TWI637140B - 電弧爐 - Google Patents

Abstract

本發明係有關於一種電弧爐，其包括一爐殼體；一電極；一爐殼體移動機構，其支撐該爐殼體，以便可在一安裝面上移動；以及一第一絕緣體，其使該爐殼體與該爐殼體移動機構間電絕緣。

Description

電弧爐

本發明係有關於一電弧爐，以及特別是有關於一種電弧爐，其中熔化金屬，同時移動一爐殼體。

在一作為一種用以熔化金屬材料之電弧爐的電弧爐中，在一包含該金屬材料之爐殼體的內部空間中形成所謂的熱點及冷點。該等熱點位置靠近電極及在該等熱點位置處之金屬材料可能被熔化。該等冷點位置遠離該等電極及在該等冷點位置處之金屬材料不太可能被熔化。在該冷點中，產生需花很長一段時間來熔化該金屬材料之問題，及因此該金屬材料之熔化在整體上不均勻地持續進行。為了解決此問題，專利文獻1提出一種使一爐殼體以一朝上下方向延伸之軸線為中心相對於電極旋轉移位之製程，藉此在該冷點與該熱點間做交換。在這樣的電弧爐中，在不需像在一豎爐(shaft furnace)中在一額外水冷部分處消耗用於泵之功率下及在不需額外地供應用於廢氣之成分適當處理的燃燒器燃燒能量等下，可藉由使該爐殼體旋轉移位，去除在該電弧爐內之熱不均勻性且可減少浪費的功率消耗量。

專利文獻1：JP-A-2014-40965

在該電弧爐中，大電流在被插入該爐殼體中之該電極 中流動，以便熔化該金屬材料。由於在該電極中流動之電流，電流亦可能在該爐殼體中流動。特別地，在該電極中流動之電流為交流電之情況下，感應電流時常在該爐殼體之表面中流動。為了實施該爐殼體之旋轉移位，使用一具有一像軸承之可移動部分的爐殼體移動機構。如果流經在該爐殼體內之金屬材料的漏電流或流經該爐殼體之表面的感應電流在此種可移動部分中流動，則這樣的電流可能損壞該可移動部分及損害該可移動部分之功能。例如，在一電極被插入該爐殼體且供應有電流之狀態下，如果流經在該爐殼體內之金屬材料的漏電流或在該爐殼體中所產生之感應電流在像該爐殼體移動機構之軸承的構件中流動及產生火花，則甚至當該爐殼體移動機構處於靜態時，可能損壞該爐殼體移動機構之組成構件，以及因而，可能妨礙該爐殼體之後續平穩移動。

因此，本發明之一目的將提供一種具有一爐殼體被移動之電弧爐，此可防止電流在一用以移動該爐殼體之爐殼體移動機構中流動。

為了解決上述問題，本發明提供一種電弧爐，其包括：一爐殼體；一電極；一爐殼體移動機構，其支撐該爐殼體，以便可在一安裝面上移動；以及一第一絕緣構件，其使該爐殼體與該爐殼體移動機構間電絕緣。

在此，較佳的是，該爐殼體移動機構包括一相對於該安裝面為固定之第一部分及一固定至該爐殼體且可相對於該第一 部分移動之第二部分，以及該第一部分電連接至該第二部分。

在此情況下，較佳的是，該電弧爐進一步包括一使該爐殼體移動機構之第一部分與第二部分間電連接之連接線，其中該連接線具有能跟隨該第二部分之整個可移動範圍之長度。

較佳地，該爐殼體及該爐殼體移動機構係獨立接地的。

此外，較佳的是，該電弧爐進一步包括：一爐頂，其覆蓋該爐殼體之開口；一爐頂移動機構，其相對於該爐殼體移動該爐頂；以及一第二絕緣構件，其使該爐頂移動機構與該爐殼體間電絕緣。在此情況下，該爐殼體及該爐頂移動機構較佳的是獨立接地的。

在依據本發明之電弧爐中，在該爐殼體與該爐殼體移動機構間設置一絕緣構件(第一絕緣構件)。因此，即使在因在一電極中流動之電流而使電流在該爐殼體中流動之情況下，防止在該爐殼體中流動之電流從該爐殼體流入該爐殼體移動機構中。結果，防止該爐殼體移動機構被電流損壞。

在此，在該爐殼體移動機構包括一相對於該安裝面為固定之第一部分及一固定至該爐殼體且可相對於該第一部分移動之第二部分以及該第一部分電連接至該第二部分之情況下，該第一部分及該第二部分變成等電位的。因此，即使因在該爐殼體與該爐殼體移動機構間電絕緣之該第一絕緣構件的介電崩潰等而使電流在該爐殼體移動機構中流動，下面現象係不可能發生的：電流在該爐殼體移動機構中之廣大區域範圍內流動。結果，可以高精確度防止該爐殼體移動機構嚴重受損。

在此情況下，如果設置一用以使該爐殼體移動機構之第一部分與該第二部分間電連接之連接線且該連接線具有能跟隨該第二部分之整個可移動範圍之長度，則即使當使該第二部分相對於該第一部分移動時，可防止該連接線受損及該連接線可被施加過大的力。

再者，在該爐殼體及該爐殼體移動機構係獨立接地之情況下，可更穩固地防止在該爐殼體中流動之電流流入該爐殼體移動機構。

此外，在該電弧爐進一步包括一覆蓋該爐殼體之開口的爐頂、一相對於該爐殼體移動該爐頂之爐頂移動機構及一使該爐頂移動機構與該爐殼體間電絕緣之第二絕緣構件的情況下，亦可防止在該爐殼體中流動之電流流入該爐頂移動機構。於是，亦可防止一構成該爐頂移動機構之構件因電流而受損。

在此情況下，如果該爐殼體及該爐頂移動機構係獨立接地，則可更穩固地防止在該爐殼體中流動之電流流入該爐頂移動機構。

1‧‧‧電弧爐

10‧‧‧爐殼體

20‧‧‧爐頂

25‧‧‧電極

30‧‧‧爐殼體移動機構

31‧‧‧支撐框架

31a‧‧‧上表面

31b‧‧‧齒輪構件

31c‧‧‧連接桿

31d‧‧‧凹部

32‧‧‧軸承

32a‧‧‧外輪

32b‧‧‧內輪

33‧‧‧軸承連接線

34‧‧‧安裝基座

35‧‧‧齒輪部

35a‧‧‧第一齒輪

35b‧‧‧第二齒輪

40‧‧‧爐頂保持單元

41‧‧‧爐頂支撐部

42‧‧‧電極支撐部

43‧‧‧爐頂移動機構

51‧‧‧爐殼體絕緣構件

52‧‧‧爐頂絕緣構件

61‧‧‧爐殼體接地線

62‧‧‧爐殼體移動機構接地線

63‧‧‧爐頂移動機構接地線

90‧‧‧平台

91‧‧‧連接桿

91a‧‧‧托架

圖1係描述依據本發明之一具體例的電弧爐之側視圖；圖2係描述一爐殼體移動機構及一爐殼體絕緣構件之立體圖，其中以透視方式藉由虛線來描述該爐殼體絕緣構件。

圖3係一爐殼體移動機構之放大剖面圖。

圖4A及圖4B係描述一軸承連接線之安裝方法的特定實例之示圖；圖4A描述從一爐殼體移動機構之上側觀看之狀態；圖4B 係沿著圖4A之A-A切割所得到之剖面圖；以及在圖4A中，折線描述在使一爐殼體旋轉50°時該軸承連接線之狀態。

將參考該等圖式來說明依據本發明之一具體例的電弧爐。

(電弧爐之配置)

圖1至圖4B描述依據本發明之該具體例的電弧爐1。該電弧爐1係安裝在一平台90上。該電弧爐1具有一相似於專利文獻1所述之電弧爐作為一主體部分，以及包括一爐殼體10、一爐頂20及複數個電極25。此外，該電弧爐1包括一爐殼體移動機構30及一具有一爐頂移動機構43之爐頂保持單元40。再者，該電弧爐1亦包括一爐殼體絕緣構件(第一絕緣構件)51及一爐頂絕緣構件(第二絕緣構件)52作為絕緣構件以及一爐殼體接地線61、一爐殼體移動機構接地線62及一爐頂移動機構接地線63。

該爐殼體10係形成為一在其頂部具有開口之大致圓筒底容器。該爐殼體10係由在金屬氧化物製成之耐火材料的外側上設置有鋼殼之材料所形成。

該爐頂20係形成為大致碟形且能關閉該爐殼體10之開口。該爐頂20係被該爐頂保持單元40所保持及在該爐殼體10上方實施上/下移動及旋轉移動，藉此在關閉該爐殼體10之開口的狀態與打開該開口之狀態間移動。雖然該爐頂20亦由相似於該爐殼體10之材料所形成，但是在該爐頂靠近被稍後所述之電極25貫穿的個別部分處暴露絕緣體。因此，在該爐頂與該等電極25間保 持電絕緣。

在本具體例中，3個電極25(在圖1中只描述兩個電極)從上方朝該爐殼體10之內部空間貫穿該爐頂20。該3個電極25係配置以該爐殼體10之中心軸為中心構成一幾乎等邊三角形。當在該爐殼體10中容納一像廢鐵材料之金屬材料及以像3相交流電之電流供應該3個電極25來實施放電時，可熔化該金屬材料。該等電極25係與該爐殼體10及該爐頂20之每一者電絕緣。

該爐殼體10經由該爐殼體移動機構30被一平台(安裝面)90所支撐。如圖2所述，該爐殼體移動機構30包括一支撐框架31，其係由金屬所製成且具有大致環狀之頂面及底面。該爐殼體10係經由一具有大致環板狀之爐殼體絕緣構件51放置在一作為該支撐框架31之頂面的上表面31a上。在該支撐框架31之上表面31a中設置複數個凹部31d。由於在該爐殼體10上所形成之凸部(未顯示)與該等個別凹部31d之接合以及該爐殼體10之本身重量，使該爐殼體10固定在該支撐框架31上。該爐殼體絕緣構件51使該爐殼體10與該支撐框架31間電絕緣。沿著該支撐框架31之內周面形成一齒輪構件31b。在該爐殼體10之底部與該支撐框架31間以埋藏其間之該爐殼體絕緣構件51方式填充一絕緣樹脂。於是，在該爐殼體10之底部、該爐殼體絕緣構件51及該支撐框架31間所形成之個別間隙被該絕緣樹脂所填充。

該支撐框架31被一軸承32所支撐。圖3係描述在該軸承32之附近的該爐殼體移動機構之部分的剖面圖。該軸承32被安裝至一固定在該平台90上之由金屬所製成的安裝基座34上。該軸承32具有已知回轉軸承(swing bearing)之配置，以及包括由金屬 所製成之一外輪(第一部分)32a及一內輪(第二部分)32b，以及在該外輪32a與該內輪32b間所配置之滾動元件(未顯示)。該內輪32b可相對於該外輪32a平穩地擺動。該外輪32a係固定至該安裝基座34及該內輪32b係固定至該支撐框架31之齒輪構件31b。一軸承連接線33使該支撐框架31與該安裝基座34間電連接。該軸承連接線33具有能跟隨該支撐框架31之整個可擺動或旋轉範圍之足夠長度。因為使該軸承32之外輪32a與該安裝基座34接觸及使該內輪32b與該支撐框架31接觸，所以該外輪32a與該內輪32b藉由該軸承連接線33彼此電連接。

在該支撐框架31之內周側上設置一具有兩個彼此嚙合之齒輪(第一齒輪35a及第二齒輪35b)的齒輪部35。雖然圖2只顯示該齒輪部35，但是在該內周圍之相對位置處設置另一相似於該齒輪部35之齒輪部。構成該齒輪部35之第一齒輪35a與在該支撐框架31之內周面上所設置之該齒輪構件31b嚙合。與該第一齒輪35a嚙合之該第二齒輪35b的轉軸係耦接至一液壓馬達(未顯示)之輸出軸。

可藉由驅動該齒輪部35之液壓馬達，使該支撐框架31在該軸承32上擺動。結果，使該爐殼體10在該平台90上旋轉(擺動)。當該爐殼體10旋轉時，沿著該平台90之平面的該等電極25之個別位置沒有改變。因此，該爐殼體10與該等電極25間之相對排列依據該爐殼體10之旋轉而改變。可以在該支撐框架31之內周側上適當地設置一用以保持該支撐框架31在停止該支撐框架31之旋轉的狀態中之止動機構(未顯示)。

該爐頂保持單元40係設置在該共同平台90上，其中 該爐殼體10係經由該爐殼體移動機構30安裝在該平台90上。該爐頂保持單元40以一爐頂支撐部41支撐該爐頂20及實施該爐頂20之上/下移動及旋轉移動。該爐頂保持單元40亦具有以複數個電極支撐部42保持及實施該等電極25之上/下移動的功能。因此，該爐頂保持單元40可依據在該爐殼體10中該金屬材料之熔化狀態等調整該等電極25之上/下位置。以具有一軸承及一液壓缸之該爐頂移動機構43驅動該爐頂20之上/下及旋轉移動以及該等電極25之上/下移動。該爐頂支撐部41與該電極支撐部42係彼此電絕緣的。該爐頂絕緣構件52係設置在該爐頂支撐部41與該爐頂移動機構43間。因此，該爐頂移動機構43係與該爐頂20及該爐頂支撐部41電絕緣。以該爐頂移動機構接地線63使被該爐頂絕緣構件52隔開之該爐頂保持單元的爐頂移動機構43側部接地。

該平台90係一由金屬所製成之撐架，其中該電弧爐1係安裝在該平台90上。以該爐殼體移動機構接地線62使該平台90接地。以接觸方式使該爐殼體移動機構30之安裝基座34固定在該平台90上。因此，在該外輪32a部分處以該爐殼體移動機構接地線62使該爐殼體移動機構30之軸承32接地。該平台90可以具有一用以使該電弧爐1之組成構件(例如，該爐殼體10)傾斜之傾置機構，藉以有助於從該爐殼體10排出熔化金屬及排放爐渣。

雖然本電弧爐1設置有3條接地線，亦即，該爐殼體接地線61、該爐殼體移動機構接地線62及該爐頂移動機構接地線63，它們係設置成為獨立接地線。例如，這3條接地線61至63分別在個別位置連接至被埋藏在地面中之3個接地電極。

(電弧爐之特性)

如上所述，在依據本具體例之電弧爐1中，可藉由以該爐殼體移動機構30使該爐殼體10相對於該等電極25旋轉，改變該爐殼體10與該等電極25間之位置關係。藉由改變該位置關係，可增強在該爐殼體10內之金屬材料的加熱及熔化之均勻性。亦即，當該等電極25以具有大致圓筒狀之該爐殼體10的中心軸為中心排列成一三角形狀時，在該爐殼體10內必然產生一熱點及一冷點，其中該熱點靠近電極25且可能達到高溫，以及該冷點遠離電極25且不太可能達到高溫。然而，藉由在該金屬材料之熔化製程期間旋轉該爐殼體10，以改變該爐殼體10與該等電極25間之位置關係，亦可適當地改變該熱點與該冷點之個別位置，藉此可達到該金屬材料之加熱及熔化的均勻性。就必需及充分改變該熱點與該冷點之個別位置方面來說，該爐殼體10之可旋轉角度在電極數目為3個之情況下較佳地是在大致50°至60°之範圍內。

在實施電弧放電之情況下，數十kA數量級之交流電流至被插入該爐殼體10中之該等電極25。此電流可能經由在該爐殼體10內之金屬材料、該爐殼體10、該爐頂20等流入該爐殼體移動機構30或該爐頂移動機構43而成為漏電流。再者，在數安培至數百安培範圍內之感應電流可能在該爐殼體10之表面的鋼殼中流動。如果這樣的漏電流或感應電流從該爐殼體10流入一可移動部分(例如，該爐殼體移動機構30或該爐頂移動機構43之軸承)，則即使當該爐殼體移動機構30或該爐頂移動機構43處於靜止時，可能在該可移動部分產生火花。可能妨礙該可移動部分之平穩移動，以及可能造成進一步不可避免的損壞(例如，構成該可移動部分之 材料的破損)。

然而，在依據本具體例之電弧爐1中，該爐殼體絕緣構件51係設置在該爐殼體10與該爐殼體移動機構30間，藉以使該爐殼體10與該爐殼體移動機構30間電絕緣。再者，在該爐頂保持單元40中，該爐頂絕緣機構52係設置在該爐頂支撐部41與該爐頂移動機構43間。因此，亦使該爐頂移動機構43與該爐殼體20及該爐殼體10中之每一者電絕緣，其中該爐殼體10在該爐頂20之關閉狀態中在它的鋼殼處與該爐頂20接觸。依據此排列，如果該感應電流或該漏電流在該爐殼體10中流動，則可防止這些電流流入該爐殼體移動機構30及該爐頂移動機構43。構成該爐殼體絕緣構件51及該爐頂絕緣構件52之絕緣材料可以是例如具有高耐熱性之JIP-H型絕緣體，例如，由矽膠樹脂與玻璃所形成之疊層(矽層壓材料)。

另外，在該電弧爐1中，該等個別組成元件係獨立接地的。亦即，以該爐殼體接地線61使該爐殼體10接地、以該爐殼體移動機構接地線62經由該平台90使該爐殼體移動機構30接地，及以該爐頂移動機構接地線63使該爐頂移動機構43接地。因此，即使在該爐殼體絕緣機構51或該爐頂絕緣構件52中因例如對其兩端所施加之高壓而發生介電崩潰，流入該爐殼體10之漏電流或感應電流經由該爐殼體接地線61流至地電位，及因而不太可能流入該爐殼體移動機構30及該爐頂移動機構43。

在該電弧爐1中，該軸承連接線33電連接於該爐殼體移動機構30之軸承32的外輪32a與內輪32b間。因此，該外輪32a及該內輪32b係保持在等電位。再者，不僅以該爐殼體移動機 構接地線62經由該平台90及該安裝基座34使該外輪32a接地，而且亦使該內輪32b接地。結果，防止電流在該外輪32a及該內輪32b間流動。於是，即使流入該爐殼體10之漏電流或感應電流亦流入該外輪32a及該內輪32b中之一，可防止這些電流流入這些輪中之另一個輪及在該軸承32之廣大區域中產生火花。

在圖3中簡單地將該軸承連接線33描述為一在該支撐框架31與該安裝基座34間連接之接線。然而，只要使該軸承32之外輪32a及內輪32b彼此電連接，該軸承連接線33之一具體安裝方法可以是任何方法。在圖4A及圖4B中描述該安裝方法之實例。在此實例中，在該支撐框架31之高度方向上的大致中心部分中設置每一個與該支撐框架31之主體電傳導之托架(bracket)31c。與該平台90之主體電傳導的連接桿91直立在該平台90上，以及在該對應連接桿91之上端設置個別的托架91a，以便位於大致相同於該等對應框架側托架31c之高度上。該等連接桿91之每一者係設置在該軸承32之內輪32b的可移動範圍之中心角度位置。每一軸承連接線33之一端連接至該對應支撐框架側托架31c，以及其另一端連接至該對應連接桿側托架91a。該等軸承連接線33之每一者具有能跟隨該軸承32之內輪32b的整個可移動範圍之足夠長度。以下面這樣的方式來設定該等軸承連接線33之每一者的長度及該等對應兩種托架31c及91a之位置：在該內輪32b之整個可移動範圍內，每一軸承連接線33位於一障礙物(obstacle)(未顯示)(例如，一安裝至一設置在該平台90上用以驅動該軸承32之驅動單元的必要單元)上方。

當藉由使用該等對應托架31c及91a連接該軸承連接 線33時，可確保該軸承32之外輪32a與內輪32b間之導電率具有高的可靠性。再者，如圖4A之穩態及虛線所示，當使該等軸承連接線33之每一者具有能跟隨該內輪32b之整個可旋轉範圍之長度時，可防止每一軸承連接線33在該內輪32b之整個可旋轉範圍內因過大的外力而受損或被施加過大的外力。特別地，如圖4B所示，如果將該等軸承連接線33之每一者的長度設定成稍微比較長，以致於每一軸承連接線可在該內輪32b之整個可旋轉範圍內保持彎曲狀態而沒有被拉緊，則可有效地防止每一軸承連接線33因過大的外力而受損或被施加過大的外力。

另外，當該等軸承連接線33之每一者係配置在該平台90之平面上方且亦在該障礙物(未顯示)(例如，安裝至在該平台90上所設置之用以驅動該軸承32的該驅動單元之該必要單元)上方時，每一軸承連接線33在該軸承32之內輪32b旋轉時可避免干擾該障礙物。在該平台90上方之區域中設置一相對於該軸承連接線33充當該障礙物之構件的情況下(其中該軸承連接線33的經過是伴隨著該內輪32b之旋轉)，當該軸承連接線33不是配置成趴在該平台90之平面上，而是配置在該平台90之平面上方(較佳地，在該障礙物上方)時，該軸承連接線33可避免干擾該障礙物。雖然該軸承連接線33較佳地具有能保持上述彎曲狀態之長度，但是期望將該長度設定至彎曲部沒有接觸該障礙物之程度。在該內輪32b之可移動範圍的大致中心角度位置處設置該等連接桿91之每一者的情況下，可在該內輪32b之整個可移動範圍內輕易地確保該對應軸承連接線33之彎曲狀態而不會過度拉長該對應軸承連接線33。

如上所述，雖然詳細說明依據本發明之具體例，但是 本發明並非侷限於上述具體例及可以在不脫離本發明之主旨的範圍內變更及修改本發明。例如，該爐殼體之移動並非侷限於以該爐殼體之中心軸為中心旋轉(擺動)，然而可以是在該平台上之任何移動。再者，該爐殼體移動機構並非侷限於使用該軸承之爐殼體移動機構，然而可以是使用例如滾輪之爐殼體移動機構。

本發明根據2014年11月5日所提出之日本專利申請案第2014-225148號及2015年7月24日所提出之日本專利申請案第2015-146743號，在此以提及方式併入該等日本專利申請案之內容。

Claims (4)

1. 一種電弧爐，其包括：一爐殼體；一電極；一爐殼體移動機構，其支撐該爐殼體，以便可在一安裝面上移動；以及一第一絕緣體，其使該爐殼體與該爐殼體移動機構間電絕緣；其中，該爐殼體移動機構包括一相對於該安裝面為固定之第一部分及一固定至該爐殼體且可相對於該第一部分移動之第二部分，以及該第一部分電連接至該第二部分，該電弧爐進一步包括：一連接線，其使該爐殼體移動機構之第一部分與第二部分間電連接，其中該連接線具有能跟隨該第二部分之整個可移動範圍之長度。
2. 如請求項1之電弧爐，其中，該爐殼體及該爐殼體移動機構係獨立接地的。
3. 如請求項1或2之電弧爐，其進一步包括：一爐頂，其覆蓋該爐殼體之開口；一爐頂移動機構，其相對於該爐殼體移動該爐頂；以及一第二絕緣體，其使該爐頂移動機構與該爐殼體間電絕緣。
4. 如請求項3之電弧爐，其中，該爐殼體及該爐頂移動機構係獨立接地的。