壁12によ
って画成されており、ヴオールトの形態の取り外すこと
のできる蓋13によって閉じられている。炉体は転勤式
または回動式の支持棒14によって支持されている。こ
の支持棒によって、炉体lを水平軸のまわりに傾動する
ことができ、例えば一方にスラグを、もう一方に溶解し
た金属を流すことができる。この流し孔とくず鉄の装填
口は、図示していない。
ヴオールト13には消耗電極が装着されている。
例えば、グラファイト棒からなる3つの電極2は、通路
65と電気接続手段の役を果たす装置21内を鉛直方向
に滑動するように炉体に装着されている。
電極2を徐々に下降させる手段は図示していない。
炉体1の底部11は、耐火性材料の炉床15によって被
覆されている。この炉床には底部11を通過する固定さ
れた電極3が組込まれている。炉体1の近傍だが熱と流
出する金属から保護するために十分な間隔を蓋いて、直
流電源4を配置する。この電源は、例えば2つの極を備
える変圧整流器である。2つの極は、各々、電流供給導
線22によって消耗電極2に接続された負の極41と電
流帰還導線5によって炉床電極3に接続された正の極4
2である。
周知のこの配置によると、電極内に電流が通過すると電
極2とくず鉄の間に電気アーク20が形成される。くず
鉄は溶解して液体状の金属浴16を形成している。電流
は、金属が完全に溶解し、合金元素の添加によって所望
の組成物が得られるまで流される。導線内に電流が流れ
ることによって生じる電気アークへの磁界の影響を可能
な限り防ぐためには、導線は電極に平行な鉛直方向に十
分な距離まで延ばすのが好ましい。その結果、電源4に
接続される導線の水平部分は、アークにあまり影響を与
えなくなる。これは、ヴオールト電極2のために図で採
用している解決策である。電流帰還導線5についても類
似した解決策を適用することができる。しかし、この配
置にするには、炉体の下に位置する領域内を導線を通過
させなければならないという欠点がある。しかし、この
領域内には、取り鍋の支持台用の通路をあけておくこと
が必要である。
導線5を炉体に近づけると、導線に電流が流れることに
よって生じる磁界によるアークへの作用が増大する。本
発明では例えば導線を炉体の底部から可能な限り離して
このような効果を防ごうとする代わりに、反対に導線を
炉体に近づけて、電流が流れることによって生じた磁界
を利用する。
すなわち、導線の経路を適切に調節することによってア
ーク形成領域の位置を制御する。
実際、現在の計算手段を有効に使用して、アークの方向
決定に作用することのできるあらゆる要素を考慮し、十
分な正確さでアークの予測可能な挙動を計算して導線の
経路を選択することを可能にする数学モデルを作ること
ができる。
導線の取付けあるいは配線が可能であれば、炉体の底部
、場合によっては側壁に沿った特定な経路を辿らせて電
流帰還導線を炉床電極に接続することができるが、炉体
の下もしくはリング状の側壁12のまわりに付加的導線
を加えて、人為的に強度と方向が制御された磁界を形成
し、導線並びに一般にアークに作用する要素全体によっ
て生じる磁界を相殺することができ゛る。
例として、第2図乃至第5図には電流帰還導線の可能な
様々な配置を示した。
一般に、本発明の方法の第一段階では、電流強度、炉体
の各部分の磁気特性、装填物の変化、特に溶解の各相の
途中での温度の上昇等を考慮して、例えば数学モデルを
使用して電流が流れるあらゆる要素のアークへの作用を
計算する。この計算では、特性及び位置が前もって固定
されている要素と変えることができる要素を区別する。
さらに、この計算では導線の長さを計算に入れる。第二
段階では、アークの位置と金属浴の選択された領域への
アークの収束を可能最大限有効に制御するのに必要な導
線の最小長さでの配置を決定する。そのために、磁界を
確実に相殺する導線の経路と、この結果に起因する導線
の長さの増加による導線の費用と電流の損失量の増加と
の間の妥協点を求める。従って、一般には、最大限磁界
を相殺できる最も経済的な導線の経路を決定する。
第2図乃至第5図は、炉床電極3と電流帰還導線5の配
置を上から見た図の概略図である。
第2図乃至第4図では、一般的な場合として、炉体1の
中央部に三角形に配置した3つの炉床電極31.32.
33を用いている。第5図の場合は、炉体の中心に配し
た1つの炉床電極34を用いている。
変圧整流器4は、常に図の上方に配置されている。
各々のケースに応じて、特に消耗電極2と装填物の装填
手段の取付は可能性に応じて、側部電極32と33との
間の距離りと中央電極31と側部電極の平面との間の距
離βは変えることができる。
また、単一の中心電極34のみを使用する場合でも、生
じる磁界の均衡をより良くとることができる3本の電流
帰還導線5を炉体の下に配置することが好ましい。さら
に、各導線は一般に炉体の底面に沿って伸びて、対応す
る炉床電極から離れる第一の部分と変圧整流器に直接接
続する第二の部分とを有している。
中心導線51の第一の部分511は、変圧整流器4の方
へも反対の方向へも直接向かうことができる。
しかし、側部電極52.53の第一の部分5訂、531
は導線511に対して互いに反対な角A、A″を成して
発散する方向に沿って電極領域から離れる。
第2図の場合には、中心の導線51の第一の部分511
は、電極32と33との間を通って変圧整流器4と反対
の方向に伸び、変曲部分513を介して接続部分512
に接続されている。この場合、電極52及び53の第一
の部分521及び531と変圧整流器の方向との間に各
々形成された角A及びAoは、45乃至60°である。
但し、この方向は、生じた磁界をできる限り良く相殺で
きるように配置する可能性に応じて決定される。導線の
第一の部分511.521及び531は、変曲部分以外
の接続部分によって生じた磁界がアークに対して無視で
きる程の影響しか及ぼさない距離までほぼ直線方向に伸
びている。
第3図の場合には、中央の導線の第一の部分511は、
電極32と33の平面に垂直な方向に沿って変圧整流器
の方へ直接向かっている。この場合、側部導線の第一の
部分521.531が上記方向に対して形成する角Aと
Aoは、45乃至135°である。この場合、横の導線
の向きは極めて広範囲の中から選択でき、中央の導線5
1の長さは最小になることが分かる。
第4図の場合には、中央電極31が側部電極32と33
が通過する平面に対して変圧器4と反対側に位置してい
る。この場合、中央の導線の第一の部分511は、変圧
整流器4と反対の方向に伸びている。
導線521と531の各々の角AとAo は、0乃至4
5゜である。
第5図の場合には、炉体の底部11に1つの炉床電極3
4のみが設けられている。しかし、この電極は、上記の
ように3本の導線51.52.53によって変圧整流器
に接続されている。このように電力を分割することがで
き、選択された方向に電気アークを維持することを可能
にする磁界の相殺を確実に行うことができる。
この場合、中央の導線51は直接変圧整流器4に向かっ
ている。側部導線52.53の第一の部分521.53
1は、半径方向に沿って対称的に伸び、導線51の方向
との間に各々角A及びAoを形成している。
これらの角は、105乃至135°である。
使用する電力、′従って、電極およびと導線の分割数、
装置の各部分、特に底部の磁気特性、炉体の底部に沿っ
た経路に応じて多数の配置が採用できることが分かって
いる。
また、特に、炉体の底部に余裕が無くて電流帰還導線に
望ましい方向を与えることができない時には、炉体の近
傍で、炉体の側壁のまわりに誘導コイルを配置して導線
による作用を相殺することができる。
そのような配置を第6図に示した。第6図は、傾動板1
0に装着され且つ消耗電極2と組合された炉床電極3を
備えた炉体lの炉床電極の軸を通る横断面図である。
上記傾動板10には、炉体の側壁のできる限り近傍に誘
導コイル6が装着されている。このコイルは、各々独立
した、可変の強さの直流電流が供給される1つもしくは
複数の巻線によって囲まれた軟鉄の鉄芯からなる。その
ため、各コイル6は、直接、直流電源4に接続でき、強
度をより良く釣り合わせるために3本の導線62によっ
て整流器を介して変圧器4の3相に接続された3つの巻
線を備えている。しかし、第6図に示したように、分流
して電流帰還導線51にコイルを接続して、炉床電極3
の帰還電流によって直接上記コイルに電力を供給するこ
ともできる。
さらに、また、上記誘導コイルを、参照番号63で示し
たように炉体11の下に配置することもできる。
一般に、コイル6の位置と方向は、コイル内を電流が流
れることによって磁界が生じ、その磁界のアークへの効
果が装置の他の部分によって生じた磁気効果を相殺する
ように決定される。より改良された実施態様では、調節
手段64を使用してコイル6内の電流の強さを制御して
、電気アークが浴の選択された方向に向かうようにする
ことと、またこの領域を常に移動させて炉体のあらゆる
部分を同じ温度に保つことができる。
このように、前述の実施例では電流帰還導線の磁気効果
を利用していたが、最後の実施例では、電流帰還導線の
効果を相殺する付加磁界によってアークの中心決定を行
うことができる。
しかし、本発明による上記の説明の配置で電流帰還導線
内を電流が流れることによって生じる磁界の効果を相殺
することができるが、それでもやはり可能な限りこの効
果を最小にすることが重要である。この目的のため、耐
火性材料の炉床15の下に位置する炉体の底部11の透
磁率を大きくして、例えば、底部の厚さを厚くするか、
透磁率の高い特殊な合金で底部を形成して、電流帰還導
線51によって生じた磁界に対するスクリーンを形成す
ることが好ましい。この厚さ及び/または合金の選択は
、電流帰還導線51を流れる電流の強さに応じて決定さ
れる。
また、磁気金属、一般には銅で作られている炉床の炉床
電極3が、底部11を通過して底部に磁界線の通過を可
能にする開口部30を形成している。
従って、底部によってもたらされる磁気保護を壜入させ
るためには、磁気スクリーン35を電流帰還導線のまわ
りに配置することが好ましい。この磁気スクリーンは、
特殊な磁気特性を持つ合金でつくられた厚い鋼板性のフ
ードもしくは単なる円盤の形態をしていて、炉床電極3
0通過開口部30をマスクするように水平な導線51の
長を最大限覆っているのが好ましい。この円盤は、炉体
の底面に控え棒36によって吊るされた積層鋼板によっ
て構成することができる。
もちろん、本発明は例として示した上記の実施例にのみ
限定されるわけではなく、特許請求の範囲で定義される
範囲を逸脱しない限り、均等手段を用いること、あるい
はアークの磁気効果全体を相殺するために上記に説明し
た手段とは異なる手段を異なる方法で組合わせて、その
他の実施態様を考えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、くず鉄溶融用電気炉全体の概略図であり、 第2図乃至第5図は、各々、電流帰還導線の経路の異な
る複数の実施例の概略図であり、第6図は、本発明の別
の実施態様の装置を備える炉の炉体の概略的な側面図で
ある。 (主な参照番号) 1・・炉体、    2・・消耗電極、3・・炉床電極
、  4・・変圧整流器、5・・電流帰還導線、6・・
誘導コイル、10・・板、     11・・底部、1
2・・側壁、    13・・蓋、

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)耐火性材料の炉床(15)で被覆された底面(1
    1)を備え且つ取り外し自在な蓋(13)によって閉じ
    られた炉体(1)と、原料を該炉体に装填して溶解によ
    り液体状の金属浴(16)を形成する手段と、該蓋を通
    過して鉛直方向に摺動自在に装着された少なくとも1つ
    の消耗電極(2)と上記炉床(15)に配置された少な
    くとも1つの固定された電極(3)とに各々電流供給導
    線(22)と電流帰還導線(5)を介して接続された2
    つの極(41、42)を備えた上記の各消耗電極(2)
    と原料および溶解した浴(16)との間に少なくとも1
    つの電気アークを形成する直流電源(4)とを含む直流
    式電気炉内で鉄を含む原料、特にくず鉄を溶解する方法
    において、上記炉体の底部(11)の外表面に沿った該
    炉体の近傍に炉床電極(3)に接続された少なくとも2
    つの電流帰還導線を含む導線群を配置し、上記導線群の
    少なくとも2つの導線の外形および方向がこれら導線に
    制御された直流電流を流した際に、1つもしくは複数の
    アークが上記金属浴の所定領域に向うようなアーク相互
    偏向効果を有する磁界を生じさせるように決定されてい
    ることを特徴とする方法。
  2. (2)1つもしくは複数のアークの方向を調節するため
    に外形を決定した上記導線が、上記炉体の底部の下にあ
    る電流帰還導線(5)であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の溶解方法。
  3. (3)上記炉体の底部(11)に沿った上記電流帰還導
    線(5)の経路を、該導線を電流が流れることによって
    生じる磁界によるアークに作用する力の合力ができる限
    り小さくなるように決定することを特徴とする特許請求
    の範囲第2項に記載の方法。
  4. (4)上記炉体のまわりに誘導コイル(6)グループを
    配して付加磁界を形成し、その位置、方向および流れる
    電流の強さを、該付加磁界の作用が他の導線の作用を相
    殺し且つ上記アーク(20)が上記浴の所定の領域に向
    くように決定することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の溶解方法。
  5. (5)上記誘導コイルが付加的導線(62)を介して電
    源に接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    4項に記載の溶解方法。
  6. (6)上記誘導コイル(6)が炉床電極の電流帰還導線
    (5)に分流して接続されていることを特徴とする特許
    請求の範囲第4項に記載の溶解方法。
  7. (7)上記炉体の底面が電流通過によるアークに対する
    作用を最小にすることができる磁気スクリーンを構成す
    るように、上記炉体の底部を構成する金属の厚さおよび
    /または種類を決定することを特徴とする特許請求の範
    囲体1項乃至第6項のいずれか1項に記載の溶解方法。
  8. (8)第一段階で、電流の強さ、上記炉体の各部分の磁
    気特性及び溶解の各相の途中での温度の上昇に応じた装
    填物の変化を考慮して、電流が流れる全ての要素のアー
    クに対する作用を計算することのできる数学モデルを作
    り、該計算においては特性及び位置が予め決定されてい
    る固定要素と変えることのできる可変要素とを区別し、
    第二段階ではアークの方向を最適に制御するための導線
    を最小長さにするのに必要となる位置を決定するように
    導線の経路を変えることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の方法。
  9. (9)耐火性材料の炉床(15)によって被覆された炉
    体(1)と側壁(12)によって区画され且つ丸天井形
    の取り外し自在な蓋(13)によって閉じられている炉
    体(1)と、上記丸天井(13)を横切って鉛直方向に
    摺動自在に装着された少なくとも1つの天井消耗電極(
    2)と、炉床に配置された少なくとも1つの固定された
    電極(3)とを備え、上記丸天井電極(2)と炉床電極
    (3)は各々電流供給導線(22)と電流帰還導線(5
    )によって直流電源(4)の2つの端子(41、42)
    に接続されて、上記消耗電極(2)とくず鉄等の炉内に
    装填された原料との間に少なくとも1つの電気アーク(
    20)を形成し且つ該原料を溶融し且つ金属浴(16)
    を形成する直流式金属溶融電気炉において、該電気炉は
    、炉体の底部の外表面(11)に沿って配置された少な
    くとも2つの電流帰還導線(51、52)を備え、これ
    らの電流帰還導路の各々は上記電極(3)の領域から電
    流が流れることによって生じる磁界が電気アークに与え
    る影響が無視できる距離だけ離れた第一の部分(511
    、521)と電源(4)に接続される第二の部分(51
    2、522)とを含み、該電極の第一の部分(511、
    521)は、炉体の底部に取り付けることの可能性を考
    慮して、電流帰還導線の群(5)の全体の長さを最適に
    した時に、該導線を電流が流れることによって生じる磁
    界がアーク(20)に作用する全体の磁気の影響を考え
    た時に相互に相殺されて、該アークが金属浴の所定の方
    向に向かうような全体の偏向効果を生じさせるように、
    所定の方向に沿って離れてゆくことを特徴とする電気炉
  10. (10)上記炉体の側壁及び/または底部に沿って配置
    された複数の誘導コイル(6)を備え、該コイルの位置
    、方向及び流れる電流の強さは、アーク(20)が金属
    浴(16)の所定の領域に向かうことを可能にする付加
    磁界が形成されるように決定されることを特徴とする特
    許請求の範囲第9項に記載の電気炉。
  11. (11)上記誘導コイル(6)には付加導線(62)を
    介して電源(4)から独立した可変強度の電力が給電さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第10項に記載の
    電気炉。
  12. (12)上記誘導コイルが炉床電極(3)の電流帰還導
    線(5)に分流して接続されていることを特徴とする特
    許請求の範囲第10項に記載の電気炉。
  13. (13)上記炉体(1)の底部の厚さ及び/またはそれ
    を構成する金属の種類が、該底部(11)を電流が流れ
    ることによって生じるアークの偏向効果を最小にするこ
    とができる磁気スクリーンを構成するように決定される
    ことを特徴とする特許請求の範囲第9項乃至第12項の
    いずれか1項に記載の電気炉。
  14. (14)上記炉体の底部(11)が炉床電極が通過する
    開口部(30)を備え、各電流帰還導線(51)は該電
    流帰還導線(51)とそれに対応する開口部(30)と
    の間で該炉体(1)の底部(11)の下に配置された磁
    気スクリーン(35)と組合され、該スクリーンは対応
    する開口部(30)に対して導線(51)の水平な長さ
    を可能な限り覆うように寸法が決められ、配置されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第9項乃至第13項
    のいずれか1項に記載の電気炉。
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