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公開番号2025097488
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-01
出願番号2023213707
出願日2023-12-19
発明の名称金属溶解方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人樹之下知的財産事務所
主分類C21C 5/52 20060101AFI20250624BHJP(鉄冶金)
要約【課題】電磁攪拌装置を用いる電気炉において、還元鉄をより効率よく短時間で溶解させることが可能な金属溶解方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る金属溶解方法は、少なくとも1本の上部電極と、炉体の側面または上面に設けられた原料投入管と、炉底下面に設けられた電磁攪拌装置と、を備える電気炉における金属溶解方法であって、上記原料投入管より溶解原料を湯面に投入する投入工程と、上記溶解原料を炉内に供給しながらアークを熱源として上記溶解原料を溶解する溶解工程と、上記電磁攪拌装置が印加した電磁攪拌力によって、投入された上記溶解原料が溶鉄の湯面に到達した位置から、炉内の高温領域に向かうような、上記溶鉄の流れを形成する流れ形成工程を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１本の上部電極と、炉体の側面または上面に設けられた原料投入管と、炉底下面に設けられた電磁攪拌装置と、を備える電気炉における金属溶解方法であって、
前記原料投入管より溶解原料を湯面に投入する投入工程と、
前記溶解原料を炉内に供給しながらアークを熱源として前記溶解原料を溶解する溶解工程と、
前記電磁攪拌装置が印加した電磁攪拌力によって、投入された前記溶解原料が溶鉄の湯面に到達した位置から、炉内の高温領域に向かうような、前記溶鉄の流れを形成する流れ形成工程と、
を含む金属溶解方法。
続きを表示（約 650 文字）【請求項２】
前記電磁攪拌装置によって前記溶鉄に作用する電磁力の水平成分の方向を第１の方向とするとき、
前記溶鉄の浴深をＨ（ｍ）、前記電磁攪拌装置の周波数をｆ（Ｈｚ）、前記溶鉄の透磁率をμ（Ｈ／ｍ）、前記溶鉄の導電率をσ（×１０
６
Ｓ／ｍ）としたとき、以下の式（i）を満足する場合、前記溶解原料が前記溶鉄の湯面に到達する位置が、前記電気炉の炉中心よりも、前記第１の方向の前記溶鉄の流れの上流側に位置し、式（i）を満足しない場合、前記溶解原料が前記溶鉄の湯面に到達する位置が、前記電気炉の炉中心よりも、前記第１の方向とは反対側である第２の方向の前記溶鉄の流れの上流側に位置する、請求項１に記載の金属溶解方法。
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【請求項３】
前記溶解工程において、
前記炉内の前記溶鉄の浴深Ｈ（ｍ）が式（i）を満足しなくなるタイミングで、前記電磁攪拌装置によって前記溶鉄に作用する電磁力の水平成分の方向を逆転させる、請求項２に記載の金属溶解方法。
【請求項４】
前記投入工程において、
前記炉内の前記溶鉄の浴深Ｈ（ｍ）が式（i）を満足しなくなるタイミングで、前記溶解原料が前記溶鉄の湯面に到達する位置を、炉中心よりも、前記第１の方向の前記溶鉄の流れの上流側から、前記第２の方向の前記溶鉄の流れの上流側に変更する、請求項２に記載の金属溶解方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属溶解方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
高炉法で製造される鉄源は、鉄鉱石をコークスで還元して製造するため、ＣＯ
２
発生量が多い。ＣＯ
２
発生量削減を図る手段として、電気炉で還元鉄を溶解して溶銑を製造し、既存の転炉を中心とする製鋼プロセスを利用して溶鋼を製造する方法がある。電気炉での溶鋼の製造に係る生産性の向上には、還元鉄の溶解速度の高速化が重要である。還元鉄の溶解は、電気炉の炉中心に設けられた上部電極から溶鉄の表面にかけて生じるアークによって行われる。したがって、溶鉄の温度は炉中心付近が最も高く、還元鉄の溶解速度を高めるためには、炉中心付近の高温スポットに還元鉄を投入することが好ましい。
【０００３】
しかしながら、炉中心付近には上部電極が存在しているため、還元鉄を投入する原料投入管を炉中心に設置するのは必ずしも容易ではない。そのため、原料投入管を炉中心から離れた位置に設置せざるを得ない場合も多い。そのような場合、還元鉄は投入された後に溶鉄の流動によって高温スポットに運搬されることが好ましい。溶鉄を流動させる利点としては、還元鉄の運搬のほか、溶鉄の温度の均一化や、還元鉄への熱供給の促進が挙げられる。特許文献１には、電気アーク炉の底部の下に電磁攪拌装置が配置され、電気アーク炉内の溶融金属が攪拌されることによって、当該溶融金属が残りの溶湯と混合される技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２０－５０５５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでのような電気炉を用いた還元鉄の溶解において、電磁攪拌装置を用いても、溶鉄の生産性が十分に向上されていないという課題があった。特許文献１においては、電磁攪拌装置による攪拌流が、溶鉄の界面に浮遊する還元鉄の運搬や昇温にどのように影響を及ぼすかは不明である。また、還元鉄の溶解効率をより向上させるような、電磁攪拌装置による電磁力の印加の向きや強さ等も不明である。つまり、還元鉄を溶解する電気炉の操業において、電磁攪拌条件に関する適正な条件に関しては不明な点が多い。
【０００６】
そこで本発明は、電磁攪拌装置を用いる電気炉において、還元鉄をより効率よく短時間で溶解させることが可能な金属溶解方法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】
【０００７】
［１］少なくとも１本の上部電極と、炉体の側面または上面に設けられた原料投入管と、炉底下面に設けられた電磁攪拌装置と、を備える電気炉における金属溶解方法であって、上記原料投入管より溶解原料を湯面に投入する投入工程と、上記溶解原料を炉内に供給しながらアークを熱源として上記溶解原料を溶解する溶解工程と、上記電磁攪拌装置が印加した電磁攪拌力によって、投入された上記溶解原料が溶鉄の湯面に到達した位置から、炉内の高温領域に向かうような、上記溶鉄の流れを形成する流れ形成工程と、を含む金属溶解方法。
［２］上記電磁攪拌装置によって上記溶鉄に作用する電磁力の水平成分の方向を第１の方向とするとき、上記溶鉄の浴深をＨ（ｍ）、上記電磁攪拌装置の周波数をｆ（Ｈｚ）、上記溶鉄の透磁率をμ（Ｈ／ｍ）、上記溶鉄の導電率をσ（×１０
６
Ｓ／ｍ）としたとき、以下の式（i）を満足する場合、上記溶解原料が上記溶鉄の湯面に到達する位置が、上記電気炉の炉中心よりも、上記第１の方向の上記溶鉄の流れの上流側に位置し、式（i）を満足しない場合、上記溶解原料が上記溶鉄の湯面に到達する位置が、上記電気炉の炉中心よりも、上記第１の方向とは反対側である第２の方向の上記溶鉄の流れの上流側に位置する、［１］に記載の金属溶解方法。
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［３］上記溶解工程において、上記炉内の上記溶鉄の浴深Ｈ（ｍ）が式（i）を満足しなくなるタイミングで、上記電磁攪拌装置によって上記溶鉄に作用する電磁力の水平成分の方向を逆転させる、［２］に記載の金属溶解方法。
［４］上記投入工程において、上記炉内の上記溶鉄の浴深Ｈ（ｍ）が式（i）を満足しなくなるタイミングで、上記溶解原料が上記溶鉄の湯面に到達する位置を、炉中心よりも、上記第１の方向の上記溶鉄の流れの上流側から、上記第２の方向の上記溶鉄の流れの上流側に変更する、［２］に記載の金属溶解方法。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成によれば、電磁攪拌装置を用いる電気炉において、炉内に投入された還元鉄が、より高温領域に到達しやすい。そのため、還元鉄をより効率よく短時間で溶解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る電気炉の断面図である。
図１に示した電気炉のII－II線断面図である。
湯面における溶鉄の流れの、浴深による違いを説明するための図である。
数値解析の結果得られた、電磁攪拌装置からの深さ方向の距離に対する電磁力の分布の例を示すグラフである。
溶鉄の平均流速の攪拌方向成分と、減衰係数および浴深との関係を示すグラフである。
湯面における溶鉄の流速分布を数値解析した結果を示す図である。
還元鉄の投入位置と還元鉄の溶解時間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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した説明を省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

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