JPH0639633B2 - エレクトロスラグ再溶解用電極 - Google Patents
エレクトロスラグ再溶解用電極Info
- Publication number
- JPH0639633B2 JPH0639633B2 JP62039612A JP3961287A JPH0639633B2 JP H0639633 B2 JPH0639633 B2 JP H0639633B2 JP 62039612 A JP62039612 A JP 62039612A JP 3961287 A JP3961287 A JP 3961287A JP H0639633 B2 JPH0639633 B2 JP H0639633B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stub
- electrode
- current
- heat
- cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエレクトロスラグ再溶解用電極に係り、特に交
流大電流の場合の電力損失を低減できる電極に関する。
流大電流の場合の電力損失を低減できる電極に関する。
エレクトロスラグ再溶解法（以下ＥＳＲ法と称する）の
概要を第２図により説明する。スタブ２に保持された金
属製の電極４は昇降装置６によつて昇降され、水冷銅る
つぼ８内の溶融スラグ１０に浸漬され、交流電源１２か
らの電流により溶融スラグ１０のジユール熱にて溶解し
て溶鋼１４になり凝固して鋼塊１６となる。電極４は溶
解に従つて下降するが製造する鋼塊１６がるつぼ８の容
量に対して小さい場合は、溶解終了時の電極先端はるつ
ぼ８の内部の深いところにあり、電極４の上部は溶解で
きない。このためスタブ２を使用して電極４を保持し、
スタブ２は他の種々の径の電極４と接続できるよう、一
般に溶解する電極４の径より小径としている。
概要を第２図により説明する。スタブ２に保持された金
属製の電極４は昇降装置６によつて昇降され、水冷銅る
つぼ８内の溶融スラグ１０に浸漬され、交流電源１２か
らの電流により溶融スラグ１０のジユール熱にて溶解し
て溶鋼１４になり凝固して鋼塊１６となる。電極４は溶
解に従つて下降するが製造する鋼塊１６がるつぼ８の容
量に対して小さい場合は、溶解終了時の電極先端はるつ
ぼ８の内部の深いところにあり、電極４の上部は溶解で
きない。このためスタブ２を使用して電極４を保持し、
スタブ２は他の種々の径の電極４と接続できるよう、一
般に溶解する電極４の径より小径としている。
一方、ＥＳＲ法で使用される交流電源１２は効率よく溶
融スラグ１０を発熱させるため、低電圧、大電流であ
り、かつ電源設備費の低減、電磁力による溶鋼流動の防
止から、一般に５０、６０Hzの商用の交流電源１２が使
用されている。
融スラグ１０を発熱させるため、低電圧、大電流であ
り、かつ電源設備費の低減、電磁力による溶鋼流動の防
止から、一般に５０、６０Hzの商用の交流電源１２が使
用されている。
かかる場合に問題となるのは、交流大電源を使用するこ
とによるスタブ２の発熱現象である。すなわち、交流電
流が導体のごく表面近傍しか流れないことは公知であり
例えば円柱導体の場合の電流密度の分布は下記(1)式で
示されるように、表面からの距離とともに指数関数的に
減少する。電流密度が表面の３７％に減少する深さは、
電流浸透深さδと称され、下記(2)式で求まるが、常温
におけるδの値は第１表に示す如く、スタブ材として一
般に用いられている鋼では、スタブ径に比し、著しく小
さい値である。
とによるスタブ２の発熱現象である。すなわち、交流電
流が導体のごく表面近傍しか流れないことは公知であり
例えば円柱導体の場合の電流密度の分布は下記(1)式で
示されるように、表面からの距離とともに指数関数的に
減少する。電流密度が表面の３７％に減少する深さは、
電流浸透深さδと称され、下記(2)式で求まるが、常温
におけるδの値は第１表に示す如く、スタブ材として一
般に用いられている鋼では、スタブ径に比し、著しく小
さい値である。
ただし、ｉ(r)：中心からｒ(m)のところの電流密度（Ａ
／m2） ａ：円柱導体の半径(m) Ｉ：断面内の総電流(A) δ：電流浸透深さ(m) σ：導体の導電率（１／Ω・ｍ） μ：導体の透磁率（Ｗｄ／ＡＴ・ｍ） ω：電流の角周波数＝２πｆ（rad／ｓ） ｆ：電流の周波数（Hz） このため、一見断面積の大きな導体であつても、交流電
流は周長と電流浸透深さδとの積で代表されるごく狭い
領域しか流れることができない。この現象は一般に表皮
効果と呼ばれている。この結果、実質的な導体抵抗は直
流の場合に比べるとはなはだ大きなものとなり、スタブ
の場合には大電流がこの部分を流れ、表面近傍の抵抗発
熱でスタブ内部まで加熱され、極端な場合は赤熱状態と
なる。この現象は溶解電極より径の小さいスタブで著し
い。
／m2） ａ：円柱導体の半径(m) Ｉ：断面内の総電流(A) δ：電流浸透深さ(m) σ：導体の導電率（１／Ω・ｍ） μ：導体の透磁率（Ｗｄ／ＡＴ・ｍ） ω：電流の角周波数＝２πｆ（rad／ｓ） ｆ：電流の周波数（Hz） このため、一見断面積の大きな導体であつても、交流電
流は周長と電流浸透深さδとの積で代表されるごく狭い
領域しか流れることができない。この現象は一般に表皮
効果と呼ばれている。この結果、実質的な導体抵抗は直
流の場合に比べるとはなはだ大きなものとなり、スタブ
の場合には大電流がこの部分を流れ、表面近傍の抵抗発
熱でスタブ内部まで加熱され、極端な場合は赤熱状態と
なる。この現象は溶解電極より径の小さいスタブで著し
い。
スタブの発熱は、本来電極の溶解に使用されるべき電力
が無駄に消費されるばかりでなく、スタブと電極との溶
接部の強度低下を招き、電極落下等の危険がある。ま
た、赤熱状態のスタブは、大気中では酸化損耗が著し
く、寿命面から好ましくない。更に輻射熱のために、鋳
型内を監視したり、スラグの補給のために電極周辺に作
業者が近寄ることが困難となり、作業性をも損なう。
が無駄に消費されるばかりでなく、スタブと電極との溶
接部の強度低下を招き、電極落下等の危険がある。ま
た、赤熱状態のスタブは、大気中では酸化損耗が著し
く、寿命面から好ましくない。更に輻射熱のために、鋳
型内を監視したり、スラグの補給のために電極周辺に作
業者が近寄ることが困難となり、作業性をも損なう。
この対策として、スタブ径を大きくすれば周長の増加に
反比例して発熱量は減少するが、反面スタブの重量は半
径の２乗で増加するためスタブ製作費の増加、スタブ重
量増に伴う昇降系仕様の増強を要し経済的でない。ま
た、るつぼ内壁との距離の最少限を確保する必要から、
スタブ径の増加には限度がある。従つて、止むなく操業
電流を下げて対処せざるを得なくなる結果、生産性低下
は避けられず、また溶解速度を適正範囲に保つことが難
しくなる。
反比例して発熱量は減少するが、反面スタブの重量は半
径の２乗で増加するためスタブ製作費の増加、スタブ重
量増に伴う昇降系仕様の増強を要し経済的でない。ま
た、るつぼ内壁との距離の最少限を確保する必要から、
スタブ径の増加には限度がある。従つて、止むなく操業
電流を下げて対処せざるを得なくなる結果、生産性低下
は避けられず、また溶解速度を適正範囲に保つことが難
しくなる。
一方、スタブの水冷化によつて対処する場合には、昇温
に起因する問題は解消ではても、発熱という電力の無駄
な消費自体は改善されず、設備費も嵩む。なお、スタブ
の一部もしくは全部を電流浸透深さの大きいステンレス
鋼や銅で作ることにより、抵抗を下げ、発熱量を低減さ
せる方式は、本質的な対策ではあるが、一般に高価であ
り、実用性に乏しい。
に起因する問題は解消ではても、発熱という電力の無駄
な消費自体は改善されず、設備費も嵩む。なお、スタブ
の一部もしくは全部を電流浸透深さの大きいステンレス
鋼や銅で作ることにより、抵抗を下げ、発熱量を低減さ
せる方式は、本質的な対策ではあるが、一般に高価であ
り、実用性に乏しい。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、スタ
ブにおける温度上昇や電力損失を防止しかつ経済的なエ
レクトロスラグ再溶解用電極を提供するにある。
ブにおける温度上昇や電力損失を防止しかつ経済的なエ
レクトロスラグ再溶解用電極を提供するにある。
本発明の要旨とするところは次の如くである。すなわ
ち、溶融スラグのジユール熱により溶解する電極と前記
電極を保持して該電極の上部に接続された非溶解の鋼製
のスタブとから成るエレクトロスラグ再溶解用電極にお
いて、前記スタブの水平断面の周長ｌ(m)が下記式を満
足する如く該スタブの表面に凸凹を設けたことを特徴と
するエレクトロスラグ再溶解用電極である。
ち、溶融スラグのジユール熱により溶解する電極と前記
電極を保持して該電極の上部に接続された非溶解の鋼製
のスタブとから成るエレクトロスラグ再溶解用電極にお
いて、前記スタブの水平断面の周長ｌ(m)が下記式を満
足する如く該スタブの表面に凸凹を設けたことを特徴と
するエレクトロスラグ再溶解用電極である。
ただしＩ：前記電極を流れる電流の交流成分の実効値
(A) ｆ：前記電極を流れる電流の交流成分の周波数（Hz） 本発明は、交流電流の流れる断面積が電流浸透深さと周
長の積で決まることは前記のとおりであり、ここで電流
の浸透深さは材質固有のものであるため、一般に高価な
材質を使用しない限り大きくすることは難しいが、一方
断面の周長は断面積を変えずとも容易に大きくできるこ
とに着目して本発明を完成するに至つた。
(A) ｆ：前記電極を流れる電流の交流成分の周波数（Hz） 本発明は、交流電流の流れる断面積が電流浸透深さと周
長の積で決まることは前記のとおりであり、ここで電流
の浸透深さは材質固有のものであるため、一般に高価な
材質を使用しない限り大きくすることは難しいが、一方
断面の周長は断面積を変えずとも容易に大きくできるこ
とに着目して本発明を完成するに至つた。
すなわち、スタブの材質を変更することなく発熱量や温
度を下げるため、スタブの断面が非円形となるように外
周に凸凹を設けて周長を増大させ、断面積を増加するこ
となく、交流電流が流れる断面を増やしてスタブにおけ
る抵抗による発熱を減少させ、同時に放熱面の増加によ
りスタブの温度上昇の防止を図つたのである。
度を下げるため、スタブの断面が非円形となるように外
周に凸凹を設けて周長を増大させ、断面積を増加するこ
となく、交流電流が流れる断面を増やしてスタブにおけ
る抵抗による発熱を減少させ、同時に放熱面の増加によ
りスタブの温度上昇の防止を図つたのである。
なお、特開昭５２−６８８１９および特開昭５２−１２
３９０４において、溶解電極の側面にスリツトを設け通
過電流を操作することが開示されているが、これは本発
明とその目的、構成、作用および効果を全く異にするも
のである。
３９０４において、溶解電極の側面にスリツトを設け通
過電流を操作することが開示されているが、これは本発
明とその目的、構成、作用および効果を全く異にするも
のである。
本発明の詳細を第１図に図示の実施例により説明する。
半径ａの円柱導体であるスタブ本体１８の外周には厚み
ｔ、幅ｂの側板２０が複数（Ｎ枚）溶接されている。こ
のスタブ２の周長は２πａ＋２ｂＮであるから側板２０
の枚数を増加させることで周長を容易に増加することが
できる。また、逆にスタブ本体１８の断面に深さｂの溝
を切ることによつても周長を増加することができる。
半径ａの円柱導体であるスタブ本体１８の外周には厚み
ｔ、幅ｂの側板２０が複数（Ｎ枚）溶接されている。こ
のスタブ２の周長は２πａ＋２ｂＮであるから側板２０
の枚数を増加させることで周長を容易に増加することが
できる。また、逆にスタブ本体１８の断面に深さｂの溝
を切ることによつても周長を増加することができる。
また、断面形状は円形以外であれば断面積が同一の円よ
りも長くすることができるので、外周を波形あるいは三
角山形すなわち凸凹を付け非円形とすればよい。しか
し、加工、製作コスト面でさらに有利に本発明を実施す
るには円形、だ円形、三角形、多角形を基本とする支柱
に第１図の如く板状体を表面に溶接するか表面に溝を切
ることが望ましく、単に非円形の単純な支柱だけの場合
に比して冷却及び発熱量の低減効果が高く温度上昇や発
熱損失を効果的に抑制することができる。
りも長くすることができるので、外周を波形あるいは三
角山形すなわち凸凹を付け非円形とすればよい。しか
し、加工、製作コスト面でさらに有利に本発明を実施す
るには円形、だ円形、三角形、多角形を基本とする支柱
に第１図の如く板状体を表面に溶接するか表面に溝を切
ることが望ましく、単に非円形の単純な支柱だけの場合
に比して冷却及び発熱量の低減効果が高く温度上昇や発
熱損失を効果的に抑制することができる。
次に、スタブの発熱量や温度を下げるために必要な断面
の周長について説明する。円柱導体内の電流分布は前記
(1)、(2)式で表されるから、単位体積当りの発熱量の分
布ｑ(r)（Kcal／m3.h）は下記(3)式で表わされる。
の周長について説明する。円柱導体内の電流分布は前記
(1)、(2)式で表されるから、単位体積当りの発熱量の分
布ｑ(r)（Kcal／m3.h）は下記(3)式で表わされる。
ただし、ｑ(r)：中心からｒのところにおける単位体積
当りの発熱量（Kcal／m3.h） これを全断面積にわたつて積分することにより単位長さ
当りの円柱内における発熱量Q1は下記（４）で求まる。
当りの発熱量（Kcal／m3.h） これを全断面積にわたつて積分することにより単位長さ
当りの円柱内における発熱量Q1は下記（４）で求まる。
(4)式において分母のｌ（＝２πａ）は断面の周長を表
わしており、これより発熱量が周長ｌに反比例すること
がわかる。
わしており、これより発熱量が周長ｌに反比例すること
がわかる。
一方、単位長さ当たりの放熱量Q2は下記(5)式で表わさ
れる。
れる。
Q2＝ｌ・α（θo−θa）………(5) ただし、θo：スタブの表面温度（℃） θa：周囲の雰囲気温度(℃) α：表面熱伝達率（Kcal／m2・h・c） 平衡状態においてはQ1＝Q2となるので、このときのスタ
ブの表面温度をθeqとすると下記(6)式が成立する。
ブの表面温度をθeqとすると下記(6)式が成立する。
ただし、２πａ＝ｌとおいた。
本発明者の研究によれば、一般の炭素鋼の場合、(6)式
の右辺は広い範囲でθｅｑにほぼ比例し、(6)式は(7)式
のように近似できる。
の右辺は広い範囲でθｅｑにほぼ比例し、(6)式は(7)式
のように近似できる。
すなわち、炭素鋼製のスタブの温度は、下記(8)式にて
近似的に予想できる。
近似的に予想できる。
炭素鋼は一般に６００℃以上では酸化減耗が著しく仕様
不能であり、また作業上もこれ以上の温度では輻射熱の
ために作業性が悪いので、実操業においては、θeq≦６
００℃とするのが妥当である。従つてスタブの周長ｌは
下記(9)式を満足するように限定した。
不能であり、また作業上もこれ以上の温度では輻射熱の
ために作業性が悪いので、実操業においては、θeq≦６
００℃とするのが妥当である。従つてスタブの周長ｌは
下記(9)式を満足するように限定した。
上記(9)式を満たす範囲でｌは大きい程発熱による損失
やスタブの温度上昇が低減するのでより好ましい。
やスタブの温度上昇が低減するのでより好ましい。
径３８０mmのＣ：0.18％、Ｓｉ：0.55％、Ｍｎ：1.50％
の炭素鋼製の円柱の円周に第１図に示す如く幅７５mm、
厚み１２mmのフラツトバー８枚を溶接して周長を延長し
本発明による周長の限定を満足するスタブを製作した。
の炭素鋼製の円柱の円周に第１図に示す如く幅７５mm、
厚み１２mmのフラツトバー８枚を溶接して周長を延長し
本発明による周長の限定を満足するスタブを製作した。
一方、比較のため、径３８０mmの上記と同一材質の円柱
をスタブとして使用しこれを従来例とした。
をスタブとして使用しこれを従来例とした。
これらのスタブを使用して６０Ｈｚの電源を使用して２
０．５ＫＡの操業電流でＥＳＲ法操業行いスタブの温度
を測定した。
０．５ＫＡの操業電流でＥＳＲ法操業行いスタブの温度
を測定した。
スタブの温度を６００℃如何にするためには、この場合
(9)式より周長は1.27ｍが必要であるが、本発明実施例
の周長は2.39ｍであるのに対し、従来例では周長は1.19
ｍしかなく、本発明の条件を満足していない。
(9)式より周長は1.27ｍが必要であるが、本発明実施例
の周長は2.39ｍであるのに対し、従来例では周長は1.19
ｍしかなく、本発明の条件を満足していない。
ＥＳＲ操業において、従来例ではスタブの温度は６３０
℃に達したが、本発明実施例では温度上昇は３７０℃に
とどまり、スタブの電力損失は従来例の４０％に低減し
た。
℃に達したが、本発明実施例では温度上昇は３７０℃に
とどまり、スタブの電力損失は従来例の４０％に低減し
た。
本発明は上記実施例からも明らかな如く、スタブの水平
断面の周長が限定条件を満足するようにスタブの表面に
凸凹を付し周長を延長することより、スタブの発熱、温
度上昇を抑制し、電力損失の低減および作業性、安全性
の改善を簡便かつ経済的に実施できる効果を挙げた。
断面の周長が限定条件を満足するようにスタブの表面に
凸凹を付し周長を延長することより、スタブの発熱、温
度上昇を抑制し、電力損失の低減および作業性、安全性
の改善を簡便かつ経済的に実施できる効果を挙げた。
第１図は本発明実施例のスタブを示す断面図、第２図は
ＥＳＲ法を説明する装置の正面図である。 ２……スタブ、４……電極 １０……溶融スラグ、１８……スタブ本体 ２０……側板
ＥＳＲ法を説明する装置の正面図である。 ２……スタブ、４……電極 １０……溶融スラグ、１８……スタブ本体 ２０……側板
Claims (1)
- 【請求項１】溶融スラグのジユール熱により溶解する電
極と前記電極を保持して該電極の上部に接続された非溶
解の鋼製のスタブとから成るエレクトロスラグ再溶解用
電極において、前記スタブの水平断面の周長ｌ(m)が下
記式を満足する如く該スタブの表面に凸凹を設けたこと
を特徴とするエレクトロスラグ再溶解用電極。 ただしＩ：前記電極を流れる電流の交流成分の実行値
(A) ｆ：前記電極を流れる電流の交流成分の周波数（Hz）
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62039612A JPH0639633B2 (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | エレクトロスラグ再溶解用電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62039612A JPH0639633B2 (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | エレクトロスラグ再溶解用電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63206438A JPS63206438A (ja) | 1988-08-25 |
| JPH0639633B2 true JPH0639633B2 (ja) | 1994-05-25 |
Family
ID=12557930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62039612A Expired - Lifetime JPH0639633B2 (ja) | 1987-02-23 | 1987-02-23 | エレクトロスラグ再溶解用電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0639633B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5655731B2 (ja) * | 2011-07-19 | 2015-01-21 | 新日鐵住金株式会社 | エレクトロスラグ溶解法によるロール用鋼塊の製造方法 |
| CN109047687A (zh) * | 2018-10-18 | 2018-12-21 | 东北大学 | 一种双合金同步重熔制备大型均匀铸锭的装置及方法 |
| JP7529980B2 (ja) * | 2020-07-20 | 2024-08-07 | 日本製鉄株式会社 | ロール用鋼塊製造方法及びロール用鋼塊 |
-
1987
- 1987-02-23 JP JP62039612A patent/JPH0639633B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63206438A (ja) | 1988-08-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3775091A (en) | Induction melting of metals in cold, self-lined crucibles | |
| RU2226553C1 (ru) | Способ и устройство для получения расплавленного железа | |
| JPH0639633B2 (ja) | エレクトロスラグ再溶解用電極 | |
| US2600823A (en) | Hot top electrode tip | |
| US3744989A (en) | Method and apparatus for refining the metal of a consumable electrode | |
| US3995100A (en) | Arrangement for the production of ingots from high-melting metals, particularly steel, by electroslag remelting | |
| JP6565516B2 (ja) | 鋳造装置 | |
| US4132545A (en) | Method of electroslag remelting processes using a preheated electrode shield | |
| JP7617715B2 (ja) | ロール用鋼塊製造方法 | |
| US3586749A (en) | Method for the electroslag welding and building up of metals and alloys | |
| AU656575B2 (en) | Heating method and apparatus | |
| JP4912758B2 (ja) | 三相交流電極式円形電気炉とその冷却方法 | |
| JPS5813449A (ja) | 通電加熱用浸漬ノズル | |
| JP2004522852A (ja) | 導電性スラグ浴内で電極を溶解して金属インゴットまたはビレットを製造する方法およびこれを実行する装置 | |
| JPS61150758A (ja) | 連続鋳造用タンデイツシユにおける溶融金属加熱方法 | |
| JPH0671450A (ja) | プラズマ加工機用電極 | |
| CN114057191A (zh) | 一种竖式石墨化炉功率恒定装置 | |
| KR100738857B1 (ko) | 용탕 주입 홈통을 목표의 온도로 조절하는 방법 및 그방법을 행하기 위한 용탕 주입 홈통 | |
| JP7529980B2 (ja) | ロール用鋼塊製造方法及びロール用鋼塊 | |
| US6452956B1 (en) | Soderberg-type composite electrode for arc smelting furnace | |
| GB1568746A (en) | Electrosing remelting and surfacing apparatus | |
| CN118600227A (zh) | 一种具有多环形自耗电极的电渣重熔装置 | |
| CN109321761A (zh) | 一种可防止活泼金属烧损的电渣炉 | |
| JPH0242018B2 (ja) | ||
| JPH06218505A (ja) | 溶融金属の連続鋳造方法 |