JPH11223464A - 電気炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気炉のホットスポット部における炉壁耐火
物の耐用を向上する。 【解決手段】 電気炉２１の下部炉壁２９ｂは、外周面
を形成する鉄皮３６と、炉壁耐火物４６と、気水冷却ジ
ャケット４７とを含む。気水冷却ジャケット４７は、周
方向においては各電極２５に対応した位置であるホット
スポット部に設けられ、半径方向においては鉄皮３６と
炉壁耐火物４６との間に設けられ、高さ方向においては
溶湯面４３ａよりも上方に設けられる。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。下部炉壁２９ｂの近傍には、冷媒
発生装置６５が設けられる。冷媒発生装置６５は、水ミ
ストと空気とから成る冷媒を発生し、冷媒は気水冷却ジ
ャケット４７を冷却する。これによって、気水冷却ジャ
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８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、上部炉壁６ａと下部炉壁６ｂとから
成る。上部炉壁６ａは、鉄皮８と水冷ジャケット９とを
含んで構成され、下部炉壁６ｂは鉄皮８と炉壁耐火物１
０とを含んで構成される。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１
３（以後、溶湯と略称することがある）の溶湯面１３ａ
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
の下方に設けられている。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。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。炉壁耐火物１０の電極５を臨む部分は、ホットスポ
ット部と呼ばれる。

【０００４】図９は、図８に示す電気炉のホットスポッ
ト部における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。炉壁耐火物１
０の炉壁永久耐火物１５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、次のような問題が残されている。 （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。 （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８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の損傷は特に顕著であり、
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。 （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、電気炉１の能率および生産性を大幅に低下さ
せる。

【０００６】本発明の目的は、前記問題を解決し、ホッ
トスポット部における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できる電気炉
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、外周面を鉄皮
で覆われた炉壁および炉底を有し、かつ略円筒状の炉壁
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、炉壁の鉄皮に内張りされる炉壁耐火物と、水
ミストおよび空気から成る冷媒を発生する冷媒発生手段
と、炉壁の鉄皮および炉壁耐火物の間に設けられ、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、冷媒発生手段によって発生される冷媒によっ
て冷却される冷却手段と、炉壁の鉄皮の内周面に配置さ
れ、冷却手段よりも上方で、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。

【０００８】本発明に従えば、冷却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。また冷却手段を冷却する冷媒は、水ミストと空気と
から成るので、冷却能力が高く、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、冷却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、水冷手段は冷却手段よりも上方で、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。

【０００９】また本発明の前記冷却手段は、冷媒通路を
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、ケーシング内に冷媒を
導入する冷媒導入口と、冷媒導入口から離間した位置
で、ケーシング内から冷媒を導出する冷媒導出口と、ケ
ーシング内で、かつ冷媒導入口と冷媒導出口との間でジ
グザグの冷媒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。

【００１０】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、ケーシングには冷
媒導入口と冷媒導出口とが設けられており、ケーシング
内には冷媒導入口と冷媒導出口とを結ぶジグザグの冷媒
通路を形成する仕切板が設けられている。このように、
冷媒通路がジグザグに形成されているので、冷媒通路を
通過する冷媒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、冷媒とケーシングおよ
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
量を冷媒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。

【００１１】また本発明の前記冷却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。

【００１２】本発明に従えば、ホットスポット部に設け
られる冷却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、前記冷却手段と組合せることによって
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
一つの冷却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冷却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。

【００１４】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。また冷却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。さらに冷却手段が炉壁の周方
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。

【００１５】また本発明の前記冷却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。

【００１６】本発明に従えば、冷却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、溶湯の炉壁耐火物への侵入深さを抑制することがで
きる。その結果、冷却手段と溶湯との接触を回避するこ
とができる。

【００１７】

【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３の切断面線ＩＶ−Ｉ
Ｖから見た炉壁の縦断面図である。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、冷媒発生手段６
５と、電極２５と、電極昇降装置３７とを含んで構成さ
れる。

【００１８】炉本体２３は、縦の軸線３１を有する上方
に開口した有底容器であり、外周面が鉄皮３６によって
形成された炉壁２９と、炉底３０とを含んで構成され
る。炉壁２９は、炉本体２３の周壁であり、その形状は
大略的に円筒形である。炉壁２９の軸線は、炉本体２３
の縦の軸線３１と同軸である。炉壁２９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。出湯口３３と
除滓口３４とは、縦の軸線３１に垂直な同一面内に存在
し、除滓口３４は出湯口３３と縦の軸線３１とを結ぶ一
直径線３５上に存在する。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。炉
底永久耐火物３２ａには、ＭｇＯ系耐火れんがが用いら
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系耐火れんがが用いられている。

【００２０】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。炉蓋２
４の軸線は、前記縦の軸線３１と同軸である。小天井部
２６は耐火物構造であり、炉蓋２４の軸線まわりに設け
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が周方向に等間隔をあけて形成されてい
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。

【００２１】冷媒発生手段である冷媒発生装置６５は、
炉本体２３の近傍に設けられ、水ミストと空気とから成
る冷媒を発生する。冷媒は、後述のように水冷構造にす
ることのできない領域における炉壁２９を冷却する。冷
媒発生装置６５の構成については後述する。

【００２２】電極２５は黒鉛製であり、その形状は円柱
状である。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３本配置されてい
る。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、前記一直径線３５に関して炉本体２３
の一側方（図３の上方）に設けられている。電極２５
は、電極クランプ３８によって保持され、電極クランプ
３８は電極支持アーム３９を介して電極支柱４０に連結
されている。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、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
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。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。

【００２３】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（図２の右側）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（図２の左側）に傾動され、出湯口３３から溶
湯を出湯する。

【００２４】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１５００℃未満の比較的低温度で推移す
る。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
１６００℃の高温度に到達する。中でも、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２０００℃以上の高温度に到達する。

【００２５】図１〜図４を参照して、前記炉壁２９は、
上部炉壁２９ａと下部炉壁２９ｂとから成る。上部炉壁
２９ａは鉄皮３６と、水冷手段である水冷ジャケット４
８と、水冷手段である銅パネル４８ａとを含んで構成さ
れ、下部炉壁２９ｂは、鉄皮３６と、炉壁耐火物４６
と、冷却手段である気水冷却ジャケット４７とを含んで
構成される。下部炉壁２９ｂの炉壁耐火物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。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。

【００２６】前記炉壁耐火物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、下部炉壁２９ｂの鉄皮３６の
内周面および気水冷却ジャケット４７の内周面に層状に
少なくとも１層形成される。気水冷却ジャケット４７
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、たとえば気水冷却ジャケット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。
気水冷却ジャケット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系耐火物から成る耐火
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系耐火物から成る
耐火れんがが用いられている。

【００２７】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。炉壁ワ
ーク耐火物４９には、炉壁全周にわたってＭｇＯ−Ｃ系
耐火物から成る耐火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。

【００２８】このように、気水冷却ジャケット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系耐火物が用いられてい
るので、前記冷媒によって冷却される気水冷却ジャケッ
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。また気水冷却ジャケット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系耐火物
が用いられているので、炉壁からの抜熱を抑制すること
ができ、電気炉２１の熱効率を高めることができる。さ
らに、気水冷却ジャケット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４
９中に侵入しても、気水冷却ジャケット４７と溶湯との
接触を回避することができる。気水冷却ジャケット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。

【００２９】気水冷却ジャケット４７は、水ミストと空
気とから成る冷媒によって冷却されるジャケットであ
り、冷却された気水冷却ジャケット４７はさらに炉壁耐
火物４６を冷却する。気水冷却ジャケット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の上下方向に
おいては溶湯面４３ａの直上である。気水冷却ジャケッ
ト４７の上下方向高さは、図１に示すように出湯口３３
に最も近接した電極２５に対応する気水冷却ジャケット
４７においては、ほぼＬ２であり、他の２本の電極２５
に対応する気水冷却ジャケット４７においては、ほぼＬ
１である。すなわち、気水冷却ジャケット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。

【００３０】各気水冷却ジャケット４７の幅すなわち周
方向の長さはいずれも同一であり、かつ図３に示すよう
に前記縦の軸線３１と、各電極２５とを結ぶ各半径線６
３に関して周方向両側に同一長さＬ３ずつ延びている。
この結果、各気水冷却ジャケット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
出湯口３３に最も近接した電極２５に対応する気水冷却
ジャケット４７は、出湯口３３近傍まで周方向に延びて
いるので、出湯口３３とホットスポット部とが重なった
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。前記領域は、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苛酷な領域であ
って、炉壁耐火物４６が最も損傷しやすい領域である。
このため、最も耐用の短い前記領域における炉壁耐火物
４６の損傷を抑制することができる。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。また気水
冷却ジャケット４７が炉壁２９の上下方向において溶湯
面４３ａの直上に設けられているので、水漏れ時の危険
性を回避するために水冷構造にすることのできない溶湯
面４３ａの直上位置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。気水冷却ジャケット４７の構成
については後述する。

【００３１】前記上部炉壁２９ａの水冷ジャケット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、図１に示すように鋼製の炉壁水冷管５
３を上部炉壁２９ａ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。前記上部炉
壁２９ａの銅パネル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３
６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
よび気水冷却ジャケット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４５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よりも冷却能力の大きい銅パネル４８
ａ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。

【００３２】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４４の飛散が活発に生じる
ので、水冷ジャケット４８および銅パネル４８ａ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。

【００３３】図５は、図１に示す気水冷却ジャケットの
構成を簡略化して示す斜視図である。気水冷却ジャケッ
ト４７は、ケーシング５６と、冷媒導入口５７と、冷媒
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、
全体形状は鉄皮３６の内周面に沿って湾曲した形状を有
している。冷媒導入口５７は、ケーシング５６内に冷媒
を導入する管状部材であり、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。冷媒導出口５８は、ケーシング５６内
から冷媒を導出する管状部材であり、ケーシング５６の
周方向他端部側下部に冷媒導入口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。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内に冷媒導入口５７と冷
媒導出口５８とを結び、かつ周方向に交互に折れ曲がる
ジグザグの冷媒流路を形成する。前記ケーシング５６、
冷媒導入口５７、冷媒導出口５８および仕切板５９の材
質は、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ３１０）である。

【００３４】図６は、図２に示す冷媒発生装置の構成を
簡略化して示す系統図である。冷媒発生装置６５は、混
合器６６と、噴霧ノズル６７と、水ポンプ６８と、水タ
ンク６９と、空気圧縮機７０と、空気ブロア７１とを含
んで構成される。水タンク６９に貯留されている水は、
水ポンプ６８によって噴霧ノズル６７に送られる。噴霧
ノズル６７は、水を空気圧縮機７０からの高圧空気によ
って霧化し、発生した水ミストを混合器６６に送り込
む。混合器６６は、水ミストと空気ブロア７１からの空
気とを混合して水ミストと空気とから成る冷媒を発生さ
せ、発生した冷媒を空気を輸送媒体として冷媒供給管路
６０に送り込む。水ミストと空気との割合は、ホットス
ポット部における炉壁ワーク耐火物４９の温度低下量の
目標値に応じて設定される。水ポンプ６８によって送ら
れる水の流量は、流量調整弁７３によって調整され、空
気圧縮機７０からの高圧空気の圧力は、圧力調整弁７４
によって調整される。気水冷却ジャケット４７は、図１
に示すように３本の電極２５に対応して３基設けられて
おり、３基の気水冷却ジャケット４７には図６に示すよ
うに冷媒供給管路６０と、冷媒排出管路６１とが接続さ
れている。冷媒供給管路６０および冷媒排出管路６１
は、気水冷却ジャケット４７の各冷媒導入口５７および
各冷媒導出口５８にそれぞれ接続されている。

【００３５】前記冷媒は、冷媒供給管路６０および冷媒
導入口５７を経て気水冷却ジャケット４７のケーシング
５６内に導入され、ジグザグの冷媒通路を通過して冷媒
導出口５８および冷媒排出管路６１を経て外部に排出さ
れる。このように、冷媒通路がジグザグに形成されてい
るので、冷媒通路を通過する冷媒とケーシング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
熱される熱量を冷媒によって効果的に抜熱することがで
きる。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、冷媒が冷却能力の大きい水
ミストと空気とから成るので、気水冷却ジャケット４７
に供給する冷媒流量を少なくしても所要の冷却効果を得
ることができる。したがって、冷媒発生装置６５の構成
を簡素化、かつ小形化することができる。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
ができる。その結果、築造作業性を向上することができ
る。本実施の形態の気水冷却ジャケット４７は、ステン
レス鋼製であるけれども、その他の材料、たとえば熱伝
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。

【００３６】再び図３を参照して、前記３本の電極２５
は縦の軸線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１
２０°の間隔をあけて配置されている。３本の電極２５
は、縦の軸線３１と前記出湯口３３と、前記除滓口３４
とを結ぶ一直径線３５に関して一方側（図３の上方）に
１本配置されており、前記一直径線３５に関して他方側
に２本配置されている。このように、３本の電極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
ているので、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存在する。したがって、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。

【００３７】図７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７を参照して、本実施形態における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
７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７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、
ＪＩＳＲ ２６１６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、ＭｇＯ−
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１７００
℃、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。

【００３８】図７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判る。前述
のように、前記気水冷却ジャケット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、気水冷却ジャケット４７の冷却能力はＭｇＯ−Ｃ
系耐火物の熱伝導率が大きくなるほど増大する。したが
って、ＭｇＯ−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
有率の増大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、Ｍ
ｇＯ−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に対する濡れ性が低下するか
らである。

【００３９】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。

【００４０】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、下部炉壁２９ｂのホット
スポット部に気水冷却ジャケット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。

【００４１】なお、気水冷却ジャケット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。

【００４２】（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
における下部炉壁２９ｂの炉壁耐火物４６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、鉄
皮３６の内面から半径方向内方に向かって気水冷却ジャ
ケット４７、炉壁永久耐火物５０、炉壁不定形耐火物５
１、炉壁ワーク耐火物４９がこの順序に配置されてい
る。気水冷却ジャケット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、気水冷却ジャ
ケット４７の内周面については１層のＭｇＯ−Ｃ系耐火
れんがから成り、その層厚は６５ｍｍである。これに対
して、気水冷却ジャケット４７の内周面以外の炉壁永久
耐火物５０は、２層の焼成ＭｇＯ−Ｃ系耐火れんがから
成り、その層厚は２層合計で、１３０ｍｍである。炉壁
不定形耐火物５１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系耐火れんがから成り、その層厚は３５０
ｍｍである。

【００４３】従来からの電気炉１における下部炉壁６ｂ
の炉壁耐火物１０は、図９に示すように構成されてお
り、鉄皮８の内面から半径方向内方に向かって、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１
５は、２層の焼成ＭｇＯ系耐火れんがから成り、その層
厚は２層合計で１３０ｍｍである。炉壁不定形耐火物１
６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。

【００４４】表１にＭｇＯ−Ｃ系耐火れんが（材質記号
ＭＣ−１〜ＭＣ−３）および焼成ＭｇＯ系耐火れんが
（材質記号Ｍ−１）の成分および特性値を示す。本実施
例では、ＭｇＯ−Ｃ系耐火れんがの炭素含有率は３水準
変化している。また、気水冷却ジャケット４７に供給さ
れる冷媒の流量は、水ミスト８０ｋｇ／ｈｒ，空気５．
５Ｎｍ³／分である。

【００４５】

【表１】

【００４６】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、気水
冷却ジャケット４７を備えた実施例１は、気水冷却ジャ
ケット４７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３０％向上
し、耐火物コストが約１５％低減すること、炭素含有率
の高いＭｇＯ−Ｃ系耐火れんがを用いた実施例２および
実施例３は実施例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
含有率の最も高い実施例３は、比較例１に比べて炉壁耐
火物の耐用が約４倍となり、耐火物コストは約４０％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。

【００４７】

【表２】

【００４８】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の本発明によ
れば、水ミストおよび空気から成る冷媒によって冷却さ
れる冷却手段が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
設けられているので、それらの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。したがっ
て、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。
また、冷媒の冷却能力が大きいので、冷媒の供給流量を
少なくすることができ、冷媒発生手段の構成を簡素化か
つ小形化することができる。

【００４９】また請求項２記載の本発明によれば、冷却
手段のケーシングには、冷媒通路がジグザグに形成され
ているので、炉壁耐火物から冷却手段に伝熱される熱量
を冷媒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。

【００５０】また請求項３記載の本発明によれば、冷却
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、冷却手段の冷却効果
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。

【００５１】また請求項４記載の本発明によれば、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、冷却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。さらに冷却手段が炉壁の周方向に同一長
さずつ、かつ電極に対応する位置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。

【００５２】また請求項５記載の本発明によれば、冷却
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、冷却手段と溶融金属との接触を回
避することができる。

【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３の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た炉壁の縦断
面図である。

【図５】図１に示す気水冷却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２に示す冷媒発生装置の構成を簡略化して示
す系統図である。

【図７】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】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９】図８に示す電気炉のホットスポット部における
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 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 ４７ 気水冷却ジャケット ４８ａ 銅パネル ６５ 冷媒発生装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周面を鉄皮で覆われた炉壁および炉底
   を有し、かつ略円筒状の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、炉壁の鉄皮に内
   張りされる炉壁耐火物と、 水ミストおよび空気から成る冷媒を発生する冷媒発生手
   段と、 炉壁の鉄皮および炉壁耐火物の間に設けられ、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、冷媒発生手段によって発生される冷媒によって冷
   却される冷却手段と、 炉壁の鉄皮の内周面に配置され、冷却手段よりも上方
   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。
2. 【請求項２】 前記冷却手段は、 冷媒通路を有し、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、 ケーシング内に冷媒を導入する冷媒導入口と、 冷媒導入口から離間した位置で、ケーシング内から冷媒
   を導出する冷媒導出口と、 ケーシング内で、かつ冷媒導入口と冷媒導出口との間で
   ジグザグの冷媒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。
3. 【請求項３】 前記冷却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。
4. 【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冷却
   手段が出湯口近傍まで炉壁の周方向に延びており、各電
   極に対応する各冷却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。
5. 【請求項５】 前記冷却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。