JPH02238290A - アーク電気炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炉内へバッチ式に装入されるスクラップをアー
ク溶解する電気炉に係り、詳しくは、出鋼までの溶解中
にスクラップを複数回に分けて装大したり、スクラップ
全量を一度に装入したりすることができ、また、炉天井
をスクラップの溶解度に応じて昇降自在とした炉体構造
に関するものである。

〔従来の技術〕

製鉄所で採用されている種々の製鋼形態の一っであるア
ーク電気炉による製鋼法においては、装入されるスクラ
ップの溶解や精錬に多《の電力が消費される。そのスク
ラップの溶解に必要な電力原単位を低減するために、最
近では、アーク電気炉で発生した排ガスを導入し、その
顕熱で装入前のスクラップをバッチ式に予熱する方法が
あり、実操業で広く採用されている。その場合、予熱さ
れたスクラップは何回かに分けて順次炉体に装入される
が、常温のスクラップをアーク電気炉内で直接溶解する
場合に比べて、電力原単位を大幅に減少させることがで
きる。

一方、上記のようなバッチ式予熱法から一歩進んだスク
ラップの予熱形態として、コンスティール法（Ｃｏｎｓ
ｔｅｅｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓ）が提案されている。この方
法はいまだ実用段階にないが、アーク電気炉の排ガスが
導入される密閉通路の下部にコンベアを配置し、コンベ
アに乗載されたスクラップが高温の排ガスと対向して移
動する間に熱交換されながら、アーク電気炉へ搬送され
るようになっている。スクラップは搬送の間に所定温度
に予熱され、そのまま終端位置で炉体へ連続的に投入さ
れるので、予熱されたスクラップをアーク電気炉に装入
するたびに炉蓋を開く必要がなく、出鋼まで炉内温度を
低下させることなく操業することができる利点がある。

前記したバッチ式のアーク電気炉にあっては、スクラッ
プの溶解を助長する助燃バーナや、装入スクラップを熔
断したり炉内の高温酸化性雰囲気を生成するだめに酸素
ガスを供給する酸素ガス供給管が設けられるなど、電力
原単位の低減や生産性の向上を図る配慮が施される。し
かし、その一方で、アークを発生させる炭素電極棒の損
耗が激しく、著しく費用が嵩む。その電極の損耗は、通
電時の電流密度などに依存する電極先端の損耗と、電極
表面の酸化による損耗とがある。後者に起因する損耗を
減少させるために、電極表面に酸化防止剤をコーティン
グしたり、スプレー水冷によって表面温度を低下させる
方法などがとられる。また、交流アーク炉よりも直流ア
ーク炉とした方が、電極表面を流れる電流が少なく電極
原単位が低減することから、直流アーク炉がしばしば採
用される。

ところで、第５図は、直流アーク炉の一つである偏心炉
底出鋼型のアーク電気炉２０である。この炉には、炉底
２１Ａの上方に形成された垂直な炉壁２１Ｂの上部に天
井蓋２ＩＣが設けられる。

これには、その天井Ｍ２１Ｃを通して炉内２１ａに挿通
される昇降自在な一本の電極２２が設けられ、上述した
ような電極２２の損耗が抑制されるようになっている。

通常、電力原単位の低減を図るため、炉内２１ａには、
予熱されたスクラップが、例えば一装目５０％量、二装
目３５％量、三装目ｌ５％量というように分けて装入さ
れ、順次溶解される。したがって、炉内２１ａの空間は
、装入されるスクラップの嵩比重で異なるが、全装入量
の少なくとも５０％に相当するスクラップを収容する容
積とされる。

このようなスクラップ収容空間を備え、三回の装入を操
業形態として採用するアーク炉においては、熱エネルギ
の有効利用を図るために、内部炉高ｈと内径ｄとの寸法
比ｈ／ｄが１．０〜０．８程度とされる。すなわち、炉
容量が大きくなるほど寸法比が０．８などに近づくよう
炉高が低《される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述のアーク電気炉２０を用いた製鋼法においては、ス
クラップの溶解や製鋼のためのコストを低減するために
、上記した要領によって電力原単位や電極原単位の低減
が図られている。炉に供給されるエネルギには、装入ス
クラップや精錬用の造滓剤を昇温および溶解させるに必
要な有効熱エネルギと、それ以外の精錬中に生じる損失
エネルギとがある。無効となるエネルギを例示すると、
排ガス顕熱や排ガス中の一酸化炭素ガス生成のためなど
の化学的エネルギや、炉体に持ち去られる熱などである
。

例えば、炉内２１ａでスクラップ２３の溶解が進み、炉
内２１ａの上部に空間２４が形成されるとき、炉壁２１
Ｂや天井ｆｆｉ２１ｃで囲まれる空間２４に存する熱エ
ネルギは排ガスに吸収ざれたり、炉壁２１Ｂや天井蓋２
ＩＣの中を流通する冷却水に吸収され、炉外に取り去ら
れることになる。それ故に、炉における無駄な熱エネル
ギ消費や放散を可能な限り抑えて、電力原単位をより一
層低減したり、電極の消耗を可及的に抑制し、電極原単
位の低下を図ることが望まれる。

本発明は上述の問題に鑑みなされたもので、その目的は
、炉内に装入されたスクラップの上方に生じる空間を狭
小化することができるようにすることによって、その空
間を形成する炉壁と炉内雰囲気との接触面積を少なくし
て熱損失を低減できること、酸化性高温雰囲気に曝され
る電極の長さを短くして損耗を防止できること、さらに
は、複数回に分けてスクラップを装入したり、スクラッ
プの全量を一度に装入することができ、いずれの操業に
おいても上記の熱損失の低減と電極の消耗の抑制が可能
となるアーク電気炉を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図に示すように、バッチ式で炉内に装入
されるスクラップ３を溶解ならびに精錬するアーク電気
炉１に適用される。その特徴とするところは、炉体ＩＡ
に、装入されたスクラップ３の溶解で生じる上部空間１
ｅを狭小化するための昇降自在な吊り天井ＩＤを設け、
スクラップ３の溶解に伴って、吊り天井ＩＤが下降でき
るようにしたことである。

その場合に、炉体ＩＡの内部炉高Ｈとその内径Ｄとの比
を１．２以上としておくとよい。

〔作　　　用〕

スクラップ３を装入するとき、昇降自在な吊り天井ＩＤ
は、アーク電気炉ｌの横上方に退避されており、スクラ
ップ３の装入が終われば、もとの位置に戻して下降され
、炉体ＩＡの天井開口を閉止する。電極も吊り天井ＩＤ
の中央を通して炉内へ挿入され、通電されると、電掻の
先端から発するアークでスクラップ３が加熱および昇温
され、溶解する。その溶解が進行すれば、スクラップ３
の嵩が低くなり、スクラップ３の上方に高温雰囲気が充
満する上部空間１ｅが生じる。スクラップ３の嵩減少に
応じて吊り天井ＩＤが下降され〔第２図参照〕、炉壁と
高温雰囲気との接触面積が小さくなる。その上部空間ｌ
ｅ内の雰囲気は排ガスとして炉外へ排出され、また、炉
壁から持ち出される熱損失もあるが、そのエネルギ損失
量は少なくなる。

スクラップ３の全量を幾回かに分けて装入する場合には
、その溶解の都度上記の手順が繰り返される。なお、ス
クラップ３の溶解とその精錬が終了すると、通電を止め
て電極を若干上方に上げ、炉体ＩＡを吊り天井ｌＤや電
極と共に傾動して出鋼する〔第４図参照］。一方、スク
ラップ３の全量を一度に装入することができるようにな
っている場合は、スクラップ３の溶解度に応じて順次吊
り天井ＩＤが下げられる。スクラップ３が装入された後
出鋼するまで炉体ＩＡを開く必要がなく、吊り天井ＩＤ
の開閉に基づく熱損失はなくなり、操業時間も短縮され
、生産性の向上が図られる。

炉体ＩＡの内部炉高Ｈとその内径Ｄとの比が、１．２以
上とされていると、スクラップの収容空間が大きくなり
、一回の装入で操業に必要なスクラップの全量を入れる
ことができ、その際も、吊り天井ＩＤの下降によって、
容積の大きい炉体ＩＡによる弊害、すなわち、上部空間
１ｅが太き《残ることは回避される。

〔発明の効果〕 本発明のアーク電気炉によれば、装入スクラップの熔解
に応じた吊り天井の下降動作で、スクラップの溶解の進
行で生じた炉内上方の空間を適宜縮小でき、冬の都度、
炉壁と炉内雰囲気との接触面積を少なくすることができ
る。その結果、炉内雰囲気量も少なくなり、雰囲気を高
温に維持するに必要な熱エネルギや一酸化炭素ガスの生
成などの化学的エネルギ消費が低減され、かつ、炉壁で
吸収される熱も減少する。無駄に排出される損失エネル
ギが少なくなるので、電力消費量は少なくなる。

同時に、電極の高温雰囲気に曝される部分も短くなり、
電極表面の酸化量が抑制され、また、その消耗も軽減さ
れる。スクラップ全量を一回の装入で可能となっている
炉体の場合には、スクラップ装入に・要する作業時間を
短縮できると共に、開蓋ごとに放散する熱をなくすこと
ができ、可及的に熱１員失を低減できる。また、炉体が
大きくても上部空間が順次狭くされ、排ガスと共に持ち
去られる熱が減少する。したがって、スクラップの溶解
や精錬中に逸散する熱エネルギ量の低減が図られる。

〔実　施　例〕

以下に、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する
。第１図は、直流で発生するアークにより、スクラップ
を溶解する偏心炉底出鋼型（Ｅ．Ｂ．Ｔ）の電気炉１の
全体断面図である。炉体ＩＡは、中心部に向かって円弧
状の凹面を備えた炉底殼１ａに耐火物１ｂが裏張りされ
た炉底ＩＢと、その炉底ｌＢを外囲し必要に応じて水冷
構造が採用された円筒形の炉壁ＩＣと、その炉壁ＩＣの
内面に沿って自在に昇降する水冷構造の吊り天井ＩＤと
、炉底ＩＢの上方位置で炉壁ｌＣの開口部に連通ずる排
ガス管ＩＥと、炉底ＩＢの外周位置に設けられた出滓口
を兼ねた出鋼口ＩＦとよりなる。

本例の炉体ＩＡは、１回の装入でアーク電気炉ｌに必要
なスクラップの全量を収容することができる炉容積を備
えている。すなわち、炉底ＩＢから、スクラップ全量を
収容したときの最高位置まで上昇した吊り天井ＩＤの下
面までの内部炉高Ｈと、炉壁ＩＣの内径である炉内径Ｄ
との比が１．２以上とされており、場合によっては１．
３や１．４が採用される。

上記の吊り“天井ＩＤの上部のやや外周寄りには、昇降
手段〔図示せず〕に接続されて下方に延びる複数〔図示
は二木］のロンド体ＩＣが取り付けられている。そして
、吊り天井ＩＤは、昇降手段の作動によって、排ガス管
ＩＥの開口部の上部近傍まで下降されるようになってい
る。すなわち、図示の場合には、炉壁ＩＣの上端部から
内部炉高Ｈの約２７３程度にまで下降される。なお、炉
壁ＩＣとの間には僅かな間隙が確保され、吊り天井ＩＤ
の下降に支障が生じないように配慮されている〔第２図
参照］。

この吊り天井ＩＤの中央には、装入スクラップ３を溶解
するため上下に延びる棒状の電極２が昇降自在に挿通さ
れる。一方、炉底ＩＢの中央には下部電極２Ａが配置さ
れ、直流アーク電気炉としてのアークの発生が可能とな
っている。上部の電極２は、アーク電気炉１の排ガスで
予熱されたスクラップ３を装入するとき、吊り天井ＩＤ
と共に上昇し、必要に応じて炉体ＩＡに連結された支柱
（図示せず〕を中心にして旋回するなどして退避され、
その天井開口から予熱スクラップ３をバッチ式に装入す
ることができるようになっている。

本例では、予熱スクラップの装入を終え、溶解を始める
とき、アーク電気炉１の横上方に退避していた吊り天井
ｌＤがアーク電気炉ｌ上に戻され、炉壁ＩＣの上端部よ
りやや入り込んだ位置まで下降される。そして、炉体Ｉ
Ａの天井開口が閉止されると、適宜量例えばｌｍ程度吊
り天井ＩＤの下面から降ろされた電極２に通電される．
電極２とスクラップ３の間、溶解が進行するとスクラッ
プ３もしくは溶解して滞留する鋼浴４〔第２図参照〕と
の間にアークが飛ばされ、装入スクラップ３が例えば約
１６００゜Ｃの溶鋼５とされる。

吊り天井ＩＤには、炉体ＩＡ内に酸素ガスを供給する二
点鎖線で示す複数〔図示は三本〕の酸素ガス吹込管６と
、スクラップ３の溶解を助長する複数〔図示は一個〕の
助燃バーナ７とが取り付けられる。これらの酸素ガス吹
込管６や助燃バーナ７は、噴出されるＬＮＧ、灯油、重
油や微粉炭などと酸素ガスとで、装入されている予熱ス
クラップ３の大片を切断したり、大きな隙間の生じてい
る重なりを崩したり、また、電極２によるスクラップ３
の溶解を助長するもので、通常のアーク電気炉に採用さ
れているものである。なお、吊り天井ＩＤには、造滓剤
や製鋼処理に必要な副原料の投入口や、一点鎖線で示す
副原料供給ランス１１が接続されている。

一方、炉殻１ｄを備えた炉壁ＩＣには、上方へ傾斜した
排ガス管ＩＥが枝設されているが、上述したように、吊
り天井ＩＤが最低位置まで下降しても、排ガスの導出が
妨げられないような位置が選定されている。なお、排ガ
ス管ＩＥには炉外に設けられた誘引送風機〔図示せず］
が接続され、この排ガス管ＩＥを流過ずる高温排ガスは
、スクラップ予熱装置や排ガス処理設備に導出される。

スクラップ予熱装置へ導出された排ガスにより、予熱パ
ケットに装入されているスクラップが、その顕熱で予熱
されるようになっている。

炉壁ＩＣの下部外周には、第２図に示すように、炉底Ｉ
Ｂに貯留される溶鋼５内やその鋼浴４の上面４ａに浮か
ぶスラグ１０へ、炭材を空気などと共に吹き込む例えば
三〜四本〔図示は一本〕の炭材吹込ランス８が進退自在
に備えられている。なお、炭材吹込ランス８は溶鋼５に
より浸食されて消耗するが、内外面に特殊なセラミック
処理が施された耐熱パイプなどが使用される。この炭材
吹込ランス８から微粉コークスが鋼浴４内やスラグｌＯ
に吹き込まれると、スラグ１０中のＦｅｚｅｓなどが還
元される一方、第３図に示すように、その還元時に発生
する一酸化炭素ガスで、スラグｌＯがフォーミングを起
こして、その泡立ちスラグｌＯＡが電極２を包み込む。

その結果、電極２の表面への炉内酸化性雰囲気の接触が
断たれて表面の酸化が抑えられ、さらに、泡立ちスラグ
ＩＯＡがアーク９〔第１図参照］を包み込むために熱効
率が向上して、’１８　ｍ　５の昇温が図られる。

出滓口を兼ねた出１ｇｌ口ＩＦから？容鋼５を出鋼する
場合は、炉本体ＩＡが第４図に示すように、約３〜５度
傾動される。出鋼口ＩＦには、機械的に開閉する手段〔
図示せず〕あるいはスライディングノズル手鰻〔図示せ
ず〕などが設けられ、炉体ＩＡの傾動時に出鋼口ＩＦが
開口されるようになっている。

このような構成のアーク電気炉１におけるスクラップの
溶解および精錬を、以下に順を追って説明する。スクラ
ップ予熱装置〔図示せず〕内のスタラップが、アーク電
気炉ｌの前回の精錬中の排ガスで予熱されている。一方
、溶鋼５〔第４図参照〕を出鋼するため開口している出
鋼口ＩＦは閉止され、炉体ＩＡが垂直姿勢に戻される。

炉体ＩＡの吊り天井ＩＤを開き、予熱済みのスクラップ
３が所定量装入される。吊り天井ＩＤが閉められて下降
され、炉壁ＩＢの上端部からやや下方へ入り込んだ位置
で停止される。このようにして炉体ＩＡの天井開口が閉
止されると、電極２が吊り天井ｌＤを通して挿入され、
通電が開始される〔第１図参照〕。

電極２の先端２ａが装入されたスクラップ３に近接した
時点でアークが発生し、そのアーク９でスクラップ３を
加熱溶解し、昇温される。これと同時に酸素ガス吹込管
６から酸素ガスを吹き込み、助燃バーナ７が点火される
。酸素ガスや火焔で堆積するスクラップ３の切断や山崩
しがなされ、加熱溶解の間に炉体ＩＡ内が１０００゜Ｃ
以上の酸化性雰囲気となる。その間に、造滓剤や製鋼処
理に必要な副原料が副原料供給ランス１１から炉内へ供
給される。

炉体ＩＡ内の昇温が続いて酸化性雰囲気が１２００〜１
３００゜Ｃの温度になる一方、山崩しされたスクラップ
３にさらにアーク９が飛ばされ、そのアーク加熱でスク
ラップ温度が約１６００’Ｃになると順次溶解されて溶
鋼５となる。炉体ＩＡの周辺部のスクラップ３も助燃バ
ーナ７の火焔や酸素ガスの噴射で溶解され、鋼浴４〔第
２図参照］となって炉底ＩＢに滞留する。

スクラップ３が落下して炉体ＩＡ内の上方に上部空間１
ｅが形成されるが、それが拡大すれば炉内高温雰囲気に
接触する炉璧ＩＣの面積が増大ずる。炉壁ＩＣに吸収さ
れる熱が炉体ＩＡから放散され、また、排ガスとなる炉
内雰囲気量が増加する。これらを抑制するために、炉壁
ＩＣの露呈面積を少なくするよう吊り天井ＩＤが下降さ
れ、持ち出される熱エネルギの低減や熱損失が少なくさ
れる。

炉底ＩＢの鋼浴４は造滓剤などで処理が加えられる一方
、溶鋼５の落下に伴って浴面が上昇し、そこに第２図に
示すスラグ１０が浮遊する。スクラップ３の溶解に応じ
て順次吊り天井ＩＤが下降され、最下位置に至るとそれ
以上の下降は停止される。電極２もほぼ同様に下降され
、最下位置にある吊り天井１０に対して、必要に応じて
さらに下降される。その間、炉内の雰囲気は排ガス管Ｉ
Ｅから吸引され、その排ガス顕熱で、次回に溶解・精錬
されるスクラップが予熱される。電極２も順次下降され
、その先端２ａが二点鎖線で示す位置まで下げられる。

スクラップ３の溶解がほぼ完了した時点で助燃バーナ７
や酸素ガス吹込管６の運転も止められる。その後、炭材
吹込ランス８から炭材や空気などが吹き込まれ、スラグ
ｌＯに含まれる酸化鉄も還元される。この還元時に発生
ずる一酸化炭素ガスの作用で、第３図に示すように、ス
ラグ１０がフォーミングし、その泡立ちスラグ１０Ａが
、二点鎖線で示す先端２ａを含めて電極２を包み込む。

電極２の表面と炉内酸化性雰囲気との接触が絶たれ、電
極２の酸化が抑制される。

そして、鋼浴４中の溶鋼５は昇温される。

このようにしてスクラップ３の溶解ならびに精錬が完了
すると、電極２の通電が停止され、若干上方に上げられ
る。次に、出鋼口ＩＦを開閉手段で開き、溶鋼５を取鍋
〔図示せず〕などへ出鋼する。続いて炉体ＩＡを傾動手
段〔図示せず〕で３ないし５度傾動させる。溶鋼５の一
部が残る程度まで出鋼した後スラグｌＯが取り出される
。出鋼が終われば炉体ＩＡは垂直姿勢に戻される。以上
の操作でもって一回の操業が完了する。ちなみに、予熱
スクラップを装入する代わりに、予熱されていない常温
のスクラップを装入して溶解ならびに精錬することもで
きる。

以上は、一回の操業において全量のスクラップを一度に
装入した例であるが、装入すべきスクラップを例えばゴ
回に分けて装入するようにしてもよい。例えば第一装目
において全量の５０％を装入するような場合には、吊り
天井ＩＤが通電の開始時点で上記の全下降量の半分の高
さ、すなわち第１図中の一点鎖線の位置まで降ろされる
ことになる。したがって、常に三回装入の形態をとる場
合には、炉体の内部炉高とその内径との比を、１．２以
上としておく必要はない。なお、装入のたびに吊り天井
ＩＤの昇降や退避は必要となるが、装入から次の装入の
間の溶解において、上記したような吊り天井ＩＤの下降
操作などが行われる。溶鋼は第三装入の溶解と精錬が完
了した後にのみ出鋼される。本発明の思想は直流アーク
電気炉のみならず、交流アーク電気炉にも適用すること
ができ、その場合も、上述の環業形態と異なるところは
ない。

ところで、上記したごとく一操業において一度に全量の
スクラップを装入する場合には、内部炉高Ｈと、炉壁Ｉ
Ｃの内径Ｄとの比を１．２やそれ以上に大きくすること
になるが、その反面、分割して装入する場合の吊り天井
の開閉による熱損失をなくすことができる利点がある。

以上の説明から分かるように、吊り天井の下降動作で、
スクラップの溶落により生じた炉内の上部空間を狭小化
でき、その都度、炉壁と炉内雰囲気との接触面積を狭く
できる。その結果、炉内雰囲気景も減少し、それに与え
られる熱エネルギや一酸化炭素ガスの生成などの化学エ
ネルギが少なくなり、また、炉壁の吸熱量も減少し、電
力原単位が低くなる。

吊り天井が下降しなければ電極は吊り天井の下方へ長く
延びることになるが、上部空間の狭小化で、電極の高温
雰囲気に曝される部分が短く、表面の酸化量も抑制され
、電極原単位も低減される。

スクラップ全量を一回の装入で可能となっている場合に
は、スクラップの装入に要する作業時間を短縮でき、開
蓋ごとに放敗する熱などを可及的に少なくすることがで
きる。炉高が大きい場合でも吊り天井の下降で炉内空間
が順次小さくなり、排ガスに持ち去られる熱や炉壁の吸
熱量も減少する。

したがって、ズクラップの溶解や精錬中に消費される熱
エネルギの低減が図られ、製鋼操業の生産性を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアーク電気炉の一例である偏心炉底出
鋼型直流アーク電気炉（Ｅ．Ｂ．Ｔ）の断面図、第２図
および第３図はスクラップ溶解中の炉体内状態の説明図
、第４図は炉体の傾動状態図、第５図は従来のアーク電
気炉の一例を示す断面図である。 １−アーク電気炉、ＩＡ一炉体、ＩＤ−・吊り天井、１
ｅ・一上部空間、３−スクラップ、Ｄ・一内径、Ｈ　一
内部炉高。 特許出願人　　　　合同製鐵株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バッチ式で炉内に装入されるスクラップを溶解な
   らびに精錬するアーク電気炉において、その炉体には、
   装入されたスクラップの溶解で生じる上部空間を狭小化
   するための昇降自在な吊り天井が設けられ、 上記スクラップの溶解に伴って、上記吊り天井が下降す
   るようになっていることを特徴とするアーク電気炉。
2. （２）前記炉体の内部炉高とその内径との比が、１．２
   以上とされていることを特徴とする請求項１に記載のア
   ーク電気炉。