JPS6119909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はスラグ溶解炉および溶解方法に関す
る。

溶解炉等において生じる、スラグは一度固化す
ると非導電性である。この種の固化したスラグは
ガスバーナ等によつて加熱して溶解することがで
きるが、この方法はスラグを溶解するのに時間が
かかり、また作業能率が低い等の問題がある。

この発明の主たる目的は固化したスラグを高
速、かつ高能率で電気的に溶解できるスラグ溶解
炉を提供することにある。

この種のスラグを電気的に溶解するには以下に
列記するように解決すべき種々の問題がある。

即ち、スラグは固化した状態においては固有抵
抗が高いために、電気的に溶解を開始することが
困難であるので、たとえば所定のスタート材中に
電極を挿入して、このスタート材を加熱溶解して
種湯を作り、スラグを加えて溶解させる方法が考
えられる。

然るに、スタート材として金属を用いると抵抗
が低いために大電流を流さないと種湯を得るため
の充分な電力が得られないという問題があり、大
容量の電源が必要となるとともにスタート時間が
長くなる。また金属をスタート材として用いた場
合は溶解後も消失することなく層を作つて溶湯中
に残るため、スタート後もその金属層を通つて電
流が流れる傾向があり、大きな投入電力を得られ
ない。その上溶湯中に残つた金属は、スラグ再利
用の際の妨げとなる。

一方、電極を介してスラグに通電し、その通電
により生じるジユール熱によつて溶解を進行させ
る場合、溶解したスラグ量の増加によつて電極間
抵抗が減少すると、スラグに供給できる電力が減
少し、所望の溶解を行えないという問題がある。

また、この種のスラグは酸化カルシウムCaOを
多く含んでいるため、スラグを貯留するるつぼを
構成する耐火物は、1500Ω・1700℃の溶解温度に
対する耐火度が必要であるとともに塩基度の高い
材料であることが要求され、るつぼとしては耐溶
損性が高いことが必要でありかつ、築炉が容易で
あることも必要である。

従来の種々の溶解炉に用いられる耐火物として
は (1) 高MgO系不定形耐火物 (2) ジルコニア系電鋳レンガ (3) MgO系電鋳レンガ などが用いられる。

ところが高MgO系不定形耐火物は極端に溶損
される。また電鋳レンガはジルコニア系、MgO
系にもに耐溶損性が大きいものと考えられるが、
るつぼの形状に形成することは困難である。また
小形の成形品レンガを用いるときは築炉が困難で
あるうえ、目地部が弱点になり、選択的に溶損を
生じる。

この発明は上述の種々の点を考慮してなされた
ものであり、高速度でスラグを溶解することがで
き、かつ寿命の長い、比較的安価なスラグ溶解炉
と溶解方法とを提供することを目的とするもので
ある。

以下この発明の一実施例を図面とともに説明す
る。

第１図において、１はスラグ溶解炉本体、２は
スラグを収容して溶解するるつぼであり、このる
つぼ２は後述するようにカーボンボンド系黒鉛に
て円筒形に構成され、その上部の開口３はふた４
で開閉自在に閉塞されている。るつぼ２の胴部外
周と外底面は不定形の耐火材にてなるバツクライ
ニング５で覆われ、さらにその外周には、冷却水
用の通路６ａを有する水冷コイル６が巻回されて
いる。水冷コイル６は後述のように誘導加熱コイ
ルをも兼用する。上記るつぼ２はバツクライニン
グ５を介して炉本体の外枠７に支持されている。

上記した構成によつて、水冷コイル６に通水す
ることによつて、るつぼ２の熱はバツクライニン
グ５を介して水冷コイル６に伝達され、るつぼの
冷却を行なうとともに、るつぼ２に生じたクラツ
ク等によりるつぼ２に湯差しが生じたとき、この
バツクライニング５で溶湯の浸出を防止する。

るつぼ２をカーボンボンド系黒鉛によつて構成
することにより耐久性（耐溶損性）が高くなり、
スラグの高温溶解においてもるつぼは殆んど溶損
しない。またるつぼ２を成型、施工することも容
易であり、かつ製造コストも安価になる。

黒鉛系耐火物がスラグに対して耐久性が強い理
由は、スラグ溶解の際、雰囲気が還元性になるた
め、2C＋O₂→CO→CO₂という化学反応が起りに
くく、したがつて黒鉛系耐火物が消耗しにくいこ
とと、黒鉛系耐火物は比較的塩基度の高い溶湯に
強いことによるものである。

るつぼ２の上部には注湯口８が設けられ、上記
溶解炉本体１を適宜に傾動させることによつて、
るつぼ２内の湯が注湯口８から注出されるように
している。

１０ａ，１０ｂ，１０ｃは三相の棒状の溶解用
電極であり、各電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃは詳
細を第２図ないし第３図に示すような電極ホルダ
１１に、平行に垂下するように装着され、かつふ
た４に開口した長孔１２（第３図）を通してるつ
ぼ２内に垂下されている。

上記電極ホルダ１１は概略円形状の基板１３上
に、それぞれ120゜に曲折した案内板１４ａ，１
４ｂ，１４ｃを所定間隔Ｄを隔てて、中心に関し
て対称に固定して、各案内板１４ａ，１４ｂ，１
４ｃによつて形成されるＹ字形状の案内通路１５
ａ，１５ｂ，１５ｃに絶縁体にてなる電極支持板
１６ａ，１６ｂ，１６ｃを摺動自在に嵌合してな
る。

各案内板１４ａ，１４ｂ，１４ｃの外側端部に
立設固定した調節板１７ａ，１７ｂ１７ｃには調
節ボルト１８ａ，１８ｂ，１８ｃがねじ孔を介し
て挿通されており、かつこの調節ボルト１８ａ，
１８ｂ，１８ｃの先端部は各電極支持板１６ａ，
１６ｂ，１６ｃの後端部に回転自在に係合してあ
り、調節ボルト１８ａ，１８ｂ，１８ｃを回すこ
とによつて、電極支持板１６ａ，１６ｂ，１６ｃ
を案内通路１５ａ，１５ｂ，１５ｃに沿つて移動
させて各電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃの間隔を変
えるようにしている。

一方、基板１３はふた４上に立設した３本のガ
イドバー１９ａ，１９ｂ，１９ｃに挿通されてい
るとともに、該ふた４に固定したシヤツクル２０
を介して、オーバーヘツドクレーン３０のハンガ
３１に吊り掛けられ、このハンガ３１を電動ホイ
スト３３の回転によつて上下に移動することによ
り、電極ホルダ１１を上下に移動して、各電極１
０ａ，１０ｂ，１０ｃのスラグに対する浸漬深さ
を調節できるようにしている。

一方、上記ガイドバー１９ａ，１９ｂ，１９ｃ
の上端には大径の係止片２１ａ，２１ｂ，２１ｃ
が固着されており、上記電極ホルダ１１を所定高
さまで吊り上げると、電極ホルダ１１の基板１３
の上面が係止片２１ａ，２１ｂ，２１ｃに係合
し、さらに電極ホルダ１１を吊り上げると、ふた
４も同時に吊り上げられるようになつている。

各電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃは適宜な端子を
介して水冷ケーブル４０に接続され、このケーブ
ルは第４図に示すように限流リアクトル４１、主
接触器４２とを介して、たとえば220Vの３相交
流を出力する変圧器４３に接続される。

なお第４図において４４は電源電圧を指示する
電圧計、４５は電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃの電
圧を指示する電圧計、４６は電極に供給される電
流計である。

５０は湯洩れ検出部で、るつぼ２の底に設けた
電極５１とるつぼ２の周辺に設けたコイル５２と
の間の電圧を検出回路（図示せず）により検出す
ることにより湯もれを検出する。

上記のように構成した溶解炉において、スラグ
を溶解させる場合、まずふた４をオーバーヘツド
クレーン３０によつて上方に引き上げて、るつぼ
２の上部を適宜に開口して、この開口から、少量
のスラグと黒鉛とを順次スタート材として投入
し、スラグの層と黒鉛との層を形成する。スター
ト時の層の厚さはたとえば数10mm程度である。ま
たスラグと黒鉛とを混合してるつぼ２内に敷いて
もよい。

次に電動ホイスト３３を回転して、ハンガ３１
を下降し、ふた４を閉じるとともに、さらにハン
ガ３１を下降して電極ホルダ１１をガイドバー１
９ａ，１９ｂ，１９ｃに沿つて案内しながら下降
させて、電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃの下端部が
黒鉛の層に埋入されるように電極の高さを設定す
る。

るつぼ２が導電性であれば、るつぼを通る短絡
電流を防止するために電極１０ａ，１０ｂ，１０
ｃをるつぼ２の内面から所定間隔だけ離隔するよ
うに設定し、一方、るつぼが非導電性であれば各
電極１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃがるつぼ２の内面に
接するか近接するように設定する。この電極位置
の設定は、調節ボルト１８ａ，１８ｂ，１８ｃを
回転してるつぼ中心方向への突出長さを変えて、
電極支持板１６ａ，１６ｂ，１６ｃを案内板１４
ａ，１４ｂ，１４ｃに沿つて移動させることによ
り行なう。なお各電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃは
るつぼ２の中心に関して対称となるように設定す
る。

上記のように電極の位置と高さを設定した後、
主接触器４２を投入して、各電極１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ間に商用３相交流を供給する。これに
よつて、各電極間には低抵抗の黒鉛層を通して短
絡電流が流れて、そのジユール熱により黒鉛が発
蒸、溶解すするとともに、その発熱によつてスラ
グも溶解する。そして電流は溶解したスラグを介
して流れるようになり定常電流値に安定する。

上記のようにしてるつぼ２内に種湯が出来たな
らば、一度主接触器４２をしや断して、ふた４を
開き、適宜量のスラグを追加投入する。そして、
各電極１０ａ，１０ａ，１０ｃの先端部が50mmな
いし500mm程度スラグ内に埋込まれるように、オ
ーバーヘツドクレーン３０のハンガー３１を上昇
させて、電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃの高さを調
節する。

そして主接触器４２を再投入して、各電極間に
通電して、追加投入したスラグを溶解させる。以
後上述の動作をくり返して、所定量のスラグを溶
解する。

上述のようにスタート材として黒鉛の層を用
い、これに電流を流すと、黒鉛とスラグの混合物
を用いる場合に比して低い電圧でも導電が得られ
る。また金属をスタート材として用いる場合に比
して電流が少なく、スタート電流は定常電流に近
い値であり種湯を作る上で充分な電力が得られる
ため電源容量を小さくでき、スタート制御が行い
易い。

上述の工程において、溶解した黒鉛は高温下で
酸素と結合して消失するため、溶解時に溶湯の抵
抗を必要以上に下げることがない。したがつて、
黒鉛とスラグの溶解後に電極間抵抗が低下するこ
とにより投入電力が低下するという問題は防止さ
れる。

溶解炉への投入電力は、各電極１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ間の距離と溶湯中への浸漬深さを変更
することにより調節できる。

なお上述の実施例のように、加熱用電極として
３相電極を用いることによつて、溶湯の撹拌作用
を行なうことができる。即ち第５図と第６図に示
すように、隣り合う電極間に流れる電流、たとえ
ば電極１０ａと１０ｂ間の電流iabの発生する磁
束〓_Ａと電極１０ｂと１０ｃ間に流れる電流ibc間
で撹拌力ｆ_cが発生する。この力ｆは、電極に近
い程大きな値をもつ。この力の分布によつて第６
図にｆ_a，ｆ_b，ｆ_cに示すように撹拌力を生じ
る。このような撹拌力が作用することによつてス
ラグは撹拌され、均一に加熱、溶解される。

なお電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃの半径を変え
ることによつて撹拌力を調整することができる。

一方、上記したスラグの溶解が行なわれている
間に水冷コイル６に通水することにより、るつぼ
２の外側に生じた熱は、バツクライニング５を通
つて水冷コイルに吸収され、不要な温度上昇を阻
止する。

このようにるつぼ２の外周を水冷式で冷却する
ことにより、るつぼ２、即ち高温耐火物に対する
スラグからの熱的衝撃を緩和して、高温耐火物の
寿命を長くすることができる。

またるつぼ２に亀裂が生じて湯差した場合に
も、上述した水冷効果によつて、流出した溶湯は
短時間で固化されるため、湯差しが進行するのを
完全に防止できる。溶湯が無機質であるため、固
化した個所は耐火物のごとき性状を呈し、安全性
の向上に役立つ。

上述の溶解工程において、各電極１０ａ，１０
ｂ，１０ｃの高さをスラグ量に関係なく一定にし
ておくと、溶湯の増加にしたがつて、電極１０
ａ，１０ｂ，１０ｃの溶湯への浸漬深さが増加
し、各電極間抵抗が低下するので、溶解炉への投
入電力が低下し、溶解効率が低下する。しかしな
がらこの発明によれば上述のようにスラグの投入
量の増加にしたがつて、電極１０ａ，１０ｂ，１
０ｃを上昇して、各電極の溶湯中への浸漬深さを
制限することによつて、電極間抵抗を最適値に維
持し、溶解炉への投入電力を最適値（最高値）に
保ち、スラグの溶解を効率的に行なうことができ
る。

所定量のスラグの溶解が終了した後に昇温過程
に入るが、溶解炉への投入電力を溶解時とほぼ同
じ値に保つには、電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃの
溶解中への浸漬深さを溶解時の深さと同様に維持
すればよい。一方溶湯温度の均一化を図るには、
電極１０ａ，１０ｂ，１０ｃを炉底近傍まで降下
すればよい。

昇温完了後、オーバーヘツドクレーン３０のハ
ンガ３１を上昇して、電極１０ａ，１０ｂ，１０
ｃを電極ホルダ１１とともに溶解炉から抜き取
る。

その際、基板１３がガイドバー１９ａ，１９
ｂ，１９ｃの上端に設けた係止片２１ａ，２１
ｂ，２１ｃに係合する。そしてハンガ３１をさら
に上昇すると、ふた４も引き上げられる。そして
このオーバーヘツドクレーン３０のカンチレバー
３２を回動することによつて、電極１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ、ふた４はともに撤去される。

なお上述の実施例において、投入電力を一定に
保つために第７図に示すような構成によつて、電
極高さを自動的に制御することもできる。

即ち電流検出器６０で電極１０ａ，１０ｂ，１
０ｃに流れる電流を検出し、その検出電流と設定
器６１で設定された設定値との差を演算増幅器６
２で演算して、その偏差に応じて電極昇降装置６
３を駆動し、電極高さを制御して投入電流を設定
値に保つ。

上述した実施例において、スラグはたとえば、
主成分がSiC₂或いはCaO或いはAl₂O₃の高炉スラ
グ或いは転炉スラグであり、溶解温度は1500〜
1700℃、溶解炉の電気的諸元は 炉容量 600Kg 炉入力 公称220kw（最大350kw） 炉電圧 220V 周波数 60Hz 相数 ３相 炉電流 最大1850A である。

次に第１図に示した溶解炉を誘導加熱炉として
用いる場合について説明する。

水冷コイル６はるつぼ２の外周にコイル状に巻
回されており、この水冷コイル６に低周波（50〜
60Hz）又は高周波（500〜3000Hz）電流を流すこ
とによつて、るつぼ２内に誘導用磁界を生じ金属
等の導体を加熱出来る。

以上詳述したように、この発明によれば、固化
した状態では非導電性であるスラグを一対の電極
によつて電気的に溶解できるので、スラグをガス
バーナなどで溶解させる場合に比して、高能率で
かつ作業性も向上する。

また、この発明によれば、スラグ溶解用のスタ
ート材として黒鉛系物質とスラグとをるつぼ内に
敷いて電極をこのスタート材に埋入して通電する
ことにより黒鉛系物質を溶融して種湯を作るよう
にしたものであるから、高速で、かつ比較的低電
力でスラグの溶解をスタートすることができ、し
たがつてスラグの溶解を高能率で行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のスラグ溶解炉の一実施例を
示す断面図、第２図は第１図の実施例における電
極ホルダの詳細な構造を示す平面図、第３図は第
２図の−線断面図、第４図は第１図の実施例
における電気回路図、第５図と第６図は溶解した
スラグに生じる撹拌力を説明する図、第７図は電
流自動調節装置を示すブロツク図である。 １……溶解炉本体、２……るつぼ、３……開
口、４……ふた、５……バツクライニング、６…
…水冷コイル、７……外枠、８……注湯口、１０
ａ，１０ｂ，１０ｃ……電極、１１……電極ホル
ダ、１２……長孔、１３……基板、１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ……案内板、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
……案内通路、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ……電極
支持板、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ……調節板、１
８ａ，１８ｂ，１８ｃ……調節ボルト、１９ａ，
１９ｂ，１９ｃ……ガイドバー、２１……係止
片、３０……オーバーヘツドクレーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スラグを収容するるつぼと、るつぼの上部開
   口を開閉自在に閉じるふたと、るつぼ内に昇降可
   能に挿入される複数本の電極と、るつぼの外周を
   包囲する耐火材と、耐火材の外周を包囲する水冷
   手段と、上記複数本の電極を昇降させる昇降装置
   と、上記電極に電力を供給する電源とを備えたこ
   とを特徴とするスラグ溶解炉。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載のスラグ溶解炉
   において、るつぼはカーボンボンド系黒鉛系材料
   で構成したスラグ溶解炉。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のスラグ溶解炉に
   おいて複数本の電極はるつぼの直径方向に可動で
   あり電極間隔が調整可能なスラグ溶解炉。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のスラグ溶解炉に
   おいて電極は３本であり対称に配置され、３相交
   流を供給するようにしたスラグ溶解炉。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載のスラグ溶解炉
   において、水冷手段は通水路を有する管状導体を
   コイル状に巻回したものであつて、誘導加熱コイ
   ルをも兼用しているスラグ溶解炉。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載のスラグ溶解炉
   において、電極をるつぼから所定高さだけ上昇し
   たときふたが開くように電極とふたとを連動させ
   たスラグ溶解炉。 ７ るつぼ内に所定量のスラグと黒鉛系材料とを
   スタート材として敷き、このスタート材に複数本
   の電極を挿入して、各電極を介して所定電力をス
   タート材に供給して加熱し、黒鉛系材料を溶解し
   て種湯を作つた後、所定量ずつスラグを追加して
   スラグを溶解することを特徴とするスラグ溶解方
   法。 ８ 特許請求の範囲第７項に記載のスラグ溶解方
   法において、スタート材はスラグと黒鉛系材料と
   を個別の層をなすように敷いたスラグ溶解方法。 ９ 特許請求の範囲第７項に記載のスラグ溶解方
   法において、スラグが追加される毎に電極を上昇
   して、溶湯中に浸漬される電極長さを制御するよ
   うにしたスラグ溶解方法。 １０ 特許請求の範囲第７項に記載のスラグ溶解
   方法において、溶湯中に浸漬される電極長さを制
   御することにより供給電力を一定に保つようにし
   たスラグ溶解方法。 １１ 特許請求の範囲第７項に記載のスラグ溶解
   方法において、供給電力は商用３相交流であるス
   ラグ溶解方法。