本发明涉及使用含氧化铁铁原料制造铁水的电炉及使用该电炉的含氧化铁铁原料的熔解及还原方法。
本申请基于2017年10月23日在日本申请的特愿2017－204540号主张优先权，并将其内容引用于此。
背景技术：
在从铁矿石或由炼铁厂产生的灰尘中制造还原铁的直接还原炼铁法中，对于还原炉形式，使用竖炉、回转炉、转底炉、流化床等，对于还原剂，使用天然气、煤等。提案有基于这些组合的各种炼铁工艺而工业化。
另外，这些直接还原炼铁法中、作为使用通过还原炉形式是竖炉且作为还原剂使用天然气的方法、或还原炉形式是转底炉且作为还原剂使用煤的方法制造的含氧化铁铁原料制造铁水的方法，目前最主流的是在电弧炉中熔解还原率高的含氧化铁铁原料来制造铁水的方法。
然而，为了制造还原率高的含氧化铁铁原料而使用大量的还原剂，需要至氧化铁的还原反应几乎完成的滞留时间，因此，在天然气非产出国，从成本和生产性的观点来看，难以采用。因此，不是在这些直接还原炉中制造还原率高的含氧化铁铁原料，而是采用如下方法：直接还原炉为预备还原炉，使用电弧炉或熔解转炉对在该预备还原炉中进行预备还原而制造的还原率较低的含氧化铁铁原料进行熔解及还原，制造铁水。在专利文献1的第66页记载了将在转底炉(rhf)中预备还原的含有半还原铁的混合物原料(颗粒或粉粒状混合物原料)装入埋弧炉(srf)，进行以最终还原和熔解为目的的精加工精炼。srf中供给氧气和煤，得到铁水和回收气体。此外，在srf中，在炉启动时需要装入铁水等预装铁水，但在稳定操作状态下因炉内存在铁熔浴而不需要这样。在专利文献2中公开有一种方法：将碳材内装于转炉中产生的灰尘中而结成块，在预备还原炉中进行高温加热，将内装碳材作为还原材料预备还原后，在高温状态下作为含铁冷材的一部分向存在预装铁水的熔解专用转炉供给，再次使用。
在用于将进行了预备还原而制造的含氧化铁铁原料投入存在预装铁水的电弧炉内进行熔解及还原，制造铁水的方法中，投入的含氧化铁铁原料只要不实施任何措施，例如在不进行铁水的搅拌的情况下，就会在因比重小而悬浮在铁水面的状态下进行熔解及还原。另外，含氧化铁铁原料因含有cao、sio2等炉渣成分，所以在熔解进行时炉渣悬浮在铁水面上，从炉顶料斗投入的原料被炉渣捕捉而阻碍与铁水的接触，从而不能熔解而导致铁成品率的降低。为了促进投入的含氧化铁铁原料的熔解和还原，还列举将投入的含氧化铁铁原料尽量利用高温部，并且通过流动控制卷进铁水，对原料进行熔解及还原的方法。
关于将氧化物原料投入直流电炉或交流电炉的电弧产生的高区域，赋予底吹搅拌进行熔解及还原的方法，一直以来有各种提案。
例如，在专利文献3中记载有使用3相交流电炉的金属氧化物的熔融还原方法的发明。该发明的电炉精炼法的特征在于，在3相交流电炉内，将粉末状的金属原料矿石(作为实例为铬矿石)供给到电弧的形成区域，利用电弧热熔解金属原料矿石，进而，在电炉的炉底部配置气体吹入喷嘴并向电炉内的熔融金属吹入气体，但作为铬矿石的还原的方法，炉渣中还原剂与原料矿石的接触产生的还原反应提高效果和熔融金属与原料矿石的接触产生的还原反应提高效果的划分不明了。
在专利文献4中公开了向制钢用电弧炉内吹入含碳燃料及含氧气体，并且通过配置于电弧炉底部的喷嘴供给氧的方法。记载有使用具有三个电极的电弧炉，经由中空电极吹入矿石、预备还原矿石等，生成金属熔融物时赋予底吹搅拌，但对于电弧产生的高温地点的矿石、预备还原矿石的个数集中度、炉底的底吹喷嘴的位置关系、投入原料的成品率未提及。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开wo01/018256号
专利文献2：日本特开2000－45012号公报
专利文献3：日本特开平1－294815号公报
专利文献4：日本特开昭63－125611号公报
技术实现要素：
发明所要解决的问题
关于将进行预备还原而制造的含氧化铁铁原料投入到预装铁上进行熔解及还原，制造铁水的电炉，即使采用在目前公知的电炉中从炉底部向溶铁中吹入气体进行搅拌并同时投入含氧化铁铁原料的方法，也不能卷进到铁水中与铁水充分混合。另外，也不能使比重小的含氧化铁铁原料停留在处于上部电极之下的高温液面部，铁成品率的提高效果不充分。
本发明的目的在于，提供将含氧化铁铁原料投入在预装铁水上进行熔解及还原的电炉即铁成品率高，可进行含氧化铁铁原料的熔解及还原的电炉、使用了该电炉的含氧化铁铁原料的熔解及还原方法。
用于解决问题的技术方案
本发明的主旨如以下。
(1)本发明的一方式的电炉具备一个以上的上部电极、一个以上的底吹风口、具备叶轮的机械式搅拌器、投入含氧化铁铁原料的投入装置。
(2)在上述(1)所述的电炉中也可以采用以下的结构：具有三个以上所述底吹风口，具有多个所述上部电极，在俯视时，在将连结各所述上部电极的中心和所述叶轮的中心的各线段中、最短的线段三等分的两点中，在接近所述叶轮的一侧的点引出与该线段正交的直线时，各所述底吹风口中，至少三个以上的所述底吹风口的中心处于比所述正交的直线接近各所述上部电极的一侧。
(3)在上述(2)所述的电炉中，也可以是，在所述俯视时，各所述上部电极的全部的中心和所述投入装置的原料投入口位于将处于比所述正交的直线接近各所述上部电极的一侧的三个以上的所述底吹风口的各中心连结的多边形的内侧。
(4)本发明的一方式的含氧化铁铁原料的熔解及还原方法使用上述(1)～(3)中任一项所述的电炉。在该含氧化铁铁原料的熔解及还原方法中，在从所述投入装置向熔融金属存在的所述电炉内投入铁的金属化率为45％以上且95％以下的所述含氧化铁铁原料进行熔解及还原时，通过将所述机械式搅拌器的所述叶轮浸渍在所述熔融金属中并使其旋转，搅拌处于所述熔融金属的表面的炉渣及所述熔融金属。
发明效果
根据本发明的上述方式，在向铁水上供给含氧化铁铁原料，进行熔解及还原而制造铁水时使用的电炉中，通过兼备利用来自底吹风口的气体吹入促进炉渣及含氧化铁铁原料和铁水的混合的底吹搅拌和使通过叶轮旋转而浮游在铁水上的炉渣及含氧化铁铁原料卷进铁水中的机械搅拌，能够以高铁成品率进行含氧化铁铁原料的熔解及还原。
另外，通过将底吹风口设为三个以上，且俯视时在连结各底吹风口的中心彼此的多边形的内侧配置上部电极和含氧化铁铁原料的投入口，将含氧化铁铁原料供给到该多边形的内侧，从而能够抑制含氧化铁铁原料被投入到上部电极正下面附近的高温部，且从该高温部立即移动到侧壁侧。由此，促进含氧化铁铁原料的熔解及还原。之后，通过使设置于远离上部电极正下面附近的高温部的地方的叶轮旋转，能够将从该高温部移动的炉渣及未熔解及还原的含氧化铁铁原料卷进铁水中，所以能够进一步促进炉渣中feo的还原及含氧化铁铁原料的熔解及还原，能够稳定地实现高的铁成品率。
附图说明
图1是表示本发明的电炉的一例的纵剖视图。
图2a是该电炉的水平剖视图。
图2b是表示本发明的电炉的另外的例子的水平剖视图。
图3是表示图2a的电炉的图，是图2a的a－a向视图。
图4是表示在无机械搅拌的操作中，底吹的有无对熔解及还原处理中的炉渣feo浓度的影响的曲线图。
图5是表示在无底吹的操作中，机械式搅拌对熔解及还原处理中的炉渣feo浓度的影响的曲线图。
图6是表示在本发明的操作中，底吹和机械式搅拌双方对熔解及还原处理中的炉渣feo浓度的影响的曲线图。
具体实施方式
本发明以能够从炉顶料斗将含氧化铁铁原料投入预装铁水上，通过电弧热和预装铁水的接触进行熔解及还原，制造铁水的电炉为对象。另外，提供一种电炉：从炉顶料斗投入的含氧化铁铁原料滞留在通过上部电极生成的电弧产生的高温部，且使设置于该高温部的外侧的机械式搅拌器旋转，可进行含氧化铁铁原料及随着该熔解生成的feo浓度高的炉渣向铁水内的卷进，能够以高的铁成品率制造铁水。
本发明优选应用直流电弧炉作为电弧炉。本发明也可应用于交流电弧炉。关于用于实施本发明的方式，以下，以直流电弧炉为例，使用图1～图3详细说明。
本实施方式的电炉1具有一个以上的上部电极2、一个以上的底吹风口3、具备叶轮4的机械式搅拌器5、含氧化铁铁原料的投入装置6。含氧化铁铁原料的投入装置6是在其装置自身保持含氧化铁铁原料的装置，或者不说该装置自身，而以能够向该装置供给含氧化铁铁原料的方式经由搬送机构与保持含氧化铁铁原料的容器连结的装置。在图1～图3所示的例子中，具有两个上部电极2、三个底吹风口3。另外，具有1台机械式搅拌器5、1台投入装置6。图1～图3是表示供给含氧化铁铁原料13进行熔解及还原而制造铁水时使用的电炉1的一例的图。在图1中，从投入装置6投入含氧化铁铁原料13。在该电炉1中，上部电极2在与熔融金属11的表面之间形成电弧14，从底吹风口3向熔融金属11中吹入气体，进行熔融金属11的搅拌，同时还进行含氧化铁铁原料13及炉渣12和熔融金属11的混合。机械式搅拌器5的叶轮4通过其下半部分浸渍在熔融金属11的状态下旋转，搅拌熔融金属11、炉渣12及含氧化铁铁原料13。
图1所示的电炉1是直流电炉，因此，具有炉底电极10。作为上部电极2也可以使用实心电极。含氧化铁铁原料13从投入装置6的原料投入口7朝向熔融金属11的表面投入。
如图1所示，机械式搅拌器5具备沿着垂直方向延伸的轴5a、固定于该轴5a的下端的叶轮4、保持轴5a的上部并绕垂直轴线旋转的驱动部5b。叶轮4是具有沿着垂直方向的中心17的旋转体，在其周围例如具有4片叶片。叶轮4具有朝向下方为锥形的外形状，通过自身旋转，卷进悬浮在周围的含氧化铁铁原料13及炉渣12，并且将其朝向下方送出。
在电炉1中，通过具备以上的基本结构，通过来自底吹风口3的气体吹入促进含氧化铁铁原料13及炉渣12和铁水的混合。而且，通过使叶轮4旋转，能够将悬浮在铁水上的炉渣12及含氧化铁铁原料13卷进铁水(熔融金属11)中。因此，能够以高的铁成品率进行含氧化铁铁原料13的熔解及还原。
但是，在上部电极2和熔融金属11之间形成电弧14，在电弧14的附近形成高温区域h，因此，为了将投入到电炉1内的含氧化铁铁原料13迅速地熔解及还原，优选尽可能将含氧化铁铁原料13的原料投入口7配置于处于电弧14附近的高温区域h近处，且将投入的含氧化铁铁原料13保留在高温区域h。为了实现该目的，在本发明中优选的方式中，在俯视时，如图2a所示，将连结上述各上部电极2的电极中心16和上述机械式搅拌器5的叶轮4的中心17的各线段中最短的线段20三等分。而且，在将该线段20三等分的2点(21)中接近叶轮4的一侧的点21a引出与该线段20正交的直线22。而且，上述各底吹风口3中至少三个以上的风口3的中心18处于比上述正交的直线22接近上部电极2的一侧以及上部电极2的全部的电极中心16及上述含氧化铁铁原料的投入装置6的向电炉1内的原料投入口7位于将处于比上述正交的直线22接近各上部电极2的一侧的三个以上的风口3的各中心18连结的多边形23(本例中三角形)的内侧。
底吹风口3的配置被设置为，在俯视时，在将连结上部电极2的电极中心16和叶轮4的中心17的线段20三等分的2点(21)中叶轮4侧的点21a引出与该线段20正交的直线22时，至少三个以上的风口的中心18处于比上述正交的直线22接近上部电极2的一侧。如图2a所示，在上部电极2有两个以上时，只要在将连结各电极中心16和叶轮的中心17的水平的线段两个中最短方的线段20三等分的2点(21)中接近叶轮4的一侧的点21a，以与该线段20正交且水平的直线22为基准即可。图2a中，在叶轮4和各上部电极2横向一列排列的状态下，将三个底吹风口3分别配置于图示的位置。此外，不是排除在比该直线22接近叶轮4的一侧具有其它底吹风口的规定。
另外，叶轮4和上部电极2也可以不是横向一列。作为该一例，图2b表示两个上部电极2相对于叶轮4处于等距离的情况。该情况下，三个底吹风口3的位置也位于比在将连结叶轮4的中心17和电极中心16的线段20三等分的点21引出的上述的直线22位置靠上部电极2侧。在该例中，将三个底吹风口3的风口的中心18位置设为彼此等距离，但不一定需要等距离。
该正交的直线22的位置在连结电极中心16和叶轮的中心17的线段20的中点以正交的方式引出的方法对于利用上部电极2的正下面附近的高温区域h对含氧化铁铁原料13进行熔解及还原的本发明的特征来说，可以说更优选。
另外，在俯视时，一个以上的上部电极2的全部的电极中心16和含氧化铁铁原料13的投入装置6的向电炉1内的原料投入口7需要位于连结处于比上述正交的直线22靠上部电极2侧的三个以上的底吹风口3的中心18的多边形23的内侧。这是因为，通过如此确定底吹风口3的位置和电极中心16及原料投入口7的关系，从各底吹风口3流动的底吹气体形成朝向连结这些风口的中心18的多边形23的中心部的流动(参照图2a及图3的符号f1)，通过将投入到该多边形23内的含氧化铁铁原料13滞留在高温区域h的附近，期待含氧化铁铁原料13的熔解促进效果。
这样，由于在连结各底吹风口3的中心18的多边形23的内侧以具有上部电极2和含氧化铁铁原料13的原料投入口7的方式配置各底吹风口3，所以各底吹风口3间的水平最短距离考虑设备的配合自然而然地确定。另外，各底吹风口3间的水平最长距离也根据与电炉1的侧壁的关系适当确定即可。构成该多边形23的各底吹风口3间的相互的距离在上述的范围内只要根据由底吹气体包围投入到铁水上的含氧化铁铁原料13，并使原料13尽可能不从包围的空间放掉的观点适当确定即可。根据该观点，底吹风口3的数量越多可以说越有效果，但过于增多，除风口成本增加以外，在具备炉底电极10的情况下，也会产生与其配置的干涉，六个左右为通常的上限。
通过采取这种结构，含氧化铁铁原料13被添加到上部电极2的正下面附近的高温区域h的附近，同时由底吹气体包围并同时与铁水进行强制搅拌。
此外，如图1所示，在使用中空的上部电极2的情况下，经由各上部电极2的相互间及中空的上部电极2的内部通路能够将含氧化铁铁原料13投入到电炉1内。在电炉1内，由于在上部电极2和熔融金属11之间形成有高温的电弧14，所以通过中空的上部电极2的内部通路投入到熔融金属11的原料(含氧化铁铁原料13)在通过电弧14中时被加热到高温，容易熔融，故而优选。
然而，被投入到电炉1内的含氧化铁铁原料13因比重比铁水(熔融金属11)轻，所以悬浮在熔融金属11的表面并进行熔解及还原。当含氧化铁铁原料13熔解及还原时，未被还原的氧化铁部分也与原料中的cao及sio2等一起成为炉渣，这也由于比重比铁水(熔融金属11)轻而悬浮在熔融金属11的表面，形成feo浓度高的炉渣12的层。即使采用上述优选的方式，该feo浓度高的炉渣12也会与未熔解及还原的含氧化铁铁原料13一起早晚流到上述的周围(多边形23)之外。就这样，未熔解及还原的含氧化铁铁原料13和炉渣12中的feo均同时与熔融金属11中的c(还原材料)的接触不充分，不能充分促进还原。
因此，本发明具有具备叶轮4的机械式搅拌器5，使用叶轮4搅拌炉内的熔融金属11和上述的未熔解及还原的含氧化铁铁原料13及feo浓度高的炉渣12。通过配置叶轮4使其在熔融金属11中旋转，如图3中的符号f2所示，除投入到电炉1内的含氧化铁铁原料13未熔解及还原而形成的炉渣和在原料中未还原的氧化铁部分成为一体的炉渣以外，还能够将一直残留含氧化铁铁原料13的物质也卷进铁水中。在如电炉1那样熔浴深度浅的情况下，通过底吹气体产生的搅拌将在熔浴面上的炉渣12及含氧化铁铁原料13卷入熔浴中的效率低，但如果是叶轮4产生的搅拌，则通过叶轮4的旋转能够形成向垂直下方的熔浴流f2，所以其效率高。
但是，叶轮4是耐火物制的旋回叶片，因此，设置于上部电极2附近的高温部时，熔损可能会剧烈。因此，优选设置于远离上部电极2的位置。具体而言，如上述在本发明优选的的方式中，在俯视时，如图2a及图2b所示，在将连结电极中心16和叶轮的中心17的各线段中最短的线段三等分的2点(21)中，在叶轮侧的点21a引出与该线段20正交的直线22时，规定以至少三个以上的底吹风口3的各中心18可设置为处于比上述正交的直线22靠各上部电极2侧的方式引出该直线22。因此，叶轮4的位置远离上部电极2附近的高温区域h。通过这样配置，如图3所示，叶轮4远离上部电极2的正下面附近的高温区域h，且因为在该高温区域h和叶轮4之间存在底吹气体，所以容易确保叶轮4的寿命。另外，能够有效地发挥将从上述多边形23的范围流出来的熔浴面上的高feo浓度的炉渣12及未熔解的含氧化铁铁原料13卷入熔浴中这种对叶轮4期待的作用。
含氧化铁铁原料13在高温部熔解而产生的高的feo浓度的炉渣等和铁水被混合搅拌，铁水中的碳和炉渣12中的氧化铁等反应的界面积增加，同时，促进来自铁水的热供给，由此，能够实现炉渣12等还原促进。
如上所说明，在本实施方式中，在从上方供给含氧化铁铁原料13而制造铁水的电炉1中，兼备通过来自各底吹风口3的气体吹入而促进炉渣12及含氧化铁铁原料13和铁水的混合的底吹搅拌、和通过使叶轮4旋转而使悬浮在铁水上的炉渣12及含氧化铁铁原料13卷入铁水中的机械搅拌。因此，能够以高的成品率进行含氧化铁铁原料13的熔解及还原。
在本实施方式中，作为从底吹风口3吹入的气体种类，可以使用氮气、氩气、含氧气体等。在氮气、氩气的情况下，可以将底吹风口3形成为单管风口。在吹入含氧气体例如纯氧的情况下，可以形成双管风口，从内管的内部流动含氧气体，从内管和外管之间的空间流动冷却用的气体。另外，作为从一个底吹风口3吹入的气体流量，每1吨铁水为3～15nm3/h左右即可。这是因为，该流量过少时，不会明显表现出底吹产生的含氧化铁铁原料13的熔解及还原促进效果，另一方面，如果过多，则不仅效果几乎饱和，而且因底吹风口3的损耗速度恶化及倾斜多发，从而不能综合性改善操作。
在本实施方式中，熔解及还原的含氧化铁铁原料13优选铁的金属化率为45％以上且95％以下。铁的金属化率(％)是指含氧化铁铁原料13中的金属铁的质量％(金属铁质量/总铁含量铁合计质量×100)。
本实施方式如上述，涉及如下制造时使用的电炉1，即，通过竖炉及转底炉等预备还原炉对铁矿石及灰尘等含氧化铁原料进行加热及预备还原处理，形成含氧化铁铁原料13后，将该含氧化铁铁原料13供给到炉内，在铁水内进行熔解及还原而制造铁水。因为将在直流电弧炉内将碳作为还原剂对原料进行还原时产生的co气体用作预备还原炉中的预备还原剂能够大幅削减或不使用天然气体的使用量，且可以不需要与气体生成炉等溶钢制造工艺无直接关系的新的工艺，故而优选。
如果进行预备还原而制造的含氧化铁铁原料13的铁的金属化率为45％以上，则可以将在直流电弧炉产生的co气体的全量用作预备还原炉中的还原用的co气体，同时可以不降低全体的还原效率，能够抑制炭材料原单位的增加，抑制直流电弧炉中的必要还原热的增加而防止电力原单位增加。另一方面，在竖炉等预备还原炉中不使用天然气体而以co气体为主体进行还原的情况下，难以制造还原率的上限大于95％的还原铁，因此，优选将含氧化铁铁原料13的铁的金属化率上限设定为95％。
含氧化铁铁原料13中的氧化铁将含于预装铁水中的碳作为还原剂进行还原。其结果是，由于预装铁水中的碳浓度降低，所以需要供给碳源。含氧化铁铁原料13作为有助于电弧炉中的还原的还原剂，也可以含有含碳物质。另外，追加的碳源与含氧化铁铁原料13不同，也可以通过将含碳物质投入直流电弧炉中来供给。
含氧化铁铁原料13优选合计含有4～24质量％的氧化铁以外的氧化物。氧化物具体而言，列举有cao、sio2、al2o3、mgo。这些氧化物是炉渣成分。原料中的炉渣成分在熔解进行时炉渣悬浮在铁水面，从炉顶料斗投入的原料因被炉渣捕捉阻碍与铁水的接触而未熔解，导致铁成品率的降低。因此，在原料中所占的炉渣成分的上限设定为24质量％。另一方面，含氧化铁铁原料13为了通过预备还原炉对铁矿石及灰尘等含氧化铁铁原料进行加热及预备还原处理，设为烧结矿及颗粒使用。因此，通常至少含有4质量％的上述的氧化物，因此，将原料中所占的炉渣成分的下限设定为4质量％。
实施例
以下，包括比较例在内，说明涉及本发明的实施例。
作为电炉1，使用图1、图2a、图3所示的直流电炉。该电炉1在俯视时炉内半径为4m，作为熔融金属11可以收容100吨的铁水，是外径800mm、内径200mm的中空结构。两个上部电极2隔开2m的间隔配置于图1及图2a所示的位置。
三个底吹风口3分别为单管，内径为15mm，各自以110nm3/h的速度吹入n2气体。投入装置6的原料投入口7处于连结风口的中心18间的多边形23的中心9附近的位置。另外，将机械式搅拌器5的叶轮4配置于图1、图2a所示的位置。机械式搅拌器5具有由可铸造为耐火物的氧化铝制成的叶轮4。叶轮4的搅拌叶片为四个，搅拌叶片的直径为1.0m，搅拌叶片的高度为0.3m。在将该叶轮4以从炉底至叶轮4的底面的高度为50mm的方式浸渍在铁水内的状态下，叶轮4的中心17被设置为距电炉1(炉内半径4m)的中心为2.2m的位置。
叶轮4俯视时设置为，在将连结各电极中心16和叶轮的中心17的各线段中最短的线段20三等分的2点(21)中、叶轮4侧的点21a引出与该线段20正交的直线22时，至少三个以上的风口的中心18处于比上述正交的直线22靠上部电极2侧。因此，在远离处于上部电极2的附近的高温部分的地点，能够以将悬浮在铁水上的炉渣12及未熔解的含氧化铁铁原料13卷入铁水中的方式进行搅拌。
使用上述说明了的电炉1，在存在预装铁水的炉内投入含氧化铁铁原料13，进行熔解及还原操作。
作为含氧化铁铁原料13，使用在转底炉中进行了预备还原的含氧化铁铁原料。含氧化铁铁原料13的组成如表1所示。铁的金属化率为65.6％，氧化铁以外的氧化物含量为17.8质量％。
【表1】
在电炉1内装入平均温度1450℃～1500℃、c浓度3.5质量％～4.0质量％的预装铁水50吨，从位于两个上部电极2之间的原料投入口7以铁水量换算2.5t/min的速度连续20分钟(变成铁水，50吨量)并以重力落下朝向炉内的高温部供给粒径1mm～50mm的含氧化铁铁原料13，之后，进行40分钟熔解及还原。预装铁水中的碳随着还原的进行而被消耗，碳浓度降低，因此，为了补充被消耗的碳量，作为含碳物质从上部电极2的中空部分依次向炉内投入土类石墨。从含氧化铁铁原料13的供给开始60分钟后，向锅中排出铁水量50吨，通过反复进行上述作业，进行含氧化铁铁原料13的熔解及还原。熔解及还原操作中，每隔5分钟进行炉渣采样，评价炉渣中的feo浓度。
为了比较，作为仅搅拌条件改变的例，对于(i)不进行机械式搅拌的条件下的操作结果，(ii)不进行底吹的条件下的操作结果，与(iii)机械式搅拌和底吹均进行的本发明的操作结果一并进行说明。此外，为了说明本发明的效果，作为铁成品率的指标，采用熔解及还原中的经过时间的炉渣中的feo浓度的变化的状况。其结果集中示于图4、图5、图6。
(i)的情况下(比较例：无机械式搅拌)，如图4所示，在赋予了底吹的情况下，含氧化铁铁原料13的熔解产生的炉渣中的feo浓度的上升速度与未赋予底吹的情况比较为高位。然而，含氧化铁铁原料13熔解后的炉渣的还原速度在两种条件下没有大的差异。因此，在该例中，通过向上部电极2的正下面附近的高温部分投入含氧化铁铁原料13，且向该地点赋予底吹，含氧化铁铁原料13的熔解能够迅速进行。另外，在随着该熔解而产生的熔融feo的还原时，尽管熔解迅速，但最高浓度无改变，因此，可以说还具有还原促进效果。作为该综合的效果，由于能够尽早完成熔解，固而之后的还原时间增长，具有在最终开始熔解及还原操作后经过60分钟的时刻，炉渣中的feo浓度相对降低的效果。
(ii)的情况下(比较例：无底吹)，如图5所示，即使在赋予了机械式搅拌的情况下，含氧化铁铁原料13的熔解产生的炉渣中的feo浓度的上升速度与在任何转速下均未赋予机械式搅拌器5的情况比较，无大的差异。但是，含氧化铁铁原料13熔解后的炉渣的还原速度随着旋转速度越大而上升，与未赋予搅拌的情况比较均为高位。因此，在该例中，机械式搅拌器5产生的旋转的赋予还具有该旋转产生的炉渣12及含氧化铁铁原料13向铁水中的卷入未达到上部电极2的正下面附近的高温部，与没有该情况的情况比较，在含氧化铁铁原料13的熔解速度上无差异。但是，随着熔解产生的含feo的炉渣的还原具有如下效果，即使在远离高温部的地点也能够迅速进行，最终在经过60分钟的时刻，根据旋转产生的卷入强度降低炉渣中的feo浓度。
(iii)的情况下(本发明例：机械式搅拌和底吹两方都有)，如图6所示，含氧化铁铁原料13的熔解产生的炉渣12中的feo浓度的上升速度因底吹实施而上升，炉渣12的还原速度随着叶轮4的转速增加而上升。与无论底吹还是机械式搅拌均未赋予的情况(图中□)比较时，可知均为高位。
同时考虑上述的(i)和(ii)的情况的结果时，在本发明例中，底吹发挥将悬浮在铁水面的含氧化铁铁原料13通过搅拌尽量长地停留在上部电极2的正下面的高温液面部，且通过在此与铁水搅拌，使含氧化铁铁原料13迅速熔解的效果。这时，随着熔解而生成的feo的还原也在进行，尽管迅速熔解，但feo的最高浓度与上述(i)(ii)的情况相同。此外，至该feo浓度达到最高的时间与上述(i)的情况几乎相同，因此，可以说几乎没有在此期间的机械式搅拌的影响。
但是，在本发明例中，机械式搅拌将含有通过底吹而迅速熔解的源自含氧化铁铁原料的feo的炉渣12及未熔解的含氧化铁铁原料13卷入铁水内，与上述(ii)的情况同样地发挥与铁水内的碳的接触及铁水具有的热供给的促进效果。从该feo浓度达到最高的时刻开始的feo浓度的减少速度与上述(ii)的情况几乎相同，因此，可以说几乎没有在此期间的底吹有无的影响。
但是，作为并用底吹和机械式搅拌的效果，含氧化铁铁原料13的熔解快，另一方面，feo的最高浓度与无底吹时熔解上需要时间的情况相同，从这样的feo浓度的最高值开始的feo的还原速度快，因此，如果进行60分钟评价，则可以说有到达feo浓度的减少效果。另外，在有底吹时将叶轮4的转速设为50rpm的例中，由于在35分钟内feo浓度降到5％以下，所以也可以作为效能提高效果进行评价。
在使用通常的直流电弧炉得到的含氧化铁铁原料的铁水制造操作中，从原料供给开始在40分钟内炉渣中的feo浓度为10％以下可以说是铁成品率非常高位的操作。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供可进行铁成品率高的含氧化铁铁原料的熔解及还原的电炉、和使用了该电炉的含氧化铁铁原料的熔解及还原方法。因此，产业上的可利用性大。
符号说明
1电炉
2上部电极
3底吹风口
4叶轮
5机械式搅拌器
6投入装置
7原料投入口
10炉底电极
11熔融金属
12炉渣
13含氧化铁铁原料
14电弧
15内周
16电极中心(上部电极の中心)
17叶轮的中心
18风口的中心
20线段
21点
22直线
23多边形
1.一种电炉，其特征在于，具备：
一个以上的上部电极、
一个以上的底吹风口、
具备叶轮的机械式搅拌器、
投入含氧化铁铁原料的投入装置。
2.根据权利要求1所述的电炉，其特征在于，
具有三个以上所述底吹风口，
具有多个所述上部电极，
在俯视时，
在将连结各所述上部电极的中心和所述叶轮的中心的各线段中、最短的线段三等分的两点中，在接近所述叶轮的一侧的点引出与该线段正交的直线时，
各所述底吹风口中，至少三个以上的所述底吹风口的中心处于比所述正交的直线接近各所述上部电极的一侧。
3.根据权利要求2所述的电炉，其特征在于，
在所述俯视时，各所述上部电极的全部的中心和所述投入装置的原料投入口位于将处于比所述正交的直线接近各所述上部电极的一侧的三个以上的所述底吹风口的各中心连结的多边形的内侧。
4.一种含氧化铁铁原料的熔解及还原方法，使用权利要求1～3中任一项所述的电炉，其特征在于，
在从所述投入装置向熔融金属存在的所述电炉内投入铁的金属化率为45％以上且95％以下的所述含氧化铁铁原料进行熔解及还原时，通过将所述机械式搅拌器的所述叶轮浸渍在所述熔融金属中并使其旋转，搅拌处于所述熔融金属的表面的炉渣及所述熔融金属。
技术总结