JP3589084B2 - アーク炉用電極の重量測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アーク炉用電極の重量測定装置に係わり、特に、鋼、あるいは合金鉄、シリコン等の金属精錬に使用されるアーク炉の電極重量を、迅速且つ正確に測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼、合金鉄あるいはシリコン等の金属精練に使用されるアーク炉は、通常、炉上から炉内に挿入した複数の黒鉛電極間でアーク放電させるか、あるいは炉上から炉内に挿入した黒鉛電極と、溶解、製・精錬される金属との間でアーク放電させて高熱を発生させ、その熱で金属や鉱石等の溶解、あるいは製・精錬を行うものである。このようなアーク炉の上部電極には、通常黒鉛電極が使用されるが、それらは、操業中にアーク熱により気化したり、あるいは高熱の雰囲気やスラグによって酸化され、消耗していく。
【０００３】
この黒鉛電極は、高価なものであるから、消耗をできるだけ少なくするような適切な条件でアーク炉を操業することが望まれる。そのためには、各チャージの操業が終了する毎に、電極の消耗量を正確に測定し、次チャージの操業に反映させることが必要である。
【０００４】
従来、かかる電極の重量測定は、電気炉の操業停止時間を利用して、あるいは意図的に電気炉の操業を停止して行なわれていた。すなわち、図３（ａ）に示すように、オペレータ１がアーク炉２の炉蓋３上に登って電極４の上部に治具５を取り付け、電極ホルダ６のクランプ部７をアンクランプした後、該電極４をクレーン８で巻き上げ、クレーン８の秤量機（図示せず）にて秤量していた（図３（ｂ）参照）。この方法は、電極４の重量を正確に測定できる利点はあるが、高熱の炉蓋３上にてオペレータ１が作業しなければならず、作業負荷が多大である。また、電極上部への治具５の取り付けや取り外し、クレーン８による吊り上げに長時間を要するため、その間に電極４が酸化消耗してしまったり、ダウンタイム（操業停止時間）が長いため、炉の稼働率を上げられない等の問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、特開平２−３０６１３７号公報は、アーク炉に配置した電極を電極ホルダに把持したままの状態で、その重量を重量検出器（実際には、張力を測定する）によって測定し、この測定値からあらかじめ知られている電極ホルダのみの重量を減算することによって、電極の重量を測定する方法を提案している。この方法によれば、オペレータの作業負荷が著しく軽減され、重量測定に要する時間も著しく短縮される。
【０００６】
しかしながら、この方法にも下記のような問題があり、実用化が困難であった。つまり、
（１）電極と電極ホルダとを一体化して重量を測定するため、重量検出器には、そのフルスケールが電極そのものの重量よりはるかに大きいものを使用しなければならず、したがって電極重量の測定誤差が大きい、
（２）給電ケーブルを取り付けたまま測定するので、給電ケーブルのたるみ状態などが測定値の誤差を大きくする、
（３）電極支持体には、アーク炉の炉蓋と電極の隙間から立ち上がるダストや地金が堆積し、これが測定誤差となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、危険なオペレータの炉上作業が解消でき、且つ短時間で、しかも精度良く測定が可能なアーク炉用電極の重量測定方法及び測定装置を提案することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記の課題を解決するため、新たな測定技術の開発に鋭意努力し、その成果を本発明として完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、電極をクランプして鉛直に保持するアーム状の電極ホルダと、該電極ホルダを水平姿勢で昇降自在に支持する電極ホルダ支持柱と、該支持柱の軸を中心に電極ホルダを旋回させ、電極を炉外に移動させる旋回手段とを備えたアーク炉用電極装置において、前記電極の炉外移動位置に、電極ホルダのアンクランプで開放された電極の先端を受ける電極支承体と、該電極支承体上の電極重量を検出する重量センサとを備えた電極受台を配設したことを特徴とするアーク炉用電極の重量測定装置である。
【００１０】
また、本発明は、前記電極支承体の下に、重量センサを設置したり、あるいはその重量センサの数を３個とし、各センサを、平面視で電極支承体の中心軸を囲む三角形の各頂点に配置することを特徴とするアーク炉用電極の重量測定装置である。
【００１１】
さらに、本発明は、前記電極支承体は、少なくともその上面がカーボン製プレートで構成されたものであったり、あるいは球面座を有するものであることを特徴とするアーク炉用電極の重量測定装置である。
【００１２】
加えて、本発明は、前記電極支承体の下に、衝撃緩衝手段を備えたり、あるいは前記電極支承体及び重量センサが昇降手段の上に載置されていることを特徴とするアーク炉用電極の重量測定装置でもある。
【００１３】
これらの本発明によれば、アーク炉に複数本の電極が配置されていても、同時に、しかも電極ホルダから開放された状態で各電極の重量が測定できるので、従来に比べて迅速、且つ正確な測定が可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
まず、本発明が対象とする電極は、自焼性の所謂「ゼーダーベルグ電極」ではなく、あらかじめ焼成された黒鉛電極である。かかる電極を使用するアーク炉としては、３本の上部電極（黒鉛電極）を備えた３相交流式、一本の上部電極（黒鉛電極）と１個又は複数の炉底電極とを備えた直流式のものが多い。
【００１６】
これらアーク炉２では、電極４は、図３（ａ）に示したように、電極４をクランプして鉛直に保持するアーム状の電極ホルダ６と、該電極ホルダ６を水平姿勢で昇降自在に支持する電極ホルダ支持柱９と、該支持柱９の軸を中心に電極ホルダ６を旋回させ、炉外に電極を移動させる旋回手段１０とを備えた電極装置の使用が一般的である。そして、原料を炉内に装入するに際しては、電極４は、あらかじめ炉内から旋回させて、炉外のある位置（以下、炉外移動位置という）に移動するようになっている。本発明では、このアーク炉操業において不可避的に発生する電極４の退避時間を利用して、その炉外移動位置において重量を測定するものである。
【００１７】
すなわち、本発明では、図１に示すように、電極４の炉外移動位置に電極の受台１１を配設し、その上に電極４をフリーの状態、つまり電極ホルダ６から開放して載置する電極支承体１２と、電極重量を検出する重量検出器１３とを設けるようにしたものである。この電極重量測定装置では、電極４は外力に拘束されていないので、特開平２−３０６１３７号公報記載の測定方法で生じたような電極ホルダ、給電ケーブル等に起因する大きな測定誤差が一切回避できるようになる。なお、測定時に、電極４が電極ホルダ６のクランプ部７にもたれることもあるが、発明者の検討によれば、電極４はほぼ垂直な状態にあるので、もたれることによる測定誤差は、無視できる程小さかった。
【００１８】
通常、電極４の先端は、使用によって先細りしている。そのため、本発明では、電極４をほぼ垂直状態にする工夫が凝らしている。すなわち、電極４の受台１１に設ける電極支承体１２は、電極先端がいかなる形状であっても、荷重が均一に該支承体１２にかかるように、電極先端と接触する部分を球面座としてある。また、電極４は高温状態にあるので、支承体１２は、耐熱性が必要である。さらに、支承体１２は、電極４よりも硬いものであると、電極４が当接した時のショックで該電極が割れることがあるので、少なくとも電極と同じカーボン製のプレートを支承体１２の上面に設けると良い。加えて、このショックを緩和するには、図２に示すように、支承体１２とロードセル１３の間に、バネ等の緩衝手段１４を別途設けても良い。
【００１９】
次に、電極４の重量検出であるが、これには、上記したように、例えばロードセル等の公知の重量センサが使用できる。該ロードセル１３は、支承体１２の下に位置させることで、重量を精度良く検出するからである。ロードセル１３の数は、通常、各支承体１２に１個配置すれば良い。ただし、電極４の先端は、上記のように、操業中の酸化や蒸発による消耗によって細くなったり、あるいは欠けたりして必ずしも一定の形状でなく、支承体１２にかかる電極４の荷重が支承体１２の中心軸から偏心することがある。かかる状況では、単一のロードセル１３で電極重量を測定すると、多分に誤差が生じる恐れがある。そのため、本発明では、３個のロードセル１３を、平面視で支承体１２の中心軸を囲む正三角形の頂点に相当する位置に配置し、三点支持の状態で重量を測定するようにも工夫している。
【００２０】
また、高価なロードセル１３の使用数を削減し、且つ高い測定精度を達成するには、図４に示すように、各電極４あたり１個のロードセル１３を設置した支承体１２を一体化プレート１８にて結合し、それによって電極４を１本ずつ秤量すれば、電極１本に対しては３点支持によってその重量が測定できる。これら３つのロードセル１３による秤量値を合算すれば、高い精度での測定が可能となる。
【００２１】
これら電極支承体１２及び重量検出器１３は、直接的に作業床１５の上に設置しても良い。しかし、電極４の昇降等の作業性を配慮し、本発明では、作業床１５の上に受台を設けるようにするのが好ましい。これによって、電極４の昇降距離が短縮され、作業時間の短縮や作業の簡略化が図れるからである。なお、受台１１の高さが可変であると、これら作業に好都合であるので、本発明では、受台１１に別途それ自体の昇降手段１６を設けるようにした。具体的には、油圧シリンダ等のアクチュエータを垂直に配置するのが構造的にも簡単で好ましいが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えばテーブル・リフタのようなものでも良い。電極４と支承体１２とを相対的に接近させ、当接したことを検知する手段としては、テレビカメラによる監視、リミットスイッチによる検知、ロードセルの検出重量がある「しきい値」を超えたことによる検知方法等が、好ましく使用できる。
【００２２】
【実施例】
３相交流式アーク炉を用いて、低炭素鋼を溶製した。使用した電極は、焼成済みの黒鉛電極で、そのサイズは、外径２０インチ，長さ１８００ｍｍ，重量６４５ｋｇ／本である。この電極を３本、図１に示すように、アーク炉の上部に電極ホルダで保持してセットした。
【００２３】
１チャージの操業に使用した原料は、鉄スクラップ５５トン、その他造滓剤、脱酸剤である。また、操業中には、ランスを用いて鋼浴面に酸素ガスも吹き込まれた。操業は従来の手順に従い行なわれ、その間電極への通電量も操業状況に合わせて変更された。
【００２４】
かかる操業を多数チャージ実施し、各チャージ後の操業停止時間を利用して、本発明に係る電極重量測定装置で電極重量を測定した。その際、同じ電極を別途クレーンで吊り、秤量することも行なった。その結果を、表１に一括して示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１より、本発明に係る方法で測定した電極重量は、精度の良いクレーンによる測定値と良く一致しており、本発明に係る装置で正確な測定が行なわれることが明らかである。また、本発明に係る装置での測定では、３本の電極の重量を同時に測定でき、その測定時間は、平均３０分であった。従って、１本毎に測定する従来のクレーン利用方法に比較して、測定時間の大幅な短縮ができることも明らかである。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、危険なオペレータの炉上作業が解消でき、且つ短時間で、しかも精度良くアーク炉用電極の重量測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電極重量の測定装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る電極重量の測定装置の詳細を示す図である。
【図３】従来の電極重量の測定方法を説明する図であり、（ａ）はアーク炉の縦断面を、（ｂ）はクレーンでの測定状態を示す。
【図４】本発明に係る電極重量の測定装置で採用した電極受台部分の詳細を説明する図であり、（ａ）は側面を、（ｂ）は平面を示す。
【符号の説明】
１ オペレータ
２ アーク炉
３ 炉蓋
４ 電極
５ 治具
６ 電極ホルダ
７ クランプ部
８ クレーン
９ 電極ホルダ支持柱
１０ 旋回手段
１１ 電極受台（受台）
１２ 電極支承体（支承体）
１３ 重量検出器（ロードセル）
１４ 緩衝手段
１５ 作業床
１６ 昇降手段
１７ カーボンプレート
１８ 一体型プレート
１９ リミットスイッチ

Claims (7)

1. 電極をクランプして鉛直に保持するアーム状の電極ホルダと、該電極ホルダを水平姿勢で昇降自在に支持する電極ホルダ支持柱と、該支持柱の軸を中心に電極ホルダを旋回させ、電極を炉外に移動させる旋回手段とを備えたアーク炉用電極装置において、
   前記電極の炉外移動位置に、電極ホルダのアンクランプで開放された電極の先端を受ける電極支承体と、該電極支承体上の電極重量を検出する重量センサとを配設したことを特徴とするアーク炉用電極の重量測定装置。
2. 前記電極支承体の下に、重量センサを設置したことを特徴とする請求項１記載のアーク炉用電極の重量測定装置。
3. 前記重量センサの数を３個とし、各センサを、平面視で電極支承体の中心軸を囲む三角形の各頂点に配置することを特徴とする請求項２記載のアーク炉用電極の重量測定装置。
4. 前記電極支承体は、少なくともその上面がカーボン製プレートで構成されたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアーク炉用電極の重量測定装置。
5. 前記電極支承体は、球面座を有するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアーク炉用電極の重量測定装置。
6. 前記電極支承体の下に衝撃緩衝手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアーク炉用電極の重量測定装置。
7. 前記電極支承体及び重量センサが昇降手段の上に載置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアーク炉用電極の重量測定装置。

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