(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼用アーク炉の炉上電極（２６）を電極支持アーム（１）により旋回するアーク炉用電極旋回装置であって、
昇降マスト（１４）の頂部に、炉上電極を保持する電極支持アームの旋回機構を有し、該旋回機構は、電極支持アームの中間部に設けられた旋回座（５）、上部旋回ベアリング（６）、下部旋回ベアリング（７）、旋回ベアリング固定座（８）からなり、
電極支持アームと旋回座の間、及び旋回ベアリング固定座と昇降マストの間に絶縁物（４，９）が挟持されて電気的に二重絶縁されている、ことを特徴とするアーク炉用電極旋回装置。
【請求項２】
前記旋回ベアリング（６，７）は、中間座を上，下に区分して設置しており、前記旋回装置（２０）は、中間座の旋回座（５）、上部旋回ベアリング（６）、下部旋回ベアリング（７）、旋回ベアリング固定座（８）の部分に取付けられている、ことを特徴とする請求項１に記載のアーク炉用電極旋回装置。
【請求項３】
旋回を固定するロック機構を有し、該ロック機構は、旋回ロックシリンダ（１５）、旋回ロックピン（１７）、メス座（１９）からなり、かつ、ロック機構は、中間座の旋回座（５）、上部旋回ベアリング（６）、下部旋回ベアリング（７）、旋回ベアリング固定座（８）の部分に取付けられている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク炉用電極旋回装置。
【請求項４】
中間座にはアースとの間に導通検知器（３１）が設けられ導通を検知し、導通検知時は絶縁破壊警報（３３）で警報を出すようになっている、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のアーク炉用電極旋回装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼用アーク炉の炉上電極を支持する昇降アームでマスト上端で旋回するアーク炉用電極旋回装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の製鋼用アーク炉の構成図であり、図６はその部分構成図である。これらの図において、直流電源６８は、下部導体６９〜アーク炉側下部ターミナルヘッド７２，炉床導体７４を介して炉底電極５４（導電性耐火物で構成されている）に接続する。炉底電極５４は陽極（プラス）である。炉上電極５６〜取付座５９（電極支持アーム５８と一体になっている）、アーク炉側上部ターミナルヘッド６４〜上部導体６７を介して直流電源６８に接続する。炉上電極５６は、陰極（マイナス）である。炉上電極５６は、アーク炉内スクラップ９０もしくは溶鋼５５との間でアーク８７を発生してスクラップ９０を溶解する。炉底電極５４→溶鋼５５／スクラップ９０→アーク８７→炉上電極５６と電流が流れる。
【０００３】
図６において、炉上電極５６は、電極ホルダー５７で把持される。炉上導体兼用の電極支持アーム５８と取付座５９は一体になっている。取付座５９は、絶縁物６０で絶縁され、昇降マスト６２の上端の取付座６１で絶縁物６０を介して取付座５９と接続する。取付座５９に電圧（数１００Ｖ）が印加されるが、取付座６１，昇降マスト６２には絶縁物６０があるため、電圧は印加されない。また、昇降マスト６２は、ガイドローラ６３に沿って昇降する。昇降する時、上部水冷ケーブル６５は可撓ケーブルのため、アーク炉側上部ターミナルヘッド６４が上下に変位しても吸収できる。
【０００４】
炉蓋５２は、炉蓋吊上チェーン７５、イコライザー７６によりシーブ７７を介して油圧シリンダ７８により吊り上げられる。アーク炉５０の操業時は炉蓋５２は炉体５１上に降ろされている。炉蓋吊り上げ時の荷重は旋回床７９により支持される。旋回床７９は旋回中心軸８０を中心として旋回車輪８１により旋回する。
【０００５】
旋回床７９が旋回する時は、炉蓋５２を油圧シリンダー７８で持上げた後、炉上電極５６を炉体５１の上端以上に上げる。すなわち図示してない昇降装置により昇降マスト６２を持上げ、炉蓋５２と炉上電極５６を一緒に旋回する。炉上電極５６と炉蓋５２は個別に旋回はできない。また、炉体５１、旋回床７９は傾動床８２に搭載されている。
【０００６】
図５において、スクラップ予熱装置１００は、スクラップ予熱槽８８内のスクラップ８９を予熱ガス９５により予熱する装置である。予熱ガス（アーク炉排ガス）９５はアーク炉５０より発生し、スクラップ８９を予熱後、排ガス９６として排出される。予熱槽内のスクラップ８９は、上部プッシャー用シリンダー９４で駆動される上部プッシャー９３、及び下部プッシャー用シリンダー９２で駆動される下部プッシャー９１により炉体５１内に装入される。９０は装入されたスクラップである。
【０００７】
昇降ダクト９７は、スクラップ予熱槽８８の下部に設けられ、昇降シリンダ９８により昇降する。また、上述した炉蓋５２、炉上電極５６を旋回する時は炉蓋５２の上昇分以上を昇降シリンダ９８により持上げて干渉しないようにする。なお、高温に予熱されたスクラップ１０１は、予熱ガス９５により予熱（加熱）されるため、スクラップ８９の中で最も高温になっている部分である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したアーク炉用電極では、炉蓋５２と電極５６が一体になって、炉上から移動（旋回）するので、電極折損や消耗により（イ）新しい電極と交換したり、（ロ）継ぎ足す、あるいはホルダー上部に余裕がある時はホルダーを（ハ）持替えて、ホルダー首下長さを長くするが、この際又は（ニ）ホルダー下の首下長さを測定時、電極支持アームを炉蓋と一緒に旋回（移動）させるようになっている。
【０００９】
上記作業を行う際は、操業プロセスが中断するため（特に切損時）、溶解途中の溶鋼が冷却されたり、スラグが沈静化したり（通常はフォーミングしている）冷却されたりする。この結果、スラグや溶鋼の表面が固まり始める。このため、操業再開後、冷却・固化したスラグや溶鋼の再溶解，昇温，成分調整に余計なエネルギーや時間が必要となり、損失が増大する。
【００１０】
また、炉蓋５２を開けると、冷たい大気が高温の炉内に入り、急冷するため、熱衝撃をもたらし、耐火物にクラックが入ったり、スポーリングし易くなる。
更に、炉蓋５２の旋回時、炉蓋下面に付着していたスプラッシュが、剥離、落下することがあり（数１０ｋｇ〜数１００ｋｇ）、危険であると共に、落下部の機器、設備に損傷を与える問題点がある。
【００１１】
また、図５に示すようにアーク炉５０の直近炉上に、アーク炉からの排ガスを移用するスクラップの予熱槽１００を設置している場合で、スクラップ８９が既に途中まで予熱されている場合、もっともアーク炉に近い部分で高温に予熱（加熱）されたスクラップ１０１は高温（８００〜１１００℃）になっているため、炉蓋５２を開けることにより、大気（酸素）と接触してスクラップが燃え、融着したり、一部融出・滴下する問題点がある。更に、炉蓋５２を開く時は、アーク炉５０からの排ガスを予熱槽１００に流れないよう切替えダンパー１０４を開けた後、アーク炉排ガス１０３をバイパスダクト１０２にバイパスするが、大気との接触を完全にシャットアウトすることは不可能である。
【００１２】
本発明は、上述した種々の問題点を解決するために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、炉蓋を開くことなく、炉上電極支持アーム単独で炉上電極を旋回できるアーク炉用電極旋回装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、製鋼用アーク炉の炉上電極（２６）を電極支持アーム（１）により旋回するアーク炉用電極旋回装置であって、昇降マスト（１４）の頂部に、炉上電極を保持する電極支持アームの旋回機構を有し、該旋回機構は、電極支持アームの中間部に設けられた旋回座（５）、上部旋回ベアリング（６）、下部旋回ベアリング（７）、旋回ベアリング固定座（８）からなり、電極支持アームと旋回座の間、及び旋回ベアリング固定座と昇降マストの間に絶縁物（４，９）が挟持されて電気的に二重絶縁されている、ことを特徴とするアーク炉用電極旋回装置が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記旋回ベアリング（６，７）は、中間座を上，下に区分して設置しており、前記旋回装置（２０）は、中間座の旋回座（５）、上部旋回ベアリング（６）、下部旋回ベアリング（７）、旋回ベアリング固定座（８）の部分に取付けられている。また、旋回を固定するロック機構を有し、該ロック機構は、旋回ロックシリンダ（１５）、旋回ロックピン（１７）、メス座（１９）からなり、かつ、ロック機構は、中間座の旋回座（５）、上部旋回ベアリング（６）、下部旋回ベアリング（７）、旋回ベアリング固定座（８）の部分に取付けられている。更に、中間座にはアースとの間に導通検知器（３１）が設けられ導通を検知し、導通検知時は絶縁破壊警報（３３）で警報を出すようになっている。
【００１５】
上記本発明の構成によれば、製鋼用アーク炉の炉上電極を保持する電極支持アーム（１）を、昇降マスト（１４）の上端で旋回できる構造とし、旋回を旋回ベアリング（６，７）を介し油圧シリンダー（２０）で行い、ロック機構も付設し、更に旋回機構は二重絶縁された中間座に設置し、この中間座はアース間に電圧計を設け、絶縁破壊も検知するようにした。この構成により、炉蓋を開くことなく、炉上で電極を旋回できるため、電極交換や接続で炉上電極を旋回する場合も熱ロスがなく、大気流入による予熱スクラップの酸化、溶融、融着や耐火物へのサーマルショックが無く、プロセスへの影響を最小化することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
図１は、本発明のアーク炉用電極旋回装置の旋回機構部上部の平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。更に、図２は、本発明によるアーク炉用電極旋回装置の旋回機構部を示す平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）であり、図３は、図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視図（Ａ）と、図２（Ｂ）の右側面図（Ｂ）である。
【００１７】
図１において、電極支持アーム１は先端で電極ホルダー２５を介して炉上電極２６を把持し、後端で上部ターミナルヘッド２７を介して上部水冷ケーブル２８を取付け、電極支持アーム１と電極ホルダー２５，炉上電極２６，上部ターミナルヘッド２７は一体で旋回するようになっている。上部水冷ケーブル２８は他端側（電源側上部ターミナルヘッド、図示せず）は固定されているため捩じれるが、可撓性があり問題は生じない。
【００１８】
炉上電極２６は炉底電極５４（図４）に対して陰極（マイナス）側であり、電流は炉上電極２６→電極ホルダー２５→上部ターミナルヘッド２７→上部水冷ケーブル２８と流れる。従って電極支持アーム１，アーム取付フランジ２は電圧印加部である。（電極支持アーム１とアーム取付フランジ２は一体になっている。）
【００１９】
図２に示すように、電極支持アーム１は、アーム取付フランジ２により絶縁物４を介してボルト３により旋回座５に固定されている。ボルト３は図２（Ｂ）に示すように、絶縁構造を成し、電極支持アーム１，アーム取付フランジ２及び旋回座５それぞれを電気的に導通しないようにしている。ボルト１０も図２（Ｂ）に示すよう絶縁され、旋回ベアリング固定座８、フランジ１３及び昇降マスト１４それぞれを電気的に導通しないようにしている。
【００２０】
旋回座５と旋回ベアリング固定座８は、上部旋回ベアリング６、下部旋回ベアリング７で旋回できる構造になっている。下部旋回ベアリング７が固定側である。電極支持アーム１，アーム取付フランジ２，ボルト３，絶縁物４，旋回座５，上部旋回ベアリング６は一体となって旋回する。旋回座５〜旋回ベアリング固定座８は電気的に一体である。
【００２１】
旋回ベアリング固定座８は、ボルト１０によりフランジ１３と固定されるが、図２（Ｂ）に示すよう絶縁物９，１１で電気的に絶縁されている。フランジ１３は昇降マスト１４の頂部に取付け、昇降マスト１４は昇降し、ガイドローラー２４で周囲４辺で上，下の２ケ所（計８ケのガイドローラー２４）で支持される。
【００２２】
図２（Ａ）に示すように、電極支持アーム１は旋回シリンダ２０により旋回できる。旋回シリンダ２０の本体は旋回座５と一体となった旋回シリンダの取付座２２に取付けられている。旋回シリンダのロッド２３は伸縮し、ロッド２３はロッド受け座２１に接続している。ロッド受け座２１は、旋回ベアリング固定座８と一体となっている。この構成により旋回シリンダ２０のロッド２３が伸縮するのに合わせ電極支持アーム１〜旋回座５が旋回する。
【００２３】
図２（Ｂ）において、電極支持アーム１，炉上電極２６が炉上（操業時位置）にある時と、旋回時（電極交換、継ぎ足し、等）は各電極支持アーム１をロックしないと、回ってしまうため、旋回ロックシリンダ１５の旋回ロックピン１７により、メス座１９に入り／抜きしてロック，アンロックする。旋回ロックシリンダ１５は、旋回座５と一体となった旋回ロックシリンダ取付台１６に固定されている。旋回ロックピン１７は旋回ロックピンガイド１８でガイドされ、メス座１９に入り／抜きする。
【００２４】
旋回ロックシリンダ１５，旋回ロックピン１７とも電気的に絶縁された油圧ホース２９，３０（図１参照）で油の供給／排出を行う。図１に示すように電極支持アーム１の先端の電極ホルダー２５で炉上電極２６を把持する。従って、電極支持アーム１の後端の上部ターミナルヘッド２７に取付けられた上部水冷ケーブル２８を介して炉上電極２６→電極ホルダー２５→電極支持アーム１→上部ターミナルヘッド（アーク炉側）２７→上部水冷ケーブル２８と電流が流れる。アーク８７（図６参照）が発生していない時、あるいは炉上電極２６とスクラップ９０が接触していない場合は、電流が流れないが電圧が印加される。
【００２５】
図４は、本発明のアーク炉用電極旋回装置の絶縁破壊検出装置説明図である。この図において、旋回ベアリング固定座８とアース３２の間に導通検知器３１を設置する。絶縁物４が絶縁破壊してアーム取付フランジ２と旋回座５が導通した場合は電極支持アーム１に印加されている電圧が旋回座５，旋回ベアリング固定座８にも印加されるため、導通検知器３１で検知される。この時、絶縁破壊警報３３で警報を出し知らせる。絶縁物４が絶縁破壊しても旋回ベアリング固定座８と旋回ロックシリンダ１５は絶縁物９により依然絶縁されているため操業上は全く支障がない。またこの時も、旋回ロックシリンダ１５や旋回シリンダ２０の油圧ホース２９，３０は絶縁ホースのため、電圧が印加されても、電流が流れないため、旋回ロックシリンダ１５，旋回シリンダ２０の損傷はない。
【００２６】
炉上電極２６は、炉蓋５２と独立して旋回できるが、炉蓋５２と一緒に旋回することも勿論できる。また、炉蓋５２の旋回は従来と同様である。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
上述した構成により、本発明のアーク炉用電極旋回装置は、操業を中断して、あるいは炉内が高温・赤熱したままの時に炉上電極支持アームを旋回しなければならない時（（イ）折損や消耗により新しい電極と交換時（ロ）新電極継ぎ足し時、（ハ）ホルダーを持替えてホルダー首下長さを長くする時、（ニ）ホルダー下の首下長さ測定時）でも炉蓋を炉上に残したまま電極支持アームのみ旋回できる。従って、以下の効果（ａ〜ｇ）を有する。
【００２９】
（ａ）溶解途中の溶鋼またスラグが冷えにくいため表面が固化しない。仮に固化しても表面のごくわずかな部分で済む（上記（イ）〜（ニ）の作業は５分〜１０分で完了できる。炉蓋開の場合に急冷となり、表面からすぐに固化し始める。）
（ｂ）熱ロスが少ないため、エネルギー効率を高く維持できる。
（ｃ）炉蓋を開ける時のように冷たい大気が急激に炉内に入らないため、熱衝撃がほとんどなく、耐火物にクラックが入ったり、スポーリングしない。
（ｄ）炉蓋が旋回しないため、炉蓋下面に付着していたスプラッシュの剥離や、落下による機器や設備の損傷が発生しない。また危険を及ぼすことがない。
（ｅ）図５に示すようにアーク炉直近炉上に、スクラップ予熱槽を設置している場合で、スクラップが既に途中まで予熱されて高温（８００〜１１００℃）になっている場合でも炉蓋開によりスクラップが大気（酸素）と接触することがないため、スクラップが燃えたり、融着したり、溶融により滴下することがない。
（ｆ）炉蓋を開する場合は、炉上電極の準備作業（炉中に挿入している炉上電極を上限まで上げて炉体５１と干渉しないようにする）のみならず、炉蓋の準備作業（炉蓋を上昇させる。上述（ｅ）の場合のようにアーク炉直近炉上に、スクラップ予熱槽がある場合は更に、炉蓋とスクラップ予熱槽を接続する昇降ダクト９７を下げる作業）が必要となるが、炉蓋を開する必要がないと、この作業時間が不要となり短縮されるため、上記（イ）〜（ニ）の作業時間がより短縮され、上記（ａ）（ｂ）の効果がより発揮される相乗効果がより一層出ることになる。
（ｇ）以上により、（イ）〜（ニ）の作業終了後、操業を再開しても、プロセスや設備に与える影響を最小にしてスムーズに効率よく、操業を立上げることができ、ひいては生産性向上、コストダウンを図ることができる。
【００３０】
一方、電極支持アーム１と昇降マスト１４間で絶縁破壊すると、数１０ｋＡという大電流が流れるため、溶損や、場合により電極支持アーム１が昇降マスト１４から飛んでしまうといった大事故にもなる。この場合操業の継続は全く不可能で、予備品があったとしても復旧に数日〜１週間要するため、生産の機会損失が非常に大きくなる。
【００３１】
しかし、本発明は、絶縁物４と絶縁物９で二重に絶縁しているため、電気的に絶縁破壊することはありえない。なぜなら、電流が流れないと絶縁破壊しないが、電流が流れるためには絶縁物４と絶縁物９の双方が絶縁破壊する必要があり、確率的にまず考えられないからである。
しかし、長年の使用による劣化あるいは物理的な外力により万一、絶縁物４あるいは絶縁物９が絶縁破壊する場合も無いとは言えないが、この場合も以下の効果（Ａ〜Ｆ）を有する。
（Ａ）絶縁物４が絶縁破壊しても下部の絶縁物９が健全のため、旋回座５〜旋回ベアリング固定座８部に電圧は印加されるが、電流が流れないため、重要部分である上部旋回ベアリング６、下部旋回ベアリング７のダメージを防止できる。
【００３２】
従来構造では、上部旋回ベアリング６、下部旋回ベアリング７部に電流が流れると、ベアリング球のオス部／メス部の接触面が完全一体でないためアーキングし易くベアリング球面が溶けたり、荒れたりしていたが、本発明ではこのようなことが全く発生しない。
（Ｂ）同様に旋回ロックシリンダ１５、旋回シリンダ２０もダメージを受けない。
（Ｃ）同様に絶縁物９が絶縁破壊しても、絶縁物４が健全のため旋回座５〜旋回ベアリング固定座８部に電圧の印加はなく、正常時と何ら変わりなく、操業を継続できる。
（Ｄ）絶縁物４あるいは、絶縁物９の絶縁破壊は、いずれの場合も導通検知器３１で検知され、絶縁破壊警報３３で警報が出るため、直ぐに知ることができる。しかし、操業には全く支障がないため、定修日まで余裕を持って計画的に準備ができる。
（Ｅ）上記の如く絶縁破壊しても、電流が流れていないため、機器のダメージが全くない。従って、単純に予備品絶縁物と交換すれば良いので、交換要領も簡単で短時間で完了できる。
【００３３】
（従来の絶縁破壊の場合は、必ずと言って良い程、溶損を伴うため、取り外しが簡単でなかったり、手直し作業にも多大の時間を要した。）
（Ｆ）以上により、アーク炉用電極旋回装置部に絶縁破壊が起こっても、操業を停止する必要がなく、また修理も計画的に短時間でできるため、生産計画への影響を最小にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアーク炉用電極旋回装置の旋回機構部上部全体の構成図である。
【図２】本発明によるアーク炉用電極旋回装置の旋回機構部の構成図である。
【図３】図２（Ａ）のＡ−Ａ矢視図（Ａ）と、図２（Ｂ）の右側面図（Ｂ）である。
【図４】本発明のアーク炉用電極旋回装置の絶縁破壊検出装置説明図である。
【図５】従来の製鋼用アーク炉の構成図である。
【図６】図５の部分構成図である。
【符号の説明】
１  電極支持アーム
２  アーム取付フランジ
３  ボルト
４  絶縁物
５  旋回座
６  上部旋回ベアリング
７  下部旋回ベアリング
８  旋回ベアリング固定座
９  絶縁物
１０  ボルト
１１  絶縁物
１２  絶縁物
１３  フランジ
１４  昇降マスト
１５  旋回ロックシリンダ
１６  旋回ロックシリンダ取付台
１７  旋回ロックピン
１８  旋回ロックピンガイド
１９  メス座
２０  旋回シリンダ
２１  旋回シリンダ・ロッド受け座
２２  旋回シリンダ・取付座
２３  旋回シリンダ・ロッド
２４  ガイドローラー
２５  電極ホルダー
２６  炉上電極
２７  アーク炉側上部ターミナルヘッド
２８  上部水冷ケーブル
２９  油圧ホース（旋回シリンダ用）
３０  油圧ホース（旋回ロックシリンダ用）
３１  導通検知器
３２  アース
３３  絶縁破壊警報
５０  アーク炉
５１  炉体
５２  炉蓋
５３  耐火物（非導電性耐火物で構成）
５４  炉底電極（導電性耐火物で構成）
５５  溶鋼
５６  炉上電極
５７  電極ホルダー
５８  電極支持アーム（炉上導体兼用）
５９  取付座（５８と一体）
６０  絶縁物
６１  取付座
６２  昇降マスト
６３  ガイドローラー
６４  アーク炉側上部ターミナルヘッド
６５  上部水冷ケーブル
６６  電源側上部ターミナルヘッド
６７  上部導体
６８  直流電源
６９  下部導体
７０  電源側下部ターミナルヘッド
７１  下部水冷ケーブル
７２  アーク炉側下部ターミナルヘッド
７３  電源室
７４  炉床導体
７５  炉蓋吊上チェーン
７６  イコライザー
７７  シーブ
７８  油圧シリンダー
７９  旋回床
８０  旋回中心軸
８１  旋回車輪
８２  傾動床
８３  上部傾動ロッカー
８４  下部傾動ロッカー
８５  基礎
８６  傾動固定ポスト
８７  アーク
８８  スクラップ予熱槽
８９  予熱槽内スクラップ
９０  アーク炉内スクラップ
９１  下部プッシャー
９２  下部プッシャー用シリンダー
９３  上部プッシャー
９４  上部プッシャー用シリンダー
９５  予熱ガス（アーク炉排ガス）
９６  排ガス
９７  昇降ダクト
９８  昇降シリンダ
９９  排ガスダクト
１００  スクラップ予熱装置
１０１  高温に予熱（加熱）されたスクラップ
１０２  バイパスダクト
１０３  アーク炉排ガス
１０４  切替えダンパー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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