JP4533986B2 - 電極支持アームにおける冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼用アーク炉などの電気炉において電極を垂直に把持したまま上下に昇降させるための水平の電極支持アームにおける冷却構造に関するものである。

電極支持装置は、一般に水平に設置される電極支持アームと、その先端に設けられる電極把持装置及びスプリングバック形の電極把握油圧シリンダとにより構成され、上記の電極支持アーム、電極把持装置及び電極把握油圧シリンダは水冷されており、これにより大電流の通過に伴う発熱及び電気炉からの幅射熱による影響を避けるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

上記のごとき装置において、電極支持アームの軽量化を図り、アーム自体に電流（例えば５０〜１００ｋＡ程度）が流れる導電アームとするため、これをアルミニウム合金等の軽金属で構成することが行われるようになっている。

そして、そのようなアームは、例えば図７及び図８に示すように、電極支持アームの本体部１０１は、溶接により接合される、四角筒形状の内筒１０２と外筒１０３とを有する二重筒構造とされ、アーム自体が高熱となるので、それを冷却するために、内筒１０２と外筒１０３との間の空間を、冷却水が流れる冷却水通路１０４としている。
特開平７−３２０８６２号公報（段落００１６及び図１）

前記アームの本体部は、冷却水を流す冷却水通路を形成するために二重筒構造としているので、構造が複雑になる。つまり、前記アームの本体部は断面が大きく、溶接により組み立てるので、組み立て作業も面倒である。

この発明は、冷却構造が簡単である電極支持装置における冷却構造を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、先端部に電極把持装置を有しかつアルミニウム合金からなる電極支持アームの内部に、冷却水通路が設けられてなる電極支持アームにおける冷却構造において、前記電極支持アームは、溶接により接合される上下面部と左右側面部とを有する四角筒形状で、前記上下面部に前記冷却水通路が形成されているだけであることを特徴とする。

このようにすれば、前記アームに流れる電流の自乗に比例して発熱量が変化するが、左右側面部に発生する熱は、空冷されると共に、アルミニウム合金は、熱伝導性が優れるので、上下面部に拡散して、冷却される。よって、二重筒構造（ウォータジャケット構造）とする必要がなく、上下面部に前記冷却水通路を形成するだけであるので、冷却構造が簡単になる。

請求項２に記載のように、前記上下面部は、前記左右側面部よりも板厚が厚い板材で形成される上下面板部で、前記冷却水通路は、前記上下面板部を長手方向に貫通する複数個の貫通孔とすることができる。ここで、前記貫通孔は機械加工により設けられる。

このようにすれば、冷却水通路を流れる冷却水が、アームを四角筒とするための溶接部分に接触することがなくなり、溶接部分が冷却水通路に直接接触しているジャケット構造のように溶接部分の劣化を原因とする亀裂による水洩れの発生が回避される。

この場合、請求項３に記載のように、前記上下面板部及び左右側面板部を構成する板材は、それぞれ、厚さが４０ｍｍ〜８０ｍｍ、２５ｍｍ〜４５ｍｍであり、前記貫通孔は直径２０ｍｍ〜５０ｍｍとすることができる。

このようにすれば、貫通孔を例えば４列配置とすることで、冷却に必要かつ十分な水量を流すことができる。

本発明は、上下面部に冷却水通路を形成し、左右側面部を、空冷と上下面部への熱拡散とにて冷却するようにしているので、電極支持アームを二重筒構造とする必要がなくなり、前記アームにおける冷却構造が簡単になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明の一実施の形態にかかる電極支持装置における第１及び第２の電極支持アームの配置を示す平面図、図２は前記第２の電極支持アームの側面図、図３は前記第１の電極支持アームの側面図である。

図１〜図３に示すように、第１の電極支持アーム１の両側に、２つの直線状の第２の電極支持アーム２，２が配置されている。これら電極支持アーム１，２は、アルミニウム合金製で、四角筒形状の本体部３，４を有する。その本体部３，４の後端の閉塞壁の後方には、電力ケーブル（図示せず）の接続部５，６が設けられ、アーム自体に電流（例えば５００００Ａ程度）が流れる導電アームとされる。

第１の電極支持アーム１の前端には、下方に向かって湾曲した湾曲部分７を有し、その湾曲部分７の前端に、第１の電極把持装置８を支持する支持部９が設けられている。また、第２の電極支持アーム２の前端部分は、平面視で外方に折れ曲がった屈曲部分１０を有し、この屈曲部分１０の前端に、第１の電極把持装置８よりも前方で中央よりに接近して配置されるように第２の電極把持装置１１を支持する支持部１２が連接されている。なお、電極把持装置８，１１には、第１の電極把持装置８について示すように、電極把持装置作動用の電極把握シリンダー１３が接続されている。

各電極支持アーム１，２の本体部３，４は、図４及び図５に示すように、昇降可能に支持される支持架台２１，２２上に絶縁プレート２６を介して取り付けられ、第１の電極支持アーム１の本体部３が第２の電極支持アーム２の本体部４よりも上側に位置するように配置されている。

第１の電極支持アーム１の本体部３と第２の電極支持アーム２の本体部４との、支持架台２１，２２に対する取付構造は実質的に同一であるので、第２の電極支持アーム２の本体部４の、支持架台２２に対する取付構造について説明する。

図５に示すように、第２の電極支持アーム２の本体部４は、８本のねじ棒２３と、各ねじ棒２３に対して用いる４つのナット２４とによって、支持架台２２の上側に固定されている。

具体的には、本体部４は、上下面板部４Ａ，４Ｂと、左右面板部４Ｃ，４Ｄとが、溶接により接合されて、四角筒形状とされている。そして、上側中空パイプ２５Ａが、上下面板部４Ａ，４Ｂを含めて本体部４を上下方向において貫通している。この上側中空パイプ２５Ａの上下端は上下面板部４Ａ，４Ｂに溶接により固定されている。また、支持架台２２にも、上側中空パイプ２５Ａに対応して下側中空パイプ２５Ｂが溶接により固定されている。

そして、上下端部にねじ部２３ａ，２３ｂを有するねじ棒２３が、本体部４と支持架台２２の中空パイプ２５Ａ，２５Ｂとを貫通して延び、ねじ部２３ａ，２３ｂにナット２４がそれぞれ２つずつ適用されて、本体部４と支持架台２２とが固定されている。この点についてさらに詳述すると、支持架台２２と本体部４との間には、ねじ棒２３が挿通される複数の開孔を有する絶縁プレート２６が設けられ、各ナット２３と支持架台２２や本体部４との間には絶縁ワッシャ２７が設けられ、ねじ棒２３の周囲には絶縁チューブ２８が設けられ、さらに、上側の２つのナット２３が設けられている部分は、絶縁キャップ２９にて覆われている。これにより、電流が流れる本体部４とその周囲との絶縁が図られている。

また、上下面板部４Ａ，４Ｂは左右側面板部４Ｃ，４Ｄよりも板厚が厚い板材で形成されている。上下面板部４Ａ，４Ｂとなる板材には、それを長手方向に貫通する貫通孔として、上側及び下側の冷却水通路３１がそれぞれ４つずつ形成されている。つまり、冷却水通路３１は、左右側面板部４Ｃ，４Ｄには形成されておらず、上下面部となる上下面板部４Ａ，４Ｂにのみ形成されている。この冷却水通路３１は、機械加工により形成されるが、中空パイプ２５Ａが設けられている位置を回避して、形成される。なお、上下面板部４Ａ，４Ｂ及び左右側面板部４Ｃ，４Ｄを構成する板材は、それぞれ、通常、厚さが４０ｍｍ〜８０ｍｍ、２５ｍｍ〜４５ｍｍの範囲で用いられ、前記貫通孔は直径２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲とされる。

図６に示すように、本体部４の後端における閉塞壁後方の接続部の間であって上下に、冷却水出口部３２及び冷却水入口部３３がそれぞれ２つずつ設けられている。そして、一方の冷却水出口部３２には、左右一方の側の２つの上側冷却水通路３１からの冷却水が、他方の冷却水出口部３２には左右他方の側の２つの上側冷却水通路３１からの冷却水が、それぞれ流れ出てくるようになっている。また、一方の冷却水入口部３３からの冷却水は、左右一方の側の２つの下側冷却水通路３１に、他方の冷却水出口部３２からの冷却水は、左右他方の側の２つの下側冷却水通路３１にそれぞれ流れ込むようになっている。なお、冷却水通路３１と冷却水出口部３２及び冷却水入口部３３とは、上下面部４Ａ，４Ｂの幅方向に延びる連通路３４，３５にて連通されている。

上記のように、左右側面板部４Ｃ，４Ｄには冷却水通路３１を形成せず、上下面部となる上下面板部４Ａ，４Ｂにのみ形成すれば、簡単な冷却構造で、アーム全体が冷却される。つまり、アーム２に流れる電流の自乗に比例してアーム２の発熱量が変化するが、左右側面板部４Ｃ，４Ｄに発生する熱の一部は、直接的に空冷される。それと共に、左右側面板部４Ｃ，４Ｄに発生する熱の残部は、アルミニウム合金は熱伝導性が優れるので、上下面板部４Ａ，４Ｂに拡散して、冷却される。冷却水通路３１を流れる冷却水は循環水として使用されるので、その温度は３５℃〜４０℃であり、電極支持アーム２は、上下面板部４Ａ，４Ｂ付近の温度が５０℃程度で、左右側面板部でも５５〜５６℃程度にしかならず、あまり問題とならないことが確認されている。

本発明の一実施の形態にかかる電極支持装置における電極支持アームの配置を示す平面図である。 前記第１の電極支持アームの側面図である。 前記第２の電極支持アームの側面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 図３のＢ−Ｂ線における断面図である。 図３のＣ−Ｃ線における断面図である。 従来の電極支持アームの要部平面図である。 図７のＤ−Ｄ線における断面図である。

符号の説明

１，２ 電極支持アーム
４ 本体部
４Ａ 上面板部
４Ｂ 下面板部
４Ｃ 側面板部
４Ｄ 側面板部
８，１１ 電極把持装置
３１ 冷却水通路

Claims (3)

1. 先端部に電極把持装置を有しかつアルミニウム合金からなる電極支持アームの内部に、冷却水通路が設けられてなる電極支持アームにおける冷却構造において、
   前記電極支持アームは、溶接により接合される上下面部と左右側面部とを有する四角筒形状で、前記上下面部に前記冷却水通路が形成されているだけであることを特徴とする電極支持アームにおける冷却構造。
2. 前記上下面部は、前記左右側面部よりも板厚が厚い板材で形成される上下面部で、
   前記冷却水通路は、前記上下面部を長手方向に貫通する複数個の貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の電極支持アームにおける冷却構造。
3. 前記上下面部及び左右側面部を構成する板材は、それぞれ、厚さが４０ｍｍ〜８０ｍｍ，２５ｍｍ〜４５ｍｍであり、
   前記貫通孔は直径２０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の電極支持アームにおける冷却構造。

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