JPH11219781A - 直流アーク炉の炉底電極の冷却構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上部棒状電極と下部棒状電極の接合部におけ
る変形、亀裂の発生が防止でき、炉底電極の寿命を長く
できる直流アーク炉の炉底電極の冷却構造を提供する。 【解決手段】 炉底板１４及び炉底板１４上に内張りさ
れた耐火物１２、１３からなる炉壁１５を貫通して、精
錬される金属と同種の金属からなる上部棒状電極１７と
導電性及び熱伝導率が良好な金属からなる下部棒状電極
１８とを接合して形成された炉底電極１９が設けられ、
炉底電極１９と炉底板１４との間は絶縁体２１によって
電気的に絶縁されている直流アーク炉の炉底電極の冷却
構造１０において、炉底電極１９の接合面１６の高さま
で側面冷却部材２０を位置させて、接合面１６を周囲か
ら冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の溶解、
溶融金属の精錬に利用される直流アーク炉の炉底電極の
冷却構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、精錬用アーク炉として、炉内に装
入したスクラップや溶融金属の上方に配置した上部電極
と、炉底や側壁等の炉壁に取付けられた電極との間に電
流を流し、溶融金属の精錬を行なう直流アーク炉が知ら
れている。この種の直流アーク炉における炉底電極は、
炉内にある高温の溶融金属からの受熱、供給電流が通過
するときに発生するジュール熱等によって、極めて過酷
な使用雰囲気に曝される。また、この種の炉底電極は、
炉底板（又は炉体鉄皮）との間に絶縁体が配設され、電
気的に絶縁されている。溶融金属中に鉛が存在している
と、その金属を溶解させた際に鉛が炉底の耐火物の上面
から耐火物の目地やクラックの中に浸透し、もし、その
鉛が前記絶縁体に到達すると、炉底電極と炉底板との間
の電気的絶縁を破壊し、スパーク事故を生じる。この絶
縁破壊が炉底電極の寿命の支配要因の一つとなってい
る。

【０００３】そこで、特開平３−２７９７８１号公報に
記載された炉底電極においては、棒状電極が備えられた
炉底板と炉底電極の間に絶縁体によって電気的に絶縁さ
れた炉底構造において、炉底板の上面に内張りされた耐
火物に該耐火物の上面から絶縁体に向かって浸透する鉛
を凝固させるための冷却部材を配設することが開示され
ている。しかし、この炉底電極においては、絶縁体を冷
却して絶縁破壊を防止することはできても、炉底電極が
一種類の金属導体、即ち鋼棒で構成されているため、発
生するジュール熱が大きくなるにもかかわらず、炉底電
極自体の冷却が充分でなく、炉底電極の溶損による寿命
が短かいという問題があった。特開昭６０−４７８７号
公報に記載された炉底電極においては、炉底電極下部を
導電性及び熱伝導率の高い金属（例えば、銅）で構成
し、上部は精錬される金属と同種の金属（例えば、ＳＳ
材：一般構造用圧延鋼材）で構成し、上部棒状電極と下
部棒状電極が隙間を生じない接合方法で接合することに
よって、炉底電極全体の冷却を強化することが開示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６０−４７８７号公報に記載された炉底電極において
は、例えば異常操業等によって炉底電極の溶融面（図１
中の符号１７ｂで示す）の位置が下がり、上部棒状電極
と下部棒状電極の接合面に接近した場合、接合面を含む
接合部が高温となりその結果強度の低下が発生すると共
に、上部棒状電極と下部棒状電極の熱伝導率の違いによ
る大きな熱応力が発生し、その結果接合部において変
形、亀裂が発生するという問題があった。また、操業が
終わり自然冷却されるとき、接合部には凝固による収
縮、及び冷却による収縮によって発生する大きな応力に
よって変形や亀裂が発生し、さらには上、下部棒状電極
間の剥離が発生する恐れがあり、このため炉底電極の再
利用が難しく、炉底電極のコストアップを招いていた。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、上部棒状電極と下部棒状電極の接合部における
変形、亀裂の発生が防止でき、炉底電極の寿命を長くで
きる直流アーク炉の炉底電極の冷却構造を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造は、炉底板及
び該炉底板上に内張りされた耐火物からなる炉壁を貫通
して、精錬される金属と同種の金属からなる上部棒状電
極と導電性及び熱伝導率が良好な金属からなる下部棒状
電極とを接合して形成された炉底電極が設けられ、該炉
底電極と前記炉底板との間は絶縁体によって電気的に絶
縁されている直流アーク炉の炉底電極の冷却構造におい
て、前記炉底電極の接合面の高さまで側面冷却部材を位
置させて、該接合面を周囲から冷却する。請求項２記載
の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造は、請求項１記載
の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造において、前記側
面冷却部材を前記絶縁体に近接して設けている。

【０００７】請求項３記載の直流アーク炉の炉底電極の
冷却構造は、請求項１記載の直流アーク炉の炉底電極の
冷却構造において、前記側面冷却部材は、前記炉底電極
の外周面に接触する冷却用ジャケットである。請求項４
記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造は、請求項３
記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造において、前
記冷却用ジャケットは、冷媒の通路を先端側を狭くし
て、該冷媒の流速を増加する構造としている。請求項５
記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造は、請求項１
記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造において、前
記下部棒状電極内に冷媒を循環して、前記接合面付近を
冷却する。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに、図１は本発明の一実施の形
態に係る直流アーク炉の炉底電極の冷却構造の説明図で
ある。本発明の一実施の形態に係る直流アーク炉の炉底
電極の冷却構造１０は、図１に示すように、直流アーク
炉の炉底１１はパーマ煉瓦１２の内側（図１において上
側）に不定形耐火物１３がライニングされており、パー
マ煉瓦１２の外側（図１において下側）を炉底板（又は
鉄皮）１４で支持されている。なお、炉底板１４の上面
１４ａより上方を炉内と呼び、パーマ煉瓦１２と不定形
耐火物１３とを耐火物と呼ぶ。炉底板１４、パーマ煉瓦
１２及び不定形耐火物１３で構成される炉壁１５を貫通
して接合面１６を有する、上部棒状電極１７と下部棒状
電極１８とが接合された炉底電極１９が炉底１１に装着
されている。

【０００９】接合面１６付近及び下部棒状電極１８の周
囲には、炉底電極１９の外周面２６に内周面２５が接触
して設けられた、側面冷却部材の一例である冷却用ジャ
ケット２０が配置され、冷却用ジャケット２０と炉底板
１４の間には絶縁体２１が配置され、絶縁体２１によっ
て冷却用ジャケット２０と炉底板１４は電気的に絶縁さ
れている。冷却用ジャケット２０へ冷媒供給管２２から
送り込まれた冷媒の一例である低温の水２３は、冷却用
ジャケット２０内を通る間に接合面１６付近及び下部棒
状電極１８の周囲から、さらに絶縁体２１の周囲から熱
を奪い、冷媒排出管２４から温かい水２３となって排出
される。以下、これらについて詳しく説明する。

【００１０】炉底電極１９の上部を構成する上部棒状電
極１７は従来と同様、精錬される金属と同じ種類の金
属、即ちＳＳ材等からなっており、炉底電極１９の下部
を構成する下部棒状電極１８も従来と同様、導電性及び
熱伝導率が良好な金属の一例である銅からなっており、
上部棒状電極１７と下部棒状電極１８は隙間を生じない
方法によって、強固な接合面１６を有する炉底電極１９
に形成される。なお、操業中には、上部棒状電極１７は
図に示す位置まで溶融され、溶融金属部１７ａとなり、
操業終了後、再び凝固して上部棒状電極１７を形成する
ことになる。図中の符号１７ｂは溶融金属の溶融面を表
す。

【００１１】冷却用ジャケット２０は図に示すように、
銅からなる中空コップ形状で、内周面２５は上部棒状電
極１７の下端部と下部棒状電極１８全体の外周面２６と
接触するように形成されている。冷却用ジャケット２０
の上端面２７は、パーマ煉瓦１２と不定形耐火物１３と
の境界面と同じレベルになるように配置され、中間部の
外周面２８には環状のフランジ部２９が突出して設けら
れ、フランジ部２９、絶縁体２１及び炉底板１４は図示
しない複数個の絶縁を考慮したボルトによって締結され
ている。また、冷却用ジャケット２０の上端部の外周面
２８にパーマ煉瓦１２の内周面が接触している。従っ
て、この銅製のフランジ部２９のフィン効果によって絶
縁体２１を含め、絶縁体２１の周囲の炉底板１４及びパ
ーマ煉瓦１２を効果的に冷却できるので、溶融金属中の
鉛がパーマ煉瓦１２及び炉底板１４を通って絶縁体２１
に浸透することを確実に防止することができる。

【００１２】また、冷却用ジャケット２０の外壁３０と
内壁３１によって形成される中空部３２には、水２３に
よる冷却を効率的に行なうため、水２３の通路３３を確
保するように、仕切り片３４が螺旋状に設けられると共
に、冷却用ジャケット２０の先端部側、即ち上部棒状電
極１７の下端部付近での冷却効果を上げるように、水２
３の流速が漸次増加するように、通路３３の断面積が小
さくなるように仕切り片３４を配置している。そして、
冷却用ジャケット２０の下部に接続された冷媒供給管２
２から送り込まれ、冷却用ジャケット２０内の次第に絞
られた通路３３を上昇旋回しながら速度が増した水２３
は、冷却用ジャケット２０の上端部に達すると、その速
度を次第に落としながら下降旋回して冷媒排出管２４か
ら排出されるような構造となっている。例えば、このよ
うな通路３３を形成する構造として、二条ねじの形状に
類似した構成にして、水入側と水出側の通路を形成し、
ねじのピッチを漸次変化させるようにしたものとするこ
とができる。このようにして、炉底電極１９の接合面１
６を効果的に冷却することによって、溶融面１７ｂを上
昇させることができ、接合面１６を含む接合部の変形、
亀裂を効果的に抑制できる。

【００１３】かかる構成を有する本発明の一実施の形態
に係る直流アーク炉の炉底電極の冷却構造１０を備えた
アーク炉を使用した精錬作業について、図１を参照しな
がら説明する。アーク炉の炉底１１上に溶解原料である
スクラップが装入され、周知のように図外の上部電極と
炉底電極１９との間に電力を供給することによって、ス
クラップが溶解されて溶融金属となると共に、炉底電極
１９の上部棒状電極１７も図に示すように溶融し、溶融
金属部１７ａが形成される。

【００１４】操業中においては、溶融金属からの熱が炉
底１１に伝達され、不定形耐火物１３、パーマ煉瓦１２
及び炉底板１４の温度が上昇する。このため前記スクラ
ップ中に鉛が混在すると、溶解によって溶融した鉛は不
定形耐火物１３の上面３５や内周面３６から不定形耐火
物１３のクラックを通して、さらにパーマ煉瓦１２の目
地やクラックを通して浸透してくるが、冷却用ジャケッ
ト２０内の通路３３に水２３を流して、絶縁体２１を含
め、絶縁体２１の周囲の炉底板１４及びパーマ煉瓦１２
を効果的に冷却できるので、溶融金属中の鉛がパーマ煉
瓦１２及び炉底板１４を通って絶縁体２１に浸透するこ
とを確実に防止することができる。同時に、冷却用ジャ
ケット２０によって炉底電極１９の接合面１６付近や上
部棒状電極１７の下端部を冷却するので、炉底電極１９
を効果的に冷却することによって、溶融面１７ｂを上昇
させることができ、接合面１６の温度を低く抑えること
ができる。従って、接合面１６を含む接合部の強度の低
下を抑制できるので、変形、亀裂さらに上、下部棒状電
極１７、１８間の剥離を抑制できる。

【００１５】図２は本発明の他の実施の形態に係る直流
アーク炉の炉底電極の冷却構造１０ａの説明図である。
なお、同一の構成要素については同一の符号を、また、
類似の構成要素については添字を付して詳しい説明を省
略する。本発明の他の実施の形態に係る直流アーク炉の
炉底電極の冷却構造１０ａが直流アーク炉の炉底電極の
冷却構造１０と異なる点は、下部棒状電極１８ａを上部
棒状電極１７との接合面１６を底面とする逆コップ形状
とし、下部棒状電極１８ａの内部を、図示しない冷媒供
給管及び冷媒排出管を介して水等の冷媒を循環させなが
ら接合面１６の近傍を冷却するようにしている。側面冷
却部材の一例である冷却用ジャケット２０ａは、冷却用
ジャケット２０と略同様な配置と構造とし、炉底電極１
９ａの外周面２６ａ及びパーマ煉瓦１２の内周面に接し
て冷却する構造としている。なお、ここで、３４ａは均
等配置された２条の仕切り片を示し、これによって各仕
切り片３４ａの中間部に水入側と水出側を交互に形成し
ている。直流アーク炉の炉底電極の冷却構造１０ａにお
いても、図に示すように、下部棒状電極１８ａの内部か
ら接合面１６の近傍を冷却するようにしているので、精
錬作業中に溶融金属の溶融面１７ｂを接合面１６から遠
ざけることができる。

【００１６】図１に示す実施の形態においては、上部棒
状電極１７と下部棒状電極１８との接合面１６の位置が
炉内（炉底板１４の上面１４ａより上方を表す）にある
場合には、接合面１６付近の冷却を強力に行なうため
に、側面冷却部材として冷却用ジャケット２０に水を送
る構造としたが、接合面１６の位置が炉外（炉底板１４
の上面１４ａより下方を表す）にある場合には、必要に
応じて、もっと簡単な側面冷却部材（例えば、一端を炉
体外部に突出させた冷却材を埋め込む）でも可能であ
る。さらに、側面冷却部材として冷却用ジャケット２０
を使用したが、冷媒を通すことができるパイプ体を炉内
に埋め込み、パイプ体に冷媒を循環する構造とすること
もできる。図２に示す実施の形態においては、下部棒状
電極１８ａによる接合面付近の冷却のために、下部棒状
電極１８ａの内部に円柱状の冷媒循環用の空間を設けて
いるが、この構造に限定されない。

【００１７】

【発明の効果】請求項１〜５記載の直流アーク炉の炉底
電極の冷却構造においては、炉底電極の接合面の高さま
で側面冷却部材を位置させて、該接合面を周囲から冷却
するので、接合面の強度の低下が抑制され、接合部にお
ける変形、亀裂の発生が防止でき、炉底電極の寿命を長
くできる。特に、請求項２記載の直流アーク炉の炉底電
極の冷却構造においては、側面冷却部材を絶縁体に近接
して設けているので、側面冷却部材によって絶縁体、炉
底板及び該炉底板上に内張りされた耐火物を鉛の融点よ
り低い温度に効果的に冷却でき、その結果溶融金属中に
存在している鉛が耐火物の目地やクラックの中に浸透し
ても、絶縁体に達するまでに凝固でき、炉底電極と炉底
板との間で発生するスパーク事故を防止できる。

【００１８】請求項３記載の直流アーク炉の炉底電極の
冷却構造においては、側面冷却部材は、炉底電極の外周
面及び絶縁体に接触する冷却用ジャケットであるので、
より効果的に炉底電極の接合面及び絶縁体等を冷却でき
る。請求項４記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造
においては、冷却用ジャケットは、冷媒の通路を先端側
を狭くして、該冷媒の流速を増加する構造としているの
で、冷却効率を向上できる。請求項５記載の直流アーク
炉の炉底電極の冷却構造においては、下部棒状電極内に
冷媒を循環して、接合面付近を冷却するので、さらに接
合面の強度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る直流アーク炉の炉
底電極の冷却構造の説明図である。

【図２】本発明の他の実施の形態に係る直流アーク炉の
炉底電極の冷却構造の説明図である。

【符号の説明】

１０ 直流アーク炉の炉底電極の冷却構造 １０ａ 直流アーク炉の炉底電極の冷却構造 １１ 炉底 １２ パーマ煉
瓦 １３ 不定形耐火物 １４ 炉底板 １４ａ 上面 １５ 炉壁 １６ 接合面 １７ 上部棒状
電極 １７ａ 溶融金属部 １７ｂ 溶融面 １８ 下部棒状電極 １８ａ 下部棒
状電極 １９ 炉底電極 １９ａ 炉底電
極 ２０ 冷却用ジャケット（側面冷却部材） ２０ａ 冷却用ジャケット（側面冷却部材） ２１ 絶縁体 ２２ 冷媒供給
管 ２３ 水（冷媒） ２４ 冷媒排出
管 ２５ 内周面 ２６ 外周面 ２６ａ 外周面 ２７ 上端面 ２８ 外周面 ２９ フランジ
部 ３０ 外壁 ３１ 内壁 ３２ 中空部 ３２ａ 中空部 ３３ 通路 ３４ 仕切り片 ３４ａ 仕切り片 ３５ 上面 ３６ 内周面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉底板及び該炉底板上に内張りされた耐
   火物からなる炉壁を貫通して、精錬される金属と同種の
   金属からなる上部棒状電極と導電性及び熱伝導率が良好
   な金属からなる下部棒状電極とを接合して形成された炉
   底電極が設けられ、該炉底電極と前記炉底板との間は絶
   縁体によって電気的に絶縁されている直流アーク炉の炉
   底電極の冷却構造において、 前記炉底電極の接合面の高さまで側面冷却部材を位置さ
   せて、該接合面を周囲から冷却することを特徴とする直
   流アーク炉の炉底電極の冷却構造。
2. 【請求項２】 前記側面冷却部材を前記絶縁体に近接し
   て設けた請求項１記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却
   構造。
3. 【請求項３】 前記側面冷却部材は、前記炉底電極の外
   周面に接触する冷却用ジャケットである請求項１記載の
   直流アーク炉の炉底電極の冷却構造。
4. 【請求項４】 前記冷却用ジャケットは、冷媒の通路を
   先端側を狭くして、該冷媒の流速を増加する構造とした
   請求項３記載の直流アーク炉の炉底電極の冷却構造。
5. 【請求項５】 前記下部棒状電極内に冷媒を循環して、
   前記接合面付近を冷却する請求項１記載の直流アーク炉
   の炉底電極の冷却構造。