JP5311614B2

JP5311614B2 - アーク炉の操業方法

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Publication number: JP5311614B2
Application number: JP2008036511A
Authority: JP
Inventors: 法明温品; 正之杉浦; 貴博吉野
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2008-02-18
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-02-18
Also published as: JP2009191347A

Description

本発明は、製鋼原料の溶解に用いられ、炉底の中央部分を含み交換可能に構成される交換炉底と、交換炉底の外側の炉底部分である外側炉底とを備え、炉の耐用寿命に達するまでに交換炉底を１回または複数回交換するアーク炉の操業方法に関する。

製鋼の素材として用いられる溶銑は、高炉または電気炉で生産される。電気炉は、高炉に比べて設置面積が狭くて済み、また設備費用が安価であるという利点を有する。電気炉の中でもアーク炉は前記利点に加えて生産性が高いので、製鋼原料の溶解に広く用いられている。図６は、従来の一般的なアーク炉１の構成を概略的に示す。アーク炉１は、炉体２と、電極３とを含む。図６に示すアーク炉１は、電極３を３本備える三相交流型の炉である。炉体２は、鉄製の殻体４と、殻体４に内張りされる耐火物５とを含む。アーク炉１では、電極３に不図示の電源から電力を供給して電極間にアークを発生させ、アークの熱でたとえばスクラップなどの製鋼原料を溶解して溶銑が生産される。

近年、アーク炉１の炉底６に羽口７を設け、炉底６からアーク炉１内の溶銑に非酸化性ガスまたは不活性ガスを吹込んで撹拌し、溶銑が保有する熱を未溶解製鋼原料に効率的に伝達することが行われている。溶銑の熱を効率的に利用することによって、単位重量の溶銑を生産することに要する電力を節減して電力原単位を低減するとともに、溶解所要時間を短縮することができる。

アーク炉１は、溶解チャージ数が増加するにつれて内張りの耐火物５が侵食や溶損によって損耗する。耐火物５の損耗がある程度進むと、チャージの間で操業を停止して耐火物５の補修が行われる。特に羽口７を構成する羽口レンガ８は、熱損耗に加えてガス吹込みによる衝撃を受けるので、周辺の耐火レンガ９に比べて損耗が進み易く、比較的高い頻度で補修または交換の必要が生じる。耐火物５の補修は、炉壁１０および炉底６の両方で行われるが、損耗部分の耐火物５の除去および除去した耐火物５の排出の点で、炉壁１０よりも炉底６の作業が複雑になり長時間を要する。炉底６、特にその中央部分は、電極下に位置するのでアークの熱影響を受け易く、また炉体２を傾けて溶銑を出湯した後炉体２を復帰させたとき、炉底６の中央部分に残留する残湯から熱影響を受ける。したがって、炉壁１０に比べて炉底６の方が、また炉底６の中でも中央部分の耐火物５の損耗が進み易い。炉壁１０より炉底６の耐火物補修の方が困難であるにも関わらず、炉底６の方が炉壁１０よりも耐火物５の損耗が進み易く補修の頻度が高くなるので、炉底補修は、アーク炉１の操業における能率低下の原因となっている。

このような問題を解決する先行技術として、炉底の中央部分に位置する羽口レンガとその周辺の耐火レンガとを、炉底中央部分へ装着する状態に配列し、その外周を鉄帯で巻締めたカセットレンガを予め準備し、カセットレンガを交換することによって炉底の中央部分を一括交換する方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の方法によれば、炉底中央部分をカセットレンガとして一括交換するので、炉底耐火物の補修作業に代えて交換作業で済み、アーク炉の操業能率を向上することができる。
特開平０５−８７４５８号公報

しかし、特許文献１の方法では、次のような問題がある。特許文献１では、常に一括交換可能なカセットレンガに羽口を設け、炉底中央部分からガスを吹込む方法をとる。炉底中央部分は、アークおよび残湯の熱影響を受ける。また、羽口にはガス吹込みによる衝撃が加わるので、炉底中央部分に設けられる羽口レンガは特に損耗が進み易い。羽口レンガの損耗がその周辺に設けられる耐火レンガよりも進み、羽口レンガの厚さが薄くなると、溶解チャージの間で一旦操業を中断して羽口部分をキャスティング等により閉塞する。羽口を閉塞した後、耐火レンガの厚さが耐用寿命に達するまでガスの吹込みを行わずに溶解を行う。

したがって、炉底中央部分にのみ羽口を設けてガスを吹込むようにすると、羽口の損耗が進み易く、羽口を閉塞した後、ガスを吹込むことができないまま多数のチャージを溶解することになり、炉底ガス吹込み率が低くなるという問題がある。ここで、炉底ガス吹込み率とは、炉底からガスを吹込みながら溶解することができたチャージ数と、アーク炉の耐用寿命中に溶解した全チャージ数との比を百分率で表すものをいう。アーク炉の耐用寿命とは、炉底および炉壁の耐火物をすべて新規にライニングして操業を開始し、操業の経過とともに耐火物の損耗が進み耐用寿命に達したことにより、耐火物のすべてを更新して再度新規にライニングしなければならなくなるまでをいう。炉底ガス吹込み率が低くなると、溶銑の保有する熱を溶解に有効利用することができないチャージが増加することになるので、溶解所要電力および所要時間が増加する。

本発明の目的は、炉底の中央部分を含み交換可能に構成される交換炉底と、交換炉底の外側の炉底部分である外側炉底とを備え、炉底の耐用寿命に達するまでに交換炉底を１回または複数回交換するようにして交換炉底または外側炉底に設けられる羽口から底ガスを吹込むアーク炉で、炉底ガス吹込み率を向上し得るアーク炉の操業方法を提供することである。

本発明は、炉底の中央部分を含み交換可能に構成される交換炉底と、交換炉底の外側の炉底部分である外側炉底とを備え、炉底の耐用寿命に達するまでに交換炉底を１回または複数回交換するアーク炉の操業方法において、
交換炉底を最終回に交換するまでは、羽口を有しない交換炉底を使用し、外側炉底に設けられる羽口のみからガスを吹込み、
交換炉底を最終回に交換する際には、羽口を有する交換炉底に交換し、交換炉底に設けられる羽口のみからガスを吹込むことを特徴とするアーク炉の操業方法である。

また、本発明で、炉底の耐用寿命を、炉底に用いられる耐火物の損耗の程度に応じて耐火物の厚さで判定することを特徴とする。

本発明のアーク炉の操業方法によれば、アーク炉の炉体を新規作製または炉体の耐火物を全更新する際には羽口のない交換炉底を使用し、炉体の新規作製または耐火物全更新後の操業では、炉底の耐用寿命に達するまでに交換炉底を１回または複数回交換する。交換炉底を最終回に交換するまでは、外側炉底に設けられる羽口のみからガスを吹込む。外側炉底に設けられる羽口は、アークの熱影響および残湯の熱影響をほとんど受けないので、交換炉底に設けられる羽口に比べて寿命が長い。外側炉底に設けられる寿命の長い羽口からガスを吹込むことによって、交換炉底に設けられる寿命の短い羽口からガスを吹込む場合に比べて、ガスを吹込みながら溶解するチャージ数を増加することができる。このように交換炉底が最終回に交換されるまでは、外側炉底に設けられる羽口のみからガスを吹込むことによって、ガスを吹込みながら溶解することができるチャージ数と、炉の耐用寿命を通じて溶解することができる全チャージ数との比を増加し、炉底ガス吹込み率を向上することが可能になる。

また、炉底の耐用寿命を、炉底に用いられる耐火物の損耗の程度に応じて耐火物の厚さで判定することによって、特に羽口レンガの耐用寿命を精度よく判定し、ガスを吹込みながら溶解することができる限界を確実に把握することができるので、炉底ガス吹込み率の向上に寄与することができる。

図１は、本発明のアーク炉の操業方法の概要を示す。また、図２は、本発明の操業方法に好適なアーク炉２１の構成を簡略化して示す。アーク炉の操業方法の説明に先立ち、アーク炉２１の構成について説明する。アーク炉２１は、炉体２２と、不図示の電極とを含む。炉体２２は、鉄製の殻体２３と、殻体２３の炉壁２４および炉底２５に内張りされる耐火物２６とを含む。殻体２３を鉄皮と呼ぶことがある。

アーク炉２１の炉底２５は、炉底２５の中央部分を含む交換炉底３１と、交換炉底３１の外側の炉底３２とを含む。交換炉底３１の外側の炉底３２を外側炉底３２と呼ぶ。交換炉底３１とは、炉底２５の殻体２３の一部を構成する鉄皮であり、かつ炉体２２から分離可能な鉄皮２３ａの上に、耐火物２６をライニングし、鉄皮２３ａと耐火物とをユニット部材化したものであり、特許文献１のカセットレンガと同様のものである。交換炉底３１としては、羽口を有しない交換炉底３１ａと羽口を有する交換炉底３１ｂとのいずれかが使用される。

交換炉底３１の炉体２２への組込みは次のように行われる。昇降機具３３に交換炉底３１を載置し、炉底２５の空所となっている中央部分３４に昇降機具３３で挿入する。挿入後、交換炉底３１の鉄皮２３ａの張出し部３５と、外側炉底３２の鉄皮２３の張出し部３６とで接続して、交換炉底３１を外側炉底３２すなわち炉体２２に接続する。炉底内面側の耐火物２６の接続部分３７を不定形耐火物で充填する。その後、製鋼原料を溶解する操業が行われ、交換炉底３１の耐火物２６が損耗すると、上記の逆の順序で交換炉底３１が炉体２２から取外され、代わりに予めユニット部材化されている新たな交換炉底３１が炉体に組込まれる。このように、交換炉底３１は、炉体２２に対して交換可能に構成される。なお、取外した交換炉底３１は、損耗した耐火物２６を除去し、新たな耐火物２６を用いて交換に用いる新たな交換炉底３１として再生される。

炉体２２を新規作製するときまたは炉体２２の耐火物２６を全て更新するときには、羽口を有しない交換炉底３１ａが炉体２２に組込まれる。炉体２２の新規作製または耐火物２６の全更新後に操業を開始すると、炉底２５の耐火物２６の耐用寿命に応じて、交換炉底３１は１回または複数回交換される。このとき、羽口を有しない交換炉底３１ａまたは羽口を有する交換炉底３１ｂのいずれかが選択して用いられる。羽口を有しない交換炉底３１ａまたは羽口を有する交換炉底３１ｂのうち、いずれをどのようにして選択するかについては後述する。

図３は、炉底２５に対する電極の相対配置および羽口の配設可能位置を示す。炉底２５に対する電極投影位置４１を破線の丸で示す。交換炉底３１は、電極下のアークの熱影響を受け易い炉底２５の中央部分３４を含む。電極下の熱影響を受け易く損耗の激しい部分を交換炉底３１とすることによって、炉底２５の中央部分を容易に交換可能とし、その耐火物２６の補修作業を不要にすることができる。

図３中のＡ系統、Ｂ系統、Ｃ系統は、底ガスを供給するガス配管の系統が３つ設けられていることを表す。炉底２５部分の鉄皮２３，２３ａには、不図示のガス配管のフランジを接続することができるフランジ４２が設けられる。図３中実線の四角で示す位置は、鉄皮２３，２３ａにフランジ４２が設けられる位置である。Ａ系統の配管に接続可能なフランジ４２としてＡ１およびＡ２が設けられ、Ｂ系統の配管に接続可能なフランジ４２としてＢ１ないしＢ５が設けられ、Ｃ系統の配管に接続可能なフランジ４２としてＣ１ないしＣ４が設けられる。このフランジ４２の位置に対応するように羽口レンガ２７を設けることによって、羽口レンガ２７の羽口４３を通し、フランジ４２に接続される不図示のガス配管から供給される非酸化性ガスまたは不活性ガスを底ガスとして吹込むことができる。フランジ４２が設けられる位置の中から選択した任意の位置に羽口を設けることができる。また、フランジ４２が設けられる位置であっても、羽口を設けないこともできる。羽口を設けない場合、フランジ４２は蓋部材４５によって閉塞される。

図１に戻ってアーク炉の操業方法について説明する。図１では、アーク炉２１の炉底２５の部分のみを示す。アーク炉の操業方法は、炉底２５の耐用寿命に達するまでに交換炉底３１を１回または複数回交換する操業方法であり、交換炉底３１を最終回に交換するまでは、外側炉底３２に設けられる羽口４３のみからガスを吹込み、交換炉底３１を最終回に交換の後は、交換炉底３１ｂに設けられる羽口４４のみからガスを吹込むことを特徴とする。

ここで、交換回数とは、次のように数えるものとする。炉体２２を新規作製時または耐火物全更新時に組込み使用する羽口を有しない交換炉底３１ａについては、交換回数に数えない。炉体２２を新規作製または耐火物全更新の後、製鋼原料を溶解する操業を開始し、交換炉底３１の耐火物が損耗したことによって、初めて交換する場合を１回目とする。その後、１回目に交換した交換炉底３１が損耗し、さらに交換する場合を２回目とし、この２回以上交換する場合を複数回の交換という。最終回の交換とは、炉の耐用寿命に達するまでに、交換炉底３１を交換した回数が１回のみの場合は１回目を意味し、交換回数が２回以上のときは最後の交換、たとえば交換回数が２回の場合は２回目の交換を意味し、交換回数が３回の場合は３回目の交換を意味する。

以下、詳細に説明する。図１（ａ）は、アーク炉２１の炉壁２４および炉底２５の耐火物２６を全て新規にライニングした状態である。このとき、使用される交換炉底３１は羽口を有しない交換炉底３１ａであり、羽口４３は外側炉底３２にのみ設けられる。羽口４３は、図３に示すフランジＢ４の位置に設けられ、Ｂ系統の配管から供給されるガスを吹込むことができる。なお、外側炉底３２に設ける羽口４３は、１つに限定されるものではなく、２つ以上であってもよい。

耐火物２６を新規にライニングして操業開始後、羽口を有しない交換炉底３１ａの耐火物２６の寿命に達するまでは、外側炉底３２の羽口４３のみからガスを吹込んで溶銑を撹拌する。耐火物２６である耐火レンガ２８および羽口レンガ２７の寿命は、炉底２５に用いられる耐火物２６の損耗の程度に応じて耐火物２６の厚さで判定する。寿命に係る耐火物２６の厚さ、すなわち残寸は、耐火物の仕様の損耗速度に基づいて定めてもよく、また操業実績の累積に基づく経験則に基づいて定めてもよい。しかし、耐火物２６の厚さは、次のようにして求めることが好ましい。炉底２５の耐火レンガ２８および羽口レンガ２７の予め定める位置に熱電対を埋込み、レンガの温度を測定する。測定温度が低いときは、耐火物２６の厚さが厚く、測定温度が高いときは、耐火物２６の厚さが薄い。レンガの種類に応じて、測定温度と厚さとの関係を予め求めておき、耐用寿命と考えられるレンガの厚さに対応する温度を、レンガの耐用寿命判定の基準温度にする。この基準温度によって、耐火物の厚さでその寿命を判定することができる。

交換炉底３１に含まれる炉底２５の中央部分３４は、アークおよび残湯の熱影響を受けるので、外側炉底３２に比べて耐火物２６の損耗が進み易い。したがって、温度測定により耐火物２６の厚さで寿命の管理をしながら溶解操業を行うと、外側炉底３２の耐火物２６が十分な厚さすなわち残寿命を有する場合でも、羽口を有しない交換炉底３１ａの耐火物２６の厚さが薄くなり耐用寿命に達して交換する必要が生じる。この場合、交換炉底３１の交換を最終回の交換とするか否かの判断は、次のようにして行う。交換に用いる新たな交換炉底３１の耐火物２６の寿命と、外側炉底３２の耐火物２６の残寿命とが、ほぼ同じである場合、その交換が最終回であると判断する。外側炉底３２の耐火物２６の残寿命が、交換する新たな交換炉底３１ｂの耐火物寿命とほぼ同じである場合、外側炉底３２の羽口４３からガスの吹込みを継続しても、ガス吹込みをしながら溶解するチャージ数を増加することに寄与しない。そこで、羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換し、新たな交換炉底３１ｂの未使用で損耗の無い羽口４４からガスを吹込み、ガスを吹込みながら溶解することができるチャージ数を増すことに期待する。新たな交換炉底３１ｂの羽口４４は、図３に示すフランジＢ２の位置に設けられ、Ｂ系統の配管から供給されるガスを吹込むことができる。なお、新たな交換炉底３１ｂに設ける羽口４４は、１つに限定されるものではなく、２つ以上であってもよい。また、新たな交換炉底３１ｂの羽口４４からガス吹込みを行う場合、外側炉底３２の羽口４３からもガス吹込みを行うと、ガスを余分に消費することになるので、羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換するとき、外側炉底３２の羽口４３をキャスティング等で補修するとともに閉塞する。

逆に、外側炉底３２の耐火物の残寿命が、交換する新たな交換炉底３１ｂの耐火物寿命に比べて十分に長い場合、交換炉底３１の交換は未だ最終回ではないと判断し、羽口を有しない交換炉底３１ａに交換する。また、外側炉底３２の耐火物２６の残寸による残寿命を考慮するまでもなく、たとえば操業実績に基づく経験則から、外側炉底３２の耐火物２６の耐用寿命に達するまでに、交換炉底３１を複数回交換可能であることが既知であるような場合も、交換炉底３１の交換は未だ最終回ではないと判断することができる。外側炉底３２の耐火物２６の残寿命が、交換する新たな交換炉底３１ｂの耐火物寿命に比べて十分に長い場合、羽口を有する交換炉底３１ｂに交換しても、外側炉底３２が耐用寿命に達するよりも前に、交換炉底３１ｂが耐用寿命に達する。特に交換炉底３１ｂの羽口レンガは、交換炉底３１ｂ全体としての耐用寿命よりもさらに短いので、交換炉底３１ｂの羽口４４からガス吹込みできる溶解チャージ数は、十分な耐用寿命を有する外側炉底３２の羽口４３からガス吹込みできる溶解チャージ数よりも少なくなる。したがって、外側炉底３２の耐火物２６の残寿命が、交換する新たな交換炉底３１ｂの耐火物２６の寿命に比べて十分に長い場合、羽口を有しない新たな交換炉底３１ａに交換し、交換炉底３１ａに交換した後も外側炉底３２に設けられる羽口４３のみからガスの吹込みを行う。

ここで、外側炉底３２の耐火物２６の残寿命が、交換する新たな交換炉底３１ｂの耐火物２６の寿命に比べて十分に長い場合とは、交換炉底３１の交換の必要が生じたときの外側炉底３２の残寿命をｔｓとし、交換に用いる新たな交換炉底３１の寿命をｔｋとするとき、たとえば寿命比：ｔｓ／ｔｋが、１．４以上である場合を挙げることができる。しかし、寿命比は、１．４以上に限定されるものではなく、使用する耐火物の種類や価格、耐火物更新作業の操業効率に対する影響等を考慮して適宜設定されることが望ましい。

（実施例）
以下本発明の実施例について説明する。本実施例では、スクラップおよび合金鉄を製鋼原料とし、アーク炉を用いて１チャージあたり約１５０トン、温度が約１４００℃の溶銑を連続して生産する操業試験を行った。アーク炉には、三相交流型で炉容積が１０５ｍ^３、炉内径が６７００ｍｍ、炉底のガス配管およびフランジの配置が先の図３に示す構成のものを使用した。吹込み用のガスには、窒素ガスを使用し、その流量は８０ＮＬ／ｍｉｎ〜２００ＮＬ／ｍｉｎであった。操業試験に際し、１チャージ終了ごとに溶銑を炉外に出湯した。

図４は、実施例の操業方法の概略を示す。図４（ａ）は、アーク炉２１の耐火物２６を全て更新すなわち新規にライニングした後の炉底２５の状態を示す。外側炉底３２ａにのみ羽口４３ａ，４３ｂが設けられ、交換炉底３１ａは羽口を有しない。羽口４３ａは、Ｂ系統の配管からガス供給を受けるフランジＢ４の位置に設けられ、羽口４３ｂは、Ｃ系統のガス配管からガス供給を受けるフランジＣ３の位置に設けられる。耐火物２６の全更新後に操業を開始し、交換炉底３１ａの耐火物２６が耐用寿命に達する前は、外側炉底３２ａに設けられる２つの羽口４３ａ，４３ｂのみからガス吹込みを行った。

外側炉底３２ａの耐火レンガ２８および羽口レンガ２７の耐用寿命ならびに交換炉底３１ａの耐火レンガ２８の耐用寿命を、レンガの温度を測定して判定した。すなわち、耐火レンガ２８および羽口レンガ２７それぞれの中に熱電対を埋設し、熱電対で温度を測定した。レンガ中を熱伝達して測定される温度と、レンガ厚さとの関係を予め求めておき、耐用寿命と考えられるレンガ厚さに対応する温度を耐用寿命判定の基準温度とした。

電極下に位置する交換炉底３１ａの方が、外側炉底３２ａよりも早く耐用寿命に達した。このとき、外側炉底３２ａの耐火物残寿命は、交換する新たな交換炉底３１の耐火物寿命とほぼ同等であったので、最終回の交換と判断し、羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換した。交換炉底３１の交換は、この１回限りであったが、この１回目の交換を最終回とした。

図４（ｂ）は、羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換した後の炉底２５の状態を示す。交換して使用する新たな交換炉底３１ｂには、Ｂ系統の配管からガス供給を受けるフランジＢ２の位置に羽口４４が設けられる。羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換するとき、交換前のガス吹込みに使用した外側炉底３２の羽口４３ａ，４３ｂをキャスティング等で補修するとともに閉塞した。したがって、羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換した後は、交換炉底３１ｂの羽口４４のみからガス吹込みを行った。交換後における交換炉底３１ｂの耐火レンガ２８および羽口レンガ２７ならびに外側炉底３２ａの耐火レンガ２８の耐用寿命は、交換前と同様に耐火物２６に埋設した熱電対で測定する温度によって判定した。交換後も交換炉底３１ｂの方が外側炉底３２よりも先に耐用寿命に達したので、交換炉底３１ｂが耐用寿命に達したときを、アーク炉２１の耐用寿命とした。

図５は、比較例の操業方法の概略を示す。図５（ａ）は、アーク炉２１の耐火物２６を全て更新すなわち新規にライニングした後の炉底２５の状態を示す。交換炉底３１ｃにのみ羽口４４ａ，４４ｂが設けられ、外側炉底３２ｂには羽口が設けられない。交換炉底３１ｃの羽口４４ａは、Ｂ系統の配管からガス供給を受けるフランジＢ２の位置に設けられ、羽口４４ｂは、Ｃ系統のガス配管からガス供給を受けるフランジＣ１の位置に設けられる。したがって、耐火物２６の全更新後に操業を開始し、交換炉底３１ｃの耐火物２６が耐用寿命に達する前は、交換炉底３１ｃに設けられる２つの羽口４４ａ，４４ｂのみからガス吹込みを行った。交換炉底３１ｃの耐火レンガ２８および羽口レンガ２７の耐用寿命ならびに外側炉底３２ｂの耐火レンガ２８の耐用寿命を、実施例の場合と同様にして測温により判定した。電極下に位置する交換炉底３１ｃの方が、外側炉底３２ｂよりも早く耐用寿命に達した。比較例では、交換が最終回であるか否かに関わらず、羽口４４ａ，４４ｂを有する新たな交換炉底３１ｃに交換した。ただし、比較例においても交換炉底３１ｃの交換は、この１回限りとした。

図５（ｂ）は、羽口４４ａおよび４４ｂを有する新たな交換炉底３１ｃに交換した後の炉底２５の状態を示す。交換して使用する新たな交換炉底３１ｃには、交換前と同様の位置に羽口４４ａ，４４ｂが設けられる。したがって、交換炉底３１を交換した後も、新たな交換炉底３１ｃに設けられる２つの羽口４４ａ，４４ｂのみからガス吹込みを行った。

羽口レンガ２７は、ガス吹込みによる衝撃を受けるので、耐火レンガ２８よりも早く耐用寿命に達した。羽口レンガ２７が耐用寿命に達したとき、当該羽口レンガ２７が耐用寿命に達したチャージの溶銑を出湯後、羽口をキャスティング等で補修するとともに閉塞し、以降のチャージについてはガスの吹込みを行うことなく溶解を継続した。したがって、アーク炉２１の耐用寿命に達するまでに溶解したチャージの中に、ガスの吹込みを行うことなく溶解したチャージが発生した。実施例および比較例の操業方法のそれぞれについて、アーク炉２１の耐用寿命に達するまでに溶解した全チャージ数に対するガス吹込みを行いながら溶解したチャージ数の比率、すなわち炉底ガス吹込み率を求めて比較した。

試験結果を表１に示す。なお、表１では、チャージをｃｈと略記し、外側炉底３２および交換炉底３１に設けられる羽口４３，４４を識別するために次のように表記した。実施例における外側炉底３２ｂの羽口４３ａを外側炉底第１羽口、羽口４３ｂを外側炉底第２羽口、交換炉底３１ｂの羽口４４を交換炉底羽口とし、比較例における当初の交換炉底３１ｃの羽口４４ａを交換炉底第１羽口、羽口４４ｂを交換炉底第２羽口、最終回の交換後の交換炉底３１ｃの羽口４４ａを交換炉底第３羽口、羽口４４ｂを交換炉底第４羽口とした。以下、羽口４３，４４の名称を表１中の表記にあわせて試験結果を説明する。

実施例の操業方法では、新たな交換炉底３１ｂに交換するまでガス吹込みに使用した外側炉底３２ａの外側炉底第１羽口４３ａの耐用寿命が９０６チャージ、外側炉底第２羽口４３ｂの耐用寿命が８８０チャージであった。このとき、交換炉底３１ａの耐用寿命は、外側炉底３２ａの外側炉底第１羽口４３ａと同じ９０６チャージであった。したがって、操業開始から交換炉底３１ａの耐用寿命に達するまでのすべての溶解チャージ、すなわち外側炉底第１羽口４３ａの耐用寿命に達するまでの９０６チャージについてガスを吹込みながら溶解することができた。

９０６チャージ目の溶解が終了した後、交換炉底羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換した。このとき交換と同時に外側炉底３２ａの外側炉底第１および第２羽口４３ａ，４３ｂを補修するとともに閉塞した。交換炉底羽口４４を有する新たな交換炉底３１ｂに交換後、交換炉底３１ｂの耐火レンガが耐用寿命に達する前に、２８５チャージ溶解した時点で交換炉底羽口４４が耐用寿命に達した。そこで２８５チャージ目の溶銑を出湯した後、交換炉底羽口４４を補修するとともに閉塞し、２８６チャージ目以降についてはガスの吹込みを行うことなく溶解を行った。交換炉底３１ｂに交換後、４３４チャージ溶解したとき、交換炉底３１ｂの耐火レンガ２８、すなわち交換炉底３１ｂが耐用寿命に達した。したがって、４３４チャージと２８５チャージとの差である１４９チャージについては、ガス吹込みを行うことなく溶解した。アーク炉の耐用寿命は、交換前に溶解した９０６チャージに、交換後に溶解した４３４チャージを加えた１３４０チャージであった。実施例における炉底ガス吹込み率は、式（１）で与えられ８８．９％であった。
８８．９％＝（９０６＋２８５）／１３４０×１００・・・（１）

一方、比較例の操業方法では、交換するまでガス吹込みに使用した交換炉底３１ｃの交換炉底第１羽口４４ａの耐用寿命が３８５チャージ、交換炉底第２羽口４４ｂの耐用寿命が同じく３８５チャージであった。交換炉底第１および第２羽口４４ａ，４４ｂが３８５チャージの溶解で耐用寿命に達したけれども、耐火レンガ２８は耐用寿命に余裕のある状態であった。そこで、３８５チャージ目の溶銑を出湯した後、交換炉底第１および第２羽口４４ａ，４４ｂを補修するとともに閉塞し、３８６チャージ目以降についてはガスの吹込みを行うことなく溶解を行った。操業開始からの溶解数が４８８チャージに達したとき、交換炉底３１ｃの耐火レンガ２８、すなわち交換炉底３１ｃが耐用寿命に達した。したがって、４８８チャージと３８５チャージとの差である１０３チャージについては、ガス吹込みを行うことなく溶解した。

４８８チャージ目の溶解が終了した後、交換前と同じ位置に交換炉底第３および第４羽口４４ａ，４４ｂを有する新たな交換炉底３１ｃに交換した。新たな交換炉底３１ｃに交換後、ガス吹込みに使用した交換炉底第３羽口４４ａの耐用寿命が２２６チャージ、交換炉底第４羽口４４ｂの耐用寿命が１２６チャージであった。また交換後の新たな交換炉底３１ｃの耐用寿命は、交換炉底第３羽口４４ａと同じ２２６チャージであった。したがって、交換後の新たな交換炉底３１ｃの耐用寿命に達するまでのすべての溶解チャージ、すなわち交換炉底第３羽口４４ａの耐用寿命に達するまでの２２６チャージについてガスを吹込みながら溶解することができた。アーク炉の耐用寿命は、交換前に溶解した４８８チャージに、交換後に溶解した２２６チャージを加えた７１４チャージであった。比較例における炉底ガス吹込み率は、式（２）で与えられ８５．６％であった。
８５．６％＝（３８５＋２２６）／７１４×１００・・・（２）

このように、交換炉底３１ａを交換するまでは、外側炉底３２に設けられる外側炉底第１および第２羽口４３ａ,４３ｂからガスを吹込み、新たな交換炉底３１ｂに交換した後は、新たな交換炉底３１ｂに設けられる交換炉底羽口４４からガスを吹込む操業方法とすることによって、炉底ガス吹込み率を向上することができた。また、交換炉底を最終回に交換するまでは、外側炉底３２に設けられる外側炉底第１および第２羽口４３ａ，４３ｂのみからガスを吹込み、交換炉底３１ａからガスを吹込まないようにすることによって、羽口を有しない交換炉底３１ａの耐用寿命も延ばすことができた。その結果、従来炉底に羽口を有することでアーク炉寿命のボトルネックが炉底になっていたけれども、アーク炉の操業方法を適用することにより、アーク炉全体の耐用寿命延長効果も発現することができた。

なお、実施例では交換後の新たな交換炉底３１ｂの耐用寿命が、比較例の交換後の新たな交換炉底３１ｃの耐用寿命に比べて長くなっている。これは交換後の新たな交換炉底に設けられる羽口が１つと２つとの差異であると考えられる。比較例のように交換炉底第３および第４羽口４４ａ，４４ｂを２つ設けると、２つの交換炉底第３および第４羽口４４ａ，４４ｂから吹込まれるガスの干渉により、羽口周辺に設けられる耐火レンガ２８の損耗が促進され、実施例のような交換炉底羽口４４が１つの場合に比べて寿命が短くなったものと考えられる。したがって、仮に実施例で新たな交換炉底に羽口を２つ設けるとすれば、交換後の新たな交換炉底の耐用寿命は、比較例の場合と同等水準になるものと推定される。しかし、この場合でも実施例のアーク炉全体の耐用寿命は少し短くなるが、交換炉底を交換した後のガスを吹込むことができない溶解チャージ数が減少することから、底ガス吹込み率については逆に増加することになり、目的とする効果については変わりないと考えられる。

以上で説明しているように、本実施例では、アーク炉の操業方法を、アーク炉の炉底の耐用寿命を通じて交換炉底を１回交換する場合に用いている。しかしながら、これに限定されることなく、炉底の耐用寿命を通じて交換炉底を複数回交換する場合においても、炉底ガス吹込み率を向上するために有効に用いることができる。

本発明のアーク炉の操業方法の概要を示す平面図である。本発明の操業方法に好適なアーク炉２１の構成を簡略化して示す断面図である。炉底２５に対する電極の相対配置および羽口の配設可能位置を示す平面図である。実施例の操業方法の概略を示す平面図である。比較例の操業方法の概略を示す平面図である。従来の一般的なアーク炉１の構成を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１，２１アーク炉
２，２２炉体
３電極
４，２３殻体
５，２６耐火物
６，２５炉底
７，４３，４４羽口
３１交換炉底

Claims

炉底の中央部分を含み交換可能に構成される交換炉底と、交換炉底の外側の炉底部分である外側炉底とを備え、炉底の耐用寿命に達するまでに交換炉底を１回または複数回交換するアーク炉の操業方法において、
交換炉底を最終回に交換するまでは、羽口を有しない交換炉底を使用し、外側炉底に設けられる羽口のみからガスを吹込み、
交換炉底を最終回に交換する際には、羽口を有する交換炉底に交換し、交換炉底に設けられる羽口のみからガスを吹込むことを特徴とするアーク炉の操業方法。
炉底の耐用寿命を、炉底に用いられる耐火物の損耗の程度に応じて耐火物の厚さで判定することを特徴とする請求項１記載のアーク炉の操業方法。