特開 2024-115816 アーク型電気炉および還元鉄の溶解方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024115816

(43)【公開日】2024-08-27

(54)【発明の名称】アーク型電気炉および還元鉄の溶解方法

(51)【国際特許分類】

   F27B 3/18 20060101AFI20240820BHJP

   F27D 3/16 20060101ALI20240820BHJP

   C21C 5/52 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

F27B3/18

F27D3/16 Z

C21C5/52

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023021666

(22)【出願日】2023-02-15

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】難波 時永

(72)【発明者】

【氏名】伊田 佳祐

(72)【発明者】

【氏名】岡田 信宏

【テーマコード（参考）】

4K014

4K045

4K055

【Ｆターム（参考）】

4K014CB02

4K014CC05

4K014CD02

4K014CD12

4K014CD13

4K045AA04

4K045BA02

4K045DA06

4K045DA07

4K045RB02

4K045RB17

4K045RC04

4K045RC10

4K055AA03

4K055MA03

4K055MA05

4K055MA17

(57)【要約】

【課題】底吹きガスによる溶鋼の攪拌を利用して炉内に投入された還元鉄をより速やかに溶解させる。
【解決手段】断面に少なくとも部分的に円形部分を含む炉体と、炉体の底部に配置される下部電極と、炉体の上方に配置され、下部電極との間で通電されることによって炉体に収容された溶鋼の湯面との間にアークを発生させる上部電極と、炉体の底部で、円形部分の中心を重心とする正多角形の頂点に配置される３本以上の底吹きノズルと、炉体の断面において円形部分の中心と底吹きノズルとを通る直線上に頂点を有する多角形状の領域であって、一辺の長さＬ（ｍ）が底吹きノズルの数ｎ、円形部分の中心から底吹きノズルまでの距離ｒ、および円形部分の半径ｒ_０を用いて式（ｉ）で算出される多角形状の領域内に還元鉄を投入する原料投入手段とを備えるアーク型電気炉が提供される。

【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

断面に少なくとも部分的に円形部分を含む炉体と、
前記炉体の底部に配置される下部電極と、
前記炉体の上方に配置され、前記下部電極との間で通電されることによって前記炉体に収容された溶鋼の湯面との間にアークを発生させる上部電極と、
前記炉体の底部で、前記円形部分の中心を重心とする正多角形の頂点に配置される３本以上の底吹きノズルと、
前記炉体の断面において前記円形部分の中心と前記底吹きノズルとを通る直線上に頂点を有する多角形状の領域であって、一辺の長さＬ（ｍ）が前記底吹きノズルの数ｎ、前記円形部分の中心から前記底吹きノズルまでの距離ｒ、および前記円形部分の半径ｒ_０を用いて式（ｉ）で算出される多角形状の領域内に還元鉄を投入する原料投入手段と
を備えるアーク型電気炉。

【請求項2】

前記底吹きノズルの１本あたりのガス流量が４．５Ｎｍ^３／ｈ以上１８Ｎｍ^３／ｈ以下である、請求項１に記載のアーク型電気炉。

【請求項3】

前記円形部分の中心から前記底吹きノズルまでの距離ｒと前記円形部分の半径ｒ_０との比ｒ／ｒ_０が０．４以上０．８以下である、請求項１または請求項２に記載のアーク型電気炉。

【請求項4】

断面に少なくとも部分的に円形部分を含む炉体と、
前記炉体の底部に配置される下部電極と、
前記炉体の上方に配置され、前記下部電極との間で通電されることによって前記炉体に収容された溶鋼の湯面との間にアークを発生させる上部電極と、
前記炉体の底部で、前記円形部分の中心を重心とする正多角形の頂点に配置される３本以上の底吹きノズルと
を備えるアーク型電気炉を用いた還元鉄の溶解方法であって、
前記炉体の断面において前記円形部分の中心と前記底吹きノズルとを通る直線上に頂点を有する多角形状の領域であって、一辺の長さＬ（ｍ）が前記底吹きノズルの数ｎ、前記円形部分の中心から前記底吹きノズルまでの距離ｒ、および前記円形部分の半径ｒ_０を用いて式（ｉ）で算出される多角形状の領域内に還元鉄を投入する、還元鉄の溶解方法。

【請求項5】

前記底吹きノズルから１本あたり４．５Ｎｍ^３／ｈ以上１８Ｎｍ^３／ｈ以下のガス流量で不活性ガスを吹き込む、請求項４に記載の還元鉄の溶解方法。

【請求項6】

前記円形部分の中心から前記底吹きノズルまでの距離ｒと前記円形部分の半径ｒ_０との比ｒ／ｒ_０が０．４以上０．８以下である、請求項４または請求項５に記載の還元鉄の溶解方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アーク型電気炉および還元鉄の溶解方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電気炉操業においては、需要増加に伴って良質なスクラップの不足が顕在化しており、スクラップ代替鉄源として直接還元鉄（ＤＲＩ：Direct Reduced Iron）の使用が一般化している。しかしながら、ＤＲＩには還元反応によって酸素が除去された後の空隙が多数残っており、水などに触れると再酸化により発熱および発火の問題があるため、海上輸送や長期にわたる屋外保存は困難である。この問題を解決するため、見掛け比重３．４～３．６ｔ／ｍ^３程度のＤＲＩを７００℃前後の熱間で見掛け比重５．０～５．５ｔ／ｍ^３に圧縮成形したホットブリケット鉄（ＨＢＩ：Hot Briquette Iron）が開発され、ＤＲＩと同じくスクラップ代替鉄源として一般的に使用されている。

【0003】

ＤＲＩやＨＢＩのような還元鉄は、炉上部から溶鋼中へ投入され、比重の関係で湯面に浮いた状態で溶解して溶鋼と混ざり合う。電気炉操業で余剰な電力を生じさせないためには、還元鉄の溶解を速やかに完了する必要がある。製鋼用の電気炉として一般的に用いられるアーク型電気炉では、炉底部に設置された底吹きノズルから吹き込まれる不活性ガスによって炉内の溶鋼を攪拌している。炉内に投入された還元鉄は湯面に浮いた状態で攪拌による流れに乗って移動するが、相対的に温度の低い箇所に滞留すると溶解時間が長くかかってしまう。アーク型電気炉では炉上部から炉内に挿入された電極からアーク放電を行っているため炉中心部の温度が相対的に高くなる。従って、アーク型電気炉に投入された還元鉄は炉中心部に滞留することが望まれる。

【0004】

アーク型電気炉の炉内における溶鋼の流れを制御する技術として、例えば特許文献１や特許文献２が知られている。特許文献１には、アーク型電気炉の炉底電極の周りに湯面面積１ｍ^２あたり０．１２個以上の撹拌ガス吹込みプラグを配置し、プラグ１個あたり１０Ｎｍ^３以上の撹拌ガスを吹き込むことによってノズル湯面上層の副原料層を効率的に攪拌して迅速に加熱溶解させ、炉内での精錬を促進および安定化させる技術が記載されている。特許文献２には、アーク型電気炉の炉体と同軸をなすピッチ円を定義した場合に、複数の電極が設けられるピッチ円から炉壁の内周面までの距離の３／４だけ炉壁寄りで、周方向に隣接する電極間のピッチ円上の２等分点と炉体中心とを通る半径線上から周方向両側に２５°の範囲内に複数の底吹きガス吹込み用ノズルを設けることによって、溶融金属浴を十分に攪拌するとともに上部に浮遊しているスラグをアーク直下の高温領域であるピッチ円内に向けて滞留させるようにして溶融金属の精錬反応の向上を図る技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－１５１０３５号公報

【特許文献2】特開平６－１８１７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１，２に記載された発明は炉内の溶鋼の撹拌を改善するものではあるものの、還元鉄の使用を想定したものではなく、上述したように炉内投入後に湯面に浮いた状態の還元鉄を速やかに溶解することを可能にするものではない。

【0007】

そこで、本発明は、底吹きガスによる溶鋼の攪拌を利用して炉内に投入された還元鉄をより速やかに溶解させることを可能にするアーク型電気炉および還元鉄の溶解方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

［１］断面に少なくとも部分的に円形部分を含む炉体と、上記炉体の底部に配置される下部電極と、上記炉体の上方に配置され、上記下部電極との間で通電されることによって上記炉体に収容された溶鋼の湯面との間にアークを発生させる上部電極と、上記炉体の底部で、上記円形部分の中心を重心とする正多角形の頂点に配置される３本以上の底吹きノズルと、上記炉体の断面において上記円形部分の中心と上記底吹きノズルとを通る直線上に頂点を有する多角形状の領域であって、一辺の長さＬ（ｍ）が上記底吹きノズルの数ｎ、上記円形部分の中心から上記底吹きノズルまでの距離ｒ、および上記円形部分の半径ｒ_０を用いて式（ｉ）で算出される多角形状の領域内に還元鉄を投入する原料投入手段とを備えるアーク型電気炉。

［２］上記底吹きノズルの１本あたりのガス流量が４．５Ｎｍ^３／ｈ以上１８Ｎｍ^３／ｈ以下である、［１］に記載のアーク型電気炉。
［３］上記円形部分の中心から上記底吹きノズルまでの距離ｒと上記円形部分の半径ｒ_０との比ｒ／ｒ_０が０．４以上０．８以下である、［１］または［２］に記載のアーク型電気炉。
［４］断面に少なくとも部分的に円形部分を含む炉体と、上記炉体の底部に配置される下部電極と、上記炉体の上方に配置され、上記下部電極との間で通電されることによって上記炉体に収容された溶鋼の湯面との間にアークを発生させる上部電極と、上記炉体の底部で、上記円形部分の中心を重心とする正多角形の頂点に配置される３本以上の底吹きノズルとを備えるアーク型電気炉を用いた還元鉄の溶解方法であって、上記炉体の断面において上記円形部分の中心と上記底吹きノズルとを通る直線上に頂点を有する多角形状の領域であって、一辺の長さＬ（ｍ）が上記底吹きノズルの数ｎ、上記円形部分の中心から上記底吹きノズルまでの距離ｒ、および上記円形部分の半径ｒ_０を用いて式（ｉ）で算出される多角形状の領域内に還元鉄を投入する、還元鉄の溶解方法。

［５］上記底吹きノズルから１本あたり４．５Ｎｍ^３／ｈ以上１８Ｎｍ^３／ｈ以下のガス流量で不活性ガスを吹き込む、［４］に記載の還元鉄の溶解方法。
［６］上記円形部分の中心から上記底吹きノズルまでの距離ｒと上記円形部分の半径ｒ_０との比ｒ／ｒ_０が０．４以上０．８以下である、［４］または［５］に記載の還元鉄の溶解方法。

【発明の効果】

【0009】

上記の構成によれば、アーク型電気炉において、式(ｉ)の近似式によって一辺の長さＬが算出される多角形領域内に還元鉄を投入することによって、溶鋼の流動によって還元鉄が炉中心部に移動および滞留する可能性を高め、炉内に投入された還元鉄をより速やかに溶解させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係るアーク型電気炉の構造を示す図である。

【図2】図１のII－II線に沿った断面図である。

【図3A】数値流体計算によって算出された炉内溶鋼の流速ベクトルの大きさを示す図である。

【図3B】図３Ａに示された流速ベクトルの炉中心向きおよび炉外側向きの成分の大きさを示す図である。

【図4A】底吹きノズルの数が３本、ｒ／ｒ_０＝０．８の場合における流速ベクトルの炉中心向きおよび炉外側向きの成分の大きさを示す図である。

【図4B】図４Ａの場合にＤＰＭ法によって算出された還元鉄の軌跡を示す図である。

【図5】底吹きノズルの数が４本である場合の多角形領域を模式的に示す図である。

【図6】底吹きノズルの数が６本である場合の多角形領域を模式的に示す図である。

【図7A】従来例に係るアーク型電気炉における底吹きノズルの配置を示す図である。

【図7B】従来例に係るアーク型電気炉における流速ベクトルの大きさを示す図である。

【図7C】従来例に係るアーク型電気炉における流速ベクトルの炉中心向きおよび炉外側向きの成分の大きさを示す図である。

【図7D】従来例に係るアーク型電気炉におけるＤＰＭ法によって算出された還元鉄の軌跡を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は本発明の一実施形態に係るアーク型電気炉の構造を示す図であり、図２は図１のII－II線に沿った断面図である。アーク型電気炉１は、溶鋼Ｓが収容される炉体１１、炉体１１の開口部を囲む水冷パネル１２、および水冷パネル１２の上部を覆う蓋体１３を含む。還元鉄は、蓋体１３に形成された原料投入管１４から炉内に投入される。炉体１１の上方には上部電極１５が配置され、炉体１１の底部に配置された下部電極１６との間で通電して上部電極１５と溶鋼Ｓの湯面との間にアーク１７を発生させることによって炉内が加熱され、投入された還元鉄が溶解される。図２に示された例においてアーク型電気炉１は３本の上部電極１５を有する交流電気炉であるが、例えば２本以下、または４本以上の電極を有する直流電気炉とすることも可能である。炉体１１には、精錬後の溶鋼Ｓを排出する出鋼孔１８、および精錬で発生するスラグを排出する出滓孔１９も形成される。

【0012】

さらに、アーク型電気炉１の炉体１１には、底吹きノズル２０が形成される。既に説明したように、底吹きノズル２０は、溶鋼Ｓが収容された炉体１１の底部から不活性ガスＧを吹き込むことによって溶鋼Ｓを攪拌するために設けられる。図２に示された例では、炉体１１に３つの底吹きノズル２１，２２，２３が形成されている。以下の説明では、炉半径をｒ_０とし、炉中心Ｃから底吹きノズル２１，２２，２３（図１に示す底吹きノズル２０）のそれぞれまでの距離をｒとする。ここで、炉中心Ｃは、炉体１１の断面に含まれる円形部分の中心を意味する。つまり、本実施形態において炉体１１は断面に少なくとも部分的に円形部分を含む。図２に示された例のように炉体１１の断面が卵形である場合は、円周が卵形の一部を構成する２つの円のうち大きい方の円の中心を炉中心Ｃとする。あるいは、上部電極１５は炉体１１に含まれる大きい方の円の中心の周りに配置されるため、上部電極１５を頂点とする図形の図心を炉中心Ｃとしてもよい。この場合、上部電極１５が１本であれば上部電極１５の位置が炉中心Ｃになり、上部電極１５が２本であれば２本の上部電極１５の中心が炉中心Ｃになり、上部電極１５が３本以上である場合はそれぞれの上部電極１５を頂点とする多角形の重心が炉中心Ｃになる。

【0013】

本発明者らは、上記のようなアーク型電気炉１において、還元鉄をより確実に炉中心部に移動および滞留させるための底吹きノズル２０の数および配置、不活性ガスの流量、および還元鉄の投入位置の関係について検討した。具体的には、容量１７５ｔのアーク型電気炉１において、底吹きノズル２０の数は３本、４本または６本とし、炉中心Ｃを重心とする正多角形の頂点に底吹きノズル２０を配置する。また、炉中心Ｃから底吹きノズル２０までの距離ｒを炉半径ｒ_０との関係で変化させ、ｒ／ｒ_０＝０．４，０．６，０．８とする。また、底吹きノズル２０の１本あたりのガス流量は４．５Ｎｍ^３／ｈまたは１８Ｎｍ^３／ｈとする。上記の各条件の組み合わせの溶鋼流動について、数値流体計算を実施した。溶鋼流動の数値流体計算はH. J. Odenthal, U. Falkenreck and J. Schluter: "European Conference on Computational Fluid Dynamics ECCOMAS CFD 2006," ECCOMAS, Delft, (2006) に記載された方法に従って以下のように実施し、さらにＤＰＭ（Discrete Phase Model；分散相モデル）法によってＤＲＩ（直接還元鉄）やＨＢＩ（ホットブリケット鉄）を模した粒子を投入して軌跡を追った。

【0014】

（溶鋼流動の計算手法）
質量保存則（式(1)）とNavier-Stokes方程式（式(2)）を解くことで溶鋼の流れを算出する。また、湯面の形状変化を考慮するためにＶＯＦ（Volume Of Fluid）法（式(3)）も適用する。底吹きにより吹き込まれる不活性ガスはアルゴンガスとし、吹き込まれたガスを球体の粒子と仮定してＤＰＭ法（式(4)）を適用する。

【0015】

【数1】

【0016】

質量保存則の式(1)およびNavier-Stokes方程式(2)において、ｕは流速、ρは密度、ｔは時間、ｐは圧力、μは粘度、ｇは重力加速度、Ｆ_ａは気泡粒子から受ける抗力、σは表面張力、κは自由表面の曲率、ｎは自由表面の単位法線ベクトルである。

【0017】

【数2】

【0018】

ＶＯＦ法の式(3)において、Ｆは流体の体積率である。体積率Ｆは、ある時刻に特定の場所が溶鋼であるか（Ｆ＝１）、雰囲気ガスであるか（Ｆ＝０）を表す。式(3)により、炉内における溶鋼および雰囲気ガスの領域が決定できる。

【0019】

【数3】

【0020】

ＤＰＭ法における粒子の運動方程式(4)において、ｍ_ｐは粒子質量、ｕ_ｐは粒子の速度、Ｆ_ｂはｕｐとｕとの相互作用力である。

【0021】

以上の式(1)から式(4)を用いた数値流体計算によって、溶鋼中にガスが吹き込まれ、ガスの浮上による運動が溶鋼側に伝わり溶鋼が流動するという現象が再現され、湯面における流速ベクトルを算出することができる。算出された流速ベクトルが炉中心部に向かっている箇所に還元鉄を投入すれば、還元鉄が炉中心部に移動および滞留する可能性が高いと考えられる。

【0022】

図３Ａは数値流体計算によって算出された炉内溶鋼の流速ベクトルの大きさを示す図であり、図３Ｂは図３Ａに示された流速ベクトルの炉中心向きおよび炉外側向きの成分の大きさを示す図である。ここで、流速ベクトルの向きは、図３Ａに円Ｃ１，Ｃ２として例示するように炉中心Ｃを中心とする円に対する法線方向の成分の大きさによって特定される。図３Ｂに示されるように、炉中心付近では炉中心向きの流速ベクトルが発生し、炉外側では炉外側向きの流速ベクトルが発生しているが、その境界は必ずしも底吹きノズルの位置とは一致していない。具体的には、図３Ｂに領域Ｒとして図示するように、炉中心向きの流速ベクトルは、炉体の断面において炉中心と底吹きノズルとを通る直線上に頂点を有する多角形状の領域（図示された例では底吹きノズルが３本であるため三角形状の領域。以下、単に多角形領域ともいう）内で発生している。

【0023】

図４Ａは底吹きノズルの数が３本、ｒ／ｒ_０＝０．８の場合における流速ベクトルの炉中心向きおよび炉外側向きの成分の大きさを示す図であり、図４Ｂは図４Ａの場合にＤＰＭ法によって算出された還元鉄の軌跡を示す図である。上記の図３Ｂや図４Ａに示されるように、多角形領域Ｒの内側だけではなく、炉体１１の卵形の断面における張り出し部分Ａ（炉中心Ｃを中心とする半径ｒ_０の円よりも外側の部分）の先端付近でも炉中心向きの流速ベクトルが発生している。しかしながら、この領域に還元鉄を投入しても、炉中心部に到達する前に炉外側向きの流速ベクトルが発生している部分Ｂを通過することになるため、還元鉄が安定的に炉中心部に移動および滞留することにはならない。このことは図４Ｂに示された軌跡によっても示されている。図４Ｂには、多角形領域Ｒの内側と外側とで移動軌跡が分断されており、多角形領域Ｒの外側にある還元鉄は結果的に炉中心部に到達しないことが示されている。

【0024】

底吹きノズルの数が３本、４本および６本の場合、ならびにｒ／ｒ_０が０．４，０．６，０．８の場合のすべてにおいて数値流体計算を実施したところ、上記と同様の結果、すなわち炉体の断面において炉中心と底吹きノズルとを結ぶ線上に頂点を有する多角形領域Ｒ内では炉中心向きの流速ベクトルが発生し、ＤＰＭ法によって算出された還元鉄の軌跡が多角形領域Ｒの内側では炉中心部を通過するという結果が得られた。

【0025】

本発明者らは、以上のような数値流体計算の結果をアーク型電気炉の設計に利用可能な数式として表現するために、上記で説明した多角形領域Ｒの一辺の長さをＬ（ｍ）として、Ｌを底吹きノズルの数ｎ、距離ｒおよび炉半径ｒ_０を用いた以下の式(5)の近似式を作成した。式(5)の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、流速ベクトルが炉外側に向かう領域と炉中心に向かう領域の境界に多角形の頂点が位置するようにしたときの多角形領域の一辺の長さを底吹きノズルの数ｎおよびｒ／ｒ_０のそれぞれについて算出して、曲面近似することによって決定されている。

【0026】

【数4】

【0027】

表１に、各ケースの数値流体計算において実測された多角形領域Ｒ（炉中心向きの流速ベクトルが発生する領域）の一辺の長さと、式(5)によって算出された多角形領域の一辺の長さＬとを示す。多角形領域Ｒの一辺の長さの実測値は底吹きノズル１本あたりのガス流量が４．５Ｎｍ^３／ｈの場合と１８Ｎｍ^３／ｈとで大きな違いがなく、また一辺の長さＬの近似値はそれぞれの実測値を精度よく近似できていることがわかる。

【0028】

【表1】

【0029】

以上より、式(5)の近似式は、少なくとも底吹きノズルの１本あたりのガス流量が４．５Ｎｍ^３／ｈ以上１８Ｎｍ^３／ｈ以下の場合に有効であることがわかる。また、多角形領域Ｒの一辺の長さはガス流量によってほとんど変化していないため、ガス流量が上記の範囲外の場合にも式(5)の近似式を適用可能と考えられる。一方、炉体の大きさについてはｒ／ｒ_０を用いることによって無次元化されているため、上述のように略円形の部分を含む断面の炉体であれば大きさに関わらず式(5)の近似式を適用可能である。数値流体計算の結果からは少なくともｒ／ｒ_０が０．４以上０．８以下の場合に式(5)の近似式が有効であることがわかるが、ｒ／ｒ_０が０．４の場合と０．８の場合とで近似の精度に差はないため、ｒ／ｒ_０が上記の範囲外の場合にも式(5)の近似式を適用可能と考えられる。

【0030】

図５および図６に、底吹きノズルの数が４本および６本である場合の多角形領域を模式的に示す。式(5)には底吹きノズルの数ｎが変数として含まれるため、上記の例には限られず、底吹きノズル２０が３本以上の任意の数である場合に式(5)の近似式を適用することが可能である。式(5)においてｎおよびｒ／ｒ_０のそれぞれの値が大きくなると一辺の長さＬが長くなることから明らかなように、底吹きノズル２０の数ｎが多いほど、また底吹きノズル２０の炉中心Ｃからの距離ｒが大きいほど多角形領域Ｒの面積は大きくなり、これによって還元鉄の投入位置の自由度や投入位置の誤差の許容度が大きくなる。

【0031】

本実施形態では、図１に示したようなアーク型電気炉１において、式(5)の近似式によって一辺の長さＬが算出される多角形領域Ｒ内に原料投入手段の例である原料投入管１４を用いて還元鉄を投入することによって、溶鋼の流動によって還元鉄が炉中心部に移動および滞留する可能性を高め、炉内に投入された還元鉄をより速やかに溶解させることが可能になる。

【0032】

図７Ａから図７Ｄは、従来例に係るアーク型電気炉における底吹きノズルの配置、流速ベクトルの大きさ、流速ベクトルの炉中心向きおよび炉外側向きの成分の大きさ、およびＤＰＭ法によって算出された還元鉄の軌跡を示す図である。従来のアーク型電気炉９１では図７Ａに示すようにそもそも底吹きノズル９２が炉中心を重心とする正多角形の頂点には配置されていないことも多い。この場合は図７Ｃに示すように底吹きノズル９２の間隔が相対的に広い部分で炉外側向きの流速ベクトルが発生する領域が炉中心部付近まで広がっており、図７Ｄに示されるＤＰＭ法によって算出された還元鉄の軌跡も炉中心部と炉外側とで分離されていない。このような軌跡は、炉中心部付近に還元鉄を投入しても、還元鉄が溶鋼の流動によって炉外側に移動し、還元鉄の熔解に時間がかかる可能性があることを示している。

【0033】

上述した本発明の実施形態では、炉中心Ｃを重心とする正多角形の頂点に底吹きノズル２０を配置することによって炉中心Ｃの回りに略対称な溶鋼流動を発生させて炉中心向きの流速ベクトルが発生する領域を確保し、さらに上記の式(5)のような近似式で表される多角形領域Ｒ内に還元鉄を投入することによって還元鉄を炉中心部に移動および滞留させて速やかに溶解させることを可能にしている。

【符号の説明】

【0034】

１…アーク型電気炉、１１…炉体、１２…水冷パネル、１３…蓋体、１４…原料投入管、１５…上部電極、１６…下部電極、１７…アーク、１８…出鋼孔、１９…出滓孔、２０，２１，２２，２３…底吹きノズル、Ｃ…炉中心、Ｇ…不活性ガス、Ｒ…多角形領域、Ｓ…溶鋼。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】