(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を収容する炉体と、
通電によって前記炉体に収容された金属を溶融させる電極と、
前記炉体を設置面上で運動可能に支持する炉体運動機構と、
前記炉体と前記炉体運動機構を電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、
前記炉体運動機構は、前記設置面に対して固定された第一の部分と、前記炉体に固定されて前記第一の部分に対して運動する第二の部分と、を有し、
前記第一の部分と第二の部分の間は、電気的に接続されており、
前記炉体運動機構の前記第一の部分と前記第二の部分を電気的に接続する接続線は、前記第二の部分の運動の全範囲に追随できる長さを有していることを特徴とする電気炉。
【請求項２】
前記炉体と前記炉体運動機構は、それぞれ独立してアース接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気炉。
【請求項３】
前記電気炉は、前記炉体の開口部を覆う炉蓋と、
前記炉蓋を前記炉体に対して運動させる炉蓋部運動機構と、
前記炉蓋部運動機構と前記炉体を電気的に絶縁する絶縁部材と、をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の電気炉。
【請求項４】
前記炉蓋部運動機構は、前記炉体と独立してアース接続されていることを特徴とする請求項３に記載の電気炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉に関するものであり、さらに詳しくは、炉体を運動させながら金属の溶融を行う電気炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を溶融させる電気炉の一種であるアーク炉では、金属材料が収容される炉体の内部の空間において、電極からの距離が近く、金属材料の溶融が起こりやすいホットスポットと、電極からの距離が遠く、金属材料の溶融が起こりにくいコールドスポットとが形成されてしまう。コールドスポットにおいて、金属材料の加熱に時間がかかり、金属材料全体の溶融が不均一に進行する問題を解決するために、特許文献１においては、炉体を電極に対して、上下方向の軸線周りに回転変位させ、コールドスポットとホットスポットを切り替えることが提案されている。このような電気炉においては、シャフト炉のように余分な水冷部にかかるポンプ用に電力を使用することなく、また排ガスの組成適正化処理のためにバーナー燃焼エネルギーなどを供給することなく、炉体の回転変位を行うことで、炉内の熱的不均一性を解消し、無駄な電力の使用を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４０９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アーク炉においては、金属材料の溶融のために、炉体に挿入された電極に大電流が流される。この電極に流される電流に起因して、炉体にも電流が流れることがある。特に、電極に流される電流が交流である場合に、炉体の表面に定常的に誘導電流が流れる。炉体を回転変位させるために、ベアリング等の可動部を有する炉体運動機構が用いられるが、炉内の金属材料を介して流れる漏洩電流や、炉体の表面に流れた誘導電流がこの種の可動部に流れると、可動部に損傷を引き起こし、可動部の機能を損なう可能性がある。例えば、電極を炉内に挿入して通電している状態で、炉内の金属材料を介して流れる漏洩電流や炉体に発生した誘導電流が、炉体運動機構のベアリング等の部材に流れ、スパークを生じると、炉体運動機構が静止している状態であっても、炉体運動機構の構成部材に損傷が発生し、それ以降のスムーズな炉体の運動を妨げるおそれがある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、炉体が運動される電気炉において、炉体を運動させる炉体運動機構に電流が流れるのを防止できる電気炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明にかかる電気炉は、金属材料を収容する炉体と、通電によって前記炉体に収容された金属を溶融させる電極と、前記炉体を設置面上で運動可能に支持する炉体運動機構と、前記炉体と前記炉体運動機構を電気的に絶縁する絶縁部材と、を備えることを要旨とする。
【０００７】
ここで、前記炉体運動機構は、前記設置面に対して固定された第一の部分と、前記炉体に固定されて前記第一の部分に対して運動する第二の部分と、を有し、前記第一の部分と第二の部分の間は、電気的に接続されていることが好ましい。
【０００８】
この場合に、前記炉体運動機構の前記第一の部分と前記第二の部分を電気的に接続する接続線は、前記第二の部分の運動の全範囲に追随できる長さを有しているとよい。
【０００９】
また、前記炉体と前記炉体運動機構は、それぞれ独立してアース接続されていることが好ましい。
【００１０】
そして、前記電気炉は、前記炉体の開口部を覆う炉蓋と、前記炉蓋を前記炉体に対して運動させる炉蓋部運動機構と、前記炉蓋部運動機構と前記炉体を電気的に絶縁する絶縁部材と、をさらに有することが好ましい。この場合に、前記炉蓋部運動機構は、前記炉体と独立してアース接続されているとよい。
【発明の効果】
【００１１】
上記発明にかかる電気炉においては、炉体と炉体運動機構の間に、絶縁部材が設けられている。これにより、電極に流れる電流に由来して炉体に電流が流れた場合にも、炉体から炉体運動機構へと、その電流が流れることが防止される。その結果、炉体運動機構において、電流による損傷が発生するのが防止される。
【００１２】
ここで、炉体運動機構が、設置面に対して固定された第一の部分と、炉体に固定されて第一の部分に対して運動する第二の部分と、を有し、第一の部分と第二の部分の間が、電気的に接続されている場合には、第一の部分と第二の部分が等電位となる。よって、万一、炉体と炉体運動機構の間を絶縁する絶縁部材の絶縁破壊等によって、炉体運動機構に電流が流れることがあっても、炉体運動機構内部の広い領域にわたって電流が流れる事態は起こりにくくなる。これにより、炉体運動機構に深刻な損傷が発生するのを高確度に防止することができる。
【００１３】
この場合に、炉体運動機構の第一の部分と第二の部分を電気的に接続する接続線が、第二の部分の運動の全範囲に追随できる長さを有していれば、第二の部分が第一の部分に対して運動された際にも、接続線に損傷が生じたり、無理な力が加えられたりするのが防止される。
【００１４】
また、炉体と炉体運動機構が、それぞれ独立してアース接続されている場合には、炉体を流れる電流が炉体運動機構に流れて行くのを、一層強固に防止することができる。
【００１５】
そして、電気炉が、炉体の開口部を覆う炉蓋と、炉蓋を前記炉体に対して運動させる炉蓋部運動機構と、炉蓋部運動機構と炉体を電気的に絶縁する絶縁部材と、をさらに有する場合には、炉体を流れる電流が、炉蓋部運動機構に流れることも、防止することができる。これにより、炉蓋部運動機構を構成する部材においても、電流に由来する損傷が生じるのを防止することができる。
【００１６】
この場合に、炉蓋部運動機構が、前記炉体と独立してアース接続されている場合には、炉体を流れる電流が、炉蓋部運動機構に流れて行くのを、一層強固に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電気炉を示す側面図である。
【図２】炉体運動機構と炉体部絶縁部材を示す斜視図である。炉体部絶縁部材は、破線にて透視で示している。
【図３】炉体運動機構の拡大断面図である。
【図４】ベアリング部接続線の設置方法の具体例を示す図であり、（ａ）は炉体運動機構の上方から見た状態を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。（ａ）において、破線は、炉体を５０°旋回させた際のベアリング部接続線の状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態にかかる電気炉について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
［電気炉の構成］
図１〜４に、本発明の一実施形態にかかる電気炉１を示す。電気炉１は、プラットフォーム９０上に設置されており、上記特許文献１に記載されているのと同様の電気炉（アーク炉）を本体部として有し、炉体１０、炉蓋２０、電極２５を備えている。それらに加え、電気炉１は、炉体運動機構３０を有し、さらに、炉蓋部運動機構４３を備えた炉蓋部保持装置４０を有している。また、電気炉１には、絶縁部材として、炉体部絶縁部材５１および炉蓋部絶縁部材５２が設けられているとともに、炉体アース線６１、炉体運動機構アース線６２、炉蓋部運動機構アース線６３が設けられている。
【００２０】
炉体１０は、上方に開口を有した有底の略円筒型の容器として形成されている。炉体１０は、金属酸化物よりなる耐火物の外側に鉄皮を設けた材料よりなっている。
【００２１】
炉蓋２０は、略円盤状に形成された、炉体１０の開口を閉塞可能な部材である。炉蓋２０は、炉蓋部保持装置４０に保持され、炉体１０の上方で、上下運動と旋回運動を行うことで、炉体１０の開口部を閉塞した状態と開放した状態の間を移動することができる。炉蓋２０も、炉体１０と同様の材料よりなるが、次に述べる電極２５が貫通している部位の近傍には、絶縁体が露出されており、電極２５との間に電気的絶縁を保っている。
【００２２】
炉蓋２０には、３本の電極２５が、炉体１０の内部の空間に向かって、上方から貫通している（図１では２本のみ表示）。３本の電極２５は、炉体１０の中心軸の周りに、略正三角形をなすように配置されている。炉体１０に鉄スクラップ材等の金属材料を収容し、電極２５に三相交流等の電流を印加して放電を行うことで、金属材料を溶融させることができる。電極２５は、炉体１０および炉蓋２０と電気的に絶縁されている。
【００２３】
炉体１０は、炉体運動機構３０を介してプラットフォーム（設置面）９０に支持されている。炉体運動機構３０は、図２に示すように、上下に略円環状の面を有し、金属よりなる支持フレーム３１を有し、この支持フレーム３１の上面３１ａに、略円環板状の炉体部絶縁部材５１を挟んで、炉体１０が載置されている。支持フレーム３１の上面３１ａには、複数の凹部３１ｃが設けられ、炉体１０の自重と、炉体１０に形成された凸部（不図示）の凹部３１ｃへの係合によって、炉体１０が支持フレーム３１の上に固定されている。炉体１０と支持フレーム３１の間は、炉体部絶縁部材５１によって電気的に絶縁されている。支持フレーム３１の内周面には、歯車体３１ｂが形成されている。炉体１０底部と支持フレーム３１の間の部位には、炉体部絶縁部材５１を埋め込むようにして、絶縁樹脂が充填されており、炉体１０底部、炉体部絶縁部材５１、支持部フレーム３１の間に生じている隙間が絶縁樹脂によって埋められている。
【００２４】
支持フレーム３１は、ベアリング３２によって支持されている。ベアリング３２の近傍の断面図を図３に示す。ベアリング３２は、プラットフォーム９０上に固定された金属製の取付ベース３４に取り付けられている。ベアリング３２は、公知の旋回ベアリングの構成を有しており、それぞれ金属よりなる外輪（第一の部分）３２ａと内輪（第二の部分）３２ｂ、外輪３２ａと内輪３２ｂの間に配置された転動体（不図示）を有し、内輪３２ｂが外輪３２ａに対して滑らかに旋回運動可能となっている。ここでは、外輪３２ａが取付ベース３４に固定され、内輪３２ｂが支持フレーム３１の歯車体３１ｂに固定されている。支持フレーム３１と取付ベース３４の間は、ベアリング部接続線３３によって、電気的に接続されている。ベアリング部接続線３３は、支持フレーム３１の旋回の全範囲に追随できるだけの長さを有している。ベアリング３２の外輪３２ａは取付ベース３４と接触し、内輪３２ｂは支持フレーム３１と接触しているので、ベアリング部接続線３３によって、外輪３２ａと内輪３２ｂの間が電気的に接続された状態となっている。
【００２５】
支持フレーム３１の内側には、相互に噛み合った２つの歯車３５ａ，３５ｂを備えた歯車部３５が設けられている。図２では、歯車部３５が１つのみ見えているが、実際には、対向する位置に同様の歯車部３５がもう１つ設けられている。歯車部３５を構成する第一歯車３５ａは、支持フレーム３１の内周面に設けられた歯車体３１ｂに噛み合っている。そして、第一歯車３５ａに噛み合った第二歯車３５ｂの回転軸には、油圧モータ（不図示）の出力軸が結合されている。
【００２６】
歯車部３５の油圧モータを駆動することで、支持フレーム３１をベアリング３２上で旋回させることができる。これにより、炉体１０が、プラットフォーム９０上で回動（旋回）される。炉体１０を回動させる際、プラットフォーム９０の面に沿った電極２５の位置は変化されない。よって、炉体１０の回動に伴って、炉体１０と電極２５の相対配置が変化される。なお、支持フレーム３１の内側には、支持フレーム３１の回動を停止した状態に保持するストッパ機構（不図示）が適宜設けられてもよい。
【００２７】
炉蓋部保持装置４０は、炉体１０が炉体運動機構３０を介して設置されているのと共通のプラットフォーム９０上に設けられている。炉蓋部保持装置４０は、炉蓋支持部４１によって炉蓋２０を支持し、炉蓋２０を上下運動および旋回運動させる。また、炉蓋部保持装置４０は、電極支持部４２によって、電極２５を保持し、上下運動させる機能も兼ね備えており、炉体１０内の金属材料の溶融状態等に応じて電極２５の上下位置を調節することができる。炉蓋２０の上下運動および旋回運動、電極２５の上下運動は、ベアリングと油圧シリンダを備えた炉蓋部運動機構４３によって駆動される。炉蓋支持部４１と電極支持部４２の間は、電気的に絶縁されている。さらに、炉蓋支持部４１と炉蓋部運動機構４３の間に、炉蓋部絶縁部材５２が設けられており、炉蓋２０および炉蓋支持部４１と炉蓋部運動機構４３との間が電気的に絶縁されている。また、炉蓋部絶縁部材５２によって区画された炉蓋部運動機構４３側の部位が、炉蓋部運動機構アース線６３によって、アース接続されている。
【００２８】
電気炉１が設置されるプラットフォーム９０は、金属よりなる架台である。プラットフォーム９０は、炉体運動機構アース線６２によって、アース接続されている。プラットフォーム９０上には、炉体運動機構３０の取付ベース３４が接触して固定されているので、炉体運動機構アース線６２によって、炉体運動機構３０のベアリング３２が、外輪３２ａの部分でアース接続された状態となっている。プラットフォーム９０には、炉体１０をはじめとする電気炉１の構成部材を傾動させる傾動機構が設けられてもよく、これにより、炉体１０からの出鋼および出滓が行いやすくなる。
【００２９】
本電気炉１においては、炉体アース線６１、炉体運動機構アース線６２、炉蓋部運動機構アース線６３の３つのアース線が設けられているが、これらは、独立したアース線として設けられている。例えば、離れた位置において地中に埋め込まれた３本のアース極に、３つのアース線６１〜６３がそれぞれ接続されている。
【００３０】
［電気炉の特性］
上記のように、本実施形態にかかる電気炉１においては、炉体運動機構３０によって、炉体１０を電極２５に対して回動させ、炉体１０と電極２５の位置関係を変化させることができる。これにより、炉体１０内の金属材料の加熱や溶融の均一性を高めることができる。つまり、略円筒形の炉体１０の中心軸の周りに、電極が２５が三角形に配置されていることで、電極２５に近く、高温になりやすいホットスポットと、電極２５から遠く、高温になりにくいコールドスポットが、炉体１０内に不可避的に生じるが、金属材料の溶融工程の途中に炉体１０を回動させて電極２５との位置関係を変化させることで、ホットスポットとコールドスポットを適宜入れ替え、加熱溶融の均一化を図ることができる。ホットスポットおよびコールドスポットの位置を必要十分に変化させる観点から、炉体１０の回動可能な角度範囲は、５０°〜６０°程度であることが好ましい。
【００３１】
アーク放電を行う際、炉体内に挿入された電極２５には、数１０ｋＡオーダーの交流が流される。この電流は、炉体１０内の金属材料や炉体１０、炉蓋２０等を介して、炉体運動機構３０や炉蓋部運動機構４３に流れ、漏洩電流を生じる可能性がある。加えて、炉体１０の表面の鉄皮に、数Ａ〜数１００Ａの誘導電流が流れる可能性がある。このような漏洩電流や誘導電流が、炉体１０から炉体運動機構３０や炉蓋部運動機構４３のベアリング等の可動部に流れると、炉体運動機構３０や炉蓋部運動機構４３が静止している状態であっても、可動部においてスパークが発生し、可動部におけるスムーズな運動を妨げたり、さらには、可動部を構成する材料の欠損等、不可逆的な損傷を与えたりする可能性がある。
【００３２】
しかし、本実施形態にかかる電気炉１においては、炉体１０と炉体運動機構３０の間に炉体部絶縁部材５１が設けられ、炉体１０と炉体運動機構３０の間が電気的に絶縁されている。また、炉蓋部保持装置４０において、炉蓋支持部４１と炉蓋部運動機構４３の間に、炉蓋部絶縁部材５２が設けられ、炉蓋２０、そして炉蓋２０を閉じた状態で炉蓋２０と鉄皮において接触する炉体１０と、炉蓋部運動機構４３との間が、電気的に絶縁されている。これらにより、炉体１０に誘導電流や漏洩電流が流れても、それらの電流が炉体運動機構３０や炉蓋部運動機構４３に流れることが防止される。炉体部絶縁部材５１および炉蓋部絶縁部材５２を構成する絶縁材料としては、シリコーン樹脂とガラスよりなる積層体（シリコーンラミネート材）等、高い耐熱性を有するＪＩＳ−Ｈ種の絶縁体を例示することができる。
【００３３】
上記電気炉１においてはさらに、各部が独立してアース接続されている。つまり、炉体１０が炉体アース線６１によってアース接続され、炉体運動機構３０がプラットフォーム９０を介して炉体運動機構アース線６２によってアース接続され、炉蓋部運動機構４３が炉蓋部運動機構アース線６３によってアース接続されている。これにより、万一、炉体部絶縁部材５１や炉蓋部絶縁部材５２が、両側に高電圧が印加される等の要因で絶縁破壊を起こすことがあっても、炉体１０に流れる誘導電流や漏洩電流が炉体アース線６１を通ってアース電位に流れ、炉体運動機構３０や炉蓋部運動機構４３に流れにくくなっている。
【００３４】
そして、上記電気炉１においては、炉体運動機構３０のベアリング３２において、外輪３２ａと内輪３２ｂの間がベアリング部接続線３３によって電気的に接続されている。これにより、外輪３２ａと内輪３２ｂが等電位に維持される。さらに、プラットフォーム９０および取付ベース３４を介して炉体運動機構アース線６２によってアース接続されている外輪３２ａのみならず、内輪３２ｂもアース接続された状態となっている。これらの結果、外輪３２ａと内輪３２ｂの間を通って、電流が流れることが防止される。よって、万一、炉体１０に流れる誘導電流や漏洩電流が、外輪３２ａまたは内輪３２ｂのいずれか一方に流れることがあっても、それらの電流が他方に流れて、ベアリング３２の広い領域にスパークを発生させることが防止される。
【００３５】
図３では、ベアリング部接続線３３は、支持フレーム３１と取付ベース３４を接続する配線として簡略化して示しているが、ベアリング３２の外輪３２ａと内輪３２ｂを電気的に接続することができれば、ベアリング部接続線３３の具体的な設置方法はどのようにしても構わない。取付方法の一例を図４に示す。ここでは、支持フレーム３１の高さ方向中央付近に、支持フレーム３１本体と導通したブラケット３１ｃが設けられている。そして、プラットフォーム９０に、プラットフォーム９０本体と導通した接続ロッド９１が立設され、接続ロッド９１の上端部に、フレーム側ブラケット３１ｃとほぼ同じ高さになるように、ブラケット９１ａが設けられている。接続ロッド９１は、ベアリング３２の内輪３２ｂの可動範囲のほぼ中央の角度位置に設けられている。ベアリング部接続線３３は、一端が支持フレーム側ブラケット３１ｃに接続され、他端が接続ロッド側ブラケット９１ａに接続されている。ベアリング部接続線３３は、ベアリング３２の内輪３２ｂの可動範囲全体に追随可能な長さを有している。さらに、内輪３２ｂの可動範囲全域において、ベアリング３２の駆動のためにプラットフォーム９０に設けられた駆動装置に付随する必要装置等の障害物（図略）よりも上方にベアリング部接続線３３が位置するように、２つのブラケット３１ｃ，９１ａの位置およびベアリング部接続線３３の長さが設定されている。
【００３６】
このように、ブラケット３１ｃ，９１ａを利用してベアリング部接続線３３を接続することで、ベアリング３２の外輪３２ａと内輪３２ｂの間の導通を高い信頼性をもって確保することができる。そして、ベアリング部接続線３３を、内輪３２ｂの旋回運動の全範囲に追随できる長さにしておくことで、図３（ａ）に実線と破線で示すように、内輪３２ｂの旋回運動の全範囲にわたり、ベアリング部接続線３３に損傷を与えたり、無理な外力を印加したりすることを防止できる。特に、図４（ｂ）に示すように、内輪３２ｂの旋回運動の全範囲にわたり、ベアリング部接続線３３が緊張されることなく、撓んだ状態を維持できるように、ベアリング部接続線３３を長めに設定しておけば、ベアリング部接続線３３への損傷や外力の印加を効果的に防止することができる。
【００３７】
また、ベアリング部接続線３３を、プラットフォーム９０の面よりも上方の位置、さらにはベアリング３２の駆動のためにプラットフォーム９０に設けられた駆動装置に付随する必要装置等の障害物（図略）よりも上方の位置に配策することで、ベアリング３２の内輪３２ｂが旋回した際に、ベアリング部接続線３３がその障害物と干渉するのを避けることができる。内輪３２ｂの旋回運動に伴ってベアリング部接続線３３が通過するプラットフォーム９０上の領域に、ベアリング部接続線３３に対して障害物となりうる部材が設けられている場合に、ベアリング部接続線３３をプラットフォーム９０に這わせて配策するのではなく、少なくともプラットフォーム９０の面よりも上方の位置、さらにはその障害物よりも上方の位置に配策することで、障害物とベアリング部接続線３３の間の干渉を避けることができる。なお、上記のように、ベアリング部接続線３３は、撓んだ状態を維持できるだけの長さを有することが好ましいが、撓んだ部位が上記のような障害物に掛からない程度の長さに留めておく方がよい。上記のように、内輪３２ｂの可動範囲の中央に相当する角度位置に接続ロッド９１を設けておけば、ベアリング部接続線３３を過剰に長くすることなく、内輪３２ｂの可動範囲の全域にわたって、ベアリング部接続線３３に撓みを確保しやすい。
【００３８】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、炉体の運動としては、炉体の中心を軸とした回動（旋回）に限られず、プラットフォーム上における任意の運動を採用することができる。また、炉体運動機構はベアリングを用いたものに限られず、他にローラを用いるもの等を例示することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１                電気炉
１０              炉体
２０              炉蓋
２５              電極
３０              炉体運動機構
３１              支持フレーム
３１ｃ            ブラケット
３２              ベアリング
３２ａ            外輪
３２ｂ            内輪
３３              ベアリング部接続線
３４              取付ベース
３５              歯車部
４０              炉蓋部保持装置
４１              炉蓋支持部
４２              電極支持部
４３              炉蓋部運動機構
５１              炉体部絶縁部材
５２              炉蓋部絶縁部材
６１              炉体アース線
６２              炉体運動機構アース線
６３              炉蓋部運動機構アース線
９０              プラットフォーム（設置面）
９１              接続ロッド
９１ａ            ブラケット
【図１】
0006565421.tif 000002
【図２】
0006565421.tif 000003
【図３】
0006565421.tif 000004
【図４】
0006565421.tif 000005