JPH0719997U - 電気アーク炉における電極支持装置及び電極支持梁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ３相電気アーク炉において、大電流を通電さ
せる電極支持梁の昇降動作に伴う各相間のリアクタンス
変化を抑制し、各相への投入電力の均一化を図ることに
より炉内材料の溶融時間の短縮を実現する。 【構成】 両側に配設される各電極支持梁3a,3cの横断
面高さＨa,Ｈcを中央に配設される電極支持梁3bの横断
面高さＨbよりも大きくし、中央の電極支持梁3bが両側
の各電極支持梁3a,3cの間に形成される空間の略中央部
に位置するように設定し、その基準位置から各電極支持
梁を一定範囲で上下方向へストロークさせる。各電極支
持梁3a〜3cの間に構成される基本誘導リアクタンスを同
等にでき、稼働時に各電極支持梁3a〜3cの間の距離の変
化を小さくできるために各相のリアクタンス変化を小さ
く抑制できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は電気アーク炉における電極支持装置及び電極支持梁に係り、３相電気 アーク炉において電極の昇降制御に伴う各相のリアクタンス変化を小さく抑制し て効率的な稼働を実現し、また電極支持装置における電極支持梁の導電性や耐久 性を改善するための構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

３相電気アーク炉は３本の黒鉛製電極と炉内の材料(鉄屑)との間にアークを発 生させ、そのアーク熱によって材料を加熱溶解させるものであるが、一般にその 電極支持装置は図３(平面図)及び図４(側面図:図３におけるＡ-Ａ矢視)に示すよ うな構成を有している。

【０００３】 各図において、1a〜1cは炉内へ挿入される電極、2a〜2cは電極1a〜1cを把持す る電極ホルダ、13a〜13cは電極支持梁、4a〜4cはターミナル(以下「変圧器側ター ミナル」という)、5a〜5c(5cは省略)は前記ターミナルと変圧器(図示せず)を接続 した水冷フレキシブルケーブルを示す。 ここに、電極支持梁13a〜13cはジュラルミン等のアルミニウム合金で構成され ており、電気アーク炉の稼働時には変圧器側ターミナル4a〜4cから電極支持梁13 a〜13cと電極ホルダ2a〜2cを介して電極1a〜1cへ大電流(3500°C程度の電気アー ク炉であれば数十kA)が供給される。 また、各電極支持梁13a〜13cは絶縁板6a〜6c(6cは図示せず)を介して昇降マス ト7a〜7c(7cは図示せず)の上に取付けられており、稼働時においては昇降マスト 7a〜7cが上下方向に駆動制御され、炉内への各電極1a〜1cの挿入量を調整するこ とにより安定したアークを発生させるようになっている。

【０００４】 そして、基準位置における３相分の各電極支持梁13a〜13cの配設関係は、図３ のB-B矢視断面でみると図５に示すような態様になっている。 即ち、各相の電極支持梁13a〜13cは、その軸方向に関しては図３に示すように 略平行に配設されているが、上下方向に関しては中央に配設されているＢ相の電 極支持梁13bが他のＡ相及びＣ相の電極支持梁13a,13cよりレベル差Ｚだけ高い位 置に設定されており、また各電極支持梁13a〜13cの中心軸間の距離をそれぞれＤ 1,Ｄ2,Ｄ3とした場合に、ほぼＤ1=Ｄ2=Ｄ3の条件として各電極支持梁13a〜13cの 中心が正三角形の頂点に位置するように配置されている。

【０００５】 これは、３相電気アーク炉の稼働時には各電極支持梁13a〜13cに大電流が流れ 、相互間の誘導起電力に基づいて各相間で誘導リアクタンスが発生するが、炉内 材料の溶解を均一化するためには各相のリアクタンスのバランスをとって各相に 対する投入電力の均等化を図る必要があり、そのために昇降範囲の基準として前 記の配置関係を設定しているのである。 従って、稼働時には、アークの発生を均一・安定化させるために各電極支持梁1 3a〜13cをそれぞれ前記の基準配設位置から一定範囲で昇降制御し、各電極1a〜1 cの炉内への挿入量を調節することになる。

【０００６】 尤も、その昇降制御においてもＢ相の電極支持梁13bがＡ相及びＣ相の電極支 持梁13a,13cの対向空間内へ降りることはない。 何故なら、大電流通電時に各相間で発生する誘導リアクタンスは各電極支持梁 13a〜13cの離隔距離Ｄ1,Ｄ2,Ｄ3の変化に伴って変動するため、前記のようにＢ 相の電極支持梁13bがＡ相及びＣ相の電極支持梁13a,13cの対向空間内へ降りると 各相間のリアクタンスに大きな差異が生じて投入電力のバランスが著しく失われ 、その結果、炉内材料の均一な溶解が不可能になるからである。

【０００７】 尚、前記のように各電極支持梁13a〜13cはアルミニウム合金で構成されている が、図５に示すように、その外枠部21a〜21cには仕切り板22a〜22cで支持した角 管又は円管23a〜23cが内蔵されており、仕切り板22a〜22cと角管又は円管23a〜2 3cで分割された外枠部21a〜21cの内部が冷却水の往復通水路として構成されてい る。また、角管又は円管23a〜23cには電極1a〜1cへ付勢された電極把持ロッド24 a〜24cが貫装されている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、従来の３相電気アーク炉では、上記のように稼働中に各電極支持梁 13a〜13cを基準配設位置から一定範囲で独立に昇降制御させているが、その条件 下においては当然に各電極支持梁13a〜13cの離隔距離Ｄ1,Ｄ2,Ｄ3がそれぞれ変 化しているため、各相のリアクタンス変化によって投入電力にバラツキが生じて 炉内材料の溶解速度分布に差が発生することになる。 従って、その対策として、溶解速度が最も遅くなる分布域に対応した相に律速 させて電力の投入を行う方法が採用されているが、それだけ溶解時間が長くなり 、消費電力も大きくなるという問題点がある。

【０００９】 また、アルミニウム合金で構成された電極支持梁13a〜13cは、銅と比較した場 合の導電率が５０％以下になって電力損失が大きくなり、また振動に対する機械 的強度が弱く、炉内からの吹出し火焔やガスによって腐食しやすいために耐久性 の点で問題がある。

【００１０】 そこで、本考案は、各電極支持梁の形状とその配設関係を工夫することにより 稼働時における各相のリアクタンス変化を抑制して炉内材料の溶解時間を短縮さ せ、また電極支持梁の導電率と耐久性を向上させることを目的として創作された 。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

第１の考案は、変圧器側ターミナルから電極ホルダへ大電流を通電させながら 昇降される３本の電極支持梁を略平行に配設した３相電気アーク炉において、両 側に配設される各電極支持梁の横断面高さを中央に配設される電極支持梁の横断 面高さよりも大きくし、３本の電極支持梁の基準位置を、中央の電極支持梁が両 側の各電極支持梁の間に形成される空間の略中央部に位置するように設定したこ とを特徴とする電気アーク炉における電極支持装置に係る。

【００１２】 第２の考案は、直流電気アーク炉又は３相電気アーク炉の変圧器ターミナルか ら電極ホルダへ大電流を通電させる電極支持梁において、その外枠体を、外表面 側が銅板となるように銅板と鋼板の重合板を溶接せしめた溶接構造体として構成 したことを特徴とする電気アーク炉における電極支持梁に係る。

【００１３】

【作用】

第１の考案は、３本の電極支持梁が基準位置にセットされている状態で、中央 の電極支持梁が両側の各電極支持梁の対向空間の略中央部に位置せしめられてお り、稼働時においては各電極支持梁がその基準位置を中心に上下に移動するが、 中央の電極支持梁は常に両側の各電極支持梁と対向しながら移動する。

【００１４】 そして、３相電気アーク炉における各相のリアクタンス変化は各電極支持梁間 に発生する誘導リアクタンスの変化に起因するものであり、その誘導リアクタン スは上記のように各電極支持梁間の距離の２乗に反比例する傾向を有している。

【００１５】 この考案においては、先ず、両側の各電極支持梁の横断面高さが中央の電極支 持梁の横断面高さよりも大きくなっていることにより、各相に発生する基本誘導 リアクタンスが均等化できる。 また、稼働時における各電極支持梁の離隔間隔は大きく変化しない。即ち、各 電極支持梁は水平に整列した基準位置状態から上下方向へ一定範囲で移動するだ けであり、従来の正三角形の頂点位置を基準位置として移動していた場合と比較 して、相互の離隔距離の変化は小さな範囲に留まる。

【００１５】 従って、常に各相への投入電力はほぼ同等であって、その変化も小さく抑制で きるため、炉内材料の溶解速度分布に差が発生することを防止でき、結果的に溶 解時間の短縮を図ることができる。

【００１６】 第２の考案では、電極支持梁の外表面を覆う銅板が高い導電率を確保させると 共に火焔やガスによる腐食を防止する役割を果たし、また電極支持梁の機械的強 度は外枠体を構成した鋼板によって確保される。

【００１７】

【実施例】

以下、本考案の３相電気アーク炉の電極支持装置の一実施例を図１及び図２を 用いて詳細に説明する 先ず、本実施例の電極支持装置は平面図でみると図３で示したともの同様であ り、各電極支持梁は略平行に配設されている。 しかし、各電極支持梁の基準位置での配設関係を図３におけるB-B矢視断面及 びA-A矢視断面でみると図１及び図２で示されるようになり、各電極支持梁3a〜3 cはその中心軸が同一レベルになるように配設されている。

【００１８】 一方、各電極支持梁3a〜3cの横断面形状についてみると、それらの高さをそれ ぞれＨa〜Ｈcで示すとＨa＝Ｈc＞Ｈb(Ｈb＝０.６５Ｈa)の関係になっており、Ａ 相及びＣ相の電極支持梁3a,3cの対向空間内における中央にＢ相の電極支持梁3b が位置せしめられた態様になっている。

【００１９】 また、各電極支持梁3a〜3cの構造についてみると、Ａ相及びＣ相のものとＢ相 のものが前記のように高さが異なっているだけでその横断面形状の基本的構成は 同様であるが、その各外枠部は銅板(無酸素銅板)と鋼板(炭素鋼鋼板又はステン レス鋼鋼板)の重合板31a〜33a,31b〜33b,31c〜33cからなる溶接構造体として構 成されている。即ち、各重合板31a〜33a,31b〜33b,31c〜33cの鋼板が端部で溶接 されて枠体構造に組立てられており、その枠体の外表面側が銅板で覆われた構成 になっている。

【００２０】 そして、枠体の外表面側を覆った銅板は各電極支持梁3a〜3cにおける後端部の 変圧器側ターミナル4a〜4cと先端部の電極ホルダ2a〜2cを電気的に接続させ、稼 働時に大電流を通電させる役割を果たす。 尚、各電極支持梁3a〜3cの内部には、図５で示したと同様に仕切り板で支持し た角管又は円管が内蔵されており、その角管又は円管に貫装された電極把持ロッ ドで電極1a〜1cを付勢押圧して電極ホルダ2a〜2cで電極1a〜1cを把持させるよう になっている。

【００２１】 以上の構成において、稼働時にはアークの発生を安定化させるために昇降マス ト7a〜7cの昇降制御がなされ、各電極支持梁3a〜3cを上下方向に移動させて電気 アーク炉内への電極1a〜1cの挿入量を調整することになるが、その移動範囲にお いてＢ相の電極支持梁3bはＡ相及びＣ相の電極支持梁3a,3cとの側面対向状態で 移動する。

【００２２】 ここで、Ａ相とＢ相の電極支持梁3a,3b及びＢ相とＣ相の各電極支持梁3b,3cの の離隔間隔(中心軸の間隔)をＤとし、前記の基準位置から各相の電極支持梁3a〜 3cが移動してＡ相とＢ相の間又はＢ相とＣ相の間でレベル差がｈになった場合を 想定すると各離隔間隔の変化は次の数式１で示される値となり、またＡ相とＣ相 の間でレベル差がｈになった場合における両者の離隔間隔の変化は次の数式２で 示される値となる。

【００２３】

【数１】

【００２４】

【数２】

【００２５】 一方、従来の電極支持装置における基準配設関係を示している図５でＤ1＝Ｄ2 ＝Ｄ3＝２Ｄとし、Ａ相とＢ相の間又はＢ相とＣ相の間でレベル差がｈだけ増減 した場合を想定すると各離隔間隔の変化は次の数式３で示される値となり、Ａ相 とＣ相の間でレベル差がｈになった場合は前記の数式２と同様になる。

【００２６】

【数３】

【００２７】 従って、数式１と数式３の比較から明らかなように、図１の基準配設関係から 各電極支持梁3a〜3cが移動した場合におけるＡ相とＢ相又はＢ相とＣ相の離隔間 隔の変化は図５の基準配設関係の場合よりも小さな範囲に留まり、各相間のリア クタンス変化が小さく抑制されることになる。

【００２８】 ところで、本実施例装置では、Ｂ相の電極支持梁3bがＡ相とＢ相の電極支持梁 3a,3cの対向空間内に介在しているため、もし各電極支持梁3a〜3cを同一断面形 状で構成していた場合には、Ａ相とＢ相の間及びＢ相とＣ相の間での誘導起電力 とＡ相とＣ相の間での誘導起電力が異なって誘導リアクタンスの基本値がアンバ ランスになる。 そのために、本実施例装置では、電極支持梁3a,3cの高さＨa(＝Ｈc)を電極支 持梁3bの高さＨbより大きく設定しておくことによって各相間で発生する誘導リ アクタンスの基本値が実質的に同等となるようにし、各相への基本投入電力に大 きな差異が生じないようにしている。例えば、本実施例の場合にはＨb＝０.６５ Ｈaの寸法関係を設けることによってそれを実現している。

【００２９】 従って、本実施例によれば、各電極支持梁3a〜3cの配設関係及びその横断面高 さの工夫により、３相電気アーク炉の稼働中に各相間の基本リアクタンスはほぼ 同一に維持され、且つその変動範囲も極めて小さく抑制されるため、各相への投 入電力が均一化されて電気アーク炉内における材料の溶融速度分布に差が発生せ ず、炉内材料の均等な溶融が実現される。換言すれば、従来のように最も遅い溶 融速度に律速させて投入電力を設定していた場合と比較して炉内材料の溶融時間 を短縮させることができ、結果的に電気アーク炉の効率的な稼働が実現できるこ とになる。

【００３０】 ところで、本実施例の各電極支持梁3a〜3cは銅板と鋼板の重合板31a〜33a,31b 〜33b,31c〜33cを用いた溶接構造体として構成されており、その銅板部分を大電 流通電部として使用している。 従って、従来のようにアルミニウム合金を用いている場合と比較して薄い銅板 を用いても導電率を大幅に向上でき、各電極支持梁3a〜3cでの電力損失を抑制す ることによって消費電力を低減化できる。 また、この構造によれば、鋼板によって各電極支持梁3a〜3cの機械的強度を向 上させることができ、各電極支持梁3a〜3cの外表面を銅板で覆っているために炉 内からの火焔やガスによる鋼板の腐食を防止させることができ、電極支持梁3a〜 3cの耐久性が向上する。 更に、銅板の優れた導電率及び鋼板による機械的強度の向上に基づいて、重合 板31a〜33a,31b〜33b,31c〜33cには比較的薄いものを用いることができ、各電極 支持梁3a〜3cの全重量を軽くして昇降リフト7a〜7cを駆動させるモータの消費電 力を小さくできる。

【００３１】 尚、本実施例では３相電気アーク炉に適用された電極支持梁3a〜3cについて説 明したが、その溶接構造体としての構成は直流電気アーク炉にも適用できること はいうまでもない。

【００３２】

【考案の効果】

本考案の電気アーク炉における電極支持装置及び電極支持梁は、以上の構成を 有していることにより、次のような効果を奏する。 請求項１の考案は、３相電気アーク炉において、その稼働中に大電流が通電さ れる電極支持梁の昇降動作によって発生する各相のリアクタンス変化を小さく抑 制させ、各相への投入電力の均一化を図ることによって炉内材料の溶融速度分布 に差異が生じないようにし、従来のように最低溶融速度に律速して投入電力を設 定していた場合と比較して、消費電力を低減化すると共に炉内材料の溶融時間を 短縮させることを可能にする。 請求項２の考案は、直流電気アーク炉又は３相電気アーク炉において、電極支 持梁での高い導電率を確保させると共に、その機械的強度や耐久性を向上させる 。また、電極支持梁全体が軽量化できるために電極の昇降制御を迅速に行うこと が可能になり、電極昇降用モータの消費電力も低減化できるという利点を有して いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の電極支持装置に係る電極支持梁の配設
関係及びその構造を示す断面図である(図３のB-B矢視断
面に対応)。

【図２】実施例の電極支持装置に係る電極支持梁の配設
関係を示す側面図である(図３のA-A矢視断面に対応)。

【図３】電極支持装置の平面図である。

【図４】従来の電極支持装置に係る電極支持梁の配設関
係を示す側面図である(図３のA-A矢視断面に対応)。

【図５】従来の電極支持装置に係る電極支持梁の配設関
係及びその構造を示す断面図である(図３のB-B矢視断面
に対応)。

【符号の説明】

1a〜1c…黒鉛電極、2a〜2c…電極ホルダ、3a〜3c,13a〜
13c…電極支持梁、4a〜4c…変圧器側ターミナル、5a〜5
c…水冷ケーブル(5cは省略)、6a〜6c…絶縁板、7a〜7c
…昇降マスト、21a〜21c…外枠部、22a〜22c…仕切り
板、23a〜23c…角管又は円管、24a〜24c…電極把持ロッ
ド、31a〜31c,32a〜32c,33a〜33c…銅板と鋼板の重合
板、Ｄ,Ｄ1,Ｄ2,Ｄ3…離隔距離、Ｈa,Ｈb,Ｈc…高さ、
Ｚ…レベル差。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器側ターミナルから電極ホルダへ大
   電流を通電させながら昇降される３本の電極支持梁を略
   平行に配設した３相電気アーク炉において、両側に配設
   される各電極支持梁の横断面高さを中央に配設される電
   極支持梁の横断面高さよりも大きくし、３本の電極支持
   梁の基準位置を、中央の電極支持梁が両側の各電極支持
   梁の間に形成される空間の略中央部に位置するように設
   定したことを特徴とする電気アーク炉における電極支持
   装置。
2. 【請求項２】 直流電気アーク炉又は３相電気アーク炉
   の変圧器ターミナルから電極ホルダへ大電流を通電させ
   る電極支持梁において、その外枠体を、外表面側が銅板
   となるように銅板と鋼板の重合板を溶接せしめた溶接構
   造体として構成したことを特徴とする電気アーク炉にお
   ける電極支持梁。