JP6492547B2 - 溶融金属の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、材料装入を複数回行う場合において、要旨を逸脱しない範囲において、炉体の旋回を含む各工程を適宜設計することができる。
まず、本発明の一実施形態にかかる溶融金属の製造方法において用いる電気炉1の一例について、簡単に説明する。図1に、電気炉1の外観の示し、図2に電気炉1における制御系統の構成を示す。
上記のように、制御部60は、各冷却部50において炉体10の壁面10aの各部を冷却した水の温度と、電極25の高さ位置とを制御パラメータとして、炉体旋回部30による炉体10の旋回を制御する。それぞれのパラメータに基づく炉体10の旋回の制御の方法について、以下に説明する。
冷却部50において、温度計測部51によって計測される炉体10の壁面10aの各部位を冷却した水の温度は、その部位における炉体10の壁面10aの温度が高いほど、高くなる。各冷却部50において、外部(冷却機等)から供給する水の温度、および炉体10の壁面10aの単位面積に対する水の供給速度が同じであれば、計測された冷却水の温度が高い部位ほど、炉体10の壁面10aが高温になっているとみなすことができる。炉体10の壁面10aのある部位に着目した際に、その部位の近くに溶融した金属材料(溶融金属M)が存在するほど、その部位の温度が高くなる。また逆に、まだ溶融していない金属材料(固体金属S)が炉体10の壁面10aのある部位の近くに存在する場合には、輻射熱を受けないので、その部位の温度が低くなる。よって、炉体10の壁面10aを冷却した水の温度が高い部位ほど、壁面10aの近くに溶融金属Mが存在すると推定することができる。
上記のように、本電気炉1においては、金属材料(固体金属Sまたは溶融金属M)の表面から各電極25の先端までの距離を一定に維持するように、炉蓋・電極保持装置40の電極駆動機構43aによって電極25の高さ位置が調整される。そして、電極位置計測部43bによって、基準位置に対する電極25の高さがモニターされる。これらを利用して、電極位置計測部43bによって計測された各電極25の高さ位置を指標として、金属材料自体の不均一性に起因する溶融状態の空間的不均一性を推定することができる。
以上で説明したように、炉体10の壁面10aに設けた冷却部50で計測された水温の空間分布は、炉体10の旋回面内における電極25と金属材料の位置関係に起因する金属材料の溶融状態の空間的不均一性を主に反映しており、炉体10を電極25に対して旋回させることで、その空間的不均一性を解消しやすい。これに対し、電極25の高さ位置の分布は、金属材料それ自体の不均一性に起因する溶融状態の空間的不均一性を主に反映しており、炉体10を電極25に対して旋回しない状態に維持することで、その空間的不均一性を解消しやすい。しかし、冷却水の水温の空間分布と電極25の高さの不均一性は、独立したパラメータではなく、いずれかの要因によって生じた溶融状態の空間的不均一性が、両方のパラメータに影響を与えることもある。例えば、金属材料自体の不均一性によって、特定の電極の近傍において金属材料の溶融の進行が遅くなっていれば、その電極の高さ位置が他の電極の高さ位置よりも高くなるだけでなく、その電極に近い冷却部50において計測される水温が、他の電極に近い冷却部50で計測される水温よりも低くなるはずである。あるいは、図3(c)のように、炉体10の旋回面内における電極25と金属材料の位置関係に起因するホットスポットおよびコールドスポットの形成が、3つの電極25に対して不均等に起こっている場合には、電極25の高さ位置にも不均一性が生じるはずである。
以上においては、所定量の固体状態の金属材料がすでに炉体10に投入され、その金属材料を溶融する途上において炉体10の旋回を制御する状況を主に念頭において、制御方法の説明を行った。しかし、上記のような炉体10の旋回の制御を、金属材料を炉体10に投入する途中においても行うことで、金属材料の効率的な溶融に、一層高い効果を発揮することができる。以下に、金属材料の炉体10への投入および炉体10の旋回を含む金属材料の溶融工程について、順を追って説明する。
・金属材料を収容する炉体と、
前記炉体に挿入され、前記炉体中の前記金属材料との間の距離を一定に保ちながら、アーク放電によって前記金属材料を溶融させる複数の電極と、
前記炉体を旋回させ、前記複数の電極に対する前記炉体の相対位置を変化させることができる炉体旋回部と、を有する電気炉を用い、
前記炉体に前記金属材料を初装金属材料として投入する初装工程と、
前記複数の電極に通電して、前記初装金属材料の一部を溶融させる第一溶融工程と、
前記第一溶融工程の後に、前記炉体を前記炉体旋回部によって旋回させてから前記炉体に前記金属材料を追加投入する追装工程と、
前記追装工程の後に、前記複数の電極に通電し、前記炉体中の前記金属材料を溶融させる第二溶融工程と、を含む溶融金属の製造方法。
・前記第一溶融工程および前記第二溶融工程の少なくとも一方の途中に、前記炉体旋回部によって前記炉体の旋回が行われることを特徴とする上記の溶融金属の製造方法。
10 炉体
10a 炉体の壁面
11 出鋼口
12 出滓口
20 炉蓋
25(25a〜25c) 電極
30 炉体旋回部
40 炉蓋・電極保持装置
41 炉蓋支持部
42 電極支持部
43 駆動部
50(A〜L) 冷却部
51 温度計測部
60 制御部
90 プラットフォーム
M 溶融金属
S 固体金属
Claims (8)
- 金属材料を収容する炉体と、
前記炉体に挿入され、前記炉体中の前記金属材料との間の距離を一定に保ちながら、アーク放電によって前記金属材料を溶融させる複数の電極と、
前記炉体を旋回させ、前記複数の電極の前記炉体への挿入方向に交差する面内で、前記複数の電極に対する前記炉体の相対位置を変化させることができる炉体旋回部と、
前記複数の電極の前記炉体への挿入方向に沿った位置を計測する電極位置計測部と、を有する電気炉を用い、
前記電極位置計測部によって計測された前記複数の電極の位置を含む制御パラメータに基づいて、前記炉体旋回部による前記炉体の旋回を制御することを特徴とする溶融金属の製造方法。 - 前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、
前記複数の電極のうち一部の電極に近接する部位と、他の電極に近接する部位との間で、前記金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の基準A以上であれば、前記炉体を停止した状態に維持することを特徴とする請求項1に記載の溶融金属の製造方法。
- 前記電極位置計測部によって計測された前記複数の電極の位置の不均一性が、所定の位置分布基準以上であれば、前記炉体を停止した状態に維持することを特徴とする請求項1または2に記載の溶融金属の製造方法。
- 前記電気炉は、前記炉体の壁面に設けられ、冷媒を供給して前記炉体を冷却する冷却部と、
前記炉体の壁面の複数の位置において前記冷媒の温度を計測する温度計測部と、をさらに有し、
前記制御パラメータは、前記温度計測部によって計測された前記炉体の壁面の各位置における前記冷媒の温度をさらに含むことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の溶融金属の製造方法。 - 前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、
前記複数の電極に近接する部位と、前記複数の電極から離れた部位の間で、前記金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の基準B以上であれば、前記炉体の旋回を行うことを特徴とする請求項4に記載の溶融金属の製造方法。 - 前記温度計測部によって計測された前記炉体の壁面の各位置における前記冷媒の温度の不均一性が、所定の温度分布基準以上であれば、前記炉体の旋回を行うことを特徴とする請求項4または5に記載の製造方法。
- 前記炉体に前記金属材料を初装金属材料として投入する初装工程と、
前記複数の電極に通電して、前記初装金属材料の一部を溶融させる第一溶融工程と、
前記第一溶融工程の後に、前記炉体を前記炉体旋回部によって旋回させてから前記炉体に前記金属材料を追加投入する追装工程と、
前記追装工程の後に、前記複数の電極に通電し、前記炉体中の前記金属材料を溶融させる第二溶融工程と、を含み、
前記第一溶融工程および前記第二溶融工程の少なくとも一方の途中に、前記制御パラメータに基づいた前記炉体旋回部による前記炉体の旋回の制御が行われることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の溶融金属の製造方法。 - 前記第一溶融工程において、前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記初装金属材料の溶融量を推定し、所定の閾溶融量以上となっていれば、前記追装工程を実行することを特徴とする請求項7に記載の溶融金属の製造方法。
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