JP6658241B2 - 金属原料の溶解方法 - Google Patents
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Description
<1.アーク式電気炉による金属溶解>
アーク式電気炉は、電気によって金属原料を溶解するための設備である。電気炉の炉体は、一般に、溶融金属原料を保持する炉底及び側壁部からなる浴部と、装入原料を保持する上部水冷側壁部と、炉蓋とからなる。なお、以下において、浴部と上部水冷側壁部とを合せて炉本体と表記する場合もある。浴部の内側面には耐火物が施工されている。また、炉本体の開口部を覆う炉蓋には、炉本体内に挿入される電極が設けられている。
[2−1.高炭素冷鉄源装入時の突沸発生のメカニズム]
まず、2.0質量%以上のCを含有する高炭素冷鉄源(以下、「高炭素冷鉄源」とする。)を含む金属原料の溶解時の突沸発生のメカニズムについて説明する。本願発明者らは、高炭素冷鉄源を含む金属原料の溶解時の突沸は、上記特許文献1、2とは異なるメカニズムで発生することを知見した。
上記の高炭素冷鉄源を含む金属原料の溶解時の突沸発生のメカニズムを踏まえ、本実施形態では、以下の条件で金属原料を溶解させることで、高炭素冷鉄源を含む金属原料の溶解時にも突沸を発生させないようにする。
溶解する金属原料は、C量が2.0質量%以上の冷鉄源である高炭素冷鉄源を含むものとする。上述したように、突沸は、高炭素冷鉄源はC量が2.0質量%以上と大きく、溶湯との接触面積が大きくなると高炭素冷鉄源から一気に大量のCが溶けだして、瞬時に多量のCOガスが生成するために発生する。したがって、C量が2.0質量%未満の冷鉄源では、冷鉄源に付着した塊状副原料が溶湯流動により剥がれた場合でも、塊状副原料に覆われていた冷鉄源の面積部分から溶出するC量が小さいので、急激なCOガス発生の反応は起こりにくい。
副原料は、CaO源、Al2O3源、SiO2源のうち少なくともいずれか1つを含む。副原料は、電気炉中の鉄(溶融金属)の酸化抑制や、脱P処理、脱S処理、効果的なスラグの流動性の実現等のために用いられる。CaO源は、例えば生石灰、石灰石、転炉脱炭スラグ等である。Al2O3源は、例えばアルミナ系耐火物等である。SiO2源は、例えば珪石等である。
本実施形態に係る金属溶解方法では、溶湯中に酸素を吹き込み、スラグフォーミングを行ってもよい。溶湯中に酸素を吹き込むと、酸素が溶湯中の炭素と反応し、COガスが発生する。溶湯中に発生したCOガスはスラグ下面まで上昇して、スラグ中に侵入し、スラグフォーミング(スラグの泡立ち)を起こす。このように、スラグフォーミングを行い、電極をスラグの泡で覆った状態で通電することで、炉壁の耐火物の損耗を低減できる。
以上、本発明の一実施形態に係るアーク式電気炉を用いた金属原料の溶解方法について説明した。本実施形態によれば、アーク式電気炉に、金属原料と副原料とからなる装入原料を装入し、金属原料は、2.0質量%以上のCを含有する高炭素冷鉄源を含み、副原料は、溶融金属の酸化抑制、脱P処理、脱S処理、およびスラグの流動性実現のうち1以上の目的のために装入される原料であって、CaO源、Al2O3源、SiO2源のうち少なくとも1つを含む。そして、装入原料は、高炭素冷鉄源を、当該装入原料の10質量%以上50質量%以下、篩目25mm以上の副原料を、当該装入原料の5質量%以上30質量%以下、篩目3.15mm以下の副原料を、当該装入原料の3質量%以上を含むようにする。
本実施例では、金属原料100.0t、副原料80.0tからなる合計180.0tの装入原料を電気炉に装入した。
金属原料として、高炭素冷鉄源とスクラップとを合計100.0tとなるように装入した。高炭素冷鉄源の装入割合は、装入原料180.0tの50質量%(90.0t)、10質量%(18.0t)、0質量%(0t)の3水準とした。そして、その他の金属原料として、スクラップを高炭素冷鉄源との合計が100.0tとなるように装入した。高炭素冷鉄源のC量は、4.4質量%(凝固した鋳銑)、2.0質量%(還元鉄ペレット)の2水準とした。スクラップのC量は、0.5質量%である。
副原料は、塊状副原料として篩目25mm以上の塊状転炉脱炭スラグと、微粉副原料として篩目3.15mm以下の微粉転炉脱炭スラグとを、合計80.0tとなるように装入した。塊状転炉脱炭スラグの装入割合は、装入原料180.0tの35質量%(63.0t)、30質量%(54.0t)、5質量%(9.0t)の3水準とした。微粉転炉脱炭スラグの装入割合は、装入原料180.0tの3質量%(5.4t)、0質量%(0t)の2水準とした。また、その他副原料として、篩目3.15mm超、篩目25mm未満のその他転炉副原料を、塊状転炉脱炭スラグ及び微粉転炉脱炭スラグとの合計が80.0tとなるように装入した。
炉本体に装入された金属原料及び副原料に対して、24インチ径のアーク電極3本を挿入し、40MWの電力で合計60分通電した。溶融金属中への酸素吹き込み量は15Nm3/t/hとした。なお、溶融金属中への酸素吹き込みを行わない場合には、溶融金属には酸素が届かないように、スラグ中に酸素を吹き込んだ。この場合にも酸素吹き込み量は15Nm3/t/hとした。
下記表1に示す各実施例、比較例及び参考例について、上記の溶解条件にて金属原料を溶解し、突沸評価を行った。突沸評価は、目視により、溶湯の炉外への急激な噴出の兆候がみられたか否かにより行った。溶湯の炉外への急激な噴出の兆候が見られなかった場合には評価を○とし、溶湯の炉外への急激な噴出の兆候が見られた場合には評価を×とした。
Claims (2)
- アーク式電気炉に、金属原料と副原料とからなる装入原料を装入し、
前記金属原料は、2.0質量%以上のCを含有する高炭素冷鉄源を含み、
前記副原料は、溶融金属の酸化抑制、脱P処理、脱S処理、およびスラグの流動性実現のうち1以上の目的のために装入される原料であって、CaO源、Al2O3源、SiO2源のうち少なくとも1つを含み、
前記装入原料は、
前記高炭素冷鉄源を、当該装入原料の10質量%以上50質量%以下、
篩目25mm以上の前記副原料を、当該装入原料の5質量%以上30質量%以下、
篩目3.15mm以下の前記副原料を、当該装入原料の3質量%以上を含む、金属原料の溶解方法。 - 前記高炭素冷鉄源は、凝固した鋳銑である、請求項1に記載の金属原料の溶解方法。
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