JP3704741B2 - ロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉溶融スラグを主原料としてロックウール製造用の電気炉により溶融スラグの成分濃度を調整する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で溶銑を製造する際に、多量に発生する溶融スラグは、広い敷地に放流して凝固したスラグブロックとした後、これを破砕してスラグ砕石とし、骨材、路盤材あるいは埋立材に使用していた。その後、高炉で副生した溶融スラグを水で急冷して水砕スラグとし、高炉セメント、セメント混合材、コンクリート骨材等に使用するようになったが、その他に溶融スラグを、断熱材等として使用されるロックウールの原料として利用するようになってきた。
【０００３】
すなわち高炉より副生する溶融スラグを電気炉内に装入し、炉内に貯えた主原料の溶融スラグを電極からの電力により加熱しつつ、溶融スラグに成分調整材を装入し、スラグ成分および温度を調整してロックウール用溶融スラグを製造することが行われている。
この方法では、高温の溶融スラグを電気炉内で加熱するので、溶融スラグに装入する成分調整材を溶解するために少ないエネルギ投入量で足るので省エネルギとなる。一般に、電気炉に設けたスラグ装入口より主として溶融スラグをバッチで装入し、また別の成分調整材装入口から所定量の成分調整材を装入し、電極によって所定の温度に加熱している。
【０００４】
ところで、電気炉内に貯えられた溶融スラグに成分調整材を溶解するための時間を短くする手段として溶融スラグ中に不活性ガスを吹き込みガスバブリングにより溶融スラグを攪拌することが周知である。たとえば、特開昭63−69731 号公報には、成分調整材を溶解するため炭素質ランスを支持部材を介して電気炉内へ挿入、引抜き、上下動可能に取り付け、炭素質ランスを通して不活性ガスを電気炉内の溶融スラグ中に吹き込むものが開示されている。
【０００５】
また特開昭63−89439 号公報には、通常成分調整材を溶融スラグの表面上へ上方より装入するが、粉粒状の成分調整材であっても互いに固まり溶融スラグ中にガスバブリングランスから不活性ガスを吹き込んで攪拌しても成分調整材が均一に溶解しないことが多いため、上下動可能なランスから不活性ガスと共に成分調整材を溶融スラグ中にインジェクションするものが開示されている。
【０００６】
さらに特開平１−111749号公報には、炉体の天井に複数個の成分調整材装入口を設置して成分調整材を分割投入し、投入した成分調整材を窒素ガスなどにて攪拌し溶解時間を短縮することが開示されている。
前記従来技術に見られるようにロックウール用溶融スラグへの成分調整材溶解を促進する攪拌手段としてガスバブリングが一般的に使用されているが、いずれも一基の電気炉を用いて溶融スラグに成分添加材を添加し、電極を用いて加熱しながら溶融スラグをガスバブリングして目標とする成分濃度および温度を調整するものである。また、溶融スラグの成分濃度調整方法の詳細な記述もないが、一般に電気炉に添加する成分調整材がほぼ完全に溶解した状態において成分濃度が所望の濃度となるように成分調整材量を添加し、ガスバブリングなどの攪拌装置にて完全に溶解させる方法が取られているが、成分濃度が安定せず、とくに成分濃度変更にフレキシブルに対応することが困難であった。
【０００７】
さらに前記従来技術には、二基の電気炉、とくに一次電気炉と二次電気炉とを直列に配置してロックウールを製造することについての技術は見当たらない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ロックウールの製造において最終的に電気炉から出湯される溶融スラグの成分濃度（主にSiO2濃度）を所望の濃度に調整することは重要であり、本発明では成分濃度の変動を少なくし安定した成分濃度調整および濃度変更時にフレキシブルに成分濃度調整を達成できるロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二基の電気炉を直列に配置してロックウール用溶融スラグの成分濃度を調整することに着目し、種々実験を重ねた結果に基づいて達成されたものであり、その要旨とするところは下記の通りである。
前記目的を達成するための請求項１記載の本発明は、予め溶融スラグ（重量Ｗ1 ）を貯えた一次電気炉に新たに高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）を追加して供給すると共に、所定重量の成分調整材を添加し、前記一次電気炉内の溶融スラグを電極を用いて加熱しつつガスバブリングしてスラグ成分および温度を調整した一次溶融スラグのうちの所定重量（Ｖ1 ）を当該一次電気炉に直列に配置され、予め溶融スラグ（重量Ｗ2 ）を貯えた二次電気炉に供給し、二次電気炉内で電極を用いて加熱して成分濃度を調整した二次溶融スラグの所定重量（Ｖ2 ）を出湯するに際し、前記一次電気炉に添加した成分調整材を炉内周辺領域の溶融スラグの表面に未溶解で堆積させ、前記一次電気炉に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ1 ）、一次電気炉に供給する高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）、一次電気炉から二次電気炉へ供給する一次溶融スラグ（重量Ｖ1 ）、二次電気炉内に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ2 ）および二次電気炉から出湯する二次溶融スラグ（重量Ｖ2 ）に基づいて二次溶融スラグの成分濃度Ｃ2 が所望の成分濃度Ｃ2,o になるように一次電気炉にガスバブリングするガス流量を調整することを特徴とするロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法である。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、二次電気炉から出湯する二次溶融スラグの成分濃度を測定し、該成分濃度測定値をフィードバックすることを特徴とする請求項１記載のロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法である。
請求項３記載の本発明は、二次電気炉に所定量の成分添加材を添加することを特徴とする請求項１または２記載のロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法である。
【００１１】
【作用】
以下、本発明の構成、作用および効果を図面に基づいて説明する。
本発明では、二基の電気炉が直列に配置してある。すなわち、図１に示すように上流側に位置して一次電気炉８が設置され、その下流側に位置して二次電気炉９が配置され直列をなしている。一次電気炉８には溶融スラグ（重量Ｗ1 ）37を貯えてあり、新たに供給鍋35内の高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、SiO2成分濃度Ｃ0 ）36を炉蓋７に設けたスラグ装入口34を介して一次電気炉内にバッチ的に追加装入してプールする。そして炉蓋７を介して炉内に挿入した複数本（通常３本）の電極５の下部を一次電気炉８内の溶融スラグ37中に浸漬し、電極５からの電力により溶融スラグ37の温度を一定に保つため加熱するのは従来と同様である。
【００１２】
本発明では、一次電気炉８に被せた炉蓋７の中央部つまり３本の電極５の中心位置に対応して設けたランス挿入口３からガスバブリングランス１をほぼ垂直に挿入して、その下部を炉内の溶融スラグ37に浸漬する。フレキシブル管23を介して不活性ガス供給元管17（図２参照）から供給される不活性ガスをガスバブリングランス１に供給して溶融スラグ37中に吹き込むと、不活性ガスは気泡11となってガスバブリング領域を炉内中央部に形成しつつ溶融スラグ37中を浮上する。
【００１３】
一方、ランス挿入口３と同心にこれを外側から包囲するように炉蓋７に成分調整材装入口４が設置してあり、成分調整材供給管２から供給された粉粒状の成分調整材10は、成分調整材装入口４からガスバブリングランス１の周囲に存在する溶融スラグ37の表面上に直接装入される。このように成分調整材10が溶融スラグ37の表面上に直接装入できるのは、ガスバブリング領域の溶融スラグ37が湧出攪拌作用によって裸湯面となって露出しているからであり成分調整材10が高温の溶融スラグ37に装入されるので溶解速度が大きくなり、その溶解が促進されることになる。
【００１４】
これに対して、一次電気炉８の中央部に形成されるガスバブリングにより周辺に押しやられた周辺領域の成分調整材（一般にはSiO2を多く含有する珪石粉を使用）10は、成分調整材10が熱伝導率が小さいため溶融スラグ37と成分調整材10との接触界面では溶解するものの、その上に堆積した成分調整材（珪石粉）10は溶融スラグ37に比較して温度が低い未溶解成分調整材６となって堆積した状態となる。
【００１５】
このようにガスバブリング領域の周囲における溶融スラグ37の表面に未溶解成分調整材６が堆積すると、これが断熱層としての役割を果たすので溶融スラグ37の表面から放散される放散熱を減少することができる。このため保熱力が強化される結果、加熱のために電極５から供給する電力を削減することができるようになる。
【００１６】
本発明では、一次電気炉については、成分調整材溶解装置30を図２および図３に示すような装置構成にすることができる。すなわち、成分調整材溶解装置30を備えたガスバブリングランス１は、伸縮アーム13の先端部に設けたランス吊り支持部12にて回動自在に支持されており、この伸縮アーム13はテレスコープ部材13Ａ、13Ｂを介してアーム本体13Ｃに伸縮自在に支持されている。そして伸縮アーム13とアーム本体13Ｃとの間にはそれぞれ軸受26Ａ、26Ｂを介して軸支されたシリンダ型伸縮駆動装置14が取付けてあり、シリンダ型伸縮駆動装置14を伸縮作動することにより伸縮アーム13が伸縮され、これによってガスバブリングランス１が前後進される。
【００１７】
アーム本体13Ｃは、水平ピン28を介して上下動支持部材27に対して傾動することにより上下動可能に支持してある。またアーム本体13Ｃと上下動支持部材27との間には、シリンダ型上下動駆動装置15が取付けてあり、シリンダ型上下動駆動装置15を伸縮作動することにより水平ピン28を介して傾動され、これによって伸縮アーム13の先端部に設けたランス吊り支持部12に支持されたガスバブリングランス１が上下動される。この場合伸縮アーム13は水平ピン28を支点とした円弧を描くので、ガスバブリングランス１をランス挿入口３にスムーズに上下動させるため伸縮アーム13の前後進によるガスバブリングランス１の前後進作動との連動させて行う。
【００１８】
さらに上下動支持部材27は平面円形状の旋回台25上に固設してあり旋回台25の側部にはシリンダ型旋回駆動装置16が連結してある。このシリンダ型旋回駆動装置16を伸縮作動することにより旋回台25は中心軸31を中心にして回動するので旋回台25上に一体的に設けてある上下動支持部材27が旋回され、これによってガスバブリングランス１を稼動位置１Ａと待機位置１Ｂとの間に旋回することができるようになっている。
【００１９】
そしてシリンダ型伸縮駆動装置14による伸縮移動量は伸縮移動量測定器18により、またシリンダ型上下動駆動装置15による上下移動量は上下移動量測定器19により、さらにシリンダ型旋回駆動装置16による旋回移動量は旋回移動量測定器20によりそれぞれ測定され、これら各測定値はランス制御操作盤21に入力されガスバブリングランス１の位置を確認しながら、ランス制御操作盤21からの指令によりガスバブリングランス１を自動にてランス挿入口３に挿入、抜取りができる。当然のことながら必要に応じランス制御操作盤21によりガスバブリング１を手動にてランス挿入、抜取りできるような構成にもなっている。
【００２０】
またガスバブリングランス１への不活性ガスは、ランス制御操作盤21からの指令により遮断弁24を開とし不活性ガス供給元管17に配設したガス流量調整器22にて流量を調整しながら、不活性ガス供給元管17およびフレキシブル管23を介してガスバブリングランス１を通過し、一次電気炉８内の溶融スラグ37中に吹き込まれる。
【００２１】
一方、二次電気炉９には溶融スラグ（重量Ｗ2 ）38が予め貯えられてあり、一次電気炉８でスラグ成分および温度を調整した溶融スラグ37のうちの所定量（Ｖ1 ）がスラグ排出口39から排出され、二次電気炉９の炉蓋７に設けたスラグ装入口34から炉内にバッチ的に供給してプールされる。
そして炉蓋７を介して炉内に挿入した複数本（通常３本）の電極５の下部を二次電気炉内の溶融スラグ38中に浸漬し、電極５からの電力により溶融スラグ38の温度を一定に保つように加熱される。なお、二次電気炉９には成分調整材を添加しないが、万一にそなえて成分調整材装入口４からの追加投入が可能になっている。
【００２２】
次に本発明の作用について、一次電気炉８のガスバブリングランス１が待機位置１Ｂにあるものとして説明する。まず、一次電気炉８に設けたスラグ装入口34から高炉で副生された供給鍋35内の溶融スラグの所定重量（Ｖ0 ）をバッチ装入する。炉蓋７を介して炉内に電極５を挿入し、溶融スラグ37内の所定深さになるまで浸漬し、電極５から電力を供給することにより溶融スラグ37の加熱を開始する。
【００２３】
ランス制御操作盤21からの指令によりシリンダ型旋回駆動装置16の作動を開始し、旋回移動量測定器20により旋回移動量を測定しながら伸縮アーム13を旋回し、所定の位置に到達したらランス制御操作盤21の指令によりシリンダ型旋回駆動装置16の作動を停止する。
次にランス制御操作盤21からの指令によりシリンダ型伸縮駆動装置14の作動を開始し、伸縮移動量測定器18により伸縮移動量を測定しながらアーム本体３Ｃに設けたテレスコープ部材13Ｂ、13Ａを介して伸縮アーム13を伸長し、所定の位置に到達したらランス制御操作盤21の指令により伸縮駆動装置14を停止する。この時、伸縮アーム13の先端部に設けたランス吊り支持部12に支持されたガスバブリングランス１は、一次電気炉８に被せた炉蓋７の中央部に設けたランス挿入口３の上方位置１Ａに到達している。
【００２４】
引続き、ランス制御操作盤21からの指令によりシリンダ型上下動駆動装置15の作動を開始し、上下移動量測定器19により上下移動量を測定しながら伸縮アーム13を介してガスバブリングランス１を下降し、ランス挿入口３から一次電気炉８内に挿入する。この時、伸縮アーム13はアーム本体13Ｃを上下動支持部材27に連結する水平ピン28を支点として円弧を描くので、伸縮アーム13に支持されたガスバブリングランス１がランス挿入口３の位置に合致するように伸縮駆動装置14との連動によってガスバブリングランス１を下降させる。なお、伸縮アーム13を介するガスバブリングランス１に位置ずれを生じた場合には、その位置ずれに応じ適宜に伸縮駆動装置14、上下動駆動装置15、旋回駆動装置16を用いて位置の修正を行うのは云うまでもない。
【００２５】
かくしてガスバブリングランス１の先端が一次電気炉８内に貯めた溶融スラグ37の上方の所定位置を通過するタイミングにて、ランス制御操作盤21からの指令により遮断弁24を開としガス流量調整器22にて不活性ガス（ここでは窒素Ｎ2 ガス）の流量を自動調整し、不活性ガス供給元管17およびフレキシブル管23を経由してガスバブリングランス１内を通過させ、一次電気炉８内の浴上空間にてＮ2 ガスの吹き出しを開始する。このようなタイミングでガスバブリングランス１からＮ2 ガスを吹き出すことによって一次電気炉８外でＮ2 ガスが吹き出すのを防止する。
【００２６】
その後、ガスバブリングランス１からＮ2 ガスを吹き出しながらガスバブリングランス１を溶融スラグ37の所定深さまで浸漬させたら、ランス制御操作盤21からの指令により上下動駆動装置15を停止する。成分調整材供給管２から成分調整材10として粉粒状のSiO2を多く含有する珪石粉を成分調整材装入口４を介して溶融スラグ37の中心部に装入する。また必要に応じ溶融スラグ37を一次電気炉８に追加装入する。ガスバブリングランス１から溶融スラグ37中に吹き込まれたＮ2 ガスは溶融スラグ37の中心部で気泡11となってガスバブリングランス１の周囲を浮上し、ガスバブリング領域を形成し、溶融スラグ37の中心部は裸湯面となっているので装入された成分調整材を迅速に溶解することができる。
【００２７】
一方、電気炉の中央部に形成されるガスバブリング領域の周辺領域にある溶融スラグ37は、堆積した未溶解成分調整材６により被覆されているため断熱層としての役割を果たし、溶融スラグ37の表面から放射される放射熱を減少できる。これにより加熱のために電極５から供給する電力を削減できるのは前述の通りである。
【００２８】
このようにして、一次電気炉８内に貯めた溶融スラグ37中に所定量の成分調整材10として珪石粉を均一に溶解すると共に電極５により溶融スラグ37を所定の温度に調整したら、前記と逆の手順によりガスバブリングランス１を一次電気炉８のランス挿入口３から抜き去り、待機位置１Ｂに戻して待機させる。さらに一次電気炉８内の溶融スラグ37から電極５を抜き出した後、一次電気炉８から溶融スラグ37のうちの所定重量（Ｖ0 ）を、スラグ排出口39から排出し、すでに溶融スラグ（重量Ｗ2 ）38を貯えてある二次電気炉９内にプールする。
【００２９】
引続き、炉蓋７を介して炉内に電極５を挿入し、溶融スラグ38内の所定深さになるまで浸漬し、電極５から電力を供給することにより溶融スラグ38を加熱して成分濃度の均一化を図る。ここで必要があれば成分調整材装入口４から補助的に成分調整材を添加するが、通常は一次電気炉８への添加で十分である。二次電気炉９での溶融スラグ38の加熱による成分濃度の均一化調整が終了したら、スラグ排出口39から二次溶融スラグ38の所定重量（Ｖ2 ）を出湯し、これをロックウールの製造に供する。
【００３０】
なお、図２および図３に示す成分調整材溶解装置30に配備する伸縮駆動装置14、上下動駆動装置15および旋回駆動装置16として、いずれもシリンダ型のものを使用する場合について説明したが、これに限定するものではなくラックピニオン機構、電動式アクチュエータ等の周知の伸縮、上下動並びに旋回駆動装置を用いることができる。上下動駆動装置としては、鉛直なガイドポストに沿って上下動キャリッジが駆動装置により昇降するような機構にすることにより伸縮アームの先端部に支持させたガスバブリングランスを昇降するようにすることも可能である。
【００３１】
本発明では、前述のように一次電気炉８と二次電気炉９とを直列に配列し、一次電気炉８でSiO2成分濃度および温度を調整した一次溶融スラグを一次電気炉８から二次電気炉９に供給し、二次電気炉９でもう一度調整した二次溶融スラグを出湯するに際し、高炉スラグの成分濃度を測定し、高炉スラグを容れた状態の供給鍋重量と空の供給鍋重量との差から高炉スラグ重量を測定し、一次電気炉の重量を測定して一次電気炉内の溶融スラグ量を求め、二次電気炉の重量を測定して二次電気炉内の溶融スラグ量を求め、一次電気炉の重量の経時変化量から一次電気炉から出湯する溶融スラグ量を求め、二次電気炉の重量の経時変化量から二次電気炉から出湯する溶融スラグ量を求め、これらの情報に基づき二次電気炉の成分濃度を所望の濃度にするためのガス流量を求めることにより安定かつフレキシブルな成分濃度の調整を可能にした。また、二次電気炉から出湯した溶融スラグ成分濃度を測定し、ガス流量を求める際に補正を行うことにより、成分濃度のバラツキをさらに少なくできる。
【００３２】
すなわち図４に示すように、一次電気炉８に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ1 ）37、一次電気炉に供給する高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）36、一次電気炉から二次電気炉へ供給する一次溶融スラグ（重量Ｖ1 ）37Ａ、二次電気炉内に貯えた溶融スラグ（重量Ｖ2 ）38および二次電気炉から出湯する二次溶融スラグ（重量Ｖ2 ）38Ａに基づき、二次溶融スラグ38Ａの成分濃度Ｃ2 を所望のSiO2成分濃度Ｃ2,o にするために必要な一次電気炉にガスバブリングするガス流量を求めることにより、安定かつフレキシブルな二次溶融スラグ38ＡのSiO2成分濃度の調整を可能とするものである。また、好ましくは二次電気炉から出湯した溶融スラグ成分濃度を測定し、ガス流量を求める際に補正を行うことにより、成分濃度のバラツキをさらに少なくできる。
【００３３】
前記のようなデータ情報からガス流量を求める方法の一例を説明する。一次電気炉８および二次電気炉９から出湯される溶融スラグ37Ａ、38Ａの成分濃度は、物質収支から以下の式にて求めることができる。
通常二次電気炉９の成分調整材添加はゼロであるので、下記二つの式(1) 、(2) を連立して解くことにより、二次電気炉９の溶融スラグ38の成分濃度Ｃ2 が目標値Ｃ2,o になるような一次電気炉８の溶融スラグ37のSiO2成分濃度Ｃ1 および一次電気炉８の成分調整材溶解速度ｋ1 が求まる。このｋ1 になるように、図５に定性的に示したようなガス流量と成分調整材溶解速度との関係を使って必要なガス流量を求める。また、二次電気炉の溶融スラグ成分濃度の測定値をフィードバックする場合には、その測定値に基づきガス流量と成分調整材溶解速度との関係を修正する。
【００３４】
なお、前記必要な情報の測定方法やガス流量の推定方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でどのような方法であってもよい。
Ｗ1 ×（ｄＣ1 ／ｄｔ）＝ｋ1 ＋Ｃ0 ×Ｖ0 −Ｃ1 ×Ｖ1 ………(1)
Ｗ2 ×（ｄＣ2 ／ｄｔ）＝ｋ2 ＋Ｃ1 ×Ｖ1 −Ｃ2 ×Ｖ2 ………(2)
Ｃ0 ：高炉スラグの成分濃度
Ｃ1 ：一次電気炉の溶融スラグの成分濃度
Ｃ2 ：二次電気炉の溶融スラグの成分濃度
Ｖ0 ：高炉スラグの供給量
Ｖ1 ：一次電気炉からの出湯溶融スラグ量
Ｖ2 ：二次電気炉からの出湯溶融スラグ量
Ｗ1 ：一次電気炉の溶融スラグ重量
Ｗ2 ：二次電気炉の溶融スラグ重量
ｋ1 ：一次電気炉の成分調整材溶解量
ｋ2 ：二次電気炉の成分調整材溶解量
ｔ ：時間
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１
図１に示すように、直列に配置した一次電気炉および二次電気炉を用い、一次電気炉には図２および図３に示す成分調整材溶解装置を使用してロックウール用溶融スラグの調整を行った。
【００３６】
一次電気炉に溶融スラグとして重量Ｗ1 ＝30〜40トン（平均35トン）を予め貯えてあり、これに高炉溶融スラグとして重量Ｖ0 ＝４〜９トン（平均７トン／hr）および成分調整材として珪石粉＝ 0.6〜1.8 トン／hrをそれぞれバッチ的に供給する。そして一次電気炉から二次電気炉へ一次溶融スラグとして重量Ｖ1 ＝４〜11トン／hr（平均８トン／hr）をバッチ的に出湯する。これらバッチのサイクルはたとえば40分サイクルで供給する。
【００３７】
また、二次電気炉に溶融スラグとして重量Ｗ2 ＝15〜25トン（平均20トン）を予め貯えてあり、これに前記のように一次電気炉から二次電気炉に重量Ｖ1 ＝４〜11トン／hr（平均 8.2トン／hr）がバッチ的に供給され、ここで加熱により調整された二次溶融スラグとして重量Ｖ2 ＝４〜11トン／hr（平均 8.2トン／hr）が連続的に出湯される。
【００３８】
一次電気炉へ供給される高炉溶融スラグがバッチ的に供給および出湯されるため一次電気炉に貯えられる溶融スラグの重量Ｗ1 は前記の30〜40トンの範囲で変化する。また一次電気炉から二次電気炉へ一次溶融スラグがバッチ的に供給され、二次電気炉から二次溶融スラグが連続的に出湯されるので、二次電気炉に貯えられる溶融スラグの重量Ｗ2 は前記の15〜25トンの範囲で変化する。
【００３９】
前記溶融スラグの変化範囲のうち、平均的状態にあるポイントで示すと、
(a) 一次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ1 ＝35トン
二次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ2 ＝20トン
高炉溶融スラグの供給重量Ｖ0 ＝９トン／hr
珪石粉（成分調整材）＝ 1.8トン／hr
一次電気炉から二次電気炉への供給重量Ｖ1 ＝10.8トン／hr
二次電気炉からの出湯重量Ｖ2 ＝10.8トン／hr
高炉溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ0 ＝0.33（33wt％）
二次電気炉のSiO2成分濃度Ｃ2 ＝0.41（41wt％）
二次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ2 （ガスバブリングなし）＝ 0.1トン／hr
の状態では、下記の式(1) および式(2) より、
Ｗ1 ×（ｄＣ1 ／ｄｔ）＝ｋ1 ＋Ｃ0 ×Ｖ0 −Ｃ1 ×Ｖ1 ………(1)
Ｗ2 ×（ｄＣ2 ／ｄｔ）＝ｋ2 ＋Ｃ1 ×Ｖ1 −Ｃ2 ×Ｖ2 ………(2)
定常状態ではｄＣ1 ／ｄｔ＝０、ｄＣ2 ／ｄｔ＝０であるから、式(2) から、
Ｃ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ1 ）×Ｃ2 −ｋ2 ／Ｖ1 ………(3)
式(1) と式(3) より
ｋ1 ＝Ｃ1 Ｖ1 −Ｃ0 Ｖ0 ＝｛（Ｖ2 ／Ｖ1 ）×Ｃ2 −（ｋ2 ／Ｖ1 ）｝×Ｖ1 −Ｃ0 Ｖ0 ＝Ｃ2 Ｖ2 −Ｃ0 Ｖ0 −ｋ2 ＝0.41×10.8−0.33×９−0.1 ＝1.358 トン／hr
図６に示す成分調整材溶解速度とバブリングガス量との関係を用いて、一次電気炉の溶解量ｋ1 ≒ 1.4トン／hrとするために必要な一次電気炉でのバブリングのためのＮ2 ガス流量は 230ｌ／min となる。この場合、一次電気炉にガスバブリングランスからＮ2 ガス流量を 230ｌ／min 吹き込んでバブリング操業すれば二次溶融スラグのSiO2濃度Ｃ2 を目標SiO2濃度Ｃ2,o ＝41wt％にすることができる。
(b) 実操業では前述のような定常状態が続くだけでなく、定常状態から下記のように高炉溶融スラグの供給量Ｖ0 、一次電気炉から二次電気炉への一次溶融スラグの供給重量Ｖ1 および二次電気炉からの二次溶融スラグの出湯重量Ｖ2 が変動する場合がある。すなわち、一次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ1 ＝35トン、二次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ2 ＝20トン、一次電気炉から二次電気炉への供給重量Ｖ1 ＝ 4.6トン／hr、二次電気炉からの出湯重量Ｖ2 ＝ 4.6トン／hr、高炉溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ0 ＝0.33（33wt％）、目標SiO2成分濃度Ｃ2 ＝0.41（41wt％）、二次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ2 ＝ 0.1トン／hrの状態では、
ｋ1 ＝Ｃ2 Ｖ2 −Ｃ0 Ｖ0 −ｋ2 ＝0.41×4.6 −0.33×４−0.1 ≒0.46トン／hrとなり、図６より一次電気炉のガスバブリングのためＮ2 ガス流量は10ｌ／min となる。
【００４０】
したがって、一次電気炉から二次電気炉への溶融スラグ供給重量Ｖ1 が変動した場合、一次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ1 および二次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ2 が変動し、一次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ1 を調整しなければ一次電気炉の溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ1 が変動し、結局二次電気炉の溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 が変動してしまう。このため式(1) および式(2) に基づいて一次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ1 を決め、図６より定まるガスバブリングのためのＮ2 ガス流量に調整する必要がある。
【００４１】
ところで、従来法では、本発明のように必要な操業量などに基づいてガスバブリングのガス流量を決めずに適宜ガス流量を調整していたため、電気炉から出湯する溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 の変動に対するアクションが遅れるなどしてSiO2成分濃度が（41±1.5 ）wt％変動していたが、本発明法では（41±0.7 ）wt％に改善することができた。
実施例２
前記本発明の実施例１において、一次電気炉からの出湯重量Ｖ1 、二次電気炉からの出湯重量Ｖ2 、高炉溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ0 および二次電気炉の成分調整のための珪石粉溶解速度ｋ2 の変動により二次電気炉から出湯する二次溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 が目標値Ｃ2,o にはならず、成分濃度ズレΔＣ2 ＝Ｃ2 −Ｃ2,o を生じた場合には、下記のようにして一次電気炉のガスバブリング用Ｎ2 ガス流量を変更する。
【００４２】
前記実施例１の(a) の条件すなわちＷ1 ＝35トン、Ｗ2 ＝20トン、Ｖ0 ＝９トンhr、珪石粉＝ 1.8トン／hr、Ｖ1 ＝10.8トン／hr、Ｖ2 ＝10.8トン／hr、Ｃ0 ＝0.33（33wt％）、目標Ｃ2,o ＝0.41（41wt％）、ｋ2 ＝ 0.1トン／hrの時に、二次電気炉から出湯する二次溶融スラグの目標SiO2成分濃度Ｃ2,o とするには、ｋ1 ＝1.358 トン／hr、Ｎ2 ガス流量は 230ｌ／min となるのは前述の通りである。この条件で操業した結果、二次電気炉でのSiO2成分調整材溶解量ｋ2 などの変動により二次電気炉の溶融スラグ成分濃度Ｃ2 ＝0.40に変動した場合、式(1) および式(2) から、一次電気炉のSiO2成分調整材溶解量ｋ1 は、
ｋ1 ＝Ｃ2 Ｖ2 −Ｃ1 Ｖ0 −ｋ2 ＝0.40×10.8−0.33×９−0.1 ＝1.25トン／hr
を求め、図６からｋ1 ＝1.25に対応するガス流量 250ｌ／min を定め、これによってガス補正量ΔＱは次のようになる。
【００４３】
ΔＱ＝｛(230−200)／(1.358−1.25) ｝×(1.358−1.25) ＝30ｌ／min
したがってバブリングガスから一次電気炉に吹き込むＮ2 ガス流量を 230＋ΔＱ＝ 260ｌ／min に変更して二次電気炉から出湯する二次溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 を目標値Ｃ2,o になるように調整することが可能になる。この方法により、SiO2成分濃度の変動は41±0.4 wt％に改善できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一次電気炉に添加した成分調整材を溶融スラグの表面に未溶解で堆積させ、一次電気炉に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ1 ）、一次電気炉に供給する高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）、一次電気炉から二次電気炉へ供給する一次溶融スラグ（重量Ｖ1 ）、二次電気炉内に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ2 ）および二次電気炉から出湯する二次溶融スラグ（重量Ｖ2 ）に基づいて二次溶融スラグの成分濃度が所望の濃度になるように一次電気炉にガスバブリングするガス流量を調整するようにしたので、二次電気炉から出湯する二次溶融スラグの成分調整材の溶解濃度Ｃ2 の変動を少なくして、目標値に安定した状態で成分濃度調整を行うことができる。また、成分濃度調整時にフレキシブルに成分濃度を達成でき、ひいては製品ロックウールの品質が安定し、またロックウールの生産量に応じた弾力的な操業が容易に達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の全体配置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る成分調整材溶解装置を示す断面図である。
【図３】図２の成分調整材溶解装置を示す平面図である。
【図４】本発明に係る物質収支を示すフロー図である。
【図５】成分調整材溶解速度とバブリングガス流量との関係を定性的に示す線図である。
【図６】 SiO2成分調整材溶解速度（トン／hr）とバブリングガス流量との関係を定量的に示す線図である。
【符号の説明】
１ ガスバブリングランス
２ 成分調整材供給管
３ ランス挿入口
４ 成分調整材装入口
５ 電極
６ 未溶解成分調整材
７ 炉蓋
８ 一次電気炉
９ 二次電気炉
10 成分調整材
11 気泡
12 ランス吊り支持部
13 伸縮アーム
14 伸縮駆動装置（シリンダ型）
15 上下動駆動装置（シリンダ型）
16 旋回駆動装置（シリンダ型）
17 不活性ガス供給元管
18 伸縮移動量測定器
19 上下移動量測定器
20 旋回移動量測定器
21 ランス制御操作盤
22 ガス流量調整器
23 フレキシブル管
24 遮断弁
25 旋回台
26 軸受
27 上下動支持部材
28 水平ピン
30 成分調整材溶解装置
31 中心軸
34 スラグ装入口
35 供給鍋
36 高炉溶融スラグ
37 溶融スラグ（一次）
38 溶融スラグ（二次）
39 スラグ排出口
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉溶融スラグを主原料としてロックウール製造用の電気炉により溶融スラグの成分濃度を調整する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で溶銑を製造する際に、多量に発生する溶融スラグは、広い敷地に放流して凝固したスラグブロックとした後、これを破砕してスラグ砕石とし、骨材、路盤材あるいは埋立材に使用していた。その後、高炉で副生した溶融スラグを水で急冷して水砕スラグとし、高炉セメント、セメント混合材、コンクリート骨材等に使用するようになったが、その他に溶融スラグを、断熱材等として使用されるロックウールの原料として利用するようになってきた。
【０００３】
すなわち高炉より副生する溶融スラグを電気炉内に装入し、炉内に貯えた主原料の溶融スラグを電極からの電力により加熱しつつ、溶融スラグに成分調整材を装入し、スラグ成分および温度を調整してロックウール用溶融スラグを製造することが行われている。
この方法では、高温の溶融スラグを電気炉内で加熱するので、溶融スラグに装入する成分調整材を溶解するために少ないエネルギ投入量で足るので省エネルギとなる。一般に、電気炉に設けたスラグ装入口より主として溶融スラグをバッチで装入し、また別の成分調整材装入口から所定量の成分調整材を装入し、電極によって所定の温度に加熱している。
【０００４】
ところで、電気炉内に貯えられた溶融スラグに成分調整材を溶解するための時間を短くする手段として溶融スラグ中に不活性ガスを吹き込みガスバブリングにより溶融スラグを攪拌することが周知である。たとえば、特開昭63−69731 号公報には、成分調整材を溶解するため炭素質ランスを支持部材を介して電気炉内へ挿入、引抜き、上下動可能に取り付け、炭素質ランスを通して不活性ガスを電気炉内の溶融スラグ中に吹き込むものが開示されている。
【０００５】
また特開昭63−89439 号公報には、通常成分調整材を溶融スラグの表面上へ上方より装入するが、粉粒状の成分調整材であっても互いに固まり溶融スラグ中にガスバブリングランスから不活性ガスを吹き込んで攪拌しても成分調整材が均一に溶解しないことが多いため、上下動可能なランスから不活性ガスと共に成分調整材を溶融スラグ中にインジェクションするものが開示されている。
【０００６】
さらに特開平１−111749号公報には、炉体の天井に複数個の成分調整材装入口を設置して成分調整材を分割投入し、投入した成分調整材を窒素ガスなどにて攪拌し溶解時間を短縮することが開示されている。
前記従来技術に見られるようにロックウール用溶融スラグへの成分調整材溶解を促進する攪拌手段としてガスバブリングが一般的に使用されているが、いずれも一基の電気炉を用いて溶融スラグに成分添加材を添加し、電極を用いて加熱しながら溶融スラグをガスバブリングして目標とする成分濃度および温度を調整するものである。また、溶融スラグの成分濃度調整方法の詳細な記述もないが、一般に電気炉に添加する成分調整材がほぼ完全に溶解した状態において成分濃度が所望の濃度となるように成分調整材量を添加し、ガスバブリングなどの攪拌装置にて完全に溶解させる方法が取られているが、成分濃度が安定せず、とくに成分濃度変更にフレキシブルに対応することが困難であった。
【０００７】
さらに前記従来技術には、二基の電気炉、とくに一次電気炉と二次電気炉とを直列に配置してロックウールを製造することについての技術は見当たらない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ロックウールの製造において最終的に電気炉から出湯される溶融スラグの成分濃度（主にSiO2濃度）を所望の濃度に調整することは重要であり、本発明では成分濃度の変動を少なくし安定した成分濃度調整および濃度変更時にフレキシブルに成分濃度調整を達成できるロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二基の電気炉を直列に配置してロックウール用溶融スラグの成分濃度を調整することに着目し、種々実験を重ねた結果に基づいて達成されたものであり、その要旨とするところは下記の通りである。
前記目的を達成するための請求項１記載の本発明は、予め溶融スラグ（重量Ｗ1 ）を貯えた一次電気炉に新たに高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）を追加して供給すると共に、所定重量の成分調整材を添加し、前記一次電気炉内の溶融スラグを電極を用いて加熱しつつガスバブリングしてスラグ成分および温度を調整した一次溶融スラグのうちの所定重量（Ｖ1 ）を当該一次電気炉に直列に配置され、予め溶融スラグ（重量Ｗ2 ）を貯えた二次電気炉に供給し、二次電気炉内で電極を用いて加熱して成分濃度を調整した二次溶融スラグの所定重量（Ｖ2 ）を出湯するに際し、前記一次電気炉に添加した成分調整材を炉内周辺領域の溶融スラグの表面に未溶解で堆積させ、前記一次電気炉に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ1 ）、一次電気炉に供給する高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）、一次電気炉から二次電気炉へ供給する一次溶融スラグ（重量Ｖ1 ）、二次電気炉内に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ2 ）および二次電気炉から出湯する二次溶融スラグ（重量Ｖ2 ）に基づいて二次溶融スラグの成分濃度Ｃ2 が所望の成分濃度Ｃ2,o になるように一次電気炉にガスバブリングするガス流量を調整することを特徴とするロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法である。
【００１０】
請求項２記載の本発明は、二次電気炉から出湯する二次溶融スラグの成分濃度を測定し、該成分濃度測定値をフィードバックすることを特徴とする請求項１記載のロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法である。
請求項３記載の本発明は、二次電気炉に所定量の成分添加材を添加することを特徴とする請求項１または２記載のロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法である。
【００１１】
【作用】
以下、本発明の構成、作用および効果を図面に基づいて説明する。
本発明では、二基の電気炉が直列に配置してある。すなわち、図１に示すように上流側に位置して一次電気炉８が設置され、その下流側に位置して二次電気炉９が配置され直列をなしている。一次電気炉８には溶融スラグ（重量Ｗ1 ）37を貯えてあり、新たに供給鍋35内の高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、SiO2成分濃度Ｃ0 ）36を炉蓋７に設けたスラグ装入口34を介して一次電気炉内にバッチ的に追加装入してプールする。そして炉蓋７を介して炉内に挿入した複数本（通常３本）の電極５の下部を一次電気炉８内の溶融スラグ37中に浸漬し、電極５からの電力により溶融スラグ37の温度を一定に保つため加熱するのは従来と同様である。
【００１２】
本発明では、一次電気炉８に被せた炉蓋７の中央部つまり３本の電極５の中心位置に対応して設けたランス挿入口３からガスバブリングランス１をほぼ垂直に挿入して、その下部を炉内の溶融スラグ37に浸漬する。フレキシブル管23を介して不活性ガス供給元管17（図２参照）から供給される不活性ガスをガスバブリングランス１に供給して溶融スラグ37中に吹き込むと、不活性ガスは気泡11となってガスバブリング領域を炉内中央部に形成しつつ溶融スラグ37中を浮上する。
【００１３】
一方、ランス挿入口３と同心にこれを外側から包囲するように炉蓋７に成分調整材装入口４が設置してあり、成分調整材供給管２から供給された粉粒状の成分調整材10は、成分調整材装入口４からガスバブリングランス１の周囲に存在する溶融スラグ37の表面上に直接装入される。このように成分調整材10が溶融スラグ37の表面上に直接装入できるのは、ガスバブリング領域の溶融スラグ37が湧出攪拌作用によって裸湯面となって露出しているからであり成分調整材10が高温の溶融スラグ37に装入されるので溶解速度が大きくなり、その溶解が促進されることになる。
【００１４】
これに対して、一次電気炉８の中央部に形成されるガスバブリングにより周辺に押しやられた周辺領域の成分調整材（一般にはSiO2を多く含有する珪石粉を使用）10は、成分調整材10が熱伝導率が小さいため溶融スラグ37と成分調整材10との接触界面では溶解するものの、その上に堆積した成分調整材（珪石粉）10は溶融スラグ37に比較して温度が低い未溶解成分調整材６となって堆積した状態となる。
【００１５】
このようにガスバブリング領域の周囲における溶融スラグ37の表面に未溶解成分調整材６が堆積すると、これが断熱層としての役割を果たすので溶融スラグ37の表面から放散される放散熱を減少することができる。このため保熱力が強化される結果、加熱のために電極５から供給する電力を削減することができるようになる。
【００１６】
本発明では、一次電気炉については、成分調整材溶解装置30を図２および図３に示すような装置構成にすることができる。すなわち、成分調整材溶解装置30を備えたガスバブリングランス１は、伸縮アーム13の先端部に設けたランス吊り支持部12にて回動自在に支持されており、この伸縮アーム13はテレスコープ部材13Ａ、13Ｂを介してアーム本体13Ｃに伸縮自在に支持されている。そして伸縮アーム13とアーム本体13Ｃとの間にはそれぞれ軸受26Ａ、26Ｂを介して軸支されたシリンダ型伸縮駆動装置14が取付けてあり、シリンダ型伸縮駆動装置14を伸縮作動することにより伸縮アーム13が伸縮され、これによってガスバブリングランス１が前後進される。
【００１７】
アーム本体13Ｃは、水平ピン28を介して上下動支持部材27に対して傾動することにより上下動可能に支持してある。またアーム本体13Ｃと上下動支持部材27との間には、シリンダ型上下動駆動装置15が取付けてあり、シリンダ型上下動駆動装置15を伸縮作動することにより水平ピン28を介して傾動され、これによって伸縮アーム13の先端部に設けたランス吊り支持部12に支持されたガスバブリングランス１が上下動される。この場合伸縮アーム13は水平ピン28を支点とした円弧を描くので、ガスバブリングランス１をランス挿入口３にスムーズに上下動させるため伸縮アーム13の前後進によるガスバブリングランス１の前後進作動との連動させて行う。
【００１８】
さらに上下動支持部材27は平面円形状の旋回台25上に固設してあり旋回台25の側部にはシリンダ型旋回駆動装置16が連結してある。このシリンダ型旋回駆動装置16を伸縮作動することにより旋回台25は中心軸31を中心にして回動するので旋回台25上に一体的に設けてある上下動支持部材27が旋回され、これによってガスバブリングランス１を稼動位置１Ａと待機位置１Ｂとの間に旋回することができるようになっている。
【００１９】
そしてシリンダ型伸縮駆動装置14による伸縮移動量は伸縮移動量測定器18により、またシリンダ型上下動駆動装置15による上下移動量は上下移動量測定器19により、さらにシリンダ型旋回駆動装置16による旋回移動量は旋回移動量測定器20によりそれぞれ測定され、これら各測定値はランス制御操作盤21に入力されガスバブリングランス１の位置を確認しながら、ランス制御操作盤21からの指令によりガスバブリングランス１を自動にてランス挿入口３に挿入、抜取りができる。当然のことながら必要に応じランス制御操作盤21によりガスバブリング１を手動にてランス挿入、抜取りできるような構成にもなっている。
【００２０】
またガスバブリングランス１への不活性ガスは、ランス制御操作盤21からの指令により遮断弁24を開とし不活性ガス供給元管17に配設したガス流量調整器22にて流量を調整しながら、不活性ガス供給元管17およびフレキシブル管23を介してガスバブリングランス１を通過し、一次電気炉８内の溶融スラグ37中に吹き込まれる。
【００２１】
一方、二次電気炉９には溶融スラグ（重量Ｗ2 ）38が予め貯えられてあり、一次電気炉８でスラグ成分および温度を調整した溶融スラグ37のうちの所定量（Ｖ1 ）がスラグ排出口39から排出され、二次電気炉９の炉蓋７に設けたスラグ装入口34から炉内にバッチ的に供給してプールされる。
そして炉蓋７を介して炉内に挿入した複数本（通常３本）の電極５の下部を二次電気炉内の溶融スラグ38中に浸漬し、電極５からの電力により溶融スラグ38の温度を一定に保つように加熱される。なお、二次電気炉９には成分調整材を添加しないが、万一にそなえて成分調整材装入口４からの追加投入が可能になっている。
【００２２】
次に本発明の作用について、一次電気炉８のガスバブリングランス１が待機位置１Ｂにあるものとして説明する。まず、一次電気炉８に設けたスラグ装入口34から高炉で副生された供給鍋35内の溶融スラグの所定重量（Ｖ0 ）をバッチ装入する。炉蓋７を介して炉内に電極５を挿入し、溶融スラグ37内の所定深さになるまで浸漬し、電極５から電力を供給することにより溶融スラグ37の加熱を開始する。
【００２３】
ランス制御操作盤21からの指令によりシリンダ型旋回駆動装置16の作動を開始し、旋回移動量測定器20により旋回移動量を測定しながら伸縮アーム13を旋回し、所定の位置に到達したらランス制御操作盤21の指令によりシリンダ型旋回駆動装置16の作動を停止する。
次にランス制御操作盤21からの指令によりシリンダ型伸縮駆動装置14の作動を開始し、伸縮移動量測定器18により伸縮移動量を測定しながらアーム本体３Ｃに設けたテレスコープ部材13Ｂ、13Ａを介して伸縮アーム13を伸長し、所定の位置に到達したらランス制御操作盤21の指令により伸縮駆動装置14を停止する。この時、伸縮アーム13の先端部に設けたランス吊り支持部12に支持されたガスバブリングランス１は、一次電気炉８に被せた炉蓋７の中央部に設けたランス挿入口３の上方位置１Ａに到達している。
【００２４】
引続き、ランス制御操作盤21からの指令によりシリンダ型上下動駆動装置15の作動を開始し、上下移動量測定器19により上下移動量を測定しながら伸縮アーム13を介してガスバブリングランス１を下降し、ランス挿入口３から一次電気炉８内に挿入する。この時、伸縮アーム13はアーム本体13Ｃを上下動支持部材27に連結する水平ピン28を支点として円弧を描くので、伸縮アーム13に支持されたガスバブリングランス１がランス挿入口３の位置に合致するように伸縮駆動装置14との連動によってガスバブリングランス１を下降させる。なお、伸縮アーム13を介するガスバブリングランス１に位置ずれを生じた場合には、その位置ずれに応じ適宜に伸縮駆動装置14、上下動駆動装置15、旋回駆動装置16を用いて位置の修正を行うのは云うまでもない。
【００２５】
かくしてガスバブリングランス１の先端が一次電気炉８内に貯めた溶融スラグ37の上方の所定位置を通過するタイミングにて、ランス制御操作盤21からの指令により遮断弁24を開としガス流量調整器22にて不活性ガス（ここでは窒素Ｎ2 ガス）の流量を自動調整し、不活性ガス供給元管17およびフレキシブル管23を経由してガスバブリングランス１内を通過させ、一次電気炉８内の浴上空間にてＮ2 ガスの吹き出しを開始する。このようなタイミングでガスバブリングランス１からＮ2 ガスを吹き出すことによって一次電気炉８外でＮ2 ガスが吹き出すのを防止する。
【００２６】
その後、ガスバブリングランス１からＮ2 ガスを吹き出しながらガスバブリングランス１を溶融スラグ37の所定深さまで浸漬させたら、ランス制御操作盤21からの指令により上下動駆動装置15を停止する。成分調整材供給管２から成分調整材10として粉粒状のSiO2を多く含有する珪石粉を成分調整材装入口４を介して溶融スラグ37の中心部に装入する。また必要に応じ溶融スラグ37を一次電気炉８に追加装入する。ガスバブリングランス１から溶融スラグ37中に吹き込まれたＮ2 ガスは溶融スラグ37の中心部で気泡11となってガスバブリングランス１の周囲を浮上し、ガスバブリング領域を形成し、溶融スラグ37の中心部は裸湯面となっているので装入された成分調整材を迅速に溶解することができる。
【００２７】
一方、電気炉の中央部に形成されるガスバブリング領域の周辺領域にある溶融スラグ37は、堆積した未溶解成分調整材６により被覆されているため断熱層としての役割を果たし、溶融スラグ37の表面から放射される放射熱を減少できる。これにより加熱のために電極５から供給する電力を削減できるのは前述の通りである。
【００２８】
このようにして、一次電気炉８内に貯めた溶融スラグ37中に所定量の成分調整材10として珪石粉を均一に溶解すると共に電極５により溶融スラグ37を所定の温度に調整したら、前記と逆の手順によりガスバブリングランス１を一次電気炉８のランス挿入口３から抜き去り、待機位置１Ｂに戻して待機させる。さらに一次電気炉８内の溶融スラグ37から電極５を抜き出した後、一次電気炉８から溶融スラグ37のうちの所定重量（Ｖ0 ）を、スラグ排出口39から排出し、すでに溶融スラグ（重量Ｗ2 ）38を貯えてある二次電気炉９内にプールする。
【００２９】
引続き、炉蓋７を介して炉内に電極５を挿入し、溶融スラグ38内の所定深さになるまで浸漬し、電極５から電力を供給することにより溶融スラグ38を加熱して成分濃度の均一化を図る。ここで必要があれば成分調整材装入口４から補助的に成分調整材を添加するが、通常は一次電気炉８への添加で十分である。二次電気炉９での溶融スラグ38の加熱による成分濃度の均一化調整が終了したら、スラグ排出口39から二次溶融スラグ38の所定重量（Ｖ2 ）を出湯し、これをロックウールの製造に供する。
【００３０】
なお、図２および図３に示す成分調整材溶解装置30に配備する伸縮駆動装置14、上下動駆動装置15および旋回駆動装置16として、いずれもシリンダ型のものを使用する場合について説明したが、これに限定するものではなくラックピニオン機構、電動式アクチュエータ等の周知の伸縮、上下動並びに旋回駆動装置を用いることができる。上下動駆動装置としては、鉛直なガイドポストに沿って上下動キャリッジが駆動装置により昇降するような機構にすることにより伸縮アームの先端部に支持させたガスバブリングランスを昇降するようにすることも可能である。
【００３１】
本発明では、前述のように一次電気炉８と二次電気炉９とを直列に配列し、一次電気炉８でSiO2成分濃度および温度を調整した一次溶融スラグを一次電気炉８から二次電気炉９に供給し、二次電気炉９でもう一度調整した二次溶融スラグを出湯するに際し、高炉スラグの成分濃度を測定し、高炉スラグを容れた状態の供給鍋重量と空の供給鍋重量との差から高炉スラグ重量を測定し、一次電気炉の重量を測定して一次電気炉内の溶融スラグ量を求め、二次電気炉の重量を測定して二次電気炉内の溶融スラグ量を求め、一次電気炉の重量の経時変化量から一次電気炉から出湯する溶融スラグ量を求め、二次電気炉の重量の経時変化量から二次電気炉から出湯する溶融スラグ量を求め、これらの情報に基づき二次電気炉の成分濃度を所望の濃度にするためのガス流量を求めることにより安定かつフレキシブルな成分濃度の調整を可能にした。また、二次電気炉から出湯した溶融スラグ成分濃度を測定し、ガス流量を求める際に補正を行うことにより、成分濃度のバラツキをさらに少なくできる。
【００３２】
すなわち図４に示すように、一次電気炉８に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ1 ）37、一次電気炉に供給する高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）36、一次電気炉から二次電気炉へ供給する一次溶融スラグ（重量Ｖ1 ）37Ａ、二次電気炉内に貯えた溶融スラグ（重量Ｖ2 ）38および二次電気炉から出湯する二次溶融スラグ（重量Ｖ2 ）38Ａに基づき、二次溶融スラグ38Ａの成分濃度Ｃ2 を所望のSiO2成分濃度Ｃ2,o にするために必要な一次電気炉にガスバブリングするガス流量を求めることにより、安定かつフレキシブルな二次溶融スラグ38ＡのSiO2成分濃度の調整を可能とするものである。また、好ましくは二次電気炉から出湯した溶融スラグ成分濃度を測定し、ガス流量を求める際に補正を行うことにより、成分濃度のバラツキをさらに少なくできる。
【００３３】
前記のようなデータ情報からガス流量を求める方法の一例を説明する。一次電気炉８および二次電気炉９から出湯される溶融スラグ37Ａ、38Ａの成分濃度は、物質収支から以下の式にて求めることができる。
通常二次電気炉９の成分調整材添加はゼロであるので、下記二つの式(1) 、(2) を連立して解くことにより、二次電気炉９の溶融スラグ38の成分濃度Ｃ2 が目標値Ｃ2,o になるような一次電気炉８の溶融スラグ37のSiO2成分濃度Ｃ1 および一次電気炉８の成分調整材溶解速度ｋ1 が求まる。このｋ1 になるように、図５に定性的に示したようなガス流量と成分調整材溶解速度との関係を使って必要なガス流量を求める。また、二次電気炉の溶融スラグ成分濃度の測定値をフィードバックする場合には、その測定値に基づきガス流量と成分調整材溶解速度との関係を修正する。
【００３４】
なお、前記必要な情報の測定方法やガス流量の推定方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でどのような方法であってもよい。
Ｗ1 ×（ｄＣ1 ／ｄｔ）＝ｋ1 ＋Ｃ0 ×Ｖ0 −Ｃ1 ×Ｖ1 ………(1)
Ｗ2 ×（ｄＣ2 ／ｄｔ）＝ｋ2 ＋Ｃ1 ×Ｖ1 −Ｃ2 ×Ｖ2 ………(2)
Ｃ0 ：高炉スラグの成分濃度
Ｃ1 ：一次電気炉の溶融スラグの成分濃度
Ｃ2 ：二次電気炉の溶融スラグの成分濃度
Ｖ0 ：高炉スラグの供給量
Ｖ1 ：一次電気炉からの出湯溶融スラグ量
Ｖ2 ：二次電気炉からの出湯溶融スラグ量
Ｗ1 ：一次電気炉の溶融スラグ重量
Ｗ2 ：二次電気炉の溶融スラグ重量
ｋ1 ：一次電気炉の成分調整材溶解量
ｋ2 ：二次電気炉の成分調整材溶解量
ｔ ：時間
【００３５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
実施例１
図１に示すように、直列に配置した一次電気炉および二次電気炉を用い、一次電気炉には図２および図３に示す成分調整材溶解装置を使用してロックウール用溶融スラグの調整を行った。
【００３６】
一次電気炉に溶融スラグとして重量Ｗ1 ＝30〜40トン（平均35トン）を予め貯えてあり、これに高炉溶融スラグとして重量Ｖ0 ＝４〜９トン（平均７トン／hr）および成分調整材として珪石粉＝ 0.6〜1.8 トン／hrをそれぞれバッチ的に供給する。そして一次電気炉から二次電気炉へ一次溶融スラグとして重量Ｖ1 ＝４〜11トン／hr（平均８トン／hr）をバッチ的に出湯する。これらバッチのサイクルはたとえば40分サイクルで供給する。
【００３７】
また、二次電気炉に溶融スラグとして重量Ｗ2 ＝15〜25トン（平均20トン）を予め貯えてあり、これに前記のように一次電気炉から二次電気炉に重量Ｖ1 ＝４〜11トン／hr（平均 8.2トン／hr）がバッチ的に供給され、ここで加熱により調整された二次溶融スラグとして重量Ｖ2 ＝４〜11トン／hr（平均 8.2トン／hr）が連続的に出湯される。
【００３８】
一次電気炉へ供給される高炉溶融スラグがバッチ的に供給および出湯されるため一次電気炉に貯えられる溶融スラグの重量Ｗ1 は前記の30〜40トンの範囲で変化する。また一次電気炉から二次電気炉へ一次溶融スラグがバッチ的に供給され、二次電気炉から二次溶融スラグが連続的に出湯されるので、二次電気炉に貯えられる溶融スラグの重量Ｗ2 は前記の15〜25トンの範囲で変化する。
【００３９】
前記溶融スラグの変化範囲のうち、平均的状態にあるポイントで示すと、
(a) 一次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ1 ＝35トン
二次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ2 ＝20トン
高炉溶融スラグの供給重量Ｖ0 ＝９トン／hr
珪石粉（成分調整材）＝ 1.8トン／hr
一次電気炉から二次電気炉への供給重量Ｖ1 ＝10.8トン／hr
二次電気炉からの出湯重量Ｖ2 ＝10.8トン／hr
高炉溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ0 ＝0.33（33wt％）
二次電気炉のSiO2成分濃度Ｃ2 ＝0.41（41wt％）
二次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ2 （ガスバブリングなし）＝ 0.1トン／hr
の状態では、下記の式(1) および式(2) より、
Ｗ1 ×（ｄＣ1 ／ｄｔ）＝ｋ1 ＋Ｃ0 ×Ｖ0 −Ｃ1 ×Ｖ1 ………(1)
Ｗ2 ×（ｄＣ2 ／ｄｔ）＝ｋ2 ＋Ｃ1 ×Ｖ1 −Ｃ2 ×Ｖ2 ………(2)
定常状態ではｄＣ1 ／ｄｔ＝０、ｄＣ2 ／ｄｔ＝０であるから、式(2) から、
Ｃ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ1 ）×Ｃ2 −ｋ2 ／Ｖ1 ………(3)
式(1) と式(3) より
ｋ1 ＝Ｃ1 Ｖ1 −Ｃ0 Ｖ0 ＝｛（Ｖ2 ／Ｖ1 ）×Ｃ2 −（ｋ2 ／Ｖ1 ）｝×Ｖ1 −Ｃ0 Ｖ0 ＝Ｃ2 Ｖ2 −Ｃ0 Ｖ0 −ｋ2 ＝0.41×10.8−0.33×９−0.1 ＝1.358 トン／hr
図６に示す成分調整材溶解速度とバブリングガス量との関係を用いて、一次電気炉の溶解量ｋ1 ≒ 1.4トン／hrとするために必要な一次電気炉でのバブリングのためのＮ2 ガス流量は 230ｌ／min となる。この場合、一次電気炉にガスバブリングランスからＮ2 ガス流量を 230ｌ／min 吹き込んでバブリング操業すれば二次溶融スラグのSiO2濃度Ｃ2 を目標SiO2濃度Ｃ2,o ＝41wt％にすることができる。
(b) 実操業では前述のような定常状態が続くだけでなく、定常状態から下記のように高炉溶融スラグの供給量Ｖ0 、一次電気炉から二次電気炉への一次溶融スラグの供給重量Ｖ1 および二次電気炉からの二次溶融スラグの出湯重量Ｖ2 が変動する場合がある。すなわち、一次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ1 ＝35トン、二次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ2 ＝20トン、一次電気炉から二次電気炉への供給重量Ｖ1 ＝ 4.6トン／hr、二次電気炉からの出湯重量Ｖ2 ＝ 4.6トン／hr、高炉溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ0 ＝0.33（33wt％）、目標SiO2成分濃度Ｃ2 ＝0.41（41wt％）、二次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ2 ＝ 0.1トン／hrの状態では、
ｋ1 ＝Ｃ2 Ｖ2 −Ｃ0 Ｖ0 −ｋ2 ＝0.41×4.6 −0.33×４−0.1 ≒0.46トン／hrとなり、図６より一次電気炉のガスバブリングのためＮ2 ガス流量は10ｌ／min となる。
【００４０】
したがって、一次電気炉から二次電気炉への溶融スラグ供給重量Ｖ1 が変動した場合、一次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ1 および二次電気炉の溶融スラグ重量Ｗ2 が変動し、一次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ1 を調整しなければ一次電気炉の溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ1 が変動し、結局二次電気炉の溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 が変動してしまう。このため式(1) および式(2) に基づいて一次電気炉の珪石粉溶解速度ｋ1 を決め、図６より定まるガスバブリングのためのＮ2 ガス流量に調整する必要がある。
【００４１】
ところで、従来法では、本発明のように必要な操業量などに基づいてガスバブリングのガス流量を決めずに適宜ガス流量を調整していたため、電気炉から出湯する溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 の変動に対するアクションが遅れるなどしてSiO2成分濃度が（41±1.5 ）wt％変動していたが、本発明法では（41±0.7 ）wt％に改善することができた。
実施例２
前記本発明の実施例１において、一次電気炉からの出湯重量Ｖ1 、二次電気炉からの出湯重量Ｖ2 、高炉溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ0 および二次電気炉の成分調整のための珪石粉溶解速度ｋ2 の変動により二次電気炉から出湯する二次溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 が目標値Ｃ2,o にはならず、成分濃度ズレΔＣ2 ＝Ｃ2 −Ｃ2,o を生じた場合には、下記のようにして一次電気炉のガスバブリング用Ｎ2 ガス流量を変更する。
【００４２】
前記実施例１の(a) の条件すなわちＷ1 ＝35トン、Ｗ2 ＝20トン、Ｖ0 ＝９トンhr、珪石粉＝ 1.8トン／hr、Ｖ1 ＝10.8トン／hr、Ｖ2 ＝10.8トン／hr、Ｃ0 ＝0.33（33wt％）、目標Ｃ2,o ＝0.41（41wt％）、ｋ2 ＝ 0.1トン／hrの時に、二次電気炉から出湯する二次溶融スラグの目標SiO2成分濃度Ｃ2,o とするには、ｋ1 ＝1.358 トン／hr、Ｎ2 ガス流量は 230ｌ／min となるのは前述の通りである。この条件で操業した結果、二次電気炉でのSiO2成分調整材溶解量ｋ2 などの変動により二次電気炉の溶融スラグ成分濃度Ｃ2 ＝0.40に変動した場合、式(1) および式(2) から、一次電気炉のSiO2成分調整材溶解量ｋ1 は、
ｋ1 ＝Ｃ2 Ｖ2 −Ｃ1 Ｖ0 −ｋ2 ＝0.40×10.8−0.33×９−0.1 ＝1.25トン／hr
を求め、図６からｋ1 ＝1.25に対応するガス流量 250ｌ／min を定め、これによってガス補正量ΔＱは次のようになる。
【００４３】
ΔＱ＝｛(230−200)／(1.358−1.25) ｝×(1.358−1.25) ＝30ｌ／min
したがってバブリングガスから一次電気炉に吹き込むＮ2 ガス流量を 230＋ΔＱ＝ 260ｌ／min に変更して二次電気炉から出湯する二次溶融スラグのSiO2成分濃度Ｃ2 を目標値Ｃ2,o になるように調整することが可能になる。この方法により、SiO2成分濃度の変動は41±0.4 wt％に改善できた。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、一次電気炉に添加した成分調整材を溶融スラグの表面に未溶解で堆積させ、一次電気炉に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ1 ）、一次電気炉に供給する高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）、一次電気炉から二次電気炉へ供給する一次溶融スラグ（重量Ｖ1 ）、二次電気炉内に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ2 ）および二次電気炉から出湯する二次溶融スラグ（重量Ｖ2 ）に基づいて二次溶融スラグの成分濃度が所望の濃度になるように一次電気炉にガスバブリングするガス流量を調整するようにしたので、二次電気炉から出湯する二次溶融スラグの成分調整材の溶解濃度Ｃ2 の変動を少なくして、目標値に安定した状態で成分濃度調整を行うことができる。また、成分濃度調整時にフレキシブルに成分濃度を達成でき、ひいては製品ロックウールの品質が安定し、またロックウールの生産量に応じた弾力的な操業が容易に達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の全体配置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る成分調整材溶解装置を示す断面図である。
【図３】図２の成分調整材溶解装置を示す平面図である。
【図４】本発明に係る物質収支を示すフロー図である。
【図５】成分調整材溶解速度とバブリングガス流量との関係を定性的に示す線図である。
【図６】 SiO2成分調整材溶解速度（トン／hr）とバブリングガス流量との関係を定量的に示す線図である。
【符号の説明】
１ ガスバブリングランス
２ 成分調整材供給管
３ ランス挿入口
４ 成分調整材装入口
５ 電極
６ 未溶解成分調整材
７ 炉蓋
８ 一次電気炉
９ 二次電気炉
10 成分調整材
11 気泡
12 ランス吊り支持部
13 伸縮アーム
14 伸縮駆動装置（シリンダ型）
15 上下動駆動装置（シリンダ型）
16 旋回駆動装置（シリンダ型）
17 不活性ガス供給元管
18 伸縮移動量測定器
19 上下移動量測定器
20 旋回移動量測定器
21 ランス制御操作盤
22 ガス流量調整器
23 フレキシブル管
24 遮断弁
25 旋回台
26 軸受
27 上下動支持部材
28 水平ピン
30 成分調整材溶解装置
31 中心軸
34 スラグ装入口
35 供給鍋
36 高炉溶融スラグ
37 溶融スラグ（一次）
38 溶融スラグ（二次）
39 スラグ排出口
Claims (3)
- 予め溶融スラグ（重量Ｗ1 ）を貯えた一次電気炉に新たに高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）を追加して供給すると共に、所定重量の成分調整材を添加し、前記一次電気炉内の溶融スラグを電極を用いて加熱しつつガスバブリングしてスラグ成分および温度を調整した一次溶融スラグのうちの所定重量（Ｖ1 ）を当該一次電気炉に直列に配置され、予め溶融スラグ（重量Ｗ2 ）を貯えた二次電気炉に供給し、二次電気炉内で電極を用いて加熱して成分濃度を調整した二次溶融スラグの所定重量（Ｖ2 ）を出湯するに際し、前記一次電気炉に添加した成分調整材を炉内周辺領域の溶融スラグの表面に未溶解で堆積させ、前記一次電気炉に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ1 ）、一次電気炉に供給する高炉溶融スラグ（重量Ｖ0 、成分濃度Ｃ0 ）、一次電気炉から二次電気炉へ供給する一次溶融スラグ（重量Ｖ1 ）、二次電気炉内に貯えた溶融スラグ（重量Ｗ2 ）および二次電気炉から出湯する二次溶融スラグ（重量Ｖ2 ）に基づいて二次溶融スラグの成分濃度Ｃ2 が所望の成分濃度Ｃ2,o になるように一次電気炉にガスバブリングするガス流量を調整することを特徴とするロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法。
- 二次電気炉から出湯する二次溶融スラグの成分濃度を測定し、該成分濃度測定値をフィードバックすることを特徴とする請求項１記載のロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法。
- 二次電気炉に所定量の成分添加材を添加することを特徴とする請求項１または２記載のロックウール用溶融スラグの成分濃度調整方法。
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