JPS61114491A - 溶融金属槽用電極構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高電流電気接続装置に関し、その機能は容器内
に収容された導電性溶融金属から主電流供給装置又は大
地又は中立への戻りに接続するケーブルへの電流通路を
確保する。特に溶鋼を収容するアーク炉等のソール電極
に関する。

従来の技術 この型式の装置特にアーク炉用ソール電極はケーシング
を覆う耐火物ライニング内に取付けられ、炉内に収容さ
れた溶湯とケーシング外の電気供給ケーブルの端子との
間の電流通路を確実にする。

炉内で到達する＠度と電極自体内の渦電流によって生ず
る熱と全考慮して、電極を強く冷却して電極の溶融を防
ぎ、電極の孔あき、破損等の悪結果を防ぐ必要がある。

電極を冷却するだめの既知の提案として、通常は、導電
素子を形成する中央コアの外周に冷却流体の循環によっ
て冷却されるジャケラ）ｔ−設け、ジャケットを中央コ
アに密に接触させ、炉外の導電端子に電気的に接続して
導電を確実にする。

発明が解決しようとする問題点 炉の定常作業に際して、装入、溶融、精錬、注湯サイク
ル間に、電極は多数回の熱サイクル？受け、コアの交互
の膨張を生じ、膨張差によってジャケットとの不安定接
触となる。

更に、ジャケットと電極のコアとの間の接触によって電
流の通路を確実にしようとすると、接触部はジャケット
の冷却機能に反して温度上昇が生ずる。

本発明は上述の問題点を解決し、電極構造物を提供し、
適切に冷却され、信頼性の高い電気的接続とし、極めて
低い抵抗であり、交互の膨張を許容する電極とすること
を目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明による、金属の浴を収容する容器の壁を覆う耐火
物ライニング内に埋込まれ一端を耐火物ライニングの内
面と同一平面とし他端を容器外に突出させた形式の電極
構造物は、容器壁を貫通して延長する中央導電コアと、
中央コアを囲みコアに近接させた冷却ジャケットとを備
え、中央コアは容器外の端部で電気供給端子に直接接続
され、中央コアの外方端に接し冷却ジャケットに対向す
る部分は冷却ジャケットから電気的に絶縁されることを
特徴とする。

本発明の好適な実施例によって： 冷却ジャケットは容器の壁部に取付７ランジによって連
結して耐火物ライニング内に突出して容器の壁部を通る
電極の通過部分全冷却する。

中央コアの容器外端部をばね付きの抜差可能腕によって
ジャケット取付フランジに連結された懸吊フランジに連
結する。

中央コアの容器外端部と供給ケーブルとの間の電気的接
続は、端子と一体とし中央コアにねじこんだ内部冷却ケ
ーブルによって行ない懸吊７ランジ金中央コアに連結す
る。

中央コアをコアと冷却ジャケットとの間のコアの外方端
に接した部分に介挿された電気絶縁ケーブル内に挿入す
る。

作用 本発明の主利点は電気伝導の機能と電極の冷却との間に
相互作用のない点にある。

即ち、導電中央コアの端部の部分の渦電流は、優れた再
現可能の信頼性の高い接触をニップルによって得ること
によって限定される。更に、ニップルは中央コアに連結
されるため、交互の膨張に追随し、このため局部的加熱
やアークの発生の危険はない。

ニップル自体はねじ底部のニップルと電極のコアとの間
で冷却流体の内部循環によって冷却される。これは渦Ｉ
ＷＬＩｌｉ！によって生じた熱全有効に放散する。この
装置は高い位置の冷却ジャケットの壁部を通って放出さ
れる熱と渦電流によって生じた熱との重複を除く〇 ゛電極の中央コアは弾性懸吊によって固定冷却ジャケッ
トとは無関係に自由に膨張収縮し、コアは膨張力が大き
い時は滑動可能である。懸吊装置の２個の対向したばね
の組合せ、は全力条件の下で中央コアを定常位置に戻す
。

冷却ジャケットの二重壁型の内壁は構造上更に自由膨張
する。

上述の利点のため、交互熱サイクルに対して大きな抵抗
を有し、炉のソールの寿命と同程度の寿命となる。

熱損失は著しく少なく、所要冷却のため損傷の危険も少
ない。

実施例 本発明を例示とした実施例並びに図面について説明する
。

図に示す本発明によるソール電極構造物は直流電気炉の
ソールのケーシング即ち壁部２を覆う耐火物ライニング
内に埋込まれている。

電極は円筒形の中央コア３を育し、端部４は耐火物ライ
ニング１の内面と同一平面として溶鋼の浴５に接触する
。

中央コア６は導電材料例えば鋼ビレット製とし、炉の壁
部２を通って延長し、他端は炉外に突出して金属浴５と
供給端子７との間の電流の導電を確実にする。端子７は
内部冷却されたケーブル８によって電源に接続される。

耐火物ライニング内の部分では、中央コア３は高性能耐
火物スリーブ９内を通シ、スリーブ９は耐火物粘土又は
コンクＩＪ　−）　１０によってライニング１に固着す
る。

中央コアは炉のケーシング２Ｖ：Ｊ？電極保持器の役割
を行なう冷却ジャケット即ちインゴットモールド１１内
を延長する。

冷却ジャケットは壁部２に取付７ランジ１２によって連
結され、７ランジ１２は３個の扇形として取付取外を容
易にする。フランジ１２はボルト１３によって壁部２に
固着する。取付フランジ１２は誘電性シール素子１４に
よって型部２から電気絶縁され、漏洩電流が大地に流れ
るのを防くｂ取付フランジ１２は冷却ジャケット１１の
ケース１７の外面に形成された２個の肩部１５，１６間
に接触する。

中央コアは炉外の端部６で、ニップル１８に係合する。

ニップル１８は端子７と一体とし、中央コアろと同じ垂
直軸線を有するテーバねじ孔１９にねじこむ。この孔の
端部のスペース２０内に熱電対２１と超音波液面検出器
２２とを取付ける。

ニップル１８は銅製とし、冷却流体によって冷却する。

冷却流体は実用上は水又は油とし、オリフィス２６、導
管２４を経てスペース２０に入り２本の別の通路を経て
戻シ回路に循環し、オリフィス２５から排出される。両
通路の主通路は導管２４外に形成した環状通路２６を通
り、他方の通路は補助である。冷却流体はスペース２０
からねじ１９の底部全循環しねじの根元２７から通路２
８を径て通路２６に入る。

導管２４を使用して熱電対２１及び超音波検出器２２の
接続導体２９全通す。

ニップル１Ｂの本体はスピゴツ）３０内に係合する。ス
ピゴット内面に沿って＃ｔ？設け、溝内の０リング６１
がねじ１９の底部を循環する冷却流体用シールとなる。

スピゴットは懸吊フランジ６２と一体とし、下側に一群
のスタッド６８、例えば円周方向に等間隔とした４〜８
本のスタッドが形成され、図示しないねじと係合する。

ねじはニップル１８の本体に形成したねじ孔にねじ、こ
まれ、ニップル１８、コア６の端部６１ｔ７ランジ３２
に連結する。

懸吊フランジ３２は抜差可能の腕６４によって固定７ラ
ンジ１２に連結する。１２００間隔の６本の腕、３４が
６個の扇形とした懸吊フランジろ２に回動可能に取付け
られる。腕６４は中央コアを懸吊し、炉の熱サイクル作
動の関数とした中央コア６の交互の膨張に基く動きの補
正を可能にするにの腕６４はベレビルワッシャ３５の弾
性の重ねによって形成する。ワラツヤ６５は円板３６ａ
によってロッド６６に連結して戻りばね？形成し、フッ
シャは円筒本に３７内に収容される。

端部６附近で中央コア３はコア６と冷却ジャケット１１
との闇に介挿した電気絶縁スリーブ３８内に挿入する。

スリーブ６８は冷却ジャケット１１内を延長してジャケ
ットのはソ％からＡの間とする。スリーブ３８は例えば
商品名テフロン又はビトン製とする。

中央コアを冷却する冷却ジャケット１１即ちインゴット
モールドは中央コアの炉外の部分の実際上全部に沿って
延長し、上端は耐火物ライニング１内に突出して電極の
ケーシング２内を通る部分を冷却する。

ジャケット１１は二重壁を有し、冷却Ｒ，体全全後述る
２４ＩｖＡの環状スペース内を循環させるＯジャケット
１１は第」の円筒内壁６９１に有し、内壁６９は外側ケ
ース１７の逆Ｕ字型上縁に沿って溶接によって取付ける
。壁６９の内側は上部部分でコア乙に接触し、下部部分
でスリーブ３８に接触し、下縁４０は取付けない。

第２の中間壁４１は゛第１の壁６９とケース１７との間
に形成される環状スペース内として２個の環状スペース
４２．４３ｔ−画成し、スペース４２゜４６は第１の壁
３９と第２の壁４１との間、及び第２の壁４１とケース
１７との間を夫々互に連通ずる。

第２の壁４１は円筒の形状とし、上縁及び下縁は銃眼状
として環状スペース４２．４３間を連通させて冷却流体
の循環路とする。

冷却ジャケットのケース１７の下部は７ランジ４４を形
成し、内径は第１の壁の外径より僅に犬とする。

第１の壁６９に面する７ランジ４４の内面に形成した溝
４６内に取付けた０リングによって冷却流体のシールと
し、７ランジ４４に一端を連結し第１の壁６９の下縁４
０に他端を連結した補正ベローズ４７によってシールを
完全にする。

ベローズを保護するキャップ４８はフランジを覆い、ス
リーブ６８の外径に等しい直径のオリフィスを設ける。

冷却ジャケット１１のケース１７に環状内側リング４９
を一体として設け、リングの内径は第２の壁４１の外径
より僅に犬とする。リング４９は二重壁としたジャケッ
トの冷却流体の入口５０と戻り５１との間の分離を行な
う。内側リング４９の第２の壁４１に面する内面に形成
した溝内に０リング５２を係合させてシールを行なう。

冷却流体は実施上水又は油とし、低い位置の入口５０を
経てジャケット１１に入り、スピゴットの内面に置かれ
た壁４１の下縁に形成した銃眼を通って環状スペース４
２に流入し、第１の壁６９の内面に沿って上方に流れ、
壁３９の上縁に沿って形成した銃眼を通って環状スペー
ス４６内の壁３９の上部に達し出口５１を経てジャケッ
トから排出される。ジャケット１１内を循環する水のシ
ートは少なくとも３Ｉｎ／８の速度とする。

上述の径路とした冷却流体の循環は中央コア３の全１２
Ｅ’ｅ有効に冷却し、特に炉の耐火物ライニング１内に
突出するジャケット１１に接触する上部に沿って冷却す
る。かくして、大量の熱フラツクスが排出され、電極の
高さの中央部の電極の鋼のコア乙の液体と固体の間の凝
固前線を安定させる。

鎖線の曲線５３は電極の中央コア６を構成する鋼ビレッ
トの溶融部分の交互熱サイクル間の進行を示す。炉に入
るジャケット１１による大きな冷却のため、液化部分は
スリーブ３８には到達できない。液化部分のレベルは、
冷却流体の充満したスペース２０内に置かれた超音波感
知器２２によって測定する。

上述した冷却機能と、絶縁スリーブ３８内のニップル１
８で始まる電気伝導との間に明瞭な分離　　　　９が見
られる。スリーブ６８内では渦電流によって生じた熱が
重なることはない。

電極内の電流線は槽５から供給ケーブル８まで電極の全
高について直線である。電磁効果によって電極の液体金
属の攪拌を生じ得る電界は極めて低いレベルに保たれる
。液体金属の攪拌が著しい時は電極のコアの液体金属と
固体を保つ部分との間の熱フラツクスを著しく増加する
ため凝固前線を電極の冷却端に向けて動かす欠点を生ず
る。本発明の電極は信頼性高く、確実に作動し、熱損失
は少ない。

更に上述の電極構造はコア端の温度測定を熱電対２１に
よって測定でき、コアの液体ピット底部５６と冷却二ソ
プルとの間の寸法を超音波感知器２２によって測定し得
る０ 第６図は本発明によるリール電極の変型例を示し、第１
図第３図に示す同様の素子は同じ符号によって示す。

中央コア乙の左部分は断面で示し、リール電極が作動に
入った時のコアの構成に相当し、右の部分は断面で示し
、電極が作動に入った後にちる電極作動時間経過後のコ
ア乙の構成に相当する。図示の変型例による中央コア６
は槽５に接触する端部からニップル１８に接続する端部
６まで、実体の鋼の上部部分３ａと、組合せ構造の中間
部分６ｂと実体金属の下部部分３Ｃｅ形成する。中間部
分６ｂは耐火物材料の素子６０によって形成し、素子６
０は冷却ジャケット１１内にジャケットの高さの約％に
延長し円筒形の軸線方向に延長する通路６１を有し、通
路６１内の鋼の棒６２の直径は通路６１の直径より僅に
小さくする。炉内に使用する電極の作動間、電極の実体
の上部部分３ａは少なくとも一部は溶融し、ある作動時
間後には、浴融部分の限界５３の位置に応じて、棒６２
は部分的又は完全に溶融する。冷却に際して、装置の作
動が停止した時は金属は耐火物素子６０の通路６１内で
凝固し、第６図に示すコア６の右側部分に示す。電極を
取付ける時に棒６２は一端をコア乙の実体部分６ａに固
着し、他端を実体部分６Ｃにテーバしたねじ部６３によ
って固着する。供給端子と金属槽５との間の軸線方向の
電流経過は確実になる。

ニップル１８の冷却流体の人口２３と出口２５はニップ
ル１８と導体８との間の接触部の下の位置である。かく
してニップル１８の全体は冷却流体によって冷却され、
特に接触部が冷却される。

通路６１相互間及びジャケット１１との間は絶縁耐火物
材料の壁によって互に分離され、各棒６２の金属は隣の
棒及び又はジャケット１１から有効に絶縁される。この
ため、作動に際してジャケットの内壁に向う電流の戻り
は著しく減少し、電極のｇｉ、体部分の熱又は電磁効果
に基く対流は、棒が長いことも加わって、はソ除去され
る。このため、冷却した壁及び電極底部に対する熱伝達
は減少する。

凝固した鋼と冷却ジャケット１１の内壁及びインゴット
モールドの底部との接触による対流は凝固前線を押し戻
す傾向があり、液体と冷却された銅素子との直接接触を
生ずる傾向がある。上述の対流の除去はそれ放熱交換を
可能にし、素子が過大温度上昇によって劣化する危険を
少なくする。

実体部分３ｃは部分的又は完全に鉛製とすることができ
る。この実体素子６ｃは商品名ビト／の絶縁スリーブ６
８によって−まれ、高さは第１図に示す実施例より小さ
い。

素子６ｃの構成に鉛を使用することによって、棒６２と
素子６ｃとの間の電気的接触を良くすると共に、導体８
に接続したニップル１８との接触を良くする。鉛は特に
液状で良い電気導体であも異常な過大負荷の場合は電極
を通って流れる一時的過大電流はコア乙の鋼部分の溶融
を生じ、鉛と鋼との弁面で停止する。電極底部と電流供
給部とは不時の損傷から保護される。電極を構成する実
体素子６ｃが鉛でない場合にも、炉の溶融ベッドを形成
する屑鉄内に含まれる鉛は比較的長い作動の後は電極の
この部分にも存在する。鉛の密度は饅鋼密度より高く、
−内に溶解しないため、液相下部、即ち電極底部附近に
沈澱し、炉の作動間この部分に集積する。鉛は導電性に
関しては有利であり、導電性を増すために鉛を電極底部
に流し、又は下部素子を実体の鉛製とする。電極の液体
部分内に鉛の存在することの他の利点は、炭素が酊融鉛
内に溶解しないため、電極部分で発泡現象が作動間に生
じない。鋼の電極の、場合は、発泡は対流を生じ又は増
巾し、この効果は熱的電磁的効果に加算される。

発明の効果 本発明の電極の中央コアは弾性懸吊によって固定の冷却
ジャケットとは無関係に自由に膨張可能である。コアに
直接連結されたニップルを経てケーブルに連結されるた
め、導電回路は熱サイクルとは無関係に罹災な回路とな
る。

本発明電極各部間は自由膨脹可能であシ、有効に冷却さ
れるため著しく長寿命となる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるソール電極の断面図、第２図は第
１図の電極の拡大詳細図、第６図は本発明ソール電極の
変製例の展開斜視図である。 １・・・・・・ライニング、２・・・・・・ケーシング
、３・・・・・・中央コア、５・・・・・・槽、７・・
・・・・供給端子、９，３８・・・・・・耐火物スリー
ブ、１１・・・・・・冷却ジャケット、１２．３２．４
４・・・・・・フランジ、１８・・・・・・ニップル、
２１・・・・・・熱電対、２２・・・・・超音波感知器
、２３．２５オリフイス、６０・・・・・・スピゴット
、６４・・・・・・腕、３５・・・・・・ベルビルワッ
シャ、３９゜４１・・・・・・壁部、４７・・・・・・
ベローズ、５３・・・・・・凝固前線、６０・・・・・
・耐火物素子、６２・・・・・・棒。 （外５名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属の浴を収容する容器の壁を覆う耐火物ライニン
   グ内に埋込まれ、一端を耐火物ライニングの内面と同一
   平面とし他端を容器外に突出させた形式の溶融金属槽用
   電極構造物において、容器の壁を貫通して延長する中央
   導電コアと、該中央コアを囲み且つ該コアに近接した冷
   却ジャケットとを備え、中央コアは容器外の端部で電気
   供給端子に直接接続され、中央コアの外方端に接して冷
   却ジャケットに対向する部分は冷却ジャケットから電気
   的に絶縁されていることを特徴とする前記電極構造物。 ２、前記中央コアは、コアの外方端附近の部分で中央コ
   アと冷却ジャケットの間に介在する電気絶縁スリーブ内
   に挿入されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電極構造物。 ３、前記中央コアは溶融金属に接触する端部から供給端
   子接続端部に向けて順次に、第１の実体金属部分と、冷
   却ジャケット内に挿入した耐火物材料の素子によって構
   成されコアの軸線方向に延長する複数の通路を有し各通
   路内に金属棒を設けた複合部分と、絶縁スリーブによっ
   て囲まれた供給端子とコアとの間を接続する実体金属部
   分とを備え、上記各棒は一端を第１の実体金属部分に接
   続し他端を第２の実体金属部分に接続し棒相互間及び冷
   却ジャケットから耐火物材料の素子内に形成された壁に
   よって分離されることを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の電極構造物。 ４、前記コアの第２の実体金属部分は少なくとも一部を
   鉛で形成することを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の電極構造物。 ５、前記冷却ジャケットは取付フランジによって容器の
   壁に連結されて耐火物ライニング内に突出することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか
   １項記載の電極構造物。 ６、前記中央コアの容器外の端部はジャケット用取付フ
   ランジに抜差可能腕によって接続した懸吊フランジに連
   結されることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第４項のいずれか１項記載の電極構造物。 ７、前記中央コアの容器外端部と供給端子との間の電気
   的接続を端子と一体として中央コアにねじこみ懸吊フラ
   ンジと中央コアを連結する内部冷却ニップルによって行
   なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６
   項のいずれか１項記載の電極構造物。 ８、前記冷却ジャケットは二重壁を有し、第１の内壁は
   上端をジャケットの外側ケースに連結し、内面はコアと
   スリーブに接触させ、第２の中間壁は第１の壁とジャケ
   ットのケースとの形成する環状スペース内に配置し、第
   １の壁が下縁で自由膨脹可能とすることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項ないし第４項のいずれか１項記載の
   電極混合物。 ９、前記冷却ジャケットのケースの下部にスピゴットを
   形成し、スピゴットの円径は第１の壁部の外径よりも僅
   に大とし、スピゴットの内面内に形成され第１の壁部に
   面する溝内に取付けたＯリングによって冷却流体のシー
   ルを形成し、一端をスピゴットに連結し他端を第１の壁
   部の下縁に連結した補正ベローを他のシールとすること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項記載の電極構造物。 １０、前記ベローズを保護するキャップをスピゴットを
   覆って設け、上記キャップにスリーブの外径に等しい直
   径のオリフィスを設けることを特徴とする特許請求の範
   囲第９項記載の電極構造物。 １１、前記ジャケットのケースが一体とした環状内側リ
   ングを備え、該リングの内径は第２の壁部の直径より僅
   に大とし、内側リングは二重壁ジャケットの冷却流体の
   入口と出口とを分離せしめ、内側リングの内面に第２の
   壁部に対向して形成した溝内にＯリングを設けてシール
   を行なう、ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載
   の電極構造物。 １２、前記取付フランジを３個の扇形として冷却ジャケ
   ットのケースの外面に形成した２個の肩部の間に接触さ
   せることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１
   １項のいずれか１項記載の電極構造物。 １３、前記取付フランジと容器壁との間に電気絶縁素子
   を介挿することを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
   し第１２項のいずれか１項記載の電極構造物。