JP2002031487A

JP2002031487A - 冷鉄源の溶解方法

Info

Publication number: JP2002031487A
Application number: JP2000247294A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Mizukami; 秀昭水上; Minoru Suzuki; 実鈴木; Ryuji Yamaguchi; 隆二山口; Toshimichi Maki; 敏道牧; Yasuhiro Sato; 靖浩佐藤; Takeshi Nakayama; 剛中山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】シャフト型の予熱室を有するアーク溶解設備
を用いた溶解の際に、ダイオキシン等の発生を防止する
と共に、可燃性成分を含有する排ガスの爆発等の異常燃
焼を防止する。【解決手段】溶解室２と、その上部に直結する予熱室
３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１６を予熱するアーク溶解設備１を用いた溶
解方法において、冷鉄源が予熱室と溶解室とに存在する
状態を保つように冷鉄源を予熱室へ供給しながら、アー
ク加熱並びに炭材と酸素とを溶解室に供給して冷鉄源を
溶解し、所定量の溶湯１７が溜まった時点で溶解室及び
予熱室に冷鉄源が存在する状態で溶湯を出湯するにあた
り、溶解室内及び予熱室内の排ガスの酸化度を０．６１
以上にすると共に、予熱室を通過した排ガスに酸素含有
ガスを供給して排ガスを燃焼させ、排ガス温度を所定温
度以上とし、その後、排ガスを急冷する。

Description

【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アークにて溶解する冷鉄源の溶解
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、資源及び環境問題から、発生量の
多い鉄スクラップをアーク溶解設備を用いて溶解するプ
ロセスが増加している。このようなアーク溶解設備で
は、鉄スクラップの溶解に多くの電力を消費するため、
溶解中にアーク溶解設備の溶解室から発生する排ガスで
鉄スクラップを予熱しながら溶解し、必要とする電力を
削減する方法が多数提案されている。

【０００３】一方、鉄スクラップをアーク溶解設備で溶
解する際には、原料の鉄スクラップに付着している油分
や鉄スクラップに混入しているプラスチック等に起因し
て、排ガス中にダイオキシンに代表される芳香族塩素化
合物等の有害物質が含まれることがあり、又、これと同
時に白煙や悪臭等が発生し、環境上の問題となってお
り、このような有害物質の発生を防止する技術も多数提
案されている。

【０００４】このような状況のなかで、本発明者等は、
先に、特開平１１−１８３０４５号公報において、必要
とする電力を大幅に削減することが可能で、且つ、白
煙、悪臭、ダイオキシン等の有害物質の発生を抑えた冷
鉄源溶解方法を提案した。この溶解方法は、溶解室の上
部に直結するシャフト型の予熱室を備えたアーク溶解設
備を用い、冷鉄源が溶解室と予熱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、アーク加熱並びにコークス等の補助熱
源と酸素とを溶解室内に供給することによって溶解室内
の冷鉄源を溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時
点で溶解室及び予熱室に冷鉄源が存在する状態で溶鋼を
出湯するにあたり、溶解室で発生した排ガスが予熱室を
通過した後に、排ガスに酸素含有ガスを供給して排ガス
中の可燃性成分を燃焼させ、排ガス温度を所定温度以上
にし、その後、排ガスを急冷する溶解方法である。

【０００５】この溶解方法によれば、予熱室内及び溶解
室内には常に冷鉄源が充填されて存在し、次ヒート以降
では使用する全ての冷鉄源が予熱されて、電力使用量の
大幅な削減が達成されると共に、大がかりな設備がなく
ともダイオキシン等の有害物質の発生、及び白煙や悪臭
の発生を防止することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１１−１８３０４５号公報による溶解方法において
も以下の問題点があることが分かった。即ち、同号公報
による溶解方法では、炭材及び酸素の溶解室内への吹き
込みにより発生するＣＯガスの一部を、侵入空気や溶解
室内への空気吹き込みにより溶解室内及び予熱室内で燃
焼させてＣＯ₂ ガスとし、未燃焼のＣＯガスを含む排ガ
スを予熱室を通過させ、その後、残留するＣＯガスを酸
素含有ガスで燃焼させて排ガス温度を所定温度、例えば
９００℃以上にし、次いで、排ガスを急冷している。

【０００７】従って、予熱室出口では排ガスの酸化度
（酸化度＝ＣＯ₂ ／［ＣＯ₂ ＋ＣＯ］）を０．７〜０．
８程度とすること、即ち、予熱室出口では発生したＣＯ
ガスの２０〜３０％を未燃焼のまま残留させることが必
要である。そのため、例えば、侵入空気の減少等により
排ガスの酸化度が０．５程度まで低下した場合には、排
ガス組成は、およそ、ＣＯガス：２１％、ＣＯ₂ ガス：
２１％、酸素：３％、窒素：５２％、水蒸気：３％とな
り、この状態で侵入空気が急激に増加して排ガスと混合
した場合には、酸素濃度が上がり、混合したガスは爆発
の可能性のある危険領域に入る。溶解室内には着火源と
して溶湯が存在するので、この場合には爆発等の異常燃
焼が発生する。

【０００８】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、シャフト型の予熱室を有する
アーク溶解設備を用いて冷鉄源を溶解する際に、予熱室
から排出される排ガス中のダイオキシン等の有害成分の
発生及び白煙や悪臭の発生を防止すると共に、可燃性成
分を含有する排ガスの爆発等の異常燃焼を防止すること
ができる冷鉄源の溶解方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、本発明者
等が先に提案した上記特開平１１−１８３０４５号公報
の溶解方法を前提として、操業中に爆発等の異常燃焼す
る危険性のない溶解方法を見出すため、溶解室内及び予
熱室内に急激に空気が侵入した時の排ガス組成の変化
と、爆発の可能性のある危険領域との関係を検討した。

【００１０】その結果を図１に示す。尚、図１は、排ガ
スの酸化度を０．５、０．６、及び０．７の３水準とし
て、排ガス中のＣＯガス濃度と酸素濃度の変化に及ぼす
侵入空気量の影響を調査したもので、図中の●印は酸化
度が０．５の場合のＣＯガス濃度及び酸素濃度を示し、
◇印は酸化度が０．６の場合を、又、○印は酸化度が
０．７の場合を示している。そして、図中、侵入空気量
の増加と共に濃度が低下しているものがＣＯガス濃度
で、逆に増加しているものが酸素濃度である。ＣＯガス
の場合、ＣＯガス濃度がおよそ１２．５％以上で且つ酸
素濃度がおよそ５％以上の領域が、爆発の可能性のある
危険領域と考えられる。

【００１１】図１に示すように、排ガスの酸化度が０．
５の場合には、侵入空気量が約８０Nｍ³ ／ｍｉｎにな
ると爆発の可能性のある危険領域に入り、侵入空気量が
約２４０Nｍ³ ／ｍｉｎを越えるまで、爆発の可能性の
ある危険領域に入ったままとなる。又、排ガスの酸化度
が０．６の場合には、侵入空気が約８０Nｍ³ ／ｍｉｎ
になると一旦爆発の可能性のある危険領域に入るが、侵
入空気がそれ以上になると、排ガスが希釈されてＣＯガ
ス濃度が１２．５％以下となるため、爆発の可能性のあ
る危険領域から外れることが分かる。一方、排ガスの酸
化度が０．７の場合には、どのような比率で空気と混合
しても爆発の可能性のある危険領域にはならないことが
分かる。

【００１２】これらの結果から、溶解室内及び予熱室内
の排ガスの酸化度を０．６１以上としておけば、どのよ
うな比率で空気と混合しても爆発の可能性のある危険領
域にはならないとの知見を得た。

【００１３】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、第１の発明による冷鉄源の溶解方法は、溶解室と、
その上部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予熱室内の冷
鉄源を予熱するアーク溶解設備を用いた冷鉄源の溶解方
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予熱室へ供給しながら、
アーク加熱並びに炭材と酸素とを溶解室に供給すること
によって溶解室内の冷鉄源を溶解し、溶解室に所定量の
溶湯が溜まった時点で溶解室及び予熱室に冷鉄源が連続
して存在する状態で溶湯を出湯するにあたり、溶解室内
及び予熱室内の排ガスの酸化度を０．６１以上にすると
共に、予熱室を通過した排ガスに酸素含有ガスを供給し
て排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、排ガス温度を所定
温度以上とし、その後、排ガスを急冷することを特徴と
するものである。

【００１４】第２の発明による冷鉄源の溶解方法は、第
１の発明において、排ガスを急冷した後に、排ガスに吸
着剤を供給することを特徴とするものである。

【００１５】第３の発明による冷鉄源の溶解方法は、第
１の発明又は第２の発明において、前記酸素含有ガスに
よる燃焼後の排ガス温度を８５０℃以上とすることを特
徴とするものである。

【００１６】第４の発明による冷鉄源の溶解方法は、第
１の発明乃至第３の発明の何れかにおいて、溶解室内及
び予熱室内の排ガスの酸化度を０．８５以下とすること
を特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
を詳細に説明する。先ず、第１の実施の形態について図
２に基づき説明する。図２は、本発明の第１の実施の形
態を示す図であって、本発明を適用したアーク溶解設備
の縦断面概略図である。

【００１８】図２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と水冷構造の側壁部４とが配置され、こ
の予熱室３で覆われない側壁部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が設けられており、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１９を発生させる。

【００１９】予熱室３の上方には、走行台車２４に吊り
下げられた底開き型の供給用バケット１５が設けられ、
この供給用バケット１５から、予熱室３の上部に設けた
開閉自在な供給口２０を介して、鉄スクラップや直接還
元鉄等の冷鉄源１６が予熱室３内に装入される。

【００２０】予熱室３の上端には、排ガス処理設備２５
と連結するダクト２１が設けられており、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２１を経由
して排ガス処理設備２５へ排出される。その際、予熱室
３を通過する排ガスにより、予熱室３内に装入された冷
鉄源１６は予熱され、予熱された冷鉄源１６は、溶解室
２内で溶解される冷鉄源１６の量に見合って、溶解室２
内に自由落下し、溶解室２へ装入される。

【００２１】予熱室３の側壁は下方に向かって広がるテ
ーパーを有している。テーパーを設けることにより、予
熱された冷鉄源１６を溶解室２へ安定して供給すること
ができる。テーパーが形成されない場合には、冷鉄源１
６が落下し難くなり、予熱室３内で棚吊りを起こす原因
となる。

【００２２】炉蓋５を貫通して、溶解室２内を上下移動
可能な酸素吹き込みランス８と炭材吹き込みランス９と
が設けられ、酸素吹き込みランス８からは酸素が溶解室
２内に吹き込まれ、炭材吹き込みランス９からは空気や
窒素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、炉蓋５を貫通して空気吹き込みランス１２が設置さ
れており、空気吹き込みランス１２からは二次燃焼用の
空気が溶解室２内に吹き込まれる。

【００２３】溶解室２の予熱室３が直結されている側と
は異なる部分に設けられた突出部２ａには、その底部
に、扉２２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湯口１３と、その側壁に、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滓口１４とが設けられている。そし
て、出湯口１３の鉛直上方に対応する部位の炉蓋５に
は、バーナー１０が取り付けられている。バーナー１０
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。

【００２４】ダクト２１の下流側の排ガス処理設備２５
として、先ず最初に燃焼室２６がダクト２１と連結して
設けられている。この燃焼室２６には、ブロワー２７と
ブロワー２７に繋がる空気導入管２８とが設置されてお
り、ブロワー２７及び空気導入管２８を介して、溶解室
２で発生する排ガス中の可燃性成分を燃焼させるための
空気が燃焼室２６内に供給される。又、燃焼室２６に
は、重油、灯油、ＬＰＧ等の燃料を用いる補助バーナー
２９が設置されており、補助バーナー２９により排ガス
の燃焼を促進させることができる。

【００２５】燃焼室２６の下流側には冷却室３０が設置
されている。この冷却室３０には水噴霧ノズル３１が設
置されており、冷却水を噴霧して排ガスを急冷すること
により、ダイオキシン等の有害物質の発生を防止するこ
とができる。冷却室３０の下流側には、建家集塵等のた
めの空気等を吸引する空気供給管３３が接続されてお
り、空気供給管３３との合流点３２では空気と排ガスと
が合流できるようになっている。

【００２６】合流点３２の下流側には、吸着剤供給部３
４が設けられており、ブロワー３５を介して吸着剤供給
部３４から排ガス中に吸着剤を供給することで、有害物
質を更に低レベルまで低減することができる。この場
合、吸着剤としては消石灰、活性炭、石炭灰等を用いる
ことができる。吸着剤供給部３４の下流側にはバグフィ
ルター３６が設置され、バグフィルター３６を通過した
排ガスはブロワー３７を介して煙突３８から大気に放出
される。このようにして直流式アーク溶解設備１が構成
されている。

【００２７】このように構成される直流式アーク溶解設
備１における冷鉄源１６の溶解方法は次のようにして行
われる。先ず、供給用バケット１５を用いて予熱室３内
に冷鉄源１６を装入する。予熱室３内に装入された冷鉄
源１６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１６を均一に装入
するために、炉蓋５を開けて予熱室３と反対側の部位の
溶解室２内に冷鉄源１６を装入することもできる。

【００２８】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、炉底電極
６と上部電極７との間、又は、装入された冷鉄源１６と
上部電極７との間でアーク１９を発生させる。そして、
発生するアーク熱により冷鉄源１６を溶解して溶湯１７
を生成させる。溶湯１７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１８を
溶湯１７上に形成させ、溶湯１７の酸化を防止すると共
に溶湯１７の保温を図る。溶融スラグ１８の量が多すぎ
る場合には、操業中でも出滓口１４から排滓することが
できる。

【００２９】溶湯１７の生成する頃から、酸素吹き込み
ランス８から酸素を、又、炭材吹き込みランス９から炭
材を、溶解室２内の溶湯１７又は溶融スラグ１８中に吹
き込む。吹き込まれて溶湯１７中に溶解した炭材又は溶
融スラグ１８中に懸濁した炭材は、吹き込まれる酸素と
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。同時に、反応生成物のＣＯガス気泡
１１が溶融スラグ１８をフォーミングさせ、アーク１９
が溶融スラグ１８に包まれた、所謂スラグフォーミング
操業となるので、アーク１９の着熱効率が上昇する。

【００３０】又、大量に発生する高温のＣＯガスと、こ
のＣＯガスの一部が溶解室２内への侵入空気及び空気吹
き込みランス１２からの空気により燃焼して生成するＣ
Ｏ₂ガスとが、予熱室３を通りダクト２１を経由して排
出され、予熱室３内の冷鉄源１６を効率良く予熱する。

【００３１】酸素吹き込みランス８から吹き込まれる酸
素は溶湯１７と反応してＦｅＯとなるが、このＦｅＯは
吹き込まれた炭材により還元される。この場合、酸素吹
き込みランス８から吹き込まれる酸素量は、溶解される
溶湯１７の１トン当り２５Ｎｍ³ 以上、望ましくは４０
Ｎｍ³ 以上であることが好ましい。これにより一層効率
良く冷鉄源１６を溶解することができる。又、炭材の吹
き込み量は、酸素吹き込み量に対応して決める。即ち、
吹き込まれる酸素の化学当量に等しい程度の炭材を吹き
込むこととする。吹き込まれる炭材が酸素吹き込み量に
比べて少ないと、溶湯１７が過剰に酸化するので好まし
くない。

【００３２】空気吹き込みランス１２から吹き込む空気
は、溶解室２内及び予熱室３内の排ガスの酸化度（ＣＯ
₂ ／［ＣＯ₂ ＋ＣＯ］）が０．６１以上となるように、
その吹き込み量を調整する。具体的には、溶解室２及び
予熱室３から排ガスを採取し、採取した排ガス組成の分
析値から、空気吹き込みランス１２からの吹き込み空気
量を制御すればよい。但し、酸化度を高くし過ぎて、排
ガス中の可燃性成分であるＣＯガス濃度を低下し過ぎる
と、燃焼室２６における排ガスの燃焼が困難となり、補
助バーナー２９の燃焼熱で排ガス温度を所定値まで上昇
させなければならず、補助燃料費用が増大する。そのた
め、燃焼室２６での排ガスの燃焼を円滑に行わせるため
に、排ガスの酸化度の上限を０．８５程度とすることが
好ましい。

【００３３】溶湯１７の生成に伴い、予熱室３内の冷鉄
源１６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
に供給用バケット１５から予熱室３へ冷鉄源１６を装入
する。この冷鉄源１６の予熱室３内への装入は、冷鉄源
１６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。この際の冷鉄源
１６の装入は、操業実績に基づいて予め設定されたレシ
ピに基づいて行っても良いし、予熱室３内の冷鉄源１６
の量を検出可能なセンサーを設け、このセンサーからの
信号に基づいて供給用バケット１５による冷鉄源１６の
投入を制御するようにしても良い。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１６の量を、１
ヒート分の冷鉄源１６の５０％以上とすることが好まし
い。

【００３４】このようにして冷鉄源１６を溶解して、所
定量の溶湯１７、例えば１ヒート分の溶湯１７が溶解室
２内に溜まったら、必要に応じて溶湯１７の成分を調整
した後、溶解室２を出湯口１３側に傾動させつつ、溶解
室２及び予熱室３に冷鉄源１６が連続して存在する状態
を保ったまま、出湯口１３を塞いでいた扉２２を開き、
出湯口１３から１ヒート分の溶湯１７を溶湯保持容器
（図示せず）へ出湯する。出湯に際しては、溶湯１７の
凝固による出湯口１３の閉塞を防止するために、バーナ
ー１０で溶湯１７を加熱しても良い。尚、本発明におけ
る所定量の溶湯量とは、例えば１ヒート分の溶湯量や、
出湯後に溶解室２内に溶湯１７を残留させる場合には、
１ヒート分の溶湯量と溶解室２内の残留溶湯量とを合わ
せた量であり、操業状況により適宜決定される溶湯量で
ある。

【００３５】この場合、溶湯１７中に冷鉄源１６が埋没
して共存しているので、溶湯温度は凝固温度近傍にな
り、十分な過熱度を得ることが困難である。そのため、
出湯時の溶湯温度を上昇させる場合には、所定量、例え
ば１ヒート分の溶湯１７が溶解室２内に溜まったら、溶
解室２を出湯口１３側に傾動して溶湯１７中に埋没する
冷鉄源１６を減少させ、溶湯１７と冷鉄源１６との接触
面積を低減させ、溶湯１７をアーク加熱又はアーク加熱
とバーナー１０との併用により加熱し、昇温した後、上
記に従い溶湯１７を出湯しても良い。この場合には、大
きな過熱度を有する溶湯１７を得ることができる。

【００３６】そして出湯後、必要に応じて溶湯１７を取
鍋精錬炉等にて昇温して精錬した後、連続鋳造機等で鋳
造する。溶湯１７を出湯し、更に必要に応じて溶融スラ
グ１８を排滓した後、溶解室２を水平に戻し、出湯口１
３及び出滓口１４内に詰め砂又はマッド材を充填した
後、次回ヒートの溶解を開始する。次回ヒートの溶解方
法も上記に準じて実施する。

【００３７】一方、未燃焼のＣＯガスを含む排ガスは、
予熱室３を通過した後にダクト２１を通って燃焼室２６
に至る。燃焼室２６においては、空気導入管２８を介し
て供給される空気により、排ガス中の未燃焼ＣＯガスを
ほぼ完全に燃焼させて、排ガス温度を所定温度以上の高
温とする。ダイオキシンに代表される芳香族塩素化合物
等の有害物質の発生、及び白煙、悪臭の発生を有効に防
止する観点からは、燃焼室２６での燃焼後の排ガス温度
を、これらの分解が促進される８５０℃以上、望ましく
は９００℃以上にすることが好ましい。燃焼後の排ガス
温度を所定温度以上に確保するために補助バーナー２９
を用いても良い。

【００３８】燃焼室２６で所定温度以上に加熱された排
ガスは冷却室３０で２００℃程度まで急冷され、ダイオ
キシン等の有害物質の再合成が防止される。更に、排ガ
スは、合流点３２で空気と混合して１００℃程度以下ま
で冷却される。更に、必要に応じて吸着剤供給部３４か
ら吸着剤を供給して、排ガス中に残留するダイオキシン
等の有害物質を吸着・除去する。排ガスは、バグフィル
ター３６で除塵された後、煙突３８から大気に放散され
る。

【００３９】このようにして溶解することで、次回ヒー
トは予熱された冷鉄源１６で溶解を開始することがで
き、電力原単位を大幅に低減することが可能となる。
又、溶解室２内及び予熱室３内の排ガスの酸化度を０．
６１以上に制御しているので、たとえ溶解室２内及び予
熱室３内に大量の空気が急激に侵入したとしても、溶解
室２内及び予熱室３内での排ガスの爆発等の異常燃焼を
未然に防止することができる。更に、燃焼室２６におい
て未燃焼のまま残留するＣＯガスをほぼ完全に燃焼さ
せ、そこから排出する排ガス温度を所定温度以上の高温
にすると共に、その後、冷却室３０で排ガスを急冷する
ので、大がかりな設備がなくともダイオキシンに代表さ
れる芳香族塩素化合物等の有害物質の発生、及び白煙、
悪臭の発生を防止することができる。

【００４０】尚、出湯時に、溶湯１７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。この場
合には、溶解室２内に溶湯１７が存在するので、溶解の
初期から酸素及び炭材の吹き込みを実施することがで
き、初期の溶解が促進され、溶解効率が更に向上する。
この場合、次ヒートの再開後、直ちに酸素及び炭材吹き
込みを可能とするために、溶湯１７の残留量は１ヒート
の３０％以上とすることが好ましい。

【００４１】次に、第２の実施の形態について、図３か
ら図７に基づき説明する。図３は、本発明の第２の実施
の形態を示す図であって、本発明を適用したアーク溶解
設備の他の例を示す斜視図、図４はその平面図、図５
は、図３のＸ−Ｘ’矢視による縦断面図、図６は、図３
のＹ−Ｙ’矢視による断面図で溶解室が水平の状態を示
し、図７は、図３のＹ−Ｙ’矢視による断面図で溶解室
を出湯部側に傾動させた状態を示す図である。

【００４２】この直流式アーク溶解設備１Ａは、冷鉄源
１６をアーク溶解するための溶解室２と、その一方側２
ｂの上部に直結し、上方に向かって延在するシャフト型
の予熱室３と、溶解室２に設けられた出湯部３９とを備
えている。

【００４３】この直流式アーク溶解設備１Ａでは、予熱
室３内の冷鉄源１６は、溶解室２の予熱室側２ｂからそ
の反対側２ｃに向かう方向へ供給されるが、出湯部３９
は、この冷鉄源１６の供給方向に対して直交する方向に
向くように溶解室２に突設されている。そして、溶解室
２は、図７に示すように傾動装置（図示せず）により出
湯部３９側が低くなるように傾動可能となっている。

【００４４】溶解室２の予熱室３が設けられた部分と出
湯部３９が設けられた部分とは距離ａだけ離間してお
り、溶解室２が出湯部３９側に傾動された際に、その部
分の壁部により冷鉄源１６が出湯部３９に流出すること
が阻止される。この場合に、図５に示すように、距離ａ
が予熱室３から溶解室２に亘って安息角で拡がる冷鉄源
１６の距離よりも長いことが好ましい。このようにする
ことで、溶解室２を出湯部３９側に傾動した際の冷鉄源
１６の出湯部３９への流出を完全に阻止することができ
る。

【００４５】出湯部３９の先端近傍の底部には出湯口１
３が形成されており（図６参照）、この出湯口１３を開
閉するための扉２２が設けられている。更に、出湯部３
９の先端部側面には、その出口側を扉２３で塞がれた出
滓口１４が設けられている。

【００４６】又、炉蓋５に接続して、溶解室２内で発生
する排ガスを排出するためのダクト４１が設置されてい
る。ダクト４１はダクト４０（説明は後述）と合流し、
合流後はダクト２１と連結し、このダクト２１は、第１
の実施の形態で説明した排ガス処理設備２５（但し、図
３から図７では排ガス処理設備２５は省略してある）に
連結されており、溶解室２で発生する排ガスの排出流路
の１つを構成している。ダクト４１には、ダクト４１を
経由して排出される排ガス流量を調整するためのダンパ
ー４３が取り付けられている。

【００４７】又、予熱室３の上端にはダクト４０が設け
られ、ダクト４０の他端はダクト４１と合流しており、
予熱室３及びダクト４０を経由する排ガスの排出流路を
構成している。ダクト４０には、ダクト４０を経由して
排出される排ガス流量を調整するためのダンパー４２が
取り付けられている。

【００４８】このように、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４０を経由して排出される
排出流路と、予熱室３を通らずにダクト４１を経由して
直接排出される排出流路の２つの排出流路により排出さ
れる。各排出流路の流量はダンパー４２及びダンパー４
３の開度により調整される。そして、予熱室３を通過す
る排ガスにより、予熱室３内に装入された冷鉄源１６は
予熱される。

【００４９】この直流式アーク溶解設備１Ａにはバーナ
ー１０が設置されていないが、その他は図２に示す直流
式アーク溶解設備１と同一であり、直流式アーク溶解設
備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。

【００５０】このように構成される直流式アーク溶解設
備１Ａにおいて冷鉄源１６を溶解するに際しては、溶解
室２内に所定量の溶湯１７が溜まるまでは前述した第１
の実施の形態と同一方法で実施する。

【００５１】そして、溶解室２内に所定量の溶湯１７が
溜まったなら、図７に示すように溶解室２を出湯部３９
側に傾動させてアーク加熱を続ける。この場合、出湯部
３９は溶解室２への冷鉄源１６の供給方向に対して直交
する方向に向くように溶解室２に突設されており、しか
も溶解室２の予熱室３が設けられた部分と出湯部３９が
設けられた部分とは距離ａだけ離間しており、その部分
の壁部により冷鉄源１６が出湯部３９に流出することが
阻止されるため、出湯部３９へ流れ込んだ溶湯１７と冷
鉄源１６との接触面積を小さくすることができる。従っ
て、溶湯１７の過熱度を高くすることができ、出湯され
る溶湯１７の温度が低いという問題を回避することがで
きる。又、溶解室２を出湯部３９側に傾動させると上部
電極７が図７の破線の位置になり、アーク１９が有効に
供給されなくなるが、電極傾動装置（図示せず）により
上部電極７を傾動させることにより、図７の実線位置と
なり、アーク１９を溶湯１７に対して有効に供給するこ
とができる。

【００５２】溶解室２を出湯部３９側に傾動させて溶湯
１７を昇温した以降は、前述した第１の実施の形態と同
一方法で実施する。即ち、溶湯１７を出湯し、その後、
次ヒートの溶解を再開する。

【００５３】この直流式アーク溶解設備１Ａの場合に
は、冷鉄源１６と溶湯１７との接触面積を、前述した第
１の実施の形態の場合よりも更に少なくすることができ
るので、出湯時の溶湯過熱度を適正値に且つ正確に制御
することができ、溶湯温度の低下に起因して起こる出湯
口１３の閉塞等の操業トラブルを防止した安定操業が可
能となる。

【００５４】又、２つの排ガス排出流路を具備している
ので、溶解室２から発生する排ガス量が低下した場合に
は、主としてダクト４１から排ガスを排出させることに
より、排ガス処理設備２５の燃焼室２６に流入する際の
排ガス温度を高く維持することができ、補助バーナー２
９を使用しなくても十分に９００℃以上の高温まで排ガ
スを昇温することができる。

【００５５】尚、上記説明では直流式のアーク溶解設備
について説明したが、本発明は直流式のアーク溶解設備
に限るものではなく、交流式アーク溶解設備においても
上記に沿って本発明を適用することができる。

【００５６】

【実施例】［実施例１］図２に示すアーク溶解設備にお
ける実施例を以下に説明する。アーク溶解設備は、溶解
室が炉径７．２ｍ、高さ４ｍ、予熱室が幅３ｍ、長さ５
ｍ、高さ７ｍ、炉容量が１８０トンである。

【００５７】先ず、予熱室及び溶解室に約１３０トンの
常温の鉄スクラップを装入し、直径３０インチの黒鉛製
上部電極を用い、最大６００Ｖ、１００ｋＡの電源容量
でアークを形成し、溶解を開始した。通電直後、生石灰
と蛍石とを添加すると共に、酸素吹き込みランスから約
６０００Ｎｍ³ ／ｈｒで酸素を吹き込んだ。

【００５８】溶解室内に溶鋼が溜まってきた時点で、炭
材吹き込みランスからコークスを約８０ｋｇ／ｍｉｎと
してスラグ中に吹き込み、スラグフォーミング操業に移
行し、上部電極の先端をフォーミングしたスラグ中に埋
没させた。この時の電圧をおよそ５００Ｖに設定した。
そして、予熱室内の鉄スクラップが溶解室内での溶解に
伴って下降したならば、供給用バケットにて鉄スクラッ
プを予熱室に装入し、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た。

【００５９】このように、溶解室内及び予熱室内に連続
して鉄スクラップが存在する状態で溶解を進行させ、溶
解室内に約１８０トンの溶鋼が生成した時点で、溶解室
内及び予熱室内に連続して鉄スクラップが存在する状態
を保ったまま、約６０トンの溶鋼を溶解室に残し、１ヒ
ート分の１２０トンの溶鋼を取鍋に出湯した。出湯時の
溶鋼の炭素濃度は０．１mass％で、溶鋼温度は１５６０
℃であった。

【００６０】出湯後、再通電すると共に酸素及びコーク
スの吹き込みを再開した。この時の電圧は５００Ｖで再
通電した。再開後、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、再度溶解室内の溶鋼
が１８０トンになったら約６０トンの溶鋼を残して１２
０トンの溶鋼を出湯することを繰り返し実施した。

【００６１】この溶解中、溶解室及び予熱室から排ガス
を採取して組成分析し、排ガスの酸化度を０．６１以上
に制御しながら、二次燃焼用の空気を空気吹き込みラン
スから溶解室内に吹き込んだ。具体的には、空気吹き込
みランスから約４００Ｎｍ³／ｍｉｎの空気を吹き込む
ことで、およそ、ＣＯガス：１０％、ＣＯ₂ ガス：２５
％、酸素：４％、窒素：５５％、水蒸気：６％、酸化
度：０．７１の排ガス組成に制御することができた。そ
の結果、爆発等の排ガスの異常燃焼はなく、操業を安定
して継続することができた。

【００６２】又、予熱室から排出される時の排ガス流量
は約５５０Ｎｍ³ ／ｍｉｎとなり、燃焼室内で空気によ
り未燃焼のＣＯガスを燃焼させた。燃焼後の排ガス温度
は９５０℃で、その流量は約９００Ｎｍ³ ／ｍｉｎであ
った。次いで、冷却室内で２００℃まで冷却し、その
後、合流点で約１０００Ｎｍ³ ／ｍｉｎの空気と混合し
て１１０℃程度まで低下させた。更に、溶鋼トン当たり
１ｋｇ程度の活性炭を吸着剤として排ガス中に供給し、
バグフィルターで除塵した。このようにして処理するこ
とで、煙突から排出される時の排ガス中のダイオキシン
濃度は０．０１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ³ 以下の極めて低い値
にすることができた。

【００６３】又、上記のようにして溶解することで、吹
き込み酸素の原単位が３３Ｎｍ³ ／ｔ、吹き込みコーク
スの原単位が２６ｋｇ／ｔの条件で、出湯から出湯まで
の平均時間を約４０分、電力原単位を２２０ｋＷｈ／ｔ
で溶解することができた。又、本実施例では溶解室に十
分な量の溶鋼を残留させて次回ヒートを再開したので、
次回ヒートの最初から酸素及びコークス吹き込みによる
スラグフォーミング操業が可能となり、電圧変動が少な
く、フリッカー量も少なく、又、アーク着熱効率が高く
なり、電源設備が小さくても十分な溶解速度を確保する
ことができた。更に、溶解初期の騒音も少なくすること
ができた。

【００６４】又、比較として、上記と同様のアーク溶解
設備を用い、１ヒート毎に溶解室と予熱室とに１２０ト
ンの鉄スクラップを装入し、装入した全ての鉄スクラッ
プを溶解して出湯する溶解方法（従来方法）による操業
も実施した。

【００６５】表１に、電力原単位、電源設備、操業中の
アーク騒音等の調査結果を、本発明方法による実施例と
従来例とで対比して示す。表１に示すように、酸素原単
位及びコークス原単位が同じ条件において、本発明の実
施例では従来例に比較して電力原単位を約３０％削減す
ることができた。又、電源容量及びアーク騒音も約３０
％小さくすることができた。

【００６６】

【表１】

【００６７】［実施例２］図３から図７に示すアーク溶
解設備における実施例を以下に説明する。アーク溶解設
備は、溶解室が長さ８．５ｍ、幅３ｍ、高さ４ｍ、予熱
室が幅３ｍ、長さ３ｍ、高さ７ｍ、炉容量が１８０トン
である。

【００６８】先ず、溶解室内に約７６トンの常温の鉄ス
クラップを装入し、次いで、約７６トンの常温の鉄スク
ラップを予熱室に装入し、直径２８インチの黒鉛製上部
電極により、最大６００Ｖ、１００ｋＡの電源容量でア
ークを形成し、鉄スクラップを溶解した。又、酸素吹き
込みランスから６０００Ｎｍ³ ／ｈｒの吹き込み流量で
酸素を吹き込んだ。溶解室内に溶鋼が溜まってきた時点
で、炭材吹き込みランスから８０ｋｇ／ｍｉｎの吹き込
み速度でコークスをスラグ中に吹き込み、スラグフォー
ミング操業に移行し、黒鉛製上部電極の先端をフォーミ
ングスラグ中に埋没させた。この時の電圧は４００Ｖに
設定した。

【００６９】予熱室内の鉄スクラップが溶解室内での鉄
スクラップの溶解に伴って下降したら、鉄スクラップを
供給用バケットを介して予熱室内に装入し、予熱室内に
おける鉄スクラップの高さを一定の高さに保持しながら
溶解を続けた。この間、ダンパー４２を開き、ダンパー
４３を閉じて、溶解室から発生する排ガスを予熱室を通
して排気し、予熱室内の鉄スクラップを予熱しながら溶
解を続けた。

【００７０】鉄スクラップが溶解室内及び予熱室内に連
続して存在する状態で溶解を進行させ、十分に溶鋼が生
成した段階で溶解室を出湯部側に１５度傾動させ、溶鋼
と溶解室内の鉄スクラップとの接触面積を低減させて溶
鋼をアークにより加熱した。その際、溶解室を出湯部側
に１５度傾動させるとほぼ同時に、酸素吹き込み流量を
２０００Ｎｍ³ ／ｈｒ、コークス吹き込み速度を２５ｋ
ｇ／ｍｉｎに下げると共に、ダンパー４２を閉じてダン
パー４３を開き、溶解室から発生する排ガスを予熱室を
通さずに排気した。

【００７１】このようにして溶鋼に十分な過熱度を持た
せた後、溶解室内に１８０トンの溶鋼が生成した段階
で、更に溶解室を傾動させ、６０トンを溶解室内に残
し、１ヒート分の１２０トンの溶鋼を出湯口から取鍋に
出湯した。出湯時の溶鋼の温度は１５７５℃、溶鋼中の
Ｃ濃度は０．１mass％であった。

【００７２】１２０トン出湯後、溶解室を元に戻すと共
に、ダンパー４２を開き、ダンパー４３を閉じて、酸素
吹き込みランスから６０００Ｎｍ³ ／ｈｒの吹き込み流
量で酸素を吹き込むと共に、炭材吹き込みランスから８
０ｋｇ／ｍｉｎの吹き込み速度でコークスをスラグ中に
吹き込んでスラグフォーミング操業を行い、溶解室で発
生する排ガスにより予熱室内の鉄スクラップを予熱しつ
つ溶解し、十分に溶鋼が生成したら溶解室を再び傾動さ
せて溶鋼を昇温した。この昇温中、酸素吹き込み流量を
２０００Ｎｍ³ ／ｈｒ、コークス吹き込み速度を２５ｋ
ｇ／ｍｉｎに下げると共に、ダンパー４２を閉じてダン
パー４３を開き、溶解室から発生する排ガスを予熱室を
通さずに排気した。そして、溶鋼に十分な過熱度を持た
せた後、再度溶解室内の溶鋼量が１８０トンになったら
１２０トン出湯することを繰り返し実施した。

【００７３】この溶解及び昇温中、溶解室及び予熱室か
ら排ガスを採取して組成分析し、排ガスの酸化度を０．
６１以上に制御しながら、二次燃焼用の空気を空気吹き
込みランスから溶解室内に吹き込んだ。具体的には、空
気吹き込みランスから、溶解期には約４００Ｎｍ³ ／ｍ
ｉｎ、昇温期には１００〜１５０Ｎｍ³ ／ｍｉｎの空気
を吹き込むことで、およそ、ＣＯガス：９％、ＣＯ₂ ガ
ス：２６％、酸素：４％、窒素：５５％、水蒸気：６
％、酸化度：０．７４の排ガス組成に制御することがで
きた。その結果、爆発等の排ガスの異常燃焼はなく、操
業を安定して継続することができた。

【００７４】又、予熱室から排出される時の排ガス流量
は、溶解期には約５５０Ｎｍ³ ／ｍｉｎ、昇温期には約
１６０Ｎｍ³ ／ｍｉｎとなり、燃焼室内で空気により未
燃焼のＣＯガスを燃焼させた。燃焼後の排ガス温度は９
５０℃で、その流量は溶解期では約９００Ｎｍ³ ／ｍｉ
ｎ、昇温期では約２６０Ｎｍ³ ／ｍｉｎであった。次い
で、冷却室内で２００℃まで冷却し、その後、合流点で
約１０００Ｎｍ³ ／ｍｉｎの空気と混合して１１０℃以
下まで低下させた。更に、溶鋼トン当たり１ｋｇ程度の
活性炭を吸着剤として排ガス中に供給し、バグフィルタ
ーで除塵した。このようにして処理することで、煙突か
ら排出される時の排ガス中のダイオキシン濃度は０．０
１ｎｇＴＥＱ／Ｎｍ³ 以下の極めて低い値にすることが
できた。

【００７５】又、酸素原単位が４０Ｎｍ³ ／ｔの条件
で、出湯から出湯までの時間は平均して４５分となり、
１９０ｋＷｈ／ｔの電力原単位で溶解することができ
た。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、高効率の溶解が可能
で、電力原単位を大幅に低減することができ、しかも、
ダイオキシン等の有害物質や白煙、悪臭の発生を防止
し、更に、溶解室及び予熱室での排ガスの爆発等の異常
燃焼を未然に防止した操業を安定して継続することがで
き、工業上有益な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】排ガス中のＣＯガス濃度と酸素濃度に及ぼす侵
入空気量の影響を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態を示す図であって、本発明
を適用したアーク溶解設備の縦断面概略図である。

【図３】本発明の他の実施の形態を示す図であって、本
発明を適用したアーク溶解設備の他の例を示す斜視図で
ある。

【図４】図３の平面図である。

【図５】図３のＸ−Ｘ’矢視による縦断面図である。

【図６】図３のＹ−Ｙ’矢視による断面図で溶解室が水
平の状態を示す図である。

【図７】図３のＹ−Ｙ’矢視による断面図で溶解室を出
湯部側に傾動させた状態を示す図である。

【符号の説明】１直流式アーク溶解設備１Ａ直流式アーク溶解設備２溶解室３予熱室６炉底電極７上部電極８酸素吹き込みランス９炭材吹き込みランス１１ＣＯガス気泡１２空気吹き込みランス１３出湯口１５供給用バケット１６冷鉄源１７溶湯１８溶融スラグ１９アーク２５排ガス処理設備２６燃焼室３０冷却室３２合流点３４吸着剤供給部３６バグフィルター３７ブロワー３８煙突３９出湯部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４Ｆ２７Ｄ 17/00 １０４Ｇ (72)発明者山口隆二東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者牧敏道東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者佐藤靖浩東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者中山剛東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4K056 AA05 BA01 BB08 CA02 DA02 DA33 DB03 DB05 4K063 AA04 AA12 BA02 CA01 CA02 GA02 GA09 GA35 GA39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解室と、その上部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
室に導入して予熱室内の冷鉄源を予熱するアーク溶解設
備を用いた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
を予熱室へ供給しながら、アーク加熱並びに炭材と酸素
とを溶解室に供給することによって溶解室内の冷鉄源を
溶解し、溶解室に所定量の溶湯が溜まった時点で溶解室
及び予熱室に冷鉄源が連続して存在する状態で溶湯を出
湯するにあたり、溶解室内及び予熱室内の排ガスの酸化
度を０．６１以上にすると共に、予熱室を通過した排ガ
スに酸素含有ガスを供給して排ガス中の可燃性成分を燃
焼させ、排ガス温度を所定温度以上とし、その後、排ガ
スを急冷することを特徴とする冷鉄源の溶解方法。
【請求項２】排ガスを急冷した後に、排ガスに吸着剤
を供給す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】前記酸素含有ガスによる燃焼後の排ガス
温度を８５０℃以上と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】溶解室内及び予熱室内の排ガスの酸化度
を０．８５以下とすることを特徴とする請求項１乃至請
求項３の何れか１つに記載の冷鉄源の溶解方法。