JPS58173379A - スラグ溶解炉およびスラグ溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はスラグ溶解炉および溶解方法に関する。

溶鉱炉等において生じるスラグは、−変面化すると非導
電性である。この種の固化したスラグはガスバーナ等に
よって加熱して溶解することができるが、この方法はス
ラグを溶解するのに時間が１１ かかり、また作業能率が低い等の問題がある。

この発明の主たる目的は固化したスラグを高速、かつ高
能率で電気的に溶解できるスラグ溶解炉を提供すること
にある。

この種のスラグを電気的に溶解するには以下に列記する
ように解決すべき種々の問題がある。

即ち、スラグは固化した状態においては固有抵抗が高い
ために、電気的番こ溶解を開始することが困難であるの
で、たとえば所定のスタート材中に電極を挿入して、こ
のスタート材を加熱溶解して種湯を作り、スラグを加え
て溶解させる方法が考えられる。

然るに、スタート材として金属を用いると抵抗が低いた
めに大電流を流さないと種湯を得るための充分な電力が
得られないという問題があり、大容量の電源が必要とな
るとともにスタート時間が長（なる。また金属をスター
ト材として用いた場合は溶解後も消失することな（層を
作って溶湯中に残るため、スタート後もその金属層を通
って電流が流れる傾向があり、大きな投入電力を得られ
ない。七の上洛渦中に残った金属は、スラグ再利用の際
の妨げとなる。

一方、電極を介してスラグに通電し、七の通電により生
じるジュール熱によって溶解を進行させる場合、溶解し
たスラグ量の増加によって電極間抵抗が減少すると、ス
ラグに供給できる電力が減少し、所望の溶解を行えない
という問題がある。

また、この種のスラグは酸化カルシウムＣａＯを多く含
んでいるため、スラグを貯留するるつぼを構成する耐火
物は、１５００Ω・１７００℃の溶解温度に対する耐火
度が必要であるとともに塩基度の高い材料であることが
要求され、るつぼとしては耐溶損性が高いことが必要で
ありかつ、築炉が容易であることも必要である。

従来の種々の溶解炉に用いられる耐火物としては （１）高ＭｇＯ系不定形耐火物 （２）　　ジルコニア系電鋳レンガ （３１ＭｇＯ系　電鋳レンガ などが用いられる。

ところが高ＭｇＯ系不定形耐火物は極端に溶損される。

また電鋳レンガはジルコニア系、ＭｇＯ系にもに耐溶損
性が大きいものと考えられるが、るつぼの形状に形成す
ることは困難である。また小形の成形品レンガを用いる
ときは築炉が困難であるうえ、目地部が弱点になり、選
択的に溶損を生じる。

この発明は上述の種々の点を考慮してなされたものであ
り、高速度でスラグを溶解することができ、かつ寿命の
長い、比較的安価なスラグ溶解炉と溶解方法とを提供す
ることを目的とするものである。

以下にこの発明の一実施例を図面とともに説明する。

第１図において、１はスラグ溶解炉本体、２はスラグを
収容して溶解するるつぼであり、このるつぼ２は後述す
るようにカーボンボンド系黒鉛にて円筒形番こ構成され
、その上部の開口３はふた４で開閉自在に閉塞されてい
る。るつぼ２の胴部外周と外底面は不定形の耐火材にて
なるバックライニング５で覆われ、さらにその外周にば
、冷却水用の通路６ａを有する水冷コイル６が巻回され
ている。水冷コイル６は後述のように誘導加熱コイルを
も兼用する。上記るつぼ２はバックライニング５を介し
て炉本体の外枠７に支持されている。

上記した構成によって、水冷コイル６に通水することに
よって、るつぼ２の熱はバックライニング５を介して水
冷コイル６に伝達され、るつぼの冷却を行なうとともに
、るつぼ２に生じたクラック等によりるつぼ２に湯差し
が生じたとき、このバックライニング５で溶湯の浸出を
防止する。

るつぼ２をカーボンボンド系黒鉛によって構成すること
により耐久性（耐溶損性）が高くなり、スラグの高温溶
解においてもるつぼは殆んど溶損しない。またるつぼ２
を成型、施工することも容易であり、かつ製造コストも
安価になる。

黒鉛系耐火物がスラグに対して耐久性が強い理由は、ス
ラグ溶解の際、雰囲気が還元性になるため、２Ｃ−１−
０２→ＣＯ→ＣＯ□という化学反応が起りに（く、した
がって黒鉛系耐火物が消耗しに（いことと、黒鉛系耐火
物は比較的塩基度の高い溶湯に強いこと３こよるもので
ある。

るつぼ２の上部には注湯口８が設けられ、上記溶解炉本
体１を適宜に傾動させることによって、るつぼ２内の湯
が注湯口８から注出されるように１０ａ、１０ｂ、ＩＯ
Ｃは三相の棒状の溶解用電極であり、各電極１０ａ・１
０ｂ・ＩＯＣは詳細を第２図ないし第８図に示すような
電極ホルダ１１番こ、平行に垂下するように装着され、
かつふた４に開口した長孔１２（第８図）を通してるつ
ぼ２内に垂下されている。

上記電極ホルダ１１は概略円形状の基板１３上に、それ
ぞれ１２０に曲折した案内板１４ａ＋　１４ｂ　１１４
Ｃを所定間隔りを隔てて、中心に関して対称に固定して
、各案内板１４ａ　１１４ｂｌ１４ｃによって形成され
るＹ字形状の案内通路１５ａ　、１５ｂ・１５Ｃに絶縁
体にてなる電極支持板１６ａ・１６ｂ・１６Ｃを摺動自
在に嵌合してなる。

各案内板１４ａ・１４ｂ・１４Ｃの外側端部に立設固定
した調節板１７ａ、１７ｂ、１７Ｃには調節ボルト１８
ａ。

１８ｂ、１８Ｃがねじ孔を介して挿通されており、か゛
つこの調節ボルト１８ａ・１８ｂ　、１８Ｃの先端部は
各電極支持板１６ａ　１１６ｂ　１１６Ｃの後端部をこ
回転自在に係合してあり、調節ポル）　１８ａ　、　１
８ｂ　、　１８Ｃを回すことによって、電極支持板１６
ａ　、１６ｂ、１６Ｃを案内通路１５ａ　、　１５ｂ　
、１５Ｃに沿って移動させて各電極１０＠、１０ｂ・Ｉ
ＯＣの間隔を変えるようにしている。

一方、基板１３はふた４上に立設した３本のガイドバー
１９ａ　、１９ｂ　、１９Ｃに挿通されているとともに
、該ふた４に固定したシャックル２０を介して、オーバ
ーヘッドクレーン３０のハンガ８１に吊り掛けられ、こ
のハンガ３１を電動ホイスト８８の回転によって上下に
移動することにより、電極ホルダ１１を上下に移動して
、各電極１０ａｌ　１０ｂ　１１０Ｃのスラグに対する
浸漬深さを調節できるようにしている。

一方、上記ガイドバー１９ａ　＋　１９ｂ＋　１９Ｃの
上端には大径の係止片２１ａ、２１ｂ、２ＩＣが固着さ
れており、上記電極ホルダ１１を所定高さまで吊り上げ
ると、電極ボルダ１１の基板１３の上面が係止片２１１
゜２１ｂ　、　２１Ｃｆこ係合し、さら（こ電極ホルダ
１１を吊り上げると、ふた４も同時に吊り上げられるよ
うになっている。

各電極１０ａ・ｉｏｂ　、ｉｏｃは適宜な端子を介して
水冷ケーブル４０に接続され、このケーブルは第４図に
示すように限流リアクトル４１、主接触器Ｃとを介して
、たとえば２２０ｖの３相交流を出力する反圧器４８に
接続される。

なお第４図において４４は電源電圧を指示する電圧計、
４５は電極１０ａ・１０ｂ　、ＩＯＣの電圧を指示する
電圧計、４６は電極に供給される電流計である。

５０は湯洩れ検出部で、るっぽ２の底に設けた電極５１
とるつは２の周辺に設けたコイル５２との間の電圧を検
出回路（図示せず）により検出すること番こより湯もれ
を検出する。

上記のように構成した溶解炉において、スラグを溶解さ
せる場合、まｌふた４をオーバーヘッドクレーン３０に
よって上方に引き上げて、るっぽ２の上部を適宜に開口
して、この開口から、少量のスラグと黒鉛とを順次スタ
ート材として投入し、スラグの層と黒鉛との層を形成す
る。スタート時の層の厚さはたとえば数１０ｓｎ程度で
ある。またスラグと黒鉛とを混合してるっぽ２内に敷い
てもよい。

次に電動ホイスト３３を回転して、ハンガ８１を下降し
、ふた４を閉じるとともに、ざらにノ１ンガ３１を下降
して電極ホルダ１１をガイドバー１９ａ　１１９ｂｌ１
９ｃに沿って案内しながら下降させて、電極１０ａ、１
０ｂ、ＩＯｃの下端部が黒鉛の層に埋入されるように電
極の高さを設定する。

るつぼ２が導電性であれば、るつぼを通る短絡電流を防
止するために電極１０ａ　、１０ｂ、１０Ｃをるつぼ２
の内面から所定間隔だけ離隔するように設定し、一方、
るつぼが非導電性であれば各電極１０Ａ、１０Ｂ、ＩＯ
Ｃがるつぼ２の内面に接するか近接するように設定する
。この電極位置の設定は、調節ポル）　１８ａ、１８１
）、１８ｃを回転してるつぼ中心方向への突出長さを変
えて、電極支持板１６ａ　、１６ｂ・１６Ｃを案内板１
４ａ　、　１４ｂ　、１４Ｃに沿って移動させることに
より行なう。なお各電極・１０ａ・ｌＯｂ・ＩＯｃはる
つぼ２の中心に関して対称となるシうに設定する。

上記のように電極の位置と高さを設定した後、主接触器
４２を投入して、各電極１０ｉ１０ｂｌｌＯＣ間に商用
８相交流を供給する。これによって、各電極間には低抵
抗の黒鉛層を通して短絡電流が流れて、そのジュール熱
により黒鉛が発熱、溶解するとともに、その発熱によっ
てスラグも溶解する。

そして電流は溶解したスラグを介して流れるようになり
定常電流値に安定する。

上記のようにしてるつぼ２内に種湯が出来たならば、一
度主接触器４２をしゃ断して、ふた４を開き、適宜量の
スラグを追加投入する。そして、各電極１０ａ　＋　Ｉ
Ｑａ　＋　１０ｃの先端部が５０ｍないし５００ＩＩＩ
ＩＩ＋程度スラグ内に埋込まれるように、オーバーヘッ
ドクレーン８０のハンガー３１を上昇させて、電極ｌＱ
ａ　、　ＩＱｂ　、　ＩＯＣの高さを調節する。

そして主接触器４２を再投入して、各電極間に通電して
、追加投入したスラグを溶解させる。以後上述の動作を
くり返して、所定量のスラグを溶解する。

上述のようにスタート材として黒鉛の層を用い、これに
電流を流すと、黒−鉛とスラグの混合物を用いる場合に
比して低い電圧でも導通が得られる。

また金属をスタート材として用いる場合に比して電流が
少なく、スタート電流は定常電流に近い値であり種湯を
作る上で充分な電力が得られるため電源容量を小さくで
き、スタート制御が行い易いＱ 上述の工程において、溶解した黒鉛は高温下で酸素と結
合して消失するため、溶解時に溶湯の抵抗を必要以上部
こ下げることがない。したがって、黒鉛とスラグの溶解
後に電極間抵抗が低下すること４こより投入電力が低下
するという問題は防止される。

溶解炉への投入電力は、各電極１０ａ・ｌＯｂ・ＩＯｃ
間の距離と溶湯中への浸漬深さを変更すること番こより
調節できる。

なお上述の実施例のよう番こ、加熱用電極として３相電
極を用いることによって、溶湯の攪拌作用を行なうこと
ができる。即ち第５図と第６図に示すように、隣り合う
電極間に流れる電流、たとえば電極１０ａと１０ｂ間の
電流ｉａｂの発生する磁束へと電極１０ｂとＩＯＣ間に
流れる電流ｉｂｃ間で攪拌力ｆｃ　が発生する。この方
ｆは、電極に近い程大きな値をもつ。この力の分布をこ
よって第６図にｆａ・ｆｂ、ｆ、に示すように攪拌力を
生じる。このような攪拌力が作用することによってスラ
グは攪拌され、均一に加熱、溶解される。

なお電極１０ａ　＋　１０ｂ　、ｌＯｃの半径を夏える
こと番こよって攪拌力を調整することができる。

一方、上記したスラグの溶解が行なわれている間に水冷
コイル６番こ通水すること番こより、るつぼ２の外側に
生じた熱は、バックライニング５を通って水冷コイルに
吸収され、不要な温度上昇を阻止する。

このよう番こるつぼ２の外周を水冷式で冷却することに
より、るつぼ２、即ち高温耐火物ζこ対するスラグから
の熱的衝撃を緩和して、高温耐火物の寿命を長くするこ
とができる。

またるつぼ２に亀裂が生じて湯差した場合にも、上述し
、た水冷効果によって、流出した溶湯は短時間で固化さ
れるため、湯差しが進行するのを完全に防止できる。溶
湯が無機質であるため、固化した個所は耐火物のごとき
性状を呈し、安全性の向上に役立つ。

上述の溶解工程において、各電極１０ａ　、１０ｂ　、
ＩＯＣの高さをスラグ量に関係なく一定にしておくと、
溶湯の増加にしたがって、電極１０ａｌｌＯｂｌｌＯＣ
の溶湯への浸漬深さが増加し、各電極間抵抗が低下する
ので、溶解炉への投入電力が低下し、溶解効率が低下す
る。しかしながらこの発明によれば上述のようにスラグ
の投入量の増加にしたがって、電極１０ａ　、１０ｂ　
、ＩＯＣを上昇して、各電極の溶湯中への浸漬深さを制
限することによって、電極間抵抗を最適値に維持し、溶
解炉への投入電力を最適値（最高値）に保ち、スラグの
溶解を効率的に行なうことができる。

所定量のスラグの溶解が終了した後に昇温過程に入るが
、溶解炉への投入電力を溶解時とほぼ同じ値に保つ憂こ
は、電極１０ａ　、１０ｂ　、１０Ｃの溶湯中への浸漬
深さを溶解時の深さと同様に維持すればよい。一方溶湯
温度の均一化を図るには、電極１０ａ、１０ｂ　、ＩＯ
Ｃを炉底近傍まで降下すればよい。

昇温完了後、オーバーヘッドクレーン３ｏのハンが８１
を上昇シテ、電極１０ａ、１０ｂ、ＩＯＣヲｌｌ極ホル
ダ１１とともに溶解炉から抜き取る。

その際、基板１３がガイドバー　１９ａ＋１９ｂ＋１９
Ｃの上端に設けた係止片２１ａ・２１ｂ　、２ＩＣに係
合する。

モしてハンガ３１をさらに上昇すると、ふた４も引き上
げられる。そしてこのオーバーヘッドクレーン８０のカ
ンチレバー３２を回動することによって、電極１０ａ　
、ｌＯｂ・１ｏｃ、ふた４はともに撤去される。

なお上述の実施例において、投入電力を一定に保つため
に第７図に示すような構成によって、電極高さを自動的
に制御することもできる。

即ｆ：＋電ｆｉ検出器６０　テ１１Ｅ極１０ａ、１０ｂ
、ＩＯＣｌ電流れる電流を検出し、その検出電流と設定
器６１で設定された設定値との差を演算増幅器６２で演
算して、その偏差に応じて電極昇降装置６３を駆動し、
電極高さを制御して投入電流を設定値に保つ。

上述した実施例をこおいて、スラグはたとえは、主成分
がＳｉＯ□或いはＣａＯ或いはＡ　／　２０３の高炉ス
ラグ或いは転炉スラグであり、溶解温度は１５００〜１
７００℃、溶解炉の電気的諸元は 炉容量　　６００即 炉入力　　公称２２０ｋＷ　　（最大８５０ｋＷ）炉電
圧　　２２０■ 周波数　　６０Ｈｚ 相数　８相 炉電流　　最大１８５０Ａ である。

次に第１図に示した溶解炉を誘導加熱炉として用いる場
合について説明する。

水冷コイル６はるつぼ２の外周にコイル状に巻回されて
おり、この水冷コイル６に低周波（５０〜５９Ｈｚ）又
は高周波（５００〜ａｏｏｏｔｉｚ）電流を流すこと番
こよって、るつぼ２内に誘導用磁界を生じ金属等の導体
を加熱出来る。

以上詳述したように、この発明によれば、固化した状態
では非導電性であるスラグを一対の電極番こよって電気
的に溶解できるので、スラグをガスバーナなどで溶解さ
せる場合に比して、高能率でかつ作業性も向上する。

また、この発明によれば、スラグ溶解用のスタート材と
して黒鉛系物質とスラグとをるつぼ門番こ敷いて電極を
このスタート材に埋入して通電することにより黒鉛系物
質を溶融して種湯を作るようにしたものであるから、高
速で、かつ比較的低電力でスラグの溶解をスタートさせ
ることができ、したがってスラグの溶解を高能率で行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のスラグ溶解炉の一実施例を示す断面
図、第２図は第１図の実施例における電極ホルダの詳細
な構造を示す平面図、第８図は第２図の■−■線断面図
、第４図は第１図の実施例における・電気回路図、第５
図と第６図は溶解したスラグに生じる攪拌力を説明する
図、第７図は電流自動調節装置を示すブロック図である
。 １・・・溶解炉本体、２・・・るつぼ、３・・・開口、
４・・・ふた、５・・・バックライニング、６・・・水
冷コイル、７・・・外枠、８・・・注湯口、１０ａ　、
１０ｂ　、ＩＯＣ・・・電極、１１・・・電極ホルダ、
１２・・・長孔、１８・・・基板、１４ａｌ１４ｂｌ１
４Ｃ−・・案内板、１５ａｌ１５ｂｌ１５Ｃ・・・案内
通路、１６ａ、１６ｂ、１６Ｃ・・・電極支持板、１７
ａｌ１７ｂ　１１７Ｃ・・・調節板、１８ａ、１８ｂ、
１ｇｃ　、、、調節ボルト、１９ａｌ１９ｂｌ１９Ｃ＝
・・ガイドバー、２１−・・係止片、８０・・・オーバ
ーヘッドクレーン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　スラグを収容するるつぼと、るつぼの上部開
   口を開閉自在に閉じるふたと、るつぼ内に昇降可能に挿
   入される複数本の電極と、るつぼの外周を包囲する耐火
   材と、耐火絣の外周を包囲する水冷手段と、上記複数本
   の電極を昇降させる昇降装置と、上記電極番こ電力を供
   給する電源とを備えたことを特徴とするスラグ溶解炉。 （２、特許請求の範囲第１項に記載のスラグ溶解炉にお
   いて、るつぼはカーボンボンド系黒鉛系材料で構成した
   スラグ溶解炉。 （３）特許請求の範囲第１項記載のスラグ溶解炉におい
   て複数本の電極はるつぼの直径方向に可動であり電極間
   隔が調整可能なスラグ溶解炉。 （４）　　特許請求の範囲第１項記載のスラグ溶解炉に
   おいて電極は３本であり対称に配置され、８相交流を供
   給するようにしたスラグ溶解炉。 （５）特許請求の範囲第１項に記載のスラグ溶解炉にお
   いて、水冷手段は通水路を有する管状導体をコイル状に
   巻回したものであって、誘導加熱コイルをも兼用してい
   るスラグ溶解炉。 （６）特許請求の範囲第１項に記載のスラグ溶解炉にお
   いて、電極をるつぼから所定高さだけ上昇したときふた
   が開くように電極とふたとを連動させたスラグ溶解炉。 （７）　　るつぼ内に所定量のスラグと黒鉛系材料とを
   スタート材として敷き、このスタート材に複数本の電極
   を挿入して、各電極を介して所定電力をスタート付番こ
   供給して加熱し、黒鉛系材料を溶解して種湯を作った後
   、所定量すっスラグを追加してスラグを溶解することを
   特徴とするスラグ溶解方法。 （８）特許請求の範囲第７項ζこ記載のスラグ溶解方法
   において、スタート材はスラグと黒鉛系材料とを個別の
   層をなすように敷いたスラグ溶解方法。 （９）特許請求の範囲第７項に記載のスラグ溶解方法に
   おいて、スラグが追加される毎に電極を上昇して、溶湯
   中に浸漬される電極長さを制御するようにしたスラグ溶
   解方法。 ００）特許請求の範囲第７項に記載のスラグ溶解方法に
   おいて、溶湯中に浸漬される電極長さを制御することを
   こより供給電力を一定に保つようにしたスラグ溶解方法
   。 （１１）特許請求の範囲第７項に記載のスラグ溶解方法
   において、供給重力は商用３相交流であるスラグ溶解方
   法。