JPH0478690B2

JPH0478690B2 -

Info

Publication number: JPH0478690B2
Application number: JP62016899A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Seki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-01-26
Filing date: 1987-01-26
Publication date: 1992-12-11
Also published as: JPS63183116A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、三相交流又は直流の電弧によりスク
ラツプ、鉱石、金属材料等の溶解、精練を行う電
弧炉の操業方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電弧炉の操業においては、スクラツプ等
の装入原料を溶解する工程で、炉壁から助燃ガス
や溶解促進のための酸素が吹き込まれている。こ
のとき、電弧炉の炉底は、その直径に対し深さの
極めて浅い、いわゆるシヤ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、溶融金属浴とフ
ラツクス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。その結果、フ
エロマンガン、フエロクロム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
に起因した鉄ロスの増加等の欠点があつた。この
欠点を避けるため攪拌力を強化するとき、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、極めて大きなメリツトが期待される。

しかし、電弧炉の場合、溶融金属浴の揺動や激
しい波立ちは、開口部からの溶融金属の洩出、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
床部から不活性ガスまたは酸化性ガス等を炉内に
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。

この電弧炉における溶解促進の方法として、た
とえば、特開昭50−92807号公報に記載されてい
るものがある。これは、溶融金属浴の攪拌を行う
ために炉底に吹込みノズルを配置したもので、吹
込みガスによつて溶融金属浴を強制的に流動化す
る手段を採用したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、単に底吹きのノズルを配置する
だけでは、炉内の浴全体を大きな攪拌強度で攪拌
することができないことは、実験的にも確認され
ている。そして、ノズルの配置や吹込みガスの供
給方向や流量の調整が、効率の良い攪拌のための
重要な条件となることも判つている。

ところで、精練においては従来から、脱硫を十
分に行つて出鋼時にスラグを除いて溶鋼だけを排
出するスラグフリータツピングが行われている。
しかし、特に普通鋼のように出鋼脱硫が一般に行
われる場合には、溶鋼とスラグを同時に排出する
ため、スラグによる溶鋼内への不純物の混入や出
鋼口の耐火物寿命が短くなる欠点があるにもかか
わらず、これを解消できないという問題があつ
た。

本発明は、このような電弧炉における問題に鑑
み、電弧炉の操業において、底吹ノズルにより溶
融金属浴の攪拌を十分に行うと共に炉内で溶鋼の
脱硫を可能として、鋼の清浄化を図ると共に炉壁
耐火物の寿命を長くすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の電弧炉底吹操業方法は、その目的を達
成するために、電弧炉の炉底に底吹ノズルを設け
て溶鋼の攪拌を行なう電弧炉において、出鋼前の
段階において予め炉内に脱硫剤を投入し、前記底
吹ノズルから攪拌用ガスを吹き込んで装入原料を
溶解すると同時に脱硫処理し、更に脱硫後のスラ
グを含む溶鋼の一部を炉内に残留させて出鋼工程
を行うことを特徴とする。

また、そのために使用する電弧炉は、炉体内の
炉床をそのほぼ中央域が最も深い凹状に形成する
と共に攪拌用のガスを溶鋼内に吹き込む底吹ノズ
ルを該炉床に設け、前記底吹ノズルが鋼浴中に常
に浸漬されることが可能な高さに開口を持つ出鋼
口を設けたことを特徴とする。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、実施例により本発
明の特徴を具体的に説明する。

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の第１実
施例における電弧炉の縦断面図及び水平断面図で
ある。

電弧炉の炉体１の炉壁２には、水冷パネル３が
取り付けられている。また、炉体１の中心部分に
は３本の電極４が設けてられており、これらの電
極４に通電することにより電弧炉に投入されたス
クラツプ等の原料を溶解する。また、炉体１のシ
ルレベル以下にある炉床５の炉体１中心付近には
中心ノズル６が設けられており、炉床５の外周部
には少なくとも１個の外周ノズル７が設けられて
いる。

炉体１の左右には、固体原料を装入するための
作業口８と溶解・脱硫後の溶鋼を受鋼鍋（図示せ
ず）に排出する出鋼口９を設けている。作業口８
は原料の溶解によつて得られる浴の上面より上レ
ベルに位置している。また、出鋼口９は炉体１の
内径よりも外部に突出した部分に位置し、第１図
の定常状態の姿勢のときにほぼ鉛直方向に開口軸
線を持つように形成されている。そして、出鋼口
９の上面部は炉床５の最下端よりも高いレベルに
位置し、更に直下には溶鋼の排出を停止するため
のストツパ１０を開閉自在に設けている。

また、炉床５に配置した中心ノズル６は、炉体
１内の略中心に位置し、吹き込むガスの流線が略
鉛直方向を指向するように設置される。一方、外
周ノズル７は、本実施例の場合では、中心ノズル
６を中心とする同一円上に等しい円周ピツチで３
個配置され、ガスの流線が鉛直方向よりもやや炉
芯方向に傾斜するように設置される。そして、炉
体１の半径をＲとするとき、中心ノズル６を中心
とする半径ｒが0.2〜0.8Rの領域内の円上にこれ
らの外周ノズル７を配列する。このような炉体１
の半径に対する外周ノズル７の領域を限定するこ
とにより、ガス吹き込みによる浴の盛り上がり高
さの規制や激しい波立ちの防止を図つて、浴の洩
出を防止できる。また、中心ノズル６との併用に
よつて、浴を大きな攪拌強度で短時間に均一攪拌
を可能とすると共に、滞留を生じやすい炉芯側の
浴を効率的に混合攪拌できる効果によつて、浴を
均一攪拌することができる。その結果、固体装入
物の溶解促進、冶金反応の向上、温度及び成分の
均一化が可能となる。

更に、これらの中心ノズル６及び外周ノズル７
に攪拌用のガスを供給する供給装置２０が設備さ
れる。この供給装置２０からは、CO₂、CO、
Ar、N₂、O₂及び空気等の酸化性又は不活性ガス
等が、中心ノズル６及び外周ノズル７へ配管２１
−１，２１−２，２１−３，２１−４によつて供
給される。そして、これらの中心ノズル６及び外
周ノズル７から吹き込むガスの流量を調節するた
めに、各配管２１−１，２１−２，２１−３，２
１−４には調節弁２２−１，２２−２，２２−
３，２２−４が設けられる。

ここで、電弧炉の操業においては、溶鋼の脱硫
を行うために、出鋼前の段階で予め脱硫剤を投入
しておく。

ここで、浴の攪拌を均一に良好に行うと同時に
脱硫の促進を図るために、中心ノズル６及び外周
ノズル７から吹き込む攪拌用ガスのそれぞれの流
量を適切に設定することが必要である。このこと
を、第３図の線図によつて説明する。

第３図は、中心ノズル６から吹き込む攪拌用ガ
スの流量をQ₁及び３個の外周ノズル７からの総
流量をQ₂としたとき、これらの流量比Q₁／Q₂の
変化に対する浴の挙動を示すものである。すなわ
ち、横軸に流量比Q₁／Q₂をとり、縦軸にQ₁／Q₂
＝0.1を基準として炉壁部分の波打ち高さＨ（実線
で示す）及び均一混合時間τ（破線で示す）をと
つたものである。波打ち高さＨは攪拌用ガスの吹
き込みによつて発生する浴の波動の炉壁部分の高
さであり、均一混合時間τは浴が均一に安定した
攪拌混合となるまでに要する時間である。

この線図によると、中心ノズル６からのガス量
を減少してゆくと、Q₁／Q₂がほぼ0.2程度の付近
で中心ノズル６の存在効果が薄れ、３本の外周ノ
ズル７だけと同様の現象となる。つまり、波打ち
高さＨ及び均一混合時間τは共に上昇し、浴の挙
動が好ましくない状況になる。また、逆にQ₁／
Q₂の値を上げてゆくと、中心ノズル６からのガ
ス吹込み量が過大となつて浴の盛り上がりが大き
くなる。そして、この浴の盛り上がりは炉の中心
付近で生じるため、旋回揺動を伴うようになり、
結果的に波打ち高さＨ及び均一混合時間τは共に
上昇してしまう。

以上のことから、中心ノズル６及び外周ノズル
７から吹き込むそれぞれの攪拌用ガスの流量Q₁，
Q₂の比には最適範囲が存在することが認められ
る。そして、第３図の線図を基にして、これらの
流量比Q₁／Q₂が0.2〜５の値の範囲で調整しなが
ら攪拌を行えばよいことが明らかとなつた。

このような中心ノズル６及び外周ノズル７から
の攪拌用ガスの吹き込みによつて、浴が均一に攪
拌されて溶解を促進し、かつ投入している脱硫剤
の効果によつて溶鋼の脱硫工程が同時に進行す
る。

この後、ストツパ１０を開いて溶鋼を出鋼口９
から受鋼鍋に排出する。このとき、出鋼口９は略
鉛直にその開口軸線を持つので、溶鋼はそのヘツ
ドによつてこの出鋼口９から速やかに流れ出る。
そして、炉床５は図示のように中央部が最も深い
凹形状となつているため、最終的には浴の上面が
第１図の一点鎖線のレベルに達して排出が止ま
る。すなわち、出鋼口９の上端は炉床５よりも上
に盛り上がつた位置にあるため、炉体１を第１図
のように保持した状態では、この出鋼口９の上端
レベルが浴を排出可能な上限となる。

このように、浴の一部を炉体１内に残留させる
と、浴の上面に浮上するスラグが出鋼口９に流れ
込まずに溶鋼のみを排出できる。このため、脱硫
処理された溶鋼がスラグを伴うことなく受鋼鍋に
排出され、鋼の清浄化が図れるとともに受鋼鍋の
耐火物原単位の削減も可能となる。また、出鋼口
９をスラグが通過しないため、流路壁の溶損量も
低下し、炉壁耐火物の寿命の向上も図れる。

更に、炉床５の下部にはスラグを含む溶鋼の一
部が残存するので、中心ノズル６及び外周ノズル
７は常に溶鋼内に浸漬された状態となる。特に、
残留する溶鋼の量を最初の状態の1/10以上に設定
した場合には、溶鋼量が十分であるために、中心
ノズル６及び外周ノズル７に急激な温度変化を与
えることが防止される。このため、これらの中心
ノズル６及び外周ノズル７の損傷を避けることが
でき、寿命の向上が可能となる。したがつて、固
体原料の再装入後のガス吹き込みにおいても、流
路の詰まり等を伴うことなく円滑に作動でき、浴
の攪拌による溶解促進を確実に果たすことができ
る。

第４図及び第５図は本発明の第２実施例を示す
縦断面図と水平断面図である。これらの図におい
て、第１図及び第２図の部材等に対応するものは
同一の符番で指示し、その説明を省略した。ただ
し、本例にあつては、出鋼口９の近傍にも底吹ノ
ズル１１を設けている点が第１実施例と異なる。

底吹ノズル１１は、出鋼口９よりも炉芯側の近
傍位置にその吹込み口を開設し、ほぼ鉛直方向に
攪拌用のガスを吹き込めるように設置される。ま
た、他の中心ノズル６及び３個配置した外周ノズ
ル７と同様に、攪拌用ガスの供給装置２０に配管
２１−５によつてガスが供給され、流量を調節弁
２２−５により調節可能としている。

この第２実施例においても、各ノズルからの吹
込みガスの流量設定を前記のような条件で行い且
つ脱硫剤を投入しておくことにより、溶解の促進
及び鋼浴の脱硫を同時に行える。また、中心ノズ
ル６、外周ノズル７及び底吹ノズル１１は、出鋼
後においてもスラグを含む溶鋼内に浸漬されるの
で、前記と同様にスラグコーテイングされ、寿命
の向上も可能である。

そして、特に出鋼口９の近傍にも底吹ノズル１
１を配置したことにより、この出鋼口９部分に滞
留するスクラツプ塊１２の溶解促進が可能であ
る。したがつて、出鋼口９に大きなスクラツプ塊
１２があつて出鋼流路を閉塞する状態であつて
も、底吹ノズル１１からの攪拌用ガスの効果によ
つて、このスクラツプ塊１２を集中的に溶解を促
進させる。そして、他の中心ノズル６及び外周ノ
ズル７による攪拌効果も併せて出鋼口９部分に堆
積するスクラツプを溶解させることができる。そ
の結果、出鋼工程において、出鋼口９に溶鋼詰り
を伴うようなことはなく、速やかな出鋼が常に行
える。

更に、第６図及び第７図は本発明の第３実施例
を示す縦断面図と水平断面図である。本例におい
ても、第１図及び第２図の部材等に対応するもの
は同一の符番で指示し、その説明を省略した。た
だし、本例にあつては、出鋼口９を斜め上方に設
けるテイーポツト型の炉構造である点が第１実施
例と異なる。

炉体１の側壁に設けられる出鋼口９は、第６図
の定常状態の姿勢で斜め上を向く開口軸線を持つ
ように形成され、外部には溶鋼を受鋼鍋に案内す
るガイド１３を設けている。また、出鋼口９の位
置は、溶鋼の最大レベルよりも下にあり、出鋼前
には溶鋼に浸漬された状態となる。なお、中心ノ
ズル６及び外周ノズル７は、第１実施例と同様に
ほぼ炉体１の中心とその周囲にそれぞれ配置され
ている。

この第３実施例に示す電弧炉では、出鋼する場
合には、第６図において炉体１を反時計方向に傾
転させることにより、溶鋼を出鋼口９から排出す
る。このときの傾転動作においては、出鋼口９に
対する溶鋼のヘツドが一定となるようにし、受鋼
鍋への急激な溶鋼の落下を防止する。

このような、炉体１の傾転によつて溶鋼を排出
するとき、溶鋼との比重差によりスラグは浮上し
溶鋼のみを排出することが可能である。したがつ
て、前記の第１及び第２の実施例と同様に、脱硫
処理後の溶鋼のみを出鋼口９から排出できる。

なお、出鋼後の時点では、スラグを含む溶鋼の
一部を炉体１内に残留させる操作により、ノズル
寿命を長くできることも、前記の実施例と同様で
ある。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、電
弧炉内での溶解工程と予め投入している脱硫剤に
よる脱硫処理を同時に進行させ、炉床に配置した
攪拌用ガスを供給するノズルを常に浸漬するよう
にスラグを含んだ溶鋼の一部を炉内に残留させる
ようにしている。したがつて、従来のように出鋼
時に脱硫する工程を必要とせず、溶解処理が短時
間で行える。また、スラグを含む溶鋼の一部を炉
内に残留させるので、受鋼鍋に出鋼した鋼の清浄
化が可能となり、しかも受鋼鍋の耐火物原単位を
削減できる。更に、攪拌用のガスを供給するノズ
ルは、炉内に残留する溶鋼内に常に浸漬されるた
め、出鋼時及び溶解時の急激は温度変化の影響を
避けることができ、ノズル寿命を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１実施例を示す
縦断面図と水平断面面図、第３図は中心ノズル及
び外周ノズルからの攪拌用ガス流量の比が浴の均
一混合時間及び炉壁部分での波打ち高さに与える
影響を示す。また、第４図及び第５図は本発明の
第２実施例を示す縦断面図と水平断面図、第６図
及び第７図は第３実施例を示す縦断面図と水平断
面図である。

Claims

【特許請求の範囲】１電弧炉の炉底に底吹ノズルを設けて溶鋼の攪
拌を行なう電弧炉において、出鋼前の段階におい
て予め炉内に脱硫剤を投入し、前記底吹ノズルか
ら攪拌用ガスを吹き込んで装入原料を溶解すると
同時に脱硫処理し、更に脱硫後のスラグを含む溶
鋼の一部を炉内に残留させて出鋼工程を行うこと
を特徴とする電弧炉の操業方法。２溶解及び脱硫処理後の溶鋼の内、所期の溶鋼
量のほぼ1/10以上を炉内に残留させ、該残留溶鋼
に底吹ノズルを常に浸漬させることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の電弧炉の操業方法。３炉体内の炉床をそのほぼ中央域が最も深い凹
状に形成すると共に攪拌用のガスを溶鋼内に吹き
込む底吹ノズルを該炉床に設け、前記底吹ノズル
が鋼浴中に常に浸漬されることが可能な高さに開
口を持つ出鋼口を設けたことを特徴とする電弧
炉。４前記出鋼口の近傍に攪拌用ガスを吹き込む底
吹ノズルを併設したことを特徴とする特許請求の
範囲第３項記載の電弧炉。