特許 6562817 電気炉の原料溶解方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6562817

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】電気炉の原料溶解方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 5/52 20060101AFI20190808BHJP

   F27B 3/08 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   C21C5/52

   F27B3/08

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2015-217506(P2015-217506)

(22)【出願日】2015年11月5日

(65)【公開番号】特開2017-88927(P2017-88927A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2018年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】714003416

【氏名又は名称】日鉄日新製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100179914

【弁理士】

【氏名又は名称】光永 和宏

(72)【発明者】

【氏名】多田 信太郎

【審査官】 河口 展明

(56)【参考文献】

【文献】 中国特許出願公開第１０２４４３６７８（ＣＮ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２６６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５８９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７１１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２４８８１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ ５／５２

Ｆ２７Ｂ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炉内に装入した含クロム原料を助燃バーナーで加熱しながら電力によって溶解する電気炉の原料溶解方法であって、
前記炉内の前記含クロム原料が溶解するまでの期間を溶解期とし、
前記溶解期の途中で前記助燃バーナーの着熱燃焼を止めること
を含み、
前記溶解期中に行われる前記着熱燃焼では、前記助燃バーナーへの燃料供給量が増加及び維持の少なくとも一方とされて減少されない
ことを特徴とする電気炉の原料溶解方法。

【請求項2】

前記着熱燃焼を止めるタイミングは、前記助燃バーナーの設置高さの前記含クロム原料が溶解したか否かに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項１記載の電気炉の原料溶解方法。

【請求項3】

前記着熱燃焼は、前記助燃バーナーへの燃料の最大供給量をＦ_ｍａｘとした場合に、前記助燃バーナーへの燃料供給量Ｆ_ｓが０．６Ｆ_ｍａｘ≦Ｆ_ｓ≦Ｆ_ｍａｘを満たす燃焼である
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気炉の原料溶解方法。

【請求項4】

前記着熱燃焼を止めた後、前記助燃バーナーのノズル詰まりを防止するための維持燃焼を行うこと
をさらに含む請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の電気炉の原料溶解方法。

【請求項5】

前記維持燃焼は、前記助燃バーナーへの燃料の最大供給量をＦ_ｍａｘとした場合に、前記助燃バーナーへの燃料供給量Ｆ_ｓが０．０３Ｆ_ｍａｘ≦Ｆ_ｓ≦０．１Ｆ_ｍａｘを満たす燃焼である
ことを特徴とする請求項４記載の電気炉の原料溶解方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、炉内に装入した含クロム原料を助燃バーナーで加熱しながら電力によって溶解する電気炉の原料溶解方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来用いられていたこの種の電気炉の原料溶解方法としては、例えば下記の特許文献１等に示されている電気炉の原料溶解方法が用いられている。すなわち、従来方法では、炉内に装入した含クロム原料を助燃バーナーで加熱しながら電力によって溶解している。炉内の含クロム原料が溶解するまでの期間が溶解期とされて、溶解期の全期間を通して助燃バーナーにより含クロム原料が加熱される。また、溶解期中の所定タイミングで助燃バーナーへの燃料供給量を減少させて、燃料を効率的に使用することを図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４３９０８９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような従来の電気炉の原料溶解方法では、溶解期の全期間を通して助燃バーナーにより含クロム原料が加熱されているので、溶解期の全期間を通して助燃バーナーから炉内に酸素が供給される。溶解期の全期間を通して炉内に酸素が供給されると、クロムの酸化が進むとともに、酸化したクロムの還元反応も抑制される。

【0005】

また、助燃バーナーから炉内への酸素供給を減らすために溶解期の途中で助燃バーナーの燃料供給量をより少なくすることも考えられるが、上記した従来方法のように溶解期中の所定タイミングで助燃バーナーへの燃料供給量を減少させた場合、助燃バーナーにより炉内に投入すべき熱量を投入するのに要する時間が長くなり、助燃バーナーの燃料供給量をより少なくする期間、すなわち酸素供給を減らす期間が短くなる。このため、酸化したクロムの還元反応が行われる期間を溶解期中に十分に確保できず、溶融金属中のクロム濃度が低くなってしまう。溶融金属中のクロム濃度が低くなる場合、より多くの含クロム原料を炉内に投入する必要があり、クロム含有金属の製造コストが増大してしまう。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、酸化したクロムの還元反応が行われる期間を溶解期の中でより長く確保でき、溶融金属中のクロム濃度を向上させることができる電気炉の原料溶解方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る電気炉の原料溶解方法は、炉内に装入した含クロム原料を助燃バーナーで加熱しながら電力によって溶解する電気炉の原料溶解方法であって、炉内の含クロム原料が溶解するまでの期間を溶解期とし、溶解期の途中で助燃バーナーの着熱燃焼を止めることを含み、溶解期中に行われる着熱燃焼では、助燃バーナーへの燃料供給量が増加及び維持の少なくとも一方とされて減少されない。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電気炉の原料溶解方法によれば、溶解期の途中で助燃バーナーの着熱燃焼を止めるとともに、溶解期中に行われる着熱燃焼では、助燃バーナーへの燃料供給量が増加及び維持の少なくとも一方とされて減少されないので、酸化したクロムの還元反応が行われる期間を溶解期の中でより長く確保でき、溶融金属中のクロム濃度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態１による電気炉の原料溶解方法が適用される電気炉を示す構成図である。

【図2】本発明の電気炉の原料溶解方法における電力供給制御及び燃料供給御を示す説明図である。

【図3】図２の電気炉の原料溶解方法を実施した際の電気炉スラグに含まれるクロム酸化物濃度を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電気炉の原料溶解方法が適用される電気炉を示す構成図である。本実施の形態の電気炉は、ステンレス鋼スクラップ、鉄スクラップ、フェロニッケル及びフェロクロムの混合物等の含クロム原料１を溶解して、ステンレス鋼等の含クロム金属を製造するために用いられるものである。しかしながら、電気炉の使用用途は、ステンレス鋼の製造に限定されず、他の含クロム金属の製造であってもよい。

【0011】

図１に示すように、電気炉には、炉本体２、炉蓋３、複数の電極４及び複数の助燃バーナー５が設けられている。

【0012】

炉本体２は、有底筒状の容器である。炉本体２の内部には含クロム原料１が装入されている。炉本体２には、溶解された含クロム金属（溶融金属）を炉本体２から注ぎ出すための出鋼口２ａが設けられている。

【0013】

炉蓋３は、炉本体２を上方から塞ぐ蓋体である。電極４は、炉本体２の周方向に互いに間隔を置いて配置されており、炉蓋３を通して炉本体２の内部に挿通されている。電極４に電力が供給されることで、電極４からアーク熱が放出されて炉本体２内の含クロム原料１が溶解される。

【0014】

助燃バーナー５は、電極４による金属原料の溶解を補助するために燃料と酸素とを炉本体２内部に吹き込み燃焼させるものであり、炉本体２の側壁に取り付けられている。すなわち、本実施の形態の電気炉では、炉内に装入した含クロム原料１が助燃バーナー５で加熱されながら電力によって溶解される。図１では１つの助燃バーナー５のみを示しているが、炉本体２の周方向に互いに間隔を置いて複数の助燃バーナー５が炉本体２の側壁に取り付けられている。本実施の形態の助燃バーナー５は、図１において一点鎖線で示すように出鋼口２ａと同じ高さ位置に設置されている。助燃バーナー５の設置高さは、燃焼炎を放射するノズルの位置により定義できる。

【0015】

電気炉による含クロム金属の製造工程は、点弧期、ボーリング期、湯溜形成期、主溶解期、溶解末期及び昇熱期と分類される炉期に従って進行される。
点弧期は、電極４からのアークを電極４と含クロム原料１との間で安定される炉期である。
ボーリング期は、電極４の直下に位置する含クロム原料１を溶解しながら、含クロム原料１の中に電極４を潜らせる炉期である。
湯溜形成期は、炉本体２の炉床を保護するための溶解金属を炉下部に形成する炉期である。
主溶解期は、電極４に最大電力を投入し、含クロム原料１を迅速に溶解する炉期である。この主溶解期は、溶解状況に合わせて主溶解前期と主溶解後期との２つの炉期に分割して扱うこともできる。炉内原料嵩が低下する主溶解後期では電圧を低下させてもよい。
溶解末期は、電圧を下げながら炉内の溶け残りを溶解する炉期である。
昇熱期は、溶解された含クロム金属を所定温度まで昇温する炉期である。

【0016】

本発明では、炉内の含クロム原料１が溶解するまでの期間、すなわち点弧期から溶解末期までの炉期が溶解期と扱われる。

【0017】

次に、図２は、本発明の電気炉の原料溶解方法における電力供給制御及び燃料供給御を示す説明図である。図２は、炉本体２に含クロム原料１が３回に分けて装入される態様を示している。しかしながら、炉本体２への含クロム原料１の装入回数は、１回であってもよいし、２回又は４回以上であってもよい。

【0018】

図２において、網掛は電極４への電力供給量を示している。
１回目の含クロム原料１の装入に対応する第１溶解期は、点弧期ｔ１、ボーリング期ｔ２、湯溜形成期ｔ３、主溶解前期ｔ４及び主溶解後期ｔ５によって構成されている。
２回目の含クロム原料１の装入に対応する第２溶解期は、点弧期ｔ１、ボーリング期ｔ２、主溶解前期ｔ４及び主溶解後期ｔ５によって構成されている。
３回目の含クロム原料１の装入に対応する第３溶解期は、点弧期ｔ１、ボーリング期ｔ２、主溶解前期ｔ４、主溶解後期ｔ５及び溶解末期ｔ６によって構成されている。

【0019】

第２及び第３溶解期は、湯溜形成期ｔ３を欠いている。これは、第２及び第３溶解期では、第１溶解期において湯溜が既に形成されているためである。第３溶解期に溶解末期６ｔが含まれるのは、第３溶解期が最後の溶解期であり、炉内の溶け残りを溶解する必要があるためである。すなわち、溶解末期ｔ６は、炉本体２への含クロム原料１の装入回数に応じた最後の溶解期に含まれる。

【0020】

また、図２において、太線は助燃バーナー５への燃料供給量を示している。助燃バーナー５の燃焼は、炉本体２への含クロム原料１の装入毎に、すなわち第１〜第３溶解期毎に燃料供給量によって制御されている。

【0021】

助燃バーナー５の燃焼には、着熱燃焼ｂ１と維持燃焼ｂ２とが含まれている。
着熱燃焼ｂ１は、炉内の含クロム原料１を加熱するための燃焼である。この着熱燃焼ｂ１は、助燃バーナー５への燃料の最大供給量をＦ_ｍａｘとした場合に、助燃バーナー５への燃料供給量Ｆ_ｓが０．６Ｆ_ｍａｘ≦Ｆ_ｓ≦Ｆ_ｍａｘを満たす燃焼として定義することができる。
維持燃焼ｂ２は、助燃バーナー５のノズル詰まりを防止するための燃焼であり、着熱燃焼ｂ１が行われていないときに行われる。維持燃焼ｂ２は、助燃バーナー５への燃料の最大供給量をＦ_ｍａｘとした場合に、助燃バーナー５への燃料供給量Ｆ_ｓが０．０３Ｆ_ｍａｘ≦Ｆ_ｓ≦０．１Ｆ_ｍａｘを満たす燃焼として定義することができる。

【0022】

着熱燃焼ｂ１は、溶解期の開始とともに行われる。図２では、溶解期の開始に対して着熱燃焼ｂ１が遅れて開始されるように示しているが、溶解期の開始と同時に着熱燃焼ｂ１が開始されてもよい。

【0023】

着熱燃焼ｂ１は、溶解期の途中で止められる。着熱燃焼ｂ１が止められた後は、維持燃焼ｂ２が行われる。溶解期の途中で着熱燃焼ｂ１が止められることで、助燃バーナー５から炉内への酸素供給を止めることができる。炉内への酸素供給が止められることで、クロムの酸化が抑制されるとともに、酸化したクロムの還元反応が促進される。

【0024】

本実施の形態の着熱燃焼ｂ１では、助燃バーナー５への燃料供給量が増加及び維持の少なくとも一方とされて減少されない。仮に、着熱燃焼ｂ１中に助燃バーナー５への燃料供給量が減少された場合、助燃バーナー５により炉内に投入すべき熱量を投入するのに要する時間が長くなる。すなわち、本実施の形態のように着熱燃焼ｂ１中に助燃バーナー５への燃料供給量が減少されないことで、助燃バーナー５により炉内に投入すべき熱量をより早期に投入することができ、溶解期中に着熱燃焼ｂ１を止める期間を長くすることがでる。これにより、酸化したクロムの還元反応が行われる期間を溶解期の中でより長く確保でき、溶融金属中のクロム濃度を向上させることができる。

【0025】

着熱燃焼ｂ１を止めるタイミングは、助燃バーナー５の設置高さの原料が溶解したか否かに基づいて決定される。助燃バーナー５の設置高さの原料が溶解した後にも着熱燃焼ｂ１を継続した場合、溶融金属に燃焼炎及び酸素が直接触れて、溶融金属中のクロムが酸化されやすいためである。本実施の形態の構成のように出鋼口２ａと同じ高さ位置に助燃バーナー５が設置されている場合、出鋼口２ａから見える原料が溶解したか否に基づいて着熱燃焼ｂ１を止めるタイミングを決定することができる。なお、助燃バーナー５の設置高さの原料が溶解するのと同時期に着熱燃焼ｂ１を止めることが好ましいが、助燃バーナー５により炉内に投入すべき熱量に応じて着熱燃焼ｂ１を延長することもできる。着熱燃焼ｂ１を延長する場合でも、より早期に着熱燃焼ｂ１を止めることが好ましい。

【0026】

なお、図２では、着熱燃焼ｂ１を開始した後に最大供給量Ｆ_ｍａｘまで燃料供給量を徐々に増す態様を示している。より早期により多くの熱量を炉内に投入して着熱燃焼ｂ１を止める期間を長くするとの観点から、燃料供給量をより早期に最大供給量Ｆ_ｍａｘまで増大させ、燃料供給量を増す期間は短い方が好ましい。機器の条件により、着熱燃焼ｂ１の開始から最大供給量Ｆ_ｍａｘを助燃バーナー５に供給してもよい。

【0027】

次に、実施例を挙げる。図３は、溶解期中の全期間において助燃バーナーへの燃料供給を継続する第１比較例としての電力供給制御及び燃料供給御を示す説明図である。図３に示す第１比較例では、特許文献１と同様に炉内の原料嵩が低下した段階で燃料供給量を最大燃料供給量Ｆ_ｍａｘの半量まで燃料供給量を低下させている。以下の表１に、図２の電気炉の原料溶解方法を行った場合（発明例）、図３に示す態様にて電力供給制御及び燃料供給御を行った場合（第１比較例）及び助燃バーナー５を用いないことを除いて発明例と同条件で操業した場合（第２比較例）のスラグ中のクロム酸化物（Ｃｒ_２Ｏ_３）の濃度を示す。

【表1】

【0028】

電気炉スラグに含まれるクロム酸化物（Ｃｒ_２Ｏ_３）の濃度が低いほど、電気炉で製造される含クロム金属に多くのクロムが含有されていることになる。表１に示すように、図２の電気炉の原料溶解方法（発明例）を実施した場合、電気炉スラグ中のクロム酸化物濃度は平均で２．７％程度であった。この濃度は、助燃バーナー５を用いないことを除いて同条件で操業した第２比較例のクロム酸化物濃度（２．３％）と同程度であり、溶解期中の全期間において助燃バーナーへの燃料供給を継続した第１比較例のクロム酸化物濃度（５．０％）よりも低下している。これにより、本実施の形態の電気炉の原料溶解方法により、溶融金属中のクロム濃度を向上させることができることが確認された。

【0029】

このような電気炉の原料溶解方法では、溶解期の途中で助燃バーナー５の着熱燃焼ｂ１を止めるとともに、溶解期中に行われる着熱燃焼では、助燃バーナー５への燃料供給量が増加及び維持の少なくとも一方とされて減少されないので、酸化したクロムの還元反応が行われる期間を溶解期の中でより長く確保でき、溶融金属中のクロム濃度を向上させることができる。

【0030】

また、着熱燃焼を止めるタイミングは、助燃バーナー５の設置高さの含クロム原料１が溶解したか否かに基づいて決定されるので、溶融金属に燃焼炎及び酸素が直接触れることを抑え、溶融金属中のクロムが酸化されることを抑制することができる。

【0031】

さらに、着熱燃焼ｂ１は、助燃バーナーへの燃料供給量Ｆ_ｓが０．６Ｆ_ｍａｘ≦Ｆ_ｓ≦Ｆ_ｍａｘを満たす燃焼であるので、より確実に酸化したクロムの還元反応が行われる期間を溶解期の中でより長く確保できる。

【0032】

さらにまた、着熱燃焼ｂ１を止めた後、助燃バーナー５のノズル詰まりを防止するための維持燃焼ｂ２を行うので、炉内への酸素供給を少なく抑えつつノズル詰まりを防止できる。

【0033】

また、維持燃焼ｂ２は、助燃バーナー５への燃料供給量Ｆ_ｓが０．０３Ｆ_ｍａｘ≦Ｆ_ｓ≦０．１Ｆ_ｍａｘを満たす燃焼であるので、より確実に炉内への酸素供給を少なく抑えつつノズル詰まりを防止できる。

【符号の説明】

【0034】

１ 含クロム原料
２ 炉本体
３ 炉蓋
４ 電極
５ 助燃バーナー
ｂ１ 着熱燃焼
ｂ２ 維持燃焼

【図1】

【図2】

【図3】