JPH06145761A - 電気炉の羽口配置構造 - Google Patents

電気炉の羽口配置構造

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JPH06145761A
JPH06145761A JP4303410A JP30341092A JPH06145761A JP H06145761 A JPH06145761 A JP H06145761A JP 4303410 A JP4303410 A JP 4303410A JP 30341092 A JP30341092 A JP 30341092A JP H06145761 A JPH06145761 A JP H06145761A
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JP
Japan
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molten metal
tuyere
gas
blowing
furnace
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Pending
Application number
JP4303410A
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English (en)
Inventor
Makoto Takahashi
誠 高橋
Shiro Hora
史郎 洞
Hiromoto Hidaka
弘基 日高
Motomichi Yoshino
基道 能野
Takahiko Sawara
崇彦 佐原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topy Industries Ltd
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Topy Industries Ltd
Nippon Steel Corp
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶融金属内にガス・粉体を羽口1本当たり5
0Nm3 /hr以上吹込む電気炉で炉壁損耗を防ぎ、か
つ電極の安定性を損なわず、電気炉の浴を均一にかつ大
きな攪拌力を得る大量のガス・粉体を吹込むことを可能
とする羽口配置構造を提供することである。 【構成】 溶融金属内にガス・粉体を吹込む羽口を有
し、1〜3本の上部電極を有し、溶湯の盛上がり及びそ
の崩れ落ちの範囲長さLを用い上部電極表面直径の表面
よりL以上離し、かつ溶湯最大表面直径よりL以上離し
た範囲に羽口を配設する。これにより炉壁の損耗を防
ぎ、かつ電極の安定性を損なわず電気炉の浴を均一にか
つ大きな攪拌力を得る大量のガス・粉体を吹込むことが
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は溶融金属内にガス、粉体
を吹込む羽口を備えた電気炉の羽口配置構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気炉の操業においては、スクラ
ップ等の装入原料を溶解・精錬する工程で、炉壁から助
燃バーナーや溶解促進のために酸素が供給されている。
このとき、電気炉の炉底は、その直径に対して深さの極
めて浅い、いわゆるシャローバスの状態にある。このた
めに、溶融金属浴を攪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難
く、温度及び成分が不均一になる。また、攪拌力が弱い
ことから、溶融金属浴とスラグ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
ために、フェロマンガン、フェロクロム、シリコン材等
の添加材の原単位の悪化、スラグ中のトータルFeが上
昇することによる鉄ロスの増加等の欠点があった。
【0003】この欠点を避けるため攪拌力を強化する
と、上記の解決に加えて、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、極めて大きなメリッ
トが期待される。しかし、電気炉の場合、溶融金属浴の
揺動や激しい波立ちは、開口部からの溶鋼金属の漏出、
水冷パネルの溶損、アークの不安定化等の問題を派生す
るおそれがある。このため、これらの危険性を回避して
激しい攪拌力を溶融金属浴に与えることは実操業的には
困難とされていた。そこで炉底部から不活性ガスまたは
酸化性ガス等を溶融金属内に小流量吹き込むことによ
り、溶解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
炉底に設けた羽口を介したガス吹込みにより溶鋼の攪拌
を行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、たとえば、鋼浴のコールドゾーン部の炉底
に羽口を取り付けることや、ホットゾーン部に向けて不
活性ガスを吹込む方法等が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この炉底からのガス等
の吹込みにより、鋼浴の攪拌が促進され、所定の効果が
得られている。しかしながら、従来における羽口の配置
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、または鋼浴の1/2以下、
または炉体の鉄皮内径の30〜80%の範囲等というよ
うに、極めて大まかに定められていたに過ぎない。しか
し、このような羽口配置は、ガス量および羽口部の浴深
を考慮して羽口配置がなされていない。発明者らの実用
炉における経験では、吹込みガス量および羽口部の浴深
を増加させると、羽口が炉壁または上部電極と近い場
合、炉壁または上部電極が著しく損耗するという問題が
生じることとなる。特に羽口1本当たりの吹込みガス量
が50Nm3 /hrを越えるとこの傾向は顕著に表れ
る。本発明は、このような電気炉での問題に鑑み、炉壁
と上部電極の損耗を抑え、かつ、大きな攪拌力を得る大
量のガス等を吹込むことを可能とする羽口配置構造を提
供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の電気炉の羽口配
置構造は、その目的を達成するために、溶融金属内にガ
ス・粉体を羽口1本当たり50Nm3 /hr以上吹込む
電気炉の羽口配置構造において、炉底に配設した羽口の
配設位置を、下記の計算式を用いて、上部電極外周表面
よりL以上離し、かつ溶湯最大表面直径よりL以上離し
た範囲に吹込み羽口を配設したことを特徴とする。 計算式 L=0.1×E0.24 E=6.18×Q×T×1n(1+ρ1×H×g÷P) 上記式において、 L:長さ(m) E:吹込みガスによる浮力の仕事(W) Q:吹込み流量(Nm3 /min) T:溶湯温度(K) ρ1:溶湯比重(kg/m3 ) H:羽口の配設した部分の溶湯の深さ(m) g:重力加速度(m/sec2 ) P:雰囲気圧力(Pa)
【0006】
【作用】溶湯に羽口を用いてガスを吹き込むと吹き込む
ガス量が少量の場合は、羽口直上の溶湯は、なめらかに
盛上がる程度であり徐々にガス量を増やしていくと溶湯
の盛り上がりのみではなく盛り上がり部の崩れ落ちや溶
湯の塊の飛散を伴うようになる。発明者らの溶湯に羽口
を用いてガス量を変化させガスを吹き込む試験を行った
が、従来電気炉で羽口1本当たり吹き込まれているガス
量10〜20Nm3 /hr程度では羽口直上の溶湯がな
めらかに盛上がる程度であり、炉壁及び電極の損耗、ア
ークの安定性に対して特に問題にはならない。羽口1本
当たり50Nm3/hrを越えた領域でガスを吹き込む
と溶湯が盛上がるだけではなく、溶湯の塊が飛散し始め
る。発明者らのテストによれば溶湯の盛上がり及びその
崩れ落ちの範囲は吹き込んだガスの持つ浮力の仕事と相
関があり、図4に示すごとく溶湯の盛上がり及びその崩
れ落ちの範囲は羽口直上を中心とした半径L(L=0.
1×E0.24)である。
【0007】羽口の配設位置を炉壁側からL以内の水平
距離に配設すると、溶湯の盛上がり及びその崩れ落ちが
直接炉壁と接触し、かつ、壁効果により溶湯の盛上がり
中心が炉壁側へ偏り、直接炉壁と接触する割合が大きく
なり、炉壁の著しい損耗が発生する。一方、羽口の配設
位置を上部電極表面からL以内に配設すると、飛散した
溶湯の大きな塊が上部電極に接触しアークが不安定とな
るとともに上部電極の著しい損耗が発生する。この各部
の損耗を押さえ、かつアークを安定させるために、羽口
の配設位置を上部電極表面からL以上離し、かつ溶湯の
表面が炉壁と接触している部位からL以上離した範囲に
吹込み羽口を配設することにより炉壁及び上部電極の損
耗を抑制し、アークを安定させることが可能で、大量の
ガス等を吹き込むことが可能となる電気炉の羽口配置構
造を提供できることとなる。
【0008】
【実施例】以下本発明について図面に従って詳細に説明
する。図1は、本発明における電気炉の縦断面図であ
る。図2、3は、電気炉の平面断面図である。図4は発
明者らの行った溶湯テスト時の浮力の仕事Eと溶湯の盛
上がり及びその崩れ落ちの範囲半径Lの関係を示す。本
実施例において溶湯表面径D=4.2m,上部電極径d
=0.457m,電極の設置中心円直径PCD=1.0
67m、吹込み流量Q=80Nm3 /hr=1.33N
3 /min,溶湯温度T=1873K,溶湯比重ρ1
=7000kg/m3 ,羽口の配設した部分の溶湯深さ
H=0.500m,重力加速度g=9.8m/sec
2 ,雰囲気圧力P=1.01325×105 Paであ
る。このとき後述する計算式より吹込みガスによる浮力
の仕事E=4500W,L=0.753mである。
【0009】溶湯表面直径Dの電気炉の炉体1の中心部
分には3本の上部電極2(上部電極の本数は1〜3本で
あり、本実施例では3本の例を示す)が設けてあり、こ
の上部電極に通電することによりスクラップ等を溶解す
る。そして炉体1である鋼製外皮に炉壁耐火物が内張り
された炉床3には、吹込み羽口4が取付けられている。
5はスクラップが全て溶解したときの溶湯最終レベルを
示している。また、炉体1には、溶解後の溶鋼を排出す
る出鋼孔7を設けるとともに冷却のための水冷パネル8
を周囲に形成している。
【0010】羽口4は炉体1内の溶融金属に粉体および
ガスを吹込む構造であり、外部の酸化性ガスまたは不活
性ガスの供給源(図示せず)に連通している。ただし、
羽口の吹込み方向は、特にこれに限定されるものではな
い。また、前記羽口から外部の酸化性ガス又は不活性ガ
ス、例えば、CO2 ,CO,Ar,N2 ,O2 及び空気
等、或いはそれらのガスをキャリアガスとする粉炭等の
供給装置(図示せず)に接続されると共に、これらは配
管で連結され、そしてこれらの配管には、それぞれの流
量調節するための調節弁(図示せず)を設けている。
【0011】図1ないし図2に示す電気炉の炉体1内の
溶融金属浴に炉壁または炉底に配設した羽口4によって
ガス等を吹込む構造となっている。図2に示すように溶
湯にガス等を吹込んだ時の溶湯の盛上がり及びその崩れ
落ちの範囲半径Lである。図4は、溶湯テスト時の浮力
の仕事Eと溶湯の盛上がり及びその崩れ落ちの範囲半径
Lの関係を示す。発明者らの実験により溶湯の盛上がり
及びその崩れ落ちの範囲半径LはL=0.1×E0.24
なる。
【0012】上記式において、 E=6.18×Q×T×1n(1+ρ1×H×g÷P) L:長さ(m) E:吹込みガスによる浮力の仕事(W) Q:吹込み流量(Nm3 /min) T:溶湯温度(K) ρ1:溶湯比重(kg/m3 ) H:羽口の配設した部分の溶湯の深さ(m) g:重力加速度(m/sec2 ) P:雰囲気圧力(Pa) としたものである。
【0013】羽口の配設位置および吹込みガス量を変更
し、電極の安定性及び炉壁の損耗状況を確認する試験を
行ったが、羽口の配設位置を炉壁側からL以内の水平距
離に配設すると、溶湯の盛上がり及びその崩れ落ちが直
接炉壁と接触し、かつ、壁効果により溶湯の盛上がり中
心が炉壁側へ偏り、直接炉壁と接触する割合が大きくな
り、炉壁の著しい損耗が発生する。一方、羽口の配設位
置を上部電極表面からL以内に配設すると、飛散した溶
湯の大きな塊が上部電極に接触しアークが不安定となる
とともに上部電極の著しい損耗が発生することとなる。
つまり図2に示す溶湯の盛上がり及びその崩れ落ちの範
囲半径Lに上部電極および炉壁が存在する場合には、上
記問題が発生し、操業に支障をきたすことになる。
【0014】このため、図3に示すように羽口4の配設
位置は、上部電極表面よりL以上離し、かつ溶湯最大表
面径よりL以上離した羽口配設範囲6にすることによ
り、溶湯の盛上がり及びその崩れ落ちの範囲半径Lに上
部電極および炉壁が存在しないこととなる。このことに
より、炉壁及び上部電極の損耗が抑制され、かつアーク
を安定化でき、極めて多くのガス、粉体の吹込み操業が
可能となる。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明を採用するこ
とにより、極めて多くのガス、粉体の吹込み操業が可能
となり歩留まり向上、エネルギー削減がさらに可能とな
り、工業上の効果は著しいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における電気炉の縦断面図、
【図2】本発明における電気炉の平面断面図、
【図3】本発明における電気炉の平面断面図、
【図4】吹込みガスによる浮力の仕事と溶湯における溶
湯の盛上がり及びその崩れ落ちの範囲半径、及び溶湯の
大きな塊の飛散する範囲半径との関係を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 炉体 2 上部電極 3 炉床 4 羽口 5 溶湯最終レベル 6 羽口配設範囲 7 出鋼孔 8 水冷パネル H 羽口部の溶湯深さ D 溶湯表面径 L 溶湯の盛上がり及びその崩れ落ちの範囲長さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日高 弘基 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内 (72)発明者 能野 基道 東京都千代田区四番町5番地9 トピー工 業株式会社内 (72)発明者 佐原 崇彦 東京都千代田区四番町5番地9 トピー工 業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融金属内にガス・粉体を羽口1本当た
    り50Nm3 /hr以上吹込む電気炉の羽口配置構造に
    おいて、炉底に配設した羽口の配設位置を、下記の計算
    式を用いて、上部電極外周表面よりL以上離し、かつ溶
    湯最大表面直径よりL以上離した範囲に吹込み羽口を配
    設したことを特徴とする電気炉の羽口配置構造。 計算式 L=0.1×E0.24 E=6.18×Q×T×1n(1+ρ1×H×g÷P) 上記式において、 L:長さ(m) E:吹込みガスによる浮力の仕事(W) Q:吹込み流量(Nm3 /min) T:溶湯温度(K) ρ1:溶湯比重(kg/m3 ) H:羽口の配設した部分の溶湯の深さ(m) g:重力加速度(m/sec2 ) P:雰囲気圧力(Pa)
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