(57)【要約】【課題】溶湯の露出面積を減らし、熱放散を小さくすることができる電気炉への原料装入方法を提供する。【解決手段】原料を溶解する電気炉１へシュート４を介して原料を装入する電気炉１への原料装入方法であって、電気炉１の上から見てシュート４の下端が円弧の軌跡に沿って移動するようにシュート４を第一軸の周りに旋回させる旋回機構５、及びシュート４の下端の位置が電気炉１の半径方向に変化するようにシュート４を第二の軸の周りに傾動させる傾動機構６を有する原料装入装置３を使用して、原料を装入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を溶解する電気炉へシュートを介して原料を装入する電気炉への原料装入方法であって、
前記電気炉の上から見て前記シュートの下端が円弧の軌跡に沿って移動するように前記シュートを第一軸の周りに旋回させる旋回機構、及び前記シュートの下端の位置が前記電気炉の半径方向に変化するように前記シュートを第二の軸の周りに傾動させる傾動機構を有する原料装入装置を使用して、原料を装入する電気炉への原料装入方法。
【請求項２】
前記シュートからタップに相当する量の原料を分割して前記電気炉に装入し、溶解した後、再び前記シュートからタップに相当する量の原料を分割して前記電気炉に装入し、溶解することを特徴とする請求項１に記載の電気炉への原料装入方法。
【請求項３】
前記シュートから前記電気炉に中央部の溶湯が露出するように原料を装入することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気炉への原料装入方法。
【請求項４】
原料を溶解する電気炉へシュートを介して原料を装入する原料装入装置であって、
前記電気炉の上から見て前記シュートの下端が円弧の軌跡に沿って移動するように前記シュートを第一の軸の周りに旋回させる旋回機構、及び前記シュートの下端の位置が前記電気炉の半径方向に変化するように前記シュートを第二の軸の周りに傾動させる傾動機構を有する原料装入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料を溶解する電気炉への原料装入方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気炉は合金鉄を製造するのに用いられることが多く、例えばフェロクロムを製造する際には、電気炉には原料としてクロム鉱石及び媒溶剤が装入される。電気炉で原料を溶解後、溶湯を取鍋に出湯し、取鍋内でクロム酸化物を還元することでフェロクロムを製造する（例えば特許文献１参照）。もちろん、電気炉はフェロクロム以外の合金鉄を製造するのにも用いられる。
【０００３】
各種の原料は所定量ずつ計量され、調合される。調合された原料はコンベヤによって電気炉の炉体の上方の炉上ビンに貯蔵される。炉上ビンにはシュートが接続されている。炉上ビンに貯蔵された原料は、所定量ずつ切り出された後、シュート内を落下し、シュートの下端から炉体の一定位置に装入される。炉上ビン及びシュートは複数設けられていて、炉体に円周方向に均等間隔を離した複数箇所から原料を装入できるようになっている。炉体の上部には炉体を開閉可能（上下動可能）な炉蓋が設けられる。炉上ビン及びシュートは炉蓋の可動範囲と干渉しない位置に配置される。原料装入後、炉蓋を閉じ、電気炉の電極に電力を供給すると、電極と原料との間にアーク放電が発生し、原料が溶解する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平８−２６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶湯を電気炉から取鍋に出湯するとき、溶湯の全てを排出する訳では無くて溶湯の一部を電気炉に残す。次のタップで装入された原料を効率よく溶解させるためである。その後、次のタップの原料を装入し、溶解する。
【０００６】
しかし、従来の原料装入装置にあっては、シュートが固定されており、シュートから電気炉の一定位置にしか原料を装入できないので、溶湯を原料で覆う面積が小さく、言い換えれば溶湯の露出面積が大きく、溶湯の熱放散が大きいという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、溶湯の露出面積を減らし、熱放散を小さくすることができる電気炉への原料装入方法及び装置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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、原料を溶解する電気炉へシュートを介して原料を装入する電気炉への原料装入方法であって、前記電気炉の上から見て前記シュートの下端が円弧の軌跡に沿って移動するように前記シュートを第一軸の周りに旋回させる旋回機構、及び前記シュートの下端の位置が前記電気炉の半径方向に変化するように前記シュートを第二の軸の周りに傾動させる傾動機構を有する原料装入装置を使用して、原料を装入する電気炉への原料装入方法である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電気炉への原料装入方法において、前記シュートからタップに相当する量の原料を分割して前記電気炉に装入し、溶解した後、再び前記シュートからタップに相当する量の原料を分割して前記電気炉に装入し、溶解することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電気炉への原料装入方法において、前記シュートから前記電気炉に中央部の溶湯が露出するように原料を装入することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、原料を溶解する電気炉へシュートを介して原料を装入する原料装入装置であって、前記電気炉の上から見て前記シュートの下端が円弧の軌跡に沿って移動するように前記シュートを第一の軸の周りに旋回させる旋回機構、及び前記シュートの下端の位置が前記電気炉の半径方向に変化するように前記シュートを第二の軸の周りに傾動させる傾動機構を有する原料装入装置である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、原料装入装置が旋回機構及び傾動機構を有するので、電気炉の広い面積に渡って原料を装入することができる。したがって、溶湯の露出面積を減らし、溶湯の熱放散を小さくすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、原料を数回に分けて少量ずつ装入するので、電気炉に装入された原料の崩れを小さくすることができる。したがって、溶湯の湯面変動を小さくすることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、電気炉の中央部の溶湯を原料で覆わずに露出させることで、電気炉の中央部にガスの抜け穴を確保することができる。このため、溶湯が吹き上げるスプラッシュが発生するのを防止できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、原料装入装置が旋回機構及び傾動機構を有するので、溶湯の広い面積に渡って原料を装入することができる。したがって、溶湯の露出面積を減らし、溶湯の熱放散を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の原料装入装置の模式図（電気炉の垂直断面図）である。
【図２】本発明の一実施形態の原料装入方法の模式図（電気炉の平面図）である。
【図３】原料装入位置と溶解との関係を示す模式図（電気炉の水平断面図）である。
【図４】本実施形態の原料装入方法の一例を示す図（電気炉の水平断面図）である。
【図５】本発明例と従来例とで原料の装入高さを比較した図（電気炉の垂直断面図）である。
【図６】原料装入装置のタイミングチャートを示す図である（図６（Ａ）は比較例を示し、図６（Ｂ）は本発明例を示す）。
【図７】本実施形態の原料装入方法が適用される低炭素フェロクロム製造方法を示す工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の原料装入装置が使用される電気炉を示す。図１において、１は電気炉の炉体、２は黒鉛等からなる電極、３は原料装入装置、４は原料装入装置のシュート、５は原料装入装置の旋回機構、６は原料装入装置の傾動機構である。電気炉の炉体１の上方には原料が一時的に貯蔵される炉上ビン（図示せず）が設けられる。シュート４の上端は炉上ビンに接続される。炉上ビン及びシュート４は炉体１の上方に円周方向に均等間隔を離して複数、例えば三つ設けられる。炉体１の上部には炉体１を開閉可能（上下動可能）な炉蓋（図示せず）が設けられる。炉上ビン及び原料装入装置３は炉蓋の開閉動作に干渉しない位置に配置される。原料装入装置３のシュート４を介して炉体１に原料を装入した後、炉蓋を閉じ、電極２に三相交流を供給すると、電極２と原料との間にアーク放電が発生し、原料が溶解する。
【００１８】
シュート４は、炉上ビンに接続される固定シュート４ａと、固定シュート４ａの下端に旋回機構５の旋回部５ａを介して接続される旋回シュート４ｂと、旋回シュート４ｂの下端に接続される傾動シュート４ｃと、を備える。旋回機構５は、旋回シュート４ｂを第一の軸としての垂直軸の周りに旋回させる旋回部５ａと、旋回部５ａを駆動させるモータ５ｂと、を備える。旋回部５ａの回転角度はエンコーダ等の検出装置によって検出される。旋回部５ａの回転角度が指令値に一致するように、図示しない制御装置が旋回部５ａの回転角度をフィードバック制御する。
【００１９】
旋回シュート４ｂの下端には、傾動シュート４ｃが第二の軸としての水平軸の周りを傾動可能に設けられる。傾動機構６は、傾動シュート４ｃを水平軸の周りに傾動させる。傾動機構６は、垂直方向に移動可能なシリンダロッド６ａを有するシリンダ６ｂと、シリンダロッド６ａの先端に水平軸の周りに回転可能に連結される連結ロッド６ｃと、を備える。連結ロッド６ｃは、シリンダロッド６ａと傾動シュート４ｃとの間に介在する。連結ロッド６ｃの一端は、シリンダロッド６ａの下端に水平軸の周りに回転可能に連結される。連結ロッド６ｃの他端は、傾動シュート４ｃに水平軸の周りに回転可能に連結される。
【００２０】
シリンダ６ｂがシリンダロッド６ａを垂直方向の下方又は上方に移動させると、傾動シュート４ｃが図中破線で示すように水平軸の周りを反時計方向に回転し、傾動シュート４ｃの下端が炉体１の半径方向の内側に移動する。一方、シリンダ６ｂがシリンダロッド６ａを垂直方向の上方又は下方に移動させると、傾動シュート４ｃが水平軸の周りを時計方向に回転し、傾動シュート４ｃの下端が炉体１の半径方向の外側に移動する。
【００２１】
シリンダ６ｂは、例えば第一のシリンダと第二のシリンダとを直列に接続してなる。図１には一台のシリンダのみが示されているが、実際には二台のシリンダが直列に接続されている。第一のシリンダ及び第二のシリンダそれぞれは二位置制御可能である。第一のシリンダと第二のシリンダを直列に接続することで、上・中・下の三位置に制御可能になる。シリンダロッド６ａを三位置に制御できることに伴って、傾動シュート４ｃの下端の位置を炉体１の半径方向の三位置に制御可能になる。
【００２２】
なお、傾動機構６は炉体に近い位置に配置され、炉体１からの輻射熱を受けるので、エンコーダ等の検出装置を設けることが困難である。第一のシリンダと第二のシリンダを直列に接続することで、エンコーダ等の検出装置を設けなくても、シリンダロッド６ａの位置を制御することが可能になる。
【００２３】
図２は、原料装入方法の模式図（炉体１の平面図）を示す。図２に示すように、三本の電極２ａ〜２ｃは、炉体１の中央部に円周方向に１２０度の均等間隔を離して配置される。三台の原料装入装置３ａ〜３ｃは、炉体１の外側に円周方向に１２０度の均等間隔を離して配置される。電極２ａ〜２ｃの位相と原料装入装置３ａ〜３ｃの位相とは円周方向に６０度ずれている。
【００２４】
図１に示すように、旋回機構５が旋回シュート４ｂを垂直軸の周りに回転させると、図２に示すように、傾動シュート４ｃの下端が円弧の軌跡Ｌａ〜Ｌｃに沿って移動する。この円弧の軌跡Ｌａ〜Ｌｃの中心は炉体１の外側に位置する。また、図１に示すように、傾動機構６が傾動シュート４ｃを水平軸の周りに回転させると、図２に示すように、傾動シュート４ｃの下端の位置が炉体１の半径方向に変化する。傾動シュート４ｃの下端の位置は三位置に制御可能であるから、傾動シュート４ｃの下端の円弧の半径も三段階（Ｌａ→Ｌｂ→Ｌｃ）に制御可能である。
【００２５】
オペレータが原料を装入する位置を制御装置に入力すると、オペレータが指定する位置に原料を装入できるように制御装置がモータ５ｂ及びシリンダ６ｂを操作し、傾動シュート４ｃの下端の位置を制御する。傾動シュート４ｃの下端が指定した位置に移動したら、傾動シュート４ｃの下端から原料を装入する。原料を装入する時間はタイマで調整される。傾動シュート４ｃの下端を移動させながら原料を装入することもできるし、傾動シュート４ｃの下端を一定位置に位置決めし、停止させた状態で原料を装入することもできる。
【００２６】
図３は原料装入位置と溶解との関係を示す模式図である。図３の炉体１の平面図に示すように、炉体１の内部は、炉体１の中央部であるＡ領域（三本の電極２ａ〜２ｃの内側であり、炉心部とも呼ばれる）、電極２ａ〜２ｃと炉壁との間のＢ領域、電極２ａ〜２ｃと電極２ａ〜２ｃとの間のＣ領域、ホットスポット部及びタップ口７回りのＤ領域と、に区画することができる。
【００２７】
Ａ領域では、ガス抜けを確保する必要がある。このため、Ａ領域には原料は装入しない。ガスの抜け穴を確保するのは、溶湯が吹き上げるスプラッシュが発生するのを防止するためである。炉体１の溶湯の全面を原料で覆ったところ、ガスが吹き上げるスプラッシュが発生した。ガスの抜け穴がなくなることが原因である。
【００２８】
Ｂ領域では、電極２ａ〜２ｃ回りの溶解速度が速い。Ｂ領域は最も原料を消費するところである。着熱効率を考慮してＢ領域に原料を装入する。図４に示すように、隣接する二本の電極間（２ａ−２ｂ間、２ｂ−２ｃ間、又は２ｃ−２ａ間）の一台の原料装入装置３ａ，３ｂ，３ｃから二本の電極（２ａ−２ｂ、２ｂ−２ｃ、又は２ｃ−２ａ）の近傍の二箇所Ｔ１及びＴ２に原料を装入し、電極２ａ，２ｂ，２ｃ回りに原料を流れ込ませるのが望ましい。
【００２９】
Ｃ領域は溶解速度が遅いので、原料は装入しない。流れ込みのみの原料とする。
【００３０】
Ｄ領域では、耐火物保護のために厚めに原料を装入する。
【００３１】
本実施形態の原料装入方法によれば、旋回機構５及び傾動機構６を有する原料装入装置３を使用して原料を装入するので、原料を電極２の近い位置に装入したり、炉体１の炉壁に近い位置に装入したりすることが可能になる。溶湯の広い面積に渡って原料を装入することができるので、溶湯の露出面積を減らし、溶湯の熱放散を小さくすることができる。また、原料の炉体円周方向の堆積分布の偏差が少なくなり、炉内間での溶湯の品質の偏差が少なくなるので、成分の均一な溶湯スラグを得ることができる。さらに、原料の落下位置の範囲が広くなるので、図５（Ｂ）の発明例では、図５（Ａ）の従来例に比べて原料の装入高さｈを低くすることができる。このため、装入した原料が崩れるのを防止できる。
【００３２】
図６は三台の原料装入装置のタイミングチャートを示す。図６（Ａ）は三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，３ｃからタップ（電気炉から溶湯を取り出す場合の１回ごとの取出し量）に相当する量の原料を一括で装入する比較例を示し、図６（Ｂ）は三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，３ｃからタップに相当する量を分割して装入する発明例を示す。
【００３３】
比較例の図６（Ａ）では、三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，及び３ｃが原料を一括に装入する。三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，３ｃが原料を装入する量はタップに等しい。一台の原料装入装置３ａ，３ｂ，又は３ｃは、タップの１／３の原料を炉体の三箇所に装入することになる。
【００３４】
発明例の図６（Ｂ）では、三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，及び３ｃが原料を二分割して装入する。最初に三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，及び３ｃが原料を装入する量は、タップの１／２である。一台の原料装入装置３ａ，３ｂ，又は３ｃは、炉体１の二箇所に原料を装入するので、タップの１／６の原料を炉体１の六箇所に装入することになる。三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，及び３ｃが原料を装入後、原料を溶解する。その後、三台の原料装入装置３ａ，３ｂ，及び３ｃが再びタップの１／２の量の原料を装入する。一台の原料装入装置３ａ，３ｂ，又は３ｃが原料を装入する量は一回目と同様にタップの１／６である。発明例のように原料を複数回に分けて分割装入することで、一回当たりの原料装入量を少なくすることができる。したがって、装入した原料が崩れるのを防止することができる。
【００３５】
本実施形態の電気炉への原料装入方法は、例えば図７に示すように、低炭素フェロクロムの製造方法に用いられる。低炭素フェロクロムの製造方法は、原料を電気炉２１で溶解し、取鍋２２内で低炭素フェロクロムを生成するメタル生成工程（Ｓ１）と、スラグに残留する例えば５〜７％のクロム分をシリコクロムとして再生するシリコクロム回収工程（Ｓ２）と、を備える。
【００３６】
電気炉２１には、原料として、クロム鉱石、焼石灰、及びカーボンが装入される。電気炉２１は、上記の原料を溶解して一次スラグを生成させる。次に、溶解した一次スラグを取鍋２２に出湯し、一次スラグに還元剤としてシリコクロムを添加し、Ａｒガス等で底吹攪拌し、クロム鉱石中の酸化物を珪素で還元して低炭素フェロクロムの溶湯と二次スラグを生成させる（Ｓ１）。
【００３７】
低炭素フェロクロムから分離された二次スラグには、クロムが例えば５〜７％含まれる。残留スラグ中のクロムをシリコクロムとして回収するためにシリコクロム回収工程（Ｓ２）が設けられる。シリコクロム回収工程（Ｓ２）では、低炭素フェロクロムから分離された二次スラグを取鍋２３に受け、この二次スラグにフェロシリコンを添加してＡｒガス等で上吹攪拌し、二次スラグ中に残留しているクロムと反応させてシリコクロムを生成する。その後、シリコクロムの溶湯を三次スラグから分離し、シリコクロムを回収する。三次スラグ中のクロム含有量は０．７質量％未満である。回収されたシリコクロムは、低炭素フェロクロム製錬工程の還元剤として利用される。シリコクロムの一部が回収されたシリコクロムによって代替されるので、購入すべきシリコクロムを節減することができる。
【実施例１】
【００３８】
本実施形態の原料装入装置を用いた本発明例と、従来の原料装入装置を用いて原料を装入した従来例とで、原料溶解電力原単位を比較した。
【００３９】
【表１】
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【００４０】
表１に示すように、本実施形態の原料装入装置を用いると、溶解電力原単位削減に有効である。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまな実施形態に変更可能である。例えば、本実施形態の電気炉は低炭素フェロクロムの原料を溶解するのに限られることはなく、他の合金鉄の原料を溶解するのに用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１…炉体（電気炉）
２ａ−２ｃ…電極
３ａ−３ｃ…原料装入装置
４…シュート
４ａ…固定シュート
４ｂ…旋回シュート
４ｃ…傾動シュート
５…旋回機構
５ａ…旋回部
５ｂ…モータ
６…傾動機構
６ａ…シリンダロッド
６ｂ…シリンダ
６ｃ…連結ロッド
７…タップ口
Ｌａ−Ｌｃ…円弧の軌跡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014037913.tif 000008
【図６】
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【図７】
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