JPS6343675B2 - - Google Patents

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、金属浴の表面からわずか
に上方の位置のグラフアイト製の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
用取鍋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
30000アンペア程度である高電流強度によるジユ
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
つて、該棒状電極のターミナル部分は炉外に突出
して循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
によつて熱的および電気的接続を行つている。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ヤツプ
を取付けている。このキヤツプは、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つて、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
膨張差によつ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つて、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つて強制冷却され、さらに給
電端子に接続したスリーブによつて包囲され、該
電極はその炉外に突出する他端部を延長させるキ
ヤツプを備え、さらに、 −取付け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
隙をもつて包囲し、 −上記キヤツプは導電性の優れた材料で構成さ
れ、さらにキヤツ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、キヤツプも熱
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
であつて、溶融が棒状電極内で進行してもキヤツ
プは決して溶融金属と接触しないのでキヤツプが
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ヤツ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
がキヤツプの底部を支持し、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
成によつ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、キヤツプと給電端子に接
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ヤツプの通過
のための孔を有する、スリーブの下に固定した底
板によつて構成し、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ヤツプを導電性の優れ
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つて金属で充
満される。しかしながら、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、新しい炉であつても、あるいは再凝固時であ
つても、その接触部分（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、もつとも抵抗の小さい導
通路を選択する傾向のある電流は、キヤツプより
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実施例に従う棒体電極を備
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で内張りされた鉄皮
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250mmの鋼の丸ビレツト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
ツト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。従つて、ビレツト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、ビレツ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、ビレツト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、ビレツトのターミナル部分は
側部がスリーブ８によつて包囲され、キヤツプ９
により下方端部が延長している。

さらに本実施例では、鋼製ビレツト４、スリー
ブ８およびキヤツプ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はビレツトのターミナ
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、ビレツトが高温にな
ると塞がれる。このようにして直径250mmの鋼ビ
レツト４の周りに1.25mmの幅の環状空間１０が形
成され、ビレツトが約700〜750℃に達すると、ビ
レツト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つてお
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、スカート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。溝１２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。従つ
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つ
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とほゞ同じ深さの環状デイストリビ
ユータ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イストリビユ
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
した環状パツキング２３および２４によつて確実
とされる。

スリーブと同じく、熱伝導性および導電性に優
れた銅でキヤツプ９は構成される。

キヤツプ９はビレツト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、ビレツトの下端部は小径であり、キヤツプ９
の表面上の対応する円筒形の空所２２内に挿入さ
れる。このビレツト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。
ビレツトの下端部とキヤツ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、キヤツプ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は上記空所とほゞ同じ断面をな
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つの互いに平行な段付部を有する。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２７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２
９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２５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つて形成される。

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
ヤツプ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、キヤツプ９の下端
部に当接して溶接した鉄板３３によつて行われ
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および３
２の冷却水用の入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によつて接続する
ことによつて延長され、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、これによりキヤツプ９を介してビレツ
ト４の下方部分の冷却を効率的に行うことができ
る。

ビレツト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、これにキヤツプ
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“フラツグ”といわれる）を接続する。
各フラツグ４１は銅製のケーブル４２に接続し、
ケーブル４２は給電端子（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はビレツ
ト４は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、キヤツプ９とは緊密に接触し
ない。事実、キヤツプ９と銅板３９との間には機
能上の隙間があり、その結果、キヤツプはスリー
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ヤツプ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、
キヤツ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ヤツプと
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とによつて形成される組立体を炉の鉄皮２の
下で且つビレツト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、この取付け手段は
まず、絶縁性の小板４４を間挿して鉄皮２にボル
ト４５によつて固定された底板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
付き絶縁ブシユ内にボルト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、止め具をキヤツプ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、この止め具はデイスク４８
から構成されている。デイスク４８の中央には孔
が設けられて、キヤツプの下の剛性導管３４，３
５の周りにデイスク４８の取付けが可能となる。

デイスク４８の外径はキヤツプ９の外径より大
きく、このためデイ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、キヤツプ９の側
のデイ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を用いることによつて、
芯部材２６とキヤツプ９との間の冷却用流体の高
速循環を達成できる。

同様に、キヤツプ９の電気的接続についても上
述とは異つた種々の方法を採用することができ
る。

例えば、キヤツプの周りに互いに上下に重なつ
た複数の環状薄片を配置してキヤツプとスリーブ
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ヤツプ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によつて構
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ヤツプの
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がキヤツプの側部
表面に設けられ、その溝内に電気的接続部材５３
が配置される。

キヤツ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お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ヤプの横方向断面図
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ヤツ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…鋼製ビレツト、７…ビレツ
トのターミナル部分、８…スリーブ、９，９′…
キヤツプ、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、２
３，２４…環状パツキング、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、３１，３２…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、３９，３
９′…電気的接続のための銅板、４０，４５…ボ
ルト、４１…フラツグ（冷却用のヒレ）、４２…
ケーブル、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
…環状デイストリビユータ、４８…デイスク、４
９…支持アーム、５０…ボルト付きフランジ、５
１…リング、５２…電気的接続部材、５３…環状
の溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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つて、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
   によつて強制冷却され、さらに給電端子に接続し
   たスリーブによつて包囲され、該電極はその炉外
   に突出する他端部を延長させるキヤツプを備え、
   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
   をもつて包囲し、 −キヤツプ９は導電性の優れた材料で構成され、
   さらにキヤツプをスリーブと同一の給電端子に
   接続する手段４３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 金属の棒体４と、これと一体のキヤツプ９と
   は、スリーブ８内に滑動可能に取付けられ、上記
   したキヤツプ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によつて構成されて
   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 キヤツプ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 キヤツプ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 上記ネジ止めは、矩形のネジ山によつて行わ
   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 キヤツプ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。