JPH0618174A

JPH0618174A - アーク式底吹き電気炉

Info

Publication number: JPH0618174A
Application number: JP4175753A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Okuno; 勉奥野
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1992-07-02
Publication date: 1994-01-25

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融金属の溶解および混合時間を短縮し、ス
ラグをアーク直下の高温領域であるピッチ円内に滞留さ
せて、溶融金属の溶解性および精錬反応を向上し、電力
源単位の低減ならびに成分の安定および歩留りの向上を
図る。【構成】炉体内に装入された原料を、前記炉体と同軸
を成すピッチ円上に設けられる複数の電極からのアーク
によって溶解し、その主として溶融金属を、前記炉底に
設けられる複数のガス吹込用ノズルから吐出される撹拌
用ガスによって撹拌しながら精錬するアーク式底吹き電
気炉において、前記複数のガス吹込用ノズルを、前記各
電極の設けられるピッチ円から炉壁の内周面までの半径
の３／４だけ炉壁寄りで、かつ周方向に隣接する電極間
のピッチ円上の２等分点と前記炉体の軸線とを結ぶ半径
線に関して周方向両側へ２５度の範囲内にそれぞれ設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば三相交流電気
炉に関し、もっと詳しくはスクラップ、各種合金、鉱石
などの金属材料や、各種造滓材、コークスなどの材料か
ら成る原料を溶解して精練を行うために、炉体内に装入
された原料を溶解して滞留するたとえば溶銑などの溶融
金属およびスラグを効率よく撹拌することができるアー
ク式底吹き電気炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気炉によるたとえば粗鋼の生産
量の増加が図られており、主原料であるスクラップの増
加に伴い、溶解能力を向上するために、炉容の大形化な
らびに大電力化が図られているけれども、特に大電力化
すると、炉体の耐火物の損耗が大きく、そのために炉体
の水冷化が不可欠となる。このように炉体を水冷化した
場合、耐火物の使用量が大幅に減少し、熱間吹付け作業
などのような補修時間を少なくして生産性の向上を図る
ことができるけれども、水冷化しない構成に比べて、炉
体の熱損失が大きくなり、そのために原料を溶解し溶融
金属やスラグにするときの溶解性およびその溶融金属の
精錬反応が低下してしまうという問題がある。

【０００３】このような問題を解決するために従来で
は、このような電気炉の炉底の中央に撹拌用ガスの吹込
用ノズルを１本配置し、ガス吹込用ノズルから窒素ガス
やＡｒなどのような不活性ガスを吹込むことによって原
料から溶解されて炉体内に滞留する溶融金属を強制的に
撹拌し溶解を促進するとともに、滞留している溶融金属
の精錬反応を促進している。しかし、このように炉底部
の中央に１本のガス吹込用ノズルを配置した場合、中央
付近のみが撹拌され、炉壁付近ではこの溶融金属浴など
の流れは小さく、滞留しやすくなって澱みができ、この
電気炉体内の溶融金属が完全に溶解し、均一混合するの
に長時間を要する。しかもガス流量を増やし、強撹拌を
試みても、吹込まれたガスがこの溶融金属の浴面を吹き
抜けてしまい効果的に撹拌できない。

【０００４】また、炉体内には滞留している溶融金属の
上部に層状をなして溶融スラグが浮遊しているのである
が、このような炉体内の底部の中央に１本のガス吹込用
ノズルを配置した場合、スラグに近い溶融金属浴の上部
の流れが、中央から炉壁に向かう流れになるため、必然
的にこのスラグが炉壁周辺寄りに集まる現象が見られ
る。炉壁付近では、各電極を周方向に連ねるピッチ円内
に比べてアークによる熱供給量が少ないために温度が低
くまた特に炉壁への熱放散が大きいため、溶融金属の雰
囲気温度およびスラグ−メタル間の温度が低く、精錬反
応が促進されにくい。そのため、どうしても溶解および
精錬反応に長時間を要し、精錬反応不足による原料の無
駄が多くなり歩留りの低下および成分の異常が生じるな
どの問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、炉体の軸線を中心にして、複数の電極の配置され
ているピッチ円から炉壁との間において、比較的温度が
低く、かつ炉壁寄りに滞留が生じやすい領域にある溶融
金属浴を充分撹拌し、炉体内の全周域からこの浴の上部
に浮遊しているスラグをもアーク直下の高温領域である
ピッチ円内に向けて滞留させるようにして、原料から溶
融金属やスラグへの溶解性および溶融金属の精練反応の
向上を図り、電力原単位の低減、成分の安定および歩留
りの向上を図ることができるようにしたアーク式底吹き
電気炉を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ほぼ直円筒状
の内周面を有する炉壁と、この炉壁の軸線方向一端部を
塞ぐ炉底とによって炉体が構成され、この炉体内に装入
された原料を、前記炉体と同軸を成すピッチ円上に設け
られる複数の電極からのアークによって溶解し、その主
として溶融金属を、前記炉底に設けられる複数のガス吹
込用ノズルから吐出される撹拌用ガスによって撹拌しな
がら精錬するアーク式底吹き電気炉において、前記複数
のガス吹込用ノズルを、前記各電極の設けられるピッチ
円から炉壁の内周面までの半径の３／４だけ炉壁寄り
で、かつ周方向に隣接する電極間のピッチ円上の２等分
点と前記炉体の軸線とを結ぶ半径線に関して周方向両側
へ２５度の範囲内にそれぞれ設けられることを特徴とす
るアーク式底吹き電気炉である。

【０００７】また本発明は、ほぼ直円筒状の内周面を有
する炉壁と、この炉壁の軸線方向一端部を塞ぐ炉底とに
よって炉体が構成され、この炉体内に装入された原料
を、前記炉体と同軸を成すピッチ円上で周方向に１２０
度毎に間隔をあけて軸対称に設けられている３本の電極
からのアークによって溶解し、その主として溶融金属
を、前記炉底に設けられる複数のガス吹込用ノズルから
吐出される撹拌用ガスによって撹拌しながら精練する三
相交流アーク式底吹き電気炉において、前記複数のガス
吹込用ノズルとして３本のガス吸込用ノズルを備え、こ
の３本のガス吹込用ノズルを、前記各電極の設けられる
ピッチ円から炉壁の内周面までの半径の３／４だけ炉壁
寄りで、かつ周方向に隣接する電極間のピッチ円上の２
等分点と前記炉体の軸線とを結ぶ半径線に関して周方向
両側へ２５度の範囲内にそれぞれ設けられることを特徴
とするアーク式底吹き電気炉である。

【０００８】また本発明は、前記複数のガス吹込用ノズ
ルが、前記炉体と同軸を成すピッチ円と、この炉体と同
軸から炉壁の内周面へ向けて引き出され周方向に等分割
されている各半径線と、この交点に該当する炉底位置に
それぞれ設けられていることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、前記炉底に設けられる複数
のガス吹込用ノズルは、各ガス吹込用ノズルのガス吐出
中心線が、前記炉体の軸線と平行な状態よりこの軸線に
向けて傾斜し、かつこの軸線と前記炉体内に滞留する主
として溶融金属の平均的な浴面との交わる位置よりも炉
体上方に向けて、それぞれ全く同様な向きに設けること
を特徴とする。

【００１０】また本発明は、前記撹拌用ガスは窒素ガス
および不活性ガスであり、その流量が０．００１〜０．
００４５Ｎｍ³ ／分／トンに選ばれることを特徴とす
る。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、炉底に設けられる各ガス吹込
用ノズルは、半径線方向において、各電極の設けられて
いるピッチ円から半径方向外方に炉壁の内周面までの半
径の３／４だけ炉壁寄りの範囲で、かつ周方向に前記炉
体の軸線と周方向に隣接する電極の各軸線の２等分点と
を結ぶ半径線によって挟まれた範囲にそれぞれ設けられ
る。このように各ガス吹込用ノズルを配置することによ
って、炉体内の溶融金属を均一に撹拌して、炉体内に装
入された原料から溶融金属やスラグへの溶解性およびそ
の溶解金属の精練反応を向上し、これらの所要時間を短
縮して能率を向上することができるし、電力原単位の低
減も可能となり、溶融金属の成分の安定および歩留りの
向上もできる。

【００１２】また本発明に従えば、３本の電極を備え炉
底に３本のガス吹込用ノズルを設けた三相交流アーク式
底吹き電気炉において、各ガス吹込用ノズルは、半径線
方向において、各電極が設けられているピッチ円から半
径方向外方の炉壁の内周面までの半径の３／４だけ炉壁
寄りの範囲で、かつ周方向に前記炉体の軸線と周方向に
隣接する電極の各軸線の２等分点とを結ぶ半径線によっ
て挟まれた範囲にそれぞれ設けられる。このように少な
くとも３本のガス吹込用ノズルを配置することによっ
て、平面的に炉体内の溶融金属を均一に撹拌して、前記
発明と同様な作用を生じさせ得る。

【００１３】また本発明に従えば、複数のガス吹込用ノ
ズルが、前記各発明と同様な特定範囲内の炉底に設けら
れており、なおかつ前記炉体と同軸を成すピッチ円とこ
の炉体と同軸から炉壁の内周面へ向けて引き出され周方
向に等分割されている各半径線との交点に該当する炉底
位置にそれぞれ設けられる。このように各ガス吹込用ノ
ズルを配置することによって、平面的に炉体内の溶融金
属全体を炉壁付近の全周域から炉体の軸線方向に向けて
流動させながら均一に撹拌して、前記各発明と同様な作
用を生じさせ得る。

【００１４】また本発明に従えば、前記炉底に設けられ
る複数のガス吹込用ノズルは、前記各発明と同様な特定
範囲内の炉底に設けられており、なおかつ各ガス吹込用
ノズルから吐出され炉体内に滞留している溶融金属中へ
吹込まれるガスの吐出中心線が、前記炉体の軸線と平行
な状態より、この軸線に向けて傾斜し、しかもこの軸線
と前記炉体内に滞留している溶融金属の平均的な浴面と
の交わる位置よりも炉体上方の軸線に向けて、それぞれ
全く同様に設けられる。このように各ガス吹込用ノズル
を配置することによって、平面的だけでなく立体的に炉
体内に滞留している溶融金属全体を炉壁付近の全周域か
ら確実に安定して炉体の軸線に向けて循環流動させなが
ら均一に撹拌することができて、前記各発明と同様な作
用を助長させ得る。

【００１５】また本発明に従えば、前記撹拌用ガスは窒
素ガスおよび不活性ガスであり、その流量が０．００１
〜０．００４５Ｎｍ³／分／トンに選ばれるので、炉体
内の溶融金属全体を常に炉体の軸線方向に向けて好まし
い状態で循環流動させながら均一に撹拌して、この溶融
金属の上部に浮遊状態にあるスラグが炉壁付近に集まる
という現象を確実に防止し、各電極が配置されていてア
ーク直下の高温領域であるピッチ円内で原料の溶融金属
やスラグへの溶解を促進するとともに、メタル−スラグ
間の反応をも促進させてその溶解性および精錬反応をよ
り一層向上させることができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の電気炉１を示す
平面図であり、図２は図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見
た断面図である。なお、図１において、図解を容易にす
るため、炉蓋、炉体内に滞留している溶融金属やスラグ
を省略して示している。たとえば三相交流電気炉１の炉
体３は、ほぼ直円筒状の内周面４を有する炉壁５とを、
炉壁５の軸線６方向の一端部を塞ぐ炉底７とを有する。
前記炉壁５には、作業口８および出鋼口９が形成され
る。また炉体３の外周面は、鉄皮１０によって覆われて
いる。このような炉体３内には、装入された原料から溶
解して生ずる溶融金属２０およびこの溶融金属２０ａに
浮遊している溶融スラグ２１が滞留している。前記下方
に向けて凸に湾曲した炉底７には、３本の撹拌用ガスを
吹込むためのガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
が設けられる。炉底７の上方には、３本の電極１３ａ，
１３ｂ，１３ｃが設けられる。これらの電極１３ａ，１
３ｂ，１３ｃは、図示しない構成によって炉底７方向に
近接／離反変位させることができる。またこれらの電極
１３ａ，１３ｂ，１３ｃの各軸線は、前記炉体３の軸線
６を中心としたピッチ円１４上にあり、周方向に１２０
°毎に間隔をあけて軸対称に設けられている。また前記
ガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、ピッチ円
１４から炉壁５の内周面４までの半径線方向の距離をＬ
としたとき、前記ピッチ円１４と、このピッチ円１４か
ら半径方向外方にＬ×３／４だけ半径方向外方に想定さ
れる仮想円１５との間に挟まれた領域Ｓにおいて、周方
向に隣接する各電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間の前記ピ
ッチ円１４上の２等分点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、前記炉体
３の軸線６とを結ぶ半径線１６ａ，１６ｂ，１６ｃに関
して周方向両側へ角度θ＝２５°の範囲Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３（斜線を付して示す）内にそれぞれ設けられる。

【００１７】前記ガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１
１ｃから吹込まれる撹拌用ガスは、たとえば窒素ガス
（Ｎ₂）やＡｒなどのような不活性ガスであり、ガス供
給源１７から管路１８を介して各ガス吹込用ノズル１１
ａ，１１ｂ，１１ｃに供給される。そして、それぞれ炉
底に設けられた各ガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１
１ｃから吐出され炉体３内に滞留している溶融金属２０
中に吹込まれる。

【００１８】しかしながら、このように撹拌用ガスを溶
融金属２０中に吹込み撹拌するために、炉底７に設けら
れる各ガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、前
記特定範囲Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３内にそれぞれ設けられるだ
けでなく、前記本発明の目的をより確実に安定して達成
するためには少なくとも以下に説明する２条件を満たす
ように設けられることが好ましい。

【００１９】まず、各ガス吹込用ノズル１１ａ，１１
ｂ，１１ｃは、図１に示す如く、単に特定範囲Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３内にそれぞれ設けるだけではなく、この特定範
囲Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３において、炉体３と同軸６を成し半
径方向外方に任意に想定される仮想ピッチ円（最外仮想
ピッチ円は、前記仮想円１５である）と、この炉体３と
同軸６から半径方向外方に引き出され周方向に等分割さ
れている各半径線（図１の半径線１６ａ，１６ｂ，１６
ｃに相当する）と、この交点に該当する炉底７位置に設
けられることが好ましい。換言すれば、図１において、
周方向に１２０度に等分割されている各半径線１６ａ，
１６ｂ，１６ｃが両側に相対的に回転移動し、このよう
に移動した各半径線１６ａ，１６ｂ，１６ｃ上の炉体３
の軸線６から等距離にある任意な点が各特定範囲Ｓ１，
Ｓ２，Ｓ３内にある限り、その各点に該当する炉底７位
置に設けられることが溶融金属２０を全周方向から均等
にそして均一に撹拌する上で好ましいのである。

【００２０】次に、このように少なくとも平面的には位
置決めされる各ガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１
ｃは、図２に示す如く、各ガス吹込用ノズルのガス吐出
中心線１９が、前記炉体３の軸線６と平行な状態よりこ
の軸線６に向けて傾斜し、かつこの軸線６と炉体３内に
滞留する主として溶融金属２０の平均的な浴面２０ａと
の交わる位置よりも炉体３の上方に向けて、それぞれ全
く同程度で同様な向きに設けることが、全溶融金属２０
を立体的にも良好に循環流動させながら均一に撹拌する
上で好ましいのである。

【００２１】さて、以上に本発明の一実施例を説明して
きたが、以下に各図表を用いてさらに具体的な実施例を
説明していく。

【００２２】図３は、各ガス吹込用ノズル１１ａ，１１
ｂ，１１ｃの配置位置を示す炉体３内の模式化した平面
図である。前述したように、ガス吹込用ノズル１１ａ，
１１ｂ，１１ｃの配置位置の範囲Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を見
い出すにあたって、本件発明者は表１に示されるよう
に、ガス吹込用ノズルを設けない場合（比較例１）およ
びガス吹込用ノズルを○印中の数字１〜１３で示される
ように配置位置と本数とをそれぞれ替えた場合につい
て、表２に示される原料（ステンレス屑、ＦｅＮｉ、そ
の他のＮｉ源、ＦｅＣｒ，その他のＦｅ源、酸化物、還
元材、造滓材）を３本の電極を備えた約９０トンの電気
炉で溶解した。

【００２３】

【表１】

【００２４】なお表１中の各ガス吹込用ノズルの相対的
な配置位置は、炉体３の軸線６、すなわち炉底７の中央
位置を中心として、各電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃの配
置されている電極ピッチ円１４の位置を基準位置：Ｏと
定め、この基準位置から炉壁５の内周面４までの距離を
プラスで表示して＋１．０と定めてから、逆に基準位置
から電極ピッチ円１４内の炉底７中央位置までの距離を
マイナスで表示して相対的に−０．４５と求めたもので
ある。

【００２５】

【表２】

【００２６】図４は、図３に示される各ガス吹込用ノズ
ルの配置位置と均一混合時間（分）との関係を示すグラ
フである。主として溶融金属２０の撹拌の流動状態が浴
の中心部、すなわち軸線６付近に各ガス吹込用ノズル１
１ａ，１１ｂ，１１ｃを集中させるよりも、離れた位置
に設ける方が浴の混合に適し、各ガス吹込用ノズル１１
ａ，１１ｂ，１１ｃが炉底７の中心（軸線６）から離れ
るほど均一混合時間（分）は短くなることがわかる。し
かしながら、各ガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１
ｃを炉壁５の内周面４に過剰に接近させると、浴面２０
ａから炉底７の炉床までの距離、すなわち、浴のバス深
さが小さくなって撹拌動力が低下し、各ガス吹込用ノズ
ル１１ａ，１１ｂ，１１ｃが電極ピッチ円１４から前記
領域Ｓ内で炉壁５の内周面４側に近付けるほど、再び均
一混合時間（分）が次第に長くなることがわかる。図４
において、ラインＬ１は、各ガス吹込用ノズル１１ａ，
１１ｂ，１１ｃから吐出されるガス流量が０．００１Ｎ
ｍ³ ／分／トンであり、ラインＬ２は、ガス流量が０．
００２８Ｎｍ³ ／分／トンであり、ラインＬ３は、ガス
流量が０．００４５Ｎｍ³ ／分／トンとしたときの各ガ
ス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃの配置位置と均
一混合時間（分）との関係を示している。

【００２７】このような図４に示す各ガス吹込用ノズル
の配置位置と均一混合時間（分）との関係の調査結果
は、単に前記表１に基づいて図３に示される各配置位置
に各ガス吹込用ノズルをそれぞれ配置し取付けるだけで
なく、各配置位置に該当する炉底７に以下に説明するよ
うな取付方法に従って、得られたものである。

【００２８】図１〜図３を参照して、各ガス吹込用ノズ
ル１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、炉底７の中央および電極
ピッチ円１４内に配置（〜）し炉底７に取付けると
きには各ガス吹込用ノズルのガス吐出中心線１９が真上
向きか炉体３の軸線６に向け傾斜させた状態に取付け、
一方この電極ピッチ円１４外の配置位置の範囲Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３に配置（○印中の数字５〜１３で示す）し該当
する炉底７にそれぞれ取付けるときには各ガス吹込用ノ
ズルのガス吐出中心線１９が少なくとも炉体３の軸線６
と平行な状態よりこの軸線６に向けて傾斜させ、かつこ
の軸線６と炉体３内に滞留する主として溶融金属２０の
平均的な浴面２０ａとの交わる位置よりも炉体３の上方
側に向けて、それぞれ全く同程度で同様な向きに向けて
取付けた。

【００２９】より望ましくは、各ガス吹込用ノズルのガ
ス吐出中心線１９が炉体３の軸線６に向けて傾けるとと
もに各電極１３ａ，１３ｂ，１３ｃからのアーク直下で
最も高温状態にある電極ピッチ円１４かあるいは若干こ
のピッチ円１４内を目掛けて、それぞれ全く同様に取付
けたのである。

【００３０】図５は、炉体３内の溶融金属２０の浴面２
０ａに浮遊し同金属浴２０の流動に追従して移動するス
ラグの滞留部Ｘおよび流動部Ｙを示す図である。同図か
らも明らかなように、本発明１，２，３では、電極のピ
ッチ円１４付近にスラグが滞留する頻度が高く、しかも
長時間滞留している。またスラグの流動部Ｙは、ガス吹
込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃが炉壁５の内周面４
に近付いて設けられるほど、その炉壁５付近に生じる溶
融金属２０の浴の澱みは、小さくかつ少ないので、必然
的にスラグが浴の中心部、すなわち炉底７の中央部に集
まっていくことが確かめられている。

【００３１】これに対し、比較例２のガス吹込用ノズル
（）を炉底７の中央に１本配置した場合、電極ピッチ
円１４内にスラグの滞留する頻度は最も低く、むしろす
べて炉壁５側の低温領域に滞留する。また比較例３にお
いて３本のガス吹込用ノズル（，，）を電極ピッ
チ円１４内にそれぞれ配置した場合や、図示しない比較
例５において４本のガス吹込用ノズル（，，，
）を炉底７の中央および電極ピッチ円１４内にそれぞ
れ配置した場合においても、電極ピッチ円１４内にスラ
グが滞留する頻度は低い。なお、電極ピッチ円１４内に
スラグを滞留させるには、平面的にも最低３本以上のガ
ス吹込用ノズルが必要となる。しかし、ガス吹込用ノズ
ルを３本以上配置しても電極３本が撹拌流動の妨げにな
るため、電極ピッチ円１４内にスラグを滞留させるのに
不適切であるし、ガス吹込用ノズルの本数をむやみに増
加させることは安全上、施工上問題になるうえに、直接
および間接的なコストの増昇にもつながる。

【００３２】以上の実施例によって確認された知見か
ら、ガス吹込用ノズルの本数、配置位置および炉底７へ
の取付方法は、炉体３の軸線６、すなわち炉底７の中央
を中心として、３本のガス吹込用ノズルを、この炉底７
の中央と３本の電極中心間の２等分点とを結んだ半径線
上で炉底７の中央から等距離にある各位置をそれぞれ配
置位置とし、各ガス吹込用ノズルのガス吐出中心線１９
が電極ピッチ円１４かあるいは若干この電極ピッチ円１
４内を目掛けるように炉底７に取付けて装着するのが最
適ということになる。また、炉底７の中央に少なくとも
１本のガス吹込用ノズルを配置した場合は、電極ピッチ
円１４内にスラグを滞留させるのは不適切となる。

【００３３】すなわち、前述の如く３本のガス吹込用ノ
ズルを最適な状態に装着して、各ガス吹込用ノズルから
図４のラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３に示すガス流量範囲
（０．００１〜０．００４５Ｎｍ³／分／トン）の窒素
ガスはまた不活性ガスを吐出し炉体３内の溶融金属２０
中に吹込むことによって、この溶融金属２０の浴を強制
的に撹拌して炉体３内の全周域からアーク直下の高温領
域である電極ピッチ円１４内に良好に循環流動させるこ
とができるようになり、炉壁５付近に生じる溶融金属２
０の浴の澱みをほとんど消失させることができ、短時間
で原料から溶融金属２０やスラグ２１に溶解かつ溶融さ
せることができるとともに溶融金属２０の浴を均一に撹
拌混合することができる。つまり、溶融金属２０への溶
解性を促進できるのである。と同時に、このような溶融
金属２０の浴の良好な循環流動に追従してスラグ２１を
もやはりアーク直下の高温領域である電極ピッチ円１４
内に充分滞留させることができるようになり、この高温
環境と強制撹拌条件下で、溶融金属２０すなわちメタル
−スラグ間の精練反応を向上させ促進することができる
のである。

【００３４】したがって、原料の溶融金属２０やスラグ
２１への溶解かつ溶融時間ならびにメタル−スラグ間の
精練時間を短縮し、電力原単位の低減を図ることができ
る。また、溶融金属２０の成分を安定させ均一なものが
得られるとともに原料を有効に使用し溶融金属２０の歩
留りの向上を図ることができる。

【００３５】さらに、硫黄分（Ｓ）などの有害成分量を
比較的多く含んだ安価な原料を増して使用することも可
能となる。

【００３６】次に、以上に説明したスラグ−メタル間の
精練反応の１つとして、主要な脱硫反応に関する事例に
ついて説明する。たとえば、ステンレス鋼溶銑の電気炉
における脱硫反応も、この精練反応の１つであるが、こ
の脱硫反応は次式で表される。

【００３７】

【数１】

【００３８】または、

【００３９】

【数２】

【００４０】ここに、（ＣａＯ），（ＣａＳ）はスラグ
中のＣａＯ，ＣａＳであり、Ｓ，Ｏはメタル中のＯ，Ｓ
である。したがって脱硫反応の平衡定数Ｋは、

【００４１】

【数３】

【００４２】によって求められ、この数３からＳの分配
は、

【００４３】

【数４】

【００４４】または、

【００４５】

【数５】

【００４６】ここで、次のように仮定する。

【００４７】

【数６】

【００４８】ただし、Ｎ_CaO はスラグ中のＣａＯのモル
分率である。これらを数５に代入すると、Ｓのスラグお
よびメタル間の分配は、

【００４９】

【数７】

【００５０】となる。この数７によって、理論的にはス
ラグ中のＣａＯ量を増すほど、あるいはメタル中のＯの
量を減ずるほど、脱硫反応が進行することがわかる。

【００５１】表３は、本発明および比較例における電力
源単位、脱流能およびスラグ中の（％Ｃｒ₂Ｏ₃）の比較
を示す。

【００５２】

【表３】

【００５３】表３において、電力原単位はガス吹込用ノ
ズルを設けない比較例１を基準としたときの差を示し、
また脱硫能（％Ｓ）／［％Ｓ］は、塩基度Ｃ／Ｓによっ
て影響されるが、ここでは、Ｃ／Ｓ≒２．４の場合であ
る。

【００５４】図６はこのスラグの塩基度と脱硫能の関係
を示す。図６においてラインＬ４はガス吹込用ノズルを
設けない場合（前述の比較例１）であり、ラインＬ５が
３本のガス吹込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃを設け
た場合（本発明）であり、ラインＬ６は、ガス吹込用ノ
ズルを中央に１本設けた場合（比較例２）の塩基度（Ｃ
ａＯ％）/（ＳｉＯ₂％）と、脱硫能（％Ｓ）／［％Ｓ］
との関係を示している。本実施例における３本のガス吹
込用ノズル１１ａ，１１ｂ，１１ｃでは、炉底７の軸線
６にガス吹込用ノズルを配置したときよりも同一の塩基
度で比較して脱硫能が向上している。

【００５５】またＣｒ₂Ｏ₃の還元については、表３に示
すごとく１本のガス吹込用ノズルを用いた場合では、ス
ラグ中の（％Ｃｒ₂Ｏ₃）は５．０〜５．５％であり、Ｃ
ｒ₂Ｏ₃の還元効果は、充分には認められないのに対し、
本発明のように、３本のガス吹込用ノズル１１ａ，１１
ｂ，１１ｃを電極ピッチ円１４の外側に設けた場合に
は、スラグ中の（％Ｃｒ₂Ｏ₃）は低下し、Ｃｒの還元能
力が向上されている。また炉底７の中央に１本および電
極ピッチ円１４外に３本のガス吹込用ノズルを用いた比
較例５の場合では、スラグ中の（％Ｃｒ₂Ｏ₃）は５．０
〜５．５％と還元能力は低下する。

【００５６】また電力原単位については、表３に示すご
とくガス吹込用ノズルのない比較例１に比べて５０ｋＷ
Ｈ／トンだけ低減され、炉底７の中央に１本のガス吹込
用ノズルを配置した比較例２に比べても、電力原単位が
３０ｋＷＨ／トンだけ低減している。またガス吹込用ノ
ズルをピッチ円１４内に３本配置した比較例３よりもさ
らに２０ｋＷＨ／トンの低減が、ガス吹込用ノズルをピ
ッチ円１４外に３本配置し、さらに炉底７の中央に１本
のガス吹込用ノズルを配置した比較例５よりもさらに５
ｋＷＨ／トンの低減が図られている。また、脱硫能（％
Ｓ）／［％Ｓ］がガス吹込用ノズルのない比較例１に比
べて４２向上され、炉底７の中央に１本のガス吹込用ノ
ズルを配置した比較例２に比べても２０だけ向上してい
る。またガス吹込用ノズルをピッチ円１４内に３本配置
した比較例３よりもさらに１７向上し、ガス吹込用ノズ
ルをピッチ円１４外に３本配置し、さらに炉底７の中央
に１本のガス吹込用ノズルを配置した比較例５よりもさ
らに１２向上する。

【００５７】本発明の他の実施例として、前記範囲Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３内に、本発明の構成に従って、それぞれ
複数本のガス吹込用ノズルを設けて、順次的に交換して
用いるようにしてもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、炉底に設
けられる各ガス吹込用ノズルは、半径線方向において、
各電極の設けられているピッチ円から半径方向外方に炉
壁の内周面までの半径の３／４だけ炉壁寄りの範囲で、
かつ周方向に前記炉体の軸線と周方向に隣接する電極の
各軸線の２等分点とを結ぶ半径線によって挟まれた範囲
にそれぞれ設けられる。このように各ガス吹込用ノズル
を配置することによって、炉体内の溶融金属を均一に撹
拌して、炉体内に装入された原料から溶融金属やスラグ
への溶解性およびその溶解金属の精練反応を向上し、こ
れらの所要時間を短縮して能率を向上することができる
し、電力原単位の低減も可能となり、溶融金属の成分の
安定および歩留りの向上もできる。

【００５９】また本発明によれば、３本の電極を備え炉
底に３本のガス吹込用ノズルを設けた三相交流アーク式
底吹き電気炉において、各ガス吹込用ノズルは、半径線
方向において、各電極が設けられているピッチ円から半
径方向外方の炉壁の内周面までの半径の３／４だけ炉壁
寄りの範囲で、かつ周方向に前記炉体の軸線と周方向に
隣接する電極の各軸線の２等分点とを結ぶ半径線によっ
て挟まれた範囲にそれぞれ設けられる。このように少な
くとも３本のガス吹込用ノズルを配置することによっ
て、平面的に炉体内の溶融金属を均一に撹拌して、前記
発明と同様な作用を生じさせ得る。

【００６０】また本発明によれば、複数のガス吹込用ノ
ズルが、前記各発明と同様な特定範囲内の炉底に設けら
れており、なおかつ前記炉体と同軸を成すピッチ円とこ
の炉体と同軸から炉壁の内周面へ向けて引き出され周方
向に等分割されている各半径線との交点に該当する炉底
位置にそれぞれ設けられる。このように各ガス吹込用ノ
ズルを配置することによって、平面的に炉体内の溶融金
属全体を炉壁付近の全周域から炉体の軸線方向に向けて
流動させながら均一に撹拌して、前記各発明と同様な作
用を生じさせ得る。

【００６１】また本発明によれば、前記炉底に設けられ
る複数のガス吹込用ノズルは、前記各発明と同様な特定
範囲内の炉底に設けられており、なおかつ各ガス吹込用
ノズルから吐出され炉体内に滞留している溶融金属中へ
吹込まれるガスの吐出中心線が、前記炉体の軸線と平行
な状態より、この軸線に向けて傾斜し、しかもこの軸線
と前記炉体内に滞留している溶融金属の平均的な浴面と
の交わる位置よりも炉体上方の軸線に向けて、それぞれ
全く同様に設けられる。このように各ガス吹込用ノズル
を配置することによって、平面的だけでなく立体的に炉
体内に滞留している溶融金属全体を炉壁付近の全周域か
ら確実に安定して炉体の軸線に向けて循環流動させなが
ら均一に撹拌することができて、前記各発明と同様な作
用を助長させ得る。

【００６２】また本発明によれば、前記撹拌用ガスは窒
素ガスおよび不活性ガスであり、その流量が０．００１
〜０．００４５Ｎｍ³／分／トンに選ばれるので、炉体
内の溶融金属全体を常に炉体の軸線方向に向けて好まし
い状態で循環流動させながら均一に撹拌して、この溶融
金属の上部に浮遊状態にあるスラグが炉壁付近に集まる
という現象を確実に防止し、各電極が配置されていてア
ーク直下の高温領域であるピッチ円内で原料の溶融金属
やスラグへの溶解を促進するとともに、メタル−スラグ
間の反応をも促進させてその溶解性および精錬反応をよ
り一層向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気炉１の炉体を示す平面
図である。

【図２】図１の切断面線ＩＩ−ＩＩから見た断面図であ
る。

【図３】ガス吹込用ノズルの配置位置を示す図である。

【図４】ガス吹込用ノズルの配置位置と均一混合時間
（分）との関係を示すグラフである。

【図５】スラグの滞留部Ｘとスラグの流動部Ｙとを示す
図である。

【図６】塩基度と脱硫能との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１電気炉３炉体４内周面５炉壁６軸線７炉底１１ａ，１１ｂ，１１ｃガス吹込用ノズル１３ａ，１３ｂ，１３ｃ電極１４ピッチ円１５仮想円１６ａ，１６ｂ，１６ｃ半径線１７ガス供給源１９ガス吹込用ノズルのガス吐出中心線２０溶融金属２０ａ溶融金属浴面２１溶融スラグＳ領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３範囲Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３２等分点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ直円筒状の内周面を有する炉壁と、
この炉壁の軸線方向一端部を塞ぐ炉底とによって炉体が
構成され、この炉体内に装入された原料を、前記炉体と
同軸を成すピッチ円上に設けられる複数の電極からのア
ークによって溶解し、その主として溶融金属を、前記炉
底に設けられる複数のガス吹込用ノズルから吐出される
撹拌用ガスによって撹拌しながら精錬するアーク式底吹
き電気炉において、前記複数のガス吹込用ノズルを、前記各電極の設けられ
るピッチ円から炉壁の内周面までの半径の３／４だけ炉
壁寄りで、かつ周方向に隣接する電極間のピッチ円上の
２等分点と前記炉体の軸線とを結ぶ半径線に関して周方
向両側へ２５度の範囲内にそれぞれ設けられることを特
徴とするアーク式底吹き電気炉。
【請求項２】ほぼ直円筒状の内周面を有する炉壁と、
この炉壁の軸線方向一端部を塞ぐ炉底とによって炉体が
構成され、この炉体内に装入された原料を、前記炉体と
同軸を成すピッチ円上で周方向に１２０度毎に間隔をあ
けて軸対称に設けられている３本の電極からのアークに
よって溶解し、その主として溶融金属を、前記炉底に設
けられる複数のガス吹込用ノズルから吐出される撹拌用
ガスによって撹拌しながら精練する三相交流アーク式底
吹き電気炉において、前記複数のガス吹込用ノズルとして３本のガス吸込用ノ
ズルを備え、この３本のガス吹込用ノズルを、前記各電
極の設けられるピッチ円から炉壁の内周面までの半径の
３／４だけ炉壁寄りで、かつ周方向に隣接する電極間の
ピッチ円上の２等分点と前記炉体の軸線とを結ぶ半径線
に関して周方向両側へ２５度の範囲内にそれぞれ設けら
れることを特徴とするアーク式底吹き電気炉。
【請求項３】前記複数のガス吹込用ノズルが、前記炉
体と同軸を成すピッチ円と、この炉体と同軸から炉壁の
内周面へ向けて引き出され周方向に等分割されている各
半径線と、この交点に該当する炉底位置にそれぞれ設け
られていることを特徴とする請求項１または２に記載の
アーク式底吹き電気炉。
【請求項４】前記炉底に設けられる複数のガス吹込用
ノズルは、各ガス吹込用ノズルのガス吐出中心線が、前
記炉体の軸線と平行な状態よりこの軸線に向けて傾斜
し、かつこの軸線と前記炉体内に滞留する主として溶融
金属の平均的な浴面との交わる位置よりも炉体上方に向
けて、それぞれ全く同様な向きに設けることを特徴とす
る請求項１から３までのいずれか１項に記載のアーク式
底吹き電気炉。
【請求項５】前記撹拌用ガスは窒素ガスおよび不活性
ガスであり、その流量が０．００１〜０．００４５Ｎｍ
³ ／分／トンに選ばれることを特徴とする請求項１から
４までのいずれか１項に記載のアーク式底吹き電気炉。