电阻炉的运用方法与流程

本发明涉及通过向各电极供电而熔融炉体内的原料来连续制造合金的电阻炉的运用方法。

背景技术：

作为以往使用的这种方法，能够列举例如下述专利文献1等中所示的电弧炉的构成。即，在以往的方法中，基于由装配于炉体的温度传感器检测的检测温度检测炉体内的耐火材料层的剩余厚度。然后，炉体内生成的所有熔融金属从炉体浇注出而使炉体清空后，对耐火材料层的剩余厚度变少的部位进行修补。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-94264号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

在如上所述的以往方法中，清空炉体后对耐火材料层的剩余厚度变少的部位进行修补。这种以往方法不能适用于在电阻炉中连续操作的情况，即，不能适用于连续或断续地向炉体供给原料且不清空炉体地连续制造合金的情况。

本发明是为了解决如上所述问题而提出的，其目的在于提供一种能够延长连续制造合金的电阻炉的炉体寿命的电阻炉运用方法。

用于解决问题的方案

本发明的电阻炉的运用方法为通过向各电极供电而熔融炉体内的原料来连续制造合金的电阻炉的运用方法，电阻炉包含：炉体；多个电极，相互分离地配置并且能够升降地设置且从炉体的上方插入炉体的内部；以及多个温度传感器，在沿炉体的周向以及高度方向相互分离的多个温度检测位置分别检测炉体的温度，所述电阻炉的运用方法包含：在开始电阻炉的操作之前，规定与由温度传感器检测的温度对应的多个管理类别，并且对各管理类别分配管理作业的步骤；在开始电阻炉的操作之后，判断由各温度传感器检测的检测温度与多个管理类别中的哪个管理类别对应的步骤；以及在判断检测温度所对应的管理类别之后，进行分配于该管理类别的管理作业的步骤，管理作业具有抑制检测温度上升的温度检测位置的耐火材料的侵蚀以及促进该温度检测位置的自内衬的形成的至少一个作用。

发明效果

根据本发明的电阻炉的运用方法，在判断检测温度所对应的管理类别后，进行分配于该管理类别的管理作业，由于管理作业具有抑制检测温度上升的温度检测位置的耐火材料的侵蚀以及促进该温度检测位置的自内衬的形成的至少一个作用，因此，能够延长连续制造合金的电阻炉的炉体的寿命。

附图说明

图1是表示实施本发明实施方式1的电阻炉的运用方法的电阻炉的构成的剖面图。

图2是沿图1的ⅱ-ⅱ线的电阻炉的剖面图。

图3是用于说明本实施方式的电阻炉的运用方法中所使用的管理类别的说明图。

图4是表示本实施方式的电阻炉1的运用方法的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。

实施方式1

图1是表示实施本发明实施方式1的电阻炉运用方法的电阻炉的构成的剖面图，图2是沿图1的线ⅱ-ⅱ的电阻炉的剖面图。如图1及图2所示，在电阻炉1设置有炉体10、炉盖11、多个供给单元12、多个电极13、多个冷却单元14以及多个温度传感器15。需要说明的是，供给单元12、电极13、冷却单元14以及温度传感器15等在电阻炉1中所包含的构成要素的数量不限于图1及图2所示的数量，能够根据炉体10的大小等进行适当的变更。

炉体10是用于熔融原料并制造铬铁合金和其他合金铁等合金的容器。在炉体10设置有铁皮100、第一～第五耐火材料层1011～1015以及浇注部102。铁皮100是设置于炉体10的最外侧的杯状的容器体。第一～第五耐火材料层1011～1015分别由设置于铁皮100的内侧的耐火材料构成。第一耐火材料层1011与铁皮100接触地配置。第二耐火材料层1012、第三耐火材料层1013、第四耐火材料层1014以及第五耐火材料层1015按照该顺序沿炉体10的径向设置于第一耐火材料层1011的内侧。即，第五耐火材料层1015构成由配置于炉体10的最内侧的耐火材料形成的最内层。各层的耐火材料能够通过例如由碳膏、镁铬(magnesiachromite)形成的耐火砖等构成。

在本实施方式中，第三耐火材料层1013被作为不允许侵蚀层处理。所谓不允许侵蚀层是配置于最内层的外侧的耐火材料层，被规定为以该耐火材料层不被侵蚀(熔损)的方式进行电阻炉1的操作。如后文中的详细说明，假设不允许侵蚀层要被侵蚀或已被侵蚀的情况下，即使合金的生产效率降低也要优先保护炉体10而进行电阻炉1的操作。

浇注部102连通第五耐火材料层1015的内侧和铁皮100的外侧，在炉体10内制造的合金从该浇注部102浇注到例如浇包等其他容器。

炉盖11为用于覆盖炉体10的上部开口的盖体。在炉盖11设置有与供给单元12以及电极13对应的开口部。

各供给单元12在如图2所示相互分离的多个供给位置12a穿过炉盖11的开口部从炉体10的上方向炉体10内分别供给原料及助熔剂。供给单元12有时也称为滑槽(chute)。

各电极13是如图2所示相互分离设置并穿过炉盖11的开口部从位于炉体10的上方的料仓(silo)(贮矿室)插入炉体10的内部的棒状构件，通过向这些电极13供电，炉体10内的原料熔融而制造合金。各电极13通过众所周知的构成设置为能够升降。此外，供给到各电极13的电力能够各自进行控制。

冷却单元14在相互分离的多个冷却位置分别冷却炉体10，例如能够由从水冷套(watercoolingjacket)或喷嘴对铁皮100进行喷雾的装置等构成。在本实施方式中，各冷却位置设置于炉体10的外表面，并且沿炉体10的高度周向及高度方向相互分离。各冷却单元14对炉体10的冷却量能够各自进行控制。

温度传感器15分别在沿炉体的周向及高度方向相互分离的多个温度检测位置检测炉体10的温度，能够由例如热电偶等构成。具体而言，温度传感器15设置于作为不允许侵蚀层的第三耐火材料层1013的内部，检测第三耐火材料层1013的温度。温度传感器15在第三耐火材料层1013的内部检测温度的位置是任意的，但是优选温度传感器15检测沿炉体10的径向的第三耐火材料层1013的厚度方向的中央位置的温度。

本实施方式的电阻炉1不是分批(batch)进行操作而是连续进行操作。即，向炉体10连续或断续地供给原料10，不清空炉体10而连续地制造合金。

接着，图3是用于说明本实施方式的电阻炉1的运用方法中所使用的管理类别的说明图。例如，如本申请人的日本专利第5137990号公报等公开的那样，通过基于沿炉体10的径向的两个位置的温度以及各耐火材料层1011～1015的厚度及热传导率进行热传导计算，能够推断各耐火材料层1011～1015的剩余厚度。换句话说，能够推断若温度传感器15的检测温度(不允许侵蚀层的温度)为何种程度，则各耐火材料层1011～1015被侵蚀何种程度。

例如，将各耐火材料层1011～1015的厚度(未被侵蚀的状态的厚度)及热传导率、以及自内衬(self-lining)的厚度及热传导率假设为如下表1所示。需要说明的是，自内衬是指在炉体10的内表面凝固的原料，其能够作为耐火材料层的保护材料使用。各耐火材料层1011～1015及自内衬的热传导率依赖于各原材料。

[表1]

表1各耐火材料层以及自内衬的厚度以及热传导率

在沿炉体10的径向的两个位置的温度中，一个能够使用温度传感器15的检测温度(沿炉体10的径向的第三耐火材料层1013的厚度方向的中央位置的温度)，另一个能够使用通过冷却进行温度管理的铁皮100的温度。铁皮100的温度设为40℃。

此时，铁皮100与第三耐火材料层1013的厚度方向的中央位置之间的传热率k1能够以如下方式求得。

[算式1]

k1＝5.44(kcal/m²h℃)

此外，第三耐火材料层1013的厚度方向的中央位置与第四耐火材料层1014的最内表面之间的传热率k2能够以如下方式求得。

[算式2]

k2＝4.10(kcal/m²h℃)

而且，第三耐火材料层1013的厚度方向的中央位置与第五耐火材料层1015的最内表面之间的传热率k3能够以如下方式求得。

[算式3]

k3＝2.91(kcal/m²h℃)

例如，当假设温度传感器15的检测温度为300℃时，能够使用上述传热率k1以如下方式求得热流量q。

[算式4]

q＝5.44*(300-40)

＝1414(kcal/m²℃)

第四耐火材料层1014的最内表面的温度t4能够使用上述热流量q和传热率k2以如下方式求得。

[算式5]

1414＝4.10*(t4-300)

t4＝645(℃)

此外，第五耐火材料层1015的最内表面的温度t5能够使用上述热流量q和传热率k3以如下方式求得。

[算式6]

1414＝2.91*(t5-300)

t5＝786(℃)

然后，当假设自内衬(原料)的熔点为1600℃时，自内衬的厚度x能够以如下方式求得。

[算式7]

x＝1.439(m)

即，当假设温度传感器15的检测温度为300℃时，能够推断在第五耐火材料层1015的内侧形成有1.439m的自内衬。

此外，当例如假设温度传感器15的检测温度为700℃时，热流量q、第四耐火材料层1014的最内表面的温度t4以及第五耐火材料层1015的最内表面的温度t5能够以如下方式求得。

[算式8]

q＝5.44*(700-40)

＝3590(kcal/m²℃)

t4＝3590/4.10+700

＝1576(℃)

t5＝3590/2.91+700

＝1934(℃)

此时，通过热传导计算来算出的第五耐火材料层1015的最内表面的温度t5超过原料的熔点1600℃。由此，能够推断第五耐火材料层1015被侵蚀。此时的第五耐火材料层1015的剩余厚度y能够以如下方式求得。

[算式9]

3590＝4.0/y*(1600-1576)

y＝0.027(m)

在本实施方式的电阻炉1的运用方法中，基于根据如上所述的热传导计算推断的各耐火材料层1011～1015的侵蚀状况，规定与由温度传感器15检测的不允许侵蚀层的温度对应的多个管理类别。管理类别能够设定为如下表2所示。需要说明的是，在图3中示出了与表2所示的各类别(第一类别～第五类别)对应的侵蚀状况(虚线)。

[表2]

表2管理类别的例

此外，如下述表3所示对各管理类别分配管理作业。管理作业是具有抑制检测温度上升的温度检测位置的耐火材料的侵蚀以及促进该温度检测位置的自内衬的形成的至少一个作用的作业。管理作业包含：助熔剂变更、原料变更、冷却量变更、供电量变更、电极位置变更以及停止供电/出炉。

[表3]

表3管理作业的分配例

助熔剂变更是通过变更在各供给位置12a供给的助熔剂的组成来变更助熔剂的熔点的作业。通过在位于检测温度上升的温度检测位置的附近的供给位置12a供给熔点高的助熔剂，促进检测温度上升的温度检测位置的自内衬的形成。

原料变更是对各供给位置12a处的原料的供给量及尺寸的至少一个进行变更的作业。众所周知，在炉体10内熔融原料时产生高热的气体。该气体具有对位于炉体10的上方的原料进行预热的作用。另一方面，如果气体向炉体10上方的排出较差，则气体将加热耐火材料并促进耐火材料的侵蚀。因此，在位于检测温度上升的温度检测位置的附近的供给位置12a，进行减少原料的供给量、以及增大原料的尺寸的至少一个，由此抑制检测温度上升的温度检测位置的耐火材料的侵蚀。

冷却量变更是对各冷却位置处的冷却量进行变更的作业。通过增大位于检测温度上升的温度检测位置附近的冷却位置处的冷却量，在检测温度上升的温度检测位置促进自内衬的形成并抑制耐火材料的侵蚀。

供电量变更是对向电极13的供电量进行变更的作业。通过减少向位于检测温度上升的温度检测位置附近的电极13的供电量，能够减少供给到该温度检测位置的热量。由此，在检测温度上升的温度检测位置促进自内衬的形成并且抑制耐火材料的侵蚀。

电极位置变更是对电极13的高度位置进行变更的作业。一般而言，向各电极13供电时，与各电极13的后端侧相比顶端侧变为高温。因此，通过以使位于其附近的电极13的顶端远离检测温度上升的温度检测位置的方式变更电极13的高度位置，在检测温度上升的温度检测位置促进自内衬的形成并且抑制耐火材料的侵蚀。

停止供电/出炉是在停止向电极13供电并且将炉体10内的熔融合金浇注到炉体10外的作业。通过进行该作业，能够中止耐火材料的侵蚀。

在上述管理作业中，助熔剂变更、原料变更以及冷却量变更不伴有制造效率的降低，或者制造效率的降低较少。另一方面，供电量变更、电极位置变更以及停止供电/出炉使合金的制造效率较大程度地降低。特别是，非常时刻或紧急时刻的停止供电/出炉会使合金的制造效率显著降低。

因此，优选助熔剂变更、原料变更以及冷却量变更从低于与供电量变更、电极位置变更以及停止供电/出炉被分配的管理类别对应的温度的温度所对应的管理类别就开始进行。在表3的分配例中，助熔剂变更、冷却量变更以及原料变更从第二类别开始进行，供电量变更以及电极位置变更从第三类别开始进行，停止供电/出炉从第五类别开始进行。

需要说明的是，例如在第三类别的供电量变更中使供电降低为稳态输出的50％，在第四类别的供电量变更中使供电降低为稳态输出的25％等，即使在相同管理作业中按每个类别其程度也会变更。通过第一～第五类别的所有类别，除上述管理作业以外，进行耐火材料的剩余厚度、温度迁移以及运转情况的确认等通常的监视作业。

接着，图4是表示本实施方式的电阻炉1的运用方法的流程图。在电阻炉1的运用方法中，如上所述，在开始电阻炉1的操作之前，规定与由温度传感器检测的温度对应的多个管理类别，并且对各管理类别分配管理作业(步骤s1)。

接下来，在开始电阻炉1的操作之后，判断由各温度传感器15检测的检测温度对应所述多个管理类别中的哪个管理类别(步骤s2)。然后，判断检测温度所对应的管理类别后，进行分配于该管理类别的管理作业(步骤s3)。步骤s2、s3在进行电阻炉1的操作时反复进行。例如，当某温度检测位置的检测温度对应第二类别时，通过进行以该温度检测位置为对象的管理作业，有时该温度检测位置的检测温度会降低而变为对应第一类别。

需要说明的是，在上述实施方式中说明了作为管理作业进行助熔剂变更、原料变更、冷却量变更、供电量变更以及电极位置变更的全部的情况，但是在电阻炉1的操作中，能够通过实施这些助熔剂变更、原料变更、冷却量变更、供电量变更以及电极位置变更的至少一个来延长连续制造合金的电阻炉1的炉体10的寿命。

在这种电阻炉的运用方法中，由于在判断检测温度所对应的管理类别之后进行分配于该管理类别的管理作业，且管理作业具有抑制检测温度上升的温度检测位置的耐火材料的侵蚀以及促进该温度检测位置的自内衬的形成的至少一个作用，因此能够延长连续制造合金的电阻炉1的炉体10的寿命。

此外，由于管理作业包含助熔剂变更、原料变更、冷却量变更、供电量变更以及电极位置变更的至少一个，因此能够更可靠地延长连续制造合金的电阻炉1的炉体10的寿命。

并且，管理作业中所包含的助熔剂变更、原料变更以及冷却量变更的至少一个从低于与管理作业中所包含的供电量变更以及电极位置变更的至少一个被分配的管理类别对应的温度的温度所对应的管理类别就开始进行，因此能够抑制合金的生产效率降低，并延长炉体10的寿命。

而且，管理作业中所包含的助熔剂变更、原料变更以及冷却量变更的至少一个从第二类别开始进行，管理作业中所包含的供电量变更以及电极位置变更的至少一个从第三类别开始进行，因此能够更可靠地抑制合金的生产效率的降低，并且延长炉体10的寿命。