| 【発明の名称】 |
冷鉄源の溶解方法及び溶解設備 |
| 【発明者】 |
【氏名】水上 秀昭
【氏名】山口 隆二
【氏名】中山 剛
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| 【要約】 |
【課題】電力原単位を低減するために高効率で冷鉄源を溶解することのできる溶解方法及び溶解設備を確立する。
【解決手段】アーク発生用電極６、７を備えた溶解室２と、溶解室に直結し、溶解室で発生する排ガスが導入されるシャフト型の予熱室３とを具備したアーク炉１での冷鉄源１７の溶解方法において、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を連続的又は断続的に予熱室へ供給しながら冷鉄源をアーク２０にて溶解し、次いで、溶解室に少なくとも１ヒート分の溶鋼１８が溜まった時点で溶解室を傾動して溶鋼と溶解室内の冷鉄源との接触面積を減少させ、アークにて溶鋼を加熱して昇温した後、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態で溶鋼を出鋼する方法、及びそのための装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 アーク発生用電極を備えた溶解室と、溶解室に直結するシャフト型の予熱室とを具備し、溶解室で発生する排ガスを予熱室に導入して冷鉄源を予熱しつつ溶解するアーク炉での冷鉄源の溶解方法において、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を連続的又は断続的に予熱室へ供給しながら溶解室内の冷鉄源をアークにて溶解し、次いで、溶解室に少なくとも１ヒート分の溶鋼が溜まった時点で溶解室を傾動して溶鋼と溶解室内の冷鉄源との接触面積を減少させ、アークにて溶鋼を加熱して昇温した後、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態で溶鋼を出鋼することを特徴とする冷鉄源の溶解方法。
【請求項２】 溶解室の傾動時に、冷鉄源保持手段にて溶解室内の冷鉄源を保持し、溶鋼と溶解室内の冷鉄源との接触面積を減少させることを特徴とする請求項１に記載の冷鉄源の溶解方法。
【請求項３】 溶解室を傾動した後、バーナーを併用して溶鋼を加熱して昇温することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷鉄源の溶解方法。
【請求項４】 溶解中及び出鋼中に、予熱室と溶解室とに連続して存在する冷鉄源を１ヒート分の５０ｗｔ％以上とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の冷鉄源の溶解方法。
【請求項５】 炭材と酸素ガスとを溶解室内に供給することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の冷鉄源の溶解方法。
【請求項６】 前記酸素ガスの供給量を、溶鋼トン当たり２５Ｎｍ3 以上とすることを特徴とする請求項５に記載の冷鉄源の溶解方法。
【請求項７】 冷鉄源を溶解するための溶解室と、溶解室の上部に直結し、溶解室で発生する排ガスにて冷鉄源を予熱する予熱室と、溶解室内で冷鉄源を溶解するためのアーク発生用電極と、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように予熱室へ冷鉄源を連続的又は断続的に供給する冷鉄源供給手段と、溶解室に炭材を供給する炭材供給手段と、溶解室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、溶解室を傾動させ、溶解室内の冷鉄源と生成する溶鋼との接触面積を減少させるための傾動手段と、溶解室に設けられた出鋼口とを具備したことを特徴とする冷鉄源の溶解設備。
【請求項８】 溶解室の傾動時に溶解室内の冷鉄源を保持するための冷鉄源保持手段が設けられたことを特徴とする請求項７に記載の冷鉄源の溶解設備。
【請求項９】 溶鋼を加熱するためのバーナーが、溶解室の出鋼口近傍に設けられたことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の冷鉄源の溶解設備。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄スクラップや直接還元鉄等の冷鉄源を効率良く溶解する溶解方法及び溶解設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、鉄スクラップの発生量の増大と共に、世界的に製鋼用アーク炉が新設されている。このアーク炉では、アーク発生用電極から発生するアーク熱により鉄スクラップや直接還元鉄等の冷鉄源を加熱・溶解し、精錬して溶鋼を製造するが、多くの電力を消費するため、溶解中にアーク炉溶解室から発生する高温の排ガスを利用して冷鉄源を予熱し、予熱した冷鉄源を溶解することで電力使用量を極力少なくする方法が多数提案されている。
【０００３】例えば、特開平７−１８０９７５号公報（以下、「先行技術１」と記す）には、１段又は２段以上の開閉可能な火格子を装着したシャフト型予熱室を、アーク炉溶解室の上方に鉄スクラップ導入路を介して接続して設け、シャフト型予熱室内でアーク炉溶解室の排ガスにより予熱された鉄スクラップを、シャフト型予熱室下部に設けたプッシャーにより、アーク炉溶解室内に連続的又は間歇的に装入する方法が開示されている。
【０００４】特開平７−３３２８７４号公報（以下、「先行技術２」と記す）には、アーク炉溶解室の上蓋に接続する水平方向に配置したロータリードラム型の第１の予熱室と、第１の予熱室と底部で接続するシャフト型の第２の予熱室とを配置し、第２の予熱室内で溶解室から発生する排ガスにて冷鉄源を予熱した後、プッシャーにて第１の予熱室に冷鉄源を押し込み、そして、回転する第１の予熱室を介して、予熱された冷鉄源を溶解室内に装入する方法が開示されている。
【０００５】又、特公平６−４６１４５号公報（以下、「先行技術３」と記す）には、溶解室に直結するシャフト型予熱室を設け、溶解室内とシャフト型予熱室内とに１ヒート分の冷鉄源を溶解毎に装入し、排ガスでシャフト型予熱室内の冷鉄源を予熱しつつ、溶解された冷鉄源に見合う量を溶解室内に自由落下させ、こうして、溶解室内とシャフト型予熱室内とに装入された全ての冷鉄源を溶解する設備が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のような方法及び装置により、予熱効果の高いものでは、２５０〜２７０ｋＷｈ／ｔの電力原単位が達成されるとしているが、上記先行技術１〜３には以下の問題点がある。
【０００７】先行技術１及び先行技術２では、予熱された冷鉄源をアーク炉溶解室内に装入するために、プッシャー又はロータリードラムといった冷鉄源搬送用の装置が必要であり、このため、溶解室からの排ガスで予熱する際に、予熱温度に限界がある。即ち、溶解室に大量のコークス等の炭材と酸素ガスとを吹き込み、大量に生成する高温の排ガスで冷鉄源を予熱すれば、予熱温度が高くなり予熱効果が向上するが、上記の搬送用装置の熱変形や融着等の設備トラブルが発生するので、排ガス温度を上げることができない。
【０００８】これに対して、先行技術３では、シャフト型予熱室が溶解室に直結されているため、前述した冷鉄源搬送用装置を必要とせず、従って、上記の問題点も発生しない。しかしながら、先行技術３では、１ヒート分の溶鋼量を溶解する毎に、予熱室内の冷鉄源を全て溶解し、予熱室内に冷鉄源が残らない状態で溶鋼を出鋼するため、次ヒートの最初に装入される冷鉄源の予熱ができず、排ガスの有効利用という点では十分とはいえない。
【０００９】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、予熱室から溶解室への冷鉄源搬送用装置を必要とせず、又、次ヒートの初期に装入される冷鉄源の予熱も可能であり、そして、従来の排ガスを利用した予熱方法では達成できなかった高効率で冷鉄源を溶解することのできる冷鉄源の溶解方法及び溶解設備を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による冷鉄源の溶解方法は、アーク発生用電極を備えた溶解室と、溶解室に直結するシャフト型の予熱室とを具備し、溶解室で発生する排ガスを予熱室に導入して冷鉄源を予熱しつつ溶解するアーク炉での冷鉄源の溶解方法において、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を連続的又は断続的に予熱室へ供給しながら溶解室内の冷鉄源をアークにて溶解し、次いで、溶解室に少なくとも１ヒート分の溶鋼が溜まった時点で溶解室を傾動して溶鋼と溶解室内の冷鉄源との接触面積を減少させ、アークにて溶鋼を加熱して昇温した後、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態で溶鋼を出鋼することを特徴とするものである。
【００１１】又、上記方法において、溶解室の傾動時に、冷鉄源保持手段にて溶解室内の冷鉄源を保持し、溶鋼と溶解室内の冷鉄源との接触面積を減少させることや、溶解室を傾動した後、バーナーを併用して溶鋼を加熱して昇温することが好ましく、更に、溶解中及び出鋼中に、予熱室と溶解室とに連続して存在する冷鉄源を１ヒート分の５０ｗｔ％以上とすることや、炭材と酸素ガスとを溶解室内に供給することが好ましい。その際に、酸素ガスの供給量を、溶鋼トン当たり２５Ｎｍ3 以上とすることが特に好ましい。
【００１２】本発明による冷鉄源の溶解設備は、冷鉄源を溶解するための溶解室と、溶解室の上部に直結し、溶解室で発生する排ガスにて冷鉄源を予熱する予熱室と、溶解室内で冷鉄源を溶解するためのアーク発生用電極と、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように予熱室へ冷鉄源を連続的又は断続的に供給する冷鉄源供給手段と、溶解室に炭材を供給する炭材供給手段と、溶解室に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、溶解室を傾動させ、溶解室内の冷鉄源と生成する溶鋼との接触面積を減少させるための傾動手段と、溶解室に設けられた出鋼口とを具備したことを特徴とするものである。
【００１３】又、上記設備において、溶解室の傾動時に溶解室内の冷鉄源を保持するための冷鉄源保持手段を設けることや、溶鋼を加熱するためのバーナーを溶解室の出鋼口近傍に設けることが好ましい。
【００１４】本発明においては、溶解室の上部に直結したシャフト型予熱室内で予熱された冷鉄源が、溶解室内での冷鉄源の溶解速度に見合って、自然落下して溶解室に装入されるので、予熱室から溶解室への冷鉄源搬送用装置が不要であり、予熱温度を上昇させることができる。そして、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように予熱室への冷鉄源の供給を継続しながら溶解室内の冷鉄源を溶解し、又、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態で溶鋼を出鋼するので、次ヒートに用いる冷鉄源が全て予熱され、極めて高い予熱効率で溶解することができる。
【００１５】溶解室内において生成する溶鋼中に冷鉄源が埋没して共存していると、加えられた熱エネルギーは冷鉄源を溶解するための潜熱に使用され、溶鋼温度は上昇しにくい。しかし、本発明では、少なくとも１ヒート分の溶鋼が溜まった時点で溶解室を傾動し、溶鋼と冷鉄源との接触面積を減少させて溶鋼を加熱するので、冷鉄源の潜熱に費やされる熱エネルギーが減少して溶鋼温度が上昇する。そのため、出鋼中における出鋼口の閉塞等の溶鋼温度の低下によるトラブルを未然に防止することができる。
【００１６】そして、溶解室の傾動時に、溶解室に設けた冷鉄源保持手段にて溶解室内の冷鉄源を保持することで、溶解室内での溶鋼と冷鉄源との接触面積は一層低減し、溶鋼温度をより速く上昇させることができる。又、アークと共にバーナーを併用して溶鋼を加熱することで、加えられる熱エネルギーが増加して溶鋼温度が迅速に上昇する。
【００１７】又、溶解中及び出鋼中に、予熱室と溶解室とに連続して存在する冷鉄源を１ヒート分の５０ｗｔ％以上とすることで、冷鉄源の予熱時間が確保され、高い予熱効果を得ることができる。更に、溶解室にコークス等の炭材と酸素ガスとを供給することにより、炭材の燃焼熱が電力エネルギーの代替となると同時に、発生するＣＯガスがＣＯ2 ガスに燃焼して冷鉄源を予熱するので、電力原単位を一層低減することができる。この酸素ガスの供給量は、溶鋼トン当たり２５Ｎｍ3 以上とすることが好ましい。溶鋼トン当たり２５Ｎｍ3 以上とすることで、後述する実施例で示すように、電力原単位の目標値である２５０ｋＷｈ／ｔを安定して達成できるからである。
【００１８】尚、本発明の１ヒート分の溶鋼とは、連続鋳造等の鋳造作業に用いる取鍋等の溶鋼収納搬送容器の１つの容器に収納される溶鋼量であり、これは鋳造作業を実施する建物のクレーン等の吊り上げ荷重から決まる量である。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明を図面に基づき説明する。図１及び図２は、本発明の実施の形態の１例を示すアーク炉設備の縦断面概略図であり、図１は、溶解室が水平の場合を示し、図２は、溶解室を傾動させた場合を示す図である。
【００２０】図において、内部を耐火物で構築され、底部に炉底電極６を備えた溶解室２の上部には、シャフト型の予熱室３と水冷構造の炉壁４とが配置され、この予熱室３で覆われない炉壁４の上部開口部は開閉自在な水冷構造の炉蓋５で覆われている。この炉蓋５を貫通して、溶解室２内へ上下移動可能な黒鉛製の上部電極７が設けられ、直流式アーク炉１が構成されている。溶解室２は、傾動手段として、溶解室２の４角に接続する４個の昇降シリンダー９から構成された傾動装置８により傾動され、又、アーク発生用電極である炉底電極６と上部電極７とは直流電源（図示せず）に連結し、炉底電極６と上部電極７との間でアーク２０を発生させる。
【００２１】予熱室３の上方には、冷鉄源供給手段として、走行台車２５に吊り下げられた底開き型の冷鉄源供給用バケット１６が設けられ、この冷鉄源供給用バケット１６より、予熱室３の上部に設けた開閉自在な冷鉄源供給口２１を介して予熱室３内に、鉄スクラップや直接還元鉄等の冷鉄源１７が供給される。そして、予熱室３の上端に設けられたダクト２２は集塵機（図示せず）に連結し、溶解室２で発生する高温の排ガスは、予熱室３、及びダクト２２を順に通って吸引され、予熱室３内の冷鉄源１７は予熱される。そして、予熱された冷鉄源１７は、溶解室２内で溶解された量に見合って、溶解室２内に自由落下し、溶解室２へ装入される。
【００２２】炉蓋５を貫通して、溶解室２内を上下移動可能な酸素ガス吹き込みランス１０と炭材吹き込みランス１１とが、それぞれ酸素ガス供給手段及び炭材供給手段として設けられ、酸素ガス吹き込みランス１０からは酸素ガスが溶解室２内に吹き込まれ、そして、炭材吹き込みランス１１からは空気や窒素ガス等を搬送用ガスとしてコークス、チャー、石炭、木炭、黒鉛等の等の炭材が溶解室２内に吹き込まれる。又、溶解室２の予熱室３を設置した部位の反対側には、その炉底に、扉２３で出口側を押さえ付けられて内部に詰め砂又はマッド剤が充填された出鋼口１４と、その側壁に、扉２４で出口側を押さえ付けられて内部に詰め砂又はマッド剤が充填された出滓口１５とが設けられている。そして、この出鋼口１４の鉛直上方に対応する部位の炉蓋５には、バーナー１２が取り付けられている。バーナー１２は、重油、灯油、微粉炭、プロパンガス、天然ガス等の化石燃料を、空気又は酸素若しくは酸素富化空気により溶解室２内で燃焼させる。
【００２３】この直流式アーク炉１における操業は、先ず、図１に示すように溶解室２を水平状態とし、冷鉄源供給バケット１６より予熱室３内に冷鉄源１７を供給する。予熱室３内に供給された冷鉄源１７は、溶解室２内にも装入され、やがて予熱室３内を充填する。尚、溶解室２内へ冷鉄源１７を均一に装入するため、炉蓋５を開けて予熱室３と反対側の溶解室２内に冷鉄源１７を装入することもできる。次いで、炉底電極６と上部電極７との間に直流電流を給電しつつ上部電極７を昇降させ、上部電極７と炉底電極６及び装入した冷鉄源１７との間でアーク２０を発生させる。そして、発生するアーク熱により冷鉄源１７を溶解し、溶鋼１８を生成させる。溶鋼１８の生成と共に、生石灰、蛍石等のフラックスを溶解室２内に装入して、溶融スラグ１９を溶鋼１８上に形成させ、溶鋼１８の酸化を防止すると共に溶鋼１８の保温を図る。溶融スラグ１９の量が多すぎる場合には、操業中でも出滓口１５から、排滓することができる。
【００２４】溶鋼１８の生成する頃から、酸素ガス吹き込みランス１０及び炭材吹き込みランス１１から、酸素ガスと炭材とを溶鋼１８面又は溶融スラグ１９中に吹き込むことが好ましい。吹き込まれて溶鋼１８中に溶解した炭材又は溶融スラグ１９中に懸濁した炭材と、吹き込まれる酸素ガスとが反応して燃焼熱を発生し、補助熱源として作用し、電力使用量を節約すると共に、反応生成物のＣＯガスが溶融スラグ１９をフォーミングさせて、アーク２０が溶融スラグ１９に包まれるので、アークの着熱効率が上昇する。又、大量に発生する高温のＣＯガスで予熱室３内の冷鉄源１７は効率良く予熱される。この炭材の吹き込み量は、吹き込む酸素ガスの量に対応して決める。即ち、吹き込まれる酸素ガスの化学等量に等しい程度の炭材を添加する。炭材が吹き込まれる酸素ガスに比べて少ないと、溶鋼１８が過剰に酸化するので好ましくない。酸素ガスの吹き込み量は、溶鋼トン当たり２５Ｎｍ3 以上とすることが好ましい。
【００２５】溶鋼１８の生成と共に、予熱室３内の冷鉄源１７は、溶解室２内で溶解された量に見合って溶解室２内に自由落下して減少するので、この減少分を補うために、冷鉄源供給用バケット１６から予熱室３へ冷鉄源１７を供給する。この冷鉄源１７の予熱室３内への供給は、冷鉄源１７が予熱室３と溶解室２とに連続して存在する状態を保つように、連続的又は断続的に行う。その際に、予熱室３と溶解室２とに連続して存在する冷鉄源１７の量を、１ヒート分の冷鉄源１７の５０ｗｔ％以上とすることが好ましい。予熱室３と溶解室２とに連続して存在する冷鉄源１７を、常に１ヒート分の冷鉄源１７の５０ｗｔ％以上確保することで、予熱効果を高めることができる。
【００２６】このようにして冷鉄源１７を溶解し、溶解室２内に少なくとも１ヒート分の溶鋼１８が溜まった時点で、図２に示すように、傾動装置８により予熱室３側を上昇し、逆に出鋼口１４側を下降して溶解室２を傾動し、溶鋼１８中に埋没する冷鉄源１７を減少させ、溶解室２内における溶鋼１８と冷鉄源１７との接触面積を低減させる。傾動後、更にアーク２０により溶鋼１８を加熱して溶鋼温度を上昇させる。冷鉄源１７と溶鋼１８との接触面積が少なくなるので、溶鋼温度が上昇しやすくなる。その際に、バーナー１２を併用して加熱することが好ましい。バーナー１２の併用により、溶鋼１８の昇温速度が一層上昇し、溶鋼温度は１５８０℃程度まで上昇し、溶鋼１８の大きな過熱度が得られる。
【００２７】そして、加熱・昇温後、必要により脱炭等の精錬を行い、出鋼口１４から溶鋼保持容器（図示せず）に溶鋼１８を出鋼する。出鋼後、溶鋼１８は必要により取鍋精錬炉等にて精錬した後、連続鋳造機等で鋳造する。溶鋼１８を出鋼し、更に溶融スラグ１９を排滓した後、溶解炉２を傾動装置８にて水平に戻し、出鋼口１４及び出滓口１５内に詰め砂又はマッド材を充填し、溶解を再開する。次回のヒートは予熱された冷鉄源１７で溶解を開始することができる。尚、出鋼時に、数トン〜数十トンの溶鋼１８を溶解室２内に残留させて、次回ヒートの溶解を再開しても良い。こうすることで初期の溶解が促進され、溶解効率が一層向上する。
【００２８】このようにして溶解することで、操業の最初に用いる冷鉄源１７は予熱されないが、その後に装入される冷鉄源１７は全て予熱されるので、予熱効率の極めて高い状態でアーク炉操業を行うことができ、電力原単位を大幅に低減することが可能になると共に、溶鋼温度の低下による操業トラブルを未然に防止することができ、安定した操業を行うことができる。
【００２９】図３、図４及び図５は、本発明の実施の形態の他の例を示すアーク炉設備の縦断面概略図であり、図３は、溶解室が水平の場合を示し、図４及び図５は、溶解室を傾動させた場合で、図４と図５では逆方向に傾動した場合を示す図である。これらの図において、図１と同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。
【００３０】本実施の形態では、炉蓋５を貫通して溶解室２内を上下移動可能な１個又は２個以上の邪魔板１３が、予熱室２の傾動時に予熱室３内の冷鉄源１７を保持するための冷鉄源保持手段として溶解室２に設置されており、その他は、溶解室２の底部断面形状、及び溶解室２と予熱室３との取り付け角度が異なるのみで、図１に示すアーク炉１と同一である。尚、邪魔板１３は、耐用性の点から水冷構造とすることが好ましく、溶解室２の幅方向に２個以上設置することで、冷鉄源１７の保持が容易になる。図３に示すように、溶解室２の底部形状を出鋼口１４側の平坦部が広くなるようにした理由は、溶解室２を出鋼口１４側に傾動させた場合に溶鋼１８と冷鉄源１７との接触面積が少なくなるようにしたもので、又、予熱室３を外側に傾斜させて溶解室２と連結した理由は、溶解室２を出鋼口１４側に傾動させた場合に予熱室３内の冷鉄源１７が溶解室２内に落下し難いようにしたものである。
【００３１】図３に示すアーク炉１による操業方法は、溶解室２内に少なくとも１ヒート分の溶鋼１８を溜めるまでは、前述の邪魔板１３を設置しないアーク炉１の操業と同様に行い、溶解室２内に少なくとも１ヒート分の溶鋼１８を溜める。そして、溶解室２内に少なくとも１ヒート分の溶鋼１８が溜まった時点で、邪魔板１３を溶融スラグ１９の直上まで溶解室２内に挿入し、次いで、図４に示すように、傾動装置８により予熱室３側を上昇し、出鋼口１４側を下降して溶解室２を傾動する。溶解室２を傾動することで溶鋼１８中に埋没する冷鉄源１７が減少し、更に、予熱室３の直下側の溶解室２内の冷鉄源１７は邪魔板１３により出鋼口１４側への移動が阻害されるので、溶解室２内における溶鋼１８と冷鉄源１７との接触面積を一層低減することができる。傾動後、溶鋼１８を加熱して溶鋼温度を上昇させる。冷鉄源１７と溶鋼１８との接触面積が少なくなるので、溶鋼温度が一層上昇しやすくなる。そして、加熱後、前述に従い溶鋼１８を出鋼して鋳造する。
【００３２】溶鋼１８を出鋼し、更に溶融スラグ１９を排滓した後、溶解炉２を傾動装置８にて水平に戻し、更に、図５に示すように、予熱室３側に傾動させることが好ましい。このように傾動させることで、出鋼口１４側は露出して出鋼口１４及び出滓口１５への詰め砂又はマッド材の充填作業を容易に行うことができる。出鋼口１４及び出滓口１５の整備完了後、溶解室２を水平に戻し、邪魔板１３を溶解室２から上昇させて、次ヒートの溶解を再開する。邪魔板１３は、溶鋼１８の昇温期のみに溶解室２内に挿入されるので、従来の予熱設備に設けた冷鉄源搬送設備に見られるような熱負荷による設備トラブルは発生しない。
【００３３】このようにして溶解することで、出鋼時の溶鋼温度は確保され、溶鋼温度の低下による操業トラブルを防止して安定した操業を行うことができる。
【００３４】尚、上記説明では、直流式アーク炉１の場合について説明したが、交流式アーク炉でも全く支障なく本発明を適用でき、又、溶解室２における予熱室３と出鋼口１４との位置関係は溶解室２の中心に対して１８０度の対向する位置に限るものではなく９０度の位置であっても良く、更に、溶解室２の底部断面形状、傾動装置８、邪魔板１３、及び炉底電極６等の構造も上記に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００３５】
【実施例】［実施例１］図１に示す直流式アーク炉における実施例を以下に説明する。アーク炉は、溶解室が炉径７．２ｍ、高さ４ｍであり、予熱室が幅３ｍ、長さ５ｍ、高さ７ｍの直方体形状で、炉容量が１８０トンである。
【００３６】先ず溶解室及び予熱室内に鉄スクラップ１５０トンを装入し、直径２８インチの黒鉛製上部電極を用い、最大６００Ｖ、１００ＫＡの電源容量により溶解した。溶鋼の生成と共に、生石灰と蛍石とを添加して溶融スラグを形成し、次いで、酸素ガス吹き込みランスから酸素ガスを、炭材吹き込みランスからコークスを溶融スラグ中に吹き込んだ。酸素ガスとコークスの吹き込みにより、溶融スラグはフォーミングして上部電極の先端は溶融スラグ中に埋没した。この時の電圧を４００Ｖに設定した。
【００３７】予熱室内の鉄スクラップが溶解につれて下降したら、冷鉄源供給用バケットにより鉄スクラップを予熱室に供給し、予熱室内の鉄スクラップ高さを一定の高さに保持しながら溶解を続け、溶解室内に１８０トンの溶鋼が生成した時点で、溶解室を出鋼口側に１５度傾動し、この状態で更に４００Ｖの電圧によるアークと重油バーナーにより加熱し、溶鋼を１５８０℃まで昇温した後、約６０トンを溶解室に残し１ヒート分の１２０トンの溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼の炭素濃度は０．１ｗｔ％であった。出鋼後、溶解炉を水平に戻して出鋼口及び出滓口に詰め砂を充填した後に溶解を再開し、再度溶鋼が１８０トンとなったら溶解炉を傾動させ、溶鋼を１５８０℃まで昇温して１２０トンの溶鋼を出鋼することを繰り返し実施した。
【００３８】この溶解中、酸素ガス吹き込み量及びコークス吹き込み量を５水準に変更した試験を行った。試験１では、酸素ガス吹き込み量を溶鋼トン当たり２０Ｎｍ3 （以下、「Ｎｍ3 ／ｔ」と記す）、コークス吹き込み量を溶鋼トン当たり１６ｋｇ（以下、「ｋｇ／ｔ」と記す）とした。又、酸素ガス吹き込み量及びコークス吹き込み量をそれぞれ、試験２では２５Ｎｍ3 ／ｔ、２０ｋｇ／ｔ、試験３では３３Ｎｍ3 ／ｔ、２６ｋｇ／ｔ、試験４では３８Ｎｍ3 ／ｔ、３０ｋｇ／ｔ、試験５では４５Ｎｍ3 ／ｔ、３６ｋｇ／ｔとした。
【００３９】出鋼した溶鋼は取鍋精錬炉にて１６２０℃に昇温し、連続鋳造機により１７５ｍｍ平方の断面を有するビレットに鋳造した。取鍋精錬炉の電力使用量は、各試験共に平均３５ｋＷｈ／ｔであった。
【００４０】又、比較のために図１に示すアーク炉にて、ヒート毎に１２０トンの鉄スクラップを溶解室と予熱室とに装入し、装入した鉄スクラップを全量溶解し、次いで１５９０℃に昇温し、１２０トンの溶鋼を出鋼する試験６も実施した。試験６での酸素ガス吹き込み量及びコークス吹き込み量は、それぞれ３３Ｎｍ3 ／ｔ、２６ｋｇ／ｔであり、試験３と同じ条件である。
【００４１】表１に、各試験の操業条件及び操業結果を示す。表１に示すようにアーク炉における電力原単位は、試験１で２５０ｋＷｈ／ｔ、試験２で２３０ｋＷｈ／ｔ、試験３で１９０ｋＷｈ／ｔ、試験４で１６５ｋＷｈ／ｔ、試験５で１３５ｋＷｈ／ｔとなり、試験１〜５共に、試験６に比較してアーク炉における電力原単位は大幅に低減した。特に、酸素ガス吹き込み量及びコークス吹き込み量が同一な試験３と試験６との比較では、電力原単位は１１０ｋＷｈ／ｔ低下していた。又、取鍋精錬炉での使用電力を含めても、試験３では試験６に比較して１００ｋＷｈ／ｔ低減することができた。又、出鋼から出鋼までの時間は、試験１で４３分、試験２で４２分、試験３で４０分、試験４で３９分、試験５で３７分であった。
【００４２】
【表１】
【００４３】図６に、試験１〜５において得られた電力原単位に及ぼす酸素ガス吹き込み量の影響を示す。図６に示すように酸素ガス吹き込み量が増加するに従い電力原単位は低減し、電力原単位の目標を２５０ｋＷｈ／ｔとすると、安定して２５０ｋＷｈ／ｔを達成するためには、酸素ガス吹き込み量を２５Ｎｍ3 ／ｔ以上とすれば良いことが分かった。このように、本発明により予熱効果が向上し、電力原単位を大幅に低減することができた。尚、表１の備考欄に本発明の範囲の試験を実施例とし、本発明以外の試験を比較例として表示した。
【００４４】［実施例２］図３に示す直流式アーク炉における実施例を以下に説明する。アーク炉は、溶解室が炉径７ｍ、高さ４ｍであり、予熱室が幅３ｍ、長さ５ｍ、高さ７ｍの直方体形状で、炉容量が１８０トンである。
【００４５】先ず溶解室及び予熱室内に鉄スクラップ１５０トンを装入し、直径２８インチの黒鉛製上部電極を用い、最大６００Ｖ、１００ＫＡの電源容量により溶解した。溶鋼の生成と共に、生石灰と蛍石とを添加して溶融スラグを形成し、次いで、酸素ガス吹き込みランスから酸素ガスを３３Ｎｍ3 ／ｔ、炭材吹き込みランスからコークスを２６ｋｇ／ｔ、溶融スラグ中に吹き込んだ。酸素ガスとコークスの吹き込みにより、溶融スラグはフォーミングして上部電極の先端は溶融スラグ中に埋没した。この時の電圧を４００Ｖに設定した。
【００４６】予熱室内の鉄スクラップが溶解につれて下降したら、冷鉄源供給用バケットにより鉄スクラップを予熱室に供給し、予熱室内の鉄スクラップ高さを一定の高さに保持しながら溶解を続け、溶解室内に１８０トンの溶鋼が生成した時点で、邪魔板を溶解室内に挿入すると共に溶解室を出鋼口側に１５度傾動し、この状態で更に４００Ｖの電圧によるアークと重油バーナーにより加熱し、溶鋼を１５８０℃まで昇温した後、約６０トンを溶解室に残し１ヒート分の１２０トンの溶鋼を取鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼の炭素濃度は０．１ｗｔ％であった。出鋼後、溶解炉を水平に戻し、更に、予熱室側に１０度傾動させて出鋼口及び出滓口に詰め砂を充填した後、溶解室を水平にして溶解を再開し、再度溶鋼が１８０トンとなったら溶解炉を出鋼口側に傾動させ、溶鋼を１５８０℃まで昇温して１２０トンの溶鋼を出鋼することを繰り返し実施した。又、出鋼した溶鋼は取鍋精錬炉により１６２０℃に昇温し、連続鋳造機により１７５ｍｍ平方の断面を有するビレットに鋳造した。取鍋精錬炉での電力使用量は平均３５ｋＷｈ／ｔであった。
【００４７】この条件では、鉄スクラップと溶鋼との接触を一層少なくすることが可能となり、１２０トンの溶鋼を、アーク炉により電力原単位が１７５ｋＷｈ／ｔで、３９分間隔で出鋼することができた。そして、取鍋精錬炉での使用電力を含めても電力原単位は２１０ｋＷｈ／ｔであり、電力使用量は大幅に低減した。又、邪魔板の熱による損傷は全く発生せず、安定した操業が可能であった。
【００４８】
【発明の効果】本発明では、予熱室から溶解室への冷鉄源搬送用装置を必要としないため、排ガス温度を高めて冷鉄源の予熱温度を高めることが可能となり、且つ、溶解する冷鉄源のほとんどを予熱することが可能であるため、極めて高い予熱効率を維持して冷鉄源を溶解することができ、電力使用量を大幅に低減することが可能となる。又、所定量の溶鋼の溶解後は、溶解室を傾動して溶鋼と冷鉄源との接触面積を少なくし、溶鋼を加熱するので、大きな溶鋼過熱度を得ることができ、溶鋼温度の低下による操業トラブルもなく、安定して溶解することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４１２３
【氏名又は名称】日本鋼管株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】高野 茂
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２４８３５６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）９月１４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−５０４９９ |
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