(57)【要約】【課題】電極の損耗を抑制しつつ、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や炉体の周壁部に付着した地金を溶解する。【解決手段】炉体に装入された溶融金属材料の浴面３８Ａを、中心線Ｌｃに対して第一角度を成す一対の第一仮想線Ｌ１に対する正三角形領域Ｔの外側に位置する第一領域Ａ１及び第五領域Ａ５と、電極３４に接する仮想接線Ｌｅと中心線Ｌｃとの成す角度よりも大きく、かつ、第一角度の半分の角度よりも小さい第二角度を中心線Ｌｃに対して成す一対の第二仮想線Ｌ２と各第一仮想線Ｌ１との間に位置する第二領域Ａ２及び第四領域Ａ４と、一対の第二仮想線Ｌ２の間に位置する第三領域Ａ３に分割する。そして、ランス１２の先端ノズル孔１６から噴出されたガスの噴流と浴面３８Ａとの衝突領域である火点４０が、第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２に一つ以上かつ第四領域Ａ４及び第五領域Ａ５に一つ以上存在し、第三領域Ａ３には存在しないように、ガスを噴出する。【選択図】図６
2020094707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器状の炉体と、
前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された電極と、
を備える電気炉に適用され、
平面視で前記炉体の周壁部から突出し、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように配置され、複数の先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを有し、
前記炉体に装入された溶融金属材料の浴面について、平面視で前記ランスの中心軸と前記浴面の外周との交点を原点とすると共に、前記原点と前記浴面の中心点とを通る線を中心線とし、
前記溶融金属材料の浴面を、
前記原点と前記浴面の外周上の二点とを頂点とする正三角形領域の三辺のうち前記原点で交わる一対の辺に相当し、前記中心線の両側で前記中心線に対して第一角度を成す仮想線をそれぞれ一対の第一仮想線としたときに、前記一対の第一仮想線に対する前記正三角形領域の外側にそれぞれ位置する第一領域及び第五領域と、
前記原点を通り平面視で前記電極に接する仮想接線と前記中心線との成す角度よりも大きく、かつ、前記第一角度の半分の角度よりも小さい第二角度を前記中心線に対して成す仮想線をそれぞれ一対の第二仮想線としたときに、前記第一仮想線と前記第二仮想線との間にそれぞれ位置する第二領域及び第四領域と、
前記一対の第二仮想線の間に位置する第三領域に分割した場合に、
前記先端ノズル孔から噴出された前記ガスの噴流と前記溶融金属材料の浴面との衝突領域である火点が、前記第一領域及び前記第二領域に一つ以上かつ前記第四領域及び前記第五領域に一つ以上存在し、前記第三領域には存在しないように、前記ガスを噴出する、
電気炉におけるガス噴出装置。
【請求項２】
平面視で前記浴面の中心点を通り前記中心線と直交する線を直交線とした場合に、前記火点が、前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域、及び、前記第四領域にそれぞれ存在すると共に、前記第一領域及び前記第五領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点側に位置し、前記第二領域及び前記第四領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点と反対側に位置するように、前記ガスを噴出する、
請求項１に記載のガス噴出装置。
【請求項３】
容器状の炉体と、
前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された電極と、
を備える電気炉に適用され、
平面視で前記炉体の周壁部から突出し、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように配置され、複数の先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを用い、
前記炉体に装入された溶融金属材料の浴面について、平面視で前記ランスの中心軸と前記浴面の外周との交点を原点とすると共に、前記原点と前記浴面の中心点とを通る線を中心線とし、
前記溶融金属材料の浴面を、
前記原点と前記浴面の外周上の二点とを頂点とする正三角形領域の三辺のうち前記原点で交わる一対の辺に相当し、前記中心線の両側で前記中心線に対して第一角度を成す仮想線をそれぞれ一対の第一仮想線としたときに、前記一対の第一仮想線に対する前記正三角形領域の外側にそれぞれ位置する第一領域及び第五領域と、
前記原点を通り平面視で前記電極に接する仮想接線と前記中心線との成す角度よりも大きく、かつ、前記第一角度の半分の角度よりも小さい第二角度を前記中心線に対して成す仮想線をそれぞれ一対の第二仮想線としたときに、前記第一仮想線と前記第二仮想線との間にそれぞれ位置する第二領域及び第四領域と、
前記一対の第二仮想線の間に位置する第三領域に分割した場合に、
前記先端ノズル孔から噴出された前記ガスの噴流と前記溶融金属材料の浴面との衝突領域である火点が、前記第一領域及び前記第二領域に一つ以上かつ前記第四領域及び前記第五領域に一つ以上存在し、前記第三領域には存在しないように、前記ガスを噴出する、
電気炉におけるガス噴出方法。
【請求項４】
平面視で前記浴面の中心点を通り前記中心線と直交する線を直交線とした場合に、前記火点が、前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域、及び、前記第四領域にそれぞれ存在すると共に、前記第一領域及び前記第五領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点側に位置し、前記第二領域及び前記第四領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点と反対側に位置するように、前記ガスを噴出する、
請求項３に記載のガス噴出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気炉におけるガス噴出装置及びガス噴出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気炉の炉体内に装入された固体金属材料の溶解促進及び炉体内の溶融金属材料の精錬のために、ランスの先端ノズル孔から炉体内に酸素を含むガスを噴出する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３１４８９６６号公報
【特許文献２】特許第２８２４９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記技術では、炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された電極の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出することが一般的であった。しかしながら、このようにした場合には、ガスの噴流が炉体の周壁部から遠くなり、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や、炉体の周壁部に付着した地金を溶解するのは困難である。また、電極の近傍に向けてガスを噴出すると、ガスの噴流が電極に接触したり、ガスの噴流が浴面に衝突することで生じたスプラッシュが電極に付着したりして、電極が損耗する虞がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、電極の損耗を抑制しつつ、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や、炉体の周壁部に付着した地金を溶解できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第一態様に係るガス噴出装置は、容器状の炉体と、前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された電極と、を備える電気炉に適用され、平面視で前記炉体の周壁部から突出し、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように配置され、複数の先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを有し、前記炉体に装入された溶融金属材料の浴面について、平面視で前記ランスの中心軸と前記浴面の外周との交点を原点とすると共に、前記原点と前記浴面の中心点とを通る線を中心線とし、前記溶融金属材料の浴面を、前記原点と前記浴面の外周上の二点とを頂点とする正三角形領域の三辺のうち前記原点で交わる一対の辺に相当し、前記中心線の両側で前記中心線に対して第一角度を成す仮想線をそれぞれ一対の第一仮想線としたときに、前記一対の第一仮想線に対する前記正三角形領域の外側にそれぞれ位置する第一領域及び第五領域と、前記原点を通り平面視で前記電極に接する仮想接線と前記中心線との成す角度よりも大きく、かつ、前記第一角度の半分の角度よりも小さい第二角度を前記中心線に対して成す仮想線をそれぞれ一対の第二仮想線としたときに、前記第一仮想線と前記第二仮想線との間にそれぞれ位置する第二領域及び第四領域と、前記一対の第二仮想線の間に位置する第三領域に分割した場合に、前記先端ノズル孔から噴出された前記ガスの噴流と前記溶融金属材料の浴面との衝突領域である火点が、前記第一領域及び前記第二領域に一つ以上かつ前記第四領域及び前記第五領域に一つ以上存在し、前記第三領域には存在しないように、前記ガスを噴出する。
【０００７】
本発明の第一態様に係るガス噴出装置によれば、炉体に装入された溶融金属材料の浴面を上記のように第一領域乃至第五領域に分割した場合に、火点が第一領域及び第二領域に一つ以上かつ第四領域及び第五領域に一つ以上存在するように、ガスを噴出する。これにより、例えば、電極の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出する場合に比して、ガスの噴流が炉体の周壁部に近づくので、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や、炉体の周壁部に付着した地金を溶解できる。
【０００８】
また、火点が第三領域には存在しないように、ガスを噴出するので、ガスの噴流が電極に接触したり、ガスの噴流が浴面に衝突することで生じたスプラッシュが電極に付着したりすることを抑制できる。これにより、電極が損耗することを抑制できる。
【０００９】
本発明の第二態様に係るガス噴出装置は、上述の第一態様に係るガス噴出装置において、平面視で前記浴面の中心点を通り前記中心線と直交する線を直交線とした場合に、前記火点が、前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域、及び、前記第四領域にそれぞれ存在すると共に、前記第一領域及び前記第五領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点側に位置し、前記第二領域及び前記第四領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点と反対側に位置するように、前記ガスを噴出する。
【００１０】
本発明の第二態様に係るガス噴出装置によれば、第一領域及び第五領域では、火点が直交線よりも原点側に位置し、第二領域及び第四領域では、火点が直交線よりも原点と反対側に位置する。したがって、四つの火点が、第一領域、第二領域、第四領域、及び、第五領域にバランス良く配置されるので、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や、炉体の周壁部に付着した地金を効率良く溶解できる。
【００１１】
本発明の第三態様に係るガス噴出方法は、容器状の炉体と、前記炉体内の中央部に鉛直方向に沿って配置された電極と、を備える電気炉に適用され、平面視で前記炉体の周壁部から突出し、先端が前記炉体内の中央部側かつ下側を向くように配置され、複数の先端ノズル孔から前記炉体内に酸素を含むガスを噴出するランスを用い、前記炉体に装入された溶融金属材料の浴面について、平面視で前記ランスの中心軸と前記浴面の外周との交点を原点とすると共に、前記原点と前記浴面の中心点とを通る線を中心線とし、前記溶融金属材料の浴面を、前記原点と前記浴面の外周上の二点とを頂点とする正三角形領域の三辺のうち前記原点で交わる一対の辺に相当し、前記中心線の両側で前記中心線に対して第一角度を成す仮想線をそれぞれ一対の第一仮想線としたときに、前記一対の第一仮想線に対する前記正三角形領域の外側にそれぞれ位置する第一領域及び第五領域と、前記原点を通り平面視で前記電極に接する仮想接線と前記中心線との成す角度よりも大きく、かつ、前記第一角度の半分の角度よりも小さい第二角度を前記中心線に対して成す仮想線をそれぞれ一対の第二仮想線としたときに、前記第一仮想線と前記第二仮想線との間にそれぞれ位置する第二領域及び第四領域と、前記一対の第二仮想線の間に位置する第三領域に分割した場合に、前記先端ノズル孔から噴出された前記ガスの噴流と前記溶融金属材料の浴面との衝突領域である火点が、前記第一領域及び前記第二領域に一つ以上かつ前記第四領域及び前記第五領域に一つ以上存在し、前記第三領域には存在しないように、前記ガスを噴出する。
【００１２】
本発明の第三態様に係るガス噴出方法によれば、炉体に装入された溶融金属材料の浴面を上記のように第一領域乃至第五領域に分割した場合に、火点が第一領域及び第二領域に一つ以上かつ第四領域及び第五領域に一つ以上存在するように、ガスを噴出する。これにより、例えば、電極の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出する場合に比して、ガスの噴流が炉体の周壁部に近づくので、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や、炉体の周壁部に付着した地金を溶解できる。
【００１３】
また、火点が第三領域には存在しないように、ガスを噴出するので、ガスの噴流が電極に接触したり、ガスの噴流が浴面に衝突することで生じたスプラッシュが電極に付着したりすることを抑制できる。これにより、電極が損耗することを抑制できる。
【００１４】
本発明の第四態様に係るガス噴出方法は、上述の第三態様に係るガス噴出方法において、平面視で前記浴面の中心点を通り前記中心線と直交する線を直交線とした場合に、前記火点が、前記第一領域、前記第二領域、前記第三領域、及び、前記第四領域にそれぞれ存在すると共に、前記第一領域及び前記第五領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点側に位置し、前記第二領域及び前記第四領域では、前記火点が前記直交線よりも前記原点と反対側に位置するように、前記ガスを噴出する。
【００１５】
本発明の第四態様に係るガス噴出方法によれば、第一領域及び第五領域では、火点が直交線よりも原点側に位置し、第二領域及び第四領域では、火点が直交線よりも原点と反対側に位置する。したがって、四つの火点が、第一領域、第二領域、第四領域、及び、第五領域にバランス良く配置されるので、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や、炉体の周壁部に付着した地金を効率良く溶解できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の一態様によれば、電極の損耗を抑制しつつ、炉体の周壁部近傍の固体金属材料や、炉体の周壁部に付着した地金を溶解できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置のランスと電極との位置関係を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置が適用された電気炉の全体構成を示す側面断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置に用いられたランスの先端部を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置に用いられたランスの先端部と、５つの領域に分割された浴面との位置関係を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置が適用された電気炉において、炉体に装入された溶融金属材料の浴面を５つの領域に分割した一例を示す平面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置のガス噴出条件を満たす場合の第一の実施例を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置のガス噴出条件を満たす場合の第二の実施例を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置のガス噴出条件を満たす場合の第三の実施例を示す平面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置のガス噴出条件を満たす場合の第四の実施例を示す平面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るガス噴出装置のガス噴出条件を満たさない場合の比較例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１９】
図２（図１も適宜参照）に示されるように、本発明の一実施形態に係るガス噴出装置１０（電気炉におけるガス噴出装置）は、電気炉３０に適用される。電気炉３０は、上側に開口する容器状の炉体３２と、炉体３２内の中央部に鉛直方向に沿って配置された円柱状の電極３４とを備える。炉体３２内には、固体金属材料３６及び溶融金属材料３８が装入されている。本実施形態では、一例として、固体金属材料３６は、鉄製のスクラップであり、溶融金属材料３８は、溶銑である。電極３４は、先端が溶融金属材料３８の浴面３８Ａと対向する高さに配置されている。電極３４の表層部は、例えば、黒鉛で形成されている。
【００２０】
ガス噴出装置１０は、直線丸棒状のランス１２と、ランス１２にガスを供給するガス供給部１４とを有している。ランス１２は、例えば、炉体３２の周壁部３２Ａの上部や、炉体３２の上側に設けられた図示しない蓋体の周縁部から炉体３２内に挿入されることにより、平面視で炉体３２の周壁部３２Ａから突出して配置されている。このランス１２は、水が循環することにより水冷される水冷式とされている。このランス１２は、先端１２Ａが炉体３２内の中央部側かつ下側を向くように鉛直方向に対して傾斜して配置されている。
【００２１】
ランス１２の先端１２Ａには、複数の先端ノズル孔１６が形成される。ランス１２の先端１２Ａに形成される先端ノズル孔１６は、例えば、一つ、二つ、三つ、四つ等が考えられる。図１に示されるように、本実施形態では、一例として、二つの先端ノズル孔１６がランス１２の先端１２Ａに形成されている。本実施形態では、平面視でランス１２の中心軸Ａｘ２と浴面３８Ａの外周との交点を原点Ｏ、原点Ｏと浴面３８Ａの中心点Ｐとを通る軸をＹ軸、原点Ｏを通り平面視でＹ軸と直交する軸をＸ軸、Ｘ軸及びＹ軸と直交する軸をＺ軸としている。ランス１２は、一例として、ＹＺ平面を挟んで対称な構成とされている。
【００２２】
先端ノズル孔１６の中心軸Ａｘ１は、平面視でランス１２の中心軸Ａｘ２に対し鋭角を成している。以降、平面視で先端ノズル孔１６の中心軸Ａｘ１とランス１２の中心軸Ａｘ２との成す角度をノズル角αと称する。また、図２に示されるように、先端ノズル孔１６の中心軸Ａｘ１は、側面視で水平方向に対して鋭角を成している。以降、水平方向に対する先端ノズル孔１６の中心軸Ａｘ１の傾斜角度をノズル角βと称する。
【００２３】
そして、このガス噴出装置１０では、固体金属材料３６の溶解促進及び溶融金属材料３８の精錬のために、ガス供給部１４が作動すると、ガス供給部１４からランス１２にガスが供給され、先端ノズル孔１６から炉体３２内に酸素を含むガスが噴出される。
【００２４】
ところで、このような電気炉３０において、ランス１２から電極３４の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出すると、ガスの噴流が炉体３２の周壁部３２Ａから遠くなり、炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を溶解するのは困難である。
【００２５】
また、電極３４の近傍に向けてガスを噴出すると、ガスの噴流が電極３４に接触したり、ガスの噴流が浴面３８Ａに衝突することで生じたスプラッシュが電極３４に付着したりして、電極３４が損耗する虞がある。
【００２６】
ここで、発明者らは、出鋼量１００ｔの直流型の電気炉３０を用いて実験を行った。先ず６５トンのスクラップを電気炉３０に装入し、そのスクラップを３〜４割ほど溶解した後、炉体３２の中心上方から３５トンの溶銑を電気炉３０に装入した。炉体３２の上部の操作口から水冷式のランス１２を炉体３２内へ挿入し、脱珪、脱炭、脱燐に必要な酸素を溶銑及び未溶解のスクラップへ送酸速度６０００Ｎｍ３／ｈｒで吹き付け、送酸後の溶鋼成分がＣ：０．１％以下、Ｐ：０．０１５％以下となるようにした。処理中には、ランス１２の先端１２Ａから浴面３８Ａ（みかけの溶銑表面）間距離を０．１〜３．０ｍの範囲で適宜制御した。
【００２７】
そして、上記プロセスにおいて、電極３４の損耗を抑制しつつ、炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を溶解させるための条件を鋭意検討した。その結果、以下のガス噴出条件が必要であると考えた。
【００２８】
すなわち、本検討の結果、図３に示されるように、複数のガスの噴流を得るために、ランス１２の先端には、複数の先端ノズル孔１６が必要であると考えた。図３には、一例として、四つの先端ノズル孔１６を有するランス１２が示されている。また、本検討の結果、図４に示されるように、溶融金属材料３８の浴面３８Ａを、第一領域Ａ１乃至第五領域Ａ５に分割し、先端ノズル孔１６から噴出されたガスの噴流と溶融金属材料３８の浴面３８Ａとの衝突領域である火点が、第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２に一つ以上かつ第四領域Ａ４及び第五領域Ａ５に一つ以上存在し、第三領域Ａ３には存在しないように、ガスを噴出すれば良いと考えた。
【００２９】
上述の本検討の結果により考えられたガス噴出条件は、より具体的には、次の通りである。すなわち、図５に示されるように、溶融金属材料３８の浴面３８Ａについて、平面視でランス１２の中心軸Ａｘ２と浴面３８Ａの外周との交点を原点Ｏとすると共に、原点Ｏと浴面３８Ａの中心点Ｐとを通る線を中心線Ｌｃとする。
【００３０】
また、溶融金属材料３８の浴面３８Ａを、次の第一領域Ａ１乃至第五領域Ａ５に分割する。つまり、原点Ｏと浴面３８Ａの外周上の二点３８Ｐ１、３８Ｐ２とを頂点とする正三角形領域Ｔの三辺のうち原点Ｏで交わる一対の辺に相当し、中心線Ｌｃの両側で中心線Ｌｃに対して第一角度θ１を成す仮想線をそれぞれ一対の第一仮想線Ｌ１とする。このときに、一対の第一仮想線Ｌ１に対する正三角形領域Ｔの外側にそれぞれ位置する領域を第一領域Ａ１及び第五領域Ａ５とする。なお、第一角度θ１は、３０°である。
【００３１】
また、原点Ｏを通り平面視で電極３４に接する仮想接線Ｌｅと中心線Ｌｃとの成す角度よりも大きく、かつ、第一角度θ１の半分の角度よりも小さい第二角度θ２を中心線Ｌｃに対して成す仮想線をそれぞれ一対の第二仮想線Ｌ２とする。このときに、第一仮想線Ｌ１と第二仮想線Ｌ２との間にそれぞれ位置する領域を第二領域Ａ２及び第四領域Ａ４とする。さらに、一対の第二仮想線Ｌ２の間に位置する領域を第三領域Ａ３とする。なお、第二角度θ２は、例えば、１０°である。
【００３２】
そして、本検討の結果、図２に示される炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を溶解させるための条件としては、先端ノズル孔１６から噴出されたガスの噴流と溶融金属材料３８の浴面３８Ａとの衝突領域である火点が、図５に示される第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２に一つ以上かつ第四領域及び第五領域に一つ以上存在するように、ガスを噴出すれば良いと考えた。このようにすれば、例えば、電極３４の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出する場合に比して、ガスの噴流が炉体３２の周壁部３２Ａに近づくので、炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を溶解できる。
【００３３】
また、電極３４の損耗を抑制するための条件としては、図２に示される先端ノズル孔１６から噴出されたガスの噴流と溶融金属材料３８の浴面３８Ａとの衝突領域である火点が、図５に示される第三領域Ａ３には存在しないように、ガスを噴出すれば良いと考えた。このようにすれば、ガスの噴流が電極３４に接触したり、ガスの噴流が浴面３８Ａに衝突することで生じたスプラッシュが電極３４に付着したりすることを抑制できるので、電極３４が損耗することを抑制できる。
【００３４】
なお、上記ガス噴出条件における各用語については、以下のように定義する。
（Ａ）「噴流」は、先端ノズル孔１６の中心軸Ａｘ１を延長した直線と平行に直進するものとする。
（Ｂ）「溶融金属材料の浴面」は、１処理毎の平均総装入量の固体金属材料３６及び溶融金属材料３８が全て溶融したと仮定したときの静止溶融材料面とする。
（Ｃ）「溶融金属材料の浴面の形状」は、炉体３２の周壁部３２Ａの内径Ｒと同じ円とする。
【００３５】
続いて、本発明の一実施形態に係るガス噴出方法の一例について説明する。
【００３６】
図６〜図９には、上述のガス噴出条件を満たす場合の実施例が示されている。すなわち、図６に示される第一の実施例では、ランス１２の先端に二つの先端ノズル孔１６を設け、第二領域Ａ２及び第四領域Ａ４に火点４０が一つずつ存在し、第三領域Ａ３には火点４０が存在しないように、二つの先端ノズル孔１６からガスを噴出している。
【００３７】
また、図７に示される第二の実施例では、ランス１２の先端に四つの先端ノズル孔１６を設け、第一領域Ａ１、第二領域Ａ２、第四領域Ａ４、及び、第五領域Ａ５に火点４０が一つずつ存在し、第三領域Ａ３には火点４０が存在しないように、四つの先端ノズル孔１６からガスを噴出している。
【００３８】
なお、この第二の実施例のように、火点４０が、第一領域Ａ１、第二領域Ａ２、第三領域Ａ３、及び、第四領域Ａ４にそれぞれ存在する場合には、図７に示される如くガスの噴出位置を設定するとより好適である。すなわち、図７に示される第二の実施例では、平面視で浴面３８Ａの中心点Ｐを通り中心線ＬＣと直交する線を直交線Ｌ３とした場合に、第一領域Ａ１及び第五領域Ａ５では、火点４０が直交線Ｌ３よりも原点Ｏ側に位置し、第二領域Ａ２及び第四領域Ａ４では、火点４０が直交線Ｌ３よりも原点Ｏと反対側に位置するように、ガスを噴出している。
【００３９】
このようにすると、四つの火点４０が、第一領域Ａ１、第二領域Ａ２、第四領域Ａ４、及び、第五領域Ａ５にバランス良く配置されるので、図２に示される炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を効率良く溶解できる。
【００４０】
また、図８に示される第三の実施例では、ランス１２の先端に二つの先端ノズル孔１６を設け、第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２に亘って火点４０が一つ存在すると共に、第四領域Ａ４及び第五領域Ａ５に亘って火点４０が一つ存在し、第三領域Ａ３には火点４０が存在しないように、二つの先端ノズル孔１６からガスを噴出している。
【００４１】
また、図９に示される第四の実施例では、ランス１２の先端に三つの先端ノズル孔１６を設け、第二領域Ａ２、第四領域Ａ４、及び、第五領域Ａ５に火点が一つずつ存在し、第三領域Ａ３には火点４０が存在しないように、三つの先端ノズル孔１６からガスを噴出している。
【００４２】
このように、火点４０が第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２に一つ以上かつ第四領域Ａ４及び第五領域Ａ５に一つ以上存在するように、ガスを噴出すると、例えば、後述するように電極３４の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出する場合（図１０参照）に比して、ガスの噴流が図２に示される炉体３２の周壁部３２Ａに近づくので、炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を溶解できる。
【００４３】
また、上述のように、火点４０が第三領域Ａ３には存在しないように、ガスを噴出すると、ガスの噴流が電極３４に接触したり、ガスの噴流が浴面３８Ａに衝突することで生じたスプラッシュが電極３４に付着したりすることを抑制できる。これにより、電極３４が損耗することを抑制できる。
【００４４】
なお、図１０には、上述のガス噴出条件を満たさない場合の比較例が示されている。すなわち、図１０に示される比較例では、ランス１２の先端に一つの先端ノズル孔１６を設け、電極３４の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出している。このようにした場合には、ガスの噴流が図２に示される炉体３２の周壁部３２Ａから遠くなり、炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を溶解するのは困難である。
【００４５】
また、電極３４の近傍に向けてガスを噴出すると、ガスの噴流が電極３４に接触したり、ガスの噴流が浴面３８Ａに衝突することで生じたスプラッシュが電極３４に付着したりして、電極３４が損耗する虞がある。
【００４６】
なお、上述の図６〜図９に示される実施例は、一例であり、火点４０が第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２に一つ以上かつ第四領域Ａ４及び第五領域Ａ５に一つ以上存在し、第三領域Ａ３には火点４０が存在しないように、ガスを噴出するというガス噴出条件を満たせば、上記以外の火点４０の数で、かつ、上記以外の場所に火点４０が存在していても良いことは勿論である。
【００４７】
次に、本発明の一実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、炉体３２に装入された溶融金属材料３８の浴面３８Ａを上記のように第一領域Ａ１乃至第五領域Ａ５に分割した場合に、火点４０が第一領域Ａ１及び第二領域Ａ２に一つ以上かつ第四領域Ａ４及び第五領域Ａ５に一つ以上存在するように、ガスを噴出する。これにより、例えば、電極３４の下方近傍の一箇所のみに向けてガスを噴出する場合に比して、ガスの噴流が炉体３２の周壁部３２Ａに近づくので、炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や、炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金を溶解できる。
【００４９】
また、火点４０が第三領域Ａ３には存在しないように、ガスを噴出するので、ガスの噴流が電極３４に接触したり、ガスの噴流が浴面３８Ａに衝突することで生じたスプラッシュが電極３４に付着したりすることを抑制できる。これにより、電極３４が損耗することを抑制できる。
【００５０】
次に、本発明の一実施形態の実施例と比較例とについて行った検証試験について説明する。
【００５１】
表１には、本発明の一実施形態の実施例と比較例とについて行った検証試験の結果が示されている。本検証試験では、先端ノズル孔１６の数、ランス１２の高さ、ノズル角α、β、第一領域Ａ１乃至第五領域Ａ５の各々における火点４０の数を変えて試験を行っている。
【００５２】
「α１」〜「α４」、及び、「β１」〜「β４」における数字「１」〜「４」は、先端ノズル孔１６の識別番号を表している。「α１」〜「α４」、及び、「β１」〜「β４」の角度の値の欄において、「−」は、該当する先端ノズル孔１６が存在しないことを表している。
【００５３】
「α１」、「α２」の先端ノズル孔１６は、Ｘ軸の正の領域に位置し、「α３」、「α４」の先端ノズル孔１６は、Ｘ軸の負の領域に位置する。「α１」、「α２」は、ＹＺ平面に対して正の領域の側への角度を表し、「α３」、「α４」は、ＹＺ平面に対して負の領域の側への角度を表している。
【００５４】
「比較例１」、「比較例２」、「比較例４」では、火点４０が第三領域Ａ３に存在することにより、上述のガス噴出条件を満たしておらず、「比較例３」は、先端ノズル孔１６の数が１つであることにより、上述のガス噴出条件を満たしていない。一方、「実施例１」〜「実施例８」は、上述のガス噴出条件を満たしている。
【００５５】
「評価」において、「歩留指数」は、「比較例１」を基準（ゼロ）とした場合の炉体３２の周壁部３２Ａ近傍の固体金属材料３６や炉体３２の周壁部３２Ａに付着した地金の溶解が促進された増減値を表している。また、「電極損耗指数」は、「比較例１」を基準とした電極３４の損耗の度合を表している。「電極損耗指数」については、所定のタイミング（ＣＨ間が長いときなど）で電極３４の長さを測定している。電極３４の長さの減少速度をｍｍ／ＣＨとし、「比較例１」の減少速度を１としたときに１以上を「×」、０．９より大きく１より小さいを「△」、０．９以下を「○」とした。
【００５６】
「総合」について、「×」は、「歩留指数」及び「電極損耗指数」が所定の値を満たさないことを表し、「○」は、「歩留指数」及び「電極損耗指数」が所定の値を満たすことを表している。「◎」は、「歩留指数」が「○」よりも優れていることを表している。
【００５７】
表１に示されるように、「比較例１」〜「比較例４」では、上述のガス噴出条件を満たしていないので、「評価」の「総合」も「×」となる。一方、「実施例１」〜「実施例８」では、上述のガス噴出条件を満たしているので、「評価」の「総合」も「○」か「◎」となる。このように、検証試験の結果から、本発明の一実施形態の有用性を確認することができた。
【００５８】
【表１】
2020094707.tif 000003
【００５９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ガス噴出装置
１２  ランス
１６  先端ノズル孔
３０  電気炉
３２  炉体
３２Ａ  周壁部
３４  電極
３６  固体金属材料
３８  溶融金属材料
３８Ａ  浴面
３８Ｐ１、３８Ｐ２  浴面の外周上の二点
４０  火点
α  ノズル角
β  ノズル角
θ１  第一角度
θ２  第二角度
Ａ１  第一領域
Ａ２  第二領域
Ａ３  第三領域
Ａ４  第四領域
Ａ５  第五領域
Ａｘ１  ノズルの中心軸
Ａｘ２  ノズルの中心軸
Ｌ１  第一仮想線
Ｌ２  第二仮想線
Ｌ３  直交線
Ｌｃ  中心線
Ｌｅ  電極に接する仮想接線
Ｏ  原点
Ｐ  浴面の中心点
Ｔ  正三角形領域
【図１】
2020094707.tif 000004
【図２】
2020094707.tif 000005
【図３】
2020094707.tif 000006
【図４】
2020094707.tif 000007
【図５】
2020094707.tif 000008
【図６】
2020094707.tif 000009
【図７】
2020094707.tif 000010
【図８】
2020094707.tif 000011
【図９】
2020094707.tif 000012
【図１０】
2020094707.tif 000013