JP6515490B2 - 電気炉の操業方法 - Google Patents

Description

この発明は電気炉の操業方法に関し、詳しくは炉体を電極に対して回転させる回転装置を備えた電気炉の操業方法に関する。

金属スクラップ等の金属材料を溶解する溶解炉として、従来、炉体内に挿入した３本の電極と炉体内の金属材料との間でアークを発生させ、アーク熱によって金属材料を溶解する三相交流式アーク炉が広く用いられている。

ところで、この種電気炉で発生するトラブルの一つとして、耐火物の異常溶損等により炉体内部の金属の溶湯が、炉体のある個所から炉体外に漏れる漏湯を生じてしまう問題がある。
このような漏湯が生じてしまうと、漏湯した個所によっては漏湯による周辺設備の溶損を起こしたり、溶湯の固着によって設備が作動不能に陥ってしまったりし、そのことが電気炉操業の大規模な休転（休止）をもたらしてしまう問題を発生させる。

尚、本発明に対する先行技術として、下記特許文献１，特許文献２には炉体を固定状態の電極に対して回転させるようにした電気炉が開示されている。
この回転装置を備えた電気炉では、溶解中に炉体を電極に対し回転させ、当初コールドスポットにあった金属材料をホットスポットに、またホットスポットに位置していた金属材料をコールドスポットに位置移動させることで、ホットスポットとコールドスポットとで溶解の不均一の生じていた問題を改善することが可能である（ここでは炉体を電極に対して周方向に約６０度相対回転させることで、当初ホットスポットの周方向の中心部に位置していた電極を隣接するコールドスポットの周方向中心部に位置させるようにしている）。
但しこれらの特許文献は、本発明の課題についても、また解決手段についても開示するところはなく、本発明とは別異のものである。

特開昭６０−１２２８８６号公報 特開２０１４−４０９６５号公報

本発明は以上のような事情を背景とし、金属材料を溶解する電気炉操業において、漏湯による周辺設備の溶損や、溶湯の固着による設備の作動不良を効果的に防いで、電気炉操業の大規模停止を未然に防止し得る電気炉の操業方法を提供することを目的としてなされたものである。

而して請求項１のものは、（ａ）筒状の周壁部及び炉底部を備えた炉体と、（ｂ）炉蓋の側に設けられた複数の電極と、（ｃ）前記炉体を上下方向の軸線回りに回転させる回転装置と、を備え、該電極と該炉体内に装入された金属材料との間に発生させたアークの熱で該金属材料を溶解する電気炉の操業方法であって、前記炉体内の溶湯が外部に漏れる漏湯が該炉体に生じたとき、前記回転装置により該炉体を回転させることで、該炉体の漏湯個所を予め位置が設定してある漏湯受け部まで位置移動させ、該漏湯受け部で漏湯を受けるようになすことを特徴とする。

請求項２のものは、請求項１において、前記漏湯受け部が取鍋若しくはピットであることを特徴とする。

請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記電気炉が、溶解時に前記回転装置により前記炉体を前記電極に対して回転させることで、前記金属材料に対する該電極による加熱位置を周方向に相対的に変化させるものであることを特徴とする。

以上のように本発明は、炉体からの漏湯が生じたとき、回転装置により炉体を回転させることで、炉体の漏湯個所を、予め位置が設定してある漏湯受け部まで周方向（回転方向）に位置移動させ、漏湯個所からの漏湯を、漏湯受け部で受けるようになしたもので、本発明によれば、漏湯受け部の設定位置を、漏湯が生じても被害を殆ど生じないか被害が少なくなる安全な場所に予め定めておくことで、炉体からの漏湯によって周辺設備が甚大な損傷を受けたり、作動不良となって電気炉操業の大規模な停止をもたらしてしまうのを未然に防ぐことが可能となる。

この場合において、上記漏湯受け部を溶湯出湯時において出湯口からの溶湯を受けるべく出湯口下に配置した取鍋若しくは溝ピットとしておくことが望ましい。

本発明は、上記電気炉が、溶解時に上記の回転装置により炉体を電極に対し回転させることで、金属材料に対する電極による加熱位置を周方向に相対変化させるものである場合に適用して好適である。

以上のような本発明によれば、金属材料を溶解する電気炉操業において、漏湯による周辺設備の溶損や、溶湯の固着による設備の作動不良を効果的に防いで、それらによる電気炉操業の大規模停止を未然に防止することが可能である。

本発明の一実施形態の操業方法で用いる電気炉の構成を示した図である。 図１の電気炉を異なる断面で示した図である。 図１の回転装置の全体斜視図である。 同回転装置の全体平面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 図４のVI−VI断面図である。 操業方法の一例を工程毎に示した説明図である。 電気炉関連設備の配置を示した図である。 同実施形態の作用説明図である。 図９とは異なる作用説明図である。

次に本発明を金属材料（ここでは鉄鋼材料）を溶解する電気炉に適用した場合の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１及び図２は本実施形態の操業方法で用いる電気炉の構成を示した図である。
図１において、１０は電気炉で、筒状（ここでは円筒状）の周壁部１２及び炉底部１４を備えた炉体１６と、炉体１６の上端の装入口１８を開閉可能に閉鎖する炉蓋２０と、炉蓋２０を挿通して炉体１６内に下向きに挿入される３本の電極２２とを備えている。

各電極２２は、平面視略円形をなした炉蓋２０の中心近くに、炉体１６の中心軸線周りに等間隔（１２０°間隔）で配置されており、図示しない昇降装置にて個別に高さ調節自在に支持され、電極２２の下端と炉体１６内に装入された金属材料との上下方向の離間距離を調節し得るように構成されている。

炉蓋２０は、図示しない昇降装置及び旋回装置によって、炉体１６に対して上下方向に移動自在に構成されるとともに、水平方向に旋回して、炉体１６の装入口１８を開放し炉体１６内への金属材料の装入を可能としている。

本実施形態の電気炉１０は、ＥＢＴ炉であり、 図２で示したように炉底部１４が炉体１６の周壁部１２よりも径方向外方に一部突出して棚状の突出部２６を形成しており、そしてそこにこれを上下に貫通した出湯口（出鋼口）２７が設けられている。
炉体１６内の金属材料の溶湯（溶鋼）は、炉体１６全体を傾動させることで、出湯口２７から下方に待機した取鍋２３（図１）に向けて出湯される。

また出湯口２７と径方向の反対位置（対称位置）には出滓口２９が設けられている。出滓口２９は炉体の周壁部１２を内外方向に貫通して設けられている。
本例では炉体１６全体を上記出湯時とは反対の方向に傾動させることで、溶解操業の際に生じるスラグを出滓口２９より外部に排出することができる。

本実施形態の電気炉１０は、炉体１６が傾動可能で且つ炉蓋２０及び電極２２に対して相対回転可能となっている。
図１において、３４は炉体１６を支持したまま傾動し、炉体１６を傾動させる傾動体で、地面に設けられた炉台３６により傾動自在に支持されている。
傾動体３４を支持する炉台３６の上面及びこれに接する傾動体３４の下向きに凸曲形状をなす脚部３７の下面にはそれぞれ係合歯が形成されており、傾動の際これら係合歯の係合により炉台３６に対する傾動体３４のずれが防止されている。
傾動体３４は炉体１６を支持するための傾動床３５を有し、炉体１６は後述する回転装置３２を介して、傾動体３４の傾動床３５で支持されている。

本発明では回転装置を次のように構成することができる。
即ち回転装置は、イ)炉体を回転可能に傾動体上に支持する支持手段と、ロ)炉体と傾動体との間に設けられ、炉体をその中心軸線周りに回転案内するガイドレールと、ハ)炉体の側に設けられた、回転駆動力を受ける被駆動部と、ニ)傾動体側に設けられ、被駆動部と係合して、回転駆動力を被駆動部に伝える駆動部材と、ホ)傾動体側に設けられ、駆動力を発生させる駆動源と、を備えて構成し、傾動体と一体に傾動する形態で設けておくことができる。

この実施形態において、回転装置は具体的には以下のように構成されている。
先ずは傾動機構について説明する。
図２に示すように、傾動体３４の図中右端には駆動シリンダ３８の一端側が回転可能に連結されている。駆動シリンダ３８の他端は地面側に回転可能に連結されており、この駆動シリンダ３８を伸長させることで傾動体３４は炉体１６とともに図中左下がり、右上がりとなる様に傾動する。これにより炉体１６内の溶鋼が出湯口２７から取鍋２３に向けて出湯される。

図３は本実施形態における回転装置３２の全体斜視図を、図４はその平面図を示している。
回転装置３２は、多数の立壁を備えた円形リング状の支持フレーム４０を有しており、この支持フレーム４０の上面に炉体１６が載置固定されている。
リング状の支持フレーム４０の下面の内周部にはリング状歯車体４２が設けられ、その内周の円周面に沿って歯形が形成されている。

一方、歯車体４２の外周側の上下中間部は、図５で示すように外方に角型断面をなして突出し、ベアリング部材４４の内輪部４６を構成している。
内輪部４６を包むようにコ字形断面の外輪部４８が配設されており、外輪部４８の凹面と内輪部４６の凸面即ち上下面及び外周端面との間には、コロ軸受４９が介設されている。

このような構造により、支持フレーム４０はベアリング部材４４等に支持されて、そのリング中心回りに傾動床３５に平行な面内で回転可能となっている。これにより回転装置３２に支持された炉体１６が炉体１６の中心軸線を回転中心として電極２２に対し回転可能となる。

支持フレーム４０のリング内方の径方向対称位置の傾動床３５上にはギアボックス５０が設けられ（図４）、その内部にギア体が配設されている。図５において傾動床３５側には駆動源としての油圧モータ５２が設けてあり、その出力軸に歯車体５３が装着されている。
歯車体５３は傾動床３５側に立設された軸体５４に回転可能に支持された歯車体５５に噛合しており、この歯車体５５が上記リング状歯車体４２の歯形に噛合している。

これにより、油圧モータ５２を正逆回転させると、歯車体５３，５５，４２を介して支持フレーム４０が正逆回転させられる。
この実施形態では、支持フレーム４０,歯車体４２,ベアリング部材４４が支持手段を構成し、そのうちベアリング部材４４における内輪部４６,外輪部４８がガイドレールを兼ねて構成されている。
また歯車体４２の歯形が被駆動部を、歯車体５５，５３が駆動部を、更に油圧モータ５２が駆動源を構成している。

本実施形態において、通常の電気炉操業時には、油圧モータ５２によって、炉体１６の出湯口２７が出湯ヤードに正対した図４に示す原位置から反時計方向へ６０°の範囲で支持フレーム４０即ち炉体１６を回転させる。

両ギアボックス５０，５０の間の、支持フレーム４０の周方向中間位置にはストッパ機構５６が配設されている。ストッパ機構５６の詳細を図６に示す。図６において、支持フレーム４０には内方に向けて鞘部材５７が設けてある。鞘部材５７は円筒体で内方側の半部内周が内方に向けて漸次拡開するテーパ状に形成されている。
一方、傾動床３５側の架台５８上に駆動シリンダ５９によって内外方向へ直線進退させられる栓部材６０が設けられている。栓部材６０は外方側に位置する先端部が先端方向へ漸次縮径する円柱体となっており、栓部材６０の後端は駆動シリンダ５９のロッド６１に連結されている。

支持フレーム４０が原位置にある時には、図６に示すように、鞘部材５７が栓部材６０に正対しており、駆動シリンダ５９によって栓部材６０を進出させると、栓部材６０が鞘部材５７内に進入して、栓部材６０のテーパ状の先端部が鞘部材５７のテーパ状の半部内に嵌合する。これにより、支持フレーム４０、即ち炉体１６の回動が確実に規制され、この状態で炉体１６の出湯傾動ないし出滓傾動を行うことができる。

次に金属材料を溶解するための電気炉１０の操業方法について図７を用いて説明する。
通常、スクラップ等の金属材料は複数回に分けて炉内に装入される。本例では金属材料を２回に分けて炉内に装入するものとする。
先ず、炉蓋２０を旋回回避させ炉体１６の装入口１８を開放状態とし、金属材料を保持するスクラップバケットをクレーンにて装入口１８の上方にまで移動させ、スクラップバケット内の金属材料を炉内に装入する。

材料装入を終えたら炉蓋２０及び電極２２を炉体１６上部に載置し、電極２２先端より下向きのアークを発生させ、電極２２の先端部分に位置する材料を優先的に溶かし、電極２２は金属材料中を掘り進んで行く（この工程を以下ボーリング工程とする）。図７（Ａ）はこのボーリングを行っている状態を示している。
ボーリングが完了し電極２２が炉底部近くに到ったところで、電極２２周囲の材料を溶解させていく（図７（Ｂ））。
これにより電極２２の周りに未溶解金属が無くなると、炉体１６を電極２２に対して相対回転させることが可能となる。尚、図中炉内を網点で示した部分が未溶解金属材料、白地で示した部分が溶解金属材料である。この段階ではいまだ極端な溶解の不均一は生じていない。

次に溶解が進み炉内の未溶解金属材料の嵩が減った後、残りの金属材料の追装を行う。
具体的には炉蓋２０を旋回回避させ、炉体１６を原位置から図中反時計方向に６０°回転させて、その後に金属材料を追装する（図７（Ｃ））。その後炉蓋２０及び電極２２を炉体１６上部に載置し、再びボーリング工程を含むアーク放電による金属材料の溶解を行うと、炉体１６の周方向に三箇所ずつのホットスポットとコールドスポットが生じて金属材料が不均一に溶解される（図７（Ｄ））。

そこで炉蓋２０を上方に離間させた状態で炉体１６を図中時計方向に原位置まで６０°回転させ、未溶解の金属材料をホットスポットに移動させる（（図７（Ｅ））。この状態で炉蓋２０を閉鎖して電極２２からの放電を開始することで未溶解の金属材料に対して電極２２からの加熱を効果的に行うことができる。そして図７（Ｆ）で示すように炉内に装入された金属材料の溶解を完了する。

図８は、電気炉１０における炉体１６の下側に設置されている電気炉関連設備の配置を示した図である。
本図及び図１で示すように、炉体１６の下方図中左右両側にはそれぞれ炉台３６が配置され、これら炉台３６及び傾動体３４によって炉体１６が地面から上方に、宙に浮いた状態で設置されている。そして高所にある出湯口２７の直下には、取鍋２３の配置空間が形成されている。取鍋２３は、通常時はその空間、即ち出湯口２７の下に待機させられている。
取鍋２３は台車６６上に載置されており、図８中上下方向に延びるレール６７上を図中上下方向に搬送可能とされている。

９５はピットで、本図及び図１で示すように溝をなしている。
ピット９５はレール６７よりも下方において、レール６７に沿って即ち取鍋２３の搬送方向に沿って連続的に設けられている。
このピット９５は２本のレール６７の間に図８中直線状に延びている。

本実施形態では、溶解操業中に炉体１６の耐火物の異常溶損等により、炉体１６内部の金属の溶湯が炉体１６のある個所から炉体外に漏れだした場合、予め設定した漏湯受け部で漏湯を受ける。

図９は、取鍋２３をその漏湯受け部とした場合の例である。
取鍋２３は通常、原位置にある炉体１６の出湯口２７の直下に位置し、出湯口２７からの溶湯を受けるべく待機している。本実施形態では、これを漏湯受け部として用い、漏湯発生時にはこの取鍋２３にて漏湯を受けるようになす。
例えば、図９中右側の炉台３６近くの漏湯個所Ｘで漏湯が生じた場合、炉体１６を原位置より反時計方向に約６０°回転させ、漏湯個所Ｘを取鍋２３上に持ち来たすことで、漏湯個所Ｘから漏れ落ちる漏湯を、漏湯受け部としての取鍋２３で受けることができる。

一方図１０は、ピット９５を漏湯受け部とした場合の例である。
ピット９５は炉体１６下方の地面に設けられており、本実施形態では、これを漏湯受け部として設定し、漏湯発生時にはそのピット９５で漏湯を受けるようにする。
例えば、図１０中左側の炉台３６近くの漏湯個所Ｙで漏湯が生じた場合、炉体１６を原位置より反時計方向に約６０°回転させ、漏湯個所Ｙをピット９５上に持ち来たすことで、漏湯個所Ｙから漏れ落ちる漏湯をピット９５で受けるようにする。
即ち、ピット９５は、炉体１６の漏湯個所が取鍋２３の付近でない場合や、出滓口２９側に近い場合に漏湯受け部として好適に用いることができる。
尚、取鍋２３及びピット９５をともに漏湯受け部として用いること、即ち漏湯が生じたときに、これを取鍋２３及びピット９５の何れかに落とすようになしても良い。

このように本実施形態によれば、漏湯個所が、例えば重要な周辺設備の近傍であって、漏湯によって周辺設備が甚大な損傷を受けたり、作動不良となって、そのままでは電気炉操業の大規模な停止をもたらしてしまうといった重大なトラブルに発展しかねない位置であったとしても、漏湯個所自体を炉体１６とともに周方向に位置移動させるため、大規模休止等のリスクを大幅に低下させることができる。
また本実施形態では、漏湯を、取鍋２３やピット９５といった安全な受け部、安全な場所に落とすようにしていることから漏湯による悪影響を最小限に留めることができる。

尚、本実施形態では炉体１６を３６０°に亘って回転させるようにすることも可能である（その際、周辺部材や装置等は炉体１６と干渉しない配置としておく）。
漏湯は炉体１６の耐火物の異常溶損等により生じるため、炉体１６の全周何れの個所においても生じる可能性がある。この場合炉体１６を３６０°に亘って回転可能とすることで、漏湯個所が何れの位置であっても、これを予め位置が設定してある漏湯受け部まで位置移動させ、漏湯受け部で漏湯を受けるようにすることができる。
このようにすることで、例えば傾動体３４と炉台３６とが係合する傾動機構の直近で漏湯が生じ、係合部分が漏湯で固着してしまい傾動不能になってしまうといったトラブルも有効に防止することができる。

以上本発明の実施形態を詳述したがこれはあくまで一例示である。上記実施形態では漏湯受け部として取鍋若しくはピットを用いるようにしているが、これら以外を漏湯受け部として用い、また漏湯の受け位置を上例以外の位置に設定することも可能である。
更に本発明は鉄鋼以外の金属を溶解する電気炉に適用することも可能である等、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。

１０ 電気炉
１２ 周壁部
１４ 炉底部
１６ 炉体
１８ 装入口
２０ 炉蓋
２２ 電極
２３ 取鍋
２６ 突出部
２７ 出湯口
３２ 回転装置
９５ ピット

Claims (3)

1. （ａ）筒状の周壁部及び炉底部を備えた炉体と、
   （ｂ）炉蓋の側に設けられた複数の電極と、
   （ｃ）前記炉体を上下方向の軸線回りに回転させる回転装置と、
   を備え、該電極と該炉体内に装入された金属材料との間に発生させたアークの熱で該金属材料を溶解する電気炉の操業方法であって、
   前記炉体内の溶湯が外部に漏れる漏湯が該炉体に生じたとき、前記回転装置により該炉体を回転させることで、該炉体の漏湯個所を予め位置が設定してある漏湯受け部まで位置移動させ、該漏湯受け部で漏湯を受けるようになすことを特徴とする電気炉の操業方法。
2. 請求項１において、前記漏湯受け部が取鍋若しくはピットであることを特徴とする電気炉の操業方法。
3. 請求項１，２の何れかにおいて、前記電気炉が、溶解時に前記回転装置により前記炉体を前記電極に対して回転させることで、前記金属材料に対する該電極による加熱位置を周方向に相対的に変化させるものであることを特徴とする電気炉の操業方法。

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