(57)【要約】【課題】溶融スラグの還元処理を実行する電気炉にスラグ保持炉から溶融スラグを注入するときに、溶融スラグの注入量を安定的に制御する。【解決手段】製鋼工程で生成された溶融スラグを溶融状態のままスラグ保持炉に投入し、スラグ保持炉から、溶鉄層と溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、溶融スラグを注入し、電気炉にて溶融スラグを連続的に還元して、溶融スラグ中の有価物を溶鉄層中に回収するスラグ処理方法が提供される。上記スラグ処理方法は、溶融スラグの注入による実績累積注入量を測定し、溶融スラグが電気炉の還元処理能力に応じた目標注入速度で注入された場合の予定累積注入量を算出し、実績累積注入量の予定累積注入量に対する差分に基づいて、溶融スラグの注入速度を調節することを特徴とする。【選択図】図７
2015110816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼工程で生成された溶融スラグを溶融状態のままスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉から、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理方法であって、
前記溶融スラグの注入による実績累積注入量を測定し、
前記溶融スラグが前記電気炉の還元処理能力に応じた目標注入速度で注入された場合の予定累積注入量を算出し、
前記実績累積注入量の前記予定累積注入量に対する差分に基づいて、前記溶融スラグの注入速度を調節することを特徴とする、スラグ処理方法。
【請求項２】
前記差分に基づいて前記電気炉への供給電力を調節することを特徴とする、請求項１に記載のスラグ処理方法。
【請求項３】
前記差分が第１の閾値を超えた場合に前記注入速度の制御値を調節し、
前記差分が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合にさらに前記供給電力を調節することを特徴とする、請求項２に記載のスラグ処理方法。
【請求項４】
前記電気炉内に前記溶融スラグを注入するために前記スラグ保持炉を傾動させる傾動手段による前記スラグ保持炉の傾動角度を制御することによって前記溶融スラグの注入速度を調節することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスラグ処理方法。
【請求項５】
前記電気炉への供給電力から前記電気炉における回路損失および熱損失に相当する電力を差し引いた実効電力に基づいて前記電気炉の還元処理能力を算出することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスラグ処理方法。
【請求項６】
製鋼工程で生成された溶融スラグを溶融状態のままスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉から、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するプロセスに用いられるスラグ処理装置であって、
前記溶融スラグの注入による実績累積注入量を測定する測定手段と、
前記溶融スラグが前記電気炉の還元処理能力に応じた目標注入速度で注入された場合の予定累積注入量を算出し、前記実績累積注入量の前記予定累積注入量に対する差分に基づいて、前記溶融スラグの注入速度を調節する注入速度制御手段と
を備えることを特徴とする、スラグ処理装置。
【請求項７】
前記差分に基づいて前記電気炉への供給電力を調節する電力制御手段をさらに備えることを特徴とする、請求項６に記載のスラグ処理装置。
【請求項８】
前記注入速度制御手段は、前記差分が第１の閾値を超えた場合に前記注入速度の制御値を調節し、
前記電力制御手段は、前記差分が前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に前記供給電力を調節することを特徴とする、請求項７に記載のスラグ処理装置。
【請求項９】
前記電気炉内に前記溶融スラグを注入するために前記スラグ保持炉を傾動させる傾動手段をさらに備え、
前記注入速度制御手段は、前記傾動手段による前記スラグ保持炉の傾動角度を制御することによって前記溶融スラグの注入速度を調節することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載のスラグ処理装置。
【請求項１０】
前記注入速度制御手段は、前記電気炉への供給電力から前記電気炉における回路損失および熱損失に相当する電力を差し引いた実効電力に基づいて前記電気炉の還元処理能力を算出することを特徴とする、請求項６〜９のいずれか１項に記載のスラグ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼工程で生成される溶融スラグを溶融状態のままでスラグ保持炉にて一時的に保持してから、電気炉に注入して還元するスラグ処理方法およびスラグ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工程において転炉等を用いて脱硫、脱燐または脱炭精錬により生成されるスラグ（製鋼スラグ）は、ＣａＯを大量に含んでいる。このため、製鋼スラグは、膨張性が高く体積安定性が悪いので、従来では、セメント原料、骨材等への再利用が制限されてきた。しかし、近年、資源のリサイクルの要請が高まる中、製鋼スラグからＦｅやＰなどの有価物を分離回収するとともに、製鋼スラグを高品質のスラグに改質して再利用することが希求されており、これまでにも各種のスラグ処理方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、溶解炉内の鉄鋼溶湯に鉄鋼スラグを加え、熱および還元材を加えて鉄鋼スラグを変成しつつ、スラグ中のＦｅ、ＭｎおよびＰを溶湯に移行させて変成スラグを得る第１工程と、溶湯中のＭｎおよびＰを酸化させて順次変成スラグに移行させ、高Ｍｎスラグ、高Ｐスラグを順次取り出す第２、第３工程とを含むスラグ処理方法が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、炭素含有率１．５ｗｔ％未満の鋼鉄浴に、酸化鉄含有率５ｗｔ％超の鋼鉄スラグを投入してから、炭素または炭素キャリアの導入により鋼鉄浴を炭化して炭素含有率２．０ｗｔ％超の鋼鉄浴を得て、その後に、鋼鉄スラグ中の酸化物を還元する方法が開示されている。当該方法では、スラグ投入時に鉄鋼浴との激しい反応に伴うスラグの発砲（スラグフォーミング）や炉からの噴出（オーバーフロー）を抑制するために、スラグ投入前に鋼鉄浴の炭素含有率を低下させておくことでスラグ投入時の反応速度を緩和させ、その後に当該炭素含有率を上昇させてスラグの還元処理を行っている。
【０００５】
また、非特許文献１には、電気炉内に製鋼スラグ粉、炭材粉およびスラグ改質材粉を装入し、スラグの還元試験を行った結果が開示されている。さらに、特許文献３には、開放型直流電気炉内で、非鉄精錬で発生した溶融スラグを炭素質還元材で還元して、金属層とスラグ層に分離し、有価金属を回収する方法が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、低温で流動性の低い製鋼スラグを溶融改質するために、容器内に収容した低流動性の製鋼スラグに改質材を添加または溶射する前後に、スラグ表層を機械的に撹拌してから、加熱バーナーを用いてスラグと改質材の混合層を加熱して溶融させ、得られた溶融スラグを容器から排出して凝固させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５２−０３３８９７号公報
【特許文献２】特表２００３−５２０８９９号公報
【特許文献３】オーストラリア特許ＡＵ−Ｂ−２０５５３／９５号明細書
【特許文献４】特開２００５−１４６３５７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ  ２００３；３２：ｐ．７−１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１記載のスラグ処理方法では、転炉を用いて還元処理を行っているため、溶湯とスラグが強く撹拌されている。このため、スラグ投入時に溶湯の炭素濃度が高いと、スラグが溶湯と接触することにより、反応が促進されてフォーミングが起こる。これを回避するために、炭素濃度が低い溶湯にスラグを投入後、還元反応の促進のために、炭素を投入して溶湯の炭素濃度を増加させるため、バッチ処理を繰り返す必要がある。すなわち、所要の成分組成のスラグを得るために、複数回のバッチ処理（多数回のスラグ還元処理と、Ｍｎ、Ｐの酸化および取り出し処理）を繰り返し行う必要があるので、作業効率および生産性が低下する。
【００１０】
同様に、特許文献２記載のスラグ還元方法でも、転炉を用いて還元処理を行っているため、溶鉄中の炭素濃度を増減させてスラグの還元処理を行うために、脱炭昇熱と加炭還元というバッチ処理を繰り返すことになり、作業効率および生産性が低下する。
【００１１】
一方、非特許文献１記載の還元試験では、凝固した冷間の製鋼スラグの粉砕物を処理対象としており、特許文献３記載の方法も、凝固した冷間スラグを処理対象としている。この場合、スラグの還元処理を行うためには、冷間スラグを加熱溶融させる必要があり、その分だけエネルギー原単位が高くなってしまう。
【００１２】
以上のように、熱間の製鋼スラグをバッチ処理でリサイクルする従来方法（特許文献１，２）では、スラグ処理の作業効率および生産性が低いという問題があった。一方、冷間の製鋼スラグを加熱溶融させてリサイクルする従来方法（非特許文献１および特許文献３）では、スラグ処理に要するエネルギー原単位が高くなるという問題があった。
【００１３】
そこで、本願発明者らは、エネルギー原単位を低減するために、製鋼工程で生成された溶融状態の製鋼スラグ（以下、溶融スラグという。）を凝固させることなく溶融状態のままで処理でき、かつ、作業効率および生産性を向上するために、当該溶融スラグの還元処理を連続的に実行できる方法について鋭意検討した。
【００１４】
溶融スラグを溶融状態のままで電気炉内の溶鉄上に投入すれば、冷間スラグを加熱溶融させる場合よりもエネルギー原単位を抑制できる。しかし、溶融スラグを電気炉内の溶鉄上に投入する際、スラグが溶鉄と急激に反応して突沸する現象（スラグフォーミング）が発生し、これが激しくなるとスラグが電気炉から溢れ出す現象（オーバーフロー）が発生する場合もある。従って、かかるスラグフォーミング等を抑制し、オーバーフローを防止する対策を採用する必要がある。
【００１５】
還元炉（転炉等）では、スラグと溶鉄間の反応により還元反応が促進され、溶鉄中のＣがスラグ中のＦｅＯを還元するので、還元力を向上させるためには、脱炭・加炭を繰り返し行う必要があり、作業効率が低下する。これに対し、電気炉での還元反応は、スラグ−溶鉄間の反応よりも、スラグ中の鉄分（ＦｅＯ）と炭素分（Ｃ）との反応が支配的であることが分かった。それゆえ、電気炉を用いた場合、溶鉄中のＣ濃度が１．５質量％程度と低い場合であっても、加炭なしで、スラグの還元処理を行うことが可能であり、作業効率を向上できることが判明した。従って、還元炉に代えて、電気炉を用いることは、溶融スラグの投入時におけるスラグフォーミングを抑制する対策の一つとなりうる。
【００１６】
しかし、電気炉内の溶鉄中のＣ濃度が高い場合もありうる。そこで、本願発明者らは、かかる場合であっても、スラグ投入時のスラグフォーミング等を抑制可能であり、かつ、脱炭・加炭処理を行わなくとも、高い作業効率で溶融スラグを適切に還元処理できる方法について鋭意検討し、実験を重ねた。
【００１７】
その結果、（ａ）流動性を有する高温の溶融スラグを、電気炉に直接投入するのではなく、電気炉に隣接配置されたスラグ保持炉に一旦保持した上で、上記オーバーフローが発生しないように注入量を調整しながら、スラグ保持炉から電気炉内に溶融スラグを徐々に注入すること、および、（ｂ）電気炉内の溶鉄層上に溶融スラグ層（好ましくは、不活性な還元スラグ層）を緩衝帯として形成しておき、当該溶融スラグ層にスラグ保持炉から溶融スラグを注入することが、スラグ投入時のスラグフォーミングを抑制して、オーバーフローを回避する観点から好適であることが判明した。
【００１８】
このようにスラグ保持炉を用いて、溶融スラグの注入量を調整しながら電気炉内の溶融スラグ層上に注入することで、スラグ注入中に急激なスラグフォーミングの発生を抑制できるとともに、脱炭・加炭を行うことなく、電気炉において連続的にスラグの還元処理を実行することが可能となる。
【００１９】
しかしながら、スラグ保持炉を用いて溶融スラグの注入量を安定的に調整することは、必ずしも容易ではない。例えば、スラグ保持炉に投入される溶融スラグの中に既に固化したスラグが含まれていると、これらのスラグが不規則的に溶融スラグに混じってスラグ保持炉から電気炉に注入されるため、溶融スラグの注入量が予定された量に対して変動する可能性がある。また、スラグ保持炉の一側に注ぎ口を形成し、スラグ保持炉を傾動させることによって注ぎ口から溶融スラグを流下させて電気炉内に注入する場合、溶融スラグの一部がスラグ保持炉内で冷えて凝固し、注ぎ口部を含むスラグ保持炉の内面に少しずつ付着する。それゆえ、スラグ保持炉を長期間に亘って使用すると、注ぎ口部の内面に付着したスラグのために溶融スラグの注入路が狭くなり、所定の角度だけスラグ保持炉を傾動させたとしても、予定された量の溶融スラグが注入されない可能性がある。
【００２０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶融スラグの還元処理を実行する電気炉にスラグ保持炉から溶融スラグを注入するときに、溶融スラグの注入量を安定的に制御することを可能にする、新規かつ改良されたスラグ処理方法およびスラグ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、製鋼工程で生成された溶融スラグを溶融状態のままスラグ保持炉に投入し、スラグ保持炉から、溶鉄層と溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、溶融スラグを注入し、電気炉にて溶融スラグを連続的に還元して、溶融スラグ中の有価物を溶鉄層中に回収するスラグ処理方法が提供される。上記スラグ処理方法は、溶融スラグの注入による実績累積注入量を測定し、溶融スラグが電気炉の還元処理能力に応じた目標注入速度で注入された場合の予定累積注入量を算出し、実績累積注入量の予定累積注入量に対する差分に基づいて、溶融スラグの注入速度を調節することを特徴とする。
【００２２】
上記スラグ処理方法では、差分に基づいて電気炉への供給電力を調節してもよい。このとき、差分が第１の閾値を超えた場合に注入速度の制御値を調節し、差分が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合にさらに供給電力を調節してもよい。
【００２３】
また、上記スラグ処理方法では、電気炉内に溶融スラグを注入するためにスラグ保持炉を傾動させる傾動手段によるスラグ保持炉の傾動角度を制御することによって溶融スラグの注入速度を調節してもよい。
【００２４】
また、上記スラグ処理方法では、電気炉への供給電力から電気炉における回路損失および熱損失に相当する電力を差し引いた実効電力に基づいて電気炉の還元処理能力を算出してもよい。
【００２５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、製鋼工程で生成された溶融スラグを溶融状態のままスラグ保持炉に投入し、スラグ保持炉から、溶鉄層と溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、溶融スラグを注入し、電気炉にて溶融スラグを連続的に還元して、溶融スラグ中の有価物を溶鉄層中に回収するプロセスに用いられるスラグ処理装置が提供される。上記スラグ処理装置は、溶融スラグの注入による実績累積注入量を測定する測定手段と、溶融スラグが電気炉の還元処理能力に応じた目標注入速度で注入された場合の予定累積注入量を算出し、実績累積注入量の予定累積注入量に対する差分に基づいて、溶融スラグの注入速度を調節する注入速度制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２６】
上記スラグ処理装置は、差分に基づいて電気炉への供給電力を調節する電力制御手段をさらに備えてもよい。この場合、注入速度制御手段は、差分が第１の閾値を超えた場合に注入速度の制御値を調節し、電力制御手段は、差分が第１の閾値よりも大きい第２の閾値を超えた場合に供給電力を調節してもよい。
【００２７】
また、上記スラグ処理装置は、電気炉内に溶融スラグを注入するためにスラグ保持炉を傾動させる傾動手段をさらに備え、注入速度制御手段は、傾動手段によるスラグ保持炉の傾動角度を制御することによって溶融スラグの注入速度を調節してもよい。
【００２８】
また、注入速度制御手段は、電気炉への供給電力から電気炉における回路損失および熱損失に相当する電力を差し引いた実効電力に基づいて電気炉の還元処理能力を算出してもよい。
【００２９】
電気炉の還元処理能力に応じて溶融スラグの目標注入速度を設定することで、溶融スラグが適切な注入速度でスラグ保持炉から電気炉に注入されることが期待される。何らかの原因によって溶融スラグの注入速度が目標注入速度から乖離した場合にも、溶融スラグの実績累積注入量と予定累積注入量との差分に基づいて溶融スラグの注入速度を調節することによって、溶融スラグの注入量を安定的に制御することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように本発明によれば、溶融スラグの還元処理を実行する電気炉にスラグ保持炉から溶融スラグを注入するときに、溶融スラグの注入量を安定的に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るスラグ処理プロセスを示す工程図である。
【図２】同実施形態に係るスラグ処理設備の全体構成を示す模式図である。
【図３】同実施形態に係るスラグ保持炉（保持姿勢）を示す縦断面図である。
【図４】同実施形態に係るスラグ保持炉（注入姿勢）を示す縦断面図である。
【図５】同実施形態における溶融スラグの目標注入速度の算出について説明するための図である。
【図６】同実施形態における供給電力と溶融スラグの目標注入速度との関係、および累積供給電力量と溶融スラグの予定累積注入量との関係を示すグラフである。
【図７】同実施形態における溶融スラグの注入速度の調節処理の例を示すフローチャートである。
【図８】同実施形態において溶融スラグの注入速度を増加させるための制御の例を示すフローチャートである。
【図９】同実施形態において溶融スラグの注入速度を減少させるための制御の例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例１における電気炉への供給電力と、溶融スラグの注入速度と、溶融スラグの累積注入量との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施例２における電気炉への供給電力と、溶融スラグの注入速度と、溶融スラグの累積注入量との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例３における電気炉への供給電力と、溶融スラグの注入速度と、溶融スラグの累積注入量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３３】
［１．スラグ処理プロセスの概要］
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るスラグ処理プロセスの概要を説明する。図１は、本実施形態に係るスラグ処理プロセスを示す工程図である。
【００３４】
図１に示すように、製銑工程（Ｓ１）で高炉を用いて溶銑が製造され、製鋼工程（Ｓ２）で転炉等を用いて銑鉄が鋼に精錬される。この製鋼工程（Ｓ２）は、溶銑中の硫黄、燐、炭素等を除去する脱硫、脱燐、脱炭の各工程と、溶鋼中に残った水素等の気体や硫黄等を除去して成分調整を行う二次精錬工程（Ｓ６）と、連続鋳造機で溶鋼を鋳造する鋳造工程（Ｓ７）とを含む。
【００３５】
上記製鋼工程（Ｓ２）では、転炉内で、酸化カルシウムを主成分とするフラックスを用いて溶銑が精錬される。この際、転炉内に吹き込まれた酸素により溶銑中のＣ、Ｓｉ、Ｐ、Ｍｎ等が酸化され、当該酸化物は酸化カルシウムと結び付きスラグとして生成される。また、脱硫、脱燐、脱炭の各工程（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）では、それぞれ成分の異なるスラグ（脱硫スラグ、脱燐スラグ、脱炭スラグ）が生成される。
【００３６】
本明細書では、上記製鋼工程で生成されるスラグを製鋼スラグと総称し、当該製鋼スラグは、脱硫スラグ、脱燐スラグ、脱炭スラグを含む概念である。また、高温の溶融状態にある製鋼スラグを溶融スラグと称し、同様に、溶融状態にある脱硫スラグ、脱炭スラグ、脱燐スラグをそれぞれ、溶融脱硫スラグ、溶融脱燐スラグ、溶融脱炭スラグと称する。
【００３７】
スラグ処理工程（Ｓ１０）では、上記製鋼工程（Ｓ２）で生成された溶融スラグを、溶融状態のままで転炉から電気炉に搬送し、電気炉内で連続的に還元溶融改質することで、溶融スラグ中の有価物（Ｆｅ、Ｐ等の有価元素）を溶融スラグ層の下層である溶鉄層に回収する。この際、電気炉内では、溶融スラグ中のＦｅ、Ｐ等の酸化物の還元処理や、スラグから粒鉄（鉄分）を分離する処理、スラグの塩基度の調整処理などが行われる。
【００３８】
この結果、溶融スラグから分離された燐分等を含む高燐溶鉄が回収されるとともに、製鋼スラグである溶融スラグが還元・改質されて、高炉スラグ相当の高品質の還元スラグが回収される。この還元スラグは、製鋼スラグと比べて低膨張性であるため、セメント原料、細骨材、セラミック製品等に有効にリサイクルすることができる。
【００３９】
さらに、上記回収された高燐溶鉄に対して脱燐処理（Ｓ１１）を施して、溶鉄中のＰを酸化させてスラグ中に移行させることで、高燐溶鉄が高燐酸スラグと溶鉄とに分離される。高燐酸スラグは、燐酸肥料や燐酸原料等としてリサイクルすることができる。また、溶鉄は、製鋼工程（Ｓ２）にリサイクルされ、転炉等に投入される。
【００４０】
なお、上記電気炉に収容する溶鉄として、高炉から出銑された溶銑を脱Ｓｉ処理したものを用いると、高燐溶銑に対して脱燐処理（Ｓ１１）を施すことで、低珪素溶銑が得られるため、そのまま転炉へリサイクル可能である。
【００４１】
以上、本実施形態に係るスラグ処理プロセスの概要について説明した。本プロセスは、上記製鋼工程（Ｓ２）で生成される種々の溶融スラグのうち、溶融脱燐スラグを処理対象とすることが好ましい。溶融脱燐スラグは、溶融脱炭スラグよりも低温であるが、粒鉄や燐酸を多く含有している。このため、溶融脱燐スラグを、酸化処理ではなく、還元処理によって溶融改質することで、本プロセスによる有価元素（Ｆｅ、Ｐ等）の回収効率が高くなる。そこで、以下の説明では、処理対象の溶融スラグとして、主に溶融脱燐スラグを用いる例について説明する。しかし、本発明の溶融スラグとしては、溶融脱燐スラグに限定されず、溶融脱硫スラグ、溶融脱炭スラグ等、製鋼工程で発生する任意の製鋼スラグを使用することが可能である。
【００４２】
［２．スラグ処理設備の構成］
続いて、図２を参照して、上記スラグ処理プロセスを実現するためのスラグ処理設備について説明する。図２は、本実施形態に係るスラグ処理設備の全体構成を示す模式図である。
【００４３】
図２に示すように、スラグ処理設備は、電気炉１と、電気炉１の斜め上方に配置されるスラグ保持炉２とからなる。また、スラグ保持炉２へ溶融スラグ４を投入するために、スラグ鍋３を用いており、このスラグ鍋３は製鋼工程で使用される転炉（図示せず。）とスラグ保持炉２との間を往復移動することができる。転炉から排出された溶融スラグ４はスラグ鍋３に投入される。スラグ鍋３は、転炉からスラグ保持炉２まで溶融スラグ４を搬送した後、スラグ保持炉２内に投入する。スラグ保持炉２は、溶融スラグ４を貯留して保持することもでき、当該保持した溶融スラグ４を電気炉１に連続的または間欠的に注入する。
【００４４】
なお、スラグ保持炉２内に保持される溶融スラグ４は、完全に溶融状態にある必要はなく、スラグ保持炉２から電気炉１に注入可能な流動性を有していればよい。すなわち、溶融スラグ４の一部が溶融し、残部が凝固している場合であっても、全体として流動性を有していればよい。
【００４５】
電気炉１は、炭材等の還元材および改質材などの副原料を用いて、溶融スラグ４を還元・改質する。電気炉１は、このように溶融スラグ４を溶融・還元するための還元型の電気炉であり、例えば、固定式の直流電気炉から構成される。電気炉１の外殻は、炉底１１と炉壁１２と炉蓋１３からなり、炉蓋１３の一側には、スラグ注入口１４が形成されている。このように、電気炉１は、スラグ注入口１４を除いては密閉された構造となっており、炉内空間を保温できるようになっている。
【００４６】
電気炉１の中央には、上部電極１５と炉底電極１６が上下に対向配置されている。この上部電極１５と炉底電極１６に直流電源を印加し、両電極１５，１６間でアーク放電を発生させることで、溶融スラグ４を還元する。なお、図示のように上部電極１５を中空電極とすれば、別途の原料投入装置を設置しなくても、当該中空電極の内部を通じて副原料をアークスポットに投入可能となる。
【００４７】
電気炉１の炉壁１２には、還元スラグを排出するための出滓口１７と、溶鉄を排出するための出湯口１８とが設けられている。出滓口１７は、溶鉄層６上の溶融スラグ層５に対応する高さ位置に配置され、出湯口１８は、炉底側の溶鉄層６に対応する高さ位置に配置される。
【００４８】
また、図２では、電気炉１に原料供給装置３１，３２，３３がすべて設けられる場合を例示している。原料供給装置３１は、鉄スクラップ、直接還元鉄（ＤＲＩ）等の含鉄材料を電気炉１内に供給する場合に設けられる。また、原料供給装置３３は、鉄分を含有するダスト粉等の微粉状の含鉄材料（例えばＦｅＯ粉）を、中空電極（上部電極１５）を通じて電気炉１内に供給する場合に設けられる。これにより、電気炉１内でこれらの含鉄材料を溶融させてリサイクルできる。また、原料供給装置３２は、溶融スラグ４の還元処理に必要な還元材および改質材等の副原料を供給するために必要であり、ここでは中空電極（上部電極１５）を通じて電気炉１内に供給する場合について例示している。還元材としては、例えば、コークス粉、無煙炭粉、グラファイト粉などの微粉状の炭材が用いられる。また、改質材は、主にスラグ中のＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯ濃度を調整するためのものであり、例えば、珪砂、フライアッシュ、ＭｇＯ粉、廃耐火物粉などを使用できる。
【００４９】
引き続き図２を参照して、上記構成の電気炉１を用いた溶融スラグ４の還元処理について説明する。
【００５０】
まず、電気炉１内に、種湯として、相当量の溶鉄（例えば、高炉から搬送された溶銑）を溶鉄層６として予め収容しておく。溶鉄のＣ濃度は通常１．５質量％〜４．５質量％である。電気炉１において、溶鉄のＣ濃度（質量％）と、還元処理後の溶融スラグ４（還元スラグ）のトータルＦｅ濃度（Ｔ．Ｆｅ）（質量％）とは相関することが本発明者らの実験により確認されている。例えば、溶鉄のＣ濃度が３質量％を超えると、溶融スラグ４中の酸化物の還元が促進され、還元スラグの（Ｔ．Ｆｅ）を１質量％以下に低減できることができる。従って、還元スラグの所望の（Ｔ．Ｆｅ）に応じて、溶鉄層６の溶鉄のＣ濃度を調整しておくことが好ましい。
【００５１】
次いで、電気炉１に電力を供給して連続稼働させた上で、電気炉１の還元処理能力（例えば、電気炉１に対する単位時間あたり電力供給量）に応じた量の溶融スラグ４を、スラグ保持炉２から電気炉１内に注入する。電気炉１内に注入された溶融スラグ４は、溶鉄層６上に溶融スラグ層５を形成する。さらに、上記還元材（炭材）や改質材等の副原料も、例えば、上部電極１５を通じて電気炉１内の溶融スラグ層５に連続的に投入する。また、電気炉１内では、溶鉄層６の温度が例えば１４００℃〜１５５０℃、溶融スラグ層５の温度が例えば１５００℃〜１６５０℃となるように制御される。この温度制御は、溶融スラグ４の供給量を調整することや、単位時間あたりの電力供給量が一定となる範囲内で電力供給量を調整することで実施できる。
【００５２】
この結果、電気炉１内で、上部電極１５、炉底電極１６間のアーク熱により、溶融スラグ層５中の溶融スラグ４の還元反応が進行する。この還元処理では、溶融スラグ４に含まれる酸化物（ＦｅＯ、Ｐ２Ｏ５等）が、溶融スラグ層５中の炭材のＣにより還元されて、Ｆｅ、Ｐが生成され、当該Ｆｅ、Ｐは、溶融スラグ層５から炉底側の溶鉄層６（溶鉄）に移行する。一方、余剰炭材のＣは溶鉄層６に移行せず、溶融スラグ層５中に懸濁する。また、上記還元処理では、溶融スラグ４中のスラグ成分が改質材により改質される。
【００５３】
上記の還元処理においては、注入された溶融スラグ４に含まれるＦｅＯは、溶鉄層６中の溶鉄に含まれるＣよりも、溶融スラグ層５中の炭材のＣと優先的に反応する（ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯ↑）。つまり、投入された炭材のＣは、溶鉄層６に移行せず溶融スラグ層５に懸濁するので、溶鉄層６と溶融スラグ層５の界面で、ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯ↑の還元反応は起きにくい。このため、溶融スラグ層５の内部で当該還元反応が優先的に進行し、生成された還元鉄（Ｆｅ）は溶鉄層６に移行する。
【００５４】
このように、電気炉１による還元処理では、溶融スラグ層５中のＦｅＯと溶鉄層６中のＣとの反応よりも、溶融スラグ層５中のＦｅＯとＣとの反応の方が支配的である。従って、電気炉１内に溶融スラグ４を注入したときに、溶鉄層６上の溶融スラグ層５が、注入された溶融スラグ４と溶鉄層６の溶鉄との反応に対する緩衝帯となるので、溶融スラグ４と溶鉄の急激な反応を抑制できる。
【００５５】
つまり、溶融スラグ４を、ＦｅＯ濃度の低い溶融スラグ層５に注入することにより、注入される溶融スラグ４のＦｅＯ濃度を希釈低減できるとともに、注入される溶融スラグ４と溶鉄層６の溶鉄との直接的な接触を抑制できる。よって、スラグ保持炉２から電気炉１への溶融スラグ４の注入時に、溶融スラグ４と溶鉄との急激に反応に起因する突沸現象（スラグフォーミング）を抑制でき、溶融スラグ４が電気炉１外に溢れ出す現象（オーバーフロー）を回避できる。
【００５６】
上記のようにして、電気炉１内の溶融スラグ層５に注入された溶融スラグ４に含まれる酸化物が還元処理されて、溶融スラグ４からＦｅやＰが溶鉄層６に回収されるとともに、溶融スラグ４のスラグ成分が改質される。従って、溶融スラグ４の注入後、還元処理が進行すれば、溶融スラグ層５の成分は、溶融スラグ４（製鋼スラグ）から還元スラグ（高炉スラグ相当の高品質スラグ）に徐々に改質されていく。還元スラグに改質された溶融スラグ層５は、よりＦｅＯ濃度の低い緩衝帯となるので、スラグ保持炉２から新たに溶融スラグ４を当該溶融スラグ層５に注入する際に、スラグフォーミングをより確実に抑制できるようになる。
【００５７】
また、上記還元処理が進行すれば、Ｆｅが溶鉄中に移行するため、溶鉄層６の層厚も徐々に増加していく。
なお、溶融スラグ層５の層厚は、緩衝帯としての機能を発現させるという観点から、１００ｍｍ〜６００ｍｍが好ましく、１００ｍｍ〜８００ｍｍがより好ましい。このため、溶融スラグ４を注入して溶融スラグ層５の層厚が所定の層厚に達した場合には、出滓口１７を開放して、溶融スラグ層５の還元スラグを排出する。また、溶鉄層６の界面が出滓口１７に近づいた場合には、出湯口１８を開放して、溶鉄層６の溶鉄（例えば高Ｐ溶銑）を排出する。このようにして、電気炉１の出滓口１７から還元スラグを、出湯口１８から溶鉄を、間欠的に排出、回収する。これにより、電気炉１内では、溶融スラグ４の還元処理を、中断することなく継続することができる。
【００５８】
また、上記電気炉１の稼働中（すなわち、還元処理中）には、炭材のＣを用いて溶融スラグ４の酸化物を還元することにより、ＣＯおよびＨ２等を含む高温の排ガスが発生する。例えば、酸化鉄を還元する場合、ＦｅＯ+Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯ↑の反応により、ＣＯガスが生成される。この排ガスは、電気炉１のスラグ注入口１４を通じてスラグ保持炉２内に流入し、スラグ保持炉２内を排気経路として外部に排出される。このように電気炉１を密閉型とし、スラグ保持炉２を排気経路とすることで、電気炉１内の雰囲気は、還元反応により生じるＣＯガスと、炭材（還元材）から生じるＨ２を主成分とする還元雰囲気に維持される。従って、溶融スラグ層５の表面での酸化反応を防止できる。
【００５９】
［３．スラグ保持炉の構成］
次に、図３および図４を参照して、本実施形態に係るスラグ保持炉の構成について詳述する。図３は、本実施形態に係るスラグ保持炉２（保持姿勢）を示す縦断面図であり、図４は、本実施形態に係るスラグ保持炉２（注入姿勢）を示す縦断面図である。
【００６０】
図３に示すように、スラグ保持炉２は、耐熱性の容器であり、高温の溶融スラグ４を保持し、電気炉１に注入する機能を有する。このスラグ保持炉２は、溶融スラグ４を保持するとともに、電気炉１への溶融スラグ４の注入量を調整可能な構造であり、かつ、電気炉１で発生した排気ガスの排気経路としても機能する。かかるスラグ保持炉２は、溶融スラグ４を貯留・保持するためのスラグ保持炉本体２０（以下、「炉本体２０」という。）と、炉本体２０内の溶融スラグ４を電気炉１に注入するための注ぎ口部２１とを備えている。
【００６１】
炉本体２０は、下部壁２２、側壁２３、上部壁２４からなる密閉型の容器であり、溶融スラグ４を貯留するための内部空間を有する。下部壁２２は、鉄皮２２ａおよびその外側の断熱材２２ｂと、鉄皮２２ａの内側の内張耐火物２２ｃとから構成され、強度および耐熱性に優れる。なお、側壁２３、上部壁２４の内面にも内張耐火物が施されている。
【００６２】
炉本体２０の炉蓋２７側の上部には、ガス排出口２５、スラグ投入口２６が設けられる。ガス排出口２５は、上記電気炉１の排ガスを排出するための排気口であり、集塵機（図示せず。）等の吸気装置に接続される。この吸気装置により、スラグ保持炉２内の雰囲気が負圧状態に維持される。スラグ投入口２６は、上方のスラグ鍋３から炉本体２０内に溶融スラグ４を投入するための開口である。このスラグ投入口２６には開閉式の炉蓋２７が設置されており、溶融スラグ４の投入時には炉蓋２７が開放される。一方、溶融スラグ４の非投入時には炉、炉蓋２７が閉められてスラグ投入口２６が閉塞されるため、炉本体２０内への外気の進入を防ぎ、炉本体２０内を保温できる。
【００６３】
注ぎ口部２１は、炉本体２０の電気炉１側に設けられる筒状部分である。注ぎ口部２１の内部空間は炉本体２０から電気炉１に溶融スラグ４を注入するためのスラグ注入路２８となり、注ぎ口部２１の先端部に形成される開口が注ぎ口２９となる。スラグ注入路２８は、炉本体２０の内部空間と比べて上下方向および炉幅方向（図３の紙面垂直方向）とも狭くなっており、注入方向前方に向かうにつれて下方に湾曲している。また、炉本体２０の内部空間も注ぎ口部２１側に向かうにつれて徐々に狭くなっている。かかる炉本体２０および注ぎ口部２１の形状とすることで、炉本体２０内の溶融スラグ４を電気炉１に注入する際に、注入量を調整するのに適している。
【００６４】
スラグ保持炉２の注ぎ口部２１は、電気炉１のスラグ注入口１４に連結されている。図示の例では、注ぎ口部２１よりも電気炉１のスラグ注入口１４を太くし、注ぎ口部２１の先端をスラグ注入口１４内に挿入するような連結構造であり、両者の間には隙間が存在する。なお、注ぎ口部２１とスラグ注入口１４の連結構造は、かかる例に限定されず、ベローズ等を用いて両者を気密に連結する、または両者の隙間に充填材を詰めて連結するなど、多様に変更可能である。
【００６５】
上記のスラグ保持炉２の構造により、炉蓋２７を閉めた状態で、集塵機（図示せず。）を稼働させてスラグ保持炉２内の雰囲気を負圧状態にしたときには、スラグ保持炉２は、電気炉１で発生した排ガスの排気経路として機能する。すなわち、電気炉１内の還元処理により発生したＣＯおよびＨ２等を含む排ガスは、図３の矢印で示すように、電気炉１のスラグ注入口１４およびスラグ保持炉２の注ぎ口部２１を通じて、負圧状態のスラグ保持炉２の炉本体２０内に流入する。この際、スラグ保持炉２内は負圧に維持されているため、電気炉１とスラグ保持炉２の連結部の隙間から外気が進入することはあっても、電気炉１内の排ガスが当該隙間から外部に漏洩することはない。さらに、スラグ保持炉２内に流入した排ガスは、炉本体２０内に進みガス排出口２５から排出され、集塵機（図示せず。）に到達して処理される。
【００６６】
（傾動装置）
スラグ保持炉２の炉本体２０の下部側には、傾動装置４０が設けられている。傾動装置４０は、スラグ保持炉２を注ぎ口部２１側に傾動させて、炉本体２０内の溶融スラグ４を注ぎ口部２１から電気炉１内に注入する機能を有する。この傾動装置４０は、シリンダ４１と、支持部材４２，４３と、傾動軸４４と、台車４５を備える。
【００６７】
シリンダ４１は、例えば油圧シリンダで構成され、スラグ保持炉２を傾動させるための動力を発生させる。シリンダ４１の上端は、炉本体２０の下部壁２２においてスラグ保持炉２を電気炉１側に傾動可能に離間した位置に連結され、シリンダ４１の下端は、台車４５の上面に連結される。傾動軸４４は、スラグ保持炉２の注ぎ口部２１の下方に設けられ、スラグ保持炉２の傾動動作の中心軸となる。支持部材４２，４３は、傾動軸４４で相互に回動可能に連結されている。支持部材４２の上端は、注ぎ口部２１の下部側に連結され、支持部材４３の下端は、台車４５の上面に連結される。これらのシリンダ４１、支持部材４２，４３、傾動軸４４によって、スラグ保持炉２が傾動可能に支持される。
【００６８】
かかる構成の傾動装置４０により、傾動軸４４を中心としてスラグ保持炉２を保持姿勢（図３）と注入姿勢（図４）との間で傾動させることが可能である。ここで、保持姿勢とは、図３に示すように、スラグ保持炉２が溶融スラグ４を電気炉１に注入することなく、炉本体２０内に保持するときの姿勢である。一方、注入姿勢とは、図４に示すように、スラグ保持炉２が注ぎ口部２１側に傾動して、炉本体２０内の溶融スラグ４を電気炉１内に注入するときの姿勢である。
【００６９】
スラグ保持炉２を保持姿勢から注入姿勢に変えるときには、シリンダ４１を伸張させて、炉本体２０の後部を持ち上げ、傾動軸４４を中心としてスラグ保持炉２を電気炉１側に傾動させる。これにより、図４に示すように、炉本体２０に対して注ぎ口部２１の位置が相対的に低くなるので、炉本体２０内に保持されている溶融スラグ４が、注ぎ口部２１側に向かって流動し、スラグ注入路２８を通じて注ぎ口２９から流下し、電気炉１内に注ぎ込まれる。一方、スラグ保持炉２を注入姿勢から保持姿勢に変えるときには、シリンダ４１を収縮させて、炉本体２０を保持姿勢に戻す。これにより、図３に示すように、炉本体２０に対して注ぎ口部２１の位置が相対的に高くなり、炉本体２０内の溶融スラグ４の液面がスラグ注入路２８よりも低くなるので、溶融スラグ４が電気炉１へ注入されずに炉本体２０内に保持される。
【００７０】
ここで、スラグ保持炉２が注入姿勢にあるときに、シリンダ４１の伸張長さを制御することによってスラグ保持炉２の傾動角度を調節し、溶融スラグ４の注入速度を制御することができる。図示された例では、スラグ保持炉２の傾動角度４２３を、スラグ保持炉２が保持姿勢（図３）にあるときの支持部材４２の中心軸４２１と、スラグ保持炉２が注入姿勢（図４）にあるときの支持部材４２の中心軸４２２とがなす角度として定義している。傾動角度４２３が大きいほど、炉本体２０に対して注ぎ口部２１の位置が低くなり、大きな注入速度で溶融スラグ４が電気炉１内に注入される。
【００７１】
台車４５は、傾動装置４０を移動可能に支持する。台車４５を用いてスラグ保持炉２を後退または前進させることで、スラグ保持炉２を容易に検査、交換または補修等することが可能となる。
【００７２】
以上のように、傾動装置４０を用いてスラグ保持炉２を傾動させることで、溶融スラグ４を電気炉１に間欠的に注入したり、その注入量を制御したりすることが可能になる。電気炉１への溶融スラグ４の注入時には、注入された溶融スラグ４が電気炉１内の溶鉄と急激に反応して電気炉１からオーバーフローしないように、傾動装置４０を用いて注入量を適切に制御（すなわち、スラグ保持炉２の傾動角度４２３を調整）しながら、溶融スラグ４を間欠的に注入することが好ましい。溶融スラグ４の注入時に、注入速度が速すぎると、電気炉１内で溶融スラグ４がフォーミング状態になり、オーバーフローが発生し得る場合がある。この場合は、傾動装置４０によりスラグ保持炉２の傾動角度４２３を小さくして、溶融スラグ４の注入を一時停止するか、または、注入量を低下させて、電気炉１内での反応を沈静化することが好ましい。
【００７３】
なお、スラグ保持炉２から電気炉１に溶融スラグ４を間欠的に注入する方法としては、溶融スラグ４の注入と中断を適宜繰り返しながら注入する方法や、所定の時間間隔でスラグ保持炉２内に保持されている所定量の溶融スラグ４をまとめて注入する方法などがあるが、本発明の実施形態においてはどのような方法が採用されてもよい。また、スラグ保持炉２から電気炉１に溶融スラグ４を連続的に注入することも可能である。なお、溶融スラグ４を間欠的に注入する場合、１回にまとめて注入する溶融スラグ４の総量が、スラグフォーミングによるオーバーフローが発生しない量であることを、事前に実験等で確認しておくことが望ましい。
【００７４】
（制御装置）
上記の傾動装置４０には、制御装置５０が接続されている。制御装置５０は、溶融スラグ４の注入中に傾動装置４０を制御して、溶融スラグ４の注入速度を調節する傾動制御部５１を含む。傾動制御部５１は、例えば、制御回路、またはメモリに格納されたプログラムをＣＰＵ（Central  Processing  Unit）が実行するコンピュータとして実現されうる。傾動制御部５１は、オペレータに情報を提示するモニタなどの出力装置と、オペレータの操作入力を取得するボタンなどの入力装置とを有していてもよい。
【００７５】
傾動制御部５１では、溶融スラグが電気炉１の還元処理能力に応じた目標注入速度で注入された場合の予定累積注入量を算出し、実績累積注入量の予定累積注入量に対する差分に基づいて、前記溶融スラグの注入速度を調節する機能を有する。
【００７６】
ここで、電気炉の還元処理能力とは、電気炉１への供給電力量、より具体的には電気炉１の電極１５，１６に印加される電力量に対応して算出される、還元可能な溶融スラグ量を意味する。電気炉１への供給電力量は電力制御部５２から通知されるため、当該供給電力量に基づいて電気炉１の還元処理能力を算出し、電気炉１の還元処理能力に応じた溶融スラグ４の目標注入速度を決定することができる。溶融スラグ４の目標注入速度と、予定される注入時間とに基づいて当該注入時間における予定累積注入量が算出される。
【００７７】
一方、溶融スラグ４の実績累積注入量とは、溶融スラグ４が電気炉１へ注入された量の累積値を意味しており、後述の通り、溶融スラグ４を含んだスラグ保持炉２の質量変化量として、秤量器５５によって測定することができる。傾動制御部５１は、溶融スラグ４の目標注入速度に基づいて算出される予定累積注入量と、溶融スラグ４の実績累積注入量との差分に基づいて、この差分を小さくする様に、溶融スラグ４の注入速度を調節する。なお、この調節制御の詳細については後述する。
【００７８】
本明細書において、「溶融スラグ４の注入速度」は、溶融スラグ４の単位時間あたりの注入量を意味する。なお、溶融スラグ４が所定の時間間隔で間欠的に注入される場合には、例えば注入の１サイクルの平均注入量として注入速度が定義される。
【００７９】
電力制御部５２も、傾動制御部５１と同様に、例えば制御回路、またはメモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行するコンピュータとして実現される。電力制御部５２は、例えば温度計５３，５４によって測定される溶融スラグ層５および溶鉄層６の温度に基づいて、電気炉１への供給電力量を制御している。例えば、電力制御部５２は、溶融スラグ層５または溶鉄層６の温度が所定の値を超えて過熱しそうになった場合に、電気炉１への供給電力量を減少させて、溶融スラグ層５または溶鉄層６の過熱を防止する。このような場合に、傾動制御部５１は、電力制御部５２から通知される電気炉１への供給電力量の変動に応じて、溶融スラグ４の目標注入速度を再計算する。
【００８０】
その一方で、傾動制御部５１は、秤量器５５によって測定される、内部の溶融スラグ４を含んだスラグ保持炉２の質量の時間変化量に基づいて、溶融スラグ４の注入量を積算して、実績累積注入量を算出する。傾動制御部５１は、この実績累積注入量を、溶融スラグ４が所定の目標注入速度で注入され続けたと仮定した場合の予定累積注入量と比較し、この差分を小さくする様に、溶融スラグ４の注入速度を調節する。すなわち、傾動制御部５１は、上記の差分に基づいて、スラグ保持炉２の傾動角度４２３を調整する。
【００８１】
また、実績累積注入量と予定累積注入量との差分が大きくなっている場合には、スラグ保持炉２の注ぎ口部への凝固スラグの付着などのために、スラグが注入されにくくなっていると考えられる。その場合は、傾動制御部５１は、実績累積注入量が予定累積注入量に近づくように傾動角度４２３をさらに大きな角度に調節する。
【００８２】
このような傾動制御部５１の制御によって、何らかの原因により、所定の傾動角度４２３ではスラグ保持炉２から電気炉１に予定された量の溶融スラグ４が注入されない場合でも、溶融スラグ４の注入速度と電気炉１の還元処理能力とを均衡させ、電気炉１内での還元反応を安定させることができる。
【００８３】
しかしながら、上記のような傾動制御部５１による制御によってもなお、スラグ保持炉２から電気炉１に注入される溶融スラグ４が予定された量まで回復しない場合には、電力制御部５２が電気炉１への電力供給量を減少させることによって電気炉１の還元処理能力を一時的に低下させる。これによって、電気炉１の還元処理能力に基づく溶融スラグ４の目標注入速度が減少することになり、結果として実績累積注入量と予定累積注入量との差分を縮小させることができる。なお、実績累積注入量と予定累積注入量との差分が十分に小さくなった場合には、傾動角度４２３や電力供給量など制御値の一時的な変更は元に戻され、当初予定された電力供給量、およびその電力供給量に基づいて算出された目標注入速度での制御が再開される。
【００８４】
［４．スラグ目標注入速度の算出］
次に、図５および図６を参照して、本実施形態における溶融スラグの目標注入速度の算出について説明する。図５は、本実施形態における溶融スラグ４の目標注入速度の算出について説明するための図である。
【００８５】
図５に示すように、溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔは、供給電力Ｐａｃｔから算出される実効電力Ｐｅｆｆに基づいて算出される。以下、それぞれの算出過程についてさらに詳しく説明する。
【００８６】
供給電力Ｐａｃｔは、電力制御部５２による電気炉１への単位時間あたりの供給電力量である。電力制御部５２は、基本的には供給電力Ｐａｃｔを所定の値で一定に制御するが、上記のように溶融スラグ層５や溶鉄層６の温度が所定の値を超えたことが温度計５３，５４によって検出されたような場合には、供給電力Ｐａｃｔを減少させる。電力制御部５２は、例えば供給電力Ｐａｃｔの制御の開始時、および供給電力Ｐａｃｔの変更時に、供給電力Ｐａｃｔの値を傾動制御部５１に通知する。
【００８７】
傾動制御部５１は、通知された供給電力Ｐａｃｔに基づいて、実効電力Ｐｅｆｆを算出する。実効電力Ｐｅｆｆは、供給電力Ｐａｃｔから、回路損失電力Ｐｌｏｓｓ１および熱損失電力Ｐｌｏｓｓ２を差し引くことによって算出される。ここで、回路損失電力Ｐｌｏｓｓ１は、電気炉１の電気系統における回路損失に相当する電力であり、電気系統の抵抗値や電気系統を流れる二次電流値などに基づいて算出することができる。熱損失電力Ｐｌｏｓｓ２は、電気炉１の炉体から外部に放出される熱に相当する電力であり、電気炉１の炉底１１、炉壁１２、および炉蓋１３のそれぞれからの放熱量、および排ガス熱量に基づいて算出することができる。
【００８８】
なお、傾動制御部５１で実効電力Ｐｅｆｆの算出のために用いられる回路損失電力Ｐｌｏｓｓ１および熱損失電力Ｐｌｏｓｓ２の値は、例えば予め実測などによって定量されて傾動制御部５１において記憶されていてもよい。あるいは、回路損失電力Ｐｌｏｓｓ１および熱損失電力Ｐｌｏｓｓ２の値には、実測の結果などに基づく固定値が用いられてもよい。
【００８９】
さらに、傾動制御部５１は、実効電力Ｐｅｆｆに基づいて目標注入速度Ｖｔを算出する。ここで、目標注入速度Ｖｔ（ｋｇ／ｍｉｎ）は、実効電力Ｐｅｆｆ（ｋＷ）を電力原単位ｒＣ（ｋＷ・ｍｉｎ／ｋｇ）で除することによって求められる。電力原単位ｒＣは、電気炉１における溶融スラグ４の還元反応に必要とされるエネルギーを、単位質量あたりの電力量として表現したものである。電力原単位は、単位スラグ量当たりのスラグ中の酸化物の還元熱による理論計算値を利用する他、実測の結果などに基づく固定値が用いられても良い。
【００９０】
以上のような算出過程を経て、傾動制御部５１は溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔを算出する。さらに、算出された目標注入速度Ｖｔに基づいて、電気炉１に投入される炭材などの副原料の投入速度（単位時間当たりの投入量）が決定されることが好ましい。
【００９１】
図６は、本実施形態における供給電力Ｐａｃｔと溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔとの関係、および累積供給電力量と溶融スラグの予定累積注入量との関係を示すグラフである。ここで、図６（Ａ）に示す例では、時刻ｔの時点で、電力制御部５２が供給電力Ｐａｃｔを、Ｐａｃｔ１からＰａｃｔ１よりも小さいＰａｃｔ２に変更している。変更後の供給電力Ｐａｃｔ２を電力制御部５２から通知された傾動制御部５１は、供給電力Ｐａｃｔ２に基づいて上記の目標注入速度Ｖｔの算出を再実行し、その結果に基づいて、目標注入速度Ｖｔを、Ｖｔ１からＶｔ１よりも小さいＶｔ２に変更する。ここで、目標注入速度Ｖｔ１，Ｖｔ２は、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔ１，Ｐａｃｔ２に基づいてそれぞれ算出されているため、電気炉１の還元処理能力に応じた目標注入速度である。この結果、図６（Ｂ）に示すように、時刻ｔ以降、累積供給電力量の増加が緩やかになるのにあわせて、溶融スラグ４の予定累積注入量の増加も緩やかになる。従って、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔが抑制されて還元処理能力が低下した場合には、低下した還元処理能力に見合った分の溶融スラグ４が電気炉１に注入されることになり、引き続き電気炉１において安定した還元処理を行わせることができる。
【００９２】
［５．溶融スラグの実績累積注入量に応じた注入速度の調整制御］
次に、図７〜図９を参照して、本実施形態における溶融スラグの実績累積注入量に応じた注入速度の調節制御について説明する。図７は、本実施形態における溶融スラグ４の注入速度の調節制御の例を示すフローチャートである。
【００９３】
図示された例では、まず、傾動制御部５１が、溶融スラグ４の予定累積注入量Ｑｐｌａｎを算出する（ステップＳ１０１）。予定累積注入量Ｑｐｌａｎは、時刻ｔａから時刻ｔｂまで、上記の図５に示したような算出過程によって算出される目標注入速度Ｖｔで溶融スラグ４が注入され続けた場合の溶融スラグ４の注入量の積分値である。従って、予定累積注入量Ｑｐｌａｎは、例えば以下の式１のように表せる。なお、Ｖｔ（ｔ）は、例えば上記の図６（Ａ）に例示したような目標注入速度Ｖｔの各時刻ｔにおける値を表す。
【数１】
2015110816.tif 000003
【００９４】
次に、傾動制御部５１は、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔを算出する（ステップＳ１０３）。実績累積注入量Ｑａｃｔは、例えば時刻ｔａから時刻ｔｂまでの間の溶融スラグ４の注入量の実績値である。時刻ｔａから時刻ｔｂまでの間にスラグ鍋３からスラグ保持炉２への溶融スラグ４の投入がなければ、実績累積注入量Ｑａｃｔは、秤量器５５によって測定された、時刻ｔａと時刻ｔｂとの間におけるスラグ保持炉２の質量変化（電気炉１に注入された溶融スラグ４の分だけ質量が減少する）として、例えば以下の式２のように表せる。なお、Ｗ（ｔ）は、各時刻ｔにおけるスラグ保持炉２の質量を表す。
【００９５】
【数２】
2015110816.tif 000004
【００９６】
次に、傾動制御部５１は、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔを予定累積注入量Ｑｐｌａｎと比較する（ステップＳ１０５，Ｓ１０７）。ここで、実績累積注入量Ｑａｃｔが予定累積注入量Ｑｐｌａｎを下回り、かつ、これらの注入量の差分（｜ＱＰｌａｎ−Ｑａｃｔ｜）が閾値ｔｈ１を超える場合（ステップＳ１０５でＹＥＳの場合）、傾動制御部５１は、注入速度を増加させるための制御を実行する（ステップＳ１２０）。なお、このステップＳ１２０における具体的な制御の内容については後述する。
【００９７】
一方、実績累積注入量Ｑａｃｔが予定累積注入量Ｑｐｌａｎを上回り、かつ、これらの注入量の差分（｜Ｑｐｌａｎ−Ｑａｃｔ｜）が閾値ｔｈ２を超える場合（ステップＳ１０７でＹＥＳの場合）、傾動制御部５１は、注入速度を減少させるための制御を実行する（ステップＳ１４０）。なお、このステップＳ１４０における具体的な制御の内容についても後述する。閾値ｔｈ２は、上記の閾値ｔｈ１と同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。なお、閾値ｔｈ１，ｔｈ２のように、注入速度の制御を実行する条件として用いられる閾値を、本明細書では第１の閾値ともいう。
【００９８】
上記のステップＳ１０５，Ｓ１０７のいずれでもＮＯと判定された場合は、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔが予定累積注入量Ｑｐｌａｎに対して適切な範囲（差分が所定の閾値の範囲内）となっているため、傾動制御部５１は注入速度の調節制御を実行しない。
【００９９】
図８は、本実施形態において溶融スラグ４の注入速度を増加させるための制御の例を示すフローチャートである。なお、図示された制御工程は、上記の図７のフローチャートにおいてステップＳ１２０として説明された工程に対応する。
【０１００】
図示された例では、まず、シリンダ４１を伸長させて、スラグ保持炉２の傾動角度４２３を増加させる（ステップＳ１２１）。ここで、シリンダ４１の伸張長さの制御は、傾動制御部５１によって自動的に実行されてもよいし、傾動制御部５１のモニタに表示された実績累積注入量Ｑａｃｔや予定累積注入量Ｑｐｌａｎなどの情報を参照したオペレータが傾動制御部５１に与える操作入力に従って実行されてもよい。
【０１０１】
なお、傾動角度４２３は、溶融スラグ４の注入速度の制御値である。つまり、傾動角度４２３を増加させれば、溶融スラグ４の注入速度も増加すると予想されるが、上述のように、凝固してスラグ保持炉２の内面に付着したスラグなどのために、必ずしも溶融スラグ４の注入速度が予想されたとおりに増加しない場合がある。
【０１０２】
そこで、上記のステップＳ１２１で傾動角度４２３を増加させた後、傾動制御部５１は、再び溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分（｜Ｑｐｌａｎ−Ｑａｃｔ｜）を算出し、差分が閾値ｔｈ３よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１２３）。閾値ｔｈ３は、上記の閾値ｔｈ１よりも大きい値である。
【０１０３】
ステップＳ１２３において差分が閾値ｔｈ３よりも大きいと判定された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１２１で傾動角度４２３を増加させたことによっては溶融スラグ４の注入速度が十分に増加しておらず、傾動角度４２３を増加させた後も実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分が拡大したと推定される。この場合、電力制御部５２が、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを減少させる制御を実行する（ステップＳ１２５）。なお、閾値ｔｈ３のように、供給電力の制御を実行する条件として用いられる閾値を、本明細書では第２の閾値ともいう。第２の閾値は、第１の閾値よりも大きい値である。
【０１０４】
ここで、電力制御部５２による供給電力Ｐａｃｔの制御は、傾動制御部５１から制御信号が送信されることによって自動的に実行されてもよいし、傾動制御部５１のモニタに表示された実績累積注入量Ｑａｃｔや予定累積注入量Ｑｐｌａｎなどの情報を参照したオペレータが傾動制御部５１または電力制御部５２に与える操作入力に従って実行されてもよい。また、ステップＳ１２５における電力制御部５２による供給電力Ｐａｃｔの制御は、例えば供給電力Ｐａｃｔを０にすること（電力オフ）によって実行されてもよいし、所定の減少幅だけ供給電力Ｐａｃｔを減少させつつ電力の供給は継続することによって実行されてもよい。
【０１０５】
次に、傾動制御部５１は、再び溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分（｜Ｑｐｌａｎ−Ｑａｃｔ｜）を算出し、差分が０になったか否かを判定する（ステップＳ１２７）。ステップＳ１２１での傾動角度４２３の増加、およびステップＳ１２５での供給電力Ｐａｃｔの減少によって、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分は縮小して０に近づくと予想される。傾動制御部５１は、差分が０になった（または、０に近い所定の範囲まで低下した）場合に、傾動角度４２３や供給電力Ｐａｃｔなどの制御値を元に戻す（ステップＳ１２９）。
【０１０６】
図９は、本実施形態において溶融スラグ４の注入速度を減少させるための制御の例を示すフローチャートである。なお、図示された制御工程は、上記の図７のフローチャートにおいてステップＳ１４０として説明された工程に対応する。
【０１０７】
図示された例では、まず、シリンダ４１を収縮させて、スラグ保持炉２の傾動角度４２３を減少させる（ステップＳ１４１）。ここで、上記の図８に示したステップＳ１２１と同様に、シリンダ４１の伸張長さの制御は、例えば傾動制御部５１によって自動的に実行されてもよいし、傾動制御部５１のモニタに表示された実績累積注入量Ｑａｃｔや予定累積注入量Ｑｐｌａｎなどの情報を参照したオペレータが傾動制御部５１に与える操作入力に従って実行されてもよい。
【０１０８】
次に、傾動制御部５１は、再び溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分（｜Ｑｐｌａｎ−Ｑａｃｔ｜）を算出し、差分が０になったか否かを判定する（ステップＳ１４３）。ステップＳ１４１での傾動角度４２３の減少によって、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分は縮小して０に近づくと予想される。傾動制御部５１は、差分が０になった（または、０に近い所定の範囲まで低下した）場合に、傾動角度４２３を元に戻す（ステップＳ１４５）。
【０１０９】
なお、図９に例示した制御工程では、電力制御部５２による供給電力Ｐａｃｔの制御は実行されない。これは、多くの場合、通常時の供給電力Ｐａｃｔは安全に操業可能な範囲の上限近くに設定されていることが多く、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔが多すぎたからといって供給電力Ｐａｃｔを増加させることは容易でないためである。また、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔが少ない（実際の注入速度が目標注入速度Ｖｔよりも小さい）場合には、傾動角度４２３を増加させても、凝固してスラグ保持炉２の内面に付着したスラグなどのために注入速度が増加しない可能性があるのに対し、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔが多い（実際の注入速度が目標注入速度Ｖｔよりも大きい）場合には、傾動角度４２３を減少させれば注入速度も減少する可能性が高い。但し、通常時の供給電力Ｐａｃｔが安全に操業可能な範囲に対して余裕をもって設定されているような場合には、上記の制御工程においても、図８に示したステップＳ１２５のように電力制御部５２が供給電力Ｐａｃｔを制御してもよい。この場合、供給電力の制御を実行する条件として用いられる閾値（第２の閾値）は、注入速度を減少させるための制御を実行する条件として用いられる閾値ｔｈ２（第１の閾値）よりも大きい値である。
【実施例】
【０１１０】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した条件例にすぎず、本発明が以下の実施例の条件に限定されるものではない。
【０１１１】
（実施例１）
まず、図１０を参照して、本発明の実施例１について説明する。実施例１では、電気炉１として、密閉型の直流電気炉を用いた。溶融スラグ４としては、転炉から排出された溶融状態の溶融スラグを用い、当該溶融スラグ４を、流動性を有する溶融状態のままスラグ保持炉２に投入した。さらに、電気炉１内に、約１３０トンの銑鉄からなる溶鉄層６と、当該溶鉄層６上に、還元処理された溶融スラグ（還元スラグ）からなる約２００ｍｍ厚みの溶融スラグ層５とが存在している条件下で、スラグ保持炉２から電気炉１内の溶融スラグ層５に溶融スラグ４を間欠的に注入し、電気炉１の電極１５，１６に３０ＭＷの電力を印加して、電気炉１内で溶融スラグ４の還元処理を行った。
【０１１２】
図１０は、本実施例における電気炉１への供給電力と、溶融スラグ４の注入速度と、溶融スラグ４の累積注入量との関係を示すグラフである。本実施例では、時刻０から、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを３０ＭＷに設定して溶融スラグ４の還元処理が開始された。このとき、スラグ保持炉２からの溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔは、上記の図５に示したような計算の結果、８００ｋｇ／ｍｉｎに設定された。この目標注入速度Ｖｔは、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔに基づいて算出されているため、電気炉１の還元処理能力に応じた目標注入速度である。なお、電気炉１における回路損失および熱損失に相当する電力としては、実測の結果に基づき９ＭＷの固定値を採用している。
【０１１３】
処理開始時に、シリンダ４１を伸張させてスラグ保持炉２を目標注入速度Ｖｔ（８００ｋｇ／ｍｉｎ）に対応する傾動角度４２３で傾動させたところ、図１０において溶融スラグ注入速度の目標値（太線）に対する実績値（細線）で示されるように、若干変動しながらも平均すれば目標注入速度Ｖｔ（８００ｋｇ／ｍｉｎ）に近い注入速度で溶融スラグ４を注入することができた。したがって、図１０に示された溶融スラグ累積注入量では、計画値（太線）に実績値がほぼ一致している（そのため、実績値を示す細線は図示されていない）。
【０１１４】
ところが、時刻ｔ１（２１分）において、溶融スラグ層５および溶鉄層６の温度が規定の値（溶融スラグ層５は約１４５０℃、溶鉄層６は約１５５０℃）よりも約１００℃上昇していることが温度計５３，５４によって検出されたため、電力制御部５２が電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを３０ＭＷから１５ＭＷに変更した。これに伴って、傾動制御部５１は計算を再実行し、溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔを３５０ｋｇ／ｍｉｎに変更した。これに対応して、傾動制御部５１がシリンダ４１を収縮させてスラグ保持炉２の傾動角度４２３を変更後の目標注入速度Ｖｔに応じた値まで小さくしたところ、ここでも平均すれば変更後の目標注入速度Ｖｔ（３５０ｋｇ／ｍｉｎ）に近い注入速度で溶融スラグ４を注入することができた。
【０１１５】
その後、時刻ｔ２（２７分）において、溶融スラグ層５および溶鉄層６の温度が規定の値付近（本実施例では、±２５℃程度の範囲内とした）まで下がったため、電力制御部５２が電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを１５ＭＷから３０ＭＷに戻した。これに伴って、傾動制御部５１は溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔを３５０ｋｇ／ｍｉｎから８００ｋｇ／ｍｉｎに戻した。ここでも、平均すれば目標注入速度Ｖｔ（８００ｋｇ／ｍｉｎ）に近い注入速度で溶融スラグ４を注入することができた。なお、本実施例では時刻ｔ３（４１分）で処理を終了したが、実際にはさらに長時間にわたって処理を継続することができる。
【０１１６】
本実施例では、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔに基づいて目標注入速度Ｖｔを算出することによって、供給電力Ｐａｃｔの変動にかかわらず、電気炉１の還元処理能力に応じた目標注入速度Ｖｔで溶融スラグ４を注入することができた。この結果、スラグ注入中に急激なスラグフォーミングを発生させることなく、電気炉１において連続的かつ安定的に溶融スラグ４を還元処理することができた。
【０１１７】
（実施例２）
次に、図１１を参照して、本発明の実施例２について説明する。本実施例でも、実施例１と同様の条件で、電気炉１内で溶融スラグ４の還元処理を行ったが、溶融スラグ４の実際の注入速度が目標注入速度Ｖｔを大きく下回ったために、傾動制御部５１による注入速度の調節制御が実行された。
【０１１８】
図１１は、本実施例における電気炉１への供給電力と、溶融スラグ４の注入速度と、溶融スラグ４の累積注入量との関係を示すグラフである。本実施例でも、第１の実施例と同様に、時刻０から、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを３０ＭＷに設定して溶融スラグ４の還元処理が開始された。このとき、溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔは、上記の図５に示したような計算の結果、８００ｋｇ／ｍｉｎに設定された。なお、電気炉１における回路損失および熱損失に相当する電力としては、実施例１と同様に、９ＭＷの固定値を採用している。ところが、シリンダ４１を伸張させて、目標注入速度Ｖｔ（８００ｋｇ／ｍｉｎ）に対応する傾動角度４２３でスラグ保持炉２を傾動させても、図１１で溶融スラグ注入速度の目標値（太線）および実績値（細線）で示されるように、実際の溶融スラグ４の注入速度が目標注入速度Ｖｔを大きく下回った。
【０１１９】
この結果、溶融スラグ累積注入量の目標値（太線）および実績値（細線）で示されるように、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの間に差分が生じ、徐々に拡大した。そして、時刻ｔ１（１０分）の時点で、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分が、図７で説明した閾値ｔｈ１を超えたため、傾動制御部５１が、スラグ保持炉２の傾動角度４２３を注入速度１２００ｋｇ／ｍｉｎに相当する角度まで増加させる制御を実行した。
【０１２０】
ところが、それでもなお、実際の溶融スラグ４の注入速度は目標注入速度Ｖｔよりも低く、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分はさらに拡大した。時刻ｔ２（２１分）の時点で、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分が、図８で説明した閾値ｔｈ３をも超えたため、電力制御部５２が電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを０にする制御を実行した。
【０１２１】
これによって、予定累積注入量Ｑｐｌａｎが増加しなくなった結果、実績累積注入量Ｑａｃｔとの差分は縮小し、時刻ｔ３（２７分）の時点で差分が０になったため、傾動制御部５１および電力制御部５２は、傾動角度４２３および供給電力Ｐａｃｔを元に戻した。具体的には、傾動制御部５１が傾動角度４２３を注入速度８００ｋｇ／ｍｉｎに相当する角度に戻し、電力制御部５２が供給電力Ｐａｃｔを３０ＭＷにして電気炉１への電力の供給を再開した。
【０１２２】
しかし、その後も、実際の溶融スラグ４の注入速度は目標注入速度Ｖｔよりも低く、時刻ｔ４（３２分）の時点で、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分が再び閾値ｔｈ１を超えた。ここでも時刻ｔ１と同様に、傾動制御部５１がスラグ保持炉２の傾動角度４２３を注入速度１２００ｋｇ／ｍｉｎに相当する角度まで増加させる制御を実行したところ、今度は溶融スラグ４の注入速度が増加し、平均すると１２００ｋｇ／ｍｉｎ程度の注入速度で溶融スラグ４が注入された。
【０１２３】
この結果、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分は縮小し、時刻ｔ５（３９分）の時点で差分が０になったため、傾動制御部５１はスラグ保持炉２の傾動角度４２３を注入速度８００ｋｇ／ｍｉｎに相当する角度に戻した。その後も実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの間には大きな差が生じることなく、時刻ｔ６（４１分）で処理が終了した。
【０１２４】
本実施例では、実際の溶融スラグ４の注入速度が、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔに基づいて算出された目標注入速度Ｖｔを大きく下回る事態が発生したものの、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分に基づいてスラグ保持炉２の傾動角度４２３を制御して溶融スラグ４の注入速度を増加させること、および電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを制御して電気炉１の還元処理能力を一時的に抑制することによって、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分のさらなる拡大を防止することができた。この結果、スラグ注入中に急激なスラグフォーミングを発生させることなく、電気炉１において連続的かつ安定的に溶融スラグ４を還元処理することができた。
【０１２５】
（実施例３）
次に、図１２を参照して、本発明の実施例３について説明する。本実施例でも、実施例１と同様の条件で、電気炉１内で溶融スラグ４の還元処理を行ったが、溶融スラグ４の実際の注入速度が目標注入速度Ｖｔを大きく上回ったために、傾動制御部５１による注入速度の調節制御が実行された。
【０１２６】
図１２は、本実施例における電気炉１への供給電力と、溶融スラグ４の注入速度と、溶融スラグ４の累積注入量との関係を示すグラフである。本実施例でも、第１の実施例と同様に、時刻０から、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔを３０ＭＷに設定して溶融スラグ４の還元処理が開始された。このとき、溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔは、上記の図５に示したような計算の結果、８００ｋｇ／ｍｉｎに設定された。なお、電気炉１における回路損失および熱損失に相当する電力としては、実施例１、２と同様に、９ＭＷの固定値を採用している。ところが、シリンダ４１を伸張させて、目標注入速度Ｖｔ（８００ｋｇ／ｍｉｎ）に対応する傾動角度４２３でスラグ保持炉２を傾動させたところ、図１２で溶融スラグ注入速度の目標値（太線）および実績値（細線）で示されるように、実際の溶融スラグ４の注入速度が目標注入速度Ｖｔを大きく上回った。
【０１２７】
この結果、溶融スラグ累積注入量の目標値（太線）および実績値（細線）で示されるように、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの間に差分が生じ、徐々に拡大した。そして、時刻ｔ１（１１分）の時点で、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分が、図７で説明した閾値ｔ２を超えたため、傾動制御部５１が、スラグ保持炉２の傾動角度４２３を縮小させて、スラグ保持炉２を保持姿勢に戻す制御を実行した。この結果、図示されるように溶融スラグ４の注入速度は０になった。
【０１２８】
これによって、実績累積注入量Ｑａｃｔが増加しなくなった結果、予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分が縮小し、時刻ｔ２（１８分）の時点で差分が０になったため、傾動制御部５１は、傾動角度４２３を再び目標注入速度Ｖｔ（８００ｋｇ／ｍｉｎ）に対応する角度に設定し、溶融スラグ４の注入を再開した。その後は、実際の溶融スラグ４の注入速度が平均すれば８００ｋｇ／ｍｉｎ程度で安定し、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの間に大きな差が生じることはなく、時刻ｔ３（４１分）で処理が終了した。
【０１２９】
本実施例では、実際の溶融スラグ４の注入速度が、電気炉１への供給電力Ｐａｃｔに基づいて算出された目標注入速度Ｖｔを大きく上回る事態が発生したものの、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分に基づいてスラグ保持炉２の傾動角度４２３を制御することによって、実績累積注入量Ｑａｃｔと予定累積注入量Ｑｐｌａｎとの差分のさらなる拡大を防止することができた。この結果、スラグ注入中に急激なスラグフォーミングを発生させることなく、電気炉１において連続的かつ安定的に溶融スラグ４を還元処理することができた。
【０１３０】
以上の結果から、電気炉の還元処理能力に応じて溶融スラグ４の目標注入速度Ｖｔを設定し、さらに、目標注入速度Ｖｔに基づいて算出される予定累積注入量Ｑｐｌａｎと、溶融スラグ４の実績累積注入量Ｑａｃｔとの差分に基づいて溶融スラグ４の注入速度を調節することによって、例えば何らかの原因で実際の溶融スラグ４の注入速度が目標注入速度Ｖｔから乖離したような場合にも、電気炉１において連続的かつ安定的に溶融スラグ４を還元処理できることが実証された。
【０１３１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１３２】
１  電気炉
２  スラグ保持炉
３  スラグ鍋
４  溶融スラグ
５  溶融スラグ層
６  溶鉄層
１４  スラグ注入口
１５  上部電極
１６  炉底電極
１７  出滓口
１８  出湯口
４０  傾動装置
４１  シリンダ
４２，４３  支持部材
４２１，４２２  中心軸
４２３  傾動角度
４４  傾動軸
５０  制御装置
５１  傾動制御部
５２  電力制御部
５３，５４  温度計
５５  秤量器
【図１】
2015110816.tif 000005
【図２】
2015110816.tif 000006
【図３】
2015110816.tif 000007
【図４】
2015110816.tif 000008
【図５】
2015110816.tif 000009
【図６】
2015110816.tif 000010
【図７】
2015110816.tif 000011
【図８】
2015110816.tif 000012
【図９】
2015110816.tif 000013
【図１０】
2015110816.tif 000014
【図１１】
2015110816.tif 000015
【図１２】
2015110816.tif 000016