JPH0992458A

JPH0992458A - 電気製鋼炉における金属の溶解・精錬方法

Info

Publication number: JPH0992458A
Application number: JP27190795A
Authority: JP
Inventors: Fumiyoshi Sakurai; 文良櫻井; Norio Nagai; 紀雄長井
Original assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Current assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】ニップルを介して順次に黒鉛電極が接続され
る黒鉛電極列の外周に、冷却液を所定の傾斜角をとって
下向きに傾斜させて噴射して冷却させるときに、黒鉛電
極の酸化消耗を最小限におさえて電極原単位を大巾に低
減し、ア−ク電気炉内で水性反応による水素ガスなどを
発生させることなく、冷却液の吹付けによる冷却を達成
することにある。【解決手段】ニップルを介して黒鉛電極１が順次に接
続される黒鉛電極列に通電して、電気製鋼炉中において
金属をア−ク溶解して精錬する際に、この電気製鋼炉の
炉蓋より上部において、黒鉛電極列の黒鉛電極の外周に
向け水平レベルに対し３５°をこえて６０°以下の傾斜
角をもって下向きに傾斜させて冷却液２を噴射して吹付
け、黒鉛電極列を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気製鋼炉における金属
の溶解および精錬方法に係り、詳しくは、ア−ク電気炉
などの電気製鋼炉において、ニップルを介して順次に接
続される黒鉛電極に電流を通電して製鋼等金属の溶解・
精錬する際に、ア−ク電気炉の炉蓋より上方において、
黒鉛電極の外周面に対し、冷却水等の冷却液を連続的に
吹付けて冷却する一方、この冷却液は、所定の傾斜角を
とって下向きに傾斜させて噴射させ、これに併せて、冷
却液の噴射量を適正範囲内に保ち、溶解および精錬時の
黒鉛電極の酸化消耗を最小限におさえて電極原単位を大
巾に低減し、ア−ク電気炉内で水性反応による水素ガス
などを発生させることなく、更に、シャモットなどの安
価な耐火物から成る炉蓋であっても耐用年数を損なうこ
とがない金属の溶解および精錬方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、製鋼などの電気ア−ク炉によ
る金属の溶解および精錬においては、電気エネルギのコ
ストの低下に併せて、黒鉛電極の先端部ならびに外周面
の酸化消耗を抑制し、これによって電極原単位を低下さ
せることが望まれている。この酸化消耗抑制の手段とし
て黒鉛電極を冷却することが提案実施され、冷却法の一
つとして、順次に接続される黒鉛電極においてその上部
の黒鉛電極は内部を冷却水により冷却する構造の水冷式
非消耗電極が提案されている。すなわち、非消耗電極は
内部が水冷されているが、この電極は、下端にニップル
を介して接続される黒鉛電極の冷却にとどまって、精錬
操業時には上部の非消耗電極を冷却することによって下
端の黒鉛電極を冷却し、黒鉛電極のみを消耗して精錬す
る方法である。

【０００３】例えば、米国特許４．４１６．０１４号、
４．４１７．３４４号ならびに４．４５１．９２６号の
各明細書に記載される水冷式非消耗電極は、アルミニウ
ム製の中空円筒から構成し、この中空円筒内に冷却水を
導入し、この冷却水によって、中空円筒の壁面や、非消
耗電極の下端に接続される黒鉛電極を冷却する。

【０００４】また、特開昭６０−５０１８７９号ならび
に特開昭６０−５０１８８０号の各明細書に記載される
水冷式非消耗電極は、黒鉛製の管状体から構成し、この
管状体の中心孔内に冷却水を導入し、この冷却水によっ
て、管状体の壁面や、それに接続される黒鉛電極を冷却
する。

【０００５】このように非消耗電極によって冷却する
と、下部に接続される黒鉛電極が冷却され、黒鉛電極の
酸化消耗がある程度おさえられる。

【０００６】しかしながら、下端に接続される黒鉛電極
を非消耗電極によって冷却すると云っても、冷却に関与
するところは、接続される黒鉛電極と非消耗電極との接
続端面に限られ、冷却効率がきわめて低い。更に、黒鉛
そのものの熱伝導率は１００℃内外をこえると低下し、
精錬に関与している下部の黒鉛電極まで冷却することは
むづかしい。

【０００７】また、黒鉛電極を非消耗電極から取り外す
ときには、ア−ク電気炉からオフラインに移して使用済
の黒鉛電極をニップルから外し、必要なときには、ニッ
プルも非消耗電極から取り外す。

【０００８】また、新しい黒鉛電極を接続するときに
は、非消耗電極にニップルを取付け、このニップルに新
しい黒鉛電極を取付けることになる。

【０００９】従って、水冷式非消耗電極によって下部に
接続される黒鉛電極を冷却するときには、黒鉛電極を交
換のために、オフラインに移送し、そこで重筋労働の取
外しや接続作業を行なう必要があって、作業がきわめて
はん雑化する。黒鉛電極の取外しならびに接続がくり返
されると、黒鉛電極、非消耗電極、ニップル等のねじ山
が変形、つぶれ、破損し、接続不良、電気抵抗の増加等
が起こり、操業上に支障がある。

【００１０】このところから、実公昭５９−２３３５７
号公報には、ニップルを介して接続される黒鉛電極を冷
却するために、水冷式非消耗電極を用いることなく、ア
−ク電気炉の炉蓋から上方に突出する黒鉛電極の表面に
対して冷却水を吹付けて冷却する冷却装置が記載されて
いる。

【００１１】この冷却装置は、図４に示す通り、炉蓋１
１に黒鉛電極列が昇降自在に挿通されている。黒鉛電極
列は、上部の黒鉛電極１２の下部にはニップルを介して
黒鉛電極が接続され、黒鉛電極１２がニップルを介して
順次に接続されている。一つの黒鉛電極列において、下
部の黒鉛電極がア−ク電気炉内にあって、ア−ク電気炉
内の黒鉛電極が製鋼時の精錬に関与する。炉蓋１１の上
方において、上部の黒鉛電極１２は電極ホルダ１３によ
って把持され、電極ホルダ１３の下面には、上部の黒鉛
電極１２の外周を包囲する環状冷却管１４が設けられ、
環状冷却管１４から下向きに複数本の縦パイプ１５が突
出され、各縦パイプ１５の内面には黒鉛電極表面に指向
するノズル１６が設けられている。従って、環状冷却管
１４に供給された冷却水は各縦パイプ１５に沿って下降
し、内面の各ノズル１６から冷却水が上部の黒鉛電極１
２の外周面に吹付けられて冷却される。

【００１２】しかし、図４に示す冷却装置は、各ノズル
１６から冷却水が水平レベル若しくはそれと平行な方向
に指向して噴射される。このため、冷却水が黒鉛電極１
２の外周面に衝突したときに相当量のものが反射されて
飛散し、この飛散した冷却水が多く、電極ホルダ１３や
炉蓋１１の汚染、破損が激しく、実用に供すること、と
くに、炉蓋は高価なハイアルミナ質耐火物からつくられ
ている例は少なく、ほとんどがシャモットなどの耐火物
でつくられ、汚染、損耗がはげしい。

【００１３】また、衝突した冷却水１６は、ほとんど反
射され、黒鉛電極に沿って下降することがほとんどな
い。このため、冷却される黒鉛電極は、冷却水が衝突す
るのみに限られ、冷却水の使用量を異常に大きくしない
と、下部の黒鉛電極まで冷却できず、きわめて不経済で
ある。

【００１４】なお、冷却水使用量の増加は、飛散した冷
却水のア−ク電気炉内に入りやすく、これが炉内反応に
影響を与え、なかでも、水素ぜい性などをきらう鋼種の
製鋼には、炉内での水性反応によって発生する水素ガス
が溶鋼中に入り易いため、使用できない。

【００１５】また、冷却管１４から多数の縦パイプ１５
が下向きに突出し、しかも、この突出長さがきわめて長
い。このために、電極交換のときに冷却装置を取外す場
合に、この長い縦パイプ１５が障害になり、取扱いがき
わめてめんどうである。

【００１６】また、冷却管１４によって電磁力がシ−ル
ドされるため、黒鉛電極１２に流れる電流の相当部分が
遮断され、操業に大きな支障が生じる。

【００１７】また、上記の通り、黒鉛電極に冷却水など
の冷却液を吹付ける場合、更に、次の通りの問題があ
る。

【００１８】すなわち、黒鉛電極に吹付けた冷却液の一
部は飛散し、それがどうしてもア−ク電気炉の一部に入
る。この冷却水がア−ク電気炉炉内の高温条件下におか
れると、水性ガス反応によって水素が発生する。この水
素が溶鋼中に入ると、精錬する鋼種によっては水素ぜい
性をひき起こすことが当初から懸念されていた。このた
め、じん性などが強く要求される鋼種の製鋼には、黒鉛
電極に冷却液を吹付ける操業は行なわれていないし、上
記の通り、実公昭５９−２３３５７号公報に示す冷却装
置が提案されているのにも拘らず、この冷却装置も使用
されていない。

【００１９】また、主として酸化消耗防止ならびに電力
原単位の低減の上から冷却液を吹付け、黒鉛電極を冷却
することが好ましいと云っても、黒鉛電極の冷却が過剰
になると、その過冷却の分だけ電力がかかり、かえって
電力原単位が上昇し、大巾なコストアップになって好ま
しくない。

【００２０】

【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、ア−ク電気炉などの電気製
鋼炉において、ニップルを介して順次に接続される黒鉛
電極に冷却液を吹付けつつ、この黒鉛電極に電流を通電
して金属を溶解・精錬する際に、ア−ク電気炉などの炉
蓋より上方において、水平レベルより下向きに所定の傾
斜角で傾斜させて冷却液を黒鉛電極の外周に噴射して吹
付ける一方、冷却液の吹付量若しくは噴射量を所定の範
囲内にとどめて、精錬ならびに溶解に関与するア−ク電
気炉内の黒鉛電極をも効果的に冷却し、ア−ク電気炉の
炉蓋より上方や、ア−ク電気炉内の黒鉛電極の酸化消耗
をおさえ、ア−ク電気炉内に侵入する冷却液の水性ガス
反応によって水素ガスをほとんど発生することなく、交
流電力又は直流電力による高電力操業でも現行設備のま
まで容易に実現できる金属の溶解および精錬方法を提案
する。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明方法は
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
列に通電して、電気製鋼炉中において金属をア−ク溶解
して精錬する際に、この電気製鋼炉の炉蓋より上部にお
いて、黒鉛電極列の黒鉛電極の外周に向け水平レベルに
対し３５°をこえて６０°以下の傾斜角をもって下向き
に傾斜させて冷却液を噴射して吹付け、黒鉛電極列を冷
却することを特徴とする。

【００２２】換言すると、本発明方法は、ニップルを介
して順次に接続された黒鉛電極の外周面に、冷却液を吹
付けて冷却する際に、冷却液は、水平レベルに対して所
定の傾斜角をとって下向きに傾斜させて吹付ける。従っ
て、冷却液のほとんど大部分が黒鉛電極の外周面に接触
するとともに、外周面に沿って下降し、この外周面に沿
って下降する冷却液は、黒鉛電極の外周面と常に接触し
ており、ア−ク電気炉内の黒鉛電極の外周面や、先端ま
で冷却される。

【００２３】また、ア−ク電気炉内においても、侵入し
た冷却液は常に黒鉛電極の外周面に沿って流れかつ接触
している。このため、侵入した冷却液は下降の間にほと
んど蒸発飛散し、水性ガス反応が生じるおそれがない。

【００２４】また、冷却液の中に耐酸化剤を含有させる
と、冷却液が黒鉛電極外周面に沿って下降する際に、そ
の中に含まれる耐酸化剤が付着し、この付着によって形
成された耐酸化剤皮膜によって黒鉛電極の酸化消耗の効
果的に防止できる。

【００２５】更に、冷却液の吹付量は適正範囲にとどま
っている。このため、一部の冷却液がア−ク電気炉内に
入っても、ほとんどが途中で気化し、炉内で水性ガス反
応が起こることもなく、水素ガスも発生しない。そのと
ころから、このように精錬すると、溶鋼中に水素などの
混入がなく、水素ぜい性を問題視する鋼種でも容易に精
錬できる。

【００２６】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。

【００２７】なお、図１は、本発明方法で、黒鉛電極に
冷却液を吹付けて冷却しながら、金属精錬する際の一例
を正面から示す説明図である。

【００２８】図２は、図１において一部を拡大して示す
説明図である。

【００２９】図３は図２の冷却管の一部を拡大して示す
説明図である。

【００３０】まず、図１、図２ならびに図３において符
号１は、ニップルを介して順次に接続される黒鉛電極に
おいて炉蓋より上方にある黒鉛電極を示す。黒鉛電極１
の上部は電極ホルダ（図示せず）によって把持され、こ
の黒鉛電極１の下端にはニップルを介して黒鉛電極が順
次に接続され、下部の黒鉛電極はア−ク電気炉（図示せ
ず）の中に挿通され、電気炉内では黒鉛電極によりア−
ク加熱され、製鋼などの精錬が行なわれる。

【００３１】また、ア−ク電気炉において、３相交流電
力により加熱する場合には、そのセンタ−を中心とする
所定半径の円サ−クル上に間隔をおいて３相の電力に対
応して、黒鉛電極１がニップルを介して順次に接続され
る黒鉛電極列が３本配置される。

【００３２】なお、交流電力によって加熱する代りに、
直流電力によって加熱する場合には、１本の黒鉛電極列
が配置され、この黒鉛電極列は、黒鉛電極１がニップル
を介して順次に接続され、直流電力による通電加熱によ
ると、大電流を流し、大量の精錬ができる。

【００３３】次に、黒鉛電極列のうちで、炉蓋より上方
の黒鉛電極１の外周面に、例えば冷却水の如き冷却液２
を連続的に下向きに３５°をこえ６０°以下の傾斜角を
とって傾斜させて噴射して吹付ける一方、冷却液２の吹
付量は０．８〜３５リットル／分の範囲に保つ。

【００３４】すなわち、冷却液２は上記の通り下向きに
所定の傾斜角をとって吹付ける一方、黒鉛電極１の直
径、つまり、太さに応じて冷却液２の量をコントロ−ル
するのが好ましい。ちなみにその適量範囲を示すと、１
本の黒鉛電極１の直径（インチ）が１６″、１８″、２
０″、２２″、２４″、２６″、２８″、３０″の場合
には、それぞれ冷却液量（リットル／分）が６〜９、８
〜１２、１０〜１４、１２〜１７、１５〜２０、１７〜
２４、２０〜２８、２３〜３２程度が好ましく、この範
囲であると、従来例（消耗電極で冷却した場合）に較べ
て、電極原単位（ｋｇ／ｔ）は１４〜１９％減少し、電
力原単位（ｋｗｈ／ｔ）は３〜５％減少する。

【００３５】冷却液は、上記の条件のもとであれば、何
れの方法によっても吹付けることができるが、次の通り
に冷却管３を用いて、冷却液を吹付けることができる。

【００３６】冷却液を吹付けるべき黒鉛電極１の外周に
冷却管３を配置し、この冷却管３内に冷却液を送って、
冷却液を冷却管３の内周面の吹付ノズル４から下向きに
傾斜させて噴射し、吹付ける。冷却管３は、黒鉛電極１
の上部を把持する電極ホルダ（図示せず）とア−ク電気
炉の炉蓋（図示せず）との間にする。

【００３７】また、冷却管３の内周面の各吹付ノズル４
は半径方向に黒鉛電極１の中心に向って指向させ、各吹
付ノズル４の先端ノズル部４ａは、図３に示す通り斜め
下向きに３５°をこえて６０°以下の傾斜角θをとって
傾斜させる。このように吹付ノズル４を取付けると、連
続的に供給される冷却液２は、冷却管３の各吹付ノズル
４から、斜め下向きに噴射されると、冷却液２は、黒鉛
電極１の外周面に沿って流れ、この冷却液２が黒鉛電極
列の各黒鉛電極１の外周面に沿って下向きに下降する間
に、黒鉛電極１を順次に冷却して精錬に関与する下部の
黒鉛電極１の先端まで冷却し、ア−ク電気炉内に冷却液
が入っても、冷却液は内部の熱により気化され、水性反
応などが起こる余地がない。

【００３８】このように下向きに傾斜させて０．８〜３
５リットル／分の冷却液を吹付けて冷却すると、冷却液
２はほとんど飛散することなく、ほとんどの冷却液２は
黒鉛電極群の各黒鉛電極１の外周面上を流れて、ア−ク
電気炉内に入り、下部の黒鉛電極の先端まで冷却する。

【００３９】この場合、下向きの傾斜角θが３５°以下
になると、黒鉛電極１の外周面に衝突し反射される割合
が多くなる。このため、噴射圧力を適正に調節しない
と、冷却液中で反射される量が多くなり、反射された冷
却水は落下した炉蓋などを汚し、耐久力を大巾に劣化さ
せる。

【００４０】また、下向きの傾斜角θが６０°内外をこ
えると、冷却液の下降速度が速くなり、一部の遊離した
冷却液には炉内で水性ガス反応がおこり、水素ガスが生
じるほか、局部的に爆発が起こって好ましくない。更
に、傾斜角が仮りに７０°内外にすると、後記の実施例
にも示す通り、電極原単位は１０〜２０％も高くなり、
この面からも好ましくない。

【００４１】更に、冷却液の流量が０．８リットル／
分、なかでも６リットル／分以下になると、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
効果が達成できない。

【００４２】これに対し、冷却液の流量が３５リットル
／分をこえると、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。また、余剰の冷却液に
よって炉蓋が破損され、耐久力が大巾に低下する。

【００４３】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、
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。

【００４４】

【実施例】

実施例１．まず、表１に示す通りの各種直径の黒鉛電極
をニップルを介して接続し、この黒鉛電極列のうちで炉
蓋より上部の黒鉛電極の上端を電極ホルダで把持し、図
１、図２ならびに図３に示す如く、冷却管３の吹付けノ
ズル４から冷却液２を下向きに傾斜角θをとって傾斜さ
せて吹付けて、製鋼用のア−ク電気炉でスクラップ材を
溶融してア−ク精錬を行なった。この冷却液として水道
水を用い、この冷却水を連続的に供給し、各吹付けノズ
ル４から黒鉛電極１の外周面に向けて噴射した。

【００４５】この際の冷却水の噴射条件は、表１に示す
通りであって、主として電極原単位の面から改善効果を
調べた。

【００４６】

【表１】

【００４７】表１において、最適水量は以下の通りであ
る。

【００４８】冷却液を冷却水とした場合を含めて、冷却
水の水量は黒鉛電極の直径との関連で決める必要があ
り、このところから、上記の通りに、最適冷却水量を求
めた。

【００４９】この最適冷却水量の範囲内で、黒鉛電極の
直径との関連で、水量を定めて実験を行なった。

【００５０】表１のところから明らかなように、噴射
用、つまり、傾斜角θを６０°以上にとると、各電極直
径に対応する最適水量の範囲内であっても、電気炉操業
で重要な電極原単位が大きくなっていた。

【００５１】また、更に、同様な実験を一つの吹付ノズ
ルによっても行なったところ、表１に示すところと同等
の結果が得られた。

【００５２】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、本発明方法
は、ニップルを介して黒鉛電極が順次に接続される黒鉛
電極列に通電して、電気製鋼炉中において金属をア−ク
溶解して精錬する際に、電気製鋼炉の炉蓋より上部にお
いて、黒鉛電極列の黒鉛電極の外周に向け水平レベルに
対し３５°をこえて６０°以下の傾斜角をもって下向き
に傾斜させて冷却液を噴射して吹付け、黒鉛電極列を冷
却する。

【００５３】更に、冷却液の吹付量は、冷却すべき黒鉛
電極の直径に関連して、０．８〜３５リットル／分の範
囲内で、最適吹付量を求め、この最適吹付量の冷却液を
吹付ける。

【００５４】このように冷却液を吹付けつつ、金属を溶
解、精錬すると、溶解および精錬時の黒鉛電極の酸化消
耗は最小限におさえられ電極原単位を大巾に低減し、ア
−ク電気炉内でで水性反応による水素ガスなどを発生さ
せることなく、更に、シャモットなどの安価な耐火物か
ら成る炉蓋であっても耐用年数を損なうことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法で黒鉛電極に冷却液を吹付けて冷却
しながら、金属精錬する際の一例を正面から示す説明図
である。

【図２】図１において一部を拡大して示す説明図であ
る。

【図３】図２の冷却管の一部を拡大して示す説明図であ
る。

【図４】従来例の冷却装置の説明図である。

【符号の説明】

１黒鉛電極２冷却液３冷却管４吹付ノズル θ 傾斜角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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通電して、電気製鋼炉中において金
属をア−ク溶解して精錬する際に、この電気製鋼炉の炉
蓋より上部において、前記黒鉛電極列の黒鉛電極の外周
に向け水平レベルに対し３５°をこえて６０°以下の傾
斜角をもって下向きに傾斜させて冷却液を噴射して吹付
け、前記黒鉛電極列を冷却することを特徴とする電気製
鋼炉における金属の溶解・精錬方法。
【請求項２】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記載の電気製鋼炉における金属の溶解
・精錬方法。
【請求項３】前記冷却液として、耐酸化剤を含み残余
が実質的に水から成る冷却液を噴射することを特徴とす
る請求項１または２記載の電気製鋼炉における金属の溶
解・精錬方法。
【請求項４】前記冷却液の吹付量を０．８〜３５リッ
トル／分にすることを特徴とする請求項１、２または３
記載の電気製鋼炉における金属の溶解・精錬方法。