WO2013099807A1 - アーク炉 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an arc furnace for melting iron scrap or the like by arc.
  • An arc furnace (also referred to as an “electric furnace”) is a facility in which a solid metal raw material is charged into a furnace and then an electrode is inserted and energized to melt the solid metal raw material with an arc.
  • a steelmaking arc furnace iron scrap, reduced iron (DRI), hot briquette iron (HBI) obtained by briquetting it at a high temperature, cold iron (model iron), or the like is used.
  • Patent Document 1 discloses a technique in which a preheating tank is provided separately from an arc furnace, and the raw material is preheated with exhaust gas and then charged into the arc furnace.
  • Patent Document 2 the furnace body itself of the arc furnace is used as a preheating container, exhaust gas discharged from another arc furnace is introduced from above, and discharged from a plurality of exhaust ports on the side of the furnace body to preheat the raw material. Then, techniques for operating an arc furnace with the furnace body have been proposed.
  • Patent Document 1 it is necessary to provide a new facility called a preheating tank, which increases the cost.
  • the exhaust gas needs to be guided to the preheating tank by a water cooling duct, and the sensible heat of the exhaust gas is sufficiently reduced. There is a problem that it cannot be used.
  • oil etc. have adhered to the raw material, if exhaust gas is supplied to this, white smoke containing bad odor is generated, which is not preferable in the working environment.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an arc furnace capable of simultaneously preheating the raw material and melting the arc furnace at low cost without significantly changing existing facilities.
  • the present invention provides an arc furnace for melting a raw material by an arc formed by energizing an arc electrode, the furnace main body charged with the raw material to be melted, and an upper opening of the furnace main body A furnace lid that closes the furnace, an arc electrode that is inserted into the furnace body from above the furnace lid and forms an arc by energization to melt the raw material, and an exhaust port that discharges the exhaust gas in the furnace body
  • the arc electrode is disposed in a horizontal plane of the furnace body such that the center of arc heating is eccentric from the center of the furnace body to the side, and the exhaust port is opposite to the eccentric direction of the arc electrode.
  • the exhaust gas generated by the arc heating by the arc electrode passes between the raw materials charged in the furnace body.
  • the exhaust port Providing an arc furnaces et discharged.
  • a plurality of the exhaust ports be provided to adjust the exhaust air volume from each exhaust port or to switch the exhaust ports.
  • the said furnace main body has a semi-sealing structure in the state which mounted
  • the bottom of the furnace body further includes a gas blowing member for blowing a stirring gas into the molten metal formed by melting the raw material in the furnace body.
  • the raw material is charged all at once and the operation is performed without additional charging. It is further provided with a charging chamber provided on the side of the furnace body for charging a raw material having a bulk density of 1.0 ton / m 3 or more, and the raw material having a bulk density of 1.0 ton / m 3 or more is It is preferable to charge the furnace body from the charging chamber through the exhaust port.
  • the charging chamber is provided so as to be adjacent to the side wall of the furnace body where the exhaust port is formed, and the bulk density charged by the exhaust gas discharged from the exhaust port is 1 It is preferable to preheat a raw material of 0.0 ton / m 3 or more.
  • the arc electrode is arranged in the horizontal plane of the furnace body so that the center of the arc heating is eccentric from the center of the furnace body to the side, and the exhaust in the furnace body is in the eccentric direction of the arc electrode. It is the side wall of the furnace body on the opposite side from the exhaust port provided at a height position in the range where the raw material exists, so it becomes hot due to arc heating, supply of O 2 gas by lance, burner, etc.
  • the heat of the exhaust gas is absorbed by the undissolved raw material and contributes to the preheating of the raw material, and the electric power consumption can be reduced by effectively using the high-temperature gas flow.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing an arc furnace according to an embodiment of the present invention. It is a horizontal sectional view showing an arc furnace concerning one embodiment of the present invention. It is a model vertical sectional view for explaining the effect of the present invention. It is a model horizontal cross section for demonstrating the effect of this invention. It is a vertical sectional view showing an arc furnace according to another embodiment of the present invention. It is a vertical sectional view showing an arc furnace according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing an arc furnace according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a horizontal sectional view thereof.
  • This arc furnace is configured as an AC type steelmaking arc furnace, and includes a furnace body 1 for melting an iron-based raw material such as iron scrap by arc heating.
  • the furnace body 1 has a cylindrical body-shaped body (furnace shell) 2 and a bottom 3 lined with a refractory. From the viewpoint of reducing heat loss, the body 2 is preferably lined with a refractory.
  • the opening at the top of the furnace body 1 is closed with a furnace lid 4.
  • three arc electrodes 5 are vertically inserted from above the furnace lid 4 to the vicinity of the bottom 3 in the furnace body 1.
  • a quasi-sealed structure is preferred.
  • the inner side of the furnace lid 4 is covered with a refractory from the viewpoint of reducing heat loss.
  • the raw material such as scrap is charged into the furnace body 1 by a bucket with the furnace lid 4 and the arc electrode 5 removed.
  • the three arc electrodes 5 are made of graphite, and when the arc electrode 5 is energized, an arc is generated from the tip thereof to melt the raw material S such as iron scrap. These arc electrodes 5 are arranged on the horizontal plane of the furnace body 1 such that the center of arc heating by them is eccentric from the center of the furnace body 1 to the side.
  • an exhaust port 6 is provided on the side wall of the furnace body 1 opposite to the eccentric direction of the arc electrode 5 at the height position of the raw material charging range.
  • a plurality of exhaust ports 6 are provided along the circumferential direction of the furnace body 1, and dust collection equipment (not shown) is provided from the exhaust port 6 through the exhaust duct 7 and by the fan 8. To be sent to.
  • the exhaust duct 7 of each exhaust port 6 is provided with a damper 7a, and the exhaust air volume from each exhaust port 6 can be adjusted or the exhaust port 6 can be switched. Thereby, the preheating of the raw material S can be adjusted.
  • a bottom 9 of the furnace body 1 is provided with a tap 9 for pouring the melt after arc melting.
  • the furnace body 1 is provided with a lance 10 for supplying O 2 gas and blowing carbonaceous material.
  • a lance 10 for supplying O 2 gas and blowing carbonaceous material.
  • the two lances 10 are drawn in FIG. 2, the number is not limited.
  • blown O 2 gas and carbonaceous material from the lance 10 may be supplied from separate lance.
  • a burner 11 is provided on the side wall of the furnace body 1.
  • the melting of the raw material S is promoted in the region where the progress of the melting is slow due to the combustion heat generated by the burner 11 to compensate for the unmelted raw material S due to the bias of the arc electrode 5.
  • the two burners 11 are drawn in FIG. 2, the number is not limited.
  • the raw material S is charged into the furnace main body 1 by a bucket (not shown).
  • a bucket As the raw material S, iron scrap, reduced iron (DRI), hot briquette iron (HBI) obtained by briquetting it, cold iron (model iron), automobile shredder dust (ASR), and the like are used.
  • hot metal can be separately charged as a part of the raw materials.
  • the furnace lid 4 is attached, and the arc electrode 5 is inserted into the furnace body.
  • the arc electrode 5 may be attached to the furnace lid 4 and the furnace lid 4 and the arc electrode may be integrally attached to the furnace body 1.
  • the arc electrode 5 is energized to form the arc 12, and the raw material S is melted.
  • the arc electrode 5 is disposed on the horizontal plane of the furnace body 1 such that the center of the arc heating by the arc electrode 5 is decentered laterally from the center of the furnace body 1, as shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the raw material S is melted by the arc 12 in the arc heating center deviated laterally from the center of the furnace body 1 and in the area M in the vicinity thereof, but the area on the opposite side of the arc electrode 5 in the furnace body 1. Since N is away from the arc electrode 5, the raw material S present in the region N is not melted.
  • exhaust in the furnace body 1 is performed from the exhaust port 6 provided at a height position where the raw material S on the side wall of the furnace body 1 on the side opposite to the eccentric direction of the arc electrode 5 exists.
  • the exhaust gas stream G that has become high temperature due to arc heating is exhausted from the exhaust port 6 through the gap of the raw material S that has not been dissolved. Therefore, the heat of the high temperature exhaust gas stream G is absorbed by the raw material S, and the raw material S is preheated.
  • O 2 gas is supplied by the lance 10 to assist the melting of the raw material S.
  • a carbon material as an auxiliary heat source is injected from the lance 10 into the slag to shift to a slag forming operation, and the tip of the arc electrode 5 is buried in the slag.
  • An arc 12 is formed in the slag.
  • the carbon material as the auxiliary heat source reacts with the supplied oxygen and contributes to the dissolution of the raw material S.
  • the raw material S is melted by the heating by the arc 12, the heat of the molten metal L formed by the arc 12, and the high-temperature gas flow G.
  • the raw material S is preheated with high temperature exhaust gas, and melt
  • the raw material S is supplementarily heated by the burner 11 at a portion where unmelted residue is likely to occur due to the overall heat balance. And when all the raw materials S melt
  • the arc electrode 5 is arranged so that the center of arc heating by them is eccentric from the center of the furnace body 1, and the exhaust in the furnace body 1 is the eccentric direction of the arc electrode 5. Since it is carried out from the exhaust port 6 provided on the side wall of the furnace body 1 on the opposite side and at the height position where the raw material S exists, the heat of the exhaust gas heated to high temperature by arc heating is not dissolved. The heat is absorbed and contributes to the preheating of the raw material S, and the high-temperature gas flow can be effectively used to reduce the power consumption.
  • a high-temperature exhaust gas having sensible heat In this embodiment, the sensible heat of the high-temperature exhaust gas can be effectively used for preheating until the end of melting of the raw material S. Moreover, since only the insertion position of the arc electrode 5 and the position of the exhaust port 6 are changed with respect to the conventional arc furnace, it is not necessary to significantly change the existing equipment.
  • the furnace body 1 has a semi-sealed structure with the furnace lid 4 attached. Thereby, it becomes easy to form a flow from the melting region by the arc electrode 5 toward the exhaust port 6.
  • a semi-sealing structure in this way, the amount of gas components generated by dissolution, the amount of oxygen gas from the lance 10 and the burner 11 and the amount of air introduced from a slight gap are balanced with the amount of exhaust from the exhaust port 6.
  • the height position of the lowermost portion of the exhaust port 6 is preferably close to the molten metal surface of the molten metal L, and is preferably in a range of 500 mm to 1 m from the molten metal surface setting position.
  • the entire amount is charged at a time (single charging) without performing the additional charging of the raw material that is performed in a normal arc furnace.
  • the volume of the furnace body 1 is equivalent to a 140 ton furnace. That is, the conventional 70 ton furnace having a diameter of 5800 mm ⁇ is defined as 7300 mm ⁇ .
  • the arc electrode 5 it is preferable to decenter the heating center by the arc electrode 5 by about 20 to 30% of the diameter of the furnace body.
  • the arc electrode 5 and the furnace wall be separated as much as the conventional AC furnace (multiple charging furnace).
  • a raw material having a high bulk density (1.0 ton / m 3 or more; hereinafter referred to as a high-density raw material) may break the arc electrode 5.
  • the high-density raw material has a small specific surface area and is not easily oxidized, it is preferable to provide the charging chamber 20 in a portion where the exhaust port 6 on the side wall of the furnace body 1 is formed as shown in the figure.
  • the high-density raw material can be preheated by the exhaust gas discharged from the exhaust port 6 without fear of oxidation.
  • the high-density raw material S1 in the charging chamber 20 can be preheated by discharging the exhaust gas after preheating in the furnace from the exhaust port 6 to the charging chamber 20, and the charging chamber 20 Is exhausted from the exhaust port 21 on the side thereof.
  • the high-density raw material S1 can be charged from the charging chamber 20 into the furnace body 1 using the pusher 25 through the lower exhaust port 6.
  • a raw material having a low bulk density (less than 1.0 ton / m 3 ) has only a low probability of breaking the arc electrode 5, and therefore may be charged into the bucket from the upper opening of the furnace body 1.
  • a gas blowing plug 30 for blowing a stirring gas into the furnace bottom 3 is provided to It is preferable to stir by gas bubbling.
  • the electric power consumption can be reduced by about 75 to 100 kWh / t as compared with a normal arc furnace.
  • the electric power unit of a normal arc furnace is 350 to 400 kWh / t
  • the arc furnace of this embodiment can reduce the power unit to about 250 to 325 kWh / t.
  • a DC arc furnace may be used.
  • the number of arc electrodes is not limited, and at least one is sufficient.
  • the arc furnace for steelmaking has been described.
  • the present invention is not limited to steelmaking, and other metals may be melted.
  • the carbon material is blown from the lance.
  • lump coke or ASR may be charged from the charging port of the furnace lid 4 as the carbon material.
  • an oxygen lance may be inserted in the same manner as the arc electrode to perform oxygen blowing.
  • the arc electrode 5 can be arranged to form three vertices of a square, and an oxygen lance can be inserted into the remaining one vertex.
  • furnace body 2 trunk (furnace shell) 3; Bottom 4; Furnace 5; Arc electrode 6; Exhaust port 7; Exhaust duct 7a; Damper 8; Fan 9; Outlet port 10; Lance 11; Burner 12; Arc 20; 30; Gas blowing plug L; Molten metal S; Raw material

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Abstract

　溶解される原料（Ｓ）が装入される炉本体（１）と、炉本体（１）の上部開口を塞ぐ炉蓋（４）と、炉蓋（４）の上方から炉本体（１）内に挿入され、通電することによりアークを形成して原料を溶解するアーク電極（５）と、炉本体（１）内の排ガスを排出する排気口（６）とを備え、アーク電極（５）は、炉本体（１）の水平面において、アーク加熱の中心が炉本体の中心から側方へ偏心するように配置され、排気口（６）は、アーク電極（５）の偏心方向とは反対側の炉本体（１）の側壁であって、原料（Ｓ）が存在する範囲の高さ位置に設けられており、アーク電極（５）によるアーク加熱により発生した排ガスが炉本体（１）に装入された原料（Ｓ）の間を通って排気口（６）から排出される。

Description

アーク炉
　本発明は、鉄スクラップ等をアークにより溶解するアーク炉に関する。
　アーク炉（「電気炉」ともいう）は、主に固体金属原料を炉内に装入後、電極を挿入して通電し、固体金属原料をアークにより溶解する設備であり、典型的なアーク炉である製鋼用アーク炉の場合には、原料として鉄スクラップや還元鉄（ＤＲＩ）およびそれを高温でブリケット化したホット・ブリケット・アイアン（ＨＢＩ）、冷銑（型銑）等が用いられる。
　このようなアーク炉では、原料の溶解に多くの電力を消費する。しかし、アーク炉においては、投入電力および酸素吹込みバーナーなどによる全入熱のうち実際に溶解に使用されるのは６５～７５％程度であり、１５～２５％程度は排ガスの顕熱として排出されている。
　そのため、溶解中に炉から発生する排ガスでスクラップを予熱しながら溶解し、必要とする電力を極力少なくする方法が数多く提案されている。
　例えば、特許文献１には、アーク炉とは別個に予熱槽を設け、その中で原料を排ガスにより予熱した後アーク炉に装入する技術が開示されている。
　また、特許文献２には、アーク炉の炉体自体を予熱容器として用い、他のアーク炉から排出された排ガスを上方から導入し、炉体側部の複数の排気口から排出して原料を予熱し、その後その炉体によりアーク炉操業する技術が提案されている。
特公昭５９－５２３５９号公報 特開昭５９－１２２８８６号公報
　しかし、特許文献１に開示された技術では、予熱槽という新たな設備を設ける必要があるためコストが高くなる他、排ガスを水冷ダクトにより予熱槽に導く必要があり、十分に排ガスの顕熱を利用ができないという問題点がある。また、原料には油等が付着しているため、これに排ガスを供給すると悪臭を含む白煙が発生し、作業環境上好ましくない。
　特許文献２の技術ではこのような問題点は生じないものの、アーク炉の炉体自体を予熱槽として用いると、原料を予熱している間はアーク炉操業を行えず効率が悪いという問題点がある。
　本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、既存の設備を大幅に変更することなく低コストで原料の予熱とアーク炉熔解を同時に行えるアーク炉を提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明は、アーク電極に通電して形成されたアークにより原料を溶解するアーク炉であって、溶解される原料が装入される炉本体と、炉本体の上部開口を塞ぐ炉蓋と、前記炉蓋の上方から前記炉本体内に挿入され、通電することによりアークを形成して原料を溶解するアーク電極と、前記炉本体内の排ガスを排出する排気口とを備え、前記アーク電極は、前記炉本体の水平面において、アーク加熱の中心が前記炉本体の中心から側方へ偏心するように配置され、前記排気口は、前記アーク電極の偏心方向とは反対側の前記炉本体の側壁であって、前記原料が存在する範囲の高さ位置に設けられており、前記アーク電極によるアーク加熱により発生した排ガスが前記炉本体に装入された原料の間を通って前記排気口から排出されるアーク炉を提供する。
　本発明において、前記排気口を複数備え、各排気口からの排気風量調節または排気口の切り替えを可能にすることが好ましい。また、前記炉本体は、前記炉蓋を装着した状態で準密閉構造を有していることが好ましい。また、前記アーク電極からのアークにより溶解して形成された溶湯にＯ２ガスを吹き込むランスをさらに備えることが好ましく、前記ランスまたは別のランスで炭材を吹き込むことが好ましい。さらに、前記炉本体の側壁に設けられ、前記炉本体内の原料を加熱するためのバーナーをさらに備えることが好ましい。さらにまた、前記炉本体の底部には、前記炉本体内で原料が溶解して形成された溶湯に、攪拌ガスを吹き込むためのガス吹き込み部材をさらに備えることが好ましい。
　また、原料を一回で全量装入し、追装することなく操業が行われることが好ましい。前記炉本体の側方に設けられた、嵩密度が１．０ｔｏｎ／ｍ３以上の原料を装入するための装入チャンバーをさらに備え、嵩密度が１．０ｔｏｎ／ｍ３以上の原料は前記装入チャンバーから前記排気口を介して前記炉本体に装入することが好ましい。この場合に、前記装入チャンバーは、前記炉本体の前記排気口が形成されている側壁に隣接するように設けられ、前記排気口から排出された排ガスにより、装入されている嵩密度が１．０ｔｏｎ／ｍ３以上の原料を予熱することが好ましい。
　本発明によれば、アーク電極が、炉本体の水平面において、アーク加熱の中心が炉本体の中心から側方へ偏心するように配置されており、炉本体内の排気は、アーク電極の偏心方向とは反対側の炉本体の側壁であって、原料が存在する範囲の高さ位置に設けられた排気口から行われるため、アーク加熱やランスによるＯ２ガスの供給、バーナー等により高温になった排ガスの熱が、溶解されていない原料に吸熱されて原料の予熱に寄与し、高温のガス流を有効利用して電力原単位を減少させることができる。また、従来のアーク炉に対してアーク電極の挿入位置と排気口の位置を変更するだけであるから、既存の設備を大幅に変更する必要はない。
本発明の一実施形態に係るアーク炉を示す垂直断面図である。 本発明の一実施形態に係るアーク炉を示す水平断面図である。 本発明の効果を説明するための模式垂直断面図である。 本発明の効果を説明するための模式水平断面図である。 本発明の他の実施形態に係るアーク炉を示す垂直断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るアーク炉を示す垂直断面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　図１は本発明の一実施形態に係るアーク炉を示す垂直断面図、図２はその水平断面図である。このアーク炉は、交流式の製鋼用アーク炉として構成され、鉄スクラップ等の鉄系原料をアーク加熱して溶解するための炉本体１を備えている。炉本体１は、円筒状をなす水冷構造の胴部（炉殻）２と、耐火物で内張された底部３とを有している。熱ロスを少なくする観点からは、胴部２も耐火物で内張されていることが好ましい。
　炉本体１の上部の開口は炉蓋４で閉塞されるようになっている。炉蓋４が装着された状態で、炉蓋４の上方から３本のアーク電極５が炉本体１内の底部３近傍まで垂直に挿入されるようになっている。炉本体１は炉蓋４が装着された状態で、炉蓋４と胴部（炉殻）２の隙間や電極孔とアーク電極５との隙間以外を密閉して、できる限り外気侵入を防いだ準密閉構造となることが好ましい。また、熱ロスを少なくする観点から炉蓋４の内側が耐火物で覆われていることが好ましい。炉本体１へのスクラップ等の原料の装入は、炉蓋４およびアーク電極５を外した状態でバケットにより行われる。
　３本のアーク電極５は黒鉛からなり、アーク電極５に通電することによりその先端からアークを発生させて鉄スクラップ等の原料Ｓを溶解する。これらアーク電極５は、炉本体１の水平面において、それらによるアーク加熱の中心が炉本体１の中心から側方へ偏心するように配置されている。
　一方、アーク電極５の偏心方向とは反対側の炉本体１の側壁には、原料装入範囲の高さ位置に、排気口６が設けられている。排気口６は、炉本体１の周方向に沿って複数（図では３つの例を示す）設けられており、排気口６から排気ダクト７を経てファン８により、集塵設備（図示せず）に送られるようになっている。各排気口６の排気ダクト７には、ダンパー７ａが設けられており、各排気口６からの排気風量調節または排気口６の切り替えが可能となっている。これにより、原料Ｓの予熱を調整することができる。また、炉本体１の底部にはアーク溶解後の溶湯を出湯する出湯口９が設けられている。
　炉本体１には、Ｏ２ガスの供給および炭材の吹き込みを行うためのランス１０が設けられている。なお、図２ではランス１０を２本描いているが、本数は限定されない。また、ランス１０からＯ２ガスと炭材を吹き込んでいるが、別々のランスから供給してもよい。
　また、炉本体１の側壁には、バーナー１１が設けられている。バーナー１１による燃焼熱により溶解の進捗が遅い領域における原料Ｓの溶解を促進させてアーク電極５の偏りによる原料Ｓの溶け残りを補うようになっている。なお、図２ではバーナー１１を２本描いているが、本数は限定されない。
　次に、このように構成されるアーク炉の操業について説明する。
　最初に、炉蓋４を外した状態で、炉本体１内に原料Ｓをバケット（図示せず）により装入する。原料Ｓとしては、鉄スクラップや還元鉄（ＤＲＩ）およびそれを高温でブリケット化したホット・ブリケット・アイアン（ＨＢＩ）、冷銑（型銑）、自動車シュレッダダスト（ＡＳＲ）等が用いられる。また、これら固体原料に加えて、原料の一部として別途溶銑を装入することもできる。
　次いで、炉蓋４を装着し、アーク電極５を炉本体内に挿入する。アーク電極５を炉蓋４に装着しておき、炉蓋４とアーク電極とを一体的に炉本体１に装着するようにしてもよい。
　この状態で、アーク電極５に通電してアーク１２を形成し、原料Ｓを溶解する。このとき、アーク電極５は、炉本体１の水平面において、それらによるアーク加熱の中心が炉本体１の中心から側方へ偏心するように配置されおり、図３Ａ、図３Ｂに示すように、最初に、その炉本体１の中心から側方へ偏心したアーク加熱の中心およびその近傍の領域Ｍにおいて原料Ｓがアーク１２により溶解されて行くが、炉本体１内のアーク電極５と反対側の領域Ｎはアーク電極５から離れているため、領域Ｎに存在する原料Ｓは溶解されない。この状態で、炉本体１内の排気は、アーク電極５の偏心方向とは反対側の炉本体１の側壁の原料Ｓが存在する高さ位置に設けられた排気口６から行われるため、図３Ａ、図３Ｂに示すように、アーク加熱により高温になった排ガス流Ｇが、溶解していない原料Ｓの隙間を通って排気口６から排気される。したがって、この高温の排ガス流Ｇの熱が原料Ｓに吸熱され、原料Ｓが予熱される。
　このアーク加熱の際には、ランス１０によりＯ２ガスを供給し、原料Ｓの溶解を補助する。溶解が進行し、炉内に溶湯Ｌが溜まってきたら、ランス１０からスラグ中に補助熱源としての炭材をインジェクションしてスラグフォーミング操業に移行し、アーク電極５の先端をスラグ中に埋没させ、アーク１２がスラグ内に形成されるようにする。この補助熱源としての炭材は供給された酸素と反応し、原料Ｓの溶解に寄与する。
　このようにしてアーク１２による加熱およびアーク１２により形成された溶湯Ｌの熱および高温のガス流Ｇによって原料Ｓが溶解して行く。このとき、炉本体１内のアーク電極５側と反対側の領域Ｎでは原料Ｓが高温の排ガスで予熱され、溶湯からの伝熱により溶解が進む。また全体の熱バランス上、溶け残りが生じやすい箇所には、バーナー１１により原料Ｓを補助的に加熱することが好ましい。そして、全ての原料Ｓが溶解した時点で炉本体１を傾動させて出湯口９から溶湯を出湯する。
　本実施形態によれば、アーク電極５は、それらによるアーク加熱の中心が炉本体１の中心から偏心するように配置されており、炉本体１内の排気は、アーク電極５の偏心方向とは反対側の炉本体１の側壁であって、原料Ｓが存在する高さ位置に設けられた排気口６から行われるため、アーク加熱により高温になった排ガスの熱が、溶解されていない原料Ｓに吸熱されて原料Ｓの予熱に寄与し、高温のガス流を有効利用して電力原単位を減少させることができる。従来のアーク炉では、アーク電極による加熱の中心が炉本体の中心と一致するようにし、かつ排ガスは炉蓋に接続されたダクトを介して上方に排出されていたため、顕熱を有する高温の排ガスはそのまま炉本体の外部に排出されていたが、本実施形態では高温の排ガスの顕熱を原料Ｓの溶解が終わる溶解末期まで予熱に有効利用することができる。また、従来のアーク炉に対してアーク電極５の挿入位置と排気口６の位置を変更するだけであるから、既存の設備を大幅に変更する必要はない。
　本実施形態においては、上述したように、炉本体１は炉蓋４を装着した状態で準密閉構造となることが好ましい。これによりアーク電極５による溶解領域から排気口６に向かう流れを形成しやすくなる。このように準密閉構造とすることにより、溶解によって生じるガス成分、ランス１０からの酸素ガスやバーナー１１およびわずかな隙間から導入される空気の量と排気口６からの排気量がバランスする。
　また、排気口６の最下部の高さ位置は、溶湯Ｌの湯面に近いほうが好ましく、湯面設定位置から５００ｍｍ～１ｍの範囲が好ましい。このような位置に排気口６を設けることにより、高温の排ガスをより長く溶解末期まで原料Ｓ中に流すことができ、予熱効果を高めることができる。
　原料の予熱効果を最大限発揮するためには、通常のアーク炉において行われている原料の追装を行わずに一回で全量装入（一回装入）することが好ましい。そのためには、炉本体１の高さを通常のアーク炉よりも２～４割高くし且つ底面積を大きくすることにより、炉本体１の容積を２倍程度にすることが好ましい。例えば７０ｔｏｎ炉の場合、炉本体１の容積を１４０ｔｏｎ炉相当とする。つまり、従来の７０ｔｏｎ炉の直径が５８００ｍｍφであったものを、７３００ｍｍφとする。
　また、予熱効果を高める観点からは、アーク電極５による加熱中心を炉本体の直径の２０～３０％程度偏心させることが好ましい。ただし、炉壁保護の観点からは、アーク電極５と炉壁との間を従来の交流炉（複数回装入炉）と同程度に離すことが好ましい。
　ところで、一回装入を行うために炉本体１の高さを高くすると、アーク電極５の長さが必然的に長くなるため、原料装入の際に嵩密度の高い原料（１．０ｔｏｎ／ｍ３以上；以下高密度原料という）によってアーク電極５が折損する可能性がある。このようなアーク電極５の折損を防止するためには、図４に示すように、炉本体１に隣接するように高密度原料Ｓ１を装入するための装入チャンバー２０を設けることが好ましい。また、高密度原料は、比表面積が小さく、酸化されにくいため、図示のように、装入チャンバー２０を炉本体１の側壁の排気口６が形成されている部分に設けることが好ましい。これにより排気口６から排出された排ガスにより高密度原料を酸化の懸念なく予熱することができる。この場合には、図示するように、炉内予熱後の排ガスを排気口６から装入チャンバー２０へ排出するようにして装入チャンバー２０内の高密度原料Ｓ１を予熱可能にし、装入チャンバー２０の排気はその側部の排気口２１から行うようにする。装入チャンバー２０から炉本体１内への高密度原料Ｓ１の装入は、下部の排気口６を通じてプッシャー２５を用いて行うようにすることができる。嵩密度の低い原料（１．０ｔｏｎ／ｍ３未満）の原料についてはアーク電極５を折損させる蓋然性が小さいため、炉本体１の上部開口からバケット装入すればよい。
　炉本体１内のアーク電極５側と反対側の原料Ｓの溶解を促進するために、図５に示すように、炉底３に攪拌ガスを吹き込むためのガス吹き込みプラグ３０を設けて溶湯Ｌをガスバブリングにより攪拌することが好ましい。
　実際に本実施形態に従ってアーク炉操業を行った結果、通常のアーク炉よりも電力原単位を７５～１００ｋＷｈ／ｔ程度低減できることが確認された。具体的には、通常のアーク炉の電力原単位が３５０～４００ｋＷｈ／ｔであるのに対し、本実施形態のアーク炉では２５０～３２５ｋＷｈ／ｔ程度まで低減することができることが判明した。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、原料Ｓの溶け残りが懸念されない場合には、バーナー１１は設ける必要はない。
　また、上記実施形態では、交流式アーク炉を用いた例を示したが、直流式アーク炉であってもよい。直流式アーク炉の場合には、炉底電極を設けてアーク電極との間に電圧をかける方式であるため、アーク電極の本数は限定されず、少なくとも１本あればよい。
　さらに、上記実施形態では、製鋼用のアーク炉について説明したが、製鋼用に限らず、他の金属の溶解を行うものであってもよい。
　さらにまた、上記実施形態では、炭材をランスから吹き込んでいるが、炭材として塊コークスやＡＳＲを炉蓋４の装入口から装入してもよい。
　さらにまた、製鋼用アーク炉の場合には、アーク電極と同様に酸素ランスを挿入し、酸素吹錬を行ってもよい。その場合には、例えば、正方形の３つの頂点をなすようにアーク電極５を配置し、残りの一つの頂点に酸素ランスを挿入するようにすることができる。
　　１；炉本体
　　２；胴部（炉殻）
　　３；底部
　　４；炉蓋
　　５；アーク電極
　　６；排気口
　　７；排気ダクト
　　７ａ；ダンパー
　　８；ファン
　　９；出湯口
　　１０；ランス
　　１１；バーナー
　　１２；アーク
　　２０；装入チャンバー
　　２１；排気口
　　２５；プッシャー
　　３０；ガス吹き込みプラグ
　　Ｌ；溶湯
　　Ｓ；原料

Claims (10)

  1. 　アーク電極に通電して形成されたアークにより原料を溶解するアーク炉であって、
    　溶解される原料が装入される炉本体と、
    　炉本体の上部開口を塞ぐ炉蓋と、
    　前記炉蓋の上方から前記炉本体内に挿入され、通電することによりアークを形成して原料を溶解するアーク電極と、
    　前記炉本体内の排ガスを排出する排気口と
    を備え、
    　前記アーク電極は、前記炉本体の水平面において、アーク加熱の中心が前記炉本体の中心から側方へ偏心するように配置され、
    　前記排気口は、前記アーク電極の偏心方向とは反対側の前記炉本体の側壁であって、前記原料が存在する範囲の高さ位置に設けられており、
    　前記アーク電極によるアーク加熱により発生した排ガスが前記炉本体に装入された原料の間を通って前記排気口から排出されるアーク炉。
  2. 　前記排気口を複数備え、各排気口からの排気風量調節または排気口の切り替えを可能にする請求項１に記載のアーク炉。
  3. 　前記炉本体は、前記炉蓋を装着した状態で準密閉構造を有する請求項１または請求項２に記載のアーク炉。
  4. 　前記アーク電極からのアークにより溶解して形成された溶湯にＯ２ガスを吹き込むランスをさらに備える請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアーク炉。
  5. 　前記ランスまたは別のランスで炭材を吹き込む請求項４に記載のアーク炉。
  6. 　前記炉本体の側壁に設けられ、前記炉本体内の原料を加熱するためのバーナーをさらに備える請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアーク炉。
  7. 　前記炉本体の底部には、前記炉本体内で原料が溶解して形成された溶湯に、攪拌ガスを吹き込むためのガス吹き込み部材をさらに備える請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアーク炉。
  8. 　原料を一回で全量装入し、追装することなく操業が行われる請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のアーク炉。
  9. 　前記炉本体の側方に設けられた、嵩密度が１．０ｔｏｎ／ｍ３以上の原料を装入するための装入チャンバーをさらに備え、嵩密度が１．０ｔｏｎ／ｍ３以上の原料は前記装入チャンバーから前記排気口を介して前記炉本体に装入される請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のアーク炉。
  10. 　前記装入チャンバーは、前記炉本体の前記排気口が形成されている側壁に隣接するように設けられ、前記排気口から排出された排ガスにより、装入されている嵩密度が１．０ｔｏｎ／ｍ３以上の原料を予熱する請求項９に記載のアーク炉。
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