JP2003065677A

JP2003065677A - 溶解装置

Info

Publication number: JP2003065677A
Application number: JP2001252186A
Authority: JP
Inventors: Akinori Sakota; 明紀迫田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】縦型溶解炉を備えた溶解装置における熱効率
の向上を図る。【解決手段】溶解炉の上部に鉄源材料２の装入部２１
を設け、前記溶解炉における鉄源材料２の装入部２１よ
りも下側に炭素燃料３の供給部２６を設けて、これら鉄
源材料２の装入部２１と炭素燃料３の供給部２６との間
に鉄源材料２のみの装入降下部２９を形成する。炭素燃
料３の供給部２６よりも下側の部分に溶解帯２５を形成
し、溶解炉の上部に炉内での発生ガスの排出部８を設け
る。鉄源材料２のみの装入降下部２９において、炭素燃
料３の不存在下で発生ガス中のＣＯを燃焼させて、この
排ガスの持つ熱エネルギーを顕在化させることにより、
鉄源材料２を予熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶解装置に関し、特
に縦型溶解炉を備えた溶解装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄屑を主原料とするとともにコークスを
主な燃料として溶解し、鋳鉄溶湯を得るための装置とし
て、縦型溶解炉が知られている。従来の縦型溶解炉は、
図３に示すように、縦型の炉体１を有し、この炉体１の
頂部には鉄源２およびコークス３などの投入口４が設け
られている。５は、投入口４へ向けて鉄源２とコークス
３を搬入するためのチャージ台車である。炉体１の下部
には、炉内に燃焼用の空気を供給するための羽口６が設
けられている。７は風箱である。炉体１の上部には排気
口８が設けられ、炉体１の底部には出銑口９が設けられ
ている。炉体１の上部には冷却水１０の供給部１１が設
けられており、この供給部１１からの冷却水１０は、炉
体１の外面に付着しながら流下することで、この炉体１
を冷却することが可能である。

【０００３】このような構成の従来の縦型溶解炉におい
ては、原料鋼屑などの鉄源２や、燃料および加炭剤とし
てのコークス３や、造滓剤としての石灰石などを、一定
の比率で投入口４から繰り返し投入する。そして、羽口
６から吹き込まれる空気により燃料としてのコークス３
を燃焼させて高温ガスを発生させ、それによって鉄源２
を溶解させる。排ガスは、排気口８から排出される。溶
け落ちた鉄は、周囲のコークス３との接触で炭素分を吸
収し、鋳物用の材料として適した溶湯として、出銑口８
から取り出される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のものにおいては、燃料として投入されたコー
クス（正確にはこのうちのＣ分）の約１５％が原料に移
行し、他の８５％程度が燃焼反応に供されてその結果と
して生じるＣＯ₂、ＣＯガスが炉頂の排気口８から排出
される。この過程の反応熱エネルギとしては、上記の８
５％を１００とした場合に、そのうちの約４０が溶湯に
蓄えられ、１０ほどが炉体１からの放熱ロスとなり、残
りの５０程が排ガスにより持ち去られる。

【０００５】この排ガスが持ち去る熱エネルギすなわち
廃熱は、ＣＯ₂、ＣＯ、Ｎ₂を主成分とするガスの温度で
表される顕熱と、可燃ガスであるＣＯガスの潜熱（燃焼
時の発熱量）とから成る。

【０００６】この廃熱、特にＣＯガスの潜熱を回収する
ために、通常は、図３に示すように炉体１の外部に設け
られた排ガスＣＯ燃焼装置１３でこのＣＯガスを燃や
し、ガス温度を約２００℃から９００℃に昇温させる。
そして、熱交換装置にて構成された１次廃熱回収装置１
４によって、炉体１への送風１５すなわちキュポラ送風
の予熱を行い、予熱された送風１５を風箱７に供給する
ことで回収に努めている。しかし、回収できるのは、上
述の排ガスにより持ち去られる分の５０のうちの約１０
程度であるに過ぎない。

【０００７】このため、後段の２次廃熱回収装置１６に
よって余熱の回収をはかっている。この２次廃熱回収装
置１６は、たとえば、さらに後段の集塵装置１７の保護
のためのガスクーラであって、冷媒１８が供給されるも
のや、廃熱ボイラであって、エネルギ密度を変えて別途
利用または動力として回収できるものなどによって構成
されている。

【０００８】しかし、これらの廃熱回収手段は、高価な
装置を多く必要とする一方で、ガスの移送過程での熱ロ
ス、装置への吸熱、エネルギ変換効率の限界などによっ
て、満足できる総合熱効率を得ることが困難である。

【０００９】別の試みとして、排ガス中のＣＯの持つ顕
熱を炉体１の内部で回収させることを目的として、コー
クス燃焼用の送風羽口６とは別に、炉体１の内部で発生
したＣＯガスの燃焼用に第２の羽口を炉体１の上部に設
けて、いわゆる２段羽口キュポラとしたものも実用化さ
れている。しかし、２段羽口の構成は、溶解速度の向上
には寄与するものの、コークス使用比率の低減について
は十分な効果が見られず、排ガス中にはなお１０％強の
ＣＯガスが含まれるのが一般的である。

【００１０】すなわち、コークスを主燃料とする縦型溶
解炉は、鋼屑原料の多量発生時代を迎えた今日では、鋳
鉄の溶解用としては加炭プロセスを兼ねたすぐれた溶解
システムでありながら、熱効率の点が課題として残って
いる。

【００１１】そこで本発明は、このような課題を解決し
て、縦型溶解炉を備えた溶解装置における熱効率の向上
を図ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、縦型溶解炉を備えた溶解装置において、前記
溶解炉の上部に鉄源材料の装入部を設け、前記溶解炉に
おける鉄源材料の装入部よりも下側に炭素燃料の供給部
を設けて、これら鉄源材料の装入部と炭素燃料の供給部
との間に鉄源材料のみの装入降下部を形成するととも
に、前記炭素燃料の供給部よりも下側の部分に溶解帯を
形成し、かつ前記溶解炉の上部に炉内での発生ガスの排
出部を設けて、前記鉄源材料のみの装入降下部において
炭素燃料の不存在下で前記発生ガス中のＣＯを燃焼させ
てこの排ガスの持つ熱エネルギーを顕在化させることに
より前記鉄源材料を予熱するように構成したものであ
る。

【００１３】すなわち、従来の溶解装置では、炉内の溶
解帯で発生したＣＯ₂ガスと、溶解帯よりも上方の予熱
帯における未燃炭素燃料中のＣとが反応して、この予熱
帯にてＣＯが再発生し、この再発生したＣＯが潜熱を保
有した状態で炉外へ排出されるために、一定以上の熱効
率の向上を図ることが困難であったのに対し、本発明で
は、鉄源材料の装入部よりも下側に炭素燃料の供給部を
設けて、これら鉄源材料の装入部と炭素燃料の供給部と
の間に鉄源材料のみの装入降下部を形成することで、炉
内で発生して鉄源材料のみの装入降下部を上昇しガス排
出部に向かう排ガスは、もはや炭素燃料と接触すること
がなく、したがって発生ガスからＣＯが再発生すること
がないようにした状態で、鉄源材料を予熱することで、
この鉄源材料へ効率よく廃熱を回収することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の溶解装置の実施の
形態を、図１および図２にもとづき、図３に示したもの
と同一の部材には同一の参照番号を付して、詳細に説明
する。

【００１５】図１に示す溶解装置における縦型溶解炉
は、その炉体１の頂部に鉄源のみの投入口２１を有す
る。２２は炉頂シール装置、２３は鉄源チャージ台車で
ある。また炉体１は、その底部に湯溜まり帯２４が形成
されるとともに、それよりも上部すなわち羽口６よりも
上部に溶解帯２５が形成され、この溶解帯２５の上限に
対応した炉体１の部分に、炭素材料としてのコークス３
のみの供給部２６が設けられている。すなわち、コーク
ス３のみの供給部２６は、炉体１における鉄源のみの投
入口２１よりも下側に距離をおいた位置に設けられてい
る。コークス３のみの供給部２６は、炉体１の周方向に
沿った複数の位置に供給路２７を有し、各供給路２７に
ダンパ２８が設けられて、各供給路２７から順次規則的
にコークス３を供給することで、このコークス３が上方
から降下してくる鉄源２と均一に混ざった状態で溶解帯
２５を降下できるように構成されている。

【００１６】これによって、鉄源のみの投入口２１とコ
ークス３のみの供給部２６との間には、鉄源２のみの装
入降下部２９が一定高さで形成されることになる。ま
た、この鉄源２のみの装入降下部２９は、材料予熱帯３
０を形成することになる。この材料予熱帯３０の下部に
は、酸素噴射ノズル３１と、着火用バーナ３２とが設け
られている。

【００１７】装入降下部２９は、鉄源２のみが供給され
るだけであってコークス３は供給されないため、炉体１
におけるそれよりも下側の部分に比べて、その径がたと
えば７０％以下となるように細く形成されている。ま
た、これに応じて、炉体１の外面への冷却水１０の供給
部１１も、上下方向に沿った二か所の位置にそれぞれ設
けられている。

【００１８】炉体１の上部に設けられた排気口８は排気
通路３３に連通され、この排気通路３３には、熱交換装
置にて構成された１次廃熱回収装置３４が設けられてい
る。そして、この１次廃熱回収装置３４によって、炉体
１からの排ガス３５と、炉体１への送風３６とを熱交換
させて、この送風３６を予熱できるように構成されてい
る。

【００１９】このような構成において、高温の溶解帯２
５では、鉄源２に混ぜられたコークス３の燃焼によって
（ＣＯ₂＋Ｎ₂）ガスが発生し、このガスは溶湯温度を支
配するように作用する。続いて、炉体１の内部の高温下
の状況では、未燃コークスのＣ成分と熱エネルギとを消
費しながら、ＣＯガスが発生する。すなわち、ＣＯ₂＋Ｃ→２ＣＯ（１３６８０ｋＪ／ｋｇ（３２６５ｋｃａｌ／ｋｇ）の
吸熱反応）となる。

【００２０】発生したＣＯガスは、炉体１の内部を上昇
して約６００℃前後の温度で予熱帯３０に到達し、図３
に示した従来の装置では約２５０℃前後で炉体１の外部
に排出される。そして、この従来の装置においては、上
述のように発生したＣＯ₂が予熱帯において未燃コーク
ス中のＣと反応し、それによってＣＯが再発生するため
に、炉体１の外部に排出された廃ガスの成分は、およ
そ、（ＣＯ：１３〜１８％、ＣＯ₂：１４〜１０％、
Ｎ₂：７１〜７３％）となり、多量のＣＯを含むことに
なる。

【００２１】これに対し図１に示した本発明の装置にお
いては、同様に溶解帯２５においてＣＯ₂ガスが発生す
るが、炉体１の上部の予熱帯３０には鉄源２のみが存在
し、コークス３は存在しないため、上記のようなＣＯの
再発生が防止されて、その分だけ熱効率を向上させるこ
とができる。すなわち、上述した従来の２段羽口方式の
欠点を解消することができる。そして、溶解帯２５から
予熱帯３０に到達した発生ガスは、同様にＣＯ₂、Ｎ₂、
ＣＯを含むが、この発生ガスが保有する顕熱は、この発
生ガスが予熱帯３０を上向きに通過する間に鉄源２に渡
されることになる。つまり鉄源２が予熱されることにな
る。また、発生ガスが予熱帯３０の通過を開始するとこ
ろで、噴射ノズル３１からＯ₂（純度９０％以上）が供
給され、着火バーナ３２による着火作用にて、発生ガス
中に含まれるＣＯが燃焼してＣＯ ₂になる。このときの
燃焼熱すなわちＣＯが保有していた潜熱は同様に鉄源２
に渡され、これによっても鉄源２が予熱されることにな
る。

【００２２】換言すると、本発明によれば、予熱帯３０
においてＣＯの再発生がなく、またＯ₂のみを供給する
ことでガスボリューム（モル数）は変わらず、高温の
（ＣＯ₂＋ＮＯ₂）ガスとなり、このため炉外装置を用い
ずに鉄源２へ直接に廃熱を回収させることが可能であ
る。そして、排気口８から排気通路３３に排出される排
ガス３５の温度が約４００〜５００℃となるように予熱
帯３０の長さすなわち高さを定め、１次廃熱回収装置３
４によって炉帯１への送風３６を予熱させることでガス
温度を１５０〜２００℃まで低下させたうえで、この排
ガスを集塵装置などに導くようにするのが好都合であ
る。

【００２３】このように本発明の溶解装置は、鉄源２の
予熱帯３０と溶解帯２５とが一つの炉帯１の内部におい
て一体に構成されたものであり、たとえば装入材料の予
熱装置を別途設けた場合に材料の融着などにもとづき制
限される予熱温度の制約が緩く、このため予熱効果を高
めることができる。本発明の溶解装置において、鉄源２
の予熱温度は、排ガスの取り出し温度との関係を調整し
ながら、炉体１の予熱帯３０の部分の長さすなわち高さ
と、その径とにもとづいて適宜に設定できるが、約５０
０〜９００℃であることが好ましい。

【００２４】一方、炉体１への主送風３６は、溶解帯２
５における酸化溶解を避けるためにも冷風であることは
好ましくない。このため、排ガス３５の保有する顕熱の
一部を１次廃熱回収装置３４によって送風３６に移転す
るとともに、このような移転が可能な範囲で鉄源２を予
熱するようにすることが望ましい。

【００２５】ただし、場合によっては、本発明の別の実
施の形態として、１次廃熱回収装置３４を設置せずに、
その代わりに排気口８における排ガスの温度が２００℃
以下となるように予熱帯３０の高さを定めることもでき
る。このようにすれば、鉄源２を十分に予熱することが
できる。ただし、送風３６の予熱を別途考慮するなどの
対策を施すことが必要になる場合が多い。

【００２６】図２は、本発明の他の実施の形態を示す。
ここでは、炉体１における鉄源２の装入降下部２９の周
囲を熱交換装置３７の熱交換チューブで覆って、予熱帯
３０におけるガスの一部をこの熱交換装置３７に導くこ
とで、炉体１への送風３６の予熱を行うようにしてい
る。この場合は、鉄源２の装入降下部２９の周囲には冷
却水を流さず、冷却水１０の供給部１１は溶解帯２５に
対応した部分にのみ設けられている。

【００２７】この場合も、排気口８における排ガス３５
の温度が２００℃以下となるようにすることで、図１の
場合と同様の効果を奏することができる。かつ、それに
加えて、熱交換装置３７にて炉体１の周囲を覆うように
構成したため、この炉体１から放熱する熱を回収して、
さらに熱効率を向上させることができる。

【００２８】このように本発明によれば、炉体１への投
入コークス３のうちの約８５％の燃焼に供されるものに
ついての反応熱エネルギのうち、排ガスとともに排出さ
れていた従来の５０／１００のロスを約１０／１００に
まで低減することができる。これにより、資源・エネル
ギの大幅な節約と、ＣＯ₂の排出量の大幅な削減に効果
をもたらすことができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によると、縦型溶解
炉を備えた溶解装置において、前記溶解炉の上部に鉄源
材料の装入部を設け、前記溶解炉における鉄源材料の装
入部よりも下側に炭素燃料の供給部を設けて、これら鉄
源材料の装入部と炭素燃料の供給部との間に鉄源材料の
みの装入降下部を形成するとともに、前記炭素燃料の供
給部よりも下側の部分に溶解帯を形成し、かつ前記溶解
炉の上部に炉内での発生ガスの排出部を設けて、前記鉄
源材料のみの装入降下部において炭素燃料の不存在下で
前記発生ガス中のＣＯを燃焼させてこの排ガスの持つ熱
エネルギーを顕在化させることにより前記鉄源材料を予
熱するように構成したため、炉内で発生して鉄源材料の
みの装入降下部を上昇しガス排出部に向かう排ガスは、
もはや炭素燃料と接触することがなく、したがって発生
ガスからＣＯが再発生することがないようにした状態
で、鉄源材料を予熱することで、この鉄源材料へ効率よ
く廃熱を回収することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の溶解装置の概略構成図で
ある。

【図２】本発明の他の実施の形態の溶解装置の概略構成
図である。

【図３】従来の溶解装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１炉体２鉄源３コークス８排気口２１投入口２５溶解帯２６供給部２９装入降下部３０材料予熱帯３１酸素噴射ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】縦型溶解炉を備えた溶解装置であって、
前記溶解炉の上部に鉄源材料の装入部を設け、前記溶解
炉における鉄源材料の装入部よりも下側に炭素燃料の供
給部を設けて、これら鉄源材料の装入部と炭素燃料の供
給部との間に鉄源材料のみの装入降下部を形成するとと
もに、前記炭素燃料の供給部よりも下側の部分に溶解帯
を形成し、かつ前記溶解炉の上部に炉内での発生ガスの
排出部を設けて、前記鉄源材料のみの装入降下部におい
て炭素燃料の不存在下で前記発生ガス中のＣＯを燃焼さ
せてこの排ガスの持つ熱エネルギーを顕在化させること
により前記鉄源材料を予熱するように構成したことを特
徴とする溶解装置。
【請求項２】鉄源材料のみの装入降下部にＣＯ燃焼用
の酸素を供給する手段を設けたことを特徴とする請求項
１記載の溶解装置。