JPH1047861A

JPH1047861A - 電気炉

Info

Publication number: JPH1047861A
Application number: JP20729096A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamamoto; 敦山本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-08-06
Filing date: 1996-08-06
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】炉壁耐火物の耐用の大幅な向上が可能な電気
炉を提供する。【解決手段】電気炉の炉壁２９は、外周面を形成する
鉄皮３６と炉壁耐火物４６と空冷ジャケット４７と水冷
ジャケット４８と銅パネル４８ａとを備えて構成され
る。水冷ジャケット４８および銅パネル４８ａは溶融金
属の溶湯面４３ａおよび電気炉の傾動姿勢における溶湯
面４５よりも上方に設けられ、炉壁耐火物４６は銅パネ
ル４８ａよりも下方に設けられる。空冷ジャケット４７
は、高さ方向においては溶湯面４３ａよりも上方で銅パ
ネル４８ａよりも下方に設けられ、炉壁２９の周方向に
おいては、各電極２５に対応した位置（ホットスポット
部）に設けられる。また、ホットスポット部の炉壁耐火
物４６には、熱伝導率の高いＭｇＯ−Ｃ系耐火物が用い
られる。空冷ジャケット４７は、ホットスポット部の炉
壁耐火物４６を効率的に冷却して、その損傷を低減させ
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、電極に通電してア
ーク熱を発生させ金属くず等の原料を溶解する金属溶解
用３相交流アーク式電気炉に関し、特に耐用に優れた電
気炉の炉壁構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気炉においては生産能力、電力
原単位、電極原単位および電力投入効率の向上を図るた
めに、大容量のトランスが導入され、高力率ロングアー
ク操業が行われている。その結果、炉壁および天井耐火
物への熱負荷が著しく増大し、耐火物のみの改善ではそ
れらの損耗や損傷を防止することが困難になってきてお
り、その対策として炉壁および天井には熱放散方式の水
冷構造が導入されている。

【０００３】図９は、従来の電気炉の構成を簡略化して
示す正面断面図である。電気炉１は、炉本体３と炉蓋４
と電極５とを含んで構成される。炉本体３は、溶融金属
を貯留する容器であり、炉壁６と炉底７とを含んで構成
される。炉壁６は、鉄皮８と水冷ジャケット９と炉壁耐
火物１０とを含んで構成され、炉底７は鉄皮８と炉底耐
火物１１とを含んで構成される。水冷ジャケット９は、
炉壁６の上部側内周面に設けられており、かつ溶融金属
１３（以後、溶湯と略称することがある）の溶湯面１３
ａよりも上方に間隔をあけて設けられている。炉壁耐火
物１０は鉄皮８に内張りされており、水冷ジャケット９
の下方に形成されている。炉壁耐火物１０の下部は溶湯
１３中に浸漬されており、その上部は溶湯１３の溶湯面
１３ａよりも上方に突出している。なお炉蓋４にも水冷
ジャケット４ａが設けられている。電極５は、炉蓋４を
貫通して溶湯１３の溶湯面直上まで垂下しており、水冷
ジャケット９および炉壁耐火物１０の上部と向かい合っ
ている。

【０００４】図１０は、図９に示す電気炉の炉壁耐火物
の構成を簡略化して示す正面断面図である。炉壁耐火物
１０は、炉壁ワーク耐火物１４と炉壁永久耐火物１５と
炉壁不定形耐火物１６とを含んで構成される。炉壁永久
耐火物１５は、鉄皮８の内周面に複層、たとえば２層形
成されており、炉壁ワーク耐火物１４は炉壁永久耐火物
１５の内周面に炉壁不定形耐火物１６を介して１層形成
されている。なお、炉壁耐火物１０の炉壁永久耐火物１
５には、ＭｇＯ系耐火物が用いられており、炉壁ワーク
耐火物１４には主としてＭｇＯ−Ｃ系耐火物が用いられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
電気炉１は水冷ジャケット９を有しているので、前記熱
負荷の増大にも有効に対応することができる。しかしな
がら、なおも次のような問題が残されている。

【０００６】（１）前記水冷ジャケット９は、溶湯との
接触によって冷却水漏れが生じ水蒸気爆発の生ずる危険
性を有しているので、溶湯と接触する位置には配置でき
ない。したがって、出湯時に溶湯１３の溶湯面１３ａが
形成される出湯口周辺には、水冷ジャケット９を配置す
ることができない。このため、出湯口周辺の炉壁耐火物
は損傷が大きくなり、その耐用が大幅に短縮される。

【０００７】（２）水冷ジャケット９よりも下方で、か
つ溶湯１３の溶湯面１３ａよりも上方に内張りされてい
る炉壁耐火物１０は、前記ホットスポット部において電
極５のアーク熱に近接位置からさらされるので、図９に
示すように熱負荷によって損傷部１７が形成されやす
い。その結果、ホットスポット部の炉壁耐火物１０の耐
用が大幅に短縮される。また、前記出湯口周辺のホット
スポット部においては、熱負荷による損傷にさらに出湯
流による損傷が加わるので、炉壁耐火物１０の損傷が特
に顕著であり、その部分の炉壁耐火物１０の耐用が特に
大幅に短縮される。

【０００８】（３）前記炉壁耐火物１０の耐用の短縮
は、耐火物補修作業の回数を増大させるので、電気炉１
の休止時間を増大させ、その能率および生産性を大幅に
低下させる。

【０００９】本発明の目的は、前記問題を解決し、炉壁
耐火物の損傷を低減して、炉壁耐火物の耐用を大幅に向
上させることが可能な電気炉を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、縦の軸線を有
する略円筒状の炉壁と炉底とを有し、炉壁の上下方向途
中位置に形成される出湯口を有する炉本体と、炉本体を
上方から塞ぐ炉蓋と、炉蓋を貫通して昇降自在に設けら
れ、周方向に等間隔をあけて配置される３本の電極とを
備える金属溶解用３相交流アーク式電気炉において、炉
本体の外周面を形成する鉄皮と、炉壁の鉄皮に内張りさ
れる炉壁耐火物と、炉壁の鉄皮と炉壁耐火物との間に設
けられ、炉壁の周方向における各電極に対応した位置で
炉壁の周方向に部分的に延び、かつ金属溶解時における
溶湯面付近から出湯時における炉本体の傾動姿勢の溶湯
面付近まで上下に延びている空冷手段と、炉壁の鉄皮の
内周面に配置され、空冷手段よりも上方で、かつ出湯時
の炉本体の傾動姿勢における溶湯面よりも上方に配置さ
れる水冷手段とを含むことを特徴とする電気炉である。
本発明に従えば、空冷手段は炉壁の鉄皮と炉壁耐火物と
の間で、かつ炉壁の周方向における各電極に対応した位
置、いわゆるホットスポット部に設けられているので、
炉壁の温度が最も高くなるホットスポット部の炉壁耐火
物の温度を効果的に低下させることができる。また、空
冷手段はホットスポット部に設けられており、かつ金属
溶解時における溶湯面付近から出湯時における溶湯面ま
で上下に延びているので、炉壁の温度が最も高く、かつ
溶湯の出湯流による溶損が生じやすい領域における炉壁
耐火物の温度を効果的に低下させることができる。この
結果、炉壁耐火物の損傷を大幅に抑制することができ、
炉壁耐火物の耐用を大幅に向上させることができる。さ
らに、水冷手段は空冷手段よりも上方で、かつ出湯時の
溶湯面よりも上方に配置されているので、水冷手段と溶
湯との接触が回避され、水漏れによる水蒸気爆発の危険
性を防止することができる。

【００１１】また本発明の前記空冷手段は、空気通路を
有し、かつ全体形状が鉄皮の内周面に沿って湾曲した形
状を有する金属製ケーシングと、ケーシング内に冷却用
空気を導入する空気導入口と、空気導入口から離間した
位置で、ケーシング内から冷却用空気を導出する空気導
出口と、ケーシング内で、かつ空気導入口と空気導出口
との間でジグザグの空気通路を形成する金属製仕切板と
を含むことを特徴とする。本発明に従えば、ケーシング
の全体形状が鉄皮の内周面に沿って湾曲しているので、
ケーシングの内周面に対する耐火物の築造を鉄皮の内周
面に対する場合と同様に行うことができる。また、ケー
シングには空気導入口と空気導出口とが設けられてお
り、ケーシング内には空気導入口と空気導出口とを結ぶ
ジグザグの空気通路を形成する仕切板が設けられてい
る。このように空気通路がジグザグに形成されているの
で、空気通路を通過する冷却用空気とケーシングおよび
仕切板との接触面積が大幅に増大する。これによって、
冷却用空気とケーシングおよび仕切板との熱交換を効率
的に行うことができるので、炉壁耐火物からケーシング
および仕切板に伝熱される熱量を冷却用空気によって効
率的に抜熱することができる。この結果、炉壁耐火物の
温度を効果的に低下させることができる。

【００１２】また本発明の前記空冷手段の内周面に形成
される炉壁耐火物は、炭素を含むＭｇＯ系耐火物であ
り、かつその炭素含有率が３０〜５０重量％であること
を特徴とする。本発明に従えば、ホットスポット部に設
けられる空冷手段の内周面の炉壁耐火物は適正量の炭素
を含むＭｇＯ系耐火物であるので、耐火物の熱伝導率が
高く、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性、耐酸化性が優れて
いる。このように、ホットスポット部の炉壁耐火物の熱
伝導率が高いので、前記空冷手段と組合わせることによ
って高温にさらされるホットスポット部の炉壁耐火物の
温度をさらに効率的に冷却することができる。

【００１３】また本発明の前記炉壁には、出湯口と炉本
体の軸線とを結ぶ一直径線上に除滓口が出湯口と対向し
て形成されており、前記３本の電極は出湯口と除滓口か
らずれて配置され、出湯口近傍の一つの電極に対応する
一つの空冷手段が出湯口近傍まで炉壁の周方向に延びて
おり、各電極に対応する各空冷手段は炉壁の周方向に同
一長さずつ、かつ炉本体の軸線と各電極とを結ぶ各半径
線の周方向両側に同一長さずつ延びていることを特徴と
する。本発明に従えば、３本の電極は出湯口と除滓口か
らずれて配置されているので、出湯口と除滓口の温度を
ホットスポット部の温度よりも低温に保つことができ
る。このため出湯口と除滓口の耐用を向上させることが
できる。また出湯口と除滓口から放散される輻射熱を低
減することができるので、省エネルギを図ることができ
る。また空冷手段が出湯口付近まで延びているので、水
冷手段の設置が困難である出湯口付近を効果的に冷却す
ることができる。さらに空冷手段が炉壁の周方向に同一
長さずつ、かつ炉本体の軸線と各電極とを結ぶ各半径線
の周方向両側に同一長さずつ延びているので、各ホット
スポット部を確実かつ効果的に冷却することができる。

【００１４】また本発明の前記空冷手段の内周面に形成
される炉壁耐火物は、少なくとも２層から成ることを特
徴とする。本発明に従えば、空冷手段の内周面には少な
くとも２層から成る炉壁耐火物が形成されているので、
溶湯の炉壁耐火物中への侵入深さを抑制することがで
き、その結果、空冷手段と溶湯との接触を回避すること
ができる。

【００１５】また本発明の前記空冷手段の空気導入口お
よび空気導出口は、ケーシングの上部に設けられること
を特徴とする。本発明に従えば、空冷手段の空気導入口
および空気導出口がケーシングの上部に設けられている
ので、それらと空冷手段の上方に設けられている水冷手
段との間隔は小さくなる。その結果、空気導入口および
空気導出口に対する熱負荷が水冷手段の冷却効果によっ
て大幅に低減され、それらの耐久性が大幅に向上する。
またこれによって、空気導入口および空気導出口と溶湯
面との間隔が大きくなるので、溶湯が炉壁耐火物中に侵
入しても空気導入口および空気導出口を通過して炉外に
漏れる危険性を解消することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態であ
る電気炉の炉壁の構成を簡略化して示す周方向展開図で
あり、図２は本発明の実施の一形態である電気炉の構成
を簡略化して示す正面断面図であり、図３は図２に示す
電気炉の平面図であり、図４は図２に示す電気炉の炉壁
構造を簡略化して示す縦断面図である。

【００１７】本実施の形態における電気炉２１は、金属
溶解用３相交流アーク式電気炉であり、炉本体２３と、
炉本体２３を上方から塞ぐ炉蓋２４と、３本の電極２５
と、電極昇降装置３７とを含んで構成される。炉蓋２４
は、大略的に円錐台状に形成され、小天井部２６と大天
井部２７とを備える。小天井部２６は耐火物構造であ
り、炉蓋２４の中央部に設けられている。小天井部２６
には、電極２５を挿入し得る貫通孔２６ａが形成されて
いる。大天井部２７は、水冷管２８群を配置した水冷構
造であり、小天井部２６の周囲を外囲するように設けら
れている。

【００１８】炉本体２３は、上方に開口部を有し、外周
面が鉄皮３６によって形成された有底容器であり、炉壁
２９と炉底３０とを含んで構成される。炉壁２９は、炉
本体２３の側面部であり、その形状は大略的に円筒形に
形成されている。炉壁２９は、縦の軸線を有しており、
その軸線３１は炉本体２３の軸線と同軸である。炉壁２
９には、その上下方向途中位置に溶融金属を炉外に出湯
するための出湯口３３が形成されており、炉壁２９の出
湯口３３と対向する位置には除滓口３４が形成されてい
る。除滓口３４は、出湯口３３と炉壁２９の軸線（以
後、縦の軸線３１と略称する）とを結ぶ一直径線３５上
に存在する。なお炉壁２９の構成については後述する。

【００１９】炉底３０は、鉄皮３６と、その内周面に形
成される炉底永久耐火物３２ａと、その内周面に形成さ
れる炉底ワーク耐火物３２ｂとを含んで構成される。な
お炉底永久耐火物３２ａには、ＭｇＯれんがが用いられ
ており、炉底ワーク耐火物３２ｂにはＭｇＯスタンプ材
またはＭｇＯ−Ｃ系耐火物が用いられている。電極２５
は黒鉛製であり、その形状は円柱状に形成されている。
電極２５は、炉蓋２４に形成されている貫通孔２６ａに
昇降自在に挿通されており、図３に示すように炉蓋２４
の周方向に等間隔をあけて配置されている。

【００２０】電極昇降装置３７は、電極２５を昇降変位
させるための装置であり、電極クランプ３８と、電極支
持アーム３９と、電極支柱４０と、昇降シリンダ４１と
を含んで構成される。電極クランプ３８は、たとえば水
冷式銅鋳物製であり、電極２５を着脱自在に保持する。
電極支持アーム３９は、電極クランプ３８を介して電極
２５を支持するアームであり、前記縦の軸線３１に垂直
な平面内に存在する。電極支柱４０は、縦の軸線３１と
平行な軸線を有する支柱であり、前記出湯口３３と縦の
軸線３１とを結ぶ一直径線３５に関して炉本体２３の一
側方（図３において紙面の上方側）に立設されている。
電極支持アーム３９と電極支柱４０とは、絶縁物を介し
て一体的に固定されており、全体形状は大略的にＴ字状
に形成されている。電極支持アーム３９の遊端部には、
電極クランプ３８が固定されており、電極支柱４０の下
端部には昇降シリンダ４１が固定されている。このた
め、電極２５は電極クランプ３８によって保持され、昇
降シリンダ４１の昇降によって電極支持アーム３９およ
び電極支柱４０とともに一体的に昇降する。なお、電極
昇降装置３７は、３本の電極２５毎に個別に設けられて
おり、その構成はいずれも全く同一である。

【００２１】電気炉２１の操業は次のようにして行われ
る。炉本体２３内に金属スクラップなどの主原料と加炭
材や造滓材などの副原料とを装入し、電極２５に通電し
てアーク熱によって装入原料を溶解および溶融する。溶
解および溶融された溶融金属４３およびスラグ４４は、
炉本体２３内に貯留され、溶融金属４３の成分および温
度が予め定める値になるように精錬される。精錬完了
後、炉本体２３は炉底３０に設けられた傾動装置（図示
せず）によって出滓側に傾動され、除滓口３４からスラ
グを排滓する。除滓完了後、炉本体２３は出湯側に傾動
され、出湯口３３から溶湯を出湯する。電気炉２１の操
業中における炉壁２９の温度は、次のように推移する。
操業初期においては、電極２５からのアーク熱は未溶解
原料によって遮蔽されるので、炉壁２９は直接熱負荷を
受けない。このため、炉壁２９の温度は約１，５００℃
未満の比較的低温度で推移する。しかしながら、原料の
溶解が完了した後には炉壁２９は直接電極２５から熱負
荷を受けるので、温度が急激に上昇し、約１，６００℃
の高温度に到達する。なかでも炉壁２９の周方向におけ
る各電極２５に対応する位置、すなわち電極２５と炉壁
２９との間隔が最も近接している位置（図３におけるＡ
点）付近の領域（以後、ホットスポット部と略称する）
では約２，０００℃以上の高温度に到達する。

【００２２】図１〜図４を参照して、前記炉壁２９は鉄
皮３６と炉壁耐火物４６と空冷手段である空冷ジャケッ
ト４７と水冷手段である水冷ジャケット４８および銅パ
ネル４８ａとを含んで構成される。炉壁耐火物４６は、
図１中に斜線で示すように溶融金属４３の溶湯面４３ａ
から上方に距離Ｌ１離れた位置まで炉壁２９の全周にわ
たって形成されており、出湯口３３付近ではさらに溶湯
面４３ａから上方に距離Ｌ２離れた位置まで部分的に突
出して形成されている。なお、溶湯面４３ａから上方に
距離Ｌ２離れた位置は、出湯時における炉本体２３の傾
動姿勢における溶湯面４５よりも上方に位置している。

【００２３】本実施の形態における炉壁耐火物４６は、
図４に示すように炉壁ワーク耐火物４９と炉壁永久耐火
物５０と炉壁不定形耐火物５１とから成る。炉壁永久耐
火物５０は、張替えまでの耐用期間が炉壁ワーク耐火物
４９に比べて非常に長い耐火物であり、炉壁２９の鉄皮
３６の内周面または空冷ジャケット４７の内周面に層状
に少なくとも１層形成される。なお、空冷ジャケット４
７は、電極２５に対応した位置、すなわち前記ホットス
ポット部に設けられている。炉壁永久耐火物５０の層数
は、たとえば空冷ジャケット４７の内周面では１層であ
り、それ以外の鉄皮３６の内周面では２層である。な
お、空冷ジャケット４７の内周面の炉壁永久耐火物５０
には、熱伝導率の高いＭｇＯ−Ｃ耐火れんがが用いられ
ており、それ以外の部分の炉壁永久耐火物には、熱伝導
率の低い焼成ＭｇＯれんがが用いられている。炉壁ワー
ク耐火物４９は、定期的、たとえば１カ月毎に補修の行
われる耐火物であり、炉壁２９の半径方向最内方に形成
される。炉壁ワーク耐火物４９の層厚は、高温の炉内か
ら熱負荷を直接受けるので、炉壁永久耐火物５０の層厚
よりも厚く形成されている。なお、炉壁ワーク耐火物４
９には炉壁全周にわたってＭｇＯ−Ｃれんがが用いられ
ている。炉壁不定形耐火物５１は、ＭｇＯ系粒状耐火物
であり、炉壁永久耐火物５０と炉壁ワーク耐火物４９と
の間に形成され、炉壁ワーク耐火物４９の熱膨張を吸収
する。

【００２４】このように、空冷ジャケット４７の内周面
の炉壁永久耐火物５０および炉壁ワーク耐火物４９に
は、熱伝導率の高いＭｇＯ−Ｃれんがが用いられている
ので、空冷ジャケット４７の冷却効果を高めることがで
き、ホットスポット部の炉壁ワーク耐火物４９を効果的
に冷却することができる。また、空冷ジャケット４７以
外の部分の炉壁永久耐火物５０には、熱伝導率の低い焼
成ＭｇＯれんがが用いられているので、炉壁からの抜熱
を効果的に抑制することができ、熱効率を高めることが
できる。さらに、空冷ジャケット４７の内周面に炉壁永
久耐火物５０と炉壁ワーク耐火物４９とが合わせて少な
くとも２層形成されているので、溶湯が炉壁ワーク耐火
物４９中に侵入しても侵入深さを抑制することができ、
空冷ジャケット４７と溶湯との接触を回避することがで
きる。なお、空冷ジャケット４７の内周面に形成される
ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の炭素含有率の適正範囲については
後述する。

【００２５】空冷ジャケット４７は、冷却用空気によっ
て炉壁耐火物４６を冷却するための部材であり、炉壁耐
火物４６と組合わせて用いられる。空冷ジャケット４７
の設置位置は、炉壁２９の周方向においては前述のよう
に３本の電極２５に対応した位置、すなわち前記ホット
スポット部であり、炉壁２９の半径方向においては鉄皮
３６と炉壁永久耐火物５０との間であり、炉壁２９の高
さ方向においては溶湯面４３ａの直上である。空冷ジャ
ケット４７の高さは、出湯口３３に最も近接した電極２
５に対応する空冷ジャケット４７においては、ほぼＬ２
であり、他の２本の電極２５に対応する空冷ジャケット
４７においては、ほぼＬ１である。したがって、各空冷
ジャケット４７の高さは、溶湯面４３ａから各炉壁耐火
物４６の上端部までの距離とほぼ同一である。

【００２６】また、各空冷ジャケット４７の周方向の長
さはいずれも同一であり、かつ前記縦の軸線３１と各電
極２５とを結ぶ各半径線に関して周方向両側に同一長さ
ずつ延びている。この結果、各空冷ジャケット４７は、
各ホットスポット部を確実かつ効果的に冷却することが
できる。またこれによって、出湯口３３に最も近接した
電極２５に対応する空冷ジャケット４７は、出湯口３３
近傍まで周方向に延びることができるので、ホットスポ
ット部の熱負荷による損傷にさらに出湯流による損傷が
加わる過酷な領域における炉壁耐火物４６を効果的に冷
却することができる。このため、炉壁耐火物４６の損傷
を抑制することができ、その結果、炉本体２３の耐用を
大幅に向上させることができる。なお、空冷ジャケット
４７の構成については後述する。

【００２７】水冷ジャケット４８は、冷却水流路を有す
る炉壁保護部材であり、鉄皮３６の内周面に複数ユニッ
ト配置されている。水冷ジャケット４８の構成は、鋼製
の炉壁水冷管５３を炉壁２９の周方向にジグザグ状に屈
曲させてパネル状に形成したものであり、全体形状が鉄
皮３６の内周面に沿って湾曲した形状を有している。銅
パネル４８ａは、水冷構造を有する銅製炉壁保護部材で
あり、鉄皮３６の内周面に水冷ジャケット４８よりも下
方に複数ユニット配置されている。銅パネル４８ａの形
状は、水冷ジャケット４８と同様に鉄皮３６の内周面に
沿って湾曲している。水冷ジャケット４８および銅パネ
ル４８ａの設置位置は、炉壁耐火物４６および空冷ジャ
ケット４７よりも上方に配置されており、かつ前記溶湯
面４３ａおよび炉本体２３の傾動姿勢における溶湯面４
５よりも上方に配置されている。これによって、水冷ジ
ャケット４８および銅パネル４８ａと溶融金属４３との
接触が回避されるので、水漏れによる水蒸気爆発の危険
性を防止することができる。また、水冷ジャケット４８
よりも冷却能の大きい銅パネル４８ａが溶湯面に近い位
置に配置されているので、万一溶湯と銅パネル４８ａが
接触することがあっても、接触面の温度上昇を抑制する
ことができ、水漏れ発生の危険性を回避することができ
る。

【００２８】さらに電気炉２１の操業中には、溶湯面４
３ａ上に浮遊しているスラグの飛散が活発に生じるの
で、水冷ジャケット４８の炉壁水冷管５３のまわりの空
間には、スラグが充填され、熱伝導率の低いスラグ被覆
層５４が形成される。これによって、冷却水による炉本
体２３内からの抜熱を可及的に小さくすることができる
ので、電力原単位の低減を図ることができる。また、ス
ラグ被覆層５４はスクラップと炉壁水冷管５３との直接
接触を防止して炉壁水冷管５３の破損を防止することが
できるので、危険な水漏れの発生を未然に防止すること
ができる。

【００２９】図５は図１に示す空冷ジャケットの構成を
簡略化して示す斜視図であり、図６は図５に示す空冷ジ
ャケットの空気配管を示す系統図である。空冷ジャケッ
ト４７は、ケーシング５６と空気導入口５７と空気導出
口５８と仕切板５９とを含んで構成される。ケーシング
５６は金属製の中空パネル状溶接構造物であり、全体形
状が鉄皮３６の内周面に沿って湾曲した形状を有してい
る。

【００３０】空気導入口５７は、ケーシング５６内に冷
却用空気を導入する部材であり、金属製の導入管５７ａ
と導入箱５７ｂとから成る。空気導入口５７は、ケーシ
ング５６の周方向一端側上部にケーシング５６の半径方
向外方側に突出して設けられている。空気導出口５８
は、ケーシング５６内から冷却用空気を導出する部材で
あり、金属製の導出管５８ａと導出箱５８ｂとから成
る。空気導出口５８は、ケーシング５６の周方向他端部
側上部に空気導入口５７から離間してケーシング５６の
半径方向外方側に突出して設けられている。

【００３１】仕切板５９は、ケーシング５６の内部空間
を仕切る金属板であり、ケーシング５６内に空気導入口
５７と空気導出口５８とを結びかつ前記縦の軸線３１方
向に交互に折れ曲がるジグザグの空気流路を形成する。
前記ケーシング５６、空気導入口５７、空気導出口５８
および仕切板５９の材質は、たとえばステンレス鋼（Ｓ
ＵＳ３１０）である。前記空冷ジャケット４７は、前述
のように３本の電極２５に対応して炉壁２９の周方向に
等間隔をあけて３基設けられており、３基の空冷ジャケ
ット４７には図６に示すように空気供給管路６０と空気
排出管路６１とが接続されている。なお、空気供給管路
６０および空気排出管路６１は空冷ジャケット４７の各
空気導入口５７および各空気導出口５８にそれぞれ並列
に接続されている。

【００３２】ブロア（図示せず）から送風された冷却用
空気は、空気供給管路６０および空気導入口５７を経て
空気ジャケット４７のケーシング５６内に導入され、ジ
グザグの空気通路を通過して空気導出口５８および空気
排出管路６１を経て外部に排出される。このように、空
気通路がジグザグに形成されているので、空気通路を通
過する冷却用空気とケーシング５６および仕切板５９と
の接触面積が大幅に増大し、接触面における熱交換を効
率的に行うことができる。このため、炉壁耐火物４６か
らケーシング５６および仕切板５９に伝熱される熱量を
冷却用空気によって効果的に抜熱することができ、その
結果、炉壁耐火物４６の温度を効果的に低下させること
ができる。また、ケーシング５６の全体形状が鉄皮３６
の内周面に沿って湾曲しているので、ケーシング５６の
内周面に対する耐火物の築造を鉄皮３６の内周面に対す
る場合と同様に行うことができ、その結果築造作業性を
向上することができる。

【００３３】さらに、空冷ジャケット４７の空気導入口
５７および空気導出口５８がケーシング５６の上部に設
けられているので、それらと空冷ジャケット４７の上方
に設けられている銅パネル４８ａとの間隔が小さくな
る。この結果、空気導入口５７および空気導出口５８に
対する熱負荷が銅パネル４８ａの冷却効果によって大幅
に低減され、それらの耐久性が大幅に向上する。さらに
また、これによって空気導入口５７および空気導出口５
８と溶湯面４３ａとの間隔が大きくなるので、溶湯が炉
壁耐火物４６中に侵入しても空気導入口５７および空気
導出口５８から炉外へ漏れる危険性を解消することがで
きる。なお、空冷ジャケット４７の材質としては、ステ
ンレス鋼ばかりでなく熱伝導性に優れた銅製でもよく、
耐熱性に優れたセラミックス製でもよく、安価な鋼製で
もよい。

【００３４】図７は、電極の配列パターンを示す平面図
である。図７（１）は、本実施の形態の電極の配列パタ
ーンであり、図３に示す電極２５の配列パターンと同一
である。図７（２）は、図７（１）に示す電極２５の配
列パターンを前記縦の軸線３１を中心として時計まわり
方向に３０°角変位させた場合の電極２５の配列パター
ンであり、図７（３）は図７（２）に示す電極２５の配
列パターンを前記縦の軸線３１を中心として時計まわり
方向に３０°角変位させた場合の電極２５の配列パター
ンであり、図７（４）は図７（３）に示す電極２５の配
列パターンを前記縦の軸線３１を中心として時計まわり
方向に３０°角変位させた場合の電極２５の配列パター
ンである。電極２５の配列パターンは、角変位角度を細
かく変えることによって無限に存在する。しかしなが
ら、類似パターンをまとめることによって基本的には前
記４パターンによって表すことができる。

【００３５】図７（１）に示す配列パターンでは、３本
の電極２５が前記縦の軸線３１に垂直な平面内において
縦の軸線３１を中心とする同一ピッチ円上に存在してお
り、周方向に１２０°の間隔をあけて配置されている。
３本の電極２５は、図７（１）において、縦の軸線３１
と前記出湯口３３とを結ぶ一直径線３５に関して一方側
（図７（１）の上方側）に配置されている第１電極２５
ａと、前記一直径線３５に関して他方側で出湯口３３近
傍に配置されている第２電極２５ｂと、前記一直径線３
５に関して他方側で除滓口３４近傍に配置されている第
３電極２５ｃとから成る。第１電極２５ａは、前記一直
径線３５に垂直な縦の軸線３１を通る直線上に存在して
おり、第２電極２５ｂは、前記一直径線３５を縦の軸線
３１まわりに反時計方向に３０°角変位した直線上に存
在しており、第３電極２５ｃは前記一直径線３５を縦の
軸線３１まわりに時計まわり方向に３０°角変位した直
線上に存在している。なお、電極昇降装置３７は、炉本
体２３の第１電極２５ａ側外方に配置されている。

【００３６】図７（２）に示す配列パターンでは、第２
電極２５ｂが前記一直径線３５上に存在し、電極昇降装
置３７が炉本体２３の出湯口３３側外方に配置されてい
る。本配列パターンの電極昇降装置３７の配置位置は、
電極支持アーム３９が相互に接触して干渉し合わないよ
うに選ばれた位置である。しかしながら、前記炉本体２
３の出湯口３３側外方には、溶融金属４３を受湯する取
鍋が配置されているので、この配列パターンを実現する
ことは不可能である。

【００３７】図７（３）に示す配列パターンは、図７
（１）に示す配列パターンを前記一直径線３５まわりに
１８０°角変位した配列パターンであり、本発明の他の
実施の形態として用いることが可能な配列パターンであ
る。図７（４）に示す配列パターンでは、第１電極２５
ａが前記一直径線３５上に存在し、電極昇降装置３７が
炉本体２３の除滓口３４側外方に配置されている。本配
列パターンの電極昇降装置３７の配置位置は、図７
（２）に示す配列パターンの場合と同様の方法で選ばれ
た位置である。しかしながら、炉本体２３の除滓口３４
側外方には、スラグ４４を受けるスラグ鍋が配置されて
いるので、この配列パターンを実現することは不可能で
ある。

【００３８】このように電極２５を前記一直径線３５上
に存在させることは、電極昇降装置３７の配置位置を考
慮すれば不可能であるので、本発明の電極２５は出湯口
３３および除滓口３４からずれた位置に配置される。こ
のため、出湯口３３および除滓口３４は、前記ホットス
ポット部からずれた位置に配置され、それらの最高到達
温度をホットスポット部の温度よりも低温に保つことが
できる。この結果、出湯口３３および除滓口３４の耐用
を向上させることができる。また、出湯口３３および除
滓口３４から放散される輻射熱を低減することができる
ので、省エネルギを図ることができる。

【００３９】図８は、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の炭素含有率
と熱伝導率および耐酸化性指数との関係を示すグラフで
ある。図８を参照して、本実施の形態におけるＭｇＯ−
Ｃ系耐火物の炭素含有率の適正範囲について説明する。
図８の横軸には、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の炭素含有率が表
されており、図８の縦軸には、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の熱
伝導率および耐酸化性指数が表されている。熱伝導率
は、ＪＩＳＲ２６１６に規定されている耐火断熱れん
がの熱流量による熱伝導率の試験方法に基づいて、Ｍｇ
Ｏ−Ｃ系耐火物試料の１０００℃における高温熱伝導率
を測定した。耐酸化性指数は、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物製の
坩堝を作成し、内部にＦｅＯを充填した後、温度１７０
０℃、時間１２０ｈｒの条件で加熱してＭｇＯ−Ｃ系耐
火物の酸化反応厚みを測定し、同様にして求めた炭素を
含まないＭｇＯ耐火物の酸化反応厚みを１００として耐
酸化性指数を求めた。

【００４０】図８から、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の熱伝導率
は、耐火物中の炭素含有率の増大につれて大きくなり、
特に炭素含有率が３０重量％以上で急激に増大するこ
と、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の耐酸化性指数は耐火物中の炭
素含有率の増大につれて大きくなり、特に炭素含有率が
５０重量％以上で急激に増大することなどがわかる。前
述のように、前記空冷ジャケット４７は、ホットスポッ
ト部の炉壁耐火物４６（ＭｇＯ−Ｃ系耐火物）から伝熱
された熱量を抜熱して炉壁耐火物４６を冷却しているの
で、空冷ジャケット４７の冷却能はＭｇＯ−Ｃ系耐火物
の熱伝導率が大きくなる程増大する。したがって、Ｍｇ
Ｏ−Ｃ系耐火物の炭素含有率は３０重量％以上であるこ
とが好ましい。しかしながら、前記炭素含有率の増加は
耐酸化性指数の増大を招き、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の酸化
による損耗を促進させる。したがって、ＭｇＯ−Ｃ系耐
火物の炭素含有率は５０重量％以下であることが好まし
い。また、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物は、耐熱性、耐熱衝撃
性、耐食性に優れている。この理由は、耐熱性について
はＭｇＯおよび炭素とも耐熱性に優れているからであ
り、耐熱衝撃性については、炭素の含有によって熱伝導
率が大きくなり、かつヤング率が小さくなるからであ
り、耐食性については炭素の含有によって溶融金属４３
およびスラグ４４に対するぬれ性が低下するからであ
る。

【００４１】このように、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物は、耐熱
性、耐熱衝撃性および耐食性に優れており、かつ炭素含
有率を３０〜５０重量％に限定することによって熱伝導
率を高水準に保ったまま耐酸化性の低下を防止すること
ができる。このため、本実施の形態におけるＭｇＯ−Ｃ
系耐火物の炭素含有率は３０〜５０重量％に限定され
る。

【００４２】以上述べたように、本実施の形態における
電気炉の炉壁構造においては、炉壁２９のホットスポッ
ト部に空冷ジャケット４７が設けられ、その内周面に熱
伝導率の大きいＭｇＯ−Ｃ系耐火物が内張りされている
ので、ホットスポット部のＭｇＯ−Ｃ系耐火物の温度を
効果的に低下させることができる。この結果、ＭｇＯ−
Ｃ系耐火物の損傷を抑制することができ、その耐用を大
幅に向上させることができる。

【００４３】なお空冷ジャケット４７の構成は、本実施
の形態の構成のみに限定されるものではなく、たとえば
鋼管を屈曲させてパネル状に形成してもよい。

【００４４】

【実施例】本発明の電気炉２１と従来からの電気炉１と
を用いて含クロム溶銑の溶製を行い、電気炉の耐用の比
較を行った。前記電気炉１，２１の溶製能力はいずれも
１５０トン／チャージであり、トランス容量はいずれも
５０ＭＶＡである。本発明の電気炉２１の炉壁構造は、
ホットスポット部において図４に示すように構成されて
おり、炉壁２９の外周面から半径方向内方に向かって鉄
皮３６、空冷ジャケット４７、炉壁永久耐火物５０、炉
壁不定形耐火物５１、炉壁ワーク耐火物４９がこの順序
に配置されている。空冷ジャケット４７は、板厚５ｍｍ
のステンレス鋼板（ＳＵＳ３１０）製であり、その構成
は図５に示すとおりである。炉壁永久耐火物５０は、空
冷ジャケット４７の内周面については１層のＭｇＯ−Ｃ
れんがから成り、その層厚は６５ｍｍである。しかしな
がら、空冷ジャケット４７の内周面以外の炉壁永久耐火
物５０は、２層の焼成ＭｇＯれんがから成り、その層厚
は２層合計で、１３０ｍｍである。炉壁不定形耐火物５
１はＭｇＯ系耐火物から成り、その厚みは２０ｍｍであ
り、そのＭｇＯ含有率は９５重量％である。炉壁ワーク
耐火物４９は、全領域にわたって１層のＭｇＯ−Ｃ系耐
火物から成り、その層厚は３５０ｍｍである。なお空冷
ジャケット４７に冷却用空気を供給するブロアの能力
は、１５ｍ³／分、１１００ｍｍＡｑである。

【００４５】従来からの電気炉１の炉壁構造は、図１０
に示すように構成されており、炉壁６の外周面から半径
方向内方に向かって、鉄皮８、炉壁永久耐火物１５、炉
壁不定形耐火物１６、炉壁ワーク耐火物１４がこの順序
に配置されている。炉壁永久耐火物１５は、２層の焼成
ＭｇＯれんがから成り、その層厚は２層合計で１３０ｍ
ｍである。炉壁不定形耐火物１６および炉壁ワーク耐火
物１４の成分系および層厚は本発明の電気炉２１のそれ
らと同一である。本実施例ではＭｇＯ−Ｃ系耐火物は、
炭素含有率を３水準変化させた。表１にＭｇＯ−Ｃれん
が（材質記号ＭＣ−１〜ＭＣ−３）および焼成ＭｇＯれ
んが（材質記号Ｍ−１）の成分および特性値を示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】表２に、本発明の電気炉２１を用いた実施
例と従来からの電気炉１を用いた比較例とについて、炉
壁耐火物の損耗速度、耐火物コスト指数および炉壁耐火
物の耐用を比較して示す。なお１チャージの所要時間
は、いずれの場合も約１８０分である。表２から、空冷
ジャケット４７を備えた実施例１は、空冷ジャケット４
７を備えていない比較例１に比べて、同一の炉壁耐火物
を用いても炉壁耐火物の耐用が約２０％向上し、耐火物
コストが約５％低減すること、炭素含有率の高いＭｇＯ
−Ｃれんがを用いた実施例２および実施例３は、炭素含
有率の低いＭｇＯ−Ｃれんがを用いた実施例１に比べ
て、炉壁耐火物の耐用がさらに向上し、耐火物コストが
さらに低減すること。特に炭素含有率の高い実施例３
は、比較例１に比べて炉壁耐火物の耐用が３倍となり、
耐火物コストが約３０％低減することなどが判る。この
ように、本発明は従来技術に比べて炉壁耐火物の耐用お
よび耐火物コストを著しく改善することができる。

【００４８】

【表２】

【００４９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、空冷手段
は炉壁の温度が最も高くなるホットスポット部および溶
湯の出湯流による溶損が生じやすい領域における炉壁耐
火物の温度を効果的に低下させることができるので、炉
壁耐火物の損傷を大幅に抑制することができ、炉壁耐火
物の補修回数を大幅に低減することができる。この結
果、炉壁耐火物の耐用が大幅に向上するので、電気炉の
休止時間を大幅に低減することが可能となり、電気炉の
能率および生産性を大幅に向上することができる。

【００５０】また本発明によれば、空冷手段のケーシン
グには、空気通路がジグザグに形成されているので、炉
壁耐火物からケーシングおよび仕切板に伝熱される熱量
を冷却用空気によって効率的に抜熱することができる。
またケーシングの全体形状が鉄皮の内周面に沿って湾曲
して形成されているので、ケーシングの内周面に対する
耐火物の築造を鉄皮の内周面に対する場合と同様に行う
ことができる。この結果、築造作業性を向上することが
できる。

【００５１】また本発明によれば、空冷手段の内周面に
形成される炉壁耐火物は熱伝導率の高いＭｇＯ−Ｃ系耐
火物であるので、空冷手段の冷却効果を高めることがで
きる。したがって、ホットスポット部の炉壁耐火物の温
度をさらに効率的に冷却することができる。

【００５２】また本発明によれば、３本の電極は出湯口
と除滓口とからずれて配置されているので、出湯口と除
滓口の耐用を向上させることができる。また、空冷手段
が出湯口付近まで延びているので、水冷手段の設置が困
難である出湯口付近を効果的に冷却することができる。
さらに、空冷手段が炉壁の周方向に同一長さずつ、かつ
電極を中心に両側に同一長さずつ延びているので、各ホ
ットスポット部を確実かつ効果的に冷却することができ
る。

【００５３】また本発明によれば、空冷手段の内周面に
は少なくとも２層から成る炉壁耐火物が形成されている
ので、空冷手段と溶融金属との接触を回避することがで
きる。

【００５４】また本発明によれば、空冷手段の空気導入
口および空気導出口がケーシングの上部に設けられてい
るので、空冷手段の上方に設けられている水冷手段の冷
却効果によってそれらの耐久性が大幅に向上する。また
これによって、空気導入口および空気導出口と溶湯面と
の間隔が大きくなるので、溶融金属が炉壁耐火物中に侵
入しても空気導入口および空気導出口を通過して炉外に
漏れる危険性を解消することができる。この結果、空冷
手段は、長期間にわたって確実にホットスポット部の炉
壁耐火物に対して冷却効果を発揮することができ、電気
炉の安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である電気炉の炉壁の構
成を簡略化して示す周方向展開図である。

【図２】本発明の実施の一形態である電気炉の構成を簡
略化して示す正面断面図である。

【図３】図２に示す電気炉の平面図である。

【図４】図２に示す電気炉の炉壁構造を簡略化して示す
縦断面図である。

【図５】図１に示す空冷ジャケットの構成を簡略化して
示す斜視図である。

【図６】図５に示す空冷ジャケットの空気配管を示す系
統図である。

【図７】電極の配列パターンを示す平面図である。

【図８】ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の炭素含有率と熱伝導率お
よび耐酸化性指数との関係を示すグラフである。

【図９】従来の電気炉の構成を簡略化して示す正面断面
図である。

【図１０】図９に示す電気炉の炉壁耐火物の構成を簡略
化して示す正面断面図である。

【符号の説明】

１，２１電気炉３，２３炉本体４，２４炉蓋５，２５電極６，２９炉壁７，３０炉底８，３６鉄皮９，４８水冷ジャケット１０，４６炉壁耐火物１３ａ，４３ａ溶湯面１４，４９炉壁ワーク耐火物１５，５０炉壁永久耐火物１６，５１炉壁不定形耐火物３３出湯口３４除滓口３７電極昇降装置３８電極クランプ３９電極支持アーム４７空冷ジャケット４８ａ銅パネル５３炉壁水冷管５６ケーシング５７空気導入口５８空気導出口５９仕切板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦の軸線を有する略円筒状の炉壁と炉底
とを有し、炉壁の上下方向途中位置に形成される出湯口
を有する炉本体と、炉本体を上方から塞ぐ炉蓋と、炉蓋
を貫通して昇降自在に設けられ、周方向に等間隔をあけ
て配置される３本の電極とを備える金属溶解用３相交流
アーク式電気炉において、炉本体の外周面を形成する鉄皮と、炉壁の鉄皮に内張りされる炉壁耐火物と、炉壁の鉄皮と炉壁耐火物との間に設けられ、炉壁の周方
向における各電極に対応した位置で炉壁の周方向に部分
的に延び、かつ金属溶解時における溶湯面付近から出湯
時における炉本体の傾動姿勢の溶湯面付近まで上下に延
びている空冷手段と、炉壁の鉄皮の内周面に配置され、空冷手段よりも上方
で、かつ出湯時の炉本体の傾動姿勢における溶湯面より
も上方に配置される水冷手段とを含むことを特徴とする
電気炉。
【請求項２】前記空冷手段は、空気通路を有し、かつ全体形状が鉄皮の内周面に沿って
湾曲した形状を有する金属製ケーシングと、ケーシング内に冷却用空気を導入する空気導入口と、空気導入口から離間した位置で、ケーシング内から冷却
用空気を導出する空気導出口と、ケーシング内で、かつ空気導入口と空気導出口との間で
ジグザグの空気通路を形成する金属製仕切板とを含むこ
とを特徴とする請求項１記載の電気炉。
【請求項３】前記空冷手段の内周面に形成される炉壁
耐火物は、炭素を含むＭｇＯ系耐火物であり、かつその
炭素含有率が３０〜５０重量％であることを特徴とする
請求項１または２記載の電気炉。
【請求項４】前記炉壁には、出湯口と炉本体の軸線と
を結ぶ一直径線上に除滓口が出湯口と対向して形成され
ており、前記３本の電極は出湯口と除滓口からずれて配
置され、出湯口近傍の一つの電極に対応する一つの空冷
手段が出湯口近傍まで炉壁の周方向に延びており、各電
極に対応する各空冷手段は炉壁の周方向に同一長さず
つ、かつ炉本体の軸線と各電極とを結ぶ各半径線の周方
向両側に同一長さずつ延びていることを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の電気炉。
【請求項５】前記空冷手段の内周面に形成される炉壁
耐火物は、少なくとも２層から成ることを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の電気炉。
【請求項６】前記空冷手段の空気導入口および空気導
出口は、ケーシングの上部に設けられることを特徴とす
る請求項１〜５のいずれかに記載の電気炉。