WO1991014911A1 - Dc electric furnace for melting metal - Google Patents

Description

明 細 書

金属を溶解する直流電気炉 技 術 分 野

本発明は、 直流アークによって金属の溶解、 精鍊を行う上部 電極と炉底電極とを備えた直流電気炉に関するものである。 背 景 技 術

電気炉には交流電気炉と直流電気炉とがあり、 交流電気炉は 3本の黒鉛電極を炉の上方から挿入し、 主にスクラ ップや溶鋼 を介して上記電極間にアークを発生させるものであり、 また直 流電気炉は通常 1 本の黒鉛電極を挿入し、 炉底部を他方の電極 と して直流アークを発生させるものである。

交流電極は 3本電極のため炉の上部構造が複雑になると共に 3相アークが相互電磁力によ り外側に曲げられ放散熱が多く熱 効率が悪いという問題や、 またアークの曲がり によ り炉壁が局 部的に損傷される という問題がある。 また電極消耗量が大き く 、 また騒音も大き く 、 フ リ ツ力が激しい等の問題点もある。 これに対して直流電気炉は、 一般的には電極が少いため炉上方 の電極周 りはシンブルになり、 交流電気炉に比べて黒鉛電極の 原単位や電力原単位の低減およびフ リ ッ 力の減少が期待できる という長所があるが炉底電極の寿命および安全性に問題点があ る。

日 本 工 業 炉 協 会 発行 、 工業加 熱 炉 、 V o l . 2 5 ( 1 9 8 8 ) 、 N o . 2、 P . 2 4〜 3 3記載の 「直流アーク 炉の現状と将来」 と題する論文に述べられているよう に、 直流 電気炉の炉底電極として炉底に内張り された耐火物に直立して 埋設された多数の小径電極を備えた小径多電極の空冷方式、 お よび大径の鋼丸棒が炉底に 1本乃至 3本を直立して配設された 大径電極の水冷方式が知られている。

第 6図は大径電極方式の直流電気炉の従来例を示してお り、 炉蓋 1 1 2 を通して黒鉛製の上部電極 1 1 8が 3本挿入されて お り、 炉底 1 1 6には鋼棒製の水冷式炉底電極 1 3 0が成形耐 火物中に直立して 3 本埋設されている。 この場合炉底電極 1 3 0の直径は 2 5 0 πι ιη φ程度が最大限である。 サイ リス夕 1 2 4は 3本の上部電極 1 1 8 とそれぞれ対向する 3本の炉底 電極 1 3 0が各々単独の電極制御回路を構成しており、 電圧お よび電流を制御するようになっている。 このような構成である ので、 例えば炉用 ト ラ ンス 1 2 2 の合計の ト ラ ンス容量が 6 0 M V Aの場合、 各々は 2 O M V Aの範囲で投入電力を制御 するので定常状態ではアークが 3本発生している。

このよ うな大径式炉底電極方式の直流電気炉では、 炉底電極 1 3 0が 3本と もスラグ付着等によ り不導通になると、 上部電 極 1 1 8の 1本を陽極側に接続し上部電極 1 1 8間でアークを 発生させるこ とによって炉内のスクラ ップを溶解させるこ と力 s 可能になる。 έのような対策では投入電力が低下するのでスク ラ ップの溶解時間が長く なるけれども とにかく電流不導通の対 策を比較的容易にとることができるという長所を有する。

ただ しその一方第 6 図に示す大径電極方式は、 上部電極 1 1 8が従来の交流電気炉と同様に 3本であるため電極支持 アーム、 電極昇降装置および電極制御回路が全て 3系統必要で あ り、 設備が複雑で、 必然的に設備コス トやメ ンテナンスコス 卜が高く なるという問題がある。 また第 7図に示すよう に炉体 1 1 0内における 3本の上部電極 1 1 8の位置が炉壁に対して 非対称であるため炉壁にコール ドスポッ トやホッ トスポッ トが 生じ、 スクラ ップが均一に溶解しないという問題や、 また上部 電極 1 1 8に囲まれた炉蓋 1 1 2の小天井 1 1 2 aがアークの 輻射熱で極端に早く 損傷する という問題があ り 、 さ らにまた コール ドスポヅ 卜にはスクラ ップ非溶解部 Aが生じるため、 こ の非溶解部 Aを溶解するために余分に電力を投入するこ とにな り、 その結果、 炉から溶鐧を取り出すタ ップからタ ップまでの 所要時間が延長され、 電力、 電極および耐火物の各原単位が上 昇してコス ト高になるという問題がある。

次にも う一つの背景技術について説明する。

第 8図は小径多電極の空冷方式の直流電気炉の従来例の断面 概略図であ り、 炉体 1 0は炉蓋 1 2、 炉壁 1 4、 炉底 1 6から 構成されていて、 炉蓋 1 2を通して黒鉛電極 1 8が 1本 （場合 によっては 2本乃至 3本） 挿入されており、 炉壁 1 4には水冷 パネル 2 0が取付けられている。 炉底 1 6の一方の端部には精 鍊後の溶鋼を出鋼する出鋼口 2 4が設けてあり、 炉底 1 6の、 他方の端部にスラグを排出する排滓口 2 2が設けてある。 また 炉底 1 6 には鋼棒製の小径炉底電極 3 0が多数埋設されている と共に炉体 1 0 は油圧シ リ ンダ等の傾動装置 （図示せず） に よって左右傾動可能になっている。 出鐧ロ 2 4の直下には溶鋼 の排出を停止するためのス 卜 ッ パ 2 6 を開閉自在に設けてあ る。

多数の小径電極を炉底に埋設した炉底電極 3 0は例えば炉容 1 3 0 t Zヒー ト炉では多数 （ 2 0 0本程度） かつ 1本が 4 0 Γη ιη φ程度の鋼丸棒が炉底 1 6のスタンプによ り内張り された 耐火物 2 8 ' の間に直立して埋設されてお り、 これらの炉底電 極 3 0が電極回路の陽極を形成し、 この陽極に炉蓋 1 2 よ り突 き出している黒鉛電極 1 8が陰極と して対向している。 この'方 式の場合、 炉底電極 3 0の直径は 4 Ο πι πι φ程度が限度であ る。

第 9図および第 1 0図に示す通り、 炉底電極 3 0の周翻には スタ ンプ材 2 8 ' が打設されており、 炉底電極 3 0の上端面は スタ ンプ材 2 8 ' の上面に露出してお り、 また下端部は底板 1 6 aから炉外に突出され底板 1 6 a と離間して設けた電極支 持板 3 2 に達していて、 締付ナッ ト 7によ り固定されている。 また電極支持板 3 2に接続した導電体からなる空冷管 3 4から 電極支持板 3 2 と底板 1 6 a との間に冷却用空気を供給するこ と によって;^底電極 3 0の下部を冷却するよう になっている。 なお通常、 底板 1 6 a上のスタンプ材 2 8， および冷却板 （電 極支持板） 3 2は炉底電極 3 0 と一体に構成されていて、 これ らをブロ ッ ク と して取替えるこ とができる。 また絶縁体 4は底 板 1 6 a と炉底鉄皮 1 6 ' とを絶縁する絶縁体である。 また給 電ケーブル 5 は水冷式のものであ り 、 電流の供給ルー ト は、 ホッ ト ヒール （溶鋼） が形成された段階では給電ケーブル 5→ 空冷管 3 4→電極支持板 3 2—炉底電極 3 0→溶鋼—スクラ ッ ブ"→上部の黒鉛電極 1 8 となる。 第 8図に示すよう に電力投入回路の受変電 ト ラ ンス 2 1 を介 して投入された電力は、 炉用 ト ラ ンス 2 3 に よ って電圧が 2 0 0〜 8 0 0 V程度に変圧された後、 サイ リスタ 2 5 に投入 される。 サイ リ スタ 2 5は上部電極 1 8 と炉底電極 3 0 とを接 続する 1 系統の電極制御回路に設けてあり、 直流電気炉による 溶解制御が 1 系統によって行われる。 そして電圧制御は電極昇 降装置 （図示せず） による黒鉛電極 1 8の位置制御によ り、 ま た電流制御はサイ リ スタ 2 5の制御によ り行われる。

このよ う に黒鉛電極 1 8が 1本であるため炉上方の電極周 り がシンブルにな り、 黒鉛電極 1 8の原単位や電力原単位の低減 を期待できるばかりでなく 、 直流電気炉の溶解制御を 1 系統で 行えるため制御が容易である という長所を有する。

こ こで第 8図に示す多数の小径丸鋼棒を炉底に埋設した空冷 方式の炉底電極 3 0を有する直流電気炉は、 例えば 1 3 0 t / ヒー トの炉では直径 4 Ο ιη ιη φ程度までの鋼丸棒を 2 0 0本程 度備えてお り 、 これら多数の炉底電極 3 0 はスタ ンプ耐火物

2 8 ' に埋設されていると共に全てが一枚の電極支持板 3 2 に 接続して取付けてあり、 1本の給電ケーブル 5から電極支持板

3 2 を介して各炉底電極 3 0 に一括して電流を供給するように なっている。 この第 8図に示す直流電気炉は、 その構成上およ び空冷方式であるこ とから次のような問題点があった。

( 1 ) 直流電流によるスクラ ップの溶解、 精鎳のチャージ を繰返すと、 小径の炉底電極は溶鋼からの入熱と内部電流によ るジュール発熱によって溶解するが、 水冷ではなく空冷方式で あるため抜熱能が低く炉底電極の直径を太く するこ とに限界が あり、 4 0 m m Φ程度が上限である。

( 2 ) 多数の炉底電極に一括して給電するため電極に対す るきめ細かい電流制御が不可能である。

( 3 ) また炉底電極の数が多いため電極上部にスラグが付 着する度合が多く な り、 電流不導通になると、 供給電流が一定 の場合残された炉底電極に過大な電流が流れるこ とにな り、 炉 操業に悪影響を及ぼす。

( 4 ) 炉底電極の本数があま り にも多く 1本毎の電極溶解 状況を熱電対によって監視するこ とが事実上不可能である。

( 5 ) 前記 （ 1 ) 〜 （ 4 ) が相互に関係して炉底電極 1本 当 りの平均電流密度が水冷方式の 1 2程度にしかならず効率 が悪い。

( 6 ) 炉底電極の数が多いので電極間はスタンプ耐火物し か施工できないのでレンガ耐火物に比較して損耗速度が速く 炉 底電極の寿命が短い。

( 7 ) 炉内に発生するアークは、 電極に電流を供給する給 電ケーブルの周 り に発生する磁界の影響で、 その方向性が左右 されるが、

—本の給電ケーブルを介して多数の炉底電極に一括して電流 を供給しているため、 給電系統の配置によ りアークの方向が定 まってしまい、 ホッ ト ポッ ト、 コールドスポッ トの軽減が達 成できない。 発 明 の 開 示

本発明は前述の事情に鑑みてなされたものであって、 スク ラ ッ ブの溶解を迅速に行える と共に炉壁に生じる コール ドス ポッ トやホッ トスポッ トを軽減し、 コス トダウ ンを達成するこ とができる金属を溶解する直流電気炉を提供するこ とを第一の 目的とするものである。

また本発明は、 炉底電極の電流密度を向上すると共に炉底電 極上部へのスラグ付着による過大電流を防止し、 アークの安定 性を確保して炉底電極によるきめ細かい制御を達成するこ とが できる直流電気炉を提供するこ とを第二の目的とするものであ る。

上記第一の目的を達成するための本発明の第一の直流電気炉 は、 直流アークによ り金属を溶解する直流電気炉において、 一本の上部電極と、

複数本の炉底電極と、

前記複数本の炉底電極のそれぞれに流れる電流を個別に制御 する電流制御サイ リスタ回路とを備えたこ とを特徵とするもの である。

ここで上記第一の直流電気炉において、

前記複数本の炉底電極のそれぞれに流れる電流の値を測定す る電流計を備え、

前記電流制御サイ リスタ回路によ り、 前記電流計で測定され た電流値に基づいて前記複数本の炉底電極のそれぞれに流れる 電流を個別に制御するよう に構成してもよい。

また、 上記第一の直流電気炉において、 前記複数本の炉底電 極のそれぞれに流れる電流を個別に制御するこ とに代え、 電流 制御サイ リ スタ回路によ り前記複数本の炉底電極が複数にグ ループ分けされてなる各グループ毎に電流を制御するようにし てもよい。 また、 このように複数本の炉底電極をさらに複数に グループ分けした場合に、 該各グループのそれぞれに流れる電 流の値を測定する電流計を備え、 前記電流制御サイ リスタ回路 によ り、 電流計で測定された電流値に基づいて各グループのそ れそれに流れる電流を個別に制御するようにしてもよい。

また、 上記第一および第二の目的を達成するための本発明の 第二の直流電気炉は、

直流アークによ り金属を溶解する直流電気炉において、 一本の上部電極と、

多数本の炉底電極が複数に分割されてなる複数の電極ュニッ 卜 と、

前記複数の電極ュニッ 卜のそれぞれに流れる電流を個別に制 御する電流制御サイ リス夕回路とを備えたこ とを特徴とするも のである。

また、 上記第二の直流電気炉において、 上記第一の直流電気 炉と同様に、

前記複数の電極ュニッ 卜のそれぞれに流れる電流の値を測定 する電流計を備え、

前記電流制御サイ リスタ回路によ り、 前記電流計で測定され た電流値に基づいて前記複数の電極ュニッ 卜のそれぞれに流れ る電流を個別に制御するよう に構成してもよい。

また上記第二の直流電気炉において、 上記第一の直流電気炉 の場合と同様に、 前記複数の電極ュニッ トのそれぞれに流れる 電流を個別に制御するこ とに代え、 電流制御サイ リスタ回路に よ り、 前記複数の電極ユニッ トがさらに複数にグループ分けさ れてなる各グループ毎に電流を制御するようにしてもよい。 ま た、 このよ う に複数の電極ュニッ トをさらに複数にグループ分 けした場合に、 該各グループのそれぞれに流れる電流の値を測 定する電流計を備え、 前記電流制御サイ リスタ回路によ り、 電 流計で測定された電流値に基づいて各グループのそれぞれに流 れる電流を個別に制御するようにしてもよい。

ここで、 上記第二の直流電気炉において、 前記複数の電極ュ ニ ヅ トを組み上げて一体構成となし、 炉底に一体的に着脱でき るよう にするのが好ましい。

さ らに、 上記第二の直流電気炉において、 前記多数の炉底電 極をュニッ 卜状に複数に分割する こ とは必ずしも必要ではな く 、 前記多数本の炉底電極に流れる電流を複数のケーブルによ り複数のルー トで供給するよう にし、 各ケーブル毎に電流を制 御するよう にしてもよい。 また、 この場合に、 各ケーブルのそ れぞれに流れる電流の値を測定する電流計を備え、 前記電流制 御サイ リス夕回路によ り電流計で測定された電流値に基づいて 各グループのそれぞれに流れる電流を個別に制御するようにし てもよい。

本発明の第一および第二の直流電気炉は、 上部電極が 1本で あるため炉内の熱負荷が均一であるこ と、 上部電極近傍では給 電ケーブルが 1 本であるので磁界によるアークの方向不均一が 軽減されるこ と、 および複数本の炉底電極のそれぞれ、 も し く は複数の電極ユニッ トのそれぞれ、 も し く は上記のよ う にグ ループ分けした各グループのそれぞれに流れる電流を、 金属の 溶け残りが生じないように各電極制御サイ リスタ回路によ り き め細かく 制御するこ とによ り、 スクラ ップを均一かつ迅速に溶 解するこ とができる。 また電力原単位の低減やコール ドスポッ ト、 ホッ トスポッ トの発生を防止するこ とができ、 タ ップから タ ップまでの時間も短縮され、 また炉底電極の寿命も延長され る。 これによ り生産性が向上し、 コス トダウ ンを図るこ とがで きるこ と となる。

また、 各炉底電極、 もしく は各電極ュニッ ト、 もし く は各グ ループに流れる電流の制御は、 経験ないし実験によ りあらかじ め定められた設定値となるよう にオーブンループ制御を行って もよいが、 電流計を備えて、 測定された電流値に基づいて各炉 底電極、 もし く は各電極ユニッ ト、 もしく は各グループに流れ る電流を制御するように構成すると、 よ り きめの細かな電流制 御が可能となる。

また本発明の第二の直流電気炉において複数の電極ュニッ 卜 を備えた場合、 電極ュニッ 卜毎のきめ細かい制御によ り電流密 度が向上し、 したがって炉底電極の総本数を減らすこ とができ 、 全体的にコ ンパク トにすることができる。 また炉底電極上部 へのスラグ付着に起因する過大電流も防止できる。

さ らに上記複数の電極ュニッ トを組み上げて一体構成と した 場合は炉底電極の取替作業の効率化を図るこ とができる。 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図は、 本発明の第一の直流電気炉の一実施形態に係る全 体配置を示す概略断面図、 第 2図は、 本発明の第二の直流電気 伊の一実施形態に係る全体配置を示す概略断面図、 第 3図は、 第 2 図に全体配置を示す本発明の第二の直流電気炉の一実施形 態に係る炉底電極を示す断面図、 第 4図は、 第 3図の A - A矢 視を示す平面図、 第 5図は、 本発明の第二の直流電気炉の他の 実施形態に係る全体配置を示す概略断面図、 第 6図は、 一従来 例に係る全体配置を示す概略断面図、 第 7図は、 第 6図の概略 平面図、 第 8図は、 他の従来例に係る全体配置を示す概略断面 図、 第 9図は、 第 8図に示す従来例に係る炉底電極を示す断面 図、 第 1 0図は第 9図の A— A矢視を示す平面図である。 発明 を実施す る ための最良の形態

以下、 先ず本発明の第一の直流電気炉の一実施形態について 説明する。

第 1 図は、 本発明の第一の直流電気炉の一実施形態を示した 図である。 第 6図に示す従来例と同一の部材には同一符号を付 して説明の簡略化を図るこ とにする。

炉体 1 1 0は、 従来例 （第 6図） と同様に、 炉蓋 1 1 2、 炉 壁 1 1 4 お よ び炉底 1 1 6 か ら構成さ れて いるが、 炉蓋 1 1 2 を通して黒鉛製の上部電極 1 1 8が 1 本挿入されてい る。 また炉底 1 1 6 には鋼棒製の水冷式でかつ大径の炉底電極 1 3 0が成形耐火物中に複数本直立して埋設されていて、 これ ら複数本の炉底電極 1 3 0が電極制御回路の陽極を形成し、 こ の陽極に炉蓋 1 1 2 に よ り突き出 している 1 本の上部電極 1 1 8が陰極と して対向している。 炉底電極の本数と しては最 大 1 0本程度であるが 3本とするのが最もよい。 以下炉底電極 が 3本の場合について説明する。

こ こで、 前述した従来例 （第 6図参照） と同様に電力投入回 路の受変電 トランス 1 2 0を介して電力が投入され、 炉用 トラ ンス 1 2 2 によって電圧が 2 0 0〜8 0 0 V程度に変圧された 後、 サイ リ ス タ 1 2 4 に投入されるが、 1 本の上部電極 1 1 8 と並列に 3個配設されたサイ リスタ 1 2 4 とがケーブル 1 2 8によって接続され、 また 3個のサイ リスタ 1 2 4 と 3本 の炉底電極 1 3 0 と はそれぞれ 3本のケーブル 1 3 2 a , 1 3 2 b , 1 3 2 cによって接続されており、 電極制御回路を 構成している と共に各ケーブル 1 3 2 a , 1 3 2 b , 1 3 2 c には電流計 1 2 6が設けてある。

次に作用 について説明する。 炉体 1 1 0 内にスク ラ ッ プ 1 3 4を投入した後、 各サイ リスタ 1 2 4によって電流を制御 しつつケーブル 1 2 8から上部電極 1 1 8に電力を投入すると 共に上部電極 1 1 8の上下方向の位置を調整しつつ上部電極 1 1 8 と 3本の炉底電極 1 3 0 との間に通電される電流 · 電圧 を調整し、 これによ り発生するアークによってスクラ ップを溶 解する。 このと き各炉底電極 1 3 0 に流れる電流がケーブル 1 3 2 a , 1 3 2 b， 1 3 2 c にそれぞれ配設された電流計 1 2 6 によって測定される。

スクラ ップ 1 3 4の溶解期にはスクラ ップの棚吊 り、 棚落ち あるいはケーブル 2 8， 1 3 2 a , 1 3 2 b , 1 3 2 cに形 成される磁界によるアークの方向不均一等によってスクラ ップ の溶け残りが生じるので、 ここでは 3本の炉底電極 1 3 0 に流 れる電流をそれぞれ電流計 1 2 6で測定しつつスクラ ップの溶 け残りが局部的に生じないように各サイ リスタ 1 2 4によって きめ細かく電流量を制御し、 これによ りスクラ ップの均一な溶 解が図られ、 コール ドスポッ トやホッ トスポッ トの発生が低減 ィ匕される。

尚、 こ こでは各炉底電極 1 3 0に対応して電流計 1 2 6、 サイ リ ス夕 1 2 4を備えて 3本の炉底電極 1 3 0のそれぞれに 流れる電流を個別に制御するようにしたが、 たとえば 2本の炉 底電極 1 3 0 と 1本の炉底電極 1 3 0との 2つのグループに分 け各グループ毎に炉底電極 1 3 0に流れる電流を制御してもよ い。 この場合、 3本の炉底電極 1 3 0のそれぞれに流れる電流 を個別に制御した場合よ り も制御の自由度は下がるが、 その分 コス ト ダウ ンを図るこ とができること となる。

こ こで炉底電極 1 3 0を 3本と したのは、 水冷式の場合、 炉 底電極の直径を 2 5 0 m m φ と する と 1 本当た り 最大電流 4 0 0 0 0 A (アンペア） であり炉容 1 0 0 t /ヒー 卜規模で は 3本で必要な 1 2 0 0 0 0 Aが確保され、 かく して炉底電極 1 3 0の 1本当た りの電流密度を低く できるので電極溶解量が 小さ く 炉底電極 1 3 0の寿命が長く なるからである。 また炉底 電極 1 3 0が 3本あるので上面にスラグが付着して不導通とな る機会を分散するこ とができる。

なお上部電極を 1本と したのは現在の技術では上部電極は直 径 7 1 1 πι πι φ が最 大 限 で あ り 、 こ の 場合最 大電流 1 2 0 0 0 0 A程度 と な り 、 炉底電極 1 3 0 の最大電流 4 0 0 0 0 Α Χ 3本で対応可能となるからである。 また上部電 極が 1本である と炉内の熱負荷が均一とな り 、 スク ラ ッ プの 均一溶解が行い易く なる。 さらに上部電極近傍では給電ケープ ルが 1本であるので磁界によるアークの方向不均一も軽減され る。

なおスクラ ップの溶解処理中に 3本の炉底電極のうち 1本に 過大電流が流れた場合、 その過大電流が流れている炉底電極の 電流を低下させてもよいが緊急対策と して系全体の電流を同時 に低下させるようにするこ と も可能である。

次に、 本発明の第二の直流電気炉の一実施形態について説明 する。

第 2図は発明の第二の.直流電気炉に係る空冷式の直流電気炉 の断面概略図である。 第 8図に示す従来例と同一の部材には同 一符号を付して説明の簡略化を図るこ とにする。

炉底 1 6には径の小さい鋼棒製の炉底電極 3 0が多数埋設さ れているが、 ここでは、 多数の炉底電極 3 0をその複数本を単 位と してグループ化した複数の電極ユニッ ト 1 を炉底 1 6の耐 火物 2 8 ' に直立して埋設してある。 かく して複数の電極ュ ニッ ト 1 内の各炉底電極 3 0が電極回路の陽極を形成し、 この 陽極に炉蓋 1 2 よ り下方に突き出している黒鉛電極 1 8が陰極 と して対向している。 なお、 各電極ユニッ ト 1 の底板 1 6 aは 切り離されていて絶縁体 4によ り絶縁されている。

第 3図及び第 4図に示すよう に複数本を単位と してグループ 化した各電極ユニッ ト 1 (ここでは 7ユニッ トに分割） におい て、 各電極ュニッ ト 1毎に炉底電極 3 0の周囲にはスタンプ耐 火材 2 8 ' が打設されており、 炉底電極 3 0の上端はスタ ンプ 材 2 8， の上面に露出している。 また炉底電極 3 0の下端部は それぞれ底板 1 6 aから炉外に突出され、 底板 1 6 a と離間し て設けられた、 各電極ユニッ トに対応する電極支持板 3 2 に固 定されている。 炉底電極をュニッ 卜 に分割するのは 2 0 t / ヒー ト以上の炉容を有する空冷式直流電気炉に効果を発揮し、 炉容 6 0 t までなら 2、 3分割が適当であり、 6 0 t以上の場 合には 3〜 7分割程度が適当である。

各電極支持板 3 2 にそれぞれ接続された導電体からなる空冷 管 3 4から電極支持板 3 2 と底板 1 6 aとの間に空気を供給す るこ とによって各電極ュニッ ト 1毎に炉底電極 3 0を冷却する よう になつている。 なお、 各電極ュニッ ト 1 はそれぞれ独立し て炉底耐火物 2 8内に埋設するこ ともできるが、 複数の電極ュ ニツ 卜 1 を炉底耐火物 2 8内に組込んで一体構造すなわち大ブ ロ ック 3 (第 4図参照） と して取替可能に炉底 1 6に備えるこ とが好ま しい。 尚電流供給ル一 トは、 ホッ ト ヒール （溶鋼） 力⁵ 形成された段階では各電極ユニッ ト 1 に対応する給電ケーブル 5 a , 5 b , ···， 5 g ·→空冷管 3 4■→電極支持板 3 2→炉底電 極 3 0→溶鋼—スクラ ップ—黒鉛電極 1 8 となる。

第 2図に示すように、 従来例 （第 7図参照） と同様に電力投 入回路の受変電 トランス 2 1 を介して投入された電力は炉用 ト ラ ンス 2 3 によって電圧が 2 0 0〜8 0 0 V程度に変圧された 後、 サイ リスタ 2 5に投入されるが、 1本の黒鉛電極 1 8 と並 列に 7個配設されたサイ リ スタ 2 5 とがケーブル 2 によって接 続され、 また 7個のサイ リスタ 2 5 と 7個の各電極ユニッ ト 1 の電極支持板 3 2 とはそれぞれ 7本のケーブル 5 a , 5 b， …， 5 gによって接続されており電極制御回路を構成している と共に各ケーブル 5 _a〜 5 g には電流計 3 5が設けられてい る。

次に作用について説明する。 炉体 1 0内にスクラ ップを投入 した後、 各サイ リスタ 2 5によって電流を制御しつつケーブル 2から黒鉛電極 1 8に電力を投入すると共に、 黒鉛電極 1 8の 上下方向の位置を調整しつつ黒鉛電極 1 8 と各電極プロ ク 1 の炉底電極 3 0 との間に通電される電流 · 電圧を調整し、 発生 するアークによってスクラ ップを溶解する。 このと き各炉底電 極 3 0に流れる電流はケーブル 5 a〜5 gにそれぞれ配設され た電流計 3 5 によって測定される。

スクラ ップの溶解期にはスクラ ップの棚吊 り、 棚落ちあるい はケーブル 2 , 5 a , 5 b , ···， 5 gに形成される磁界による アークの方向不均一等によってスクラップの溶け残りが生じや すいため、 ここでは 7個の電極ブロ ッ ク 1 の炉底電極 3 0に流 れる電流を各電極ブロ ック 1毎にそれぞれ電流計 3 5で測定し つつスクラ ップの溶け残りが局部的に生じないように各サイ リ スタ 2 4 によってきめ細かく 電流量を制御してスクラ ッ プの 均一な溶解を図る。 これによつてコール ドスポッ小ゃホッ トス ポッ 卜の発生が低減化される。

第 4図に示すように、 電極ュニッ ト 1 を 7ュニッ 卜にしたの は、 炉容 1 3 0 tZヒー ト φ場合を示したためであり、 全供給 電流 1 2 0 0 0 0 ア ンペア （ Α ) 、 炉底電極 3 0の 1 電極ュ ニッ ト当た りの電流を 1 6 0 0 0 Aと した時、 炉底電極 3 0の 数は従来方式では 2 0 0本で電流密度が 4 0 A/ c m² であつ たものが、 7分割した本発明の場合は電極ユニッ ト 1 が 1 ュ ニッ ト当た り 2 0本にするこ とができる。 このため炉底炉底電 極の数は 2 0本 x 7 = 1 4 0本に減 り 、 電流密度を 6 0 A / c m ² まで増すこ とができる。

このよう に、 炉底電極の数を減らして電流密度を増すこ とが できるのは、 各電極ュニッ ト毎に電流を制御するため、 炉底電 極の上部にスラグ等が付着して導電性が低下しても他の炉底電 極に過大な電流が流れるのを防止でき、 従って安全面から余分 な炉底電極を用いる必要がなく なったからである。

また前述のように、 炉底電極 3 0への給電ケーブル 2の周 り に発生する磁界の影響でアークの方向が左右されるが従来方式 では給電系統の配置が決まればアークの方向が決まってしまう のに対し、 本発明では炉底電極をュニッ ト毎に個別に電流制御 を行う こ とによって、 各々の系統の磁界を制御するこ とが可能 になる。 その結果、 アークが適正な方向に調整され、 直流電気 炉内に溶け残りが存在するような場合に、 これの溶解を促進す るのに特に有効である。

第 2図〜第 4図に示す態様によれば、 従来のものと比較して 下記に示す第 1表のような成績が得られた。

第 1 表

なお、 第 2図〜第 4図に示す実施形態においては、 複数の電 極ュニッ 卜毎にそこを流れる電流を制御するよ う に構成した 力⁵、 前述した水冷の直流電気炉の場合と同様に、 上記複数の電 極ュニッ 卜 1 を例えば 2つのグループ、 3つのグループ等に更 にグループ分けし、 このよ う にグループ分けされた各電極ュ ニッ ト群毎にそこを流れる電流を制御するように構成してもよ レ、。

第 5図は、 本発明の第二の直流電気炉の他の実施形態に係る 全体配置を示す概略断面図である。 第 8図に示す従来例と同一 の部材には同一符号を付してその部分については説明は省略す る。

炉底 1 6 には、 怪の小さい鋼棒製の炉底電極 3 0が例えば第 1 0 図に示す形態に多数埋設されてお り 、 前述した実施形態 (第 2図〜第 4図） の第 4図に示すようなュニッ 卜には構成さ れていない。 しかしこれら多数の小径の炉底電極 3 0は炉内の アークの方向制御が可能なよう に電気的に 3つのグループに分 けられ、 各グループ毎にそこを流れる電流が電流計 3 5によ り モニタされサイ リス夕 2 5によ りその電流が制御される。

こ こで、 第 5図において 2本の一点鎖線よ り右側の部分、 即 ち受変電 ト ラ ンス 2 1 、 炉用 ト ラ ンス 2 3、 サイ リ ス夕 2 5 、 電流計 3 5は電気室内に固定的に配置され、 2本の一点鎖線の 左側の部分は一体的に傾動するように構成され、 これらの間は 可撓性のあるケーブル 6で接続されている。

この実施形態の場合は、 前述した実施形態 （第 2 図〜第 4 図） の場合と比べ、 炉底電極 3 0の電流密度は安全上から従来 技術 （第 8 図〜第 1 0 図） の場合と 同様の 4 0 ア ンペア / c m²程度が上限となるが、 一方大容量炉の場合であっても多数 の炉底電極 3 0を複数にュニッ 卜化して各ュニッ ト毎に個別に 電流を制御するサイ リスタ回路を備えなく ても、 ホッ トスポッ ト、 コール ドスボッ トの発生を防止できる最小限のケーブル本 数、 サイ リ スタを備えればよいこ と となる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 直流アークによ り金属を溶解する直流電気炉において、 一本の上部電極と、

複数本の炉底電極と、

前記複数本の炉底電極のそれぞれに流れる電流を個別に制 御する電流制御サイ リス夕回路とを備えたこ とを特徴とする 金属を溶解する直流電気炉。

2 . 前記複数本の炉底電極のそれぞれに流れる電流の値を測定 する電流計を備え、

前記電流制御サイ リスタ回路が、 前記電流計で測定された 電流値に基づいて前記複数本の炉底電極のそれぞれに流れる 電流を個別に制御するこ とによ り、 電気炉内で発生する直流 アークの方向を制御するものであるこ とを特徴とする請求項 1記載の金属を溶解する直流電気炉。

3 . 直流アークによ り金属を溶解する直流電気炉において、 一本の上部電極と、

複数本も し く は多数本の炉底電極と、

前記複数本も し く は多数本の炉底電極に流れる電流を複数 のケーブルによ り複数のルー トで供給し、 各ケーブル毎に制 御する電流制御サイ リスタ回路とを備えたこ とを特徴とする 金属を溶解する直流電気炉。

. 前記各グループのそれぞれに流れる電流の値を測定する電 流計を備え、

前記電流制御サイ リスタ回路が、 前記電流計で測定された 電流値に基づいて前記各グループのそれぞれに流れる電流を 個別に制御するこ とによ り、 電気炉内で発生する直流アーク の方向を制御するものであるこ とを特徴とする請求項 3記載 の金属を溶解する直流電気炉。

. 直流アークによ り金属を溶解する直流電気炉において、 一本の上部電極と、

多数本の炉底電極が複数に分割されてなる複数の電極ュ ニ ヅ 卜 と、

前記複数の電極ュニ ヅ 卜のそれぞれに流れる電流を個別に 制御する電流制御サイ リス夕回路とを備えたこ とを特徴とす る金属を溶解する直流電気炉。

. 前記複数の電極ュニ ヅ 卜のそれぞれに流れる電流の値を測 定する電流計を備え、

前記電流制御サイ リスタ回路が、 前記電流計で測定された 電流値に基づいて前記複数の電極ュニッ 卜のそれぞれに流れ る電流を個別に制御するこ とによ り、 電気炉内で発生する直 流アークの方向を制御するものであるこ とを特徴とする請求 項 5記載の金属を溶解する直流電気;!:戸。

. 直流アークによ り金属を溶解する直流電気炉において、

—本の上部電極と、

多数本の炉底電極が複数に分割されてなる複数の電極ュ ニッ 卜 と、

前記複数の電極ュニッ トを流れる電流を該複数の電極ュ ニッ 卜が複数にグループ分けされてなる各グループ毎に制御 する電流制御サイ リスタ回路とを備えたこ とを特徴とする金 属を溶解する直流電気炉。

. 前記各グループのそれぞれに流れる電流の値を制御する電 流計を備え、

前記電流制御サイ リ スタ回路が、 前記電流計で測定された 電流値に基づいて前記各グループのそれぞれに流れる電流を 個別に制御するこ とによ り、 電気炉内で発生する直流アーク の方向を制御するものであるこ とを特徴とする請求項 7記載. の金属を溶解する直流電気炉。

. 前記複数の電極ュニッ トを組み上げて一体構成と してなる こ とを特徴とする請求項 5から 8のいずれか 1項記載の金属 を溶解する直流電気炉。