(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する炉体と、
溶融スラグを溶融状態のまま保持するとともに傾動により前記溶融スラグを前記炉体に注入可能なスラグ保持炉と、
を有する電気炉であって、
前記炉体は、
筒状の炉壁と、
前記炉壁の上端に設けられた炉蓋と、
前記炉壁の下端に設けられ、深底部と、前記深底部の最深部に対する高さが１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下の領域である浅底部と、を有する炉底と、
前記炉蓋に設けられ、前記スラグ保持炉から前記溶融スラグが注入されるスラグ注入口と、
を有し、
前記スラグ注入口は前記浅底部と平面視で重なりを有し、
前記炉底に対する前記浅底部の平面視における面積率が５％以上、４０％以下であることを特徴とする、電気炉。
【請求項２】
前記炉壁は、
高さ方向に垂直な断面形状が円環形状の本体と、
前記本体の径方向に張り出した張出部を有し、
前記浅底部は前記張出部の下端に設けられ、前記スラグ注入口は前記張出部の上端に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の電気炉。
【請求項３】
前記炉壁は、高さ方向に垂直な断面形状が円環形状の本体を有し、
前記浅底部は前記本体の下端に設けられる、請求項１に記載の電気炉。
【請求項４】
前記炉蓋、または前記炉蓋と前記炉壁の両方に設けられ、還元材を炉内に投入する還元材投入口を有することを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の電気炉。
【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プロセスに用いられる電気炉に関する。
本願は、２０１６年１２月１６日に、日本に出願された特願２０１６−２４４５０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源のリサイクルの要請が高まる中、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）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方法が開発されている。【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泡（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。
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。【０００５】
特許文献３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。【０００６】
特許文献４には流動性を有する高温の溶融スラグを、スラグ保持炉に一旦保持し、電気炉内の溶鉄層上に溶融スラグ層を緩衝帯として形成した上で、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旨が記載されている。【０００７】
特許文献４の構造は、電気炉を用いるため、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）との反応が支配的になる。それ故、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点で優れている。【０００８】
さらに、特許文献４の構造は、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、電気炉内の溶鉄層上に溶融スラグ層を緩衝帯として形成した上で、注入量を調整しながら、溶融スラグを徐々に注入しているため、スラグ投入時のスラグフォーミングを抑制できる点でも優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】日本国特開昭５２−０３３８９７号公報
【特許文献２】日本国特表２００３−５２０８９９号公報
【特許文献３】日本国特開２００５−１４６３５７号公報
【特許文献４】日本国特許第５５２２３２０号公報
【非特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
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してスラグフォーミングが起こる。これを回避するためには、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必要がある。そのため、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り、作業効率および生産性が低下すると懸念される。【００１２】
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おり、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と懸念される。【００１３】
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、低温で流動性の低い製鋼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、スラグを加熱溶融させる必要があり、エネルギー原単位が高くなるという問題があった。【００１４】
さらに、特許文献４のようにスラグ保持炉を有する電気炉を用い、溶融スラグ層を緩衝帯として形成した場合でも、溶融スラグの注入量や注入速度によっては、電気炉内の溶融スラグ層がかく乱され、下層にある溶鉄層と注入直後の溶融スラグとが接触し、スラグフォーミングが発生する虞があった。
また、特許文献４では、溶融スラグ層がかく乱されないようにスラグ保持炉からのスラグ注入量を調整する場合、スラグ注入量および注入速度を下げる必要があるため、処理効率が下がるという問題があった。また、保持炉は炉体を傾動させることによりスラグを注入するため、保持炉の大きさによってはスラグ注入速度の微細な調整が困難である。そのため、注入速度を小さく設定したとしてもスラグ注入速度が変動することにより、一時的に注入速度が大きくなってしまい、スラグフォーミングが発生する虞があった。【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、スラグ保持炉から注入された直後の溶融スラグと電気炉内の溶鉄層とが激しく混合されて大きなスラグフォーミングを生成することを防止できる電気炉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】
【００１６】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）本発明の一態様は、電極を有する炉体と、溶融スラグを溶融状態のまま保持するとともに傾動により前記溶融スラグを前記炉体に注入可能なスラグ保持炉と、を有する電気炉であって、前記炉体は、筒状の炉壁と、前記炉壁の上端に設けられた炉蓋と、前記炉壁の下端に設けられ、深底部と、前記深底部の最深部に対する高さが１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下の領域である浅底部と、を有する炉底と、前記炉蓋に設けられ、前記スラグ保持炉から前記溶融スラグが注入されるスラグ注入口と、を有し、前記スラグ注入口は前記浅底部と平面視で重なりを有し、前記炉底に対する前記浅底部の平面視における面積率が５％以上、４０％以下である。
（２）上記（１）に記載された電気炉では、前記炉壁は、高さ方向に垂直な断面形状が円環形状の本体と、前記本体の径方向に張り出した張出部を有し、前記浅底部は前記張出部の下端に設けられ、前記スラグ注入口は前記張出部の上端に設けられてもよい。
（３）上記（１）に記載された電気炉では、前記炉壁は、高さ方向に垂直な断面形状が円環形状の本体を有し、前記浅底部は前記本体の下端に設けられてもよい。
（４）上記（１）〜（３）に記載されたいずれか一項に記載された電気炉では、前記炉蓋、または前記炉蓋と前記炉壁の両方に設けられ、還元材を炉内に投入する還元材投入口を有してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
上述の電気炉によれば、スラグ保持炉から注入された直後の溶融スラグと電気炉内の溶鉄層が接触するのを防止できるので、溶融スラグと溶鉄層とが激しく混合されることを防止できる。そのため、溶融スラグ層と溶鉄層とが急激に反応して大きなスラグフォーミングを生成してしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の電気炉を使用したスラグ処理プロセスを示す工程図である。
【図２】本実施形態に係るスラグ保持炉（保持姿勢）および炉体を示す縦断面図である。
【図３】本実施形態に係るスラグ保持炉（注入姿勢）および炉体を示す縦断面図である。
【図４Ａ】図２および図３に示す炉体のＩ−Ｉ線における横断面図である。
【図４Ｂ】炉底からの高さ１５０ｍｍにおける炉体の横断面図であって、浅底部と深底部のみを記載した図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るスラグ保持炉（注入姿勢）および電気炉を示す縦断面図である。
【図６】図５に示す電気炉のＩＩ−ＩＩ線における横断面図である。
【図７】炉体へのスラグ注入のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】炉体へのスラグ注入量とＣＯ発生量を示す図であって、浅底部を有しない場合を示す図である。
【図９】炉体へのスラグ注入量とＣＯ発生量を示す図であって、浅底部を有する場合を示す図である。
【図１０】本発明の実施例および比較例における操業パターンについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［１．スラグ処理プロセスの概要］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る電気炉を使用したスラグ処理プロセスの概要を説明する。
【００２１】
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。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連続鋳造工程（Ｓ７）を含む。
【００２２】
製鋼工程（Ｓ２）のうち、主に脱燐（Ｓ４）、脱炭（Ｓ５）が転炉にて行われる。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。
【００２３】
本明細書中の説明では、上記製鋼工程で生成されるスラグを製鋼スラグと総称する。製鋼スラグは、脱硫スラグ、脱燐スラグ、脱炭スラグを含む。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、脱燐スラグ、脱炭スラグをそれぞれ、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。
【００２４】
スラグ処理工程（Ｓ１０）では、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Ｆｅ、Ｐ等の有価物を溶融スラグ層の下層に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。
【００２５】
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、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。還元スラグは、還元前と比べてＦｅＯ、Ｐ2Ｏ5等の含有量が低いため、セメント原料、セラミック製品等にリサイクルできる。また、溶融スラグの塩基度が低くなるように成分を調整すれば低膨張性となるため、路盤材や骨材として使用できる。
【００２６】
さらに、回収された高燐溶鉄に脱燐処理（Ｓ１１）を施し、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。
【００２７】
以上、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。
【００２８】
［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のスラグ処理工程（Ｓ１０）に用いられる電気炉１００について説明する。
電気炉１００はＳ１０において、内部に溶鉄層６と溶融スラグ層５を形成する炉である。
【００２９】
図２の拡大部に示すように、電気炉１００は炉体１と、炉体１の斜め上方に配置されるスラグ保持炉２（スラグ保持容器）を有する。
スラグ保持炉２へ溶融スラグ４を投入する手段はスラグ鍋３であり、スラグ鍋３は図示しない転炉とスラグ保持炉２との間を往復移動する。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を溶融状態のまま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を傾動により炉体１に連続的または間欠的に注入可能である。
【００３０】
スラグ保持炉２内に保持される溶融スラグ４は、完全な溶融状態にある必要はない。一部が凝固していても、全体が炉体１に注入可能な流動性を有すればよい。
【００３１】
炉体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を溶融・還元・改質する還元型の電気炉であり、例えば、炉傾動機構を有さない据置式の直流電気炉である。以下、据置式直流電気炉の例について説明する。
【００３２】
［３．炉体１の構成］
引き続き図２、図３、図４Ａ、及び図４Ｂを参照して、炉体１の構成について説明する。
図２、図３、図４Ａ、及び図４Ｂに示すように、炉体１は、炉壁１２と炉壁１２の上端に設けられた炉蓋１３と、炉壁１２の下端に設けられた炉底１１とを有する。炉底１１、炉壁１２、および炉蓋１３のそれぞれの内面には、耐火物が内張されている。炉蓋１３の一側にはスラグ注入口１４が形成されている。スラグ注入口１４は、スラグ保持炉２の注ぎ口部２１に連結される。炉体１はスラグ注入口１４を除いて密閉されており、炉内を保温できる。
【００３３】
炉体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。上部電極１５と炉底電極１６に直流電源を印加し、上部電極１５と炉底電極１６間でアーク放電を発生させることで、溶融スラグ４を還元するのに必要なエネルギーが供給される。
【００３４】
炉蓋１３には還元材投入口３１ａを設けることができる。還元材投入口３１ａは原料供給装置３１、３２に接続される。炉壁１２には還元材投入口３３ａを設けることができる。還元材投入口３３ａには原料供給装置３３が設けられる。
【００３５】
還元材投入口３１ａ、３３ａ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部位である。図２では炉壁１２と炉蓋１３の両方に還元材投入口を設けた構造を例示したが、還元材投入口は炉蓋１３にのみ設けられてもよい。
【００３６】
還元材は、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。改質材は、主にスラグ中のＳｉＯ2、またはＡｌ2Ｏ3濃度を調整するものであり、珪砂、フライアッシュ、廃耐火物粉などを使用できる。還元材は、スラグフォーミングが発生した場合の抑制手段でもある。
【００３７】
炉底１１は、深底部１１ｄと、深底部１１ｄよりも底が浅い浅底部１１ａを有する。
浅底部１１ａは、スラグ処理工程中には、溶鉄層６の表面から露出した部分を有していることを想定して、設置されている。
スラグ処理中においては、溶融スラグ４と一緒に電気炉１００に溶銑または溶鋼が装入されることがあるほか、スラグ還元に伴って溶銑が生成されるために、溶鉄層６の高さが上昇する。ある程度以上に溶鉄層が厚くなったら、溶鉄を排出する出湯口１８を開けて溶鉄層６の高さを低下させるので、低下した後の期間には浅底部１１ａを溶鉄層６から露出させて、その状態で、次に還元処理する溶融スラグ４を電気炉１００内へ注入することを、想定している。ただし、浅底部１１ａが溶鉄層６から露出してないと溶融スラグ４を注入できないわけではなく、溶鉄層６の高さが浅底部１１ａの上で、ある程度以上低ければ、注入された溶融スラグ４と溶鉄層６との激しい混合は抑制されるので、本発明の目的を達成できる。
炉体１の構造として、図４Ａ、図４Ｂに示すように張出部１０ｂを有する構造（第１の実施形態）と、図６に示すように張出部１０ｂを有しない構造（第２の実施形態）を採用することができる。ここではまず第１の実施形態を例に説明を行う。
第１の実施形態では、図４Ａ、図４Ｂの横断面図に示されるように、炉体１が、高さ方向に垂直な断面形状が円環形状の筒状の本体部１０ａと、本体部１０ａから径方向の外側に張り出した、張出部１０ｂとを有する場合について説明する。
浅底部１１ａは、スラグ処理工程中には炉底１１の一部として、溶鉄層６の層厚よりも上になることを想定して、嵩上げされた部分であり、例えば、図２および図３に示されるように、張出部１０ｂで炉底１１が階段状に浅くなることによって形成される。浅底部１１ａは、他の部分の炉底１１の内面と同様に耐火物である。
図４Ａに示すように、浅底部１１ａはスラグ注入口１４と平面視で重なりを有している。換言すると、平面視において、浅底部１１ａの存在領域とスラグ注入口１４の存在領域は、その一部または全部が重なっている。スラグ保持炉２から炉内に注入される溶融スラグ４は、注ぎ口２９を経由して流入する。注ぎ口２９はスラグ注入口１４の領域内にあるので、注ぎ口から流入した溶融スラグは浅底部１１ａに向けて落下することになる。即ち、浅底部１１ａはスラグ注入口１４から流下する溶融スラグ４の落下位置を含むことになる。これにより、溶融スラグ４が炉体１に注入される場合、溶融スラグ４は浅底部１１ａに向けて注入される。
張出部１０ｂでは、炉蓋１３にスラグ注入口１４が形成される。
【００３８】
図２では、張出部１０ｂで炉底１１が１段階浅くなることで、浅底部１１ａが形成されているが、浅底部１１ａはこの形状に限られない。例えば、炉底１１が２段階以上にわたって浅くなることで浅底部１１ａが形成されてもよいし、張出部１０ｂで炉底１１が階段状ではなく、連続的なスロープを形成して浅くなることで、浅底部１１ａが形成されてもよい。また、浅底部１１ａは必ずしも図２のように水平面を有さなくてもよい。スラグ注入口１４の下方で浅底部１１ａが、スラグ処理工程中には溶鉄層６から露出していることを想定できる限りにおいて、浅底部１１ａの全体が階段形状またはスロープ形状でもよい。ただし、浅底部１１ａが水平面を有する場合、炉内容積を必要以上に減少させることなく、炉底１１に対する浅底部１１ａの平面視における面積率を５％以上確保できる点で好ましい。
【００３９】
図３に示されるように、基本的な想定では、スラグ保持炉２が注ぎ口部２１側に傾動して溶融スラグ４が炉体１内に注入された場合、スラグ注入口１４から注入された溶融スラグ４は、溶融スラグ層５に流れ落ちる。流れ落ちた溶融スラグ４によって溶融スラグ層５はかく乱されるが、流れ落ちた場所には浅底部１１ａがある。浅底部１１ａがある場所では溶融スラグ層５の下層に溶鉄層６がないので、注入直後の溶融スラグ４が溶鉄層６に接触することはない。従って、注入直後の溶融スラグ４が、溶鉄層６と急激に反応することによる、スラグフォーミングが防止される。
【００４０】
図２に示すように、浅底部１１ａは、深底部１１ｄの最深部に対する高さＨが１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下の領域である。これは、高さが１５０ｍｍ以上あれば、新たに装入された溶融スラグ４が、元からある溶鉄層６と激しく混合する状況を緩和する効果が、見込めるからである。また、深底部１１ｄの最深部に対する高さが５００ｍｍ以下である理由は、５００ｍｍ超にする意味は無い一方、そのように高くすると炉内容積が減少する悪影響が懸念されるからである。
図４Ｂに示すように、深底部１１ｄの平面視における面積をＳ１、浅底部１１ａの平面視における面積をＳ２とすると、炉底１１に対する浅底部１１ａの平面視における面積率（Ｓ２／（Ｓ１＋Ｓ２）×１００）は５％以上、４０％以下であるのが好ましい。面積率が５％以上あることで、混合緩和効果を享受できる溶融スラグ層５の比率が確保されて、スラグ全体としての激しいフォーミング生成を抑制することができる。面積率が４０％超の場合、フォーミング生成の抑制効果が高まることが殆ど無い一方、溶鉄層６としての溶鉄収容量や、溶鉄層６と溶融スラグ層５との界面積が少なくなってしまうので、還元効率が低下する懸念が生じる。また、４０％を超えると浅底部１１ａが炉底１１の高電流密度領域に含まれるため、浅底部１１ａが消耗しやすくなるためである。
なお、本発明では浅底部１１ａを「深底部１１ｄの最深部に対する高さＨが１５０ｍｍ以上、５００ｍｍ以下の領域」と定義しているため、Ｓ１とＳ２の境界は深底部１１ｄの最深部に対する高さＨが１５０ｍｍの位置である。
【００４１】
また、図２では、浅底部１１ａが、溶鉄層６から露出する一方で溶融スラグ層５には沈潜しているが、溶融スラグ層５から露出してもよい。この場合、スラグ注入口１４から注入された溶融スラグ４は、浅底部１１ａの表面に衝突した後、浅底部１１ａの表面を流下して溶融スラグ層５に流れ込む。溶融スラグ４が浅底部１１ａの表面に衝突することによって、運動エネルギーが減殺されるため、溶鉄層６に溶融スラグ４が激しく混入することが無い。したがって、溶融スラグ４と溶鉄とが急激に反応することも抑制されて、スラグフォーミングが抑制される。
【００４２】
なお、図２に示すように、炉壁１２には、還元スラグを排出する出滓口１７と、溶鉄を排出する出湯口１８を設けることができる。出滓口１７は、溶融スラグ層５に対応する位置、具体的には浅底部１１ａの上面よりも高い位置に形成される。出湯口１８は、溶鉄層６に対応する位置、具体的には浅底部１１ａの上面よりも低い位置に形成される。
【００４３】
［４．スラグ保持炉の構成］
次に、図２および図３を参照して、本実施形態に係るスラグ処理プロセスで用いられる、スラグ保持炉２の構成について詳述する。
【００４４】
図２に示すように、スラグ保持炉２は、溶融スラグ４を保持し、炉体１に注入する耐熱性の容器である。スラグ保持炉２は、炉体１への溶融スラグ４の注入量を調整可能であり、かつ、炉体１で発生した排気ガスの排気経路でもある。
スラグ保持炉２は、溶融スラグ４を貯留・保持する炉本体２０と、炉本体２０内の溶融スラグ４を炉体１に注入する注ぎ口部２１を備える。
【００４５】
炉本体２０は、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。
【００４６】
炉本体２０には、ガス排出口２５とスラグ投入口２６が形成される。ガス排出口２５は、スラグ保持炉２を経由して炉体１の排ガスを排出する排気口であり、図示しない集塵機等の吸気装置に接続される。吸気装置により、スラグ保持炉２内の雰囲気が負圧に維持される。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を投入する開口である。スラグ投入口２６には開閉式の保持炉蓋２７が設置されており、溶融スラグ４の投入時には保持炉蓋２７が開放される。溶融スラグ４の非投入時には、保持炉蓋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内が保温される。
【００４７】
注ぎ口部２１は、炉本体２０の炉体１側に設けられる筒である。注ぎ口部２１の内部空間は、炉本体２０から炉体１に溶融スラグ４を注入するスラグ注入路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２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。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。炉本体２０および注ぎ口部２１をこのような形状とすることで、炉本体２０内の溶融スラグ４を炉体１に注入する際に、注入量を調整しやすくなる。
【００４８】
スラグ保持炉２の注ぎ口部２１は、炉体１の炉蓋１３のスラグ注入口１４に連結される。図２では、注ぎ口部２１の外径よりも炉体１のスラグ注入口１４の内径を大きくし、注ぎ口部２１の先端をスラグ注入口１４内に挿入する構造であり、両者の間にはわずかな隙間が存在する。なお、注ぎ口部２１とスラグ注入口１４を連結する構造は、図２の構造に限定されず、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。
【００４９】
保持炉蓋２７を閉めた状態で、図示しない集塵機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、炉体１で発生した排ガスの排気経路となる。具体的には、炉体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、炉体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、スラグ保持炉２の炉本体２０内に流入する。スラグ保持炉２内は負圧に維持されているため、炉体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、炉体１内の排ガスが当該隙間から外部に漏洩しない。隙間から進入した外気は、スラグ保持炉２側に吸引される。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、図示しない集塵機に到達して処理される。
【００５０】
また、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。
【００５１】
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から炉体１内に注入する装置である。
傾動装置４０は、傾動軸４４を中心としてスラグ保持炉２を保持姿勢（図２）と注入姿勢（図３）との間で、傾動させることが可能である。保持姿勢とは、図２に示すように、スラグ保持炉２が溶融スラグ４を炉体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。注入姿勢とは、図３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を炉体１内に注入するときの姿勢である。
【００５２】
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、傾動軸４４を中心としてスラグ保持炉２を炉体１側に傾動させる。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、炉体１内に注ぎ込まれる。このとき、スラグ保持炉２の傾動角度を調整することで、溶融スラグ４の注入量を調整することができる。
【００５３】
本実施形態に係る電気炉１００は浅底部１１ａを有するので、スラグフォーミングを有効に防止できる。本実施形態に係る電気炉１００はさらに、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を炉体１に間欠的に注入したり、その注入量を調整したりできる。炉体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、炉体１内の溶鉄と急激に反応して、炉体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調整（即ち、スラグ保持炉２の傾動角度を調整）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、炉体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、炉体１内での反応を沈静化することが好ましい。
【００５４】
スラグ保持炉２による単位時間当りの溶融スラグ４の注入量は、炉体１の還元処理能力に応じて決定される。還元処理能力は、炉体１に対する単位時間当りの電力供給量、例えば、炉体１の上部電極１５と炉底電極１６に印加される電力量に依存する。そこで、溶融スラグ４の還元処理に必要な電力原単位と、上部電極１５と炉底電極１６に対する印加実績電力量に基づいて、単位時間当りの溶融スラグ４の注入量を決定すればよい。
【００５５】
スラグ保持炉２から炉体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がある。スラグ保持炉２から炉体１に溶融スラグ４を連続的に注入することも可能ではある。溶融スラグ４を間欠的に注入する場合、１回に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するのが好ましい。
【００５６】
［５．溶融スラグの還元処理方法］
引き続き図２および図３を参照して、上記構成の電気炉１００を用いた溶融スラグ４の還元処理について説明する。
まず、還元処理の前に深底部１１ｄの面積Ｓ1とＨを決定し、決定した値に基づき、浅底部１１ａを形成する必要がある。
具体的には、溶鉄層６の最大体積（種湯と還元鉄を合計した体積）がＳ1×Ｈ未満となるようにＳ1とＨを決定する。
【００５７】
次に、図２に示すように、まず炉体１内に、種湯として、高炉から搬送された溶銑等の溶鉄を溶鉄層６として予め収容する。溶鉄のＣ濃度は通常１．５〜４．５質量％である。
【００５８】
次いで、炉体１に電力を供給して連続稼働させた上で、炉体１の還元処理能力（例えば、炉体１に対する単位時間当り電力供給量）に応じた量の溶融スラグ４を、図３に示すようにスラグ保持炉２から炉体１内に注入する。炉体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。なお、注入された溶融スラグ４は浅底部１１ａに向けて落下するため、溶鉄層６と直接接触することはない。よって浅底部１１ａの存在により、スラグフォーミングを有効に防止できる。
さらに、還元材（炭材）や改質材等の副原料も、原料供給装置３１，３２，３３を通じて炉体１内の溶融スラグ層５に連続的に投入する。また、炉体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、溶融スラグ供給量を変更せず電力供給量を調整することで実施できる。
【００５９】
この結果、炉体１内で、上部電極１５と炉底電極１６間のアーク熱をエネルギー源として、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、生成されたＦｅ、Ｐは、溶融スラグ層５から溶鉄層６に移行する。余剰炭材のＣは溶融スラグ層５中に懸濁し、最終的には溶鉄中に溶解する。
【００６０】
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、溶融スラグ層５の内部でＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯの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。
【００６１】
このように、炉体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、炉体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、浅底部１１ａを設けた効果と相まって、溶融スラグ４と溶鉄の急激な反応を抑制できる。
【００６２】
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から炉体１への溶融スラグ４の注入時に、溶融スラグ４と溶鉄との急激な反応に起因するスラグフォーミングを抑制でき、オーバーフローを回避できる。
【００６３】
上記のようにして、炉体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に回収されるので、溶融スラグ４のＦｅＯ、Ｐ2Ｏ5が低減して、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。また、改質材として、ＳｉＯ2源、Ａｌ2Ｏ3源を添加することにより、溶融スラグの成分を調整することができる。
【００６４】
また、注入された溶融スラグ４の注入速度や注入量によっては、溶融スラグ４によって溶融スラグ層５がかく乱される虞があるが、浅底部１１ａが設けられているため、注入直後の溶融スラグ４が溶鉄層６に接触することはない。従って、注入直後の溶融スラグ４が溶鉄層６と急激に反応することによる、スラグフォーミングも防止される。
【００６５】
さらに、炉底１１の浅底部１１ａによって、スラグ注入流と電気炉１００内の溶鉄層６との接触が防止されたとしても、溶融スラグ層５内の（Ｔ．Ｆｅ）が増加することにより、スラグメタル界面でスラグがメタル中のＣと反応してＣＯガスを発生させ、それがスラグフォーミングを誘発する場合がある。その場合には還元材投入口３１ａ、３３ａから炭材粉を投入することにより、フォーミングスラグの破泡および還元を通じて、スラグフォーミングを鎮静化させることが可能となる。
【００６６】
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。
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、１００〜６００ｍｍが好ましく、１００〜８００ｍｍがより好ましい。溶融スラグ層５の層厚が上限に近づいた場合は、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の界面が浅底部１１ａの上面に近づいた場合は、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、炉体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、炉体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。
【００６７】
また、上記炉体１の稼働中（即ち、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、炉体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。炉体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、炉体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。
【００６８】
［６．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図５および図６を参照して説明する。第２の実施形態は、上述した第１の実施形態と比べて炉体１の形状が相違するのみであり、その他の機能・構成は、第１の実施形態と実質的に同一であるので、詳細説明は省略する。
【００６９】
図５および図６に示すように、第２の実施形態では炉体１は張出部１０ｂを有さない。炉体１は円環形状の断面の本体部１０ａを有する。
浅底部１１ｂは、本体部１０ａのスラグ注入口１４と平面視で重なりを有する領域で、炉底１１が部分的に嵩上げされた部分である。浅底部１１ｂは、例えば、炉壁１２の内側に接して配置された箱型のステップ１１ｃによって形成される。ステップ１１ｃの表面は、他の部分の炉底１１の内面と同様に耐火物で構成される。
【００７０】
第２の実施形態は一般的な炉形状であり、浅底部１１ｂを有さない既存の電気炉であっても、後からステップ１１ｃを取り付けることによって、浅底部１１ｂを形成できる点で有利である。
【００７１】
図５に示されるように、スラグ保持炉２が注ぎ口部２１側に傾動して溶融スラグ４が炉体１内に注入された場合、スラグ注入口１４から注入された溶融スラグ４は、スラグ注入口１４の下方で溶融スラグ層５に流れ落ちる。第１の実施形態と同様に、浅底部１１ｂのためにこの部分では溶融スラグ層５の下層に溶鉄層６が存在しないので、注入直後の溶融スラグ４が溶鉄層６と急激に反応して突沸することに起因してスラグフォーミングが発生することを防止できる。
【００７２】
以上で説明した本発明の第２の実施形態は、既に述べたように、既存の電気炉に後から浅底部１１ｂを形成できる点で、第１の実施形態に比べて利点を有する。その一方で、第１の実施形態の方が浅底部１１ａを広くとることができるため、注入された溶融スラグ４によって溶融スラグ層５がかく乱される部分と、溶融スラグ層５の下層に溶鉄層６が存在する部分との間の距離を大きくすることができ、スラグフォーミングを防止する効果を高めることが可能である。また、第２の実施形態では、浅底部１１ｂの位置が、第１の実施形態に比べて炉体１の中央に近くなる。炉体１の中央では、上部電極１５と炉底電極１６との間でのアーク放電によって大きな熱が発生するため、浅底部１１ｂの表面を構成する耐火物の溶損が、他の部分の炉底１１や、第１の実施形態での浅底部１１ａに比べて大きくなる可能性がある。
【００７３】
このように、本発明の第１の実施形態と第２の実施形態とは、それぞれに異なる利点を有するため、例えば操業条件や設備の現状などに応じて適宜選択して実施されうる。また、これらの実施形態に限らず、これらの実施形態の説明によって、当業者には明らかな他の実施形態を採用することも可能である。
【実施例】
【００７４】
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。【００７５】
（シミュレーション）
まず、実操業に先立って浅底部１１ａの有無の影響を確かめるために、図２に示す電気炉１００を仮定したコンピュータシミュレーションを行った。具体的な手順は以下の通りである。
まず汎用流体解析ソフトＦＬＵＥＮＴを用いて、以下の条件の電気炉に溶融スラグ４を注入して、その挙動を炉の軸断面方向から観察した。
炉の容積：１３．８ｍ3
炉底面積（Ｓ1＋Ｓ2）：７．５ｍ2
炉内スラグ粘度：０．２５Ｐａ・ｓ
注入スラグ粘度：１．０Ｐａ・ｓ
溶鉄粘度：０．００６Ｐａ・ｓ
浅底部の高さ（Ｈ）：２５０ｍｍ
浅底部の面積（Ｓ2）：１．１ｍ2
種湯量：１．４ｍ3
注入スラグ流の幅：５００ｍｍ
スラグ注入速度：１ｔ／ｍｉｎ、５ｔ／ｍｉｎ、１０ｔ／ｍｉｎ、２０ｔ／ｍｉｎ【００７６】
結果を図７に示す。図７において実施例Ａはスラグ注入速度が１０ｔ／ｍｉｎで浅底部１１ａがある例、比較例Ａはスラグ注入速度が１ｔ／ｍｉｎで浅底部１１ａがない例、実施例Ｂはスラグ注入速度が５ｔ／ｍｉｎで浅底部１１ａがない例、比較例Ｃはスラグ注入速度が１０ｔ／ｍｉｎで浅底部１１ａがない例、比較例Ｄはスラグ注入速度が２０ｔ／ｍｉｎで浅底部１１ａがない例を示す。
図７に示すように、スラグ注入速度が１ｔ／ｍｉｎの場合は、浅底部１１ａが無い比較例Ａでも、注入された溶融スラグ４がほとんど溶鉄層６に達しておらず、注入された溶融スラグ４と溶鉄層６との反応は僅かしか認められなかった。
スラグ注入速度が５ｔ／ｍｉｎ、１０ｔ／ｍｉｎ、２０ｔ／ｍｉｎの場合は、浅底部１１ａが無い場合に注入された溶融スラグ４が溶鉄層６に達して、一部は溶鉄層６中に突入し溶鉄中のＣと反応する様が予見された。特に１０ｔ／ｍｉｎ、２０ｔ／ｍｉｎでは、反応が激しく、溶鉄と溶融スラグ４とが混合して飛び散ることが分かった。
一方で、浅底部１１ａがある場合は、スラグ注入速度が１０ｔ／ｍｉｎでも、注入された溶融スラグ４がほとんど溶鉄層６とは反応せず、したがって溶鉄と溶融スラグ４との混合物が飛び散ることも無いと考えられた。
この結果から、浅底部１１ａを設けることにより、注入された溶融スラグ４が溶鉄層６と混合して、激しく反応することを防止できることが分かった。【００７７】
（スラグ注入試験：比較例）
次に、図２に示す電気炉１００において、浅底部１１ａがない構造を用いてスラグ注入試験を行い、ＣＯガス発生量を測定した。具体的な手順は以下の通りである。
まず、炉体１に溶鉄層６および溶融スラグ層５を予め形成した。炉体１の条件は浅底部１１ａがないこと以外はシミュレーションと同じである。【００７８】
次いで、炉体１に電力２．４ＭＷ（２４０Ｖ、１０ｋＡ）を供給して連続稼働させた上で、炭材粉を２．５ｋｇ／ｍｉｎで投入しながら、溶融スラグ４を６８０ｋｇ一度に注入した。その結果、溶融スラグ４の注入直後に流量３００Ｎｍ3／ｈ以上のＣＯガスが発生し、その後は徐々に流量が低下した。
次に、炭材粉の投入量は変えずに操業を続け、最初の溶融スラグ４の投入から約２０分後に溶融スラグ４を５４０ｋｇ一度に注入した。その結果、溶融スラグ４の注入直後に流量４００Ｎｍ3／ｈ以上のＣＯガスが発生し、その後は徐々に流量が低下した。
さらに、炭材粉の投入量は変えずに操業を続け、直近の溶融スラグ４の投入から約１５分後に溶融スラグ４を８００ｋｇ一度に注入した。その結果、溶融スラグ４の注入直後に流量５００Ｎｍ3／ｈ以上のＣＯガスが発生し、その後は徐々に流量が低下した。
その後、炭材粉の投入量を３．５ｋｇ／ｍｉｎに増加させ、直近の溶融スラグ４の投入から約２５分後に溶融スラグ４を２０ｋｇ一度に注入した。その結果、溶融スラグ４の注入直後に流量２５０Ｎｍ3／ｈ以上のＣＯガスが発生し、その後は徐々に流量が低下した。
以上の結果を図８に示す。
図８に示すように、浅底部１１ａがない電気炉１００においては、溶融スラグ４の注入直後にＣＯガスが発生しており、スラグフォーミングが生じている可能性が示唆された。【００７９】
（スラグ注入試験：実施例）
次に、図２に示す電気炉１００において、浅底部１１ａがある構造を用いてスラグ注入試験を行い、ＣＯガス発生量を測定した。具体的な手順は以下の通りである。
炉体１に電力２．４ＭＷ（２４０Ｖ、１０ｋＡ）を供給して連続稼働させた上で、炭材粉を投入せずに、溶融スラグ４を７８０ｋｇ一度に注入した。その他の条件は「スラグ注入試験：比較例」と同様とした。その結果、溶融スラグ４の注入直後はＣＯガスが発生せず、その後のＣＯガス発生量も流量で１００Ｎｍ3／ｈ以下であった。
以上の結果を図９に示す。
図９に示すように、浅底部１１ａがある電気炉１００においては、溶融スラグ４の注入直後にＣＯガスが発生せず、浅底部１１ａがスラグフォーミングの発生を抑制していると考えられた。【００８０】
（実操業試験）
次に、浅底部がある場合とない場合とで、図１０に示す操業パターンで電気炉を操業し、スラグフォーミングの有無を確認した。
まず、以下の条件の電気炉１００を用意した。
炉の容積：１３．８ｍ3
炉底面積（Ｓ1＋Ｓ2）：７．５ｍ2
スラグ組成：（Ｔ．Ｆｅ）０．８％、（ＣａＯ）３３．１％、（ＳｉＯ２）２８．４％
溶鉄組成：［Ｃ］２．８％，［Ｓｉ］０．１８％，［Ｐ］０．３３％
浅底部の高さ（Ｈ）：２５０ｍｍ
浅底部の面積（Ｓ2）：１．１ｍ2
種湯量：１．３ｍ3【００８１】
次に、図１０に示されるように、まず、スラグ鍋３からスラグ保持炉２に、約４０分に１回の頻度で、１チャージあたり約２５ｔの溶融スラグ４を投入し、スラグ保持炉２内に一時的に保持した。その後、スラグ保持炉２を１０分に１回の頻度で保持姿勢から注入姿勢に傾動させて、１回あたり８．０ｔ〜８．５ｔの溶融スラグ４を、炉体１内の溶融スラグ層５に間欠的に注入した。【００８２】
また、炉体１でのスラグ還元処理中には、上部電極１５と炉底電極１６に３０ＭＷの電力を連続供給しつつ、還元材投入口３１ａおよび３３ａを通じて、炭材粉を４５ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で供給した。さらに、還元材投入口３１ａを通じて、改質材として、珪砂を６７ｋｇ／ｍｉｎ、廃アルミナ耐火物粉を８ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で供給した。なお、スラグ還元処理の終了後、スラグ保持炉２からの次のチャージの溶融スラグ４の注入が開始されるまでの時間は（１０分程度）、供給電力を低減し、炭材ならびに改質材の供給は休止された。【００８３】
各実施例および比較例では、注入周期と１回あたりの注入量とが異なる点を除いて、操業パターンは同様とした。注入周期および１回あたりの注入量は、実施例１、実施例４、ならびに比較例１（注入周期５分、１回あたり注入量４．０ｔ〜４．３ｔ）、実施例２ならびに比較例２（注入周期１０分、１回あたり注入量８．０ｔ〜８．５ｔ）、および実施例３ならびに比較例３（注入周期１５分、１回あたり注入量１２ｔ〜１３ｔ）でそれぞれ共通である。【００８４】
また、各実施例および比較例において、転炉からスラグ鍋３に排出された溶融スラグ４の成分組成は、以下の表１に示す通りである。【００８５】
【表１】
0006729720.tif 000002
【００８６】
各実施例および比較例では、炉体１での反応状態および排ガス処理設備への影響を示す指標として、溶融スラグ４の炉体１内への注入時に発生したスラグフォーミングの高さと、炉体１におけるＣＯガスの発生状態（ガス排出口２５を通過する排ガスの流量および排ガスにおけるＣＯ＋ＣＯ２濃度から判定）を計測した。
結果の概要を表２に示す。【００８７】
【表２】
0006729720.tif 000003
【００８８】
比較例１〜３のいずれにおいても、浅底部１１ａがない電気炉では、注入周期が長くなり、１回あたり注入量が多くなるほど、フォーミング高さが大きくなっており、１回あたり注入量が多い比較例３では、スラグフォーミング高さが２５００ｍｍ以上に達した。
また、比較例１〜３のいずれにおいても、炉体１においてＣＯガスが急激に発生した。【００８９】
これは、注入直後の溶融スラグ４が溶融スラグ層５の下層にある溶鉄層６と接触し、溶融スラグ４に含まれるＦｅＯが溶鉄層６中の溶鉄に含まれるＣと急激に反応した結果、フォーミングが生じたためと考えられる。【００９０】
これに対して、実施例１〜２では、いずれも、同条件の比較例１、２に比べて、スラグフォーミングの高さが大幅に低下し、炉体１でのＣＯガスの発生が穏やかになった。
実施例３では、スラグフォーミング高さが一時６００ｍｍまで上昇したが、側壁２か所から炭材粉を３ｋｇ／ｍｉｎで３分間吹きこんだところ、３００ｍｍまで鎮静化した。この結果、最も注入周期が長く、１回あたり注入量が多い実施例３でも、スラグフォーミング高さを３００ｍｍに抑えることができた。
従って、本発明の第１の実施形態に係る炉体１は、浅底部１１ａを設けたことにより、スラグフォーミングの発生を抑制しつつ、従来よりも１回あたりのスラグ注入量を増大させることが可能になったといえる。【００９１】
一方、第２の実施形態に係る炉体１を使用した実施例４でも、スラグフォーミングの高さ（１６０ｍｍ）が、第１の実施形態に係る炉体１を使用した実施例１（９０ｍｍ）に比べてやや高いものの、同条件の比較例１（１２００ｍｍ）に比べると大幅に低下している。結果として、ＣＯガス発生が穏やかであった。従って、第２の実施形態に係る炉体１でも、浅底部１１ｂを設けたことにより、スラグフォーミングの抑制効果が十分に得られていることが実証された。【００９２】
ただし、実施例１〜４について操業を繰り返した結果、実施例１〜３では、浅底部１１ａの表面の耐火物が５０ｍｍ溶損するまでに、７００〜１０００チャージの操業が可能であったのに対し、実施例４では２００〜３００チャージの操業で、浅底部１１ｂの表面の耐火物が５０ｍｍ溶損した。従って、炉底１１の耐久性の面では、第１の実施形態に係る炉体１の方が有利であることも実証されたといえる。なお、第２の実施形態に係る炉体１には他の利点があることは既に述べた通りである。【００９３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明によれば、スラグ保持炉から注入された直後の溶融スラグと電気炉内の溶鉄層とが激しく混合されて大きなスラグフォーミングを生成することを防止できる電気炉を提供することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１          ：炉体
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
１０ａ      ：本体部
１０ｂ      ：張出部
１１        ：炉底
１１ａ      ：浅底部
１１ｂ      ：浅底部
１１ｃ      ：ステップ
１１ｄ      ：深底部
１２        ：炉壁
１３        ：炉蓋
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
２０        ：炉本体
２１        ：注ぎ口部
２５        ：ガス排出口
２６        ：スラグ投入口
２７        ：保持炉蓋
２８        ：スラグ注入路
２９        ：注ぎ口
３１        ：原料供給装置
３１ａ      ：還元材投入口
３３ａ      ：還元材投入口
３２        ：原料供給装置
３３        ：原料供給装置
４０        ：傾動装置
４４        ：傾動軸
１００      ：電気炉
【図１】
0006729720.tif 000004
【図２】
0006729720.tif 000005
【図３】
0006729720.tif 000006
【図４Ａ】
0006729720.tif 000007
【図４Ｂ】
0006729720.tif 000008
【図５】
0006729720.tif 000009
【図６】
0006729720.tif 000010
【図７】
0006729720.tif 000011
【図８】
0006729720.tif 000012
【図９】
0006729720.tif 000013
【図１０】
0006729720.tif 000014