JPH0795474B2 - 電気ア−ク製鋼等金属の溶解および精錬法ならびにそれに供する電極冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜発明の目的＞ 産業上の利用分野 本発明は電気アーク製鋼等金属の溶解および精錬法なら
びにそれに供する電極冷却装置に係り、詳しくは、アー
ク電気炉において、ニップルを介して順次に接続される
黒鉛電極に電流を通電して製鋼等金属の溶解・精錬する
際に、電極ホルダによって把持される上部の黒鉛電極の
外周面に冷却水等の冷却液を連続的に吹付けて冷却し、
溶解および精錬時の黒鉛電極の外周面の酸化消耗を最小
限におさえることによって電極原単位を大巾に低減でき
る電気アーク製鋼等金属の溶解および精錬法ならびにそ
れに供する電極冷却装置に係る。

従来の技術 従来から、鉄鋼その他の金属の電気アーク溶解および精
錬においては、電気エネルギーのコストの低下に併せ
て、黒鉛電極の先端部ならびに外周面の酸化消耗の抑制
によって電極原単位を低下させることが望まれている。
この酸化消耗抑制の一つの手段として、黒鉛電極を順次
に接続し、上部は内部を冷却水により冷却する水冷式非
消耗電極として、この非消耗電極の下端にニップルを介
して黒鉛電極を接続し、溶解等の精錬操業時には上部の
非消耗電極によって黒鉛電極を冷却し、しかも、黒鉛電
極のみを消耗電極として消費して精錬する方法やその装
置が提案されている。例えば、米国特許4.416.014号、
4.417.344号ならびに4.451.926号の各明細書には、アル
ミニウム製の中空円筒からなる非消耗電極内に冷却水を
導入し、この冷却水によって非消耗電極の壁面や、下端
に接続される黒鉛電極を冷却する構造のものが記載され
ている。

また、特開昭60−501879号ならびに特開昭60−501880号
の各明細書には、黒鉛製の管状体からなる非消耗電極の
中心孔内に介挿される冷却水によって、非消耗電極の壁
面や、それに接続される黒鉛電極を冷却する構造のもの
が記載されている。

このように非消耗電極によって接続される黒鉛電極を冷
却する場合は、黒鉛電極の先端部ならびに外周部の酸化
消耗がおさえられ、電極原単位の低減がある程度達成で
きる。

しかしながら、使用済の黒鉛電極を外すときには、電気
炉からオフラインに移して使用済の黒鉛電極をニップル
から外し、必要なときには、ニップルも非消耗電極から
外す。また、新しい黒鉛電極を接続するときには、非消
耗電極にニップルを取付け、このニップルに新しい黒鉛
電極を取付けることになる。従って、上記の如き冷却式
の非消耗電極によって冷却するときには、消耗電極を交
換のために、オフラインに移送し、そこで重筋労働の取
外しや接続作業を行なう必要があって、作業がきわめて
はん雑化する。また、黒鉛電極の取外しならびに接続が
くり返されると、黒鉛電極、非消耗電極、ニップル等の
ねじ山が変形、つぶれ、破損し、接続不良、電気抵抗の
増加等が起こり、操業上に支障がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記欠点の解決を目的とし、具体的には、黒鉛
電極を順次に接続して、製鋼等の金属精錬する際に、上
部の黒鉛電極の外周面を冷却液によって連続的に冷却し
て下部の黒鉛電極の酸化消耗をおさえて、電極原単位の
低減をはかる製鋼等金属の溶解・精錬法ならびにそれに
供する電極冷却装置を提案する。

従って、ホルダー下部の黒鉛電極は連続かつ良好に冷却
されるために、ホルダー下部の黒鉛電極の外周面ならび
に先端の酸化消耗が効果的におさえられることから、電
極原単位が大巾に減少するので、電極折損事故を考慮し
た操業が可能であれば、UHP（ウルトラ ハイパワー
電極）を使用しなくとも、通常の黒鉛電極によってきわ
めて経済的に高負荷操業ができる。

また、通常の通りにニップルを介して接続される黒鉛電
極において、冷却水等の冷却液によって上部の黒鉛電極
を冷却して精錬するため、米国特許4.416.014号他の非
消耗電極によって冷却する場合と相違して、電極接続時
のはん雑で危険を伴なう作業が少なく、円滑に製鋼等金
属の溶解および精錬ができる。

＜発明の構成＞ 問題点を解決するための手段ならびにその作用 すなわち、本発明方法は、アーク電気炉において、黒鉛
電極をニップルを介して順次に接続し、これら黒鉛電極
に電流を通電して、製鋼等金属を溶解および精錬する際
に、上部の黒鉛電極の上端部を把持する電極ホルダの直
下の黒鉛電極の外周面に対し下向きに傾斜させて冷却液
を連続的に吹付けて冷却しつつ、製鋼等金属の溶解およ
び精錬することを特徴とする。

また、この精錬時に供せられる電極冷却装置は、アーク
電気炉の炉蓋と上部の黒鉛電極を把持する電極ホルダと
の間に、この上部の黒鉛電極の外周を包囲すると共に一
部が分断された環状の冷却管を配置し、この冷却管の内
周面側には、下向きに傾斜させて黒鉛電極の直径中心軸
方向に指向する少なくとも１つの冷却液の吹付ノズルを
設けることを特徴とする。

そこで、これら手段たる構成ならびにその効果について
図面によって具体的に説明すると、次の通りである。

なお、第１図は本発明を実施する際に電極の一例の冷却
装置によって上部の黒鉛電極を冷却しつつ、製鋼等金属
の溶解および精錬するときの一例を横断面図として示す
説明図であり、第２図はそれを正面から示す説明図であ
り、第３図は第１図の矢視Ａ−Ａ方向からの説明図であ
り、第４図は第３図の一部の拡大図である。

まず、第１図、第２図ならびに第３図において符号１は
上部黒鉛電極を示す。上部黒鉛電極１の上端は従来例と
同様に電極ホルダ（図示せず）によって把持され、下端
はニップル（図示せず）を介して下部黒鉛電極（図示せ
ず）が接続されている。また、電気炉においてはそのセ
ンターを中心とする所定半径の円サークル上に間隔をお
いて３相電力に対応して３本の上部黒鉛電極は配置さ
れ、各上部黒鉛電極１にはそれぞれ上記の如くニップル
を介して下部黒鉛電極が接続され、これら各電極に通電
して製鋼等金属の溶解および精錬が行なわれる。

次に、これら３本の上部黒鉛電極のうちで少なくとも１
つの上部黒鉛電極１の外周面に例えば冷却水の如き冷却
液２を連続的に下向きに傾斜させて吹付けて冷却する。

この際、冷却液は、何れの方法によっても吹付けること
ができるが、冷却液を吹付けるべき上部黒鉛電極１の外
周に冷却管３を配置し、導入ダクト3bからの冷却液を冷
却管３の内周面から下向きに傾斜させて吹付ける。冷却
管３は、上部黒鉛電極１の上端を把持する電極ホルダと
アーク電気炉上部、例えば蓋（図示せず）との間に配置
し、好ましくは、冷却管３は電極ホルダの直下に配置す
る。冷却管３は、上部黒鉛電極１の周囲から所定の距離
だけ離間するよう、上部黒鉛電極１と同心円状をなして
環状に構成する。この場合、上記の通り、例えば、３本
の上部黒鉛電極の各下端に黒鉛電極を接続して操業する
ときに、上部黒鉛電極に流れる電流によって、単独また
は相互に電磁的影響をうけ易い。このため、この電磁的
影響を考慮して一部を分断し、冷却管３の一部に分断部
3aを設けるよう構成するのが好ましい。平たく云うと、
上述の如く、アーク電気炉においては、３相交流電源で
あるため、３本の上部黒鉛電極１が同心円状に配置され
ている。従って、これら各上部黒鉛電極相互間では互い
に電磁気的に影響し合っており、この影響におり鉄製の
冷却管３が存在すると、上部黒鉛電極中に流れる電流が
影響され、操業に支障が生じることがある。しかしなが
ら、冷却管３の一部に分断部3aを設けると、その電磁気
的影響が排除でき、操業上に全く支障がない。

なお、冷却管３は電磁気的影響を受けずかつ耐酸化性に
すぐれ、しかも、成型加工性に優れる材質から構成し、
例えば、成型加工性から金属材料から構成するときには
非磁性材料であるステンレス鋼などから構成することが
好ましい。金属材料以外であっても、例えば、セラミッ
クなどの如く電磁気的影響を受けず、しかも、耐酸化性
を持つ材料からも構成することができる。

また、冷却管３の内周面から冷却液２を吹付けるため
に、冷却管３の内周面には間隔をおいて複数個、例え
ば、４〜８個の吹付ノズル４を設ける。各吹付ノズル４
は半径方向に上部黒鉛電極１の中心に向って指向させ、
各吹付ノズル４の先端ノズル部4aは、第３図ならびに第
４図に示す通り斜め下向きに傾斜させる。このように吹
付ノズル４を取付けると、導入ダクト3bから連続的に供
給される冷却液２は冷却管３の各吹付ノズル４から第１
図ならびに第２図、なかでも、第２図に示す如く、斜め
に下向きに噴射され、上部黒鉛電極１の外周面に薄い冷
却液フィルム2aが形成され、このフィルム2aが上部黒鉛
電極１の外周面に沿って下向きに下降し、この下降の間
に冷却液は内部の熱により気化され、その気化熱によっ
て上部黒鉛電極１の保有熱はうばわれて良好に冷却さ
れ、この冷却によって下部黒鉛電極も冷却されて、上部
ならびに下部の両黒鉛電極の酸化消耗はおさえられる。

また、このように冷却するときに、冷却液２はフィルム
2aとして上部黒鉛電極１の外周面に形成されるのみにと
どめ、電気炉の蓋の中まで入って下部黒鉛電極の先端に
到達することは好ましくない。

一般に、電気炉で溶解および精錬中の溶湯などに冷却水
が達すると、その中に含まれる水分が高温溶湯に接触
し、水素爆発を発生し、甚だ危険である。この点から、
従来例では上部黒鉛電極１の周囲に冷却水等を冷却液を
吹付けることはほとんど行なわれておらず、冷却すると
きには、上記の如く、上部は非消耗電極として構成し、
その中心軸に沿って形成される冷却通路によって冷却さ
れている。しかしながら、本発明の如く冷却液２を上部
黒鉛電極１の外周面に吹付けても、その冷却液２が上部
黒鉛電極１の外周面程度にとどめられるときには、上部
黒鉛電極１が効果的に冷却されるのにとどまり、冷却手
段もきわめて簡便であって、現場操業に最適である。更
に、上部黒鉛電極１や下部黒鉛電極が、黒鉛という、極
めて良好な熱伝導性材料から構成されている。このた
め、上部黒鉛電極１の効果的冷却により下部黒鉛電極は
一層冷却でき、これによって電極原単位の大巾低減が達
成できる。ちなみに、従来から言われていることがある
が、上部黒鉛電極の上端部が赤熱せずに黒色程度に保っ
ているときには、下部黒鉛電極の外周部ならびに先端の
酸化消耗は相当おさえられていると云われている。例え
ば、上部黒鉛電極においてその長さに対して10％程度が
黒色状態を保っているときには、下部黒鉛電極の酸化消
耗の抑制によって低減される電極原単位の割合は12％以
上に達し、大巾に改善されると言われている。このこと
からも明らかな通り、上部黒鉛電極１の外周面に直接冷
却液を吹付けることより冷却すると、上部黒鉛電極１の
相当な部分、つまり、10％以上が赤熱せずに黒色状態に
保持でき、電極原単位は大巾に減少する。

また、以上の通りに、冷却管３を用いて冷却するとき
に、上部黒鉛電極１の外周面と吹付ノズル４の先端、つ
まり、先端ノズル4aまでの距離は５〜20cm程度離間し、
冷却液２の噴射角度、換言すると、吹付ノズル４の水平
レベルに対する傾斜角θ（第４図参照）は10〜35゜と
し、冷却液２は圧力0.5〜3kg/cm²で吹付け量0.8〜6.0
／分で吹付けるのが好ましい。このような好適条件であ
ると、アーク電気炉の寸法や、デメンション、容量があ
る程度変化しても、現在実用化されているアーク電気炉
であれば、冷却液２は下部黒鉛電極まで達することがな
く、上部黒鉛電極１の外周面を良好に冷却できる。

なお、これら好適条件において、吹付ノズルの傾斜角θ
を10〜35゜の範囲にするのは、上記の理由のほかに、仮
りに吹付け角０゜として、吹付ノズル４から水平レベル
と平行に冷却液２を吹付けると、その冷却液２が電極ホ
ルダ側に飛散し、電極ホルダそのものを傷めやすく、こ
の点からも下限は10゜にするのが好ましい。また、傾斜
角θを35゜以上傾斜させると、冷却液２が拡がって、そ
の一部が電気炉の蓋にかかり、蓋そのものの損耗を早
め、その冷却効果も失なわれる。

更に、冷却液２は通常得られる水道水などをそのまま用
い、冷却水とすることもできるが、この冷却液２の中に
例えばリン酸カルシウムの如き耐酸化剤を混合して吹付
けることもできる。このように耐酸化剤を混入すると、
吹付けのときに冷却液中の耐酸化剤が上部黒鉛電極１の
外周面に凝縮付着し耐酸化皮膜を形成し、その外周面か
らの酸化消耗を一層効果的に防止できる。このように外
周面に耐酸化剤が付着した上部黒鉛電極を下部黒鉛電極
として用いたときには、外周面からの酸化消耗が一層効
果的におさえられ、電極原単位は一層向上する。なお、
このような効果を達成するのには耐酸化剤を１〜15wt％
程度添加するのが好ましい。

また、吹付ノズル４の先端ノズル4aは第１図に示す如
く、上部黒鉛電極１の外周面に平均して冷却液２が当た
るよう構成するのが好ましい。この好適例としては、先
端ノズル4aは冷却液２が先拡がりな扇形をなすよう、吹
付けられる形状に構成し、更に、吹付ノズル４の一部に
はフィルタ4bを設けて冷却液２中のゴミなどを異物を除
去できるようにするのが好ましい。

また、第１図に示す例では冷却管３は分断部3aを中心に
して対称的に構成しているが、この分断部3aはどの部分
に設けることもできる。例えば、第５図（ａ）に示す例
では、導入ダクト3bの近傍に分断部3aを設けた例で、こ
の冷却管３であると、加工が極めて容易である。また、
冷却管３の一部に分断部を設けなくとも、第５図（ｂ）
に示す如く完全に環状に構成することもできる。この場
合は、電磁気的影響の上からなるべくその影響のない材
料から構成し、電磁気的影響による電極電流の遮断をお
こさないようにすれば良い。

実 施 例 まず、第１表の通りの各種の黒鉛電極を上部黒鉛電極に
用い、これに同寸法の下部黒鉛電極を黒鉛ニップルを介
して接続してスクラップ材を溶融して、従来例の如く、
アーク精錬を行なった。このところに、第１図ならびに
第２図に示す通り、冷却管３に冷却液として水道水を用
い、この冷却水を連続的に供給し、各吹付ノズルから噴
射した。この場合、従来例と冷却水噴射との電極原単位
を求めて、その改善効果を調べたところ、第１表の通り
であった。

この際、冷却水の噴射は上部黒鉛電極と吹付ノズルとの
間の距離は15〜20cm程度、吹付ノズルの傾斜角θは15〜
30゜の範囲、冷却水の圧力は１〜3kg/cm²の範囲、水量
は１〜２／分の範囲とし、ノズルの個数は４〜８個で
変化させた。

その結果、第１表に示す通り改善効果は少なくとも11％
以上あって、冷却水によって水素爆発などの危険も全く
おこらなかった。

更に、試験番号４の場合はUHP電極を用いる高負荷操業
であったが、本発明により冷却水を吹付けたときには通
常の黒鉛電極を用いる操業に切り換えることができる。
その改善効果は19％と極めて大きいものであった。

更に、冷却水の中にリン酸カルシウム10wt％を均一に混
合し、上記の場合にそれぞれ吹付けたところ、そのリン
酸カルシウムは電極上に白い薄いフィルムを形成して残
り、耐酸化性が大巾に向上した。この結果、改善効果は
第１表の各場合において少なくとも１〜２％程度上昇
し、電極原単位が一層低減できることがわかった。

＜発明の効果＞ 以上詳しく説明した通り、本発明は、アーク電気炉の製
鋼、金属等の精錬において、上部の黒鉛電極の上端部を
把持する電極ホルダの直下においてその上部の黒鉛電極
の外周面に対し下向きに傾斜させて冷却液を連続的に吹
付けて冷却しつつ、製鋼等金属の溶解および精錬するこ
とを特徴とするものである。

従って、溶解および精錬時の黒鉛電極の外周面ならびに
先端の酸化消耗を最小限におさえ、これによって電極原
単位を大巾に低減でき、更に、高負荷操業でも通常の黒
鉛電極が使用できる。

更に、冷却液中に耐酸化剤を配合して吹付けると、外周
面ならびに先端の酸化消耗は一層効果的におさえられ、
電極原単位は一層低減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する際に電極の一例の冷却装置に
よって上部の黒鉛電極を冷却しつつ、溶解および精錬す
るときの一例を横断面図として示す説明図、第２図はそ
れを正面から示す説明図、第３図は第１図の矢視Ａ−Ａ
方向からの断面図、第４図は第３図の一部の拡大図、第
５図（ａ）ならびに（ｂ）はは本発明を実施する際に使
用する電極冷却装置のそれぞれの各横断面図として示す
説明図である。 符号１……上部黒鉛電極、２……冷却液 ３……冷却管、3a……分断部 3b……導入ダクト、４……吹付ノズル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アーク電気炉において、黒鉛電極をニップ
   ルを介して順次に接続し、これら黒鉛電極に電流を通電
   して、製鋼等金属を溶解・精錬する際に、上部の黒鉛電
   極の上端部を把持する電極ホルダの直下黒鉛電極の外周
   面に対し下向きに傾斜させて冷却液を連続的に吹付けて
   冷却することを特徴とする電気アーク製鋼等金属の溶解
   ・精錬法。
2. 【請求項２】アーク電気炉の炉蓋と上部の黒鉛電極を把
   持する電極ホルダとの間に、この上部の黒鉛電極の外周
   を包囲すると共に一部が分断された環状の冷却管を配置
   し、この冷却管の内周面側には、下向きに傾斜させて黒
   鉛電極の直径中心軸方向に指向する少なくとも１つの冷
   却液の吹付ノズルを設けることを特徴とする電気アーク
   製鋼等金属の溶解・精錬時に供する電極冷却装置。