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JPH06300467A - 直流アーク炉 - Google Patents

直流アーク炉

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Publication number
JPH06300467A
JPH06300467A JP5088802A JP8880293A JPH06300467A JP H06300467 A JPH06300467 A JP H06300467A JP 5088802 A JP5088802 A JP 5088802A JP 8880293 A JP8880293 A JP 8880293A JP H06300467 A JPH06300467 A JP H06300467A
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JP
Japan
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arc
furnace
current
voltage
conductors
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JP5088802A
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Inventor
Shinobu Nakajima
忍 中島
Isaharu Zenbou
勲治 前坊
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IHI Corp
Original Assignee
Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Priority to CN94190192A priority patent/CN1089430C/zh
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２本の上部電極間を備えて夫々の上部電極か
らのアークを炉本体中心側に向かわせるようにすること
により、原料の溶解効率の向上と、炉周壁部の損耗防止
及び本体の小型化を図る。 【構成】 底部に下部電極１を備えた炉本体２と、該炉
本体２の上部を閉塞するよう設けた炉蓋３と、水平方向
に所要の間隔を有して前記炉蓋３を上下に貫通するよう
配置した２本の上部電極１６，１７と、該上部電極１
６，１７の夫々を別個に昇降可能に支持する昇降装置１
８，１９と、前記上部電極１６，１７の夫々に接続し互
いに他方の上部電極１６，１７から離反する方向に延設
した上部導体２０，２１と、前記下部電極１に接続され
前記各上部導体２０，２１と同方向に延設された２本の
下部導体２２，２３と、前記一方の上下部導体２０，２
２の延設端間及び他方の上下部導体２１，２３の延設端
間の夫々に別個に配設した電源回路２４，２５とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スクラップ或いは銑鉄
をブロックとした冷鉄源等の原料を溶解する直流アーク
炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、スクラップ等の原料を溶解す
る際に図５に示すような直流アーク炉が用いられてい
る。
【０００３】直流アーク炉は、その一例を図５に示すよ
うに、底部に下部電極１（陽極）を備えた炉本体２と、
該炉本体２の上部を閉塞するよう設けた炉蓋３と、該炉
蓋３を上下に貫通して昇降可能に備えた１本の上部電極
４と、前記下部電極１に接続して半径方向に延設した下
部導体５と、前記上部電極４に接続して半径方向に延設
した上部導体６と、前記下部導体５と上部導体６の延設
端間に配設され、交流電源７に接続された変圧器８、及
び整流器９からなる電源回路１０とを備えるようにして
いる。
【０００４】スクラップ等の原料１１の溶解を行うに当
っては、前記炉蓋３を上昇させて外方に退去させること
により炉本体２の上部を開放した後、原料１１をバケッ
ト等を用いて炉本体２内に装入し、続いて前記炉蓋３に
より炉本体２を閉塞し、電源回路１０により上下部電極
１，４間に大電流を通電させて、上下部電極１，４間に
アーク１２を発生させつつ上部電極４を所定位置まで徐
々に下降させて原料１１の溶解を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記図５に示
した従来の直流アーク炉においては、上下部電極１，４
間に生じるアーク１２が偏向された方向に発生するとい
う問題を有していた。
【０００６】即ち、前記下部電極１に接続された下部導
体５と上部電極４に接続された上部導体６は、炉本体２
に対して半径方向に設けられており、且つ上部導体６は
炉蓋３の更に上方に昇降可能に設けられる反面、下部導
体５は炉本体２の下部に大きなスペースをとることがで
きないためにアーク１２の発生部に近い位置となり、こ
のために下部導体５を流れる大電流によって生じる強力
な磁界１３が前記アーク１２に作用することになる。こ
の磁界１３は、矢印で示すように下部導体５を下部電極
１に向かって流れる大電流により、右ねじの法則によっ
て右回りに発生する。
【０００７】前記アーク１２により上部電極４に矢印で
示すように上向きで流れる電流は、前記磁界１３を横切
ることになるために、この電流の向き（上向き）と磁界
１３の向き（図５の紙面に直交して手前から紙面を突き
抜ける方向）から、フレーミング左手の法則により前記
アーク１２は、下部導体５が延設されている半径方向と
は反対の方向（左方向）の炉周壁部１４に向かう力Ｆを
受けることになり、よって炉本体２の中心に装入された
原料１１がアーク１２が偏向された方向にのみ積極的に
溶解されることになり、偏向方向と反対側において原料
１１が溶解されにくくなって溶け残りが生じたり、ホッ
トスポットを生じて炉内温度が不均一になり溶解効率が
著しく低下する等の問題を有していた。
【０００８】更に、アーク１２が偏向されることによ
り、アーク１２が炉周壁部１４に向かうために炉周壁部
１４が損傷する問題があり、またこのために、アーク１
２によって炉周壁部１４が損傷しないように上部電極４
と炉周壁部１４との間に十分な間隔を保持させるように
した場合には炉本体２が大型化してしまう問題を有して
いた。
【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなし
たもので、２本の上部電極を備えて夫々の電源回路に接
続された電極間に発生するアークを炉本体中心側に向か
わせるようにすることにより、原料の溶解効率の向上
と、炉周壁部の損耗防止及び本体の小型化を図るように
し、またアークの偏向量を変更可能にして未溶解原料の
集中的な溶解促進或いはホットスポットの解消を図るこ
とができる直流アーク炉を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、底部
に下部電極を備えた炉本体と、該炉本体の上部を閉塞す
るよう設けた炉蓋と、水平方向に所要の間隔を有して前
記炉蓋を上下に貫通するよう配置した２本の上部電極
と、該上部電極の夫々を別個に昇降可能に支持する昇降
装置と、前記上部電極の夫々に接続し互いに他方の上部
電極から離反する方向に延設した上部導体と、前記下部
電極に接続され前記各上部導体と同方向に延設された２
本の下部導体と、前記一方の上下部導体の延設端間及び
他方の上下部導体の延設端間の夫々に別個に配設した電
源回路とを備えたことを特徴とする直流アーク炉であ
る。
【００１１】請求項２の発明では、電源回路に整流器
と、該整流器に接続されている交流電源の電流を検出す
る電流検出装置又は整流した後の直流電流を検出する電
流検出装置と、該電流検出装置の検出電流値が設定電流
値と一致するように前記整流器の出力電圧を制御するア
ーク電流制御装置と、上下部導体間の電圧を検出する電
圧検出装置と、電圧検出装置の検出電圧が設定電圧値と
一致するように前記昇降装置の昇降を制御するアーク電
圧制御装置を備えると共に、各アーク電流制御装置と各
アーク電圧制御装置の夫々に設定値を指令するアーク偏
向指令装置を備えることを特徴とする直流アーク炉であ
る。
【００１２】
【作用】請求項１の発明では、２本配設した上部電極の
夫々に接続した上部導体を、互いに他方の上部電極から
離反する方向に延設し、且つ下部電極に２本の電極を接
続して前記各上部導体と同方向に夫々延設し、一方の上
部導体と下部導体の延設端間と、他方の上部導体と下部
導体の延設端間の夫々に別個の電源回路を配設するよう
にしているので、一方の上下部電極間に発生するアーク
と、他方の上下部電極間に発生するアークとが、夫々の
下部導体を流れる電流が作る磁界の影響によって下部導
体が延設されている方向と反対の方向への力を受け、夫
々のアークが炉本体の中心側に向かう力を受ける。ま
た、炉底電極から炉上電極を通って上部導体へと垂直方
向に流れる電流によって生じる磁界により、前述のフレ
ミングの左手の法則により説明される力が発生し、互の
アークは炉中心方向への力を受ける。この２つの力によ
りアークは炉本体の中央に向かうようになるので、炉本
体の中心に供給された原料が効果的に溶解されるように
なり、且つ炉内温度が対称となるので、原料の溶解効率
が向上される。また、アークが炉本体の中心側に向かう
ために炉周壁部の損傷を防止することができ、よって炉
周壁部と上部電極との間を近付けて炉本体を小型化する
ことができる。
【００１３】請求項２の発明では、電源回路が、整流器
に接続されている交流電源の電流又は整流した後の直流
電流が設定電流値と一致するように出力電圧を制御する
アーク電流制御装置と、上部導体と下部導体との間の電
圧が設定電圧値と一致するように上部電極の昇降を制御
するアーク電圧制御装置と、前記各アーク電流制御装置
と各アーク電圧制御装置の夫々に設定値を指令するアー
ク偏向指令装置とを備えた構成を有しているので、一方
の電源回路における電圧と電流を所定の設定値で固定し
た状態で、他方の電源回路における電圧と電流の大きさ
を上部電極の上下位置を変えることで変更すると、アー
ク長が変化してアークの偏向量が変化し、よって炉本体
内の未溶解原料の集中的な溶解促進を図ったり、或いは
前記操作を一方と他方の電源回路において繰り返すこと
によりホットスポットの発生を解消して、より均一な温
度での効率的な原料の溶解が可能となる。
【００１４】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明
する。
【００１５】図１及び図２は請求項１及び２の発明の一
実施例を示したもので、底部に下部電極１を備え平面形
状が長円をなした炉本体２の上部に、炉本体２を閉塞す
る炉蓋３を設け、該炉蓋３の略中心位置に原料投入口１
５を形成し、更に前記炉蓋３における前記原料投入口１
５を前記長円の長手方向に挟む位置に２本の上部電極１
６，１７を貫通配置し、該上部電極１６，１７の夫々
を、昇降装置１８，１９により別個に昇降可能に支持す
るようにする。
【００１６】前記一方の上部電極１６に上部導体２０を
接続して、該上部導体２０を他方の上部電極１７から離
反する方向に延設し、また他方の上部電極１７に上部導
体２１を接続して、該上部導体２１を前記一方の上部電
極１６から離反する方向に延設し、更に下部電極１に２
本の下部導体２２，２３を接続して、該下部導体２２，
２３の夫々を前記上部導体２０，２１の夫々と同方向に
延設し、前記一方の上部導体２０と一方の下部導体２２
の延設端間に一方の電源回路２４を配設し、また他方の
上部導体２１と他方の下部導体２３の延設端間に他方の
電源回路２５を配設する（請求項１）。
【００１７】更に、前記電源回路２４，２５を、三相の
交流電源２６に接続された整流器（サイリスタ）２７，
２８と、該整流器２７，２８に接続されている交流電源
２６の電流を検出する電流検出装置２９，３０または整
流後の直流電流を検出する電流検出装置２９’，３０’
と、該電流検出装置２９，３０または２９’，３０’の
検出電流が設定電流値と一致するように前記整流器２
７，２８の出力電圧を制御するアーク電流制御装置３
１，３２と、上下部導体２０，２２間及び２１，２３間
の電圧を検出する電圧検出装置３３，３４と、該電圧検
出装置３３，３４の検出電圧が設定電圧値と一致するよ
うに前記昇降装置１８，１９の昇降を制御するアーク電
圧制御装置３５，３６とにより構成し、更に前記各アー
ク電流制御装置３１，３２と各アーク電圧制御装置３
５，３６の夫々に設定電流値３７，３８及び設定電圧値
３９，４０を指令するためのアーク偏向指令装置４１を
備える（請求項２）。
【００１８】次に上記実施例の作用を説明する。
【００１９】（請求項１）前記したように、２本配設し
た上部電極１６，１７の夫々に接続した上部導体２０，
２１を、互いに他方の上部電極１６，１７から離反する
方向に延設し、且つ下部電極１に２本の下部導体２２，
２３を接続して前記各上部導体２０，２１と同方向に夫
々延設し、一方の上下部導体２０，２２の延設端間と、
他方の上下部導体２１，２３の延設端間の夫々に、別個
の電源回路２４，２５を配設するようにしているので、
一方の上下部電極１，１６間に発生するアーク１２ａ
と、他方の上下部電極１，１７間に発生するアーク１２
ｂとが、夫々の下部導体２２，２３を流れる電流が作る
磁界の影響によって、図５の場合と同様に、下部導体２
２，２３が延設されている方向と反対の方向への力Ｆを
夫々受けるとともに下部電極１から上部電極１６，１７
を通って垂直に上方に向って流れる電流による磁界によ
って生じる力を受けることになり、夫々のアーク１２
ａ，１２ｂが炉本体２の中心側に向かうようになる。
【００２０】従って、炉本体２の中心に供給された原料
１１が効果的に溶解されるようになり、しかも炉内温度
が対称となるので、原料１１の溶解効率が向上される。
また、アーク１２ａ，１２ｂが炉本体２の中心側に向か
うために炉周壁部１４の損傷を防止することができ、よ
って炉周壁部１４と上部電極１６，１７との間を近付け
て炉本体２を小型化することができる。
【００２１】また、上記したように２本の上部電極１
６，１７を備えるようにすると、炉中心上部に空間がで
きるため、この空間部に原料投入口１５を設けることが
でき、よって該原料投入口１５からスクラップ等の原料
１１を炉本体２の中心に向かって連続的に装入すること
が可能となり、この場合炉本体２の中心部に未溶解原料
が滞留する状態となるので、前記アーク１２ａ，１２ｂ
を炉本体２の中心側に偏向すると、溶解効率を向上させ
る上で更に有利となる。
【００２２】（請求項２）電源回路２４，２５を、交流
電源２６の電流または整流後の直流電流が設定電流値と
なるように整流器２７，２８の出力電圧を制御するアー
ク電流制御装置３１，３２と、上下部導体２０，２２間
及び２１，２３間の電圧が設定電圧値と一致するように
上部電極１６，１７の昇降を制御するアーク電圧制御装
置３５，３６と、前記各アーク電流制御装置３１，３２
及び各アーク電圧制御装置３５，３６の夫々に設定値を
指令するアーク偏向指令装置４１を備えた構成としてい
るので、アーク電流とアーク電圧を変更させてアーク１
２ａ，１２ｂの偏向量を変化させることができる。
【００２３】電源回路２４，２５によりアーク１２ａ，
１２ｂを発生させるときのアーク電圧は、アーク長に略
比例する（アーク長が短くなると大電流が流れて電圧が
下がる）ことから、電流×アーク長＝一定（アーク電力
一定）の条件を基に、下部導体２２，２３によってアー
ク１２ａ，１２ｂの発生部に働く磁界１３（図５）の強
さＨを計算し、アーク１２ａ，１２ｂの偏向量が前記磁
界１３の強さＨに比例すると仮定し、上部電極１６，１
７間距離を４ｍとした時の実験的に得られた定数を比例
係数として、アーク１２ａ，１２ｂの偏向量を求めた。
【００２４】図３は、２つの電源回路２４，２５の電力
投入条件を同じにした場合のアーク１２ａ，１２ｂの偏
向を示したもので、この場合アーク電流とアーク長の組
合わせをＡ，Ｂ，Ｃのように変化させても、アーク１２
ａ，１２ｂのアーク点４２ａ，４２ｂは変化しないこと
を示している。
【００２５】図４は、一方の電源回路２５の条件を固定
（アーク１２ｂのアーク長が短く、アーク電流大の状
態）して、他方の電源回路２４のアーク１２ａのアーク
長を長くするように昇降装置１８により上部電極１６の
上下位置を調節してやると、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄのようにア
ーク１２ａのアーク点４２ａが炉中心側に向かって変化
することを示している。
【００２６】従って、このようにしてアーク長を偏向す
ることにより、アーク点４２ａを上部電極１６，１７間
で横方向に移動させて、アーク１２ａを未溶解の原料１
１に積極的に向かわせるようにして原料１１の溶け残り
を更に防止することができ、更に上記操作を左右の電源
回路２４，２５において交互に行なうようにすると、上
部電極１６，１７を結ぶ線上において所要の範囲で均一
な電力投入を行なうことができて、ホットスポットの発
生を解消し、より均一な温度で効率的な溶解を行わせる
ことができる。
【００２７】尚、本発明は前記実施例にのみ限定される
ものではなく、炉本体の形状には種々の形状のものを採
用し得ること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内
に於いて種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００２８】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、２本配設した
上部電極の夫々に接続した上部導体を、互いに他方の上
部電極から離反する方向に延設し、且つ下部電極に２本
の電極を接続して前記各上部導体と同方向に夫々延設
し、一方の上下部導体の延設端間と、他方の上下部導体
の延設端間の夫々に別個の電源回路を配設するようにし
たことにより、一方の上下部電極間と他方の上下部電極
間に発生するアークが、炉本体の中心側に向かうように
偏向されて炉本体の中心に供給された原料が効果的に溶
解されるようになり、しかも炉内温度が対称となるの
で、原料の溶解効率が向上される。また、アークが炉本
体の中心側に向かうために炉周壁部の損傷を防止するこ
とができ、よって炉周壁部と上部電極との間を近付けて
炉本体を小型化することができる。
【００２９】請求項２の発明によれば、電源回路を、交
流電源の電流が設定電流値と一致するように整流器の出
力電圧を制御するアーク電流制御装置と、一方と他方の
上下部導体間の電圧が設定電圧値と一致するように各上
部電極の昇降を別個に制御するアーク電圧制御装置とを
設け、更に前記各アーク電流制御装置及び各アーク電圧
制御装置の夫々に設定値を指令するアーク偏向指令装置
を備えるようにしているので、一方の上下部電極間のア
ーク電圧とアーク電流を一定にし、他方の上下部電極間
のアーク電圧とアーク電流を変更させることによってア
ークの偏向量を変化させることができ、よって炉内の未
溶解原料の集中的な溶解促進を図ったり、或いはアーク
点を所要の範囲で移動させることによりホットスポット
の発生を解消して均一温度での溶解を行なわせることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す切断正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。
【図３】一方と他方の電源回路のアーク電圧とアーク電
流を一定とした場合のアークのアーク点の位置を計算値
によって示したグラフである。
【図４】一方の電源回路のアーク電圧とアーク電流を固
定し、他方の電源回路のアーク電圧とアーク電流を変化
させたときのアークのアーク点が移動することを計算値
によって示したグラフである。
【図５】従来の直流アーク炉の一例を示す切断側面図で
ある。
【符号の説明】
１ 下部電極 ２ 炉本体 ３ 炉蓋 １６ 上部電極 １７ 上部電極 １８ 昇降装置 １９ 昇降装置 ２０ 上部導体 ２１ 上部導体 ２２ 下部導体 ２３ 下部導体 ２４ 電源回路 ２５ 電源回路 ２６ 交流電源 ２７ 整流器 ２８ 整流器 ２９ 電流検出装置 ２９’ 電流検出装置 ３０ 電流検出装置 ３０’ 電流検出装置 ３１ アーク電流制御装置 ３２ アーク電流制御装置 ３３ 電圧検出装置 ３４ 電圧検出装置 ３５ アーク電圧制御装置 ３６ アーク電圧制御装置 ３７ 設定電流値 ３８ 設定電流値 ３９ 設定電圧値 ４０ 設定電圧値 ４１ アーク偏向指令装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 底部に下部電極を備えた炉本体と、該炉
    本体の上部を閉塞するよう設けた炉蓋と、水平方向に所
    要の間隔を有して前記炉蓋を上下に貫通するよう配置し
    た２本の上部電極と、該上部電極の夫々を別個に昇降可
    能に支持する昇降装置と、前記上部電極の夫々に接続し
    互いに他方の上部電極から離反する方向に延設した上部
    導体と、前記下部電極に接続され前記各上部導体と同方
    向に延設された２本の下部導体と、前記一方の上下部導
    体の延設端間及び他方の上下部導体の延設端間の夫々に
    別個に配設した電源回路とを備えたことを特徴とする直
    流アーク炉。
  2. 【請求項２】 電源回路が整流器と、該整流器に接続さ
    れている交流電源の電流を検出する電流検出装置又は整
    流した後の直流電流を検出する電流検出装置と、該電流
    検出装置の検出電流値が設定電流値と一致するように前
    記整流器の出力電圧を制御するアーク電流制御装置と、
    上下部導体間の電圧を検出する電圧検出装置と、電圧検
    出装置の検出電圧が設定電圧値と一致するように前記昇
    降装置の昇降を制御するアーク電圧制御装置を備えてい
    ると共に、各アーク電流制御装置と各アーク電圧制御装
    置の夫々に設定値を指令するアーク偏向指令装置を備え
    ていることを特徴とする請求項１に記載の直流アーク
    炉。
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