(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側が鉄皮、内側が耐火物れんが壁で構成される炉壁を有する、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉であって、
少なくとも前記炉壁が炉内に貯留されるスラグに接する部位で前記炉壁の外周に配置されて前記鉄皮を冷却する冷却手段を備え、
前記耐火物れんが壁は、
前記スラグに接する部位に配置され、黒鉛含有率が３０質量％〜５０質量％である高熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがと、
前記スラグに接する部位以外に配置され、黒鉛含有率が１０質量％〜２５質量％である低熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがと
を含む、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉。
【請求項２】
前記鉄皮と前記耐火物れんが壁との間に、炭素含有率が５質量％以下の不定形耐火物が充填される、請求項１に記載の製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼スラグの溶融処理用の電気炉に関し、特に、外側が鉄皮、内側が耐火物れんが壁で構成される炉壁を有する、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶銑予備処理炉、転炉、電気炉、脱ガス炉等の各種窯炉で発生する製鋼スラグを溶融還元処理することによって有価物を回収し、さらにスラグ成分を調整して改質する方法が開発されている。製鋼スラグは、例えばＦｅＯを５質量％〜４０質量％含み、Ｃ／Ｓが１〜４程度である。ここで、Ｃ／Ｓとはスラグ中のＣａＯとＳｉＯ２の比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）を表したもので、塩基度とも呼ばれる。このような製鋼スラグを溶融還元処理の方法として、例えば特許文献１に記載された溶融還元炉や、特許文献２に記載されたアーク式電気炉などを使用する方法が知られている。
【０００３】
上記のような従来の技術の例によれば、製鋼スラグを溶融還元処理する直流アーク式電気炉は、スラグの装入口、出銑口、出滓口、炉蓋および炉蓋中央部から挿入される加熱用の黒鉛電極を有し、スラグの装入口には製鋼スラグを溶融状態で保持する装入炉が接続される。溶融還元処理では、溶融状態のスラグを直流アーク式電気炉に装入炉から断続的に装入し、アーク溶解しながら還元材およびスラグ改質材を添加する。スラグから回収された鉄を含む溶銑は炉の下部の出銑口から排出され、成分調整されたスラグは出滓口から排出される。スラグの成分調整は、例えば、ＦｅＯが１質量％以下、Ｃ／Ｓがスラグの用途によって０．５〜１．５程度になるように実施される。ここで、従来の直流アーク式電気炉の耐火物れんが壁には、ＭｇＯ−Ｃｒ２Ｏ３れんがが一般的に用いられている。スラグの溶融還元処理中はＣ／Ｓが大きく変動するため、高Ｃ／Ｓおよび低Ｃ／Ｓの両方のスラグに対して耐食性が優れるＭｇＯ−Ｃｒ２Ｏ３れんがが有利である。
【０００４】
一方、特許文献３には、外側が鉄皮、内側が耐火物れんが壁からなる炉壁を有する、金属くず等の原料を溶解する金属溶解用三相交流アーク炉が記載されている。特許文献３に記載された技術では、三相交流アーク炉でスラグが溶融する箇所であるホットスポット部の炉壁が、水ミストおよび空気からなる冷媒を発生する冷媒発生手段によって冷却される。このとき、ホットスポット部の耐火物れんがを炭素含有率が３０質量％〜５０重量％のＭｇＯ−Ｃ系耐火物からなる耐火物れんがとすることにより、効率的な冷却が可能になる。この結果、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物の損傷を抑制でき、その耐用性を大幅に向上できる。
【０００５】
また、電気炉以外で製鋼スラグへの耐食性が求められる窯炉として、転炉があげられる。転炉でスラグに接触する部分の炉壁には、一般的に黒鉛含有率が２０質量％以下のＭｇＯ−Ｃ系耐火物からなる耐火物れんがが用いられている。ここで、特許文献４によれば、ＭｇＯ−Ｃ系耐火物において、黒鉛含有率が高いと耐スポール性およびＭｇＯの耐溶解性が向上する一方で、製鋼スラグ中のＦｅＯへの耐酸化性は低くなるためにれんが全体としての損耗は増大する。非特許文献１には、上記のような性質のために、転炉でスラグに接触する部分には、黒鉛含有率が１１質量％〜１５質量％のＭｇＯ−Ｃ系耐火物からなる耐火物れんがを内張り施工することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１０５９１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２４４１７号公報
【特許文献３】特開平１１−２２３４６４号公報
【特許文献４】特開２００５−２１４５４８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】予稿集ＩＮＦＡＣＯＮ  Ｘ，“Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，ｐｐ．４６６−４７６，２００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
製鋼スラグを処理する際、従来の耐火物れんが壁であるＭｇＯ−Ｃｒ２Ｏ３れんがは、耐食性の面では有利であるが、スラグ成分を調整して改質する場合には、耐火物れんが壁の溶損によってスラグ中のＣｒ２Ｏ３濃度が高まるという問題が発生する。
【０００９】
これに対して、特許文献３では、交流式電気炉のホットスポット部の炉壁に炭素含有率が３０〜５０重量％のＭｇＯ−Ｃ系耐火物からなる耐火物れんがを用い、これを水ミストおよび空気からなる冷媒を発生する冷媒発生手段により冷却している。金属くずを溶解するための炉ではスラグの量も少ないことから、ホットスポット部の炉壁れんがの損耗は、輻射によって２０００℃を超える高温になったことによって、れんがを構成するＭｇＯ骨材と黒鉛とが反応して消失するＭｇＯ−Ｃ反応であると考えられる。この反応による損耗は、溶融スラグや溶融金属の有無に関わらずれんがの温度によって起き、れんがの温度を概ね１７００℃程度以下にすることで低減される。
【００１０】
しかしながら、製鋼スラグ処理用の直流電気炉ではスラグの量が多く、スラグに含まれるＦｅＯが多く（例えば５質量％〜４０質量％）、スラグのＣ／Ｓも高い（例えば１〜４）ことから、炉壁れんがの損耗は、製鋼スラグによるれんがの酸化および溶解によって発生する。従って、特許文献３のように水ミストおよび空気から成る冷媒を発生する冷媒発生手段を使用しても、熱伝達係数が小さいために冷却効果が十分ではない。つまり、製鋼スラグ処理用の直流電気炉でもそのような冷媒発生手段を使用して炉壁れんがを冷却することは可能であるが、１６００℃を超えるスラグに接している耐火物れんが壁の冷却には十分ではなく、従ってスラグに接するれんがの損耗を抑制できない。従って、特許文献３の技術を製鋼スラグ処理用の直流電気炉に適用することは困難である。
【００１１】
一方、転炉で発生するスラグは、製鋼スラグ処理用の直流電気炉が扱うスラグと同様に、スラグに含まれるＦｅＯが多く（例えば５質量％〜４０質量％）、スラグのＣ／Ｓも高い。しかし、転炉は密閉された直流電気炉とは異なり大気開放系の炉であることから、炉壁には、耐酸化性を重視した黒鉛含有率２０質量％以下の低黒鉛含有量のＭｇＯ−Ｃ系耐火物からなる耐火物れんがが用いられている。このように、製鋼スラグ処理用の直流電気炉において炉壁れんがの損耗を抑制して耐用性を改善するための技術は、いまだ提案されていない。
【００１２】
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、製鋼スラグ用の直流電気炉において耐火物れんが壁を構成する各部位のワークれんがの損耗を平準化させ耐用性を改善することが可能な、新規かつ改良された製鋼スラグの溶融処理用の電気炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
製鋼スラグを直流電気炉で溶融処理する際、スラグ中のＦｅＯは主に炭素質を含む還元材と反応してＦｅＯがＦｅに還元される。また、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３などを主成分とするスラグ改質材の添加によって、スラグのＣ／Ｓは０．５〜１．５程度に調整される。上述の通り、耐食性に優れたＭｇＯ−Ｃｒ２Ｏ３れんがを直流電気炉の炉壁に使用すると、Ｃｒ２Ｏ３が溶出し、上記のようなスラグの改質に影響を与える可能性がある。そこで、本発明者らは、ＭｇＯ−Ｃｒ２Ｏ３れんがを代替できるれんがとして、ＭｇＯ−Ｃれんがの可能性を検討した。
【００１４】
スラグ中のＦｅＯは、ＭｇＯ−Ｃれんがと接触すると、れんが中の黒鉛と反応して還元され、この還元に伴ってれんがが損耗する。ＭｇＯ−ＣれんがはスラグのＣ／Ｓが高ければ耐食性を有するが、スラグ改質材や低Ｃ／Ｓの製鋼スラグ、および改質後のスラグに対しては耐食性が劣る。従って、製鋼スラグ用の直流電気炉では通常ＭｇＯ−Ｃれんがは用いない。
【００１５】
しかし、本発明者らは、ＭｇＯ−Ｃれんがの背面を冷却することによってれんが表面にスラグの凝固層を形成させ、スラグ中のＦｅＯ、スラグ改質材、低Ｃ／Ｓの製鋼スラグおよび改質後のスラグによる損耗を低減できることを見出した。本発明者らは、さらに、この凝固層による損耗低減が、黒鉛含有率３０質量％〜５０質量％のＭｇＯ−Ｃれんがを用い、またれんが背面の冷却方法として水冷による強冷却を実施した場合に良好に実現されることを見出した。
【００１６】
上記のようなスラグの凝固層を利用した炉壁れんがの損耗抑制は、耐用性向上のために非常に有効である。しかしながら、これを実現するためには、溶融したスラグに接する部位のワークれんがの稼働面を、スラグの凝固開始温度以下に冷却する必要がある。そのための冷却手段としては水冷が有効であるが、ワークれんが全体を一様に水冷すると、メタルと接触する部分（メタル部）のワークれんが、および溶融物と接触しない部分（フリーボード部）のワークれんがについては、冷却しなくても溶損による損耗が小さいため、過剰な冷却は熱ロスになる。
【００１７】
そこで、ワークれんが全体の背面を水冷構造とした上で、スラグに接する部位のワークれんがについては黒鉛含有率を高めて高熱伝導性とし、耐スラグ性および冷却効果を高める。一方、スラグに接する部位以外のワークれんがについては黒鉛含有率をある程度低くすることで熱伝導性を低下させ、過剰な水冷による熱ロスを抑制することとした。
【００１８】
すなわち本発明は、下記構成を特徴とする。
（１）外側が鉄皮、内側が耐火物れんが壁で構成される炉壁を有する、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉であって、少なくとも炉壁が炉内に貯留されるスラグに接する部位で炉壁の外周に配置されて鉄皮を冷却する冷却手段を備え、耐火物れんが壁は、スラグに接する部位に配置され、黒鉛含有率が３０質量％〜５０質量％である高熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがと、スラグに接する部位以外に配置され、黒鉛含有率が１０質量％〜２５質量％である低熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがとを含む、製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉。
（２）鉄皮と耐火物れんが壁との間に、炭素含有率が５質量％以下の不定形耐火物が充填される、（１）に記載の製鋼スラグの溶融還元処理用の電気炉。
【００１９】
上記の構成では、スラグに接する部位のワークれんがに、製鋼スラグに対する耐食性を優先して高熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがを使用する。高熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがは、炉壁の外部からの冷却によって稼働面の温度を十分に低下させて耐食性を高めるため、黒鉛含有率を３０質量％〜５０質量％とする。黒鉛含有率が３０質量％未満では稼働面の温度が十分に下がらないために耐食性が不足する可能性がある。一方、黒鉛含有率が５０質量％を超えると、稼働面の温度が耐食性を得るのに必要な程度を超えて低下するため、結果的に熱ロスが大きくなってしまう。
【００２０】
一方、スラグに接する部位以外、すなわちメタル部およびフリーボード部のワークれんがは、黒鉛含有率が１０質量％〜２５質量％の低熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがとする。上述の通り、この部位では炉壁の稼働面の冷却はさほど必要ではないため、ワークれんがの熱伝導性を高める必要はなく、むしろ熱ロスを少なくするために熱伝導性は低い方が望ましい。ただし、黒鉛含有率が１０質量％未満では、相対的にマグネシアの含有量が多くなるためにワークれんがの熱膨張が顕著になり、耐スポーリング性が不足して剥離による損傷が大きくなる可能性がある。従って、スラグに接する部位以外でも、ＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率は１０質量％以上とする。また、黒鉛含有率を高めて耐スポーリング性が有意に改善するのは黒鉛含有率が２５質量％程度までであり、それ以上に黒鉛含有率を高めても熱ロスの増大の方が顕著である。従って、スラグに接する部位以外ではＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率を２５質量％以下とする。
【００２１】
なお、本明細書でいうスラグに接する部位とは、電気炉の炉壁において操業中にスラグに接する可能性がある部分をいう。操業中、電気炉内では下層に溶融鉄（メタル）が貯留され、その上層にスラグが貯留された状態で、スラグの溶融還元処理が進行する。このとき、スラグに含まれるＦｅＯが還元されることによって生じたＦｅが溶融鉄の層に移行することによって、スラグとメタルとの界面は上昇する。また、出銑口から溶融鉄が排出されれば、スラグとメタルとの界面は低下する。従って、操業中にスラグに接する可能性がある部分の下限は、平均的な操業状態におけるスラグとメタルとの界面から、出銑口の高さや溶融鉄の排出の実施条件などを考慮した所定の高さだけメタル側に下降した位置になる。例えば、この下限の位置は、平均的なスラグとメタルとの界面から、メタル側へ１００ｍｍ程度下がった位置でありうる。
【００２２】
一方、操業中に電気炉内に貯留されるスラグの湯面も、処理の進行に伴って変動する。より具体的には、装入炉から新たにスラグが装入されれば、スラグの湯面は上昇する。また、スラグの下層にある溶融鉄の層から出銑口を経由して溶融鉄が排出されたり、出滓口からスラグ自体が排出されたりすれば、スラグの湯面は下降する。従って、操業中にスラグに接する可能性がある部位の上限は、平均的な操業状態におけるスラグの湯面から、スラグの装入速度や、溶融鉄およびスラグの排出の実施条件などを考慮した所定の高さだけ上昇した位置になる。
【００２３】
なお、以下の説明では、スラグに接する可能性がある部分の上限よりも上の炉壁の部分を、フリーボード部ともいう。同様に、以下の説明では、スラグに接する可能性がある部分の下限よりも下であって炉床面よりも上の炉壁の部分、すなわち専らメタルに接する炉壁の部分を、メタル部ともいう。
【００２４】
また、電気炉において炉壁の鉄皮を冷却する冷却手段を設けた場合、鉄皮とワークれんが間の密着性を上げて熱伝導性を確保するために、鉄皮とワークれんがとの隙間にスタンプ材などの不定形耐火物を充填する。ただし、黒鉛電極から鉄皮への漏電を防止するために、ある程度の電気抵抗を有する不定形耐火物を充填する必要がある。基本的には、黒鉛電極からの放電は溶融された金属を通じて導電性のより高い炉底の陽極れんがに向かうため、完全に絶縁とする必要はなく、相対的に絶縁性が高ければ十分なレベルである。従って、従来のスタンプ材等の不定形耐火物を使用することができる。しかし、より確実に漏電を防止する必要がある場合には、導電性を抑制するために、充填される不定形耐火物の炭素含有率を５質量％以下としてもよい。あるいは、充填される不定形耐火物は炭素を含有しなくてもよい。また、鉄皮とワークれんが間の熱伝導性を最大化するためには、不定形耐火物のライニング厚は１００ｍｍ以下、より好ましくは７０ｍｍ以下とするのがよい。さらに高い熱伝導性が必要な場合には、熱伝導率の高い緻密な組織が形成されやすいことから、不定形耐火物をスタンプ材とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
以上で説明したように、本発明によれば、製鋼スラグ用の直流電気炉において耐火物れんが壁を構成する各部位のワークれんがの損耗を平準化させ耐用性を改善することができ、さらにスラグに接する部位以外での冷却の熱ロスを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例に係る製鋼スラグの溶融処理用の直流電気炉の概略的な縦断面図である。
【図２】図１に示す電気炉を用いた操業の結果から算出されたコストを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態および実施例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。
【００２８】
本発明で使用される炉壁用のＭｇＯ−Ｃれんがは、転炉や電気炉などで一般的に使用されるＭｇＯ−Ｃれんがを使用することができる。ただし、既に説明したように、炉内に貯留されるスラグに接する部位には、黒鉛含有率が３０質量％〜５０質量％の高熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがを、スラグに接する部位以外には、黒鉛含有率が１０質量％〜２５質量％の低熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがを、それぞれ配置する。
【００２９】
また、本発明で使用されるＭｇＯ−Ｃれんがにおいて、黒鉛以外の残部成分はマグネシア（ＭｇＯ）であるが、黒鉛およびマグネシア以外にアルミニウムやシリコン等の金属、Ｂ４Ｃなどの金属炭化物、カーボンブラック、有機バインダーおよびピッチのうち１種以上を７質量％以下で含有してもよい。
【００３０】
また、炉壁のワークれんがと鉄皮との間に配置する不定形耐火物として、スタンプ材、圧入材、あるはモルタルなどを充填することができる。緻密性を高めて熱伝導率をより高くしたい場合にはスタンプ材を用いてもよい。必要に応じて絶縁性を高める場合には、不定形耐火物における黒鉛、炭化珪素などの炭素成分を５質量％以下とするか、炭素成分を含有しないことが好ましい。また、不定形耐火物は、ワークれんがとの過剰な反応を抑制する必要がある場合にはマグネシア系としてもよい。
【００３１】
炉床の陽極れんがは、陰極電極の真下に位置する部位である炉床のほぼ中央部に配置され電気伝導性と耐食性の面から、タールまたはピッチを含浸した焼成ＭｇＯ−Ｃれんがとすることが好ましい。より具体的には、炉床の陽極用のＭｇＯ−Ｃれんがとしては、鱗状黒鉛を１０質量％〜３０質量％程度含有し、８００℃以上で熱処理した後にタールまたはピッチを含浸したものを使用することができる。陽極用のＭｇＯ−Ｃれんがと電極との間のカーボン系スタンプ材は、導電性を確保するために、カーボン系スタンプ材を使用する。このスタンプ材には、通常の電気炉等で使用されているカーボン系スタンプ材を使用することができる。より具体的には、炭素含有率が７０質量％〜９９質量％のスタンプ材を使用することができる。
【００３２】
炉床の陽極以外の部分のれんがは、スラグに接触することがないため、耐スラグ性は求められない。また、黒鉛は金属に溶解しやすいため、炉床の陽極以外の部分には、溶融金属に対する耐食性に優れるＭｇＯれんがを配置することが好ましい。より具体的には、炉床のＭｇＯれんがは、一般的に転炉や電気炉などのパーマれんがとして使用されているものを使用することができる。すなわち、ＭｇＯ含有率が９０質量％以上で黒鉛を含有せず、１０００℃以上で焼成されたものである。なお、炉床れんがの湯当たり部の損耗が大きい場合には、湯当たり部をＭｇＯ−Ｃれんがとすることで損耗を抑制することができる。この場合、耐磨耗性および耐熱衝撃性を考慮して、黒鉛含有率が１０質量％〜２５質量％以下のものを使用することが望ましい。
【実施例】
【００３３】
図１は、本発明の一実施例に係る製鋼スラグの溶融処理用の直流電気炉の概略的な縦断面図である。図１を参照すると、電気炉１では鉄皮１０の内側に不定形耐火物１３がライニングされており、さらにその内側に炉壁のワークれんがが配置されている。ワークれんがは、上からフリーボード部に配置される低熱伝導性れんが３（３段）、スラグに接する部位に配置される高熱伝導性れんが４（４段）、およびメタル部に配置される低熱伝導性れんが５（２段）を含む。ここで、フリーボード部およびメタル部に配置される低熱伝導性れんが３，５は、いずれも鱗状黒鉛を２０質量％含有するＭｇＯ−Ｃれんがである。また、スラグに接する部位に配置される高熱伝導性れんが４は、鱗状黒鉛を４０質量％含有するＭｇＯ−Ｃれんがである。なお、スラグを排出するための出滓口、および溶融鉄を排出するための出銑口については図示されていない。
【００３４】
電気炉１では、炉底に近い部分を除いて、炉壁の外周には水冷ジャケット１１が設置される。炉壁のワークれんがと水冷ジャケット１１との間に充填される不定形耐火物１３は、炭素を含有しないシリカ系ボンドのマグネシア材質スタンプ材であり、約５０ｍｍの厚さを有する。炉床の中央部（黒鉛電極の真下）には陽極れんが６としてタール含浸ＭｇＯ−Ｃれんがが配置され、その周囲に炉床れんが７として焼成ＭｇＯれんがが配置されている。なお、陽極れんが６には、黒鉛含有率が２３質量％のタール含浸ＭｇＯ−Ｃれんがを使用した。陽極れんが６とその下側の電極との間には、炭素含有率９５質量％のカーボン系スタンプ材９が充填されている。
【００３５】
なお、上記のように、炉床の湯当たり部にＭｇＯ−Ｃれんがを配置する場合には、漏電を防止するため、炉壁のＭｇＯ−Ｃれんがとの間に、ＭｇＯれんがあるいはスタンプ材などを介在させることが望ましい。
【００３６】
図中において、ラインＡは、操業中に想定される最も高いスラグの湯面の位置を示す。また、ラインＢは、操業中に想定される最も低いスラグと溶融鉄との界面の位置を示す。従って、電気炉の炉壁において操業中にスラグに接する可能性がある部分は、ラインＡとラインＢとの間の範囲になる。
【００３７】
本発明の実施形態に係る電気炉では、炉壁の外周に配置される冷却手段（電気炉１の場合は水冷ジャケット１１）が、少なくとも上記のラインＡとラインＢとの間の範囲をカバーする。既に説明したように、少なくともこの範囲では、冷却手段による炉壁の冷却によって稼働面の温度を十分に低下させて耐食性を高める必要があるためである。冷却手段は、上記の範囲以外には配置されなくてもよい。その場合も、スラグに接する部位以外に配置されるワークれんがを上述したような低熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがにすれば、炉内雰囲気またはメタルの熱が鉄皮伝わってダメージを与えることを防止できる。
【００３８】
あるいは、操業の安定性を重視する場合、スラグに接する部位以外にも冷却手段を配置してもよい。この例として、電気炉１では、フリーボード部の全体と、メタル部の炉底に近い部分を除く一部にも、水冷ジャケット１１が配置されている。この場合にも、スラグに接する部位以外に配置されるワークれんがを上述したような低熱伝導性のＭｇＯ−Ｃれんがにすることによって熱ロスを低減する効果が得られることは、既に説明した通りである。
【００３９】
次に、上記のような電気炉１を使用した操業における、炉壁のワークれんがの黒鉛含有率と耐用性との関係について実験した結果について説明する。実施例および比較例として行った実験では、図１に示した電気炉１において、溶融スラグ（ＣａＯを４５質量％、ＳｉＯ２を１５質量％、ＦｅＯを１５質量％（Ｆｅも含む）、その他の成分を２５質量％含む）を装入しながら、１６５０℃の温度で溶融還元処理を４０時間行った後、各部位におけるれんがの平均損耗寸法（ｍｍ）を測定した。フリーボード部、スラグに接触する部分（スラグライン）、およびメタル部について、それぞれワークれんがの黒鉛含有率を変化させ、それぞれの部位におけるれんがの損耗量と、熱ロス、および耐スポール性を測定した。なお、ＭｇＯ−Ｃれんがは、黒鉛以外に、アルミニウムを２質量％、炭化ホウ素を０．５％、および非晶質カーボンを２質量％含み、残部がマグネシアからなる。表１に、実験の結果を示す。なお、レンガの損耗量は、実施例１における各部位の平均損耗寸法（ｍｍ）を１００とする指数によって表示されている。損耗量の指数は、小さいほど損耗量が小さいことを示す。同様に、熱ロスも、実施例１を１００とした指数によって表示されている。熱ロスの指数は、小さいほど熱ロスが少ないことを示す。
【００４０】
【表１】
0006429190.tif 000002
【００４１】
表１に示された例のうち、実施例１〜実施例３は、スラグに接する部位のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有量が３０質量％〜５０質量％の範囲で異なる例である。いずれの例でも損耗量は小さく、良好な耐用性が得られている。一方、比較例１は、スラグに接する部位のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率を２０質量％とした例である。比較例１では熱ロスが実施例１よりも少なくなるものの、炉壁の稼働面の冷却が不十分であるため、ＭｇＯ−Ｃれんがの損耗量が大きい。比較例２は、スラグに接する部位のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率を６０％とした例である。比較例２では、例えば実施例３（同部位の黒鉛含有率が５０質量％）と比較して損耗量にほとんど差が見られないにもかかわらず、熱ロスが増大している。
【００４２】
実施例４および実施例５は、フリーボード部のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率が１０質量％〜２５質量％の範囲で異なる例である。いずれの例でも損耗量は小さく、良好な耐用性が得られている。なお、実施例４ではフリーボード部に軽微なスポールの発生が認められたが、最大損耗部位と比較して損耗は小さいため、問題はないと考えられる。ただし、操業の安定性を重視する場合には、より耐スポール性の高い高黒鉛含有率のウェアれんがを用いた耐火物ライニングの方が好ましい。一方、比較例３は、フリーボード部のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率を５質量％とした例である。比較例３では、スポーリングによる剥落が顕著になったために損耗量が大きく、耐用性が低下している。比較例４は、フリーボード部のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率を４０質量％とした例である。比較例４では、例えば実施例５（同部位の黒鉛含有率が２５質量％）と比較して損耗量にほとんど差が見られないにもかかわらず、熱ロスが増大している。
【００４３】
実施例６および実施例７は、メタル部のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率が１０質量％〜２５質量％の範囲で異なる例である。いずれの例でも損耗量は小さく、良好な耐用性が得られている。なお、実施例６において、メタル部に軽微なスポールの発生が認められたが、最大損耗部位と比較して損耗は小さいため、問題はないと考えられる。ただし、操業の安定性を重視する場合には、より耐スポール性の高い高黒鉛含有率のウェアれんがを用いた耐火物ライニングの方が好ましい。一方、比較例５は、メタル部のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率を５質量％とした例である。比較例５では、スポーリングによる剥落が顕著になったために損耗量が大きく、耐用性が低下している。比較例６は、メタル部のＭｇＯ−Ｃれんがの黒鉛含有率を４０質量％とした例である。比較例６では、例えば実施例７（同部位の黒鉛含有率が２５質量％）と比較して損耗量にほとんど差が見られないにもかかわらず、熱ロスが増大している。また、電気炉１では、メタル部のうち炉底に近い部分では、炉壁の外周に水冷ジャケット１１が設置されていない。従って、比較例６では、この部分でワークれんが背面の鉄皮１０の温度が許容範囲を超え、鉄皮１０へのダメージが発生した。
【００４４】
図２は、表１に示した本発明の実施例および比較例におけるれんがの損耗量および熱ロスに基づいて算出された操業コストを、実施例１を１００とした指数で示す図である。図２を参照すると、実施例におけるコストはいずれも比較例を下回っており、本発明の実施形態に係る電気炉が従来の電気炉に比べて低いコストで操業可能であることがわかる。
【００４５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態および実施例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】
【００４６】
１    電気炉
３，５    低熱伝導性れんが
４    高熱伝導性れんが
６    陽極れんが
７    炉床れんが
９    スタンプ材
１０    鉄皮
１１    水冷ジャケット
１３    不定形耐火物
【図１】
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【図２】
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