技术领域
[0001] 本
发明涉及利用电弧而将
铁屑等
熔化的
电弧炉。
背景技术
[0002] 电弧炉（也称为“电炉”）主要是在将固体金属原料装入到炉内之后，插入
电极进行通电，从而利用电弧来熔化固体金属原料的设备，在作为典型的电弧炉的制
钢用电弧炉的情况下，作为原料而采用了铁屑、
直接还原铁（DRI）、以及在高温下对上述材料进行压
块（briquette）化得到的
热压块铁（HBI）、
生铁锭
铸铁块（铁锭）等。
[0003] 在这种电弧炉中，为了原料的熔化而消耗大量的电
力。然而，在电弧炉中，基于投入电力及
氧吹入
燃烧器等的全部输入热量中实际上用于熔化的热量占65%~75%左右，15%~25%左右的热量作为废气的
显热而被排出。
[0004] 因此，提出有很多如下方法：利用熔化过程中从炉产生的废气一边对碎铁进行预热一边进行熔化，从而尽量减少所需的电力。
[0005] 例如，在
专利文献1中公开有如下技术：不同于电弧炉地另外设置预热槽，在该预热槽中利用废气对原料进行预热，然后再将预热后的原料装入到电弧炉。
[0006] 另外，在专利文献2中公开有如下技术：将电弧炉的炉体自身作为预
热容器来使用，将从其他电弧炉排出的废气从上方导入，且从炉体侧部的多个排气口排出废气而对原料进行预热，然后，利用该炉体来进行电弧炉操作。
[0007] 专利文献1：日本特公昭59-52359号
公报[0008] 专利文献2：日本特开昭59-122886号公报
[0009] 然而，在专利文献1所公开的技术中存在如下问题点：由于需要设置预热槽这样的新设备，因此成本升高，除此之外，还需要利用
水冷管道而将废气导入到预热槽，从而无法充分利用废气的显热。另外，由于油等附着于原料，因此当将废气向原料供给时，会产生含有恶臭气味的白烟，在作业环境方面并非为优选。
[0010] 虽然在专利文献2的技术中不会产生这种问题点，但却存在如下问题点：当将电弧炉的炉体自身作为预热槽来使用时，在对原料进行预热的期间内无法进行电弧炉操作，从而效率较差。
发明内容
[0011] 本发明是鉴于这样的情形而完成的，其课题在于提供一种电弧炉，无需大幅变更原有的设备而以低成本同时进行原料的预热与电弧炉熔化。
[0012] 为了解决上述课题，本发明提供一种电弧炉，利用通过对电弧电极通电而形成的电弧来熔化原料，所述电弧炉的特征在于，具备：炉主体，其供被熔化的原料装入；
炉盖，其将炉主体的上部开口封闭；电弧电极，其从所述炉盖的上方插入到所述炉主体内，因被通电而形成电弧来熔化原料；以及排气口，通过该排气口而将所述炉主体内的废气排出，所述电弧电极在所述炉主体的水平面上配置为进行电弧加热的中心相对于所述炉主体的中心偏向侧方，所述排气口设置于与所述电弧电极的偏心方向相反的一侧的所述炉主体的
侧壁、且是所述原料所存在的范围的高度
位置，基于所述电弧电极进行电弧加热而产生的废气从装入到所述炉主体的原料之间通过而被从所述排气口排出。
[0013] 在本发明中，优选地，具备多个所述排气口，且能够对来自各排气口的排气
风量进行调节、或者能够切换排气口。另外，优选地，所述炉主体在装配有所述炉盖的状态下具有准密闭结构。另外，优选地，还具备
喷枪，该喷枪将O2气体吹入到利用来自所述电弧电极的电弧进行熔化而形成的熔融金属，并利用所述喷枪或其他喷枪来吹入炭材料。进而，优选地，还具备燃烧器，该燃烧器设置于所述炉主体的侧壁，对所述炉主体内的原料进行加热。进而，优选地，在所述炉主体的底部还具备气体吹入部件，该气体吹入部件用于将搅拌气体朝在所述炉体内因原料熔化而形成的熔融金属吹入。
[0014] 另外，优选地，进行如下操作：将原料一次全部装入，而不是追加装入。优选地，还3
具备设置于所述炉主体的侧方、且供体积
密度为1.0ton/m 以上的原料装入而使用的装入
3
腔，
体积密度为1.0ton/m 以上的原料从所述装入腔经由所述排气口而装入到所述炉主体。
在该情况下，优选地，所述装入腔设置为与所述炉主体的形成有所述排气口的侧壁相邻，利
3
用从所述排气口排出的废气来对被装入的体积密度为1.0ton/m 以上的原料进行预热。
[0015] 根据本发明，由于电弧电极在炉主体的水平面上配置为进行电弧加热的中心相对于炉主体的中心偏向侧方，从设置于与电弧电极的偏心方向相反的一侧的炉主体的侧壁、且是原料所存在的范围的高度位置的排气口进行炉主体内的排气，因此，通过电弧加热、或者通过基于喷枪的O2气体的供给以及利用燃烧器等而形成为高温的废气的热量被未熔化的原料吸收，从而有助于原料的预热，能够有效利用高温的气流而使电力消耗率降低。另外，仅需针对现有的电弧炉变更电弧电极的插入位置与排气口的位置，因此无需大幅变更原有的设备。
附图说明
[0016] 图1是示出本发明的一实施方式所涉及的电弧炉的垂直剖视图。
[0017] 图2是示出本发明的一实施方式所涉及的电弧炉的水平剖视图。
[0018] 图3A是用于对本发明的效果进行说明的示意垂直剖视图。
[0019] 图3B是用于对本发明的效果进行说明的示意水平剖视图。
[0020] 图4是示出本发明的其它实施方式所涉及的电弧炉的垂直剖视图。
[0021] 图5是示出本发明的又一其它实施方式所涉及的电弧炉的垂直剖视图。
[0022] 附图标记说明：
[0023] 1…炉主体；2…躯干部（
炉壳）；3…底部；4…炉盖；5…电弧电极；6…排气口；7…排气管道；7a…
缓冲器；8…风扇；9…熔融金属排出口；10…喷枪；11…燃烧器；12…电弧；20…装入腔；21…排气口；25…
推杆；30…气体吹入插塞；L…熔融金属；S…原料。
具体实施方式
[0024] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0025] 图1是示出本发明的一实施方式所涉及的电弧炉的垂直剖视图，图2是其水平剖视图。该电弧炉构成为交流式的制钢用电弧炉，并具备用于对铁屑等铁系原料进行电弧加热而使之熔化的炉主体1。炉主体1具有：呈圆筒状的水冷构造的躯干部（炉壳）2；以及内镶有耐火物的底部3。从减少
热损失的观点出发，优选躯干部2也内镶有耐火物。
[0026] 炉主体1的上部的开口被炉盖4封闭。在装配有炉盖4的状态下，3个电弧电极5从炉盖4的上方垂直地插入到炉主体1内的底部3附近。优选地，炉主体1在装配有炉盖4的状态下，将炉盖4与躯干部（炉壳）2的间隙、电极孔与电弧电极5的间隙以外的部分密封，形成为尽可能防止外部空气侵入的准密闭结构。另外，从减少热损失的观点出发，优选炉盖4的内侧被耐火物
覆盖。在将炉盖4及电弧电极5拆下的状态下由铲斗（bucket）进行碎铁等原料向炉主体1的装入。
[0027] 3个电弧电极5由
石墨构成，对电弧电极5通电，由此从其前端产生电弧而将铁屑等原料S熔化。这些电弧电极5在炉主体1的水平面上配置为基于这些电弧电极5进行电弧加热的中心相对于炉主体1的中心偏向侧方。
[0028] 另一方面，在与电弧电极5的偏心方向相反的一侧的炉主体1的侧壁，且在原料装入范围的高度位置设置有排气口6。排气口6沿炉主体1的周向设置有多个（在图中示出了3个的例子），利用风扇8将气体从排气口6经由排气管道7而输送至集尘设备（未图示）。在各排气口6的排气管道7设置有缓冲器7a，能够对来自各排气口6的排气风量进行调节，或者能够切换排气口6。由此，能够对原料S的预热进行调整。另外，在炉主体1的底部设置有将因电弧而熔化后的熔融金属排出的熔融金属排出口9。
[0029] 在炉主体1设置有用于进行O2气体的供给及炭材料的吹入的喷枪10。此外，虽然在图2中描画出两个喷枪10，但是喷枪10的个数并未受到限定。另外，虽然从喷枪10吹入O2气体与炭材料，但是也可以分别从不同的喷枪供给O2气体与炭材料。
[0030] 另外，在炉主体1的侧壁设置有燃烧器11。通过由燃烧器11产生的
燃烧热而促进熔化的进展较慢的区域中的原料S的熔化、且对因电弧电极5的偏置而残留的未被熔化的原料S进行补充熔化。此外，虽然在图2中描画出两个燃烧器11，但是燃烧器11的个数并未受到限定。
[0031] 接下来，对以该方式构成的电弧炉的操作进行说明。
[0032] 首先，在将炉盖4拆下的状态下，利用铲斗（未图示）而将原料S装入炉主体1内。作为原料S采用了铁屑、直接还原铁（DRI）、以及在高温下使上述铁屑、直接还原铁压块化得到的热压块铁（HBI）、生铁锭铸铁块（铁锭）、
汽车粉碎残渣（ASR）等。另外，除了这些固体原料以外，作为原料的一部分还能够另外装入其他铁液。
[0033] 接着，装配炉盖4，并将电弧电极5插入到炉主体内。也可以预先将电弧电极5装配于炉盖4，进而将炉盖4与电弧电极一体地装配于炉主体1。
[0034] 在该状态下，通过对电弧电极5通电而形成电弧12，从而将原料S熔化。此时，电弧电极5在炉主体1的水平面上配置为基于电弧电极5进行电弧加热的中心相对于炉主体1的中心偏向侧方。如图3A、图3B所示，首先，在相对于该炉主体1的中心偏向侧方的电弧加热的中心及其附近的区域M利用电弧12来熔化原料S，但是由于炉主体1内的与电弧电极5相反的一侧的区域N远离电弧电极5，因此，存在于区域N的原料S未被熔化。在该状态下，从在与电弧电极5的偏心方向相反一侧的炉主体1的侧壁、且是原料S所存在的高度位置设置的排气口6进行炉主体1内的排气，因此如图3A、图3B所示，通过电弧加热而形成为高温的废气流G通过未熔化的原料S的间隙而被从排气口6排出。因此，该高温的废气流G的热被原料S吸收，从而原料S被预热。
[0035] 当进行该电弧加热时，利用喷枪10来供给O2气体以辅助原料S的熔化。随着熔化的进行，若熔融金属L滞留于炉内，则从喷枪10向
熔渣中喷射作为辅助热源的炭材料从而向熔渣成型操作转移，将电弧电极5的前端埋入到熔渣中，并在熔渣内形成电弧12。作为该辅助热源的炭材料与被供给的氧发生反应，从而有利于促进原料S的熔化。
[0036] 这样，利用由电弧12进行加热、以及因电弧12而形成的熔融金属L的热量以及高温的气流G来将原料S熔化。此时，在炉主体1内的与电弧电极5相反的一侧的区域N利用高温的废气对原料S进行预热，并利用从熔融金属传导的热量来进行熔化。另外，考虑到整体的热平衡，优选地，在易于产生熔化残留的位置利用燃烧器11来对原料S进行辅助加热。并且，在所有原料S熔化后的时刻使炉主体1倾转而将熔融金属从熔融金属排出口9倒出。
[0037] 根据本实施方式，电弧电极5配置为基于该电弧电极5进行电弧加热的中心偏离炉主体1的中心，从设置于与电弧电极5的偏心方向相反一侧的炉主体1的侧壁、且是原料S所存在的高度位置的排气口6进行炉主体1内的排气，因此通过电弧加热而形成为高温的废气的热量被并未熔化的原料S吸收，从而有助于原料S的预热，能够有效利用高温的气流而减小电力消耗率。在现有的电弧炉中，由于使基于电弧电极进行加热的中心与炉主体的中心一致，且废气经由与炉盖连接的管道而朝上方排出，因此具有显热的高温的废气原封不动地排出到炉主体的外部，然而，在本实施方式中，能够将高温的废气的显热有效地用于进行预热直至原料S的熔化结束的熔化末期为止。另外，仅需针对现有的电弧炉变更电弧电极5的插入位置与排气口6的位置，因此无需大幅地变更原有的设备。
[0038] 在本实施方式中，如上所述，优选地，炉主体1在装配有炉盖4的状态下形成为准密闭结构。由此，易于形成从基于电弧电极5的熔化区域朝向排气口6的流动。通过以该方式形成为准密闭结构，使得由熔化产生的成分、来自喷枪10的氧气或从燃烧器11及微小的间隙导入的空气的量、与来自排气口6的排气量平衡。
[0039] 另外，优选排气口6的最下部的高度位置靠近熔融金属L的熔融金属表面，并优选距离熔融金属表面设
定位置500mm~1m的范围。通过将排气口6设置于这样的位置，高温的废气能够更长时间地在原料S中流动直至熔化末期为止，从而能够提高预热效果。
[0040] 为了最大限度发挥原料的预热效果，优选地，不进行在通常的电弧炉中所进行的原料的追加装入，而是一次便装入所有原料（一次装入）。为此，优选地，使炉主体1的高度比通常的电弧炉高2成~4成，且增
大底面积，从而使炉主体1的容积增大2倍左右。在例如70吨（ton）炉的情况下，将炉主体1的容积设为与140吨炉相当。也就是说，将现有的70吨炉的直径从5800mm变为7300mm。
[0041] 另外，从提高预热效果的观点来看，优选地，使由电弧电极5进行加热的中心的偏心量达到炉主体的直径的20%~30%左右。然而，从保护炉壁的观点来看，优选使电弧电极5与炉壁之间的分离程度与现有的交流路（多次装入炉）中电弧电极与炉壁之间的分离程度等同。
[0042] 然而，若为了进行一次装入而增大炉主体1的高度，则电弧电极5的长度必然增3
加，因此当装入原料时，体积密度较高的原料（1.0ton/m 以上，以下称为高密度原料）可能会使电弧电极5折损。为了防止这样的电弧电极5的折损，如图4所示，优选以与炉主体1相邻的方式设置供高密度原料S1装入而使用的装入腔20。另外，高密度原料的
比表面积较小，难以被氧化，因此如图所示，优选将装入腔20设置于炉主体1的侧壁的形成有排气口
6的部分。由此，能够无需担心氧化地利用从排气口6排出的废气对高密度原料进行预热。
在该情况下，如图所示，将炉内预热后的废气从排气口6向装入腔20排出，从而能够对装入腔20内的高密度原料S1进行预热，并从装入腔20的侧部的排气口21进行该装入腔20的排气。能够通过下部的排气口6并利用推杆25来进行高密度原料S1从装入腔20向炉主
3
体1内的装入。对体积密度较低的原料（不足1.0ton/m）而言，由于使电弧电极5折损的可能性较小，因此可以利用铲斗从炉主体1的上部开口装入原料。
[0043] 为了促进炉主体1内的与电弧电极5相反的一侧的原料S的熔化，如图5所示，优选在炉底3设置用于将搅拌气体吹入的气体吹入插塞30且利用气泡（gas bubble）来搅拌熔融金属L。
[0044] 实际上，根据本实施方式，通过进行电弧炉操作的结果而能够确认：与通常的电弧炉相比电力消耗率能够降低75kWh/t~100kWh/t左右。具体而言，明确了如下情况：相对于通常的电弧炉的单位电力消耗为350kWh/t~400kWh/t的情况，在本实施方式的电弧炉中，能够降低至250kWh/t~325kWh/t左右。
[0045] 此外，本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种
变形。例如，在不必担心原料S的熔化残留的情况下，无需设置燃烧器11。
[0046] 另外，在上述实施方式中，虽然示出了使用交流式电弧炉的例子，但是也可以是直流式电弧炉。在直流式电弧炉的情况下，由于采用通过设置炉底电极而对炉底电极与电弧电极之间施加
电压的方式，因此电弧电极的个数并未受到限定，只要至少有一个即可。
[0047] 进而，在上述实施方式中，虽然对制钢用的电弧炉进行了说明，但是不限于制钢用，也可以进行其他的金属的熔化。
[0048] 进而，在上述实施方式中，虽然从喷枪吹入炭材料，但是也可以将块状
焦炭、ASR作为炭材料而从炉盖4的装入口装入。
[0049] 进而，在制钢用电弧炉的情况下，可以与电弧电极同样地插入氧喷枪而进行氧吹炼。在该情况下，例如能够以构成正方形的3个
顶点的方式配置电弧电极5，并在剩余的一个顶点插入氧喷枪。
