JPH07286208A - スクラップ連続投入式アーク炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スクラップを連続的にアーク炉内へ投入し、
溶解・精錬を行うスクラップ連続投入式アーク炉におい
て、アーク炉内の溶鋼温度を最も熱効率が高く、溶解効
率が高くなる温度に維持するよう、スクラップのアーク
炉内への投入速度制御が可能なスクラップ連続投入式ア
ーク炉の操業方法を提供する。 【構成】 スクラップ搬送装置２上へのスクラップ積み
込み時刻、その時刻における積み込み量およびスクラッ
プ積み込み後の経過時間と、各時刻におけるスクラップ
の搬送速度の関係から、任意の時刻におけるアーク炉１
内へのスクラップ累積投入量を算出し、これより求めら
れるアーク炉１内の全溶鋼量と、別に検出されるアーク
炉内溶鋼温度よりスクラップ搬送装置２の速度制御を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属材料の溶解、溶
融金属の精錬等に使用される溶解炉において、スクラッ
プを連続的に溶解炉へ投入し溶解・精錬を行う、いわゆ
るスクラップ連続投入式アーク炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属材料の溶解、溶融金属の精錬
等に使用されるアーク炉として、炉内に投入した金属材
料の上方に配設した電極と、炉底あるいは側壁等に取り
付けた電極との間に電流を流し、金属材料の溶解、溶融
金属の精錬等を行う直流式アーク炉や、炉内に投入した
金属材料の上方に配設した三本の電極間に電流を流し、
金属材料の溶解、溶融金属の精錬等を行う交流式アーク
炉等が知られている。

【０００３】これらのアーク炉へのスクラップ装入は、
一般にバケットと呼ばれる容器にスクラップを積み込
み、クレーンにてアーク炉へ搬送した後、バケットの底
部に設けられた蓋を開いてスクラップをアーク炉内に投
入している。

【０００４】このような操業にいては、スクラップ投入
時にアーク炉の炉蓋を開く必要があり、この期間は溶解
作業を中断せざるを得ない。また、炉蓋開時の熱損失が
大きく、さらにスクラップ投入時に、粉塵の飛散が多い
ため、環境を悪化させるといった問題点も有している。

【０００５】これらの問題点を改善する方法として、ス
クラップをアーク炉内へ投入する際に、炉蓋を開閉させ
る必要がなく、溶解作業も連続して可能なスクラップ連
続投入式アーク炉が提案されている。例えば、アーク炉
の炉蓋部にスクラップを投入するための投入口を設け、
これにスクラップ搬送装置を連接し、該搬送装置へのス
クラップ積み込みは、リフティングマグネット付きクレ
ーンによって行い、連続的に炉内に投入できる構造とし
たアーク炉方式が、特開昭６１−５０２８９９号公報等
で提案されている。

【０００６】このようなスクラップ連続投入式アーク炉
の操業においては、予めアーク炉内に溶鋼を残した状態
で溶解を開始し、スクラップを少量ずつこのアーク炉内
の溶鋼中に投入していくことになるが、この際、アーク
炉内でスクラップの溶解速度に合わせてスクラップの投
入速度をバランスよく制御することが溶解を円滑に行う
上で重要となる。

【０００７】例えば、スクラップの投入速度が速すぎる
場合には、アーク炉内の溶鋼温度が下がり、スクラップ
の溶解速度が低下するとともに、極端な場合にはアーク
炉内へのスクラップ投入部分にスクラップが山積み状態
となる。逆にスクラップの投入速度が遅すぎる場合に
は、アーク炉内の溶鋼温度が上がりすぎ、溶鋼表面から
の熱放散が大きくなるため、熱効率が悪化することにな
る。

【０００８】ところで、発明者等は、スクラップの溶解
速度を左右する大きな要因として、溶鋼温度に着目し、
溶鋼温度とスクラップの溶解所要時間との関係について
解析を実施した。

【０００９】その解析結果の一例を図４に示す。図４に
おいて、横軸は溶鋼温度を、縦軸はその温度におけるス
クラップの溶解所要時間を示す。図４中、ａの範囲にお
いては、スクラップの溶解所要時間に及ぼす溶鋼温度の
影響が大きく、溶鋼温度が上昇するにつれ溶解所要時間
は大きく短縮される。

【００１０】また、図４中、ｃの範囲においては、溶鋼
温度の影響は小さく、溶鋼温度を高めても、スクラップ
の溶解所要時間の短縮効果は小さい。この図４中、ｃの
範囲においては、逆に高温の溶鋼表面からの熱損失が増
大することとなるため、熱効率が低下する。

【００１１】このような解析結果から、熱効率を高め、
効率的にスクラップの溶解を行うには、図４中、ｂの範
囲に溶鋼温度を維持することが重要であることが明らか
となった。

【００１２】このようにスクラップ連続投入式アーク炉
の操業においては、アーク炉内の溶鋼温度を適正な範囲
に維持するためのスクラップの投入速度制御が重要とな
るが、従来はアーク炉内でのスクラップの溶解状況の観
察や間欠的に測定されるアーク炉内の溶鋼温度の測定値
を基に、溶鋼温度が高すぎる場合にはスクラップ搬送装
置の速度設定値を上げ、アーク炉内へのスクラップ投入
量を増し、逆に溶鋼温度が低すぎる場合には、スクラッ
プ搬送装置の速度設定値を下げ、アーク炉内へのスクラ
ップ投入量を減少させる等の操作が行われている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、スクラップ
搬送装置に積み込まれるスクラップ量は、スクラップ種
類の違い、嵩比重の違い等によって搬送装置の長手方向
で一定ではなく、搬送装置の速度設定値とアーク炉へ実
際に投入されるスクラップの投入速度とは必ずしも対応
しない。

【００１４】また、アーク炉内へのスクラップの投入速
度とアーク炉内溶鋼温度の降下量との関係は一定ではな
く、これらの関係はアーク炉内に保有される溶鋼量によ
って変わってくる。

【００１５】ここで、アーク炉内の溶鋼量は、その時刻
までに投入されたスクラップ量に関係してくるが、この
投入されたスクラップ量の把握は、前述のスクラップ種
類の違い、嵩比重の違い、あるいはスクラップ搬送速度
の設定値の変更等によって非常に難しいのが実状であ
る。

【００１６】したがって、従来の間欠的に測定される溶
鋼温度の測定値のみでスクラップ搬送装置の速度設定値
を変更する方法では、速度変更後のアーク炉内溶鋼温度
の推定が難しく、溶鋼温度の変化幅が非常に大きくな
り、熱効率を高め、効率的な溶解を行うに必要なアーク
炉内の溶鋼温度の維持が困難であり、このために溶解所
要エネルギーが多大になるという問題を有していた。

【００１７】本発明は、上記した問題点に鑑みてなされ
たもので、アーク炉内の溶鋼温度を最も熱効率が高く、
溶解効率も高くなる温度範囲に維持するように、スクラ
ップのアーク炉内への投入速度制御が可能なスクラップ
連続投入式アーク炉の操業方法を提供することを目的と
する。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した目的
を達成するために、スクラップを連続的にアーク炉へ投
入し、溶解・精錬を行うスクラップ連続投入式アーク炉
を使用する操業方法において、スクラップ搬送装置上へ
のスクラップの積み込み時刻、その時刻における積み込
み量及びスクラップ積み込み後の経過時間と各時刻にお
けるスクラップ累積投入量を算出し、該スクラップ累積
投入量より算出したアーク炉内の全溶鋼量と、アーク炉
内溶鋼温度測定値より、スクラップ搬送装置の速度制御
を行うことを特徴とする。

【００１９】

【作用】スクラップ投入時のアーク炉内の溶鋼温度の降
下量は、おおよそ、その時刻において炉内に保有される
溶鋼の量、温度及び投入されるスクラップの量によって
決定される。ここで、投入電力及び投入された電力エネ
ルギーが溶鋼へ伝わる熱量、すなわち熱効率を一定とし
た場合、スクラップ投入前の炉内の溶鋼の保有熱量をＱ
１、投入されたスクラップへの溶鋼からの入熱量をＱ２
で表すと、スクラップ投入後の溶鋼温度Ｔ２は、おおよ
そ以下の式で表される。

【００２０】Ｔ２＝（Ｑ１−Ｑ２）／Ｃ／Ｗ 但し、Ｑ１＝Ｃ×Ｗ×Ｔ１ ここで、Ｔ１はスクラップ投入前のアーク炉内の溶鋼温
度、Ｃは溶鋼の被熱、Ｗは溶鋼の重量を表す。

【００２１】前式により、スクラップ投入後のアーク炉
内の溶鋼温度を精度よく推定するには、アーク炉内の溶
鋼量の把握が重要となり、特にスクラップを連続的に炉
内に投入するスクラップ連続投入式アーク炉において
は、時々刻々と変化する炉内の溶鋼量をいかにして把握
するかが課題となる。

【００２２】任意の時刻におけるアーク炉内の溶鋼量
は、大きく分けると溶解開始前の残湯量とその時刻まで
にアーク炉内に投入されたスクラップ量の和で表すこと
ができる。ここで、溶解開始前の残湯量は、前回の溶解
作業時におけるスクラップの投入量の合計から炉外への
排出量を差し引いて求めることができる。

【００２３】また、アーク炉内に投入されたスクラップ
量の累計は、以下に述べる方法で求めることが可能であ
る。スクラップ搬送装置へのスクラップ積み込みは、主
にリフティングマグネット付きクレーンを用いて行われ
るが、スクラップの積み込みの際、秤量器付きのクレー
ンを使用するか、あるいは秤量可能なホッパーに一旦貯
め、秤量した後にスクラップ搬送装置へ切り出す等の方
法により、スクラップの積み込み番号及びその時刻を演
算システム内に記憶させておき、さらに、この搬送装置
によるスクラップ搬送速度の設定値と、その時の搬送距
離の関係特性を予め把握しておくことにより、任意の時
間経過後の搬送装置上での任意のスクラップ積み込み番
号のスクラップ位置を知ることができる。

【００２４】これらの管理をスクラップ積み込み毎に連
続して行うことにより、アーク炉の溶解開始から任意の
時刻までのアーク炉内へのスクラップ投入量を把握する
ことが可能となる。

【００２５】アーク炉内へ投入されたスクラップは、完
全に溶けるまでに時間を要するため、未溶解スクラップ
が常に残留した状態で溶解が進むことになるため、炉内
の溶鋼量は、実際にはこの未溶解分を差し引いたものと
なる。

【００２６】以上法方法で求めた任意の時刻におけるア
ーク炉内の溶鋼量と、その時の溶鋼温度により、アーク
炉内の溶鋼の保有熱を把握することが可能となる。ま
た、アーク炉内へ投入されたスクラップが溶鋼から受け
る熱量、すなわち前式のＱ２は、溶鋼とスクラップの温
度差及びスクラップ投入量に応じた伝熱面積等を設定す
ることで算出することができる。

【００２７】このようにして得られたアーク炉内の溶鋼
量と溶鋼温度の測定値を基にして、前述の式中のＴ２温
度、すなわちスクラップ投入後の溶鋼温度を精度よく推
定することが可能となり、熱効率及び溶解効率を高める
うえで、効果的な溶鋼温度範囲内になるよう、スクラッ
プ搬送装置の搬送速度設定が可能となる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面を基に説
明する。図１は本発明に係るスクラップ連続投入式アー
ク炉の機器構成図、図２は本発明に係るスクラップ積み
込み番号毎のアーク炉内への投入時期を示した搬送スケ
ジュール、図３は本発明に係るスクラップ搬送速度を制
御するためのフローチャート、図４は一般的な溶鋼温度
とスクラップ溶解所要時間の関係を示したスクラップの
溶解特性図である。

【００２９】図１において、アーク炉１には、連続して
スクラップを投入するためのスクラップ搬送装置２が連
接されており、搬送装置２へのスクラップ積み込みは、
リフティングマグネット３により行われる。

【００３０】アーク炉１における溶解作業が完了する
と、アーク炉１の出鋼口下方に準備された溶鋼鍋４にア
ーク炉内の溶鋼が排出されるが、一般には、溶鋼鍋４の
受け台部に秤量装置５が設けられており、アーク炉内の
溶鋼排出量が検出される。この時、アーク炉１内には、
溶鋼を一部残した状態で、次の溶解作業が開始される
が、この残湯量はスクラップの前投入量から溶鋼排出量
を差し引いた値で、およそ求めることができる。

【００３１】アーク炉１には、さらに測温装置６が設け
られている。

【００３２】スクラップ搬送装置２は、スクラップの搬
送速度制御を行うために、一般にＶＶＶＦ制御等が採用
されるが、予めスクラップ搬送速度設定器７の設定値
と、単位時間あたりのスクラップ搬送距離の関係特性を
把握しておく。

【００３３】また、リフティングマグネット３には、秤
量装置８が設けられている。スクラップ積み込み場で秤
量されたスクラップには、秤量作業毎に特定の番号、秤
量値及び積み込み時刻を演算システム内に記憶させてお
き、前記搬送装置２のスクラップ搬送速度設定器７の設
定値と、その設定値における搬送時間の積を連続的に累
積することにより、搬送装置２上の各番号毎のスクラッ
プ位置を算出する。

【００３４】アーク炉１の溶解開始からの経過時間毎
に、アーク炉１へ到達するスクラップ量を累積し、これ
に残湯量を加えた量をアーク炉１内の溶鋼量として算出
する。

【００３５】このようにして求めたアーク炉内の溶鋼量
と、測温装置６により検出された溶鋼温度により、スク
ラップ投入後の溶鋼温度を一定範囲に維持できるスクラ
ップ搬送速度を算出し、搬送装置２のスクラップ搬送速
度の設定値とする。

【００３６】図２に、スクラップ搬送速度の設定値及び
スクラップ積み込み番号毎の積み込み時刻と、スクラッ
プのアーク炉内への投入時期の例を示す。図中の上段
に、スクラップの搬送速度設定値を示し、下段にスクラ
ップ積み込み番号毎の積み込み時刻、アーク炉１への投
入時刻を示す。

【００３７】図２に示した例は、スクラップの搬送速度
の設定値を、前半は高く、後半を低くした場合である
が、積み込み番号１、２、Ｎで、仮に積み込み時刻の間
隔が同じ場合においても、スクラップ搬送速度の変更に
よってアーク炉内への投入時刻が変わってくる。この例
からもわかるように、任意の時刻におけるアーク炉内へ
の累積スクラップ投入量の把握は、非常に難しいものと
なるが、前述したような方法によって可能となる。

【００３８】図３は、前述のスクラップ搬送速度制御の
フローチャートである。本発明における制御は、図中に
示すように、大きく３つのステップに分けられる。

【００３９】ステップ１は、スクラップ積み込みデータ
の記録ステップである。ここでは、リフティングマグネ
ット３によるスクラップの積み込み作業毎に、積み込み
番号、積み込み量、積み込み時刻を記憶する。

【００４０】ステップ２は、スクラップ搬送装置２上の
スクラップの位置を計算するステップである。搬送装置
２上のスクラップ位置は、搬送速度設定値と任意の分割
時間との積により求める。これにより、各積み込み番号
毎のスクラップが、アーク炉１へ投入される直前かどう
かを判断し、直前でない場合には、次の分割時間に進
み、直前の場合はステップ３に進む。

【００４１】ステップ３は、スクラップ搬送速度の設定
ステップである。ここでは、別に測定されるアーク炉内
の溶鋼温度と、上述の搬送速度設定値及び分割時間の積
から求めることができるアーク炉１へのスクラップ投入
量から、次の分割時間後のアーク炉内溶鋼温度を算出す
る。

【００４２】次に、この溶鋼計算温度Ｔ２が目標温度範
囲内かどうかを判定し、範囲内の場合には、上記で求め
たスクラップ量にアーク炉内の溶鋼量を加え、新しい溶
鋼量とする。

【００４３】溶鋼計算温度Ｔ２が、目標範囲外の場合に
は、範囲内となるようにスクラップ搬送速度の設定値を
変更し、その搬送速度と分割時間の積とによって、スク
ラップ投入量を算出し、アーク炉内の溶鋼量に加え、新
しい溶鋼量とする。以上の３つのステップをスクラップ
の投入が完了するまで繰り返す。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
スクラップ連続投入式アーク炉の操業において、熱効率
及び溶解効率を向上させるうえで課題であったスクラッ
プ搬送装置の速度設定値と、アーク炉へ実際に投入され
るスクラップの投入速度の違いが解消される。また、従
来技術では、アーク炉内の溶鋼量の把握が困難なためス
クラップ投入後の溶鋼温度の推定が難しく、そのために
適正なスクラップ搬送速度の設定ができないといったの
問題が解決されることとなる。

【００４５】これによって、熱効率及び溶解効率を高め
るうえで重要となるアーク炉内の溶鋼温度を適正な範囲
に維持できることになるため、溶鋼温度の上がり過ぎに
よる溶鋼上面からの熱損失の増加、アーク炉内の耐火物
の溶損増加等が抑えられ、さらにはアーク炉内の溶鋼温
度の下がり過ぎによるスクラップの溶け残り増加といっ
た問題も抑制されるため、安定した操業が可能となり、
操業の自動化等の面においても有利となる。

【００４６】以上述べたように、本発明によると、生産
性の向上、エネルギー消費量の低減、及び省力化等の面
において、その効果は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスクラップ連続投入式アーク炉の
機器構成図である。

【図２】本発明に係るスクラップ積み込み番号毎のアー
ク炉内への投入時期を示した搬送スケジュールの説明図
である。

【図３】本発明に係るスクラップ搬送速度を制御するた
めのフローチャートである。

【図４】一般的な溶鋼温度とスクラップ溶解所要時間と
の関係を表したスクラップの溶解特性図である。

【符号の説明】

１ アーク炉 ２ スクラップ搬送装置 ３ リフティングマグネット ４ 溶鋼鍋 ５ 秤量装置 ６ 測温装置 ７ 搬送速度設定器 ８ 秤量装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクラップを連続的にアーク炉に投入し、
   溶解・精錬を行うスクラップ連続投入式アーク炉を使用
   する操業方法において、 スクラップ搬送装置上へのスクラップの積み込み時刻、
   その時刻における積み込み量及びスクラップ積み込み後
   の経過時間と各時刻におけるスクラップの搬送速度の関
   係から任意の時刻におけるアーク炉内へのスクラップ累
   積投入量を算出し、該スクラップ累積投入量より算出し
   たアーク炉内の全溶鋼量と、アーク炉内溶鋼温度測定値
   より、スクラップ搬送装置の速度制御を行うことを特徴
   とするスクラップ連続投入式アーク炉の操業方法。