JP2016114272A - 電気抵抗炉の運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的に合金を製造する電気抵抗炉の炉体の寿命を延ばすことができる電気抵抗炉の運用方法の提供。【解決手段】電気抵抗炉１の操業を開始する前に、温度センサ１５によって検出される温度に対応する複数の管理区分を定めるとともに、各管理区分に管理作業を割り当てることと、電気抵抗炉１の操業を開始した後に、各温度センサ１５によって検出された検出温度が複数の管理区分のうちのどの管理区分に対応するか判断することと、検出温度が対応する管理区分を判断した後に、該管理区分に割り当てられている管理作業を行うこととを含み、管理作業が検出温度が上昇した温度検出位置における耐火物の浸食抑制及び該温度検出位置におけるセルフライニングの形成促進の少なくとも一方の作用を有する、電気抵抗炉１の運用方法。【選択図】図１

Description

本発明は、各電極に電力を供給して炉体内の原料を溶融することにより合金を連続的に製造する電気抵抗炉の運用方法に関する。

従来用いられていたこの種の方法としては、例えば下記の特許文献１等に示されている電気アーク炉における構成を挙げることができる。すなわち、従来方法では、炉体に取り付けられた温度センサによって検出される検出温度に基づき、炉体内の耐火物層の残厚が検出される。そして、炉体内で生成された溶融金属のすべてが炉体から注ぎ出されて炉体が空にされた後に、耐火物層の残厚が少なくなっている箇所の補修が行われる。

特開平８−９４２６４号公報

上記のような従来方法では、炉体を空にした後に、耐火物層の残厚が少なくなっている箇所の補修を行っている。このような従来方法は、電気抵抗炉において連続操業される場合、すなわち炉体に原料を連続的又は断続的に供給して、炉体を空にすることなく連続的に合金を製造する場合に適用することができない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、連続的に合金を製造する電気抵抗炉の炉体の寿命を延ばすことができる電気抵抗炉の運用方法を提供することである。

本発明に係る電気抵抗炉の運用方法は、炉体と、互いに離間して配置されるとともに昇降可能に設けられ炉体の上方から炉体の内部に挿入された複数の電極と、炉体の周方向及び高さ方向に沿って互いに離間された複数の温度検出位置において炉体の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサとを備え、各電極に電力を供給して炉体内の原料を溶融することにより合金を連続的に製造する電気抵抗炉の運用方法であって、電気抵抗炉の操業を開始する前に、温度センサによって検出される温度に対応する複数の管理区分を定めるとともに、各管理区分に管理作業を割り当てることと、電気抵抗炉の操業を開始した後に、各温度センサによって検出された検出温度が複数の管理区分のうちのどの管理区分に対応するか判断することと、検出温度が対応する管理区分を判断した後に、該管理区分に割り当てられている管理作業を行うこととを含み、管理作業は、検出温度が上昇した温度検出位置における耐火物の浸食抑制及び該温度検出位置におけるセルフライニングの形成促進の少なくとも一方の作用を有する。

本発明の電気抵抗炉の運用方法によれば、検出温度が対応する管理区分を判断した後に、該管理区分に割り当てられている管理作業を行い、管理作業が、検出温度が上昇した温度検出位置における耐火物の浸食抑制及び該温度検出位置におけるセルフライニングの形成促進の少なくとも一方の作用を有するので、連続的に合金を製造する電気抵抗炉の炉体の寿命を延ばすことができる。

本発明の実施の形態１による電気抵抗炉の運用方法が実施される電気抵抗炉の構成を示す断面図である。 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う電気抵抗炉の断面図である。 本実施の形態の電気抵抗炉の運用方法に用いられる管理区分を説明するための説明図である。 本実施の形態の電気抵抗炉１の運用方法を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による電気抵抗炉の運用方法が実施される電気抵抗炉の構成を示す断面図であり、図２は図１の線ＩＩ−ＩＩに沿う電気抵抗炉の断面図である。図１及び図２に示すように、電気抵抗炉１には、炉体１０、炉蓋１１、複数の供給手段１２、複数の電極１３、複数の冷却手段１４及び複数の温度センサ１５が設けられている。なお、供給手段１２、電極１３、冷却手段１４及び温度センサ１５等の電気抵抗炉１に含まれる構成要素の数は、図１及び図２に示す数に限定されず、炉体１０の大きさ等により適宜変更することができる。

炉体１０は、原料を溶融して、フェロクロムその他の合金鉄等の合金を製造するための容器である。炉体１０には、鉄皮１００、第１〜第５耐火物層１０１_１〜１０１_５及び注出部１０２が設けられている。鉄皮１００は、炉体１０の最も外側に設けられたカップ状の容器体である。第１〜第５耐火物層１０１_１〜１０１_５は、鉄皮１００の内側に設けられた耐火物によりそれぞれ構成されるものである。第１耐火物層１０１_１は、鉄皮１００に接して配置されている。第２耐火物層１０１_２、第３耐火物層１０１_３、第４耐火物層１０１_４及び第５耐火物層１０１_５は、その順に炉体１０の径方向に沿って第１耐火物層１０１_１の内側に配置されている。すなわち、第５耐火物層１０１_５は、炉体１０の最も内側に配置された耐火物からなる最内層を構成している。各層の耐火物は、例えばカーボンペーストや、マグネシア・クロマイトからなる耐火煉瓦等により構成することができる。

本実施の形態では、第３耐火物層１０１_３は浸食非許容層として扱われる。浸食非許容層とは、最内層よりも外側に配置された耐火物層であり、この耐火物層が浸食（溶損）されないように電気抵抗炉１の操業を行うと定められるものである。後に詳しく説明するように、仮に浸食非許容層が浸食されそうであるか又は浸食された場合には、合金の生産効率の低下を厭わずに炉体１０の保護を優先して電気抵抗炉１の操業を行う。

注出部１０２は、第５耐火物層１０１_５の内側と鉄皮１００の外側とを連通するものであり、この注出部１０２から、炉体１０内で製造された合金が例えば取鍋等の別の容器に注ぎ出される。

炉蓋１１は、炉体１０の上部開口を覆うための蓋体である。炉蓋１１には、供給手段１２及び電極１３に対応する開口部が設けられている。

各供給手段１２は、図２に示すように互いに離間された複数の供給位置１２ａにおいて炉蓋１１の開口部を通して炉体１０の上方から炉体１０内に原料及びフラックスをそれぞれ供給するものである。供給手段１２はシュートと呼ばれることもある。

各電極１３は、図２に示すように互いに離間して配置されるとともに、炉蓋１１の開口部を通して炉体１０の上方にあるサイロ（貯鉱ビン）から炉体１０の内部に挿入された棒状部材であり、これら電極１３に電力が供給されることで炉体１０内の原料が溶融されて合金が製造される。各電極１３は、周知の構成により昇降可能に設けられている。また、各電極１３に供給される電力は、個々に制御することができる。

冷却手段１４は、互いに離間された複数の冷却位置において炉体１０をそれぞれ冷却するものであり、例えば水冷ジャケット、又はノズルから冷却水を鉄皮１００に対して噴霧する装置等により構成されることができる。本実施の形態では、各冷却位置は、炉体１０の外面に設けられるとともに、炉体１０の高さ周方向及び高さ方向に沿って互いに離間されている。各冷却手段１４による炉体１０の冷却量は、個々に制御することができる。

温度センサ１５は、炉体の周方向及び高さ方向に沿って互いに離間された複数の温度検出位置において炉体１０の温度をそれぞれ検出するものであり、例えば熱電対等により構成することができる。具体的には、温度センサ１５は、浸食非許容層である第３耐火物層１０１_３の内部に設けられており、第３耐火物層１０１_３の温度を検出する。第３耐火物層１０１_３の内部で温度センサ１５が温度を検出する位置は任意であるが、炉体１０の径方向に沿う第３耐火物層１０１_３の厚み方向の中央位置の温度を温度センサ１５が検出することが好ましい。

本実施の形態の電気抵抗炉１は、バッチ操業されるものでなく、連続操業されるものである。すなわち、炉体１０に原料が連続的又は断続的に供給されて、炉体１０が空にされずに連続的に合金が製造される。

次に、図３は、本実施の形態の電気抵抗炉１の運用方法に用いられる管理区分を説明するための説明図である。例えば、本出願人らによる特許第５１３７９９０号公報等にも開示されているように、炉体１０の径方向に沿う二つの位置の温度並びに各耐火物層１０１_１〜１０１_５の厚さ及び熱伝導率に基づいて熱伝導計算を行うことにより、各耐火物層１０１_１〜１０１_５の残厚を推定することができる。換言すれば、温度センサ１５の検出温度（浸食非許容層の温度）がどの程度であれば、各耐火物層１０１_１〜１０１_５がどの程度浸食されているか推定することができる。

例えば、各耐火物層１０１_１〜１０１_５の厚さ（浸食されていない状態の厚さ）及び熱伝導率、並びにセルフライニングの厚さ及び熱伝導率を以下の表１に示すものと仮定する。なお、セルフライニングとは、炉体１０の内面で凝固した原料であり、耐火物層の保護材として利用できるものである。各耐火物層１０１_１〜１０１_５及びセルフライニングの熱伝導率は、それぞれの素材に依存する。

炉体１０の径方向に沿う二つの位置の温度のうち、１つは温度センサ１５の検出温度（炉体１０の径方向に沿う第３耐火物層１０１_３の厚み方向の中央位置の温度）を用い、もう１つは冷却により温度が管理されている鉄皮１００の温度を用いることができる。鉄皮１００の温度は４０℃とする。

このとき、鉄皮１００と第３耐火物層１０１_３の厚み方向の中央位置との間の熱貫流率Ｋ１は、以下のように求めることができる。

また、第３耐火物層１０１_３の厚み方向の中央位置と第４耐火物層１０１_４の最内面との間の熱貫流率Ｋ２は、以下のように求めることができる。

さらに、第３耐火物層１０１_３の厚み方向の中央位置と第５耐火物層１０１_５の最内面との間の熱貫流率Ｋ３は、以下のように求めることができる。

例えば、温度センサ１５の検出温度が３００℃であるとすると、上記熱貫流率Ｋ１を用いて熱流量Ｑを以下のように求めることができる。

第４耐火物層１０１_４の最内面の温度ｔ４は、上記熱流量Ｑと熱貫流率Ｋ２を用いて以下のように求めることができる。

また、第５耐火物層１０１_５の最内面の温度ｔ５は、上記熱流量Ｑと熱貫流率Ｋ３を用いて以下のように求めることができる。

そして、セルフライニング（原料）の融点を１６００℃とすると、セルフライニングの厚さＸは、以下のように求めることができる。

すなわち、温度センサ１５の検出温度が３００℃であるとすると、第５耐火物層１０１_５の内側に１．４３９ｍのセルフライニングが形成されていると推定できる。

また、例えば温度センサ１５の検出温度が７００℃であるとすると、熱流量Ｑ、第４耐火物層１０１_４の最内面の温度ｔ４及び第５耐火物層１０１_５の最内面の温度ｔ５は以下のように求めることができる。

このとき、熱伝導計算により算出された第５耐火物層１０１_５の最内面の温度ｔ５が原料の融点である１６００℃を超えている。このことにより、第５耐火物層１０１_５が浸食されていると推定できる。このときの第５耐火物層１０１_５の残厚Ｙは、以下のように求めることができる。

本実施の形態の電気抵抗炉１の運用方法では、上記のような熱伝導計算により推定される各耐火物層１０１_１〜１０１_５の浸食状況に基づき、温度センサ１５によって検出される浸食非許容層の温度に対応する複数の管理区分を定める。管理区分は、以下の表２に示すように設定することができる。なお、図３には、表２に示す各区分（第１区分〜第５区分）に対応する浸食状況（破線）が示されている。

また、下記の表３のように各管理区分に管理作業を割り当てる。管理作業とは、検出温度が上昇した温度検出位置における耐火物の浸食抑制及び該温度検出位置におけるセルフライニングの形成促進の少なくとも一方の作用を有する作業である。管理作業には、フラックス変更、原料変更、冷却量変更、供給電力量変更、電極位置変更及び止電・出湯が含まれている。

フラックス変更は、各供給位置１２ａで供給されるフラックスの組成を変更することによりフラックスの融点を変更する作業である。検出温度が上昇した温度検出位置の近傍に位置する供給位置１２ａにおいて融点が高いフラックスを供給することで、検出温度が上昇した温度検出位置におけるセルフライニングの形成が促進される。

原料変更は、各供給位置１２ａでの原料の供給量及びサイズの少なくとも１つを変更する作業である。周知のように、炉体１０内で原料を溶融する際には高熱のガスが発生する。このガスは、炉体１０の上方に位置する原料を予め熱する作用を有している。一方で、炉体１０上方へのガスの抜けが悪いと、ガスが耐火物を熱して耐火物の浸食を促進することになる。このため、検出温度が上昇した温度検出位置の近傍に位置する供給位置１２ａにおいて、原料の供給量を少なくすること、及び原料のサイズを大きくすることの少なくとも一方を行うことで、検出温度が上昇した温度検出位置における耐火物の浸食が抑制される。

冷却量変更は、各冷却位置での冷却量を変更する作業である。検出温度が上昇した温度検出位置の近傍に位置する冷却位置での冷却量を大きくすることで、検出温度が上昇した温度検出位置において、セルフライニングの形成が促進されるとともに、耐火物の浸食が抑制される。

供給電力量変更は、電極１３への供給電力量を変更する作業である。検出温度が上昇した温度検出位置の近傍に位置する電極１３への供給電力量を少なくすることで、その温度検出位置に供給される熱量を少なくすることができる。これにより、検出温度が上昇した温度検出位置において、セルフライニングの形成が促進されるとともに、耐火物の浸食が抑制される。

電極位置変更は、電極１３の高さ位置を変更する作業である。一般に、各電極１３に電力が供給されているとき、各電極１３の後端側に比べて先端側のほうが高温となる。このため、検出温度が上昇した温度検出位置からその近傍に位置する電極１３の先端を遠ざけるように電極１３の高さ位置を変更することで、検出温度が上昇した温度検出位置において、セルフライニングの形成が促進されるとともに、耐火物の浸食が抑制される。

止電・出湯は、電極１３への電力供給を停止するとともに、炉体１０内の溶融合金を炉体１０外に注ぎ出す作業である。この作業を行うことで、耐火物の浸食を止めることができる。

上述した管理作業のうち、フラックス変更、原料変更及び冷却量変更は、製造効率の低下を伴わないか、又は製造効率の低下が少ない。一方で、供給電力量変更、電極位置変更及び止電・出湯は、合金の製造効率を比較的大きく低下させる。特に、非常時又は緊急時の止電・出湯は、合金の製造効率を著しく低下させる。

このため、フラックス変更、原料変更及び冷却量変更は、供給電力量変更、電極位置変更及び止電・出湯が割り当てられた管理区分に対応する温度よりも低い温度に対応する管理区分から行うことが好ましい。表３の割り当て例では、フラックス変更、冷却量変更及び原料変更は第２区分から行われ、供給電力量変更及び電極位置変更は第３区分から行われ、止電・出湯は第５区分から行われる。

なお、例えば第３区分の供給電力量変更では供給電力を定常出力の５０％に低減させ、第４区分の供給電力量変更では供給電力を定常出力の２５％に低減させるなど、同じ管理作業でも区分毎に程度が変更される。第１〜第５区分のすべての区分を通して、上述した管理作業とは別に、耐火物の残厚、温度遷移及び運転状況の確認等の通常の監視作業が行われる。

次に、図４は、本実施の形態の電気抵抗炉１の運用方法を示すフローチャートである。電気抵抗炉１の運用方法では、上述したように、電気抵抗炉１の操業を開始する前に、温度センサによって検出される温度に対応する複数の管理区分を定めるとともに、各管理区分に管理作業を割り当てる（ステップＳ１）。

その次に、電気抵抗炉１の操業を開始した後に、各温度センサ１５によって検出された検出温度が前記複数の管理区分のうちのどの管理区分に対応するか判断する（ステップＳ２）。そして、検出温度が対応する管理区分を判断した後に、該管理区分に割り当てられている管理作業を行う（ステップＳ３）。ステップＳ２，Ｓ３は、電気抵抗炉１の操業されているときに繰り返し行われる。例えば、ある温度検出位置における検出温度が第２区分に対応するときに、その温度検出位置を対象とした管理作業が行われることで、その温度検出位置の検出温度が降下して第１区分に対応するようになることもある。

なお、上述した実施の形態では、管理作業として、フラックス変更、原料変更、冷却量変更、供給電力量変更及び電極位置変更のすべてを行うように説明しているが、電気抵抗炉１の操業中に、これらフラックス変更、原料変更、冷却量変更、供給電力量変更及び電極位置変更の少なくとも１つを実施することで、連続的に合金を製造する電気抵抗炉１の炉体１０の寿命を延ばすことができる。

このような電気抵抗炉の運用方法では、検出温度が対応する管理区分を判断した後に、該管理区分に割り当てられている管理作業を行い、管理作業が、検出温度が上昇した温度検出位置における耐火物の浸食抑制及び該温度検出位置におけるセルフライニングの形成促進の少なくとも一方の作用を有するので、連続的に合金を製造する電気抵抗炉１の炉体１０の寿命を延ばすことができる。

また、管理作業は、フラックス変更、原料変更、冷却量変更、供給電力量変更、及び電極位置変更の少なくとも１つを含むので、より確実に連続的に合金を製造する電気抵抗炉１の炉体１０の寿命を延ばすことができる。

さらに、管理作業に含まれるフラックス変更、原料変更及び冷却量変更の少なくとも１つは、管理作業に含まれる供給電力量変更及び電極位置変更の少なくとも１つが割り当てられた管理区分に対応する温度よりも低い温度に対応する管理区分から行われるので、合金の生産効率が低下することを抑制しつつ、炉体１０の寿命を延ばすことができる。

さらに、管理作業に含まれるフラックス変更、原料変更及び冷却量変更の少なくとも１つは第２区分から行われ、管理作業に含まれる供給電力量変更及び電極位置変更の少なくとも１つは第３区分から行われるので、合金の生産効率が低下することをより確実に抑制しつつ、炉体１０の寿命を延ばすことができる。

１ 電気抵抗炉
１０ 炉体
１３ 電極
１５ 温度センサ
１０１_３ 第３耐火物層（浸食非許容層）
１０１_５ 第５耐火物層（最内層）

Claims (4)

1. 炉体と、互いに離間して配置されるとともに昇降可能に設けられ前記炉体の上方から前記炉体の内部に挿入された複数の電極と、前記炉体の周方向及び高さ方向に沿って互いに離間された複数の温度検出位置において前記炉体の温度をそれぞれ検出する複数の温度センサとを備え、各電極に電力を供給して前記炉体内の原料を溶融することにより合金を連続的に製造する電気抵抗炉の運用方法であって、
   前記電気抵抗炉の操業を開始する前に、前記温度センサによって検出される温度に対応する複数の管理区分を定めるとともに、各管理区分に管理作業を割り当てることと、
   前記電気抵抗炉の操業を開始した後に、各温度センサによって検出された検出温度が前記複数の管理区分のうちのどの管理区分に対応するか判断することと、
   前記検出温度が対応する管理区分を判断した後に、該管理区分に割り当てられている管理作業を行うことと
   を含み、
   前記管理作業は、前記検出温度が上昇した温度検出位置における耐火物の浸食抑制及び該温度検出位置におけるセルフライニングの形成促進の少なくとも一方の作用を有する
   ことを特徴とする電気抵抗炉の運用方法。
2. 前記管理作業は、
   互いに離間された複数の供給位置において前記炉体に供給される前記フラックスの組成を変更することにより前記フラックスの融点を変更するフラックス変更、
   前記供給位置での前記原料の供給量及びサイズの少なくとも１つを変更する原料変更、
   互いに離間された複数の冷却位置での前記炉体の冷却量を変更する冷却量変更、
   前記電極への供給電力量を変更する供給電力量変更、及び
   前記電極の高さ位置を変更する電極位置変更
   の少なくとも１つを含む
   ことを特徴とする請求項１記載の電気抵抗炉の運用方法。
3. 前記管理作業は、
   互いに離間された複数の供給位置において前記炉体に供給される前記フラックスの組成を変更することにより前記フラックスの融点を変更するフラックス変更、前記供給位置での前記原料の供給量及びサイズの少なくとも１つを変更する原料変更、及び互いに離間された複数の冷却位置での前記炉体の冷却量を変更する冷却量変更の少なくとも１つと、
   前記電極への供給電力量を変更する供給電力量変更、及び前記電極の高さ位置を変更する電極位置変更の少なくとも１つと
   を含んでおり、
   前記管理作業に含まれる前記フラックス変更、前記原料変更及び前記冷却量変更の前記少なくとも１つは、前記管理作業に含まれる前記供給電力量変更及び前記電極位置変更の前記少なくとも１つが割り当てられた管理区分に対応する温度よりも低い温度に対応する管理区分から行われることを特徴とする請求項１記載の電気抵抗炉の運用方法。
4. 前記炉体には、前記炉体の最も内側に配置された耐火物からなる最内層と、前記最内層よりも外側に配置された耐火物からなる浸食非許容層とが設けられており、
   前記温度センサは、前記浸食非許容層の温度を検出するものであり、
   前記管理区分には、
   操業が安定しているときの温度で、前記最内層が浸食されていないときの前記浸食非許容層の温度に対応する第１区分と、
   前記最内層が浸食される直前の前記浸食非許容層の温度に対応する第２区分と、
   前記浸食非許容層が浸食される直前の前記浸食非許容層の温度に対応する第３区分と
   が設けられており、
   前記管理作業に含まれる前記フラックス変更、前記原料変更及び前記冷却量変更の前記少なくとも１つは前記第２区分から行われ、
   前記管理作業に含まれる前記供給電力量変更及び前記電極位置変更の前記少なくとも１つは前記第３区分から行われる
   ことを特徴とする請求項３記載の電気抵抗炉の運用方法。

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