电炉的制作方法

本发明涉及电炉，该电炉被用于将在炼钢工序中生成的熔融炉渣以熔融状态在炉渣保持炉中暂时保持后注入到电炉中而进行还原的工艺。

本申请基于在2016年12月16日向日本提出的专利申请2016-244501号要求优先权，并将其内容援引于此。

背景技术：

近年来，在资源的再利用的要求提高的过程中，开发了从在炼钢工序中使用转炉等通过脱硫、脱磷或脱碳精炼而生成的炉渣(炼钢炉渣)中分离回收fe、p等有价值物质，并且将炼钢炉渣改性为高品质的炉渣而进行再利用的方法。

例如，在专利文献1中公开了一种炉渣处理方法，其包括：第1工序，向熔化炉内的钢铁熔液中添加钢铁炉渣，施加热和还原材料来对钢铁炉渣进行改性，并且使炉渣中的fe、mn和p转移至熔液中，得到改性炉渣；第2、第3工序，使熔液中的mn和p氧化而依次转移至改性炉渣中，依次取出高mn炉渣、高p炉渣。

在专利文献2中公开了下述方法：向碳含有率小于1.5wt％的钢铁浴中投入氧化铁含有率超过5wt％的钢铁炉渣后，通过导入碳或碳载体而将钢铁浴碳化，得到碳含有率超过2.0wt％的钢铁浴，其后，将钢铁炉渣中的氧化物进行还原。在该方法中，为了抑制在炉渣投入时伴随着炉渣与钢铁浴的剧烈反应的炉渣的发泡(炉渣起泡)、和从炉中的喷出(溢流)，通过在炉渣投入前使钢铁浴的碳含有率降低，从而使炉渣投入时的反应速度得到缓和，其后，使该碳含有率上升，来进行炉渣的还原处理。

在非专利文献1中公开了向电炉内装入炼钢炉渣粉、碳材料粉和炉渣改性材料粉并进行了炉渣的还原试验的结果。

在专利文献3中公开了下述方法：为了将在低温下流动性低的炼钢炉渣进行熔融改性，在向收纳于容器内的低流动性的炼钢炉渣中添加或喷涂改性材料的前后将炉渣表层进行机械性搅拌，然后使用加热燃烧器将炉渣与改性材料的混合层加热，使其熔融，将所得到的熔融炉渣从容器中排出而使其凝固。

在专利文献4中记载了下述意思的内容：将具有流动性的高温的熔融炉渣暂时保持在炉渣保持炉中，在电炉内的铁液层上形成熔融炉渣层作为缓冲带后，从炉渣保持炉向该熔融炉渣层中注入熔融炉渣。

专利文献4的结构，由于使用电炉，因此关于还原反应，相比于炉渣-铁液间的反应，炉渣中的铁分(feo)与碳分(c)的反应成为支配性的。因此，即使是铁液中的c浓度低为1.5质量％左右的情况，也能够不加碳而进行炉渣的还原处理，能够提高作业效率，在这一点上是优异的。

而且，对于专利文献4的结构而言，并不是将熔融炉渣直接投入到电炉中，而是将其暂时保持于与电炉相邻配置的炉渣保持炉中，在电炉内的铁液层上形成熔融炉渣层作为缓冲带后，一边调整注入量，一边缓缓地注入熔融炉渣，因此能够抑制炉渣投入时的炉渣起泡，在这一点上也是优异的。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本国特开昭52-033897号公报

专利文献2:日本国特表2003-520899号公报

专利文献3:日本国特开2005-146357号公报

专利文献4:日本国专利第5522320号公报

非专利文献

非专利文献1:scandinavianjournalofmetallurgy,2003；32:p.7-14

技术实现要素：

在专利文献1记载的炉渣处理方法中，由于使用转炉进行还原处理，因此熔液和炉渣被搅拌。因此，若在炉渣投入时熔液的碳浓度高，则炉渣与熔液接触而引起起泡。为了避免该情况，向碳浓度低的熔液中投入炉渣后，为了促进还原反应，需要投入碳来增加熔液的碳浓度。因此需要反复进行多次的炉渣还原处理和mn、p的氧化和取出处理，担心作业效率和生产率降低。

在专利文献2记载的炉渣还原方法中，也使用转炉进行还原处理，为了使铁液中的碳浓度增减来进行炉渣的还原处理，反复进行脱碳升热和加碳还原这样的处理，担心作业效率和生产率降低。

在非专利文献1记载的还原试验中，以凝固了的冷态的炼钢炉渣的粉碎物为处理对象，专利文献3记载的方法也以在低温下流动性低的炼钢炉渣为处理对象。在该情况下，为了进行炉渣的还原处理，需要使炉渣加热熔融，存在能量单耗变高的问题。

而且，即使在如专利文献4那样使用具有炉渣保持炉的电炉、并且形成熔融炉渣层作为缓冲带的情况下，也会根据熔融炉渣的注入量、注入速度而有电炉内的熔融炉渣层被搅乱，处于下层的铁液层与刚注入后的熔融炉渣接触，发生炉渣起泡的风险。

另外，在专利文献4中，在调整从炉渣保持炉的炉渣注入量以使得不搅乱熔融炉渣层的情况下，需要降低炉渣注入量和注入速度，因此存在处理效率降低的问题。另外，保持炉通过使炉体倾动来注入炉渣，因此会因保持炉之大而难以微细地调整炉渣注入速度。因此，即使将注入速度设定得较小，炉渣注入速度也会变动，由此有注入速度暂时地变大，发生炉渣起泡的风险。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供能够防止刚从炉渣保持炉注入后的熔融炉渣和电炉内的铁液层剧烈地混合而生成大的炉渣起泡的电炉。

即，本发明的要旨如下。

(1)本发明的一个方式为一种电炉，其具有炉体和炉渣保持炉，所述炉体具有电极，所述炉渣保持炉以熔融状态保持熔融炉渣、并且能够通过倾动来向所述炉体中注入所述熔融炉渣，上述炉体具有筒状的炉壁、设置于上述炉壁的上端的炉盖、设置于上述炉壁的下端且具有深底部和浅底部的炉底、和设置于上述炉盖、用于从上述炉渣保持炉注入上述熔融炉渣的炉渣注入口，所述浅底部是相对于上述深底部的最深部的高度为150mm以上且500mm以下的区域，上述炉渣注入口在俯视下与上述浅底部有重叠，上述浅底部相对于上述炉底的俯视下的面积率为5％以上且40％以下。

(2)根据上述(1)所述的电炉，也可以：上述炉壁具有与高度方向垂直的截面的形状为圆环形状的主体、和在上述主体的径向上突出的突出部，上述浅底部设置于上述突出部的下端，上述炉渣注入口设置于上述突出部的上端。

(3)根据上述(1)所述的电炉，也可以：上述炉壁具有与高度方向垂直的截面的形状为圆环形状的主体，上述浅底部设置于上述主体的下端。

(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的电炉，也可以具有设置于上述炉盖、或者上述炉盖和上述炉壁这两者上，用于向炉内投入还原材料的还原材料投入口。

根据上述的电炉，能够防止刚从炉渣保持炉注入后的熔融炉渣与电炉内的铁液层接触，因此能够防止熔融炉渣与铁液层剧烈地混合。因此，能够防止熔融炉渣层与铁液层急剧地反应而生成大的炉渣起泡。

附图说明

图1是表示使用了本发明的电炉的炉渣处理工艺的工序图。

图2是表示本实施方式涉及的炉渣保持炉(保持姿态)和炉体的纵截面图。

图3是表示本实施方式涉及的炉渣保持炉(注入姿态)和炉体的纵截面图。

图4a是图2和图3所示的炉体的在i-i线处的横截面图。

图4b是从炉底起算的高度150mm处的炉体的横截面图，是仅记载了浅底部和深底部的图。

图5是表示本发明的第2实施方式涉及的炉渣保持炉(注入姿态)和电炉的纵截面图。

图6是图5所示的电炉的在ii-ii线处的横截面图。

图7是表示向炉体中注入炉渣的模拟结果的图。

图8是表示向炉体中的炉渣注入量和co发生量的图，是表示不具有浅底部的情况的图。

图9是表示向炉体中的炉渣注入量和co发生量的图，是表示具有浅底部的情况的图。

图10是用于对本发明的实施例和比较例中的操作模式进行说明的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。

[1.炉渣处理工艺的概要]

首先，参照图1对使用了本发明的实施方式涉及的电炉的炉渣处理工艺的概要进行说明。

如图1所示，在炼铁工序(s1)中使用高炉制造铁液，在炼钢工序(s2)中使用转炉等将生铁精炼成钢。炼钢工序(s2)包括：除去铁液中的硫、磷、碳等的脱硫、脱磷、脱碳的各工序；除去残存在钢液中的氢等气体和硫等而进行成分调整的二次精炼工序(s6)；和用连续铸造机对钢液进行铸造的连续铸造工序(s7)。

在炼钢工序(s2)之中，主要在转炉中进行脱磷(s4)、脱碳(s5)。在转炉内，使用以氧化钙为主成分的熔剂(flux)来精炼铁液。此时，利用吹入到转炉内的氧将铁液中的c、si、p、mn等氧化，该氧化物与氧化钙结合而生成为炉渣。另外，在脱硫、脱磷、脱碳的各工序(s3、s4、s5)中，分别生成成分不同的炉渣(脱硫炉渣、脱磷炉渣、脱碳炉渣)。

在本说明书中的说明中，将在上述炼钢工序中生成的炉渣统称为炼钢炉渣。炼钢炉渣包含脱硫炉渣、脱磷炉渣、脱碳炉渣。另外，将处于高温的熔融状态的炼钢炉渣称作熔融炉渣，同样地将处于熔融状态的脱硫炉渣、脱磷炉渣、脱碳炉渣分别称为熔融脱硫炉渣、熔融脱磷炉渣、熔融脱碳炉渣。

在炉渣处理工序(s10)中，将在上述炼钢工序(s2)中生成的熔融炉渣以熔融状态从转炉运送至电炉，在电炉内连续地进行还原熔融改性，由此将熔融炉渣中的fe、p等的有价值物质回收到处于熔融炉渣层之下的铁液层中。此时，在电炉内，进行熔融炉渣中的fe、p等的氧化物的还原处理、从炉渣中分离粒铁(铁分)的处理、炉渣的碱度的调整处理等。

其结果，在回收包含从熔融炉渣中分离出的磷分等的高磷铁液的同时，熔融炉渣被还原·改性从而回收相当于高炉炉渣的高品质的还原炉渣。还原炉渣，与还原前相比，feo、p2o5等的含量低，因此能够再利用于水泥原料、陶瓷制品等中。另外，如果调整成分以使得熔融炉渣的碱度变低，则成为低膨胀性，因此能够作为路基材料、骨料使用。

进而，对所回收的高磷铁液实施脱磷处理(s11)，使铁液中的p氧化从而转移到炉渣中，由此高磷铁液被分离为高磷酸炉渣和铁液。高磷酸炉渣能够作为磷酸肥料、磷酸原料等再利用。另外，铁液被再利用于炼钢工序(s2)，投入到转炉等中。

以上，对炉渣处理工艺的概要进行了说明。本工艺优选将在上述炼钢工序(s2)中生成的各种熔融炉渣之中的、熔融脱磷炉渣作为处理对象。熔融脱磷炉渣比熔融脱碳炉渣的温度低，但是较多地含有粒铁、磷酸。因此，将熔融脱磷炉渣不是通过氧化处理而是通过还原处理来进行熔融改性，由此通过本工艺实现的有价值元素(fe、p等)的回收效率变高。因此，在以下的说明中，对主要使用熔融脱磷炉渣作为处理对象的熔融炉渣的例子进行说明。但是，作为本发明的熔融炉渣，并不限定于熔融脱磷炉渣，也能使用熔融脱硫炉渣、熔融脱碳炉渣等的在炼钢工序中发生的任意的炼钢炉渣。

[2.炉渣处理设备的构成]

接着，参照图2对上述炉渣处理工艺的炉渣处理工序(s10)中使用的电炉100进行说明。

电炉100是在s10中在内部形成铁液层6和熔融炉渣层5的炉。

如图2的放大部所示，电炉100具有炉体1、和配置在炉体1的斜上方的炉渣保持炉2(炉渣保持容器)。

向炉渣保持炉2中投入熔融炉渣4的单元是炉渣锅3，炉渣锅3在未图示的转炉与炉渣保持炉2之间进行往复移动。从转炉排出的熔融炉渣4被投入到炉渣锅3中。炉渣锅3将熔融炉渣4从转炉运送至炉渣保持炉2后，投入到炉渣保持炉2内。炉渣保持炉2也能够将熔融炉渣4以熔融状态储存来保持，能够将该保持的熔融炉渣4通过倾动来连续地或间歇地注入到炉体1中。

保持于炉渣保持炉2内的熔融炉渣4不需要处于完全的熔融状态。即使一部分凝固，只要整体具有能够向炉体1注入的流动性即可。

炉体1是使用碳材料等还原材料和改性材料等辅助原料来将熔融炉渣4进行熔融、还原、改性的还原型的电炉，例如是不具有炉倾动机构的固定式的直流电炉。以下，对固定式直流电炉的例子进行说明。

[3.炉体1的构成]

接着，参照图2、图3、图4a和图4b对炉体1的构成进行说明。

如图2、图3、图4a和图4b所示，炉体1具有：炉壁12、设置于炉壁12的上端的炉盖13、和设置于炉壁12的下端的炉底11。在炉底11、炉壁12、和炉盖13的各自的内表面内衬有耐火材料。在炉盖13的一侧形成有炉渣注入口14。炉渣注入口14与炉渣保持炉2的注口部21连结。炉体1除了炉渣注入口14以外被密闭，能够将炉内保温。

在炉体1的中央上下对向地配置有上部电极15和炉底电极16。对上部电极15和炉底电极16施加直流电压，使上部电极15与炉底电极16之间发生电弧放电，由此供给还原熔融炉渣4所需的能量。

在炉盖13上能够设置还原材料投入口31a。还原材料投入口31a与原料供给装置31、32连接。在炉壁12上能够设置还原材料投入口33a。在还原材料投入口33a设置原料供给装置33。

还原材料投入口31a、33a是供给熔融炉渣4的还原处理所需的还原材料和改性材料等辅助原料的部位。在图2中，例示了在炉壁12和炉盖13这两者上设置了还原材料投入口的结构，但是，还原材料投入口也可以仅设置于炉盖13。

还原材料可使用焦炭粉、无烟煤粉、石墨粉等微粉状的碳材料。改性材料是主要调整炉渣中的sio2或al2o3浓度的材料，能够使用硅砂、飞灰(粉煤灰：flyash)、废耐火材料粉等。还原材料也是发生炉渣起泡的情况的抑制手段。

炉底11具有深底部11d、和底比深底部11d浅的浅底部11a。

浅底部11a，设想在炉渣处理工序中具有从铁液层6的表面露出的部分而设置。

在炉渣处理中，有时铁液或钢液与熔融炉渣一起装入到电炉100中，除此以外，伴随炉渣还原而生成铁液，因此铁液层6的高度上升。如果铁液层变厚至某个程度以上，则打开排出铁液的出液口18而使铁液层6的高度降低，因此设想了：在降低后的期间使浅底部11a从铁液层6露出，在该状态下将接下来进行还原处理的熔融炉渣向电炉100内装入。但是，并不是若浅底部11a不从铁液层6露出则不能注入熔融炉渣4，如果铁液层6的高度在浅底部11a之上低某个程度以上，则所注入的熔融炉渣4与铁液层6的剧烈的混合被抑制，因此能够达到本发明的目的。

作为炉体1的结构，能够采用如图4a、图4b所示那样具有突出部10b的结构(第1实施方式)、和如图6所示那样不具有突出部10b的结构(第2实施方式)。在此，首先以第1实施方式为例进行说明。

在第1实施方式中，对如图4a、图4b的横截面图所示那样炉体1具有与高度方向垂直的截面的形状为圆环形状的筒状的主体部10a和从主体部10a向径向的外侧突出的突出部10b的情况进行说明。

浅底部11a是设想在炉渣处理工序中作为炉底11的一部分而处于铁液层6的层厚度之上而被提高加固了的部分，例如如图2和图3所示那样通过在突出部10b炉底11阶梯状地变浅而形成。浅底部11a的内表面与其他的部分的炉底11的内表面同样地为耐火材料。

如图4a所示，浅底部11a在俯视下与炉渣注入口14有重叠。换言之，在俯视下，浅底部11a的存在区域和炉渣注入口14的存在区域，其一部分或全部重叠。从炉渣保持炉2向炉内注入的熔融炉渣4，经由注口29流入。由于注口29处于炉渣注入口14的区域内，因此从注入口流入的熔融炉渣向浅底部11a落下。即，浅底部11a包含从炉渣注入口14流下的熔融炉渣4的落下位置。由此，在将熔融炉渣4向炉体1注入的情况下，熔融炉渣4朝向浅底部11a注入。

在突出部10b，在炉盖13上形成炉渣注入口14。

在图2中，通过在突出部10b炉底11以一个阶梯变浅，从而形成浅底部11a，但是，浅底部11a并不限于该形状。例如，也可以通过炉底11以2个阶梯以上变浅来形成浅底部11a，也可以在突出部10b通过炉底11不是以阶梯状而是形成连续的斜坡来变浅，从而形成浅底部11a。另外，浅底部11a也可以不一定如图2那样具有水平面。在能够设想在炉渣注入口14的下方浅底部11a在炉渣处理工序中从铁液层6露出的限度下，浅底部11a的整体也可以为阶梯形状或斜坡形状。但是，在浅底部11a具有水平面的情况下，不会使炉内容积减少至所需以上，能够确保浅底部11a相对于炉底11的俯视下的面积率为5％以上，在这一点上是优选的。

如图3所示，在基本的设想下，在炉渣保持炉2向注口部21侧倾动而将熔融炉渣4向炉体1内注入的情况下，从炉渣注入口14注入的熔融炉渣4向熔融炉渣层5流落。通过流落的熔融炉渣4而搅乱熔融炉渣层5，但是，在流落的地方存在浅底部11a。在具有浅底部11a的地方，在熔融炉渣层5之下没有铁液层6，因此刚注入后的熔融炉渣4不会与铁液层6接触。因此，可防止由刚注入后的熔融炉渣4与铁液层6急剧反应所致的炉渣起泡。

如图2所示，浅底部11a是相对于深底部11d的最深部的高度h为150mm以上且500mm以下的区域。这是由于能预估到下述效果：如果高度为150mm以上，则缓和新装入的熔融炉渣4与原本具有的铁液层6剧烈地混合的状况。另外，相对于深底部11d的最深部的高度为500mm以下的原因是由于：并无超过500mm的意义，另一方面，若那样地增高的话，则担心炉内容积减少的不良影响。

如图4b所示，若将深底部11d的俯视下的面积记为s1、将浅底部11a的俯视下的面积记为s2，则浅底部11a相对于炉底11的俯视下的面积率((s2/(s1+s2))×100)优选为5％以上且40％以下。通过面积率为5％以上，能够确保能获得混合缓和效果的熔融炉渣层5的比率，能够抑制作为炉渣整体的剧烈的起泡的生成。在面积率超过40％的情况下，几乎不会提高抑制起泡生成的效果，另一方面，作为铁液层6的铁液收纳量、铁液层6与熔融炉渣层5的界面面积变少，因此产生还原效率降低的担心。另外，若超过40％，则浅底部11a包含于炉底11的高电流密度区域中，因此浅底部11a容易消耗。

再者，在本发明中，由于将浅底部11a定义为“相对于深底部11d的最深部的高度h为150mm以上且500mm以下的区域”，因此s1与s2的边界是相对于深底部11d的最深部的高度h为150mm的位置。

另外，在图2中，浅底部11a从铁液层6露出，另一方面，沉潜于熔融炉渣层5中，但也可以从熔融炉渣层5露出。在该情况下，从炉渣注入口14注入的熔融炉渣4碰撞到浅底部11a的表面后，从浅底部11a的表面流下，从而向熔融炉渣层5中流入。通过熔融炉渣4碰撞浅底部11a的表面，动能被削减，因此不会出现熔融炉渣4向铁液层6剧烈地混入的情况。因此，也抑制了熔融炉渣4与铁液急剧地反应，抑制炉渣起泡。

再者，如图2所示，在炉壁12上能够设置排出还原炉渣的出渣口17和排出铁液的出液口18。出渣口17形成于与熔融炉渣层5对应的位置，具体而言，形成于比浅底部11a的上表面高的位置。出液口18形成于与铁液层6对应的位置，具体而言，形成于比浅底部11a的上表面低的位置。

[4.炉渣保持炉的构成]

接着，参照图2和图3对在本实施方式涉及的炉渣处理工艺中使用的、炉渣保持炉2的构成进行详述。

如图2所示，炉渣保持炉2是保持熔融炉渣4、并将其向炉体1注入的耐热性的容器。炉渣保持炉2能够调整熔融炉渣4的向炉体1中的注入量，并且也是在炉体1中发生的废气的排气路径。

炉渣保持炉2具备储存和保持熔融炉渣4的炉主体20、和将炉主体20内的熔融炉渣4向炉体1注入的注口部21。

炉主体20是密闭型的容器，具有用于储存熔融炉渣4的内部空间。

在炉主体20上形成有气体排出口25和炉渣投入口26。气体排出口25是经由炉渣保持炉2将炉体1的废气排出的排气口，其与未图示的集尘机等吸气装置连接。利用吸气装置将炉渣保持炉2内的气氛维持为负压。炉渣投入口26是从上方的炉渣锅3向炉主体20内投入熔融炉渣4的开口。在炉渣投入口26设置有开闭式的保持炉盖27，在投入熔融炉渣4时开放保持炉盖27。在不投入熔融炉渣4时，关闭保持炉盖27从而堵塞炉渣投入口26，因此防止外界气体向炉主体20内进入，并将炉主体20内保温。

注口部21是设置于炉主体20的炉体1侧的筒。注口部21的内部空间成为从炉主体20向炉体1注入熔融炉渣4的炉渣注入路28，形成在注口部21的顶端部的开口成为注口29。炉渣注入路28与炉主体20的内部空间相比，上下方向和炉宽度方向(与图2的纸面垂直的方向)均变窄，随着趋向注入方向前方而向下方弯曲。炉主体20的内部空间也随着趋向注口部21侧而逐渐变窄。通过使炉主体20和注口部21为这样的形状，在将炉主体20内的熔融炉渣4向炉体1注入时，容易调整注入量。

炉渣保持炉2的注口部21，与炉体1的炉盖13的炉渣注入口14连结。在图2中，是使炉体1的炉渣注入口14的内径大于注口部21的外径、并将注口部21的顶端插入到炉渣注入口14内的结构，在两者之间存在少许的间隙。再者，将注口部21和炉渣注入口14连结的结构并不限定于图2的结构，能够多种多样地变更，例如，使用波纹管等将两者气密地连结、或者向两者的间隙中堵塞填充材料来连结等。

在关闭了保持炉盖27的状态下，使未图示的集尘机工作从而使炉渣保持炉2内的气氛成为负压状态时，炉渣保持炉2成为在炉体1中发生的废气的排气路径。具体而言，炉体1内的通过还原处理而发生的包含co和h2等的废气，通过炉体1的炉渣注入口14及炉渣保持炉2的注口部21向炉渣保持炉2的炉主体20内流入。由于炉渣保持炉2内被维持为负压，因此即使有外界气体从炉体1与炉渣保持炉2的连结部的间隙进入的情况，炉体1内的废气也不从该间隙向外部泄漏。从间隙进入的外界气体被抽吸至炉渣保持炉2侧。而且，流入到炉渣保持炉2内的废气，进入到炉主体20内并从气体排出口25排出，到达未图示的集尘机而被处理。

另外，在炉渣保持炉2的炉主体20的下部侧设有倾动装置40。

倾动装置40是使炉渣保持炉2向注口部21侧倾动而将炉主体20内的熔融炉渣4从注口部21向炉体1内注入的装置。

倾动装置40能够以倾动轴44为中心使炉渣保持炉2在保持姿态(图2)和注入姿态(图3)之间倾动。保持姿态是如图2所示那样炉渣保持炉2不向炉体1注入熔融炉渣4而将其保持于炉主体20内时的姿态。注入姿态是如图3所示那样炉渣保持炉2向注口部21侧倾动而将炉主体20内的熔融炉渣4向炉体1内注入时的姿态。

在将炉渣保持炉2从保持姿态向注入姿态变化时，以倾动轴44为中心使炉渣保持炉2向炉体1侧倾动。由此，如图3所示，相对于炉主体20，注口部21的位置相对地变低，因此保持于炉主体20内的熔融炉渣4朝向注口部21侧流动，通过炉渣注入路28而从注口29流下，被注入到炉体1内。此时，通过调整炉渣保持炉2的倾动角度，能够调整熔融炉渣4的注入量。

本实施方式涉及的电炉100，由于具有浅底部11a，因此能够有效地防止炉渣起泡。本实施方式涉及的电炉100，还能够通过使用倾动装置40使炉渣保持炉2倾动来将熔融炉渣4向炉体1间歇地注入、或调整其注入量。优选：在向炉体1中注入熔融炉渣4时，一边使用倾动装置40适当地调整注入量(即，调整炉渣保持炉2的倾动角度)，一边间歇地注入熔融炉渣4，以避免所注入的熔融炉渣4与炉体1内的铁液急剧地反应而从炉体1溢流。在熔融炉渣4注入时，若注入速度过快，则在炉体1内熔融炉渣4成为起泡状态，有时可能产生溢流。在该情况下，优选：利用倾动装置40减小炉渣保持炉2的倾动角度从而暂时停止熔融炉渣4的注入、或者使注入量降低从而将在炉体1内的反应沉静化。

利用炉渣保持炉2实现的每单位时间的熔融炉渣4的注入量，根据炉体1的还原处理能力来决定。还原处理能力依赖于对炉体1的每单位时间的电力供给量、例如对炉体1的上部电极15和炉底电极16施加的电能。因此，只要基于熔融炉渣4的还原处理所需的电单耗、和对上部电极15和炉底电极16施加的实际电能来决定每单位时间的熔融炉渣4的注入量即可。

作为从炉渣保持炉2向炉体1中间歇地注入熔融炉渣4的方法，有：适当地反复进行熔融炉渣4的注入和中断来进行注入的方法；以规定的时间间隔来将保持于炉渣保持炉2内的规定量的熔融炉渣4集中注入的方法。也可从炉渣保持炉2向炉体1中连续地注入熔融炉渣4。在间歇地注入熔融炉渣4的情况下，优选在事前通过实验等来确认1次注入的熔融炉渣4的总量为不发生由炉渣起泡所致的溢流的量。

[5.熔融炉渣的还原处理方法]

接着，参照图2和图3对使用了上述构成的电炉100的熔融炉渣4的还原处理进行说明。

首先，需要在还原处理之前决定深底部11d的面积s1和h，并基于决定的值来形成浅底部11a。

具体而言，以使得铁液层6的最大体积(将种熔液和还原铁合计的体积)小于s1×h的方式来决定s1和h。

接着，如图2所示，首先，在炉体1内预先收纳作为种熔液的从高炉运送来的铁液等铁液来作为铁液层6。铁液的c浓度通常为1.5～4.5质量％。

接着，对炉体1供给电力使其连续工作，在此基础上如图3所示那样从炉渣保持炉2向炉体1内注入与炉体1的还原处理能力(例如，对炉体1的每单位时间的电力供给量)相应的量的熔融炉渣4。注入到炉体1内的熔融炉渣4在铁液层6上形成熔融炉渣层5。再者，由于所注入的熔融炉渣4朝向浅底部11a落下，因此不会与铁液层6直接接触。因此，通过浅底部11a的存在，能够有效地防止炉渣起泡。

而且，还原材料(碳材料)、改性材料等辅助原料也通过原料供给装置31、32、33向炉体1内的熔融炉渣层5中连续地投入。另外，在炉体1内，进行控制以使得铁液层6的温度成为例如1400～1550℃、熔融炉渣层5的温度成为例如1500～1650℃。该温度控制能够通过调整熔融炉渣4的供给量、或不变更熔融炉渣供给量而调整电力供给量来实施。

其结果，在炉体1内，以上部电极15和炉底电极16间的电弧热作为能源，来进行熔融炉渣层5中的熔融炉渣4的还原反应。在该还原处理中，熔融炉渣4中所含的氧化物(feo、p2o5等)被熔融炉渣层5中的碳材料的c还原而生成fe、p，所生成的fe、p从熔融炉渣层5转移至铁液层6中。剩余碳材料的c悬浮在熔融炉渣层5中，最终熔化于铁液中。

在上述的还原处理中，与铁液层6中的铁液所含的c相比，所注入的熔融炉渣4中所含的feo与熔融炉渣层5中的碳材料的c优先地反应(feo+c→fe+co↑)。也就是说，所投入的碳材料的c不转移至铁液层6而悬浮于熔融炉渣层5中，因此在熔融炉渣层5的内部优先地进行feo+c→fe+co的还原反应，所生成的还原铁(fe)转移至铁液层6中。

这样，在利用炉体1进行的还原处理中，与熔融炉渣层5中的feo与铁液层6中的c的反应相比，熔融炉渣层5中的feo与c的反应是支配性的。因此，在向炉体1内注入熔融炉渣4时，铁液层6上的熔融炉渣层5成为针对所注入的熔融炉渣4与铁液层6的铁液的反应的缓冲带，因此与设置浅底部11a的效果相结合，能够抑制熔融炉渣4与铁液的急剧的反应。

也就是说，通过将熔融炉渣4向feo浓度低的熔融炉渣层5中注入，能够将所注入的熔融炉渣4的feo浓度稀释降低，并且能够抑制所注入的熔融炉渣4与铁液层6的铁液的直接接触。因此，在从炉渣保持炉2向炉体1中注入熔融炉渣4时，能够抑制由熔融炉渣4与铁液的急剧反应引起的炉渣起泡，能够避免溢流。

如上述那样，注入到炉体1内的熔融炉渣层5的熔融炉渣4中所含的氧化物被还原处理，fe、p从熔融炉渣4中被回收至铁液层6中，因此熔融炉渣4的feo、p2o5降低，炉渣成分被改性。因此，如果在熔融炉渣4注入后进行还原处理，则熔融炉渣层5的成分从熔融炉渣4(炼钢炉渣)逐渐被改性成为还原炉渣(相当于高炉炉渣的高品质炉渣)。被改性成为还原炉渣的熔融炉渣层5成为feo浓度更低的缓冲带，因此在从炉渣保持炉2向该熔融炉渣层5中新注入熔融炉渣4时，能够更切实地抑制炉渣起泡。另外，通过添加sio2源、al2o3源作为改性材料，能够调整熔融炉渣的成分。

另外，根据所注入的熔融炉渣4的注入速度、注入量，有可能因熔融炉渣4而搅乱熔融炉渣层5，但是，由于设置有浅底部11a，因此刚注入后的熔融炉渣4不会与铁液层6接触。因此，也防止了由刚注入后的熔融炉渣4与铁液层6急剧地反应所致的炉渣起泡。

另外，即使利用炉底11的浅底部11a防止了炉渣注入流与电炉100内的铁液层6的接触，也有时因熔融炉渣层5内的(t.fe)增加而在炉渣金属界面上炉渣与金属中的c反应而发生co气体，其诱发炉渣起泡。在该情况下，通过从还原材料投入口31a、33a投入碳材料粉，能够通过起泡炉渣的破泡和还原而使炉渣起泡镇静化。

另外，如果进行上述还原处理，则fe转移至铁液中，因此铁液层6的层厚也逐渐地增加。

熔融炉渣层5的层厚，从使作为缓冲带的功能显现的观点出发，优选为100～600mm，更优选为100～800mm。在熔融炉渣层5的层厚接近于上限的情况下，开放出渣口17从而排出熔融炉渣层5的还原炉渣。另外，在铁液层6的界面接近于浅底部11a的上表面的情况下，开放出液口18从而排出铁液层6的铁液(例如高p铁液)。这样地从炉体1的出渣口17间歇地排出、回收还原炉渣，并从出液口18间歇地排出、回收铁液。由此，在炉体1内能够不中断地持续进行熔融炉渣4的还原处理。

另外，在上述炉体1的工作中(即，还原处理中)，通过使用碳材料的c将熔融炉渣4的氧化物进行还原，发生包含co和h2等的高温的废气。例如，在将氧化铁进行还原的情况下，通过feo+c→fe+co↑的反应，生成co气体。该废气通过炉体1的炉渣注入口14向炉渣保持炉2内流入，并将炉渣保持炉2内作为排气路径而向外部排出。通过将炉体1设为密闭型，并将炉渣保持炉2作为排气路径，炉体1内的气氛被维持为以通过还原反应而生成的co气体和从碳材料(还原材料)产生的h2为主成分的还原气氛。因此，能够防止在熔融炉渣层5的表面的氧化反应。

[6.第2实施方式]

接着，参照图5和图6对本发明的第2实施方式进行说明。第2实施方式与上述的第1实施方式相比，只是炉体1的形状不同，其他的功能和构成与第1实施方式实质上相同，因此省略详细的说明。

如图5和图6所示，在第2实施方式中，炉体1不具有突出部10b。炉体1具有圆环形状的截面的主体部10a。

浅底部11b是在俯视下与主体部10a的炉渣注入口14有重叠的区域，是炉底11部分地被提高加固了的部分。浅底部11b例如利用与炉壁12的内侧接触地配置的箱型的台阶板(step)11c来形成。台阶板11c的表面与其他部分的炉底11的内表面同样地由耐火材料构成。

第2实施方式为一般的炉形状，即使是不具有浅底部11b的已有的电炉，以后通过安装台阶板11c也能够形成浅底部11b，在这一点上是有利的。

如图5所示，在炉渣保持炉2向注口部21侧倾动而将熔融炉渣4向炉体1内注入的情况下，从炉渣注入口14注入的熔融炉渣4在炉渣注入口14的下方向熔融炉渣层5流落。与第1实施方式同样地，由于浅底部11b的缘故，在该部分处，在熔融炉渣层5之下不存在铁液层6，因此能够防止因刚注入后的熔融炉渣4与铁液层6急剧地反应并突沸而发生炉渣起泡的情况。

以上说明的本发明的第2实施方式，如已经叙述的那样，能够在以后在已有的电炉中形成浅底部11b，在这一点上与第1实施方式相比具有优势。另一方面，第1实施方式能够更宽广地取得浅底部11a，因此能够增大因所注入的熔融炉渣4而使熔融炉渣层5被搅乱的部分与在熔融炉渣层5之下存在铁液层6的部分之间的距离，能够提高防止炉渣起泡的效果。另外，在第2实施方式中，浅底部11b的位置比第1实施方式相比靠近炉体1的中央。在炉体1的中央，通过在上部电极15与炉底电极16之间的电弧放电而产生大量的热，因此存在构成浅底部11b的表面的耐火材料的熔损比其他部分的炉底11、和第1实施方式中的浅底部11a大的可能性。

这样，本发明的第1实施方式和第2实施方式具有各自不同的优点，因此能够根据例如操作条件、设备的现状等适当地选择来实施。另外，不限于这些实施方式，也能采用本领域技术人员根据这些实施方式的说明就明确可知的其他的实施方式。

实施例

接着，对本发明的实施例进行说明。再者，以下的实施例只不过是为了确认本发明的实施可能性和效果而采用的条件例，本发明并不被以下的实施例的条件限定。

(模拟)

首先，在实际操作之前，为了确认浅底部11a的有无的影响，进行了假定图2所示的电炉100的计算机模拟。具体的步骤如下。

首先，使用通用流体解析软件fluent，向以下条件的电炉中注入熔融炉渣4，从炉的轴截面方向观察其行为。

炉的容积：13.8m³

炉底面积(s1+s2)：7.5m²

炉内炉渣粘度：0.25pa·s

注入炉渣粘度：1.0pa·s

铁液粘度：0.006pa·s

浅底部的高度(h)：250mm

浅底部的面积(s2)：1.1m²

种熔液量：1.4m³

注入炉渣流的宽度：500mm

炉渣注入速度：1t/min、5t/min、10t/min、20t/min

将结果示于图7中。在图7中，实施例a表示炉渣注入速度为10t/min且有浅底部11a的例子，比较例a表示炉渣注入速度为1t/min且没有浅底部11a的例子，实施例b表示炉渣注入速度为5t/min且没有浅底部11a的例子，比较例c表示炉渣注入速度为10t/min且没有浅底部11a的例子，比较例d表示炉渣注入速度为20t/min且没有浅底部11a的例子。

如图7所示，在炉渣注入速度为1t/min的情况下，在没有浅底部11a的比较例a中，所注入的熔融炉渣4几乎没有到达铁液层6，仅稍微确认到所注入的熔融炉渣4与铁液层6的反应。

在炉渣注入速度为5t/min、10t/min、20t/min的情况下，在没有浅底部11a的情况下，所注入的熔融炉渣4到达铁液层6，一部分冲入到铁液层中，预见到与铁液中的c进行反应的样态。可知：尤其是当为10t/min、20t/min时，反应剧烈，铁液与熔融炉渣混合而飞散。

另一方面，在有浅底部11a的情况下，即使炉渣注入速度为10t/min，所注入的熔融炉渣4也几乎不与铁液层6反应，因此铁液与熔融炉渣4的混合物也不会飞散。

由该结果可知：通过设置浅底部11a，能够防止所注入的熔融炉渣4与铁液层6混合而剧烈地反应。

(炉渣注入试验：比较例)

接着，使用在图2所示的电炉100中没有浅底部11a的结构来进行炉渣注入试验，测定了co气体发生量。具体的步骤如下。

首先，在炉体1中预先形成了铁液层6和熔融炉渣层5。炉体1的条件除了没有浅底部11a以外，与模拟时的条件相同。

接着，对炉体1供给电力2.4mw(240v、10ka)而使其连续工作，在此基础上，一边以2.5kg/min投入碳材料粉，一边一次性地注入680kg熔融炉渣4。其结果，在熔融炉渣4注入后不久发生流量为300nm³/h以上的co气体，其后流量逐渐地降低。

接着，不改变碳材料粉的投入量而继续操作，在从最初的熔融炉渣4投入起约20分钟后，一次性地注入540kg熔融炉渣4。其结果，在熔融炉渣4注入后不久发生流量为400nm³/h以上的co气体，其后流量逐渐降低。

进而，不改变碳材料粉的投入量而继续操作，在从最近的熔融炉渣4投入起约15分钟后一次性地注入800kg熔融炉渣4。其结果，在熔融炉渣4注入后不久发生流量为500nm³/h以上的co气体，其后流量逐渐降低。

其后，使碳材料粉的投入量增加至3.5kg/min，在从最近的熔融炉渣4投入起约25分钟后一次性地注入20kg熔融炉渣4。其结果，在熔融炉渣4注入后不久发生流量为250nm³/h以上的co气体，其后流量逐渐降低。

将以上的结果示于图8中。

如图8所示，在没有浅底部11a的电炉100中，在熔融炉渣4注入后不久发生了co气体，暗示了发生炉渣起泡的可能性。

(炉渣注入试验：实施例)

接着，使用在图2所示的电炉100中具有浅底部11a的结构来进行炉渣注入试验，测定了co气体发生量。具体的步骤如下。

对炉体1供给电力2.4mw(240v、10ka)而使其连续工作，在此基础上，不投入碳材料粉而一次性地注入780kg熔融炉渣4。其他的条件与“炉渣注入试验：比较例”同样。其结果，熔融炉渣4刚刚注入后没有发生co气体，其后的co气体发生量以流量计也为100nm³/h以下。

将以上的结果示于图9中。

如图9所示，在具有浅底部11a的电炉100中，在熔融炉渣4刚刚注入后没有发生co气体，可以认为浅底部11a抑制了炉渣起泡的发生。

(实际操作试验)

接着，在具有浅底部的情况和不具有浅底部的情况下，以图10所示的操作模式操作电炉，来确认有无炉渣起泡。

首先，准备了以下条件的电炉100。

炉的容积：13.8m³

炉底面积(s1+s2)：7.5m²

炉渣组成：(t.fe)0.8％、(cao)33.1％、(sio2)28.4％

铁液组成：[c]2.8％，[si]0.18％，[p]0.33％

浅底部的高度(h)：250mm

浅底部的面积(s2)：1.1m²

种熔液量：1.3m³

接着，如图10所示，首先，以每约40分钟1次的频率从炉渣锅3向炉渣保持炉2中投入每次加料(charge)为约25t的熔融炉渣4，在炉渣保持炉2内暂时地保持。其后，以每10分钟1次的频率使炉渣保持炉2从保持姿态倾动成为注入姿态，来向炉体1内的熔融炉渣层5中间歇地注入每次为8.0t～8.5t的熔融炉渣4。

另外，在炉体1内的炉渣还原处理中，一边对上部电极15和炉底电极16连续供给30mw的电力，一边通过还原材料投入口31a和33a以45kg/min的供给速度供给碳材料粉。而且，作为改性材料，通过还原材料投入口31a以67kg/min的供给速度供给硅砂、以8kg/min的供给速度供给废氧化铝耐火材料粉。再者，炉渣还原处理结束后直至开始从炉渣保持炉2注入下一次加料的熔融炉渣4为止的时间(10分钟左右)，降低供给电力，并休止了碳材料以及改性材料的供给。

在各实施例和比较例中，除了注入周期和每次的注入量不同这一点外，操作模式同样。注入周期和每次的注入量，在实施例1、实施例4和比较例1(注入周期5分钟、每次的注入量4.0t～4.3t)中分别相同，在实施例2和比较例2(注入周期10分钟、每1次的注入量8.0t～8.5t)中分别相同，在实施例3和比较例3(注入周期15分钟、每次的注入量12t～13t)中分别相同。

另外，在各实施例和比较例中，从转炉排出至炉渣锅3中的熔融炉渣4的成分组成示于以下的表1。

表1

在各实施例和比较例中，作为表示炉体1中的反应状态和对废气处理设备的影响的指标，测量了在熔融炉渣4向炉体1内注入时发生的炉渣起泡的高度、和炉体1中的co气体的发生状态(从通过气体排出口25的废气的流量和废气中的co+co2浓度判定)。

将结果的概要示于表2。

表2

不论比较例1～3中的哪一例，在没有浅底部11a的电炉中，均是注入周期越长，每次的注入量越多，则起泡高度就越大，在每次的注入量多的比较例3中，炉渣起泡高度达到了2500mm以上。

另外，不论比较例1～3中的哪一例，均在炉体1中急剧地发生了co气体。

认为这是由于：刚注入后的熔融炉渣4与处于熔融炉渣层5之下的铁液层6接触，熔融炉渣4中所含的feo与铁液层6中的铁液所含的c急剧地反应，结果发生了起泡。

与此相对，在实施例1～2中，与相同条件的比较例1、2相比，炉渣起泡的高度均大幅地降低，在炉体1中的co气体的发生都变得平稳。

在实施例3中，虽然炉渣起泡高度一时地上升至600mm，但从侧壁2个部位以3kg/min吹入碳材料粉3分钟，结果镇静化至300mm。其结果，即使是注入周期最长、每次的注入量最多的实施例3，也能将炉渣起泡高度抑制为300mm。

因此，可以说：通过本发明的第1实施方式涉及的炉体1设有浅底部11a，能够抑制炉渣起泡的发生、并且与以往相比使每次的炉渣注入量增大。

另一方面，在使用了第2实施方式涉及的炉体1的实施例4中，虽然炉渣起泡的高度(160mm)与使用了第1实施方式涉及的炉体1的实施例1(90mm)相比稍微高，但是，与相同条件的比较例1(1200mm)相比，大幅地降低。结果，co气体的发生较平稳。因此实证了：即使是第2实施方式涉及的炉体1，由于设有浅底部11b，因此也充分地得到了抑制炉渣起泡的效果。

但是，对实施例1～4反复进行了操作的结果，在实施例1～3中，直至浅底部11a的表面的耐火材料熔损50mm为止能够进行700～1000次加料的操作，与此相对，在实施例4中，通过200～300次加料的操作，浅底部11b的表面的耐火材料熔损了50mm。因此，可以说也实证了在炉底11的耐久性的方面，第1实施方式涉及的炉体1是有利的。再者，如已经叙述过的那样，第2实施方式涉及的炉体1有其他的优点。

以上，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了详细说明，但本发明并不被这样的例子限定。不言而喻，只要是具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的人，就能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种的变更例或修改例，对于这些变更例或修改例，也被理解为当然地属于本发明的技术范围。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供能防止刚从炉渣保持炉注入后的熔融炉渣与电炉内的铁液层剧烈地混合而生成大的炉渣起泡的电炉。

附图标记说明

1：炉体

2：炉渣保持炉

3：炉渣锅

4：熔融炉渣

5：熔融炉渣层

6：铁液层

10a：主体部

10b：突出部

11：炉底

11a：浅底部

11b：浅底部

11c：台阶板

11d：深底部

12：炉壁

13：炉盖

14：炉渣注入口

15：上部电极

16：炉底电极

17：出渣口

18：出液口

20：炉主体

21：注口部

25：气体排出口

26：炉渣投入口

27：保持炉盖

28：炉渣注入路

29：注口

31：原料供给装置

31a：还原材料投入口

33a：还原材料投入口

32：原料供给装置

33：原料供给装置

40：倾动装置

44：倾动轴

100：电炉