JPH10311681A - 複式直流アーク溶解炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーク熱エネルギー並びに排ガス顕熱および
潜熱の回収効率に優れ、スクラップと可動電極との短絡
電流が抑制され、且つ生産性良好なアーク炉。 【解決手段】 １電源２溶解炉の直流アーク溶解炉1 に
おいて、一方の炉で操業を他方の炉でスクラップの排ガ
ス予熱をする。炉容はスクラップ全量を収容でき、アー
ク電圧が設定値以下になったら電圧低下信号を、アーク
電流が設定値より大きい場合は通流信号を送り、サイド
アーク判定部38は両信号を受けてサイドアーク信号を、
また両信号を所定時間継続して受けたら短絡信号に切り
換えて調節部30に送り、調節部30は各場合に、可動電極
をそのまま保持し、また急速に上昇させる。両溶解炉間
に炉排ガスの燃焼室を設ける。炉内高さと炉内径との比
を0.6 〜1.4 とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、２基の溶解炉を
交互に操業運転する複式直流アーク溶解炉に関するもの
であり、生産性の向上を図り、溶解炉内より発生する排
ガスを回収しエネルギーの有効利用を図ると共に、溶解
期におけるスクラップの崩れ落ち時に発生するアークの
短絡制御による操業時間の増大を抑制し、もって効率的
な電気炉操業に資する複式直流アーク溶解炉設備に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】製鋼用電気炉は、交流アーク溶解炉から
直流アーク溶解炉への設備改造、および、直流アーク溶
解炉の新設が増加しており、環境改善および消費電力の
節減に寄与している。また、最近では生産性の向上およ
び生産コストの低減のために、一電源に対して複数の溶
解炉を設け、操業中の溶解炉から発生する高温の排ガス
を待機中溶解炉に導入し、待機中溶解炉に装入されたス
クラップを予熱すると共に待ち時間を短縮する操業を行
なう複式溶解炉が提案されている。

【０００３】上記複式アーク溶解炉の例として、例え
ば、特開昭６２−２９８８９号公報は、操業中の溶解炉
より発生する高温の排ガスからの熱回収方法として、交
互に操業される複数の溶解炉を備えた複式溶解炉におい
て、待機中の溶解炉にスクラップを装入し、一方、操業
中の溶解炉より発生する排ガスの一部を上記待機中の溶
解炉に導くことによりスクラップを予熱し熱回収をする
と共に、更に、上記予熱に使用済みの排ガスと操業中の
溶解炉から発生する排ガスの残りの部分とを合流させる
ことにより被予熱スクラップ中の臭気成分を熱分解する
方法（以下、「先行技術１」という）を開示している。

【０００４】また、特開昭６２−１３６５１４号公報
は、同じく操業中の溶解炉より発生する高温の排ガスか
らの熱回収方法において熱回収率を一層向上させるため
に、複式アーク溶解炉において、操業中の溶解炉と待機
中の溶解炉の間に燃焼室を設け、操業中の溶解炉から発
生した高温排ガス中の可燃ガスを上記燃焼室で燃焼させ
てより高温の排ガスにし、これを先行技術１と同様待機
中の溶解炉に導きスクラップを予熱すると共に、待機中
溶解炉への排ガス導入口を溶解炉の下部に設け且つ排出
口を当該溶解炉の上部にもうけることにより溶解炉内で
の排ガスのショートサーキットパスを防止して熱回収率
を一層向上させる方法（以下、「先行技術２」という）
を開示している。

【０００５】一方、アーク溶解炉における原料スクラッ
プの装入に関し、通常、スクラップが溶解期にある程度
溶解して崩れ落ち、炉内にスクラップを追加装入するた
めの容積が形成されたところで再装入をする方法がとら
れている。これに対して最近、追加装入時の炉熱放散に
よる熱損失および炉外への粉塵発生による環境悪化を改
善するために、１溶解の出湯に要するスクラップの全量
を初装入の１チャンスで装入し、しかる後に溶解作業に
入る方法が提案されている。

【０００６】上述した初装入チャンスでスクラップ全量
を装入する操業方法に使用されるアーク溶解炉は、炉内
容積を大きくするに当たり、溶解および精錬の全期間を
通じた熱効率改善の観点から、炉高を高くした形状の電
気炉が提案されている。例えば、実開平１−１６７５９
４号公報は、アーク溶解炉においてシルレベル（電気炉
のスラグ排出口の上端面）から炉本体上端面までの高さ
をＨとし、炉本体を構成する炉殻の内径をＤとすると
き、Ｈ≧０．７５Ｄを満たす形状の炉本体を用いること
により、熱効率の改善を図ろうとする技術（以下、「先
行技術３」という）を開示している。

【０００７】次に、従来の直流アーク溶解炉におけるス
クラップ溶解時の電力制御について説明する。スクラッ
プ溶解は炉本体の上部に炉蓋を通して炉内に昇降される
可動電極とスクラップとの間に発生するアーク熱により
加熱・溶解される。この間、正常なアークの発生時と、
溶けて崩れ落ちたスクラップと可動電極との接触による
短絡発生時とに分けられる。

【０００８】図５に、電源系を含む従来の直流アーク溶
解炉例の全体構成図を示す。電源系として、一次側の送
電系統Ｅから遮断器２３を経て炉用変圧器２４の二次側
にあるサイリスタ整流器２５の正極側に、リアクトル２
６を介して炉底電極２０が接続され、サイリスタ整流器
２５の負極側には可動電極１ａが接続されている。制御
系として、アーク電圧制御系とアーク電流制御系とが設
けられている。

【０００９】スクラップの正常溶解時についてみると、
アーク電圧制御系は、電圧検出器２７からの検出電圧と
電圧設定器２８からの設定電圧とが加算器２９に送られ
て偏差電圧が求められ、調節部３０に送られる。調節部
３０は比例制御に従って偏差電圧に応じた昇降制御信号
を求め、可動電極昇降用の油圧駆動装置４１に送出し、
これにより可動電極１ａとスクラップ１５との間に適正
なギャップを保持し、アーク電圧を所定値に制御する。
一方、アーク電流制御系は、電流検出器３１からの検出
電流と電流設定器３２からの設定電流とが加算器３３に
送られて偏差電流が求められ、ゲート制御部３４に送ら
れる。ゲート制御部３４は偏差電流に応じてサイリスタ
２５の点弧角を制御し、アーク電流を所定値に制御す
る。

【００１０】以上の構成により可動電極１ａとスクラッ
プ１５との間にアーク４０を発生させスクラップ１５を
加熱・溶解する。これに対して溶解中にスクラップ１５
が崩れ落ち、崩れ落ちたスクラップ１５”が可動電極１
ａに接触して電気的に短絡が発生するとアーク電圧が０
となり、電力が下がる。この場合には、アーク電圧監視
部３５およびアーク電流監視部３６が機能する。

【００１１】アーク電圧監視部３５は、所定の比較電圧
（例えば、１００Ｖ）と検出電圧とを比較して検出電圧
が比較電圧よりも低下したときに電圧低下信号を送出す
る機能を有し、また、アーク電流監視部３６は、所定の
比較電流（例えば定格電流の２０％）と検出電流とを比
較して検出電流が比較電流を超過したときに通流信号を
送出する機能を有する。そして、電圧低下信号および通
流信号が短絡判定部３７に送出され、短絡判定部３７は
これを受けて短絡発生信号を調節部３０に送る。調節部
３０はこれを受けて電極昇降装置Ｓにより可動電極１ａ
を急速上昇させて短絡を解消させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した先行技術１お
よび２によればいずれも、非通電時間を短縮することが
可能となり生産性の向上を図ることができるとともに、
排ガスの熱回収効果をあげることができる。しかしなが
ら、待機中の溶解炉に装入可能なスクラップ量は、溶解
炉の内容積に制限があるので１溶解分のスクラップ全量
を一度に予熱することはできない。但し、先行技術１の
場合は、別途予熱室を設けているので、待機中の溶解炉
で予熱可能な量とこの予熱室で加熱される量とをプラス
することができるが、この場合でも、溶解炉の内容積に
は制限があるので、操業炉への初回装入チャンスに１溶
解分のスクラップ全量を装入することはできない。従っ
て、スクラップの追加装入時における炉熱の放散を回避
することができず、また、追加装入時の粉塵発生および
通電中断による生産性の低下を回避することができない
という問題が残る。

【００１３】一方、先行技術３のアーク溶解炉によれ
ば、１溶解で使用するスクラップの全量を初装入で装入
することができる点において、溶解期における熱効率の
向上を図ることができる。しかしながら、炉本体の形状
を先行技術３に示されたように竪長にしただけでは、こ
の発明の課題の重要な一つである、スクラップが溶解過
程で崩れ落ちた時に可動電極と接触して非常に大きな短
絡電流が流れないようにして機器の損傷を防止し、且つ
遮断器の開による操業中断を回避するということは困難
である。

【００１４】図６に、背高型の直流アーク溶解炉におい
てスクラップの溶解が進行し、崩れ落ちたスクラップが
電極と接触して短絡が発生するに至る過程の説明図を示
す。同図において、アーク溶解炉は直流アーク溶解炉の
場合であり、１ａは可動電極、２０は炉底電極そして２
２’は溶湯である。溶解初期の所謂ボーリング（ａ）に
おいては、可動電極１ａから発生するアーク４０熱によ
りその下端部周囲のスクラップ１５を溶解しつつ可動電
極１ａは下降し、溶湯２２’が炉底に溜まると共にスク
ラップ１５の下積み領域の溶解が進行してそこに空洞３
９が形成される（ｂ）。更に溶解が進行すると可動電極
１ａ周囲のスクラップ１５が溶解すると共に崩れ落ち、
崩れ落ちたスクラップ１５”が可動電極１ａと接触して
短絡が発生し、アーク電圧は零となる（ｃ）。

【００１５】これは、多量のスクラップが崩れ落ち電極
に接触したまま居座ってしまうような状況の場合であ
る。ところが、スクラップの溶解期には、ボーリング中
に発生する「サイドアーク」がある。

【００１６】図７に、ボーリング時におけるサイドアー
クの発生経過と電極上昇によるアーク切れを説明する図
を示す。同図（ａ）は可動電極１ａの周辺にスクラップ
小塊１５ｓが形成された状況、（ｂ）はスクラップ小塊
１５ｓが離脱して可動電極１ａの周壁と接触しながら転
がり落ちる状況、（ｃ）はサイドアーク４０’が発生し
可動電極１ａを上昇させる状況、そして（ｄ）は瞬時的
短絡は解消したが可動電極１ａを上昇させためにアーク
切れが誘発される直前の状況を示す。このように可動電
極が上昇され、一旦アーク切れが発生すると、電極を下
降させスクラップに接触させた後、電極を引き上げ再点
弧する制御が起動するが、その間は通電が停止している
ことになり、操業時間の損失となる。

【００１７】図７のボーリング時において（ｂ）の場合
は、スクラップ小塊１５ｓが可動電極１ａに接触しつつ
転がり落ちるので、瞬時的短絡とアークとを繰り返す
「サイドアーク」を発生させながらも、最後には「サイ
ドアーク」４０’は自然解消する。

【００１８】従来型アーク炉の電極昇降制御では、上記
図６（ｃ）のような短絡発生と図７（ｃ）のような「サ
イドアーク」発生とを区別せず、いずれが発生しても可
動電極を上昇させ、アークの再点弧を行なう制御が起動
する。従って、自然解消するはずの瞬時的な短絡を伴な
う「サイドアーク」発生時における電極上昇とそれによ
って引き起こされるアーク切れにより、電力の投入効率
の悪化（平均投入電力の低下）をきたし、操業時間が長
引くという問題がある。

【００１９】従って、この発明が解決しようとする課題
は上述したように、複式直流アーク溶解炉において、
炉内へ装入されたスクラップへのアーク熱並びに高温排
ガス顕熱および潜熱の熱回収効率を高めること、並び
に、「サイドアーク」発生時には通電を中断すること
なく継続し、平均投入電力の低下を抑制し、操業時間の
損失を低減して生産性を向上させることができる複式直
流アーク溶解炉を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から直流アーク溶解炉を開発すべく鋭意研究を重ね
た。その結果、溶解炉を１溶解分のスクラップ全量を装
入することができる内容積を有する炉体とすることと、
操業中の炉とスクラップ予熱中の待機炉とを配置した一
電源複式溶解炉を採用することとによる、スクラップ予
熱に対する複合効果により、操業中の溶解炉で発生する
排ガスの有する顕熱および潜熱を被予熱スクラップ全量
に対して伝達させ、更に、スクラップの溶解過程で短絡
や「サイドアーク」が発生した場合に適切に対処して速
やかに適正なアーク加熱状態に回復し、操業時間損失を
防止するような直流アーク溶解炉を開発すべく鋭意研究
を重ね、本発明を完成させた。従って、本発明は、スク
ラップ予熱ダクトを備えた複式直流アーク溶解炉とその
炉本体の形状・寸法に関する部分と、電力制御に関する
部分とからなる。

【００２１】請求項１記載の複式直流アーク溶解炉は、
スクラップ等の原料の予熱および溶解・精錬を交互に
行なう２基の溶解炉と、この内任意の１基の溶解炉を
操業運転するために自在に切り換え可能な１基の電源設
備と、上記２基の溶解炉の一方の溶解炉で原料を溶解
・精錬中に発生する高温の排ガスを、他方の溶解炉へ導
入し、この一方の溶解炉内の原料を予熱するためのダク
ト設備と、を備えた複式直流アーク溶解炉において、２
基の溶解炉はいずれも当該溶解・精錬に使用するスクラ
ップの全量を初装入の１チャンスで収容する能力を有
し、そして、上記２基の直流アーク溶解炉はそれぞれ、
アーク電圧監視部、アーク電流監視部、サイドアーク判
定部、及び調節部を備えた制御装置を有し、この制御装
置は下記（ａ）〜（ｄ）の機能を有することに特徴を有
するものである。 （ａ）前記アーク電圧監視部は、アーク電圧測定値が所
定の電圧よりも低くなった場合に電圧低下信号を送出す
る機能を有し、（ｂ）前記アーク電流監視部は、アーク
電流測定値が所定の電流よりも大きい場合に通流信号を
送出する機能を有し、（ｃ）前記サイドアーク判定部
は、前記電圧低下信号と前記通流信号との両方を受けた
ときにサイドアーク信号を送出し、そして前記電圧低下
信号と前記通流信号との両方が所定時間ｔ^* 以上継続し
た場合には前記サイドアーク信号を短絡信号に切り替え
て送出する機能を有し、そして、（ｄ）前記調節部は、
前記サイドアーク信号を受けときは前記可動電極の昇降
を固定し、そして、前記短絡信号を受けたときは前記可
動電極を急速に上昇させる信号を送出する機能を有す
る。

【００２２】請求項２記載の複式直流アーク溶解炉は、
請求項１記載の発明において、一方の溶解炉で発生した
高温の排ガスを燃焼させて、より高温の燃焼ガスを生成
させるための燃焼室をダクト設備内に設けたことに特徴
を有するものである。

【００２３】請求項３記載の複式直流アーク溶解炉は、
請求項１または２記載の発明において、溶解炉の炉内湯
面から炉内の側壁上端までの高さＬと炉内径Ｄとの間の
関係が式：Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４を満たすことに特徴
を有するものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、この発明を、図面を参照し
ながら更に説明する。この発明の直流アーク溶解炉の第
一の特徴は、１基の電源設備と２基の溶解炉を有し、効
率的な電気炉操業を実現することができるところにあ
る。

【００２５】図１は、この発明を構成する１電源２溶解
炉の１例を示す概略縦断面図である。同図において、１
および１’は溶解炉、１ａおよび１ａ’は可動電極、２
は直流電源設備、５および５’は燃焼室である。二基の
溶解炉１および１’に対して共用の直流電源設備２およ
び二次側導体３が選択的に接続されることにより各溶解
炉が交互に操業され、一方の溶解炉が操業されている間
は、他方の溶解炉は待機中となるように設計されてい
る。これら溶解炉１および１’には炉排ガスダクト４お
よび４’がそれぞれ接続され、炉排ガスダクト４と４’
との間には、二つの燃焼室５および５’が設けられてい
る。燃焼室５と５’とは上部および下部をそれぞれ上部
予熱ダクト６および下部予熱ダクト６’で接続されてお
り、下部予熱ダクト６’の中間部からバイパスダクト７
が分岐して設けられ、同図に示すように二つの放出ダク
ト８および８’の一端に接続している。放出ダクト８お
よび８’の途中には、各溶解炉１および１’の側壁９お
よび９’下部に出口をもつ排出ガスダクト１０および１
０’が接続され、放出ダクト８および８’の他端同士は
下流で合流し排風機（図示せず）を介して集塵機（図示
せず）に接続している。

【００２６】一方、上記ダクトには所定のダンパーが設
けられている。即ち、炉排ガスダクト４および４’には
ダンパー１１および１１’が、上部予熱ダクト６および
下部予熱ダクト６’にはダンパー１２および１２’、１
２”が、放出ダクト８および８’にはダンパー１３およ
び１３’が、排出ガスダクト１０および１０’にはダン
パー１４および１４’が設けられている。

【００２７】次に、上記１電源２溶解炉からなる複式溶
解炉の操業態様について同じく図１を参照しながら説明
する。予熱済みであって１溶解分のスクラップ１５全量
が内部に収容された一方の溶解炉１に直流電源設備２か
ら二次側導体３を接続する。他方の溶解炉２は、可動電
極１ａ’を上昇させ、内部に１溶解分のスクラップ１
５’全量を装入した後、電極孔に蓋をした炉蓋１ｂ’で
炉口を密閉する。次いで、所定のダンパー操作、即ち、
炉排ガスダクト４および４’のダンパー１１および１
１’、上部予熱ダクト６のダンパー１２、放出ダクト
８’のダンパー１３’および排出ガスダクト１０’のダ
ンパー１４’を開にし、その他のダンパーを全て閉にし
た状態で溶解炉１に通電を開始し、一方の溶解炉１内の
スクラップ１５を加熱、溶解し、所定の精錬を行なう。
この加熱、溶解、精錬中に溶解炉１から発生する高温の
排ガスを、放出ダクト８および８’の下流側の排風機
（図示せず）の吸引作用により炉排ガスダクト４を経由
させて一方の燃焼室５に導入し、次いで他方の燃焼室
５’に導入して上記排ガス中の可燃分を燃焼させて更に
温度を高められた燃焼ガスを生成させ、炉排ガスダクト
４’を経由させて他方の溶解炉１’に導入し、炉内のス
クラップ１５’を加熱、昇温する。以上における排ガス
および燃焼ガスの通過経路を図１に実線の矢印で示す。

【００２８】一方の溶解炉１において所定の精錬を完了
したら通電を停止し、炉排ガスダクト４および排出ガス
ダクト１４を溶解炉１から切り離し、溶解炉１を傾動さ
せて出鋼する。次いで、直ちに二次側導体３を他方の溶
解炉１’側に接続して溶解炉１’の操業に入る。この
際、溶解炉１の炉修および溶解炉１へのスクラップの装
入作業が完了するまでの間は、下部予熱ダクト６’のダ
ンパー１２”を開にし、ダンパー１２、１２’、１３お
よび１４’を閉にして溶解炉１’から発生する排ガスを
燃焼室５’に通して可燃分を燃焼させた上で放出ダクト
８’を経由し放出する。この際の排ガスおよび燃焼ガス
の通過経路を図１に破線の矢印で示す。

【００２９】溶解炉１の準備作業が完了したらダクト１
２”および１３’を閉にし、ダクト１２および１３を開
にし、炉排ガスダクト４および排出ガスダクト１４を溶
解炉１に接続して溶解炉１’から発生する排ガスを燃焼
室５および５’に通して可燃分を燃焼させた後、溶解炉
１に導き炉内のスクラップを予熱する。これにより、溶
解炉１の操業時とは逆に、溶解炉１’から発生した排ガ
スで溶解炉１内の１溶解分のスクラップを加熱、予熱す
る。

【００３０】以上の手順を繰り返し行ない二基の溶解炉
１および１’を交互に操業することにより非通電時間を
短縮して製鋼サイクル時間（出鋼から出鋼までの所要時
間）を短縮することができると共に、１溶解分のスクラ
ップ全量を待機中の溶解炉で高温に予熱することができ
るので、従来よりも更に高効率の熱回収を行なうことが
できる。

【００３１】この発明の直流アーク溶解炉の第二の特徴
は、溶解炉の炉体形状・寸法が１溶解分のスクラップ全
量を初装入チャンスに収容することができ、しかもスク
ラップへのアーク熱伝達効率が良好である点にある。炉
体の形状・寸法の決定に当たり、先ず１溶解分のスクラ
ップ全量を炉内に収容し得ることを条件とする。

【００３２】図２に、溶解炉の炉本体１８縦断面図を用
いて、湯面（但し、スクラップ全量が溶解した時点にお
ける湯面とする。以下、同じ）１６から炉内の側壁上端
１７までの高さＬ、及び炉内径Ｄを説明する。Ｌ／Ｄ
は、スクラップ溶解に対するアークの効率的形状を決定
するとともに、アーク発生方向と炉内スクラップ分布と
の関係を決定する要因でもあり、ア−クからスクラップ
への着熱効率に大きく影響する。そこで、この着熱効率
に着目して、Ｌ×Ｄ² が一定という条件、即ち、湯面よ
り上方の炉内容積を一定にした各種Ｌ／Ｄの実用小型ア
−ク炉を用いて、発生ガスの排ガスによりア−ク炉外へ
持ち去られる熱損失について試験した。試験溶解はいず
れのチャ−ジにおいても、嵩密度が一定のスクラップを
用い、かつ、初装入で全てのスクラップを装入し、常法
によるア−ク炉試験操業を行なった。

【００３３】図３は、湯面から炉内の側壁上端までの高
さＬと炉内径Ｄとの比Ｌ／Ｄと、排ガスの熱損失比との
関係を示すグラフである。但し、排ガスの熱損失比は、
Ｌ／Ｄ＝０．５５の場合の試験チャ−ジにおける排ガス
の顕熱および潜熱の和に対する、当該試験チャ−ジにお
ける排ガスの顕熱および潜熱の和の割合で表わしたもの
である。

【００３４】図３から明らかなように、Ｌ／Ｄが増加す
るに従い、排ガスの熱損失比は低下する。Ｌ／Ｄが０．
６における排ガスの熱損失比は０．９０程度に低下し、
その効果も操業コスト上有用なものである。更に、Ｌ／
Ｄが大きくなるほど排ガスの熱損失比は低下している。
しかしながら、Ｌ／Ｄが１．４を超えても排ガスの熱損
失比の低下量は小さくほぼ飽和する。一方、Ｌ／Ｄが大
きくなるほど、可動電極昇降装置、建屋、クレ−ン設備
および炉体冷却設備等の諸元を大きくしなければならな
いという不利益が発生し、Ｌ／Ｄが１．４を超えると上
記不利益が問題となる。排ガスの熱損失比、並びに、上
記設備の投資および運転コストを考慮した場合、Ｌ／Ｄ
は０．７〜１．２の範囲内であることが望ましい。

【００３５】従って、スクラップの溶解効率の向上を図
り、且つトータルコストを下げるためには、Ｌ／Ｄは
０．６〜１．４、更に望ましくは、０．７〜１．２の範
囲内であるのがよい。

【００３６】また、この発明を構成する複式溶解炉のそ
れぞれの炉体は、１チャ−ジの出湯に必要な量のスクラ
ップ全量を、１回の装入チャンスで装入することができ
る炉内容積を有することが必要である。そこで、１チャ
−ジのスクラップ装入量、および、Ｌ／Ｄを決め、これ
に応じて定まるＬおよびＤを算出することにより、所望
の炉内寸法を求めることができる。通常のア−ク炉にお
いては、Ｌ、Ｄ、および、スクラップの装入量Ｗの間に
は、下記（２）式： Ｌ／Ｄ＝（４／π）｛（ρ_l −ρ_S ’）／ρ_l ρ_S ’｝（Ｗ／Ｄ³ ） ----------------（２） 但し、ρ_l ：溶鋼の密度 ρ_S ’：スクラップの嵩密度 Ｗ ：スクラップの装入量 の関係がある。ア−ク炉においては種々の形態の製鋼用
スクラップが使用され、これらスクラップの嵩密度は
０．３〜１．０ｔ／ｍ³ の範囲内の種々のものにわたる
が、その加重平均値は、０．７ｔ／ｍ³ 程度である。従
って、１チャ−ジのスクラップ装入量Ｗ、および、Ｌ／
Ｄを与えれば、湯面から炉内の側壁上端までの高さＬ、
および、炉内径Ｄが求められる。例えば、Ｗ＝１２０ｔ
とすれば、この発明における望ましい条件であるＬ／Ｄ
≧０．６が満たされるためには、炉内径Ｄ≦６．９
（ｍ）であって、且つ、湯面から炉内側壁上端までの高
さＬは、Ｄの値に応じて、Ｌ≧０．６×Ｄ（ｍ）であれ
ばよい。

【００３７】以上のようにして、Ｌ／Ｄを０．６〜１．
４の範囲内、または、０．７〜１．２の範囲内に限定す
ればそれぞれの限定に応じて、排ガスの熱回収を向上さ
せ、且つ、１溶解分のスクラップ全量を初装入チャンス
に装入することができる炉内寸法および形状を決めるこ
とができる。

【００３８】なお、この発明においては、１溶解分のス
クラップ全量を初装入チャンスに装入するので、操業中
に炉蓋の開閉を行なう必要はなく、炉蓋開閉に伴う炉熱
損失が無くなる。また、溶解期においては、可動電極か
らのアークはスクラップに囲まれて発生しており、スク
ラップへの着熱効率が高くなる。更に、スクラップを炉
内中央部に装入することができるので、例えば、炉体の
炉壁部にスクラップを連続的に装入する場合に発生し易
い、炉内壁部にア−ク熱が十分に供給されないことによ
る炉内壁部へのスクラップ融着等の問題は解消される。

【００３９】この発明の直流アーク溶解炉の第三の特徴
は、スクラップ溶解中に発生するサイドアークと短絡と
を識別し、それぞれに適した制御をする機能を備えてい
ることにある。

【００４０】次に、この発明を、図面を参照しながら説
明する。図４は、この発明の実施の形態を説明する溶解
炉及び電力制御系を含む複式直流アーク溶解炉の全体構
成図である。

【００４１】溶解炉１本体の上部には炉内に昇降する可
動電極１ａが、また炉底部には炉底電極２０が設けら
れ、炉内にスクラップ１５が装入される。可動電極１ａ
は電極昇降装置Ｓによって昇降される。即ち、調節部３
０から所定の昇降制御信号が電極昇降動力源の油圧駆動
装置４１に送られ、油圧シリンダー４２によりマスト４
３およびホルダーアーム４４を介して可動電極１ａが炉
内に昇降される。

【００４２】電力供給系並びにアーク電圧およびアーク
電流制御系には、図４に示したように、従来のものと同
じものに加えて「サイドアーク」判定部３８を備えてい
る。そして、スクラップ溶解の正常時には従来と同じ方
法で可動電極１ａの昇降を制御してアーク電圧を制御す
ると共に、アーク電流を制御する。ところが、アーク電
圧監視部３５からの電圧低下信号およびアーク電流監視
部３６からの通流信号は先ず「サイドアーク」判定部３
８に送られる。そして、図７（ｃ）に示した「サイドア
ーク」４０”が発生したものと判断する。前述したよう
に「サイドアーク」は発生後時間ｔ^* （例えば、数秒）
以内に接触したスクラップ小塊１５ｓは下に転がり落ち
て短絡は解消され、電圧値および電流値ともに短絡前の
ような値に復帰し、かくして、短時間内に自然解消する
はずである。そこで「サイドアーク」判定部３８は、調
節部３０に対して可動電極１ａを動かさずにそのままそ
の位置で停止させる指令を出す。そして、「サイドアー
ク」発生後所定時間ｔ^* 以内に「サイドアーク」発生の
検出条件が解除されたならば、「サイドアーク」は解消
されたと判定し、通常の電極昇降制御が行なわれる。即
ち、電圧検出器２７からの検出電圧と電圧設定器２８か
らの設定電圧とから加算器２９において求められた偏差
電圧が調節部３０に送られ、調節部３０は比例制御によ
り偏差電圧に応じた昇降制御信号を求め、電極昇降用の
油圧駆動装置４１により可動電極１ａとスクラップ１
５”との間に適正なギャップを保持する。

【００４３】ところが、「サイドアーク」発生信号が所
定時間ｔ^* 以上継続する場合は、「サイドアーク」に対
する制御から、図６（ｃ）に示した短絡に対する制御に
切り替える。そして、調節部３０は、電極昇降装置をＳ
を介して可動電極１ａを高速上昇させ強制的に短絡を解
消させる。そして、再点弧し操業を再開する。「サイド
アーク」であれば５秒以内に解消される。しかし、５秒
以上「サイドアーク」信号が継続する場合は大半の場合
が短絡発生時であり、短絡は自然解消しない。そこでｔ
^* ＝５秒と定め、５秒以上「サイドアーク」信号が継続
するときに短絡発生と判定した。

【００４４】

【実施例】次に、この発明を実施例により更に説明す
る。上述した本発明の実施の形態に基づき、短絡と「サ
イドアーク」とを識別する電力制御方式により電気炉で
の試験溶解を行なった。また、比較例として短絡と「サ
イドアーク」とを識別しない電力制御方式による通常の
電気炉操業を行なった。表１に、実施例および比較例の
試験条件を示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】アーク炉本体の形状諸元については実施例
および比較例共に同じであり、Ｌ／Ｄは０．８０であ
る。実施例における短絡発生判定条件はアーク電流検出
値：定格電流１３５ｋＡの２０％＝２７ｋＡ以上で且つ
アーク電圧検出値：１００Ｖ以下の状態が、時間ｔ^* ：
５秒以上継続した場合とし、ｔ^* ：５秒未満のときは
「サイドアーク」発生と判定して制御した。表２に試験
結果を示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】比較例での「従来短絡」の発生回数は、実
施例での短絡発生回数と「サイドアーク」発生回数との
合計とほぼ同じである。通電停止時間は比較例よりも実
施例において短縮され、その結果平均投入電力は比較例
よりも実施例において増大して生産性が向上し、また、
電力原単位も改善された。

【００４９】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、直流
アーク溶解炉のスクラップ溶解期において、アークから
スクラップへの着熱効率、および炉内発生ガスからスク
ラップへの着熱効率を高めることができる。更に、溶解
過程でのスクラップと上部可動電極との瞬時的な短絡で
ある「サイドアーク」発生時の操業停止を回避すること
ができるので生産性が向上する。このような複式直流ア
ーク溶解炉を提供することができ、工業上有用な効果が
もたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を構成する１電源２溶解炉の１例を示
す概略縦断面図である。

【図２】この発明の直流アーク溶解炉の炉本体におい
て、湯面から炉内の側壁上端までの高さＬおよび炉内径
Ｄを説明する図である。

【図３】直流アーク溶解炉における湯面から炉内の側壁
上端までの高さＬと炉内径Ｄとの比Ｌ／Ｄと、排ガスの
熱損失比との関係を示すグラフである。

【図４】この発明の実施の形態を説明する直流アーク溶
解炉の全体構成図である。

【図５】従来の直流アーク溶解炉の一例を示す全体構成
図である。

【図６】背高型の直流アーク溶解炉においてスクラップ
の溶解が進行し、崩れ落ちたスクラップが可動電極と接
触して短絡が発生するに至る過程を説明する図である。

【図７】ボーリング時におけるサイドアークの発生経過
と電極上昇によるアーク切れを説明する図である。

【符号の説明】

１、１’ 溶解炉 １ａ、１ａ’可動電極 １ｂ、１ｂ’炉蓋 ２ 直流電源設備 ３ 二次側導体 ４、４’ 炉排ガスダクト ５、５’燃焼室 ６ 上部予熱ダクト ６’下部予熱ダクト ７ バイパスダクト ８、８’ 放出ダクト ９、９’ 側壁 １０、１０’ 排出ダクト １１、１１’ ダンパー １２、１２’、１２” ダンパー １３、１３’ ダンパー １４、１４’ ダンパー １５、１５’ スクラップ １５” スクラップ（崩れ落ちたもの） １５ｓ スクラップ小塊 １６ 湯面（全量溶解時） １７ 側壁上端 １８ 炉本体 ２０ 炉底電極 ２１ 湯口 ２２ 溶鋼（全量溶解時） ２２’ 溶鋼（溶解途中） ２３ 遮断器 ２４ 炉用変圧器 ２５ サイリスタ変換器 ２６ リアクトル ２７ 電圧検出器 ２８ 電圧設定器 ２９ 加算器 ３０ 調節部 ３１ 電流検出器 ３２ 電流設定器 ３３ 加算器 ３４ ゲート制御部 ３５ アーク電圧監視部 ３６ アーク電流監視部 ３７ 短絡判定部 ３８ サイドアーク判定部 ３９ 空洞 ４０ アーク ４０’ サイドアーク ４１ 油圧駆動装置 ４２ 油圧シリンダー ４３ マスト ４４ ホルダーアーム Ｌ 炉内の湯面から側壁上端までの高さ（フリーボー
ド） Ｄ 炉内径 Ｓ 電極昇降装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内野 周三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 矢戸 秀彦 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料の予熱と溶解・精錬とを交互に行な
   う２基の溶解炉と、前記２基の溶解炉の内任意の１基の
   溶解炉を操業運転するために切り換え可能な１基の電源
   設備と、前記２基の溶解炉の内、一方の溶解炉で原料を
   溶解・精錬中に当該一方の溶解炉で発生した高温の排ガ
   スを他方の溶解炉へ導入し、前記他方の溶解炉内に装入
   された原料を予熱するためのダクト設備とを備えた複式
   直流アーク溶解炉において、 前記２基の溶解炉はそれぞれ、溶解・精錬に使用するス
   クラップの全量を初装入の１チャンスで収容する能力を
   有し、そして、前記２基の直流アーク溶解炉はそれぞ
   れ、アーク電圧監視部、アーク電流監視部、サイドアー
   ク判定部、及び調節部を備えた制御装置を有し、（ａ）
   前記アーク電圧監視部は、アーク電圧測定値が所定の電
   圧よりも低くなった場合に電圧低下信号を送出する機能
   を有し、（ｂ）前記アーク電流監視部は、アーク電流測
   定値が所定の電流よりも大きい場合に通流信号を送出す
   る機能を有し、（ｃ）前記サイドアーク判定部は、前記
   電圧低下信号と前記通流信号との両方を受けたときにサ
   イドアーク信号を送出し、そして前記電圧低下信号と前
   記通流信号との両方が所定時間ｔ^* 以上継続した場合に
   は前記サイドアーク信号を短絡信号に切り替えて送出す
   る機能を有し、そして、（ｄ）前記調節部は、前記サイ
   ドアーク信号を受けときは前記可動電極の昇降を固定
   し、そして、前記短絡信号を受けたときは前記可動電極
   を急速に上昇させる信号を送出する機能を有することを
   特徴とする複式直流アーク溶解炉。
2. 【請求項２】 前記一方の溶解炉で発生した前記高温の
   排ガスを燃焼させてより高温の燃焼ガスを生成させるた
   めの燃焼室を前記ダクト設備内に設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の複式直流アーク溶解炉。
3. 【請求項３】 前記溶解炉の炉内湯面から炉内の側壁上
   端までの高さＬと炉内径Ｄとの間の関係が下記（１）
   式： Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４ ---------------- （１） を満たすことを特徴とする請求項１または２記載の複式
   直流アーク溶解炉。