JP2756585B2 - 電気溶融炉の副原料投入装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ロックウール（岩綿）やセラミックウール
等を製造する製造ラインに用いられる電気溶融炉におい
て、主原料の成分調整のために供給される副原料の投入
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ロックウールは、安山岩や玄武岩を主原料とし
てこれを電気溶融炉で溶融し、これに化学成分調整のた
めの副原料として石灰等を添加し、かつ温度調整し、こ
のように成分調整された溶融物を製綿機に供給してロッ
クウールを製造するようになっていた。

しかしながら、最近においては高炉から大量に副生さ
れるスラグを主原料として使用する傾向が多くなってき
た。

このような電気溶融炉は、上記高炉から溶融スラグを
一定時間毎に受湯し、この主原料に硅石、ドロマイト、
石灰岩等の副原料を粉または顆粒の形態でしかも冷材の
状態で添加し、これを適当な時間加熱して撹拌すること
により上記添加した副原料を完全に溶融させて上記主原
料に混合し、これにより溶融物の成分を均一にするとと
もに、温度も調整している。そして、このような溶湯を
炉壁に設けたノズルから一定の割合、例えば１時間当り
５トンの割合で製綿機に連続して供給し、この製綿機で
繊維化するようになっている。

良質のロックウールを得るためには定量出湯、すなわ
ち溶融物を時間当り一定の割合で製綿機へ供給する必要
があり、かつ出湯の始めから終りまで一定の成分および
一定の温度を保つ必要がある。

しかしながら、副原料として最も使用される硅石は、
その90〜96％がシリカ（SiO₂）であり、残りはアルミナ
（Al₂O₃）および水分であり、上記シリカの融点は1720
〜1730℃であるから非常に高温でなければ溶融し難い性
質をもっている。したがって、このようなシリカをいか
に効率よくかつ均一に溶かすかが、ロックウールの品質
および製造コストに大きな影響を与える。

また一方、電気溶融炉は、通常、高炉スラグを主成分
とする溶融物による浸蝕に対して優れた抵抗を示す黒鉛
系の耐火物で内張りされているが、この黒鉛系耐火物は
高温状況では極めて酸化し易い性質がある。このため、
炉内部を窒素（N₂）ガスなどのような不活性ガスの雰囲
気に保ち、しかもこのガス圧力を空気が侵入しないよう
に大気圧よりも若干高い圧力に維持している。したがっ
て、このような電気溶融炉は、炉蓋を貫通する３本の電
極（３相交流）、主原料としての溶融スラグを供給する
ための投入管、不活性ガスの吹き込み管、溶融物撹拌用
ガス吹き込み装置等の多くの開口部が必要であり、また
これら開口部を気密に保つための構造なども要求され、
使用する部品点数が多く、構造が複雑になる。このた
め、副原料投入のための貯槽タンク、や副原料投入用パ
イプなどを適切に配置することが難しくなる。

よって、使用する部品はできる限り少なくすることが
望まれている。

従来において、実公昭63−45674号や特開昭63−89439
号などに上記の問題点を解決する提案がなされている。
しかしながら、これら従来の提案は、最も溶解し難い硅
石を効果的にかつ均一に溶かすには不十分である。

〔発明が解決しようとする課題〕

硅石を効率良くかつ均一に溶かすためには、これらの
副原料を溶融物が高温になっている場所に投入すること
が望まれる。

前記したように、硅石はその90〜96％がシリカ（Si
O₂）であり、かつシリカの融点は1720〜1730℃であり、
このような高融点のシリカが溶融スラグに投入された場
合の溶融メカニズムについては明確ではないが、以下の
ように考えられる。

すなわち、投入された硅石の粉または顆粒が溶融物に
浸漬されている電極の近傍に近づくと、電極に近い溶融
物は推定1750℃以上となっていると考えられるから、こ
の高温溶融物に触れて溶融する。硅石が電極近傍に近づ
くのは、溶融物の温度差にもとづく炉内溶融物の対流運
動に依存する。

ところが、対流運動だけでは溶融物と副原料の循環に
時間がかかり、実用的ではない。このため溶融物に不活
性ガスを吹き込み、この不活性ガスの撹拌作用で溶融物
と副原料の混合を促すとともに、硅石を高温部に移動さ
せている。

しかしながら、このような対流運動や、不活性ガスに
よる撹拌を試みても、なおかつ硅石を主とする副原料を
溶融スラグに完全に溶解させ、かつ組成および温度をと
もに均一にするには、なおかなりの時間がかかり、今一
層の短時間化が望まれる 一方、他の溶解メカニズムとして考えられるのは、溶
融スラグ中に投入された硅石が溶融スラグに接触する
と、この接触面に低融点の化合物が形成され、この低融
点化合物が溶融スラグ中に溶け込むものと推定される。
これを裏付ける現象として、作業の都合上溶融物を電気
溶融炉中に収容したまま溶融物が凝固しない程度の約16
00℃前後の温度に保つように供給電力のレベルを下げ、
この状態を長時間、例えば夕方から翌日の朝まで保った
場合、電極近傍の温度が1700℃以下と推定されるにも拘
らず、硅石は溶解し、溶融物が均一になることが経験的
に知られている。

しかしながら、上記低融点化合物を形成する方法で
は、供給した副原料を全部溶融させるのに上記対流や不
活性ガスによる撹拌方法よりもさらに長時間を要し、効
率的ではない。

本発明は上記の事情にもとづきなされたもので、硅石
を主とする副原料を効率よく溶融スラグに完全に溶解さ
せかつ組成および温度をともに均一にすることができる
電気溶融炉の副原料投入装置を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、電気溶融炉の電極として中空形電
極を用い、この中空形電極の中空部を副原料の投入路と
し、この副原料投入路を副原料供給源および不活性ガス
供給源に接続し、これら副原料および不活性ガスを同時
に上記副原料投入路の溶融物内に浸漬されている下端開
口部から溶融物の内部に供給するようにしたことを特徴
とする。

〔作用〕

本発明によれば、電極近傍は高温領域であるから供給
された副原料が良好に加熱されて溶融され、しかも電極
近傍では溶融物が対流により上昇しているから副原料が
上昇を促され、加えて不活性ガスが混合されているので
見掛け上の比重が小さくなって副原料が迅速に上昇され
て炉内全体に万遍なく速やかに拡散されることにより、
よって副原料の溶融および分散が効果的になされ、よっ
て組成および温度をともに均一にすることができる。

〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を図面にもとづき説明する。

第３図は電気溶融炉の全体を示し、図において１はロ
ックウール原料を溶融する耐火物からなる電気溶融炉の
炉体、２はその炉蓋である。なお、炉体１および炉蓋２
の内面は図示しないが、溶融物により浸蝕に対して優れ
た抵抗を示す黒鉛系の耐火物で内張りされている。

炉蓋２には３本の電極3a,3b,3cが貫通されており、こ
れら電極3a,3b,3cは炉内に垂下され、下端は溶融物Ａ内
に浸漬されている。

これら各電極3a,3b,3cは例えば黒鉛からなり、上部で
電極保持アーム４に保持されている。この電極保持アー
ム４は、炉体１の外側に立設したコラム５に取付けられ
ており、このコラム５には図示しない昇降駆動装置が設
けられている。この昇降駆動装置は上記電極保持アーム
４を昇降移動させるようになっており、このため電極3
a,3b,3cは炉内の溶融物の液面に応じて上下に移動可能
となっている。

なお、３本の電極3a,3b,3cは、第４図に示すように、
炉内において加熱温度がバランスするように等間隔、例
えばそれぞれ正三角形の頂点となる位置に配置されてい
る。

このような各電極3a,3b,3cは、その１本3aを代表して
第１図および第２図に示す通り、中空形、つまりパイプ
形をなしている。そして、この中空部は副原料投入路６
となっており、この副原料投入路６の下端は電極3aの下
端面に開口されている。このため、この開口部6aは溶融
物Ａ内に浸漬されている。

また、副原料投入路６の上端は、接続金具７を介して
可撓性絶縁チューブ８に接続されている。この可撓性絶
縁チューブ８は、上記電極3aが湯面高さに応じて上下に
移動される場合にその動きに追従できるようになってい
るもので、上端は集合管９に接続されている。

集合管９は２通路を集合させたものであり、一方の通
路は定量供給ポンプ10または定量供給弁を介して、副原
料供給源としての副原料貯槽タンク11に接続されてい
る。副原料貯槽タンク11には硅石を主として、ドロマイ
ト、石灰岩等の副原料が粉体または顆粒形態で収容され
ている。なお、粒径は、従来から経験的に0.5〜3mm程度
のものが用いられている。

また、副原料貯槽タンク11は、第３図に示すように支
持ポール13に支持されている。

集合管９の他方の通路は電磁弁14を介しておよび不活
性ガス供給源としての例えば窒素ガス（N₂）ボンベ15に
接続されている。

なお、これら電極3a,3b,3cは図示しないが、３相交流
電源の各極に接続されている。

また、第３図中、16は炉内にロックウールの主原料を
投入する主原料投入管であり、主原料は高炉より取鍋18
で搬送され、主原料投入管16の上部のホッパ17に投入さ
れる。したがって、上記ホッパ17および主原料投入管16
を通じて高炉スラグが炉内に供給される。

20は炉体１の炉壁に形成された溶湯の排出ノズルであ
り、出湯口21を開口してある。この排出ノズル20は水冷
ジャケット22を有している。そして、上記出湯口21はシ
ャッタ23により開口面積が調整されるようになってお
り、このシャッタ23は図示しないが上下に移動して出湯
口21を開閉する。そして、出湯口21が開かれた場合に炉
内のロックウール原料溶融物が出湯口21から図示しない
製綿機に供給されるようになっている。

このような構成の電気溶融炉において、その作用を説
明する。

ロックウールの主原料となる溶融スラグは、取鍋18に
より高炉から運ばれてきて、ホッパ17に投入され、主原
料投入管16から炉内に供給される。

このようなロックウール主原料は、電極3a〜3cへの通
電により加熱されて溶融される。

この溶融時に、副原料貯槽タンク11から副原料が供給
される。すなわち、定量供給ポンプ10を運転すると、副
原料貯槽タンク11に貯えられている硅石を主として、ド
ロマイト、石灰岩等を含む粉体または顆粒形態の副原料
が集合管９に供給される。この時、電磁弁14を開くと、
窒素ガスボンベ15から窒素ガスが集合管９に供給され
る。したがって、集合管９においては、粉体または顆粒
形態の副原料と、窒素ガスが混合される。

このような副原料と窒素ガスの混合体は、可撓性絶縁
チューブ８から電極3a内部に形成された副原料投入路６
を経て、下端開口部6aより溶融物Ａ内に供給される。

溶融物Ａにあっては電極近傍が一番温度の高い部分で
あり、このため電極3aの下端開口部6aから溶融物Ａ内に
供給された副原料は溶融物の中でも一番温度の高い箇所
に供給されることになり、よって副原料は直ちに溶融さ
れる。

すなわち、副原料の大部分を占めるシリカ（SiO₂）の
融点は1720〜1730℃であっても、電極3a付近の溶融物は
約1750℃以上となっていると考えられるから、この箇所
Ｂに供給された副原料は高温の溶融物に触れて直ちに溶
融されるものである。

そして、このような高温の電極3a付近は、電極3aで加
熱された溶融物Ａが対流を生じ、電極3a近傍では上昇流
となっている。この箇所に供給された上記副原料は上記
溶融物Ａの上昇流に乗って上昇する。

この場合、副原料は不活性ガスと一緒に供給されてお
り、不活性ガスは気泡となって液面まで上昇する。この
ときシリカ等の硅石は、直比重が2.6ton/m³とされてい
るが上記不活性ガスの混入により嵩比重が1.45ton/m³程
度になっており、溶融物Ａの対流による上昇流に加え
て、上記不活性ガスの気泡の上昇に促されて上方に運ば
れ、したがって素早く上昇する。このような上昇は炉内
全体の溶融物Ａの対流を益々促進させることになるか
ら、副原料の分散および温度分布の拡散が速やかに行わ
れる。

つまり、新たに供給された副原料は直ちに溶融され、
しかも炉内全体に短時間の内に拡散されることになり、
成分調整を迅速に行うことができる。

また、溶融物Ａは不活性ガスによって撹拌され、かつ
温度分布も素早く調整される。

このようにして、溶融物の成分が調整されると、この
溶湯は炉壁に設けたシャッタ23を作動させて出湯口21を
開いた場合にこの出湯口21から製綿機に供給される。

この場合一定の割合、例えば１時間当り５トンの割合
で製綿機に連続して供給し、この製綿機で繊維化され
る。

また、上記のような構成の場合は、電極3aを中空構造
としこの電極3a内部を副原料投入路６としたから、他に
格別な副原料投入用パイプおよび不活性ガス供給用パイ
プならびにこれらの気密構造などが不要であり、部品点
数が少なくなり、炉体周りの構成が簡素化する。

なお、３本の電極3a,3b,3cの全てが内部に副原料投入
路６を設けることに制約されないが、３本の電極3a,3b,
3cの全てに副原料投入路６を設けるようにすると、副原
料の溶融および分散が効果的に行われる。この場合、副
原料および不活性ガスの供給は３本の電極3a,3b,3cから
同時に行うようにしても、または所定時間間隔をもって
順番に行うようにしてもよい。

なお、本発明は、ロックウール原料を溶融する電気溶
融炉に制約される物ではなく、セラミックウールを溶融
する電気溶融炉にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明した通り本発明によれば、電極を中空形と
し、この中空部を副原料の投入路として下端開口部から
副原料および不活性ガスを溶融物中に供給するようにし
たので、この電極近傍は高温領域であるから供給された
副原料が良好に加熱されて溶融され、しかも電極近傍で
は溶融物が対流により上昇しているから副原料の上昇が
促され、加えて不活性ガスが混合されているので見掛け
上の比重が小さくなって副原料が迅速に上昇されるので
炉内全体に万遍なく速やかに拡散されることになり、よ
って副原料の溶融および分散が効果的になされ、よって
短時間に組成および温度を均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は副原料
および不活性ガスの投入装置を示す経路図、第２図は電
極の溶融物内に浸漬されている部分を示す断面図、第３
図は電気溶融炉全体の構成を示す縦断面図、第４図はそ
の横断面図である。 １……炉体、２……炉蓋、3a,3b,3c……電極、６……副
原料投入路、6a……開口部、８……チューブ、９……集
合管、10……定量供給ポンプ、11……副原料貯槽タン
ク、14……電磁弁、15……窒素ガスボンベ、16……主燃
料投入管、18……取鍋。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉内に主原料およびこの主原料を成分調整
   するための副原料を投入し、これら原料を上記炉内に挿
   設された電極で加熱溶融する電気溶融炉において、 上記電極を中空構造とし、この中空形電極の中空部に副
   原料供給源および不活性ガス供給源を接続して該中空部
   を副原料投入路とし、この副原料投入路は溶融物中に浸
   漬された上記電極の下端に開口し、この開口部から上記
   副燃料および不活性ガスを上記溶融物内に供給するよう
   にしたことを特徴とする電気溶融炉の副原料投入装置。