JP2000088462A

JP2000088462A - 溶融金属用炉

Info

Publication number: JP2000088462A
Application number: JP33245498A
Authority: JP
Inventors: Hideji Takeuchi; 秀次竹内; Masakatsu Nara; 正功奈良; Takeshi Suzuki; 健史鈴木; Kenichi Tanmachi; 健一反町
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-11-24
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】酸素富化中のようなアークを発生しない場合
であっても、炉内に収容された溶融金属の攪拌を可能と
し、溶解時間の削減と溶け残り、溶融金属成分の不均一
などを解消することのできる溶融金属用炉。【解決手段】炉内に収容する溶融金属３と接する領域
に複数の電極２Ａ、２Ｂ、２Ｃを、その一方の電極２Ｂ
と他方の電極２Ｃとの極性を相異ならせて溶融金属３へ
通電可能に設ける。この溶融金属３に通電させる電流と
の相互作用により電磁力を溶融金属に付与する磁場を発
生させる磁場発生装置を設けることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属の加熱、溶
解又は精錬などを行う溶融金属用炉において、直流電流
のピンチ力や、直流電流と外部磁場とによるローレンツ
力を用いて、溶鋼の攪拌及び加熱を実施し、短時間に溶
鋼の反応促進、溶鋼の均質性確保及び溶鋼の温度確保な
どを達成する炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属用炉としての電気炉は、その構
造と電力の与え方の違いから交流電気炉と直流電気炉に
大別できる。前者は、通常３本の上部黒鉛電極を持ち、
これらの３本の電極に３相交流電流を印加して電極と金
属スクラップ、あるいは溶解後の溶融金属との間にアー
ク放電をさせることにより、アーク柱からの輻射電熱と
被加熱物に流れる電流によるジュール発熱とより金属の
溶解と加熱を行うものである。一方、直流電気炉は通
常、１本の上部黒鉛電極と炉底電極とをそなえ、この電
極間に直流電流を印加することにより、交流電気炉と同
様の熱エネルギーを被加熱物に与えて溶解と加熱を行う
ものである。

【０００３】従来、稼働台数では交流アーク方式の電気
炉（交流アーク炉）が直流アーク方式の電気炉（直流ア
ーク炉）に比べて優勢であった。これは、交流アーク炉
が回路上簡単であるのと、直流アーク炉に比較し電気設
備も少なくて済むためである。しかし、交流アーク炉に
は、1)アーク放電用電極の損耗量が直流アーク炉に比較
し３倍であること、2)騒音が大きいこと、また、3)フリ
ッカ発生が大きいことなどの不利な点があった。更に、
4)直流アーク炉に比較してアーク長が短いため着熱が劣
るということも、生産効率の向上が重要視されている昨
今では問題となっていた。

【０００４】そのため、それらの諸問題を解決し、生産
効率の向上を図るために直流アーク炉が見直され、電気
機器及び回路技術の開発も相まって最近では直流アーク
炉形式が主流となりつつある。この直流アーク方式を用
いることにより、前述した諸問題は解決され、しかも、
交流アーク炉より着熱効率が10％程度向上するといわれ
ている。

【０００５】かかる直流アーク炉への転換によって従来
より省電力化、高効率化が達成されているのであるが、
加えて最近では更なる電力原単位の低減を図るために、
直流アーク炉において酸素富化操業が実施されている。
この酸素富化操業は、炉壁に開口した窓から鉄パイプ製
のランスなどを炉内に挿入し、このランスなどから酸素
をスクラップ及び溶鋼に吹きつける操業法であり、これ
によりスクラップの溶断が行われるとともに、溶鋼中の
炭素と吹きつけた酸素との反応によりスクラップを発熱
させて投入電力が軽減される。この酸素富化操業の副次
的な効果として、攪拌効果による温度不均一の低減、脱
炭・脱燐などの促進が図られ、更に脱窒素・脱水素など
の効果も期待できる。電力単位の高い国においてはこの
方法がますます使用されることになると考えられる。

【０００６】このように、溶融金属用炉においては、更
なる省エネルギー化、操業時間の短縮化による高効率操
業が要請され、それに応じるために種々の方策が講じら
れているところである。

【０００７】そこで、更なる省エネルギー化への改善方
法として、直流アークの発生中や酸素富化中などに攪拌
を実施する検討が行われている。炉内の溶融金属の攪拌
ができれば、溶解期には溶融金属を未溶解のスクラップ
に接触させることにより溶解を促進させることができる
し、精錬期には、過剰に発生したスラグ中のFeO の還元
を促進することができるからである。しかしながら、現
在まで電気炉などにおける決定的な攪拌方法は見つかっ
ていなかった。

【０００８】従来、電気炉内溶鋼の攪拌技術として、炉
底に羽口やポーラスプラグを配して攪拌用の窒素ガスな
どを供給する方法が一般的に行われてきた。また、前述
した酸素富化操業による酸素ガス供給によるガスジェッ
トのエネルギーで攪拌する方法も試みられてきた。

【０００９】更に、電気炉の炉底に移動磁界発生装置を
設け、溶鋼内に電磁気力を発生させて攪拌する手段や、
特許番号第２６１３８０５号で提案されているように、
直流電気炉の特性を利用し、電気炉の炉底にコイルを配
してアーク電流の方向と直交する成分をもつ直流磁場を
発生させ、アークに向かう溶鋼内電流と磁場との相互作
用による電磁気力（ローレンツ力）を溶鋼内に誘起させ
て溶鋼を攪拌することも考えられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気炉内溶鋼の
攪拌技術には、以下のような問題点があった。まず、炉
底に羽口やポーラスプラグを配して、そこからガス攪拌
する方法は、これらの羽口やポーラスプラグの耐用性に
問題があり、漏鋼の危険性があるために工程的には長時
間使用することができない。また、電気炉において溶鋼
を保持する部分は皿のような形状をしており、溶鋼の深
さが浅いので、炉底からガス攪拌を行うと、溶鋼の飛散
が激しく、溶鋼が炉壁や電極に付着してトラブルの原因
となる等の問題点があった。

【００１１】また、酸素富化操業における鉄パイプ製の
ランスから酸素ジェットを吹き込んで攪拌する方法で
は、やはり溶鋼の飛散が激しいことに加え、ランスの先
端が高温にさらされるため不可避に溶損、消耗してしま
うことから、頻繁にパイプを交換したり継ぎ足したりす
る必要があり、作業工程の増加とコストの増加を招いて
いた。

【００１２】前述したような電気炉の炉底に移動磁界発
生装置を設け、この移動磁界により攪拌する方法は、炉
底電極が存在しない交流電気炉の場合には有効である
が、炉底に電極を有する直流電気炉の場合は移動磁界装
置を設ける空間を確保するのが困難であって現実に装置
を組み込むことは不可能である。また、攪拌専用の大が
かりな機器を設置することは設備コストの増大を招き、
経済的でない。

【００１３】また、上述した特許番号第２６１３８０５
号で提案されている方法は、溶鋼を介して上部黒鉛電極
と炉底電極との間に流れる電流と、外部直流磁場との相
互作用による電磁気力により攪拌するものであり、直流
磁場を発生させるため炉底部分にコイルを設置する必要
はあるが、移動磁界発生装置のように設備費の大きな特
別な機器が必要ない点で有利である。また、溶鋼全体に
電磁気力が体積力として作用するので、溶鋼の飛散を引
き起こすような局所的な攪拌にはならない点も優れてい
る。しかし、この方法は、アークの安定性を確保するこ
とを主目的としており、攪拌力に乏しい。また、この方
法では上部電極と炉底電極との間に電流を流さない限り
攪拌力は得られない。すなわち、酸素富化操業中のよう
に電気炉操業の条件によっては、上部電極からの通電を
停止し、酸素供給のみを行って溶鋼の脱炭を行うこと
（止電脱炭）も要求されるが、このような場合には溶鋼
を攪拌することはできない。また、副原料装入時あるい
はそれに類するような操業状態のときにも、溶鋼を攪拌
することができなかった。

【００１４】前述したように、直流電気炉などの溶融金
属炉の操業の際に溶鋼の攪拌が可能であれば、省エネル
ギー及び操業時間の短縮を行う場合、多大な効果が得れ
らると考えられるものの、実際には電気炉などにおける
決定的な攪拌方法は見つかっていなかった。

【００１５】そのため、現実の直流アーク炉などの操業
では、積極的に溶鋼攪拌を行っておらず、特にアーク電
流を印加できない酸素富化時や副原料装入時あるいはそ
れに類するような操業状態のとき（スクラップの追加装
入、溶銑の装入など）は、溶鋼攪拌が不可能であった。
そのため、アークによる加熱促進が行われないこともあ
って均一な溶解が十分に行われず、一部溶け残りが発生
することもあった。したがって、それらの作業後はアー
ク電流による溶解という余計な作業を余儀なくされ、溶
解から出鋼までの操業時間が多大となるばかりでなくエ
ネルギー的にもロスが大きかった。

【００１６】以上説明したように、電気炉内の溶鋼の攪
拌方法には従来からいくつかの方法があったが、必ずし
も満足のいく手段は存在しなかった。したがって、アー
ク炉における効果的な攪拌手段を見いだすことは、工業
上特に有用である。そこで、この発明は、省エネルギー
化、操業時間の短縮化を達成するために溶鋼の有効な攪
拌を実現し得る溶融金属用炉を提案するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】まず、この発明を得るた
めの動機・経過などについて説明する。発明者らは前記
した諸問題を解決すべく、直流アーク電気炉内の溶鋼を
効果的に攪拌するための種々の検討を実施した。最初に
酸素ランスの改良を試み、実験を行ったが、溶鋼の攪拌
を効果的に行うことは困難であることが直ぐに明らかと
なった。これには２つの理由があり、一つはランスの先
端のガス噴出角度及びガスの方向を自由に操作すること
が不可能なことであり、たとえ可能としても高温で酸素
ランスとして使用するとノズル先端がすぐに消耗してし
まうことであった。もう一つは、溶鋼の自由表面からの
ガス吹き付けであるため、溶鋼内部まで攪拌が行われな
いことであり、余りにも強く酸素を吹いた場合、溶鋼の
スプラッシュが発生し、炉壁に付着する問題があること
であった。特にスプラッシュ地金が付着する問題は深刻
であり、そのために実験はすぐに中止となった。。

【００１８】したがって、全く異なる新たな手法を用い
ることにして、種々の研究を行った。その結果、発明者
らは従来の直流アーク電気炉では、炉底に電極を導電性
耐火物を用いた一か所あるいはピンを多数打ち込んだマ
ルチピンタイプなどのいろいろな電極が存在しているこ
とを鑑みて、この炉底電極を複数個として、上からのア
ーク電極を使用せず、この炉底電極だけで炉内の溶融金
属に通電させることにより、その溶融金属に流れる電流
のピンチ効果が攪拌に役立つこと、また、この溶融に流
れる電流と炉外から与える磁場との相互作用により、攪
拌力を得ることができることの知見を得て全く新たな攪
拌手段を考え出した。これにより、炉内の溶融金属の攪
拌には上部の電極が不用となり種々の操業と干渉せず、
独自に攪拌が可能となる。

【００１９】この発明は、上記の着想に基づくものであ
る。すなわち、この発明は、炉内に収容する溶融金属と
接する領域に複数の電極を、その一方の電極と他方の電
極との極性を相異ならせて溶融金属へ通電可能に設けた
ことを特徴とする溶融金属用炉である。また、この発明
は、炉内に収容する溶融金属と接する領域に複数の電極
を、その一方の電極と他方の電極との極性を相異ならせ
て溶融金属へ通電可能に設け、かつ、この溶融金属に通
電させる電流との相互作用により電磁力を溶融金属に付
与する磁場を発生させる磁場発生装置を設けたことを特
徴とする溶融金属用炉である。

【００２０】この発明においては、前記磁場発生装置に
よる磁場の印加方向が、鉛直方向と平行であること、前
記電極が、溶融金属に可溶な材料からなること、前記溶
融金属用炉が直流アーク電気炉であり、前記電極が直流
アーク発生電流供給用の炉底電極を兼ねること及び前記
磁場発生装置がコイルであり、このコイルは前記電極と
直列に結線してなることの一又は二以上であることは、
より好適である。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明では、炉内に収容する溶
融金属と接する炉底および／又は側壁の領域に複数の電
極を、その一方の電極と他方の電極との極性を相異なら
せて溶融金属へ通電可能に設ける。これにより、前記溶
融金属に通電させる電流のピンチ力により、この溶融金
属に電磁力を付与して流動させることができるため、溶
融金属を攪拌することが可能になる。また、その電磁力
は、印加する電流の強さ、磁場の強さによって調整する
ことができるため、十分な攪拌を行うことができる。更
に、電磁力を付与するのに炉上電極は必要とせず、炉底
や側壁に設けた複数の電極から溶融金属に通電して電磁
力を付与しているため、酸素富化時や副原料挿入時など
のようにアークが発生していない場合であっても、溶鋼
の攪拌が可能となる。

【００２２】したがって、この発明の溶融金属炉におい
ては、複数本の炉底電極と、この電気炉に直流を供給す
るための直流電源が少なくとも必要である。３本の炉底
電極を有する製鋼用電気炉を例にとって以下具体的に説
明する。図１では、この発明に従う製鋼用電気炉を、以
降の説明を分かりやすくするために溶鋼を保持する部分
のみを抜き出して示している。炉底１には、例えば鋼製
の３本の電極２Ａ，２Ｂ，２Ｃが設置されており、その
上端は炉内の溶鋼３と接している。図１のように、３本
の炉底電極のうちの１本（図中の２Ａ）に直流電源４の
正極を、残りの２本の電極のうちの１本（図中の２Ｂ）
に負極を接続する。通常の直流電気炉においては、炉底
電極のすべてを正極として使用しているので、この発明
を実施する際には電源部分の結線を変更する、あるいは
電流回路を変更すればよい。

【００２３】図１の示した電気回路をそなえる電気炉で
炉底電極間に通電すると、図２に模式的に示すように炉
内溶鋼中に直流電流が流れ、その電流の流れに対してピ
ンチ力が発生する。このピンチ力は２本の電極間に流れ
る直流電流と、この電流の流路の周辺に発生した静磁場
の相互作用によって誘発される電磁気力である。電極近
傍では、このピンチ力は図２中に示すように電極上端に
集まるような方向に作用するため、溶鋼は上方に押され
て上向きの流動が発生する。この流動によって溶鋼を攪
拌することができる。直流電流の強さを制御することに
より、このピンチ力は増減でき、溶鋼流動の強弱、すな
わち攪拌強度を制御することができる。

【００２４】この発明では、炉内に収容する溶融金属と
接する領域に複数の電極を、その一方の電極と他方の電
極との極性を相異ならせて溶融金属へ通電可能に設け、
かつ、この溶融金属に通電させる電流との相互作用によ
り電磁力を溶融金属に付与する磁場を発生させる磁場発
生装置を設けることもできる。これにより、前記溶融金
属に通電させる電流と磁場との相互作用により、この溶
融金属に電磁力を付与して流動させることができるた
め、溶融金属を攪拌することが可能になる。この場合も
また、その電磁力は、印加する電流の強さ、磁場の強さ
によって調整することができるため、十分な攪拌を行う
ことができる。更に、電磁力を付与するのに炉上電極は
必要とせず、炉底や側壁に設けた複数の電極から溶融金
属に通電して電磁力を付与しているため、酸素富化時や
副原料挿入時などのようにアークが発生していない場合
であっても、溶鋼の攪拌が可能となる。

【００２５】図３に、その好適な態様の一例を示す。図
３では、図１の電気回路に加えて、炉底１にコイル５を
配置するとともに、炉底電極２Ａ〜２Ｃへ直流電流を供
給する電源４とは別の直流電源６から電流を供給するこ
とができるようにしている。かかる構成により、図４に
模式的に示すように、炉底のコイルに供給した直流電流
（Ｉ）により発生した静磁場（Ｂ）と電極間に流した直
流電流（Ｊ）とにより溶鋼中に電磁気力（Ｆ）が誘起さ
れ、電磁気力の方向に溶鋼の流動が起こる。この流動に
よって溶鋼を攪拌することができるのである。このとき
の電磁気力の強さはベクトル表示で以下の式で表され
る。Ｆ＝Ｊ×Ｂ

【００２６】上式からわかるように、この流動の強度
は、電極間に流す電流Ｊの強度とコイルから発生する静
磁場Ｂの強度のいずれか、あるいは両者を変化させるこ
とによって調整が可能であり、それぞれの電源の能力に
応じて調整すればよい。この静磁場の強度は、コイルに
流れる電流とコイルの巻き数に比例するので、電源能力
に従って、炉底コイルに流す電流Ｊの強度電流値とコイ
ルの巻き数を設計すればよい。

【００２７】図５に、図３の炉の上方からこの流動を観
察したときの溶鋼流動状況を模式的に示す。選択した２
本の電極２Ａ、２Ｂの上方に渦が認められ、溶鋼全体と
して大きな循環流動が得られる。

【００２８】図３に示した例では、炉底のコイルへの電
流供給を、炉底電極２Ａ〜２Ｃへ直流電流を供給する電
源４とは別の直流電源６から行っているが、この発明で
は、これを電極間に電流を供給する電源に兼用させて行
うこともできる。このとき、炉底電極を結ぶ回路と、炉
底コイルの回路とは直列に結線してもよいし、並列に結
線してもよい。直列に結線した例を図６に示す。図６に
示した例においては、電源４の正極から流れる直流電流
はまず炉底コイル５を流れ、これにより鉛直方向の静磁
場を発生させる。次に、この電流は炉底電極２Ｂに達
し、溶鋼を経由して別の炉底電極２Ｃに流れる。最終的
に電流は電源４の負極に流れて電気回路が閉じる。溶鋼
中の電極２Ｂ，２Ｃ間に流れる電流と上記の静磁場との
相互作用で溶鋼中に電磁気力が発生し、この図の場合に
は図中に示した方向の溶鋼流動が得られる。

【００２９】溶鋼流動の方向は、コイルに流す電流の方
向や、電極間に流す電流の方向を選択することにより変
更できる。また、流動の強度は上記の回路に供給する電
流強度によって制御することができる。また、通電させ
る電極は、図示したような２Ｂと２Ｃとの組み合わせに
限らず、例えば、２Ａと２Ｂ、２Ａと２Ｃとの組み合わ
せでもよく、さらに、電気炉操業中に炉況に応じて通電
する電極を切り換えてもよい。

【００３０】図７(a), (b)には、別の例を示す。同図の
炉では、電源部分に極性を切り換える手段をそなえ、各
電極への結線を変更する手段をそなえることにより、３
本の炉底電極の任意の２本を正極と負極との組み合わせ
として電気的に接続することができるような電気回路と
している。このようにすると、上記ピンチ力を発生する
位置を変更することができ、したがって溶鋼攪拌の位置
を３つの位置に変更することができる。

【００３１】この発明が対象としている溶融金属用炉と
は、固体金属材料を溶解して溶融金属とする溶解炉、あ
らかじめ他の炉で溶解された溶融金属を一時的に保存し
たり成分調整を行ったりするための保持炉あるいは溶融
金属を精錬するための精錬炉などが挙げられる。また、
バッチ式炉であると連続式炉であるとを問うものではな
い。この発明の適用対象が図示した直流アーク方式の電
気炉にのみ限定されるものではないことはいうまでもな
い。

【００３２】次に、炉底部又は炉側壁に設ける電極であ
るが、溶融金属の組成に悪影響を与えないものであり、
かつ、導電性を有しているものであれば材質を問わな
い。電極が溶融金属に可溶な材料である場合には電極と
溶融金属の濡れ性がよく、電流を電極の接触部全てより
伝えられるという利点がある。溶融金属が溶鋼である場
合には黒鉛や鋼などが使用できる。鋼は溶鋼と接する部
分では溶解し消耗するが、炉外に出ている部分を適度に
冷却しておけば全てが溶解してしまうことはない。ま
た、電極が溶解し消耗してきた場合には炉外に出ている
部分に新しい鋼材を継ぎ足して電極全体を炉内に押し込
むことで電極の復活が可能である。

【００３３】電極を設置する位置は、炉内に収容する溶
融金属と接する領域、すなわち炉底もしくは炉側壁部で
ある。電極を炉底に設けた場合は炉内に保持する溶融金
属の多少にかかわらず溶鋼の電磁攪拌ができるので有利
である。また、直流アーク式電気炉の場合はもともと炉
底に電極を有しているのでそれを利用することが可能で
あり、電極を新規に設置する必要がない。一方、炉側壁
に電極を設けた場合は、溶融金属内の広い範囲にわたっ
て電流を流すことができるので、広い範囲にわたる溶融
金属の攪拌が可能となる点で有利である。電極の本数は
溶融金属に通電するために２本以上が必要である。

【００３４】この発明の溶融金属用炉は炉内の溶融金属
を電磁攪拌するものである。電磁攪拌に使用するための
磁場発生装置は交番磁場、移動磁場、静磁場などが考え
られ、これらのいずれをも適用することができるが、こ
の発明では前記の電極によって溶融金属中に電流を流す
ので、磁場自体の移動によって溶融金属中に誘導電流を
生じさせる必要はない。したがって、簡便な静磁場を発
生させれば足り、そのための磁場発生装置としては永久
磁石又は直流電流を通電するコイルが挙げられる。

【００３５】静磁場の磁場印加方法は溶融金属内を通る
主たる磁力線の方向が鉛直方向に平行に向くようにする
のがよい。これは、炉底又は炉側壁に設けた電極によっ
て溶融金属内に流される電流がほぼ水平方向となるの
で、上記のような向きに磁場を印加すると磁場と電流と
が直交することになり、攪拌に寄与する電磁力の強さが
最大になるからである。

【００３６】静磁場をコイルによって発生させる場合、
コイルに流す直流電流は炉底又は炉側壁に設けた電極に
流す電流を流用すれば回路を単純にすることができ、有
利である。つまり、コイルと電極及び溶融金属が直列に
なるように結線するのがよいが、並列であっても構わな
い。

【００３７】図８〜図１２にこの発明の好ましい態様を
図示する。図８は溶融金属用炉１１ａの炉底に電極１２
ａに設置し、磁場発生装置１３ａを炉底の下方に設置し
た例である。磁場発生装置１３ａを炉１１ａと分離して
下方に設けたので、炉底からの熱影響が少なく、また、
炉底耐火物が溶損しても磁場発生装置１３ａが影響を受
けない点で有利である。

【００３８】図９は溶融金属用炉１１ｂの炉側壁部に電
極１２ｂを設置し、磁場発生装置１３ａを炉底の下方に
設置したた例である。この例では溶融金属を収容した炉
１１ｂの直径方向にわたって電流を流すことができるの
で磁場発生装置１３ｂからの磁場との相互作用による電
磁力が溶融金属の広い範囲に及び、攪拌力が向上する利
点がある。

【００３９】図１０は溶融金属用炉１１ｃの炉底に電極
１２ｃに設置し、磁場発生装置１３ｃを炉底内に埋め込
んだ例である。磁場の発生源を溶融金属に近づけること
ができるから溶融金属内の磁束密度を高めることがで
き、これにより溶融金属の攪拌力が向上する利点があ
る。図１１は溶融金属用炉１１ｄの炉底に電極１２ｄに
設置し、磁場発生装置１３ｄをコイルとし、このコイ
ル、電極１２ｄ及び溶融金属を直列になるように結線し
た例である。これにより全体を一個の電源でまかなうこ
とができ、回路が単純になる利点がある。

【００４０】図１２は溶融金属用炉１１ｅの炉底に電極
１２ｅに設置し、この電極１２ｅを直流アーク電気炉の
炉底電極と兼ねた場合の、直流アーク加熱時の結線例で
あり、炉底電極１２ｅと電源、上部電極１４とを直列に
結線している。直流アーク加熱を行わないときには図
８、図１０又は図１１のように切り換えて溶融金属の電
磁攪拌を行えばよい。

【００４１】

【実施例】この発明を、３本の炉底電極を有する直流タ
イプの製鋼用100 ｔ電気炉に適用した。まず、比較例と
してこの電気炉の従来の操業は以下のとおりである。す
なわち、前チャージの残溶鋼10ｔが存在する炉内に、溶
解原料であるスクラップ、冷銑などを上方から投入す
る。続いて上部電極を下降して電流を供給し、スクラッ
プと残溶鋼を会して炉底電極との間に電流パスを形成
し、上部電極と鉄源との間に発生するアーク柱からの輻
射熱とスクラップ内に流れる電流によるジュール発熱に
よりスクラップや冷銑を溶解する。同時に、酸素ガスを
鉄パイプ製のランスを介してスクラップ内に供給し、鉄
の酸化発熱も利用して溶解を早める。

【００４２】溶解がほぼ完了する時期（メルトダウン時
期と称される）に、炉内にランスを介して酸素ガスとコ
ークス粉などを別々に吹き込み、溶鋼の脱炭反応とコー
クス粉の酸化によるCOガス発生を利用しスラグを泡立た
せる。この操作により上部電極が泡立ったスラグ中に浸
漬するため、アーク柱から炉内空間に逸散する熱エネル
ギーが抑えられ、効率よく溶鋼の昇熱ができる。

【００４３】メルトダウン以降、酸素ガスは溶鋼の要求
される炭素濃度に達するまで供給され、所定の温度（例
えば1630℃）になるまでアーク加熱が続けられる。ただ
し、要求される炭素濃度まで脱炭が進まないうちに所定
の温度に達してしまうことが頻繁にあり、この場合には
アーク加熱を停止し酸素ガスのみを供給して脱炭を進め
る。このときには溶鋼の攪拌がほとんどないので、高濃
度のFeO を含むスラグが大量に生成し、流滓用のドアか
らスラグが大量に炉外に流れだした。これにより、後述
するように鉄歩留りが低下し、炉底や炉壁の耐火物溶損
が進んだ。

【００４４】一方、上述の比較例で示した操業方法で、
ほぼ同一条件の原料と電流印加のパターンでスクラップ
の溶解を進め、メルトダウンを確認後10分の時点で上部
電極を引き抜き図１に示した電気回路に切り換え、炉底
電極間に20kAの直流を流した。このとき、ランスを介し
た酸素の供給は継続し、脱炭操作を行った。炉内の観察
をすると、炉底電極の上部に対応する位置でスラグと溶
鋼の反応によるCOガス発生が激しく起こっていることが
確認された。また、スラグの炉外への流出が比較的少な
くなった。

【００４５】また、図６に示すようなコイルを炉底に配
置した。コイルの巻き数は５ターンとした。計算によれ
ば、20kAの電流を印加することにより、炉内の溶鋼部分
に相当する位置で約60ガウスの磁束密度が得られること
になる。溶鋼が存在する場合であいと電流回路が閉じ
ず、磁場が発生しないので磁束密度の実測はできなかっ
た。上述の例と全く同様にスクラップ溶解を進め、メル
トダウン後10分で上部電極を引き抜き炉底電極とコイル
に電流が流れるような電源の接続に変更した。引き続き
酸素ガスの吹きつけを継続しながら、炉底電極とコイル
に20kAの直流電流を印加した。炉内には図６に示したよ
うな流れが発生し、溶鋼上のスラグと溶鋼とが激しく反
応していることが確認できた。

【００４６】溶鋼攪拌の効果を比較するため、通常操業
の比較例と、この発明の実施例１，実施例２とで出鋼歩
留り、脱酸用Si−Mn合金原単位、炉内耐火物原単位を調
査した。結果を表１に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１からわかるように、実施例１、実施例
２は、比較例に比べて出鋼歩留りが向上し、脱酸溶Si−
Mn合金原単位と炉内耐火物原単位が低下している。これ
は、実施例では溶鋼の攪拌が強化されたため、酸素ガス
の供給によって生成したスラグ中のFeO の溶鋼中の
［Ｃ］との反応が進むので、FeO が還元されFeとして溶
鋼に回収されるために出鋼歩留りが向上したと考えられ
る。またFeO と［Ｃ］との反応が進むと、溶鋼中の
［Ｏ］が低下するため出鋼時に添加する脱酸剤のSi−Mn
合金の歩留りが向上するので、添加する合金の原単位が
低下したと考えられる。更に、スラグのFeO 濃度が低下
すると、炉内耐火物であるMgO の溶損が抑制され、耐火
物原単位が低下したものと考えられる。以上の結果か
ら、この発明による攪拌効果が効果的であることが明ら
かとなった。

【００４９】次に、炉容量100 t の溶鋼用アーク電気炉
にて溶解実験を行い、従来の電気ろと、この発明の電気
炉とで、操業に要する時間の比較実験を行った結果を説
明する。使用した電気炉は炉底に鋼ビレットからなる炉
底電極を３個有し、磁場発生装置は図２に概略を示すよ
うに炉底電極と直列に結線したコイルとした。コイルは
炉底の外側に配置した（すなわち、図６の形態に相
当）。溶鋼の電磁攪拌を行う際には３本の炉底電極のう
ち２本の電極とコイルとを直列結線して通電した。

【００５０】共通する溶解条件：スクラップ60ton 、ホ
ットヒール15 ton、更に溶銑量40ton とした。このとき
の溶銑温度は1200〜1250℃とした。更に、酸素富化量10
0 Nm³/min として実験を行った。

【００５１】従来の条件による溶解：ホットヒール15to
n に予熱したスクラップを装入し、その後15分間のアー
ク放電加熱を実施した。その後、溶銑を装入し、更に酸
素富化を実施した。最後に温度調整用にアーク放電加熱
を実施して、溶解時間は60分程度となった。このとき酸
素富化時間は35分費やし、最後の温度調整用のアーク放
電加熱は6 分程度必要であった。

【００５２】この発明による溶解：従来条件と同様にホ
ットヒール15ton に予熱したスクラップを装入し、その
後15分間のアーク放電を実施した。その後酸素富化を実
施した。このとき同時に溶鋼攪拌を実施した。溶鋼攪拌
に用いた電流は20kAで、溶鋼中における磁束密度は計算
値で60ガウス程度となっている。そのときの酸素富化時
間は18分程度であり、また、最後のアーク放電加熱も4
分程度であった。これらの結果より、従来方法に比較し
て大幅な時間短縮を図ることができた。

【００５３】

【発明の効果】この発明は、溶融金属用炉において、酸
素富化中のようなアークを発生しない場合であっても、
炉内に収容された溶融金属の攪拌を可能としたものであ
り、この発明によれば、溶解時間を大幅に削減でき、加
えて溶け残り、溶融金属成分の不均一なども完全に解消
することが可能である。加えて、攪拌は上部電極を使用
しないため、スクラップの追加装入や副原料の投入など
も自由に行うことができる。更に、酸素富化に用いる酸
素量の低減も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の要部を説明する図であ
る。

【図２】この発明の溶融金属炉内に発生する電磁気力と
それによる溶融金属の流動状況を示す模式図である。

【図３】この発明の他の実施例の要部を説明する図であ
る。

【図４】この発明の溶融金属炉内に発生する電磁気力と
それによる溶融金属の流動状況を示す模式図である。

【図５】この発明の溶融金属炉内おける溶融金属の流動
状況を示す模式図である。

【図６】この発明の他の実施例の要部を説明する図であ
る。

【図７】この発明の実施例における電気回路の例を示す
図である。

【図８】この発明の好ましい態様の一例を示す図であ
る。

【図９】この発明の好ましい態様の一例を示す図であ
る。

【図１０】この発明の好ましい態様の一例を示す図であ
る。

【図１１】この発明の好ましい態様の一例を示す図であ
る。

【図１２】この発明の好ましい態様の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１電気炉の炉底２溶鋼３上部電極４炉底電極５コイルＦ電磁力Ｂ磁場ｉ，ｊ電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木健史千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者反町健一千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 3K084 AA02 AA11 AA12 BA07 BB04 BC05 CA07 CA08 4K014 CC04 CD12 CD19 4K045 AA04 BA02 RA09 RB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉内に収容する溶融金属と接する領域に
複数の電極を、その一方の電極と他方の電極との極性を
相異ならせて溶融金属へ通電可能に設けたことを特徴と
する溶融金属用炉。
【請求項２】炉内に収容する溶融金属と接する領域に
複数の電極を、その一方の電極と他方の電極との極性を
相異ならせて溶融金属へ通電可能に設け、かつ、この溶
融金属に通電させる電流との相互作用により電磁力を溶
融金属に付与する磁場を発生させる磁場発生装置を設け
たことを特徴とする溶融金属用炉。
【請求項３】前記磁場発生装置による磁場の印加方向
が、鉛直方向と平行であることを特徴とする請求項２記
載の溶融金属用炉。
【請求項４】前記電極が、溶融金属に可溶な材料から
なることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融金属用
炉。
【請求項５】前記溶融金属用炉が直流アーク電気炉で
あり、前記電極が直流アーク発生電流供給用の炉底電極
を兼ねることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
に記載の溶融金属用炉。
【請求項６】前記磁場発生装置がコイルであり、この
コイルは前記電極と直列に結線してなることを特徴とす
る請求項２〜４のいずれか１項に記載の溶融金属用炉。