JP4136521B2

JP4136521B2 - フェロニッケル製錬用電気炉の操業方法

Info

Publication number: JP4136521B2
Application number: JP2002225308A
Authority: JP
Inventors: 直樹久保; 守宮本
Original assignee: 株式会社日向製錬所
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2004068048A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェロニッケル製錬に用いる電気炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に、フェロニッケル製錬用電気炉の断面図を示す。
【０００３】
フェロニッケル製錬において、電気炉１０の底部には溶融状態のメタル１（熔体）が存在し、その上にスラグ層２が存在する。交流電源１２は、該スラグ層２から所定の間隔ｘだけ離れて配置された電極１１と、メタル１との間に接続し、電極１１とスラグ層２の間でアークにより流れた電流が、スラグ層２から溶融状態のメタル１を流れることにより、交流電源１２からの電力が炉内を加熱する。
【０００４】
従って、電極１１およびメタル１の間の炉抵抗Ｒは、スラグ浴抵抗Ｒｂと、アーク抵抗Ｒａとにより、
【０００５】
【式３】

式３のように表され、炉抵抗Ｒを一定にするように通電（電流）制御を行うことが、比較的に容易で一般的に行われている。
【０００６】
フェロニッケル製錬の電気炉操業において、スラグ浴抵抗Ｒｂは、スラグ層２の組成に依存し、アーク抵抗Ｒａは、電極１１の先端とスラグ層２の表面との間隔ｘに依存する。
【０００７】
装入量などが変化して、電極１１の先端とスラグ層２の表面とが接する場合には、Ｒａ＝０となり、交流電源１２の供給エネルギーは、ほとんどスラグ浴抵抗Ｒｂによる発熱になり、アークによる発熱はほとんどなくなる。この状態を継続すると、スラグ層２の全体の温度が上がり、その結果としてスラグ層２の流動が激しくなり、炉体温度が過度に上昇するという問題を起こす。
【０００８】
逆に、電極１１の先端とスラグ層２の表面とが離れすぎると、交流電源１２の供給エネルギーは、主にアークによる発熱となるため、スラグ層２の温度が低下したり、電気炉１０の側壁のコーチング層が異常成長して、電気炉操業が困難となる問題があった。
【０００９】
一方、実際の電気炉操業では、熔体１の温度や熔体１の流れ性といった因子が重要な操業因子となる。こうした操業因子は、スラグ層２の温度と大きく関連するので、前述のように、熱が発生する領域を決定する主要因となるアーク抵抗Ｒａを所望の値に調整することができれば、スラグ層２の温度が一定になり、電気炉操業を安定して継続することができる。実際に、電極位置を上下する操作でアーク抵抗Ｒａを変えることはできる。
【００１０】
しかし、アーク抵抗Ｒａを状況に応じて正しく制御することは、困難である。また、フェロニッケル製錬の電気炉操業では、炉内スラグの性状に起因する「適切なスラグ浴抵抗Ｒｂ」を知る方法が確立されておらず、スラグ浴抵抗Ｒｂは、装入する鉱石の種類の変化や、電気炉の還元度などに起因するスラグ組成の変化によって、大きく変動する。そのため、アーク抵抗Ｒａではなく、炉抵抗Ｒが変化しないようにほぼ一定とする従来の電気炉の操業方法を行うことは、式３に従ってアーク抵抗Ｒａを大きく変化させることになり、以下に示す（１）および（２）などのようなトラブルに見舞われることが多くなる。
【００１１】
（１）スラグ浴抵抗Ｒｂが大きくなった場合は、電極先端が溶融スラグ浴に浸漬されすぎた前述の状態と同様に、スラグ層が過剰に加熱されて、電気炉の炉体温度が上昇する。
【００１２】
（２）スラグ浴抵抗Ｒｂが小さくなった場合は、電極先端が溶融スラグ浴から離れすぎた前述の状態と同様に、スラグ層の温度が低下して、電気炉側壁へのスラグコーチング層が異常成長したり、スラグの半凝固層が炉内に発生したりする。
【００１３】
従って、これらのようなトラブルを防ぐために、装入する鉱石の種類や、該鉱石の配合比を、急激に変化しないように決定しなければならないという大きな制約を設けていた。
【００１４】
従来の電気炉操業において、問題が発生した一例を図３に示す。
【００１５】
図３におけるグラフ４は、従来の方法による電気炉操業を行った際のスラグの比電導度の推移を示すグラフであり、グラフ５は、電気炉の炉抵抗の推移を示すグラフであり、グラフ６は、電気炉の炉体（側壁）温度の推移を示すグラフである。
【００１６】
グラフ４に示されるスラグの比電導度の推移から、この期間の途中でスラグ組成が変化し、比電導度が低下し、スラグ浴抵抗Ｒｂが上昇したことが分かる。この期間中も、グラフ５に示したように、炉抵抗Ｒが変化しないようにほぼ一定とする制御をした結果、グラフ６に示したように、電気炉の炉体（側壁）温度の急上昇を招いた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、スラグ浴抵抗Ｒｂの変動にかかわらず、所望のアーク抵抗Ｒａに維持する電気炉の操業方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法は、
（１）炉内スラグの組成および比電導度の相関関係を予め求め、
（２）任意時ｎにおいて、分析して得られる炉内スラグの組成から、前記相関関係により比電導度λｎ（Ω^-1・ｃｍ^-1）を求め、
（３）比電導度λｎ（Ω^-1・ｃｍ^-1）、スラグ層の厚さＬｎ（ｃｍ）、および通電領域の直径Ｄ（ｃｍ）から、スラグ浴抵抗Ｒｂｎ（ｍΩ）を、
【００１９】
【式４】

式４で求め、
（４）得られるスラグ浴抵抗Ｒｂｎ（ｍΩ）、および任意の一定値に設定されたアーク抵抗Ｒａ０（ｍΩ）から、炉抵抗Ｒｎ（ｍΩ）を、
【００２０】
【式５】

式５で求め、
（５）炉抵抗Ｒｎ（ｍΩ）となるように、通電（電流）を調整して制御する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に示したフェロニッケル製錬用電気炉の断面図を基に、本発明の方法を説明する。
【００２２】
（１）炉内スラグの組成および比電導度の相関関係を予め求めておく。
【００２３】
さらに、操業開始時に、目標値のアーク抵抗Ｒａ０（ｍΩ）を設定する。
【００２４】
（２）任意時ｎにおいて、炉内スラグを採取して、組成を分析する。分析は一定時間毎に行えばよいが、炉況の変化が激しい時などは頻繁に行ってもよい。
【００２５】
得られる炉内スラグの組成から、前記相関関係により比電導度λｎ（Ω^-1・ｃｍ^-1）を求める。
【００２６】
（３）一方、電気炉内の電流は、電極１１の先端から、炉底に存在するメタル１に向かって流れるものとして計算することが可能である。従って、得られた比電導度λｎ（Ω^-1・ｃｍ^-1）、スラグ層の厚さＬｎ（ｃｍ）、および電極１１を中心とした通電領域の直径Ｄ（ｃｍ）から、
【００２７】
【式６】

式６によりスラグ浴抵抗Ｒｂｎ（ｍΩ）を求める。
【００２８】
通電領域の直径Ｄ（ｃｍ）は、例えば電極の外径に対して一定の比で与えればよい。
【００２９】
（４）次に、得られるスラグ浴抵抗Ｒｂｎ（ｍΩ）、および前記アーク抵抗Ｒａ０（ｍΩ）とから、炉抵抗Ｒｎ（ｍΩ）を、
【００３０】
【式７】

式７で求め、
（５）炉抵抗Ｒｎ（ｍΩ）となるように、通電（電流）を調整して制御する。
【００３１】
以上により、アーク抵抗Ｒａ（ｍΩ）が一定となるように制御可能となる。
【００３２】
【実施例】
本発明の方法を、実施例によりさらに説明する。
【００３３】
（実施例）
本実施例では、電気炉の外径が１８．５ｍ、内径が１６．５ｍであり、電極は３本で外径がそれぞれ１．７ｍであり、交流電源のトランス容量を６０ＭＶＡとした。
【００３４】
装入した鉱石（焼鉱）は７０ｔｏｎ／ｈで、スラグは６１ｔｏｎ／ｈで、産出粗メタルは８．６ｔｏｎ／ｈであった。
【００３５】
（１）炉内スラグの組成および比電導度の相関関係を予め求める。
【００３６】
さらに、操業開始時に、目標値のアーク抵抗Ｒａ０（ｍΩ）を設定した。
【００３７】
（２）操業中の８時間毎に、分析計（島津製作所製、蛍光Ｘ線分析装置、型式ＶＸＱ−１５０Ａ）で炉内スラグの組成を分析した。
【００３８】
焼鉱の組成、スラグの組成および産出粗メタルの組成の一例を、表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
任意時ｎにて得られたスラグの組成と、前記相関関係とにより、実施例の操業条件固有の比電導度λｎ’（Ω^-1・ｃｍ^-1）を求める。
【００４１】
（３）任意時ｎにおけるスラグ層の厚さＬｎ’（ｃｍ）、前記比電導度λｎ’（Ω^-1・ｃｍ^-1）、および通電領域の直径Ｄ（ｃｍ）から、
【００４２】
【式８】

式８のように、実施例の操業固有のものであるスラグ浴抵抗Ｒｂｎ’（ｍΩ）を求めることができる。
【００４３】
（４）得られるスラグ浴抵抗Ｒｂｎ’（ｍΩ）、および目標値のアーク抵抗Ｒａ０（ｍΩ）から、
【００４４】
【式９】

式９のように、調整する炉抵抗Ｒｎ（ｍΩ）を求める。
【００４５】
（５）抵抗計１３により測定される炉抵抗が、Ｒｎ’（ｍΩ）となるように、トランスのタップ電圧およびＲｎ（ｍΩ）から目標電流を設定し、二次電流が目標電流と等しくなるよう、電極高さを調整して制御した。
【００４６】
以上のように、フェロニッケル製錬の電気炉操業を、約１年間、行った。電気炉操業の結果の一部を図２に示す。
【００４７】
図２におけるグラフ１は、本実施例のスラグの比電導度の推移を示すグラフであり、グラフ２は、電気炉の炉抵抗の推移を示すグラフであり、グラフ３は、電気炉の炉体（側壁）温度の推移を示すグラフである。
【００４８】
グラフ１に示されるスラグの比電導度の推移から、この期間の途中でスラグ組成が一時的に変化し、比電導度が低下し、スラグ浴抵抗が一時的に上昇したことが分かる。この期間中も、前述のように本発明の方法により、アーク抵抗Ｒａを一定とするように制御した。グラフ２に、炉抵抗Ｒの推移を示す。
【００４９】
このような本発明の電気炉の操業方法を行った結果の電気炉の炉体（側壁）温度の推移を、グラフ３に示す。
【００５０】
グラフ３から、側壁温度の変化が少なく、電気炉内が安定していることが分かる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の方法により、スラグ組成の変動などがあっても、アーク抵抗を一定に制御することが可能で、極めて安定した電気炉操業が可能となる。
【００５２】
さらに、電気炉の寿命を大きく延長することができるので、得られる経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】フェロニッケル製錬用電気炉の断面図である。
【図２】グラフ１は、本発明の方法による電気炉操業を行った際のスラグの比電導度の推移を示すグラフであり、グラフ２は、電気炉の炉抵抗の推移を示すグラフであり、グラフ３は、電気炉の炉体（側壁）温度の推移を示すグラフである。
【図３】グラフ４は、従来の方法による電気炉操業を行った際のスラグの比電導度の推移を示すグラフであり、グラフ５は、電気炉の炉抵抗の推移を示すグラフであり、グラフ６は、電気炉の炉体（側壁）温度の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１メタル
２スラグ層
１０電気炉
１１電極
１２交流電源
１３抵抗計
Ｄ通電領域の直径
Ｌスラグ層の厚さ
ｘ間隔

Claims

メタルおよびスラグに電極を介して通電するフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法において、
（１）炉内スラグの組成および比電導度の相関関係を予め求め、
（２）任意時ｎにおいて、分析して得られる炉内スラグの組成から、前記相関関係により比電導度λｎ（Ω^-1・ｃｍ^-1）を求め、
（３）比電導度λｎ（Ω^-1・ｃｍ^-1）、スラグ層の厚さＬｎ（ｃｍ）、および通電領域の直径Ｄ（ｃｍ）から、スラグ浴抵抗Ｒｂｎ（ｍΩ）を、
【式１】

式１で求め、
（４）得られるスラグ浴抵抗Ｒｂｎ（ｍΩ）、および任意の一定値に設定されたアーク抵抗Ｒａ０（ｍΩ）から、炉抵抗Ｒｎ（ｍΩ）を、
【式２】

式２で求め、
（５）炉抵抗Ｒｎ（ｍΩ）となるように、通電（電流）を調整して制御することを特徴とするフェロニッケル製錬用電気炉の操業方法。