JPH02282692A - 溶融金属のためのガスを伴った電気炉およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野〕 この発明は、ソールと称される耐火物の内側コーティン
グで内張されたバットと、側壁と、バットの上部開口部
を覆い、かつ電極を延出させる孔部が設けられた天井と
、出湯手段（出湯ノズルまたは偏心した出湯孔）とを有
するタイプの電気炉中でのガスを伴った溶融金属の処理
に関する。

このような処理において、溶融金属の撹拌を確実にする
ためにガスを用いることが一般的である。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］近年
、溶鋼のための取鍋において、底から不活性ガスを吹き
込む装置が用いられている。この場合に、不活性ガスの
利用は、溶鋼における化学組成および温度の良好な均一
性を与える。同様に、酸素を上部から吹き、不活性ガス
を底部から吹く転炉において、ガス撹拌は特に溶融金属
の均一化および金属−スラグ間の化学反応の促進のため
に用いられる。

電気アーク炉でのスクラップ鉄の溶解は種々の欠点があ
り、それは以下のようなものである。

電気アークから供給されるエネルギーは、主に電気アー
ク領域および金属浴の上部に吸収され、このことは金属
浴の温度分布の不均一を引起こす。

このような不均一分布は、より低温の領域にある鋼を溶
解するために要求される電気エネルギーの増加をもたら
す。

アーク炉において、溶鋼の浴はあまり高（なく、また大
きな表面領域を覆っており、このことは溶鋼が異種の化
学組成を有しているという事実の一因となる。

溶解および精錬の期間における酸素の吹き込みは、金属
浴表面の鋼の過剰酸化をもたらす。

金属−スラグ間の化学反応は、金属浴の表面で主に生じ
、溶鋼の弱い動きによって影響されない。

以上のような欠点はアーク炉の底から溶鋼を撹拌するこ
とにより最小にすることができるということが一般的に
認識されている。

溶鋼を撹拌するための種々の装置が知られている。公知
の方法においては、多孔質耐火物を用いて底部から不活
性ガスを導入することにより、取鍋中の溶鋼を撹拌して
いる。この方法は、加圧下でガスは透過し得るが、溶鋼
は透過し得ない性質を有する耐火レンガまたはポーラス
プラグを利用する。ポーラスプラグは取鍋の耐火物コー
ティングの一部をなす。それは、取鍋が満たされた際に
、溶融金属で覆われるように取り付けられる。溶鋼の撹
拌は、ポーラスプラグを介して、または耐火レンガを介
してガスを導入することによってなされる。

現在に至るまで、アーク炉へのこの技術の適用は、工業
的に開発されていない。なぜならば、ポーラスプラグお
よび耐火レンガの寿命（連続操業においてせいぜい４０
サイクル）は、生産性のロスなくガス吹き込みのための
装置を交換することを妨げるというアーク炉の利用に固
有の制限の観点からは不十分であるからである。

他の公知方法においては、これは上方から酸素を吹き込
む転炉に使用されるものであるが、不活性ガスによる溶
融金属の撹拌が非孔質材料の部材でつくられた装置によ
り可能になる。この非孔質の部材は、その全高に亘って
ガスの吹き込み方向に延び、かつガスが流れることを許
容する裂は目を有する。現在までに溶融金属を撹拌する
ためのこれらの装置は、現在の特別な要求のために、ア
ーク炉において有意に使用されてはいなかった。

事実、アーク炉のソールに使用される耐火物の熱抑制力
は、転炉の底部と比較した際のソールの薄さのために増
大される。さらに、溶鋼の注出を偏心した出湯孔を介し
て実施する場合に、通常炉の底部に若干の溶融金属が存
在し、この溶融金属は吹き込み装置の開口部を覆い、そ
れらを点検することを妨げる。このような欠点は、ガス
および溶融金属の動きの重要性の結果、アーク炉におい
て未だ増大している。このガスおよび溶融金属の動きは
、ローデイグの際のスクラップ鉄の落下に伴う重要な機
械的抑制を生じさせる。加えて、アーク炉に使用される
ソールの耐火物の化学的な浸食が存在する。この浸食は
、その耐火物、溶融金属、およびスラグの間の化学反応
の結果生じる。これら全ての理由により、転炉に使用さ
れている不活性ガスによる撹拌技術は、直接アーク炉に
適用することができなかった。

電磁効果を用いてアーク炉中で溶融金属を撹拌する方法
もある。この方法はアーク炉のバットの直下に取り付け
られた装置によって実行される。

これは、撹拌力に一定の限界があり、また高い資金が要
求されるという欠点がある。

他の方法は、英国特許２．１９２．４４６号に記載され
たものであるが、その全長に亘って吹き込み方向に延び
る複数の小管が貫通する耐火レンガを有する吹き込み装
置を介してアーク炉の底部の溶鋼を撹拌することが可能
である。この装置において、金属小管は溶融サイクルの
間に溶融金属と直接接触し、このことは、吹き込み装置
に特有な電気的絶縁システムを付加することなく炉の金
属製囲いを溶融金属の塊りから電気的に絶縁することを
妨げる。さらに、吹き込み装置が劣化した場合に、それ
を交換する必要があるが、それは電気炉が停止している
時にしかできず、このことは生産性の低下の結果となる
。

他の方法は、ヨーロッパ特許０２４０９９８号に記載さ
れたものであるが、羽］コによりア・−り炉の底部にあ
る溶鋼を撹拌することが可能である。

この方法において、溶融サイクルの間に、ガスの使用を
止めたり、再び開始したりすることが不可能である。

［課題を解決するための手段および作用および効果］ この発明の目的は、炉のソールを冷却することなく、ま
た生産性の低下もなく、ソールの破壊の危険性を最小に
し、かつガス吹き込み装置が磨耗した際にそれを繰り返
し修繕可能にして、アーク炉の底部にガスを吹き込む技
術を改良することにある。この発明の他の目的は、簡易
で通常の、溶融金属とアーク炉の金属フレームとの電気
的絶縁を許容することにある。

こ、れらの目的は、この発明に係る炉のソールに取付け
られた吹込みガスのための各装置により達成することが
できる。この装置は、ガスの通過を許容する複数の中空
金属のチューブまたはスリット、またはチャネルが、そ
の中をその全高に亘ってガス吹込み方向に延長すると共
に、緻密な非孔質材料でつくられた緻密質ブロックで形
成された下部インジェクターを備え、この下部インジェ
クターの上には初期厚みが５０乃至３００ｔｓｔｘの多
孔質練土（ｒａＵｍＢｄ　ｅａｒｔｈ）の塊が載せられ
、この多孔質練土は最大１０μｍの径を有する顆粒状粒
子の状態の非成形耐火物で構成されており、加熱下で溶
融した後に加圧下でガスの通流を許容する。

この多孔質練土はまた、液状金属に対しては不透性であ
る。このような複合構造によれば、下部インジェクター
は多孔質練土が載せられているので、溶融金属が下部イ
ンジェクターの中空金属のチューブまたは溝またはスリ
ットに接触することが回避される。多孔質練土が液状金
属に対して不透性であるという事実は、加圧下で撹拌の
ために供給されるガスのより短い中断の場合でも発生し
得る液状金属のいかなる閉塞または浸透をも回避する。

この意味において、下部インジェクターの損耗は、それ
が熱的、化学的、機械的のいずれであっても存在しない
。さらに、多孔質練土の修繕は、いかなる問題もな（、
アーク炉のソールが冷却するまで待つことな（、極めて
短時間で行うことができる。前記チューブ等の断面積は
０．１２乃至５゜０ｆｆｉＩＷ２であることが好ましい
。

この修繕は、最初の多孔質練土と同じタイプの多孔質練
土を下部インジェクターの上に多量に塗布することによ
ってなされる。この多孔質練土体は、ガスの供給なしに
加熱下で溶融させた後、所望の流量に達するまで加圧下
でガス流を得ることが可能になる。一般的に、吹込み装
置の供給圧は１から１０バールの間である。加えて、連
続的な撹拌が必要でない場合には、ガスの吹込みは停止
することができる。このことは、経済上の改善お・よび
、特にガス供給を不注意により停止した際の安全要因を
規定する。

−の態様においては、下部インジェクターがソールの耐
火物に横並びに一体化しており、ソールの内面の下方へ
延出しており、ソールの壁の内部レベルに達する多孔質
練土体に接触している。

この発明の目的は、また、少なくとも一つの不活性ガス
吹込みのための装置を用い、電気アーク炉のソールの中
に入れられた溶融金属に不活性ガスを吹込むことにより
スクラップ鉄を溶解する方法であって、最初にソールの
耐火物の中に取付けられた下部インジェクターを通過し
、次いで内部の厚みが５０乃至３００１ｍｌであり、最
大１０ａ＋ｓの径を有する顆粒状粒子で形成された非成
形耐火物で構成され、かつ最大１０バールの供給圧力下
で、少なくとも２ＯＮｍ３／時間の流量でガスの通過を
許容する多孔質練土の層を通過することによってガスを
溶融金属に供給することを特徴とする方法を提供するこ
とにある。不活性ガスは、アルゴンおよび／または窒素
および／または二酸化炭素および／またはヘリウムを用
いることができる。

この発明の特徴および利点は、添付図面を参照しつつ以
下の説明により明らかになるであろう。

第１図は、ソール（５）と称される耐火物（８）の内側
コーティングで内張されたバット（７）と、側壁（１）
と、バット（７）の上部開口部を覆い、かつ電極（３）
を延出させる孔部が設けられた天井（２）と、偏心した
出湯口（９）（これは出湯ノズルに置き換えてもよい）
と、を具備したスクラップ鉄を溶解するための電気アー
ク炉を示している。

炉のソール（５）には、１またはそれ以上の撹拌ガスを
吹込むための装置（１０）が設けられている。各吹込み
装置は撹拌効率を増加させるように位置されている。

第２図は、第１図の吹込み装置（１０）の一つを示して
いる。

撹拌装置は、緻密な非孔質材料（１２）で形成され、そ
れを貫通してして複数の中空金属のチューブまたはスリ
ットまたはチャネル（３０）が、その全高に亘ってガス
吹込み方向に延長するとともにガスの通過を許容する下
部インジェクター（１１）を備え、この下部インジェク
ター（１１）の上には初期厚みが５０乃至３００ＩＩｒ
ａの多孔質練土（１３）の塊が載せられ、この多孔質練
土（１３）は加熱下で溶融した後に加圧下で１００乃至
３００ナノバーム（ｎａｎｏｐｅｒｍ）の透過度が与え
られるように最大１０μｍの径を有する顆粒状粒子の状
態の非成形耐火物で構成されている。多孔質練土の気孔
率は、加熱下で溶融した状態で２ＯＮｍ３７時間以上の
流量、かつ１０バールを超えない供給圧力でガスを吹込
むことが可能になるような値である。下部インジェクタ
ー（１１）の高さはソールの壁の厚さよりも小さい。

下部インジェクター（１１）は、ソール（５）の内面（
１４）の下方へ延出しており、ソール（５）の壁の内部
レベルに達する多孔質練土（１３）に接触している。こ
の態様においては、下部インジェクターがソール（５）
の耐火物に横並びに一体化している。

吹込み装置の下部を構成する下部インジェクタ（１１）
は、複数の態様に利用できる。

第３図、第４図および第５図は、吹込み装置（１０）の
下部を構成することができる異なるタイプの下部インジ
ェクター（１１）を示している。

第３図は緻密質非孔質耐火物の垂直板（１５）の組立体
を備えた下部インジェクター（１１）を示し、この垂直
板は、加圧下で吹込み方向にガスが流れることを可能に
する０、１乃至１ｍｍの幅のスロットによって分離され
ている。他の態様の下部インジェクター（１１）におい
ては、耐火物の板はそれらの大面に浅いグループを有し
ており、これらグループは、−旦耐火物板が組立てられ
ると、加圧下において吹込み方向へガスの流れを許容す
る、直線状のチャネルを形成する。これら二つの態様に
おいて、下部インジェクター（１１）は、ガスに対して
不透過性の囲いを構成し、種々の構成要素を一体に保持
することを確実化する金属シース（１７）を有している
。

第４図は、直径が０．５乃至３ＩＩ１１でガスが流れる
方向へ向かう複数（４乃至５０）の微細なチャネル（１
９）が設けられ、緻密な非孔質耐火物で形成され、かつ
特有の断面を有する緻密質ブロック（１８）でつくられ
た下部インジェクター（１１）の態様を示している。こ
の態様においては、金属スリーブがガスを透過しない囲
いを規定している。

第５図は下部インジェクター（１１）の他の態様を示し
ている。この下部インジェクター（１１）は緻密な非孔
質耐火物で形成され、特有の断面を有し、その全長に亘
ってガス通流方向に、少なくとも１個最大５０個の内側
断面積が０．１２ｎｎ＋２乃至５００１ｏｎ２の中空金
属チューブ（２１）が延在するブロック（２０）を有し
ている。この態様においては、中空金属チューブ（２１
）がその下端部において、撹拌ガスを供給するためのチ
ューブ（２３）が中央に設けられたガス分配ボックス（
２２）の複数の開口に接続されている。要すれば、第５
図の下部インジェクター（１１）は、下部インジェクタ
ー（１１）の周りの囲いを規定する金属シースを有する
ことができ、この囲いは下部インジェクター（１１）の
一部分または全長に亘って吹込み方向に延長している。

第６図は、第２図に示した吹込み装置（１０）の−態様
を示している。この態様においては、下部インジェクタ
ー（１１）がソール（５）の全厚に亘って軸方向に延び
ており、ソール（５）の耐火物（８）と横並びに一体化
している。この態様においては、下部インジェクターは
ソールの内壁（２４）のレベルで開口しており、多孔質
練土（２５）がソール（５）の内壁（２４）の一部分、
および下部インジェクター（１１）の全体を覆う。

［実施例］ この実施例を第２図を参照して説明する。この実施例に
おいては、下部インジェクター（１１）は、円形断面を
有すると共に１ａａ＋より小さい径の鋼でつくられガス
の通過を許容する中空金属チューブ（３０）が、その中
をその全高に亘ってガス吹込み方向に延長し、実質的に
マグネシア（ＭｇＯ）とカーボンとからなる緻密な非孔
質材料でつくられた緻密質ブロック（１２）を有してい
る。

この下部インジェクター（１１）上には、初期厚み２０
０■の多孔質練土（１３）が載せられている。この厚み
は、多孔質練土の上面がソールの内面（２４）と同じレ
ベルであるようにして計算され　ｔこ　。

多孔質練土は、塑性および顆粒状粒子のサイズが下記の
表に記載された溶融マグネシアを主体とする非成形耐火
物のドライラミング （ｄｒｙ　ｒａｉｌｎｇ　）である。多孔質練土の嵩密
度は２　、　２　ｋｇ／　ｄ１３である。吹込み装置を
操作するために、最初に下部インジェクターを炉のソー
ルに設置し、次いで多孔質練土を、バインダーのない顆
粒状態で、ドライラミングにより下部インジェクター上
の炉のソールに設けられた穴に塗布する。

２００℃で乾燥させた後における多孔質練土のつき固め
られた層の見掛は密度は約２　、６　ｋｇ／　ｄａ３で
ある。多孔質練土の気孔率は、下部インジェクターが最
大ｌＯバールの圧力下で供給された際に、多孔質練土を
通過するガスの流全が少なくとも２０８ｍ’　／時間と
なるようなものとする。

一般的に、溶融マグネシアを主体とする多孔質練土の化
学組成は以下の第１表のように要約することができる。

第１表 耐火物層の透過度、１００乃至３００ナノバーム（Ｎａ
ｎｏｐｅｒｍ）は、多孔質練土の特別な増粒によって得
られる。好ましい態様においては、粒子のサイズは以下
のように分布される。

０〜０．５ｍｍ　　　：約３０重量％ ０．５１１＋ｍ〜２ｎ＋ｍ　　　：約３０重量％２ＩＩ
１１　〜５１１Ｉｌ：約４０重量％他の実施例において
は、前記保護層が、好ましくはタールおよび／またはロ
ジンおよび／または合成樹脂で結合された溶融マグネシ
アを主体とする耐火物で構成された練土でつくられてい
る。この練土はその層に対しより優れた粘着性を提供す
る。実施において、タール、ロジン、または合成樹脂は
焼成により分解し、ガスが逃げる微細なチャネルが残有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るスクラップ鉄を溶解するための
電気アーク炉を示す図、第２図は第１図に示す図におけ
る吹込み装置の一つを示す図、第３図、第４図および第
５図はそれぞれ下部インジェクターの態様を示す図、第
６図は吹込み装置の他の実施例を示す図である。 ５；ソール、１０；吹込み装置、１１；下部インジェク
ター　１３；多孔質練土、３０；チューブ 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）炉のソールと称される耐火物の内側コーティング
   で内張されたバットと、側壁と、バットの上部開口部を
   覆う天井と、天井に貫通して設けられ電極を延出させる
   孔部と、出湯ノズルまたは偏心した出湯孔とを有するス
   クラップ鉄を溶解するための電気アーク炉において、前
   記ソールは、ガスの通過を許容する１または複数、好ま
   しくは５０より少ない中空金属のチューブまたはスリッ
   ト、またはチャネルが、その中をその全高に亘ってガス
   吹込み方向に延長すると共に、緻密な非孔質材料でつく
   られた緻密質ブロックで形成された下部インジェクター
   を有する溶融金属撹拌するガスを吹込むための吹込み装
   置を備え、前記下部インジェクターの上には初期厚みが
   ５０乃至３００ｍｍの多孔質練土の塊が載せられ、この
   多孔質練土は最大１０μｍの径を有する顆粒状粒子の状
   態の非成形耐火物で構成されており、前記多孔質練土の
   粒度は、加熱下で溶融した後に前記多孔質練土が１００
   乃至３００ナノバームの透過度を有するようなものであ
   ることを特徴とするスクラップ鉄を溶解するための電気
   アーク炉。 （２）前記練土の透過度が、１０バール以下の圧力供給
   下で、吹込み装置１基あたり少なくとも２０Ｎｍ＾３／
   時間の流量を許容するようなものである請求項１に記載
   の電気炉。 （３）前記吹込み装置は少なくとも１基で６基以下であ
   る請求項１に記載の電気炉。 （４）前記多孔質練土は、好ましくはバインダーを用い
   ないドライラミングであり、５０乃至９０重量％のマグ
   ネシア（ＭｇＯ）と、５乃至２０重量％のライム（Ｃａ
   Ｏ）と、０乃至５重量％のアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）
   と、０乃至２重量％のシリカ（ＳｉＯ＿２）と、２乃至
   ７重量％の酸化鉄（Ｆｅ＿２Ｏ＿３）とを含んでいるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の電気炉。 （５）前記多孔質練土は、７０乃至８０重量％のマグネ
   シア（ＭｇＯ）と、１５乃至２０重量％のライム（Ｃａ
   Ｏ）と、０乃至１重量％のアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）
   と、Ｏ乃至１重量％のシリカ（ＳｉＯ＿２）と、３乃至
   ６重量％の酸化鉄（Ｆｅ＿２Ｏ＿３）とを含んでいるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の電気炉。 （６）前記多孔質練土は以下のような粒径分布を有して
   いることを特徴とする請求項４または５に記載の電気炉
   。 ０〜０．５ｍｍ：約３０重量％ ０．５ｍｍ〜２ｍｍ：約３０重量％ ２ｍｍ〜５ｍｍ：約４０重量％ （７）前記練土は少なくとも１の耐火物、好ましくは溶
   融マグネシアを主体としたものと、実質的にタールおよ
   び／またはロジンおよび／または合成樹脂からなるバイ
   ンダーとでつくられていることを特徴とする請求項１に
   記載の電気炉。 （８）前記下部インジェクターは、前記ソールの内面の
   下方へ延長していることを特徴とする請求項１に記載の
   電気炉。 （９）前記下部インジェクターは、実質的にソールの内
   面のレベルに達し、前記ソールの内壁から広く盛上った
   多孔質練土の被覆層に面していることを特徴とする請求
   項１に記載の電気炉。 （１０）前記下部インジェクターは、加圧下で吹込み方
   向にガスが流れることを可能にする０．１乃至１ｍｍの
   幅のスロットによって分離された緻密質非孔質耐火物の
   垂直板による組立体からなっており、この下部インジェ
   クターはガスに対して不透過性の金属シースで囲まれて
   いることを特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記
   載の電気炉。 （１１）前記下部インジェクターは、緻密な非孔質の耐
   火物でつくられていると共に、その全長に亘ってガス通
   流方向に、少なくとも１個最大５０個の内側断面積が０
   ．１２ｍｍ＾２乃至５００ｍｍ＾２の中空金属チューブ
   がその中に延在する緻密質ブロックからなっていること
   を特徴とする請求項１乃至９いずれか１項に記載の電気
   炉。 （１２）前記下部インジェクターは、直径が０．５乃至
   ３ｍｍでガスが流れる方向へ向かう４乃至５０の微細な
   チャネルが設けられ、緻密な非孔質耐火物でつくられた
   緻密質ブロックからなることを特徴とする請求項１乃至
   ９いずれか１項に記載の電気炉。 （１３）前記下部インジェクターは、前記ソールの耐火
   物と横並びに一体化していることを特徴とする請求項１
   に記載の電気炉。 （１４）少なくとも一つの不活性ガス吹込みのための装
   置を用い、電気アーク炉のソールの中に存在する溶融金
   属に不活性ガスを吹込むことによりスクラップ鉄を溶解
   する方法において、最初にソールの耐火物の中に取付け
   られた下部インジェクターを通過し、次いで内部の厚み
   が５０乃至３００ｍｍであり、最大１０ｍｍの径を有す
   る顆粒状粒子で形成された非成形耐火物で構成され、か
   つ最大１０バールの供給圧力下で、少なくとも２０Ｎｍ
   ＾３／時間の流量でガスの通過を許容する多孔質練土の
   層を通過することによって溶融金属にガスを供給するこ
   とを特徴とするスクラップ鉄を溶解する方法。 （１５）前記不活性ガスは、アルゴンおよび／または窒
   素および／または二酸化炭素および／またはヘリウム、
   これら単独または混合物から選択されることを特徴とす
   る請求項１４に記載の方法。 （１６）多孔質練土が損耗した際に、吹込み装置の修繕
   は、電気炉の操業を停止することなく、かつ炉のソール
   を冷却することを許容することなく吹込み装置の上に多
   孔質練土を塗布することによりなされることを特徴とす
   る請求項１４または１５に記載の方法。 （１７）電気炉の通常の操業の間、吹込み装置の金属部
   分は溶融金属との接触がないことを特徴とする請求項１
   ４に記載の方法。 （１８）炉の通常の操業の間のいかなる時もガスの吹込
   み装置のいかなる閉塞および損傷もなくガスの吹込みが
   停止され、また再び開始されることを特徴とする請求項
   １４に記載の方法。 （１９）請求項１乃至１３いずれか１項に係る炉および
   ／または請求項１４乃至１８いずれか１項に係る方法の
   鋼の溶解への適用。