JPH0587467A - 直流アーク炉の操業方法 - Google Patents
直流アーク炉の操業方法Info
- Publication number
- JPH0587467A JPH0587467A JP24968891A JP24968891A JPH0587467A JP H0587467 A JPH0587467 A JP H0587467A JP 24968891 A JP24968891 A JP 24968891A JP 24968891 A JP24968891 A JP 24968891A JP H0587467 A JPH0587467 A JP H0587467A
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- Japan
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- furnace
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- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 導体を流れる直流電流により発生する磁界で
起こるアークの偏向を合理的に抑制し、安定した操業を
可能にするとともに、導体配置を効果的に配置して設備
費用・整備性の面でも問題のないアーク炉の操業方法を
提供する。 【構成】 上部電極・炉底電極への導体配置を、磁界に
よって生じずるアーク偏向量（Ｌ）と炉内半径（Ｒ）と
の関係Ｌ／Ｒを０．０５以下になるように配置する。こ
れによりアークが垂直に飛ぶ状態と操業的には同様の炉
壁熱負荷状態となり合理的な導体配置をすることが可能
となる。
起こるアークの偏向を合理的に抑制し、安定した操業を
可能にするとともに、導体配置を効果的に配置して設備
費用・整備性の面でも問題のないアーク炉の操業方法を
提供する。 【構成】 上部電極・炉底電極への導体配置を、磁界に
よって生じずるアーク偏向量（Ｌ）と炉内半径（Ｒ）と
の関係Ｌ／Ｒを０．０５以下になるように配置する。こ
れによりアークが垂直に飛ぶ状態と操業的には同様の炉
壁熱負荷状態となり合理的な導体配置をすることが可能
となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、上部電極と炉底電極と
の間にアークを形成することにより、スクラップ等の被
溶解金属を溶融加熱するための直流アーク炉の操業方法
に関する。
の間にアークを形成することにより、スクラップ等の被
溶解金属を溶融加熱するための直流アーク炉の操業方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年サイリスタ等の電力用半導体素子が
大容量化されるに従い、製鋼用アーク炉として直流アー
ク炉が一般的に用いられるようになった。直流アーク炉
は、交流アーク炉のように３本の可動電極を必要とせ
ず、少なくとも１本の可動電極（上部電極）と炉底電極
との間でアークを形成することによりスクラップ等の被
溶解金属を溶融加熱するもので、構造が簡単であるとい
う利点を有する。また、１本の上部電極の直流電気炉の
場合には炉本体の中心に上部電極を位置させることによ
り炉内に装入されたスクラップ等の溶解が、炉本体中心
の上部電極より発生したアークの熱源で同心円状に均一
に進み、交流アーク炉のようなホットスポット・コール
ドスポットの発生がなく熱効率が高いという利点を有し
ている。
大容量化されるに従い、製鋼用アーク炉として直流アー
ク炉が一般的に用いられるようになった。直流アーク炉
は、交流アーク炉のように３本の可動電極を必要とせ
ず、少なくとも１本の可動電極（上部電極）と炉底電極
との間でアークを形成することによりスクラップ等の被
溶解金属を溶融加熱するもので、構造が簡単であるとい
う利点を有する。また、１本の上部電極の直流電気炉の
場合には炉本体の中心に上部電極を位置させることによ
り炉内に装入されたスクラップ等の溶解が、炉本体中心
の上部電極より発生したアークの熱源で同心円状に均一
に進み、交流アーク炉のようなホットスポット・コール
ドスポットの発生がなく熱効率が高いという利点を有し
ている。
【０００３】しかしながら、上部電極そして炉底電極に
接続された導体を流れる直流電流によって、アーク発生
領域に直流磁界が形成され、この磁界とアーク電流との
間でフレミングの左手の法則に従った相互作用により、
アークに対し力（ローレンツ力）が作用しアークが偏向
することとなり、アークの熱量が特定方向に集中するた
め、スクラップ等の溶融加熱が不均等に行われ熱効率が
低下したり、炉壁に対してホットスポットとなり炉壁耐
火物・水冷ボックスの損耗が激しくなるといった問題が
ある。この現象はアーク溶接などでも発生し、磁気吹き
と呼ばれ、その対策として導体配置を調整し、導体を流
れる直流電流により発生する磁界を相殺させる方式が一
般的に行われている。
接続された導体を流れる直流電流によって、アーク発生
領域に直流磁界が形成され、この磁界とアーク電流との
間でフレミングの左手の法則に従った相互作用により、
アークに対し力（ローレンツ力）が作用しアークが偏向
することとなり、アークの熱量が特定方向に集中するた
め、スクラップ等の溶融加熱が不均等に行われ熱効率が
低下したり、炉壁に対してホットスポットとなり炉壁耐
火物・水冷ボックスの損耗が激しくなるといった問題が
ある。この現象はアーク溶接などでも発生し、磁気吹き
と呼ばれ、その対策として導体配置を調整し、導体を流
れる直流電流により発生する磁界を相殺させる方式が一
般的に行われている。
【０００４】直流アーク炉でも原理は同様であり、数々
の対策が考えられているが、実開平２−２４２９０号公
報等においては、炉底電極に接続された下部導体の一部
の配置を適切に定めることにより、アーク発生領域に於
ける磁界を相殺させるような磁界を発生させる技術が提
案されている。また、発明者らが先に出願した特開平２
−２０８３５４号においては、炉底電極に接続された下
部導体の一部を移動させることにより、上部導体の位置
変化により発生するアーク偏向力の変化を相殺させる技
術を提案している。
の対策が考えられているが、実開平２−２４２９０号公
報等においては、炉底電極に接続された下部導体の一部
の配置を適切に定めることにより、アーク発生領域に於
ける磁界を相殺させるような磁界を発生させる技術が提
案されている。また、発明者らが先に出願した特開平２
−２０８３５４号においては、炉底電極に接続された下
部導体の一部を移動させることにより、上部導体の位置
変化により発生するアーク偏向力の変化を相殺させる技
術を提案している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、導体配
置により完全にアーク発生領域の磁界を無くすことは困
難であり、また、アーク発生領域の磁界を極小化するた
めには導体配置が複雑になることとなり、このため銅ま
たはアルミ製の高価な導体設備が増えて設備費用が高く
なり、またアーク炉の整備性も、導体が複雑に配置され
るため悪化するという欠点を有しており、更に直流アー
ク炉での安定操業を可能とする適正な導体配置技術が明
確でないと言う問題があった。
置により完全にアーク発生領域の磁界を無くすことは困
難であり、また、アーク発生領域の磁界を極小化するた
めには導体配置が複雑になることとなり、このため銅ま
たはアルミ製の高価な導体設備が増えて設備費用が高く
なり、またアーク炉の整備性も、導体が複雑に配置され
るため悪化するという欠点を有しており、更に直流アー
ク炉での安定操業を可能とする適正な導体配置技術が明
確でないと言う問題があった。
【０００６】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明の主な目的は、アークの偏向による加熱溶融の不均
一、炉壁耐火物・水冷ボックスの局部損耗という操業上
の問題がなく、且つ設備費用の増加、整備性の劣化のな
いアーク炉の操業方法を提供することにある。
明の主な目的は、アークの偏向による加熱溶融の不均
一、炉壁耐火物・水冷ボックスの局部損耗という操業上
の問題がなく、且つ設備費用の増加、整備性の劣化のな
いアーク炉の操業方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、上部電極と炉底電極を有する直流アーク炉
の操業方法に於いて、炉内半径Ｒとアークの偏向量Ｌと
の関係をＬ／Ｒ＝０．０５以下にするように上・下導体
ルートを効果的に配置したことを特徴とする直流アーク
炉の操業方法を提供することにより達成される。
明によれば、上部電極と炉底電極を有する直流アーク炉
の操業方法に於いて、炉内半径Ｒとアークの偏向量Ｌと
の関係をＬ／Ｒ＝０．０５以下にするように上・下導体
ルートを効果的に配置したことを特徴とする直流アーク
炉の操業方法を提供することにより達成される。
【０００８】
【作用】上部電極より発生するアークを熱気柱とみなす
と、その熱気柱が溶融金属面に対して垂直に吹き付けら
れた場合、溶融金属面に衝突後、熱風は四方八方に均一
に分散されることとなる。この時周辺の炉壁の熱負荷も
また同様に均一となる。しかし、熱気柱が溶融金属面に
対して傾斜角を有して突入すると、衝突後の熱風には均
一に分散されることなく傾斜した方向に多く熱風が飛ぶ
こととなり、炉壁の熱負荷もまた同様に不均一となり傾
斜側が高くなる。これが溶解の不均一、炉壁に対するホ
ットスポットの発生へとつながる。この傾斜角を有した
熱気柱の溶融金属面に衝突する部分と炉中心からの偏芯
量つまりアークの偏向量Ｌと炉内半径Ｒとの関係に応じ
て炉壁の熱負荷の円周均一性は変化するが、その関係を
図４に示す。本図より判るようにＬ／Ｒが大きくなるに
従い、同一のアーク加熱条件で偏向方向の炉壁熱負荷が
大きくなり、特にＬ／Ｒが０．０５を越えるとその増加
は急激となる。
と、その熱気柱が溶融金属面に対して垂直に吹き付けら
れた場合、溶融金属面に衝突後、熱風は四方八方に均一
に分散されることとなる。この時周辺の炉壁の熱負荷も
また同様に均一となる。しかし、熱気柱が溶融金属面に
対して傾斜角を有して突入すると、衝突後の熱風には均
一に分散されることなく傾斜した方向に多く熱風が飛ぶ
こととなり、炉壁の熱負荷もまた同様に不均一となり傾
斜側が高くなる。これが溶解の不均一、炉壁に対するホ
ットスポットの発生へとつながる。この傾斜角を有した
熱気柱の溶融金属面に衝突する部分と炉中心からの偏芯
量つまりアークの偏向量Ｌと炉内半径Ｒとの関係に応じ
て炉壁の熱負荷の円周均一性は変化するが、その関係を
図４に示す。本図より判るようにＬ／Ｒが大きくなるに
従い、同一のアーク加熱条件で偏向方向の炉壁熱負荷が
大きくなり、特にＬ／Ｒが０．０５を越えるとその増加
は急激となる。
【０００９】これによりＬ／Ｒを０．０５以下にするよ
うな導体配置をすることで、炉壁の熱負荷の均一性は、
ほぼアークが溶融金属面に対して垂直に発生した場合と
同様となり、導体を複雑に配置することなく安定した操
業が可能なアーク炉の操業方法を提供することができる
こととなる。
うな導体配置をすることで、炉壁の熱負荷の均一性は、
ほぼアークが溶融金属面に対して垂直に発生した場合と
同様となり、導体を複雑に配置することなく安定した操
業が可能なアーク炉の操業方法を提供することができる
こととなる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面をもとに
詳しく説明する。図１は本発明を適用したアーク炉の断
面図、図２はアークに働く力の状態図、図３は導体配置
とアークの軌跡の計算例図、図４はアークの偏向量
（Ｌ）／炉内半径（Ｒ）と炉壁熱負荷の関係図である。
詳しく説明する。図１は本発明を適用したアーク炉の断
面図、図２はアークに働く力の状態図、図３は導体配置
とアークの軌跡の計算例図、図４はアークの偏向量
（Ｌ）／炉内半径（Ｒ）と炉壁熱負荷の関係図である。
【００１１】図１に示した直流アーク炉１は耐火物２と
水冷ボックス３とで覆われた炉本体４、その上部に配置
された炉蓋５からなり、炉蓋５の中心部から昇降自在な
上部電極６と炉底に設置された炉底電極７とに供給され
る直流電流により、直流アーク炉１内に装入されたスク
ラップ等の被溶融金属８と上部電極６の先端との間に形
成されるアーク９でもって被溶融金属８を溶解加熱す
る。図示外のトランス、サイリスタなどの炉用電気設備
より取り出された導体１０を介して直流電流は流される
が、この時ビオ・サバールの法則に従い導体周辺には磁
界Ｂが発生することとなる（図２参照）。このため、ア
ーク９に後述するアーク偏向力Ｆが作用し、アークは斜
めに飛ぶこととなりアーク９に偏向量Ｌが発生する。こ
の偏向量Ｌは導体１０の配置により決まる磁界Ｂの関係
で定まるものであり、本発明ではアークの偏向量Ｌと炉
内半径Ｒとの関係Ｌ／Ｒを０．０５以下としている。
水冷ボックス３とで覆われた炉本体４、その上部に配置
された炉蓋５からなり、炉蓋５の中心部から昇降自在な
上部電極６と炉底に設置された炉底電極７とに供給され
る直流電流により、直流アーク炉１内に装入されたスク
ラップ等の被溶融金属８と上部電極６の先端との間に形
成されるアーク９でもって被溶融金属８を溶解加熱す
る。図示外のトランス、サイリスタなどの炉用電気設備
より取り出された導体１０を介して直流電流は流される
が、この時ビオ・サバールの法則に従い導体周辺には磁
界Ｂが発生することとなる（図２参照）。このため、ア
ーク９に後述するアーク偏向力Ｆが作用し、アークは斜
めに飛ぶこととなりアーク９に偏向量Ｌが発生する。こ
の偏向量Ｌは導体１０の配置により決まる磁界Ｂの関係
で定まるものであり、本発明ではアークの偏向量Ｌと炉
内半径Ｒとの関係Ｌ／Ｒを０．０５以下としている。
【００１２】直流アーク炉１内のアーク９発生領域に生
じる磁界Ｂの大きさはビオ・サバールの法則に従い容易
に求められ、図２のアークに働く力の状態図で示す如
く、その磁界Ｂ内を通過するアーク９に偏向力Ｆが働く
こととなる。アーク９は電流であり、磁界Ｂ内を電流つ
まりアーク９が流れるとフレミングの左手の法則に従い
ローレンツ力がアーク９に働き、これが偏向力Ｆとな
る。一方、アーク９は気体であり剛体ではないため、偏
向力Ｆに抗する力がないと飛び去ってしまうこととなる
が、アーク９が偏向力Ｆによりアーク発生源の上部電極
６の中心よりずれると、上部電極６を流れる電流がつく
る磁界Ｂ１により求心力Ｆ１が発生し、この求心力Ｆ１
と偏向力Ｆとが釣り合う状態でアーク９は状態を維持す
ることとなる。
じる磁界Ｂの大きさはビオ・サバールの法則に従い容易
に求められ、図２のアークに働く力の状態図で示す如
く、その磁界Ｂ内を通過するアーク９に偏向力Ｆが働く
こととなる。アーク９は電流であり、磁界Ｂ内を電流つ
まりアーク９が流れるとフレミングの左手の法則に従い
ローレンツ力がアーク９に働き、これが偏向力Ｆとな
る。一方、アーク９は気体であり剛体ではないため、偏
向力Ｆに抗する力がないと飛び去ってしまうこととなる
が、アーク９が偏向力Ｆによりアーク発生源の上部電極
６の中心よりずれると、上部電極６を流れる電流がつく
る磁界Ｂ１により求心力Ｆ１が発生し、この求心力Ｆ１
と偏向力Ｆとが釣り合う状態でアーク９は状態を維持す
ることとなる。
【００１３】この釣り合う状態を上部電極６からの距離
ｄ毎に計算すると、アーク９の軌跡１１が求まることと
なる。図３にアーク９の偏向状態を軌跡１１として求め
た計算例を示している。この軌跡１１は導体１０の配置
により変化することは言うまでもない。このようにアー
ク９の軌跡１１より偏向量Ｌが求まるが、図４にアーク
９の偏向量Ｌによる炉本体４の炉壁熱負荷の変化度合い
をアーク９の偏向量Ｌと炉内半径Ｒとの関係Ｌ／Ｒを指
標として示している。
ｄ毎に計算すると、アーク９の軌跡１１が求まることと
なる。図３にアーク９の偏向状態を軌跡１１として求め
た計算例を示している。この軌跡１１は導体１０の配置
により変化することは言うまでもない。このようにアー
ク９の軌跡１１より偏向量Ｌが求まるが、図４にアーク
９の偏向量Ｌによる炉本体４の炉壁熱負荷の変化度合い
をアーク９の偏向量Ｌと炉内半径Ｒとの関係Ｌ／Ｒを指
標として示している。
【００１４】これは発明者等が導体１０の配置を変更
し、アーク９の偏向量Ｌを変化させて炉本体４の炉壁熱
負荷の変化度合いを試験した結果であるが、炉壁熱負荷
はＬ／Ｒが０．０５までの範囲の時はそれ程変化はな
く、Ｌ／Ｒが０．０５を越えると増加現象が大きくなる
ことが判る。炉壁熱負荷が大きくなることは、アーク９
の偏向状態が顕著になり、被溶融金属８の溶解が不均一
になり、熱効率を悪化するのみならず耐火物２、水冷ボ
ックス３の損耗にも悪影響を生ずることとなる。
し、アーク９の偏向量Ｌを変化させて炉本体４の炉壁熱
負荷の変化度合いを試験した結果であるが、炉壁熱負荷
はＬ／Ｒが０．０５までの範囲の時はそれ程変化はな
く、Ｌ／Ｒが０．０５を越えると増加現象が大きくなる
ことが判る。炉壁熱負荷が大きくなることは、アーク９
の偏向状態が顕著になり、被溶融金属８の溶解が不均一
になり、熱効率を悪化するのみならず耐火物２、水冷ボ
ックス３の損耗にも悪影響を生ずることとなる。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は炉内半径
Ｒとアークの偏向量Ｌとの関係をＬ／Ｒ＝０．０５以下
にすることでアークの偏向による加熱溶融の不均一、炉
壁の耐火物・水冷ボックスの局部損耗を是正することが
可能となり、また不必要に導体配置を複雑にすることな
く安定操業の可能な導体配置を設計する技術を確立した
ものである。従って、直流アーク炉の安定した操業性が
達成できるとともに、熱効率の向上、設備信頼性の向上
が図れ、更に合理的導体配置が可能となり、設備費用、
整備性の面でも貢献するものでその効果は極めて大き
い。
Ｒとアークの偏向量Ｌとの関係をＬ／Ｒ＝０．０５以下
にすることでアークの偏向による加熱溶融の不均一、炉
壁の耐火物・水冷ボックスの局部損耗を是正することが
可能となり、また不必要に導体配置を複雑にすることな
く安定操業の可能な導体配置を設計する技術を確立した
ものである。従って、直流アーク炉の安定した操業性が
達成できるとともに、熱効率の向上、設備信頼性の向上
が図れ、更に合理的導体配置が可能となり、設備費用、
整備性の面でも貢献するものでその効果は極めて大き
い。
【図１】本発明を適用したアーク炉の断面図である。
【図２】アークに働く力の状態図である。
【図３】導体配置とアークの軌跡の計算例図である。
【図４】アークの偏向量（Ｌ）／炉内半径（Ｒ）と炉壁
熱負荷の関係図である。
熱負荷の関係図である。
１ 直流アーク炉 ６ 上部電極 ７ 炉底電極 ９ アーク １０ 導体 Ｆ 偏向力 Ｆ１ 求心力 Ｂ 磁界 Ｌ アークの偏向量 Ｒ 炉内半径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 公義 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 日 鐵プラント設計株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 上部電極と炉底電極を有する直流アーク
炉の操業方法に於いて、炉内半径Ｒとアークの偏向量Ｌ
との関係をＬ／Ｒ＝０．０５以下にするようにしたこと
を特徴とする直流アーク炉の操業方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24968891A JPH0587467A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 直流アーク炉の操業方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24968891A JPH0587467A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 直流アーク炉の操業方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587467A true JPH0587467A (ja) | 1993-04-06 |
Family
ID=17196729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24968891A Pending JPH0587467A (ja) | 1991-09-27 | 1991-09-27 | 直流アーク炉の操業方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0587467A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103594A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-09 | Nec Corp | ボタン電話装置 |
| JPS6452673A (en) * | 1987-06-11 | 1989-02-28 | Tam Ceramics Inc | Temperature stable dielectric composition in high frequency and low frequency |
-
1991
- 1991-09-27 JP JP24968891A patent/JPH0587467A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63103594A (ja) * | 1986-10-20 | 1988-05-09 | Nec Corp | ボタン電話装置 |
| JPS6452673A (en) * | 1987-06-11 | 1989-02-28 | Tam Ceramics Inc | Temperature stable dielectric composition in high frequency and low frequency |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19961015 |