JPH06174382A - 直流アーク炉 - Google Patents

直流アーク炉

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JPH06174382A
JPH06174382A JP4326859A JP32685992A JPH06174382A JP H06174382 A JPH06174382 A JP H06174382A JP 4326859 A JP4326859 A JP 4326859A JP 32685992 A JP32685992 A JP 32685992A JP H06174382 A JPH06174382 A JP H06174382A
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Japan
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furnace
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arc
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cooling
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JP4326859A
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Inventor
Toshimichi Maki
敏道 牧
Hiroyuki Yamashita
裕行 山下
Yoshi Kawazu
嘉 河津
Hidefumi Nakajima
秀文 中島
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TOKYO SEITETSU KK
TOKYO STEEL Manufacturing
JFE Engineering Corp
Original Assignee
TOKYO SEITETSU KK
TOKYO STEEL Manufacturing
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00Heating by electric discharge
    • H05B7/02Details
    • H05B7/06Electrodes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
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    • C21C5/52Manufacture of steel in electric furnaces
    • C21C5/5229Manufacture of steel in electric furnaces in a direct current [DC] electric arc furnace
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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    • F27B3/08Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉底電極の冷却効果を損なうことなく、コン
タクトピンの設置本数を増加することができ、炉容量の
大型化を図ることができる直流アーク炉を提供する。 【構成】 炉底電極が、炉内の被溶解物にアーク形成電
流を導通する多数のコンタクトピンと、これらのコンタ
クトピンの端部に接続され、各コンタクトピンに電源か
らの電流を分配供給する電流基盤と、この電流基盤を冷
却する水冷手段と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、スクラップ等の材料
をアーク溶解する直流アーク炉に関する。
【0002】
【従来の技術】直流アーク炉は、三相(交流)アーク炉
に比べて、陰極が1本のため電極原単位が小さくなるこ
と、溶解期の騒音が小さいこと、1本の陰極から炉底電
極に向かってアークが垂直下方に飛ぶため均一な温度分
布が得られホットスポットが生じないこと、誘導ロスが
無くエネルギ効率が良好なこと、などの種々の利点を有
する。このため、最近では三相アーク炉に代わる溶解炉
として直流アーク炉が注目されている。
【0003】図3に示すように、従来の直流アーク炉1
は、炉底部に陽極として炉底電極を、炉上部に陰極とし
て黒鉛電極9を有し、操業に際しては、炉内にスクラッ
プおよび副原料を装入し、炉底部のコンタクトピン7と
上部電極9との間に直流アークを生じさせ、このアーク
熱エネルギをスクラップに印加して溶解するようになっ
ている。多数のコンタクトピン7は、スタンプ材8が充
填された鉄皮ケース内に収納され、それぞれの上端部の
みが炉内に露出している。
【0004】コンタクトピン7には電流基盤5が接続さ
れ、電流基盤5の下面側にターミナル4および端子3が
取り付けられている。端子3にはケーブル2が接続さ
れ、ケーブル2を介して電源から電流基盤5に給電さ
れ、さらにコンタクトピン7のそれぞれに電流が分配さ
れるようになっている。
【0005】端子4は、中空体であり、その内部通路4
aの上端は開口している。この内部通路4aは空冷装置
のエア供給源に連通している。また、通路4aの上部開
口は上方の基盤6の下面に対面し、エアが吹き付けられ
て基盤5,6が強制空冷されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】空冷の目的は、コンタ
クトピン7を通って基盤5,6に伝わる溶鋼からの伝導
熱およびコンタクトピン7で生じるジュール熱から、基
盤5,6およびコンタクトピン7を保護することにあ
る。炉底部の効率をできるだけ大きくし、炉底電極にお
ける保守コストの低減を図るという要求に応える必要が
ある。
【0007】ここで、基盤からの抜熱量は、冷却媒体お
よび被冷却体の温度差と、両者の接触面積と、熱伝達係
数との積で決まる。温度差は、被冷却体の許容温度と冷
却媒体との差分であるので、基本的には冷却媒体の種類
には大きく依存しない要素である。接触面積は、設備構
造上の制約があるので、これを増大することは難しい要
素である。熱伝達係数は、冷却媒体に固有の熱伝導率お
よび冷却媒体の流速に依存する要素である。
【0008】冷却媒体として空気を用いる場合に、熱伝
達係数の上限は実際には100Kcal/m2 ・h・deg 程
度である。すべてのコンタクトピン廻りでのエア流速を
高いレベルで確保するためには、コンタクトピン7の配
列と冷却エアの通過経路とが重要になる。
【0009】図4に示すように、従来の直流アーク炉に
おいては、多数のコンタクトピン7をエア噴射通路4a
を中心としてスパイラル状に放射配列されている。この
ようなコンタクトピン配列を採用するのは、冷却エアの
通過通路の断面変化を少なくし、エアの流速変化をでき
るだけ抑制することにより、基盤5,6の空冷効果を上
げるためである。
【0010】ところで、近時、炉容量の大型化を図るた
めに、炉底電極のコンタクトピンの本数を増やす傾向に
ある。また、コンタクトピンを多く設けると、電流集中
による特定箇所でのコンタクトピンの異常溶損、溶鋼の
炉外への漏れ出しなどのおそれがなくなるという利点が
ある。
【0011】しかしながら、従来の直流アーク炉におい
ては、上述のようにコンタクトピン7の配列は冷却エア
の流速を考慮した設計となるので、コンタクトピンのレ
イアウト配置に制約を受け、むやみにピン本数を増やす
ことができない。このため、炉容量の大型化を図る上で
設計上の大きな障害となっている。
【0012】この発明は、上記課題を解決するためにな
されたものであり、炉底電極の冷却効果を損なうことな
く、コンタクトピンの設置本数を増加することができ、
炉容量の大型化を図ることができる直流アーク炉を提供
することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】発明者らは、電流基盤の
冷却方式とコンタクトピンの配置との関係について鋭意
研究を重ねた結果、空冷方式では設置可能なコンタクト
ピンの本数に限界があること、コンタクトピンの上部に
格子型に組み立てた板状の電極(格子型電極)を設ける
ことにより各ピンへの通電性が改善され、局部導通を生
じなくなること、などの知見を得た。これらの知見に基
づき発明者らは、電流基盤の冷却に水冷方式を採用する
ことの検討を行なった。水冷方式は、万一、炉内の溶鋼
が漏れ出たときに爆発等のおそれがあるので、従来の直
流アーク炉では用いられていなかった。しかしながら、
格子型電極の採用によりコンタクトピンへの通電性が改
善され、漏鋼を生じるおそれを解消できるので、冷却能
力の点において空冷方式よりも格段に優れる水冷方式を
採用することとした。
【0014】この発明に係る直流アーク炉は、炉底電極
および上部電極の間で発生させたアーク熱により被溶解
物を溶解する直流アーク炉において、前記炉底電極が、
炉内の被溶解物にアーク形成電流を導通する多数のコン
タクトピンと、これらのコンタクトピンの端部に接続さ
れ、各コンタクトピンに電源からの電流を分配供給する
電流基盤と、この電流基盤を冷却する冷却手段と、を有
することを特徴とする。なお、安全のために、電流基盤
の厚さを90mm以上として熱容量を大きくし、漏鋼に対
する不安感を解消することが望ましい。さらに、炉底部
に温度センサを設置し、警報システムにより溶鋼の漏れ
防止を図ることが望ましい。
【0015】
【作用】この発明に係る直流アーク炉においては、水冷
手段により電流基盤を直接的に冷却するので、多数のコ
ンタクトピンに生じるジュール熱および溶鋼から伝わる
伝導熱を十分に抜熱することができる。水冷方式によれ
ば、空冷方式のようにエアの通過経路を考慮しなくとも
よいので、コンタクトピンの配列を設計する上で制約が
なくなる。また、冷却能力の強化は、炉底部における耐
火物の損耗低減にも寄与し、ランニングコストの低減が
図られる。
【0016】
【実施例】以下、添付の図面を参照して本発明の実施例
について説明する。
【0017】図1に示すように、直流アーク炉の炉底中
央部に炉底電極10が嵌め込まれている。炉底電極10
は、ユニット化され、炉の内張り耐火物11の適所に設
けられたブロックレンガに周囲を取り囲まれている。炉
底電極10のケースとブロックレンガとの間にはマグネ
シア質キャスタブルからなる目地材が充填されている。
【0018】炉底電極10の電流基盤16は、ケーブル
12および端子13,14を介して直流電源(図示せ
ず)の陽極側に接続されている。この直流電源の陰極側
は黒鉛電極(図示せず)に接続されている。黒鉛電極
は、炉上部の蓋(図示せず)を貫通し、その下端部が炉
内の被溶解物(スクラップ及び副原料)に対面してい
る。
【0019】電流基盤16は、炉底電極ユニットにほぼ
水平かつ平行に取り付けられている。また、電流基盤1
6は、ブラケット18を介して炉本体の鉄皮に支持され
ている。なお、電流基盤16とブラケット18とは絶縁
部材により互いに絶縁されている。電流基盤16は、板
厚が90mm以上の鋼板である。
【0020】多数のコンタクトピン25が、電流基盤1
6に取り付け支持され、互いに平行に直立している。各
コンタクトピン25の上端は、炉内に露出している。な
お、コンタクトピン25の相互間には耐火物26が隙間
なく充填されている。耐火物26はマグネシアカーボン
質である。
【0021】電流基盤16の下面に銅製の水冷管21が
取り付けられている。水冷管21は、電流基盤16の下
面をほぼ覆うように配置されている。水冷管21の一端
は冷却水供給源(図示せず)に連通し、他端は排水装置
(図示せず)に連通している。
【0022】複数個の温度センサ23が、水冷管21の
相互間に位置するように、電流基盤16の下面に取り付
けられている。各温度センサ23は、プロセスコンピュ
ータの入力部に接続され、さらに警報システムに接続さ
れている。次に、上記炉底電極を有する直流アーク炉に
よりスクラップを溶解し、所定の溶鋼を溶製する場合に
ついて説明する。
【0023】炉内に所定量のスクラップおよび副原料を
投入し、炉底電極10および黒鉛電極に通電する。黒鉛
電極とスクラップとの間にアークが発生し、アーク熱に
よりスクラップが溶融する。炉内温度は、最高1550〜16
00℃に達する。
【0024】このとき、電気炉内を流れる直流電流は、
ケーブル12から端子13,14を通って、電流基盤1
6から多数のコンタクトピン25に分かれ、炉内のスク
ラップに入り、放電アークを介して上方の黒鉛電極に流
れる。
【0025】コンタクトピンに生じるジュール熱および
溶鋼から伝わる伝導熱により電流基盤16が温度上昇す
るが、水冷管21に冷却水を供給し、電流基盤16を積
極的に水冷するので、電流基盤16の下面は約60℃の
温度に抑えられる。このとき、複数のセンサ23により
電流基盤16の下面の温度を検出し、コントロール室に
て溶解操業状況は常に監視下におかれる。炉に異常が生
じて検出温度が上昇したときは警報が鳴ってオペレータ
に報知される。これにより漏鋼の発生が有効に防がれ、
安全性が確保される。
【0026】また、電流基盤16の板厚を厚くしている
ので、これの熱容量が大きく、コンタクトピン25の設
置本数を増やしたとしてもこれらを十分に冷却すること
ができる。このため、炉容量を大きくすることができ
る。また、コンタクトピンの配列を自由に選ぶことがで
きる。さらに、コンタクトピンの溶融量や局部損傷が低
減され、全体として炉底電極の寿命が延びる。
【0027】
【発明の効果】この発明によれば、炉底電極の電流基盤
を水冷することにより、コンタクトピンの配列に関する
制約が著しく緩和される。コンタクトピン配列の自由度
が増すため、炉底部における耐火物の施工が簡単にな
る。さらに、炉底部の冷却能力が増大するので、耐火物
の寿命が延び、結局、炉底電極の寿命延長を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係る直流アーク炉の炉底部
を示す縦断面図。
【図2】この発明の実施例に係る直流アーク炉の炉底部
を示す平面図。
【図3】従来の直流アーク炉の炉底部を示す縦断面図。
【図4】従来の直流アーク炉の炉底部を示す平面図であ
る。
【符号の説明】
10;炉底電極、11;耐火物、12;ケーブル、1
3,14;端子、16;電流基盤、18;ブラケット、
21;水冷管、23;温度センサ、25;コンタクトピ
ン、26;スタンプ材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 裕行 岡山県倉敷市南畝4丁目1番1号 東京製 鐵株式会社岡山工場内 (72)発明者 河津 嘉 岡山県倉敷市南畝4丁目1番1号 東京製 鐵株式会社岡山工場内 (72)発明者 中島 秀文 岡山県倉敷市南畝4丁目1番1号 東京製 鐵株式会社岡山工場内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炉底電極および上部電極の間で発生させ
    たアーク熱により被溶解物を溶解する直流アーク炉にお
    いて、 前記炉底電極が、 炉内の被溶解物にアーク形成電流を導通する多数のコン
    タクトピンと、 これらのコンタクトピンの端部に接続され、各コンタク
    トピンに電源からの電流を分配供給する電流基盤と、 この電流基盤を冷却する冷却手段と、を有することを特
    徴とする直流アーク炉。
JP4326859A 1992-12-07 1992-12-07 直流アーク炉 Pending JPH06174382A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4326859A JPH06174382A (ja) 1992-12-07 1992-12-07 直流アーク炉
US08/162,344 US5479433A (en) 1992-12-07 1993-12-03 Direct current arc furnace
KR1019930026639A KR960010604B1 (ko) 1992-12-07 1993-12-06 직류 아크로

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JP4326859A JPH06174382A (ja) 1992-12-07 1992-12-07 直流アーク炉

Publications (1)

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ID=18192525

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JP4326859A Pending JPH06174382A (ja) 1992-12-07 1992-12-07 直流アーク炉

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