JPS63183115A - 電弧炉における溶融金属浴の攪拌方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、三相交流又は匝流の電弧によりスクラップ、
鉱石原料１合金材料等の溶解、精錬を行なう際に、ガス
底吹きにより溶融金属浴の撹拌を促進させる方法及び装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電弧炉の操業においては、スクラップ等の芸人原
料を溶解する過程で、炉壁から助燃ガスや溶解促進のた
めの酸素が吹き込まれている。しかるに、電弧炉の炉底
は、その直径に対して深さが極めて浅い、いわゆるシャ
ローパスの状態にある。このために、溶融金属浴を撹拌
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に＜＜、溶融金属浴の温度
及び成分が不均一になる。

また、撹拌力が小さいことから、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
めて反応効率が悪い。その結果、フェロマンガン、フェ
ロクロム等の添加材の原単位の悪化、スラグ中のトータ
ルＦｅが上昇することに起因して鉄損失が増加する等の
欠点があった。

この欠点を避けるため撹拌力を強化するとき、脱炭率の
向上、鋼中の含有ガスの除去等による清浄化が図られる
ので、極めて大きなメリットが期待される。

このような背景から、近来では、炉底部から不活性ガス
又は酸化性ガス等を炉内に吹き込むことにより、装入原
料の溶解及び冶金反応を促進させる方法等が提案されて
いる。

たとえば、特開昭５０−９２８０７号公報において、電
気炉の炉底に設けたノズルを介したガス吹込みにより溶
鋼の撹拌を行なうことが提案されている。

また、これを発展させたものとしても、たとえば鋼浴の
コールドゾーン部の炉底にノズルを取り付けることや、
ホントゾーン部に向けて不活性ガスを吹き込む方法等が
知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この炉底からのガス吹込みにより、鋼浴の撹拌が促進さ
れ、所゛定の効果が得られている。しかしながら、従来
における撹拌用ガス吹込み用のノズルの配置は、コール
ドゾーンとかホットゾーンという電極からの受熱を中心
とした範囲分け、又は鋼浴のＺ以下等というように、極
めて大まかに定められていたに過ぎない。しかし、溶融
金属浴の撹拌に与える影響は、ノズルを設置した位置に
応じて大きく変わるものである。ところが、このような
効果的な撹拌を行わせるためのノズルの配置は、これま
でのところ提案されていない。

本発明は、このような電弧炉における問題に謹み、所定
条件下でガス吹込みを行うことにより、大きな撹拌能力
を溶融金属浴に与え、固体装入物の溶解促進、冶金反応
、溶融金属浴の温度及び成分の均−化等を図ることを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の溶融金属浴の撹拌方法は、その目的を達成する
ため、電弧炉の炉体の鉄皮内径をＤとするとき、０．３
〜０．８×Ｄの範囲にある炉底部に設けた３個以上のノ
ズルから溶融金属トン当たり０．３Ｎｍ’／）ン・時以
上の総流量で撹拌用ガスを吹き込み、該ガス吹込みによ
って生じる溶融金属浴の波立ちをノズル相互間の干渉に
より促進させることを特徴とする。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本発明の特徴
を具体的に説明する。

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の第１実施例で使
用した電弧炉の垂直断面図及び水平断面図である。

電弧炉の炉体ｌの炉壁２には、水冷パネル３が取り付け
られ、側壁部分には固体原料を装入するための作業口４
及び溶解後の溶鋼を排出する出鋼口５を設けている。炉
体１の中心部分には３本の電極６が設けられてふり、こ
れらの電極６に通電することにより電弧炉に投入された
スクラップ等の原料を溶解する。また、炉体１のシルレ
ベル以下にある炉床７には、４個のノズル８が電極６の
周りに設けられている。これらのノズル８の位置は、鉄
皮の内直径をＤとするとき、炉芯を中心としてｄ＝０．
３〜０．８×Ｄの円の範囲にある。

更に、これらのノズル８に対して撹拌用のたとえばＣｏ
２．　ＣＯ，＾ｒ＊　Ｎ２＋　ｏｆ、　　空気等の酸化
性ガス又は不活性ガスを送り込むための供給装置９を炉
外に設ける。この供給装置９から、配管１０−１．１０
−２゜１０−３．１０−４により各ノズル８にガスを供
給し、ガス流量をノズル８毎に調節できるように、これ
らの配管１０−１．１０−２．１．０−３．１０−４に
は、調節弁１１−１．１１−２．１１−３．１１−４を
それぞれ設ける。

また、第３図は、本発明の第２実施例で使用した電弧炉
の水平断面図である。同図において、第２図の部材等に
対応するものは、同一の符番で指示し、その説明を省略
した。ただし、ノズル８を３個配置する点が第１実施例
の場合と異なるもので、これらのノズル８は鉄皮の内直
径をＤとするとき、炉芯を中心として０．３〜０．８×
Ｄの円の範囲にある。

このような電弧炉において、電極６の周りに少なくとも
３個配置したノズル８からのガス吹込みにより溶融金属
浴を撹拌すると、溶融金属浴は第４図に示すように流動
する。

すなわち、溶融金属浴の静止浴表面をＡとすると、ガス
吹込みの初期においては、ノズル８の直上部にある浴面
が、同図（ａ）に示すように盛り上がる。更に、これら
の盛上゛り部Ｂは、同図ら）及び（Ｃ）に示すように旋
回運動を始める。　　、この旋回状態が１０〜２０秒程
度経過すると、吹込みガスによる盛上り部Ｂの旋回運動
は、干渉及び揺動を繰り返し、同図（ｄ）に示すように
、溶融金属浴は外周に向かって激しく揺動する。この外
方に流動した溶融金属は、次の段階で同図（ｅ）に示す
ように、炉体１中心に向かつ打ち返してくる運動を繰返
す。この状態（６）及び（ｅ）間の揺動は、ノズル８か
ら吹き込まれるガス流量を多くすることにより、極めて
激しい運動となる。

本発明においては、この溶融金属浴の揺動を積極的に発
生させることにより、溶融金属浴の撹拌を促進させ、投
入原料の溶解及び冶金反応の促進を図るものである。

第５図（ａ）は、ノズル８設置位置及びガス吹込み量が
溶融金属浴の揺動に与える影響を示したグラフである。

ただし、揺動範囲は、同図（ｂ）に示すように、ノズル
８から吹き込まれたガスが溶融金属浴内を垂直に上昇し
て浴面に達したときの浴面上での直径Ｃで、溶融金属浴
が旋回運動しているときにノズル８から吹き込まれたガ
スが溶融金属浴内を通過して浴面に達したときの浴面上
での直径Ｃを除した値Ｃ／　ｃで表している。また、横
軸には、同図（Ｃ）で示すように、炉体１外周の鉄皮内
径をＤとし且つ炉芯を中心とするノズル８の配置位置の
径をｄとしたとき、ｄ／Ｄの値をとっている。

また、第５図（ｄ）は、ｄ／Ｄをパラメータとして横軸
にガス流量をとった場合の揺動範囲を示す線図である。

この線図に示すように、流量が増加するほど揺動範囲が
大きくなる傾向にあるが、流量が零から成る値までの範
囲では、ｄ／Ｄの値に関わらす揺動範囲が略零の一定値
に安定して５）る。

したがって、この一定値から急激に揺動範囲が増加する
流量を、揺動を起こすための臨界流量として捉えること
ができ、その値を０．３Ｎｍ’／）ン・時に設定できる
。

一方、第５図（ａ）の線図において、ノズル８からの溶
鋼１トン当たりの撹拌用ガスの吹込み流量をパラメータ
として得られたデータを示す。（イ）は臨界流量の０．
３Ｎ　ｍ’　／　）ン・時、　（ロ）はＱ、ｉ３Ｎｍ’
／３Ｎ・時、及び（ハ）は２．４Ｎ　ｍ’　／　）ン・
時の流量の場合をそれぞれ示す。

これらのノズル８からの流量を変えたときの揺動範囲の
値は、（イ）で示す流量が０．３Ｎｍ’／）ン・時の場
合にはノズル８の位置に関わらず変化していない。つま
り、流量が第５図（６）で求めた臨界流量より小さい場
合では、静止浴面Ａには盛上がり部Ｂや旋回運動は発生
せず、溶解の撹拌度が小さいことが判る。これに対して
、流量を増やしていくと、（ロ）及び（ハ）で示すよう
に揺動範囲が拡大し、浴の盛り上がりや旋回及びこれら
の干渉、揺動によって大きな撹拌強度によって撹拌され
ていることも理解される。

このように、浴の撹拌を激しくするためには、ノズル８
から吹き込むガスの流量を一定以上とする必要があり、
その下限値を第５図（ｄ）の線図で求めた０、３Ｎｍ’
／）ン・時に設定できる。

また、浴の撹拌を激しく行える流量値のとき、一定流量
に対してノズル８の位置が大きな影響を与えていること
も判る。すなわち、ｄ／Ｄの値が大きくなると、つまり
ノズル８を炉芯から離れる方向に配置するにつれ、揺動
範囲は大幅に減少する。したがって、揺動範囲を大きく
して浴の撹拌を大きく促進するには、ｄ／Ｄの値をほぼ
０．３〜０．８とすればよい。

ところで、第５図（ａ）の線図によって、ノズル８の配
置を適切にしたうえで供給する撹拌用ガスの流量を大き
くすれば、揺動範囲が大きくなって、撹拌能力が向上す
る。このため、各ノズル８から供給するガスの流量を鋼
浴の状況に合わせて調整すれば、効率的な撹拌によって
スクラップの溶解促進が行える。

すなわち、原料を装入した後の溶解初期等やスクラップ
量が多い場合には、ガス流量を大きく設定して撹拌能力
を大きくする。この操作により、溶鋼の流速が上昇して
スクラップ表面との熱伝達が促進され、その結果スクラ
ップの溶解速度を向上させることができる。これとは逆
に、スクラップ量が少ないときは、ガス流量を減らして
最適な操業条件となるように設定する。このように、ス
クラップの量に応じて撹拌用ガスの流量を適切に設定れ
ば、ガスを無駄に消費することなく、効率的な運転が可
能となる。

第６図は、ノズル８の詳細構造を示すものである。

同図（ａ）に示すものは、耐火ノズル３０の中に多数の
小径バイブ３１を配管して吹き込み配管３３に接続し、
更に耐火ノズル３０の下部に風箱部３２を設けた構造で
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、ｃｏ２．　ｃｏ。

Ｎ２．后、０２及びこれらの混合ガスが用いられる。

この小径多孔ノズルとした構造では、小径パイプ３１は
直径が１〜４鮒で作られるので、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量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
きく取り扱うことにより、溶鋼の揺動範囲の制御を幅広
く行う場合に適切である。また、絞ったときの詰まり防
止のための最小流量が少ないことと、吹き込み配管３３
が１つのノズル当たり１本でよいので、設備も簡略化で
きる。

第６図ら）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□が供給され、この０２
　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。

水蒸気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。

この二重管構造としたものでは、内部流路３４の直径は
通常６〜３０市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最適である。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、溶鋼に浸漬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、溶解速度の向上を大幅に向上
させることも期待できる。

更に、第６図（Ｃ）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、撹拌用のガ
スを鋼浴内に吹き込むノズルを、鉄皮内径をＤとすると
き０．３〜０．８×Ｄの範囲に３個以上配置し、これら
のノズルから吹き込むガスの総流量の下限を’３．３Ｎ
ｍ’／）ン・時に設定している。

このようなノズルの個数及び炉内配置の条件に加えて下
限流量以上のガスを吹き込めば、鋼浴はガスの吹き込み
による浴の盛り上がりと旋回運動とが互いに干渉及び揺
動する鋼浴の挙動状況を招き、鋼浴を激しく撹拌できる
。したがって、固体装入物の溶解速度が上昇して効率的
な溶解処理が行え、炉内の鋼浴を均一に撹拌によって精
錬反応、溶融金属浴の温度及び成分を均一化することも
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図は第２実施例を示す水平断面図、
第４図はノズルからのガス吹き込みによる溶融金属浴の
挙動を示すための説明図、第５図（ａ）はノズル位置及
びガス流量が溶融金属浴の揺動に与える影響を示す線図
、第５図ら）はガス吹き込みによって生じる浴の盛り上
がり径及び旋回運動の径の説明図、第５図（Ｃ）はノズ
ルの炉内配置を示す概略図、第５図（ｄ）は浴の揺動を
起こすに必要なガス流量の臨界値を求めるための線図、
第６図はノズル構造の例を示すものである。 特許出願人　　　　　新日本製鐵株式会社代　理　人　
　　　　小　堀　　益（ほか２名）ｊｌＪ　　図 （０）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｄ
）ス Ｈ６図 ！５　　図 Ｉ呻１ｆ１７薗Ｉ：二分−ｒ−／ズル位！％（ｂ） （Ｃ） （ｄ） η”ス流量（Ｎｍ”／Ｔ・峙）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電弧炉の炉体の鉄皮内径をＤとするとき、０．３〜
   ０．８×Ｄの範囲にある炉底部に設けた３個以上のノズ
   ルから、溶融金属トン当たり０．３Ｎｍ＾３／トン・時
   以上の総流量で撹拌用ガスを吹き込み、該ガス吹込みに
   よって生じる溶融金属浴の波立ちをノズル相互間の干渉
   により促進させることを特徴とする電弧炉における溶融
   金属浴の撹拌方法。