JPS6343674B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば鋼浴の如き溶融金属と接続す
る電気接続装置に関する。

この種の装置は、電気エネルギーを与えること
によつて金属を処理するために冶金容器の耐火被
覆材中に埋設されるものである。この装置は、１
端部で高圧電源に接続し、他端部で金属浴と接触
して浴を通電する電極を構成する。

このような電極を備える冶金容器としては、例
えばアルミニウムの如き非鉄金属の冶金用電解
槽、或いは製鋼業では、処理用または保温用取
鍋、または電気炉、特に30000アンペア程度また
はそれ以上の電流強度でも電極の損傷なしに稼動
する直流アーク炉がある。

このような装置における問題の１つは、電極の
溶融金属体と直接接触するターミナル部分の寿命
にある。このターミナル部分は、上記のジユール
効果を受けるほか、高温度、とくに溶鋼の場合に
は1800℃以上になる高温度による苛酷な熱応力を
受ける。

電極の冷却を行う種々の方法が知られている。

１つの公知方法では、電極の高温側の端部の隣
接部分を流体で冷却する。しかしながら、電極自
体の溶解のために冷却装置が破壊する危険があ
り、溶融金属と冷却流体が接触する事故の可能性
がある。

本発明も採用するもう１つの公知方法では、電
極を、冶金容器の外部に設けた外部冷却システム
を採用している（フランス特許第1538996号及び
第2292367号）。この従来方法もより安全とはいえ
満足すべきものでなかつた。すなわち、電極の高
温の端部と容器の外に突出して冷却される端部と
が離れすぎているため、電極の可成りの部分が溶
融して消失する可能性があり、容器内の溶融金属
体に対する容器のこの部分の液密性が破壊する恐
れがあつた。

本発明は、上記の従来技術の問題点を解決し
て、高電流強度の通電を可能とすることにある。

さらに詳細には本発明の目的は、電極が過剰に
溶融することによる漏出の危険を効果的に防止す
ることのできる電気的接続装置を提供することに
ある。

本発明に従うと、冶金容器の壁部、特に底壁部
に埋設され、１端部が該容器内の溶融金属と接触
し、他端部は該容器の壁部の外側に突出し、高電
圧の給電端子と接続し且つ流体により冷却されて
いる電気接続装置であつて、 ―１端部が溶融金属と接触し、他端部が該容器の
外側に突出するターミナル部を構成するように
該容器の壁部を横断して埋設される棒状の金属
体と、 ―該金属体の突出したターミナル部の周りに接触
配置され、給電端子に接続される、熱および電
気伝導性の良い材料製のスリーブと、 ―冷却流体によりスリーブを冷却する手段と、 を備えることを特徴とする電気接続装置が提供さ
れる。

本発明の好ましい１態様に従うと、該容器の壁
部を横断して埋設される棒状の金属体／は、例え
ば鋼製の棒体である。説明の便宜上、以下の実施
例では該金属体の鋼製のビレツトとして説明す
る。

さらに本発明の好ましい１態様に従うと、該ス
リーブは該金属体のターミナル部の端部を越えて
延在して、その内部に空間を構成し、該空間内に
該金属体の端部に当接して耐火材料製のプラグが
配置されている。

本発明の主要な特徴は、上記スリーブが電極を
なす金属体の突出したターミナル部を側部から間
接的に冷却すると同時にその同じ側部で電気的接
続を達成する点にある。

側面の間接的冷却は、金属体の突出したターミ
ナル部と冷却流体の間にスリーブを接触配置する
ことによりおこなわれる。

このようにしてスリーブは、損耗にたいする安
全性を確保する、金属体と冷却流体のセパレータ
として作動する。さらに、スリーブは金属体の端
部の周りに取り付けられ、障害なく冷却流体との
熱交換表面を増大するものであるので、極めて効
果的な熱分散体として機能する。

さらに、上記した如く、棒状の金属体の電気的
接続は、スリーブを介して側面で行われるので、
そのターミナル部の全長に亘り大きな接触表面の
接続となる。

このように電気的及び熱的な作用を発揮するた
め、スリーブは銅または銅合金のように熱および
電気伝導性の優れた材料である。

スリーブにこのように電気的及び熱的な機能が
あるため、さらに次のような効果がある。

まず、本発明の電気接続装置は構成が簡素であ
り、部品の数が少ない。

さらに組立のみならず製作が容易である。

さらにスリーブにより側面から冷却されるので
電極をなす金属体の冷却されない部分の溶融は冷
却部分の中心部に延び、このため円錐状の安定し
た液体―固体の界面（または溶融先端）が、金属
の連続鋳造技術で知られるところの凝固の井戸の
形をして形成される。

その結果、溶融装入物中に不可避的に混入する
鉛の如き重金属元素はその重力により井戸の底部
に堆積し、側面でなされる電気接続を何等妨害し
ない。

さらに、円錐状の溶融体が金属体の端部まで進
行する場合には、上記のごとく、スリーブの該金
属体のターミナル部の端部を越えて延在する部分
の内部に空間を構成し、該空間内に該金属体の端
部に当接して耐火材料製のプラグを配置している
ので、溶融金属が漏出する危険がない。

電極の冷却手段としては様々の態様が可能であ
る。

本発明の好ましい１態様に従うと、上記したス
リーブの冷却手段は、冷却流体の流通のための環
状通路を画成するように該スリーブを一定の距離
で離間して取囲むジヤケツトを備え、該ジヤケツ
トには冷却流体供給源と接続した入口手段および
出口手段が設けられている。

さらに別の本発明の好ましい１態様に従うと、
上記したスリーブの冷却手段は、該スリーブの外
側表面に設けられ、その中を冷却流体が流れる少
なくとも１つのらせん状の溝と、該スリーブの周
りに配置されて上記溝を閉止し、該溝の両端部と
連通し且つ冷却流体供給源とも連通する入口手段
および出口手段を備えるジヤケツトと、から構成
される。

本発明のその他の特徴および効果は添付の図面
とを参照してなされる実施例の記載により明らか
となろう。なお、これらの実施例は本発明の単な
る例示であつて、本発明の範囲を何等制限するも
のではない。

第１図に示すように直流アーク炉の炉底１は耐
火材料のレンガ３で内張りされた鉄皮２から主と
して構成され、レンガ３の間の隙間にはマグネシ
ウム化合物のモルタル４が詰められている。さら
に、炉底１の中心には通路が残され、その部分に
炉床電極を構成する鋼製ビレツト５が埋設されて
いる。ビレツト５の上方部分とレンガ３との間の
空間は従来技術の通り突き固めたマグネシア６が
配設されている。

ビレツト５の上端は、本実施例では鋼である溶
融金属７と接続している。炉底１の中央部は盆地
状をなし、ビレツト５の上端部の直上に浴の
“脚”が形成され易くするのが好ましい。

ビレツト５の他端部は炉の鉄皮２を貫通してタ
ーミナル部８が炉外に突出している。

ビレツトのターミナル部８にはスリーブ９が嵌
挿されている。第１図に示す実施列ではスリーブ
９はビレツトのターミナル部８に軸方向に“ほぞ
接”（アリ溝接ぎ））され、このため、ビレツト５
とスリーブの熱膨張の差の遊びをもたせることが
できる。第２図に示すように、この“ほぞ接”は
嵌込みキーによつて組立られ、それぞれビレツト
５の外側側面およびスリーブ９の内側表面に設け
られた縦長の２つの溝３２，３３と、これら２つ
の溝３２，３３の空間内に押込められたキー３４
とから構成される。さらに、スリーブ９は導電性
および伝熱性が優れているので銅製とされる。さ
らにスリーブ９は外側表面に８つのらせん状の平
行な溝１０を備え、これらの溝は全体としてスリ
ーブを１周している。

本実施例では金属製であるジヤケツト１１がス
リーブ９の周りに気密に配設されて溝１０を閉じ
ている。冷却流体（好ましくは無機分を除去した
水が好ましい）の入口および出口を金属製ジヤケ
ツト１１に設けて、溝１０に冷却流体を供給す
る。第１図に示す例ではこれらの冷却構造は、ジ
ヤケツト１１の下方部分では環状室１３に連通す
る入口導管１２と、ジヤケツト１１の上方部分で
は環状室１５からの出口導管１４とから構成され
る。溝１０はその両端部でそれぞれ環状室１３，
１５に連通し、平行な複数の冷却路を構成する。

かくして、冷却構造の下端部は環状室１３に直
接に連通し、上端部は、まず環状ノド部３１、次
いで溝１０内の冷却流体の回転運動方向に弯曲し
た水平通路１６を介して出口側の環状室１５と連
通する。

環状ノド部３１はスリーブ９の上方部分に配設
される。溝１０の出口端部はノド部３１の底部と
接続する。水平通路１６はジヤケツト１１の上方
部分の肉厚部２９の先端表面に設けられ、この水
平通路１６を介してノド部３１は同心の環状出口
室１５と接続する。水平通路１６は底板２６（下
記に説明する）にジヤケツトを取付けることによ
つて閉止されるが、底板２６とジヤケツト１１と
は溶接ビード３０によつて一体となつている。さ
らに第２図に示すように、鋼製ビレツト５または
少なくともそのターミナル部８は、スリーブ９お
よびジヤケツト１１と同様に円形断面をなしてい
る。

装置の液密性はリング継手１７，１８で確保さ
れるが、これらの継手１７，１８は上記した熱膨
張の差を考慮してそれぞれスリーブ９の上端部お
よび下端部に配設される。

安全性を考慮して、特に冷却水の流量が異常に
低い場合に溶鋼が漏れることのないように安全手
段が採用される。

この安全手段は、このためにスリーブ９を約10
〜20cmだけビレツト５のターミナル部８を越えて
延長することによつてスリーブ９の底部に構成し
た収容部内にビレツト５の下端部に当接して配設
した耐火材料製のプラグ１９から構成される。こ
のプラグ１９の下面に当接して石綿製のチツプ２
０を配置して断熱を行ない、次にこのチツプ２０
に当接して鋼製の閉止板２１を配置する。これら
は本発明の特徴ではないが、プラグ１９は溝１０
内に水を循環せしめた冷却区域の下方に位置して
いる。

第１図の装置の給電手段について説明すると、
装置は銅製のリング２２を備える。リング２２
は、ビス３５，３６によつてスリーブ９の下端部
およびジヤケツト１１の下端部に固定される。リ
ング２２は銅製のソケツト２３にはめられる。ソ
ケツト２３は１または複数の銅製フラツグ２４を
有し、一般的に“フラツグ”と呼ばれる。各フラ
ツグ２３に銅板２４が固定され、銅板２４は銅製
ケーブル２５によつて給電端子（図示せず）に連
結される。銅製ケーブル２５には高電流が流れる
ので、例えば水の如き冷却流体を流すように中空
ケーブルであるのが好ましい。

本発明の装置はさらに、スリーブ９とジヤケツ
ト１１のアセンブリを鉄皮２の下で且つビレツト
５の周りに組立てる手段を備える。本実施例で
は、これらの組立手段は底板２６を含む。上述の
如く底板２６は溶接部３０によりジヤケツト１１
の上方部分と一体的に接合されている。溶接部３
０は、絶縁座金２７とともに、底板２６にジヤケ
ツト１１を接合する。底板２６および座金２７に
穴が穿設され、これに組立用ボルトが挿通され
る。電気炉を電気的に絶縁するために、ボルト用
の穴に絶縁ブツシユ２８を設ける。

本発明の技術的範囲が上記の実施例に何等制限
されないのは勿論であり、スリーブの外側表面の
溝１０の形状も単なる例にすぎない。

１変形例としてスリーブ９の全周に均一に分布
した縦方向の溝であつてもよい。

他の変形例として、スリーブ９の内部に通路を
穿孔して溝１０の代りとしてもよい。この場合に
はジヤケツトは必要ない。

更に別の変形例として、スリーブ１に単一のら
せん状の溝を設けてもよい。

更にスリーブ９をビレツトのターミナル部分８
に取付けるには“ほぞ接”以外の、例えば溶着ま
たはビス止め等の方法で行うことができる。しか
しながら、部材間の熱応力を拘束しないように部
材の長さ方向の相対的移動が可能な取付け方法が
好ましい。

更に、組立時にビレツトの全周に亘つてスリー
ブ９との接触が存在する必要はない。実際には、
作動時にはビレツトが高温で膨張し、スリーブは
低温であるのでそれらの接触が自動的に達成され
る。

更にスリーブの電気的接続法は、例えば給電源
に接続され且つスリーブに嵌合した銅製リングの
如き、上記の手段とは別の手段によつて達成可能
である。

本発明は直流アーク炉の炉床電極として好まし
く実施されるが、溶融体と電極との間、より一般
的には溶融体と通電を確保すべき金属製の棒体と
の間に接続を達成せんとする限りにおいて他の用
途にも適用できる。

製鋼用のアーク炉或いは類似の炉に本発明を適
用した場合に次の利点がある。特に、通電を停止
した後に浴の自然のガス撹拌が得られる。このガ
ス撹拌は、周知のようにメタル―スラグの混合、
浴の均熱化等に特に好ましいものである。

この撹拌現象は、給電を停止した後にスリーブ
の冷却効果のもとにビレツトが再凝固しながら溶
解酸素を放出し、このビレツトを原因とするCO
の放出によつてひき起こされるものである。この
撹拌現象はビレツトの直上の浴表面上で観察され
る激しい泡沸として表われる。

ビレツトが炉の操業のリズムで溶解、凝固を繰
返す沸騰鋼体として作用する点に本発明の特に効
果的な意味がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気接続装置を備えた直流ア
ーク炉の炉底部の垂直断面の概略図であり、第２
図は第１図の面Ａ―Ａによる水平断面図である。 （主な参照番号） １…炉底、２…鉄皮、３…
耐火レンガ、５…電極をなす鋼製ビレツト、７…
溶融金属、８…ターミナル部、９…スリーブ、１
０…溝、１１…ジヤケツト、１２…入口導管、１
３，１５…環状室、１４…出口導管、１６…水平
通路、１７，１８…リング継手、１９…プラグ、
２２…リング、２５…ケーブル、２６…底板、２
７…座金、２８…絶縁ブツシユ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 冶金容器の壁部に埋設され、１端部が該容器
   内の溶融金属と接触し、他端部は該容器の壁部の
   外側に突出し、給電端子と接続し且つ流体により
   冷却されている電気接続装置であつて、 ―１端部が溶融金属７と接触し、他端部が該容器
   の外側に突出するターミナル部８を構成するよ
   うに該容器の壁部を横断して埋設される棒状の
   金属体５と、 ―該金属体５の突出したターミナル部８の周りに
   接触配置され、給電端子に接続される、熱およ
   び電気伝導性の良い材料製のスリーブ９と、 ―冷却流体によりスリーブ９を冷却する手段と、 を備えることを特徴とする電気接続装置。 ２ 該金属体５のターミナル部８と該スリーブが
   円形断面をなし、該金属体５のターミナル部８の
   周りにスリーブ９を接触配置するのに長手方向の
   ほぞ接型の組立をしていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電気接続装置。 ３ 該スリーブ９は該金属体５のターミナル部８
   の端部を越えて延在して、その内部に空間を構成
   し、該空間内に該金属体５の端部に当接して耐火
   材料製のプラグが配置されていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項のいずれか
   に記載の電気接続装置。 ４ 上記したスリーブの冷却手段は、冷却流体の
   流通のための環状通路を画成するように該スリー
   ブを一定の距離で離間して取囲むジヤケツト１１
   を備え、該ジヤケツトには冷却流体供給源と接続
   した入口手段１２，１３および出口手段１４，１
   ５が設けられていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第３項のいずれか１項記載の電気
   接続装置。 ５ 上記したスリーブの冷却手段は、 ―該スリーブ９の外側側面に設けられ、その中を
   冷却流体が流れる少なくとも１本の溝１０と、 ―該スリーブの周りに配置されて上記溝１０を閉
   止し、該溝の両端部と連通し且つ冷却流体供給
   源とも連通する入口手段１２，１３および出口
   手段１４，１５を備えるジヤケツト１１と、 から構成されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の電気接
   続装置。 ６ 該スリーブの外側側面に縦方向の溝１０が設
   けられ、該溝は該スリーブの全周囲に分散してい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載
   の電気接続装置。 ７ 該スリーブの外側側面にらせん状の溝１０が
   設けられていることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項に記載の電気接続装置。 ８ 該スリーブの外側側面にはらせん状の複数の
   溝１０が設けられ、平行な冷却流体通路をなして
   いることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記
   載の電気接続装置。 ９ ジヤケツト１１の備える上記した冷却流体の
   入口手段および出口手段がジヤケツトの下方部分
   および上方部分にそれぞれ設けられ、該出口手段
   は、該ジヤケツトの上方部分で、該スリーブを取
   囲む環状ノド部３１を備え、該ノド部３１の内縁
   部は該溝１０の出側端部と連通し、外縁部は複数
   の水平通路１６を介して同心の環状出口室１５と
   連通し、該水平通路１６は該ジヤケツトの上方部
   分である肉厚部分の前面に設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項乃至第８項のい
   ずれか１項に記載の電気接続装置。 １０ 該ジヤケツト１１の上端部には環状のカラ
   ー２６が設けられ、該カラー２６は該ジヤケツト
   を該冶金容器の底壁上に固定する手段を備え、こ
   の固定手段は冶金容器の鉄皮２と該スリーブ９と
   の電気的絶縁をなす手段を備えていることを特徴
   とする特許請求の範囲第４項乃至第９項のいずれ
   か１項に記載の電気接続装置。 １１ 鋼溶解用の電気炉に用いられる上記特許請
   求の範囲のいずれか１項に記載の電気接続装置。 １２ 該電気炉が直流アーク炉である特許請求の
   範囲第１１項記載の電気接続装置。