TW201629418A

TW201629418A - 操作電弧爐之方法

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Publication number: TW201629418A
Application number: TW104136520A
Authority: TW
Inventors: 富田規之; 田中良和; 永谷哲洋; 小川正人; 松尾國雄
Original assignee: 大同特殊鋼股份有限公司
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-08-16
Also published as: CN105571313B; KR20160053826A; CN105571313A; US20160123664A1; US10215494B2; MX355047B; MX2015015375A; MY190096A; TWI674386B; KR102456778B1

Abstract

本發明係有關於一種操作電弧爐之方法。該電弧爐包括(a)一爐殼體，其具有一流出口(tapping hole)及/或一爐渣口(slag door)；(b)一爐頂，其設置有複數個電極以使得面向下；以及(c)一旋轉裝置，其使該爐殼體以一垂直軸為中心相對於該等電極旋轉。該方法包括：一旋轉步驟，其在一金屬材料之熔化期間使該爐殼體相對於該等電極旋轉；以及一保持步驟，其在該複數個電極中之任一電極到達一事先被設定成靠近該流出口或該爐渣口之保持位置時，停止該旋轉，以及保持該爐殼體在該保持位置。

Description

操作電弧爐之方法

本發明係有關於一種操作電弧爐之方法，以及特別地，是有關於一種以相對於一電極旋轉一爐殼體之旋轉裝置之操作電弧爐之方法。

傳統上，廣泛地使用一種3相交流電弧爐作為一用以熔化像廢金屬之金屬材料的熔融爐，其中在一爐殼體中之一金屬材料與被插入該爐殼體中之3個電極間產生電弧，以藉由弧熱熔化該金屬材料。

傳統上，在使用這樣的電弧爐熔化一金屬材料之操作中，產生該金屬材料之不均勻熔化的問題。

在該3相交流電弧爐中，配置向下插入該爐殼體中之3個電極，以便在平面圖中形成一個在該爐殼體之中心軸周圍的三角形，亦即，配置成使得該3個電極分別位於該三角形之頂點。

結果，在該爐殼體中，在離該等電極有一短距離(亦即，靠近該等電極)的位置處存在所謂的熱點，以及在離該等電極有一長距離(亦即，遠離該等電極)的位置處存在所謂的冷點。

在該等熱點處的金屬材料容易被熔化，因為該等電極強烈地加熱在該等熱點處的金屬材料，但是由該等電極所實施之加熱在該等冷點處係相對弱的。此造成下面這樣的不均勻熔化：甚至在完全熔化在該等熱點處的金屬材料後，在該等冷點處的金屬材料仍然未熔化。

由於樣的不均勻熔化，產生一些問題。一個問題是例如熔化效率變得更差及用於熔化所需之電力成本上升。另一個問題是例如甚至在完全熔化在該等熱點處的金屬材料後，在持續熔化在該等冷點處的金屬材料期間持續施加強大的熱，以及因此，過度電力的投入係必需的、熔爐之耐火材料的熔蝕及必須在短週期內修復該耐火材料之熔蝕部分。

作為對這些問題的對策，已提出一種使一爐殼體相對於固定電極旋轉之電弧爐或一種使電極相對於一固定爐殼體旋轉之電弧爐。

例如，前面的電弧爐被揭露在專利參考文獻1及2中，以及後面的電弧爐被揭露在專利參考文獻3中。

上述具有旋轉裝置之電弧爐可藉由在熔化期間相對於該等電極旋轉該爐殼體，將最初放置在一冷點之一金屬材料的位置移動至一熱點，及最初放置在一熱點之一金屬材料移動至一冷點，以及因而，可補償不均勻熔化之問題。

此時，有效的是，藉由使該爐殼體朝圓周方向相對於該電極旋轉約60°，將最初在圓周方向上位於一熱點之中心區域的該電極放置在圓周方向上一相鄰冷點的中心區域中。

附帶地，為了在操作期間確定該電弧爐之爐內狀態，本發明者停止熔化操作一次、冷卻該熔爐及檢查其內部，以及結果，他們發現該金屬材料之未熔化殘餘物存在於該爐殼體之流出口(tapping hole)或爐渣口(slag door)的附近。

在該流出口之附近中的未熔化殘餘物的形成之原因依據熔爐之類型而有所不同。

圖12A及圖12B係描述在一偏心爐底出鋼電弧爐(eccentric bottom tapping electric arc furnace)(EBT電弧爐)中之金屬材料的未熔化殘餘物的視圖。

元件符號80表示一具有一爐殼體82之EBT電弧虛，該爐殼體82具有一爐底部84，該爐底部84在徑向上從該爐殼體82之圓周壁部85的內表面部分向外突出比該圓周壁部85之外表面更遠，以形成一突出部86。該突出部86形成一具有小梯度之架狀部(shelf-like portion)，且其上形成有一開口，亦即，一流出口88，該流出口88朝垂直方向穿過該突出部86。在該突出部86之下側的外面以蓋子(未顯示)阻擋該流出口88。

在具有這樣配置之EBT電弧爐80中，當經由在其上端的一加料口(charging opening)95將該金屬材料填入該爐殼體82之內部時，可能將該金屬材料之一部分放置在該架狀突出部86上之流出口88的附近中。認為因為在該突出部86上所放置之該金屬材料的一部分係位於離電極83有一段長距離處且被微弱地加熱，所以在出鋼前該金屬材料之那個部分仍然未熔化。圖12B之元件符號87描述在該流出口88之附近中所形成之未熔化殘餘物。

在某些情況下，在該EBT電弧爐80中，在一配置成在徑向上相對於該流出口88之爐渣口91的附近可能形成金屬材料之未熔化殘餘物。

該EBT電弧爐80具有該爐渣口91朝向內及向外方向穿過該爐殼體82之圓周壁部85及一在徑向上從該爐渣口91向外延伸之爐渣口底部92。可以以門之類阻擋該爐渣口91，但是在一熔化操作期間，外部空氣可經由該爐渣口91(在以該門阻擋時，經由空隙)滲透至該電弧爐中，以及如圖12B之箭頭所示，冷空氣可能從該爐渣口91朝一裝至一爐頂93之集塵孔94流入該電弧爐中。基於此理由，認為使在該電弧爐內靠近該集塵孔94側之該爐渣口91的端部之附近的金屬材料冷卻，及因而形成未熔化殘餘物96。

另一方面，亦在一種具有一流出口在徑向上穿過一爐殼體之圓周壁部的出料槽出鋼電弧爐(spout tapping electric arc furnace)的情況下，使該流出口在熔化操作期間保持在打開狀態，以及因此，外部空氣經由該流出口滲透至該電弧爐中。認為，基於理由，由於相同於該EBT電弧爐中之爐渣口91的原因，使該電弧爐內之金屬材料在該流出口之附近中冷卻且保持末熔化。

並且，相似於在該EBT電弧爐中之爐渣口91的附近中，在該出料槽出鋼電弧爐之爐渣口的附近中，金屬材料保持未熔化。

在該電弧爐之操作期間，上述流出口及爐渣口通常不是位於一冷點之中心區域中，亦不是位於一熱點之中心區域中。因此，藉由僅以該爐殼體與該等電極間之相對旋轉來切換該熱點與該冷點之操作很難冷人滿意地熔化該金屬材料，其中該金屬材料在該流出口或該爐渣口附近保持未熔化。

當然，在沒有藉由使用一旋轉裝置旋轉來實施熱點與冷點間之切換的電弧爐之操作中，變得更難令人滿意地熔化在流出口或爐渣口周圍會已保持末熔化之金屬材料。

作為對上述問題的另一對策，如圖17A及17B所示，已提出將燃燒器106固定地裝至一爐殼體102之圓周壁部104，以在圓周方向上每一冷點之中心區域的位置處面向爐內，以及藉由來自該燃燒器106之火焰熔化在該冷點之金屬材料M。

如圖17B所述，當在初始階段中該燃燒器106使火焰與緊接在該燃燒器106前之堆疊金屬材料直接接觸時，可令人滿意地熔化該金屬材料M。然而，相較下，如圖17C所述，在熔化緊接在該燃燒器106前之金屬材料後，無法使來自該燃燒器106之火焰與殘留金屬材料直接接觸，以及僅藉由在環境中之熱來加熱該殘留金屬材料。

基於此理由，該燃燒器106對該殘留金屬材料M之加熱快速地變弱，以及因此，該燃燒器106對在冷點處之材料的加熱效率係更糟的，延長在該電弧爐中之熔化時間，以及需要大量的加熱能量，以及因而，產生總成本增加之問題。

可藉由增加燃燒器之數目來擴大加熱範圍；然而，在此情況下，能量成本變得更糟，以及因此，認為這是不實用的。

專利參考文獻1：JP-A-S60-122886

專利參考文獻2：JP-A-2014-40965

專利參考文獻3：JP-A-H07-190624

根據這些情況提出本發明。本發明之一目的將提供一種操作電弧爐之方法。在一用以熔化金屬材料之電弧爐的操作中，該方法可藉由有效地防止未熔化殘餘物特別在流出口或爐渣口之附近的形成來改善熔化效率。

亦即，本發明提供一種操作電弧爐之方法：其中該電弧爐包括：(a)一爐殼體，其包括一加料口、一圓筒狀圓周壁部及一爐底部以及一流出口及/或一爐渣口；(b)一爐頂，其設置有複數個電極以使得面向下；以及(c)一旋轉裝置，其使該爐殼體以一垂直軸為中心相對於該等電極旋轉，其中藉由該等電極與一被填入該爐殼體中之金屬材料間所形成之電弧的熱來熔化該金屬材料，其中該方法包括：一填料步驟，其經由該加料口將該金屬材料填入該爐殼體中，以及之後，一旋轉步驟，其在該金屬材料之熔化期間使該爐殼體相對於該等電極旋轉，以及一保持步驟，其在該複數個電極中之任一電極到達一事先被設定成靠近該流出口或該爐渣口之保持位置時，停止該旋轉，以及保持該爐殼體在該保持位置。

該電弧爐可以是一具有該流出口之EBT電弧爐，其中該爐底部具有一在徑向上從該圓周壁部之外表面向外部分突出之突出部，以及該流出口係由一朝垂直方向穿過該突出部之開口所配置而成。

該電弧爐可以是一具有該流出口之出料槽出鋼電弧爐，其中該流出口係藉由一朝向內及向外方向穿過該圓周壁部之開口所配置而成，以及該出料槽出鋼電弧爐具有一從該流出口向外延伸之出料槽。

該旋轉裝置可以使該爐殼體朝圓周方向旋轉，而相對於旋轉方向固定該等電極。再者，在該旋轉步驟中，可以使該爐殼體朝圓周方向旋轉，而該等電極相對於旋轉方向係固定的。

可以在該電極使該廢金屬形成孔後，實施該旋轉步驟。

可以多次實施該填料步驟。

在依據本發明之操作電弧爐的方法中，該電弧爐可以進一步包括一燃燒器，其設置在該爐頂上，以便在圓周方向上彼此相鄰之該等電極間的位置處面向下，以及該旋轉步驟可以是一在該金屬材料之熔化期間使該爐殼體相對於該等電極及該燃燒器旋轉之步驟。

如上所述，在依據本發明之操作電弧爐的方法中，在一金屬材料之熔化期間使一爐殼體相對於複數個電極旋轉；當該複數個電極中之任一電極到達一被設定靠近一流出口或一爐渣口之保持位置，以便熔化在該流出口或該爐渣口之附近的金屬材料時，停止該爐殼體之旋轉；以及將該爐殼體保持在該保持位置，以熔化在該流出口或該爐渣口之附近的金屬材料。因此，依據本發明，可藉由等電極有效地加熱在該流出口或該爐渣口之附近的金屬材料，以及結果，可令人滿意地解決傳統上在該流出口或該爐渣口之附近中所造成的該金屬材料之未熔化殘餘物的問題。

本發明適合應用於藉由使用下面所述之任何類型的電弧爐來操作。此時，保持位置(它被設定成靠近一流出口或一爐渣口)依據電弧爐之類型(亦即，該流出口及該爐渣口之類型及結構等)而有所不同。

傳統上，主要使用該EBT電弧爐及該出料槽出鋼電弧爐作為該電弧爐。

在前者情況(EBT電弧爐)下，期望以下面這樣的位置來設定該保持位置(它被設定成靠近一流出口)：一連接一爐殼體之旋轉中心至任何一電極的線之延長線通過在一位於該流出口之附近的突出部之一周端與另一周端間的區域。

亦即，期望以下面這樣的位置來設定該保持位置(它被設定成靠近一流出口)：當將在一連接該突出部之該一周端至該爐殼體之旋轉中心的線與一連接該另一周端至該旋轉中心之線間所形成的角度視為α時，期望連接該旋轉中心至任一電極的線通過一由該角度α所界定之區域的範圍(通常，α=約100°)。

更佳的是在±α/4之範圍內，且一通過該角度α之正中心的線係置中的，以及進一步較佳的是在±α/6之範圍內。

以此方式，可有效地熔化在該流出口之附近(亦即，突出部)中仍然未熔化之金屬材料。

再者，在許多情況下，亦在該爐渣口之附近中從該爐渣口在一集塵孔側的一端朝該集塵孔的小於60°的範圍內產生未熔化金屬材料，以及因此，期望以下面這樣的位置來設定該保持位置(它被設定成靠近該爐渣口)：一連接一爐殼體之旋轉中心至任一電極的線之延長線通過從該爐渣口在一集塵孔側的一端朝該集塵孔之小於60°的區域。

另一方面，在後者情況(該出料槽出鋼電弧爐)下，該流出口及該爐渣口係大致相同於在該EBT電弧爐中之爐渣口的情況，以及因此，期望以下面這樣的位置來設定該保持位置(它被設定成靠近該流出口或該爐渣口)：一連接一爐殼體之旋轉中心至任一電極的線之延長線通過從一流出口或一爐渣口在一集塵孔側的一端朝該集塵孔之小於60°的區域。

在本發明之旋轉步驟中，可以使一爐殼體從一原始位置相對於電極旋轉，直到該等電極中之任一電極到達上述保持位置為止，停止該爐設的旋轉；且使該爐殼體保持在該保持位置；以及之後，可以將該爐殼體保持在該保持位置直到最後熔化階段，亦即，直到完全熔化該金屬材料為止。在另一選擇中，在保持於該保持位置一段時間後，可以進一步使該爐殼體相對於該等電極旋轉，直到在一冷點處之中心區域到達一熱點之中心或大致中心，以完全熔化位於該冷點處之金屬材料的未熔化殘餘物為止。

依據本發明，可以在該電極使該廢金屬形成孔後，實施該旋轉步驟。

此外，可以實施該填料步驟多次。

依據本發明，該電弧爐可以包括一可與該爐殼體一起傾斜且支撐該爐殼體之傾斜體，以及該旋轉裝置可以使該爐殼體以一垂直軸(較佳地，在該傾斜體上方之中心軸)為中心旋轉。

在使用一種進一步包括一設置在爐頂上以在圓周方向上彼此相鄰之電極間的一位置處面向下之燃燒器的電弧爐之情況下，在將該金屬材料經由一加料口填入該爐殼體之填料步驟後，可藉由在該金屬材料之熔化期間實施使該爐殼體相對於該等電極及該等燃燒器旋轉之旋轉步驟，以執行一熔化操作。藉由實施這樣的旋轉步驟，因為可在旋轉方向上改變該燃燒器對該金屬材料之加熱位置，所以該燃燒器可加熱在圓周方向上之大範圍內的金屬材料。於是，可更均勻地熔化該金屬材料、可增加熔化之速度及可縮短熔化操作。

依據上述本發明，在一種用以熔化一金屬材料之電弧爐的操作中，可有效地防止特別在一流出口或一爐渣口之附近形成未熔化殘餘物，以及可改善熔化效率。再者，可達成更均勻且高速的熔化。

10‧‧‧電弧爐

12‧‧‧圓筒狀圓周壁部

14‧‧‧爐底部

16‧‧‧爐殼體

18‧‧‧加料口

19‧‧‧燃燒器

20‧‧‧爐頂

22‧‧‧電極

23‧‧‧盛桶

26‧‧‧突出部

27‧‧‧流出口

29‧‧‧爐渣口

30‧‧‧爐渣口底部

32‧‧‧旋轉裝置

34‧‧‧傾斜體

35‧‧‧傾斜底部

36‧‧‧爐架

37‧‧‧腳部

38‧‧‧驅動缸筒

40‧‧‧圓環狀支撐架

42‧‧‧環狀齒輪

44‧‧‧軸承構件

46‧‧‧內座圈部

48‧‧‧外座圈部

49‧‧‧滾子軸承

50‧‧‧齒輪箱

52‧‧‧液壓馬達

53‧‧‧齒輪

54‧‧‧軸

55‧‧‧齒輪

56‧‧‧止動機構

57‧‧‧鞘型構件

58‧‧‧撐架

59‧‧‧驅動缸筒

60‧‧‧插塞構件

61‧‧‧桿件

65‧‧‧流出口

66‧‧‧出料槽

80‧‧‧EBT電弧虛

82‧‧‧爐殼體

83‧‧‧電極

84‧‧‧爐底部

85‧‧‧圓周壁部

86‧‧‧突出部

87‧‧‧未熔化殘餘物

88‧‧‧流出口

91‧‧‧爐渣口

92‧‧‧爐渣口底部

93‧‧‧爐頂

94‧‧‧集塵孔

95‧‧‧加料口

96‧‧‧未熔化殘餘物

102‧‧‧爐殼體

104‧‧‧圓周壁部

106‧‧‧燃燒器

M‧‧‧金屬材料

O‧‧‧旋轉中心

OP‧‧‧延長線

OQ‧‧‧延長線

OR‧‧‧延長線

α‧‧‧角度

β‧‧‧角度

γ‧‧‧角度

圖1係描述在依據本發明之一具體例的操作方法中所使用之電弧爐的配置之視圖。

圖2係描述圖1之電弧爐的另一剖面之視圖。

圖3係圖1之旋轉裝置的整個立體圖。

圖4係該旋轉裝置之整個平面圖。

圖5係圖4之V-V剖面圖。

圖6係圖4之VI-VI剖面圖。

圖7A至7F係描述該操作方法之實例的每一步驟之說明圖。

圖8A及8B係說明在一EBT電弧爐中之保持位置的視圖。

圖9A至9H係描述不同於圖7A至7F之操作方法的實例之說明圖。

圖10A至10G係描述不同於圖7A至7F及圖9A至9H之操作方法的實例之說明圖。

圖11A及11B係說明在一出料槽出鋼電弧爐中之保持位置的視圖。

圖12A及12B係說明在一EBT電弧爐中之金屬材料的未熔化殘餘物之視圖。

圖13A及13B係描述將燃燒器裝至一在本發明之另一具體例中所使用的電弧爐之狀態的視圖。

圖14A至14F係逐步描述在本發明之另一具體例中的操作方法之內容的說明圖。

圖15A至15F係描述不同於圖14A至14F之操作方法的實例之視圖。

圖16係描述不同於圖14A至14F及圖15A至15F之操作方法的實例之視圖。

圖17A至17C係說明一傳統電弧爐之問題的視圖。

以下，將根據該等圖式詳細描述本發明應用至一用以熔化金屬材料之電弧爐的具體例。

圖1及圖2係描述在本具體例之操作方法中所使用的電弧爐之配置的視圖。

在圖1中，元件符號10表示一電弧爐，其包括一爐殼體16，其包括一圓筒狀圓周壁部12、一爐底部14及一加料口18；一爐頂20，其可操作地且可關閉地在該爐殼體16之上端處關閉該加料口18；及3個電極22，其向下插入該爐殼體16，同時穿過該爐頂20。

該等電極22之每一者係配置成靠近該爐頂20之中心且在平面圖中具有大致圓形形狀，同時在該爐殼體16之垂直軸(在此，它是中心軸)周圍等距隔開(在120°之間隔)。以可獨立調整該等電極22之高度方式，由一升降裝置(lifting apparatus)(未圖式)支撐該等電極22。亦即，該等電極22係以該電極22之下端與一被填入該爐殼體16之金屬材料間的垂直間隔距離為可調整方式來構成。

該爐頂20係以可藉由一升降裝置及一旋轉裝置(turning apparatus)(未圖示)朝垂直方向相對於該爐殼體16移動及朝水平方向旋轉來構成。該爐頂20能被移動及旋轉，以打開該爐殼體16之加料口18，進而將一金屬材料填入該爐殼體16中。

在本具體例中之電弧爐10係一EBT電弧爐，其中如圖2所述，該爐底部14之一部分在徑向上向外突出比該爐殼體16之圓周壁部12更遠及在該架狀突出部26上設置一朝垂直方向穿過該突出部26之流出口27。

藉由使該整個爐殼體16傾斜，在該爐殼體16中之熔化金屬材料(熔化鋼)經由該流出口27朝一盛桶23(參見圖1)流出。

在徑向上相對於該流出口27之位置(對稱位置)處設置一爐渣口29。該爐渣口29係設置成在向內及向外方向上穿過該爐殼體16之圓周壁部12。

在本具體例中，可藉由使該整個爐殼體16朝與出鋼情況相反之方向傾斜，以經由該爐渣口29將在熔化操作期間所產生之爐渣排放至外部。

在本具體例之電弧爐10中，該爐殼體16係可傾斜的，以及可相對於該爐頂20及該等電極22旋轉。

在圖1中，元件符號34表示一可使該爐殼體16傾斜及同時支撐該爐殼體16之傾斜體。藉由一設置在地面上之爐架36可傾斜地支撐該傾斜體。

在支撐該傾斜體34之該爐架36的上表面上及在與其接觸之該傾斜體34的腳部37(它具有向下的凸部)之下表面上設置嚙合齒。由於該等嚙合齒彼此間之嚙合，可在傾斜操作期間防止該傾斜體34相對於該爐架36偏離。

該傾斜體34包括一用以支撐該爐殼體16之傾斜底部35，以及該傾斜體34之傾斜底部35經由稍後所述之旋轉裝置32支撐該爐殼體16。

在本發明中，該旋轉裝置可以配置成如下。

亦即，該旋轉裝置可以配置成包括：1)一支撐單元，其可旋轉地支撐在傾斜體上方之爐殼體；2)一導軌，其設置在該爐殼體與該傾斜體間及導引該爐殼體以其中心軸為中心旋轉；3)一從動單元，其設置在一爐殼體側及接收旋轉驅動力；4)一驅動構件，其設置在一傾斜體側及與該從動單元接合，以傳送旋轉驅動力至該從動單元；以及5)一驅動源，其設置在該傾斜體側及產生驅動力。該旋轉裝置可以設置成隨該傾斜體一起傾斜。

在本具體例中，該旋轉裝置特別配置成如下。

首先，將描述一傾置機構。

如圖2所述，一驅動缸筒(drive cylinder)38之一端可旋轉地連接至在該圖式中該傾斜體34之右端，以及該驅動缸筒38之另一端可旋轉地連接至地面端。當該驅動缸筒38延伸時，使該傾斜體34與該爐殼體16一起傾斜，以致於在該圖式中左側向下及右側向上。結果，在該爐殼體16中之熔鋼經由該流出口27朝該盛桶23流出。

圖3描述在本具體例中該旋轉裝置32之整個立體圖，以及圖4描述其平面圖。

該旋轉裝置32包括一具有多個直立壁之圓環狀支撐架40，以及該爐殼體16係安裝在且固定至該圓環狀支撐架40之上表面。

在該圓環狀支撐架40之下表面的內周邊部上設置一環狀齒輪42，以及在該環狀齒輪42之內周邊上設置複數個齒。

相較下，如圖5所述，該環狀齒輪42之外圓周中間部以方形剖面形狀向外突出，及構成一軸承構件44之內座圈部46。

設置一具有C形剖面之外座圈部48，以包圍該內座圈部46，以及在該外座圈部48之凹面與該內座圈部46之凸面(亦即，上下表面及一外周圍端面)間設置滾子軸承49。

由於這樣的結構，該圓環狀支撐架40被該軸承構件44所支撐及可在平行於該傾斜底部35之平面中以其環心為中心旋轉。於是，該旋轉裝置32所支撐之該爐殼體16可以作為旋轉中心之該爐殼體16的中心軸為中心相對於該等電極22旋轉。

在該傾斜底部35上且在該圓環狀支撐架40之環內的徑向對稱位置處設置齒輪箱50(參見圖4)，以及在該等齒輪箱50內設置有齒輪。在圖5中，在該傾斜底部35側設置一液壓馬達52作為一驅動源，以及在該液壓馬達52之輸出軸上安裝一齒輪53。該齒輪53與一被一垂直地配置在該傾斜底部35上之軸54可旋轉地支撐的齒輪55嚙合，以及該齒輪55與該環狀齒輪42之齒嚙合。

於是，當朝順時針方向或逆時針方向使該液壓馬達52旋轉時，亦使該圓環狀支撐架40經由該等齒輪53、55及42朝順時針方向或逆時針方向旋轉。

在本具體例中，該圓環狀支撐架40、該齒輪42及該軸承構件44充當該支撐單元，以及在它們之中該軸承構件44之內座圈部46及外座圈部48亦充當該導軌。

該齒輪42之齒充當該從動單元、該等齒輪55及53充當該驅動單元及該液壓馬達52充當該驅動源。

在本具體例中，該液壓馬達52可使該圓環狀支撐架40(亦即，該爐殼體16)在60°範圍內從一原始位置朝逆時針方向旋轉，其中在該原始位置處，該爐殼體16之流出口27面向圖4所述之出鋼場(tapping yard)。

在該兩個齒輪箱50間之該圓環狀支撐架40的圓周方向上之中間位置處設置一止動機構56(stopper mechanism)。該止動機構56之細節被描述於圖6中。在圖6中，在該圓環狀支撐架40中向內設置一鞘型構件(sheath member)57。該鞘型構件57係一圓筒體，使該圓筒體之一半內面成為錐形，其中內周邊向內逐漸增加。

相較下，在該傾斜底部35側之一撐架58上設置一插塞構件(plug member)60，其藉由一驅動缸筒59朝向內及向外方向筆直地前後移動。該插塞構件60係圓柱體、該插塞構件60位於外側的之前端部具有朝尖端逐漸減少的直徑，及該插塞構件60之後端連接至該驅動缸筒59之桿件61。

當該圓環狀支撐架40位於該原始位置時，如圖6所述，該鞘型構件57面向該插塞構件60，以及該驅動缸筒59使該插塞構件60向前移動時，該插塞構件60進入該鞘型構件57及使該插塞構件60之錐形尖端部安裝至該鞘型構件57之錐形半部。於是，可靠地限制該圓環狀支撐架40(亦即，該爐殼體16)之旋轉，以及在此狀態中，為了出鋼或排放爐渣，可使該爐殼體16傾斜。

接下來，將根據圖7A至圖7F描述一種操作該電弧爐10以熔化金屬材料之方法。

通常，多次將像廢金屬之金屬材料填入一電弧爐中。在此實例中，有兩次將像廢金屬之金屬材料填入一電弧爐中。

首先，藉由旋轉及拉出該爐頂20，打開該爐殼體16之加料口18、藉由起重機將一包含該金屬材料之廢金屬桶移動至該加料口18上方之位置，及將在該廢金屬桶中之金屬材料填入該電弧爐中。

在完成該金屬材料之填入後，將該爐頂20及該等電極22放置在該爐殼體16上方，以及從該等電極22之尖端向下產生電弧，以優先熔化位於等電極22之尖端部周圍的金屬材料。該等電極22使該金屬材料形成孔(以下，此步驟稱為成孔步驟(boring step))。圖7A描述實施成孔之狀態。

當完成成孔及該等電極22到達一爐底部14之附近時，熔化在該等電極22周圍的金屬(圖7B)。

當結果是在該等電極22周圍之未熔化金屬材料消失時，該爐殼體16變成可相對於該等電極22旋轉。在圖式中該電弧爐以半色調網點所描述之部分表示未熔化金屬材料，以及以白色背景所描述之部分表示已熔化金屬材料。在此階段中，極不均勻熔化尚未發生。

在熔化持續進行及減少該電弧爐中未熔化金屬材料之體積後，額外地將該金屬材料之剩餘部分填入。旋轉及拉出該爐頂20、使該爐殼體16從該原始位置朝圖式之逆時針方向旋轉60° 及之後，將額外的金屬材料填入(圖7C)。之後，將該爐頂20及該等電極22放置在該爐殼體16上方，以及再次藉由電弧放電來熔化該金屬材料(包括該成孔步驟)，然後，因在該爐殼體16之圓周方向上的3個熱點及3個冷點之形成而不均勻地熔化該金屬材料(圖7D)。

接著，在該爐頂20係向上脫離之狀態下，藉由使該爐殼體16朝圖式之順時針方向旋轉60°至該原始位置，移動未熔化金屬材料至該熱點(圖7E)。在此狀態下，關閉該爐頂20及起動從該等電極22之放電，藉此該等電極22可有效地加熱該未熔化金屬材料。如圖7F所述，完成被填入該電弧爐之金屬材料的熔化。

然而，在僅藉由依據上述操作方法使該爐殼體與該等電極彼此相對地旋轉來切換熱點與冷點之操作中，該流出口27之附近的金屬材料在位置上遠離該等電極22及很難令人滿意地被熔化。

在本具體例中，如圖8A及8B及圖9A至9H所述，一保持位置係設定成一靠近該流出口27之位置，當該等電極中之任一電極到達該保持位置時，停止該爐殼體16之旋轉，以及在保持該電極在該保持位置之狀態下，實施以來自該等電極22之電弧放電的加熱，藉此可熔化在該流出口27之附近的金屬材料。

圖8A描述在該電弧爐為一EBT電弧爐之情況中一相對於該流出口27所設定之保持位置。

期望將該保持位置設定成這樣的位置：一連接該爐殼體之旋轉中心O至複數個電極22中之任何一電極(在圖式中最靠近該流出口27之電極)的線之延長線OP通過在該流出口27之附近中該突出部(流出口底部)26在圓周方向上之一端與另一端間。通常，角度範圍α為大致100°。

藉由以此方式設定該保持位置，可定位該電極22靠近在該流出口27之附近中的金屬材料，以及可有效地加熱該流出口27之附近的金屬材料。

更佳的是，由該延長線OP與連接該爐殼體之旋轉中心O至該流出口27之中心的線所形成之角度小於α/4(約小於25°)及更期望的是小於α/6(約小於17°)。

藉由此方式，可有效地加熱在徑向上之外部位置及在特別與該等電極分開之接近該流出口27的區域位置之金屬材料。

圖9A至9H描述設定一相對於該流出口27之保持位置及在該保持位置處實施以該等電極來加熱之操作方法的實例。

在此實例中，圖9A至9D所述之步驟係相同於圖7A至7D之步驟。

在此實例中，沒有藉由從圖9D之狀態旋轉60°，使該爐殼體16直接旋轉至該原始位置，以及取而代之，如圖9E所述，使該爐殼體16從圖9D之狀態朝圖式之順時針方向旋轉30°，以及接著，在該爐殼體16從該原始位置朝逆時針方向旋轉30°的位置處停止旋轉。

圖9E所述之狀態表示定位最靠近該流出口27之電極22到達在此實例中相對於該流出口27所設定之保持位置。在此實例中，該保持位置係設定成這樣的位置：連接該爐殼體16之旋轉中心至定位最靠近該流出口27之電極22的線之延長線OP通過該流出口27。

藉由在將該電極22保持在該保持位置之狀態下實施來自該等電極22之電弧放電，可有效地加熱該流出口27之附近的金屬材料(圖9F)。

在此實例中，在將該電極22保持在該保持位置之狀態中以電弧放電加熱該流出口27之附近的金屬材料後，在該爐頂20向上脫離之狀態中使該爐殼體16旋轉至該原始位置(圖9G)，以及促進在該圓周壁部12之內表面上剩下的未熔化金屬材料之熔化。最後，如圖9H所述，完成被填入該電弧爐之金屬材料的熔化。

亦即，藉由在圖9A至9H所述之操作的實例中將圖9E及9F之步驟加入圖7A至7F所述之實例，可有效地防止該流出口27之附近的末熔化殘餘物的形成。

在上述圖7A至7F及圖9A至9H之實例中，在該額外填料時旋轉60°後，再次旋轉該爐殼體16，直到定位靠近該流出口27之該電極22到達相對於該流出口27所設定之該保持位置為止。然而，當在圖10A至10G所述之實例中，從圖10C之額外填料的一開始使該爐殼體16旋轉到達相對於該流出口27所設定之該保持位置時，可以在該保持位置處加熱該金屬材料，藉此在該金屬材料之填入後，熔化該流出口27之附近的金屬材料。

之後，在此實例中，使該爐殼體16旋轉至該原始位置(圖10F)、熔化在該圓筒狀圓周壁部12之內表面上剩下的未熔化金屬材料，及如圖10G所述，完成被填入該電弧爐之金屬材料的熔化。

上述係防止該流出口27之附近的未熔化殘餘物的形成之操作方法。為了有效地加熱該爐渣口29之附近的金屬材料，在相對於該流出口27所設定之保持位置處實施加熱後，可以使該爐殼體16旋轉到達一相對於該爐渣口29所設定之保持位置，停止該爐殼體16旋轉及將該爐殼體16保持在該第二保持位置，藉此有效地加熱位於該爐渣口29之附近的金屬材料。

圖8B描述在該電弧爐為一EBT電弧爐之情況中一相對於該爐渣口29所設定的保持位置。

在許多情況中，在從該爐渣口29之在一集塵孔94側的一端朝該集塵孔94的約60°範圍內形成在該爐渣口29之附近的未熔化殘餘物。因此，期望以下面這樣的方式設定相對於該爐渣口29之該保持位置：一連接一爐殼體之旋轉中心O至該複數個電極22中之任一電極的線之延長線OQ係定位在從該爐渣口29之在該集塵孔94側的一端朝該集塵孔94之小於60°的角度範圍內。

因為在這多情況中未熔化殘餘物之最大數量存在於從該爐渣口29之在該集塵孔94側的一端朝該集塵孔94之小於約45°(特別是小於約30°)的範圍內，所以更期望以下面這樣的方式設定該保持位置：圖式所述之角度β係定位在小於45°之範圍內，更期望的是在小於30°之範圍內。

藉由以此方式設定該保持位置，可有效地熔化在該爐渣口29之端部處保持未熔化的金屬材料。

圖11A及11B係描述一出料槽出鋼電弧爐之配置的視圖。

在此類型之電弧爐中，由一在徑向上穿過一爐殼體16之圓周壁部12的開口來配置一流出口65，以及一出料槽(spout)66從該流出口65延伸。

在該出料槽出鋼電弧爐中，在熔化操作期間使該流出口65保持在打開狀態中，以及因此，外部空氣經由該流出口65滲透至該電弧爐、在該電弧爐中產生從該流出口65朝被裝至爐頂之集塵孔94的冷空氣之流動、使該流出口65在該集塵孔94側之一端部附近的電弧爐內金屬材料冷卻及因此，形成未熔化殘餘物。亦即，該流出口65之附近具有大致相同於該EBT電弧爐之爐渣口的附近之狀態。

基於此理由，在該出料槽出鋼電弧爐之情況中，期望以下面這樣的方式設定相對於該流出口65之保持位置：連接該爐殼體16之旋轉中心O至位於該等電極22中之一最靠近該流出口65的電極之線的延長線OR係定位在從該流出口65之在該集塵孔94側之一端朝該集塵孔94的小於60°之角度範圍內。

更較的是設定圖式之角度γ在小於45°之範圍內，更期望是在小於30°之範圍內。

藉由以此方式設定該保持位置，可有效地熔化位於在該流出口65之端部附近的金屬材料。

在該出料槽出鋼電弧爐中，該爐渣口具有相同於該EBT電弧爐之爐渣口的結構，以及期望設定相對於該爐渣口之該保持位置在相同於該EBT電弧爐之情況的範圍內。

上面已詳細描述本發明之具體例，但是它們只是實例。在本發明中，例如，可以實施一保持步驟而無關於切換熱點及冷點之方法。

另外，可以使該等電極取代該爐殼體來旋轉，以及電極之數目可以是兩個、4個或以上數目。

再者，它亦可以應用至操作用以熔化不同於鋼之金屬的電弧爐之方法。更確切而言，只要各種修改形式不脫離本發明之主旨，可以該等各種修改形式來實現本發明。

以下，將根據圖13A至17B詳細描述不同於上述具體例之其它本發明的修改具體例。將以相同元件符號來表示相同或相似於上述具體例之組件且將省略其詳細說明。

在圖13A所述之修改具體例的電弧爐10中，將3個燃燒器19安裝至該爐頂20，以便加速該金屬材料之熔化。

當朝徑向觀看排列時，每一燃燒器19係配置在該電極22與該爐殼體16之圓周壁部12間。

當朝圓周方向觀看排列時，該等燃燒器19係分別設置在該等電極22間之每一位置處(特別是在該等相鄰電極22間的圓周方向上之每一中間位置處)。這3個燃燒器19在圓周方向上具有相等間隔(120°之間隔)。

如圖13B所述，為了有效地加熱在該爐殼體16之圓周壁部12的下側保持未熔化之金屬材料M，以下面這樣的方式來安裝該燃燒器19：該燃燒器19之前端稍微面向該圓周壁部12，而不是直接面對正下方。然而，只要不脫離本發明之主旨，可適當地設計該燃燒器19之排列。例如，可以使該燃燒器19之前端直接面對正下方之方式來配置該燃燒器19。

接下來，將根據圖14A至14F描述操作該電弧爐10來熔化金屬材料之方法。

通常，將像廢金屬之金屬材料填入一電弧爐多次。在此實例中，將該金屬材料填入該電弧爐有兩次。

首先，藉由旋轉及拉出該爐頂20，打開該爐殼體16之加料口18，藉由起重機將一包含該金屬材料之廢金屬桶移動至該加料口18上方之位置，及將在該廢金屬桶中之金屬材料填入該電弧爐中。

在完成該金屬材料之填入後，將該爐頂20及該等電極22放置在該爐殼體16上方，以及從該等電極22之尖端向下產生電弧，以優先熔化位於等電極22之尖端部周圍的金屬材料。該等電極22使該金屬材料形成孔(以下，此步驟稱為成孔步驟(boring step))。圖14A描述實施成孔之狀態。

當完成成孔及該等電極22到達一爐底部14之附近時，熔化在該等電極22周圍的金屬材料(圖14B)。

在熔化持續進行及減少該電弧爐中未熔化金屬材料之體積後，額外地將該金屬材料之剩餘部分填入。旋轉及拉出該爐頂20，使該爐殼體16從該原始位置朝圖式之逆時針方向旋轉60°，及之後，額外的填入金屬材料(圖14C)。之後，將該爐頂20及該等電極22放置在該爐殼體16上方，以及再次藉由電弧放電來實施該金屬材料之熔化(包括該成孔步驟)，然後，因在該爐殼體16之圓周方向上形成3個熱點及3個冷點而不均勻地熔化該金屬材料(圖14D)。

在該修改具體例中，在藉由該等電極22來加熱及熔化的同時以來自在該爐頂20中所設置之該3個燃燒器19的火焰加熱及熔化該等電極22(在圓周方向上)間之金屬材料。

例如，在圖14D所述之狀態中，加熱及熔化在該等電極22間之冷點處的金屬材料。

在圖14D之加熱後，在該爐頂20向上脫離之狀態中使該爐殼體16朝圖式之順時針方向旋轉60°至該原始位置，藉以相對地移動在一熱點處之金屬材料至一冷點及在一冷點處之金屬材料至一熱點。將該爐殼體16保持在該原始位置，關閉該爐頂20及實施以該電極22來加熱及以該燃燒器19來加熱。特別地，藉由該電極22加熱及熔化位置從一冷點變動至一熱點之金屬材料，以及藉由該燃燒器19加熱及熔化位置從一熱點變動至一冷點之金屬材料。

在此情況下，因為在原始冷點之位置處的該燃燒器19已對位置從一冷點變動至一熱點之金屬材料實施加熱及熔化，所以相較於以一具有一旋轉裝置32之傳統電弧爐實施熔化操作之情況，未熔化金屬材料之數量係較小的。因此，可快速地完成以該等電極22來加熱及熔化。

相較下，至於已從一熱點重新到達一冷點之金屬材料，縱使未熔化金屬材料仍然在那裏，可藉由該燃燒器19快速地加熱及熔化該未熔化金屬材料。

在本具體例中，取決於情況而定，在使該爐殼體16從圖14D之狀態朝圖式之順時針方向旋轉60°至該原始位置期間，亦即，在使該等電極22及該等燃燒器19相對於在該爐殼體16中之金屬材料旋轉期間，可藉由該等電極22及該等燃燒器19加熱及熔化該金屬材料，同時使該爐殼體16持續地旋轉。

特別地，在此情況下，可持續地改變該等電極22及該等燃燒器19對該金屬材料之加熱位置，以及可在該金屬材料之大範圍內實施加熱作用。在此情況下，可省略在上述具體例中之保持步驟。再者，該修改具體例之操作方法可應用至一不具有流出口及爐渣口之電弧爐。

圖14A至14F所述之操作的實例係一種實例，其中在填入額外的金屬材料後，使用該等燃燒器；然而，在如圖15A至15F所述之修改具體例中，可從開始熔化之初始填料階段(參考圖15A)起藉由該等電極22及該等燃燒器19加熱及熔化該金屬材料。

如上所述，依據該修改具體例，藉由以該旋轉裝置32使該爐殼體16相對於在該爐頂20所設置之該等電極22旋轉，可移動在一冷點處之部分至一熱點，以及可移動在一熱點處之部分至一冷點，藉此可更均勻地加熱在該爐殼體內之金屬材料。

再者，在該修改具體例中，因為該等燃燒器19係在該爐頂20上設置成在圓周方向上該等電極22間之位置處面向下，所以亦可藉由該等燃燒器在(圓周方向上該等電極22間)該等電極22間之位置處加熱該爐殼體內之金屬材料。

另外，在該修改具體例中，因為可藉由該旋轉裝置32所實施之旋轉，改變該等燃燒器對該金屬材料之加熱位置，所以該等燃燒器19可在圓周方向上之大範圍內加熱該金屬材料及可使該等燃燒器19之加熱更均勻。

在該修改具體例中，可均勻地加熱該金屬材料，以及此外，相較於該傳統技藝，可增加加熱之速度、可進一步減少該金屬材料熔化所需之時間，及可實現高速熔化。

在該修改具體例中，該等燃燒器19係配置在該爐頂20之徑向上該等電極22與該爐殼體之圓周壁部12間的位置中。因此，該燃燒器19可從比該電極22靠近之位置處加熱遠離該電極22且靠近該圓周壁部12之未熔化金屬材料。因而，可進一步改善加熱效率及可進一步減少熔化操作所需之時間。

例如，在上述具體例之保持步驟中，可以使該爐殼體16旋轉，直到該等燃燒器19(取代該等電極22)中之任一者到達被設定成靠近流出口或爐渣口之保持位置為止，以及將該爐殼體16保持在該狀態。

在該修改具體例中之操作方法中，火焰同時從該3個燃燒器19發射；然而，當如圖16所述，金屬在該電弧爐內之一位置處保持未熔化時，可以使該爐殼體16旋轉至火焰可從該等燃燒器19中之任一者直接發射至該未熔化金屬材料之位置，以及可以藉由來自該燃燒器19之火焰熔化該未熔化金屬。再者，在上述修改具體例中所使用之電弧爐具有該等燃燒器設置在該等電極間之每一位置處。然而，本發明並非侷限於這樣的配置。為了達成更優異的均勻熔化，該等燃燒器較佳地係設置在該等電極間之每一位置處。

上面已詳細描述本發明之修改具體例，但是它們只是實例。上述修改具體例係一個將3個燃燒器設置在該爐頂中之實例；然而，燃燒器之數目可以是兩個、4個或以上，以及在取代該爐殼體旋轉之情況下，可以使該等電極及該等燃燒器旋轉。

再者，本發明可應用至一種用以熔化不同於鋼之其它金屬的電弧爐及其操作方法。確切而言，當各種修改形式沒有脫離本發明之主旨時，可以該等各種修改形式來實現本發明。

本發明根據2014年11月5日所提出之日本專利公開申請案第2014-225630號及2014年11月5日所提出之日本專利公開申請案第2014-225634號，在此以提及方式併入該等日本專利公開申請案之內容。

16‧‧‧爐殼體

22‧‧‧電極

27‧‧‧流出口

Claims

一種操作電弧爐之方法，其中該電弧爐包括：(a)一爐殼體，其包括一加料口、一圓筒狀圓周壁部及一爐底部，以及一流出口及/或一爐渣口；(b)一爐頂，其有複數個電極設置成面向下；以及(c)一旋轉裝置，其使該爐殼體以一垂直軸為中心相對於該等電極旋轉，其中藉由該等電極與一被填入該爐殼體中之金屬材料間所形成之電弧的熱來熔化該金屬材料，其中該方法包括：一填料步驟，其經由該加料口將該金屬材料填入該爐殼體中，以及之後，一旋轉步驟，其在該金屬材料之熔化期間使該爐殼體相對於該等電極旋轉，以及一保持步驟，其在該複數個電極中之任一電極到達一事先被設定成靠近該流出口或該爐渣口之保持位置時，停止該旋轉，以及保持該爐殼體在該保持位置。
如請求項1之操作電弧爐的方法，其中，該電弧爐係一具有該流出口之EBT電弧爐，其中該爐底部具有一在徑向上從該圓周壁部之外表面向外部分突出之突出部，以及該流出口係由一朝垂直方向穿過該突出部之開口所配置而成。
如請求項1之操作電弧爐的方法，其中，該電弧爐係一具有該流出口之出料槽出鋼電弧爐，其中該流出口係藉由一朝向內及向外方向穿過該圓周壁部之開口所配置而成，以及該出料槽出鋼電弧爐具有一從該流出口向外延伸之出料槽。
如請求項1之操作電弧爐的方法，其中，該旋轉裝置使該爐殼體朝圓周方向旋轉，而該等電極相對於旋轉方向係固定的。
如請求項1之操作電弧爐的方法，其中，在該旋轉步驟中，使該爐殼體朝圓周方向旋轉，而該等電極相對於旋轉方向係固定的。
如請求項1之操作電弧爐的方法，其中，在該電極使廢金屬形成孔後，實施該旋轉步驟。
如請求項1之操作電弧爐的方法，其中，多次實施該填料步驟。
如請求項1至7中任一項之操作電弧爐的方法，其中，其中該電弧爐進一步包括一燃燒器，其設置在該爐頂上，以便在圓周方向上彼此相鄰之該等電極間的位置處面向下，以及其中該旋轉步驟係一在該金屬材料之熔化期間使該爐殼體相對於該等電極及該燃燒器旋轉之步驟。