JP2779103B2 - 直流アーク炉の操業方法および炉体プロフィール - Google Patents
直流アーク炉の操業方法および炉体プロフィールInfo
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- JP2779103B2 JP2779103B2 JP29742092A JP29742092A JP2779103B2 JP 2779103 B2 JP2779103 B2 JP 2779103B2 JP 29742092 A JP29742092 A JP 29742092A JP 29742092 A JP29742092 A JP 29742092A JP 2779103 B2 JP2779103 B2 JP 2779103B2
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- furnace
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、下部電極を炉壁または
炉底に有する直流アーク炉の操業方法、炉体プロフィー
ルに関するものである。
炉底に有する直流アーク炉の操業方法、炉体プロフィー
ルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】通常、電気炉の操業は、以下のように行
われる。すなわち、炉内に材料を装入した後、上部電極
よりアークを発生させることにより、材料はアークから
の高熱によって溶かされ、それと共に上部電極は徐々に
下降していく。やがて、アークはそれまでに溶かされた
溶融金属が溜っている炉床へ到達する。これまでの期間
をボーリング期と呼んでおり、通常２〜３分位である。
『工業加熱／日本工業炉協会発行第２巻第３号』の１８
ページによれば、この期間は炉床耐火物をアーク・スポ
ットから保護するために、電圧、電流とも、その後に続
く溶解期よりも小さくするのが一般的である。
われる。すなわち、炉内に材料を装入した後、上部電極
よりアークを発生させることにより、材料はアークから
の高熱によって溶かされ、それと共に上部電極は徐々に
下降していく。やがて、アークはそれまでに溶かされた
溶融金属が溜っている炉床へ到達する。これまでの期間
をボーリング期と呼んでおり、通常２〜３分位である。
『工業加熱／日本工業炉協会発行第２巻第３号』の１８
ページによれば、この期間は炉床耐火物をアーク・スポ
ットから保護するために、電圧、電流とも、その後に続
く溶解期よりも小さくするのが一般的である。
【０００３】ところが、このように電圧、電流を絞ると
投入電力が減少するため、溶解時間の増加という弊害が
生じる。また、ここで選定する電圧、電流の各値は、操
業者が長年の経験と実績から得られたものであり、汎用
性がない。さらに、ボーリング期を経過し溶解期に入っ
てすぐ最大電圧、最大電流にて操業をするが、この時点
では、まだ炉床に貯留している溶融金属量は大して多く
ないため、炉床耐火物はアークによる熱ガスの直撃を受
け損耗を受けやすい。直流アーク炉の場合は、アークに
よって発生するアークジェット力は交流アーク炉に比較
して非常に大きく、耐火物への熱影響も顕著である。特
に、炉底に下部電極を有する場合は、この下部電極への
多大な熱影響によって寿命が短くなる恐れがある。
投入電力が減少するため、溶解時間の増加という弊害が
生じる。また、ここで選定する電圧、電流の各値は、操
業者が長年の経験と実績から得られたものであり、汎用
性がない。さらに、ボーリング期を経過し溶解期に入っ
てすぐ最大電圧、最大電流にて操業をするが、この時点
では、まだ炉床に貯留している溶融金属量は大して多く
ないため、炉床耐火物はアークによる熱ガスの直撃を受
け損耗を受けやすい。直流アーク炉の場合は、アークに
よって発生するアークジェット力は交流アーク炉に比較
して非常に大きく、耐火物への熱影響も顕著である。特
に、炉底に下部電極を有する場合は、この下部電極への
多大な熱影響によって寿命が短くなる恐れがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、ア
ークによる熱ガスの耐火物への直撃を防ぎ、耐火物及び
下部電極への熱影響を極力小さくする操業方法、炉体プ
ロフィールを定量的に提供することを目的としている。
ークによる熱ガスの耐火物への直撃を防ぎ、耐火物及び
下部電極への熱影響を極力小さくする操業方法、炉体プ
ロフィールを定量的に提供することを目的としている。
【０００５】近年、電気炉における残湯操業が一般的に
なりつつあり、ボーリング期においても上部電極直下の
溶融金属量が比較的多いが、通常の残湯量は出湯量の約
１０％であり、耐火物保護の観点からは非常に少ない。
また、この残湯操業は、炉底出湯の場合に炉内のスラグ
を溶融金属と共に排出しないために行われているもの
で、耐火物保護のために行っているものではなく、目的
が異なる。
なりつつあり、ボーリング期においても上部電極直下の
溶融金属量が比較的多いが、通常の残湯量は出湯量の約
１０％であり、耐火物保護の観点からは非常に少ない。
また、この残湯操業は、炉底出湯の場合に炉内のスラグ
を溶融金属と共に排出しないために行われているもの
で、耐火物保護のために行っているものではなく、目的
が異なる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は、 (1) 下部電極を炉壁または炉底に有する直流アーク炉の
操業方法において、上部電極直下の溶融金属の残湯深さ
が、下記の式にて求まるアークジェットによる窪み深さ
ｎ0 以上となるような溶解期のアーク電圧、アーク電流
を選定する
に、本発明は、 (1) 下部電極を炉壁または炉底に有する直流アーク炉の
操業方法において、上部電極直下の溶融金属の残湯深さ
が、下記の式にて求まるアークジェットによる窪み深さ
ｎ0 以上となるような溶解期のアーク電圧、アーク電流
を選定する
【数４】 ことを特徴とする。ここで、ｎ0 ：窪みの深さ、ｈ：溶
融金属面からのアーク長さ（ｈ＝Ｖａ／Ｅｐ；Ｖａはア
ーク電圧、Ｅｐは電位傾度）、ρL ：溶鋼比重、ｇ：重
力加速度であり、Ｔは下記の式によって求められるアー
クジェットの力である。
融金属面からのアーク長さ（ｈ＝Ｖａ／Ｅｐ；Ｖａはア
ーク電圧、Ｅｐは電位傾度）、ρL ：溶鋼比重、ｇ：重
力加速度であり、Ｔは下記の式によって求められるアー
クジェットの力である。
【０００７】
【数５】 ここで、μ0 ：真空中の透磁率、Ｉ：電流、Ｒｃ：上部
電極陰極点半径、Ｒｋ：アーク柱半径を示す。
電極陰極点半径、Ｒｋ：アーク柱半径を示す。
【０００８】(2) 下部電極を炉壁または炉底に有する直
流アーク炉の炉体プロフィールにおいて、操業初期の上
部電極直下の溶融金属の残湯深さが、溶解期のアーク電
圧、アーク電流から下記の式にて求まるアークジェット
による窪み深さｎ0 以上となる炉体プロフィールとす
る。
流アーク炉の炉体プロフィールにおいて、操業初期の上
部電極直下の溶融金属の残湯深さが、溶解期のアーク電
圧、アーク電流から下記の式にて求まるアークジェット
による窪み深さｎ0 以上となる炉体プロフィールとす
る。
【数６】 ことを特徴とするものである。上部電極から発生するア
ークは、アークジェットとなって溶融金属面に衝突す
る。その力によって、溶融金属が排除され上部電極の直
下に大きな窪みが生ずる。
ークは、アークジェットとなって溶融金属面に衝突す
る。その力によって、溶融金属が排除され上部電極の直
下に大きな窪みが生ずる。
【０００９】Ｂｏｗｍａｎは、このアークジェットがノ
ズルジェットと非常に類似していることに着目し、ノズ
ルジェットで得られている窪み深さの式に、アークジェ
ットの力を当てはめて下記の式を提示している。
ズルジェットと非常に類似していることに着目し、ノズ
ルジェットで得られている窪み深さの式に、アークジェ
ットの力を当てはめて下記の式を提示している。
【数７】 ここで、ｎ0 ：窪みの深さ、ｈ：溶融金属面からのアー
ク長さ（ｈ＝Ｖａ／Ｅｐ；Ｖａはアーク電圧、Ｅｐは電
位傾度）、ρL ：溶鋼比重、ｇ：重力加速度であり、Ｔ
は下記の式によって求められるアークジェットの力であ
る。
ク長さ（ｈ＝Ｖａ／Ｅｐ；Ｖａはアーク電圧、Ｅｐは電
位傾度）、ρL ：溶鋼比重、ｇ：重力加速度であり、Ｔ
は下記の式によって求められるアークジェットの力であ
る。
【００１０】
【数８】 ここで、μ0 ：真空中の透磁率、Ｉ：電流、Ｒｃ：上部
電極陰極点半径、Ｒｋ：アーク柱半径を示す。
電極陰極点半径、Ｒｋ：アーク柱半径を示す。
【００１１】本発明者等は、炉底電極の保護対策に上記
式を応用することに着目し、電気炉の炉底電極の寿命延
長という新たな効果を導き出すことに成功した。すなわ
ち、この式から上部電極直下の溶融金属の残湯深さがｎ
0 以上となるようなアーク電圧、アーク電流を選定すれ
ば、アークによる熱ガスの耐火物への直撃を防ぐことが
できる。
式を応用することに着目し、電気炉の炉底電極の寿命延
長という新たな効果を導き出すことに成功した。すなわ
ち、この式から上部電極直下の溶融金属の残湯深さがｎ
0 以上となるようなアーク電圧、アーク電流を選定すれ
ば、アークによる熱ガスの耐火物への直撃を防ぐことが
できる。
【００１２】また、操業に用いる最大のアーク電圧、最
大のアーク電流を元に窪みの深さｎ0 を計算し、ボーリ
ング期初期から、この窪みの深さｎ0 以上の溶融金属を
炉内に貯留できる炉体プロフィールにしておけば、アー
クによる熱ガスが直接炉床耐火物に衝突して、耐火物を
損傷する恐れはなくなる。いずれにしろ、炉床耐火物保
護のための指針が、定量的にかつ汎用性をもって得られ
るため、操業者の経験、実績に頼ることなく、初心者で
も最適な操業方法あるいは炉体プロフィールを得ること
ができる。
大のアーク電流を元に窪みの深さｎ0 を計算し、ボーリ
ング期初期から、この窪みの深さｎ0 以上の溶融金属を
炉内に貯留できる炉体プロフィールにしておけば、アー
クによる熱ガスが直接炉床耐火物に衝突して、耐火物を
損傷する恐れはなくなる。いずれにしろ、炉床耐火物保
護のための指針が、定量的にかつ汎用性をもって得られ
るため、操業者の経験、実績に頼ることなく、初心者で
も最適な操業方法あるいは炉体プロフィールを得ること
ができる。
【００１３】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいてさらに説
明する。図１および図２は、本発明による１００ton 直
流アーク炉の炉体プロフィールの例であり、図１は、炉
体側面図を、また図２は、炉体平面図をそれぞれ示す。
１００ton 炉で、溶解期に使用する最大電圧が７２０
Ｖ、最大電流が９０ｋＡとすると、前記のアークジェッ
トによる窪み深さｎ0 を求める式を用いて計算すると、
ｎ0 は、約３４０mmとなる。ボーリング期初期からこれ
以上の溶融金属深さを確保するためには、残湯量は、約
３０ton 必要となる。これは、出鋼量の３０％の量であ
る。この時の、溶融金属の深さ（Ｈ）と溶融金属の表面
径（Ｄ）との比Ｈ／Ｄは、０．３を選定した。
明する。図１および図２は、本発明による１００ton 直
流アーク炉の炉体プロフィールの例であり、図１は、炉
体側面図を、また図２は、炉体平面図をそれぞれ示す。
１００ton 炉で、溶解期に使用する最大電圧が７２０
Ｖ、最大電流が９０ｋＡとすると、前記のアークジェッ
トによる窪み深さｎ0 を求める式を用いて計算すると、
ｎ0 は、約３４０mmとなる。ボーリング期初期からこれ
以上の溶融金属深さを確保するためには、残湯量は、約
３０ton 必要となる。これは、出鋼量の３０％の量であ
る。この時の、溶融金属の深さ（Ｈ）と溶融金属の表面
径（Ｄ）との比Ｈ／Ｄは、０．３を選定した。
【００１４】図１中、実線で示したのが残湯量を約３０
ton 確保した時の溶融金属表面レベルを示す。また、一
点鎖線は、材料が全部溶解した後の残湯量を加えた全溶
融金属表面レベルを示す。通常の溶融金属深さが浅い炉
体プロフィールでは、前記窪み深さ以上の残湯量を確保
するためには、大量の溶融金属を炉内に残す必要があ
る。従って、炉体プロフィールとしては、Ｈ／Ｄを、
０．３程度とした深い炉体プロフィールを選んだ方が良
い。
ton 確保した時の溶融金属表面レベルを示す。また、一
点鎖線は、材料が全部溶解した後の残湯量を加えた全溶
融金属表面レベルを示す。通常の溶融金属深さが浅い炉
体プロフィールでは、前記窪み深さ以上の残湯量を確保
するためには、大量の溶融金属を炉内に残す必要があ
る。従って、炉体プロフィールとしては、Ｈ／Ｄを、
０．３程度とした深い炉体プロフィールを選んだ方が良
い。
【００１５】図３は、アークジェットによる窪み深さの
計算値と実績値との比較を示したものである。これは、
本発明者らが実際の直流アーク炉におけるアーク挙動を
高速ビデオで撮影して、アークジェットによる窪み深さ
を実測し、それを計算値と比較した例である。計算値と
実績値とは、比較的良く一致している。
計算値と実績値との比較を示したものである。これは、
本発明者らが実際の直流アーク炉におけるアーク挙動を
高速ビデオで撮影して、アークジェットによる窪み深さ
を実測し、それを計算値と比較した例である。計算値と
実績値とは、比較的良く一致している。
【００１６】
【発明の効果】以上のように、上部電極直下の溶融金属
の残湯深さを、溶解期のアーク電圧、アーク電流から求
まるアークジェットによる窪み深さｎ0 以上とすること
により、アークによる熱ガスが直接炉床耐火物に衝突し
て、耐火物を損傷する恐れはなくなる。従って、耐火物
の寿命が向上し、補修材の使用量が減少することにより
コスト削減が図れる。また、ボーリング期初期から最大
電圧、最大電流にて操業が可能となるため溶解時間が短
縮される。それによって、生産量増大、固定費などのコ
スト削減効果が享受できる。
の残湯深さを、溶解期のアーク電圧、アーク電流から求
まるアークジェットによる窪み深さｎ0 以上とすること
により、アークによる熱ガスが直接炉床耐火物に衝突し
て、耐火物を損傷する恐れはなくなる。従って、耐火物
の寿命が向上し、補修材の使用量が減少することにより
コスト削減が図れる。また、ボーリング期初期から最大
電圧、最大電流にて操業が可能となるため溶解時間が短
縮される。それによって、生産量増大、固定費などのコ
スト削減効果が享受できる。
【図１】直流アーク炉の炉体側面図。
【図２】直流アーク炉の炉体平面図。
【図３】アークジェットによる窪み深さの計算値と実測
値との比較を示した図。
値との比較を示した図。
１ 電気炉本体 ２ 耐火物 ３ 上部電極 ４ アーク Ｈ 溶融金属の深さ Ｄ 溶融金属の表面径
Claims (2)
- 【請求項１】下部電極を炉壁または炉底に有する直流ア
ーク炉の操業方法において、上部電極直下の溶融金属の
残湯深さが、下記の式にて求まるアークジェットによる
窪み深さｎ0 以上となるような溶解期のアーク電圧、ア
ーク電流を選定することを特徴とする直流アーク炉の操
業方法。 【数１】 ここで、ｎ0 ：窪みの深さ、ｈ：溶融金属面からのアー
ク長さ、ρL ：溶鋼比重、ｇ：重力加速度であり、Ｔは
下記の式によって求められるアークジェットの力であ
る。 【数２】 ここで、μ0 ：真空中の透磁率、Ｉ：電流、Ｒｃ：上部
電極陰極点半径、Ｒｋ：アーク柱半径を示す。 - 【請求項２】下部電極を炉壁または炉底に有する直流ア
ーク炉の炉体プロフィールにおいて、操業初期の上部電
極直下の溶融金属の残湯深さが、溶解期の最大アーク電
圧、最大アーク電流から下記の式にて求まるアークジェ
ットによる窪み深さｎ0 以上になるようにしたことを特
徴とする直流アーク炉の炉体プロフィール。 【数３】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29742092A JP2779103B2 (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 直流アーク炉の操業方法および炉体プロフィール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29742092A JP2779103B2 (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 直流アーク炉の操業方法および炉体プロフィール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06147758A JPH06147758A (ja) | 1994-05-27 |
| JP2779103B2 true JP2779103B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=17846281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29742092A Expired - Fee Related JP2779103B2 (ja) | 1992-11-06 | 1992-11-06 | 直流アーク炉の操業方法および炉体プロフィール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2779103B2 (ja) |
-
1992
- 1992-11-06 JP JP29742092A patent/JP2779103B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06147758A (ja) | 1994-05-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980331 |
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