JPH0712466A - 電気炉内への非消耗型ランスによる酸素または酸素含有ガスの吹込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 消耗パイプコストの削除、煩雑なパイプ供給
等の作業の廃止のメリットを享受できるとともに、酸
素、粉体の利用効率を向上させ、溶融金属、スラグの飛
散を最小限にとどめ安全に操業できるランスを消耗させ
ない酸素または酸素含有ガスの吹込み方法を提供する。 【構成】 溶融金属の表面から酸素用ランスの吹込み位
置までの高さｈを３００ｍｍ〜７００ｍｍの範囲に設定
すると共に、溶融金属の表面と該ランスの吹き出し方向
との成す角度θを、その吹き込み位置に金属と溶融金属
が混在する時期は、２５度から３５度の範囲とし、溶融
金属がほとんど占めるまたは溶融金属のみの時期は角度
θを４０度から５０度の範囲として吹き込む。これによ
り酸素，粉体の利用効率を向上させ、溶融金属，スラグ
の飛散を最小限にとどめ安全に操業することが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属材料の溶解、溶融
金属の精錬等に使用される電気炉において、溶融金属内
に上部から酸素を超音速で吹込む、非消耗型ランスの酸
素または酸素含有ガスの吹込み方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属材料の溶解、溶融金属の精錬等に使
用される電気炉として、炉内に装入した金属材料の上方
に配設した電極と、炉底、側壁等の炉壁に取り付けた電
極との間に電流を流し、金属材料の溶解、溶融金属の精
錬を行う直流電気炉、また、炉内に装入した金属材料の
上方に配設した３本の電極間に電流を流し金属材料の溶
解、溶融金属の精錬を行う交流電気炉が知られている。

【０００３】この種の電気炉は金属材料の溶解促進、溶
融金属の精錬を行うために、酸素及び粉体をパイプを使
用し、炉内の溶融金属内に吹き込む操業が一般的に行わ
れている。

【０００４】従来、作業者が酸素及び粉体を吹き込むた
めのパイプを把持し炉内に吹き込む作業を行っていた
が、例えば実開平２−３８４５７号公報に示されるよう
にパイプを自走台車上に搭載させ、機械的に酸素及び粉
体を吹き込むためのパイプを把持、炉内へ送り込む装置
が提案され、作業者の重筋、高温環境下の作業を軽減し
ている。

【０００５】一方、溶融金属の精錬を行う転炉において
は、たとえば、特開平１−２１９１１６号公報に示され
るように精錬を行うために上部より水冷された非消耗式
ランスを用いて炉内に吹き込んでいる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ば実開平２−３８４５７号公報に示される方法では、酸
素及び粉体を吹き込むためのパイプは、通常のパイプを
使用しており、パイプ出口の流速は、音速を超えること
はなく、酸素及び粉体は溶融金属内に十分侵入していか
ない。

【０００７】このため、酸素及び粉体の利用効率を上げ
るために溶融金属内に浸漬させて使う必要があり、パイ
プは、徐々に消耗していきパイプの自走台車への供給等
は作業者が行う必要がある。この様な煩雑な作業が発生
するとともに、消耗するパイプのコストも多大なものと
なる。

【０００８】一方、溶融金属の精錬を行う転炉において
は、上部より水冷されたランスを用いて炉内に吹き込ん
でおり、非消耗式ランスが実用化されているが、転炉に
おいては、湯面から開口部までの高さが、１０ｍ以上も
あり、溶融金属、スラグの飛散があまり問題にならな
い。

【０００９】しかし、電気炉では、炉蓋までの高さが約
２ｍ程度であり、転炉で実用化されている非消耗式のラ
ンスをそのまま適用することはできず、また、電気炉で
は、金属材料の溶解促進溶融金属の精錬に使用すること
を考慮すればランスは作業口から装入する方式となり、
特に、電気炉では、金属材料と溶融金属が混在する時期
が発生し、転炉での使用のしかたと大きく異なり、転炉
の非消耗式ランスによる吹込み方法をそのまま電気炉に
適用することは、困難である。

【００１０】本発明の目的は、従来の煩雑な作業の廃
止、消耗パイプコストの削減のメリットを享受できると
ともに、酸素または酸素含有ガス及び必要に応じて吹き
込まれる炭粉等の粉体の利用効率を飛躍的に向上させ、
溶融金属、スラグの飛散を最小限にとどめ安全に操業で
きる非消耗型ランスの酸素または酸素含有ガスの吹込み
方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の非消耗型ランス
の酸素または酸素含有ガスの吹込み方法は、溶融金属の
表面から酸素または酸素含有ガス用ランスの吹き出し位
置までの高さｈを３００ｍｍから７００ｍｍの範囲に設
定し、かつ、溶融金属の表面と酸素用ランスの吹き出し
方向との成す角度θを、その吹き込み位置に金属と溶融
金属が混在する時期は、２５度から３５度の範囲とし、
溶融金属がほとんどを占めるまたは溶融金属のみの時期
は、ランスの吹き出し方向の成す角度θが４０度から５
０度の範囲に設定することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明における非消耗型ランスは、転炉のラン
ス等で用いられている末広ノズルを用いることにより超
音速のジェットを得ることができる。一方末広ノズルラ
ンスは、吹き込みの条件によっては、溶融金属またはス
ラグの飛散が激しくなり、歩留まりの悪化のみならず、
操業に支障をきたす結果となる。溶融金属またはスラグ
の飛散は、吹込み方向の炉壁（水平）方向と上方向に主
に発生する。

【００１３】金属の溶解を促進している間、すなわちカ
ッテングの時期は、溶融金属のまわりに未溶解の金属が
存在し、超音速ジェットは溶融金属を飛散させ、飛散し
た溶融金属は未溶解の金属が前面に存在するため上方
向、または炉前に飛散する事になる。溶融金属の表面と
酸素または酸素用ランスの吹き出し方向の成す角度θ
（以下、吹き込み角度という）が大きいと上方向に飛散
する溶融金属の量が多くなり、上方向に飛散した溶融金
属は上部に存在している未溶解の金属に付着し、その部
分の未溶解金属と一体になり炉壁に付着し、アーク熱に
よる溶解が進んでも未溶解金属が下方に移動できず、最
終的に溶け残り次回の金属を装入するための炉内の必要
体積を小さくし、必要金属を装入する事ができず、生産
量を確保することができなくなる。

【００１４】一方吹き込み角度θが小さいと水平方向の
溶融金属の飛散が大きくなり、作業口からの溶融金属の
飛散が多くなり、炉前の作業を行うと非常に危険となる
とともに溶融金属の歩留まりが悪化し、生産性が低下す
る。

【００１５】図３に溶融金属のまわりに未溶解の金属が
存在するとき吹き込み角度θと炉壁への付着指数及び炉
前への飛散指数を示す。本図からもわかるように吹き込
み角度が３５度を超えると上部の炉壁への溶融金属の付
着が急激に増加し、上部に存在している未溶解の金属に
付着し、その部分の未溶解金属と一体となり炉壁に付着
し、アーク熱による溶解が進んでも未溶解金属が下方に
移動できず、最終的に溶け残り次回の金属を装入するた
めの炉内の必要体積を小さくし、次の溶解に必要な金属
を装入する事ができず、生産量を確保することができな
くなる。一方、吹き込み角度が２５度を下回ると作業口
から炉前へ溶融金属の飛散が急激に激しくなり炉前での
作業に危険を伴ってくる。

【００１６】溶融金属がほとんどを占める、または溶融
金属のみの時期、すなわち精錬時期は吹き込み方向の炉
壁への溶融金属の飛散と炉蓋への溶融金属の飛散が問題
となってくる。吹き込み方向の炉壁（水平）方向への溶
融金属またはスラグの飛散は、吹き込み角度θが支配的
であり、その関係を図４に示す。

【００１７】本図からわかるように吹き込み角度θが小
さくなるにつれて、炉壁側への溶融金属の飛散が大きく
なり、炉壁への付着が激しくなり、特に吹き込み角度が
４０度を下回ると炉壁への溶融金属の付着が増大し、炉
内容積の減少につながる。

【００１８】溶融金属またはスラグの上方向の飛散は、
溶融金属の表面から酸素ランスの末広ノズルの吹き出し
位置までの高さｈ（以下吹き込み高さという）が支配的
であり、その関係を図５に示す。

【００１９】同一ガス流量でランスを浴面に近づけてい
くと徐々に飛散高さは高くなるが、ある吹き込み高さで
飛散高さはピークを持ち、さらにランスを浴面に近づけ
ていくと飛散高さは低下してくる。飛散高がピークをむ
かえるまでの溶融金属のへこみはなめらかな凹形状であ
る。

【００２０】さらにランスを浴面に近づけていくと飛散
高さは低下してくるが、これは、飛散高がピークをむか
えた以後は溶融金属のへこみ部のなめらかな凹形状が崩
れ、へこみ部に気泡の巻き込みが発生し、ガスの持つ運
動エネルギーを効率良く溶融金属側へ伝えるためであ
る。

【００２１】つまり、へこみ部の形状が変化することに
よりガスのもつ運動エネルギーの溶融金属側の攪拌に寄
与する割合が増加し、溶融金属等の飛散に費やすエネル
ギーが相対的に減少するためである。炉蓋までの高さが
約２ｍ程度の電気炉への吹き込みにおいて、本図から分
かるように飛散高さを約２ｍ以下で、かつへこみ部に気
泡の巻き込みを発生させるためには、吹き込み高さは７
００ｍｍ以下とする必要がある。このことにより、溶融
金属またはスラグの飛散を抑え、かつ溶融金属の攪拌を
強化することができる。

【００２２】また吹き込み高さｈを７００ｍｍ以下とす
ることにより、ノズルの吹き出し位置がフオーミングし
たスラグ中に浸漬するため、スラグがフオーミングして
いる場合には、溶融金属の飛散をスラグにより捕捉、減
少させる効果も派生する。

【００２３】他方、吹込みによる溶融金属の大きな塊が
定常的にランスに飛散してこないための必要高さは約３
００ｍｍ以上で、かつ吹込み角度は、５０度以下であ
り、この高さ以下または吹込み角度を５０度より大きく
した場合は、ランス自体の損傷を引き起こし寿命の短縮
をまねくことになり、ランス先端部の補修、またはラン
ス自体の交換の頻度が多くなり、非消耗式ランスのメリ
ットの１つである煩雑な作業の廃止のメリットが十分に
享受できなくなるため、吹込み高さは３００ｍｍ以上、
かつ吹込み角度は５０度以下にすることが必要である。

【００２４】以下本発明によれば、従来の煩雑な作業の
廃止、消耗パイプコストの削減のメリットを享受できる
とともに、酸素または酸素含有ガスの利用効率を飛躍的
に向上させ、溶融金属、スラグの飛散を最小限にとどめ
安全に操業できるとともに、ランスを消耗させないとい
う画期的な酸素または酸素含有ガスの吹込み方法を提供
することが可能となる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面をもとに
詳しく説明する。図１は本発明を適用したカッテング時
期の直流電気炉の断面図、図２は溶融金属がほとんどを
占める、または溶融金属のみの時期の直流電気炉の断面
図、図３は溶融金属のまわりに未溶解の金属が存在する
ときの溶融金属の表面と酸素ランスの吹き出し方向との
成す角度θと炉壁への付着指数及び炉前への飛散指数の
関係図、図４は溶融金属がほとんどを占めるまたは溶融
金属ののみの時期の溶融金属表面と酸素ランスの吹き出
し方向との成す角度θと炉壁の損耗指数の関係図、図５
は溶融金属がほとんどを占める、または溶融金属のみの
時期の溶融金属の表面から酸素ランスの吹き出し位置ま
での高さと溶融金属の飛散高さの関係図である。

【００２６】図１に示した直流電気炉１は耐火物２と水
冷ボックス３とで覆われた炉本体４、その上部に配設さ
れた炉蓋５からなり、炉蓋５はの中心部から昇降自在な
上部電極６と炉底に配設された炉底電極７とに供給され
る直流電流により、主に直流電気炉内に装入されたスク
ラップの溶融金属８と上部電極６の先端との間に形成さ
れるアークでもってスクラップを溶解、または、溶融金
属８を加熱する。

【００２７】未溶解金属１５の溶解の促進、溶融金属８
の加熱補助、精錬を行うために、炉本体４に配設された
作業口９より水冷された酸素吹込み用ランス１０と酸素
吹込み用ランス１０の下部に配設された水冷された粉体
吹込み用ランス１１を炉内に装入してある。ランス１
０、１１は、前後進及び昇降用駆動装置（図示せず）に
より炉内での前後上下方向の位置調整を行える。

【００２８】ランス１０、１１は、ランスホルダー１２
により保持され、ランスホルダー１２はピン１６により
一方をアーム１９に支持され、さらに他方をアーム１９
にピン１７を介して取り付けられた駆動装置（たとえば
油圧シリンダー）１４とピン１８により支持されてお
り、駆動装置１４の押し引きにより酸素吹込み用ランス
１０の吹き込み角度θを変化させることができる。

【００２９】電気炉１の炉内に金属材料を装入した後、
上部電極６と炉底電極７との間に電流を流し未溶解金属
１５の溶解を開始する。このとき、溶解を開始するとほ
ぼ同時に酸素吹込み用ランス１０粉体吹込み用ランス１
１を未溶解金属１５に当たらないようにランスの前後進
装置（図示せず）によりランスを前進させ、酸素を吹き
始める。

【００３０】未溶解金属１５の溶解が進むにつれて、吹
き込み位置に溶融金属８と未溶解金属１５とが混在する
ようになる。このとき、吹き込み高さｈが約５００ｍｍ
の高さになるように昇降用駆動装置（図示せず）により
調整すると共に、吹き込み角度θを約２７度となるよう
に駆動装置１４により調整する。

【００３１】この時期より必要に応じて粉体吹き込み用
ランス１１を介して粉炭、石灰等の粉体を炉内へ吹き込
む。さらに未溶解金属１５の溶解が進むにつれて酸素の
溶解促進効果により、酸素吹込み用ランス１０の吹き込
み位置に未溶解金属１５が存在しなくなるため、未溶解
金属１５の溶解に合わせてランスの前後進装置（図示せ
ず）によりランスを前進させる。

【００３２】このように未溶解金属の溶解に合わせてラ
ンスを前進させるにつれ、酸素の吹き込み方向に未溶解
金属１５があまり存在しないようになる。この時期よ
り、吹き込み角度θを約４５度となるように駆動装置１
４に調整すると共に、吹込み高さｈが約３５０ｍｍの高
さになるように昇降用駆動装置（図示せず）により調整
する。

【００３３】なお、図１及び図２に示すごとく、粉体吹
き込み用ランスの昇降及び傾動は酸素吹き込み用ランス
と共用でよく、その動作は酸素吹き込み用ランスの動作
に追随する。

【００３４】通常の操業では、必要量の溶融金属を得る
ために２〜３回に分けて金属材料を装入するが、溶解の
途中に電気炉１の炉内に金属材料を再度装入した場合は
前述の操作を繰り返す。溶融金属の溶解、精錬が終了し
たら、前後進、昇降用駆動装置（図示せず）及び駆動装
置１４を用い炉内より迅速に退避させると共に、酸素及
び粉体の吹き込みを停止し次回の溶解に備える。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、操業時間にあわせ
て最適なランスの吹き込み高さ及び吹き込み角度を設定
することにより、従来消耗品であった酸素，粉体吹き込
み用パイプを非消耗品式にかえることができ、消耗する
パイプのコストをなくすとともに、パイプの台車等へ供
給作業等の煩雑な作業を廃止できる。さらに溶融金属
８，スラグの飛散を最小限にとどめ炉壁の損耗を抑え、
また、ランスへの溶融金属の大きな塊の定常的な飛散を
抑え、ランス自体の損傷を抑える。さらに、酸素及び炭
粉を溶融金属内に深く吹き込むことができるために酸素
及び炭粉の利用効率を飛躍的に向上させ、安全に操業で
き、作業の自動化のみならず生産性の向上・エネルギー
コストの低減に大きく貢献するもので、その効果は極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したカッティング時期の直流電気
炉の断面図である。

【図２】本発明を適用した溶融金属がほとんど占める、
または溶融金属のみの時期の直流電気炉の断面図であ
る。

【図３】溶融金属のまわりに未溶解の金属が存在すると
きの溶融金属の表面と酸素ランスの吹き出し方向の成す
角度θと炉壁への付着指数及び炉前への飛散指数の関係
図である。

【図４】溶融金属がほとんどを占める、または溶融金属
のみの時期の溶融金属の表面と酸素ランスの吹き出し方
向のなす角度θと炉壁の損耗指数の関係図である。

【図５】溶融金属がほとんどを占める、または溶融金属
のみの時期の溶融金属の表面から酸素用ランスの吹き出
し位置までの高さと溶融金属の飛散高さの関係図であ
る。

【符号の説明】

１ 直流電気炉 ２ 耐火物 ３ 水冷ボックス ４ 炉本体 ５ 炉蓋 ６ 上部電極 ７ 炉底電極 ８ 溶融金属 ９ 作業口 １０ 酸素吹込み用ランス １１ 粉体吹込み用ランス １２ ランスホルダー １３ アーム １４ 駆動装置 １５，１９ 未溶解金属 １６，１７，１８ ピン

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【手続補正書】

【提出日】平成６年１月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 電気炉内への非消耗型ランスによる酸
素または酸素含有ガスの吹込み方法

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田辺 圭一 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属材料の溶解、溶融金属の精錬等に使用
   される電気炉にあって、炉内金属材料の溶解促進、溶融
   金属の精錬のため、非消耗型ランスを介し、酸素または
   酸素含有ガスを吹き込む吹込み方法において、溶融金属
   の表面から前記ランスの吹き出し位置までの高さｈを３
   ００ｍｍから７００ｍｍの範囲に設定すると共に、溶融
   金属の表面と該ランスの吹き出し方向との成す角度θを
   その吹き込み位置に金属と溶融金属が混在する時期は、
   ２５度から３５度の範囲とし、溶融金属がほとんどを占
   めるまたは溶融金属のみの時期は、θが４０度から５０
   度の範囲に設定することを特徴とする電気炉内への非消
   耗型ランスによる酸素または酸素含有ガスの吹込み方
   法。