(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を溶解するための直流電気アーク炉のための電極であって、前記炉の底部に収容されるよう適合しており、
−バイメタルの棒（２）であって、その長手方向に沿って、第一鉄部（４、５）であってその第一端が炉内の金属槽と接触する鉄部と、第二銅部（６、７）であって前記第一鉄部（４、５）の第二端に溶接された銅部とを備える棒（２）； 
−前記バイメタルの棒（２）を冷却する複数の冷却手段（３）；
−前記第二銅部（６、７）内に得られる空洞部（５０）であって、前記複数の冷却手段（３）が少なくとも部分的に収容される空洞部（５０）；
−前記空洞部（５０）と前記複数の冷却手段（２）との間の間隙；
とを備え、前記複数の冷却手段（３）は、
−該複数の冷却手段（３）の第一端に設置された収集部（１７）であって、該収集部（１７）を、前記第一鉄部（４、５）に隣接した前記間隙の第一部に通じさせる複数の通路（２０）の備わる端部壁を有する収集部（１７）；
−冷却液を前記収集部（１７）に運ぶ第一管（１９）；
とを備え、
前記収集部（１７）は、前記バイメタルの棒（２）の長手方向に直交する、前記第一管の断面領域の少なくとも１．５倍の断面領域を有し、
前記複数の通路（２０）の各々の長手方向は実質的に、各排出部に接する平面に対して垂直であって、複数の冷却液のジェットは、前記第一鉄部（４、５）に隣接する空洞部（５０）の第一表面（２３）に対して実質的に垂直であって、前記間隙の前記第一部において発生していることを特徴とする電極。
【請求項２】
前記端部壁が蓋（１４）であり、該蓋は、凸面状又は実質的に平面状であり、前記複数の冷却手段（３）の管（１２）を閉じ、前記管（１２）は、前記冷却液の前記第一管（１９）に対して同心であり、その外側にあることを特徴とする、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記蓋（１４）が、環状要素（１６）と連結しており、前記第一管（１９）が、前記環状要素の中央穴（１８）にはめ込まれていることを特徴とする、請求項２に記載の電極。
【請求項４】
前記中央穴（１８）が前記収集部（１７）に向かって広がっていることを特徴とする、請求項３に記載の電極。
【請求項５】
前記蓋（１４）が、頂部が押しつぶされた半球状のキャップ又はドームの形状、又は、実質的に平面の形状をしており、冷却される前記第一表面（２３）の形状に従うことを特徴とする、請求項２乃至４のいずれか１項に記載の電極。
【請求項６】
前記第一管（１９）が、前記管（１２）から、前記蓋（１４）とは反対の側において突き出ており、前記冷却液の注入フランジ（２１）と結合していることを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか１項に記載の電極。
【請求項７】
前記複数の通路（２０）の排出部の間の間隔（Ｌｄ）が、前記複数の通路（２０）の直径（ｄｉ）の３倍から１５倍の範囲内にあることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電極。
【請求項８】
前記間隙の幅が、前記第一表面（２３）から前記空洞部（５０）の第二側表面（２４）に向かって減少することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電極。
【請求項９】
前記間隙の前記第一部が、前記第一表面（２３）において、５ｍｍから３０ｍｍの範囲内の幅を有することを特徴とする、請求項８に記載の電極。
【請求項１０】
前記第一鉄部（４、５）から遠方にある前記間隙の第二部（２５）が、前記第二表面（２４）において、２ｍｍから１２ｍｍの範囲内の幅を有することを特徴とする、請求項９に記載の電極。
【請求項１１】
前記間隙の前記第二部（２５）が前記冷却液の第二放出管（２６）に連結していることを特徴とする、請求項１０に記載の電極。
【請求項１２】
前記冷却液が水であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電極。
【請求項１３】
請求項１に記載の電極を冷却するプロセスであって、
−前記空洞部（５０）と前記複数の冷却手段（３）との間に備わる前記間隙を冷却液で満たすステップと；
−前記第一管（１９）に冷却液を連続的に更に導くステップであって、それによって前記冷却液が前記収集部（１７）に届くステップと；
−複数の冷却液ジェットの連続的な漏出による前記電極への一次冷却ステップであって、前記複数の冷却液ジェットは前記複数の通路（２０）を通り、前記間隙の前記第一部の前記第一表面（２３）の対応部に実質的に垂直に当たるステップと；
−それに続く前記冷却液の下降流による、前記間隙の前記第二部（２５）における前記電極への二次冷却ステップと；
を有することを特徴とする、冷却プロセス。
【請求項１４】
前記収集部（１７）内の前記冷却液の圧力が、１ｂａｒｇから１５ｂａｒｇの範囲内にあり、前記複数の通路（２０）から出る複数のジェットの速度（ｖｊｅｔ）の最大値が５０ｍ／ｓであることを特徴とする、請求項１３に記載の冷却プロセス。
【請求項１５】
請求項１に記載の電極を少なくとも１つ底部に備える、金属を溶解するための直流電機アーク炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流連続アーク炉のための電極に関し、とりわけ前記炉の底部のアノードとして用いられる電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流連続アーク炉（ＤＣ  ＥＡＦｓ）は、鉄ベースの合金を溶かし精錬するための鉄鋼技術で用いられる。
【０００３】
これらの炉において、電気アークが放電されるのは、少なくとも頂部に配置された黒鉛電極（カソード）と、少なくとも炉の炉床の底部に配置された底部電極（アノード）との間である。電流の通過によって、電気アークの形成が可能となり、その放射と伝達の効果によって、鉄のスクラップは溶融する。
【０００４】
交流アーク炉（ＡＣ  ＥＡＦ）に対して、直流アーク炉が有利に可能とするのは、電気エネルギーのより少ない消費、電極や耐火物のより少ない消費、鉄スクラップの均一で速い溶解（その原因は、得られるアークがとても長いことにある）、雑音や機械的応力の減少、液体金属槽での素晴らしい加熱である。更に、無効電力の変化や、「フリッカー」効果もかなり小さい。
【０００５】
典型的な直流連続アーク炉は、炉の頂部に付随し炉自身の中に延伸する頂部電極又はカソード、及び、電気回路を閉じるために炉の耐熱炉床に組み込まれた複数の低部電極又は底部電極又はアノードを有する。
【０００６】
これらの炉において、アノードは、最も繊細な構成要素の一つであって、それらは、とても高い負荷を有する電流が通過し、大きな熱応力や磁力にさらされる。
【０００７】
あらゆる種類の底部電極が最先端技術に属する。
【０００８】
そのような底部電極は、例えば、金属棒の形態で作られており、炉の耐熱炉床に組み込まれているが、一部が底部で延伸し、そこから炉自身の外部に出ている。前記棒の数及びその配置は、炉の中央部に対して対称的であるが、炉の力及びその炉床の構造に左右される。
【０００９】
別のタイプの底部電極によれば、前記金属棒はとても小さな直径を持つ複数のビレットに分割されてもよいが、それは、共通の板で底部に固定され、概して空冷され、水冷パイプによって電源に接続されている。
【００１０】
他の周知の態様においては、ビレットの代わりに、各電極ユニットは、複数の金属タブからなってもよく、該金属タブは共通の金属支持部に溶接され、リングを形成するために他の電極ユニットと連携して配置されるが、該リングは炉に対して同心である。
【００１１】
周知技術において、棒のタイプの電極は、完全に鉄から作られてもよいし、鉄と銅から作られてもよい。
【００１２】
前記棒の頂部の鋼製部は、溶解した金属の槽と接触しているので、それはある高さまで溶解する。冷却効果によって、前記棒は頂部の液体部分と低部の固体部分を有するが、それらは、分離ゾーンによって分割される。
【００１３】
この種の底部電極においては、主な課題は、固体の低部を確保することができる冷却システムを開発することであって、該低部が、棒の高さに沿って、前記底部電極によって伝導される高い電気的及び熱的負荷の状況下でも、可能な限り延伸されることである。
【００１４】
とりわけ、このためには、溶解した金属のために生じ得る逃避路の形成を避ける必要がある。実際、仮にアノード内の溶解面（ｆｕｓｉｏｎ  ｆｒｏｎｔ）が、アノード底部の完全な穿孔に続くのであれば、液体の金属と、アノード底部を冷却するために用いられる水又は他の冷却液との間で接触が起こり、それによって、大変危険な結果をもたらす真の爆発を引き起こすであろう。
【００１５】
底部電極の冷却作用の熱効率を高めるために、様々な解決法が提案されてきた。
【００１６】
第一の解決法が供するのは、バイメタリックの鉄−銅のアノードをビレットの形状で用いることであって、銅部を冷却するための液体の流路が備わり、連続鋳造法の晶折装置に類似する。熱交換のメカニズムは、単相の液体（液体状態の水）による強制対流の一つである。冷却液の動きは、実質的に、冷却される表面と平行に生じ、適切な熱交換を確実にするために、流路のある速度とある大きさが必要とされる。
【００１７】
この解決法は、仮に用いられている電流量が高くないのであれば、適切である。電流が増大すると、直径と流れを増す必要があるが、一方で、流路の断面を出来るだけ不変とする必要があり、それは、熱交換係数を決定する流速を同様に不変とするためである。
【００１８】
仮に、そのような状況下で、金属構造の変形が大きく拡大するのであれば、冷却液が通過する流路も、可能性のある熱交換の大きな減少とともに変更されるだろう。これらの現象は、アノードの構造の完全性を深刻な危険にさらし、炉の動作に影響を与えるであろう。
【００１９】
あるいは、第二の解決法が供するのは、バイメタルの鉄−銅のアノードであって、アノードの銅部の中に冷却システムが備わり、該冷却システムは二相の冷却液（液体−ガス）を用いるが、それは、液体の微粒化と、液体粒子が冷却される表面に接した際に連続して沸騰することによるものである。相転移（いわゆる「沸騰」）は、効果的に熱を取り去るが、不都合なことに、臨界温度までに過ぎない。この臨界温度を超えると、熱交換特性の迅速な減衰が生じ、したがってそれは、システム信頼性の乏しさに導く。仮に、アノードの底部に完全な穿孔が生じるならば、冷却システムの筐体に溶解した液体が漏れることを防ぐための一連のバリアが設けられるが、そのためには、構造の複雑さが増加する。
【００２０】
それ故、前記欠点を克服することの出来る底部電極を開発する必要が標榜されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の主目的は、直流連続アーク炉のための底部電極又はアノードをもたらすことであり、該底部電極又はアノードには、ビレットの長軸延長方向に固体部を確保することが可能な冷却システムが備わり、該固体部は、高い電気負荷の状況下でも可能な限り高いが、それは、アノードの固体−液体の界面と冷却水との間の適切な距離を確保し、それによって、完全な安全性を確保するためである。
【００２２】
本発明の他の目的は、底部電極の冷却作用の効率性を得ることであって、該底部電極は、バイメタル・ビレットの形状で作られており、時代遅れの底部電極よりはるかに優れているが、それは、冷却流路の特別な配置によって熱交換を最適化することによるものである。
【００２３】
本発明の更なる目的は、ビレットの冷却される部分と冷却されない部分との間の接合部において、最善の熱的及び電気的な伝導の状態を保つことを、同時に保証することであって、それによって、生産効率の点で炉の動作が高まり、電極の持続期間が増え、信頼性と安全性が高まる。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
このように、本発明は上記で議論した目的を達成することを提案するが、それは、金属を溶解するための直流連続アーク炉のための電極を開発することによるものであり、該電極は、前記炉の底部に収容されていて、請求項１に従えば、
−バイメタルの棒であって、長軸Ｘを規定し、その長軸延長方向に沿って、第一鉄部であって、その第一端が炉内の金属槽に接触する鉄部と、第二銅部であって、前記第一鉄部の第二端に溶接された銅部とを備える棒；
−前記バイメタルの棒を冷却する複数の冷却手段；
−前記第二銅部内に得られる空洞部であって、前記複数の冷却手段が少なくとも部分的に収容される空洞部；
−前記空洞部と前記複数の冷却手段との間の間隙；
とを備え、前記複数の冷却手段は、
−該複数の冷却手段の第一端に設置された収集部であって、前記収集部を、前記第一鉄部に隣接する前記間隙の第一部に通じさせる複数の通路の備わる端部壁を有する収集部；
−冷却液を前記収集部に運ぶ第一管；
とを備え、前記収集部は、前記長軸Ｘに対し、前記長軸に対する前記第一管の断面領域の少なくとも１．５倍の断面領域を有し、
前記複数の通路の各々は長軸を有し、該長軸は実質的に、各排出部に接する平面に対して垂直であって、複数の冷却液のジェットは、前記第一鉄部に隣接する前記空洞部の第一表面に対して実質的に垂直であって、前記間隙の前記第一部において発生している。
【００２５】
本発明の第二の態様がもたらすのは、上記の電極の冷却プロセスであって、請求項１３に従えば、以下のステップを備える：
−前記空洞部と前記複数の冷却手段との間に備わる前記間隙を冷却液で満たすステップ；
−前記第一パイプに冷却液を連続的に更に導くステップであって、それによって前記冷却液が前記収集部に届くステップ；
−複数の冷却液ジェットの連続的な漏出による前記電極への一次冷却ステップであって、前記複数の冷却液ジェットは前記複数の通路を通り、前記電極の鉄部に隣接する前記間隙の前記第一部の第一表面の対応部に実質的に垂直に当たるステップ；
−それに続く前記冷却液の下降流による、前記電極への二次冷却ステップであって、前記電極の前記鉄部から遠方にある間隙の第二部における下降流による冷却ステップ。
【００２６】
有利なことに、本発明の解決法が用いるのは、単相の液体、好ましくは液体状の水を用いることによる伝導メカニズムによる熱交換である。冷却作用は、有利なことに、二重となっている。
【００２７】
第一の冷却は、冷却される壁に対して実質的に垂直方向に冷却液を移動させることにより生じ、それによって、熱を取り去るジェットの攻撃（「衝突」）を利用する。制限されたジェットの垂直性という特徴によって、冷却されるアノードの第一表面からの冷却システムの距離を自由にすることができ、熱交換が均等になる。それによって、前記第一表面と冷却液の注入穴の出口部との間に隙間又は大きな距離が設けられ、その結果、アノードの機械的変形は、高電流の影響下でも冷却効率に影響を与えないが、それは最先端技術の第一の解決法において生じていることではない。
【００２８】
更に、ジェットを用いることで、ジェット部を単純に変化させることによって液体の速度を高めることができるが、そのため、流れの増加に対する干渉は伴わない。
【００２９】
第二の冷却は、そうではなく、冷却される表面に実質的に平行な方向で、冷却液を移動することにより生じる。そのような第二の冷却は、既にプレートの又は穴の開いたキャップにおいて生じているが、それは、電極のジャケットの曲がった表面に当たった後、ジェットの液体が、電極のジャケットと冷却ランス（ｃｏｏｌｉｎｇ  ｌａｎｃｅ）との間の路又は隙間の垂直壁に届くまで、それを包むからであり、そこで当該液体はアノードの対応する表面に対して平行な方向で垂直に落ち、それから放出領域に向かう。
【００３０】
本発明の電極の冷却システムは、単相（水だけであって、システム内には空気は含まれない）で閉じたシステムとして機能する。前記システムは、高い又は低い出口圧力とは関係なく動作する。
【００３１】
プレートの又は穴の開いたキャップの穴の数は、冷却される表面次第である。冷却液の注入ノズルが設けられてもよい。
【００３２】
バイメタルの鉄−銅のビレットの使用によって、素晴らしい電気伝導性が保証され、溶鋼槽の方向に冷却効果を延長することができる。これにより、冷却された領域から、鉄の固体−液体の界面を出来るだけ遠くに保持することが可能となる。効果的な冷却システムによって、安全係数を大きく高めることにより、この態様を更に改良することが可能である。
【００３３】
本発明の更なる特徴及び長所は、直流連続アーク炉の電極の、好適であるが排他的ではない態様の詳細な記述を考慮するとより明白になるが、それは非限定例によって示され、以下に付随する図面を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１が示すのは、本発明による電極の第一の側面図である。
【図２】図２が示すのは、図１における電極の平面Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図２ａ】図２ａが示すのは、図１における電極の平面Ａ−Ａに沿った第一部の断面図である。
【図２ｂ】図２ｂが示すのは、図１における電極の平面Ａ−Ａに沿った第二部の断面図である。
【図３】図３が示すのは、図１における電極の底面図である。
【図４】図４が示すのは、図３における電極の平面Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図５】図５が示すのは、アーク炉の炉床に収容された本発明の電極の図である。
【図６ａ】図６ａが示すのは、本発明の電極の冷却システムの構成要素の側断面図である。
【図６ｂ】図６ｂが示すのは、図６ａに示される構成要素の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図を参照すると、直流連続アーク炉のための電極の第一の態様が示されているが、全体的に参照番号１で示され、とりわけ、前記炉の耐火炉床内に収容されている底部の電極またはアノードである。
【００３６】
電極１は、本発明による物であるが、以下を備える：
−棒又はバイメタルのビレット２であって、好ましくは鉄でできた頂部と銅でできた底部とを有し、それらはお互いに適切に溶接されているビレット２；
−冷却手段３であって、前記ビレット２の底部の銅部内に収容されている冷却手段３。
【００３７】
とりわけ構造の点で、図１及び２を参照すると、ビレット２には、頂部から底部へ順に以下が備わる：
−第一鉄部４；
−第二鉄部５であって、前記第一鉄部４に溶接されている第二鉄部５；
−第三銅部６であって、前記第二鉄部５に溶接されている第三銅部６；
−第四銅部７であって、前記第三銅部６に溶接されている第四銅部７。
【００３８】
第三銅部６は、部分的に変形しており、とりわけ、頂部から底部に向かって断面が拡大しており、それは、図２に準拠している。
【００３９】
図１及び図２が示すのは、第一部４と第二部５との間の鉄−鉄の溶接コードン（ｗｅｌｄｉｎｇ  ｃｏｒｄｏｎ）８；第二部５と第三部６との間の鉄−銅のコードン又は溶接線９；第三部６と第四部７との間の銅−銅の溶接コードン１０である。
【００４０】
第四銅部７は、実質的に円筒状の管から成る。第三銅部６は、その底部に凹部１３を含み、それは第三部６のより広い部分に作られる。第二鉄部５及び第三銅部６は、いわゆる「スペーサ」を規定し、該「スペーサ」は、電極の冷却領域をビレット２の鉄部から離し、該鉄部はアーク炉の運転中液体となる。固体のままとなっているビレット２の銅部と鉄部は、共に溶接され、電流の通過と熱の連続性を保証する。
【００４１】
有利なことに、冷却手段３が、少なくとも部分的に、長手方向の空洞部５０内に収容されるが、該空洞部は、円筒状の管７と第三銅部６の凹部１３とによって規定される。スペーサ５、６、及び円筒状の管７は、いわゆる電極ジャケットを規定する。
【００４２】
冷却手段３が備えるのは、好ましくは金属製の実質的に円筒の冷却ランス１１であるが、該冷却ランス１１は、以下の要素を備える：
−円筒状の管１２であって、外径が円筒状の管７の内径よりもわずかに小さい、円筒状の管１２；
−凸面又は実質的に平面の蓋１４であって、前記管１２の第一端を閉じるために設けられ、その外壁に、例えば単純な通過穴の形状をした複数の通路２０が設けられている蓋１４；
−冷却液、例えば水の運搬管１９であって、前記管１２の中を通り、前記蓋１４と連結しており、蓋それ自身の中に納まる収集部１７に通じるために連結している、運搬管１９。前記管１２は、好ましくは、前記運搬管１９と同心である。
【００４３】
単純な通過穴の代わりに、通過穴の対応するネジにねじ込まれた、ネジ山の付いたノズルを設けることも可能である。
【００４４】
好適変形例において、蓋１４は環状要素１６と連結してもよく、その中央穴１８には運搬管１９が挿入される。
【００４５】
有利なことに中央穴１８は、収集部１７に向かって広がる。有利なことに、電極の長軸Ｘに対して、収集部１７は、管１９の前記長軸Ｘに対する断面領域の少なくとも１．５倍の断面領域を有する。好適変形例において、収集部１７の断面は、少なくとも管１９の断面の２倍に等しい。
【００４６】
仮に管１９と収集部１７が、円形の断面をもつのであれば、収集部１７の直径は、好ましくは、管１９の直径の１．５倍に等しい。円形以外の断面の場合は、好ましくは、それぞれと等価の直径の間に、同一の関係が生じる。
【００４７】
環状要素１６は、円筒状の管１２に対して、例えば溶接によって一体的に固定されている。
【００４８】
同一の蓋１４が、前記環状要素１６の上に、例えば溶接によって一体的に固定されていてもよく、それにより、その内部に収集部１７が規定される。
【００４９】
穴が、蓋１４の厚み方向に作られるが、それは、内部の収集部１７を、冷却手段の外部に通じさせることによるものである。
【００５０】
蓋１４は、多かれ少なかれ頂部が押しつぶされた半球状のキャップ又はドームの形状、又は、実質的に平面のプレートの形状を持ってもよいが、冷却される電極の内部中央表面の形状に従うものである。そのようにして、凹部１３の輪郭は、実質的に蓋１４の外部輪郭に対応する。
【００５１】
運搬管１９は、円筒状の管１２から、その第二端部において突き出ているが、それは蓋１４に対して反対側からであって、冷却水の注入フランジ２１と結合している。
【００５２】
いったん電極が組み立てられると、ランス１１が電極ジャケットに収容される。凹部１３の形状は、ランス１１の蓋１４を受け入れる形状である。あらかじめ定めた隙間又は距離Ｈが、凹部１３と蓋１４との間、冷却される電極の内部中央又は第一の表面２３に設けられるが、好ましくは、電極の内部側面又は第二表面２４から減少する。
【００５３】
有利なことに、「湿潤表面」とも呼ばれる第一表面２３と、蓋１４の対応する表面との間の距離Ｈは、第一表面２３と、穴又はノズルの排出部との間であるが、５ｍｍから３０ｍｍの間、好ましくは、６ｍｍから１２ｍｍの間の範囲内である。好適変形例において、距離Ｈは８ｍｍに等しい。この距離Ｈは、空洞部５０と冷却手段３又はランス１１との間の間隙の第一部の幅に対応する。
【００５４】
管７と管１２の間の路２５の幅は、好ましくは２ｍｍから１２ｍｍの間であり、路２５の前記幅は、空洞部５０と冷却手段３又はランス１１との間の間隙の第二部の幅に対応する。
【００５５】
そのような路２５は、冷却水の放出管２６に連結し、排出フランジ２７が備わる。
【００５６】
穴又はノズルの直径“ｄｉ”は、１ｍｍから１０ｍｍの間の領域内にあるのが有利であって、好ましくは１ｍｍから５ｍｍの間の領域である。好適変形例では、直径“ｄｉ”は、３ｍｍに等しい。
【００５７】
その代わりに、蓋１４上の穴の分布に関しては、穴の間の間隔は、Ｌｄによって示されるが、穴の直径の関数であって、好ましくは、必須ではないが前記直径の倍数に等しい。当該分布は、蓋１４の表面において、均一であっても均一でなくてもよい。間隔Ｌｄは、穴の直径ｄｉの３倍から１５倍の間の領域内にあり、好ましくは穴の直径の６倍から１１倍の間の領域である。好適変形例では、Ｌｄは３１．５ｍｍに等しい。
【００５８】
蓋１４における穴の分散の基準は、個別のジェットの攻撃によって生じる高効率の全冷却領域の一部によって冷却される第一表面２３の最適カバレッジに基づく。
【００５９】
有利なことに、排出部に接する平面に対して実質的に垂直な長軸、すなわち、第一表面２３の対応部に対して実質的に垂直な長軸を有する穴が、蓋１４に開けられる。
【００６０】
更に、第一表面２３又は「湿潤表面」は、平面であっても湾曲していてもよく、等価の直径Ｄｅｑに関するその延長は、ビレット２の直径次第であり、約７００ｍｍの最大値を有するが、好ましくは２５０ｍｍから６００ｍｍの間である。好適変形例においては、Ｄｅｑは、５５０ｍｍに等しい。
【００６１】
図６に示されるように、底部電極１のバイメタル・ビレット２は、直流連続アーク炉の耐熱炉床３０に包含されている。炉床３０内では、ビレット２が少なくともある種の環状耐熱継ぎ手３１によって囲まれている。ビレット２の上端部３２は、炉内の液体金属槽（図示されていない）と接触している。液体金属との前記接触は、ビレット自身に沿った高電流の通過の影響が伴うが、界面領域３５によって隔てられた、ビレット２に沿う頂部の液体部３３と底部の固体部３４の構成を決定する。
【００６２】
電極の冷却液は、好ましくは、必須ではないが水であり、運搬管１９によってあらかじめ定められた流れで連続的に導かれ、環状要素１６の中央穴１８に達するまで、運搬管１９に沿って流れ、蓋１４内部の収集部１７に達する。
【００６３】
水の代わりに、他の冷却液、例えば、ナトリウムや色々な構成の共晶のような液体金属の使用をもたらすことも可能である。
【００６４】
有利なことに、第一環状要素１６の中央穴１８は、収集部１７に向かって広がっているが、それは、負荷の損失を最小限にし、収集部１７内の高い圧力を回復するためである。収集部１７内の冷却液の圧力は、１ｂａｒｇから１５ｂａｒｇの間の範囲内にあり、好ましくは、約１２ｂａｒｇに等しい。
【００６５】
収集部１７は「底部収集部」とも呼ばれるが、収集部１７から、液体が複数の穴を通って第一銅表面２３に垂直に注入される。複数の穴を出る液体ジェットの速度ｖｊｅｔは、局所熱伝達に影響を及ぼすが、最大値が５０ｍ／ｓであり、好ましくは、２５ｍ／ｓから３０ｍ／ｓの間の領域内にある。好適変形例のプロセスでは、その速度は約２７ｍ／ｓに等しい。液体ジェットは、継続的に複数の穴から出るが、その速度は電極の銅部の内部表面と接触する液体の蒸発のいかなる可能性も防ぐ速度である。
【００６６】
複数の穴の分散とそのプロセスのパラメータは、電極の銅部を通る最大熱流が約２０ＭＷ／ｍ２に等しくなるようなものである。
【００６７】
有利なことに、一連の熱電対４０が、アノードの銅スラグ（ｓｌｕｇ）の内部、とりわけ第三部分６に設置されているが（図３及び４）、それは、電極の銅部を通って発現する熱流をマッピングするためである。
【００６８】
好適変形例において、熱電対４０は、電極の長軸に対して約６０°傾いた角度で収容されており、その先端は前記軸に近い位置に配置されている。この熱電対４０の構成は、最も熱機械的にストレスのかかる領域の一つの状態を継続的にモニタリングすることを可能にするという利点を有する。
【００６９】
更に、管７及び電極の銅部６の内部には、複数の筐体が、複数の測温抵抗体（ｔｈｅｒｍｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）４１のために設けられているが、それは、温度と故障診断のための更なる制御機器である。
【００７０】
このように、本発明による電極の冷却システムは、冷却される第一表面２３によって頂部に範囲が定められた領域、又は、「頂部収集部」において、冷却液ジェットを発生させ放出することを可能にする。
【００７１】
全てのジェットは、第一表面２３の対応部に対して垂直な方向となるように制限され、「頂部収集部」と、管１２と管７との間の側路２５を既に満たしている同一の冷却液の中に全てが飛び込む。有利なことに、運転中、液体の通過領域のどこも空気を含まず、全てが液体自身によって占められている。従って、本発明の電極の冷却システムは、単相（水だけであって、システム内に空気を含まない）の閉じたシステムとして動作する。前記システムは、放出圧が高いか低いかには関係なく動作してもよい。
【００７２】
キャップ又は穴の開いた平板の形状をした蓋１４、及び、第一表面２３と同キャップ又は穴の開いた平板との間の領域の構成は、第一表面２３に対して液体ジェットが実質的に垂直に当たること、及び、ジェットの冷却効果が完全に乱流対流に変わった冷却システムの、放出に向かって降りてくる連続的な流れを促進するものである。
【００７３】
液体ジェットは、アノードの冷却される頂部領域である「湿潤領域」２３に当たる；電極の銅ジャケットの内部の残りの部分は、路２５であるが、前記冷却される頂部領域からの液体の下降流によって冷却される（二次冷却）。
【００７４】
実験的検査によって確認されたのは、制限された液体ジェットの攻撃が、直流連続アーク炉の底部電極の銅部の高い冷却効果を得るとても効果的な手段であるということである。
【００７５】
平面に対して垂直に当たる乱流のジェットが、単相の伝達（空気は存在しない）の中に生じる最高の熱交換係数値の中にある、ジェットのよどみ点の近くの領域において発生した。
【００７６】
このパフォーマンスは、ジェットの攻撃領域内の境界層が薄くなること、そして、冷却液を、そのような領域で、交換表面と直接接触させることを可能とすることを起因とする。更に、よどみ点圧力は、ジェットが表面に当たる減速領域で記録される圧力であるが、飽和温度を大いに高め、該飽和温度とは、所与の圧力で沸騰現象が生じる温度のことである。そして、この現象を起因として、高温の壁の温度ひいては高い熱流が、よどみ領域に存在するが、これには必ずしも沸騰状態は伴わない。
【００７７】
圧力と熱交換は、ジェットのよどみ点からの距離が高まるに従って、減少する。従って、表面の大部分を冷却するために、平らな表面に垂直に攻撃する一連のジェットの態様が、想起された。様々なジェットの間の流体力学は、個々のジェットの冷却状態とは大いに異なる。とりわけ、隣接するジェットからの流れのラインが一緒になる領域では、冷却される第二表面によどみ領域が生成され、そこでは、熱交換係数の局所的な増加が生じるであろう。
【００７８】
このように、単一ジェットの構成に対して、液体が当たる全表面における熱交換係数の平均値の上昇が生じるが、それは、複数のジェット間の相互の距離に準じるものである。
【００７９】
それから、前記平らな表面に実質的に垂直に当たる複数の液体ジェットを用いた解決法は、湾曲した表面、例えば、半球状の表面で有効に試験された。
【符号の説明】
【００８０】
１  電極
２  ビレット
３  冷却手段
４  第一鉄部
５  第二鉄部
６  第三銅部
７  第四銅部
８  溶接コードン
９  溶接線
１０  溶接コードン
１１  ランス
１２  管
１３  凹部
１４  蓋
１６  環状要素
１７  収集部
１８  中央穴
１９  管
２０  穴
２１  注入フランジ
２３  第一表面
２４  第二側表面
２５  路
２６  放出管
２７  排出フランジ
３０  炉床
３１  継ぎ手
３２  上端部
３３  液体部
３４  固体部
３５  界面領域
４０  熱電対
４１  測温抵抗体
５０  空洞部
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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