JPS635671B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は合金鉄等の金属や合金の製造を対象と
する電気炉の電極位置制御方法に関し、殊に供給
電力を最大限有効に活用しつつ電気炉操業を効率
良く円滑に遂行することのできる電極位置制御方
法に関するものである。

第１図は電気炉を用いて精錬操業を行なつてい
る状況を例示する概略縦断面説明図で、一般に炉
壁１の上方内面はシヤモツト質の耐火レンガで構
築され、下方内面は炭素質の耐火物で構築されて
いる。原料装入口４より投入された原料Ａ（鉱石
及びコークス）中の鉱石は、電極２（通常は３本
使用）への通電による抵抗熱を受けて溶融し、コ
ークス及び半溶融物の混合層Ｈで還元精錬が進
み、比重差によつてコークスベツドＣ、スラ
グおよびコークスの混合層Ｓ及び溶湯Ｍに分か
れる。図中３は炉蓋、５は排ガスダクトを示し、
Ｄは付着物、１０は定期的に開口される出湯口を
夫々示す。

そして電気炉操業における必要熱量は、原料
を溶融させる為の熱、Fe、Mn、Si等の酸化物
を還元させる為の熱、及び溶湯やスラグに流動
性を与える為の熱の総和で与えられるが、これら
の要求熱量は電極先端付近で生じる抵抗熱によつ
て供給される。そして電極先端がそのときの炉内
状況に対して最適位置にある時には原料の溶融、
還元反応、生成物の流動性向上の各要求に寄与す
る熱がバランス良く分配され、供給電力が最大限
有効に活用されると共に、安定した操炉状態を得
ることができる。

この様なところから、炉内状況に応じて電極先
端位置の制御（殊に上昇速度）を如何にうまくコ
ントロールするかということは、電気炉の操業効
率を高めていくうえで最も重要な課題であり、こ
れまでにも種々の方法が提案されている。そして
現在実施されている代表的な電極位置制御法は下
記、の方法であるが、続いて説明する如く満
足し得るものとは言い難い。

湯面の上昇速度を予め推定しておき、この速
度に応じて電極を一定の速度で上昇させて行く
方法。

各電極に流れる電流が一定となる様に電極の
上昇速度をコントロールする方法。

上記の方法は、電気炉内における湯面全体の
上昇速度が一定である限り最も簡単で好ましい方
法と言えるが、実操業における湯面の上昇速度は
殆んどの場合一定ではないので次の様な問題が生
じてくる。即ち各電極配置部における湯面位置は
前述の如く一定ではないので、各電極先端の高さ
位置を同じにした場合は各電極の先端と湯面間の
距離は個々に若干違つているが、この距離が長い
ところでは電気抵抗値が高くなつて当該部分での
原料消費量が増大する結果、電極の消耗量が増大
して電極長さが短くなる。電極長さが短くなると
当該電極部の電気抵抗値が更に高くなつてその電
極は湯面からますます浮いた状態となつてくる。
一方前記距離の短いところでは電気抵抗値が低い
為電極の消耗量は少なく、その電極はますます湯
面中に沈む傾向になり、この悪循環が起こると炉
吹き、電極切損、通電流によるトリツプ等のトラ
ブルが発生し易くなり、安定した操業状態を維持
して行くことが困難になる。

一方前記のいわゆる電極電流一定制御法で
は、各電極配置位置毎に電気抵抗値が異なると共
に、溶湯生成量の不均一によつて湯面上昇速度も
相当違うので、定電流制御を行なうと例えば第２
図の操業例に示す如く電極が個々に上昇又は下降
するいわゆるシーソー現象を起こし、安定した溶
解・還元帯域を維持することができない。

本発明者等はこうした事情に着目し、電気炉操
業を安定に維持・継続し得ると共に、供給電力を
最大限有効に活用することのできる電極制御法を
確立しようとして種々研究を進めてきた。本発明
はかかる研究の結果完成されたものであつて、そ
の構成は、電気炉の操業に際し電極先端の高さ位
置を制御する方法において、電気抵抗指標を測定
しつつ予め定められた当該電気抵抗指標の最適範
囲の上限を逸脱した場合は電極の上昇速度を低下
させ、下限を逸脱した場合は電極の上昇速度を高
めることにより、電気抵抗指標が設定範囲内に保
持される様に制御するところに要旨を有するもの
である。

本発明において電気抵抗指標とは代表的には電
気抵抗値そのものを言うが、この他電気抵抗値と
相関性を有する力率、インピーダンス、リアクタ
ンス、インダクタンス等を総称するものである。
但し以下では電気抵抗値を主体にして本発明の構
成及び作用効果を詳細に説明する。

電気炉操業において電極への通電により発生す
る抵抗熱は、前述の様に原料を溶融させる為の
熱、Fe、Mn、Si等の酸化物を還元させる為の
熱、及び溶湯やスラグに流動性を与える為の
熱、そして消費されるもので、抵抗熱がこれら
〜の総熱量としてバランス良く消費されたとき
に供給電力は最も有効に発揮され且つ炉況は最も
安定する。そして上記の様な状態は、炉内状況に
対して各電極の先端位置が最適位置にあるときに
得られることも先に述べた通りである。しかしな
がら電気炉の各電極配置部における炉内状況は、
原料充填密度の不均一や各部におけるコークス／
原料比のアンバランス等の為に必ずしも一定であ
る訳ではなく、まして操炉時には溶湯生成量の不
均一という要素も加わる為、各電極配置部の状況
を均一に保つことは容易でない。

そこで本発明者等は、原料充填密度の不均一等
には関係なく電極の最適先端位置を実質的に示す
ことのできる指標を求め、その指標を基に各電極
の昇降作動を行なう様にすれば、炉況を安定に維
持し得ると共に供給電力を各電極毎に有効に活用
し得るのではないかと考え、その線に沿つて研究
を進めた。その結果、炉内装入物の種類等によつ
てその絶対値は異なるが、電極配置位置における
電気抵抗値がある範囲内に収まる様に各電極の昇
降速度を制御してやれば、各電極先端位置におけ
る発熱量がほぼ一定となつて溶湯生成量及び電極
消耗量等が略均等となり、供給電力の有効利用と
いう目的が達成されると共に、電極長さの不均一
化が防止されて炉内状況を安定に維持し得ること
を知つた。

ちなみに第３図は本発明の方法により電気炉操
業（シリコマンガンの製造）を行なつた場合の電
極制御例を示したもので、炉内電気抵抗値及び各
電極深度の経時変化を示したグラフである。本例
では炉内電気抵抗値の制御範囲を（３×10^-4〜５
×10^-4）Ωに設定しているが、これはシリコマン
ガンを原料とする予備実験により、供給電力を最
も有効に活用し得る最適電気抵抗値の範囲として
予め求めておいたものである。即ち本例では、各
電極の装入に当たつて各電極部における炉内電気
抵抗値が上記好適範囲内となる様に各電極の深度
を調整しておき、溶解開始後における各電極の上
昇速度は原則として一定にする。そして操炉期間
中各電極部における電気抵抗値を連続的に測定し
ておき、その値が上記設定電気抵抗値の下限を逸
脱したときは当該電極の上昇速度を高め、一方上
限を逸脱したときは当該電極の上昇速度を低下さ
せ、各電極部における炉内電気抵抗値がいずれも
前記設定電気抵抗値の範囲に収まる様に制御する
ものである。即ち第３図の例では、溶解開始後消
費電力量Ａまでは各電極，，の何れの電気
抵抗値も設定範囲に収まつており、電極の上昇速
度を変更する必要はない。しかし消費電力量Ａに
達すると電極の電気抵抗値が設定値の下限（３
×10^-4Ω）を逸脱したので、該電極の上昇速度
を高めている。その結果当該電極部分における
相対的な抵抗発熱量が増大して原料消費量が増大
すると共に電極の先端消耗量も増大し、電気抵
抗値は上昇傾向を示す様になる。そして消費電力
量Ｂに達すると電気抵抗値は再び設定範囲内に戻
るので、電極の上昇速度を当初の速度に戻して
運転を続ける。消費電力量Ｃに達すると今度は電
極における電気抵抗値が設定値の上限（５×
10^-4Ω）を超えたので、当該電極の上昇速度を
低下させる（図では速度をマイナス、即ち電極を
降下させている）。その結果電極部分における
抵抗熱を相対的に低下して電極の先端消耗量も
減少するので、電気抵抗値は低下傾向を示す様に
なる。そして消費電力量Ｄに達すると電気抵抗値
は再び設定範囲内に戻るので、電極の上昇昇速
度を当初の速度に戻す。尚電極については溶解
開始から出湯に至るまで常に設定電気抵抗値範囲
内に収まつているので、上昇速度を変更する必要
はない。

かくして各電極先端部における抵抗発熱量は一
定の範囲に制御されることになり、且つ電極消耗
量も電極〜共にほぼ一定に保たれるので、各
電極の先端位置はほぼ一定の位置に調整されなが
ら略均等速度で上昇することになる。その結果、
一部の電極が過度に浮いたり或は沈んだ状態にな
る恐れがなくなり、溶解・還元帯域を適正な状態
で安定に維持しつつ操業を続けることができる。
しかも設定電気抵抗値の範囲は、供給電力を最も
有効に活用し得る範囲として予め定めたものであ
るから、各電極における電気抵抗値をこの設定範
囲に収めることによつて、供給電力を最大限有効
に活用し得る様になることは言うまでもない。

尚設定電気抵抗値の範囲が装入原料等によつて
変わることは先に述べた通りであり、例えば高炭
素シリコマンガンの場合は２×10^-4〜10×10^-4Ω
（より好ましは、４×10^-4〜６×10^-4Ω）、シリコ
マンガンの場合は２×10^-4〜７×10^-4Ω（より好
ましくは３×10^-4〜５×10^-4Ω）の範囲である
が、より普遍的な範囲として示すならば１×10^-4
〜20×10^-4Ωである。

本発明における電極制御の要素として、電気抵
抗値の他、該抵抗値と相関性の高い力率、インピ
ーダンス、リアクタンス、インダクタンス等を採
用した場合の制御法も基本的に同一であり、予め
好適範囲を設定しておいて、各電極毎に実測され
る値が該好適範囲に収まる様に各電極の上昇速度
を調整すればよい。例えば第４図はSi−Mnを原
料とし、制御要素として力率を選択した場合の制
御例を示したグラフであり、消費電力量Ｘまでを
溶解期、Ｘから出湯開始までを還元期と考えて好
適力率の範囲を設定している。この例では電極別
力率が終始好適力率範囲に入つており、電極深度
の変更を必要としていないが、実測力率が該範囲
を逸脱した場合は第３図の例と同様にして電極の
上昇速度を調整し、力率が常に前記好適範囲に収
まる様に制御が行なわれる。

本発明は以上の様に構成されるが、要は制御要
素として電気抵抗指標を採用し、供給電力を最も
有効に活用し得る最適の該電気抵抗指標の範囲を
予め設定しておき、操業時に実測される同電気抵
抗指標が常に上記設定範囲に収まる様に各電極の
上昇速度をコントロールすることによつて、適正
且つ安定した炉内状況を維持しつつ電気炉操業を
効率良く実施し得ることになつた。

ちなみに実機（トランス容量20000KVA）を用
い、原料として高炭素フエロマンガン〔設定電気
抵抗値範囲は３×10^-4〜７×10^-4Ω〕及びシリコ
マンガン〔設定電気抵抗値範囲は２×10^-4〜６×
10^-4Ω〕を用いて行なつた延べ５か月間の現場実
験によると、平均の溶解電力原単位は、制御なし
の場合（電気抵抗の変化は１×10^-4〜20×10^-4
Ω）に比べて高炭素フエロマンガンの場合で２
％、シリコマンガンの場合で1.9％向上すること
が確認され、またMnロスを比較すると高炭素フ
エロマンガンの場合で1.4％、シリコマンガンの
場合で2.5％夫々減少し得るという結果を得た。
またこの間の３つの電極周囲における原料消費量
比率の標準偏差の平均は、制御なしの場合4.57％
であつたものが本発明の制御を行なうことによつ
て3.08％に減少し、炉吹き、電極切損、過電流に
よるトリツプ等の問題は一切生じなかつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気炉の操業状況を示す概略縦断面説
明図、第２図は定電流制御を行なつた場合の電極
深度の経時変化を示すグラフ、第３，４図は本発
明の電極制御例を示すグラフである。 １……電気炉々壁、２……電極、３……炉蓋、
４……原料装入口、５……排ガスダクト、Ａ……
原料、Ｃ……コークスベツド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気炉の操業に際し電極先端の高さ位置を制
   御する方法において、電気抵抗指標を測定しつつ
   予め定められた当該電気抵抗指標の最適範囲の上
   限を逸脱した場合は電極の上昇速度を低下させ、
   下限を逸脱した場合は電極の上昇速度を高めるこ
   とにより、電気抵抗指標が設定範囲内に保持され
   る様に制御することを特徴とする電気炉の電極位
   置制御方法。