JPH0250394B2 - - Google Patents

Description

技術分野 本発明は、電気的溶解炉を対象として居り、こ
れを更に詳記すれば、鉱物綿の絶縁体製造の場合
の、非金属溶解のための炉に関している。本発明
には、坩堝の壁部寿命を増大することを目的とす
る、坩堝内雰囲気を制御する装置も含まれてい
る。

背景的技術 1350年代以来、銅、鉛および鉄の製造の際に生
ずる、溶鉱炉鉱滓を含む広範囲の素材から、熱お
よび音響絶縁用鉱物綿が製造された。鉱物綿を製
造するには、これ等の物質が、燃料で加熱される
キユポラ内で再溶解されるが、キユポラは初歩的
装置で、品質制御が困難であり、空気を甚だしく
汚染し、且つ近年においては、その主要燃料たる
コークスの価格の急騰のため作業費用が高くつく
ことになつた。

鉄溶鉱炉のような、大容量のキユポラの中の諸
反応の周到且つ詳細な検討、数10年に亘る、あら
ゆる変数に対する最高レベル確立のための努力、
並びにそのサイズの非常な増大（最近操業を始め
た数個のユニツトは、１日当りの鉄の量が10000
トン、即ち毎分に付14000ポンドを超えている）
は、事前の品質想定と多大の経済とをもたらし
た。

これと対照的に、非金属を溶解して鉱物綿に繊
維化するために、全世界において使用されている
小型のキユポラ炉（毎時５トン程度）は、甚だ非
能率である。鉱物綿は嵩張つて居り、且つ運送費
が利潤を吸収しないで長距離に亘つて運搬するこ
とは不可能である故、規模の点で経済が達せられ
て居ない。更に、キユポラから排出される溶融し
た鉄滓の流れを繊維化するのに使用される「スピ
ンナ」（spinner）は、現在のプラクテイスでは、
概ね１基当り毎時５トンに限られ、そして炉毎
に、即ち１路線に付１基宛装架されている。

その結果として、現在、鉱物綿用非金属を溶解
するのに用いられている典型的キユポラは、直径
６乃至７フイート、高さ15乃至25フイートの水冷
の鋼製殻体より成つている。これは、本質的に熱
的に非能率で、空気汚染が甚だしく、且つ運転費
が高くつく。該キユポラの頂部より排出される烟
の中の粉塵、硫黄および硫黄の酸化物は、溶融量
が毎時５トンに過ぎないものに対して、殆ど禁止
的な投下資本および維持費を要求する結果になつ
ている。

キユボラの最も重大な欠点は、製品の品質の制
御を施し得ないことである。装填物の各増分の、
溶融状態における滞在時間は極めて短く、或る場
合には秒単位であり、或は精々分単位に過ぎな
い。抽出温度の制御は、砂のような添加物を装填
して、溶融点を引下げることによつてのみ、これ
を満足に施すことができる。溶解速度の増大は、
結果的に滞在時間の変化および抽出温度の変化を
来たす吹込み量の増大によつてのみ達成できるに
過ぎない。

前記のスピンナ系統の、殆どのキユポラ排出物
を高品位の製品に変換させる能力は、溶融物の流
れの表面張力の関数であり、この関係は温度、化
学的成分および粘度によつて左右される。該キユ
ポラが、これ等の諸変数を制御する能力を欠くこ
とは、平均的動作特性を低下させる。最良の繊維
化条件に近接するような或る場合には、或るキユ
ポラと繊維化作用との組合せは、遥かにより高い
割合の給与溶融物を高品位の製品に変換させるこ
とになり、指標的溶融変数の控え目な制御さえ
も、生産高を著しく増進させることを示してい
る。

上記繊維化の過程においては、表面張力は重要
な変数である。第１図には、鉱滓の繊維への分裂
化が示されている。スピンナ車輪が、液体鉱滓１
０の薄板を生じ、これに直角に高速の空気の流れ
が衝突する。鉱滓のフイルム１０が偏向させら
れ、空気力学的に不安定化され、そのために略々
接線的配向において振幅を増大しつゝ伝播する波
の形に発達して行く。

上記薄板の先行端において、吹付空気１２の衝
撃により、半波長或は全波長の溶融物質が引き離
され、そして表面張力の作用を受けて紐１４に収
縮する。これ等の紐に何が起るか、即ち、これ等
が有用な繊維１６に変換されるか、或は団塊１８
となつて排除されるかは、温度および粘度によつ
て著しく左右される。

特に鉄の鉱炉溶滓のような素材は、一般に廃棄
物として豊富に得られ、且つ良質の鉱物綿は、絶
縁物として高価である故、過去20年に亘り、一層
満足すべき溶融法発見のための多くの試みが行わ
れた。これ等の試みは、一般に流れの速度、温度
および組成の点で制御される溶融材料を、競争に
耐える価格で提供せんとする意図で、装填物の、
抵抗熱、弧光或は誘導的溶解のための電気炉の使
用に基準を置いて行われた。

併し、これ等の試みは何れも失敗に終つてい
る。それは、鉱滓の電気的溶解自体が特に困難な
ためではなく、如何なる通常の電気炉を用いて
も、制御された様式で経済的にそれを達成し得な
いことが判明したからである。

毎時５トン容量のキユポラによる、１トンの溶
鉱炉鉱滓を溶解するのに使用される源泉エネルギ
は、約700万BTUと見積ることができる。温度、
化学的成分およびキユポラの排出割合の制御が行
われないため、この溶融物の平均45％が、団塊お
よび屑として失われる故、製品１トンを溶融する
に要する源泉エネルギは、約12.5×100万BTUで
ある。

これと対照的に、理想的条件のもとでは、１ト
ンの鉄溶鉱炉鉱滓を抽出温度まで上昇させるに要
する総熱量は、約450KWH、即ち1.5×100万
BTUである。併し、近代的熱発電所の効率は、
最高37％であり、且つ溶解現場までの送電損失
が、更に10％と算定される故、１トンの鉱滓を抽
出温度迄上昇させるに要する電源的総エネルギ
は、理想的条件下では、4.5×100万BTUとなる。
従つて70％の総体的熱効率を有する、従来の毎時
５トンの電気炉においては、所要の源泉エネルギ
は、１トンの溶解に付き6.4×100万BTUとなる。
従来の電気溶解による、抽出温度、化学的成分お
よび速度の制御における改善が、有効鉱物綿生産
を、現在の55％から65％へ増進するものと仮定す
れば、この電気的溶解装置に関する、正味の所要
源泉エネルギは、成品１トン当り9.8×100万
BTUとなる。

要するに、生産される鉱物綿１トンに要する源
泉エネルギは、従来の電気溶解に対するものより
も、現在のキユポラ法に対しては約20％だけ多く
なる。

経済的用語でいうと、コークストン当り170ド
ル、および米国における平均動力価格をKWHに
付き0.028ドル（1979）とすれば、従来の電気的
溶解に対して表示されたエネルギ価格における、
キユポラ溶解に優る節約は、溶融物の１トン当り
約10ドル、即ち、製品のトン当り18ドルとなる。

不幸にして、このようなエネルギ価格の節約
は、従来の電気炉における、高価格の難溶性材料
によつて相殺される。何ぜならば、溶融スラグ
と、発生の見込まれる酸素の存在が、あらゆる既
知の難溶性裏張り装置、即ち、炭素およびグラフ
アイトさえも浸蝕するが故である。炭素性の物質
は、その温度が500℃以上に上昇するとき、急速
に酸化、即ち焼損する。例えば、工業的グラフア
イトは、僅か2.5時間だけ600℃の空気中に保たれ
る場合でも酸化のためにその６％の重量を失う。
鉄溶鉱炉鉱滓の溶融点は、その組成にもよるが、
1370℃乃至1540℃である。

発明の開示 本発明は、上記の技術に伴う上述の諸問題を克
服する。これは、雰囲気的酸素を排除し、そして
経済的難溶性ライニングとしての炭素性材料の使
用を許す目的で、完全度の高い雰囲気制御装置が
設けられた、電気的溶解炉を構成することによつ
て遂行される。

このような完全に包囲された炉は、それ自体に
高度の熱絶縁性を持たせ、以て５トン炉に対して
は80乃至85％の熱効率を得させると共に、所要源
泉エネルギと運転費用とを対応的に低減させるこ
とができる。

雰囲気的空気が排除される、全密閉炉によつて
発生された煙の量は、キユポラ運転に必要な、数
千立方呎の逆流する吹込空気より生ずるそれの一
小部分に過ぎない。従つて、本発明の炉の煙処理
の手数は、比較的費用を要しない、低い割合まで
低減される。

溶融物の溜へは、略々１時間の生産量を構成す
る増分的装填物が、雰囲気閘門を経て引渡され
る。これによつて生ずる30乃至60分の滞在時間
は、完全に可変的な入力エネルギと、装填および
排出率および制御された雰囲気と組合わされて、
該炉をして、本質的に抽出温度、化学成分および
排出率の厳密な制御を可能にして、予知し得る表
面張力、粘度および対応的製品の品質および生産
率を実現することを許している。

本発明の炉は、尚排除された団塊およびキユポ
ラによつて利用できない屑をも受入れて、再循環
させることによつて、素原料の著しい低減と、廃
棄物処理費用の節約とを可能にする。

上述の諸利点の相乗効果が、源泉エネルギと運
転費用との著しい節約を生ずる。難溶性材料の寿
命が長いこと、85％の炉運転効率、75％の繊維化
物の生産および団塊と屑との完全再循還とのた
め、トン当りの生産物に必要とされる源泉エネル
ギは、キユポラ内の12.5×100万BTUより、７×
100万BTUへ低減し、そして運転費用は、1979年
の数字を基準とすれば、製品１トン当り40ドル以
上も低減する。

本発明の炉は、適当な作用裏張りが選択される
ならば、非金属から金属までの広範囲の物質を溶
解することが可能で、更に、AC或はDCの、単一
或は多重電極、弧光式、潜光式、抵抗或は誘導方
式を含む、広範囲の溶解方式を使用することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

本発明を説明する目的で、こゝに選択された一
形式の図面が示されている。併し、本発明は、そ
の詳細なる配置および図示の諸器具に限定されて
は居ないことを了承されたい。

第１図は、鉱滓の薄膜が、上述のように繊維状
に破細される仕方を例示している。

第２図は、本発明の原理によつて構成された、
雰囲気制御の溶解電気炉装置の側面図、そして 第３図は第２図の炉の断面図である。

本発明実施のための最良の態様 図面には、全体を通じて、同様な素子を指示す
るのに同様な参照数字が用いられているが、第２
図には、本発明の原理によつて構成され、そして
概括的に２０と指示された、雰囲気の制御された
溶解電気炉の、全体的側面図が示されている。

装置２０は、溶解電気炉２２を含み、その詳細
は、第３図を参照して、更に詳細に説明を施すこ
とにする。炉２２は、傾斜トラニオン２６を用い
て、支持枠２４上に装架されている。支持枠２４
の下方には、複数の装填室が装架され、以て炉２
２およびその他の関連機構の重量が測定され得る
ようになつている。いうまでもなくこのことは、
測定された全重量から風袋重量を差引くことによ
り、炉の中の物質の重量を決定することを可能に
している。

炉２２の下部には、抽出孔３０が設けられ、こ
れは所望に応じて、炉内の溶融物質をこれより取
出し得るようになつている。上記抽出孔３０の下
方には、樋３２が設けられ、これが溶融物質を４
輪スピンナへ引渡す。然る後、溶融物質（こゝに
説明されている実施例では鉱滓）が、上述のよう
な既知の技術によつて鉱物綿絶縁体に変換され
る。炉の中で、鉱滓以外の物質が溶解され、或は
鉱物綿以外の製品を作ることが望ましい場合に
は、樋３２と、スピンナ３４とが取外され、他の
所望の装置と入れ換えられる。

炉２２の上方には、電極懸架装置３６が配置さ
れている。後段に更に詳しく説明されるように、
前記電極懸架装置３６は、炉２２の中で材料を溶
解するのに使用し得る電極を支持するのみなら
ず、炉２２の内部を、外部の雰囲気から遮断する
カバー部材としても作用する。

動力源３８からの電力は、前記電極懸架装置３
６の側における、密閉された動力孔を通されてい
る可撓導線４０によつて、電極懸架装置３６の中
の電極へ供与される。

溶解のために炉２２へ給与される材料は、一つ
或はより多くのホツパ４４の中に貯えられる。一
つ以上のホツパが使用される場合には、異るホツ
パに異る物質を貯えることができる。各々のホツ
パ４４は、このホツパの下方に装架されている計
量ホツパ４６を含んで居り、従つて求められる
個々の種々の物質の正確な量が測定されて炉へ給
与されることになる。

求められる適切な量の物質が計量ホツパの中に
収容されたとき、その底に設けられたゲート４８
が開かれて、該材料は第１のコンベヤ５０上に堆
積される。コンベヤ５０上の材料は、こゝから第
２のコンベヤ５２へ送られ、第２のコンベヤが、
これを炉２２の頂部まで運び上げる。

材料は、取入口５４と、これに接続されたホツ
パ５６を経て、炉２２の内部へ給与される。併
し、材料が炉２２へ給与されるとき、特に炉が、
バツチ様式でなく連続様式で運転されるとき、上
記取入口５４から、炉へ雰囲気ガスが進入するこ
とを阻止することが重要である。

このような炉への雰囲気ガス進入の防止は、そ
の頂部の弁６０と、その底部付近の弁６２とを具
えた給与ロツク５８によつて行われる。弁６２が
閉鎖され、従つて炉２２への取入口が締め切られ
た状態で弁６０が開かれて、材料が前記給与ロツ
ク５８へ給与される。然る後弁６０は閉鎖され、
その後、給与ロツクの内部へ窒素のような不活性
ガスが注入される。その他の不活性ガスを用いて
も宜しく、且つ単にその内部から雰囲気ガスを引
抜くだけの目的で、前記給与ロツクへ真空源を取
付けることも可能である。上記措置が施されたと
き、下側の弁６２が開かれ、前記給与ロツク５８
を経由した材料が、ホツパ５６と取入孔５４を経
て炉２２へ進入する。

炉２２の上部附近には、排気孔６４も設けられ
ている。排気孔６４は、炉２２の内部と連通し、
且つ水平に延びた排気マニホルド６６へも接続さ
れている。マニホルド６６の中点へは、可撓ホー
ス７０を介して、真空ポンプ６８が接続されてい
る。上記マニホルド６６の自由端附近には、煙突
７６へ連結されたフアン７４によつて附勢され
る、可調整ベンチユリ７２が配置されている。

炉２２の起動過程中は、炉内の雰囲気中の有害
なガスを、略々全体的に排除することが望まし
い。これは、排気マニホルド６６の自由端におけ
る弁７８を締め切り、然る後、炉２２内の圧力が
所望の準位まで低下するまで、真空ポンプ６８を
運転することによつて遂行される。その後、真空
ポンプ６８が停止され、そして炉は、窒素のよう
な不活性ガスを以て満たされて、大気圧をやゝ上
廻る圧力まで高められる。炉が一旦運転状態に入
れられると、弁７８を用いてフアン７４を附勢す
ることができる。然る後、炉２２の内部から煙ガ
スが取除かれるが、酸素その他の有害な雰囲気ガ
スの進入が許されないように、ベンチユリ７２が
調節される。ベンチユリ７２と、小量の填充用窒
素と、或る場合には真空ポンプとを利用すれば、
炉２２内の雰囲気を厳密に制御することができ
る。

こゝで特に第３図を参照されたい。これによ
り、炉２２が略々球形に作られて居り、そして鉱
滓溶解の目的に対しては炭素より成るを可とす
る、略々球形の難溶性裏張り８０を含むことが了
解されることと思う。上記炭素裏張り８０の背後
には、高アルミナ難溶性物質より成るを可とする
補助ライニング８２が設けられている。その背後
には、難溶性絶縁体８４と、成るべくは含泡アル
ミナのような物質より成るを可とする今一つの絶
縁層８６とが設けられている。上記絶縁層８６を
覆うための炉２２の外側層として、鋼製の殻８８
が設けられている。

この有利に具現された実施例における溶融物質
は９０において示されて居り、これは大凡その半
分が、炉２２の中の坩堝を填充している。炉内の
温度は極めて高い故、溶融物質９０は、その温度
に耐えない温度を有する物体に接しないことが重
要である。この理由で、取入れ孔５４の内部が炭
素の管９２を含み、そして排気孔６４の内端に
は、同様な炭素の管９４が配置されている。両炭
素管９２，９４の背後には、夫々水冷される鋼製
管９６，９８が設けられている。同様に、排出孔
３０には、グラフアイト管１００と、これに隣接
する、複数の水冷式鋼部材１０２，１０４が設け
られている。上記抽出孔３０の端は、栓１０６で
締め切られている。

炉２２の坩堝部分は、その最上部に開口を具え
ている。この開口は、多層的カバー部材１０８に
よつて締め切られている。カバー１０８の最下部
層１１０は、炭素より成るを可とし、且つ前記坩
堝の上端部の段部１１４と一致するように、段形
の断面１１２を具えている。上記グラフアイト層
の上方の、カバー部材１０２の残りの層は、成る
べくは、炉２２の坩堝の壁に関して述べた材料と
同一材料より成るを可とする。

上記カバー部材１０８は、その中に複数の孔１
１６，１１８を具えている。これ等の孔は、成る
べくはグラフアイトより成るを可とする電極１２
０，１２２を収容している。この場合少くとも一
層のカバー部材１０８が導電物質より成つている
故、各々の電極と、これを通す孔の壁との間に
は、環状の空所を残す必要がある。

各々の電極の最上端は、１２４で示されている
ような、クロスヘツドへ連結されている。このク
ロスヘツドは、更に複数のボールスクリウ１２６
によつて支えられ、このボールスクリウは駆動モ
ータによつて回転されるとき、クロスヘツドを運
動させ、従つて、所望通りに電極を上下に運動さ
せる。動力は、可撓ケーブル、滑動接点、或はそ
の他の既知の手段によつて、電極１２０，１２２
へ給与される。

カバー部材１０８が炉１２２の上部を閉鎖して
いる間は、前記カバー部材だけで、全体的に気密
封止を作ることはない。気密封止は、電極懸架装
置３６を全体として包囲し、そしてその一部を形
成している鋼製のケーシング１３０によつて行わ
れる。前記ケーシング１３０の最下部は、一つの
鍔１３２を含み、これが、炉２２のケーシング８
８の上端における鍔１３４と共動するようになつ
ている。上記炉の、これ等の鍔その他の枠部分
は、過大の熱の作用を受ける場合がある故、水冷
を施すを可とする。

当業者には周知のように、鉱滓が溶解されると
き、鉄（或は鉱滓内のその他の金属）が還元さ
れ、そしてこれは溶融鉱滓よりは重い故、１３６
で示すように、炉の底に溜る。本発明の炉は、そ
の設計に基き、溶融金属１３６を除去しようとす
るときは何時でも、炉全体が、傾斜トラニオン２
６の周りで、第３図で見て反時計的方向に、数度
だけ傾けられれば宜しい。この傾斜位置では、抽
出孔３０、或はこの目的のために設けられた独立
の抽出孔を経て、溶融金属１３６が引抜かれる。

第３図には、２つの電極１２０，１２２が示さ
れているが、その数は例示を目的とするに過ぎな
いことを了承されたい。尚、多相系統においては
３つの電極を用い、或は単一電極と附加電極とし
ての炭素ライナ８０とを利用することも可能であ
る。更に、AC或はDCの何れの電流を利用するこ
とも可能であり、溶解の様式は弧光式、潜弧式或
は抵抗式の何れでも使用可能である。更に尚、本
発明は、誘導加熱法を利用して実施することもで
きる。

本発明は、その精神、或は本質的属性より逸脱
せずに、他の特定形式において実施することが可
能である。従つて、本発明の範囲を限定するに
は、上記明細書よりは、下に掲げる請求の範囲を
参照されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上部及び下部からなり、炭素で裏張りされた
   坩堝と、 難溶性物質で裏張りされ、前記上部を覆う屋根
   を有し、前記坩堝の外側の大気から同坩堝内部を
   締め切る締切り手段と、 前記坩堝内から前記裏張に有害なガスを取り除
   く手段を有し、常時前記坩堝内の雰囲気を制御す
   る制御手段と、 大気が前記坩堝の内部に侵入するのを阻止しつ
   つ、熔融される非金属物質を前記坩堝の内部に供
   給する供給手段と、 前記坩堝に供給された前記物質を熔解する電気
   的手段と、 前記坩堝の前記下部近傍において前記坩堝を貫
   通して設けられ、前記電気的手段による前記物質
   の熔融最中に、前記坩堝から熔融物質を取り出す
   湯出口手段と を有することを特徴とする電気熔解炉。