(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を収容する炉体と、
前記炉体に挿入され、前記炉体中の前記金属材料との間の距離を一定に保ちながら、アーク放電によって前記金属材料を溶融させる複数の電極と、
前記炉体を旋回させ、前記複数の電極の前記炉体への挿入方向に交差する面内で、前記複数の電極に対する前記炉体の相対位置を変化させることができる炉体旋回部と、
前記複数の電極の前記炉体への挿入方向に沿った位置を計測する電極位置計測部と、を有する電気炉を用い、
前記電極位置計測部によって計測された前記複数の電極の位置を含む制御パラメータに基づいて、前記炉体旋回部による前記炉体の旋回を制御することを特徴とする溶融金属の製造方法。
【請求項２】
前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、
前記複数の電極のうち一部の電極に近接する部位と、他の電極に近接する部位との間で、前記金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の基準Ａ以上であれば、前記炉体を停止した状態に維持することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属の製造方法。
【請求項３】
前記電極位置計測部によって計測された前記複数の電極の位置の不均一性が、所定の位置分布基準以上であれば、前記炉体を停止した状態に維持することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属の製造方法。
【請求項４】
前記電気炉は、前記炉体の壁面に設けられ、冷媒を供給して前記炉体を冷却する冷却部と、
前記炉体の壁面の複数の位置において前記冷媒の温度を計測する温度計測部と、をさらに有し、
前記制御パラメータは、前記温度計測部によって計測された前記炉体の壁面の各位置における前記冷媒の温度をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶融金属の製造方法。
【請求項５】
前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、
前記複数の電極に近接する部位と、前記複数の電極から離れた部位の間で、前記金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の基準Ｂ以上であれば、前記炉体の旋回を行うことを特徴とする請求項４に記載の溶融金属の製造方法。
【請求項６】
前記温度計測部によって計測された前記炉体の壁面の各位置における前記冷媒の温度の不均一性が、所定の温度分布基準以上であれば、前記炉体の旋回を行うことを特徴とする請求項４または５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記炉体に前記金属材料を初装金属材料として投入する初装工程と、
前記複数の電極に通電して、前記初装金属材料の一部を溶融させる第一溶融工程と、
前記第一溶融工程の後に、前記炉体を前記炉体旋回部によって旋回させてから前記炉体に前記金属材料を追加投入する追装工程と、
前記追装工程の後に、前記複数の電極に通電し、前記炉体中の前記金属材料を溶融させる第二溶融工程と、を含み、
前記第一溶融工程および前記第二溶融工程の少なくとも一方の途中に、前記制御パラメータに基づいた前記炉体旋回部による前記炉体の旋回の制御が行われることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の溶融金属の製造方法。
【請求項８】
前記第一溶融工程において、前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記初装金属材料の溶融量を推定し、所定の閾溶融量以上となっていれば、前記追装工程を実行することを特徴とする請求項７に記載の溶融金属の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、電極に対して炉体が旋回可能である電気炉を用いて金属材料を溶融させる溶融金属の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を溶融させる電気炉の一種であるアーク炉では、金属材料が収容される炉体の内部の空間において、電極からの距離が近く、金属材料の溶融が起こりやすいホットスポットと、電極からの距離が遠く、金属材料の溶融が起こりにくいコールドスポットとが形成されてしまう。コールドスポットにおいて、金属材料の加熱に時間がかかり、金属材料全体の溶融が不均一に進行する問題を解決するために、特許文献１においては、炉体を電極に対して、上下方向の軸線周りに回転変位させ、コールドスポットとホットスポットを切り替えることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４０９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているような電気炉を用いれば、電極に対して炉体を旋回させることで、金属材料の溶融の均一性を高めることができるが、炉体の旋回が金属材料の溶融の均一化に効果を有する程度に鑑みて、適切な時期に炉体の旋回を行うことが重要となる。炉体の旋回を適切な時期に行わないと、十分に金属材料の溶融状態の均一性を高めることができない事態や、また、炉体を旋回させるために、金属材料の溶融が一旦中断されてしまうことにより、溶融工程の効率が低下してしまう事態が生じうる。
【０００５】
また、上記のように、ホットスポットとコールドスポットの分布は、電極からの距離に依存するが、実際の金属材料の溶融状態の空間分布は、電極との位置関係のみならず、炉体に投入した金属材料の塊形状の不均一性等のパラメータにも依存する。そこで、実際に金属材料の溶融の進行が遅い部位を電極の近傍に配置して、その部位の金属材料の溶融を進められるように、炉体を旋回させるかどうかや、旋回させる場合の旋回角度を適切に選択しないと、溶融状態の不均一性を効果的に解消できない可能性がある。
【０００６】
そこで、炉体の内部において実際に、金属材料の溶融がどの程度不均一に進行しているか、また炉体のどの部位で金属材料の溶融の進行が遅くなっているかを把握したうえで、炉体を電極に対して旋回させるかどうかや、旋回させる場合の旋回角度を選択することができれば、金属材料の溶融を効果的に進めることができると考えられる。しかし、金属材料の溶融を行っている間、炉体は炉蓋で密閉されているうえ、内部が非常な高温になっているので、内部の金属材料の溶融状態の空間分布を、視認観察等によって見積もることは困難である。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、炉体を電極に対して旋回させることができる電気炉において、炉体内の金属材料の溶融状態の空間的不均一性を考慮して炉体の旋回を制御することができる溶融金属の製造方法を提供することにある。
【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、本発明にかかる金属材料の製造方法は、金属材料を収容する炉体と、前記炉体に挿入され、前記炉体中の前記金属材料との間の距離を一定に保ちながら、アーク放電によって前記金属材料を溶融させる複数の電極と、前記炉体を旋回させ、前記複数の電極の前記炉体への挿入方向に交差する面内で、前記複数の電極に対する前記炉体の相対位置を変化させることができる炉体旋回部と、前記炉体の壁面に設けられ、冷媒を供給して前記炉体を冷却する冷却部と、前記炉体の壁面の複数の位置において前記冷媒の温度を計測する温度計測部と、前記複数の電極の前記炉体への挿入方向に沿った位置を計測する電極位置計測部と、を有する電気炉を用い、前記温度計測部によって計測された前記炉体の壁面の各位置における前記冷媒の温度と、前記電極位置計測部によって計測された前記複数の電極の位置の少なくとも一方を含む制御パラメータに基づいて、前記炉体旋回部による前記炉体の旋回を制御することを要旨とする。
【０００９】
ここで、前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、前記複数の電極に近接する部位と、前記複数の電極から離れた部位の間で、前記金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の第一基準以上であれば、前記炉体の旋回を行うことが好ましい。
【００１０】
また、前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、前記複数の電極のうち一部の電極に近接する部位と、他の電極に近接する部位との間で、前記金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の第二基準以上であれば、前記炉体を停止した状態に維持することが好ましい。
【００１１】
そして、前記温度計測部によって計測された前記炉体の壁面の各位置における前記冷媒の温度の不均一性が、所定の温度分布基準以上であれば、前記炉体の旋回を行うとよい。
【００１２】
また、前記電極位置計測部によって計測された前記複数の電極の位置の不均一性が、所定の位置分布基準以上であれば、前記炉体を停止した状態に維持するとよい。
【００１３】
そして、前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内において、前記金属材料の溶融の進行が遅い部位を推定し、その部位を前記複数の電極のいずれかに近接させるように前記炉体旋回部によって前記炉体を旋回させるとよい。
【００１４】
また、前記炉体に前記金属材料を初装金属材料として投入する初装工程と、前記複数の電極に通電して、前記初装金属材料の一部を溶融させる第一溶融工程と、前記第一溶融工程の後に、前記炉体を前記炉体旋回部によって旋回させてから前記炉体に前記金属材料を追加投入する追装工程と、前記追装工程の後に、前記複数の電極に通電し、前記炉体中の前記金属材料を溶融させる第二溶融工程と、を含み、前記第一溶融工程および前記第二溶融工程の少なくとも一方の途中に、前記制御パラメータに基づいた前記炉体旋回部による前記炉体の旋回の制御が行われる製造方法とすればよい。
なお、材料装入を複数回行う場合において、要旨を逸脱しない範囲において、炉体の旋回を含む各工程を適宜設計することができる。
【００１５】
この場合に、前記第一溶融工程において、前記制御パラメータに基づいて、前記炉体内における前記初装金属材料の溶融量を推定し、所定の閾溶融量以上となっていれば、前記追装工程を実行するとよい。
【発明の効果】
【００１６】
上記発明にかかる溶融金属の製造方法においては、炉体を冷却する冷媒の温度を炉体の壁面の複数の位置において計測するとともに、複数の電極の炉体への挿入方向に沿った位置を計測している。これらのパラメータは、炉体内の金属材料の溶融状態の空間分布を反映するものである。よって、これらのパラメータを制御パラメータとして参照し、電極に対する炉体の旋回を制御することで、炉体内の金属材料の溶融状態の空間的不均一性の程度に応じて、炉体の旋回を実行することが可能となる。また、金属材料の溶融状態の不均一性を解消できるように、炉体の旋回方向や旋回角度を選択することが可能となる。これにより、炉体の金属材料の溶融を効果的に進めることができる。
【００１７】
ここで、制御パラメータに基づいて、炉体内における金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、複数の電極に近接する部位と、複数の電極から離れた部位の間で、金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の第一基準以上であれば、炉体の旋回を行う形態によると、主に、電極からの金属材料の距離に応じて発生するホットスポットおよびコールドスポットに起因した金属材料の溶融状態の空間的不均一性が所定の水準に達したことを推定したうえで、炉体の旋回を実行することができる。
【００１８】
また、制御パラメータに基づいて、炉体内における金属材料の溶融状態の空間分布を推定し、複数の電極のうち一部の電極に近接する部位と、他の電極に近接する部位との間で、金属材料の溶融状態の不均一性が、所定の第二基準以上であれば、炉体を停止した状態に維持する形態によると、主に、塊形状の不均一性等、金属材料自体の不均一性に起因して、特定の部位の金属材料の溶融の進行が遅れている場合に、その部位の溶融が十分に進行するまで待ってから、炉体の旋回を実行することができる。
【００１９】
そして、温度計測部によって計測された炉体の壁面の各位置における冷媒の温度の不均一性が、所定の温度分布基準以上であれば、炉体の旋回を行う形態によると、冷媒の温度の不均一性が、電極からの金属材料の距離に応じて発生するホットスポットおよびコールドスポットに起因した金属材料の溶融状態の空間的不均一性をよく反映するので、主に電極からの金属材料の距離の差異による溶融状態の空間的不均一性が所定の水準に達したことを推定したうえで、炉体の旋回を実行することができる。
【００２０】
また、電極位置計測部によって計測された複数の電極の位置の不均一性が、所定の位置分布基準以上であれば、炉体を停止した状態に維持する形態によると、電極の位置の不均一性が、塊形状の不均一性等、金属材料自体の不均一性に起因する溶融状態の空間的不均一性をよく反映するので、主に金属材料自体に起因して特定の部位の金属材料の溶融の進行が遅れている場合に、その部位の溶融が十分に進行するまで待ってから、炉体の旋回を実行することができる。
【００２１】
そして、制御パラメータに基づいて、炉体内において、金属材料の溶融の進行が遅い部位を推定し、その部位を複数の電極のいずれかに近接させるように炉体旋回部によって炉体を旋回させる形態によると、金属材料の溶融の進行が遅い部位において、溶融を効果的に促進することができる。
【００２２】
また、炉体に金属材料を初装金属材料として投入する初装工程と、複数の電極に通電して、初装金属材料の一部を溶融させる第一溶融工程と、第一溶融工程の後に、炉体を炉体旋回部によって旋回させてから炉体に金属材料を追加投入する追装工程と、追装工程の後に、複数の電極に通電し、炉体中の金属材料を溶融させる第二溶融工程と、を含み、第一溶融工程および第二溶融工程の少なくとも一方の途中に、制御パラメータに基づいた炉体旋回部による炉体の旋回の制御が行われる製造方法とすることで、初装金属材料の一部のみを溶融させた状態で、炉体の旋回を経て、残りの金属材料を炉体に投入することになる。よって、比較的早期に全金属材料を炉体内に投入することができるとともに、早期に投入した金属材料が空間的に不均一に溶融するのを防止することができる。これにより、工程全体として、金属材料の溶融のために投入するエネルギー量を小さく抑えることがきると同時に、高い空間的均一性をもって金属材料の溶融を進めることが可能となる。
【００２３】
この場合に、第一溶融工程において、制御パラメータに基づいて、炉体内における初装金属材料の溶融量を推定し、所定の閾溶融量以上となっていれば、追装工程を実行する形態によると、制御パラメータを、金属材料の溶融状態の空間的不均一性の推定だけでなく、溶融量の推定にも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる溶融金属の製造方法に用いる電気炉の概要を示す側面図である。
【図２】上記電気炉における制御系統を示すブロック図である。
【図３】金属材料の溶融状態と冷却水の温度の関係を示す模式図であり、（ａ）〜（ｃ）は異なる溶融状態に対応している。
【図４】金属材料の溶融状態と電極の高さの関係を示す模式図であり、（ａ）および（ｂ）は異なる溶融状態に対応している。
【図５】金属材料の溶融工程を示す図であり、（ａ）〜（ｇ）の順に工程が進行される。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態にかかる溶融金属の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
［電気炉の構成］
まず、本発明の一実施形態にかかる溶融金属の製造方法において用いる電気炉１の一例について、簡単に説明する。図１に、電気炉１の外観の示し、図２に電気炉１における制御系統の構成を示す。
【００２７】
電気炉１は、プラットフォーム９０の略水平な面の上に設置されており、上記特許文献１に記載されているのと同様の電気炉（アーク炉）を本体部として有している。電気炉１は、炉体１０、炉蓋２０、電極２５、炉体旋回部３０、炉蓋・電極保持装置４０を有している。
【００２８】
炉体１０は、上方に開口を有した有底の略円筒型の容器として形成されている。炉体１０の壁面１０ａは、鉄皮の内側に耐火物を設けた構成となっている。炉体１０には、溶融金属を取り出すための出鋼口１１、および残滓（スラグ）を排出するための出滓口１２が設けられている（図５参照）。
【００２９】
炉体１０の壁面１０ａの内側には、冷却部５０が設けられている。冷却部５０は、例えば、金属管を炉体１０の壁面１０ａに沿って設けた水冷パネルよりなり、外部から冷媒（ここでは水とする）を供給し、炉体１０の壁面１０ａを冷却する。冷却部５０は、炉体１０の壁面１０ａを複数の領域に分割し、それぞれの領域に独立して設けられている。図１では、上段に４つ、下段に４つの冷却部５０が見えている。冷却部５０は、炉体１０内の溶融金属からの熱によって、炉体１０の壁面１０ａを構成する耐火物が損傷を受けるのを抑制する。冷却部５０は、一度冷却に使用した冷却水を排出するものであっても、同じ冷却水を、適宜冷却機等を用いて冷却したうえで、何度も循環させて用いるものであってもよい。
【００３０】
さらに、電気炉１においては、各冷却部５０に付属させて、炉体１０の壁面１０ａを冷却した水の温度を計測するための温度計測部５１が設けられている。温度計測部５１は、図１では図示しないが、冷却水が炉体１０の壁面１０ａを冷却している経路の途中または終端近傍、あるいは壁面１０ａを冷却した後の冷却水が流れる配管等に設けられており、それらの部位を通過する冷却水の温度を計測する。具体的な温度計測部５１は、熱電対、サーミスタ等、水の温度の計測が可能な部材より適宜構成すればよい。
【００３１】
炉蓋２０は、略円盤状に形成された、炉体１０の開口を閉塞可能な部材である。炉蓋２０は、炉蓋・電極保持装置４０に保持され、炉体１０の上方で、上下運動と旋回運動を行うことで、炉体１０の開口部を閉塞した状態と開放した状態の間を移動することができる。
【００３２】
炉蓋２０には、３本の電極２５が、炉体１０の内部の空間に向かって、上方から貫通している（図１では２本のみ表示）。３本の電極２５は、炉体１０の中心軸の周りに、略正三角形をなすように配置されている。炉体１０に鉄スクラップ材等の固体状の金属材料を収容し、電極２５に三相交流等の電流を印加して放電を行うことで、金属材料を溶融させることができる。
【００３３】
炉体１０は、プラットフォーム９０に固定された炉体旋回部３０によって支持されている。具体的には、炉体旋回部３０は、プラットフォーム９０上に固定されたベアリング部材３２と、ベアリング部材３２によって支持された支持フレーム３１を有している。支持フレーム３１は、内周面に歯車体が形成された円環状の部材であり、その上面に炉体１０が固定されている。支持フレーム３１の内側には、内周面の歯車体に噛み合って、支持フレーム３１を中心軸の周りに回動させるギア体（不図示）が設けられている。ギア体が回転することで、支持フレーム３１上に絶縁板３３を介して固定された炉体１０が、上下方向の中心軸の周りに旋回される。炉体１０が旋回する際、プラットフォーム９０の面に沿った電極２５の位置は変化されない。よって、炉体１０の旋回に伴って、炉体１０の旋回面内（プラットフォーム９０の面内）における炉体１０と電極２５の相対配置が変化する。また、炉体旋回部３０は、ロータリーエンコーダ等よりなる炉体旋回位置計測部を備え（不図示）、炉体１０の旋回角度をモニターしている。なお、プラットフォーム９０には、炉体１０を傾動させる傾動機構が設けられ、出鋼口１１からの出鋼および出滓口１２からの出滓を行う際に、それぞれの方向に炉体１０が傾動され、出鋼および出滓が補助される。
【００３４】
炉蓋・電極保持装置４０は、炉体１０が炉体旋回部３０を介して設置されているのと共通のプラットフォーム９０上に設けられている。炉蓋・電極保持装置４０は、炉蓋支持部４１によって炉蓋２０を支持し、炉蓋２０を上下運動および旋回運動させる。また、炉蓋・電極保持装置４０は、電極支持部４２によって、電極２５を保持し、上下運動させる機能を兼ね備えている。炉蓋２０の上下運動および旋回運動は、それぞれ、駆動部４３に備えられたシリンダおよびベアリングよりなる炉蓋駆動機構（不図示）によって駆動される。また、電極２５の上下運動は、駆動部４３に備えられた別のシリンダよりなる電極駆動機構（電極運動部）４３ａによって駆動される。電極駆動機構４３ａには、電極２５の高さ位置を計測する電極位置計測部４３ｂが備えられる。電極位置計測部４３ｂは、例えば電極駆動機構４３ａのシリンダに付属されたリニアエンコーダよりなり、それぞれの電極２５について、ある基準位置に対する上下方向への移動距離を読み取るものである。電極２５の高さ位置は、例えば、金属材料を新たに炉体１０に投入したタイミングで、金属材料の表面に電極２５の先端が接触する位置を基準位置としてリセットされ、その基準位置からの変化量として計測される。
【００３５】
炉蓋・電極保持装置４０の電極支持部４２に支持された各電極２５は、電極駆動機構４３ａによって、炉体１０内の金属材料の表面との間に、放電を行うのに適した距離を保つように、高さ位置が制御される。具体的には、金属材料の溶融が進行するのに伴って、炉体１０内の金属材料の表面の位置が徐々に低くなるが、固体状態または溶融状態の金属材料の表面から電極２５の先端までの距離が一定になるように、連続的あるいは間欠的に、電極駆動機構４３ａによって、電極２５の高さ位置が制御される。この制御は、電極２５に流れる電流の大きさを指標として、フィードバック制御によって行われる。
【００３６】
本電気炉１には、さらに、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回を制御する制御部６０が設けられる。直接的には、制御部６０は、炉体旋回部３０の支持フレーム３１を回動させるギア体の回転を制御する。制御部６０は、例えばＣＰＵ等の演算制御装置よりなる。制御部６０は、複数の冷却部５０に設けられた温度計測部５１から、それぞれ計測した水温の入力を受ける。また、制御部６０は、炉体・電極保持装置４０の電極位置計測部４３ｂから、読み取った各電極２５の高さ位置の入力を受ける。そして、制御部６０は、各冷却部５０における水温および各電極２５の高さ位置について入力された情報を制御パラメータとし、それらの制御パラメータに基づいて、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回を制御する。この際、制御部６０は、炉体旋回部３０に対して、炉体１０の旋回の実行／停止を指示するとともに、炉体１０を旋回させる際に、その旋回角度を指示する。制御パラメータに基づいて炉体１０の旋回を制御する具体的な方法については、次に詳しく述べる。制御部６０は、炉体旋回部３０の制御のみならず、電極２５に印加する電流の制御等、電気炉１に備えられた各種部材の制御を行う機能を兼ね備えることができる。
【００３７】
［制御パラメータに基づいた炉体の旋回の制御］
上記のように、制御部６０は、各冷却部５０において炉体１０の壁面１０ａの各部を冷却した水の温度と、電極２５の高さ位置とを制御パラメータとして、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回を制御する。それぞれのパラメータに基づく炉体１０の旋回の制御の方法について、以下に説明する。
【００３８】
（１）冷却部の水温に基づく制御
冷却部５０において、温度計測部５１によって計測される炉体１０の壁面１０ａの各部位を冷却した水の温度は、その部位における炉体１０の壁面１０ａの温度が高いほど、高くなる。各冷却部５０において、外部（冷却機等）から供給する水の温度、および炉体１０の壁面１０ａの単位面積に対する水の供給速度が同じであれば、計測された冷却水の温度が高い部位ほど、炉体１０の壁面１０ａが高温になっているとみなすことができる。炉体１０の壁面１０ａのある部位に着目した際に、その部位の近くに溶融した金属材料（溶融金属Ｍ）が存在するほど、その部位の温度が高くなる。また逆に、まだ溶融していない金属材料（固体金属Ｓ）が炉体１０の壁面１０ａのある部位の近くに存在する場合には、輻射熱を受けないので、その部位の温度が低くなる。よって、炉体１０の壁面１０ａを冷却した水の温度が高い部位ほど、壁面１０ａの近くに溶融金属Ｍが存在すると推定することができる。
【００３９】
本電気炉１においては、炉体１０の中心部に電極２５が設けられており、電極２５に近い炉体１０の中心部から金属材料が高温になり、溶融され、徐々に溶融が炉体１０の周辺部に向かって進行する。よって、冷却部５０で計測された水温が高いほど、金属材料の溶融が炉体１０の中心から周辺部に向かって進行しており、周辺部に残存している固体状態の金属材料（固体金属Ｓ）の量が少ないと推定することができる。一方、冷却部５０で計測された水温が低いほど、金属材料の溶融が炉体１０の中心から周辺部に向かってそれほど進行しておらず、周辺部に残存している固体金属Ｓの量が多いと推定することができる。
【００４０】
図３に、炉体１０内の金属材料の溶融状態の空間分布と、各冷却部５０に設けられた温度計測部５１で計測された温度の関係を模式的に示す。ここでは、炉体１０の中心軸の周りに壁面１０ａを１２分割し、それぞれに冷却部Ａ〜Ｌが設けられている場合を例とする。そして、それぞれの冷却部Ａ〜Ｌで炉体１０の壁面１０ａを冷却した水の温度を５℃刻みで計測した結果を示す。図では、例えば、冷却部Ａに設けられた温度計測部５１で計測された水温が３５℃である場合に、「Ａ３５」と表記している。
【００４１】
電気炉１においては、略円筒形の炉体１０の中心軸の周りに、電極２５が三角形に配置されていることで、電極２５に近く、高温になりやすいホットスポットと、電極２５から遠く、高温になりにくいコールドスポットが、炉体１０内に不可避的に生じる。図３（ａ），（ｂ）においても、電極２５の近傍は、ホットスポットが生じ、比較的壁面１０ａに近い位置にまで溶融金属Ｍが生成しているのに対し、電極と電極の間の部位においては、コールドスポットが生じ、壁面１０ａに接して、多くの固体金属Ｓが残存している。これに対応し、図３（ａ），（ｂ）において、電極２５に近接した部位に配置された冷却部Ｄ，Ｈ，Ｌでは、他の冷却部に比べて、高い温度が計測されている。
【００４２】
しかし、図３（ａ）の状態では、上記のように、ホットスポットとコールドスポットが生じているものの、図３（ｂ）の状態に比較して、金属材料の溶融状態に、著しい不均一性は生じていない。これに対応して、電極２５に近接した部位に位置する冷却部Ｄ，Ｈ，Ｌに設けられた温度計測部５１で計測された水温が、他の部位の冷却部で計測された水温に比較して、５〜１０℃程度しか高くなっていない。それに対し、図３（ｂ）では、電極２５に近接した部位では、炉壁の壁面１０ａに接する位置にまで溶融金属Ｍが達している一方、電極と電極の間の部位では、多量の固体金属Ｓが残っており、金属材料の溶融状態に著しい空間的不均一性が生じている。これに対応して、電極２５に近接した部位に位置する冷却部Ｄ，Ｈ，Ｌに設けられた温度計測部５１で計測された水温が、他の部位の冷却部で計測された水温に比較して、１５〜３５℃も高くなっている。
【００４３】
このように、冷却部５０で計測された水温の空間的不均一性に基づいて、電極２５と金属材料の間の距離の差に起因して生じた、炉体１０の旋回面内（プラットフォーム９０の面内）における金属材料の溶融状態の空間的不均一性の程度を推定することができる。そして、推定された溶融状態の空間的不均一性が所定の水準（第一基準）以上となっていれば、制御部６０によって、炉体旋回部３０を制御し、炉体１０の電極２５に対する旋回を行わせればよい。これにより、ホットスポットおよびコールドスポットの位置を入れ替えることができるので、金属材料の溶融の進行の均一性を高めることができる。ここで、溶融状態の空間的不均一性が所定の水準に達しているかどうかを判定するに際し、制御部６０において、冷却部５０で計測された水温の空間分布の情報を溶融状態の空間分布の情報にあらわに変換したうえで、その判定を行ってもよいが、より簡便には、冷却部５０で計測された水温の空間分布に基づいて、炉体１０を旋回させるかどうかを直接に判定してもよい。つまり、各冷却部５０で計測された水温の空間的不均一性が、所定の水準（温度分布基準）以上になっていれば、炉体１０を旋回させるようにすればよい。より具体的には、各冷却部５０で計測された水温の最大値と最小値の差、あるいは標準偏差を算出し、それらの値が、所定の温度分布基準に対応する閾値以上となっていれば、炉体１０を旋回させるようにすればよい。
【００４４】
なお、本電気炉１においては、３本の電極２５が炉体１０の中心の周りに正三角形状に配置されており、炉体１０の旋回面内における電極２５からの距離の差に起因したホットスポットとコールドスポットの分布を入れ替える観点から、炉体１０が旋回運動可能な角度範囲は、０〜６０°程度あれば十分であり、３本の電極２のそれぞれの周囲でのホットスポットとコールドスポットの分布に大きな差がなければ、旋回運動可能な角度範囲いっぱいに炉体１０を旋回させる運動を往復で繰り返すことで、ホットスポットとコールドスポットを順次入れ替えながら金属材料の溶融を進めることができる。しかし、より金属材料の溶融の均一性を高める観点から、推定された溶融状態の空間分布に応じて、新たにホットスポットとしたい位置が電極２５の近傍に配置されるように、旋回運動可能な角度範囲の中で、旋回角度を指定して、炉体１０を旋回させるようにすることもできる。例えば、炉体１０の旋回可能な角度範囲が６０°よりも大きく、電源から各電極２５を結ぶ配線材の長さの差異等に起因して、各電極２５の周囲でホットスポットおよびコールドスポットの形成されやすさが異なる場合に、制御パラメータに基づいて特に金属材料の溶融が遅い部位を推定し、その部位をホットスポットが形成されやすい電極２５に近接させるように、旋回角度を選択することが考えられる。さらに具体的な例として、各冷却部５０で計測された水温が、図３（ｃ）のような分布をとっている際に、特に水温が低い冷却部Ｅ，Ｆが配置されている部位を、特に水温が高い冷却部Ｌが配置されている位置に入れ替えるように、炉体１０を旋回させれば、効果的に金属材料の溶融状態の空間的不均一性を解消することができる。
【００４５】
このように、冷却部５０で計測された水温の空間分布は、溶融金属Ｍと固体金属Ｓの境界と、炉体１０の壁面１０ａとの間の距離をよく反映するので、炉体１０の中心部から周辺部に向かって金属材料の溶融が進行する状況において、炉体１０の旋回面内における電極２５と金属材料の位置関係に起因する溶融状態の空間的不均一性（つまりホットスポットおよびコールドスポットの形成）を評価するのに、良いパラメータとなる。しかし、金属材料の溶融の不均一性は、炉体１０の旋回面内における金属材料と電極２５の位置関係だけでなく、金属材料そのものの不均一性によってももたらされる。金属材料そのものの不均一性に起因して溶融状態に空間的不均一性が生じしている場合には、必ずしも炉体１０を炉体旋回部３０によって旋回させることが好ましい訳ではない。そこで、金属材料そのものの不均一性による溶融状態の空間的不均一性をよく反映するパラメータとして、各電極２５の高さ位置の情報を、冷却部５０で計測された水温の空間分布に加え、あるいはその代わりに、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回を制御するための制御パラメータとして利用することができる。次に、その制御方法について説明する。
【００４６】
（２）電極の高さ位置に基づく制御
上記のように、本電気炉１においては、金属材料（固体金属Ｓまたは溶融金属Ｍ）の表面から各電極２５の先端までの距離を一定に維持するように、炉蓋・電極保持装置４０の電極駆動機構４３ａによって電極２５の高さ位置が調整される。そして、電極位置計測部４３ｂによって、基準位置に対する電極２５の高さがモニターされる。これらを利用して、電極位置計測部４３ｂによって計測された各電極２５の高さ位置を指標として、金属材料自体の不均一性に起因する溶融状態の空間的不均一性を推定することができる。
【００４７】
通常、アーク炉において溶融されるスクラップ材をはじめとして、金属材料の体積は、固体状態から液体状態になると、減少する。よって、本電気炉１において、固体金属Ｓが溶融されると、その部位の金属材料の表面の高さは低くなる。すると、電極２５の先端と金属材料の表面との間の距離を溶融前と一定に保つべく、電極駆動機構４３ａによって、電極２５の高さ位置が下げられる。スクラップ材のような金属材料においては、塊の形状や硬さ等に不均一性が存在し、均一に加熱したとしても、溶融が速く進行する部位と、遅くする進行する部位の分布が不可避的に生じてしまう場合がある。例えば、図４（ａ）のように、金属材料が材料自体として高い均一性を有し、溶融が高い空間的均一性をもって進行しているならば、３本の電極２５ａ〜２５ｃの高さ位置Ｈ１〜Ｈ３は略同一となる。一方、図４（ｂ）のように、金属材料自体の不均一性によって、１本の電極２５ａが配置されている部位の近傍において、金属材料の溶融が遅く、金属材料の表面の位置が高くなっていれば、各電極２５ａ〜２５ｃと金属材料の表面の間の距離ｄ１〜ｄ３を一定値に維持するために、電極２５ｂ，２５ｃの高さ位置Ｈ２，Ｈ３に比べ、電極２５ａの高さ位置Ｈ１が高くなる。
【００４８】
そこで、各電極２５の高さ位置、つまり電極２５の炉体１０への挿入方向に沿った電極２５の位置の分布を指標として、金属材料の溶融状態の空間分布を推定することができる。上記のように、各電極２５の高さは、電極２５の直下の位置の金属材料の溶融状態を反映するものであり、電極２５の直下の位置は、炉体１０の旋回面内における電極２５と金属材料との間の位置関係においては、必ずホットスポットとなる。よって、冷却部５０における水温の空間分布が、炉体１０の旋回面内における電極２５と金属材料の位置関係を原因とする金属材料の溶融状態の不均一性を主に反映するのに対し、電極２５の高さ位置の分布は、金属材料自体の不均一性に起因した金属材料の溶融状態の空間的不均一性を主に反映する。
【００４９】
金属材料自体の不均一性に起因して、特定の電極（図４（ｂ）では電極２５ａ）近傍の金属材料の溶融の進行が遅くなっている場合に、炉体１０を中心軸の周りで旋回させても、その部位の金属材料の溶融が促進される可能性は低い。むしろ、炉体１０の旋回面内における電極２５との位置関係においてはホットスポットであったその部位が、炉体１０を旋回させたことでコールドスポットになってしまえば、その部位の金属材料の溶融は、ますます進行しにくくなる。そこで、金属材料自体の不均一性に起因して、特定の電極に近接した部位に存在する金属材料の溶融が遅くなっている場合には、その部位での溶融が十分に進行するまで、炉体１０の旋回を停止させ、その部位の金属材料を加熱し続けることが、好ましい。
【００５０】
そこで、電極２５の高さ位置の分布に基づいて推定される金属材料の溶融状態の空間分布において、ある電極に近接する部位と他の電極に近接する部位の間における溶融状態の不均一性が、所定の水準（第二基準）以上となっている間は、制御部６０が、炉体旋回部３０に炉体１０の旋回を指示することなく、炉体１０を電極２５に対して旋回しない状態に維持することが好ましい。これにより、電極２５に近接しているにもかかわらず、溶融の進行が遅い金属材料が十分に溶融するのを待ったうえで、炉体１０を電極２５に対して旋回させ、他の部位の金属材料を電極２５に近接した位置で溶融させる状態へと移行することができる。ここで、溶融状態の空間的不均一性が所定の水準に達しているかどうかを判定するに際し、制御部６０において、電極２５の高さ位置の分布の情報を溶融状態の空間分布の情報にあらわに変換し、そのうえで、炉体１０を旋回させるかどうかを判定してもよいが、より簡便には、電極２５の高さの不均一性に基づいて、炉体１０を旋回させるかどうかを直接に判定してもよい。つまり、各電極２５の高さの不均一性が、所定の水準（位置分布基準）以上であれば、炉体１０を旋回させないようにすればよい。より具体的には、各電極２５の高さ位置の最大値と最小値の差、あるいは標準偏差を算出し、それらの値が、所定の位置分布基準に対応する閾値以上となっている間は、炉体１０を旋回させないようにすればよい。
【００５１】
（３）制御パラメータの解釈について
以上で説明したように、炉体１０の壁面１０ａに設けた冷却部５０で計測された水温の空間分布は、炉体１０の旋回面内における電極２５と金属材料の位置関係に起因する金属材料の溶融状態の空間的不均一性を主に反映しており、炉体１０を電極２５に対して旋回させることで、その空間的不均一性を解消しやすい。これに対し、電極２５の高さ位置の分布は、金属材料それ自体の不均一性に起因する溶融状態の空間的不均一性を主に反映しており、炉体１０を電極２５に対して旋回しない状態に維持することで、その空間的不均一性を解消しやすい。しかし、冷却水の水温の空間分布と電極２５の高さの不均一性は、独立したパラメータではなく、いずれかの要因によって生じた溶融状態の空間的不均一性が、両方のパラメータに影響を与えることもある。例えば、金属材料自体の不均一性によって、特定の電極の近傍において金属材料の溶融の進行が遅くなっていれば、その電極の高さ位置が他の電極の高さ位置よりも高くなるだけでなく、その電極に近い冷却部５０において計測される水温が、他の電極に近い冷却部５０で計測される水温よりも低くなるはずである。あるいは、図３（ｃ）のように、炉体１０の旋回面内における電極２５と金属材料の位置関係に起因するホットスポットおよびコールドスポットの形成が、３つの電極２５に対して不均等に起こっている場合には、電極２５の高さ位置にも不均一性が生じるはずである。
【００５２】
そこで、冷却部５０で計測される水温の空間分布の情報と電極２５の高さ位置の分布に関する情報とを合わせて用い、炉体１０の旋回を行うかどうか、そして旋回を行う際には旋回角度をどれだけにするかについての判定を行えばよい。例えば、水温の空間分布が所定の温度分布基準以上となっており、かつ電極２５の高さ位置の分布が所定の位置分布基準未満となっている場合にのみ、炉体１０を旋回させるようにすれば、ホットスポットが形成され、最も溶融しやすいはずの各電極２５に近接している部位の金属材料を確実に溶融させたうえで、炉体１０を旋回させ、旋回前には電極２５から離れたコールドスポットとなっており、加熱を受けにくかった金属材料の溶融に移行するというように、各部位の金属材料の溶融を順次進めることができる。あるいはさらに、冷却部５０で計測された水温の空間分布と電極２５の高さ位置の分布の情報を比較することで、金属材料の溶融状態の不均一性が、電極２５に近接した位置と電極２５から離れた位置（電極と電極の間の位置）のいずれの方で大きいかを判別するようにしてもよい。そして、電極２５に近接した位置の方で溶融状態の不均一性が大きい場合には、炉体１０を停止した状態に維持する一方、電極２５から離れた位置の方で溶融状態の不均一性が大きい場合には、炉体１０を旋回させ、炉体１０と電極２５の間の位置関係を変化させることが好ましい。この場合、炉体１０の旋回角度は、特に溶融の進行が遅い部位が電極２５に近接するように定めればよい。
【００５３】
また、図３に示した例では、簡単のため、冷却部５０が炉体１０の上下方向に分割して設けられていることを考慮しなかったが、図１に示したように、炉体１０の上下方向に冷却部５０が分割されている場合に、各部位の冷却水の温度に基づいて、金属材料の溶融状態の分布を、炉体１０の深さ方向にも推定することができる。この情報と電極２５の高さ位置の分布に関する情報を合わせることで、金属材料の溶融状態の空間分布をさらに詳しく推定し、炉体１０の旋回の制御に用いることができる。例えば、炉体１０の深さ方向全体にわたり、電極２５に近い冷却部５０で計測された水温が高く、電極２５から遠い位置に位置する冷却部５０で計測された水温が低いという分布が共通して見られる場合には、炉体１０の旋回面内における電極２５と金属材料の位置関係に起因してホットスポットとコールドスポットが形成されていると判定し、炉体１０を電極２５に対して旋回させることで、溶融状態の不均一性の解消を図ることが有効である。一方、炉体１０の深さ方向によって、水温分布のパターンが著しく異なる場合には、金属材料自体の不均一性に起因して、局所的に金属材料の溶融が進行しにくくなっている可能性が高い。このような場合には、適宜電極２５の高さ位置に関する情報と照合したうえで、その部位がすでに電極２５に近接した位置にあれば、そのままの位置で溶融を進め、その部位が電極２５から離れていれば、電極２５に近づけるように炉体１０を旋回させればよい。
【００５４】
また、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回を制御するためのパラメータとして、各冷却部５０において計測された水温および電極位置計測部４３ｂによって計測された電極２５の高さ位置以外にも、種々のパラメータを制御パラメータとして用いることができる。例えば、溶融させる金属材料の種類や物性を考慮することが好ましい。具体的には、比較的溶融しやすい金属材料であれば、溶融状態の空間的不均一性が比較的大きい場合でも、電極２５に対する炉体１０の旋回の有無にかかわらず、炉体１０内の金属材料全体を比較的容易に溶融させることができるので、炉体１０の旋回を開始する閾値となる溶融状態の空間的不均一性の基準（第一基準）を比較的高く（不均一性が大きい状態に）設定しておけばよい。
【００５５】
それ以外に制御パラメータとして用いることができるパラメータとして、冷却水の温度分布および電極２５の高さ位置の不均一性の計測結果の履歴を挙げることができる。例えば、既に説明したように、電源から各電極２５までの配線材の長さの差異等、電気炉１の構造や構成部材の形態に起因して、各電極２５の周囲でホットスポットおよびコールドスポットの形成されやすさが異なる場合に（図３（ｃ）参照）、特定の部位の冷却水の温度が常に他の部位よりも高い／低い、特定の電極の高さ位置が常に他の電極よりも高い／低いという傾向が見られるはずである。そこで、各パラメータの履歴を参照することで、各パラメータに生じている不均一性が、常に存在する傾向によるものであるか、例えば投入した金属材料自体の不均一性が高い等、その時に特有の要因によるものであるかを判別し、炉体１０の旋回の制御に利用することができる。
【００５６】
なお、制御部６０は、入力された各制御パラメータに基づいて自動的に炉体旋回部３０を制御するものであっても、作業者の介入によって炉体旋回部３０を制御するものであってもよい。前者の場合は、制御部６０が、予め記憶している制御パラメータと炉体１０の旋回形態の関係を規定するテーブルに照合させたり、演算を行ったりしたうえで、自動的に、入力された制御パラメータの値に応じて、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回の実行／停止を選択する。さらに、炉体１０を旋回させる場合には、その旋回角度を選択する。そして、それらの選択の結果に基づいて炉体旋回部３０を実際に制御する。一方、後者の場合には、制御部６０が、例えば表示装置に各制御パラメータを表示し、その表示を見た作業者が、炉体１０の旋回の実行／停止および旋回させる場合の旋回角度を判断して制御部６０に入力し、制御部６０がその入力に応じて炉体旋回部３０の制御を実際に行う。作業者の負担を軽減でき、また個々の作業者の熟練度等の要因に制御結果が左右されないという点においては、前者の自動的に制御を行う方法の方が優れている反面、制御パラメータの値が予測されないものであった場合等、多様な状況に柔軟に対応できる点においては、後者の作業者の判断を介在させる方法の方が優れている。両者を併用して制御を行うことも可能である。
【００５７】
［金属材料の投入および炉体の旋回の時期］
以上においては、所定量の固体状態の金属材料がすでに炉体１０に投入され、その金属材料を溶融する途上において炉体１０の旋回を制御する状況を主に念頭において、制御方法の説明を行った。しかし、上記のような炉体１０の旋回の制御を、金属材料を炉体１０に投入する途中においても行うことで、金属材料の効率的な溶融に、一層高い効果を発揮することができる。以下に、金属材料の炉体１０への投入および炉体１０の旋回を含む金属材料の溶融工程について、順を追って説明する。
【００５８】
図５（ａ）〜（ｇ）に、金属材料の投入および溶融の各工程における金属材料の溶融状態を順に示す。最初に、初装工程において、炉体１０への投入を予定している金属材料の一部（例えば３／４量）を初装金属材料として炉体１０に投入する。この状態が図５（ａ）に対応し、全初装金属材料が固体金属Ｓとして存在している。一連の図５においては、便宜上、図５（ｃ）のように、出鋼口１１および出滓口１２が図の上下に配置された状態を原位置と称することにするが、図５（ａ）の初装時には、炉体１０は、基本位置から可動範囲の端（例えば６０°）まで旋回された旋回位置に配置されている。この旋回位置は、台車で運搬した金属材料を炉体１０に投入するのに好都合な位置となっている。
【００５９】
次に、図５（ｂ）〜（ｃ）に示す第一溶融工程が実行される。第一溶融工程の最初には、図５（ｂ）に示すように、ボーリングが実施される。これは、電極２５の直下の位置の金属材料を縦穴状に集中的に溶融させるというものである。このようにすることで、続く工程でアーク放電を炉体１０の深い位置で進行させることができるようになるので、炉蓋２０の内面や炉体１０の壁面１０ａの上部に露出した耐火物を熱による損傷から保護することができる。
【００６０】
そして、金属材料の溶融が進行し、各電極２５の直下に形成された縦穴が相互に連結されると、炉体１０を原位置に戻す。そして、ボーリング実行時よりも、初装金属材料を広範囲で溶融させる。ここで、十分な深さの縦穴がボーリングによって形成されているかどうかと、形成された縦穴が相互に連結されたかどうかは、炉体１０の旋回の制御に用いる制御パラメータである各電極２５の高さ位置をモニターすることで、確認することができる。
【００６１】
ボーリング完了後、第一溶融工程を継続すると、図５（ｃ）のように、初装金属材料の溶融が、ホットスポットとコールドスポットの形成を伴って進行する。制御部６０は、第一溶融工程を実行している間、各冷却部５０における冷却水の温度および各電極２５の高さ位置をモニターし続ける。そして、これらのパラメータから、初装金属材料が溶融した量を推定する。この推定は、溶融量が多いほど、冷却水の温度が全体的に高温になり、電極２５の高さ位置が全体に低くなることを利用して行う。推定された溶融量が所定の閾溶融量以上となっていれば、第一溶融工程を終了する。
【００６２】
第一溶融工程を終了した後、一旦電極２５への通電を停止し、図５（ｄ）のように、炉体１０を再度旋回位置へと旋回させたうえで、残りの金属材料を炉体１０に追加投入する追装工程を実行する。そして、第二溶融工程において、電極２５への通電を再開し、炉体１０内の金属材料を溶融させる。ここで、金属材料の追装を行う前に、炉体１０を旋回位置へと旋回させるのは、台車で搬入した金属材料を炉体１０に投入するのに好都合であるため、そして、第一溶融工程において生じたホットスポットとコールドスポットの位置を入れ替え、続く第二溶融工程における金属材料の溶融の均一化を図ることができるためである。
【００６３】
第二溶融工程は、図５（ｄ）の後から（ｇ）の状態に至るまで継続される。この間、電気炉１の制御部６０は、各冷却部５０における冷却水の温度および各電極２５の高さ位置をモニターし続け、上記「制御パラメータに基づいた炉体の旋回の制御」の項で説明した方法で、それらの制御パラメータに基づいて、炉体１０を旋回させるべきかどうかの判定を行い続ける。そして、炉体１０を旋回させるべきであると判定すれば、炉体旋回部３０を制御して、炉体１０の旋回を行う。例えば、図５（ｅ）では、炉体１０と金属材料の位置関係の差異に起因して、ホットスポットとコールドスポットが生じており、金属材料の溶融状態の不均一性が著しくなっている。そこで、図５（ｆ）で、炉体１０を旋回位置から原位置へと旋回させている。これにより、金属材料の溶融の均一性が高められ、やがて、図５（ｇ）のように、全ての金属材料を溶融させ、溶融金属Ｍとすることができる。なお、第二溶融工程の後期を、酸化昇温期としてもよく、酸化昇温期の開始時および途中に炉体１０を旋回させてもよい。
【００６４】
このように各工程を順に実行して金属材料の溶融を行うことで、高い効率で金属材料の溶融を進めることができる。特に、上記では、第一溶融工程の終了時に、炉体１０を旋回させることで、金属材料の溶融の空間的均一性を高めることを図っている（図５（ｄ））。また、第二溶融工程において、制御パラメータに基づいて炉体旋回部３０を制御し、炉体１０を旋回させることにより、金属材料の溶融の空間的均一性を高めることを図っている（図５（ｆ））。
【００６５】
ここで、金属材料の追装を、第一溶融工程において初装金属材料が一部のみ溶融した状態で、炉体１０の旋回を経て、実行している。何度も炉体１０の旋回を行って、初装金属材料をほぼ全て溶融させてから追装を行う場合等と比較して、このように早期に追装を行うことで、溶融工程全体として、高いエネルギー効率を達成することができる。つまり、少量の金属材料しか炉体１０内に存在しない状態で電極２５に通電すると、電極２５から投入したエネルギーのうち多くの部分が金属材料の溶融に費やされることなく、熱として散逸されてしまうが、多量の金属材料が炉体１０内に存在する状態では、電極２５から投入したエネルギーの多くの部分が金属材料の溶融に費やされ、散逸する熱エネルギーを少なく抑えることができる。よって、全溶融工程のうち、なるべく早期に追装を行うことがエネルギー効率の観点から有利である。上記のように早期に追装を行うことで、追装後に、多量の金属材料を炉体１０に収容した状態で金属材料の溶融を進行させねばならず、追装を遅い段階で行い、追装後に少量の金属材料を炉体１０に収容した状態で金属材料の溶融を進行させる場合と比較して、溶融状態に空間的不均一性が生じやすい。しかし、上記のように、追装直前および追装後の第二溶融工程の途中に、炉体１０を旋回させることで、溶融状態に空間的不均一性が生じるのを効果的に回避することができる。金属材料の装入を３回以上行う場合にも、３回目以降の装入を行う前に炉体１０を旋回させる等、適宜炉体１０の旋回を含めて、各工程を設計すればよい。
【００６６】
なお、同様のエネルギー効率の観点から、第一溶融工程を終了して炉体１０の旋回および金属材料の追装に移行する判断基準となる閾溶融量は、続く追装工程で炉体１０に投入する金属材料を収容できるだけの容積を炉体１０内に形成するのに必要十分な溶融量として定めればよい。それを超えて第一溶融工程で初装金属材料を溶融しても、投入したエネルギーのうち、金属材料の溶融に費やされずに散逸されてしまう割合が高くなってしまう。また、上記では、第一溶融工程においては、途中に制御パラメータに基づく炉体１０の旋回の制御を行っていないが、適宜行うようにしてもよい。ただし、上記のように、エネルギー効率の観点からなるべく早期に追装を行うことを考えた場合に、第一溶融工程で何度も炉体１０の旋回を行って、金属材料の溶融を進めるよりは、閾溶融量を、第一溶融工程の途中に生じる溶融状態の空間的不均一性が問題にならない程度の少量に定めておき、ボーリング完了後の炉体１０の旋回（図５（ｂ）→（ｃ））を除いて、第一溶融工程では炉体１０の回転を行わない方が好ましい。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、炉体１０の旋回としては、炉体１０の中心を軸とした旋回に限られず、電極２５の炉体１０への挿入方向に交差する面内における任意の旋回運動を採用することができる。
【００６８】
また、本発明においては、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回が、各冷却部５０における水の温度および各電極２５の高さ位置を制御パラメータとして制御されたが、このような制御方式を採用しない場合にも、上記のように、初装工程において炉体１０に投入した金属材料の一部を第一溶融工程で溶融させてから、炉体１０を旋回させ、その後金属材料の追装を行い、第二溶融工程において炉体１０内の金属材料を溶融させるという操業方法を採用することができる。そして、その結果、追装の早期化による高エネルギー効率の達成と、金属材料の溶融の進行の高均一化の両方の効果を享受することができる。この場合、炉体旋回部３０による炉体１０の旋回を、例えばあらかじめ規定した時刻に行う等、必ずしも上記制御パラメータによらずに制御する点を除いて、上記溶融金属の製造方法およびそれに用いる電気炉１の構成を、そのまま適用することができる。
【００６９】
すなわち、炉体を電極に対して旋回させることができる電気炉において、炉体内の金属材料を溶融させる際に、高いエネルギー効率を達成するとともに、溶融を高い均一性をもって進行させることができる溶融金属の製造方法を提供することを課題とし、以下のような溶融金属の製造方法を提示することができる。
・金属材料を収容する炉体と、
前記炉体に挿入され、前記炉体中の前記金属材料との間の距離を一定に保ちながら、アーク放電によって前記金属材料を溶融させる複数の電極と、
前記炉体を旋回させ、前記複数の電極に対する前記炉体の相対位置を変化させることができる炉体旋回部と、を有する電気炉を用い、
前記炉体に前記金属材料を初装金属材料として投入する初装工程と、
前記複数の電極に通電して、前記初装金属材料の一部を溶融させる第一溶融工程と、
前記第一溶融工程の後に、前記炉体を前記炉体旋回部によって旋回させてから前記炉体に前記金属材料を追加投入する追装工程と、
前記追装工程の後に、前記複数の電極に通電し、前記炉体中の前記金属材料を溶融させる第二溶融工程と、を含む溶融金属の製造方法。
・前記第一溶融工程および前記第二溶融工程の少なくとも一方の途中に、前記炉体旋回部によって前記炉体の旋回が行われることを特徴とする上記の溶融金属の製造方法。
【符号の説明】
【００７０】
１                      電気炉
１０                    炉体
１０ａ                  炉体の壁面
１１                    出鋼口
１２                    出滓口
２０                    炉蓋
２５（２５ａ〜２５ｃ）  電極
３０                    炉体旋回部
４０                    炉蓋・電極保持装置
４１                    炉蓋支持部
４２                    電極支持部
４３                    駆動部
５０（Ａ〜Ｌ）          冷却部
５１                    温度計測部
６０                    制御部
９０                    プラットフォーム
Ｍ                      溶融金属
Ｓ                      固体金属
【図１】
0006492547.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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