JPH07126793A - 合金鉄製造用電気炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 還元炭素材としてコークスを用いるサブマー
ジド法により合金鉄を製造するについて、炉内電気抵抗
を高めて電極先端の上昇を抑えて、ジュール熱による電
気エネルギーを最大限に利用し、電気炉の操業効率を高
める。 【構成】 還元剤として原料鉱石に混合するコークスの
平均粒径を 9mm〜14mmの範囲内とした配合原料を用いて
操業する。 【効果】 配合原料の電気抵抗を低く律則しているコー
クスの電気抵抗値を、通気性を損なうことなく高め、そ
れにより炉内電気抵抗を増大させて電極先端の上昇を抑
え、ジュール熱による電気エネルギーを最大限に利用で
き、もって効率の高い操業を安定して達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合金鉄製造用電気炉の
操業方法に関し、詳細には、配合原料の電気抵抗値を高
めることで、炉内電気抵抗を高めて電極先端の上昇を抑
え、電気エネルギーの利用効率の向上が図れる合金鉄製
造用電気炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、合金鉄を電気炉で製造す
る方法では、その代表的な還元剤として炭素、珪素およ
びアルミニウム等が用いられるが、炭素による還元法は
量産に適し経済的であることより、合金鉄の大部分はこ
れによって製造されている。そして、炭素による還元は
吸熱反応であるので、〔図３〕に例示するように、原料
鉱石と還元炭素材とを混合してなる配合原料(R) を電気
炉(21)内に装入すると共に、その配合原料(R) 内に電極
(22)を埋没させて、原料鉱石中の酸化物を炭素還元する
方法、つまりサブマージドアーク炉法が採用されてい
る。

【０００３】〔図３〕は、合金鉄製造用電気炉の代表１
例の概要構成を示すもので、この電気炉(21)は、炉本体
(21a) の上部開口に炉蓋(21b) を設けた密閉型に構成さ
れると共に、その炉蓋(21b) 側に電極(22)および配合原
料(R) の投原管(23)を備えてなる。なお、同図において
(M)は溶融メタル、(S) はコークスと混在したスラグで
ある。また溶融メタル(M) は、電気炉(21)の炉本体(21
a) の下部側壁に設けられたタップ孔(21c) を介して出
湯される。

【０００４】これら合金鉄製造用電気炉において、炉内
電気抵抗と消費電気エネルギー量との関係は、炉内電気
抵抗値が 0.3〜 0.36mΩの時に消費エネルギー量が最も
低い値になるとされている。一方、通電時間の増大に伴
い、スラグ・メタルが次第に炉底に蓄えられ、電極(22)
先端を深い位置に保持したままであると電気抵抗が著し
く低下するので、これを回避するために、溶融スラグ・
メタルの蓄積量に応じて電極(22)を上昇させ、常に電気
抵抗値が 0.3〜 0.36mΩになるように電極(22)先端位置
を制御している。

【０００５】一方、還元炭素材としては、コークスや石
炭、更に木炭などが用いられるが、経済性や操業性の面
からコークスが最も一般的に用いられている。また、合
金鉄製造用電気炉におけるコークスは、還元剤としての
役割の他に、還元反応と同時に発生する多量のＣ０ガス
を円滑に炉外に導くための通気性確保の役割も持ってい
ることから、通気性の観点より、その粒度はある程度の
大きさを確保すべきものとされている。そして従来で
は、そのような所見から、合金鉄製造用電気炉に使用す
るコークスは、安定的に、かつ安価に入手できる高炉コ
ークスであって、しかも高炉での使用量が少ない20mm以
下 8mm以上の粒径サイズのものが一般的に用いられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のもとで操業
する合金鉄製造用電気炉において、炭素還元は吸熱反応
であることより、電気エネルギーを最大限に利用し、高
い効率の操業を行うには、電極(22)先端をできるだけ深
く埋没して装入された配合原料(R) 表面から奥に遠ざ
け、その電極(22)先端で発生する高温のガスが持ってい
る熱を上部の配合原料(R) に伝達して利用する必要があ
る。一方、電極(22)先端は、最適電気抵抗となるように
スラグ・メタルの蓄積量に応じて電極(22)を上昇させる
が、その電極(22)の先端位置を深い位置に保持したまま
であるとジュール熱による電気エネルギーを十分に利用
できず、また過度に上昇させるとガスの吹き抜け、炉圧
変動、原料棚落ち等が発生し易くなって炉況が悪化す
る。

【０００７】従って、より効率の良い操業を達成するに
は、炉内電気抵抗を高めて電極の上昇を極力抑制し、ジ
ュール熱による電気エネルギーを最大限に利用すること
が重要であり、そのためには、配合原料の電気抵抗を高
めることが必要となる。しかし、従来においては、電極
先端位置の制御については十分配慮されているものの、
配合原料の電気抵抗については、構成する原料鉱石およ
びコークスの電気抵抗値によって律則される範囲内とし
た操業が慣用的に行われていた。

【０００８】ところで、配合原料を構成する原料鉱石と
コークスの電気抵抗を比較すると、コークスの電気抵抗
値が格段に低く、その値が配合原料の電気抵抗値を低く
律則している。従って、コークスの電気抵抗を高めるこ
とができれば、当該配合原料の電気抵抗を増大させ、こ
れによって炉内電気抵抗を高めることができる。一方、
コークスの電気抵抗は、ガスコークスや冶金コークスま
たは成形コークスのように生い立ちや原料となる石炭種
によって異なるが、同じコークス種においても、その構
成粒径が異なると電気抵抗が変化することが知られてい
る。

【０００９】本発明者等は、これらの点に着目し、原料
鉱石に混合するコークスの粒度を調整することで配合原
料の電気抵抗を高め、これによって炉内電気抵抗を増大
させて電極先端の上昇を抑え、ジュール熱による電気エ
ネルギーを最大限に利用して、より効率の高い操業を達
成せんとした。しかし、従来の合金鉄製造用電気炉の操
業では、コークスは主として還元と通気性の観点、更に
は経済性の面から選定され、つまり供給される前述の粒
径サイズそのままで使用しているだけで、そのコークス
の粒度構成を調整して配合原料の電気抵抗を高め、よっ
て炉内電気抵抗を増大させて電極先端の上昇を抑えると
言う観点で、その適正な粒度を具体的に示したものは未
だ知られていなかった。従って、上記目的を達成するに
は、原料鉱石に混合するコークスの粒度を、通気性を損
なうことなく配合原料の電気抵抗を高めるに最適な範囲
とした操業方法を確立することが課題となる。

【００１０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、原料鉱石に還元剤として混合するコークスの
粒度を、通気性を損なうことなく配合原料の電気抵抗を
高めるに最適な範囲とし、よって炉内電気抵抗を増大さ
せて電極先端の上昇を抑え、ジュール熱による電気エネ
ルギーを最大限に利用できて、効率の高い操業を安定し
て達成できる合金鉄製造用電気炉の操業方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は以下の構成とされている。すなわち、本
発明に係る合金鉄製造用電気炉の操業方法は、原料鉱石
と還元剤としてのコークスとを混合してなる配合原料を
炉内に装入し、サブマージドアーク法により合金鉄を製
造するに際し、前記コークスの平均粒径を９mmから１４
mmの範囲内とすることを特徴とする。

【００１２】

【作用】コークスの粒度構成と電気抵抗値との関係を把
握するため、従来常套的に使用されていた 8〜20mmの粒
径のコークスと、 6〜 8mmの粒径の整粒とされたコーク
スとを混合して、平均粒径を種々に変化させた配合用コ
ークスを準備し、それら配合用コークスの電気抵抗値を
実験室レベルで測定した。その測定は、〔図２〕の (a)
図に示すように、抵抗値測定器(13)に接続された銅電極
(12),(12')を両端部に配した絶縁ケース(11)内に、配合
用コークス(C) を操業時の装入密度レベルで充填して行
った。その結果、〔図２〕の (b)図のグラフに示すよう
に、コークスの平均粒径が小さくなるに従って電気抵抗
値が増加し、その増加傾向は平均粒径とリニアな関係に
あることが確認された。

【００１３】上記実験室レベルでの平均粒径と抵抗値変
化の確認を得て、20MVA の電気炉での実機試験操業を行
った。その製造品種は高炭素フェロマンガンであり、操
業上の変化要因はコークスの平均粒径のみとし、期間は
約２ケ月で実施した。それら実機試験操業における操業
状態の変化を整理して〔表１〕に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】〔表１〕に明らかなように、コークスの平
均粒径が小さくなるに従って、電極先端の上昇も小さく
抑えられ、また炉内発生ガスも安定の方向を示し、結果
として、電力原単位およびＭｎ歩留りが向上した。しか
し、平均粒径を 9mmよりも小さくした操業では、炉圧変
動が激しくなって操業中断を招いた。これは平均粒径を
あまり小さくして行くと配合原料内の通気抵抗が大きく
なり、炉内発生ガスが円滑に排出され難くなるからであ
る。なお、平均粒径を15.4mmとした例は、従来常套的に
使用していた 8〜20mmの粒径サイズのコークスのみを用
いた操業例である。また、〔表１〕中の電極先端位置と
は、出湯後の電極先端の炉底からの高さ位置であり、そ
の高さ位置が低いほど効率の良い還元が行われたことを
示す。

【００１６】本発明は、上記測定および実機試験操業に
より把握された条件に基づいて完成したものであって、
原料鉱石に還元剤として混合するコークスの平均粒径を
９mmから１４mmの範囲内とすることで、通気性を損なう
ことなく配合原料の電気抵抗を高めることができ、これ
によって炉内電気抵抗を増大させて電極先端の上昇を抑
え、ジュール熱による電気エネルギーを最大限に利用し
て、より効率の高い操業を安定して行うことができる。

【００１７】また本発明において、上記コークスの平均
粒径を９mmから１４mmの範囲内と限定した理由は、平均
粒径を９mmよりも小さくすると、前述したように配合原
料内の通気抵抗が大きくなり、炉内発生ガスを円滑に排
出し難くなつて炉圧変動を招き、安定した操業ができな
くなるからであり、また、平均粒径を１４mmよりも大き
くすると、従来技術と同様に配合原料の電気抵抗が低下
し、それにより炉内電気抵抗も低下して電極先端が上昇
し、効率の良い還元が得られず、結果として操業効率を
より高めんとする目的が達成できなくなるからである。

【００１８】なお、上記コークスは、通気性の観点か
ら、３mm以下の粒径の微細粒、望ましくは５mm以下の粒
径の細粒を含まないものとされる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明に係る合金鉄製造用電気炉の操
業方法の実施例について図面を参照して説明する。〔図
１〕は本実施例に用いた合金鉄製造用電気炉の概要構成
配置を示す図面である。

【００２０】〔図１〕において、(1) は電気炉であっ
て、この電気炉(1) は、炉本体(1a)の上部開口に炉蓋(1
b)を設けた密閉型に構成されると共に、その炉蓋(1b)側
に電極(2) および配合原料(R) の投原管(3) を備えた出
力20MVA のものである。また、その投原管(3) の上方に
は、配合原料の投入ホッパ(4) が配置されている。

【００２１】また投入ホッパ(4) の上方には、焼結機
(6) で焼結された原料鉱石(O) を一旦貯溜して切り出す
焼結ホッパ(5) と、還元炭素材としてのコークス(C) を
一旦貯溜して切り出すコークスホッパ(7) とがそれぞれ
配置されている。そして投入ホッパ(4) には、これら焼
結ホッパ(5) およびコークスホッパ(7) から、焼結され
た原料鉱石(O) とコークス(C) とが所定比率で均一に混
合投入される。

【００２２】更に、コークスホッパ(7) の上方には、そ
れぞれ異なる粒径サイズのコークス(C) を貯溜して切り
出す第１および第２コークス供給ホッパ(8),(9) と、こ
れらコークス供給ホッパ(8),(9) から切り出されたコー
クス(C) をベルト上で混合してコークスホッパ(7) に送
るコンベア(10)とが配置されている。

【００２３】本実施例では、第１コークス供給ホッパ
(8) に 6〜 8mmの粒径の整粒とされたコークス(C) を、
第２コークス供給ホッパ(9) に従来より常套的に使用し
ていた8〜20mmの粒径サイズのコークス(C) をそれぞれ
貯溜させた。そして、第１および第２コークス供給ホッ
パ(8),(9) それぞれからコークス(C) を所定比率で切り
出し、それらをコンベア(10)のベルト上で混合させ、平
均粒径が約11mmの配合用コークス(C')としてコークスホ
ッパ(7) に送り込んだ。一方、原料鉱石(O) としてのＭ
n 鉱石を焼結して焼結ホッパ(5) に送り、この焼結ホッ
パ(5) から焼結された原料鉱石(O) を、またコークスホ
ッパ(7) から平均粒径が約11mmの配合用コークス(C')を
それぞれ所定比率で切り出して、投入ホッパ(4) に同時
に投入して均一に混合させ、配合用コークス(C')が19wt
％となる配合原料(R) とした。

【００２４】そして、上記配合原料(R) を投入ホッパ
(4) から、投原管(3) を介して電気炉(1) 内に装入する
と共に、その配合原料(R) 内に電極(2) 先端を埋没さ
せ、つまりサブマージドアーク法により、原料鉱石(O)
中の酸素を炭素還元し、高炭素フエロマンガンを製造し
た。なお、〔図１〕は操業中の状態を示すもので、 (M)
は溶融メタル、(S) は配合コークス(C')と混在したスラ
グである。また溶融メタル(M) は、電気炉(1) の炉本体
(1a)の下部側壁に設けられたタップ孔(1c)を介して出湯
される。

【００２５】このようにして操業した本実施例では、炉
内発生ガスの吹き抜け、炉圧変動、原料棚落ち等を発生
させることなく安定操業を行うことができ、また、 8〜
20mmの粒径サイズのコークスを使用した従来の操業に比
較して、電極先端の上昇を約400mmほど小さく抑えて還
元効率を高めることができて、原単位を約 5％近く、Ｍ
ｎ歩留りを約 3％近くそれぞれ向上させることができ、
本発明の優れた効果を確認することができた。

【００２６】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る合金
鉄製造用電気炉の操業方法では、原料鉱石に還元剤とし
て混合するコークスの粒度を、通気性を損なうことなく
配合原料の電気抵抗を高めるに最適な範囲とすること
で、炉内電気抵抗を増大させて電極先端の上昇を抑え、
ジュール熱による電気エネルギーを最大限に利用でき
て、効率の高い操業を安定して達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施例に用いた合金鉄製造用電気
炉の概要構成配置を示す図面である。

【図２】本発明に関わるコークスの粒度構成と電気抵抗
との関係の説明図で、 (a)図は測定方法の説明図、 (b)
図はコークスの平均粒径と電気抵抗値の関係を示すグラ
フである。

【図３】従来の合金鉄製造用電気炉の代表１例の概要構
成を示す図面である。

【符号の説明】

(1) --電気炉、(1a)--炉本体、(1b)--炉蓋、(1c)--タッ
プ孔、(2) --電極、(3) --投原管、(4) --投入ホッパ、
(5) --焼結ホッパ、(6) --焼結機、(7) --コークスホッ
パ、(8) --第１コークス供給ホッパ、(9) --第２コーク
ス供給ホッパ、(10)--コンベア、(C) --コークス、(C')
--配合用コークス、(O) --原料鉱石、(R) --配合原料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺田 茂樹 兵庫県加古川市金沢町１番地 株式会社神 戸製鋼所加古川製鉄所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料鉱石と還元剤としてのコークスとを
   混合してなる配合原料を炉内に装入し、サブマージドア
   ーク法により合金鉄を製造するに際し、前記コークスの
   平均粒径を９mmから１４mmの範囲内とすることを特徴と
   する合金鉄製造用電気炉の操業方法。