JPH1072616A - 溶融金属の取鍋精錬方法ならびにその精錬装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 溶解炉やア−ク電気炉などで精錬された溶融
金属を取鍋を介して造塊設備などに移送する間に、黒鉛
電極が順次に接続される黒鉛電極群によって取鍋内の溶
融金属ア−ク加熱して精錬する方法ならびにその精錬装
置を提案する。 【解決手段】 取鍋内においてニップルを介して黒鉛電
極４１が順次に接続される黒鉛電極列４０によるア−ク
加熱を利用して溶融金属１を加熱精錬する際に、取鍋の
上部開放部を閉鎖する炉蓋３１の上部において黒鉛電極
列４０の黒鉛電極４１の外周に対し上向きに傾斜させて
冷却液を吹付けて冷却する一方、黒鉛電極列４０の先端
を溶融金属１上のスラグ２中に浸漬してア−ク加熱す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶融金属の取鍋精錬方法
ならびにその精錬装置に係り、詳しくは、溶解炉やア−
ク電気炉などで精錬された溶融金属を取鍋を介して造塊
設備などに移送する間に、黒鉛電極が順次に接続される
黒鉛電極群によって取鍋内の溶融金属ア−ク加熱して精
錬する方法ならびにその精錬装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】最近、転炉、ア−ク電気炉その他の溶解
炉によって精錬される溶鋼のうち、いわゆる高級鋼、低
合金鋼、特殊鋼などの鋼種は、何らかの形の真空精錬工
程で処理されている。現在では、それに代って炉外精錬
工程で処理されるようになっている。

【０００３】この理由は、 （１）、ユ−ザ側の品質要求が、技術の進歩とともに厳
しくなっていること （２）、純酸素転炉により出鋼温度などの制約が楽にな
ったこと （３）、高能率蒸気エジェクタなどの周辺技術が大いに
進歩したこと などである。

【０００４】この炉外精錬処理工程そのものは、当初真
空鋳造、出鋼脱ガス、などによる大型鋳鍛鋼品の水素性
欠陥の防止を主眼として開発されたものである。圧延製
品の大量生産に適したＤＨ、ＲＨの開発、実用化をみる
に至って、その普及が加速され、ときあたかも、純酸素
転炉の興隆期と合致して広く採用されている。

【０００５】その後、より高級な処理を目的として、Ｖ
ＡＤ法や、ＬＦ法などに代表されるいわゆる取鍋精錬法
が開発され、取鍋精錬法は、より簡便で低コストの処理
であるところから、簡易な炉外精錬法として用いられて
いる。

【０００６】この取鍋精錬法は、取鍋中で溶鋼など溶融
金属の加熱精錬を行なうもので、通常、３相ア−ク電源
によって、黒鉛電極によってア−ク加熱し、取鍋中にフ
ラックスを加えたときには、このフラックスを溶解し、
併せて、取鍋内の溶鋼など溶融金属を加熱昇温する。

【０００７】また、このような精錬反応の進行ととも
に、取鍋内での溶鋼など溶融金属の撹拌についても配慮
されている方法も提案されており、例えば、ＶＡＤ法お
よびＬＦ法では、取鍋の鍋底に多孔質耐火物のポ−ラス
プラグが設置され、このポ−ラスプラグを通しての吹込
まれるアルゴンガスのバブリングによって溶融金属を撹
拌するように構成されている。

【０００８】このように取鍋内の精錬において、黒鉛電
極によるア−ク加熱を利用すると、他の熱源に比べて大
きなメリットがある。

【０００９】すなわち、ア−ク加熱は、気体粒子の加
熱、解離、励起などによって発生する高温ア−クで加熱
するもので、１６５０〜３０００℃に達する高温が容易
に得られる。取鍋内で表面のスラグなどを介して溶融金
属の加熱、精錬が効果的に達成できる。

【００１０】しかしながら、このようにア−ク加熱によ
ってきわめて高い温度が得られることを利用するために
使用される場合には、黒鉛電極は、きわめて高い温度に
さらされ、外周の酸化消耗が大巾に進行することもあっ
て電極原単位が大巾に増加し、この面から改善が大きな
ポイントとなっている。

【００１１】そこで、ア−ク電気炉による精錬と同様
に、取鍋内精錬でア−ク加熱に供せられる黒鉛電極に冷
却液を吹付けることによって冷却して原単位を低下させ
ることも考えられる。

【００１２】しかしながら、冷却液の吹付は、ア−ク電
気炉内における精錬反応はある程度許容できるが、ユ−
ザ側からの厳しい品質要求などに合わせるために行なわ
れる取鍋内精錬には適当でないとされている。更に、ア
−ク電気炉の操業に較べると、使用する黒鉛電極の径は
比較的に細いものとなり、このような細い径の電極に対
応して冷却液を吹付けて冷却することが望まれる。

【００１３】このところから、現在までのところでは、
取鍋内精錬における黒鉛電極に冷却液を吹付けて冷却す
ることや、それに使用される器具や装置は提案されてい
ないし、見当らない。

【００１４】すなわち、取鍋内精錬に供せられる黒鉛電
極の外周面に対し冷却液を吹付ける場合、冷却液の吹付
量が過剰のときには、冷却液の一部はそのまま取鍋内に
入り、黒鉛電極の外周面に沿って流下して取鍋内に入
る。内部に入った冷却液は、溶鋼などの溶融金属上のス
ラグ層の表面で反応し、黒鉛電極の表面に沿って流れる
冷却液の一部はスラグに入って水素爆発を起こし、取鍋
の耐火ライニングを破損し、耐火物原単位は大巾に大き
くなる。更に、水性ガス反応によって生成された水素
は、溶鋼などの溶融金属浴中に入り、これによって得ら
れる鋼種は水素ぜい性をひき起こし易いものとなり易
い。このため、じん性などが強く要求される高級鋼で
は、取鍋内精錬の黒鉛電極に冷却液を吹付けることが危
険視されていた。

【００１５】また、冷却液の吹付けによる冷却の程度が
過剰になると、熱損失が大きくなり、電力費の増大、加
熱時間の延長に伴い操業上の損失分を増大させる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点の解
決を目的とし、具体的には、溶融金属の取鍋内精錬にお
いて、ア−ク加熱に供せられる黒鉛電極の原単位を大巾
に低減できる精錬方法ならびにその装置を提案する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明方法
は、取鍋内の溶融金属浴の上に存在するスラグ中にニッ
プルを介して黒鉛電極が順次に接続される黒鉛電極列の
先端を浸漬し、このスラグ中で高温ア−クを発生させて
溶融金属浴を加熱精錬する取鍋精錬方法であって、この
取鍋の上部開放部を炉蓋によって閉鎖し、この炉蓋の上
部において黒鉛電極の外周に冷却液を上向きに傾斜させ
て吹付けることによって、黒鉛電極を冷却する。

【００１８】この冷却液の上向きの吹付け角を水平レベ
ルに対し０°をこえて６０°以下にする。

【００１９】また、冷却液の吹付け量は２〜１０リット
ル／分にする。

【００２０】また、冷却液として水を噴射する。

【００２１】また、冷却液は、耐酸化剤を含み残余が実
質的に水から成っている。

【００２２】また、精錬炉から溶融金属を受鋼する取鍋
を走行台車にのせて走行できるよう構成する一方、この
取鍋の上部の開放部を閉鎖する炉蓋を所定のところに固
定して配置し、この炉蓋上において取鍋内の溶融金属浴
上のスラグ中に先端が浸漬されてア−クを発生させる黒
鉛電極の周囲を包囲する環状導管を設け、この環状導管
の内側の少なくとも一部には、上向きに冷却液を噴出す
る噴射ノズルを設ける。

【００２３】この噴射ノズルの吹付孔は、０°をこえて
６０°以下の傾斜角をもって上向きに傾向させる。

【００２４】そこで、これら手段たる構成ならびにその
作用について、図面によって具体的に説明すると、次の
通りである。

【００２５】なお、図１は、本発明方法によって、取鍋
内精錬に供せられる黒鉛電極に冷却液を吹付けて冷却し
ながら、溶融金属を精錬する際に使用する装置の一例を
示す説明図である。

【００２６】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ならびに
（ｄ）は、本発明方法によって取鍋内精錬する際の一例
の各過程を示す説明図である。

【００２７】図３は、図１に示す精錬装置における環状
冷却管の一例を拡大して示す説明図である。

【００２８】まず、図２（ａ）において、製鋼炉、ア−
ク電気炉などの精錬炉（図示せず）によって溶解精錬さ
れた溶鋼、すなわち、溶融金属１は取鍋１０に受けられ
る。取鍋１０内には溶融金属１の上に混入したスラグ２
が浮上する。

【００２９】取鍋１０は後記の通りの走行台車２０の上
にのせられて走行し（図２（ｂ）参照）、炉蓋及び黒鉛
電極列４０が配置された取鍋精錬装置３０のところまで
移動し、黒鉛電極列４０が取鍋内に挿入される（図２
（ｃ）参照）。

【００３０】図２（ｃ）においては、図１に示すよう
に、炉蓋及び黒鉛電極列４０が配置されている取鍋内精
錬装置３０を示す。この精錬装置３０によって取鍋内の
溶融金属１０は黒鉛電極によりア−ク加熱される。すな
わち、図１において符号４１は、黒鉛電極を示し、黒鉛
電極４１はニップルを介して順次に接続され、黒鉛電極
列４０が形成される。黒鉛電極列４０は、取鍋精錬装置
３０の炉蓋３１内を貫通し、炉蓋３１より上方にある上
部の黒鉛電極４１は電極ホルダ４２（図１において一部
が示されている）によって炉蓋とは別に昇降自在に把持
される。

【００３１】炉蓋３１は一対の吊梁３２によって昇降自
在に支承されている。取鍋１０が走行台車１１にのせら
れて炉蓋３１の下に達したときには、吊梁３２が作動し
て炉蓋３１が下降し、取鍋１０の上部の開口部が閉塞さ
れる。走行台車１１は車輪１２によって走行され、取鍋
１０は受け１３にうけられる。受け１３はボ−ル１４に
よって取鍋１０の中心軸の周りで回転できるよう構成さ
れている。炉蓋３１の略々中心には、黒鉛電極列４０が
貫通し、その周囲は所望に応じて集じんフ−ド３３が設
けられ、精錬時に発生するダストなどの粉じんが吸引除
去される。

【００３２】また、炉蓋３１には供給シュ−ト３４が設
けられ、精錬時に必要な金属、合金、造滓剤などが所望
に応じて添加される。

【００３３】黒鉛電極列４０は炉蓋３１を貫通し、その
先端は溶融金属１上のスラグ２の中に埋められて、この
スラグ２の中で精錬に関与する黒鉛電極４１によってス
ラグ２をア−ク加熱し、このスラグ２中のア−ク加熱に
よって溶融金属１は加熱され、精錬が行なわれる。

【００３４】なお、取鍋内精錬で脱ガス処理などを行な
うときには、取鍋１０の底部にポ−ラスプラグ１５を設
け、このプラグ１５からアルゴンガスなどを吹込んで溶
融金属１に所定の撹拌を与えることもできる。

【００３５】また、黒鉛電極列４０に３相交流電圧を印
加して加熱する場合には、炉蓋３１のセンタ−を中心と
する所定半径の円サ−クル上に間隔をおいてニップルを
介して順次に接続される黒鉛電極列４０が３本配置さ
れ、炉蓋３１を貫通する。

【００３６】また、交流加熱に代って、直流加熱する場
合は、１本の黒鉛電極列４０が炉蓋３１のほぼ中心を貫
通して配置され、この黒鉛電極列４０に直流電圧が印加
されて直流加熱される。

【００３７】以上の通りに構成される取鍋精錬装置にお
いて、炉蓋３１上で黒鉛電極列４０の周囲を包囲して環
状導管５０を設ける（図１ならびに図３参照）。すなわ
ち、図１に示すように、３本の黒鉛電極列４０を用いて
３相交流電圧を印加する場合には、各黒鉛電極列４０に
ついてそれぞれ環状導管５０を設ける。

【００３８】各環状導管５０の内側には間隔をおいて噴
射ノズル５１を設け、各噴射ノズル５１から上向きに傾
斜させて冷却液５３を吹付ける。なお、環状導管５０は
円状に構成することもできるが、黒鉛電極列４０を流れ
る電流による磁気的影響を排除するため、一部を切断し
て一部に切欠き部を構成することもできる。

【００３９】すなわち、図１ならびに図３に示すよう
に、冷却液５３を吹付けるために、黒鉛電極４１の外周
に環状導管５０を配置し、環状導管５０には冷却液が送
られる。環状導管５０の内面には噴射ノズル５１を上向
きに傾斜させて取付けられ、噴射ノズル５１から冷却液
５３が上向きに指向されて噴射し、黒鉛電極４１の外周
面上に吹付けられる。

【００４０】環状導管５０の内面の各噴射ノズル５１は
黒鉛電極４１の中心に向って指向し、各噴射ノズル５１
の先端は、図３に示す通り、斜め上向きに０°をこえて
６０°以下の上向き傾斜角θをとって傾斜させる。

【００４１】このように噴射ノズル５１を取付けると、
連続的に供給される冷却液５３は、環状導管５０を経て
各噴射ノズル５１から、斜め上向きに噴射され、冷却液
５３は、図３で、符号５３１で示すル−プを形成して、
下向きになり、黒鉛電極４１の外周面に沿って流れ、こ
の冷却液５３が下向きに下降する間に、黒鉛電極４１を
冷却する。

【００４２】上向きに噴射された冷却液５３は、一旦ル
−プ５３１を形成し、そこで、噴射時のエネルギを相当
失なってから、黒鉛電極４１の外周面に沿って層状に流
れる。このため、黒鉛電極４１の外周面上を流れる冷却
液５３は、ほとんど飛散することなく、黒鉛電極４１の
外周面を均一にむらなくおおう。また、炉蓋３１を経て
取鍋１０内に入っても、冷却液は内部の熱により気化さ
れ消滅し、水性反応などが起こる余地がないほか、その
反応で生じる水素が溶鋼中に入ることがない。

【００４３】更に詳しく説明すると、取鍋１０内におい
て溶融金属１の表面はスラグ２によっておおわれ、この
スラグ２中に黒鉛電極列４０の先端が浸漬してア−ク加
熱される。このア−ク加熱によってスラグ２と炉蓋３１
との間はア−ク加熱による放射伝熱により相当高温に加
熱されている。

【００４４】このため、冷却液５３の一部が取鍋１０内
に入ることがあっても、その量がある程度許容できる範
囲内にあるときには、直ちに気化して消失する。更に、
このときに水素が生成しても、スラグ２によっておおわ
れているために溶融金属１中に入る余地はほとんどな
い。

【００４５】しかしながら、冷却液５３の侵入が許容限
度をこえると、水素爆発や、溶融金属中への水素の侵入
をおこす。

【００４６】これに対し、上向きに噴射し、途中でル−
プ５３１を形成すると、冷却液５３のほとんどが黒鉛電
極４１の外周に接触し、この均一で円滑な冷却液５３の
接触によって黒鉛電極４１の外周には均一なフィルム層
５３２が形成できる。このようなフィルム層５３２の形
成は、黒鉛電極４１の外周が均一に黒色化していること
からもわかり、このような冷却であると、冷却液による
冷却は、単に各黒鉛電極４１に対する吹付量を調整する
だけで効果的な冷却を達成できる。

【００４７】なお、厳格な品質が要求されるときには、
図２（ｄ）に示すように、その後、脱ガスなどの処理を
取鍋１０に溶融金属１を入れたままで行なえば良い。

【００４８】このように上向きに傾斜させて吹付ける場
合、吹付量は、２〜１０リットル／分、好ましくは、３
〜９リットル／分の適正範囲内に保つことが好ましい。
更に、適正範囲内で黒鉛電極の直径と対応して最適値を
求め、この最適値の冷却液を吹付けて冷却する。

【００４９】このように冷却すると、冷却液５３はほと
んど飛散することなく、ほとんどの冷却液５３は黒鉛電
極列４０の各黒鉛電極４１の外周面上を流れ、その冷却
効果は取鍋１０内の黒鉛電極４１の先端まで及んで、過
冷却になることなく、適正に冷却され、電極原単位は大
巾に減少する。

【００５０】この場合、上向きの傾斜角θが０°（０°
を含まない）〜６０°の範囲にあると、吹付又は噴射圧
力の調節の範囲がある程度拡大し、それほど噴射圧力を
調節しなくとも、ル−プが適正に形成されれば、黒鉛電
極で反射される量が少なく、先端までの冷却効果も十分
で電極原単位も減少する。

【００５１】また、冷却液の流量の適正範囲の下限が２
リットル／分、なかでも３リットル／分であるのは、そ
れ以下になると、上向き傾斜角θが上記範囲内にあって
も、冷却液の流量が不十分で所定の冷却効果が達成でき
ないからである。

【００５２】また、冷却液の流量が適正範囲の上限の１
０リットル／分をこえると、取鍋内精錬に使用される程
度の径の黒鉛電極では黒鉛電極列全体の冷却が過剰とな
り、かえって、過冷却分の加熱に余分の電力がかかり、
電力原単位が上昇して好ましくないからである。

【００５３】なお、上記のところでは、複数個のノズル
から冷却液を吹出す例を示したが、上記の条件のもとで
あれば、一つのノズルから冷却液を吹出すこともでき、
又複数の吹付孔だけでノズルを省略しても良い。この場
合には、冷却装置そのものの構造をコンパクトにでき
る。

【００５４】

【実施例】

実施例１．まず、表１に示す通り、各種直径の黒鉛電極
をニップルを介して接続した黒鉛電極列を用いて、炉蓋
より上方において、主として水道水から成る冷却液を上
向きの傾斜角θ（＝２０°）をとって傾斜させて吹付け
て冷却しつつ、ア−ク電気炉で溶製した溶鋼を取鍋にう
けて、図１に示す装置によって取鍋内精錬を行なった。

【００５５】この際、冷却液としての水道水は、各直径
毎の黒鉛電極について、流量を変化させ、黒鉛電極の直
径と流量とに対する電極原単位ならびに電力原単位を求
めた。なお、従来例は、本発明と異なって冷却液を吹付
けないものである。

【００５６】この結果は、表１に示す通りであった。

【００５７】

【表１】

【００５８】表１に示す通り、黒鉛電極の寸法が径１２
〜１８インチの範囲内では、各電極について冷却水量４
〜９リットル／分の範囲が適当であり、なかでも、径１
４インチの電極であると、冷却水量５〜６リットル／分
にすると、電極原単位は２０％近くも改善された。

【００５９】また、このような取鍋精錬後の溶鋼中の
［Ｈ］ならびに［Ｏ］の含有量を求めたところ、［Ｈ］
は３ｐｐｍ、［Ｏ］は２０ｐｐｍであり、これらの値
は、従来例のものとほぼ同等であった。

【００６０】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、本発明は、取
鍋内においてニップルを介して黒鉛電極が順次に接続さ
れる黒鉛電極列によるア−ク加熱を利用して溶融金属浴
を加熱精錬する際に、この取鍋の上部開放部を炉蓋で閉
鎖し、この炉蓋上において、黒鉛電極列の外周に対し冷
却液を上向きに傾斜させて吹付ける一方、黒鉛電極列の
先端を溶融金属の浴上のスラグ層の浸漬させて加熱精錬
する溶融金属の取鍋精錬方法ならびにその装置である。

【００６１】したがって、ア−ク加熱に供せられる黒鉛
電極の外周はル−プされて下向きに流れる冷却液によっ
て全てがおおわれ、効果的に冷却でき、酸化消耗は最小
限におさえられ、大巾な電極原単位の低減が達成でき
る。

【００６２】更に、取鍋内の溶融金属の表面をスラグで
おおい、このスラグを有効に利用するため、冷却液の侵
入があっても品質を損なうことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法によって、取鍋精錬に供せられる黒
鉛電極に冷却液を吹付けて冷却しながら、溶融金属を精
錬する際に使用する装置の一例を示す説明図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）ならびに（ｄ）は、本
発明方法によって取鍋精錬する際の一例の各過程を示す
説明図である。

【図３】図１に示す精錬装置における環状冷却管の一例
を拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

１ 溶融金属 ２ スラグ １０ 取鍋 ２０ 走行台車 ３０ 取鍋内精錬装置 ３１ 炉蓋 ４０ 黒鉛電極列 ４１ 黒鉛電極 ５０ 環状導管 ５１ 噴射ノズル

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取鍋内においてニップルを介して黒鉛電
   極が順次に接続される黒鉛電極列によるア−ク加熱を利
   用して溶融金属を加熱精錬する際に、前記取鍋の上部開
   放部を閉鎖する炉蓋の上部において前記黒鉛電極列の黒
   鉛電極の外周に対し上向きに傾斜させて冷却液を吹付け
   て冷却する一方、前記黒鉛電極列の先端を溶融金属上の
   スラグ中に浸漬してア−ク加熱することを特徴とする溶
   融金属の取鍋精錬方法。
2. 【請求項２】 前記冷却液を上向きに吹付ける際の傾斜
   角を水平レベルに対し０°をこえて６０°以下にするこ
   とを特徴とする請求項１記載の溶融金属の取鍋精錬方
   法。
3. 【請求項３】 前記冷却液の吹付量を２〜１０リットル
   ／分にすることを特徴とする請求項１または２記載の溶
   融金属の取鍋精錬方法。
4. 【請求項４】 前記冷却液として水を噴射することを特
   徴とする請求項１、２または３記載の溶融金属の取鍋精
   錬方法。
5. 【請求項５】 前記冷却液が耐酸化剤を含み残余が実質
   的に水から成ることを特徴とする請求項１、２または３
   記載の溶融金属の取鍋精錬方法。
6. 【請求項６】 走行台車上にのせられて走行する取鍋が
   走行する走行経路上に、この取鍋の上部の開放部を閉鎖
   する炉蓋が設けられ、この炉蓋を貫通しその先端で前記
   取鍋内の溶融金属をア−ク加熱する黒鉛電極列が配設さ
   れ、 前記炉蓋上において前記黒鉛電極列の周囲を包囲しかつ
   冷却液が導入される環状導管が設けられ、この環状導管
   の内側の少なくとも一部に、上向きに前記冷却液を噴射
   して前記黒鉛電極列の外周に前記冷却液をル−プさせて
   吹付ける吹付孔又は噴射ノズルを設けて成ることを特徴
   とする溶融金属の取鍋精錬装置。