偏心式底出し（EBT）システムは1980年代後半から電気アーク炉の標準システムとなっていますが、依然として電気アーク炉操業における最も一般的な故障箇所の1つです。最初の試みで出湯口が開かないと、1回の加熱につき3～8分のロスが発生します。1か月に600回の加熱を行うと、30～80時間の生産ロスとなり、これは100～250回の加熱が無駄になったのと同等の損失です。
MONTE INTELLIGENCE社は、15トンから120トンまでの炉向けにEBTシステムを設計・供給してきました。この記事では、EBTの信頼性を左右するエンジニアリング上の決定事項、運用方法、および保守手順について解説します。
EBTのコンセプトは理論上はシンプルです。従来の溶鉱炉のようにスラグ排出口から出鋼するのではなく、EBT溶鉱炉は炉底に中心線からずれた位置に出鋼口を設けています。溶鉱炉を前方に傾けると出鋼口が溶鋼液面より下になり、鋼は重力によって流れ出します。後方に傾けると出鋼口は閉じます。その結果、スラグのない出鋼が可能になります。スラグは鋼の上に浮かび、注鋼の最後まで出鋼口に到達しません。さらに、作業者はスラグの持ち込みが始まる前に溶鉱炉を後方に傾けることで、流れを止めることができます。
実際はもっと複雑です。EBTシステムは、1600～1650℃の溶鋼を扱い、満杯の炉の水圧（100トン炉の出銑口で約0.5バール）に耐え、信頼性の高い開閉機構を維持し、溶解および精錬工程中にガス漏れを防ぐシール機能を備えなければなりません。
出湯口径は設計上の最初の決定事項です。出湯速度と出湯時間を決定します。50トン炉の場合、出湯口径が80～100mmであれば、出湯速度は毎分2～3トン、総出湯時間は15～25分となります。出湯口径が小さいほど、湯口の分裂や空気の巻き込みが増加します。一方、出湯口径が大きいと、取鍋内で過剰な乱流が発生し、取鍋の耐火材を損傷したり、過度の温度損失を引き起こしたりする恐れがあります。
出湯口スリーブは、実際の出湯路を形成する消耗性の耐火管です。スリーブの材質としては、マグネシアカーボン（MgO-C）、マグネシアクロム（MgO-Cr2O3）、アルミナカーボン（Al2O3-C）などがあります。MgO-Cスリーブは、優れたスラグ耐性と許容範囲内の耐熱衝撃性を兼ね備えているため、市場で主流となっています。スリーブの一般的な寿命は、1本あたり80～150回の溶鉱炉使用です。
スリーブの摩耗は均一ではありません。最も摩耗が激しいのは、溶融鋼浴に接触するスリーブの端部である高温面です。これは、この部分が最高温度にさらされ、スラグによる化学的侵食が最も激しいためです。高温面の摩耗率は、低温面（外側端部）の摩耗率の2～3倍にもなります。そのため、一部の事業者は、高温面部分をスリーブの他の部分とは独立して交換できる2ピース構造のスリーブを採用し、耐火物の総コストを約20%削減しています。
充填砂とは、溶鋼の加熱と加熱の間に出鋼口に充填される材料のことです。出鋼のために炉が前方に傾くと、砂がスムーズに流れ出し、鋼がそれに続いて出てくる必要があります。ここで自由開鋼率という概念が登場します。自由開鋼率95%とは、100回の加熱のうち95回は酸素ランスを必要とせずに最初の試みで開鋼できることを意味します。
自由開度速度は、砂の品質、充填手順、および出銑口の状態という3つの要因に依存します。砂の品質は化学組成から始まります。砂はシリカ含有量が高く（SiO2 97%以上）、酸化鉄含有量が低い（Fe2O3 0.5%以下）必要があります。酸化鉄は製鋼温度で砂粒子の焼結を促進し、自由流動を妨げます。粒度分布も制御する必要があります。細かすぎると砂が密に詰まり、粗すぎると粒子間に鋼が浸透してしまいます。
充填手順も同様に重要です。砂は乾燥していなければなりません。砂に水分が含まれていると、蒸気爆発の危険性が高まり、焼結が促進されます。砂は、自然な充填が実現できる十分な高さ、通常は出湯口開口部から500～800mm上から出湯口に注ぎ込む必要があります。圧縮は避けてください。密度の高い砂は自由に流れません。次の溶解時に鋼がスリーブ内に入り込むのを防ぐため、砂はスリーブの高温面から約50～100mm上まで出湯口を満たす必要があります。
出湯口の状態は、スリーブ表面が粗かったり浸食されていると砂が機械的な固定点となるため、出湯口の開放性に影響します。20～30回の加熱ごとに、出湯口をボアスコープで検査する必要があります。スリーブの浸食が元の直径の20%を超える場合、50mmを超える亀裂がある場合、または金属がスリーブ壁に侵入している場合は、スリーブを交換する必要があります。
酸素ランス法は、出湯口がスムーズに開かない場合の代替手段です。6～8mmの酸素ノズルが付いたランス管を出湯口の下から挿入し、8～12バールの圧力で酸素を吹き付けて障害物を焼き切ります。ランス法はスリーブの耐火材を損傷するため、ランス法を行うたびにスリーブの寿命が約2～3回分短くなります。そのため、ランス法の回数を最小限に抑えることは、高い出湯率を維持するための直接的な経済的メリットとなります。
ゲートシステムは、溶解中に鋼材が出鋼口から流入するのを防ぐ機械式バルブです。市場には、スライドゲートとロータリーゲートの2つの設計が競合しています。スライドゲートは、出鋼口の開口部を水平方向にスライドする耐火板を使用します。ロータリーゲートは、貫通孔のある回転シリンダーを使用します。スライドゲートは、より確実なシール性を提供するため、大型炉（80トン以上）で主流となっています。ロータリーゲートは、コストが約30%安いため、小型炉でよく使用されています。
ゲートのメンテナンスは体系的な作業です。加熱後、ゲート機構を目視で点検し、耐火物の摩耗、金属の堆積、油圧系統の漏れがないか確認してください。油圧シリンダーのストロークは設計仕様と照合して確認してください。設計ストロークから5mm以上ずれている場合は、リンケージ機構に摩耗が生じていることを示します。
取鍋が置かれるEBTピット（出鋼ピット）も、設計上の注意が必要です。出鋼流の飛沫は周囲の設備を損傷させ、作業員の安全を脅かす可能性があります。ピットは、溶融鋼との直接接触に耐えられる耐火キャスタブル材で内張りする必要があります。また、こぼれた鋼が電線や油圧配管に接触しないよう、排水設備を設けるべきです。
MONTE INTELLIGENCE EBTシステムは、適切な操作手順を踏めば95%以上の自由開度を実現するように設計されています。標準パッケージには、MgO-C製またはお客様指定の材質の出銑口スリーブ、認証済みの化学組成と粒度を持つ充填砂、油圧パワーユニット付きゲートシステム、および設置に関する全面的な監督が含まれています。
EBTシステムに関するお問い合わせ、またはお客様の炉の構成に関するご相談は、helenxu@cnlymonte.comまでご連絡ください。
