JPS63121612A - 電弧炉における溶融金属浴の撹拌方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、三相交流又は直流のアークによりスクラップ
及び金属材料等を溶解、精錬を行なう際に、１孤炉内の
熔融金属浴を効率良く攪拌する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電孤炉の操業においては、スクラップ等の装入原
料を溶解する工程で、炉壁から助燃バーナーや溶解促進
のために酸素が供給されている。

このとき、電孤炉のが底は、その直径に対して深さの極
めて浅い、いわゆるシャローパスの状態にある。このた
めに、？８融金属浴を撹拌する力は極めて弱い。加えて
、電極から付与される熱も溶融金属浴の上面のみを加熱
するために消費されるので、溶融金属浴内に対流が起き
難く、温度及び成分が不均一となる。

また、攪拌力が弱いことから、溶融金属浴とフラックス
層との間で冶金的反応が平衡となる状態に達せず、極め
て反応効率が弱い。その結果、フェロマンガン、フェロ
クロム、シリコン材等の添加材の原！α位の悪化、スラ
グ中のトータルＦｅが上昇することによる鉄ロスの増加
等の欠点があった。

この欠点を避けるため潰拌力を強化すると、上記の解決
に加えて、脱炭率の向上５胴中の含有ガスの除去等によ
る清浄化が圓られ、極めて大きなメリットが期待される
。

しかし、電孤炉の場合、溶融金属浴の揺動や激しい波立
ちは、開口部からの溶融金属の洩出、水冷パネルの溶損
、アークの不安定化等の問題を派生するおそれがある。

このため、これらの危険性を回避して激しい攪拌力を溶
融金属浴に与えることは実操業的には困難とされていた
。そこで、炉床部から不活性ガス又は酸化性ガス等を炉
内に吹き込むことにより、溶解を促進させる方法等が提
案されている。

この電孤炉における溶解促進の方法として、たとえば、
特開昭５０−９２８０７号公報に記載されているものが
ある。これは、溶融金属浴の攪拌を行うために炉底に吹
込みノズルを配置したもので、吹込みガスによって７８
融金属浴を強制的に流動化する手段を採用したものであ
る。そして、吹込みノズルは、炉体周りに溶融金属浴が
旋回流動するように、炉芯周りの仮想円の接線方向にガ
スを吹き込む構成となっている。このように吹込みノズ
ルを浴が炉芯周りの旋回渦流となるように配置すること
により、溶融金属浴の攪拌を可能としている。

〔発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、溶融金属浴に炉芯周りの旋回渦流を与え
る吹込みノズルの配置では、？８融金属浴のの渦動は生
ずるが、炉中央部での動きは殆ど停滞してしまう。すな
わち、ガス吹込みによって浴が流動化されるが、その流
線は炉芯周りの円となるために、半径位置が大きな部分
では流動速度は太き（、逆に炉芯部分では絶対停止する
浴が発生してしまう。このことは、トレーサを用いた実
験によっても確認されている。

したがって、浴の攪拌は半径方向位置が大きい個所では
十分に行われるが、炉芯側では流れが実質的に生起され
ないために攪拌不良となり、浴の攪拌強度の指標となる
均一混合時間も長くなる。

このように、炉芯周りに溶融金属浴の旋回流を吹込みノ
ズルによって与えるのみでは、炉内での浴の相対的な動
きが少ない。その結果、全体的に観ると撹拌力が弱く且
つ均一混合も不十分となり、スクラップの溶解速度や冶
金反応の向上が効果的に達成できない。

そこで、本発明は、このような電孤炉における問題に鑑
み、炉内の浴を均一に且つ大きな攪拌を与えるガス吹込
み用ノズルの配置によって、固体装入物の溶解促進、冶
金反応の向上、温度、成分の均−化等を目的として開発
されたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の溶融金属浴攪拌方法は、その目的を達成するた
めに、炉体の炉内半径をＲとするとき炉芯を中心とする
半径０．３〜０．８Ｒの仮想円の接線となるようにガス
を吹き込み可能な少な（とも１つの旋回ノズルから電孤
炉内の炉内に吹き込まれる攪拌用又は粉体搬送兼撹拌用
ガスの縮流ｙｌ　ｃｉ　ｔと、炉体の中心付近に設けら
れた少なくとも１つの中心ノズルから吹き込まれる面押
用又は粉体搬送兼攪拌用ガスの総流量Ｑ、との比Ｑ＋／
　ＱＺを０．１〜ｌＯの範囲で調整することを特徴とす
る。

また、そのために使用する溶融金属浴攪拌装置は、電孤
炉の炉内半径をＲとするとき炉芯を中心とする半径０．
３〜０．８Ｒの仮想円の接線となるようにガスを吹き込
み可能な少なくとも１つの旋回ノズルを炉床部に設け、
且つ炉体の中心付近に少なくとも１つのガス吹き込み用
中心ノズルを設けたことを特徴とする。

〔実施例〕 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例における電孤
炉の縦断面図及び水平断面図である。

電孤炉の炉体１の中心部分には３本の電極２が設けてあ
り、これらの電極２に通電することによりスクラップ等
を溶解する。炉体ｌのシルレヘル以下の炉床３の側壁に
は、旋回ノズル４が設けられている。また、炉床３の炉
体中心付近には、中心ノズル５が設けられている。なお
、炉体１の左右には、固体装入物を装入する作業孔６及
び溶解後の溶鋼を排出する出鋼孔７を設けると共に、冷
却のための水冷パぶル８を周囲に形成している。

旋回ノズル４及び中心ノズル５ば、炉体ｌ内の溶融金属
浴にガスを吹き込む構造であり、外部の酸化性ガス又は
不活性ガスの供給源（図示せず）に連通している。そし
て、中心ノズル５は、炉体１の略中心にあって、そのガ
ス吹き込み流線が炉軸と同軸の鉛直方向となるように設
置される。

一方、旋回ノズル４は、炉体１内の溶融金属浴を炉芯周
りに旋回させるために、流線に対して接線方向としたタ
ンジエンシャルノズルである。すなわち、第２図から明
らかなように、旋回ノズル４の軸線は炉体１を貫通し、
炉内の仮想円の接線上にこの軸線が一致する配置となっ
ている。そして、上下方向の向きは、第１図に示すよう
に炉芯側に向けてやや下向きに傾斜している。しかし、
これに拘束されることなく、水平方向に指向するように
旋回ノズル４を設けても良いことは勿論である。このよ
うな旋回ノズル４の配置η及び姿勢によって、吹き込ま
れるガスは、炉芯方向へは向かわずに炉芯周りの円を描
くように溶融金属浴を流動攪拌することが可能である。

ここで、中心ノズル５が存在せずに、旋回ノズル４によ
ってのみ炉体ｌ内に溶融金属浴を攪拌させた浴の挙動は
、第３図に示すようになる。すなわち、旋回ノズル４か
らガスを吹き込むと、吹き込み圧及びガス流れが炉芯周
りの円を仮想円とする接線方向を指向するので、浴は炉
芯を中心とする円を描きながら流動する。この結果、ガ
ス吹き込みによる流動力の伝播によって、炉内の浴は炉
芯周りに反時計方向への旋回流となって流動する。

そして、吹込みガス歴を増せば、特に炉外周部の浴の旋
回運動は増大し、外周部側はど速い流速で旋回流動する
。

しかしながら、炉芯部分までへの流動力の伝播は、浴の
粘性等の影響及び炉底間との摩擦抵抗によって減衰し、
結果的に炉芯部分では浴は流動せず、停滞したままの状
況となる。なお、このような現象は、トレーサーを用い
た実験等により認められており、従来技術の項でも既に
述べているところである。

したがって、浴に炉芯周りの旋回流を起こさせる旋回ノ
ズル４によってのみの攪拌では、外周部と中心部の浴の
混合は促進されることがなく、結果的に浴に与えられる
攪拌力は比較的小さい。このため、炉芯部であって且つ
底部側に位置するスクラップの溶解を促進することは困
ｊｆであり、また、冶金反応の向上及び浴の成分、温度
の均一化も不十分である。

これに対して、旋回ノズル４に加えて中心ノズル５から
も同時にガス吹込みを行うと、浴の攪拌は良好に促進さ
れる。このことを、第４図によって説明する。

旋回ノズル４からのガス流によって、浴には炉芯を中心
とする流れが促進されることは、第３図において既に述
べた。そして、この旋回流に対して、中心ノズル５によ
り炉芯から上方に向けてガスを吹き込むと、旋回流と上
向きの流れとが発生する。このとき、浴はこれらの二つ
の流れを受け、第４図ｆａｔの点線で示す下降流及び実
線で示す平面又は上昇流を生じる。これらの上昇又は下
降流は、中心ノズル５からの上向きのガス吹込みに起因
して生じることは言うまでもなく、結果として炉芯周り
の旋回流に停まらず、上下方向の攪拌も良好となる。そ
して更に、上界及び上陸の合成流れによって、炉芯側と
炉壁側との混合も可能となる。

以上のことから、中心ノズル５から上向きのガス吹込み
を行うことによって、浴は炉芯周り、上下方向の流動が
促進され、しかも炉芯側と炉壁側間の混合攪拌も十分に
行われる。したがって、旋回流を生起する旋回ノズル４
と炉芯から上方向へ浴を流動化する中心ノズル５との併
用によって、浴を均一に大きな攪拌能力で攪拌できる結
果となる。なお、第４図（ａ）のように、旋回ノズル４
を複数個設ければ、このような攪拌能力の向上が更に一
層向上することも明らかである。

このように、浴に旋回流れを起こす旋回ノズル４と炉芯
から上向きの流れを起こす中心ノズル５とを併用するこ
とにより、浴の均一な攪拌を効率的に行えることが判っ
た。そして、より効果的な攪拌を実現するため、両ノズ
ル４．５がらの吹込みガス量及び旋回ノズル４の配置姿
勢について最適なものを本発明者等は求めろことができ
た。

第５図に示す線図は、横に中心ノズル５がらの吹込みガ
スｆｆｔ　ａ　＋　と旋回ノズル４からの吹込みガスｆ
ｓｌ＋ｑｚとの比Ｑ　＋　／　Ｑ　２をとり、縦に吹込
みガスによる浴面の盛り上がり間さＩ（及び均一に撹拌
するまでに要する均一混合時間τをとったものである。

この線図から、攪拌強度の指標ともなる均一混合時間τ
は、Ｑ　＋　／　Ｑ　２が増加すれば減少する傾向にあ
る。すなわち、旋回ノズル４がらの吹込みガス量を一定
としたとき、中心ノズル５がらの吹込みガス量を増やせ
ば、均一混合時間では短くなり、中心ノズル５の存在は
攪拌を良好に行う機能を十分に果たしていることが判る
。

また、浴面の盛り上がり高さＨは、Ｑ　＋　／　Ｑ　ｚ
の増加と共に大きくなっている。このため、中心ノズル
５からの流！ｄが過大又は旋回ノズル４からの流星が過
少である場合には、浴面に波立ち等が生じろ。ところが
、浴面の変動は電極２との間隔の変化により、アークが
不安定になってしまい、溶解通電力が制限される。この
ため、浴面の盛り−Ｌがり高さＴＩには成る上限を設定
する必要がある。

以−ヒの均一混合時間τの短縮化及び浴面の盛り玉かり
問さＩＩの制限の２点の条件を基にすると、同第５図の
線図からはＱ　＋　／　Ｑ　ｚは０．１〜１０の範囲が
最適である。

更に、第６図は旋回ノズル４の最適な姿勢を示す平面図
及び第７図はこの旋回ノズル４の最適姿勢を求めるため
の線図である。

第６図において、旋回ノズル４の取り付は姿勢は、炉芯
を中心とし且つ吹き込まれるガスの流線を接線とする円
の半径を基準として決定されるもので、第７図はこの円
の半径に対する炉壁の溶１Ｎ速度（実線で示す）及び炉
壁側の半径が大きい部分の浴の表面速度（点線で示す）
の関係を表している。

すなわち、第７図の線図によれば、炉内半径Ｒに対して
０．８Ｒよりも大きい円の接線となるような旋回ノズル
４の姿勢とすると、炉壁の溶損速度が急速に上昇する。

これは、旋回ノズル４がらの吹込みガスによる流動攪拌
が炉壁側で激しく行われる結果であることは言うまでも
ない。

一方、ｈ２回ノズル４の姿勢を、吹込みガスの流線が０
．５Ｒよりも小さい円の接線となる配置とすると、炉壁
側の浴面の流速がかなり小さくなる。

このことは、炉壁側の浴に対する旋回ノズル４による撹
拌効果が低下する結果となり、本来の目的を達成するに
は不適切である。

したがって、旋回ノズル４の姿勢は、吹込みガスの流線
が接線となる炉芯を中心とする仮想円の半径の値が、第
６図に示すように、０．５Ｒ−０，８１２の範囲に含ま
れるようにすることが好ましい。

以上のように、中心ノズル５及び旋回ノズル４から吹き
込むガスの流量比Ｑ　＋　／　Ｑ　ｚ及び旋回ノズル４
の姿勢に条件を与えることにより、最適な攪拌効果が得
られる。その結果、溶解能力の向上。

優れた冶金効果が奏せられると共に、成分、／ｇ、度の
均一化も更に一層効果的に達成できるものとなる。

なお、ガスの流星比Ｑ　＋　／　Ｑ　ｚ及び旋回ノズル
４の姿勢の条件を採用するとき、旋回ノズル４の本数が
１〜１０数本及び中心ノズル５も炉芯付近に１〜５本配
置しても、以上のような効果が達成されることも確認さ
れている。

第８図及び第９図は、本発明の第２実施例を示すもので
ある。これらの図において、第１図及び第２図の部材に
相当するものは同一の符番で指示し、その説明を省略し
た。ただし、本例にあっては、３個の旋回ノズル４−１
．４−２．４−３を設けている点が、第１実施例とは異
なる。

炉体ｌのシルレベル以下の炉床３の側壁には、３本の旋
回ノズル４−１．４−２．４−３が等しい円周ピッチで
配置されている。また、炉床３の炉芯（＝１近には中心
ノズル５を設けている。なお、第８図にはガスの供給系
も併せて示されている。ずなわら、ＣＯ２，（：Ｏ，Ａ
ｒ、　ＮＺ＋　Ｏ□及び空気等の酸化性又は不活性ガス
或いはそれらのガスをキャリアガスとするＣ、１０等の
粉体の供給装置９のガス供給配管１０に、旋回ノズル４
−１．４−２．４−３川の配管１１−１．１１−２゜１
１−３が接続されると共に、中心ノズル５用の配管１２
が連結されている。そして、これらの配管１１−１゜１
１−２．１１−３及び１２には、それぞれガスの流量調
節するための調節弁１３−Ｌ　１３−２．１３−３．１
．３−／ｌを設けている。

複数の旋回ノズル４−１．４−２．４−３は、前記の第
６図及び第７図から明らかになった最適な姿勢、すなわ
ち吹き込むガスの流線が、炉内半径をＲとしたときに炉
芯を中心とする半径が０．５Ｒ〜０．８Ｒの領域に含ま
れろように設置する。また、これらの３個の旋回ノズル
４−１．４−２．４−３から吹き込むトータルのガス量
Ｑ２及び中心ノズル５からのガスｆｆｉ　Ｑ＋との比も
第５図の線図によって得られた最適条件を満たすように
ガス量を設定する。

このように、浴の攪拌に必要な条件を持たせて運転すれ
ば、第１実施例の場合と同様に、炉内の溶融金属浴を大
きな攪ｉ１２強度で均一に撹拌でき、ｉ８　ＦＩ’Ｌｌ
能力の向りのほか、成分、温度の均一化が可能となる。

第１０図及び第１１図は、本発明の第３実施例を示すも
のである。これは、第８図及び第９図の第２大晦例で示
した３個の旋回ノズル４−１．４−２．４−３を設りた
構造において、これらの旋回ノズル４−１．４−２．４
−３の姿勢を上に（頃けだものである。すなわち、前記
の実施例の場合と同様に、炉内半径をＲとしたときに炉
芯を中心とする半径が０．５〜０．８１１の領域に各旋
回ノズル４−Ｌ４−２．４−３からのガス吹込み流線が
至る配置とし、ガスの流線が上向きとなるようにガスの
供給を行うようにしている。

このように、各旋回ノズル４−１．４−２．４−３から
のガスが斜め上に吹き込まれるとき、上向きに吹き込む
中心ノズル５からのガスとの共働効果が向−ヒする結果
、溶融金嘱浴を大きな攪拌強度で均一に攪拌できる。

第１２図は、外周ノズル又は中心ノズルの詳細４１＋４
造を示すものである。

同図（ａｌに示すものは、耐火ノズル３０の中に多数の
小径バイブ３Ｉを配管し、耐火ノズル３０の下部に風箱
部３２を設けて小径バイブ３１のそれぞれを吹き込み配
管３３に接続した構造である。これは、「小径多孔ノズ
ル」として知られているもので、吹き込みガスとして通
し、その下部には風箱部３２に連通しており、ＣＯ□＋
　ＣＯ＋　Ｎｔ＋　Ａｒ、Ｏ□及びこれらの混合ガス又
は粉体とそのキャリアガスが用いられる。

この小径多孔ノズルとしたｈｌＩ￥造では、小径バイブ
３１は直径が１〜４ｍｍで作られるので、溶鋼の逆流の
発生を抑えることが可能である。このため、ガス流量を
大幅に絞った領域から大流量まで流星を変えることがで
きる。したがって、本発明においては、特にガス量の可
変幅を大きく取り扱って波立ちの制御を幅広く行う場合
に適切である。

第１２図ｆｂｌは、二″重管ノズル構造のもので、内管
３５の内部流路３４からは主として０□又は０２をキャ
リアガスとするＣａＯ等の粉体が供給され、０□による
酸化燃焼防止のため、外管３６と内管３５とを環状流路
３７から炭化水素ガス、オイル等の冷却剤が吹き込まれ
る。そして、この冷却剤によって、ノズル全体が保護さ
れると共に、燃焼バーナとしての機能も果たせる構造と
なっている。

この二重管（１４造としたものでは、内部流路３４の直
径は通常６〜３０鮪と大径に作られるため、最大吹込み
ガス量を多くしたい場合に適しており、また、内部流路
３４からは主として０２を供給し、環状流路３７からは
炭化水素を吹き込むため、溶鋼に浸ン１７　していない
場合は前記のようにバーナとし°て機能してスクラップ
の予熱が可能となる。また、０２により、鋼中の炭素を
燃焼させて溶鋼を加熱できるので、本発明の目的である
溶解速度の向上が大幅に向上させることもル１待できる
。

更に、第１２図ｆｃｌは、ノズルをポーラスプラグ３８
とした場合を示すものである。この構造では、吹込みガ
スの流量を小さくして簡略に操作する場合に適切である
。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、電孤炉の炉
床のほぼ中央に位置する中心ノズルから攪拌用ガスを吹
き込むと同時に、炉内半径Ｒに対して炉芯を中心とする
０、３〜０．８Ｒの仮想円の接線方向に向けて炉の側壁
部に設けた旋回ノズルによってガスを吹き込み、これら
の中心ノズル及び旋回ノズルからそれぞれ吹き込むガス
流量比を０．１〜１０の関係になるようにしている。こ
のような、ガスの吹込み形態、及び中心ノズルによる上
昇流と旋回ノズルによる旋回流の合成によって、溶融金
属浴を高い攪拌強度で均一に混合攪拌できる。

したがって、熔融金属浴に大きな攪拌能力を与えること
ができる結果、固体装入物の溶解促進や精錬反応を効率
良く行うことができ、また溶融金属浴の温度及び成分を
更に一層均一化することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例を示す縦断面図
と水平断面図、第３図は旋回ノズルのみによるガス吹込
み時の炉内浴の挙動及び第４図は旋回ノズル及び中心ノ
ズルの双方からガス吹き込んだときの炉内浴の挙動をそ
れぞれ示す説明図、第５図は中心ノズル及び旋回ノズル
からの吹込みガス２１１の比に対する浴面の盛り上がり
及び均一攪拌に必要な時間の関係を示す線図、第６図は
旋回ノズルの最適な姿勢を示す平面図、第７図は旋回ノ
ズルの姿勢と炉壁１容絹速度及び〃ｉ壁側の浴の表面流
速の関係を示す線図、第８図及び第９図は本発明の第２
実施例を示す縦断面図と水平断面図、第１０図及び第１
１図は本発明の第３実施例を示す縦断面図と水平断面図
、第１２図はノズル構造の例を示すものである。 特許出願人　　　　　新日本製鐵株式會社代理人　　　
小児　益（ほか２名） ［１図 第２図 第３図 （’）　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第　４　
図 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第５図 ０．１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔ。 ＶＱ２ 第７図 第　６　図 １：炉体 ３：炉床 ４：旋回ノズル ５：中心ノズル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉体の炉内半径をＲとするとき炉芯を中心とする半
   径０．３〜０．８Ｒの仮想円の接線となるようにガスを
   吹き込む少なくとも１つの旋回ノズルから電孤炉内の炉
   内に吹き込まれる攪拌用又は粉体搬送兼攪拌用ガスの総
   流量Ｑ＿２と、炉体の中心付近に設けられた少なくとも
   １つの中心ノズルから吹き込まれる攪拌用又は粉体搬送
   兼攪拌用ガスの総流量Ｑ＿１との比Ｑ＿１／Ｑ＿２を０
   ．１〜１０の範囲で調整することを特徴とする電孤炉に
   おける溶融金属浴の攪拌方法。 ２、電孤炉の炉内半径をＲとするとき炉芯を中心とする
   半径０．３〜０．８Ｒの仮想円の接線となるようにガス
   を吹き込み可能な少なくとも１つの旋回ノズルを炉床部
   に設け、且つ炉体の中心付近に少なくとも１つのガス吹
   き込み用中心ノズルを設けたことを特徴とする電孤炉に
   おける溶融金属攪拌装置。