JPS6343676B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直流電気冶金炉の炉壁、より一般的
には炉底に貫設された電気接続装置に関する。

このような電気接続装置の一端は、例えば溶鋼
の如き炉内に収容された溶融金属と接触して、他
端は直流電源の端子に接続している。通常、電源
の他端子は、金属浴上わずかな上方に通常位置し
ている１個以上の可動可能な天井電極と接続して
おり、電極と炉表面の間で金属を溶解したり加工
したりするための熱エネルギーを供給する電気ア
ークを発生、維持する。

そのような電気接続は炉床電極として、鉄鋼業
において、特に保温用または精錬用取鍋また固体
金属を含有する材料を溶解するためのアーク炉用
に用いられるものとして公知である。

この分野で遭遇する基本的問題の一つは、炉床
電極の寿命に関するものであつて、該炉床電極は
溶融金属浴と接触するために激しい熱応力を受
け、特にアーク炉については40000A以上に達す
る大電流が電極間を通過するために激しい熱応力
を受ける。

これらの問題を研究した本出願人は、1984年11
月６日のフランス特許出願第84／17323号で、非
常に長い操業に特に適合する直流アーク炉のため
の炉床電極を提案した。この炉床電極は、その一
端が炉内の溶融金属と接触し、且つ炉壁を貫通す
る金属棒体からなり、金属棒体の他端部は熱及び
電気伝導性金属の優れた材料、好ましくは銅から
なるスリーブに包囲されている。水の循環によつ
て冷却されるこのベアリングは、初めはある距離
で棒体を包囲して、両者の間に分離空間を形成し
ている。金属棒体は、炉が作動する時、すなわち
“高温操業”時、部分的に溶融し、その後電流を
切つた後に棒体が冷却する時の“冷却”時に回復
する。このような構成をしているので、金属棒体
は、炉の溶解／再凝固が繰り返すと、スリーブ内
で縦方向に収縮したり膨張する。

更に、鋼製の棒体は冷却スリーブ中に包囲され
ている一端で、熱及び電気伝導性の優れた材料、
例えば銅からなるプラグを装備しており、該プラ
グはスリーブと同様に、冷却流体が内部を循環し
ている。また、上記プラグは電源の端子と接続し
ている。

この型式の炉床電極は優れた結果を生み出す。
しかしながら、炉の操業停止時（すなわち“冷却
時”）、棒体に取り付けられたプラグはスリーブを
上昇する滑動部のように振舞い、しかもこの上昇
は再融解／再凝固サイクルの間に引き続いて繰り
返され、結果として金属浴と接触している一端の
消耗のために炉床電極がしだいに消失すること
が、変位センサーを使つて観察することができ
た。

本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決す
ることにあり、更に詳細には、長い耐用寿命の炉
床電極を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に従うと、直
流冶金炉、特に治金アーク炉の炉壁、より一般的
には炉底部に貫設された電気接続装置であつて、 −１端が炉の内面と同じ高さであり、他端がプラ
グの形で一体に伸びている金属棒体からなる内
側部材と、 −上記の内側部材を包囲する熱伝導性の優れた材
料からなり、炉の鉄皮に固定され且つ冷却流体
循環路を有するスリーブと、 −該金属棒体を電源へ接続する手段とからなる型
式の電気接続装置において、 −分離空間がスリーブと金属棒体の間に形成され
て、スリーブ内での該金属棒体の熱膨張及び収
縮を可能にし、 −上記内側部材を組立時の初期の位置に戻すよう
作用する。上記内側部材のための弾性係止シス
テムを含む、 ことを特徴とする直流冶金炉の炉壁に貫設された
電気接続装置が提供される。

本発明の好ましい態様に従うと、プラグは熱及
び電気伝導性に優れた材料、特に銅もしくは銅合
金からなつており、プラグは例えば水のような冷
却用流体を内部循環されることで強制冷却され
る。

この場合、プラグは電源の一端子に接続してい
ることが好都合にあり、このようにして金属棒体
の電気的接続が確実となる。

本発明の別の態様に従うと、スリーブも良導電
性材料から構成されており、金属棒体は炉の“高
温”時にスリーブと接触したとき、金属棒体の側
面でスリーブと電気接続できる。

容易に理解されるように、弾性係止システム
は、再溶解段階において、プラグとともに金属棒
体が、組み立て時に決められた一定の位置に戻る
ことを確実にしている。このようなプラグと金属
棒体の滑動は、金属棒体がスリーブ中を滑動でき
るので容易に実行される。

すべての実際の現象は今だに完全に解明される
と考えられできないが、本発明をもつと容易に理
解ならしめるために、金属の再凝固／再融解の際
の電極部の挙動を説明する。

最初に、交流式であろうと直流式であろうとア
ーク炉は、通常、炉底部に、小さなキヤツプを有
しており、該キヤツプ内には、“ホツトヒール”
（hot heel）と呼称される少量の金属が各々の鋳
込後保存されて、この少量の金属が新たな金属塊
の溶解を再開するのを容易たらしめることを記憶
しておくべきである。勿論、直流アーク炉に関す
る場合、炉床電極がキヤツプ内に突入している限
り、上記“ホツトヒール”は、その機能を果たし
得る。

“冷却”時、すなわち二つの引き続く溶解操作
の間の炉の操業停止中、“ホツトヒール”が凝固
すると、キヤツプの底部に固着し、従つて徐々に
冷却する金属棒体の熱収縮中、金属棒体がスリー
ブ中を上昇する。このようにして冷却サイクルの
終わりには、炉床電極の可動部分の縦方向の収縮
は数mmにも達し得ることがわかつた。

冷却時は、金属棒体の半径方向の収縮のため、
金属棒体と冷却スリーブの間に形成された分離空
間は回復して、金属棒体が滑動することができ、
その結果、金属棒体が上昇することができる。ス
リーブ内での金属棒体のこの上昇には、弾性係止
システムの付勢力が伴う（上記弾性係止システム
は圧縮バネか引張バネのシステムかに依存して圧
縮したり収縮したりする）。

これに対して、“高温”状態、すなわち冶金炉
が作動するとき、“ホツトヒール”が最初に溶解
する。容器底部の耐火性ライニングに埋設した冷
却されれない金属棒体の上部の溶融が引き続いて
生ずる。

この結果、前回の凝固の間に形成された耐火性
ライニング内の金属棒体の埋込み部分が大部分消
失する。しかしながら、このことは可動部が、自
重のために組立時に決められた最初の位置に戻る
ことを確実にするには普通十分ではない。

前回の収縮の結果応力が今だに加わつている際
の弾性固定システムは、その後平衡状態を取り戻
し、そして炉の外側に金属棒体を押すことで、棒
体は最初の位置に戻る。

この点では、金属棒体とスリーブとの間に形成
される分離空間の存在が係止システムの回復作用
を促進することを明記しておこう。実際、金属棒
体の金属は加熱されると半径方向に広がる結果、
この分離空間を充満する一方、同時に堅さを失
い、従つてスリーブに常に側面圧を及ぼすことが
なくなり、その結果係止システムの回復力はさま
たげられる。しかしながら、金属棒体が半径方向
に広がり、スリーブに対しての分離空間を全く充
満する前に、弾性係止システムが回復作用を及ぼ
すことが可能である。正確な機構は特に詳細に記
載しなければならない。というのは上記の機構は
例えば金属棒体の大きさ、回復システムの対向力
の大きさ、耐火性ライニングの厚さなどに依存す
るからである。

それでもやはり、弾性係止システムは、“冷却”
状態下の金属棒体とスリーブとの間の分離空間と
協働して、再溶解ごとに最初の位置に金属棒体を
確実に戻して、スリーブ内での長手方向の収縮の
累積効果の結果、金属棒体が消耗する可能性をも
防止している。

本発明の他の効果と特徴は、添付の図面を参照
する以下の実施例の記述より明瞭になろう。

実施例 第１図で図式的に示したアーク炉は、耐火性ラ
イニング３で内張りした鉄皮２からなる。

金属体４は、この金属体と、直流電源（図示せ
ず）の同じ負端子に接続しているグラフアイト製
の天井電極５（実施例では天井電極が２つ示され
ている）の端部との間に保持された電気アークに
よつて炉内で溶解される。電気回路はこれらの電
極間の金属浴と本発明の接続装置６によつて閉鎖
されている。図示の如く、本発明の装置は、鋼製
のビレツトによつて形成され炉底８を貫通して装
備されている金属棒体７を備え、この金属棒体の
上端は溶融浴と接触している。通常、この接触は
炉の低い部分に形成されたキヤツプの形をした底
部に形成され、該炉底部分には金属が永久的に保
持される。この金属は“ホツトヒール”と通常呼
ばれ意図的に固体のバツチの溶融を容易にするた
め用いられる。

その反対側にビレツト７が伸び、下部９では、
水の内部循環によつて冷却されたねじ込み銅プラ
グ１０の形をしている。

第２図を詳細に見るとわかるように、ビレツト
の下部９及びプラグ１０の上部は、冷却された銅
からなるスリーブ１１内に嵌挿され、該スリーブ
１１はある距離でビレツト７を包囲して分離空間
１２を形成している。分離空間１２は、電気が炉
に供給されるときビレツトの半径方向の膨張の結
果充満される。

これに比較して、スリーブ１１とプラグ１０の
間では、共に冷却されると、プラグ１０がスリー
ブ１１内で滑動できることを確実にする案内のた
めの間隙が残つているだけである。

上記の実施例においては、ビレツト７のスリー
ブに包囲された端部９の長さはちようど、金属棒
体７の熱伸張及び収縮のサイクルの間、プラグ１
０が常にスリーブ１１内を、すなわち銅対銅で滑
動することを十分に確実とする程度のものであ
る。

更に、図示した実施例においては、ビレツト
７、スリーブ１１及びプラグ１０は環状断面をし
ている。

ここで、ビレツト７はスリーブ１１とプラグ１
０の両者によつて冷却される。このようにして、
スリーブ１１は外側面で互いに平行ならせん形の
溝１３を有する。

これらの溝１３は、ビレツト１１に対して設置
された金属ジヤケツト１４によつて液密に閉止さ
れ、冷却流体、好ましくは脱イオン水である流体
のための入口手段１５及び１５′及び出口手段１
６及び１６′をその両端に備える。

プラグ１０の下部は凹所をなしており、下端が
開口している実質的に円筒状空洞１７が形成され
ている。金属の芯材１８が空洞１７に収容されて
いる。全体として円筒形のこの芯材１８は冷却水
の循環のために前方溝１９と側方溝２０を有して
いる。

空洞１７は、Ｏ−リング２１を間挿したねじ２
４を介してプラグ１０の下端に取りつけた金属板
２３によつて液密に封止されている。金属板２３
には入口及び出口２５，２６を液密に接続するた
めに２個の開口部が設けられている。

スリーブとジヤネツトからなる組立部品は、ス
リーブ１１の上端及び下端にそれぞれ配置された
Ｏ−リング２７，２８によつて水圧封止される。

ビレツト７の電気接続は、スリーブ１１及びプ
ラグ１０によつて形成される。このようにして、
これらは金属棒体を接続する電気回路の２個の並
列分枝を形成しており、上記回路は電源（図示せ
ず）の端子に接続し、スリーブ１１及びプラグ１
０の両者と接触するように構成された銅板２９に
よつて完成される。

プラグ１０の通路用開口部を有する銅板２９
は、ボルト３０によつてスリーブ１１の下端に固
定されている。

炉床電極の内側部材７及び１０が滑動できるよ
うな十分な機械的間隙を保持するためには、滑動
電気接点が、一方ではプラグ１０、他方ではスリ
ーブ１１及び銅板２９の間に配備されている。

図示した態様によると、これらの電気接点は
“板ばね”タイプの要素から構成された３つの銅
製のリング３１からなり、各々のリングはスリー
ブ１１及び接続板２９の内周面につくられた環状
スロツト３２に挿入される結果、リング３１の可
撓性の部分はプラグ１０の側面と永久的な弾性接
続をしている。

本発明の重要な特徴によると、炉床電極の滑動
する部分７及び１０のための弾性係止システム
は、（電気を電気炉に供給する）再溶解の間、こ
れらの部分（すなわち、一体的に形成されたビレ
ツト７及びプラグ１０）を、組立て時の最初の位
置に戻すことができるよう構成されている。

第２図に図示された態様では、弾性係止システ
ムは主として二個づつ対向する円錐が積み重ねら
れた“ベルビル”座金と呼ばれている円錐状座金
３３より構成される圧縮バネよりなる。これらの
バネは案内支柱３４の周囲に配置される。バネの
一端は滑動する部分７及び１０に固定された可動
止め具に当接し、他端は炉の鉄皮２と一体であ
り、該鉄皮と可動止め具の間に位置する固定止め
具に当接している。実施例として図示した態様で
は、固定止め具は電気接続板、すなわち銅板２９
自体から構成され、一方、可動止め具はプラグ１
０の空洞１７を閉じる板２３に溶接によつて接合
された滑動ベアリング３５によつて形成されてい
る。

支柱３４はねじ込みによつて銅板２９に固定さ
れている。

多くの“ベルビル”座金よりなる衝撃吸収体３
６を、バネの自由端の側に位置するのが好都合で
ある。この衝撃吸収体３６は案内支柱３４に沿つ
て滑動するベアリング３５と締付けナツト３７と
の間に装備され、バネに働く初期収縮力の調整を
可能にしている。各々のバネの端部に平面ベアリ
ング座金３８が装備されているのが好ましい。

本発明の装置は底板３９によつて全体として炉
の鉄皮２に固定され、底板３９にはジヤケツト１
４が溶接ビード４０によつて固着されている。上
記底板３９は電気的絶縁板４１を間挿して鉄皮２
の下に固定されている。炉の鉄皮２に底板３９と
上記絶縁板４１と固定するねじ４２を挿入するた
め、これらの板に孔が設けられている。炉の鉄皮
２の電気的絶縁を保持するために、絶縁座金３４
の完備された電気的絶縁ドラム４３がねじ４２に
対して配設された各々の孔に導入されている。

勿論、本発明は決して上記態様に限定されず、
添付の特許請求の範囲で上記の特徴を残すならば
他の態様でもよい。

このように、“板ばね”型の構成要素によつて
形成される銅製の環状リングからなる電気接点３
１は、必ずしもプラグ１０を弾性的に当接する必
要はないが、勿論スリーブ１１及び銅板２９に当
接でき、この場合これらのリングが収容されてい
るスロツトはプラグの側面に設けられている。

更に、鋼製ビレツト用の電気コネクターとし
て、スリーブ１１の底部に取りつけた鋼板２９以
外の手段を使用してもよい。

例えば、固定板３９自体を電気コネクタとして
使用することができ、この場合該板は銅からなつ
ているのが好都合である。

滑動する部分７及び１０を弾性的に係止する手
段としても上記以外の手段を採用することが可能
である。例えば、多数の“ベルビル
（Belleville）”座金３３からなる圧縮バネを有す
るシステムの変わりに、再凝固期に金属棒体が収
縮する結果拡張するような引張バネを有するシス
テムを用いてもよい。この場合、可動止め具３５
を炉の鉄皮２とバネの固定止め具の間に配置しな
ければならないことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、縦断面図で、底部に本発明の接続装
置を装備した直流冶金アーク炉の該略図であり、
第２図は、縦断面図であつて、本発明の接続装置
の詳細拡大図である。 〔主な参照番号〕 ２…鉄皮、３…耐火性ライ
ニング、４…金属浴、５…天井電極、６…接続装
置、７…ビレツト、８…炉底、９…ビレツトの下
部、１０…プラグ、１１…スリーブ、１２…分離
空間、１３…平行ならせん形溝、１４…金属ジヤ
ケツト、１５，１５′…入口手段、１６，１６′…
出口手段、１７…円筒状空洞、１８…金属の芯
材、１９…前方溝、２０…側方溝、２１，２７，
２８…Ｏ−リング、２３…金属板、２９…接続銅
板、３１…銅製リング、３２…環状スロツト、３
３…円錐状座金（ベルビル）、３４…支柱、３５
…ベアリング、３７…ナツト、３８…平面ベアリ
ング座金、３９…底板、４１…電気的絶縁板、４
２…ねじ、４３…電気的絶縁ドラム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流冶金炉、特に冶金アーク炉の炉壁に貫設
   された電気接続装置であつて、 −１端が炉の内面と同じ高さであり、他端がプラ
   グ１０の形で一体に伸びている金属棒体７から
   なる内側部材と、 −上記の内側部材７及び１０を包囲する熱伝導性
   の優れた材料からなり、炉の鉄皮２に固定され
   且つ冷却流体循環路１３を有するスリーブ１１
   と、 −該金属棒体を電源へ接続する手段２０及び３１
   とからなる型式の電気接続装置において、 −分離空間１２がスリーブ１１と金属棒体７の間
   に形成されて、スリーブ内での該金属棒体の熱
   膨張及び収縮を可能にし、 −上記内側部材を組立時の初期の位置に戻すよう
   作用する上記内側部材７及び１０のための弾性
   係止システムを含む、 ことを特徴とする直流冶金炉の炉壁に貫設された
   電気接続装置。 ２ 上記弾性係止システムが、炉の鉄皮２に取り
   付けられた固定止め具２９と、内側部材７及び１
   ０に固定された可動止め具３５との間に装備され
   たバネ集合体よりな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 上記バネが圧縮バネであり、固定止め具２９
   が炉の鉄皮２ト可動止め具３５との間に位置して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の電気接続装置。 ４ 可動止め具３５を案内する支柱３４の周囲に
   上記バネが装備されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項又は第３項記載の電気接続装
   置。 ５ 上記可動止め具が、案内支柱３４に沿つて滑
   動して且つプラグ１０に固定されたベアリング３
   ５からなることを特徴とする特許請求の範囲第４
   項記載の装置。 ６ 該バネ集合体が円維状金属座金の集合体から
   なることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   の装置。 ７ 衝撃吸収体３６が、該バネ集合体の延長上の
   可動止め具３５を越えた部分に配置されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の装
   置。 ８ プラグ１０が良好な導電性材料からなり、金
   属棒体７がプラグを介して電源に接続され、該プ
   ラグが内部に冷却流体循環路１９と２０を有して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ９ スリーブ１１も良好な導電性材料からなり、
   スリーブ１１と同一の電源端子にプラグ１０を接
   続する接続手段２９が装備され、その結果、プラ
   グ１０及びスリーブ１１が、金属棒体７を接続す
   る電気回路の二つの並列な分枝を形成しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の装
   置。