JP5408417B2

JP5408417B2 - フェロニッケル製錬用電気炉の操業方法

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Publication number: JP5408417B2
Application number: JP2009160415A
Authority: JP
Inventors: 和也前場; 一哲川中
Original assignee: 株式会社日向製錬所
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2029-07-07
Also published as: JP2011017032A

Description

本発明は、フェロニッケル製錬用電気炉の操業方法に関し、さらに詳しくは、フェロニッケル製錬用電気炉の高負荷の操業条件において多量の焼鉱を処し、炉内温度維持のための主熱源としてスラグ浴抵抗により発熱を用いる場合においても、炉体内壁面を構成する耐火物表面に付着するコーチング量を良好な状況に維持して該耐火物を保護することができる操業方法に関する。

フェロニッケル製錬では、一般的に、原料鉱石としては、ガーニエライト鉱等の酸化ニッケル鉱石が用いられる。最も一般的に用いられるガーニエライト鉱の代表的な組成としては、乾燥鉱換算でＮｉ品位が２．１〜２．５質量％、Ｆｅ品位が１１〜２３質量％、ＭｇＯ品位が２０〜２８質量％、ＳｉＯ_２品位が２９〜３９質量％、ＣａＯ品位が＜０．５質量％、灼熱減量が１０〜１５質量％である。こうした酸化ニッケル鉱石を、通常は炭素質還元剤と共にロータリーキルンへ装入し、焙焼して、付着水分と結晶水とを除去し、一部還元された鉱石と炭素質還元剤とを含む焼鉱とし、得た焼鉱を例えば、三相交流電極式円形電気炉のような電気炉中に供給して還元熔融し、熔融物としてフェロニッケルメタルとスラグを得る。

まず、フェロニッケル製錬に用いる電気炉の従来の一般的な操業方法を説明する。電気炉の底部には溶融状態のメタル層が存在し、その上にスラグ層が存在する。交流電源は、スラグ層から所定の間隔ｘだけ離れて配置された電極とメタル層との間に接続し、電極とスラグ層との間でアークにより流れた電流が、スラグ層から溶融状態のメタル層に流れることにより、交流電源からの電力が電気炉内を加熱する。

上記操業では、アークにより発生する熱とスラグ層の抵抗により発生する熱でスラグ２層の上に供給される焼鉱を溶融し、スラグとメタルとを生成させ、比重分離する。この関係を電気的にみると、下記の式（１）が示される。

式（１）
Ｒ＝Ｒａ＋Ｒｂ
ここにおいて、Ｒは炉抵抗、Ｒａはアーク抵抗、Ｒｂはスラグ層の抵抗（スラグ浴抵抗）である。このような操業を行う場合、熱を発生する主要因はアーク抵抗Ｒａとなる。

実際の電気炉操業では、メタルやスラグの熔体温度や流れ性といった因子が重要な操業因子となるが、こうした操業因子は、スラグ層の温度と大きく関連するので、熱が発生する主要因となるアーク抵抗Ｒａを所望の値に調整することができれば、スラグ層の温度が一定になり、電気炉操業を安定して継続することができる。実際に、電極位置を上下する操作でアーク抵抗Ｒａを変えることはできる。

しかし、アーク抵抗Ｒａを状況に応じて正しく制御することは、困難である。また、フェロニッケル製錬の電気炉操業では、スラグ浴抵抗Ｒｂは、装入する焼鉱の種類や還元度の変化や、電気炉の還元度などに起因するスラグ組成の変化によって、大きく変動する。そのため、アーク抵抗Ｒａではなく、炉抵抗Ｒを一定として操業することが行われている。
そして、操業の中では焼鉱の処理量、スラグの組成、電極の消耗状況などの変動要因をできるだけ少ない変化量となるように管理している。

炉内整備を行った後、新たに操業を立ち上げる場合には、炉抵抗Ｒを一定として操業することは簡便である。例えば、焼鉱処理量を増加させる際には、電流値を上昇させて投入電力を大きくし、逆に焼鉱処理量を減少させる際には、電流値を低下させて投入電力を小さくすればよいからである。

とはいえ、前記したように、スラグ浴抵抗Ｒｂは装入する鉱石の種類の変化や、電気炉の還元度などに起因するスラグ組成の変化によって変動する。そのため、炉抵抗が変化しないようにほぼ一定として電気炉を操業することはアーク抵抗を変化させることになり、スラグ層の抵抗が大きくなった場合は、アーク抵抗は減少し、焼鉱の加熱熔解割合が減少し、そのかわりスラグ層が過剰に加熱されて、電気炉の炉体温度が上昇する。反対に、スラグ層の抵抗が小さくなった場合は、アーク抵抗は増大し、焼鉱の熔解割合は増加するものの、スラグ層の温度が低下して、電気炉側壁のコーチング層が異常に厚くなったり、スラグの半凝固層が炉内に発生したり、スラグの抜き出し時にメタルが混入したり、メタルの抜き出し時にスラグが混入したりするといった問題が発生する。

こうした問題点を解消するために、炉内スラグの組成および比電導度の相関関係を予め求め、任意時ｎにおいて、分析して得られる炉内スラグの組成から、予め求めた炉内スラグの組成と比電導度との相関関係により比電導度λｎを求め、比電導度λｎ、スラグ層の厚さＬｎ、および通電領域の直径Ｄから、以下の式（２）に従いスラグ浴抵抗Ｒｂを求め、得られるスラグ浴抵抗Ｒｂｎ、および任意の一定値に設定されたアーク抵抗Ｒａから、炉抵抗Ｒを求め、この炉抵抗となるように、通電（電流）を調整して制御する方法が提案されている（特許文献１第１、２、３頁参照）。即ち、アーク抵抗を一定とする操業方法が提案されている。

式（２）
Ｒｂｎ＝１０００×Ｌｎ／（λｎ×π×（Ｄ／２）^２）

ところで、近時の増産要求やコスト削減の要求は厳しく、如何に既設の電気炉を用いて生産量の増加を図るかが大きな課題となっている。こうした課題を解決するためには、電気炉内への焼鉱供給量を可能な限り増加させた操業を採らざるを得なくなっている。
こうした操業では、前記アーク抵抗による発熱を主熱源とする方法では必要熱量をまかなえず、あえて電極をスラグ層内に浸漬させ、スラグ浴抵抗Ｒｂによる発熱を用いて電気炉操業を行うようになっている。

図１にそうした現状で操業されている電気炉内の概要図を示す。
図１において、フェロニッケル製錬用電気炉は、その内部は耐火物により構成され、該電気炉内底部に溶融状態のメタル１層、溶融状態のスラグ２層が存在し、スラグ２層表面を焼鉱４が層状に覆っている。焼鉱４は、焼鉱シュートから電気炉内のスラグ層上部に装入されている。
炉の内部に、スラグ２層内浸漬するように層状の焼鉱４を貫通して炭素電極３が挿入され、交流電力が投入され、電流がスラグ２層とメタル１層を介して電極間を流れ、発熱してメタル温度を１３００〜１４００℃、スラグ温度を１５００〜１６００℃に維持し、これにより焼鉱を還元溶融してメタル１とスラグ２とを形成し、比重差によりメタル１層とスラグ２層とに分離している。
生成したメタル１はメタルタップホール６から、スラグ２はスラグタップホール５から適宜抜き出し、次工程に供している。そして、メタルからはフェロニッケル製品、スラグからは骨材等を得ている。

耐火物がメタル１層とスラグ２層と接触する面には図示しないコーチングと称する固体層が生成している。このコーチング層には熱的なクッションとしての機能を果たさせている。したがって、コーチング層の厚さは、スラグ２層が冷却されすぎないように、かつ耐火物が過熱され過ぎないように調節する。コーチング層が減少又は消失してしまうと、耐火物表面への熱負荷が増大し、耐火物は熔損してしまい、ひいては電気炉本体を損傷させ、破壊させてしまうからである。逆に、コーチング層が過度に成長すると、実際の炉内容積が減少し、メタルとスラグとの界面が上昇し、スラグをスラグタップホールから炉外に抜き出す際に、スラグ中にメタルが混入するという事態を招くからである。また、メタルタップホールの実際の距離が長くなり、炉内の抜き口位置が上昇し、メタルタップホールからメタルを抜き出す際にメタル中にスラグが混入して製品品質を低下させるという事態も招くからである。また、実際の炉内容積の減少は操業効率の低下をもたらすことになるからである。よって、コーチング層の厚さを適切に調整しながら操業することが電気炉操業での重要な課題となっている。

コーチング層の生成状況を直接監視することは困難である。しかしながら、コーチング層の厚さが薄くなると、電気炉の側壁温度が上昇し、厚くなると低下することから、電気炉側壁温度を監視することによりコーチング層の厚さの適否を推察している。具体的な温度は、その炉の大きさ、特に耐火物の厚さにより異なるが、一般的なフェロニッケル製錬用電気炉では、その側壁温度が、２００〜３５０℃程度であれば、適切なコーチング層が維持されていると見なされている。すなわち、側壁温度がこの温度範囲を上回るときには、コーチング層の厚さが薄くなってきており、耐火物表面の保護には不充分な厚さとなっており、一方、この温度範囲を下回るときには、コーチング層の厚さが過剰であり、炉内容積の減少の虞があり、炉内温度を調整する何らかの手段をとることことが必要と判断し、適切なコーチング層の厚さを得るように操業条件を調整する。

ところで、前記したフェロニッケル製錬用電気炉の操業では、電極間に投入された電力と電気炉内の炉抵抗Ｒとの関係は下記式（３）で示される。

式（３）
電力（ＭＷ）＝電圧（Ｖ）×電流（ｋＡ）×√３
＝電流（ｋＡ）^２×炉抵抗Ｒ（ｍΩ）×３／１０００

なお、電気炉内に焼鉱シュートを介して供給され焼鉱が形成する焼鉱層の電気伝導率は、スラグ層やメタル層に比較して無視できる程度に小さいのでスラグ層内に浸漬された電極に投入された電流の大半はスラグ層とメタル層を介して流れている。

ところで、電極をスラグ層に浸漬して操業する場合、電極をスラグ層の内部に深く挿入すればするほど炉抵抗Ｒは小さくなり、スラグ層全体を強く加熱できる。スラグ層全体を強く加熱しすぎた場合には、コーチング層の厚さが減少して耐火物の熔損を招く虞が高くなる。一方、電極を引き上げて浅く浸漬、場合によってはスラグ層の直上に位置して電極とスラグ層との間でアークが発生する位置まで引き上げてしまうと、電極近傍のスラグのみを加熱するようになり、スラグ層全体の温度が低下してコーチング層の厚さは厚くなり、耐火物への熱負荷は減少するものの、前記したスラグやメタルの抜き出し時のトラブルを招く虞が高くなる。
こうした操作を繰り返して炉抵抗一定になるように操業を行った場合、コーチング層の厚さの代替特性として測定される側壁温度は、例えば、図２に示すように激しく変動し、適切な温度範囲とされる２００〜３５０℃の範囲を逸脱する。
このように、高負荷での操業条件において電気炉操業を行う場合に、処理量の増減、スラグ組成変動等の操業要因の変動に応じて、炉抵抗Ｒを最適値になるように電極位置を調節し、炉体への熱負荷を一定に維持し、コーチング厚さを一定に維持して電気炉内の耐火物を保護することが可能なフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法が求められている。

確かに、前記特許文献１にはスラグ浴抵抗Ｒｂを炉内スラグの組成から、予め求めた炉内スラグの組成と比電導度との相関関係により比電導度λｎを求め、比電導度λｎ、スラグ層の厚さＬｎ、および通電領域の直径Ｄから、下記式（４）に従いスラグ浴抵抗Ｒｂを求める方法が開示されている（特許文献１第２、４頁参照）。

式（４）
Ｒｂ＝１０００×Ｌｎ／（λｎ×π×（Ｄ／２）^２）

従来のアーク抵抗値Ｒａとスラグ浴抵抗Ｒｂとの和で示される炉抵抗Ｒを操業条件として用いる場合には、スラグ浴抵抗Ｒｂの持つ誤差の影響は、アーク抵抗値Ｒａの存在により相対的に薄められることになり、大きな問題とはならない。しかし、現下に要求さている浴抵抗Ｒ＝スラグ抵抗Ｒｂとなる操業では、前記式（４）で得られるスラグ抵抗Ｒｂの有する誤差の影響は無視できない。

このように、高負荷での操業条件において焼鉱処理を行い、炉内温度維持のための主熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いる電気炉操業について、処理量の増減、スラグ組成変動等の操業要因の変動に応じて、炉抵抗を最適値になるように電極位置を調節し、炉体への熱負荷を一定に維持し、コーチング厚さを一定に維持して電気炉内の耐火物を保護することが可能なフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法が求められている。

特開２００４−０６８０４８号公報（第１、２、３頁参照）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、高負荷での操業条件において焼鉱処理を行い、炉内温度維持のための主熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いる電気炉操業において、処理量の増減やスラグ組成変動等の操業要因の変動に対応し、炉体への熱負荷を一定に維持し、コーチング厚さを一定に維持して電気炉内の耐火物を保護することが可能なフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、高負荷での操業条件において焼鉱処理を行い、炉内温度維持のための主熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いる電気炉操業方法について、鋭意研究を重ねた結果、炉体への熱負荷が最適となる炉抵抗Ｒと対応する投入電力との間に特定の関係があること、炉抵抗とスラグ組成との間に特定の関係があることを見いだし、この関係より、投入電力に応じた炉抵抗Ｒを求め、実際の任意時ｎの炉抵抗Ｒｎが前記炉抵抗Ｒになるように電極位置を調整し、またスラグ組成が変化した場合には炉抵抗Ｒを補正することにより炉体への熱負荷を一定に維持してコーチング層を適切な厚さに維持できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、炉内温度維持のための主要熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いて焼鉱を熔融するフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法において、電力負荷の増減に応じ、下記の式（５）を満足する炉抵抗Ｒを予め求め、実操業で得られる任意時ｎの炉抵抗Ｒｎの値が該炉抵抗Ｒになるように電極位置を自動制御することを特徴とするフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法が提供される。

式（５）
Ｒ（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（３５−０．３×電力（ＭＷ））^２

また、本発明の第２の発明によれば、前記第１の発明において、式（５）の右辺分母である（３５−０．３×電力（ＭＷ））^２の代わりに、スラグ中の鉄品位による補正項Ａとスラグの塩基度による補正項Ｂとを含む（３５−０．３×電力（ＭＷ）＋３５＋Ａ＋Ｂ）^２を用いた式（６）を用い、かつ、補正項Ａと補正項Ｂとを以下の式（７）、（８）より求められるものであることを特徴とするフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法が提供される。

式（６）
炉抵抗（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５＋Ａ＋Ｂ）^２

式（７）
補正項Ａ＝（スラグ中の鉄品位（質量％）−７．０）×ａ
ここにおいて、式中のａは、単位鉄品位（質量％）当たりの電流変化量（ｋＡ）を表し、スラグ中の鉄品位による電気抵抗値の変化（ｍΩ／ΔＦｅ％）によって決まる０．５〜１．０の範囲の定数である。

式（８）
補正項Ｂ＝（スラグの塩基度（ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）−０．６３）×ｂ
ここにおいて式中ｂは、単位塩基度（ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）当たりの電流変化量（ｋＡ）を表し、スラグの塩基度による電気抵抗値の変化（ｍΩ／Δ塩基度）によって決まる５０〜１５０の範囲の定数である。

また、本発明の第３の発明によれば、前記炉抵抗Ｒと下記式（９）及び下記式（１０）とを用いて操業電流と操業電圧を求め、それぞれを基準電流値、基準電圧値とし、操業の任意時ｎにおける操業電流値ｎと操業電圧値ｎとがそれぞれ基準電流値、基準電圧値を維持するように電極位置を制御することを特徴とするフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法が提供される。

式（９）
操業電流（ｋＡ）＝｛（１０００／３）×電力（ＭＷ）／炉抵抗（ｍΩ）｝^１／２

式（１０）
操業電圧（ｋＶ）＝（１／√３）×電力（ＭＷ）／電流（ｋＡ）

また、本発明の第３の発明によれば、第１〜３いずれかの発明において、前記電力負荷は、２０〜４５ＭＷであることを特徴とするフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法が提供される。

本発明のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法は、高負荷での操業条件において焼鉱処理を行い、炉内温度維持のための主熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いる電気炉操業において、焼鉱処理量の変動やスラグ層の組成変動が生じても、容易に最適炉抵抗Ｒを求め、操業結果で得られる操業の任意時ｎの実炉抵抗Ｒｎを最適炉抵抗Ｒｎになるように電極の位置を自動制御することにより、炉体への熱負荷を一定に維持して、コーチング層の厚さを一定とできるため、その工業的価値は極めて大きい。

現状のフェロニッケル製錬電気炉操業の状態を説明するため図である。従来操業における電気炉側壁温度の推移を示した図である。従来操業における電力と電流値との関係を表す図である。実施例１の電気炉側壁温度の推移を示した図である。実施例１の操業時における、炉抵抗（ｍΩ）と電力（ＭＷ）の関係を示した図である。

以下、本発明のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法を詳細に説明する。
１．電力負荷の増減での操業方法
本発明のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法は、炉内温度維持のための主要熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いて焼鉱を熔融するフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法において、電力負荷の増減に応じ、下記の式（１１）を満足する炉抵抗Ｒを予め求め、実操業で得られる任意時ｎの炉抵抗Ｒｎの値が該炉抵抗Ｒになるように電極位置を自動制御することを特徴とする。

式（１１）
Ｒ（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５）^２

そして操業度の増減即ち、電力負荷の増減に応じ、式（１１）に、所望の電力値を代入することで、制御目標とする炉抵抗Ｒを求めることができる。そして、実操業の任意時ｎにおける炉抵抗Ｒｎの値が該炉抵抗Ｒになるように電極位置を調整する。
すなわち、従来の一般的な炉抵抗を固定しておこなう電気炉の操業方法に対し、操業度の増減に応じて電力負荷を高くする際には、炉体への過度の熱負荷上昇によるコーチング消失を防止するために、炉抵抗を上昇させ、すなわち、電極先端位置を上昇させて、局部加熱を志向し、逆に、電力負荷を低くする際には、熱負荷低下による過度のコーチング成長を防止するために、炉抵抗を低下させ、すなわち、電極先端位置を下降させて、全体加熱を志向することができるようにするものである。

次に、下記式（１２）の導出について説明する。式（１２）は図３に示すように操業データを解析して得られたものである。

式（１２）
Ｒ（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５）^２

図３は、図２で温度変化が上昇から下降、あるいは下降から上昇に転じた際、つまり、側壁温度の変化割合が極小化した際の前後３日間のデータを、約４ヶ月間の操業記録中から抽出し、そこから保温・停電などによる非定常状態に対応する電力２０ＭＷ以下のデータを削除して横軸に電力値、縦軸に電流値をとり、各データを白丸でプロットして得た図である。
図３から、炉内が安定状態とは言え、かなりばらついた操業を繰り返していることが示されている。図３の結果を基に解析し、安定操業を図るために操業の管理基準としてその中間的な値となるように電流値と電力との関係を求めて式（１３）を得た。

式（１３）
電流（ｋＡ）＝−０．３×電力（ＭＷ）＋３５

さらに、上記式（１３）と下記式（１４）とを組み合わせると、下記式（１５）がえられる。

式（１４）
電力（ＭＷ）＝電流（ｋＡ）^２×炉抵抗Ｒ（ｍΩ）×３／１０００

式（１５）
Ｒ（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５）^２
なお、式（１５）と式（１２）とは同じ式である。

本発明の操業方法では、具体的操業方法として炉抵抗自体を計測し、管理するやり方もある。また、電力負荷の増減に対応して必要として求められた炉抵抗Ｒを下記式（１６）に代入し、操業電流を求め、これを式（１７）に代入して操業電圧を求め、それぞれを基準操業電流、基準操業電圧とし、それぞれその値を維持するように電極位置を制御するやり方も可能である。実操業上最も簡便な方法は後者である。

式（１６）
操業電流（ｋＡ）＝｛（１０００／３）×電力（ＭＷ）／炉抵抗（ｍΩ）｝^１／２

式（１７）
操業電圧（ｋＶ）＝（１／√３）×電力（ＭＷ）／電流（ｋＡ）

２．電力負荷の増減及びスラグ組成の変動での操業方法
本発明のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法は、電気炉の高負荷での操業条件において焼鉱処理を行い、炉内温度維持のための主熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いる電気炉操業について、電力負荷の増減及びスラグ組成の変動に応じ、式１５の右辺分母である（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５）^２の代わりに、スラグ中の鉄品位による補正項Ａとスラグの塩基度による補正項Ｂとを含む（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５＋Ａ＋Ｂ）^２を用いて以下の式（１８）得る。

式（１８）
Ｒ´（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５＋Ａ＋Ｂ）^２

補正項Ａはスラグ中の鉄品位に係る補正項であり、式（１９）により求められる。

式（１９）
Ａ＝（スラグ中の鉄品位（質量％）−７．０）×ａ
ここで、式中のａは、単位鉄品位（質量％）当たりの電流変化量（ｋＡ）を表し、スラグ中の鉄品位による電気抵抗値の変化（ｍΩ／ΔＦｅ％）によって決まる０．５〜１．０の範囲の一定値である。

補正項Ａは、鉄品位の基準値として、通常操業のスラグ中の平均的な鉄品位である７．０質量％を用いて、その変動幅をもとめ、その変動幅と、単位鉄品位当たりの電流変化量の実績値との積で表している。例えば、塩基度が０．６１０で、Ｆｅ品位が５質量％では、炉抵抗が１３ｍΩであり、塩基度が０．６２５で、Ｆｅ品位が５質量％では、炉抵抗が１２ｍΩであり、塩基度が０．６１０で、Ｆｅ品位が１０質量％では、炉抵抗が９ｍΩであり、塩基度が０．６２５で、Ｆｅ品位が１０質量％では、炉抵抗が８ｍΩであるので、Ｆｅ品位５質量％の上昇で、炉抵抗が４ｍΩ減少し、単位Ｆｅ品位当たり０．７ｋＡの補正が必要となる。

また、補正項Ｂはスラグの塩基度に係る補正項であり、式（２０）により求められる。

式（２０）
Ｂ＝（スラグの塩基度（ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）−０．６３）×ｂ
ここで、式中ｂは、単位塩基度（ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）当たりの電流変化量（ｋＡ）を表し、スラグの塩基度による電気抵抗値の変化（ｍΩ／Δ塩基度）によって決まる５０〜１５０の範囲の一定値である。）

ここで、補正項Ｂは、塩基度の基準値として、通常操業のスラグの平均的な塩基度である０．６３を用いて、その変動幅をもとめ、その変動幅と、単位塩基度当たりの電流値変化量の実績値との積で表している。例えば、前記した塩基度と炉抵抗のデータから、塩基度０．０１５の上昇で、炉抵抗が１ｍΩの減少し、単位塩基度当たり７０ｋＡの補正が必要となる。

これにより、Ｆｅ品位又は塩基度が高くなった場合、スラグの電気伝導率の上昇に伴う電極位置の上昇を防ぐため、炉抵抗を小さく設定することになる。逆に、Ｆｅ品位又は塩基度が低くなった場合、スラグの電気伝導率の低下に伴う電極位置の降下を防ぐため、炉抵抗を大きく設定することになる。

上記補正項を含む式で炉抵抗Ｒを求め、実操業の任意時ｎにおける炉抵抗Ｒｎを該Ｒになるように電極位置を調節する方法は、スラグ組成の変動が大きい場合に適用すると好ましい結果が得られる。すなわち、フェロニッケル製錬用電気炉のスラグでは、前述したような原料鉱石に由来するＦｅＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ等のスラグ成分を含有している。これらのスラグ成分は、鉱石の組成変動等によって変動し、かつスラグの融点、電気伝導率等により熔解電力に大きく影響する。この中で、特に、一般的には、Ｆｅ品位と塩基度（通常は、ＳｉＯ_２質量％に対するＭｇＯ質量％の比：ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）とが、組成変動による電気伝導率の重要な管理項目である。

上記操業方法において、前記電力負荷としては、特に限定されるものではないが、後述の実施例によれば、２０〜４５ＭＷが好ましい。

以下に、本発明の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
（実施例１）

本実施例では、外径が１８．５ｍ、内径が１６．５ｍの設備能力７０ｔ／ｈレベルの三相交流炭素電極式円形電気炉であり、電極（ゼータベルグ式自焼成炭素電極）は３本で外径がそれぞれ１．７ｍであり、交流電源のトランス容量を７０ＭＶＡとした。
用いた焼鉱は、平均鉄品位が１７．０質量％、平均Ｎｉ品位が２．７１質量％、平均ＭｇＯ品位が２７．４質量％、平均ＳｉＯ_２品位が４４．９質量％である。この焼鉱を、８４ｔ／ｈの高負荷での操業条件において前記炉内に投入し、メタル温度を１３００〜１４００℃、スラグ温度を１５００〜１６００℃となるように試験操業を行った。得られたスラグは７３．２ｔ／ｈで、産出粗メタルは１０．３ｔ／ｈであった。
なお、電気炉の操業方法として、電力負荷の増減及びスラグ組成の変動に応じ、下記の式を満足する炉抵抗Ｒを予め求め、この炉抵抗Ｒから基準となる操業電流Ａと操業電圧Ｖとを求め、実操業の任意時ｎの操業電流Ａｎと操業電圧ＶｎとがそれぞれＡ、Ｖとなるように炭素電極位置を自動制御する方法を採用した。この間、電気炉の側壁温度を継続的に測定した。結果を図４に示す。また、用いた計算式を以下に示した。
炉抵抗（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５＋Ａ＋Ｂ）^２
ここで、式中Ａは、Ａ＝（スラグ中の鉄品位（質量％）−７．０）×０．７、また、式中Ｂは、Ｂ＝（スラグの塩基度（ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）−０．６３）×１２０なる関係式を用いた。
図４より、側壁温度は、例えば、従来の炉抵抗を固定した場合の操業（図２参照。）と比べて、その変動幅が小さく、２００〜３５０℃の所望の範囲内に十分制御され、安定な操業が行なわれたことが分かる。
尚、図５に、実施例１の操業時における、炉抵抗（ｍΩ）と電力（ＭＷ）の関係を示す。

（実施例２）
用いた式を、補正項を使用しない下記式とした以外は実施例１と同様試験操業を行った。この間、電気炉の側壁温度を継続的に測定した。得られた結果は実施例１の結果よりも変動が多いものの、２００〜３５０℃の範囲を逸脱することはなかった。
炉抵抗（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５）^２

以上より明らかなように、本発明のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法に従えば、電気炉の高負荷での操業条件において焼鉱処理を行い、炉内温度維持のための主熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いる電気炉操業の場合でも、処理量の増減やスラグ組成変動等の操業要因の変動に対応し、炉体への熱負荷を一定に維持し、コーチング厚さを一定に維持して電気炉内の耐火物を保護することが可能となる。したがって、前記のような場合でも、煉瓦の熔損を抑制し、炉のライフを延長することができるため、経済的効果は大きい。
また、本発明の方法はフェロニッケル製錬用電気炉以外の電気炉における操業にも有効であり、産業的効果は大きい。

１メタル
２スラグ
３電極
４焼鉱
５スラグタップホール
６メタルタップホール

Claims

炉内温度維持のための主要熱源としてスラグ浴抵抗による発熱を用いて焼鉱を熔融するフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法において、電力負荷の増減に応じ、下記の式（２１）を満足する炉抵抗Ｒを予め求め、実操業で得られる任意時ｎの炉抵抗Ｒｎの値が該炉抵抗Ｒになるように電極位置を自動制御することを特徴とするフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法。
式（２１）
Ｒ（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（３５−０．３×電力（ＭＷ））^２
式（２１）の右辺分母である（３５−０．３×電力（ＭＷ））^２の代わりに、スラグ中の鉄品位による補正項Ａとスラグの塩基度による補正項Ｂとを含む（３５−０．３×電力（ＭＷ）＋３５＋Ａ＋Ｂ）^２を用いた下記式（２２）を用い、かつ、補正項Ａと補正項Ｂとを以下の式（２３）、（２４）より求めることを特徴とする請求項１記載のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法。
式（２２）
炉抵抗（ｍΩ）＝（１０００／３）×電力（ＭＷ）／（−０．３×電力（ＭＷ）＋３５＋Ａ＋Ｂ）^２
式（２３）
補正項Ａ＝（スラグ中の鉄品位（質量％）−７．０）×ａ
ここにおいて、式中のａは、単位鉄品位（質量％）当たりの電流変化量（ｋＡ）を表し、スラグ中の鉄品位による電気抵抗値の変化（ｍΩ／ΔＦｅ％）によって決まる０．５〜１．０の範囲の定数である。
式（２４）
補正項Ｂ＝（スラグの塩基度（ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）−０．６３）×ｂ
ここにおいて式中ｂは、単位塩基度（ＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量％比）当たりの電流変化量（ｋＡ）を表し、スラグの塩基度による電気抵抗値の変化（ｍΩ／Δ塩基度）によって決まる５０〜１５０の範囲の定数である。
前記炉抵抗Ｒより、下記式（２５）及び下記式（２６）を用いて操業電流と操業電圧を求め、それぞれを基準電流値、基準電圧値とし、操業の任意時ｎにおける操業電流値Ａｎと操業電圧値Ｖｎとがそれぞれ基準電流値、基準電圧値を維持するように電極位置を制御する特徴とする請求項１または２記載のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法。
式（２５）
操業電流（ｋＡ）＝｛（１０００／３）×電力（ＭＷ）／炉抵抗（ｍΩ）｝^１／２
式（２６）
操業電圧（ｋＶ）＝（１／√３）×電力（ＭＷ）／電流（ｋＡ）
前記電力負荷は、２０〜４５ＭＷであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法。