電気炉の操業方法
【課題】 溶解効率と電力原単位とに優れる電気炉の操業方法を提供する。
【解決手段】 クラスト８の溶融温度として予め定められる温度の炉体４内における位置を連ねて形成される炉内プロフィール２０を作成し、また炉体内の電極５の位置を求め、炉内プロフィールおよび炉体内の電極の位置を可視化する。この可視化される炉内の状況に基づいて、炉体内への原料の追加投入や、電極に関して操業条件の調整を行う。このような操業条件の調整で、棚吊り等のトラブル発生を防止することも可能になる。
【解決手段】 クラスト８の溶融温度として予め定められる温度の炉体４内における位置を連ねて形成される炉内プロフィール２０を作成し、また炉体内の電極５の位置を求め、炉内プロフィールおよび炉体内の電極の位置を可視化する。この可視化される炉内の状況に基づいて、炉体内への原料の追加投入や、電極に関して操業条件の調整を行う。このような操業条件の調整で、棚吊り等のトラブル発生を防止することも可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に被溶解物を溶解させる電気炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炉体内に被溶解物を装入し、炉体内へ挿入するようにして設けられる複数の電極を用いて被溶解物を溶解させる溶解方法としては、電極と被溶解物との間でアークを発生させてアークの熱で溶解させる電気アーク炉を用いる方法、炉体内へ挿入される電極を被溶解物へ没入させて電極から被溶解物に直接通電して抵抗発熱を発生させることによって溶解させる電気抵抗炉を用いる方法などがある。
【０００３】
電気アーク炉を用いる溶解方法は、たとえば製鋼原料であるスクラップを溶解することに用いられている。また電気抵抗炉を用いる溶解方法は、固化スラグ（特許文献１参照）、産業廃棄物（特許文献２参照）、焼却灰（特許文献３参照）などを溶解することに用いられている。
【０００４】
ところで、鉄鋼製品の１種であるステンレス鋼の生産工程では、集塵ダスト、酸洗スラッジなどの副生物が多量に発生する。副生物は金属成分を含むので有用であり、従来産業廃棄物として処分されていた副生物をステンレス鋼の製鋼原料として再利用することが試みられている。上記副生物を製鋼原料として再利用するに際しては、その電気的特性や細粒であるという形状特性から、電気抵抗炉を用いて溶解する方法が考えられている。
【０００５】
図１３は、副生物の溶解に用いられる電気抵抗炉１の構成を示す。電気抵抗炉１は、上方に向かって開口部２が形成され内面が耐火材３によって内張りされる炉体４と、開口部２から炉体４の内部へ挿入され炉体内の副生物である原料に通電するための棒状電極５とを含む。電気抵抗炉１では、３本の電極５を備えるので、個々の電極をそれぞれ５ａ，５ｂ，５ｃで表し、総称する場合には電極５で表す。
【０００６】
電気抵抗炉１における原料を溶解する方法、すなわち操業方法は以下のようなものである。電気抵抗炉１では、電極５が炉体内の原料に没入され、３本の電極５ａ，５ｂ，５ｃの相互間に三相交流が供給されることによって、原料に電流が直接流れて抵抗発熱し、原料が溶解される。原料の溶解が進行するのに伴い、開口部２からシュータを使用して炉体内へ原料が追加投入される。原料が繰り返し追加投入されて炉体内の溶解された原料がある程度の量に達すると、電極５への電力供給を停止し、炉体４および耐火材３を貫通するようにして予め形成されたタップ孔６に詰められている封止材７を除去し、タップ孔６から溶解した原料の金属成分を出湯させる。なお、金属成分を出湯させた後、炉体内で金属成分の層上に生成されている溶解スラグもタップ孔６から出して除去する。
【０００７】
このような電気抵抗炉１の操業における原料の追加投入に際しては、炉の操作者が、開口部２から目視して得られる外観状況に基づいて炉内状況を想像しながら、予め決められたタイミングで、予め決められた量の原料を投入している。
【０００８】
電気抵抗炉１では電極相互間で通電するので、電流は電極５の先端部付近で最も多く流れる。したがって、炉体内の温度分布が必ずしも均一にはならず、相対的に温度の低い部分が生じることがある。このような温度の低い部分は耐火材３で構成される炉壁付近に発生し易く、炉壁に原料が固着して塊状物８が生成されることがある。この塊状物はクラストと呼ばれることがある。クラスト８が生成されて炉体４の内方に向かって成長すると、平面的に考えた場合には溶解に利用できる有効な炉内面積が減少し、三次元的に考えた場合には炉内容積が減少する。
【０００９】
開口部２からの目視による外観状況のみに基づいて原料が追加投入されるので、炉内面積の減少した部分に原料が投入されることがある。このような場合、投入された原料は、電極５の先端部付近であって抵抗発熱が多く温度も高い領域へ円滑に落下することができない。その結果、追加投入される原料を逐次抵抗発熱で溶解させることができず、原料の効率的な溶解を行うことができなくなる。
【００１０】
さらに、投入された原料が、炉内面積の減少した領域で滞留し溶解されることなく軟化して一体化すると、開口部２をあたかも蓋のようにして塞ぐという、いわゆる棚吊りを形成することがある。棚吊りが形成されると、以後に投入される原料は、棚吊りの上に堆積され、電極５の先端部付近であって抵抗発熱が多く温度も高い領域へ達することができなくなる。また、電極５からの通電によって生じる抵抗発熱は、炉体内であって棚吊りの下方に存在する原料の昇温に大部分が費やされるので、棚吊り下方の原料が過昇温の状態になる。この過昇温になった原料からの熱伝導や輻射によって棚吊りが溶解して一気に崩落すると、棚吊りの上に堆積していた未溶解の原料が溶解した原料中へ落下する。棚吊りから落下した原料が溶解された過昇温の原料と急激に反応することによって発生するガスと、原料そのものとが、炉体内から外方に向かって噴出し飛散する現象を吹上げという。吹上げが発生すると、飛散した原料およびガスによって炉体内の熱が外へ持出されるので、熱損失が増大し原料の溶解効率が一層低下する。
【００１１】
このように、クラスト８が成長して炉内面積・容積が減少した状態で操業すると、原料の溶解効率が低下し、原料の溶解処理量が減少して電力原単位も増加するという問題がある。
【００１２】
従来の操業方法において電極５の昇降は、クラスト８が成長して炉内面積・容積が減少している位置に関わらず、電流値をほぼ一定にする自動制御によって行われている。すなわち、原料内への電極５の没入深さが深いと、深い位置の原料温度は高く、また電極５の通電面積も大きくなり抵抗が小さくなるので電流が多く流れる。このような場合、電流値が所定値まで減少するように電極５を上昇させ、原料に対する電極５の没入深さが浅くなるように制御される。一方、原料内への電極５の没入深さが浅く、電流値が所定値よりも小さい場合は、上記と逆に電極を下降させるように制御される。このことによって、原料に対する電極５の没入深さはほぼ一定に保たれるが、クラスト８の成長位置とは無関係に電極５が昇降されるので、上記のような溶解効率の低下などの問題が生じる。
【００１３】
一般的に鉄材料の溶解に使用する高炉に関する先行技術には、炉底および炉壁を構成する耐火物に複数の温度センサを設け、温度センサによる測定値に基づいて伝熱解析を行い、炉底耐火物の侵食形状および炉底耐火物上に生成した炉内溶融物の凝固層形状を予測するというものがある（たとえば特許文献４および特許文献５参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１７３３７９号公報
【特許文献２】特開平４４９０３３号公報
【特許文献３】特開２００５−３２１１２１号公報
【特許文献４】特開平７−２７８６３２号公報
【特許文献５】特開平９−６７６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献４および特許文献５では、炉底耐火物の寿命が高炉寿命を律速することから、炉底耐火物の侵食形状および炉底耐火物上に生成した炉内溶融物の凝固層形状の予測精度を向上することによって、高炉寿命診断の精度を向上することが開示される。
【００１５】
特許文献４および特許文献５には、いずれも炉内状況を推測することが開示されるが、推測した炉内状況を炉底耐火物ひいては高炉の寿命予測または延長のために用いているに過ぎず、炉内の原料の溶解効率を向上させるという思想については、全く開示も示唆もしていない。
【００１６】
本発明の目的は、溶解効率と電力原単位とに優れ、棚吊り等のトラブル発生が少ない電気炉の操業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本件発明者らは、炉壁の厚さ方向に伝わる熱流量に基づく熱伝導計算から求められる炉体内の所定温度の位置を連ねて形成される炉内プロフィールを作成し、該炉内プロフィールによって炉内状況を把握した上で、原料を追加投入し、また電極位置を適当な位置へ変位させて通電することによって、原料の効率的溶解と棚吊り等のトラブル発生の防止とが実現されるとの知見を得て本発明の完成に至ったものである。
【００１８】
本発明の操業方法は、炉体内で複数の電極間で通電して、電極間に介在する被溶解物を溶解させる電気炉の操業方法であって、被溶解物が炉体の内壁に固着して生成される塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を連ねて炉内プロフィールを作成し、炉内プロフィールおよび電極の位置を可視化し、可視化される炉内プロフィールおよび電極の位置に基づいて、操業条件の調整を行うことを特徴とする。
【００１９】
前記操業条件の調整は、前記被熔解物の前記炉体内への追加投入に関して行う。また前記操業条件の調整は、前記電極に関して行う。
【００２０】
前記複数の電極のうちの少なくとも一部は、前記炉体に対して相対変位可能に設けられ、前記電極に関して行う操業条件の調整は、該相対変位可能な電極を変位させて行う。
【００２１】
前記塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を、炉体の炉壁に複数の測定箇所を分布させ、各測定箇所で炉壁の厚さ方向に複数の温度センサを設けて検出する温度を用いて熱伝導計算することによって求める。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電気炉の操業方法によれば、溶解効率が高くて処理能力に優れるとともに、電力原単位が低く抑えられ、さらに棚吊り等のトラブル発生を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の操業方法の実施に好適に用いられる電気炉１０の構成を簡略化して示す。
【００２４】
本発明の操業方法に好適に用いられる電気炉１０は、電気抵抗炉１１と、可視化装置１２とを含む。可視化装置１２は、後述するように炉内プロフィール２０を作成して表示する。なお、図１に示す電気抵抗炉１１で、図１３に示す電気抵抗炉１と対応する部分については同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。この電気炉１０は、ステンレス鋼の生産工程で発生する副生物である製鋼原料を溶解することに使用される。
【００２５】
電気抵抗炉１１は、内面が耐火材３によって内張りされる炉体４と、３本の棒状電極５と、電極５を昇降させることによって炉体４に対して相対変位させる電極昇降装置２１と、電極５の昇降量を測定する昇降量測定器２２と、耐火材３の内部に設けられる複数の温度センサ２３とを含む。電気抵抗炉１１は、開口部２の上部に炉蓋を備えるものであっても良い。なお、図１では図示を省略しているけれども、電気抵抗炉１１の周囲には、電極５に電力を供給する電源、炉体内へ原料を投入するためのシュータ、その他の炉の稼動のために必要な機器、装置が備えられる。
【００２６】
炉体４は、鋼製であり、ほぼ円筒形状を有し、上方に開口部２が形成される容器状構造体である。炉体４の底部および側壁は耐火材３によって内張りされる。電気抵抗炉１１では、耐火材３として、定形の耐火レンガ３ａと、不定形耐火物３ｂとが用いられる。
【００２７】
電極５は、炭素製であり、円柱または円筒形状を有する。電極５には、その長さ方向の所定位置に通電用の端子２４である通称ホルダーが設けられる。端子２４には前述のように図示を省略するケーブルが接続され、該ケーブルを介して電源が接続され、電源から電力供給される。
【００２８】
電極５の炉体内に位置する端部と反対側の端部は保持部材２５に装着される。保持部材２５は電極昇降装置２１の駆動で昇降変位する。電極昇降装置２１は、昇降駆動部２６と操作部２７とを含む。また昇降量測定器２２は、昇降駆動部２６と保持部材２５との間に設けられ、電極５が昇降した変位量を測定する。操作部２７から昇降駆動部２６を操作して、電極５を１本ずつ個別に昇降させることができ、また３本まとめて昇降させることができる。
【００２９】
温度センサ２３には、たとえばアルメル−クロメル熱電対が用いられる。熱電対はアルメル−クロメルに限定されるものではなく、白金−白金・ロジウムなど他の種類の熱電対であっても良い。また温度センサ２３は、熱電対に限定されるものではなく、高温に耐えて温度測定できるものであれば他のものであっても良い。
【００３０】
図２は、炉体内の周方向に熱電対２３が設けられる位置を示す。熱電対２３は、炉体内の周方向に適宜な間隔をおいて１４箇所に配置される。熱電対２３が配置される周方向の位置および配置される箇所の数は特に限定されるものではないが、熱電対２３は炉体内の周方向全体にわたって配置されることが好ましい。周方向全体にわたって炉内状況を把握できるようにするためである。
【００３１】
図２中において電極５の周囲に散在し仮想線で囲まれる領域２８は、シュータから炉体内へ原料が投入される位置を表す。電気抵抗炉１１では、９箇所に原料の投入位置が設定される。
【００３２】
熱電対２３は、炉体４の内周に沿った設置箇所の各位置において電極５の昇降方向に４箇所設けられる。図１では、熱電対２３が電極昇降方向に設けられる位置を、炉の浅い方から深い方へ向かって順番にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして表す。熱電対２３が電極５の昇降方向に設けられる位置Ａ〜Ｄは、電極５の昇降範囲、特に電極５の炉体内に位置する先端部が昇降する範囲にわたって配置されることが望ましい。電極昇降方向にも炉内状況を把握し、通電時に最も発熱量が大きくなる電極先端部が配置されるべき位置を特定できるようにするためである。
【００３３】
図３は、熱電対２３が耐火材３の厚さ方向に設けられる位置を示す。熱電対２３は、電極昇降方向における１つの設置箇所において、耐火材３の厚さ方向に異なる位置２箇所を選択して設置される。後述する炉内プロフィール作成装置３１によって炉内プロフィールを作成するためには、炉体４の側壁を構成する耐火材３の厚さ方向の異なる位置で温度を測定し、耐火材３の厚さ方向の熱流量を求めなければならない。したがって、熱電対２３は、耐火材３の厚さ方向に少なくとも２箇所以上設置されることが必要である。
【００３４】
可視化装置１２は、炉内プロフィール作成装置３１と、図形処理装置３２と、表示装置３３とを含む。炉内プロフィール作成装置３１は、炉内プロフィール演算部３４と入力部３５とを含む。入力部３５は、たとえばキーボードなどで構成され、耐火材３およびクラスト８の熱伝導率ならびに耐火材３の厚さを炉内プロフィール演算部３４へ入力することができる。
【００３５】
炉内プロフィール演算部３４は、入力部３５から入力されるデータと、熱電対２３で検出される温度とを用いて熱伝導計算を行い、クラスト８の溶融温度として予め定められる温度の炉体内における位置を算出し、該位置を連ねて形成される炉内プロフィール２０を作成する。
【００３６】
図形処理装置３２は、図形処理部３６と入力部３７とを含む。入力部３７は、たとえばキーボードなどで構成され、電極５の寸法である長さおよび直径を図形処理部３６へ入力することができる。図形処理部３６は、入力されるデータを元に図形化処理、すなわち入力されるデータを画像情報に変換するものである。炉内プロフィール作成装置３１によって作成される炉内プロフィールは、図形処理部３６に対して出力され、図形処理部３６で画像情報に変換される。また、図形処理装置３２では、電極長さおよび電極昇降装置２１の動作に基づいて推定される炉体内の電極位置を図形化することができる。
【００３７】
図形処理装置３２は、炉内プロフィールまたは電極位置だけを図形化することもでき、また炉内プロフィールと電極位置とを１つに集合して図形化することもできる。
【００３８】
表示装置３３は、たとえば液晶ディスプレイまたは陰極線管などで実現され、図形処理装置３２から出力される画像情報を受けて可視像として表示する。表示装置３３は、さらにプリンタを含むものであっても良い。
【００３９】
本発明の操業方法についての説明の前に、電気抵抗炉１１おける溶解動作について簡単に説明する。溶解開始前においては、電極５は、その先端部がタップ孔６とほぼ同じ深さの位置にあり、この状態で炉体内に原料と還元剤、また必要に応じて造滓剤等のスラグ成分調整材が投入される。
【００４０】
次いで、電源から電極５へ電力供給して電極相互間に通電することによって上記の原料等に直接電流を流す。直接通電によって原料等で発生する抵抗発熱を利用して原料等を溶解させる。原料等の溶解が進行するのに応じて、炉体内へ追加の原料が投入され、投入された原料が逐次溶解される。溶解された原料、特に金属成分がある程度の量に達すると、電極５に対する電力供給が停止され、溶解した金属成分および溶融スラグが、タップ孔６から排出される。
【００４１】
電気抵抗炉１１では、原料等の初期投入から溶解された金属成分および溶融スラグが炉外へ排出されるまでを一連の動作として繰り返し実行される。前記一連の動作をチャージと呼ぶ。
【００４２】
本発明の方法は、炉体内で複数の電極間で通電して、電極間に介在する被溶解物である原料を溶解させる電気炉１０の操業方法であって、原料が炉体４の内壁に固着して生成されるクラスト８の溶融温度として予め定められる温度の位置を連ねて炉内プロフィール２０を作成し、炉内プロフィール２０および電極５の位置を可視化し、可視化される炉内プロフィール２０および電極５の位置に基づいて、操業条件の調整を行う。
【００４３】
炉内プロフィール作成において、クラスト８の溶融温度として予め定められる温度の炉体内における位置は、上記のように炉体４の炉壁に複数の測定箇所を分布させ、各測定箇所で炉壁の厚さ方向に複数の熱電対２３を設けて検出する温度を用いて熱伝導計算することによって求められる。
【００４４】
図４は、炉内プロフィール作成装置３１における炉内プロフィールの求め方を説明するものである。なお、図４は、熱電対２３が設置される場所のうち、炉体４の周方向の１箇所であって、かつ電極昇降方向の１箇所における断面を見たものである。図４に例示する電気抵抗炉１１では、基礎耐火材層４１、第１耐火レンガ層４２、第２耐火レンガ層４３、第３耐火レンガ層４４および不定形耐火物がスタンプされたスタンプ層４５の５層からなる耐火材３の層と、その炉体内方側に固着した原料であるクラスト８が存在する構成となっている。
【００４５】
図４中のλ１〜λ５は、耐火レンガ層４２〜４４、スタンプ層４５およびクラスト８の熱伝導率であり、ｂ１〜ｂ５は、前記各層の厚さである。
【００４６】
熱電対２３は、耐火材３の厚さ方向に２箇所、すなわち、基礎耐火材層４１と第１耐火レンガ層４２との間、および第２耐火レンガ層４３と第３耐火レンガ層４４との間に設けられる。基礎耐火材層４１と第１耐火レンガ層４２との間に設置される熱電対２３を熱電対２３α、第２耐火レンガ層４３と第３耐火レンガ層４４との間に設置される熱電対２３を熱電対２３βで表す。
【００４７】
熱電対２３αおよび２３βによる測温結果は、炉内プロフィール演算部３４へ入力される。この測温結果と、入力部３５から入力される熱伝導率および厚さのデータに基づいて炉内プロフィールが求められる。図４の例示では、クラスト８の溶融温度として予め定められる温度を１２００℃としている。クラスト８の融点は、その組成によって異なるが、炉壁に付着したクラスト８を採取し、ゼーゲルコーン試験などによって予め求めることができる。
【００４８】
次に、炉内プロフィール演算部３４における炉内プロフィールの求め方について説明する。なお、炉内プロフィールを求めるにあたって、炉体４の側壁に対する垂直方向の熱流量Ｑが一定であると仮定している。
【００４９】
まず、熱電対２３αおよび２３βの測温結果ｔ１およびｔ３を用いて、炉体４の側壁に対する垂直方向の熱流量Ｑを算出する。熱流量Ｑを求めるための基本式は式（１）で与えられる。
Ｑ＝Ｋ・ΔＴ ・・・（１）
ここで、 Ｋ：熱貫流率
ΔＴ：各層の表裏間の温度差［ｄｅｇ］
Ｑ：熱流量［Ｋｃａｌ／ｍ２・ｈ］
【００５０】
第１および第２耐火レンガ層４２，４３における熱貫流率Ｋは、それぞれの熱伝導率と厚さとを用いて式（２）で与えられるので、熱流量Ｑが式（３）で求められる。
１／Ｋ＝ｂ１／λ１＋ｂ２／λ２ ・・・（２）
Ｑ＝Ｋ・（ｔ３−ｔ１） ・・・（３）
【００５１】
熱流量Ｑを一定と仮定しているので、各層の熱伝導率λと、厚さｂとを用いて、以下の式（４）〜（６）から熱電対が設置されていない層境界の温度ｔ２，ｔ４，ｔ５が求められる。
Ｑ＝λ２／ｂ２・（ｔ３−ｔ２）・・・（４）
Ｑ＝λ３／ｂ３・（ｔ４−ｔ３）・・・（５）
Ｑ＝λ４／ｂ４・（ｔ５−ｔ４）・・・（６）
【００５２】
ｔ５が、１２００℃以下の場合、クラスト８の溶融位置を示すクラスト８の厚さｂ５は、スタンプ層４５の侵食されていない表面、またはクラスト８の厚さ方向のどこかにあるので、式（７）によって求められる。
Ｑ＝λ５／ｂ５・（１２００−ｔ５）・・・（７）
【００５３】
またｔ５が１２００℃を超える場合、クラスト８がすべて溶融していることを示し、スタンプ層４５が侵食されて、１２００℃となる位置がスタンプ層４５内のどこかにあり、そのスタンプ層４５の厚さｂｘは式（８）で求められる。
Ｑ＝λ４／ｂｘ・（１２００−ｔ４）・・・（８）
【００５４】
図４に例示する電気抵抗炉１１では、基礎耐火材層４１から第２耐火レンガ層４３までの厚さが０．２５ｍになるように形成されるので、１２００℃となる炉内位置までの距離Ｌは、ｔ５が１２００℃以下の場合には式（９）で求められ、ｔ５が１２００℃を超える場合には式（１０）で求められる。
Ｌ＝（０．２５＋ｂ３＋ｂ４＋ｂ５）・・・（９）
Ｌ＝（０．２５＋ｂ３＋ｂｘ） ・・・（１０）
【００５５】
表１および表２に示す実測データに基づいて演算した例を以下に示す。表１に示す耐火レンガ層はシャモットレンガからなり、スタンプ層はカーボンペーストからなる。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
上記の式（２）および式（３）から熱貫流率Ｋおよび熱流量Ｑが求められる。
１／Ｋ＝０．０６５／０．８４＋０．１１５／０．９２からＫ＝４．９、
Ｑ＝４．９（６７９．８−２６６．８）からＱ＝２０２３．７である。
【００５９】
以下この熱流量Ｑを用いて、上記式（４）〜（６）から、温度ｔ２，ｔ４，ｔ５がそれぞれ次のように求められる。ｔ２＝４２６．８℃、ｔ４＝９０９．５℃、ｔ５＝１２１９．８℃である。ｔ５が１２００℃を超えるので、炉体内の１２００℃となる位置は、上記式（８）で求められる。
【００６０】
２０２３．７＝４．５／ｂｘ（１２００−９０９．５）からｂｘ＝０．６４６となる。したがって、１２００℃となる炉内位置までの距離Ｌは、上記式（１０）から、Ｌ＝（０．２５＋０．１１５＋０．６４６）＝１．０１１ｍとなる。
【００６１】
炉内プロフィール作成装置３１では、熱電対２３が設置されるすべての箇所について上記の演算が行われ、炉内で１２００℃となる位置を連ねて形成される炉内プロフィールが作成される。
【００６２】
炉内プロフィール作成装置３１によって作成される炉内プロフィールは、図形処理部３６に対して出力され、図形処理部３６で画像情報に変換される。図形処理部３６で画像情報に変換された炉内プロフィールは、さらに図形処理部３６から表示装置３３へ出力され、表示装置３３で可視像にされる。
【００６３】
なお、ここでは図形処理装置３２での図形化に際し、炉内プロフィール作成装置３１によって得られる距離Ｌを、円筒形状を有する炉体４の半径である３．５ｍから減算し、炉体４の中心からの距離として炉内プロフィールを表している。
【００６４】
表示装置３３で可視像にされた炉内プロフィールの例を図５および図６に示す。図５は、電気抵抗炉１１の上面から見た炉内プロフィールである。図５には、図１に示す電極昇降方向における熱電対設置箇所のうち、相異なるＡ、ＢおよびＣそれぞれの位置における炉の周方向の炉内プロフィールを示す。図５中の第１の曲線５１がＡ位置での炉内プロフィールを示し、以下第２の曲線５２がＢ位置、第３の曲線５３がＣ位置の炉内プロフィールを表す。なお、先の図２で示したように炉の周方向には１４箇所に熱電対２３を設置しているが、図５では１２箇所からの温度測定結果に基づいて炉内プロフィールを求めている。
【００６５】
図６は、電気抵抗炉１１の断面から見た炉内プロフィールである。図６には、炉の周方向に熱電対２３を設置した箇所のうち、１箇所について電極昇降方向にＡ位置、Ｂ位置およびＣ位置を連ねて形成される炉内プロフィールを示す。本来周方向の１箇所ごとに図示するべきであるけれども、周方向１２箇所のそれぞれにおける深さ方向の炉内プロフィールを便宜上１つの断面上に重ねて表示したものである。図６にＴ１〜Ｔ１２で示す曲線は、周方向の１２箇所の熱電対設置位置のそれぞれに対応する炉内プロフィールである。
【００６６】
したがって、図６に示すＡ位置のデータを周方向に配置し、該データを連ねて形成される曲線が図５の第１の曲線５１である。同様に図６のＢ位置のデータを周方向に配置して得られるのが第２の曲線５２であり、Ｃ位置のデータを周方向に配置して得られるのが第３の曲線５３である。
【００６７】
炉体内の電極５の位置は、図形処理装置３２によって求められる。炉体内の電極位置の推定はたとえば次のようにして行うことができる。電極５の寸法、特に長さを実測して入力部３７から図形処理部３６へ入力する。また図形処理部３６には、炉体４の縁などに定められる基準位置から電極５が相対的に変位した量を昇降量測定器２２で測定して入力される。この電極長さと、電極５の基準位置からの変位量とに基づいて電極５の位置、特に電極５の先端位置を推定することができる。
【００６８】
電極先端は操業を通じて消耗するが、たとえば以下のような補正をすることによって電極位置の推定精度を向上することができる。電極５の長さを１日に１回実測する。操業１チャージあたりの電極消耗量は経験則から求められるので、１チャージごとに前記実測値に対して電極消耗量を減算する修正を行う。該修正値を入力部３７から図形処理部３６へ入力することによって電極５の推定位置の補正をすることができる。
【００６９】
また、炉体内の電極５の位置を可視化するステップは、図形処理部３６で求められた炉体内の電極５の推定位置が、画像情報に変換され、図形処理部３６から表示装置３３へ出力されて表示装置３３で可視像にされることで実行される。図形処理装置３２は、炉内プロフィールまたは電極位置だけを図形化することもでき、また炉内プロフィールと電極位置とを１つに集合して図形化することもできる。
【００７０】
図７は、炉内プロフィールと電極の推定位置とを１つに集合して図形化したものである。図７に示すような可視化された炉内プロフィール２０および電極５の位置に基づいて、電極５に関する操業条件の調整、すなわち電極５を昇降方向に所望の位置まで変位させ、変位させた位置で電極間への通電が行われる。ここで、所望の位置としては、炉内プロフィール２０に基づいて任意の位置が選択され得るけれども、一般的にはクラスト８が炉体４の内方へ最も突出している位置が選択される。図７に示すような可視化された炉内プロフィール２０と電極位置とに基づいて、すなわち可視化された炉内状況に基づいて、電極５の推定先端位置を、所望の位置へ精度良く移動させることができる。
【００７１】
図８は、電極を所望の位置まで変位させる際の制御フローの一例を示す。ステップａ１では、熱電対２３による測温結果に基づいて炉内プロフィール作成装置３１で炉内プロフィールが作成される。ステップａ２では、予め与えられる電極寸法と昇降量測定器２２の測定結果とから電極５の位置特に先端位置が求められる。ステップａ３では、図形処理装置３２と表示装置３３とで炉内プロフィールおよび電極位置が、上記図７に示すような１画像として表示される。
【００７２】
ステップａ４では、炉内プロフィールに対して電極位置が適正か否かが判断される。ここで、電極位置が適正とは、たとえば電極５の先端が、クラスト８が炉の内方へ最も突出している位置にある場合などとして設定することができる。電極５が適正位置にあればステップａ７へ進んで運転が継続される。電極５が適正位置にない場合にはステップａ５へ進む。
【００７３】
ステップａ５では、３本の電極５を個別にまたは一括して位置調整する。電極位置を強制的に変位させるので、位置調整後電流・電圧の調整が行われる。その後ステップａ６へ進む。ステップａ６では、電極位置を調整して炉内状況を確認し、原料および必要に応じて還元剤であるコークスの追加投入位置および量を定めて投入し、ステップａ７へ進んで運転を継続する。
【００７４】
ステップａ４およびａ５の電極位置適否の判断と電極位置制御とは、人手によるものであっても良く、また制御装置による自動制御であっても良い。すなわち、操作者が可視化された炉内状況に基づいて判断し、その判断結果に応じて電極昇降装置２１を動作させるようにしても良く、またマイクロコンピュータなどの制御装置を備え、炉内プロフィールと電極位置との入力に応答して制御装置が電極昇降装置２１を動作制御するようにしても良い。
【００７５】
電極５の先端位置付近は抵抗発熱量が最も多いので、電極先端位置をたとえばクラスト８が炉内側へ最も突出して成長した位置へ精度良く移動させることによって、該位置のクラスト８を優先的に溶解させることができる。したがって、クラスト８が炉内側へ大きく成長することを防止することが可能になり、炉内容積が減少することを防止できる。
【００７６】
前述の図５および図６に示す炉内プロフィールは、図７に示す可視化された炉内状況に基づいて電極５の先端位置を所望の位置へ変位させてクラスト８を積極的に溶解させた結果得られたものである。
【００７７】
図５、図６および図７に示すような可視化された炉内プロフィールおよび電極位置に基づいて原料の追加投入に関する操業条件の調整が行われる。原料の追加投入に際しては、クラスト８が炉体４の内方へあまり成長しておらず炉内プロフィールの狭まっていない位置が、炉体内へ原料を追加投入するのに適した位置として定められるとともに、炉内容積の大きさに従って炉体内へ原料を追加投入するのに適した量が定められる。
【００７８】
炉内プロフィールが狭まっていない位置へ適当量の原料を投入することによって、投入された原料は、炉内の電極先端部で通電されて抵抗発熱量の多い場所まで円滑に落下することができる。原料は、炉内へ落ち込んでいくとき、炉内底部からのガスの流れで、予熱、乾燥、予備還元が進むので、落下先の抵抗発熱量が多い場所で効率的に溶解処理が行われる。このような操業方法をとることによって、棚吊りおよび吹上げなどのトラブルの発生が防止され、溶解効率が向上するので、処理能力が向上し電力原単位を改善することができる。
【００７９】
また、炉内プロフィールがスタンプ層４５などの耐火材３側に位置する場合には、耐火材３の侵食を知ることができる。このことから、耐火材３の異常損耗を早期に察知し、出湯後に炉壁を補修することによって、漏銑などの操業トラブルも未然防止することができる。
【００８０】
このことによって、前述したように操業時における棚吊りおよび吹上げなどのトラブルの発生が防止され、溶解効率を改善して処理能力を向上するとともに電力原単位の減少を実現することができる。
【００８１】
（実施例）
以下本発明の実施例について説明する。ここでは、本発明の方法である可視化された炉内プロフィールおよび電極推定位置に基づいてクラスト８を積極的に溶解させるとともに、可視化された炉内プロフィールに基づいて炉内容積の大きい位置へ適当量の追加原料を投入するようにして操業した操業実施例と、電極の昇降を電流値制御しながら操業するとともに外観状況から炉内状況を想像して予め定める位置に予め定める量の追加原料を投入するようにして操業した操業比較例との操業実績を比較する。
【００８２】
操業実施例および操業比較例ともに、１０日ないし１１日間操業した実績を抽出し、原料処理量、電力原単位、金属成分生産量および操業安定性について評価した。
【００８３】
原料処理量は、電気抵抗炉へ投入して溶解処理することができた原料の量を重量で表したものである。電力原単位は、原料１トンを溶解処理するのに要した電力量である。金属成分生産量は、原料から取り出すことができ製鋼副原料として使用することができた金属成分の量を重量で表したものである。操業安定性は、操業中に発生するトラブルの１種である吹上げの頻度と、入電時および止電時における電極位置の安定性とによって評価した。
【００８４】
原料処理量および金属成分生産量は多いほど好ましく、電力原単位は少ない方が好ましい。原料処理量および金属成分生産量については、１日あたりの平均値で評価した。
【００８５】
操業安定性のうち操業トラブルは、吹上げの発生がない場合を○、吹上げが発生したけれども発生頻度が少ない場合を△、吹上げの発生頻度が多い場合を×として評価した。
【００８６】
操業安定性のうち入電時および止電時の電極位置については、特に止電時の電極位置のばらつきの程度によって評価した。ここで、入電時とは、当該チャージの溶解作業を終えた後、次チャージの溶解のために電極からの通電を開始するときをいう。また止電時とは、炉体内にある程度の金属成分の溶解量が得られ、タップ孔から金属成分の溶湯を出湯するために通電を停止するときをいう。
【００８７】
まず、操業安定性のうち入電時および止電時の電極位置の変動を求めた結果を図９および図１０に示す。図９は操業実施例の電極位置を示し、図１０は操業比較例の電極位置を示す。図９および図１０中で、♯１，♯２，♯３は、それぞれ第１，第２，第３電極を表し、入は入電時の電極位置を表し、止は止電時の電極位置を表す。図９および図１０は、操業した実績を３本の電極それぞれについて求めた結果を示す。１日に８チャージの溶解を行い、入電時の電極位置は１チャージ目の入電時の位置であり、止電時の電極位置は８チャージ目の止電時の位置である。
【００８８】
入電時の電極位置は、操業実施例および操業比較例のいずれにおいても大きくばらついていない。これは次の理由による。炉内にある程度の金属成分の溶解量が得られてタップ孔から出湯する場合、電極を降下させ溶湯を押し出して出湯し易くするが、電極先端を降下させて停止する位置がタップ孔の位置でほぼ一定になるからである。
【００８９】
一方、止電時における各電極の位置のばらつきは、操業実施例では約２００ｍｍ程度に収まっているけれども、操業比較例では３００ｍｍを超えている。これは次の理由による。原料の溶解がある程度進行して金属成分の溶湯の上層に溶融スラグが生成されると、電極先端位置は溶湯のほぼ湯面近くにあって、溶融スラグまたは溶融スラグおよび金属成分の溶湯に電極から通電するようになる。操業実施例のように、クラストを積極的に溶解してある程度の大きさの炉内容積を常に確保しながら溶解すると、出湯必要量に達した湯面の位置がチャージごとに、また操業日ごとに大きく変動することがなくほぼ同じ位置になるので、湯面近くの電極先端位置もばらつきが小さくなり、安定操業が実現される。操業比較例のようにクラストの成長と関係なく通電すると、クラストの成長の程度によって電極位置が大きくばらつき安定的な操業が阻害される。すなわちクラストが成長して炉内容積が減少する場合には、溶湯の量が増加するのに伴って湯面が大きく上昇し電極位置も上昇するが、クラストがほとんど成長せずに炉内容積が減少しない場合には、溶湯の量が増加しても湯面が大きく上昇することがなく、電極位置も大きく上昇しない。
【００９０】
図１１および図１２は、図９および図１０に示す電極位置を異なる観点で表すものである。図１１および図１２は、操業実施例および操業比較例のそれぞれについて操業日数の経過に伴う入電時および止電時の電極位置の推移を直線近似して表す。図１１および図１２から、電極の入電時の位置と止電時の位置との間隔は、操業日数の経過とともに拡大する傾向がある。また１１日間の操業終了時点における入電時と止電時との電極位置の間隔は、操業実施例に比べて操業比較例の方が大きく、操業比較例では電極位置特に止電時の電極位置が没入位置の浅い方へ推移してしまい、電極位置の変動が大きいことを示す。
【００９１】
このことから、操業実施例では、操業日ごとの炉内容積がほぼ同じで安定しているのに対して、操業比較例では、炉内容積が安定していないことが判る。
【００９２】
操業実績の他の評価結果を表３および表４に示す。
【００９３】
【表３】
【００９４】
【表４】
【００９５】
操業実施例は、操業比較例に比べて原料処理量で約８トン／日多く、金属成分生産量で約４トン／日多い。その結果電力原単位も、操業実施例の方が操業比較例よりも大きく改善されている。
【００９６】
また操業実施例では、吹上げが発生しないかまたは発生しても頻度が少ないのに対して、操業比較例では、１０日間の操業のうち発生頻度の多い日が３日もあり、操業実施例の方が操業比較例よりも操業安定性に優れることが判る。操業実施例の場合、吹上げがほとんど発生しないので熱損失の少ないことも処理能力向上に寄与している。
【００９７】
本発明の電気炉の操業方法によれば、溶解効率が改善されて処理能力の向上が実現され、電力原単位も減少させることができ、操業トラブルの発生も防止されることが明らかである。
【００９８】
以上で説明しているように、本実施の形態では、炉体内に挿入する電極間で被溶解物に通電する形式の電気抵抗炉の操業方法を、製鋼原料の溶解効率向上に利用している。しかしながら、これに限定されることなく、電極の形式等が異なる電気抵抗炉や、さらには電気抵抗炉以外の電気炉で、産業廃棄物、固化スラグ、焼却灰などの溶解を行う場合に対しても有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の操業方法の実施に好適に用いられる電気炉１０の構成を簡略化して示す。
【図２】炉体内の周方向に熱電対２３が設けられる位置を示す。
【図３】熱電対２３が耐火材３の厚さ方向に設けられる位置を示す。
【図４】炉内プロフィール作成装置３１における炉内プロフィールの求め方を説明するものである。
【図５】電気抵抗炉１１の上面から見た炉内プロフィールである。
【図６】電気抵抗炉１１の断面から見た炉内プロフィールである。
【図７】炉内プロフィールと電極の推定位置とを１つに集合して図形化したものである。
【図８】電極を所望の位置まで変位させる際の制御フローの一例を示す。
【図９】操業実施例の電極位置を示す。
【図１０】操業比較例の電極位置を示す。
【図１１】操業実施例の電極位置を示す。
【図１２】操業比較例の電極位置を示す。
【図１３】副生物の溶解に用いられる電気抵抗炉１の構成を示す。
【符号の説明】
【０１００】
１，１１ 電気抵抗炉
３ 耐火材
４ 炉体
５ 電極
８ クラスト
１０ 電気炉
１２ 可視化装置
２１ 電極昇降装置
２２ 昇降量測定器
２３ 熱電対
３１ 炉内プロフィール作成装置
３２ 図形処理装置
３３ 表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に被溶解物を溶解させる電気炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炉体内に被溶解物を装入し、炉体内へ挿入するようにして設けられる複数の電極を用いて被溶解物を溶解させる溶解方法としては、電極と被溶解物との間でアークを発生させてアークの熱で溶解させる電気アーク炉を用いる方法、炉体内へ挿入される電極を被溶解物へ没入させて電極から被溶解物に直接通電して抵抗発熱を発生させることによって溶解させる電気抵抗炉を用いる方法などがある。
【０００３】
電気アーク炉を用いる溶解方法は、たとえば製鋼原料であるスクラップを溶解することに用いられている。また電気抵抗炉を用いる溶解方法は、固化スラグ（特許文献１参照）、産業廃棄物（特許文献２参照）、焼却灰（特許文献３参照）などを溶解することに用いられている。
【０００４】
ところで、鉄鋼製品の１種であるステンレス鋼の生産工程では、集塵ダスト、酸洗スラッジなどの副生物が多量に発生する。副生物は金属成分を含むので有用であり、従来産業廃棄物として処分されていた副生物をステンレス鋼の製鋼原料として再利用することが試みられている。上記副生物を製鋼原料として再利用するに際しては、その電気的特性や細粒であるという形状特性から、電気抵抗炉を用いて溶解する方法が考えられている。
【０００５】
図１３は、副生物の溶解に用いられる電気抵抗炉１の構成を示す。電気抵抗炉１は、上方に向かって開口部２が形成され内面が耐火材３によって内張りされる炉体４と、開口部２から炉体４の内部へ挿入され炉体内の副生物である原料に通電するための棒状電極５とを含む。電気抵抗炉１では、３本の電極５を備えるので、個々の電極をそれぞれ５ａ，５ｂ，５ｃで表し、総称する場合には電極５で表す。
【０００６】
電気抵抗炉１における原料を溶解する方法、すなわち操業方法は以下のようなものである。電気抵抗炉１では、電極５が炉体内の原料に没入され、３本の電極５ａ，５ｂ，５ｃの相互間に三相交流が供給されることによって、原料に電流が直接流れて抵抗発熱し、原料が溶解される。原料の溶解が進行するのに伴い、開口部２からシュータを使用して炉体内へ原料が追加投入される。原料が繰り返し追加投入されて炉体内の溶解された原料がある程度の量に達すると、電極５への電力供給を停止し、炉体４および耐火材３を貫通するようにして予め形成されたタップ孔６に詰められている封止材７を除去し、タップ孔６から溶解した原料の金属成分を出湯させる。なお、金属成分を出湯させた後、炉体内で金属成分の層上に生成されている溶解スラグもタップ孔６から出して除去する。
【０００７】
このような電気抵抗炉１の操業における原料の追加投入に際しては、炉の操作者が、開口部２から目視して得られる外観状況に基づいて炉内状況を想像しながら、予め決められたタイミングで、予め決められた量の原料を投入している。
【０００８】
電気抵抗炉１では電極相互間で通電するので、電流は電極５の先端部付近で最も多く流れる。したがって、炉体内の温度分布が必ずしも均一にはならず、相対的に温度の低い部分が生じることがある。このような温度の低い部分は耐火材３で構成される炉壁付近に発生し易く、炉壁に原料が固着して塊状物８が生成されることがある。この塊状物はクラストと呼ばれることがある。クラスト８が生成されて炉体４の内方に向かって成長すると、平面的に考えた場合には溶解に利用できる有効な炉内面積が減少し、三次元的に考えた場合には炉内容積が減少する。
【０００９】
開口部２からの目視による外観状況のみに基づいて原料が追加投入されるので、炉内面積の減少した部分に原料が投入されることがある。このような場合、投入された原料は、電極５の先端部付近であって抵抗発熱が多く温度も高い領域へ円滑に落下することができない。その結果、追加投入される原料を逐次抵抗発熱で溶解させることができず、原料の効率的な溶解を行うことができなくなる。
【００１０】
さらに、投入された原料が、炉内面積の減少した領域で滞留し溶解されることなく軟化して一体化すると、開口部２をあたかも蓋のようにして塞ぐという、いわゆる棚吊りを形成することがある。棚吊りが形成されると、以後に投入される原料は、棚吊りの上に堆積され、電極５の先端部付近であって抵抗発熱が多く温度も高い領域へ達することができなくなる。また、電極５からの通電によって生じる抵抗発熱は、炉体内であって棚吊りの下方に存在する原料の昇温に大部分が費やされるので、棚吊り下方の原料が過昇温の状態になる。この過昇温になった原料からの熱伝導や輻射によって棚吊りが溶解して一気に崩落すると、棚吊りの上に堆積していた未溶解の原料が溶解した原料中へ落下する。棚吊りから落下した原料が溶解された過昇温の原料と急激に反応することによって発生するガスと、原料そのものとが、炉体内から外方に向かって噴出し飛散する現象を吹上げという。吹上げが発生すると、飛散した原料およびガスによって炉体内の熱が外へ持出されるので、熱損失が増大し原料の溶解効率が一層低下する。
【００１１】
このように、クラスト８が成長して炉内面積・容積が減少した状態で操業すると、原料の溶解効率が低下し、原料の溶解処理量が減少して電力原単位も増加するという問題がある。
【００１２】
従来の操業方法において電極５の昇降は、クラスト８が成長して炉内面積・容積が減少している位置に関わらず、電流値をほぼ一定にする自動制御によって行われている。すなわち、原料内への電極５の没入深さが深いと、深い位置の原料温度は高く、また電極５の通電面積も大きくなり抵抗が小さくなるので電流が多く流れる。このような場合、電流値が所定値まで減少するように電極５を上昇させ、原料に対する電極５の没入深さが浅くなるように制御される。一方、原料内への電極５の没入深さが浅く、電流値が所定値よりも小さい場合は、上記と逆に電極を下降させるように制御される。このことによって、原料に対する電極５の没入深さはほぼ一定に保たれるが、クラスト８の成長位置とは無関係に電極５が昇降されるので、上記のような溶解効率の低下などの問題が生じる。
【００１３】
一般的に鉄材料の溶解に使用する高炉に関する先行技術には、炉底および炉壁を構成する耐火物に複数の温度センサを設け、温度センサによる測定値に基づいて伝熱解析を行い、炉底耐火物の侵食形状および炉底耐火物上に生成した炉内溶融物の凝固層形状を予測するというものがある（たとえば特許文献４および特許文献５参照）。
【特許文献１】特開昭５８−１７３３７９号公報
【特許文献２】特開平４４９０３３号公報
【特許文献３】特開２００５−３２１１２１号公報
【特許文献４】特開平７−２７８６３２号公報
【特許文献５】特開平９−６７６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献４および特許文献５では、炉底耐火物の寿命が高炉寿命を律速することから、炉底耐火物の侵食形状および炉底耐火物上に生成した炉内溶融物の凝固層形状の予測精度を向上することによって、高炉寿命診断の精度を向上することが開示される。
【００１５】
特許文献４および特許文献５には、いずれも炉内状況を推測することが開示されるが、推測した炉内状況を炉底耐火物ひいては高炉の寿命予測または延長のために用いているに過ぎず、炉内の原料の溶解効率を向上させるという思想については、全く開示も示唆もしていない。
【００１６】
本発明の目的は、溶解効率と電力原単位とに優れ、棚吊り等のトラブル発生が少ない電気炉の操業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本件発明者らは、炉壁の厚さ方向に伝わる熱流量に基づく熱伝導計算から求められる炉体内の所定温度の位置を連ねて形成される炉内プロフィールを作成し、該炉内プロフィールによって炉内状況を把握した上で、原料を追加投入し、また電極位置を適当な位置へ変位させて通電することによって、原料の効率的溶解と棚吊り等のトラブル発生の防止とが実現されるとの知見を得て本発明の完成に至ったものである。
【００１８】
本発明の操業方法は、炉体内で複数の電極間で通電して、電極間に介在する被溶解物を溶解させる電気炉の操業方法であって、被溶解物が炉体の内壁に固着して生成される塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を連ねて炉内プロフィールを作成し、炉内プロフィールおよび電極の位置を可視化し、可視化される炉内プロフィールおよび電極の位置に基づいて、操業条件の調整を行うことを特徴とする。
【００１９】
前記操業条件の調整は、前記被熔解物の前記炉体内への追加投入に関して行う。また前記操業条件の調整は、前記電極に関して行う。
【００２０】
前記複数の電極のうちの少なくとも一部は、前記炉体に対して相対変位可能に設けられ、前記電極に関して行う操業条件の調整は、該相対変位可能な電極を変位させて行う。
【００２１】
前記塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を、炉体の炉壁に複数の測定箇所を分布させ、各測定箇所で炉壁の厚さ方向に複数の温度センサを設けて検出する温度を用いて熱伝導計算することによって求める。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の電気炉の操業方法によれば、溶解効率が高くて処理能力に優れるとともに、電力原単位が低く抑えられ、さらに棚吊り等のトラブル発生を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の操業方法の実施に好適に用いられる電気炉１０の構成を簡略化して示す。
【００２４】
本発明の操業方法に好適に用いられる電気炉１０は、電気抵抗炉１１と、可視化装置１２とを含む。可視化装置１２は、後述するように炉内プロフィール２０を作成して表示する。なお、図１に示す電気抵抗炉１１で、図１３に示す電気抵抗炉１と対応する部分については同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。この電気炉１０は、ステンレス鋼の生産工程で発生する副生物である製鋼原料を溶解することに使用される。
【００２５】
電気抵抗炉１１は、内面が耐火材３によって内張りされる炉体４と、３本の棒状電極５と、電極５を昇降させることによって炉体４に対して相対変位させる電極昇降装置２１と、電極５の昇降量を測定する昇降量測定器２２と、耐火材３の内部に設けられる複数の温度センサ２３とを含む。電気抵抗炉１１は、開口部２の上部に炉蓋を備えるものであっても良い。なお、図１では図示を省略しているけれども、電気抵抗炉１１の周囲には、電極５に電力を供給する電源、炉体内へ原料を投入するためのシュータ、その他の炉の稼動のために必要な機器、装置が備えられる。
【００２６】
炉体４は、鋼製であり、ほぼ円筒形状を有し、上方に開口部２が形成される容器状構造体である。炉体４の底部および側壁は耐火材３によって内張りされる。電気抵抗炉１１では、耐火材３として、定形の耐火レンガ３ａと、不定形耐火物３ｂとが用いられる。
【００２７】
電極５は、炭素製であり、円柱または円筒形状を有する。電極５には、その長さ方向の所定位置に通電用の端子２４である通称ホルダーが設けられる。端子２４には前述のように図示を省略するケーブルが接続され、該ケーブルを介して電源が接続され、電源から電力供給される。
【００２８】
電極５の炉体内に位置する端部と反対側の端部は保持部材２５に装着される。保持部材２５は電極昇降装置２１の駆動で昇降変位する。電極昇降装置２１は、昇降駆動部２６と操作部２７とを含む。また昇降量測定器２２は、昇降駆動部２６と保持部材２５との間に設けられ、電極５が昇降した変位量を測定する。操作部２７から昇降駆動部２６を操作して、電極５を１本ずつ個別に昇降させることができ、また３本まとめて昇降させることができる。
【００２９】
温度センサ２３には、たとえばアルメル−クロメル熱電対が用いられる。熱電対はアルメル−クロメルに限定されるものではなく、白金−白金・ロジウムなど他の種類の熱電対であっても良い。また温度センサ２３は、熱電対に限定されるものではなく、高温に耐えて温度測定できるものであれば他のものであっても良い。
【００３０】
図２は、炉体内の周方向に熱電対２３が設けられる位置を示す。熱電対２３は、炉体内の周方向に適宜な間隔をおいて１４箇所に配置される。熱電対２３が配置される周方向の位置および配置される箇所の数は特に限定されるものではないが、熱電対２３は炉体内の周方向全体にわたって配置されることが好ましい。周方向全体にわたって炉内状況を把握できるようにするためである。
【００３１】
図２中において電極５の周囲に散在し仮想線で囲まれる領域２８は、シュータから炉体内へ原料が投入される位置を表す。電気抵抗炉１１では、９箇所に原料の投入位置が設定される。
【００３２】
熱電対２３は、炉体４の内周に沿った設置箇所の各位置において電極５の昇降方向に４箇所設けられる。図１では、熱電対２３が電極昇降方向に設けられる位置を、炉の浅い方から深い方へ向かって順番にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして表す。熱電対２３が電極５の昇降方向に設けられる位置Ａ〜Ｄは、電極５の昇降範囲、特に電極５の炉体内に位置する先端部が昇降する範囲にわたって配置されることが望ましい。電極昇降方向にも炉内状況を把握し、通電時に最も発熱量が大きくなる電極先端部が配置されるべき位置を特定できるようにするためである。
【００３３】
図３は、熱電対２３が耐火材３の厚さ方向に設けられる位置を示す。熱電対２３は、電極昇降方向における１つの設置箇所において、耐火材３の厚さ方向に異なる位置２箇所を選択して設置される。後述する炉内プロフィール作成装置３１によって炉内プロフィールを作成するためには、炉体４の側壁を構成する耐火材３の厚さ方向の異なる位置で温度を測定し、耐火材３の厚さ方向の熱流量を求めなければならない。したがって、熱電対２３は、耐火材３の厚さ方向に少なくとも２箇所以上設置されることが必要である。
【００３４】
可視化装置１２は、炉内プロフィール作成装置３１と、図形処理装置３２と、表示装置３３とを含む。炉内プロフィール作成装置３１は、炉内プロフィール演算部３４と入力部３５とを含む。入力部３５は、たとえばキーボードなどで構成され、耐火材３およびクラスト８の熱伝導率ならびに耐火材３の厚さを炉内プロフィール演算部３４へ入力することができる。
【００３５】
炉内プロフィール演算部３４は、入力部３５から入力されるデータと、熱電対２３で検出される温度とを用いて熱伝導計算を行い、クラスト８の溶融温度として予め定められる温度の炉体内における位置を算出し、該位置を連ねて形成される炉内プロフィール２０を作成する。
【００３６】
図形処理装置３２は、図形処理部３６と入力部３７とを含む。入力部３７は、たとえばキーボードなどで構成され、電極５の寸法である長さおよび直径を図形処理部３６へ入力することができる。図形処理部３６は、入力されるデータを元に図形化処理、すなわち入力されるデータを画像情報に変換するものである。炉内プロフィール作成装置３１によって作成される炉内プロフィールは、図形処理部３６に対して出力され、図形処理部３６で画像情報に変換される。また、図形処理装置３２では、電極長さおよび電極昇降装置２１の動作に基づいて推定される炉体内の電極位置を図形化することができる。
【００３７】
図形処理装置３２は、炉内プロフィールまたは電極位置だけを図形化することもでき、また炉内プロフィールと電極位置とを１つに集合して図形化することもできる。
【００３８】
表示装置３３は、たとえば液晶ディスプレイまたは陰極線管などで実現され、図形処理装置３２から出力される画像情報を受けて可視像として表示する。表示装置３３は、さらにプリンタを含むものであっても良い。
【００３９】
本発明の操業方法についての説明の前に、電気抵抗炉１１おける溶解動作について簡単に説明する。溶解開始前においては、電極５は、その先端部がタップ孔６とほぼ同じ深さの位置にあり、この状態で炉体内に原料と還元剤、また必要に応じて造滓剤等のスラグ成分調整材が投入される。
【００４０】
次いで、電源から電極５へ電力供給して電極相互間に通電することによって上記の原料等に直接電流を流す。直接通電によって原料等で発生する抵抗発熱を利用して原料等を溶解させる。原料等の溶解が進行するのに応じて、炉体内へ追加の原料が投入され、投入された原料が逐次溶解される。溶解された原料、特に金属成分がある程度の量に達すると、電極５に対する電力供給が停止され、溶解した金属成分および溶融スラグが、タップ孔６から排出される。
【００４１】
電気抵抗炉１１では、原料等の初期投入から溶解された金属成分および溶融スラグが炉外へ排出されるまでを一連の動作として繰り返し実行される。前記一連の動作をチャージと呼ぶ。
【００４２】
本発明の方法は、炉体内で複数の電極間で通電して、電極間に介在する被溶解物である原料を溶解させる電気炉１０の操業方法であって、原料が炉体４の内壁に固着して生成されるクラスト８の溶融温度として予め定められる温度の位置を連ねて炉内プロフィール２０を作成し、炉内プロフィール２０および電極５の位置を可視化し、可視化される炉内プロフィール２０および電極５の位置に基づいて、操業条件の調整を行う。
【００４３】
炉内プロフィール作成において、クラスト８の溶融温度として予め定められる温度の炉体内における位置は、上記のように炉体４の炉壁に複数の測定箇所を分布させ、各測定箇所で炉壁の厚さ方向に複数の熱電対２３を設けて検出する温度を用いて熱伝導計算することによって求められる。
【００４４】
図４は、炉内プロフィール作成装置３１における炉内プロフィールの求め方を説明するものである。なお、図４は、熱電対２３が設置される場所のうち、炉体４の周方向の１箇所であって、かつ電極昇降方向の１箇所における断面を見たものである。図４に例示する電気抵抗炉１１では、基礎耐火材層４１、第１耐火レンガ層４２、第２耐火レンガ層４３、第３耐火レンガ層４４および不定形耐火物がスタンプされたスタンプ層４５の５層からなる耐火材３の層と、その炉体内方側に固着した原料であるクラスト８が存在する構成となっている。
【００４５】
図４中のλ１〜λ５は、耐火レンガ層４２〜４４、スタンプ層４５およびクラスト８の熱伝導率であり、ｂ１〜ｂ５は、前記各層の厚さである。
【００４６】
熱電対２３は、耐火材３の厚さ方向に２箇所、すなわち、基礎耐火材層４１と第１耐火レンガ層４２との間、および第２耐火レンガ層４３と第３耐火レンガ層４４との間に設けられる。基礎耐火材層４１と第１耐火レンガ層４２との間に設置される熱電対２３を熱電対２３α、第２耐火レンガ層４３と第３耐火レンガ層４４との間に設置される熱電対２３を熱電対２３βで表す。
【００４７】
熱電対２３αおよび２３βによる測温結果は、炉内プロフィール演算部３４へ入力される。この測温結果と、入力部３５から入力される熱伝導率および厚さのデータに基づいて炉内プロフィールが求められる。図４の例示では、クラスト８の溶融温度として予め定められる温度を１２００℃としている。クラスト８の融点は、その組成によって異なるが、炉壁に付着したクラスト８を採取し、ゼーゲルコーン試験などによって予め求めることができる。
【００４８】
次に、炉内プロフィール演算部３４における炉内プロフィールの求め方について説明する。なお、炉内プロフィールを求めるにあたって、炉体４の側壁に対する垂直方向の熱流量Ｑが一定であると仮定している。
【００４９】
まず、熱電対２３αおよび２３βの測温結果ｔ１およびｔ３を用いて、炉体４の側壁に対する垂直方向の熱流量Ｑを算出する。熱流量Ｑを求めるための基本式は式（１）で与えられる。
Ｑ＝Ｋ・ΔＴ ・・・（１）
ここで、 Ｋ：熱貫流率
ΔＴ：各層の表裏間の温度差［ｄｅｇ］
Ｑ：熱流量［Ｋｃａｌ／ｍ２・ｈ］
【００５０】
第１および第２耐火レンガ層４２，４３における熱貫流率Ｋは、それぞれの熱伝導率と厚さとを用いて式（２）で与えられるので、熱流量Ｑが式（３）で求められる。
１／Ｋ＝ｂ１／λ１＋ｂ２／λ２ ・・・（２）
Ｑ＝Ｋ・（ｔ３−ｔ１） ・・・（３）
【００５１】
熱流量Ｑを一定と仮定しているので、各層の熱伝導率λと、厚さｂとを用いて、以下の式（４）〜（６）から熱電対が設置されていない層境界の温度ｔ２，ｔ４，ｔ５が求められる。
Ｑ＝λ２／ｂ２・（ｔ３−ｔ２）・・・（４）
Ｑ＝λ３／ｂ３・（ｔ４−ｔ３）・・・（５）
Ｑ＝λ４／ｂ４・（ｔ５−ｔ４）・・・（６）
【００５２】
ｔ５が、１２００℃以下の場合、クラスト８の溶融位置を示すクラスト８の厚さｂ５は、スタンプ層４５の侵食されていない表面、またはクラスト８の厚さ方向のどこかにあるので、式（７）によって求められる。
Ｑ＝λ５／ｂ５・（１２００−ｔ５）・・・（７）
【００５３】
またｔ５が１２００℃を超える場合、クラスト８がすべて溶融していることを示し、スタンプ層４５が侵食されて、１２００℃となる位置がスタンプ層４５内のどこかにあり、そのスタンプ層４５の厚さｂｘは式（８）で求められる。
Ｑ＝λ４／ｂｘ・（１２００−ｔ４）・・・（８）
【００５４】
図４に例示する電気抵抗炉１１では、基礎耐火材層４１から第２耐火レンガ層４３までの厚さが０．２５ｍになるように形成されるので、１２００℃となる炉内位置までの距離Ｌは、ｔ５が１２００℃以下の場合には式（９）で求められ、ｔ５が１２００℃を超える場合には式（１０）で求められる。
Ｌ＝（０．２５＋ｂ３＋ｂ４＋ｂ５）・・・（９）
Ｌ＝（０．２５＋ｂ３＋ｂｘ） ・・・（１０）
【００５５】
表１および表２に示す実測データに基づいて演算した例を以下に示す。表１に示す耐火レンガ層はシャモットレンガからなり、スタンプ層はカーボンペーストからなる。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】
上記の式（２）および式（３）から熱貫流率Ｋおよび熱流量Ｑが求められる。
１／Ｋ＝０．０６５／０．８４＋０．１１５／０．９２からＫ＝４．９、
Ｑ＝４．９（６７９．８−２６６．８）からＱ＝２０２３．７である。
【００５９】
以下この熱流量Ｑを用いて、上記式（４）〜（６）から、温度ｔ２，ｔ４，ｔ５がそれぞれ次のように求められる。ｔ２＝４２６．８℃、ｔ４＝９０９．５℃、ｔ５＝１２１９．８℃である。ｔ５が１２００℃を超えるので、炉体内の１２００℃となる位置は、上記式（８）で求められる。
【００６０】
２０２３．７＝４．５／ｂｘ（１２００−９０９．５）からｂｘ＝０．６４６となる。したがって、１２００℃となる炉内位置までの距離Ｌは、上記式（１０）から、Ｌ＝（０．２５＋０．１１５＋０．６４６）＝１．０１１ｍとなる。
【００６１】
炉内プロフィール作成装置３１では、熱電対２３が設置されるすべての箇所について上記の演算が行われ、炉内で１２００℃となる位置を連ねて形成される炉内プロフィールが作成される。
【００６２】
炉内プロフィール作成装置３１によって作成される炉内プロフィールは、図形処理部３６に対して出力され、図形処理部３６で画像情報に変換される。図形処理部３６で画像情報に変換された炉内プロフィールは、さらに図形処理部３６から表示装置３３へ出力され、表示装置３３で可視像にされる。
【００６３】
なお、ここでは図形処理装置３２での図形化に際し、炉内プロフィール作成装置３１によって得られる距離Ｌを、円筒形状を有する炉体４の半径である３．５ｍから減算し、炉体４の中心からの距離として炉内プロフィールを表している。
【００６４】
表示装置３３で可視像にされた炉内プロフィールの例を図５および図６に示す。図５は、電気抵抗炉１１の上面から見た炉内プロフィールである。図５には、図１に示す電極昇降方向における熱電対設置箇所のうち、相異なるＡ、ＢおよびＣそれぞれの位置における炉の周方向の炉内プロフィールを示す。図５中の第１の曲線５１がＡ位置での炉内プロフィールを示し、以下第２の曲線５２がＢ位置、第３の曲線５３がＣ位置の炉内プロフィールを表す。なお、先の図２で示したように炉の周方向には１４箇所に熱電対２３を設置しているが、図５では１２箇所からの温度測定結果に基づいて炉内プロフィールを求めている。
【００６５】
図６は、電気抵抗炉１１の断面から見た炉内プロフィールである。図６には、炉の周方向に熱電対２３を設置した箇所のうち、１箇所について電極昇降方向にＡ位置、Ｂ位置およびＣ位置を連ねて形成される炉内プロフィールを示す。本来周方向の１箇所ごとに図示するべきであるけれども、周方向１２箇所のそれぞれにおける深さ方向の炉内プロフィールを便宜上１つの断面上に重ねて表示したものである。図６にＴ１〜Ｔ１２で示す曲線は、周方向の１２箇所の熱電対設置位置のそれぞれに対応する炉内プロフィールである。
【００６６】
したがって、図６に示すＡ位置のデータを周方向に配置し、該データを連ねて形成される曲線が図５の第１の曲線５１である。同様に図６のＢ位置のデータを周方向に配置して得られるのが第２の曲線５２であり、Ｃ位置のデータを周方向に配置して得られるのが第３の曲線５３である。
【００６７】
炉体内の電極５の位置は、図形処理装置３２によって求められる。炉体内の電極位置の推定はたとえば次のようにして行うことができる。電極５の寸法、特に長さを実測して入力部３７から図形処理部３６へ入力する。また図形処理部３６には、炉体４の縁などに定められる基準位置から電極５が相対的に変位した量を昇降量測定器２２で測定して入力される。この電極長さと、電極５の基準位置からの変位量とに基づいて電極５の位置、特に電極５の先端位置を推定することができる。
【００６８】
電極先端は操業を通じて消耗するが、たとえば以下のような補正をすることによって電極位置の推定精度を向上することができる。電極５の長さを１日に１回実測する。操業１チャージあたりの電極消耗量は経験則から求められるので、１チャージごとに前記実測値に対して電極消耗量を減算する修正を行う。該修正値を入力部３７から図形処理部３６へ入力することによって電極５の推定位置の補正をすることができる。
【００６９】
また、炉体内の電極５の位置を可視化するステップは、図形処理部３６で求められた炉体内の電極５の推定位置が、画像情報に変換され、図形処理部３６から表示装置３３へ出力されて表示装置３３で可視像にされることで実行される。図形処理装置３２は、炉内プロフィールまたは電極位置だけを図形化することもでき、また炉内プロフィールと電極位置とを１つに集合して図形化することもできる。
【００７０】
図７は、炉内プロフィールと電極の推定位置とを１つに集合して図形化したものである。図７に示すような可視化された炉内プロフィール２０および電極５の位置に基づいて、電極５に関する操業条件の調整、すなわち電極５を昇降方向に所望の位置まで変位させ、変位させた位置で電極間への通電が行われる。ここで、所望の位置としては、炉内プロフィール２０に基づいて任意の位置が選択され得るけれども、一般的にはクラスト８が炉体４の内方へ最も突出している位置が選択される。図７に示すような可視化された炉内プロフィール２０と電極位置とに基づいて、すなわち可視化された炉内状況に基づいて、電極５の推定先端位置を、所望の位置へ精度良く移動させることができる。
【００７１】
図８は、電極を所望の位置まで変位させる際の制御フローの一例を示す。ステップａ１では、熱電対２３による測温結果に基づいて炉内プロフィール作成装置３１で炉内プロフィールが作成される。ステップａ２では、予め与えられる電極寸法と昇降量測定器２２の測定結果とから電極５の位置特に先端位置が求められる。ステップａ３では、図形処理装置３２と表示装置３３とで炉内プロフィールおよび電極位置が、上記図７に示すような１画像として表示される。
【００７２】
ステップａ４では、炉内プロフィールに対して電極位置が適正か否かが判断される。ここで、電極位置が適正とは、たとえば電極５の先端が、クラスト８が炉の内方へ最も突出している位置にある場合などとして設定することができる。電極５が適正位置にあればステップａ７へ進んで運転が継続される。電極５が適正位置にない場合にはステップａ５へ進む。
【００７３】
ステップａ５では、３本の電極５を個別にまたは一括して位置調整する。電極位置を強制的に変位させるので、位置調整後電流・電圧の調整が行われる。その後ステップａ６へ進む。ステップａ６では、電極位置を調整して炉内状況を確認し、原料および必要に応じて還元剤であるコークスの追加投入位置および量を定めて投入し、ステップａ７へ進んで運転を継続する。
【００７４】
ステップａ４およびａ５の電極位置適否の判断と電極位置制御とは、人手によるものであっても良く、また制御装置による自動制御であっても良い。すなわち、操作者が可視化された炉内状況に基づいて判断し、その判断結果に応じて電極昇降装置２１を動作させるようにしても良く、またマイクロコンピュータなどの制御装置を備え、炉内プロフィールと電極位置との入力に応答して制御装置が電極昇降装置２１を動作制御するようにしても良い。
【００７５】
電極５の先端位置付近は抵抗発熱量が最も多いので、電極先端位置をたとえばクラスト８が炉内側へ最も突出して成長した位置へ精度良く移動させることによって、該位置のクラスト８を優先的に溶解させることができる。したがって、クラスト８が炉内側へ大きく成長することを防止することが可能になり、炉内容積が減少することを防止できる。
【００７６】
前述の図５および図６に示す炉内プロフィールは、図７に示す可視化された炉内状況に基づいて電極５の先端位置を所望の位置へ変位させてクラスト８を積極的に溶解させた結果得られたものである。
【００７７】
図５、図６および図７に示すような可視化された炉内プロフィールおよび電極位置に基づいて原料の追加投入に関する操業条件の調整が行われる。原料の追加投入に際しては、クラスト８が炉体４の内方へあまり成長しておらず炉内プロフィールの狭まっていない位置が、炉体内へ原料を追加投入するのに適した位置として定められるとともに、炉内容積の大きさに従って炉体内へ原料を追加投入するのに適した量が定められる。
【００７８】
炉内プロフィールが狭まっていない位置へ適当量の原料を投入することによって、投入された原料は、炉内の電極先端部で通電されて抵抗発熱量の多い場所まで円滑に落下することができる。原料は、炉内へ落ち込んでいくとき、炉内底部からのガスの流れで、予熱、乾燥、予備還元が進むので、落下先の抵抗発熱量が多い場所で効率的に溶解処理が行われる。このような操業方法をとることによって、棚吊りおよび吹上げなどのトラブルの発生が防止され、溶解効率が向上するので、処理能力が向上し電力原単位を改善することができる。
【００７９】
また、炉内プロフィールがスタンプ層４５などの耐火材３側に位置する場合には、耐火材３の侵食を知ることができる。このことから、耐火材３の異常損耗を早期に察知し、出湯後に炉壁を補修することによって、漏銑などの操業トラブルも未然防止することができる。
【００８０】
このことによって、前述したように操業時における棚吊りおよび吹上げなどのトラブルの発生が防止され、溶解効率を改善して処理能力を向上するとともに電力原単位の減少を実現することができる。
【００８１】
（実施例）
以下本発明の実施例について説明する。ここでは、本発明の方法である可視化された炉内プロフィールおよび電極推定位置に基づいてクラスト８を積極的に溶解させるとともに、可視化された炉内プロフィールに基づいて炉内容積の大きい位置へ適当量の追加原料を投入するようにして操業した操業実施例と、電極の昇降を電流値制御しながら操業するとともに外観状況から炉内状況を想像して予め定める位置に予め定める量の追加原料を投入するようにして操業した操業比較例との操業実績を比較する。
【００８２】
操業実施例および操業比較例ともに、１０日ないし１１日間操業した実績を抽出し、原料処理量、電力原単位、金属成分生産量および操業安定性について評価した。
【００８３】
原料処理量は、電気抵抗炉へ投入して溶解処理することができた原料の量を重量で表したものである。電力原単位は、原料１トンを溶解処理するのに要した電力量である。金属成分生産量は、原料から取り出すことができ製鋼副原料として使用することができた金属成分の量を重量で表したものである。操業安定性は、操業中に発生するトラブルの１種である吹上げの頻度と、入電時および止電時における電極位置の安定性とによって評価した。
【００８４】
原料処理量および金属成分生産量は多いほど好ましく、電力原単位は少ない方が好ましい。原料処理量および金属成分生産量については、１日あたりの平均値で評価した。
【００８５】
操業安定性のうち操業トラブルは、吹上げの発生がない場合を○、吹上げが発生したけれども発生頻度が少ない場合を△、吹上げの発生頻度が多い場合を×として評価した。
【００８６】
操業安定性のうち入電時および止電時の電極位置については、特に止電時の電極位置のばらつきの程度によって評価した。ここで、入電時とは、当該チャージの溶解作業を終えた後、次チャージの溶解のために電極からの通電を開始するときをいう。また止電時とは、炉体内にある程度の金属成分の溶解量が得られ、タップ孔から金属成分の溶湯を出湯するために通電を停止するときをいう。
【００８７】
まず、操業安定性のうち入電時および止電時の電極位置の変動を求めた結果を図９および図１０に示す。図９は操業実施例の電極位置を示し、図１０は操業比較例の電極位置を示す。図９および図１０中で、♯１，♯２，♯３は、それぞれ第１，第２，第３電極を表し、入は入電時の電極位置を表し、止は止電時の電極位置を表す。図９および図１０は、操業した実績を３本の電極それぞれについて求めた結果を示す。１日に８チャージの溶解を行い、入電時の電極位置は１チャージ目の入電時の位置であり、止電時の電極位置は８チャージ目の止電時の位置である。
【００８８】
入電時の電極位置は、操業実施例および操業比較例のいずれにおいても大きくばらついていない。これは次の理由による。炉内にある程度の金属成分の溶解量が得られてタップ孔から出湯する場合、電極を降下させ溶湯を押し出して出湯し易くするが、電極先端を降下させて停止する位置がタップ孔の位置でほぼ一定になるからである。
【００８９】
一方、止電時における各電極の位置のばらつきは、操業実施例では約２００ｍｍ程度に収まっているけれども、操業比較例では３００ｍｍを超えている。これは次の理由による。原料の溶解がある程度進行して金属成分の溶湯の上層に溶融スラグが生成されると、電極先端位置は溶湯のほぼ湯面近くにあって、溶融スラグまたは溶融スラグおよび金属成分の溶湯に電極から通電するようになる。操業実施例のように、クラストを積極的に溶解してある程度の大きさの炉内容積を常に確保しながら溶解すると、出湯必要量に達した湯面の位置がチャージごとに、また操業日ごとに大きく変動することがなくほぼ同じ位置になるので、湯面近くの電極先端位置もばらつきが小さくなり、安定操業が実現される。操業比較例のようにクラストの成長と関係なく通電すると、クラストの成長の程度によって電極位置が大きくばらつき安定的な操業が阻害される。すなわちクラストが成長して炉内容積が減少する場合には、溶湯の量が増加するのに伴って湯面が大きく上昇し電極位置も上昇するが、クラストがほとんど成長せずに炉内容積が減少しない場合には、溶湯の量が増加しても湯面が大きく上昇することがなく、電極位置も大きく上昇しない。
【００９０】
図１１および図１２は、図９および図１０に示す電極位置を異なる観点で表すものである。図１１および図１２は、操業実施例および操業比較例のそれぞれについて操業日数の経過に伴う入電時および止電時の電極位置の推移を直線近似して表す。図１１および図１２から、電極の入電時の位置と止電時の位置との間隔は、操業日数の経過とともに拡大する傾向がある。また１１日間の操業終了時点における入電時と止電時との電極位置の間隔は、操業実施例に比べて操業比較例の方が大きく、操業比較例では電極位置特に止電時の電極位置が没入位置の浅い方へ推移してしまい、電極位置の変動が大きいことを示す。
【００９１】
このことから、操業実施例では、操業日ごとの炉内容積がほぼ同じで安定しているのに対して、操業比較例では、炉内容積が安定していないことが判る。
【００９２】
操業実績の他の評価結果を表３および表４に示す。
【００９３】
【表３】
【００９４】
【表４】
【００９５】
操業実施例は、操業比較例に比べて原料処理量で約８トン／日多く、金属成分生産量で約４トン／日多い。その結果電力原単位も、操業実施例の方が操業比較例よりも大きく改善されている。
【００９６】
また操業実施例では、吹上げが発生しないかまたは発生しても頻度が少ないのに対して、操業比較例では、１０日間の操業のうち発生頻度の多い日が３日もあり、操業実施例の方が操業比較例よりも操業安定性に優れることが判る。操業実施例の場合、吹上げがほとんど発生しないので熱損失の少ないことも処理能力向上に寄与している。
【００９７】
本発明の電気炉の操業方法によれば、溶解効率が改善されて処理能力の向上が実現され、電力原単位も減少させることができ、操業トラブルの発生も防止されることが明らかである。
【００９８】
以上で説明しているように、本実施の形態では、炉体内に挿入する電極間で被溶解物に通電する形式の電気抵抗炉の操業方法を、製鋼原料の溶解効率向上に利用している。しかしながら、これに限定されることなく、電極の形式等が異なる電気抵抗炉や、さらには電気抵抗炉以外の電気炉で、産業廃棄物、固化スラグ、焼却灰などの溶解を行う場合に対しても有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の操業方法の実施に好適に用いられる電気炉１０の構成を簡略化して示す。
【図２】炉体内の周方向に熱電対２３が設けられる位置を示す。
【図３】熱電対２３が耐火材３の厚さ方向に設けられる位置を示す。
【図４】炉内プロフィール作成装置３１における炉内プロフィールの求め方を説明するものである。
【図５】電気抵抗炉１１の上面から見た炉内プロフィールである。
【図６】電気抵抗炉１１の断面から見た炉内プロフィールである。
【図７】炉内プロフィールと電極の推定位置とを１つに集合して図形化したものである。
【図８】電極を所望の位置まで変位させる際の制御フローの一例を示す。
【図９】操業実施例の電極位置を示す。
【図１０】操業比較例の電極位置を示す。
【図１１】操業実施例の電極位置を示す。
【図１２】操業比較例の電極位置を示す。
【図１３】副生物の溶解に用いられる電気抵抗炉１の構成を示す。
【符号の説明】
【０１００】
１，１１ 電気抵抗炉
３ 耐火材
４ 炉体
５ 電極
８ クラスト
１０ 電気炉
１２ 可視化装置
２１ 電極昇降装置
２２ 昇降量測定器
２３ 熱電対
３１ 炉内プロフィール作成装置
３２ 図形処理装置
３３ 表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体内で複数の電極間で通電して、電極間に介在する被溶解物を溶解させる電気炉の操業方法であって、
被溶解物が炉体の内壁に固着して生成される塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を連ねて炉内プロフィールを作成し、
炉内プロフィールおよび電極の位置を可視化し、
可視化される炉内プロフィールおよび電極の位置に基づいて、操業条件の調整を行うことを特徴とする電気炉の操業方法。
【請求項２】
前記操業条件の調整は、前記被溶解物の前記炉体内への追加投入に関して行うことを特徴とする請求項１記載の電気炉の操業方法。
【請求項３】
前記操業条件の調整は、前記電極に関して行うことを特徴とする請求項１または２記載の電気炉の操業方法。
【請求項４】
前記複数の電極のうちの少なくとも一部は、前記炉体に対して相対変位可能に設けられ、
前記電極に関して行う操業条件の調整は、該相対変位可能な電極を変位させて行うことを特徴とする請求項３記載の電気炉の操業方法。
【請求項５】
前記塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を、
炉体の炉壁に複数の測定箇所を分布させ、各測定箇所で炉壁の厚さ方向に複数の温度センサを設けて検出する温度を用いて熱伝導計算することによって求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気炉の操業方法。
【請求項１】
炉体内で複数の電極間で通電して、電極間に介在する被溶解物を溶解させる電気炉の操業方法であって、
被溶解物が炉体の内壁に固着して生成される塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を連ねて炉内プロフィールを作成し、
炉内プロフィールおよび電極の位置を可視化し、
可視化される炉内プロフィールおよび電極の位置に基づいて、操業条件の調整を行うことを特徴とする電気炉の操業方法。
【請求項２】
前記操業条件の調整は、前記被溶解物の前記炉体内への追加投入に関して行うことを特徴とする請求項１記載の電気炉の操業方法。
【請求項３】
前記操業条件の調整は、前記電極に関して行うことを特徴とする請求項１または２記載の電気炉の操業方法。
【請求項４】
前記複数の電極のうちの少なくとも一部は、前記炉体に対して相対変位可能に設けられ、
前記電極に関して行う操業条件の調整は、該相対変位可能な電極を変位させて行うことを特徴とする請求項３記載の電気炉の操業方法。
【請求項５】
前記塊状物の溶融温度として予め定められる温度の位置を、
炉体の炉壁に複数の測定箇所を分布させ、各測定箇所で炉壁の厚さ方向に複数の温度センサを設けて検出する温度を用いて熱伝導計算することによって求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気炉の操業方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１１６０６６（Ｐ２００８−１１６０６６Ａ）
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９７０９９（Ｐ２００６−２９７０９９）
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月３１日（２００６．１０．３１）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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