JP5353740B2 - 溶融物レベル計測装置および溶融物レベル計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを計測する溶融物レベル計測装置および溶融物レベル計測方法に関するものである。

高炉やシャフト炉をはじめとする竪型炉では、炉頂から原料を投入し、炉下部に取り付けられた出銑口から炉底に溜まった溶融物を間欠的または連続的に取り出している。このような竪型炉のうち、キュポラ（シャフト炉）等の小型のスクラップ溶解炉では、炉が大気に解放されており、炉内の溶融物の液面のレベル（溶融物レベル）は、大気圧とバランスして定常状態時ではほぼ一定の溶融物レベルとなっている。しかしながら、出銑初期等の非定常状態時では、出銑口の周辺にコークスが詰まる等して短時間で炉内の溶融物レベルが上昇してしまい、羽口溶損といった操業トラブルの原因となる。したがって、安定に操業するためには炉内の溶融物レベルを管理することが重要であるが、操業中に炉内の溶融物レベルを直接観察することはきわめて困難である。

ここで、高炉における溶融物レベル計測方法として、例えば特許文献１，２に開示された技術が知られている。これら特許文献１，２では、高炉炉下部の羽口下部より下方の炉壁レンガ内に、その先端を炉壁内面に露出させた電極を垂直方向に少なくとも２個配設している。そして、特許文献１では、炉壁レンガに埋設した電極間を高炉炉外の電圧調整機構を介して接続して電気回路を形成し、電気回路を流れる電流量を計測することによって高炉内における溶融体のレベルを把握している。また、特許文献２では、溶銑に接する最下部の電極と他の電極とで電気回路を形成し、この電気回路を流れる電流量を計測することによって高炉内における溶融体のレベルを把握している。

特開２０００−１９２１２３号公報 特開２０００−１９２１２４号公報

特許文献１や特許文献２の技術では、電極の外周面が炉壁レンガに直接接触した構成となっている。ここで、炉下部を形成する炉壁レンガには、多くの場合熱伝導率が高い黒鉛含有の導電性耐火物を材質とした耐火レンガが用いられる。したがって、特許文献１や特許文献２のように電極の外周面が炉壁レンガと接触する構成では、電気回路を流れる電流が炉壁レンガに流れ出し、電気回路を流れる電流が、例えば炉壁レンガの残厚や高さ方向に隣接する炉壁レンガ同士の接触状態、あるいは電極と炉壁レンガとの接触状態等によって変動してしまう。このため、溶融物レベルを正しく検知できない場合があるという問題があった。

また、特許文献１や特許文献２の技術では、電極の材質として、溶銑と接触しても液相を生成しない高融点の金属（溶銑温度で固体状態を保つ金属）を挙げている。ここで、高炉内は還元雰囲気であるのに対し、スクラップ溶解炉の炉内は酸化雰囲気となっている。したがって、スクラップ溶解炉では、前述のような金属で電極を構成すると、炉内の酸化雰囲気下で電極が酸化してしまう。このため、電気抵抗が高くなって電流が流れにくくなり、溶融物レベルの誤検知が生じて操業トラブルの原因となるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを正確に計測することができる溶融物レベル計測装置および溶融物レベル計測方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる溶融物レベル計測装置は、スクラップ溶解炉の炉下部において、炉底からの異なる高さ位置に少なくとも２本の電極をそれぞれ一端が炉内側に露出し、他端が炉外側に露出するように炉壁内に設置し、該電極の他端を電圧源と接続して電気回路を形成し、該電気回路に流れる電流を検出して前記スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを計測する溶融物レベル計測装置であって、前記電極は、導電性耐火物からなる電極本体を備え、該電極本体の外周面が絶縁性耐火物からなる被覆部材で被覆されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる溶融物レベル計測装置は、上記の発明において、前記電極本体の断面積は、前記スクラップ溶解炉内に投入されるコークスの平均断面積よりも小さく、前記電極の一端は、前記電極本体の端面が前記被覆部材の端面よりも前記コークスの平均粒径以上内側に凹んだ形状を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる溶融物レベル計測装置は、上記の発明において、前記スクラップ溶解炉の炉下部には、耐火レンガを用いて閉口され、炉内へ進入する際に開口される横穴が設けられており、前記電極は、前記横穴に設置されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる溶融物レベル計測装置は、上記の発明において、前記横穴を閉口する前記耐火レンガのうち、少なくとも前記電極の設置位置近傍を形成する耐火レンガの炉内側に露出する端面に絶縁性耐火物が塗布されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる溶融物レベル計測方法は、導電性耐火物からなる電極本体の外周面を絶縁性耐火物からなる被覆部材で被覆して電極を構成し、該電極を、スクラップ溶解炉の炉下部の炉壁内において、一端が炉内側に露出し、他端が炉外側に露出するように炉底からの異なる高さ位置に少なくとも２本設置し、前記電極の他端を電圧源と接続して電気回路を形成して該電気回路に流れる電流を検出し、前記スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする。

また、本発明にかかる溶融物レベル計測方法は、上記の発明において、前記電極本体の断面積は、前記スクラップ溶解炉内に投入されるコークスの平均断面積よりも小さく、前記電極の一端は、前記電極本体の端面が前記被覆部材の端面よりも前記コークスの平均粒径以上内側に凹んだ形状を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる溶融物レベル計測方法は、上記の発明において、前記スクラップ溶解炉の炉下部には、耐火レンガを用いて閉口され、炉内へ進入する際に開口される横穴が設けられており、前記電極が、前記横穴に設置されたことを特徴とする。

また、本発明にかかる溶融物レベル計測方法は、上記の発明において、前記横穴を閉口する前記耐火レンガのうち、少なくとも前記電極の設置位置近傍を形成する耐火レンガの炉内側に露出する端面に絶縁性耐火物が塗布されたことを特徴とする。

本発明では、溶融物レベルを計測するための電極を、導電性耐火物からなる電極本体の外周面が絶縁性耐火物からなる被覆部材で被覆された構成とし、電極の外周が絶縁された構成とした。これにより、電極本体が炉壁と直接接触しないため、炉壁を形成している炉壁レンガに電流が流れ出し、これに起因して電気回路を流れる電流が変動することがない。また、電極本体の材質として導電性耐火物を用いることとしたので、金属を用いる場合のように酸化物を生成して電気回路を流れる電流が変動することもない。したがって、スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを正確に計測することができる。

図１は、実施の形態における溶融物レベル計測装置およびスクラップ溶解炉の炉下部の内部を示した模式図である。 図２は、電極の構成例を説明する説明図である。 図３は、電極の他の構成例を説明する説明図である。 図４は、炉下部のマンホールを示す正面図である。 図５は、実施例における溶融物レベル計測装置およびスクラップ溶解炉の炉下部の内部を示した模式図である。 図６は、実施例における電極の寸法例を示す図である。 図７は、溶融物レベルの計測結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明にかかる溶融物レベル計測方法および溶融物レベル計測装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

（実施の形態）
図１は、本実施の形態の溶融物レベル計測装置１の構成およびこの溶融物レベル計測装置１を適用したスクラップ溶解炉６の炉下部を切り欠いて内部を示した模式図である。なお、図１では、スクラップ溶解炉６の炉下部に埋設される電極の位置（高さ）を示すため、溶融物レベル計測装置１を構成する電極１０（１０−１，１０−２，１０−３）を含む切断面を示している。

ここで、スクラップ溶解炉６は、炉頂から鉄源（鉄スクラップ）をコークスとともに投入し、炉底に溜まった銑鉄（溶銑）を炉下部に設けられた図示しない出銑口から間欠的または連続的に炉外へ排出するものであり、図示しない羽口から熱風や空気（酸素）を吹き込み、コークスを熱源に鉄スクラップを溶解して溶銑を得る。このスクラップ溶解炉６は、図１に示すように、炉下部において溶銑６１およびスラグ６２からなる溶融物６０を貯留する。スラグ６２は、溶銑６１よりも比重が小さいため、溶銑６１の上層に分離する。

溶融物レベル計測装置１は、溶融物６０を貯留する炉下部の炉壁を貫通する少なくとも２本（図１では３本）の棒状の電極１０（１０−１，１０−２，１０−３）と、電圧発生装置２１，２２と、電流検出装置３１，３２とを含む。

各電極１０（１０−１，１０−２，１０−３）は、それぞれ炉下部の異なる高さ位置において、一端が炉内に露出し、他端が炉外に露出するように炉壁に埋設されている。そして、電極１０−１および電極１０−２の他端がケーブルを介して電圧発生装置２１と接続されており、電気回路５１を形成している。また、電極１０−１および電極１０−３の他端がケーブルを介して電圧発生装置２２と接続されており、電気回路５２を形成している。

これら電極１０を埋設する高さ位置は、例えば溶融物レベルの計測における必要検知位置をもとに設定する。例えば、溶融物レベル（すなわちスラグ６２の上面レベル）がそれ以上上昇すると注意の必要がある液位、あるいは危険と考えられる液位（危険液位）をもとに設定する。特に、最上位の電極１０の高さ位置は、前述の危険液位、具体的には、例えば羽口の下方近傍等、それ以上溶融物レベルが上昇すると操業トラブルの恐れが生じる液位に設定する。本実施の形態では、例えば、炉底近傍の所定の高さ位置、危険液位に相当する高さ位置、およびこれらの間の所定の高さ位置の３つの高さ位置に各電極１０（１０−１，１０−２，１０−３）を埋設している。

なお、電極１０のサイズや埋設する電極１０の本数は、適宜設定してよい。例えば、溶融物レベルの計測における必要分解能をもとに設定すればよい。すなわち、溶融物レベルの変化を細かく検知する必要がある場合には、電極１０の縦の幅（炉壁に埋設された際に炉壁の高さ方向に沿う幅）を短くし、埋設する電極１０の本数を増やせばよい。このとき、各電極１０は、高さ方向に等間隔で埋設してもよいし、個別に高さ位置を設定して埋設してもよい。

電圧発生装置２１，２２は、直流電源または交流電源で実現され、操業時において対応する電気回路５１，５２に常時所定の電圧を印加する。なお、検知する溶融物レベルに応じて直流電源または交流電源を選択的に採用し、対応する電気回路５１，５２に直流電圧または交流電圧を別個に印加することとしてもよい。

ここで、溶融物６０である溶銑６１およびスラグ６２は、いずれも導電性を有する。したがって、炉内の溶融物レベルが上昇し、電極１０−２の高さ位置に達すると、電極１０−１，１０−２間が導通して電気回路５１に電流が流れるため、溶融物レベルが電極１０−２の高さ位置に達したことを検知することが可能である。また、さらに炉内の溶融物レベルが上昇し、電極１０−３の高さ位置に達すると、電極１０−１，１０−３間が導通して電気回路５２に電流が流れるため、溶融物レベルが電極１０−３の高さ位置に達したことを検知することが可能である。

電流検出装置３１，３２は、対応する電気回路５１，５２を流れる電流を検出するためのものであり、例えば、対応する電気回路５１，５２に挿入した電流計で構成される。この電流検出装置３１，３２は、データ処理装置４０と接続されており、電流計の検出信号をデータ処理装置４０に出力する。データ処理装置４０は、例えばＡ／Ｄ変換器とパーソナルコンピュータ（ＰＣ）を用いて構成され、電流計の検出信号をＡ／Ｄ変換器を介して取り込む。そして、データ処理装置４０（詳細にはＰＣ）は、このようにして取り込んだ電流計の検出信号をもとに溶融物レベルを時系列で計測してデータを収集し、炉内の溶融物レベルの変化を監視する。また、本実施の形態では、上記したように、危険液位に相当する高さ位置に最上位の電極１０−３が埋設されており、溶融物レベルが電極１０−３の高さ位置に達したことを検知すると、データ処理装置４０（ＰＣ）は、警報の出力処理を行う。ただし、溶融物レベルが電極１０−２の高さ位置に達した際にも、同様に警報を出力するようにしてもよい。警報は、例えば適所に配設された図示しないスピーカから警報音を出力する構成としてもよいし、ＰＣの表示画面に表示する構成としてもよい。

なお、電流検出装置３１，３２の構成は、これに限定されるものではない。例えば、対応する電極１０間に所定の抵抗値を有する電気抵抗を挿入し、その両端の電位差を測定することで電気回路５１，５２を流れる電流を検出する構成としてもよい。この場合には、電位差を測定する電圧計を含めて電流検出装置３１，３２を構成し、データ処理装置４０は、この電圧計の検出信号をＡ／Ｄ変換器を介して取り込むようにしてもよいし、生じた電位差を直接Ａ／Ｄ変換器を介して取り込む構成としてもよい。

次に、以上のように構成される溶融物レベル計測装置１で用いる電極１０の構成について説明する。図２は、電極１０の構成例を説明する説明図であり、本構成の電極１０が埋設された炉壁の断面を示している。図２に示すように、電極１０は、電極本体１１と、絶縁用の被覆部材１２とを備え、電極本体１１の外周表面が被覆部材１２によって覆われた構成となっている。この電極１０の一端側は、電極本体１１の一端面１１１が被覆部材１２の一端面と同一平面を形成し、平坦な端面となっている。一方、電極１０の他端側は、電極本体１１の他端部１１２が被覆部材１２の他端面よりも突出している。電極１０の長さは、被覆部材１２によって被覆された部分の長さが、埋設される炉壁の厚さと略同一の長さに形成される。そして、このように構成される電極１０は、炉底部の所定の高さ位置において、一端側の平坦に形成された端面が周囲の炉壁内面と同一平面を形成して電極本体１１の一端面１１１が炉内に露出し、他端側において突出している電極本体１１の他端部１１２が炉外に露出するように埋設される。これによれば、炉内の落下物等が衝突することによる電極１０に破損を防止できる。また、上記したように、電極１０の他端にはケーブルを介して電圧発生装置２１または電圧発生装置２２が接続されるが、電極本体１１の他端部１１２が炉外に露出しているので、ケーブルの接続作業が容易に行える。

電極本体１１の材質としては、導電性耐火物を用いる。スクラップ溶解炉６の炉内は酸化雰囲気である。このため、電極本体１１として金属を用いると、酸化雰囲気下で酸化物を生成してしまい、電気抵抗が変動したり、場合によっては酸化物が脆化してその部分から溶銑の差込が発生するといった事態が発生し、操業トラブルが懸念されるためである。電極本体１１の材質を導電性耐火物とすれば、このような事態を防止し、安定した操業が実現できるとともに、操業上の安全も確保できる。

また、導電性を有する耐火物の多くは黒鉛（カーボン）を含有している。カーボンを含有する耐火物が溶融物６０に接触すると、耐火物中のカーボンが溶銑６１中へ溶出し、耐火物が脆化して削られてしまうという問題がある。これは、スクラップ溶解炉６により製造される溶銑６１がカーボン不飽和であることに起因する。したがって、耐久性の観点から、電極本体１１の材質としてカーボンの含有割合が高い耐火物は不適当である。導電性を有し、カーボンの含有割合が低い耐火物としては、例えばジルコニア系の導電性耐火物が挙げられる。ジルコニア系の導電性耐火物には、カーボンを含有するものの、その含有割合は２０％程度と低いものがある。耐久性の面から、よりカーボンの含有割合が小さく導電性がある材質の耐火物を電極本体１１として使用することが望ましいが、実際には、溶銑６１中のカーボンの不飽和度から、カーボン分が溶出しても脆くならないような材質をそのカーボン含有割合等をもとに選ぶのがよい。このように、電極本体１１の材質は、カーボンの含有割合が２０％程度あるいはそれ以下の導電性耐火物が望ましい。なお、特許文献１のような高炉により製造される溶銑は、カーボン飽和であるため前述のような問題は生じない。その他の要素としては、電気伝導度が１０³〜１０⁴（１／Ωｍ）程度の導電性耐火物が適切であり、望ましい。また、電極本体１１の耐火物に要求される機能として、耐熱衝撃性があるが、耐熱衝撃性については炉底を構成する耐火物に合致したものを選べばよい。

一方、被覆部材１２の材質としては、絶縁性耐火物を用いる。したがって、電極１０は、その外周が絶縁されている。ここで、背景技術で説明したように、スクラップ溶解炉６の炉下部は、耐火レンガを用いて施工される。耐火レンガとしては、熱伝導率の観点から一般にカーボンレンガが用いられている。このため、炉底に貯留される溶銑がカーボン飽和である高炉と異なり、溶銑６１がカーボン不飽和であるスクラップ溶解炉６では、炉壁を形成するカーボンレンガが炉下部に貯留される溶融物６０と接触すると、電極本体１１の材質としてカーボンの含有割合が高い導電性耐火物を用いる場合と同様の事態が起こる。すなわち、カーボンが溶銑６１中に溶出し、炉壁が脆化して劣化するという問題が生じる。これを防止し、炉壁を保護するため、スクラップ溶解炉６では、施工時において炉壁内面にラミング材と呼ばれる絶縁性の不定形耐火物が塗布されるようになっている。このように、スクラップ溶解炉６の炉下部は、その炉壁内面が絶縁されている。このため、特許文献１や特許文献２のように電極（電極本体）が炉壁を形成する炉壁レンガ（カーボンレンガ）と直接接触する構成では、電気回路５１，５２を流れる電流がカーボンレンガに流れ出し、溶銑６１および／またはスラグ６２を流れる電流路（電気回路５１，５２）の他に、カーボンレンガを流れる電流路が形成されてしまう。カーボンレンガに流れ出す電流量は、カーボンレンガの残厚や、電極の周辺に積まれるカーボンレンガ同士の接触状態、あるいは電極とカーボンレンガとの接触状態によって変動するため、溶銑６１および／またはスラグ６２を流れる電流量（電気回路５１，５２を流れる電流量）が変動して溶融物レベルを正確に検知できないという問題が生じることとなる。

これに対し、本実施の形態では、電極本体１１の外周表面を被覆部材１２で被覆するようにしたので、電流は、溶銑６１および／またはスラグ６２（すなわち電気回路５１，５２）にのみ流れるため、溶融物レベルを正確に検知することが可能となる。

電極本体１１を被覆するための絶縁性耐火物としては、例えば不定形耐火物を用いる。このように構成される電極１０は、例えば、電極本体１１となる棒状の導電性耐火物の外周表面を被覆部材１２となる前述の不定形耐火物で被覆して成型する。そして、炉壁の該当する高さ位置に形成される貫通孔に挿入して埋設する。このように、電極１０を予めモジュール化しておけば、施工時の取り扱いが簡便である。

なお、電極の構成は、図２に示した構成に限定されるものではない。図３は、変形例における電極１０ａの構成例を説明する説明図であり、本構成の電極１０ａが埋設された炉壁の断面を示している。スクラップ溶解炉６内に熱源として投入されるコークスは、操業時において炉底に積層しており、図２に示す構成の電極１０を適用した場合のように電極１０の一端側の平坦な端面が炉壁内面と同一平面を形成して電極本体１１の一端面１１１が炉内に露出する構成では、炉底に積層したコークスが電極本体１１に接触し得る。このため、電極本体１１からコークスに電流が伝播してしまい、溶融物レベルの誤検知を生じる可能性がある。ここで、高炉において溶銑を製造する際に炉内に投入されるコークスは還元材の役割も果たすため、その粒径が炉内において次第に縮小する。これに対し、スクラップ溶解炉６において溶銑を製造する場合には、炉内に投入されるコークスの多くは投入時の大きさを保ったままである。

そこで、図３に示すように、電極１０ａにコークスＣが接触するのを避けるため、その断面積がコークスＣの平均断面積よりも小さい電極本体１１ａを用い、電極本体１１ａの一端面１１１ａを被覆部材１２ａの一端面よりもコークスＣの平均粒径以上内側に凹ませて電極１０ａの一端側の端面を断面視凹状に形成するとより望ましい。これにより、電極本体１１ａの一端面１１１ａにコークスＣが接触する事態を防止できる。なお、この電極１０ａにおいて、電極本体１１ａの他端部１１２は、図２の電極１０と同様に被覆部材１２ａの他端面よりも突出させている。

具体的には、コークスＣの粒径は、３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度である。そこで、本実施の形態では、コークスＣの平均粒径を５０ｍｍとする。そして、例えば電極１０ａの端面の径あるいは各辺の長さを少なくとも５０ｍｍ以下とすることで電極１０ａの断面積をコークスＣの平均断面積以下とし、電極本体１１ａの一端面１１１ａを被覆部材１２ａの一端面よりも５０ｍｍ以上凹ませて電極１０ａを成型する。そして、炉底部の所定の高さ位置において、図３に示すように、被覆部材１２ａの一端面が周囲の炉壁内面と同一平面を形成するように電極１０ａを埋設する。これによれば、図２の電極１０と同様に施工時の取り扱いが簡便であり、且つ電極本体１１ａに対するコークスＣの接触を防止できるので、溶融物レベルをより一層正確に検知することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態では、溶融物レベルを計測するために炉壁に埋設する電極１０を、導電性耐火物からなる電極本体１１の外周面が絶縁性耐火物からなる被覆部材１２で被覆された構成とし、電極１０の外周が絶縁された構成とした。これにより、電極本体１１から炉壁を形成しているカーボンレンガに電流が流れ出すことがなく、これに起因して電気回路５１，５２を流れる電流が変動することがない。また、電極本体１１の材質として導電性耐火物を用いることとしたので、金属を用いる場合のように酸化物を生成して電気回路５１，５２を流れる電流が変動することもない。したがって、スクラップ溶解炉６内の溶融物レベルを正確に計測することができる。これによれば、炉内の溶融物レベルを適正に監視することができるので、出銑初期等の非定常状態時のように、出銑口の周辺にコークスが詰まる等して短時間で炉内の溶融物レベルが上昇した場合であっても、操業トラブルを引き起こすことなく安定した操業が実現できる。

なお、上記した実施の形態では、スクラップ溶解炉の炉下部において炉壁に電極を埋設することとした。しかしながら、長期にわたってスクラップ溶解炉を操業する場合、上記したように炉壁に電極を埋設することとすると、例えば電極が破損した場合の交換作業が非常に困難である。すなわち、電極を交換する場合には、その埋設位置周辺の炉壁部分を構成している耐火レンガ（カーボンレンガ）を取り壊し、その後新しい電極を埋設して改めて耐火レンガを積む作業が必要となる。このため、施工に時間を要するとともにコストも増大する。

ところで、スクラップ溶解炉の中には、炉下部の炉壁の所定位置において、補修時に作業者が炉内に出入りするために開口される横穴としてのマンホールを備えたタイプのものが存在する。図４は、炉下部に設けられるマンホール７を示す正面図である。このマンホール７は、操業時は耐火レンガ７１が積まれて閉口され、炉下部の炉壁の一部を形成するが、例えば定期的あるいは不定期の補修時に取り壊されて開口されるようになっており、作業者は、このマンホール７から補修のために炉内に進入する。このマンホール７部分に電極１０ｂ（１０ｂ−１，１０ｂ−２，１０ｂ−３）を埋設するようにしてもよい。これによれば、マンホール７外の炉壁を取り壊す場合と比較して電極１０ｂの交換作業を容易に行うことができる。また、例えば補修時に電極１０ｂを交換することができるので、交換作業を効率良く行え、さらにはコストの増大を抑えることができる。

図４では、図４中に向かって左側の端縁部に高さの異なる３本の電極１０ｂ（１０ｂ−１，１０ｂ−２，１０ｂ−３）が埋設されて閉口されたマンホール７を例示している。電極１０ｂは、図２の構成を適用したものでもよいし、図３の構成を適用したものでもよいが、そのサイズ（電極本体１１ｂを被覆する外側の被覆部材１２ｂの外形形状）を、耐火レンガ７１の外形形状と同一寸法に成型する。これにすれば、電極１０ｂを埋設する高さ位置において耐火レンガ７１にかえて電極１０ｂを積めばよく、施工が簡便である。また、図４に例示するようにマンホール７の端縁部に電極１０ｂを埋設すれば、マンホール７を開口する際、電極１０ｂが埋設された端縁部を避けて耐火レンガ７１を取り壊したとしても作業者の出入りに邪魔にならない。すなわち、補修時において電極１０ｂを交換する必要がない場合には、電極１０ｂをマンホール７の端縁部に残しておくことができるので、コストの低減が図れる。ただし、電極１０ｂを埋設する位置は端縁部に限定されるものではない。

開口されたマンホール７は、炉内の補修後、耐火レンガ７１を積んで閉口する。ここで、上記したように、スクラップ溶解炉６では、炉下部の炉壁内面には炉壁を保護するためのラミング材が塗布されるが、開口されたマンホール７に耐火レンガ７１を積んで閉口してしまうと、このマンホール７部分において炉壁内面に露出する耐火レンガ７１の端面にラミング材を塗布する作業は困難であり、このマンホール７の炉内側は、耐火レンガ７１の端面が露出した状態となる。しかしながら、操業中に溶融物レベルが低下すると、炉壁内面に溶融物６０が付着する。この付着がマンホール７部分において露出した耐火レンガ７１の端面に生じると、付着した溶融物６０を介して電極１０ｂとマンホール７部分の耐火レンガ７１とが電気的に導通してしまい、溶融物レベルの誤検知を生じる可能性がある。

そこで、マンホール７の閉口時、耐火レンガ７１を積む過程で、電極１０ｂの高さ位置に電極１０ｂを埋設した後、少なくとも電極１０ｂの周囲に絶縁体を設けて電極１０ｂの周囲と耐火レンガ７１とを電気的に絶縁するようにしてもよい。これによれば、電気回路５１，５２を流れる電流が耐火レンガ７１に流れ出すことがなく、溶融物レベルを正確に検知することが可能となる。例えば、電極１０ｂ周辺の耐火レンガ７１の炉内側となる端面にラミング材を塗布する構成とすれば、施工が簡便である。また、本例では、電極１０ｂをマンホール７の端縁部に埋設することとしているので、マンホール７の電極１０ｂを埋設する側の端縁部から耐火レンガ７１を積むようにすることでラミング材の塗布作業を容易に行うことができる。なお、マンホール７を閉口するのに用いる耐火レンガの炉内側となる端面に事前にラミング材を塗布しておく構成としてもよい。そして、開口部分に耐火レンガを積み上げてマンホール７を閉口する際、少なくとも電極１０ｂの埋設位置近傍において、前述のように炉内側となる端面にラミング材が塗布された耐火レンガを配置することでマンホール７を閉口するようにしてもよい。

（実施例）
以下、本発明の実施例を示す。図５は、本実施例の溶融物レベル計測装置１ｃの構成およびこの溶融物レベル計測装置１ｃを適用したスクラップ溶解炉６ｃの炉下部を切り欠いて内部を示した模式図である。図５では、スクラップ溶解炉６ｃの炉下部において電極１０ｃ（１０ｃ−１，１０ｃ−２，１０ｃ−３）が埋設されたマンホール７ｃを含む切断面を示している。なお、図５において、実施の形態で説明した溶融物レベル計測装置１と同様の構成については同一の符号を付して示している。

本実施例では、スクラップ溶解炉６ｃとして、炉の内径が３４００ｍｍ、炉下部の幅が８００ｍｍであり、炉下部の炉壁の所定位置において高さが１２００ｍｍのマンホール７ｃを備えたものを用いた。

マンホール７ｃは、炉底からの高さが所定の高さ位置となるように３本の電極１０ｃ（１０ｃ−１，１０ｃ−２，１０ｃ−３）を埋設し、電極１０ｃ以外の部分に耐火レンガ（カーボンレンガ）を積んで施工した。具体的には、炉底部に電極１０ｃ−１を埋設し、炉底から６００ｍｍの高さ位置に電極１０ｃ−２を埋設し、炉底から１０００ｍｍの高さ位置に電極１０ｃ−３を埋設した。

図６は、本実施例の電極１０ｃの寸法例を示す図であり、図６（ａ）は、電極１０ｃの縦断面を示し、図６（ｂ）は、電極１０ｃの平面を示している。例示する電極１０ｃの寸法は、炉内に投入されるコークスの平均粒径を４０ｍｍ程度と想定した寸法である。すなわち、本実施例では、図６に示すように、電極本体１１ｃの縦の幅（炉壁に埋設された際に炉壁の高さ方向に沿う幅）を３０ｍｍ、横の幅を３５ｍｍ、長さを１１００ｍｍとした。また、被覆部材１２ｃを含めた電極１０ｃの断面の寸法は、マンホール７ｃを閉口する耐火レンガの断面の寸法と同一とし、縦の幅を６５ｍｍ、横の幅を１１４ｍｍとした。また、被覆部材１２ｃの長さは、閉口時のマンホール７ｃの厚さと同一とし、１１００ｍｍとした。

電極本体１１ｃの材質（導電性耐火物）としては、主成分がジルコニア（ＺｒＯ₂）のもので、カーボン（Ｃ）の含有割合が１７．４％のものを用いた。一方、被覆部材１２ｃの材質（絶縁性耐火物）としては、主成分がアルミナのものを用いた。

そして、電極本体１１ｃの一端面１１１ｃを被覆部材１２ｃの一端面よりも５０ｍｍ凹ませ、その分電極本体１１ｃの他端部１１２ｃを被覆部材１２ｃの他端面から突出させて電極１０ｃを成型した。また、本例の電極１０ｃには、電極本体１１ｃの他端部１１２ｃにケーブル接続用の接続孔１１５を設けた。これによれば、電極本体１１ｃに対するケーブルの接続作業をより容易に行える。

そして、電極１０ｃを埋設して耐火レンガを積んだ後、図５に示すように、炉内側の電極１０ｃを除く部分（炉内側に露出する耐火レンガの端面）に絶縁性の不定形耐火物であるラミング材８１を２００ｍｍ程度の厚さに塗布し、マンホール７ｃを閉口した。なお、マンホール７ｃの部分を除く炉下部の炉壁内面には、施工時にラミング材８２が塗布されている。

このようにマンホール７ｃ部分に埋設した電極１０ｃ−１，１０ｃ−２の他端側には、電圧発生装置２１ｃとして直流電源をケーブル接続し、電気回路５１ｃに直流電圧を印加する構成とした。これにより、溶融物レベルが上昇して電極１０ｃ−２の高さ位置に達すると、電気回路５１ｃに直流電流が流れる。また、この電極１０ｃ−１，１０ｃ−２間には１００Ωの電気抵抗３１１を直列に接続し、両端の電位差を測定する電圧計３１２を設けて電流検出装置３１ｃを構成した。

同様に、電極１０ｃ−１，１０ｃ−３の他端側に電圧発生装置２２ｃとして直流電源をケーブル接続し、電気回路５２ｃに直流電圧を印加する。これにより、溶融物レベルが上昇して電極１０ｃ−３の高さ位置に達すると、電気回路５２ｃに直流電流が流れる。電極１０ｃ−１，１０ｃ−３間には１００Ωの電気抵抗３２１を直列に接続し、両端の電位差を測定する電圧計３２２を設けて電流検出装置３２ｃを構成した。

電流検出装置３１ｃ，３２ｃは、それぞれＡ／Ｄ変換器４１およびＰＣ４２で構成されるデータ処理装置４０と接続し、電圧計３１２，３２２の検出信号をＡ／Ｄ変換器４１を介してＰＣ４２に出力する構成とした。

以上のように構成されるスクラップ溶解炉６ｃにおいて操業を開始し、溶融物レベルの計測を行った。図７は、溶融物レベルの計測結果を示す図である。図７では、横軸を時間とし、縦軸を電流値として、電気回路５１ｃを流れる電流の変化（電流変化曲線Ｇ１）を実線で示し、電気回路５２ｃを流れる電流の変化（電流変化曲線Ｇ２）を一点鎖線で示している。操業を開始すると、時間の経過とともにスクラップ溶解炉６ｃの炉下部には溶銑６１およびスラグ６２が徐々に貯留され、次第に溶融物レベルが上昇していく。

そして、溶融物レベルが電極１０ｃ−２の高さ位置に達すると電極１０ｃ−１，１０ｃ−２間が導通し、電流変化曲線Ｇ１に示すように、電気回路５１ｃに電流が流れる（Ｔ₁）。さらに時間が経過すると、溶銑６１の上面レベル（溶銑６１とスラグ６２との界面位置）が電極１０ｃ−２の高さ位置に達する。ここで、溶銑６１はスラグ６２と比べて電気抵抗が低い。このため、電気回路５１ｃに流れる電流は、電流変化曲線Ｇ１に示すように、溶融物レベルが電極１０ｃ−２の高さ位置に達したときよりも大きくなる（Ｔ₂）。また、その後の時間経過に伴って溶融物レベルがさらに上昇し、電極１０ｃ−３の高さ位置に達すると、電極１０ｃ−１，１０ｃ−３間が導通し、電流変化曲線Ｇ２に示すように、電気回路５２ｃに電流が流れる（Ｔ₃）。

そして、電極１０ｃ−３の高さ位置に達した時点（Ｔ₃）で警報を出力し、その後羽口からの送風を停止した。そして、炉下部において出銑口よりも低い高さに設けられるドレインホールから炉内の溶融物６０を全て排出し、出銑口付近のコークスを除去して（Ｔ₄）、その後操業を再開した（Ｔ₅）。この結果、羽口溶損といった操業トラブルを引き起こすことなく、短時間での操業再開が実現できた。

なお、マンホール７ｃの上端と羽口の高さとの差が大きく、マンホール７ｃの上端位置が危険液位に満たない場合には、溶融物レベルが電極１０ｃ−２の高さ位置に達した時点から溶融物レベルが電極１０ｃ−３の高さ位置に達した時点までの時間をもとに、出銑口が詰まる等の操業トラブルの発生の有無を判断して警報を出力するようにしてもよい。ここで、出銑口が詰まる等の操業トラブルの発生時は、出銑口からの溶融物６０の排出速度が非常に遅くなる。したがって、操業トラブルの発生時では、溶融物レベルが電極１０ｃ−２の高さ位置に達してから電極１０ｃ−３の高さ位置に達するまでの時間が短くなる。そこで、例えば、造銑滓速度と定常状態での出銑滓速度とをもとに、その差が予め設定される所定の閾値以上か否かを判定する。そして、閾値以上の場合に出銑口が詰まる等して操業トラブルが発生していると判断し、警報を出力するようにしてもよい。これによれば、マンホール７ｃの上端位置が危険液位に満たない場合であっても、操業トラブルの発生有無を判断して警報を出力することができる。

以上のように、本発明の溶融物レベル計測装置および溶融物レベル計測方法は、スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを正確に計測するのに適している。

１，１ｃ 溶融物レベル計測装置
１０（１０−１，１０−２，１０−３），１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 電極
１１，１１ａ，１１ｃ 電極本体
１２，１２ａ，１２ｃ 被覆部材
１１１，１１１ａ，１１１ｃ 一端面
１１２，１１２ｃ 他端部
２１，２２，２１ｃ，２２ｃ 電圧発生装置
３１，３２，３１ｃ，３２ｃ 電流検出装置
５１，５２，５１ｃ，５２ｃ 電気回路
４０ データ処理装置
４１ Ａ／Ｄ変換器
４２ ＰＣ
６，６ｃ スクラップ溶解炉
７，７ｃ マンホール
８１，８２ ラミング材
６０ 溶融物
６１ 溶銑
６２ スラグ

Claims (8)

1. スクラップ溶解炉の炉下部において、炉底からの異なる高さ位置に少なくとも２本の電極をそれぞれ一端が炉内側に露出し、他端が炉外側に露出するように炉壁内に設置し、該電極の他端を電圧源と接続して電気回路を形成し、該電気回路に流れる電流を検出して前記スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを計測する溶融物レベル計測装置であって、
   前記電極は、導電性耐火物からなる電極本体を備え、該電極本体の外周面が絶縁性耐火物からなる被覆部材で被覆されたことを特徴とする溶融物レベル計測装置。
2. 前記電極本体の断面積は、前記スクラップ溶解炉内に投入されるコークスの平均断面積よりも小さく、
   前記電極の一端は、前記電極本体の端面が前記被覆部材の端面よりも前記コークスの平均粒径以上内側に凹んだ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の溶融物レベル計測装置。
3. 前記スクラップ溶解炉の炉下部には、耐火レンガを用いて閉口され、炉内へ進入する際に開口される横穴が設けられており、
   前記電極は、前記横穴に設置されたことを特徴とする請求項１または２に記載の溶融物レベル計測装置。
4. 前記横穴を閉口する前記耐火レンガのうち、少なくとも前記電極の設置位置近傍を形成する耐火レンガの炉内側に露出する端面に絶縁性耐火物が塗布されたことを特徴とする請求項３に記載の溶融物レベル計測装置。
5. 導電性耐火物からなる電極本体の外周面を絶縁性耐火物からなる被覆部材で被覆して電極を構成し、該電極を、スクラップ溶解炉の炉下部の炉壁内において、一端が炉内側に露出し、他端が炉外側に露出するように炉底からの異なる高さ位置に少なくとも２本設置し、前記電極の他端を電圧源と接続して電気回路を形成して該電気回路に流れる電流を検出し、前記スクラップ溶解炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする溶融物レベル計測方法。
6. 前記電極本体の断面積は、前記スクラップ溶解炉内に投入されるコークスの平均断面積よりも小さく、
   前記電極の一端は、前記電極本体の端面が前記被覆部材の端面よりも前記コークスの平均粒径以上内側に凹んだ形状を有することを特徴とする請求項５に記載の溶融物レベル計測方法。
7. 前記スクラップ溶解炉の炉下部には、耐火レンガを用いて閉口され、炉内へ進入する際に開口される横穴が設けられており、
   前記電極が、前記横穴に設置されたことを特徴とする請求項５または６に記載の溶融物レベル計測方法。
8. 前記横穴を閉口する前記耐火レンガのうち、少なくとも前記電極の設置位置近傍を形成する耐火レンガの炉内側に露出する端面に絶縁性耐火物が塗布されたことを特徴とする請求項７に記載の溶融物レベル計測方法。

Images