JPH0452599B2

JPH0452599B2 -

Info

Publication number: JPH0452599B2
Application number: JP58157327A
Authority: JP
Inventors: Masaki Niioka; Masaru Fukuyama; Hiroshi Mure
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-08-29
Filing date: 1983-08-29
Publication date: 1992-08-24
Also published as: JPS6049593A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明はプラズマアークによる溶融金属の加
熱装置における給電電極の構成・配置に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application This invention relates to the structure and arrangement of a power supply electrode in a heating device for molten metal using a plasma arc.

従来技術溶融金属、例えば溶鋼の加熱に近年プラズマ・
アーク加熱が用いられる様になつてきた。プラズ
マ・アーク加熱装置は基本的には電源負側に接続
され、溶融金属との間にプラズマ・アークを発生
させるプラズマ・トーチ（陰極）と電源正側と該
溶融金属間に電流導通路を形成する為の給電電極
（陽極）とを備えたものである。Conventional technology In recent years, plasma has been used to heat molten metals, such as molten steel.
Arc heating has come to be used. Plasma arc heating equipment is basically connected to the negative side of a power supply and forms a current conduction path between the plasma torch (cathode) that generates a plasma arc between the molten metal and the positive side of the power supply and the molten metal. It is equipped with a power supply electrode (anode) for

所が、従来の陽極は溶解炉などの固定炉にあつ
ては、炉底にカーボンレンガ（導電性）を付設
し、これにリード線を接続して電流経路を形成す
る方式や、炉底の一部をレンガの代りに被加熱溶
融金属と同材質の金属で形成し、これを炉底より
外部に出し、これにリード線を接続して電流経路
を形成する方式が採用されていた。 However, for conventional anodes in fixed furnaces such as melting furnaces, carbon bricks (conductive) are attached to the bottom of the furnace and lead wires are connected to this to form a current path. A method was adopted in which a part of the furnace was made of the same metal as the molten metal to be heated instead of bricks, and this was brought out from the bottom of the furnace, and a lead wire was connected to it to form a current path.

ところが、上記の両方式には次の如き問題点が
あつた。即ち、周知の連続鋳造用タンデイツシユ
においては、上記の固定炉に比較して本体の交換
頻度が多い上、レンガの積替え頻度も多く、その
都度陽極の更新が必要であり、ランニングコスト
を上昇させると共に、タンデイツシユの交換レン
ガ積み等全ての作業を複雑にする。この様なこと
から、タンデイツシユの場合溶融金属の上部より
浸漬するタイプの陽極の方が有利である。 However, both of the above formulas have the following problems. In other words, in the well-known continuous casting tandate, the main body must be replaced more frequently than in the above-mentioned fixed furnace, and the bricks must be reloaded more frequently, and the anode must be replaced each time, which increases running costs and This complicates all the work, such as replacement of the tandate and bricklaying. For this reason, in the case of a tundish, it is more advantageous to use an anode of the type that is immersed in the molten metal from above.

しかしながら、上部浸漬型陽極では、炉底電極
の如くプラズマ・アーク直下より給電する事が不
可能となり、第１図に示す様に陽極１を流れる電
流により形成される磁界の作用でプラズマ・アー
ク２が陽極１と離れる方向に偏向する。図中３は
プラズマ・トーチ、４は溶融金属、５は電源、６
はケーブル線を示す。 However, with the upper immersion type anode, it is impossible to supply power from directly below the plasma arc as with the bottom electrode, and as shown in Figure 1, the plasma arc 2 is is deflected in the direction away from the anode 1. In the figure, 3 is a plasma torch, 4 is a molten metal, 5 is a power source, and 6
indicates a cable line.

通常、プラズマ・アークによる溶融金属の加熱
においては、雰囲気コントロールによる該溶融金
属の汚染防止やプラズマ・アークの軸射エネルギ
の有効利用を図る為、プラズマ・アークは閉され
た室（加熱室）内で発生させるが、プラズマ・ア
ークの偏向により加熱室内壁の一部が平均温度
3000〓以上の高温に直接さらされる事になる。こ
の結果、加熱室内壁の耐火物が溶け落ち、溶融金
属を汚染すると云う問題が発生する。 Normally, when heating molten metal with a plasma arc, the plasma arc is placed inside a closed chamber (heating chamber) in order to prevent contamination of the molten metal by controlling the atmosphere and to effectively utilize the axial energy of the plasma arc. However, due to the deflection of the plasma arc, part of the wall of the heating chamber has an average temperature of
It will be directly exposed to high temperatures of 3000℃ or more. As a result, a problem arises in that the refractories on the walls of the heating chamber melt down and contaminate the molten metal.

発明の目的・構成・作用本発明は上記の様な上部浸漬型陽極の欠点を除
去する為になされたもので、複数の上部浸漬型陽
極を用い、トーチ直下、すなわちトーチ下端から
トーリ鉛直下の溶融金属に至るまでの区間におい
て、各陽極に導通する電流により作られる磁界の
プラズマ・アークに及ぼす力の総和が実質上零と
なる様に上記上部浸漬型陽極を構成・配置する事
によつてプラズマ・アークの偏向を防止すること
を特徴とするものである。Purpose, Structure, and Effect of the Invention The present invention was made to eliminate the above-mentioned drawbacks of the upper immersion type anode, and uses a plurality of upper immersion type anodes, which are directly below the torch, that is, from the lower end of the torch to the vertical direction of the torch. By configuring and arranging the above-mentioned upper immersion type anode so that the sum of the forces exerted on the plasma arc by the magnetic field created by the current flowing through each anode in the section up to the molten metal is substantially zero. It is characterized by preventing deflection of the plasma arc.

まず、本発明における複数陽極に導電する電流
により作られる磁界のプラズマ・アークに及ぼす
力の総和を零とする為の考え方について述べる。 First, a concept for reducing the total force exerted on the plasma arc of the magnetic field created by the currents conducted to the plurality of anodes in the present invention to zero will be described.

Ｎ個の陽極をa₁、a₂、…、a_Nとし、溶融金属面
に平行な面を考え、トーチ直下を原点としてこれ
らの陽極の面上の位置ベクトルをr₁、r₂、…、
r_N、その陽極に導通する電流をi₁、i₂、…、i_Nと
する。陽極への電流は、陽極及びプラズマ・アー
クから比較的遠い地点に設置された電源から流さ
れるものであり、その間にも磁界の源である電流
は存在するが、遠距離であるため、プラズマ・ア
ークへの力の影響は無視できる。したがつて陽極
を流れる電流i_Kは有限長の電流と見なし得る。陽
極a_Kを流れる有限長電流i_Kがアークに及ぼす力_K
を反発力側を正にとると次式の様に表わされる。 Let N anodes be a ₁ , a ₂ , ..., a _N , consider a plane parallel to the molten metal surface, and let the position vectors of these anodes on the plane be r ₁ , r ₂ , ..., with the origin directly below the torch.
r _N and the currents conducted to the anodes are i ₁ , i ₂ , ..., i _N . The current to the anode is passed from a power source installed relatively far from the anode and the plasma arc, and although the current that is the source of the magnetic field exists between them, it is far away, so the plasma arc The effect of force on the arc is negligible. Therefore, the current i _K flowing through the anode can be regarded as a current with a finite length. Force _K exerted on the arc by finite length current i _K flowing through anode a _K
If we take the repulsive force side to be positive, it can be expressed as the following equation.

ここでα_Kは比例定数である。従つてＮ個の陽
極による力の総和が零となる事は次式の成立を意
味する。_N 〓^K=1 f_K＝（〓^K i_K）・（〓^K α_Ki_K・ｒ／｜r_K｜³）＝０ (2) ここで〓^K i_K≠０であり、α_Kは実質上同一とみな
せる為、Ｎ個の陽極によつてプラズマ・アークが
受ける力の総和を零とする為には次式が成立たね
ばならない。_N 〓^K=1 i_K・r_K／｜r_K｜³＝０ (3) 従つて(3)式を満す様に陽極a_Kの位置r_Kあるいは
a_Kを流れる電流i_Kを設定する事によりプラズマ・
アークの偏向を防止する事が出来る。 Here α _K is a proportionality constant. Therefore, the fact that the sum of the forces from the N anodes becomes zero means that the following equation holds true. _N 〓 ^K=1 f _K = ( 〓 ^K i _K )・( 〓 ^K α _K i _K・r/｜r _K ｜ ³ )=0 (2) where 〓 ^K i _K ≠0 and α _K is Since they can be considered to be substantially the same, the following equation must hold true in order to make the sum of forces exerted on the plasma arc by N anodes zero. _N 〓 ^K=1 i _K・r _K ／｜r _K ｜ ³ = 0 (3) Therefore, the position of the anode a _K is set r _K or
By setting the current i _K flowing through a _K , the plasma
Arc deflection can be prevented.

実施例以下本発明を第２図乃至第４図に示す実施例に
より詳細に説明する。Embodiments The present invention will be explained in detail below with reference to embodiments shown in FIGS. 2 to 4.

本発明の１実施例を示す第２図において７はシ
ールドタンデイツシユ、８はその中に貯えられた
溶鋼を示している。９はタンデイツシユの蓋で、
その蓋９の一部に加熱室１０が設けられ、その下
端は溶鋼中に浸漬している。１１は加熱室１０の
天井部に設けられたプラズマ・アーク発生用のプ
ラズマ・トーチ、１２，１３は上部浸漬型の陽極
を示している。この例では、２本の陽極がトーチ
に対して点対称に配置されている為、偏向のない
プラズマ・アークを得る為の条件は陽極１２，１
３を流れる電流をそれぞれI₁₂、I₁₃とするとI₁₂＝
I₁₃とする事である。陽極１２，１３に分流する
電流の比率を決定する要因は、ケーブル１６、溶
鋼８の電気抵抗が実質上零であるから、陽極１
２，１３自体の抵抗であり、この例では同一抵抗
であればI₁₂＝I₁₃となる。従つて、陽極１２，１
３は同一材質、同一サイズのものを用いれば良
い。 In FIG. 2 showing one embodiment of the present invention, 7 indicates a shield tundish, and 8 indicates molten steel stored therein. 9 is the lid of the tandaishiyu,
A heating chamber 10 is provided in a part of the lid 9, the lower end of which is immersed in molten steel. Reference numeral 11 indicates a plasma torch for generating a plasma arc provided on the ceiling of the heating chamber 10, and 12 and 13 indicate upper immersion type anodes. In this example, since the two anodes are arranged point-symmetrically with respect to the torch, the conditions for obtaining an undeflected plasma arc are anodes 12 and 1.
If the currents flowing through 3 are I ₁₂ and I ₁₃ respectively, then I ₁₂ =
I ₁₃ . The factor that determines the ratio of currents to be shunted to the anodes 12 and 13 is that the electric resistance of the cable 16 and the molten steel 8 is substantially zero;
2 and 13 themselves, and in this example, if they are the same resistance, I ₁₂ =I ₁₃ . Therefore, the anode 12,1
3 should be made of the same material and of the same size.

第３図は本発明の他の実施例を示すもので陽極
を除いて第２図と同等である。同図の例では２本
の陽極とトーチとを上からみた時、一直線上にあ
るが、トーチと陽極１９との距離r₁₉とトーチと
陽極２０との距離r₂₀とが設備の取合い上異なり、
r₁₉：r₂₀＝１＋α：１となつている。この時、偏
向のないプラズマ・アークを得る為の条件は、陽
極１９，２０を流れる電流をそれぞれi₁₉、i₂₀と
すると、(3)式によりi₁₉：i₂₀＝（１＋α）²：１とな
る。２つの陽極にこの比で電流を分流させる為に
は陽極１９，２０の抵抗をそれぞれR₁₉，R₂₀と
すると、R₁₉：R₂₀＝１：（１＋α）²とすれば良い。
これを実現する一つの手段として、陽極に均質円
柱形状のものを用いるとして陽極１９，２０の直
径をD₁₉、D₂₀とした時、D₁₉：D₂₀＝１＋α：１
を満す陽極を用いる事が出来る。 FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, which is the same as FIG. 2 except for the anode. In the example shown in the figure, when viewed from above, the two anodes and the torch are on a straight line, but the distance r ₁₉ between the torch and the anode 19 and the distance r 20 between the torch and the anode ₂₀ are different due to the arrangement of the equipment. ,
r ₁₉ :r ₂₀ =1+α:1. At this time, the conditions for obtaining a plasma arc without deflection are as follows, where the currents flowing through the anodes 19 and 20 are i ₁₉ and i ₂₀ , respectively, and according to equation (3), i ₁₉ :i ₂₀ =(1+α) ² :1 becomes. In order to divide the current into the two anodes at this ratio, R ₁₉ :R ₂₀ =1:(1+α) ² should be set, assuming that the resistances of the anodes ₁₉ and 20 are R 19 and R ₂₀ , respectively.
One way to achieve this is to use homogeneous cylindrical anodes, and when the diameters of the anodes 19 and ₂₀ are D ₁₉ and D 20, D ₁₉ :D ₂₀ =1+α:1
It is possible to use an anode that satisfies the following.

第４図は更に他の実施例を示す。この図は装置
を溶融金属上より見たもので、２５は容器、２６
は溶融金属、２１はプラズマ・トーチ、２２，２
３および２４は陽極を示している。この例では、
３本の陽極がプラズマ・トーチに対して任意の位
置に存在しているものとする。陽極２２，２３，
２４を流れる電流i₂₂、i₂₃、i₂₄それぞれがプラズ
マ・アークに及ぼす力をf₂₂（i₂₂）、f₂₃（i₂₃）、f₂₄
（i₂₄）とすれば、(3)式により f₂₂（i₂₂）＋f₂₃（i₂₃）＋f₂₄（i₂₄）＝０を満す様に各
陽極
を流れる電流を調整する事によつて、偏向のない
プラズマ・アークが得られる。これを実現する為
には各陽極の材質、断面積等を変えて、各陽極の
抵抗値を調整すれば良い。 FIG. 4 shows yet another embodiment. This figure shows the device viewed from above the molten metal, 25 is a container, 26
is molten metal, 21 is a plasma torch, 22,2
3 and 24 indicate anodes. In this example,
It is assumed that three anodes exist at arbitrary positions with respect to the plasma torch. Anodes 22, 23,
The forces exerted on the plasma arc by the currents i ₂₂ , i ₂₃ , i ₂₄ flowing through 24, respectively, are f ₂₂ (i ₂₂ ), f ₂₃ (i ₂₃ ), f ₂₄
(i ₂₄ ), then by adjusting the current flowing through each anode so that f ₂₂ (i ₂₂ ) + f ₂₃ (i ₂₃ ) + f ₂₄ (i ₂₄ ) = 0 is satisfied according to equation (3). , an undeflected plasma arc is obtained. To achieve this, the resistance value of each anode can be adjusted by changing the material, cross-sectional area, etc. of each anode.

この様に本発明で云う給電電極（陽極）を構
成・配置するとは、複数陽極の設置位置を調整す
る、陽極通電路の断面積を各陽極毎に調節する、
陽極材質を各陽極毎に調節する、のいずれかの手
段を適当に組合せる事を意味する。 Configuring and arranging the power feeding electrode (anode) as referred to in the present invention in this way means adjusting the installation positions of multiple anodes, adjusting the cross-sectional area of the anode current path for each anode,
This means adjusting the anode material for each anode in an appropriate combination.

発明の効果以上、詳細に説明した如く、本発明によれば、
上部浸漬型陽極の欠点であつた。プラズマ・アー
クの偏向が解消せられ、操作性・整備性に優れた
上部浸漬型陽極を問題点なく使用する事ができ、
低ランニングコストのプラズマ・アーク加熱を行
なうことができる。Effects of the Invention As described above in detail, according to the present invention,
This was a drawback of the top immersion type anode. The deflection of the plasma arc is eliminated, and the upper immersion type anode, which has excellent operability and maintainability, can be used without any problems.
Plasma arc heating can be performed with low running costs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は１本の上部浸漬型陽極を用いた場合に
発生するプラズマ・アークの偏向現象を示す図、
第２図、第３図および第４図は本発明の実施例を
示す説明図である。１……陽極、２……プラズマ・アーク、３……
プラズマ・トーチ、４……溶融金属、５……電
源、６……ケーブル線、７……シールドタンデイ
ツシユ、８……溶鋼、９……タンデイツシユの
蓋、１０……加熱室、１１……プラズマ・トー
チ、１２，１３……陽極、１４……プラズマ・ア
ーク、１５……電源、１６……ケーブル線、１７
……浸漬ノズル、１８……ロングノズル、１９，
２０……陽極、２１……プラズマ・トーチ、２
２，２３，２４……陽極、２５……容器、２６…
…溶鋼。 Figure 1 is a diagram showing the plasma arc deflection phenomenon that occurs when a single upper immersion type anode is used.
FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are explanatory diagrams showing embodiments of the present invention. 1... Anode, 2... Plasma arc, 3...
Plasma torch, 4... Molten metal, 5... Power source, 6... Cable line, 7... Shield tandy tube, 8... Molten steel, 9... Tundy dish lid, 10... Heating chamber, 11... Plasma torch, 12, 13... Anode, 14... Plasma arc, 15... Power supply, 16... Cable line, 17
...Immersion nozzle, 18...Long nozzle, 19,
20... Anode, 21... Plasma torch, 2
2, 23, 24...anode, 25...container, 26...
...molten steel.

Claims

【特許請求の範囲】[Claims]

１複数の給電電極を容器内の溶融金属の上部よ
り浸漬させる事により溶融金属と電源正側との導
通経路を構成し、電源負側に接続されたプラズ
マ・トーチと該溶融金属との間に発生させたプラ
ズマ・アークによつて該溶融金属を加熱する装置
において、前記、複数の給電電極を、各給電電極
に導通する電流により形成される磁界のプラズ
マ・アークに及ぼす力の総和がプラズマ・トーチ
直下において実質上零となる様に構成・配置する
事を特徴とする、プラズマ・アークによる溶融金
属の加熱装置。1 By immersing multiple power supply electrodes into the molten metal in the container from above, a conduction path between the molten metal and the positive side of the power source is constructed, and a conduction path is created between the plasma torch connected to the negative side of the power source and the molten metal. In a device that heats the molten metal by a generated plasma arc, the sum of the forces exerted on the plasma arc by the magnetic field formed by the current flowing through the plurality of feeding electrodes is the plasma arc. A device for heating molten metal using a plasma arc, which is characterized by being configured and arranged so that the temperature is substantially zero directly below the torch.