CN102575305B - 熔融金属制造装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在利用电加热炉对块状金属原料层直接进行还原熔融而制造熔融金属时，能进一步提高二次燃烧效率的制造装置。将原料装入滑槽(4、4)设置在炉宽度方向的两端部(2、2)，将电极(5)设置在炉宽度方向的中央部，在具有从炉宽度方向的两端部(2、2)朝向电极(5)的下降台阶状的部分的炉上部(1)设置二次燃烧器(6)，预先从滑槽(4、4)装入碳材(A)而形成具有朝向电极(5)下方的下降斜面的原料填充层(12)，接着装入块状金属原料(B)而在原料填充层(12)斜面上形成块状金属原料层(13)，之后，利用电极(5)的电弧加热使块状金属原料层(13)下端部顺序熔融，而制造铁水，并且，使块状金属原料层(13)沿着原料填充层(12)斜面下降，且利用从二次燃烧器(6)吹入的含氧气体(C)使从块状金属原料层(13)产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热将块状金属原料层(13)加热。

Description

熔融金属制造装置
技术领域
本发明涉及一种将含碳氧化金属团块等块状金属原料不进行预备还原，而直接利用电式加热熔融炉进行还原熔融来制造熔融金属的熔融金属制造装置的改良。
背景技术
作为取代现有的高炉法或熔融还原法的新炼铁法，提出了各种利用回转炉床炉对含碳氧化金属团块进行预备还原而形成固体还原金属，并利用电弧炉或埋弧炉等电炉使该固体还原金属熔化而得到熔融金属的熔融金属制造工艺(例如，参照专利文献1～4参照)。
然而，现有的工艺需要回转炉床炉进行的预备还原工序和熔融炉进行的熔化工序这两个工序。伴随于此，由于需要从回转炉床炉向熔融炉的固体还原金属的移送机构，并且废气处理系统也需要回转炉床炉和熔融炉这双系统，从而作为总工艺，存在设备成本升高，而且热损失也增大，能量原单位也无法充分减少的问题。
因此，本发明者对于不使用回转炉床炉，而仅通过电式加热炉对含碳氧化金属团块进行还原并使其熔化来制造熔融金属的具体的方法，实施了各种研究，其结果是，完成了以下的发明，并已经进行了专利申请(日本国特愿2009-105397号；以下，将本专利申请的发明称为“在先申请发明”)。
如图5A及5B所示，上述在先申请发明的熔融金属制造装置的特征在于，使用将原料装入滑槽4、4设置在炉宽度方向的两端部2、2，将电极5设置在炉宽度方向的中央部，并将二次燃烧器6设置在平面状的炉上部1而成的固定式非倾动型电式加热炉在此简称为电弧炉，预先形成从滑槽4、4装入碳材A且具有朝向电极5下方的下降斜面的碳材填充层(相当于本申请发明的“原料填充层”)12，接着装入含碳氧化金属团块B而在碳材填充层12斜面上形成结块物层(相当于本申请发明的“块状金属原料层”)13，然后利用电极5进行电弧加热并使结块物层13下端部顺序熔融，在炉内形成熔融金属层14和熔渣层15，并使结块物层13沿着碳材填充层12斜面下降，并利用从二次燃烧器6吹入的含氧气体C，使从结块物层13产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热来将结块物层13加热。
根据上述在先申请发明，沿着形成在炉内的原料填充层的斜面使结块物层朝向电极移动，并利用从二次燃烧器吹入的含氧气体使从该结块物层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热将该结块物层自身加热而进行预备还原，在上述电极附近通过电弧加热对该预备还原的结块物层进行还原熔融而形成熔融金属，因此利用单一的工序就能直接从含碳氧化金属团块得到熔融金属，与以往方法相比，能够同时大幅减少设备成本及能量原单位。
然而，上述在先申请发明的熔融金属制造装置在炉内产生的含CO气体与从设置在平面状的炉上部1上的二次燃烧器6吹入的含氧气体C的混合状态方面还有改善的余地，要求进一步提高二次燃烧效率，以及进一步提高能量效率。
另外，当从平面状的炉上部1吹入多量的含氧气体C时，该气体与电极5接触，电极5的消耗明显，因此在电极5与二次燃烧器6的设置场所之间设置了隔壁9，虽然该隔壁9会抑制电极5的消耗，但留有隔壁9发生损伤的课题。
另一方面，来自炉宽度方向的端部2的含氧气体C的导入由于碳材填充层12的存在而变得困难。而且，来自炉长度方向端部的含氧气体C的导入虽然可以避开碳材填充层12吹入，但难以使含氧气体C遍布整个炉长度方向，因此存在二次燃烧效率下降的问题。
然而，在上述在先申请发明的熔融金属制造装置中，装入炉中的结块物含有较多的粉时或结块物彼此在炉内产生烧结或热粘接时，会产生结块物层的卡挂而妨碍其顺畅的下降，无法适当地对结块物进行加热、还原、熔化，装置的性能可能会下降。并且，在产生上述的结块物层的卡挂时，在上述在先申请发明的熔融金属制造装置中，难以采取强制性地将其消除的机械方法。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特表2000-513411号公报
专利文献2：日本国特表2001-515138号公报
专利文献3：日本国特表2001-525487号公报
专利文献4：日本国特开2003-105415号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种不对含碳氧化金属团块等块状金属原料进行预备还原，而直接利用电加热熔融炉进行还原熔融来制造熔融金属，并能进一步提高二次燃烧效率的熔融金属制造装置。
而且，本发明的目的在于提供一种容易采取在炉内发生块状金属原料层的卡挂时也能可靠地将其消除的机械方法的熔融金属制造装置。
本发明的第一形态提供一种熔融金属制造装置，在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，所述原料装入滑槽设置在炉宽度方向的一端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的另一端部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，预先从所述原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，而形成具有从所述炉宽度方向的一端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，接着，从所述原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，且从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热还原，从而制造熔融金属，其中，所述炉上部具备从所述炉宽度方向的一端部朝向所述炉宽度方向的另一端部整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉上部。
在此，“整体成为下降斜度的部分”是指在该部分容许当局部观察时存在有水平部或垂直部等的并非下降斜度的部位，且这些部位在平均整体观察时成为下降斜度的情况(以下，相同)。
本发明的第二形态提供一种熔融金属制造装置，在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，原料装入滑槽分别设置在炉宽度方向的两端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的中央部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，预先从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，而形成具有从该炉宽度方向的两端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，接着，从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，且从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热，从而制造熔融金属，其中，所述炉上部具备从所述炉宽度方向的两端部朝向所述炉宽度方向的中央部而整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉上部。
所述倾斜的炉上部可以为斜面状。
所述倾斜的炉上部可以为台阶状。
所述倾斜的炉上部的倾斜角度可以为[所述块状金属原料的崩溃角-15°]以上且[所述块状金属原料的静止休止角+15°]以下的范围内。
可以是所述电加热机构为从所述炉上部插入到炉内的电极，且所述二次燃烧器的向所述倾斜的炉上部安装的安装角度为从该二次燃烧器吹入的含氧气体的流动远离所述电极的角度。
可以是所述二次燃烧器的气体吹入部的结构以通过该二次燃烧器吹入的含氧气体成为绕该二次燃烧器的轴进行回旋的回旋流的方式构成。
所述块状金属原料可以是从含碳氧化金属团块、金属废料、还原金属、块状氧化金属矿石、含碳氯化金属团块及氧化金属烧结矿所构成的组中选择的一种以上的原料。
本发明的第三形态提供一种熔融金属制造装置，在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，所述原料装入滑槽设置在炉宽度的一端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的另一端部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，预先从所述原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，而形成具有从所述炉宽度方向的一端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，接着，从所述原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，且从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热还原，从而制造熔融金属，其中，所述固定式非倾动型电炉的炉底部具备从所述炉宽度方向的一端部朝向所述炉宽度方向的另一端部而整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉底部。
在此，“整体成为下降斜度的部分”是指在该部分容许当局部观察时存在有水平部或垂直部等的不是下降斜度的部位，且这些部位在平均整体观察时成为下降斜度的情况(以下，相同)。
本发明的第四形态提供一种熔融金属制造装置，在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，原料装入滑槽分别设置在炉宽度方向的两端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的中央部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，预先从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，而形成具有从该炉宽度方向的两端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，接着，从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，且从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热，从而制造熔融金属，其中，所述固定式非倾动型电炉的炉底部具备从所述炉宽度方向的两端部朝向所述炉宽度方向的中央部而整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉底部。
所述倾斜的炉底部可以为斜面状。
所述倾斜的炉底部可以为台阶状。
所述倾斜的炉底部的倾斜角度可以为[所述块状金属原料的崩溃角-25°]以上且[所述块状金属原料的静止休止角+5°]以下的范围内。
可以在所述倾斜的炉底部与所述块状金属原料层的表面之间的炉内设有用于机械性地解除该块状金属原料层的卡挂的冲击产生装置。
所述冲击产生装置可以由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部、和在该轴部的表面突出设置的粉碎构件构成。
所述冲击产生装置可以绕所述旋转轴仅沿着使所述块状金属原料层下降的方向旋转，或沿着使所述块状金属原料层下降的方向和其反方向交替旋转。
可以是所述倾斜的炉底部以朝向炉长度方向而斜面状的部分和台阶状的部分交替存在的方式形成，且在该炉底部的整体成为下降斜度的部分与所述块状金属原料层的表面之间的炉内，至少沿着炉长度方向设有多台用于机械性地解除该块状金属原料层的卡挂的冲击产生装置，该冲击产生装置由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部、和在该轴部的表面突出设置的粉碎构件构成，所述轴部中，至少其一端部由配置在所述倾斜的炉底部的斜面状的部分的下方炉外侧的轴承支承，并且突出设置有所述粉碎构件的部位配置在所述倾斜的炉底部的台阶状的部分的上方炉内侧。
发明效果
根据本发明，通过以具有从炉宽度方向的端部朝向电加热机构而整体成为下降斜度的部分的方式形成炉上部，比块状金属原料层靠上方的炉内空间部(自由空间)的容积比上述在先申请发明减少，能促进在炉内产生的含CO气体与从设置于炉上部的二次燃烧器吹入的含氧气体的混合，其结果是，二次燃烧效率提高，从而工艺整体的能量效率提高。
另外，通过以从电极侧观察时具有朝向炉宽度方向的端部而整体成为上升斜度的部分的方式形成炉上部，从而在使用电极作为电加热机构时，从设置于炉上部的二次燃烧器吹入的含氧气体由于在二次燃烧器与电极之间未设置隔壁而容易向与电极相反的方向流动，能够抑制电极的消耗。
而且，根据本发明，通过以具有从炉宽度方向的一端部朝向电加热机构所存在的炉宽度方向的另一端部或炉宽度方向的中央部而整体成为下降斜度的部分的方式形成炉底部，而能够拉近炉底部与块状金属原料层的距离，因此即使在块状金属原料层发生卡挂的情况下，通过使该整体成为下降斜度的部分的炉外侧开口，从该开口部使用机械的方法来施加物理外力，从而能够容易且可靠地解除块状金属原料层的卡挂。
另外，如上所述，通过以具有整体成为下降斜度的部分的方式形成炉底部，而能够削减炉整体的内容积，能减少保持在炉内的装入物量，其结果是，减少因其重量所产生的蓄积在原料填充层中的粉的压密程度，能够防止原料填充层整体固着，并从炉体强度的观点出发能够进行经济的设计。
附图说明
图1A是表示本发明的实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的纵向剖视图。
图1B是表示本发明的实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的俯视图。
图1C是表示本发明的实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的局部水平剖视图。
图2A是表示本发明的另一实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的纵向剖视图。
图2B是表示本发明的另一实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的俯视图。
图3A是表示本发明的实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的纵向剖视图。
图3B是表示本发明的实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的局部水平剖视图。
图4A是表示本发明的另一实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的局部立体图。
图4B是表示本发明的另一实施方式的熔融金属制造装置的简要结构的俯视图。
图5A是表示在先申请发明的熔融金属制造装置的简要结构的纵向剖视图。
图5B是表示在先申请发明的熔融金属制造装置的简要结构的俯视图。
具体实施方式
以下，基于附图，详细地说明本发明的实施方式。
图1A、1B及1C表示本发明的一实施方式的熔融金属制造装置的简要结构。本实施方式的装置中，固定式非倾动型电炉的电炉(以下，有时简称为“炉”)是水平截面形状为大致矩形的电弧炉。炉上部1具有从炉宽度方向的端部2朝向炉宽度方向的中央部成为下降斜度的部分(倾斜的炉上部)1’。在本实施方式中，说明将该倾斜的炉上部1’形成为台阶状(在本例中为将点PQRS连结的折线部分)的炉。并且，在炉上部(本例中的炉上部1)连接有废气通道3及多个原料装入滑槽4，并且经由炉上部1而将多根电极5插入到炉内作为电加热机构(加热器)。原料装入滑槽4分别设置在炉宽度方向的两端部2、2，而电极5设置在炉宽度方向的中央部。而且，在炉上部的台阶状的部分的上升部1a设有多根二次燃烧器6。
废气通道3优选设置在比电极5靠近原料装入滑槽4的一侧。这是为了抑制二次燃烧后的氧化性的废气向电极5流动而损伤电极5。
在本实施方式中，从电极5侧、即从炉宽度方向的中央部侧观察时，以朝向炉宽度方向的端部2而整体具有上升斜度的部分(倾斜的炉上部)1’的方式形成炉上部1，由此，上述二次燃烧后的氧化性的废气通过形成在倾斜的炉上部1’与块状金属原料层13之间的、朝向炉宽度方向的端部2而整体为上升斜度的空间部(自由空间)，向废气通道3流动。因此，能更可靠地防止上述废气与电极5的接触，从而抑制电极5的损耗。
需要说明的是，在上述在先申请发明的熔融金属制造装置中，为了更可靠地防止二次燃烧后的氧化性废气与电极5接触，而优选如图5A及5B所示，在电极5与二次燃烧器6之间设置向炉内垂下的隔壁9。相对于此，在本实施方式中，通过上述作用效果而能够省略上述隔壁9的设置。
另外，在上述在先申请发明中，为了防止二次燃烧后的废气直接流向废气通道3，充分确保向块状金属原料层13的辐射传热量，而优选如图5A及5B所示，在二次燃烧器6与废气通道3之间设置隔壁10。相对于此，在本实施方式中，如图1A所示，通过设置倾斜的炉上部1’，而能够使炉上部1以沿着块状金属原料层13的表面的方式接近。由此，二次燃烧后的废气通过与块状金属原料层13的表面接近的位置，能够充分地确保向块状金属原料层13的辐射传热量，因此可以省略上述隔壁10的设置。
需要说明的是，为了防止原料装入滑槽4因高温的废气变得过热而发生损伤，与上述在先申请发明同样地，优选如图2A所示，在废气通道3与原料装入滑槽4之间设置隔壁11(但是，在图1A中未图示)。
如上所述，在本实施方式中，至少可以省略隔壁9、10的设置，因此能够减少隔壁的损伤所产生的故障。
另外，为了防止从二次燃烧器6吹入的含氧气体C沿着炉上部1直接流向废气通道3，而优选将形成在炉上部1与块状金属原料层13之间的空间部的高度在炉宽度方向上尽可能形成为恒定。因此，倾斜的炉上部1’的倾斜角度优选尽可能接近块状金属原料层13的表面的倾斜角度。块状金属原料层13的表面的倾斜角度成为块状金属原料B的崩溃角与静止休止角之间的角度，因此倾斜的炉上部1’的倾斜角度优选为[块状金属原料B的崩溃角-15°(进而是-10°，尤其是-5°)]以上且[块状金属原料B的静止休止角+15°(进而是+10°，尤其是+5°)]以下的范围内。在此，台阶状的倾斜的炉上部1’的倾斜角度由将台阶的各级的炉内侧突端部(在图1A中为1b、1b)连结的直线的倾斜角度(在图1A中为θ)定义。
另外，从二次燃烧器6吹入的含氧气体C和从块状金属原料层13产生的含CO气体因倾斜的炉上部1的台阶形状而发生紊流，因此能进一步促进这些气体的混合。
接着，二次燃烧器6的向倾斜的炉上部1’的安装角度优选为从该二次燃烧器6吹入的含氧气体C的流动远离电极5那样的角度。由此，能够进一步抑制二次燃烧后的废气与电极5接触。需要说明的是，以垂直向下为基准(0°)时，来自二次燃烧器6的含氧气体C的吹入方向优选向电极5的相反侧在10°～135°的范围内进行调整。这是因为在小于10°时无法充分抑制向电极5侧的流动，而另一方面超过135°时损伤台阶状的部分的级部1c的内衬耐火物的可能性升高。更优选为30°～120°，特别优选为45°～105°。
在本实施方式中，通过将二次燃烧器6相对于台阶状的部分的上升部1a成直角地安装，而含氧气体C的吹入方向成为电极5的正相反方向(以垂直向下为基准的90°方向)。
另外，二次燃烧器6的气体吹入部的结构优选为使通过该二次燃烧器6吹入的含氧气体C成为绕该二次燃烧器6的轴进行回旋的回旋流。由此，能进一步促进含CO气体的二次燃烧。作为能得到绕燃烧器轴的回旋流的二次燃烧器6，可以使用例如具有使喷出方向偏心的多个吹出孔的涡流喷嘴方式的燃烧器、或在前端部具有螺旋状槽的燃烧器等。
另外，优选在电炉的炉底部16与块状金属原料层13的表面之间的炉内预先设置用于机械性地消除该块状金属原料层13的卡挂的冲击产生装置18。在此，“冲击产生装置”是指对块状金属原料层13连续或间歇地施加外力的装置。
作为该冲击产生装置18，可以使用例如由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部18a、和在该轴部18a的表面突出设置的多个粉碎构件18b构成的装置(设置在Midrex法直接还原用轴炉的炉内，为了防止还原铁的卡挂而使用的近似于负载提供机[burdenfeeder]的装置)。并且，通过使冲击产生装置18的轴部18a连续或每一定时间间歇旋转，而能够防止块状金属原料层13发生卡挂。即使万一块状金属原料层13发生卡挂，也能够利用突出设置于轴部18a的多个粉碎构件18b将块状金属原料B彼此的烧结物或热粘接物粉碎，或者在粉碎不充分的情况下上述烧结物或热粘接物形成巨大化之前，能强制地使其朝向电极5的下方移动(下降)，因此能够长期持续进行顺畅的作业。
为了根据卡挂的产生状况等而使此种作用有效地发挥，作为近似于上述负载提供机的冲击产生装置18，只要选择绕其旋转轴仅朝着使块状金属原料层13下降的方向(正方向)旋转的装置，或朝着使块状金属原料层13下降的方向(正方向)和其反方向交替旋转的装置即可。需要说明的是，前者重视移送，后者重视粉碎。
并且，在炉下部，在与炉宽度方向垂直的炉长度方向的炉侧壁、例如未设置原料装入滑槽4(即，在炉内未形成原料填充层12)的炉长度侧的炉侧壁上优选设置出铁孔7和出渣孔8。这是为了使出铁渣时的开孔作业变得容易。
另外，在废气通道3的下游侧只要设置周知的换热器(未图示)即可，由此，回收从炉排出的高温废气的显热，从而能够有效地利用作为从二次燃烧器6吹入的含氧气体C的预热、电弧用电力的发电、颗粒B的干燥等的能量。
作为电极5，优选例如热效率优良的制钢用电弧电炉所常用的三相交流型的电极。并且优选采用例如从通过三相电极的各2相的组合所形成的3组单相电极而制作出的六根电极的结构。
另外，电极5优选使其前端部位于(浸渍)在块状金属原料层13或熔渣层15中并进行熔化操作。由此，能够使电弧产生的辐射加热和电阻加热的效果并存，进一步促进熔化，并且能够抑制未被后述原料填充层12保护的炉壁内面的损伤。
以下，列举说明使用该固定式非倾动型电弧炉，制造铁水作为熔融金属的情况。在本例中，作为用于在炉内形成原料填充层的填充层形成用原料而使用煤，作为层叠在该原料填充层上的块状金属原料而仅使用含碳氧化金属团块即含碳氧化铁颗粒。
作为熔融金属的制造方法，预先从设置在上述炉宽度方向的两端部2、2处的原料装入滑槽4、4，将规定量的煤A装入炉内。在本例中，利用煤A事先从该炉宽度方向的两端部2、2形成由作为电加热机构的电极5加热的电加热区域即具有朝向“电极5的下端部的下方”下降斜度的斜面12a的原料填充层12。在此，煤A的粒度优选根据含碳氧化铁颗粒B的粒度而调整成后述含碳氧化铁颗粒B不会潜入原料填充层12的空隙内的程度。
接着，从设置在上述炉宽度方向的两端部2、2处的原料装入滑槽4、4，仅将作为块状金属原料的含碳氧化金属团块即含碳氧化铁颗粒(以下，有时简称为“颗粒”)B连续或间歇地装入。并且，在原料填充层12的斜面12a上形成作为块状金属原料层的颗粒层13。颗粒B中的含碳材的混合量可以在将氧化铁还原为金属铁所需的理论C量中加入铁水的目标C浓度来决定。需要说明的是，颗粒B优选事先进行干燥，以免在装入炉内时发生爆裂(崩裂)。
电极5如上所述预先调节高度，以使其下端部成为浸渍在颗粒层13中的状态。
然后，通过对所述电极通电，进行电弧加热，而将颗粒层13的下端部附近的颗粒B急速加热，使其顺序还原熔融，分离成作为熔融金属的铁水和熔渣，从而在炉下部形成铁水层14和熔渣层15。需要说明的是，为了对熔渣层15的碱度等进行调整，而优选在颗粒B中预先添加石灰石或白云石等CaO源或MgO源。
如上所述，颗粒B从颗粒层13的下端部附近开始顺序熔融，颗粒层13自身由于其自重，而沿着所述原料填充层12的斜面朝向电极5的下端部顺序下降到炉内。需要说明的是，即使万一颗粒层13中的颗粒B的一部分潜入到原料填充层12的空隙内，该颗粒B的一部分由于长期滞留在炉内，被加热还原乃至加热而立即熔融乃至熔化，分离成铁水和熔渣而经由原料填充层12的空隙，向炉下部的铁水层14及熔渣层15滴下，因此没有问题。
并且，当颗粒层13中的颗粒B接近电极5时，由于来自电极5的电弧产生的辐射热和电阻加热而被有效地加热，颗粒B中的氧化铁被含碳材预备还原成固体金属铁，并生成含CO气体(可燃性气体)。在使用煤等含有挥发成分的碳材作为含碳材时，因加热而从含碳材挥脱出的挥发成分也加入到该含CO气体中。
该含CO气体通过从倾斜的炉上部1’的台阶状的部分的各上升部1a设置的二次燃烧器6沿着水平方向吹入的含氧气体C(例如氧气)而促进燃烧(二次燃烧)。并且，该燃烧(二次燃烧)所产生的辐射热也将颗粒层13加热。如此，被辐射热所加热的颗粒层13与上述来自电极5的电弧产生的辐射加热和电阻加热的情况同样，颗粒B中的氧化铁被预备还原成固体金属铁，并生成含CO气体，因此能进一步促进上述二次燃烧产生的辐射加热。
如上所述，从原料装入滑槽4装入到炉内的颗粒B在原料填充层12的斜面12a上进行下降期间，在上述二次燃烧产生的辐射加热(以下，也称为“二次燃烧热”)的作用下，以固体状态被预备还原至高金属化率之后，在电极5下端部附近由于电弧加热及电阻加热而熔融，被分离成铁水和熔渣。
因此，在电极5下端部附近生成的熔渣中的氧化铁浓度充分降低，能够抑制电极5的损耗。
与熔渣分离后的铁水将残留在颗粒B中的碳材熔化而成为目标C浓度的铁水。
如此生成的铁水和熔渣例如与高炉的出铁渣方法同样地能够从设置在炉下部的出铁孔7和出渣孔8间歇地排出。
另一方面，初期向炉内装入煤A而形成的原料填充层12在炉内被顺序加热，其挥发成分被除去，立即发生炭化乃至焦炭化。被除去的挥发成分与从颗粒层13产生的含CO气体一起在从二次燃烧器6吹入的含氧气体的作用下燃烧，被有效地利用作为颗粒层13的辐射加热能量。如上所述，由于利用颗粒B中的含碳材的碳来提供内装氧化铁的还原及向铁水的渗碳，因此炭化乃至焦炭化的原料填充层12理论上未被消耗，但在实际作业中，由于与潜入到原料填充层12中的颗粒B的直接还原反应或向铁水的渗碳反应等而在长期的作业中被逐渐消耗。因此，例如每一定的作业期间，在停止来自原料装入滑槽4的颗粒B的供给的状态下，至少将电弧加热持续一定时间，在将炉内的颗粒层13大致完全熔融掉而使原料填充层12的斜面12a露出后，中断电弧加热及二次燃烧，在该状态下，从原料装入滑槽4装入规定量的煤(碳材)A，由此能够维持原料填充层12的炉内填充量。
炉宽度方向的两侧壁的内面由于被原料填充层12覆盖，因此这些部分的耐火物的损耗被大幅地抑制。因此，仅在未被原料填充层12覆盖的炉长度方向的两侧壁采用耐腐蚀性优良的高品质的耐火物或水冷结构即可，能够大幅地减少设备成本。
在上述实施方式中，示出了作为炉上部1的整体而将成为下降斜度的部分(倾斜的炉上部)1’形成为台阶状的例子，但本发明并未限定于此，也可以例如图2A及2B所示那样形成为斜面状。这种情况下，通过将二次燃烧器6如该图所示那样例如相对于炉上部1的下降斜面1d的部分成直角安装，而能够使吹入的含氧气体C的流动从电极5远离。但是，从促进二次燃烧的观点出发，如上述实施方式的说明中已述那样，形成为台阶状的情况容易使气体流动发生紊流化，且进一步促进混合，因此二次燃烧效率的提高效果大。需要说明的是，本变形例中的炉上部1的整体成为下降斜度的部分的倾斜角度被定义为下降斜面1d的倾斜角度。
另外，在上述实施方式中，关于原料装入滑槽4及电极5的配置，示出了将原料装入滑槽4分别设置在炉宽度方向的两端部2、2，而将电极5设置在炉上部1的炉宽度方向的中央部的例子。此外，作为变形例，也可以将原料装入滑槽4设置在炉宽度方向的一端部2，而将电极5设置在炉宽度方向的另一端部2。若采用本变形例，则在炉内形成的原料填充层12的斜面仅成为单侧，因此与上述实施例相比，从耐火物保护的观点出发不利。然而，在本变形例中，具有炉宽度缩小，实现设备的紧凑化的优点。
需要说明的是，在上述实施方式中，作为将电极5设置在炉宽度方向的中央部的一例，示出了将电极5设置在炉宽度方向的中心线上的例子。然而，电极5并未限定为非要严格地设置在炉宽度方向的中心线上，而容许从炉宽度方向的中心线上向炉宽度方向的任一端部偏离而设置。
另外，在上述实施方式中，示出了废气通道3和原料装入滑槽4均与炉上部1连接的例子，但并未限定于此，可以将任一方或双方与炉侧壁的上部连接。需要说明的是，在将原料装入滑槽4与炉侧壁的上部连接时，原料装入滑槽4自动地设置在炉宽度方向的端部。
另外，在上述实施方式中，作为固定式非倾动型电弧炉的水平截面形状，例示了大致矩形的形状，但并未限定于此，也可以使用例如大致椭圆的形状或正圆的形状。这种情况下，也可以不是单相电极，而使用三相电源的各相来制作3根电极。但是，在使用大致矩形的形状时，炉宽度恒定，通过延长炉长度方向(与炉宽度方向垂直的方向)，而具有容易进行规模扩大化的优点。
另外，在上述实施方式中，例示了电弧炉作为使用于固定式非倾动型电炉的电炉的形式，但并未限定于此，只要是埋弧炉、电磁感应加热炉等利用电能进行加热的炉即可，可以为任何形式。需要说明的是，在使用埋弧炉时，作为电加热机构，可以使用与上述实施方式相同的电极。而且，在使用电磁感应加热炉时，可以使用螺线管型加热线圈作为电加热机构。
另外，在上述实施方式中，作为含碳氧化金属团块B的方式，例示了颗粒，但也可以采用块。块的休止角比球状的颗粒大，因此为了确保在原料填充层12的斜面12a上的滞留时间，与使用颗粒的情况相比，虽然需要提升炉高，但具有能够缩小炉宽度的优点。
另外，在上述实施方式中，示出了仅使用含碳氧化金属团块B(含碳氧化铁颗粒)作为块状金属原料的例子。然而，并未限定于此，可以取代含碳氧化金属团块B，而使用金属废料(铁碎片)、还原金属(还原铁[DRI，HBI])、块状氧化金属矿石(块状铁矿石)、含有氯化金属的含碳氯化金属团块及氧化金属结块矿(烧成氧化铁颗粒、冷粘氧化铁颗粒、氧化铁烧结矿)作为块状金属原料。或者也可以使用从含碳氧化金属团块(含碳氧化铁颗粒、含碳氧化铁块)、金属废料、还原金属、块状氧化金属矿石、含碳氯化金属团块及氧化金属烧结矿所构成的组中选择的一种以上的原料来作为块状金属原料。
另外，在上述实施方式中，作为含碳氧化金属团块B，例示了仅含有非挥发性的金属元素即铁的情况，但除了非挥发性的金属元素之外，也可以含有挥发性的金属元素例如Zn、Pb。即，作为含碳氧化金属团块B，可以使用含有挥发性的金属元素的炼铁厂微尘等作为氧化金属原料。挥发性的金属元素在炉内因加热而从含碳氧化金属团块B被挥发除去，但通过采用本发明方法，由于二次燃烧器6产生的燃烧热能够将炉上部的温度保持得充分高，因此可靠地防止挥发除去的该挥发性金属元素在炉上部再次冷凝，从而能够从由炉排出的废气高效地回收该挥发性金属元素。
需要说明的是，在本说明书中，挥发性金属元素是指金属单体或其盐等的化合物的1气压下的熔点为1100℃以下的金属元素。作为金属单体，可以列举出例如锌、铅等。作为挥发性金属元素的化合物，可以列举出例如氯化钠、氯化钾等。挥发性金属元素的化合物中的挥发性金属在电炉(例如，电弧炉、埋弧炉)中被还原成金属，因而其一部分或全部在炉内以气体状态存在。而且，挥发性金属元素的氯化物在电炉内被加热，而其一部分或全部在炉内以气体状态存在。另一方面，非挥发性金属元素是指金属单体或其氧化物等的化合物的1气压下的熔点超过1100℃的金属元素。作为金属单体，可以列举出例如铁、镍、钴、铬、钛等。作为非挥发性金属的氧化物，可以列举出例如CaO、SiO2、Al2O3等。在使用电弧炉或埋弧炉作为电炉时，非挥发性金属元素的化合物由于炉内的加热或还原反应，作为还原后的金属单体或未被还原的化合物，在炉内电弧附近(电弧温度区域)能够以气体状态存在，但在从电弧离开的位置以液体或固体状态存在。
另外，在上述实施方式中，作为块状金属原料的含碳氧化金属团块B及构成熔融金属14的金属元素，仅例示了铁(Fe)，但除了Fe之外，还可以含有Ni、Mn、Cr等非铁金属。
另外，在上述实施方式中，作为熔渣的碱度调整方法，例示了向含碳氧化金属团块B预先添加CaO源或MgO源的方法，但也可以取代该方法或在该方法的基础上，从原料装入滑槽4与含碳氧化金属团块B一起装入石灰石或白云石，或者从另行设置的滑槽将石灰石或白云石与含碳氧化金属团块B分开装入。
另外，在上述实施方式中，作为形成原料填充层12的碳材，例示了煤，但也可以使用焦炭。在使用焦炭时，已经被干馏，在炉内不会产生挥发成分，因此对二次燃烧的作用下降，但由于比煤更难粉化，因此具有能够减少飞散损失量的优点。
而且，作为形成原料填充层12的填充层形成用原料，也可以取代煤、焦炭等碳材或在此基础上使用块状金属原料。在使用块状金属原料作为形成原料填充层12的原料时，在与铁水接触的接触部分处发生还原·熔融乃至渗碳·熔化。另一方面，难以向离开与该铁水接触的接触部分的部分传递热量，而块状金属原料维持成固体状态。因此，一旦形成的原料填充层12长期保持填充层状态。而且，原料填充层12内的温度随着离开与上述铁水接触的接触部分，接近炉壁而下降，因此熔融FeO的形成所引起的耐火物的损伤也不再成为问题。
另外，在上述实施方式中，示出了将出铁孔7和出渣孔8分开设置在对置的侧壁的例子，但也可以在同侧壁侧设置这两者，或者省略出渣孔8而仅设置出铁孔7，并从该出铁孔7排出铁水和熔渣。
以下，基于附图，详细地说明本发明的另一实施方式。
图3A及3B表示本发明的一实施方式的熔融金属制造装置的简要结构。本实施方式的固定式非倾动型电炉的电炉(以下，有时简称为“炉”)是水平截面形状为大致矩形的电弧炉。并且，在炉上部(本例中的炉上部1)连接有废气通道3及多个原料装入滑槽4，并且经由炉上部1而将多根电极5插入到炉内作为电加热机构(加热器)。原料装入滑槽4分别设置在炉宽度方向的两端部2、2，而电极5设置在炉宽度方向的中央部。而且，在炉上部(本例中的炉上部1)设有多根二次燃烧器6。
炉底部16具有从炉宽度方向的两端部2、2朝向炉宽度方向的中央部(即，电极5的位置)而整体成为下降斜度的部分(倾斜的炉底部)16’。在本实施方式中，说明将该倾斜的炉底部16’形成为台阶状(在本例中为将点PQRS连结的折线部分)的炉。
并且，优选预先在该台阶状的部分的上升部例如16a设置检修口17。
如上所述，炉底部16以具有(倾斜的炉底部)16’的方式形成，该(倾斜的炉底部)16’从炉宽度方向的端部朝向作为电加热机构的电极5所存在的炉宽度方向的中央部而整体成为下降斜度的部分，由此，能够拉近倾斜的炉底部16’与块状金属原料层13的距离。由此，在块状金属原料层13发生卡挂的情况下，为了安全而需要临时停止炉的作业，但使在该台阶状的部分的上升部16a设置的检修口17开口，并使用例如破碎器等机械机构从该开口部施加物理外力，由此，能够容易且可靠地消除块状金属原料层13的卡挂。
为了尽可能使上述块状金属原料层13的卡挂的解除作业变得容易，而优选尽可能拉进倾斜的炉底部16’与块状金属原料层13的距离。为了将其实现，倾斜的炉底部16’的倾斜角度优选尽可能接近块状金属原料层13的表面的倾斜角度。块状金属原料层13的表面的倾斜角度成为块状金属原料B的崩溃角与静止休止角之间的角度，因此倾斜的炉底部16’的倾斜角度优选为[块状金属原料B的崩溃角-25°(进而是-20°，尤其是-15°)]以上且[块状金属原料B的静止休止角+5°(进而是静止休止角，尤其是崩溃角)]以下的范围内。在此，倾斜的炉上部16’的倾斜角度由将台阶的各级的炉内侧突端部(在图3A中为16b、16b)连结的直线的倾斜角度(在图3A中为θ)定义。
另外，优选在炉底部16’与块状金属原料层13的表面之间的炉内预先设置用于机械性地消除该块状金属原料层13的卡挂的冲击产生装置18。在此，“冲击产生装置”是指对块状金属原料层13连续或间歇地施加外力的装置。
作为该冲击产生装置18，可以使用例如由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部18a、和在该轴部18a的表面突出设置的多个粉碎构件18b构成的装置(设置在Midrex法直接还原用轴炉的炉内，为了防止还原铁的卡挂而使用的近似于负载提供机[burdenfeeder]的装置)。并且，通过使冲击产生装置18的轴部18a连续或每一定时间间歇旋转，而能够防止块状金属原料层13发生卡挂。即使万一块状金属原料层13发生卡挂，也能够利用突出设置于轴部18a的多个粉碎构件18b将块状金属原料B彼此的烧结物或热粘接物粉碎，或者在粉碎不充分的情况下上述烧结物或热粘接物形成巨大化之前，能强制地使其朝向电极5的下方移动(下降)，因此能够长期持续进行顺畅的作业。
为了根据卡挂的产生状况等而使此种作用有效地发挥，作为近似于上述负载提供机的冲击产生装置18，只要选择绕其旋转轴仅朝着使块状金属原料层13下降的方向(正方向)旋转的装置，或朝着使块状金属原料层13下降的方向(正方向)和其反方向交替旋转的装置即可。需要说明的是，前者重视移送，后者重视粉碎。
在电极5与二次燃烧器6之间、二次燃烧器6与废气通道3之间、以及废气通道3与原料装入滑槽4之间优选设置向炉内垂下的隔壁9、10、11。
优选在电极5与二次燃烧器6之间设置隔壁9是为了防止二次燃烧后的氧化性废气与电极5接触。
另外，优选在二次燃烧器6与废气通道3之间设置隔壁10是为了防止二次燃烧后的废气直接流向废气通道3，而充分地确保向块状金属原料层13的辐射传热量。
另外，优选在废气通道3与原料装入滑槽4之间设置隔壁11是为了防止原料装入滑槽4被高温的废气过分加热而发生损伤。
隔壁9、10、11综合地考量基于设置的上述各效果的程度、设置成本、维护的麻烦等，既可以设置全部，也可以设置一部分。
另外，废气通道3优选设置在比电极5靠近原料装入滑槽4的一侧。这是为了抑制二次燃烧后的氧化性的废气向电极5流动而损伤电极5。
并且，在炉下部的未设置原料装入滑槽4(即，在炉内未形成原料填充层12)的炉长度侧的炉侧壁上优选设置出铁孔7和出渣孔8。这是为了使出铁渣时的开孔作业变得容易。
另外，在废气通道3的下游侧只要设置周知的换热器(未图示)即可，由此，回收从炉排出的高温废气的显热，从而能够有效地利用作为电弧用电力的发电、颗粒B的干燥等的能量。
作为电极5，优选例如热效率优良的制钢用电弧电炉所常用的三相交流型的电极。并且优选采用例如从通过三相电极的各2相的组合所形成的3组单相电极而制作出的六根电极的结构。
另外，电极5优选使其前端部位于(浸渍)在块状金属原料层13或熔渣层15中并进行熔化操作。由此，能够使电弧产生的辐射加热和电阻加热的效果并存，进一步促进熔化，并且能够抑制未被原料填充层12保护的炉壁内面的损伤。
以下，列举说明使用该固定式非倾动型电弧炉，制造铁水作为熔融金属的情况。在本例中，作为用于在炉内形成原料填充层的填充层形成用原料而使用含碳颗粒，作为层叠在该原料填充层上的块状金属原料而使用相同的含碳氧化铁颗粒。
作为熔融金属的制造方法，预先从设置在上述炉宽度方向的两端部2、2处的原料装入滑槽4、4，将规定量的块状金属原料即含碳氧化铁颗粒A作为填充层形成用原料而装入炉内。并且，形成具有从该炉宽度方向的两端部2、2朝向电极5的下端部的下方的下降斜度的斜面12a的原料填充层12。作为形成原料填充层12的原料，若取代碳材A而使用含碳氧化铁颗粒A′等块状金属原料，则在与铁水的接触部分处发生还原·熔融乃至渗碳·熔化。另一方面，难以向离开与该铁水接触的接触部分的部分传递热量，块状金属原料维持为固体状态。因此，一旦形成的原料填充层12长期保持填充层状态。而且，原料填充层12内的温度随着离开与上述铁水接触的接触部分，接近炉壁而下降，因此熔融FeO的形成所引起的耐火物的损伤也不再成为问题。
接着，从设置在上述炉宽度方向的两端部2、2处的原料装入滑槽4、4将作为块状金属原料的含碳氧化金属团块即含碳氧化铁颗粒(以下，有时简称为“颗粒”)B连续或间歇地装入，从而在原料填充层12的斜面12a上形成作为块状金属原料层的颗粒层13。颗粒B中的含碳材的混合量可以在将氧化铁还原为金属铁所需的理论碳量中加入铁水的目标碳浓度来决定。需要说明的是，颗粒B优选事先进行干燥，以免在装入炉内时发生爆裂(崩裂)。
电极5如上所述预先调节高度，以使其下端部成为浸渍在颗粒层13中的状态。
然后，通过对所述电极通电，进行电弧加热，而将颗粒层13的下端部附近的颗粒B急速加热，使其顺序还原熔融，分离成作为熔融金属的铁水和熔渣，从而在炉下部形成铁水层14和熔渣层15。需要说明的是，为了对熔渣层15的碱度等进行调整，而优选在颗粒B中预先添加石灰石或白云石等CaO源或MgO源。
如上所述，颗粒B从颗粒层13的下端部附近开始顺序熔融，颗粒层13自身由于其自重而沿着所述原料填充层的斜面朝向电极5的下端部顺序下降到炉内。
并且，当颗粒层13中的颗粒B接近电极5时，由于来自电极5的电弧产生的辐射热和电阻加热而被有效地加热，颗粒B中的氧化铁被含碳材预备还原成固体金属铁，并生成含CO气体(可燃性气体)。在使用煤等含有挥发成分的碳材作为含碳材时，因加热而从含碳材挥脱出的挥发成分也加入到该含CO气体中。
该含CO气体在从设置于炉上部1的二次燃烧器6吹入的作为含氧气体(例如氧气)的作用下燃烧(二次燃烧)。并且，该燃烧(二次燃烧)所产生的辐射热也将颗粒层13加热。如此，被辐射热所加热的颗粒层13与上述来自电极5的电弧产生的辐射加热和电阻加热的情况同样地，颗粒中的氧化铁被预备还原成固体金属铁，并生成含CO气体，因此能进一步促进上述二次燃烧产生的辐射加热。
如上所述，从原料装入滑槽4装入到炉内的颗粒B在原料填充层12的斜面12a上进行下降期间，在上述二次燃烧产生的辐射加热(以下，也称为“二次燃烧热”)的作用下，以固体状态被预备还原至高金属化率之后，在电极5下端部附近由于电弧加热及电阻加热而熔融，被分离成铁水和熔渣。
因此，在电极5下端部附近生成的熔渣中的氧化铁浓度充分降低，能够抑制电极5的损耗。
与熔渣分离后的铁水将残留在颗粒B中的碳材熔化而成为目标C浓度的铁水。
如此生成的铁水和熔渣例如与高炉的出铁渣方法同样地能够从设置在炉下部的出铁孔7和出渣孔8间歇地排出。
在上述实施方式中，示出了将倾斜的炉底部16’形成为台阶状的例子，但本发明并未限定于此，也可以形成为斜面状。
另外，在上述实施方式中，示出了将近似于上述负载提供机的冲击产生装置18沿着炉长度方向设置1台的例子。然而，该近似于负载提供机的冲击产生装置18在其结构方面，由于自重及装入物载荷会引起变形，因此轴部18a的长度存在制约，从而炉的长度受到该冲击产生装置18的轴部18a的长度的制约，存在炉的向长度方向的规模扩大化受到限制的问题。作为解决该问题的方法，更优选采用以下的结构。
即，如图4A及4B所示，朝向炉长度方向以斜面状的部分19和台阶状的部分20交替存在的方式形成倾斜的炉底部16’(需要说明的是，在该图中为了容易理解结构，而将斜面状的部分19描绘成半透明)。并且，在该倾斜的炉底部16与所述块状金属原料层13的表面之间的炉内，多台(在本例中为2台)近似于上述负载提供机的冲击产生装置18以它们的旋转轴沿着炉长度方向的方式串联排列设置。如上所述，该冲击产生装置18由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部18a、和在该轴部18a的表面突出设置的粉碎构件8b构成(需要说明的是，在图4A中省略了粉碎构件18b的图示)。并且，在倾斜的炉底部16’的斜面状的部分19的下方炉外侧配置有对冲击产生装置18的轴部18a的至少一端部(在本例中仅为一端部)进行支承的轴承21(在本例中，如图4B所示，对轴部18a的另一端部进行支承的轴承21’配置在侧壁的炉外侧)。并且，冲击产生装置18的轴部18a中的突出设置有粉碎构件18b的部位配置在倾斜的炉底部16的台阶状的部分20的上方炉内侧。
通过采用上述结构，能够沿着炉长度方向将近似于负载提供机的冲击产生装置18串联排列设置任意台，从而能够有效地发挥块状金属原料层13的卡挂的解除(乃至防止发生)作用，并容易实现炉的向长度方向的规模扩大化。
另外，在上述实施方式中，作为冲击产生装置18，仅例示了通过绕旋转轴的旋转运动而对块状金属原料层13施加外力的形式的装置、即近似于负载提供机的装置(由轴部18a和在该轴部18a的表面突出设置的多个粉碎构件18b构成的装置)。然而，并未限定于此，只要是能够连续或间歇地对块状金属原料层13施加外力的装置即可，可以采用任何形式的装置。例如，既可以使用螺杆作为通过绕旋转轴的旋转运动来施加外力的其他形式的装置，也可以使用推杆作为通过汽缸等的往复运动来施加外力的形式的装置。还可以使用将气体直接吹入到炉内的装置或利用气压使隔膜变形的装置作为通过气压来施加外力的形式的装置。
另外，在上述实施方式中，关于原料装入滑槽4及电极5的配置，示出了将原料装入滑槽4分别设置在炉宽度方向的两端部2、2，而将电极5设置在炉上部1的炉宽度方向的中央部的例子。此外，作为变形例，也可以将原料装入滑槽4设置在炉宽度方向的一端部2，而将电极5设置在炉宽度方向的另一端部2。若采用本变形例，则在炉内形成的原料填充层12的斜面仅成为单侧，因此与上述实施例相比，从耐火物保护的观点出发不利。然而，在本变形例中，炉宽度缩小，具有实现设备的紧凑化的优点。需要说明的是，在上述实施方式中，作为将电极5设置在炉宽度方向的中央部的一例，示出了将电极5设置在炉宽度方向的中心线上的例子。然而，电极5并未限定为非要严格地设置在炉宽度方向的中心线上，而容许从炉宽度方向的中心线上向炉宽度方向的任一端部偏离而设置。
另外，在上述实施方式中，示出了废气通道3和原料装入滑槽4均与炉上部1连接的例子，但并未限定于此，可以将任一方或双方与炉侧壁的上部连接。需要说明的是，在将原料装入滑槽4与炉侧壁的上部连接时，原料装入滑槽4自动地设置在炉宽度方向的端部。
另外，在上述实施方式中，作为固定式非倾动型电弧炉的水平截面形状，例示了大致矩形的形状，但并未限定于此，也可以使用例如大致椭圆的形状或正圆的形状。这种情况下，也可以不是单相电极，而使用三相电源的各相来制作3根电极。但是，在使用大致矩形的形状时，炉宽度恒定，而通过延长炉长度方向(与炉宽度方向垂直的方向)，而具有容易进行规模扩大化的优点。
另外，在上述实施方式中，作为含碳氧化金属团块B的方式，例示了颗粒，但也可以采用块。块的休止角比球状的颗粒大，因此为了确保在原料填充层12的斜面12a上的滞留时间，与使用颗粒的情况相比，虽然需要提升炉高，但具有能够缩小炉宽度的优点。
另外，在上述实施方式中，示出了仅使用含碳氧化金属团块(含碳氧化铁颗粒)作为块状金属原料的例子，但可以取代含碳氧化金属团块(含碳氧化铁颗粒、含碳氧化铁块)，而使用金属废料(铁碎片)、还原金属(还原铁[DRI，HBI])、块状氧化金属矿石(块状铁矿石)、含有氯化金属的含碳氯化金属团块及氧化金属结块矿(烧成氧化铁颗粒、冷粘氧化铁颗粒、氧化铁烧结矿)，也可以使用从含碳氧化金属团块、金属废料、还原金属、块状氧化金属矿石、含碳氯化金属团块及氧化金属烧结矿所构成的组中选择的一种以上。
另外，在上述实施方式中，作为含碳氧化金属团块B，例示了仅含有非挥发性的金属元素即铁的情况，但除了非挥发性的金属元素之外，也可以含有挥发性的金属元素例如Zn、Pb。即，作为含碳氧化金属团块B，可以使用含有挥发性的金属元素的炼铁厂微尘等作为氧化金属原料。挥发性的金属元素在炉内因加热而从含碳氧化金属团块B被挥发除去，但通过采用本发明方法，由于二次燃烧器6产生的燃烧热能够将炉上部的温度保持得充分高，因此可靠地防止挥发除去的该挥发性金属元素在炉上部再次冷凝，从而能够从由炉排出的废气高效地回收该挥发性金属元素。
需要说明的是，在本说明书中，挥发性金属元素是指金属单体或其盐等的化合物的1气压下的熔点为1100℃以下的金属元素。作为金属单体，可以列举出例如锌、铅等。作为挥发性金属元素的化合物，可以列举出例如氯化钠、氯化钾等。挥发性金属元素的化合物中的挥发性金属在电炉(例如，电弧炉、埋弧炉)中被还原成金属，因而其一部分或全部在炉内以气体状态存在。而且，挥发性金属元素的氯化物在电炉内被加热，而其一部分或全部在炉内以气体状态存在。另一方面，非挥发性金属元素是指金属单体或其氧化物等的化合物的1气压下的熔点超过1100℃的金属元素。作为金属单体，可以列举出例如铁、镍、钴、铬、钛等。作为非挥发性金属的氧化物，可以列举出例如CaO、SiO2、Al2O3等。在使用电弧炉或埋弧炉作为电炉时，非挥发性金属元素的化合物由于炉内的加热或还原反应，作为还原后的金属单体或未被还原的化合物，在炉内电弧附近(电弧温度区域)能够以气体状态存在，但在从电弧离开的位置以液体或固体状态存在。
另外，在上述实施方式中，作为块状金属原料的含碳氧化金属团块B及构成熔融金属14的金属元素，仅例示了铁(Fe)，但除了Fe之外，还可以含有Ni、Mn、Cr等非铁金属。
另外，在上述实施方式中，作为熔渣的碱度调整方法，例示了向含碳氧化金属团块B预先添加CaO源或MgO源的方法，但也可以取代该方法或在该方法的基础上，从原料装入滑槽4与含碳氧化金属团块B一起装入石灰石或白云石，或者从另行设置的滑槽将石灰石或白云石与含碳氧化金属团块B分开装入。
另外，在上述实施方式中，作为形成原料填充层12的填充层形成用原料，例示了含碳氧化铁颗粒，但也可以使用其他的块状金属原料，还可以将它们并用两种以上。
而且，作为形成原料填充层12的填充层形成用原料，可以取代块状金属原料或在块状金属原料的基础上使用煤、焦炭等碳材。其中，在使用碳材时，其粒度优选对应于含碳氧化铁颗粒B的粒度而调整成含碳氧化铁颗粒B无法潜入原料填充层12的空隙内的程度。
另外，在上述实施方式中，示出了将出铁孔7和出渣孔8分开设置在对置的侧壁的例子，但也可以在同侧壁侧设置这两者，或者省略出渣孔8而仅设置出铁孔7，并从该出铁孔7排出铁水和熔渣。
详细地而且参照特定的实施方式说明了本申请，但不脱离本发明的精神和范围而能够施加各种变更或修正的情况对于本领域技术人员来说不言自明。本申请基于2009年10月8日提出申请的日本专利申请(特愿2009-234362)以及日本专利申请(特愿2009-234363)，并将其内容作为参照而包含于此。
符号说明
1...炉上部
1’...倾斜的炉上部
1a...上升部
1b...突端部
1c...级部
1d...下降斜面
2...炉宽度方向的端部
3...废气通道
4...原料装入滑槽
5...电极
6...二次燃烧器
7...出铁孔
8...出渣孔
9、10、11...隔壁
12...原料填充层
12a...斜面
13...块状金属原料层(颗粒层)
14...熔融金属层(铁水层)
15...熔渣层
16...炉底部
16’...倾斜的炉底部
16a...上升部
17...检修口
18...冲击产生装置
18a...轴部
18b...粉碎构件
19...斜面状的部分
20...台阶状的部分
21、21’...轴承
A...碳材(煤)
A′...填充层形成用原料(含碳氧化铁颗粒)
B...块状金属原料(含碳氧化金属团块、含碳氧化铁颗粒)
C...含氧气体(氧)

Claims (20)

1.一种熔融金属制造装置，其特征在于，
在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，
所述原料装入滑槽设置在炉宽度方向的一端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的另一端部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，
预先从所述原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，而形成具有从所述炉宽度方向的一端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，
接着，从所述原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，
然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，同时从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热还原，从而制造熔融金属，
在所述熔融金属制造装置中，所述炉上部具备从所述炉宽度方向的一端部朝向所述炉宽度方向的另一端部整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉上部。
2.一种熔融金属制造装置，其特征在于，
在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，
原料装入滑槽分别设置在炉宽度方向的两端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的中央部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，
预先从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，形成具有从该炉宽度方向的两端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，
接着，从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，
然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，同时从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热，从而制造熔融金属，
在所述熔融金属制造装置中，所述炉上部具备从所述炉宽度方向的两端部朝向所述炉宽度方向的中央部整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉上部。
3.根据权利要求1或2所述的熔融金属制造装置，其中，
所述倾斜的炉上部为斜面状。
4.根据权利要求1或2所述的熔融金属制造装置，其中，
所述倾斜的炉上部为台阶状。
5.根据权利要求1或2所述的熔融金属制造装置，其中，
所述倾斜的炉上部的倾斜角度为[所述块状金属原料的崩溃角-15°]以上[所述块状金属原料的静止休止角+15°]以下的范围内。
6.根据权利要求1或2所述的熔融金属制造装置，其中，
所述电加热机构是从所述炉上部插入到炉内的电极，且所述二次燃烧器向所述倾斜的炉上部安装的安装角度是使从该二次燃烧器吹入的含氧气体的流动远离所述电极的角度。
7.根据权利要求1或2所述的熔融金属制造装置，其中，
所述二次燃烧器的气体吹入部的结构以由该二次燃烧器吹入的含氧气体成为绕该二次燃烧器的轴进行回旋的回旋流的方式构成。
8.根据权利要求1或2所述的熔融金属制造装置，其中，
在所述固定式非倾动型电炉的炉底部与所述块状金属原料层的表面之间的炉内，设有用于机械性地解除该块状金属原料层的卡挂的冲击产生装置。
9.根据权利要求8所述的熔融金属制造装置，其中，
所述冲击产生装置由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部、和在该轴部的表面上突出设置的粉碎构件构成。
10.根据权利要求8所述的熔融金属制造装置，其中，
所述冲击产生装置绕所述旋转轴仅沿着使所述块状金属原料层下降的方向旋转，或沿着使所述块状金属原料层下降的方向和其反方向交替旋转。
11.根据权利要求1或2所述的熔融金属制造装置，其中，
作为所述块状金属原料，是从含碳氧化金属团块、金属废料、还原金属、块状氧化金属矿石、含碳氯化金属团块及氧化金属烧结矿所构成的组中选择的一种以上的原料。
12.一种熔融金属制造装置，其特征在于，
在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，
所述原料装入滑槽设置在炉宽度方向的一端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的另一端部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，
预先从所述原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，形成具有从所述炉宽度方向的一端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，
接着，从所述原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，
然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，同时从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热还原，从而制造熔融金属，
在所述熔融金属制造装置中，所述固定式非倾动型电炉的炉底部具备从所述炉宽度方向的一端部朝向所述炉宽度方向的另一端部整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉底部。
13.一种熔融金属制造装置，其特征在于，
在具有电加热机构的固定式非倾动型电炉的炉上部连接有废气通道和原料装入滑槽，并且，
原料装入滑槽分别设置在炉宽度方向的两端部，而所述电加热机构以被该电加热机构加热的电加热区域存在于炉宽度方向的中央部的方式设置，且在炉上部设有二次燃烧器，
预先从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将碳材和/或块状金属原料向炉内装入规定量，形成具有从该炉宽度方向的两端部朝向所述电加热区域的下降斜度的斜面的原料填充层，
接着，从设置在所述炉宽度方向的两端部的原料装入滑槽将块状金属原料连续或间歇地装入，在所述原料填充层的斜面上形成块状金属原料层，
然后，利用所述电加热机构进行电加热，使所述块状金属原料层的下端部附近的块状金属原料顺序熔融，由此在炉内形成熔融金属层和熔渣层，并且，使所述块状金属原料层沿着所述原料填充层的斜面下降，同时从所述二次燃烧器向比所述块状金属原料层靠上方的炉内空间部吹入含氧气体，使从所述块状金属原料层产生的含CO气体燃烧，利用其辐射热对所述块状金属原料层进行加热，从而制造熔融金属，
在所述熔融金属制造装置中，所述固定式非倾动型电炉的炉底部具备从所述炉宽度方向的两端部朝向所述炉宽度方向的中央部整体成为下降斜度的部分即倾斜的炉底部。
14.根据权利要求12或13所述的熔融金属制造装置，其中，
所述倾斜的炉底部为斜面状。
15.根据权利要求12或13所述的熔融金属制造装置，其中，
所述倾斜的炉底部为台阶状。
16.根据权利要求12或13所述的熔融金属制造装置，其中，
所述倾斜的炉底部的倾斜角度为[所述块状金属原料的崩溃角-25°]以上[所述块状金属原料的静止休止角+5°]以下的范围内。
17.根据权利要求12或13所述的熔融金属制造装置，其中，
在所述倾斜的炉底部与所述块状金属原料层的表面之间的炉内，设有用于机械性地解除该块状金属原料层的卡挂的冲击产生装置。
18.根据权利要求17所述的熔融金属制造装置，其中，
所述冲击产生装置由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部、和在该轴部的表面上突出设置的粉碎构件构成。
19.根据权利要求17所述的熔融金属制造装置，其中，
所述冲击产生装置绕所述旋转轴仅沿着使所述块状金属原料层下降的方向旋转，或沿着使所述块状金属原料层下降的方向和其反方向交替旋转。
20.根据权利要求12或13所述的熔融金属制造装置，其中，
所述倾斜的炉底部以朝向炉长度方向呈斜面状的部分和台阶状的部分交替存在的方式形成，
并且在该炉底部的整体成为下降斜度的部分与所述块状金属原料层的表面之间的炉内，至少沿着炉长度方向设有多台用于机械性地解除该块状金属原料层的卡挂的冲击产生装置，
该冲击产生装置由具有沿着炉长度方向的旋转轴的轴部、和在该轴部的表面上突出设置的粉碎构件构成，所述轴部中，至少其一端部由配置在所述倾斜的炉底部的斜面状的部分的下方的炉外侧的轴承支承，并且突出设置有所述粉碎构件的部位配置在所述倾斜的炉底部的台阶状的部分的上方的炉内侧。
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