JP2001139374A - 被加熱物の熱処理方法 - Google Patents

被加熱物の熱処理方法

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JP2001139374A
JP2001139374A JP31550299A JP31550299A JP2001139374A JP 2001139374 A JP2001139374 A JP 2001139374A JP 31550299 A JP31550299 A JP 31550299A JP 31550299 A JP31550299 A JP 31550299A JP 2001139374 A JP2001139374 A JP 2001139374A
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JP
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resistance heating
heated
furnace
carbon powder
heating element
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English (en)
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Toshiro Tomiyama
淑朗 冨山
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製鋼用アーク炉を利用して、被加熱物である
炭素粉の成形物を加熱して熱処理することができる被加
熱物の熱処理方法を提供する。 【解決手段】 平均粒径が6mmのコークス2からなる
抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体と接触する炭素粉の成形
物3とを、製鋼用アーク炉1に装入し、製鋼用アーク炉
1内の前記抵抗発熱体に通電し前記抵抗発熱体を発熱さ
せることにより、炭素粉の成形物3を加熱して熱処理す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、製鋼用アーク炉を
間接式抵抗炉として利用した被加熱物の熱処理方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】被加熱物を加熱して熱処理を行う場合、
例えば、炭素粉を成形したもの(以降は炭素粉の成形品
と記す)を加熱し焼成(約1000℃)や黒鉛化(約2
500〜3000℃)を行い、炭素電極,発熱体,ルツ
ボ等に使用される炭素材料を製造する場合には、一般に
下記のような加熱炉が使用されている。
【0003】すなわち、(1) ガスバーナ等で高温に
加熱されたトンネル内を移動させながら、炭素粉の成形
品の加熱処理を行うトンネル式の加熱炉、(2) 被加
熱物である炭素粉の成形品自身に通電して抵抗発熱体と
して発熱させ、その熱により該炭素粉の成形品の熱処理
を行うLWG炉等の直接式抵抗炉、(3) 炭素粉の成
形品と接する抵抗発熱体に通電し発熱させて、その熱に
より該炭素粉の成形品の熱処理を行うアチソン炉等の間
接式抵抗炉、(4) 誘導加熱方式を利用する誘導炉、
などである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような加熱炉
は、炭素粉の成形品の熱処理のための専用の設備として
設けられている場合には、製品(炭素材料)の種類に応
じて熱処理条件等を最適化したその製品専用の加熱炉と
して設計されている場合が多く、したがって、他の種類
の製品を製造する場合には適用できない場合が多かっ
た。また、製造効率の向上のため、炭素粉の成形品を大
量に熱処理するような設備であることが多いので、少量
の炭素粉の成形品の熱処理を行うには不適であった。
【0005】上記のような背景から、試作や実験等の目
的で、従来にない種類の製品を製造する場合や、少量の
炭素粉の成形品の熱処理を行う場合には、新たに小型の
試作用熱処理装置を設けなければならないので、費用の
問題が大きかった。一方、炭素材料の原料となる炭素粉
は、コークス製造時の副生物であるタールから製造され
ることから、炭素材料の製造設備(加熱炉)はコークス
の製造設備や製鋼設備と隣接して設置されることが多
い。よって、製鋼用アーク炉を上記の試作用熱処理装置
として転用できれば、新たに前記試作用熱処理装置を設
ける必要がないので、費用の面で大変望ましい。
【0006】ところが、製鋼用アーク炉と、アチソン炉
等の一般の前記加熱炉とでは、使用される電気設備の仕
様が異なっていた。すなわち、アチソン炉においては、
低電圧(数十ボルト),大電流(数十万アンペア)とい
う仕様の電気設備が使用されているが、製鋼用アーク炉
においては、高電圧(数百ボルト),小電流(数万アン
ペア)という仕様の電気設備が使用されていることが通
常であった。
【0007】このような仕様の電気設備を有する製鋼用
アーク炉に、通常のアチソン炉等で使用されている粒状
のコークス等からなる抵抗発熱体とを組み合わせて、間
接式抵抗炉とすると、前記抵抗発熱体を構成するコーク
ス粒同志の接触抵抗が電圧及び電流の仕様と適合してい
ないため、前記抵抗発熱体を効率よく発熱させることが
困難であった。このため、製鋼用アーク炉は前記試作用
熱処理装置として転用することができないという問題点
があった。
【0008】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決し、製鋼用アーク炉を利用して、炭素粉の成形物
等の被加熱物を加熱して熱処理することができる被加熱
物の熱処理方法を提供することを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち本発明
の被加熱物の熱処理方法は、平均粒径が2〜6mmのコ
ークス及び平均粒径が15〜25mmの黒鉛の少なくと
も一方からなる抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体と接触す
る被加熱物とを、製鋼用アーク炉に装入し、該製鋼用ア
ーク炉内の前記抵抗発熱体に通電し前記抵抗発熱体を発
熱させることにより、前記被加熱物を加熱して熱処理す
ることを特徴とする。
【0010】このような構成により、炭素材料の製造設
備と隣接して設置されていることが多い製鋼設備におい
て広く使用されている製鋼用アーク炉を、前記のような
試作用熱処理装置として転用することが可能であり、簡
易に且つ費用の問題なく炭素粉の成形物等の被加熱物を
熱処理することができる。本発明においては、前記抵抗
発熱体を構成するコークス及び黒鉛の平均粒径を調節す
ることにより、前記接触抵抗を製鋼用アーク炉の電気設
備における電圧及び電流の仕様に適合するような値とし
たので、前記抵抗発熱体を効率よく発熱させることがで
きる。
【0011】前記のような高電圧(数百ボルト),小電
流(数万アンペア)という製鋼用アーク炉の電気設備の
仕様においては、抵抗発熱体の接触抵抗が高抵抗でない
と効率よく発熱することができない。したがって、抵抗
発熱体を構成する粒状のコークス及び粒状の黒鉛の平均
粒径を、アチソン炉等の通常の間接式抵抗炉に使用され
る抵抗発熱体の場合よりも小さい平均粒径とすることに
より、接触抵抗を製鋼用アーク炉の電気設備の仕様に適
合するような値(高抵抗)としている。
【0012】好ましい平均粒径は、コークスの場合は2
〜6mmで、黒鉛の場合は15〜25mmである。平均
粒径が、コークスの場合は6mm超過、黒鉛の場合は2
5mm超過であると、抵抗発熱体の接触抵抗が高くなり
すぎ、製鋼用アーク炉の電気設備の仕様に適合しなくな
るので、抵抗発熱体が効率よく発熱しない。逆に、平均
粒径が、コークスの場合は2mm未満、黒鉛の場合は1
5mm未満であると、抵抗発熱体の接触抵抗が低くなり
過大電流が流れるという問題が生じる。
【0013】なお、被加熱物と抵抗発熱体とは接触して
いる必要があるが、その接触形態は、抵抗発熱体の全体
に通電すること及び抵抗発熱体より発生した熱が効率よ
く被加熱物に伝わることが達成されるならば、特に限定
されるものではない。例えば、抵抗発熱体が被加熱物の
全体を囲うような形態でもよいし、被加熱物の一面と接
触する形態でもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明に係る被加熱物の熱処理方
法の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図
1は炭素粉の成形物3の熱処理に使用する製鋼用アーク
炉1の断面図である。まず、製鋼用アーク炉1の構造を
説明する。製鋼用アーク炉1の炉壁10は、内層の耐火
物11と外層の鋼板12とから構成されていて、また、
炉蓋13も同様に、内層の耐火物14と外層の鋼板15
とから構成されている。
【0015】不活性ガス導入管40が、炉蓋13の周辺
部付近を貫通して製鋼用アーク炉1の炉内に挿入されて
いる。不活性ガス導入管40は炉内において屈曲して下
方に伸び、さらに、その末端は水平な環状をなしてい
る。この環状部分の下面には、図示しない複数の孔が備
えられていて、アルゴン,窒素等の不活性ガスが該孔か
ら炉内に吹き込まれるようになっている。
【0016】また、垂直方向に伸びる3本の炭素電極2
0,20,20が、炉蓋13の中心部付近を貫通して、
さらに、不活性ガス導入管40の環状部分の中心付近を
通って製鋼用アーク炉1の炉内に挿入されている。な
お、3本の炭素電極20,20,20のうち図1におけ
る中央の炭素電極20は、左右の炭素電極20,20よ
りも図面上の後方に位置していて、左右の炭素電極2
0,20によりその一部(左右両側部分)が隠されて図
示されている。これら3本の炭素電極20,20,20
には、図示しない電源が連結されていて、300ボル
ト,1万アンペアの三相交流電流が炭素電極20,2
0,20に通電されるようになっている。
【0017】次に、このような製鋼用アーク炉1を使用
して、少量の炭素粉の成形物3を熱処理する方法を説明
する。製鋼用アーク炉1の炉底に、平均粒径6mmの粒
状のコークス2が多数敷かれている。その上には、被加
熱物である炭素粉の成形物3が載置されていて、さら
に、それら炭素粉の成形物3の全体が多数の前記コーク
ス2により囲まれている。このような多数の粒状のコー
クス2から、抵抗発熱体が構成されている。そして、こ
のコークス2からなる抵抗発熱体の上部に、3本の炭素
電極20,20,20の下端が数センチ程埋没する形態
で接触している。
【0018】前記抵抗発熱体の周辺には、粒状の耐火物
30が前記抵抗発熱体を取り囲むように備えられてい
て、熱処理時において前記抵抗発熱体からの放熱を低減
し、また、炭素粉の成形物3の温度が部分的に不均一と
なることを抑制するようになっている。炭素電極20,
20,20に300ボルト,1万アンペアの三相交流電
流を通電すると、炭素電極20,20,20と接触する
前記抵抗発熱体にも前記電流が通電され、前記抵抗発熱
体が発熱する。その結果、炭素粉の成形物3は約250
0℃に加熱されて黒鉛化され、電極用の炭素材料製品と
なる。
【0019】なお、熱処理時には、不活性ガス導入管4
0から製鋼用アーク炉1内に窒素が導入される。炉内は
常時窒素に満たされているので、炭素粉の成形物3及び
コークス2の酸化は防止される。このように、本実施形
態の被加熱物の熱処理方法によれば、製鋼用アーク炉1
を利用して、問題なく炭素粉の成形物3の熱処理を行う
ことができる。
【0020】なお、本実施形態は本発明の一例を示した
ものであって、本発明の目的を達成するものであれば、
製鋼用アーク炉1の構成,抵抗発熱体を構成する粒状物
の材質や平均粒径,被加熱物と抵抗発熱体との接触形
態,及び使用する電流の仕様(電圧,電流)等、本発明
は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実
施形態においては、粒状のコークス2により抵抗発熱体
を構成したが、粒状の黒鉛により構成してもよいし、ま
た、これらの混合物により構成してもよい。抵抗発熱体
としては、コークスや黒鉛のような炭素材が、3000
℃程度の高温に対する耐熱性を有することから好適であ
る。特に、コークス,黒鉛は発熱し高温となった際にガ
スの発生量が少ないので好ましい。さらに、コークスは
安価であることから特に好ましい。ただし、炭素材の中
でも、石炭は高温時にガスの発生量が多いので好ましく
ない。
【0021】また、本実施形態においては炭素粉の成形
物3を熱処理する例を説明したが、被加熱物として炭素
粉4を使用しても差し支えない。その場合は、図2に示
すように炭素粉4は黒鉛るつぼ5等に入れて、上記の炭
素粉の成形物3の場合と同様に製鋼用アーク炉1に装入
し、焼成や黒鉛化を行うことができる。なお、図2にお
いては、図1と同一又は相当する部分には同一の符合を
付してある。
【0022】
【発明の効果】以上のように、本発明の被加熱物の熱処
理方法は、製鋼設備において広く使用されている製鋼用
アーク炉を利用して、炭素粉の成形物等の被加熱物を熱
処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】炭素粉の成形物の熱処理に使用する製鋼用アー
ク炉の断面図である。
【図2】黒鉛るつぼに入れた炭素粉の熱処理に使用する
製鋼用アーク炉の断面図である。
【符号の説明】
1 製鋼用アーク炉 2 コークス 3 炭素粉の成形物 4 炭素粉 5 黒鉛るつぼ 10 炉壁 11,14 耐火物 12,15 鋼板 13 炉蓋 20 炭素電極 30 耐火物 40 不活性ガス導入管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F27D 11/08 F27D 11/10 11/10 H05B 3/60 Z H05B 3/60 C04B 35/52 F Fターム(参考) 4G032 AA04 BA05 GA06 GA16 4G046 CA06 CB09 CC01 EA01 EB02 EB10 EC06 4K045 AA04 AA07 BA05 RB02 RB04 4K063 AA05 AA06 AA12 BA09 CA07 FA15 FA22 FA53

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径が2〜6mmのコークス及び平
    均粒径が15〜25mmの黒鉛の少なくとも一方からな
    る抵抗発熱体と、前記抵抗発熱体と接触する被加熱物と
    を、製鋼用アーク炉に装入し、該製鋼用アーク炉内の前
    記抵抗発熱体に通電し前記抵抗発熱体を発熱させること
    により、前記被加熱物を加熱して熱処理することを特徴
    とする被加熱物の熱処理方法。
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