JP2001033172A

JP2001033172A - 金属溶湯の精錬方法

Info

Publication number: JP2001033172A
Application number: JP11203990A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ishimoto; 靖石本; Noboru Hanai; 昇花井; Setsuo Mishima; 節夫三嶋; Kaoru Fujimoto; 馨藤本; Yutaka Izawa; 裕井澤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-07-19
Filing date: 1999-07-19
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】金属溶湯の安定した加熱・精錬操業が可能な
金属溶湯の精錬方法を提供する。【解決手段】プラズマトーチで加熱する金属溶湯の精
錬方法あるいは、金属溶湯の上部にスラグを配した上か
らプラズマトーチで加熱する精錬方法において、プラズ
マトーチの少なくとも一部が黒鉛で形成されている金属
溶湯の精錬方法であり、好ましくはプラズマトーチのプ
ラズマアーク発生部分が黒鉛で形成されている金属溶湯
の精錬方法である。更には、プラズマトーチを黒鉛で形
成することであり、プラズマトーチ全体を黒鉛で形成す
ることによって、本発明の効果を十分に発揮するもので
ある。そして、これら本発明に加え、金属溶湯中に不活
性ガスを吹込む金属溶湯の精錬方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属溶湯または金
属溶湯上部に配したスラグを加熱し、精錬する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属溶湯の温度補償または精錬の目的で
用いる加熱源としては種々の方式があるが、プラズマト
ーチを用いたプラズマ加熱もその一つである。これは例
えばＡｒといった不活性ガスプラズマを熱源とするもの
であり、その使用されるプラズマトーチには、プラズマ
作動ガスとしての不活性ガス、電力、冷却水を供給しか
つ、これらが互いに電気的、機械的に絶縁された構造を
有する金属プラズマトーチが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記金属プラズマトー
チを用いた金属溶湯の加熱・精錬装置は、その高温の達
成の面で有効ではあるが、用いられる金属プラズマトー
チには種々の理由により装置としての安定性に影響を及
ぼす課題もあり、生産設備としては改善の余地がある。

【０００４】つまり、安定性に欠ける主な原因はその金
属プラズマトーチの構造の複雑さにある。上述したよう
に、金属プラズマトーチには不活性ガス、電力、冷却水
を供給するための構造を有し、これらは互いに電気的、
機械的に絶縁されている必要があることから、複雑な構
造となるのである。

【０００５】まず、金属プラズマトーチ内部には多量の
冷却水が存在するため、水漏れ、最悪の場合は水蒸気爆
発といった危険性を常に考慮する必要がある。それに加
え、その非常に複雑な構造を構成する各部品、使用に伴
い消耗する部品のメンテナンスも頻繁に必要である。

【０００６】また、金属溶湯の加熱に伴うスプラッシュ
の影響を受けやすい。つまり、金属プラズマトーチの先
端部には種々の機能を持った部品が露出しているため、
そのような部分に金属溶湯からのスプラッシュが付着す
れば部品相互間の電気的、機械的な絶縁が破壊され、異
常放電、プラズマ作動ガス流路の閉塞またはガスの流れ
が乱れる等の不具合が生じることとなる。これによりプ
ラズマアークの不安定、失火、冷却水漏れ、最悪の場合
プラズマトーチの破損が生じ、それ以前にプラズマアー
ク自体を発生させることが出来ない不着火となる可能性
もある。

【０００７】このスプラッシュによる不具合を防止する
ために、金属溶湯またはその溶湯上部に浮遊するスラグ
と金属プラズマトーチ先端部との間に適当な隙間を必要
とすることとなるが、これでもスプラッシュによる金属
プラズマトーチの破損を防止するには不十分である。

【０００８】そこで本発明は、上記の事項に鑑み、金属
溶湯の安定した加熱・精錬操業が可能な金属溶湯の精錬
方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、プラズマ加
熱方式を採用した金属溶湯の精錬方法として、その安定
した操業が可能な手段をプラズマトーチの見直しによっ
て達成した。すなわち、本発明は、プラズマトーチで加
熱する金属溶湯の精錬方法あるいは、金属溶湯の上部に
スラグを配した上からプラズマトーチで加熱する精錬方
法において、プラズマトーチの少なくとも一部が黒鉛で
形成されている金属溶湯の精錬方法であり、好ましくは
プラズマトーチのプラズマアーク発生部分が黒鉛で形成
されている金属溶湯の精錬方法である。

【００１０】更には、プラズマトーチを黒鉛で形成する
ことであり、プラズマトーチ全体を黒鉛で形成すること
によって、本発明の効果を十分に発揮するものである。
そして、これら本発明に加え、金属溶湯中に不活性ガス
を吹込む金属溶湯の精錬方法である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の最大の特徴は、従来のプ
ラズマ加熱による精錬方法にて懸念される上記課題に対
し、その解決手段をプラズマトーチの見直しによって達
成したところにある。具体的にはその使用するプラズマ
トーチの少なくとも一部を黒鉛で形成すること、好まし
くはそのプラズマアーク発生部分を黒鉛で形成すること
であり、これによって安定した操業にて金属溶湯の上部
に配したスラグの加熱も行なうことができる。そして、
その十分な効果の達成においてプラズマトーチ全体を黒
鉛で形成することである。以下、プラズマトーチの黒鉛
化による利点について詳述する。

【００１２】まず、プラズマトーチの構造を簡素にする
ことが可能となり、メンテナンス性も格段に向上させる
ことができる。上述のごとく、これまでの金属プラズマ
トーチはそれぞれの機能を持った多数の部品で構成され
ており、加えてトーチ内部には多量の冷却水を必要とし
ていた。よって、頻繁にメンテナンスを行なう必要があ
り、そのメンテナンス自体も複雑で工数が掛かるものと
なっていた。

【００１３】これに対し、本発明に使用されるプラズマ
トーチの場合、その電極（トーチ）把持部のみを冷却す
ればよく、そのトーチ、特にプラズマアーク発生部分で
あるトーチ先端部について冷却水を通す構造が不要であ
る。つまり、アーク発生による高温域においても溶融す
ることのない黒鉛を用いたプラズマトーチだからであ
る。そして、その冷却水を供給する構造省略によるトー
チ自体の構造簡素化によって、基本的にそのプラズマト
ーチのメンテナンスは不要となり、例えば黒鉛トーチの
酸化等による消耗分のみを継ぎ足す程度でよい。

【００１４】加えて、プラズマトーチへの冷却水供給が
不要となったことで、熱効率を向上させることができ
る。従来の金属トーチの場合、トーチへの冷却水供給に
よって投入電力の約２０％が無駄に消費されることもあ
ったが、本発明の精錬方法であればこの熱量を有効に加
熱に投入することができる。

【００１５】次に、プラズマトーチを黒鉛化、特にその
先端部を黒鉛にて構成することでプラズマアークを安定
して着火させることが可能となる。従来の金属プラズマ
トーチの場合、まずパイロットアークと呼ばれる種火を
プラズマトーチ内部で発生させ、これをトーチ先端から
噴出する。この状態でトーチ先端部を溶湯面に接近させ
パイロットアークで電路を形成させた後、加熱電源電圧
をいん加しプラズマ主アークを発生させている。しかし
ながら、以下に示すような理由で安定した着火が実現し
ていなかったのが事実である。

【００１６】まず、パイロットアークのフレーム形状が
プラズマトーチ先端の電極形状、相対位置関係の影響を
敏感に受けるということである。つまりこれはトーチ先
端部が使用に伴って消耗することによるのであって、特
に定期的なメンテナンスが重要となるに合わせて、これ
に不備があるとパイロットアークが短くなる、偏向する
などの不具合が発生し、溶湯面との電路の形成が完全に
行えないことになる。

【００１７】また、前述のように金属プラズマトーチは
それぞれの機能を持った多数の部品で構成されており、
先端部はそれらが露出している部分である。そのような
部分に溶湯からのスプラッシュが付着すれば部品相互の
電気的、機械的な絶縁不良などの不具合が発生し、プラ
ズマトーチとしての機能をはたさないことになる。これ
を回避するためにはトーチ先端を溶湯面に近づけ過ぎな
いよう調節する必要があるが、それに伴ってパイロット
アークでの電路の確保が不確実なものともなり得る。

【００１８】そして、前述のように従来の金属トーチ内
部には多量の冷却水が供給されるため、トーチ破損によ
る水漏れや水蒸気爆発の危険性を避けるべく、これもま
たトーチ先端を溶湯面に思い切って近づけることが出来
ない、つまり安定した着火やパイロットアークでの電路
の確保が難かった理由である。

【００１９】他方、金属溶湯上面には種々の理由により
スラグが浮遊している場合が多々あり、精錬に際しスラ
グを配する必要性もある。このスラグは溶融状態（溶融
温度）や組成によっては電気導電性を有しないものもあ
り、この場合、パイロットアークによる溶湯面との電路
の確保をスラグを介して行なう必要があることから、特
にその確保が難しいものとなる。

【００２０】これに対し、本発明に使用する黒鉛製プラ
ズマトーチであれば、例えば電極先端を溶湯面または溶
湯上部に浮遊するスラグに浸漬させることが可能であ
り、安定した着火が可能かつ、パイロットアークによる
電路の確保が不要となる。つまり、本発明に使用するプ
ラズマトーチの基本構造としては、所定のトーチ外観形
状を有する黒鉛素材にプラズマ形成用の例えばＡｒとい
った不活性ガス流路を設けるのみであり、冷却水の流路
を設ける必要もないことから、その先端部に種々の機能
を持った部品が露出する従来の金属プラズマトーチにて
懸念されるスプラッシュ付着による異常放電や冷却水漏
れを心配しなくていいからである。

【００２１】具体的には、黒鉛電極プラズマトーチに加
熱電源電圧をいん加した後に先端部を溶湯面または溶湯
上部に浮遊するスラグに浸漬させ、直後に引抜きをして
溶湯面または溶湯上部に浮遊するスラグ面とに適当な距
離を保てば、プラズマアークを発生させることができ
る。これによれば電路の確保が確実に行われ、安定した
プラズマ主アークの着火が可能である。

【００２２】また、精錬設備に伴う電源装置側から見れ
ば、従来の金属プラズマトーチの場合、上記のような理
由によるプラズマ主アークの不着火を回避するために加
熱トランス最高タップの電圧を高く設定する必要があ
り、このため金属プラズマトーチ本体およびプラズマ装
置全体での電気絶縁を強化する必要がある。一方、本発
明に使用する黒鉛電極プラズマトーチの場合は、トーチ
の浸漬も可能であり、電路の確保が確実なため、トラン
ス電圧を低く設定できる。

【００２３】本発明のプラズマトーチを使用するにおい
ては、その黒鉛より形成されていることから金属溶湯中
へのカーボンピックアップの問題をも検討しておく必要
がある。特にＣ≦０．００３（重量％）といった炭素含
有量が低く規定されている鋼種については、その適用上
注意が必要であることから、以下に詳述しておく。

【００２４】まず、本発明の精錬方法にて運転・操業中
のプラズマトーチにおいては、その電極先端を溶湯また
は溶湯上部に浮遊するスラグに浸漬させないことで、カ
ーボンピックアップの問題に対処することが可能であ
る。つまり、溶湯または溶湯上部に浮遊するスラグと黒
鉛電極間の空間に存在する不活性ガスプラズマにより電
路が確保されているため、電極先端の浸漬なしで通電が
可能であることに加え、運転中のトーチからの落下が懸
念される黒鉛粒はその高温雰囲気により容易に燃焼する
ものと考えられることから、カーボンピックアップが防
止できる。

【００２５】なお、本発明の精錬方法においては、その
溶湯中にＡｒといった不活性ガスを吹込むことで溶湯を
攪拌、溶湯温度の均一化によって精錬効率が向上し、好
ましいものである。

【００２６】

【実施例】Ｃ：０．００３％の溶鋼を精錬するにおい
て、従来の金属トーチによるものに併せ、本発明である
黒鉛トーチを使用したプラズマ精錬を行った。なお、プ
ラズマ精錬設備に係る条件は、共に真空誘導精錬炉であ
って、運転中においては鍋底より溶鋼中にＡｒガスを吹
き込むものとする。そして、その運転状況として本発明
の効果を見るにあたり脱硫率を評価した。

【００２７】その結果、本発明の精錬方法は、その冷却
水路を有さないプラズマトーチを使用するも、脱硫率７
５％であり、従来の金属プラズマトーチによるものに比
して同等の水準を維持した。また、カーボンピックアッ
プについても精錬終了後のＣ含有量は０．００３（重量
％）であり、カーボンピックアップの発生にも十分対処
がなされた結果を得た。

【００２８】加えて、そのメンテナンス性についても運
転２ヶ月でメンテナンス回数ゼロであり、従来の金属プ
ラズマトーチに比べ、そのメンテナンスの負担が軽減さ
れていることが分かる。

【００２９】

【発明の効果】本発明であれば、その使用されるプラズ
マトーチ構造の簡単化によって、メンテナンス負荷を軽
減でき、生産設備としてのプラズマ加熱装置の運転の安
定化を達成できる。そして、その安定した操業に加え、
溶湯上面にスラグを配した場合のその十分な加熱も可能
であって、スラグを利用した十分な精練工程を達成でき
ることから、工業的価値は高い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤本馨島根県安来市安来町2107番地２日立金属株式会社安来工場内 (72)発明者井澤裕島根県安来市安来町2107番地２日立金属株式会社安来工場内Ｆターム(参考） 4K045 AA04 BA01 RB02 RB26 4K063 AA03 AA12 AA16 BA02 BA03 CA00 CA05 CA08 FA56 FA63 FA73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマトーチで加熱する金属溶湯の精
錬方法において、プラズマトーチの少なくとも一部が黒
鉛で形成されていることを特徴とする金属溶湯の精錬方
法。
【請求項２】金属溶湯の上部にスラグを配した上から
プラズマトーチで加熱する精錬方法において、プラズマ
トーチの少なくとも一部が黒鉛で形成されていることを
特徴とする金属溶湯の精錬方法。
【請求項３】プラズマトーチのプラズマアーク発生部
分が黒鉛で形成されていることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の金属溶湯の精錬方法。
【請求項４】プラズマトーチが黒鉛で形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の金属溶湯の
精錬方法。
【請求項５】金属溶湯中に不活性ガスを吹込むことを
特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の金属溶
湯の精錬方法。