JP2004250724A - Method and apparatus for efficiently melting metal - Google Patents

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弘剛 加藤
Yasuhiro Sato
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficient melt metal by controlling while measuring various operational parameters needed to an optimum operation, such as the developed amount and the variation of composition of exhaust gas in a metal-melting method after preheating under state of directly connecting a melting chamber for melting the metal with a preheating chamber and continuously filling up metal into the melting chamber and the preheating chamber. <P>SOLUTION: The efficient metal-melting can be performed by controlling the variations of the developed amount and the composition of the exhaust gas in the metal-melting, suitably controlling by accurately analyzing the exhaust gas chemical composition, controlling a furnace pressure, and further, accurately grasping a filled-up metal level. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークによって金属を溶解する溶解室と、その上方に設置された予熱室からなる金属溶解設備を用いて、原料金属が溶解室と予熱室に連続的に充填された状態で、原料金属を金属溶解時に発生する排ガスによって予熱した後にアークで溶解する金属溶解において、当該溶解を効率よく行う効率的な金属溶解方法、及び、効率的金属溶解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アークによって金属を溶解する溶解方法は、鉄スクラップや還元鉄等の溶解を中心として、広く用いられている。このアーク炉では，電極から発生するアーク熱により，原料金属を加熱し溶解する。しかし、溶解のために多くの電力を消費するため，溶解中にアーク炉から発生する高温の排ガスの顕熱により、原料金属を予熱して、溶解のための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。その中で、冷鉄源の溶解に関して、下記に示す方法が有効な方法として、提案されている。
【０００３】
特公平６−４６１４５号広報（以下「先行技術１」と記す）には、溶解室に直結したシャフト型の予熱室を設け、溶解室と予熱室とに１ヒート分の冷鉄源を溶解毎に装入して、この冷鉄源を排ガスで予熱しつつ溶解する設備が開示されている。先行技術１では、予熱室が溶解室に直結されているので冷鉄源の保持・搬送用設備が必要でなく、そのため、これらの設備の設備トラブルを懸念することなく排ガス温度を上昇させ、冷鉄源の予熱温度を上げることができるので、電力削減効果に優れるが、１ヒート分の溶鋼量を溶解する毎に装入して溶解を再開するため、溶解される冷鉄源の約５０％は予熟されず、排ガスの有効利用という点では十分とは云えない。
【０００４】
また、この問題を解決すべく特開平１０−２９２９９０号公報（以下「先行技術２」と記す）および特開平号１１−２４８３５６号公報（以下「先行技術３」と記す）が提案されている。先行技術２による溶解方法は、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、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で、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湯する溶解方法である。又、先行技術３による溶解方法は、先行技術２の溶解方法に加えて、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室を傾動させて冷鉄源と溶鋼との接触面積を減少させ、溶鋼を加熱した後に出湯する溶解方法である。
【０００５】
先行技術２及び先行技術３においては、冷鉄源が溶解室と予熱室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供給しながら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連続して冷鉄源が存在する状態で出湯するので、次ヒート以降では使用する全ての冷鉄源が予熱され、電力使用量を大幅に削減することができ、従来の排ガスを利用した冷鉄源の溶解方法及び溶解設備では達成できなかった高効率の溶解を実現することができる。
【０００６】
しかしながら、先行技術２及び先行技術３でも以下の問題がある。即ち、予熱室に装入された冷鉄源は、溶解室における冷鉄源の溶解に伴い、自然落下して溶解室内に供給されることを前提としているが、実際には溶解中に予熱室内の冷鉄源同士が融著して、溶解室内に冷鉄源が供給されず、溶解が停滞することが発生する。
【０００７】
そこで、特開平１３−２２０６１８号公報（以下「先行技術４」と記す）では、この間題を解決するために、予熱室内の排ガス組成を制御し、排ガス中の酸素濃度を５％以下に制御しつつ溶解することを開示している。
また、特開平１１−１８３０４５号公報（以下「先行技術５」と記す）では白焼、悪臭、ダイオキシン等の有害物質の発生を抑えた冷鉄源の溶解方法が開示され、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、排ガスを急冷する方法である。
【０００８】
上記に示される冷鉄源の溶解方法は、鉄に限らず金属一般の溶解においても同様に実施可能である。上記金属の溶解方法の概要を、図１３を参照しながら下記に説明する。
【０００９】
金属２０４を溶解する溶解室２０１、溶解室２０１の上方に直結された予熱室２０２、及び、予熱室２０２に接続された排ガスシステム２０８からなる金属溶解設備を用いて金属２０４の溶解が行われる。金属２０４は、溶解室２０１に設置されたアーク電極装置２０５から発生するアークによって、溶解され、溶湯２０３が溶解室２０１の底部にたまる。また、溶解室２０１には、アーク電極装置２０５に加えて、カーボン供給装置２０６と酸素供給装置２０７が設置され、アークによる金属２０４の溶解を補助する補助燃料として、カーボンと酸素が溶解室２０１へ吹き込まれる。供給されたカーボンと酸素が溶解室内で燃焼し、その発熱にて金属２０４の溶解を促進する。この燃焼によりＣＯガスを主成分とする排ガスが生成される。
【００１０】
金属２０４の溶解時に発生する排ガスは、排ガスシステム２０８出側に設置された排ガスファン２０９の吸引力によって、溶解室２０１から上部の予熱室２０２へ流入し、予熱室２０２から排ガスシステム２０８を通過して大気へ排気される。排ガスシステム２０８中では、排ガス処理設備２１１で、排ガス未燃焼成分の二次燃焼や排ガスの冷却、集塵等がなされた後に、排ガスファン２１２から大気中へ放出される。原料の金属２０４は、溶解室２０１と予熱室２０２に連続して充填されている状態で、溶解で発生した排ガスが充填された金属２０４の間を通過する間に熱交換が行われて、予熱される。充填された金属２０４は下部が溶解して溶湯になるにつれて、重力による自然落下によって溶解室２０１へ供給される。
【００１１】
先行技術２による金属溶解方法では、上記排ガスは、発生後すぐに溶解室中にある金属と接するため、高い排ガス温度で金属を予熱することが可能であり、高い予熱効率が得られる。
上述したように、溶解室２０１と予熱室２０２は上下に直結され、充填された金属２０４は、溶解室２０１で下部の金属２０４は重力で自然落下し、予熱室２０２から溶解室２０１へ供給される。従って、予熱室２０２から溶解室２０１へ金属２０４を搬入させるための特別な装置を有しない。よって、搬入装置の熱変形等の懸念は無いので、カーボンや酸素の供給量を増加させ、排ガス温度を高めて高い予熱効率を得ることができる。
【００１２】
更に、溶解室２０１と予熱室２０２は直結されて半密閉状態になっているので、外気からの進入空気が少なく、金属の酸化も他の方法に比べて少ない。また、流入空気が少ないので、排ガス量も少なくなり排ガスシステム２０８もコンパクトになる。
上記の金属溶解方法は、上述のように他の溶解方法に比べて、予熱効率の高い優れた方法であるが、下記に示すような様々な問題点を有する。
【００１３】
予熱室２０２に充填された金属２０４は、溶解に応じて重力によって自然落下し、下部の溶解炉２０１へ供給される。しかし、現実には、排ガスによる酸化で金属２０４どうしが融着し、自然落下が妨げられることがある。従って、予熱室２０２内の金属２０４がスムーズに溶解炉２０１内へ供給されず、溶解が停滞する問題が発生する。この金属２０４の融着を減らすためには、排ガス中の酸素濃度を減らす方法が有効であり、上記先行技術４に示されるような排ガス中の酸素濃度を５％以下に制御しつつ溶解する方法が考案されている。しかし、実際の金属溶解の操業においては、排ガス量及び排ガス組成は操業に応じて刻一刻変動するため、容易にコントロールできないのが現状である。排ガス量と排ガス組成を一定に保つための適切な操業方法は、排ガス量と排ガス組成を一定に保つための適切な操業方法は、上記の先行技術では、まだ確立されていない。
【００１４】
金属２０４の溶解に関して更に詳述すれば、もし溶解炉の炉内に空気が存在すれば、コークスと酸素の反応によって発生したＣＯガスは、溶解室内の空気と反応して二次燃焼する。この二次燃焼により金属２０４の溶解が更に促進される。また排ガス温度自体も高まるので、予熱の効率も更に高まる。上述した溶解室２０１と予熱室２０２が直結した金属溶解システム以外の旧来の溶解設備では、様々な開口部が存在している場合が多く、この開口部から多量の空気が溶解室に流入する。流入した空気によって、ＣＯガスは二次燃焼する。しかし、流入する空気の量は操業状態によって変動するので、最適な二次燃焼が行われるように、積極的に流入する空気量をコントロールするようなことはできず、安定した燃焼は期待できなかった。また、排ガス量も流入した空気量によって不必要に多量となり、排ガス設備も不必要に大形になる問題があった。
【００１５】
一方、溶解室２０１と予熱室２０２が直結された上記先行技術２においては、半密閉状態で金属２０４が溶解される構造なので、旧来型から比べて、多量の外気が流入することは無く、原則として、排ガス量も少なく、金属溶解の効率の高い操業が得られる。しかし、溶解室２０１における二次燃焼に関して言えば、発生したＣＯガスはほとんど二次燃焼されずに、溶解室２０１から予熱室２０２へ排出されていくこととなる。
【００１６】
また、排ガスの二次燃焼を効率よく行い、金属溶解の効率を高めるには、溶解炉内へ供給するカーボンと酸素量が適切であるかどうか等の確認をするために、排ガスの成分を分析する必要がある。従来においては、下記の方法によって排ガスの成分の分析が行われている。
ひとつの方法として、レーザガス分析器を排ガスダクト２０９に直接取り付ける方法がある。（図面には示されていない。）この場合には、排ガス中のダストの影響を受けるので、計測精度が低下する。また、レーザガス分析器内の汚れを防止するために、常時分析器内に気体のパージが必要となる。また、分析成分によっては、Ｎ２等のパージが必要となる。
【００１７】
また、別の方法として、図１０１に示されるように、排ガスを成分分析用に排ガスダクトから分岐して、分岐管２１５上にレーザガス分析器２１４を設置する方法も採られる。分析器２１４は、内部にガスを吸引する吸引ポンプと、ガスが含むダストを除去するろ紙を備える。また、分岐配管２１５上には、分析器２１４へ排ガスが流入する手前に、ろ過器２１３が設置される。
この場合は 排ガスは、ガス分析器２１４内の吸引ポンプの吸引力で、排ガスダクト２０９から分岐吸引され、分岐配管２１４上に設置されたろ過器２１３を通過して、一時ダストが除去される。その後、排ガスは、分析器２１４の内部のろ紙で微細ダストを除去された後、レーザガス分析が行われる。
【００１８】
この方法では、ろ過器２１３で補修可能なダストは径で数μｍ以上のものまでであり、更に小さなダスト粒子はろ紙を通過してしまう。通過した微細ダストはすべて分析器２１４の中のろ紙によって除去する必要がある。従って、分析器内のろ紙の交換を、頻繁に行う必要があり、操業上の問題を有する。
また、分岐配管２１５の口径を、分析器２１４の吸引ポンプの吸引量に合わせると、非常に小さくなり、排ガスが含むダストが配管に付着し、そのダストのために配管そのものが閉塞する問題が起きる。また、前記問題を避けるために、配管径を大きくすると、ガス流速が遅くなり、ダストが配管に堆積することによって、配管が閉塞する問題が起こる。
【００１９】
更に、金属溶解の効率を高める制御項目として、金属溶解設備の炉圧を制御することも重要である。炉圧を精度よく制御するためには、その前提として、開口部等から流入する空気を最小化して、制御外乱を最小化する必要がある。先行技術２では、溶解室２０１と予熱室２０２が直結されており、流入する外気は、他の従来型設備に比べて非常に少ない。しかし、電極装置２０５、カーボン供給装置２０６、酸素供給装置２０７等の装置は、炉体の外部から内部へランスやノズルが貫通しており、開口部が存在する。従って、外気がその開口部分を通過して、溶解室２０１の内部へ流入する。この流入空気は制御の外乱となるため、炉圧制御を妨げる要因となる。従って、更に炉圧の制御の精度を上げるためには、この開口部をシールする必用がある。
【００２０】
炉圧の制御に関しては、従来技術では、圧力計によって炉圧を計測し、その測定値をもとに、排ガスシステムに設けられたダンパ２１０の開度を調製して、炉圧の制御を行う。しかし、炉圧計は、排ガスが有するダストで詰まることが頻繁に起こり、連続運転での信頼性に欠けるものである。
【００２１】
更に、上記の炉圧制御に加えて、効率よく金属を溶解させるためには、溶解する原料金属２０４の量（または装入された金属のレベル）と、溶解された溶湯２０３の量（または溶湯のレベル）を正確に把握して、金属溶解操業を総合的にコントロールすることが重要である。
【００２２】
原料金属２０４のレベルを検知するには、従来技術では、予熱室２０２内の数箇所に、マイクロ波送信器と受信器を互いに水平に設置するマイクロ波レベルスイッチを使用する方法が取られる。マイクロ波発信器から発信されたマイクロ波は、もし金属が存在すれば、金属に遮られるため、受信器まで到達しない。従って、もし受信器がマイクロ波を感知すれば、そのレベルに金属が存在しないと判断し、関知しなければ、金属が存在すると判断する。この方法にて、金属の存在するレベルを検出する。
【００２３】
この検出方法では、下記のような問題点を有する。
マイクロ波スイッチの前面に金属製のダスト、水分等が付着することにより、誤動作を起こす。また、受信器の真正面にたまたま金属片が滞在する場合には、マイクロ波が遮断され、金属が存在すると判定されてしまう。（実際には、金属はほとんどが測定レベルよりも下方にしか存在しない場合でも、マイクロ波の遮断が発生する。）また、このマイクロ波スイッチを複数使用する場合には、お互いが近くに設置されると、互いに干渉し合って正確なレベル検知が困難となる。
【００２４】
溶湯２０３のレベル検知に関しては、溶解炉１の内部は高温であり、正確なレベル検知の方法は、確立されていないのが現状である。 従って、排出された溶湯の重量と投入電力等から推定されるのが従来技術である。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上記に説明したように、溶解室と予熱室が直結し、金属が溶解室と予熱室に連続的に充填される状態で、予熱された後溶解される金属溶解方法は、旧来の金属溶解に比べて、効率の高い方法であるが、以下のような問題が発生する。
【００２６】
溶解室へ供給されたカーボンと酸素の燃焼によって発生したＣＯガスを主な成分とする排ガスの発生量及び組成が変動する。このため、排ガスにより、予熱室に充填されている金属が酸化される場合がある。酸化によって、充填された金属どうしの融着が発生し、この癒着によって、原料金属が予熱室から溶解室へ自然落下せず、スムーズな原料供給が妨げられる場合がある。
また、変動による最大ガス量に応じた排ガス処理が必要になるので、排ガス処理設備は不必要に大型化する必要がある。
【００２７】
更に、発生したＣＯガスは、溶解室内に空気が存在すれば、更に金属の溶解が促進される。しかし、上述の金属溶解は、半密閉状態で行われるため、流入する空気量が限定されるので、十分な二次燃焼は行われない。また、旧来の大きく開いた開口部から溶解室内へ流入する空気によって、二次燃焼させる方法では、空気量を所定量にコントロールできないので、安定した二次燃焼が得られず、また、排ガス量も増大する問題を有する。
【００２８】
上記の排ガスの発生を適正にコントロールするためには、排ガスの成分分析が必要であるが、従来の排ガスの成分分析方法では、下記の問題が存在する。
従来の方法のひとつは、レーザガス分析器を排ガスダクトに直接取り付ける方法である。この方法では、排ガス中のダストの影響を常時受けるので計測精度が低くなる。また、計器内の汚れを防止するために、常時機器内に気体のパージが必要となる。また、ガスの分析成分によっては、Ｎ２等のパージが必要となる。
別の方法としては、排ガスダクトから分岐管を設置して、この分岐管上にレーザガス分析器を設置して、分析を行う方法がある。この方法では、ガス分析器が備える吸引ポンプで分岐吸引し、排ガス吸引配管の途中に設置したろ過器で、一時ダストの除去を行い、分析器本体のろ紙で微細ダストを除去する。しかし、分析器のろ紙交換を頻繁に行う必要があり、また、分岐配管がダストによって閉塞する問題がある。
【００２９】
更に、金属溶解の効率化には、金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御する必要があるが、制御をする場合に当たっては、下記の問題が存在する。
当該金属溶解方法は、旧来に比べて開口部等は少ないが、依然、稼動部の廻りに開口部が存在する。この開口部から大気が流入し、外乱として圧力制御の妨げとなる可能性がある。
炉圧の制御に関しては、炉内圧力計で炉内圧力を検出し、排ガスシステムに設けられたダンパの開度調製で炉内圧力を制御する方法がある。この方法では、炉内圧力計の詰まりがあり、連続運転での信頼性が低い。
【００３０】
更に、金属溶解の効率化には、原料金属と、溶解された溶湯のレベル検知も重要である。
予熱室に充填された金属のレベル検知においては、下記の問題が存在する。
従来のマイクロ波送信器と受信器によるマイクロ波レベルスイッチによるレベル検知方法では、マイクロスイッチの前面にダストや水分が付着することにより誤作動する。また、小片の金属がマイクロスイッチの正面に滞在する場合には、誤判定される。また、複数個のマイクロスイッチを使用する場合には、お互いに干渉するため、きめ細かいレベル検知が難しい。
溶湯のレベル検知に関して、従来技術では、正確に溶湯レベルを検出する方法が無く、排出された溶湯の重量と投入電力等から推定されるのみであった。
【００３１】
従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、効率的に金属を溶解する方法と効率的に金属を溶解する装置を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく、鋭利研究を重ねた。その結果、以下に示す方法、及び、装置によって、金属の溶解を効率よく行うことが課のであることを知見した。
【００３３】
本発明の効率的金属溶解方法の第１の態様は、アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備える金属溶解設備を用い、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解をする方法であって、下記の工程による効率的金属溶解方法。
前記溶解室にカーボンと酸素を供給して燃焼させ、金属の溶解を促進する金属溶解促進工程と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給して、前記溶解室で発生した排ガスを二次燃焼させ、更に、前記金属の溶解を促進させる燃焼用空気供給工程と、
開口部をシールして外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール工程と、
前記金属溶解設備内の圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御工程。
【００３４】
本発明の効率的金属溶解方法の第２の態様は、前記金属溶解促進工程が、前記カーボンを一定速度で前記溶解室へ供給して行われる効率的金属溶解方法である。
本発明の効率的金属溶解方法の第３の態様は、前記金属の溶解の開始時において、前記溶解室に存在する初期スラグ量を下記の式を満足するように行われる請求項２に記載の効率的金属溶解方法。
Ｗｓ＞２．５ＱＯ２
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
ＱＯ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
【００３５】
ここで、第２の態様と第３の態様の補足説明をすると、予熱室を通過する排ガスの組成は、溶解室に供給されるカーボンと酸素による燃焼排ガス（ＣＯガス）と、溶解室内に供給される空気との燃焼により発生したＣＯ２ガスである。いずれにしても、その源は溶解室から発生するＣＯガスが主なものである。実操業においては、この溶解室から発生するＣＯガスの発生速度を溶解中一定にできれば、予熱室を通過する排ガスの組成及びその後の排ガスの燃焼制御が十分に行うことができる。
【００３６】
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，溶解室内の溶鋼に酸素を供給し、溶解室内からＣＯガスを発生させる場合において、ＣＯガス発生速度を均一にさせる溶解方法を提供することである。本発明者らは，上記課題を解決する技術として，溶解室と，その上方に直結する予熱シャフトとを有するアーク溶解設備を用いて金属を溶解する方法であって金属が溶解室と予熱室に連続して存在する状態を保つように予熱室ヘ金属を連続的または断続的に供給しながら溶解室内の金属をアークにより溶解するとともに、カーボン源および酸素ガスを溶解室内に供給し、燃焼させることによって溶解を促進させ、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室および予熱室に冷鉄源が存在する状態で溶鋼を１チャージ分出鋼するにあたり、金属の溶解中、溶解室に供給するカーボン源の供給速度を一定とすることを特徴とする金属の溶解方法が第２の態様である。また、冷鉄源の溶解開始時において、溶解室に存在している初期スラグ量を下記▲１▼式より計算される量以上に保持していることを特徴とする冷鉄源の溶解方法を提案するものが第３の態様である。
Ｗｓ＞２・５Ｑ。２ 一▲１▼
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
Ｑｏ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
【００３７】
本発明の効率的金属溶解方法の第４の態様は、前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記溶解室に設けられた複数の吹き込み口から分散して前記溶解室中に吹き込んで行われる効率的金属溶解方法である。
【００３８】
本発明の効率的金属溶解方法の第５の態様は、前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱して行われる効率的金属溶解方法である。
【００３９】
本発明の効率的金属溶解方法の第６の態様は、前記予熱が、前記燃焼用空気を前記溶解室の炉体に接して設けられたダクトを通過させることにより行われる効率的金属溶解方法である。
【００４０】
本発明の効率的金属溶解方法の第７の態様は、前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解室中へ供給して行われる効率的金属溶解方法である。
【００４１】
本発明の効率的金属溶解方法の第８の態様は、前記燃焼用空気の制御が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行い、前記排ガスの組成が所定値となるように行われる効率的金属溶解方法である。
【００４２】
本発明の効率的金属溶解方法の第９の態様は、前記燃焼用空気の制御が、前記排ガスの組成を、下式に適合させて行われる効率的金属溶解方法である。
ＯＤ値 ＝ ＣＯ２ ／（ＣＯ＋ＣＯ２）
【００４３】
本発明の効率的金属溶解方法の第１０の態様は、前記燃焼用空気の制御が、更に、前記排ガスに含まれる酸素濃度を所定値以下にして行われる効率的金属溶解方法である。
【００４４】
本発明の効率的金属溶解方法の第１１の態様は、前記排ガスの成分分析が、前記予熱室から排出された前記排ガスを、吸引ポンプによって分岐吸引し、一週間の連続運転に耐えうる十分なろ過面積を有する簡易集塵機を通過させて前記排ガス中のダストの一時除去を行った後に、レーザガス分析器によって行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００４５】
本発明の効率的金属溶解方法の第１２の態様は、前記シール工程が、前記金属溶解設備の稼動部に存在する開口部に、所定量に制御されたシール用空気を吹き込むことによって行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００４６】
本発明の効率的金属溶解方法の第１３の態様は、前記シール用空気を、前記燃焼用空気としても使用する効率的金属溶解方法である。
【００４７】
本発明の効率的金属溶解方法の第１４の態様は、前記炉圧制御工程が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定し、前記測定値から発生する排ガス量を演算して行う効率的金属溶解方法である。
【００４８】
本発明の効率的金属溶解方法の第１５の態様は、前記炉圧制御工程が、前記予熱室に接続された排ガスダクト上に設置された排気ファンの回転数の制御によって行う効率的金属溶解方法である。
【００４９】
本発明の効率的金属溶解方法の第１６の態様は、前記炉圧制御工程が、前期排ガスダクト上に設置された排気ダンパの開度の制御によって行う効率的金属溶解方法である。
【００５０】
本発明の効率的金属溶解方法の第１７の態様は、更に次の工程を備える効率的金属溶解方法である。
前記溶解室に溜まった溶解後の前記金属（以下「溶湯」と称する。）のレベルを精度よく検出する工程と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する工程。
【００５１】
本発明の効率的金属溶解方法の第１８の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記アークを供給する電極のマストの絶対位置を検出し、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アーク長から演算して行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００５２】
本発明の効率的金属溶解方法の第１９の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室上部から前記予熱室内の金属の上面にマイクロ波をあて反射波を受信することにより、金属のレベルを検出する効率的金属溶解方法である。
【００５３】
本発明の効率的金属溶解方法の第２０の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室の横断面にマイクロ波の発信機と受信機を配置し、受信機がマイクロ波を受信したかどうかで、その横断面の金属の有無を検出する効率的金属溶解方法である。
【００５４】
本発明の効率的金属溶解設備の第１の態様は、アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備え、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解する金属溶解設備であって、下記の部材を備えた効率的金属溶解設備である。
前記溶解室にカーボンを供給するカーボン供給装置と前記溶解室に酸素を供給する酸素供給装置を備える金属溶解促進装置と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、
前記金属溶解設備に存在する開口部をシールして、外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール装置と、
前記炉内圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御装置。
【００５５】
本発明の効率的金属溶解設備の第２の態様は、前記燃焼用空気供給装置が、前記燃焼用空気を分散して前記溶解室内に吹き込む複数の吹き込み口を、前記溶解室上に備えている効率的金属溶解設備である。
【００５６】
本発明の効率的金属溶解設備の第３の態様は、前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱する予熱装置を備えている効率的金属溶解設備である。
【００５７】
本発明の効率的金属溶解設備の第４の態様は、前記予熱装置が、更に、前記溶解室の炉体に接しており前記燃焼用空気が内部を通過することにより予熱される予熱ダクトを備えている効率的金属溶解設備である。
【００５８】
本発明の効率的金属溶解設備の第５の態様は、前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解炉中へ供給する燃焼空気制御装置を備えている効率的金属溶解設備である。
【００５９】
本発明の効率的金属溶解設備の第６の態様は、前記燃焼用空気制御装置が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行なう排ガス分析装置と、前記分析値を取り込んで演算し、前記燃焼用空気を所定量に制御する空気流量制御装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６０】
本発明の効率的金属溶解設備の第７の態様は、前記排ガス分析装置が、前記予熱室から排出された前記排ガスを分岐吸引する分岐配管と、前記分岐配管上に設置され前記排ガスを吸引する吸引ポンプと、前記分岐配管上に設置され前記排ガス中のダストの一時除去を行うために十分なろ過面積を有する簡易集塵機と、レーザガス分析器を備える効率的金属溶解設備である。
【００６１】
本発明の効率的金属溶解設備の第８の態様は、前記シール装置が、前記金属溶解室の稼動部に存在する開口部にシール用の空気を吹き込む吹き込み口と、前記シール用空気を所定量に制御するシール用空気制御装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６２】
本発明の効率的金属溶解設備の第９の態様は、前記炉圧制御装置が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定する流量測定装置と、前記流量測定値から演算された発生排ガス量をもとに前記金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御する圧力制御装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６３】
本発明の効率的金属溶解設備の第１０の態様は、前記圧力制御装置が、前記排気ファンの吸込流量を制御する制御機能を備える効率的金属溶解設備である。
【００６４】
本発明の効率的金属溶解設備の第１１の態様は、前記圧力制御装置が、前記排気ダンパの開度を制御する装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６５】
本発明の効率的金属溶解設備の第１２の態様は、更に下記部材を備えた効率的金属溶解設備である。
前記溶解炉に溜まった溶湯のレベルを精度よく検出する溶湯レベル検出装置と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する金属レベル検出装置。
【００６６】
本発明の効率的金属溶解設備の第１３の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、前記アークを供給するアーク電極のマストの絶対位置を検出する検出器と、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アークの長さにから前記溶湯のレベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６７】
本発明の効率的金属溶解設備の第１４の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の横断面に配置されたマイクロ波の発信機と受信機を備えており、前記受信機がマイクロ波を受信したか否かによって、前記横断面の金属の有無を検出する、効率的金属溶解設備である。
【００６８】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記溶湯の液面にマイクロ波をあて、反射波を受信して行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００６９】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記溶湯の液面にレーザ波をあて反射波を受信して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７０】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記酸素を前記溶解炉へ吹き込み、前記溶湯の液面の上を覆う前記スラグを飛散させることにより現れた溶湯液面に、前記レーザ波をあて精度よく前記溶湯のレベルを検出する効率的金属溶解方法である。
【００７１】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記酸素の吹き込みによって前記溶湯の液面の上を覆う前記スラグを飛散させて行われる効率的金属溶解方法である。
【００７２】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記酸素を吹き込む酸素ランス中に前記レーザ距離計を設置して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７３】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、帯電した電極棒を、前記溶解室の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降させ、前記電極棒の下端と前記溶湯が通電した時の前記電極棒の移動距離を計測して行われる
【００７４】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、開口された一端から気体が外気へ放出されている配管を、前記溶解室の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降させ、前記配管中の前記気体の圧力が所定値以上に上昇する時点の前記配管の移動距離を測定して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７５】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記金属溶解設備へ投入された物質の量と投入エネルギの量の測定値から前記溶湯量を理論計算し、前記理論計算量から前記溶湯の実績排出量の測定値を差し引いて行われる効率的金属溶解方法である。
【００７６】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記金属予熱室の外壁をハンマで打撃し、前記打撃による振動を検出して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７７】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室の内部をカメラにより撮影し、前記撮影された映像を画像処理によって行われる効率的金属溶解方法である。
【００７８】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室内に水平方向に装入した電極に電圧をかけ、前記電圧の降下を測定して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７９】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室内に近接スイッチを設置し、前記近接スイッチの作動を検知して行われる効率的金属溶解方法である。
【００８０】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、前記溶湯の液面にマイクロ波をあてる送信機、液面からの反射波を受信する受信機と、前記受信機が検知したデータから前記溶湯レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８１】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、前記溶湯の液面にレーザをあて反射波を受信して距離を測定するレーザ距離計と、前記レーザ距離計の検出データから前記溶湯レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８２】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記レーザ距離計が前記酸素ランスの中に設置される効率的金属溶解設備である。
【００８３】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、電極棒、電極棒を帯電させる電源装置、電極棒の通電状態を検知する電流計と、前記電極棒を前記溶解炉の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降または上昇させる昇降装置と、前記電極棒の移動距離を測定する距離計と、前記電流計と前記距離計のデータから前記溶湯レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８４】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、一端が開口された配管と、前記配管の他端から気体を流入させる送気装置と、前記配管の開口部が塞がれるか否かを検出する圧力計と、前記配管を前記溶解炉の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降または上昇させる昇降装置と、前記配管の移動距離を測定する距離計と、前記圧力計と前記距離計のデータから前記溶湯のレベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８５】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の外壁を打撃するハンマ装置と、前記ハンマ装置による打撃による振動を検出する振動計と、前記振動計が検出したデータから金属レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８６】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の内部を撮影するカメラと、撮影された映像を画像処理を行い前記金属レベルを算出する画像処理装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８７】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室内に水平方向に装入した電極と、前記電極に電圧をかけて電圧降下を測定する電圧測定装置と、前記電圧測定装置が検出したデータから前記金属レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８８】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室内に設置された近接スイッチと、前記近接スイッチを帯電させる電源装置と、前記近接スイッチが関知したデータから前記金属レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、ＣＯガスを主成分とする排ガスの発生量を一定にするための方法に関する実施例を、説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るアーク溶解設備を示す断面図である。このアーク溶解設備は金属を溶解するための溶解室２と、その上方に直結する予熱室３と、予熱室３の上端には，排ガス吸引系に連結する排気ダクト部１８が設けられている。この溶解室２および予熱室３には金属１４が装入される。
予熱室３の上方にはスクラップ装入パケット１３が設けられており、このバケット１３から予熱室３内に鉄スクラップ１４が装入される。この場合に、このバケット１３からの金属１４の装入は、操業中に、金属１４が溶解室２と予熱室３に連続して存在する状態を保つように予熱室３ヘ金属１４を連続的または断続的に供給する。
【００９０】
溶解室２の上部には開閉可能な炉蓋５が設けられており、その炉蓋５を貫通して溶解室２の上方からその中に垂直に、アーク電極７が挿入されている。また、溶解室２のアーク電極７と対向する位置には、炉底電極６が設けられている。そして、アーク電極７によって形成されるアーク１７により、金属１４が溶解され、溶湯１５となる。渦湯１５の上にはスラグ１６が形成され、また、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とカーボン吹込みランス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、そして、カーボン吹込みランス９からは空気や窒素等を搬送用ガスとしてコークス、チヤー、石炭、木炭、黒鉛等の炭材が溶解室２に吹き込まれる。又、排ガスを二次燃焼させるために、ランス１０により溶解室２の予熱室３を設置した部位の反対側には、その底部に扉１９で出口側を押さえ付けられて内部に詰め砂又は輪マッド材が充填された出湯口１１と、その側壁に、扉２０で出口側を押さえ付けられた出鋼口１２とが設けられている。
【００９１】
本溶解設備から発生する排ガスの経路を説明する。まず、酸素吹き込みランス８及び炭材吹込みランス９からそれぞれ吹き込まれた酸素と炭素が燃焼し、溶解室内からＣＯガスが発生する。この発生ＣＯガスは二次燃焼吹き込みランス１０から吹き込まれた酸素含有ガス（空気）及び電極７と炉蓋５の隙間及び炉壁５の隙間からの侵入空気等により、一部燃焼し、Ｃ０２ガスとなる。
このように溶解室から発生および生成したガス組成はＣＯ，ＣＯ２，Ｎ２、０２となり、予熱室３内に充填されている冷鉄源１４の隙間を通って集塵機（図示せず）に接続されている排ガスダクト１８より排出される。この時、高温排ガスは予熱室３内に装入された金属１４を予熟することになる。しかし、従来技術４にも開示されているように、この排ガス中の酸素濃度を正確に制御できないと予熱室内金属の融着等の問題が発生することになる。
【００９２】
本溶解設備の操業方法は１ヒート出鋼した後の溶解室内の溶湯量は少なくなっているため、次ヒートの溶解開始時点では、酸素ランスから送酸する酸素流量速度は少なく、溶鋼量が増えるにしたがって、送酸速度を増加させることが必要である。図２に本設備での代表的操業パターンを示す。図２中には、溶解中の送酸速度の変化及びカーボン添加速度の変化と、その時溶解室から発生しているＣＯガスの発生速度の変化を示したものである。通常、送酸速度とカーボン添加速度は化学等量的に反応する量を吹き込むのが一般的で、その結果、溶解室から発生するＣＯガスは、送酸速度の変化とともに、大きく変化していることがわかる。したがって、この発生ＣＯガスの変化に対応すべく、予熱室からの排ガス量を制御しないと、排ガス組成は大きく変動し、先行技術４に開示されているようなトラブルが発生することになる。
【００９３】
ここで、本発明者らは、溶解中に発生するＣＯガスの変動を軽減させる方法を誠意調査し、以下に示す方法を見出した。すなわち、従来カーボン添加速度は送酸速度の変化にともない、化学等量的に変化させていたものを、溶解中カーボン添加速度を一定にすることにより、また、この時、溶鋼上に保持しているスラグ量を下記▲１▼式で計算される量以上に保持することが、操業上必要であることを見出した。
Ｗｓ＞２．５Ｑｏ２ ▲１▼
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
Ｑｏ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
【００９４】
以下、実機における実施例によって説明する。
実施例に用いた溶解設備は図１に示したような冷鉄源溶解設備であり、操業条件はＴａｐ−Ｔａｐ時間３５分、出鋼量７０ｔ（出鋼前溶鋼量１０５ｔ）、酸素原単位３６Ｎｍ３／ｔ，カーボン原単位２８ｋｇ／ｔである。この時、従来技術であるカーボン添加速度を酸素添加速度の変化とともに変化させた場合の発生ＣＯガスの変化を図２に示しているが、ＣＯ発生ガスは溶解初期の６０Ｎｍ３／ｍｉｎから１７５Ｎｍ３／ｍｉｎまで大きく変動している。一方、本発明方法であるカーボン添加速度を溶解中一定にした場合のＣＯガス発生速度の変化を図３に示す。
図３によれば、溶解室から発生するＣＯガスは溶解初期において、１１０Ｎｍ３／ｍｉｎから１７５Ｎｍ３／ｍｉｎの変化で収まっており、従来技術に比べ、ＣＯガスの変化が低減されていることがわかる。
【００９５】
また、図３に示す操業条件をベースに発生ＣＯガスの低減効果とスラグ量との関係を調査した。その結果、表１及び表２に示す。表１及び表２中のベース条件に対してのＣＯ発生変動低減率とは以下の式で定義したものである。
ＣＯ発生変動低減率＝（ＣＯｍａｘ−ＣＯｍｉｎ）／（ＣＯｂｍａｘ−ＣＯｂｍｉｎ）
ＣＯｍａｘ：ＣＯ発生速度の最大値（Ｎｍ３／ｍｉｎ）
ＣＯｍｉｎ：ＣＯ発生速度の最小値（Ｎｍ３／ｍｉｎ）
ＣＯｂｍａｘ：ベース条件でのＣＯ発生速度の最大値 （Ｎｍ３／ｍｉｎ）
ＣＯｂｍｉｎ：ベース条件でのＣＯ発生速度の最小値 （Ｎｍ３／ｍｉｎ）
表１及び表２に示すように溶鋼上に保持しているスラグ量を増加させれば、このＣＯ発生変動低減率を低下させることができることがわかる。
【００９６】
ここで、このＣＯ発生変動低減率をどの程度まで低減させれば、操業上問題ないかをさらに調査した結果を図に示す。図４の縦軸△ＯＤとは、予熱室から排出される排ガスの組成変化を示しており、排ガスの燃焼度（ＯＤ＝ＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２））の変動幅を表している。実操業的にはこの△ＯＤは０．１以下にする必要があり、そのためには、図４からわかるように、ＣＯ発生変動低減率を６０％以下にする必要があることがわかった。一方、表１及び表２から、スラグ量／送酸総量（ｋｇ／Ｎｍ３）とこのＣＯ発生変動低減率の関係を図示すると、図５に示すような関係が得られた。すなわち、操業上必要であるＣＯ発生変動低減率６０％以下を得るためには、スラグ量／送酸総量（ｋｇ／Ｎｍ３）の値は２．５以上にする必要があることがわかる。
【００９７】
したがって、予熱室を通過する排ガスの組成をより安定化し、従来技術に開示しているようなトラブルを回避するためには、
（１）冷鉄源の溶解中、溶解室に供給するカーボン源の供給速度を一定とし、
（２）冷鉄源の溶解開始時において、溶解室に存在している初期スラグ量を下記▲１▼式より計算される量以上に保持していること
Ｗｓ＞２．５Ｑｏ２ ▲１▼
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
Ｑｏ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
が必要であることを見出した。
【００９８】
次に、発生したＣＯガスを適切に二次燃焼させるため、所定量に制御された空気を、予熱した後に分散して溶解室へ吹き込む方法の実施例を示す。
図６に、燃焼用空気を予熱して溶解室へ吹き込むシステムの概略図を示す。空気ファン４１の吸引力によって取り込まれた燃焼用空気は、燃焼用空気制御装置４０によって所定量に制御され、予熱ダクト３８へ入る。予熱ダクト３８は、溶解室３１の外壁の廻りに設置され、燃焼用空気は、予熱ダクト３８の中を通過する間に、金属溶解による熱によって予熱される。予熱後、燃焼用空気は複数の吹き込み口３９から、溶解室３１の内部へ吹き込まれる。
【００９９】
溶解室３１の内部では、アーク電極装置３５によって、原料の金属３４が溶解される。更に、カーボン供給装置３６からカーボンが溶解室３１へ供給され、また、酸素供給装置３７から酸素が溶解室３１へ供給される。カーボンと酸素は反応して燃焼し、金属の溶解を促進させ、燃焼後、ＣＯガスが発生する。この発生したＣＯガスは、吹き込み口３９から溶解室３１へ吹き込まれた燃焼用空気と反応して二次燃焼を行い、更に金属の溶解を促進させる。取り込まれた燃焼用空気は、予熱され、所定量に制御されているので、最適な二次燃焼が行われると共に、排ガス量も最小に抑えられる。
【０１００】
上記燃焼用空気制御装置４０における燃焼用空気の制御方法を、図７に示す。本制御装置は、空気流量演算装置５１、レーザ式ガス分析装置５２、従来型排ガス分析計５２Ａ、カーボン流量計５３、酸素流量計５４、二次燃焼用空気制御弁５５からなる。二次燃焼用空気流量演算装置５１は、カーボン流量計５３が検出するカーボン量と酸素流量計５４が検知する酸素量から、ＣＯガス発生量を演算する。次に、設定ＯＤ値 ［ ＯＤ値＝ＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２）］ にするために必用な燃焼用空気量を演算する。燃焼用空気制御弁５５によって、二次燃焼用空気は所定量に制御される。また、Ｏ２値の上限を超えないような制御も行われる。
また、レーザ式ガス分析装置５２（下記で実施例を説明する。）によって得られた排ガス成分の実測値によって、フィードバック制御を行う。
従来型の排ガス分析計も設置されている場合もあるが、従来型の場合には時間遅れが発生するので、時間遅れを考慮して、二次燃焼用空気流量演算装置５１にて補正を行う必要がある。
【０１０１】
次に、上記のレーザ式ガス分析装置５２を、図８を用いて説明する。金属の溶解で発生した排ガスは、溶解室から予熱室６１を経由し、排ガスダクト６２へ排出される。排ガスダクト６２の入り側に分岐配管６３を接続して、排ガス分析に必要な流量の排ガスを分岐吸引する。分岐配管６３には、簡易集塵機６４と、吸引ポンプ６５とレーザ分析器６６が設置される。レーザ分析器６６には、内部にガスを吸引するポンプとろ紙を備える。
【０１０２】
予熱室６１から排ガスダクト６２へ排出された排ガスは、吸引ポンプ６５の吸引力で、分岐管６５へ分岐吸引される。吸引された排ガスは、簡易集塵機６４を通過して、排ガス中のダストが一時除去される。ここで、吸引ポンプ６５の吸引力は、レーザ分析器６６が有するポンプに比べて、はるかに多くの流量の排ガスを吸引できる能力を持つ。従って、分岐配管６３の口径も十分に大きくとれ、簡易集塵機のろ過面積も十分取れるので、従来技術に比べて、微細なダストを一時除去することができる。ダストの一時除去の行われた後の排ガスは、レーザガス分析器が有するポンプにて、レーザ分析計６６に適した流量だけ、レーザ分析器６６へ流入する。余分の排ガスは、別途バイパス配管へ流されレーザガス分析器６６へは流入しない。レーザ分析計は、内部にろ紙を有しており、簡易集塵機で除去されえなかった微細ダストを除去し、その後、レーザガス分析を行う。
【０１０３】
従来技術では、レーザガス分析器が直接、排ガスダクトに設置されている場合がある。この場合は、常に排ガス中のダストの影響を受けるので、計測精度が下がる。また、分析器内部の汚れを防止するために気体のパージが必要になり、分析するガスの成分によっては、Ｎ２等のパージが必要となる。
従来技術でも、排ガスダクトから分岐管を接続して、分析用に排ガスを分岐して分析する方法も採られている。この方法では、分岐配管上にろ過器とレーザガス分析器が設置されている。排ガスは、レーザガス分析器が内部に有するポンプによって分岐管へ吸引される。吸引された排ガスは、ろ過器を通過する時に、排ガス中のダストが一時除去される。また、ろ過器で一時除去できなかったダストは、レーザガス分析器が有するろ紙によって除去される。しかし、ろ過器で除去可能なダストは径で数μｍ以上のものまでであり、更に小さなダスト粒子はろ紙を通過してしまう。そこで、通過したダストは、レーザガス分析器が有するろ紙によって除去する。従って、分析器内のろ紙の交換を、頻繁に行う必要となる問題を有する。
【０１０４】
また、分岐配管の口径は、レーザガス分析器のポンプの吸引量に合わせると、非常に小さくなり、排ガスが含むダストが配管に付着し、そのダストのために配管そのものが閉塞する問題が起きる。また、前記問題を避けるために、配管径を大きくすると、ガス流速が遅くなり、ダストが配管に堆積することによって、閉塞する問題が起こる。
本発明では、レーザガス分析器６６が有するポンプよりも大形の吸引ポンプ６５によって吸引するので、分岐吸入する排ガス流量を十分に多く、簡易集塵機６４も一週間の連続運転に耐えうる十分なろ過面積を有するので、かなり微細なダストまで除去可能である。従って、従来技術に比べて、レーザガス分析器６６が有するろ紙によって除去するダスト量は大幅にへるので、ろ紙の交換頻度などでの問題は解消する。また、配管径も大きく、排ガス流速も十分にあるので、ダストの体積による分岐配管の閉塞の問題起こらない。
【０１０５】
次に、金属溶解設備の稼動部に存在する開口部をシールするシール装置の詳細を、図９に示す。シール装置は、稼動部材７２が金属溶解装置の外部から内部７３へ貫通している部分を覆うシール室７１と、シール室へシール用空気を送る空気ダクトと、制御装置と、空気ファンからなる。空気ファン７６の吸引力によって外気から吸引された空気は、制御装置７５によって所定量に制御される。取り入れられた空気は、空気ダクト７４を通過して、シール室７１に吹き込まれる。吹き込まれたシール空気の圧力は、外気、及び、金属溶解設備内部７３の圧力よりも高いので、外気が、稼動部材の廻りに存在する隙間７７から金属溶解設備内部７３へ流入することを防げる。これによって、従来技術のように不要な空気が流入して、排ガス量を不要に増加させたり、炉圧制御の外乱となったりすることを防止できる。
【０１０６】
また、吹き込まれたシール用空気は、発生したＣＯガスの二次燃焼用空気としても有効利用することも可能である。取り入れられた空気は、必要に応じて予熱された後に、シール室へ吹き込まれる。予熱のひとつの方法として、図６に示すような金属溶解によって発生する熱によって、予熱する方法がある。
【０１０７】
前記シール装置によって、制御の外乱となる外気の流入を最小化させた状態で、図１０に示すような炉圧制御システムによって、金属溶解設備の炉圧制御が行われる。
金属８４が、溶解室８１と予熱室８２に連続的に充填されている状態で、アーク電極装置８５によって、金属８４は溶解され、溶湯８３となる。アーク電極８５の溶解を補助するために、カーボン供給装置８７からカーボンが、酸素供給装置８６から酸素が、溶解室８１へ吹き込まれる。吹き込まれたカーボンと酸素は燃焼して、金属溶解を促進させ、ＣＯガスを主成分とする排ガスが発生する。更に、燃焼空気供給装置８８によって、燃焼用空気が溶解室８１へ吹き込まれ、排ガスが二次燃焼されて、金属溶解が促進される。
【０１０８】
本炉圧制御システムでは、カーボン流量計９０によって溶解室８１へ吹きこまれるカーボン流量を検知し、酸素流量計８９によって溶解室８１へ吹きこまれる酸素流量を検知し、燃焼用空気流量計９１によって溶解室８１へ吹きこまれる酸素流量を検知し演算装置９２へデータが転送される。
演算装置９２は、転送されたデータから発生する排ガス量を演算する。演算された排ガス量から、設定炉内圧力となるための必要排ガス排出流量を演算する。必要排出流量に制御するためには、下記のふたつの方法がある。
【０１０９】
ひとつの方法は、排ガスダンパ（メインダンパ９４とバイパスダンパ９５）の開度を固定し、排ガスファン９６の回転数を制御することによって、設定の炉内圧力に制御する方法である。
もうひとつの方法は、排ガス発生量の変動が大きい場合に、取られる方法である。炉内で発生する排ガス量に応じて、メインダンパ９４とバイパスダンパ９５の開度の組み合わせを、予め設定しておく。例えば、発生排ガス量に応じて、１０段階程度の組み合わせを設定する。発生排ガスの量に応じて、前記組み合わせによって、ダンパ開度を制御するとともに、排ガスファン９６の回転数の制御によって、設定の炉内圧力に制御する方法である。
【０１１０】
上記のシール装置、及び、炉圧制御システムによって、従来では不可能であった金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御することが可能となった。以上の炉内圧力制御によって、従来技術よりも効率よく金属の溶解を行うことが可能である。
溶解室に溜まった溶湯のレベルを検出する溶湯レベル検出システムとして、下記の実施例がある。
溶湯レベル検出システムの第一の実施例は、アークを供給する電極のマストの絶対位置を検出し、絶対位置と設定電圧から換算された前記アークの長さによって、前記溶湯のレベルを算出する方法である。詳細な算出方法を下記に示す。
【０１１１】
電極位置による溶鋼レベルの推定計算
１． 考え方
極伸ばし運転時に自動計測する電極のホルダ下長さ、運転中の電力データより推定する電極消耗主、及び運転中の電極マスト位置より、溶鋼の湯面レベルを計算にて推定する。
２． 計算手順
２．１ 極伸ばし時のホルダ下長さ計測
１）炉蓋全開位置にて行う電極伸ばし運転時、電極把持を一旦開放後、極伸ばしをして電極を再把持した時点での電極マスト位置より、ホルダ下長さを計算しておく。
２）上記以外の方法での極伸ばし運転を行った場合や、何らかの理由でホルダ下長さのデータに異常が発生した場合、ＨＭｌ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面より手動にてデータを修正する。
【０１１２】
２．２ 電極消耗量の推定
１）電極の消耗は電力消費量に比例して進むものとし、電力消費土が一定値増加する毎に、以下の計算式にてその時１におけるホルダ下長さＬｅｌ（ｉ）を再計算する。
Ｌｅｌ（ｉ）＝Ｌｅｌ（Ｉ−１）Ｌｃｎｓ
Ｌｃｎｓは一定電力消費量による電極の消耗長さ
ホルダ下長さは極伸ばし運転の度に最新の計測値に置き換えられる。
２．３湯面レベル
図１４に、電極位置による溶鋼レベルの推定計算の原理を示す模式図を示す。
１）アーク長Ｌａ（ｉ）は、二次相電力Ｐ２（ｉ）と二次相電流２（ｉ）の関数となり、
Ｌａ（ｉ）＝Ｐ２（ｉ）／Ｉ２（ｉ）−ｒ×１２（ｉ）−ｋ
Ｐ２（ｉ）ｌ２（ｉ）は計算直前のある設定期間の平均値とし、また、ｋとｒは定数である。
２）アークは溶鋼面に対して常にある角度を持っているので、電極先端と湯面間の距離Ｄｓｔ（ｉ）は下記となる。
Ｄｓｔ（ｉ）＝Ｌａ（ｉ）ｘａ
上式において、ａはアークと湯面間の角度（固定値とします）で決まる定数である。
【０１１３】
３）炉体が傾動することにより、炉殻最下点と電極マスト上限間の距離はＤｏｆ（ｉ）だけ短くなり、その値は傾動角を０（ｉ）、回転半径をｒｏｆとすると、以下の式で表される。
Ｄｏｆ（ｉ）＝ｒｏｆ（１−ＣＯＳ∈）（ｉ））
４）さらに、電極上限からのマスト下降距離をＬｃｐ（ｉ）とし、炉体水平時の炉殻最下点とマスト上限位置におけるホルダ下端との間の距離をＬｂとすると、炉殻最下点から溶鋼面までの距離Ｌｓｔ（ｉ）は以下の式で表される。
Ｌｓｔ（ｉ）＝Ｌｂ−Ｄｓｔ（ｉ）−Ｄｏｆ（ｉ）−（Ｌｅｌ（ｉ）＋Ｌｃｐ（ｉ））ｃｏｄ∈）（ｉ）
【０１１４】
２．４ ３本電極での運用
１）上記の計算を３本の電極すべてについて実施しする。
２）３つの計算値内、値が近い２つを選び出し、その差が正常判定の設定値以内であれば、２つの値の平均値を溶鋼レベルの推定値とする。
３）上記の条件がみたされない場合（３つの値の相互の差がいずれも正常判定の設定値を超える場合）、推定計算異常とみなしてアラームを出力する。内部的には、前回の正常な推定値を保持しておき、別機能（例えばランスのレベル制御）で湯面レベルのデータが必要な場合、その値を用いるものとする。
【０１１５】
溶湯レベル検出システムの第二の実施例は、溶湯の液面にマイクロ波をあて反射波を受信して距離を測定することにより、溶湯のレベルを検出する方法である。溶解室の炉蓋上方に、マイクロ波送信機と受信機を設置する。送信機から溶湯の液面へ向けてマイクロ波を当てる。その反射波を受信機で受信し、マイクロ波レベル計にて湯面間距離を測定する。この場合、溶湯の上部にスラグが覆っているので、その厚みを考慮した補正を行う必用がある。また、酸素ランス等の吹き込み力によって、溶湯の液面の上部を覆っているスラグを飛散させ、その後に現れた溶湯の液面にマイクロ波をあてて計測することも考えられる。
【０１１６】
溶湯レベル検出システムの第三の実施例は、溶湯の液面にレーザ波をあて反射波を受信して距離を測定することにより、溶湯のレベルを検出する方法である。レーザ距離計によって、レーザ波を溶湯の液面へ向けて当て、反射波を受信することによって、レーザ距離計と液面との距離を測定する。第二の実施例と同様に、湯面の上部にはスラグが覆っている。溶湯の液面自体の距離を計測するためには、覆っているスラグを取り除く必用がある。レーザ距離計は小型なので、酸素を溶解室へ供給する酸素ランス中への設置が可能である。そこで、酸素ランスからの酸素の吹き込みで溶湯の上部を覆うスラグが飛散し、溶湯の液面が現れたところで、レーザ距離計からその液面へレーザ波をあてることによって、正確な距離計測が可能である。ランス中のレーザ距離計の位置は把握できるので、演算によって、溶湯の正確なレベルを検出することができる。
【０１１７】
溶湯レベル検出システムの第四の実施例は、帯電した電極棒を、溶解室の炉蓋から溶湯の液面へ下降させ、電極棒の下端と溶湯が通電した時の電極棒の移動距離を計測することにより、溶湯のレベルを検出する方法である。
詳細を図１１を参照しながら説明する。電極棒１０４は電源装置１０８と接続され所定値の電圧が加えられている。従って、もし、電極１０４の先端が導電性のあるものに触れれば、電流が流れる状態になっている。電流が流れれば、電流計１０７にて検知される。
溶解室１０２の炉蓋１０３の上面には、電極１０４を昇降させる昇降装置１０５が設置されている。昇降装置１０５には、電極１０４の移動距離を測定する距離計１０６が設置されている。
【０１１８】
帯電した電極１０４を、昇降装置１０５によって、溶湯１０１へ向けて下降させる。電極棒１０４から湯面１０１へ通電した時点は、電流計１０７により検知でき、また、その時の電極１０４の移動距離は、距離計１０６で測定できる。昇降装置１０５の絶対位置はあらかじめ把握してあるので、演算装置１０９によって、溶湯１０１のレベルを算出することができる。
【０１１９】
溶湯レベル検出システムの第五の実施例は、開口された一端から気体が外気へ放出されている配管を、溶解室の炉蓋から溶湯の液面へ下降させ、配管中の気体の圧力が所定値以上に上昇する時点の配管の移動距離を測定することによって、溶湯のレベルを検出する方法である。
詳細を、図１２を参照しながら説明する。使用する気体は、金属の溶解の安全を妨げない限り何を使用しても問題ないが、空気が最も安価で安全であると考えられる。ある所定長さの配管１２４の一端には空気配管１３０が接続されている。供給配管１３０と配管１２４は、ホース１３１で接続され、配管１２４が昇降可能となっている。配管１２４へは、ファン１２８から空気が供給され、他端は開放されているので、空気は大気中へ放出されている。空気の供給配管１３０上には、圧力計１２７が設置されている。
【０１２０】
溶解室１２２の炉蓋１２３の上面には、配管１２４を昇降させる昇降装置１２５が設置されている。昇降装置１２５には、配管１２４の移動距離を測定する距離計１２６が設置されている。
配管１２４を、昇降装置１２５によって、溶湯１２１へ向けて下降させる。配管１２４の下端が溶湯１２１の湯面へ接近すると、大気へ放出していた空気の流出が妨げられ、急激に空気配管１３０内を流れる空気の圧力が高まる。これを圧力計１２７で検知する。また、その時の配管１２４の移動距離は、距離計１２６で測定できる。昇降装置１２５の絶対位置はあらかじめ把握してあるので、演算装置１２９によって、溶湯１２１のレベルを算出することができる。
【０１２１】
溶湯レベル検出システムの第六の実施例は、金属溶解設備へ投入された物質の量及び投入エネルギの量の測定値から前記溶湯量を理論計算し、理論計算量から溶湯の実績排出量の測定値を差し引くことにより、溶湯のレベルを算出する方法である。詳細を下記に示す。
物質収支の詳細
炉内溶鋼量、スラグ量、スクラップ量の推定計算
１． 考え方
炉内の溶鋼重量、スラグ重量、及びスクラップ重量を、マスバランスより推定する。考え方として厳密ではありませんが、入炉と出炉の物質は、以下のものを考慮する。
１．１ 入炉物質
１）スクラップ重量（パケット装入及びスキップでの装入）
２）副原料重量（副原料搬送設備からの投入実績銘柄と重量）
１．２ 出炉物質
１）出鋼溶鋼量
２）出鋼スラグ量
３）排滓スラグ量
【０１２２】
２． 計算の前提条件
１）スクラップは配合毎、副原料は銘柄毎に、溶鋼歩留り（ηｓｃｊ及びηａｓｔｊ）、及びスラグ含有率（ηｓｇｉ及びηａｓｇｊ）の値を持ち、投入実績重量とこれらの値より、溶鋼重量及びスラグ重畳を求める（ｊは配合や銘柄を代表する添字）。
２）出鋼時にレードル台車のロードセルで計量できるのは溶鋼とスラグの合計重量であることから、出鋼時の流出スラグは定量値と仮定し、さらにレードル投入副原料重量を除いた残りを溶鋼重量とみなす。
３）排薄口からのスラグ流出重量は、溶解期に炉体が後傾中に俳薄口扉が開いている聞はスラグが流出し続けるものと仮定し、その流出量は排薄口扉が開いている（閉でない）時間に比例するものとする。但し、娯検知防止策として、排洋室主には上限値を設ける。
【０１２３】
３． 計算タイミング及び計算方法
以下の事象発生時に、以下の計算式にて、キャンペーン開始から現在時点ほでの総スクラップ装入量Ｗｓｃｔ（ｉ）、総副原料投入量Ｗａｌｙｔ（ｉ）、排薄口からの総スラグ排出重量Ｗｓｇｔａｏｔ（ｉ）、総出鋼重畳Ｗｔａｐｔ（ｉ）、総出鋼スラグ重量Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）、及び総レードル投入副原料重量Ｗａｔａｐｔ （ｉ）を、また、現在時点ｉにおける炉内スクラップ重量Ｗｓｃ（ｉ）、炉内溶鋼重量Ｗｓｔ（ｉ）、及び炉内スラグ重量Ｗｓｇ（ｉ）を計算する。また、スクラップの平均溶鋼歩留りηＳＣ（ｉ）、スクラップ中の平均スラグ含有率符ηＳｇ（ｉ）、副原料の平均溶鋼歩留まりηａｓｔ（ｉ）、および副原料中の平均スラグ含有率ηａｓｇ（ｉ）何も計算する。
【０１２４】
３．１ バケットからのスクラップ装入（Ｗｓｃｂ（ｉ）、オペレータ入力）
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｂ（ｉ）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（ｉ−１）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｃ（ｉ）＝Ｗｓｃ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｂ（ｉ）
Ｗｓｔ（ｉ）＝Ｗｓｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇ（ｉ）＝Ｗｓｇ（ｉ−１）
ηｓｃ（ｉ）＝（ηｓｃ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋ ηｓｃｂ（ｉ）ｘＷｓｃｂ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηｓｇ（ｉ）＝（ηｓｇ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋ ηｓｇｂ（ｉ）ｘＷｓｃｂ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηａｓｔ（ｉ）＝ ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝ ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１２５】
３．２ スキップからのスクラップ装入（Ｗｓｃｓ（ｉ）、チヤンバー内にスクラップ有りで下部ゲート開）
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｓ（ｉ）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（ｉ−１）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（１）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｃ（ｉ）＝Ｗｓｃ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｓ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝Ｗｓｇ（ｉ−１）
ηｓｃ（ｉ）＝（ηｓｃ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋ ηｓｃｓ（ｉ）ｘＷｓｃｓ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηｓｇ（ｉ）＝（ηｓｇ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋ ηｓｇｓ（ｉ）ｘＷｓｃｓ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηａｓｔ（ｉ）＝ ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝ ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１２６】
３．３シャフト内スクラップレベルＭ（追加レベル）を検出（追加レベルまで下 がった）シャフト内スクラップレベルＭを検出したら、シャフト底からＭ レベルまでがスクラップ、その他のそれまでに投入されたスクラップは全 て溶鋼とスラグになっているものとして、以下の計算を行う。
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（ｉ−１）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｃ（ｉ）＝Ｗｓｆｌｌ
【０１２７】
ここで、 Ｗｓｆｔｌｌはシャフト底からレベルＬＬでスクラップが詰まっている場合の重量（設定値）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝ ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝ ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝ ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝ ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１２８】
３・４ シャフト内スクラップレベルＬＬ（下限レベル）を検出（下限レベルまで下がった）
シャフト内スクラップレベルＬＬを検出したら、シャフト底からＬＬレベルまでがスクラップ、その他のそれまでに投入されたスクラップは全て溶鋼とスラグになっているものとして、以下の計算を行う。
Ｗｓｃｔ（ｉ） ＝ Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ） ＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ） ＝Ｗｓｇｔ（ｉ− １）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１ ）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１ ）
Ｗｓｃ（ｉ） ＝ Ｗｓｆｔｌｌ
【０１２９】
ここで、 Ｗｓｆｔｌｌはシャフト底からレベルＬＬまでスクラップが轄まっている場合の重量（設定値）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝ ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝ ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝ ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝ ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３０】
３．５ 溶解期に前回計算時からの投入実効電力量がある値（電力量換算で２００ｋＷｈ）に達した時
Ｗｓｃｔ（ｉ） ＝ Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ） ＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ） ＝Ｗｓｇｔ（ｉ− １）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１ ）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１ ）
Ｗｓｃ（ｉ） ＝ Ｗｓｃ（ｉ−１）−Ｗｓｃｍ ｘ ｆｍ（Ｗｓｔ（ｉ−１））
【０１３１】
ここで、Ｗｓｃｍは２００ｋＷｈのエネルギーで溶解するスクラップ重量の基準値、ｆｍ（）は溶鋼重量がシフト内スクラップの溶解速度に与える影響を係数化したもの。
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝ ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝ ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝ ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝ ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３２】
３・６ 炉内副原料投入（投入重量Ｗａｌｙ（ｉ））
Ｗｓｃｔ（ｉ） ＝ Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ） ＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ） ＝Ｗｓｇｔ（ｉ− １）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１ ）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１ ）
Ｗｓｃ（ｉ） ＝ Ｗｓｃ（ｉ−１）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝ ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝ ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝ （ηａｓｔ（ｉ−１）ｘＷａｌｙｔ（ｉ−１）＋ηａｌｙｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙ（ｉ））／Ｗａｌｙｔ（ｉ）
ηａｓｇ（ｉ）＝ （ηａｓｇ（ｉ−１）ｘＷａｌｙｔ（ｉ−１）＋ηａｌｙｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙ（ｉ））／Ｗａｌｙｔ（ｉ）
【０１３３】
３．７ 溶解期かつ炉体後傾中で排薄口扉開で一定時間（５秒程度）経過
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（Ｉ−１）＋ｗｄｓｇ
Ｗｄｓ９は設定時間中に流出するスラグ重量
Ｗｔａｐｔ（ｉ） ＝ Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１ ）
Ｗｓｃ（ｉ） ＝ Ｗｓｃ（ｉ−１）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ Ｗｓｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇ（ｉ） ＝ Ｗｓｇ（ｉ−１）−Ｗｄｓｇ
ηｓｃ（ｉ）＝ ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝ ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝ ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝ ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３４】
３．８ 出鋼完了
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（Ｉ−１）＋ｗｄｓｇ
Ｗｔａｐｔ（ｉ） ＝ Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）＋Ｗｔａｐ
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）＋Ｗｓｇｔａｐ
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１ ）＋Ｗａｔａｐｔ
Ｗｓｃ（ｉ） ＝ Ｗｓｃ（ｉ−１）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ Ｗｓｔ（ｉ−１）−Ｗｔａｐ＋Ｗａｔａｐ＋Ｗｓｇｔａｐ
Ｗｓｇ（ｉ） ＝ Ｗｓｇ（ｉ−１）−Ｗｄｓｇ
ηｓｃ（ｉ）＝ ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝ ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝ ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝ ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３５】
ここで、Ｗｔａｐは出鋼重量としてレードル台車秤量器で検出した重量値、Ｗａｔａｐは出鋼中にレードルに投入した副原料重量、Ｗｓｇｔａｐは出鋼時の巻き込みスラグ重量（固定値）。
【０１３６】
次に、予熱室に充填された金属のレベルを精度よく検知する金属レベル検出装置の実施例を、下記に示す。
金属レベル検出装置の第一の実施例は、予熱室外壁を打撃するハンマー装置と、打撃によって発生する予熱室の振動を測定する振動計と、演算装置を備える金属レベル検出装置である。予熱室外壁は、予熱室内に金属が充填されている部分と、金属がない部分で、振動周波数が異なる。従って、振動計で検出した予熱室外壁の振動数が大きく変化する位置が、充填された金属の最上部と判断することができる。演算装置によって、この位置を算出することで、溶解室に充填された金属のレベルを検出することができる。
金属レベル検出装置の第二の実施例は、溶解室の内部を上部から斜めに覗くカメラと、カメラの映像を画像処理する画像処理装置を備える金属レベル検出装置である。充填されている金属は、予熱されているので温度は高く、予熱室は冷却されているため温度が低い。従って、温度が異なる境界を画像処理によって判定できる。得られた境界の位置から、充填された金属のレベルを検出することができる。
【０１３７】
金属レベル検出装置の第三の実施例は、予熱室内に水平方向に装入した電極と、電極に電圧をかけて電圧降下を測定する電圧測定装置、及び演算装置を備える金属レベル検出装置である。 帯電した電極の前に金属が存在すれば、電極から金属へ電気が流れるため、電極の電圧が降下する。従って、電圧が降下する位置には金属が存在し、電圧が降下しない位置には金属がないと判断できる。演算装置によって、この位置を算出することで、溶解室に充填された金属のレベルを検出することができる。
金属レベル検出装置の第四の実施例は、予熱室内に設置された近接スイッチ、電源装置、及び演算装置からなる金属レベル検出装置である。近接スイッチの前に金属が存在すれば、近接スイッチが作動する。演算装置によって、この作動する位置を検出すれば、予熱室に充填された前記金属のレベルを検出することができる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
溶解室とその上方に直結する予熱室とを有する金属溶解設備を用いて，金属を溶解する装置において、溶解室から発生するＣＯガスの変動を極力低減することにより、予熱室を通過する排ガス量及び排ガス組成の変動を極力低減させることが可能となり、予熱室内金属の融着の問題回避および排ガスの予熱室排出後の排ガス処理方法の簡略化が可能となる。
更に、連続運転で信頼性の高い排ガス分析を行う方法により得られた分析値をもとに所定量に制御され、かつ溶解時に発生する熱によって予熱された燃焼用空気を分散して予熱室予熱することによって、最も効率の良い炉内二次燃焼が行われて、金属の溶解が促進される。また、発生する排ガス量も最小限に抑えることができる。
更に、金属溶解設備のシール性を高めて排ガス量の増大を防ぎ、また炉圧制御の外乱を最小にし、本発明の炉圧制御方法を用いることで、従来に比べてはるかに精度の高い炉圧の制御を行うことができる。
更に、供給される原料金属のレベルと、溶解された溶湯のレベルを精度よく測定する様々な方法を採用することによって、金属溶解から排ガス処理まで、最も効率的な金属溶解システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態の１つの例を示すアーク炉設備の断面槻略図である。
【図２】図２は、従来方法による溶解中の送酸、カーボン添加パターンと溶解室から発生するＣＯガス発生速度の変化を示す図である。
【図３】図３は、本発明によるカーボンのー定速度添加パターンと溶解室から発生するＣＯガス発生速度の変化を示す図である。
（表１）本発明のスラグ量の影響を示す表（送酸原単位３５Ｎｍ３／ｔの場）である。（表２）本発明のスラグ量の影響を示す表（送酸原単位２５Ｎｍ３／ｔの場）である。
【図４】図４は、排ガス組成変化とＣＯ発生変動低減率との関係を示す図である。
【図５】図５は、ＣＯ発生変動低減率と操業条件（スラグ量／送酸総量）との関係を示す図である。
【図６】図６は、二次燃焼用空気を予熱して溶解室へ吹き込むシステム概略図である。
【図７】図７は、二次燃焼用空気の制御方法を示すシステム概略図である。
【図８】図８は、レーザ式ガス分析装置のシステム概略図である。
【図９】図９は、金属溶解設備の稼動部に存在する開口部をシールするシール装置のシステム概略図である。
【図１０】図１０は、金属溶解設備の炉圧制御を行う炉圧制御システムのシステム概略図である。
【図１１】図１１は、帯電した電極によって金属溶湯のレベルを測定するレベル測定システムのシステム概略図であれる。
【図１２】図１２は、気体を放出する配管によって金属溶湯のレベルを測定するレベル測定システムのシステム概略図である。
【図１３】図１３は、従来技術の金属溶解システムを示すシステム概略図である。
【図１４】図１４は、電極位置による溶鋼レベルの推定計算の原理を示す図である。
【符号の説明】
１ 直流アーク炉
２ 溶解室
３ 予熱室
４ 炉壁
５ 炉蓋
６ 炉底電極
７ 上部電極
８ 酸素吹き込みランス
９ 炭材吹込みランス
１０ 二次燃焼用ランス
１１ 出湯用口
１２ 排薄口
１３ バケット
１４ 金属
１５ 溶湯
１６ スラグ
１７ アーク
１８ 排ガスダクト
１９ 扉１
３１ 溶解室
３２ 耐火物
３３ 溶湯
３４ 金属
３５ アーク電極装置
３６ カーボン供給装置
３７ 酸素供給装置
３８ 予熱ダクト
３９ 吹き込み口
４０ 燃焼用空気制御装置
４１ 空気ファン
５１ 燃焼空気量演算装置
５２ レーザ式ガス分析装置
５２Ａ従来型排ガス分析計
５３ カーボン流量計
５４ 酸素流量計
５５ 燃焼用空気制御弁
６１ 予熱室
６２ 排ガスダクト
６３ 分岐配管
６４ 簡易集塵機
６５ 吸引ポンプ
６６ レーザ分析器
７１ シール室
７２ 稼動部材
７３ 金属溶解設備内部
７４ 空気ダクト
７５ 制御装置
７６ 空気ファン
７７ 隙間
８１ 溶解室
８２ 予熱室
８３ 溶湯
８４ 金属
８５ アーク電極装置
８６ 酸素供給装置
８７ カーボン供給装置
８８ 燃焼用空気供給装置
８９ 酸素流量計
９０ カーボン流量計
９１ 燃焼用空気流量計
９２ 演算装置
９３ 排ガスダクト
９４ メインダンパ
９５ バイパスダンパ
９６ 排ガスファン
１０１ 溶湯
１０２ 溶解室
１０３ 炉蓋
１０４ 電極
１０５ 昇降装置
１０６ 距離計
１０７ 電流計
１０８ 電源装置
１０９ 演算装置
１２１ 溶湯
１２２ 溶解室
１２３ 炉蓋
１２４ 配管
１２５ 昇降装置
１２６ 距離計
１２７ 圧力計
１２８ 空気ファン
１２９ 演算装置
１３０ 供給配管
１３１ ホース
２０１ 溶解室
２０２ 予熱室
２０３ 溶湯
２０４ 金属
２０５ 電極装置
２０６ カーボン供給装置
２０７ 酸素供給装置
２０８ 排ガスシステム
２０９ 排ガスダクト
２１０ ダンパ
２１１ 排ガス処理設備
２１２ 排ガスファン
２１３ ろ過器
２１４ レーザ分析器
２１５ 分岐配管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a metal melting facility comprising a melting chamber for melting metal by an arc and a preheating chamber installed thereabove, in a state where the raw metal is continuously filled in the melting chamber and the preheating chamber, The present invention relates to an efficient metal melting method and an efficient metal melting apparatus in which metal is melted by arc after being preheated by exhaust gas generated at the time of melting the metal and melted by an arc.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a melting method for melting a metal by an arc has been widely used mainly for melting iron scrap, reduced iron or the like. In this arc furnace, the raw metal is heated and melted by the arc heat generated from the electrodes. However, in order to consume a lot of electric power for melting, there is a method to preheat the raw metal by sensible heat of the high temperature exhaust gas generated from the arc furnace during melting, and to reduce the power consumption for melting as much as possible. Many have been proposed. Among them, the following method has been proposed as an effective method for dissolving a cold iron source.
[0003]
In Japanese Patent Publication No. 6-46145 (hereinafter referred to as “Prior Art 1”), a shaft-type preheating chamber directly connected to the melting chamber is provided, and a cold iron source for one heat is dissolved in the melting chamber and the preheating chamber. And a facility for melting the cold iron source while preheating it with exhaust gas is disclosed. In the prior art 1, since the preheating chamber is directly connected to the melting chamber, there is no need for a facility for holding and transporting the cold iron source. Therefore, the temperature of the exhaust gas is raised without concern for equipment troubles of these facilities. Since the preheating temperature of the iron source can be raised, it is excellent in power reduction effect. However, since melting is resumed every time the molten steel amount for one heat is melted, approximately 50% of the melted cold iron source. Is not premature and is not sufficient in terms of effective use of exhaust gas.
[0004]
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-292990 (hereinafter referred to as “prior art 2”) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-248356 (hereinafter referred to as “prior art 3”) have been proposed. The melting method according to Prior Art 2 uses an arc melting facility having a shaft-type preheating chamber directly connected to the upper portion of the melting chamber so that the cold iron source is continuously present in the preheating chamber and the melting chamber. While supplying the cold iron source to the preheating chamber continuously or intermittently, the cold iron source in the melting chamber is melted by an arc, and when a predetermined amount of molten steel has accumulated in the melting chamber, the cold iron source becomes the preheating chamber. This is a melting method in which molten steel is poured out in a state of being continuously present in the melting chamber. In addition to the melting method of Prior Art 2, the melting method according to Prior Art 3 reduces the contact area between the cold iron source and the molten steel by tilting the melting chamber when a predetermined amount of molten steel has accumulated in the melting chamber. In this melting method, the molten steel is heated after being heated.
[0005]
In the prior art 2 and the prior art 3, the cold iron source in the melting chamber is melted while supplying the cold iron source to the preheating chamber so that the cold iron source is continuously present in the melting chamber and the preheating chamber. When a predetermined amount of molten steel has accumulated in the melting chamber, the hot water is discharged in the state where the cold iron source is continuously present in the melting chamber and the preheating chamber, so after the next heat, all cold iron sources to be used are preheated and power is used. The amount can be greatly reduced, and high-efficiency melting that cannot be achieved by conventional cold iron source melting methods and melting equipment using exhaust gas can be realized.
[0006]
However, the prior art 2 and the prior art 3 also have the following problems. In other words, it is assumed that the cold iron source charged in the preheating chamber is naturally dropped and supplied to the melting chamber as the cold iron source is melted in the melting chamber. The cold iron sources are melted together, and the cold iron source is not supplied into the melting chamber, so that the melting is stagnated.
[0007]
In order to solve this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 13-220618 (hereinafter referred to as “prior art 4”) controls the exhaust gas composition in the preheating chamber and controls the oxygen concentration in the exhaust gas to 5% or less. Dissolving while disclosing.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-183045 (hereinafter referred to as “prior art 5”) discloses a method for dissolving a cold iron source that suppresses the generation of harmful substances such as white ware, malodor, and dioxin, and exhaust gas generated in the melting chamber. After passing through the preheating chamber, an oxygen-containing gas is supplied to the exhaust gas to combust combustible components in the exhaust gas, the exhaust gas temperature is set to a predetermined temperature or higher, and then the exhaust gas is rapidly cooled.
[0008]
The melting method of the cold iron source shown above is not limited to iron, and can be similarly performed in melting metals in general. The outline of the metal melting method will be described below with reference to FIG.
[0009]
The metal 204 is melted using a melting chamber 201 for melting the metal 204, a preheating chamber 202 directly connected to the upper side of the melting chamber 201, and an exhaust gas system 208 connected to the preheating chamber 202. The metal 204 is melted by the arc generated from the arc electrode device 205 installed in the melting chamber 201, and the molten metal 203 accumulates at the bottom of the melting chamber 201. In addition to the arc electrode device 205, a carbon supply device 206 and an oxygen supply device 207 are installed in the melting chamber 201, and carbon and oxygen are supplied to the melting chamber 201 as auxiliary fuel for assisting the melting of the metal 204 by the arc. Infused. The supplied carbon and oxygen burn in the dissolution chamber, and the heat generation promotes the dissolution of the metal 204. By this combustion, exhaust gas mainly containing CO gas is generated.
[0010]
The exhaust gas generated when the metal 204 is melted flows into the upper preheating chamber 202 from the melting chamber 201 by the suction force of the exhaust gas fan 209 installed on the outlet side of the exhaust gas system 208, and passes through the exhaust gas system 208 from the preheating chamber 202. Exhausted to the atmosphere. In the exhaust gas system 208, secondary combustion of exhaust gas unburned components, exhaust gas cooling, dust collection, and the like are performed in the exhaust gas treatment facility 211, and then released from the exhaust gas fan 212 into the atmosphere. The raw material metal 204 is continuously filled in the melting chamber 201 and the preheating chamber 202, and heat exchange is performed while passing between the metals 204 filled with the exhaust gas generated by melting, so that the preheating is performed. Is done. The filled metal 204 is supplied to the melting chamber 201 by natural fall due to gravity as the lower part melts into a molten metal.
[0011]
In the metal melting method according to Prior Art 2, since the exhaust gas contacts the metal in the melting chamber immediately after generation, the metal can be preheated at a high exhaust gas temperature, and high preheating efficiency can be obtained.
As described above, the melting chamber 201 and the preheating chamber 202 are directly connected in the vertical direction, and the filled metal 204 is naturally dropped by the gravity in the melting chamber 201 and is supplied from the preheating chamber 202 to the melting chamber 201. The Therefore, there is no special device for carrying the metal 204 from the preheating chamber 202 into the melting chamber 201. Therefore, since there is no concern about thermal deformation of the carry-in device, it is possible to increase the supply amount of carbon and oxygen, increase the exhaust gas temperature, and obtain high preheating efficiency.
[0012]
Furthermore, since the melting chamber 201 and the preheating chamber 202 are directly connected and are in a semi-sealed state, there is little ingress air from the outside air, and metal oxidation is also less than in other methods. In addition, since the amount of inflow air is small, the amount of exhaust gas is reduced and the exhaust gas system 208 is also compact.
Although the above-mentioned metal melting method is an excellent method with high preheating efficiency as compared with other melting methods as described above, it has various problems as described below.
[0013]
The metal 204 filled in the preheating chamber 202 naturally falls by gravity according to melting and is supplied to the lower melting furnace 201. However, in reality, the oxidation of exhaust gas may cause the metals 204 to fuse together, preventing natural fall. Therefore, the metal 204 in the preheating chamber 202 is not smoothly supplied into the melting furnace 201, causing a problem that the melting is stagnated. In order to reduce the fusion of the metal 204, a method of reducing the oxygen concentration in the exhaust gas is effective, and a method of melting while controlling the oxygen concentration in the exhaust gas to 5% or less as shown in the prior art 4 above. Has been devised. However, in the actual metal melting operation, the amount of exhaust gas and the composition of exhaust gas change every moment according to the operation, so that it is not easy to control. An appropriate operation method for keeping the exhaust gas amount and the exhaust gas composition constant has not yet been established in the above-described prior art as an appropriate operation method for keeping the exhaust gas amount and the exhaust gas composition constant.
[0014]
More specifically regarding melting of the metal 204, if air is present in the furnace of the melting furnace, the CO gas generated by the reaction between coke and oxygen reacts with the air in the melting chamber and undergoes secondary combustion. This secondary combustion further promotes dissolution of the metal 204. Further, since the exhaust gas temperature itself increases, the preheating efficiency is further increased. In the conventional melting equipment other than the metal melting system in which the melting chamber 201 and the preheating chamber 202 are directly connected to each other, various openings are often present, and a large amount of air flows into the melting chamber from the openings. The CO gas is secondarily combusted by the inflowing air. However, since the amount of inflowing air varies depending on the operating conditions, it is not possible to actively control the amount of inflowing air so that optimal secondary combustion is performed, and stable combustion cannot be expected. It was. In addition, the amount of exhaust gas is unnecessarily large due to the amount of air that flows in, and the exhaust gas facility is unnecessarily large.
[0015]
On the other hand, in the prior art 2 in which the melting chamber 201 and the preheating chamber 202 are directly connected, since the metal 204 is melted in a semi-sealed state, a large amount of outside air does not flow in as compared with the conventional type. As a result, the amount of exhaust gas is small and operation with high efficiency of metal dissolution is obtained. However, regarding the secondary combustion in the melting chamber 201, the generated CO gas is discharged from the melting chamber 201 to the preheating chamber 202 without being subjected to secondary combustion.
[0016]
In addition, in order to efficiently perform secondary combustion of exhaust gas and increase the efficiency of metal melting, the components of the exhaust gas are analyzed to confirm whether the amount of carbon and oxygen supplied to the melting furnace is appropriate. There is a need to. Conventionally, components of exhaust gas are analyzed by the following method.
One method is to attach the laser gas analyzer directly to the exhaust gas duct 209. (This is not shown in the drawing.) In this case, the measurement accuracy is lowered because of the influence of dust in the exhaust gas. Further, in order to prevent contamination in the laser gas analyzer, it is necessary to constantly purge the gas in the analyzer. Further, depending on the analysis component, purging with N2 or the like is necessary.
[0017]
As another method, as shown in FIG. 101, a method in which the exhaust gas is branched from the exhaust gas duct for component analysis and a laser gas analyzer 214 is installed on the branch pipe 215 can be adopted. The analyzer 214 includes a suction pump that sucks gas inside and a filter paper that removes dust contained in the gas. A filter 213 is installed on the branch pipe 215 before the exhaust gas flows into the analyzer 214.
In this case, the exhaust gas is branched and sucked from the exhaust gas duct 209 by the suction force of the suction pump in the gas analyzer 214, passes through the filter 213 installed on the branch pipe 214, and temporary dust is removed. Thereafter, the exhaust gas is subjected to laser gas analysis after fine dust is removed by the filter paper inside the analyzer 214.
[0018]
In this method, the dust that can be repaired by the filter 213 is up to several μm or more in diameter, and even smaller dust particles pass through the filter paper. Any fine dust that has passed through must be removed by the filter paper in the analyzer 214. Therefore, it is necessary to frequently change the filter paper in the analyzer, which causes operational problems.
Further, when the diameter of the branch pipe 215 is adjusted to the suction amount of the suction pump of the analyzer 214, the problem is that the dust contained in the exhaust gas adheres to the pipe and the pipe itself is blocked due to the dust. . Further, when the pipe diameter is increased in order to avoid the above problem, the gas flow rate becomes slow, and dust accumulates on the pipe, resulting in a problem that the pipe is blocked.
[0019]
Furthermore, it is also important to control the furnace pressure of the metal melting equipment as a control item for increasing the efficiency of metal melting. In order to control the furnace pressure with high accuracy, it is necessary to minimize the control disturbance by minimizing the air flowing from the opening or the like. In the prior art 2, the melting chamber 201 and the preheating chamber 202 are directly connected, and the amount of outside air flowing in is very small compared to other conventional equipment. However, devices such as the electrode device 205, the carbon supply device 206, and the oxygen supply device 207 have lances and nozzles penetrating from the outside to the inside of the furnace body, and have openings. Accordingly, outside air passes through the opening and flows into the dissolution chamber 201. Since this inflow air becomes a disturbance of control, it becomes a factor which obstructs furnace pressure control. Therefore, in order to further improve the accuracy of controlling the furnace pressure, it is necessary to seal this opening.
[0020]
Regarding the control of the furnace pressure, in the prior art, the furnace pressure is measured by a pressure gauge, and based on the measured value, the opening degree of the damper 210 provided in the exhaust gas system is adjusted to control the furnace pressure. . However, the furnace pressure gauge is frequently clogged with dust contained in exhaust gas, and is not reliable in continuous operation.
[0021]
Furthermore, in addition to the furnace pressure control described above, in order to efficiently dissolve the metal, the amount of the raw metal 204 to be melted (or the level of the charged metal) and the amount of the molten metal 203 (or the molten metal) It is important to accurately control the metal melting operation by accurately grasping the level of
[0022]
In order to detect the level of the raw metal 204, the conventional technique uses a microwave level switch in which a microwave transmitter and a receiver are installed horizontally at several locations in the preheating chamber 202. Microwaves transmitted from the microwave transmitter do not reach the receiver because they are blocked by metal if metal is present. Therefore, if the receiver senses the microwave, it is determined that there is no metal at that level, and if not, it is determined that metal is present. In this way, the level at which the metal is present is detected.
[0023]
This detection method has the following problems.
If metal dust, moisture, etc. adhere to the front surface of the microwave switch, it will malfunction. If a metal piece happens to stay in front of the receiver, the microwave is cut off and it is determined that metal is present. (In practice, even if most of the metal exists only below the measurement level, the microwave is cut off.) Also, when multiple microwave switches are used, they are installed close to each other. Then, they interfere with each other and make it difficult to detect the level accurately.
[0024]
Regarding the level detection of the molten metal 203, the inside of the melting furnace 1 is at a high temperature, and an accurate level detection method has not been established. Therefore, it is a conventional technique to be estimated from the weight of discharged molten metal and input power.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the metal melting method in which the melting chamber and the preheating chamber are directly connected and the metal is continuously filled in the melting chamber and the preheating chamber, and then melted after preheating, is a conventional metal melting method. Compared with this method, the following problems occur.
[0026]
The generation amount and composition of exhaust gas whose main component is CO gas generated by combustion of carbon and oxygen supplied to the melting chamber varies. For this reason, the metal with which the preheating chamber is filled may be oxidized by exhaust gas. Oxidation causes fusion of the filled metals, and this adhesion may prevent the raw metal from falling naturally from the preheating chamber to the melting chamber, thereby preventing smooth raw material supply.
In addition, since exhaust gas treatment according to the maximum gas amount due to fluctuations is required, the exhaust gas treatment facility needs to be unnecessarily enlarged.
[0027]
Furthermore, if the generated CO gas has air in the dissolution chamber, the dissolution of the metal is further promoted. However, since the above-described metal dissolution is performed in a semi-sealed state, the amount of air flowing in is limited, so that sufficient secondary combustion is not performed. In addition, since the amount of air cannot be controlled to a predetermined amount by the method of performing secondary combustion with the air flowing into the melting chamber from the old wide opening, stable secondary combustion cannot be obtained, and the amount of exhaust gas is also low. Has an increasing problem.
[0028]
In order to properly control the generation of the exhaust gas, it is necessary to analyze the component of the exhaust gas. However, the conventional exhaust gas component analysis method has the following problems.
One conventional method is to attach the laser gas analyzer directly to the exhaust gas duct. In this method, the measurement accuracy is low because it is always affected by the dust in the exhaust gas. In addition, in order to prevent contamination in the instrument, it is necessary to constantly purge the gas in the device. Further, depending on the analysis component of the gas, purging with N2 or the like is necessary.
As another method, there is a method of performing analysis by installing a branch pipe from an exhaust gas duct and installing a laser gas analyzer on the branch pipe. In this method, branch suction is performed by a suction pump provided in the gas analyzer, temporary dust is removed by a filter installed in the middle of the exhaust gas suction pipe, and fine dust is removed by the filter paper of the analyzer body. However, it is necessary to frequently exchange the filter paper of the analyzer, and there is a problem that the branch pipe is blocked by dust.
[0029]
Furthermore, in order to increase the efficiency of metal melting, it is necessary to control the furnace pressure of the metal melting equipment to a predetermined value. However, the following problems exist when controlling the pressure.
The metal melting method has fewer openings than the conventional method, but there are still openings around the working part. There is a possibility that air flows in from this opening and disturbs pressure control as a disturbance.
Regarding the control of the furnace pressure, there is a method in which the pressure in the furnace is detected by a pressure gauge in the furnace, and the pressure in the furnace is controlled by adjusting the opening of a damper provided in the exhaust gas system. In this method, the pressure gauge in the furnace is clogged and the reliability in continuous operation is low.
[0030]
Furthermore, detection of levels of the raw metal and the molten metal is also important for improving the efficiency of metal melting.
The following problems exist in the level detection of the metal filled in the preheating chamber.
The level detection method using the microwave level switch by the conventional microwave transmitter and receiver malfunctions when dust or moisture adheres to the front surface of the microswitch. Further, when a small piece of metal stays in front of the microswitch, an erroneous determination is made. In addition, when a plurality of microswitches are used, they interfere with each other, so it is difficult to detect a fine level.
With regard to the detection of the molten metal level, the prior art has no method for accurately detecting the molten metal level, and is only estimated from the weight of the discharged molten metal and the input power.
[0031]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the conventional problems and provide a method for efficiently melting a metal and an apparatus for efficiently melting a metal.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has conducted keen research in order to solve the conventional problems described above. As a result, it has been found that it is important to efficiently dissolve the metal by the following method and apparatus.
[0033]
The first aspect of the efficient metal melting method of the present invention uses a metal melting facility comprising a melting chamber for melting metal by an arc and a preheating chamber directly connected to the upper side of the melting chamber, wherein the metal is the melting chamber and the An efficient metal melting method according to the following steps, wherein the metal is preheated in a state where the preheating chamber is continuously filled and then melted.
A metal dissolution accelerating step for supplying carbon and oxygen to the melting chamber and burning the same to promote dissolution of the metal;
Combustion air supply step for supplying combustion air to the melting chamber, causing secondary combustion of the exhaust gas generated in the melting chamber, and further promoting dissolution of the metal;
A sealing step for sealing the opening to prevent outside air from entering the metal melting facility;
A furnace pressure control step of accurately controlling the pressure in the metal melting facility to a predetermined value.
[0034]
The second aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the metal dissolution accelerating step is performed by supplying the carbon to the melting chamber at a constant rate.
3rd aspect of the efficient metal melting | dissolving method of this invention is performed so that the initial amount of slag which exists in the said melt | dissolution chamber may satisfy the following formula | equation at the time of the start of melt | dissolution of the said metal. Efficient metal dissolution method.
Ws> 2.5QO2
Ws: Initial holding slag amount (kg)
QO2:Total oxygen supply (Nm3)
[0035]
Here, supplementary explanation of the second aspect and the third aspect will be described. The composition of the exhaust gas that passes through the preheating chamber is supplied to the melting chamber with carbon and oxygen combustion exhaust gas (CO gas) supplied to the melting chamber. CO2 gas generated by combustion with air. In any case, the source is mainly CO gas generated from the melting chamber. In actual operation, if the generation rate of the CO gas generated from the melting chamber can be kept constant during melting, the composition of the exhaust gas passing through the preheating chamber and the subsequent combustion control of the exhaust gas can be sufficiently performed.
[0036]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a melting method in which oxygen is supplied to molten steel in a melting chamber and CO gas is generated at a uniform rate when CO gas is generated from the melting chamber. Is to provide. As a technique for solving the above-described problems, the present inventors are a method of melting metal using an arc melting facility having a melting chamber and a preheating shaft directly connected to the melting chamber, and the metal is separated into the melting chamber and the preheating chamber. Dissolve the metal in the melting chamber by arc while supplying the metal continuously or intermittently to the preheating chamber so as to maintain the continuous state, and supply the carbon source and oxygen gas into the melting chamber for combustion. When a predetermined amount of molten steel has accumulated in the melting chamber, and when a molten iron is present in the melting chamber and the preheating chamber, the molten steel is discharged into the melting chamber while the metal is being melted. A second aspect of the metal melting method is characterized in that the supply rate of the carbon source to be supplied is constant. A method for melting a cold iron source characterized in that the amount of initial slag present in the melting chamber is maintained at or above the amount calculated by the following equation (1) at the start of melting of the cold iron source. What is proposed is the third aspect.
Ws> 2.5Q. 2 1
Ws: Initial holding slag amount (kg)
Qo2: Total supply oxygen (Nm3)
[0037]
In a fourth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the combustion air supply step disperses the combustion air from a plurality of blowing ports provided in the melting chamber and blows it into the melting chamber. This is an efficient metal dissolution method.
[0038]
A fifth aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the combustion air supply step is performed by preheating the combustion air with heat generated by melting the metal.
[0039]
A sixth aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the preheating is performed by passing the combustion air through a duct provided in contact with a furnace body of the melting chamber. is there.
[0040]
A seventh aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the combustion air supply step is performed by controlling the combustion air to a predetermined amount and supplying it to the melting chamber. is there.
[0041]
In an eighth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the control of the combustion air is performed so that the composition of the exhaust gas becomes a predetermined value by analyzing the components of the exhaust gas generated by melting the metal. It is an efficient metal dissolution method.
[0042]
A ninth aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the combustion air is controlled by adapting the composition of the exhaust gas to the following equation.
OD value = CO2 / (CO + CO2)
[0043]
A tenth aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the control of the combustion air is further performed with the oxygen concentration contained in the exhaust gas being a predetermined value or less.
[0044]
According to an eleventh aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the exhaust gas component analysis is sufficient to withstand the continuous operation for one week by branching and sucking the exhaust gas discharged from the preheating chamber with a suction pump. This is an efficient metal melting method performed by a laser gas analyzer after passing through a simple dust collector having a filtration area and temporarily removing dust in the exhaust gas.
[0045]
According to a twelfth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the sealing step is performed by blowing sealing air controlled to a predetermined amount into an opening existing in an operating part of the metal melting facility. This is a typical metal dissolution method.
[0046]
A thirteenth aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the sealing air is also used as the combustion air.
[0047]
In a fourteenth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the furnace pressure control step measures the amount of carbon, the amount of oxygen, and the amount of combustion air supplied to the melting chamber, and the measured value It is an efficient metal melting method that is performed by calculating the amount of exhaust gas generated from the gas.
[0048]
According to a fifteenth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the furnace pressure control step is performed by controlling the rotational speed of an exhaust fan installed on an exhaust gas duct connected to the preheating chamber. It is.
[0049]
The 16th aspect of the efficient metal melting | dissolving method of this invention is an efficient metal melting | dissolving method which the said furnace pressure control process performs by control of the opening degree of the exhaust damper installed in the previous-stage exhaust gas duct.
[0050]
The seventeenth aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method further comprising the following steps.
A step of accurately detecting the level of the molten metal (hereinafter referred to as “molten metal”) accumulated in the melting chamber;
Detecting accurately the level of the metal filled in the preheating chamber.
[0051]
According to an eighteenth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the molten metal level detecting step detects the absolute position of the mast of the electrode supplying the arc, and the arc length converted from the absolute position and the set voltage. It is an efficient metal melting method performed by calculating from the above.
[0052]
According to a nineteenth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the metal level detection step applies a microwave to the upper surface of the metal in the preheating chamber and receives a reflected wave from the upper portion of the preheating chamber, thereby receiving a metal level. It is an efficient method for dissolving metal.
[0053]
According to a twentieth aspect of the efficient metal melting method of the present invention, in the metal level detection step, a microwave transmitter and a receiver are arranged in a cross section of the preheating chamber, and the receiver receives the microwave. It is an efficient metal melting method that detects the presence or absence of metal in the cross section.
[0054]
A first aspect of the efficient metal melting facility of the present invention includes a melting chamber for melting metal by an arc and a preheating chamber directly connected to the upper side of the melting chamber, and the metal is continuous with the melting chamber and the preheating chamber. A metal melting facility that melts after preheating the metal in a filled state, and is an efficient metal melting facility including the following members.
A metal supply accelerating device comprising a carbon supply device for supplying carbon to the dissolution chamber and an oxygen supply device for supplying oxygen to the dissolution chamber;
A combustion air supply device for supplying combustion air to the melting chamber;
A sealing device that seals an opening present in the metal melting facility and prevents outside air from entering the metal melting facility;
A furnace pressure control device for accurately controlling the pressure in the furnace to a predetermined value.
[0055]
According to a second aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the combustion air supply device has a plurality of blowing ports on the melting chamber for dispersing the combustion air and blowing it into the melting chamber. It is an efficient metal melting facility.
[0056]
A third aspect of the efficient metal melting facility according to the present invention is an efficient metal melting facility in which the combustion air supply device includes a preheating device that preheats the combustion air by heat generated by melting the metal. is there.
[0057]
According to a fourth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the preheating device further includes a preheating duct that is in contact with the furnace body of the melting chamber and is preheated by passing the combustion air through the interior thereof. It is an efficient metal melting facility.
[0058]
According to a fifth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the combustion air supply device includes a combustion air control device that controls the combustion air to a predetermined amount and supplies the combustion air into the melting furnace. It is a metal melting facility.
[0059]
According to a sixth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the combustion air control device takes in and calculates the exhaust gas analyzer for analyzing the component of the exhaust gas generated by the melting of the metal, An efficient metal melting facility comprising an air flow rate control device for controlling the combustion air to a predetermined amount.
[0060]
According to a seventh aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the exhaust gas analyzer is installed on the branch pipe for sucking the exhaust gas, the branch pipe for branching and sucking the exhaust gas discharged from the preheating chamber. An efficient metal melting facility comprising a suction pump, a simple dust collector installed on the branch pipe and having a sufficient filtration area for temporarily removing dust in the exhaust gas, and a laser gas analyzer.
[0061]
According to an eighth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the sealing device has a blowing port for blowing sealing air into an opening existing in an operating part of the metal melting chamber, and a predetermined amount of the sealing air. This is an efficient metal melting facility equipped with a sealing air control device.
[0062]
According to a ninth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the furnace pressure control device includes a flow rate measuring device for measuring the carbon amount, the oxygen amount, and the combustion air amount supplied to the melting chamber; An efficient metal melting facility provided with a pressure control device for controlling the furnace pressure of the metal melting facility to a predetermined value based on the amount of generated exhaust gas calculated from the flow rate measurement value.
[0063]
A tenth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention is an efficient metal melting facility in which the pressure control device has a control function of controlling a suction flow rate of the exhaust fan.
[0064]
An eleventh aspect of the efficient metal melting facility of the present invention is an efficient metal melting facility in which the pressure control device includes a device for controlling an opening degree of the exhaust damper.
[0065]
A twelfth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention is an efficient metal melting facility further comprising the following members.
A molten metal level detection device for accurately detecting the level of molten metal accumulated in the melting furnace;
A metal level detection device for accurately detecting the level of the metal filled in the preheating chamber.
[0066]
In a thirteenth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the molten metal level detection device is converted from a detector that detects an absolute position of a mast of an arc electrode that supplies the arc, and the absolute position and a set voltage. Further, the present invention is an efficient metal melting facility provided with an arithmetic unit that calculates the level of the molten metal from the length of the arc.
[0067]
According to a fourteenth aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the metal level detection device includes a microwave transmitter and a receiver arranged in a cross section of the preheating chamber, and the receiver is a micro-device. It is an efficient metal melting facility that detects the presence or absence of metal in the cross section depending on whether or not a wave is received.
[0068]
Another aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the molten metal level detecting step is performed by applying a microwave to the liquid surface of the molten metal and receiving a reflected wave.
[0069]
Another aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the molten metal level detecting step is performed by applying a laser wave to the liquid surface of the molten metal and receiving a reflected wave.
[0070]
In another aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the laser wave is applied to the molten metal surface that appears when the oxygen is blown into the melting furnace and the slag covering the molten metal surface is scattered. This is an efficient metal melting method that accurately detects the level of the molten metal.
[0071]
Another aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the molten metal level detection step is performed by scattering the slag covering the liquid surface of the molten metal by blowing the oxygen. .
[0072]
The other aspect of the efficient metal melting | dissolving method of this invention is an efficient metal melting | dissolving method in which the said molten metal level detection process is performed by installing the said laser distance meter in the oxygen lance which blows in the said oxygen.
[0073]
In another aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the molten metal level detection step lowers the charged electrode bar from the furnace lid of the melting chamber to the liquid level of the molten metal, and the lower end of the electrode bar and the This is done by measuring the distance traveled by the electrode rod when the molten metal is energized
[0074]
In another aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the molten metal level detecting step is performed by connecting a pipe from which gas is discharged to the outside air from one end opened from the furnace lid of the melting chamber to the liquid level of the molten metal. It is an efficient metal melting method performed by lowering and measuring the moving distance of the pipe when the pressure of the gas in the pipe rises above a predetermined value.
[0075]
In another aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the molten metal level detection step theoretically calculates the molten metal amount from the measured value of the amount of the material charged into the metal melting facility and the amount of input energy, This is an efficient metal melting method carried out by subtracting the measured value of the actual molten metal discharge from the theoretical calculation amount.
[0076]
Another aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the metal level detection step is performed by hitting an outer wall of the metal preheating chamber with a hammer and detecting vibration caused by the hit. .
[0077]
Another aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the metal level detection step is performed by photographing the inside of the preheating chamber with a camera and performing the photographed image by image processing. .
[0078]
In another aspect of the efficient metal melting method of the present invention, the metal level detection step is performed by applying a voltage to an electrode charged horizontally in the preheating chamber and measuring the voltage drop. Dissolution method.
[0079]
Another aspect of the efficient metal melting method of the present invention is an efficient metal melting method in which the metal level detection step is performed by installing a proximity switch in the preheating chamber and detecting the operation of the proximity switch.
[0080]
In another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the molten metal level detecting device includes a transmitter that applies a microwave to the liquid surface of the molten metal, a receiver that receives a reflected wave from the liquid surface, and the receiver. This is an efficient metal melting facility provided with an arithmetic unit that calculates the molten metal level from the data detected by.
[0081]
According to another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the molten metal level detection device includes a laser range finder that measures a distance by applying a laser to a liquid surface of the molten metal to receive a reflected wave, and the laser range finder It is an efficient metal melting facility provided with an arithmetic unit that calculates the molten metal level from detection data.
[0082]
Another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention is an efficient metal melting facility in which the laser rangefinder is installed in the oxygen lance.
[0083]
In another aspect of the efficient metal melting facility according to the present invention, the molten metal level detection device includes an electrode rod, a power supply device for charging the electrode rod, an ammeter for detecting an energization state of the electrode rod, and the electrode rod for melting the electrode rod. Elevating device that lowers or raises from the furnace lid of the furnace to the surface of the molten metal, a distance meter that measures the moving distance of the electrode rod, and an arithmetic device that calculates the molten metal level from the data of the ammeter and the distance meter Is an efficient metal melting facility.
[0084]
In another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the molten metal level detection device includes a pipe having one end opened, an air supply device for introducing gas from the other end of the pipe, and an opening of the pipe. A pressure gauge that detects whether or not the pipe is blocked, a lifting device that lowers or raises the pipe from the furnace lid of the melting furnace to a liquid level of the molten metal, a distance meter that measures a moving distance of the pipe, It is an efficient metal melting facility provided with an arithmetic unit that calculates the level of the molten metal from data of a pressure gauge and the distance meter.
[0085]
According to another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the metal level detection device is a hammer device that strikes an outer wall of the preheating chamber, a vibration meter that detects vibration caused by the hammer device, and the vibration meter. Is an efficient metal melting facility provided with an arithmetic unit that calculates a metal level from data detected by the computer.
[0086]
According to another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the metal level detection device includes a camera that images the inside of the preheating chamber, and an image processing device that performs image processing on the captured image and calculates the metal level. Is an efficient metal melting facility.
[0087]
In another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the metal level detection device includes an electrode inserted horizontally in the preheating chamber, and a voltage measurement device that measures a voltage drop by applying a voltage to the electrode. An efficient metal melting facility comprising an arithmetic unit that calculates the metal level from data detected by the voltage measuring device.
[0088]
According to another aspect of the efficient metal melting facility of the present invention, the metal level detection device includes a proximity switch installed in the preheating chamber, a power supply device that charges the proximity switch, and data related to the proximity switch. It is an efficient metal melting facility provided with an arithmetic device for calculating the metal level.
[0089]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, an embodiment relating to a method for making the generation amount of exhaust gas mainly containing CO gas constant will be described.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an arc melting facility according to an embodiment of the present invention. This arc melting equipment is provided with a melting chamber 2 for melting metal, a preheating chamber 3 directly connected to the upper part, and an exhaust duct portion 18 connected to an exhaust gas suction system at the upper end of the preheating chamber 3. A metal 14 is charged into the melting chamber 2 and the preheating chamber 3.
A scrap charging packet 13 is provided above the preheating chamber 3, and iron scrap 14 is charged into the preheating chamber 3 from the bucket 13. In this case, the charging of the metal 14 from the bucket 13 is performed by continuously supplying the metal 14 to the preheating chamber 3 so that the metal 14 is continuously present in the melting chamber 2 and the preheating chamber 3 during operation. Or supply intermittently.
[0090]
An openable / closable furnace lid 5 is provided at the upper part of the melting chamber 2, and an arc electrode 7 is inserted vertically through the furnace lid 5 from above the melting chamber 2. A furnace bottom electrode 6 is provided at a position facing the arc electrode 7 in the melting chamber 2. Then, the metal 14 is melted by the arc 17 formed by the arc electrode 7 to become a molten metal 15. A slag 16 is formed on the vortex 15, and an oxygen blowing lance 8 and a carbon blowing lance 9 that penetrate the furnace lid 5 and can move up and down in the melting chamber 2 are provided. Oxygen is blown into the melting chamber 2 from 8, and carbon materials such as coke, cheer, coal, charcoal, and graphite are blown into the melting chamber 2 from the carbon blowing lance 9 using air, nitrogen, etc. as a carrier gas. It is. Further, in order to cause the exhaust gas to undergo secondary combustion, on the opposite side of the portion where the preheating chamber 3 of the melting chamber 2 is installed by the lance 10, the outlet side is pressed by the door 19 at the bottom thereof, and the inside is filled with sand or wheels. A hot water outlet 11 filled with mud material and a steel outlet 12 whose outlet side is pressed by a door 20 are provided on the side wall thereof.
[0091]
The route of the exhaust gas generated from this melting facility will be described. First, oxygen and carbon blown from the oxygen blowing lance 8 and the carbonaceous material blowing lance 9 burn, respectively, and CO gas is generated from the melting chamber. This generated CO gas is partially combusted by oxygen-containing gas (air) blown from the secondary combustion blow lance 10 and air entering from the gap between the electrode 7 and the furnace lid 5 and the gap between the furnace walls 5, etc. It becomes.
Thus, the gas composition generated and generated from the melting chamber becomes CO, CO2, N2, 02, and is connected to a dust collector (not shown) through the gap of the cold iron source 14 filled in the preheating chamber 3. The exhaust gas duct 18 is discharged. At this time, the high temperature exhaust gas prematures the metal 14 charged in the preheating chamber 3. However, as disclosed in the prior art 4, if the oxygen concentration in the exhaust gas cannot be accurately controlled, problems such as fusion of metals in the preheating chamber will occur.
[0092]
The operation method of this melting facility is that the amount of molten metal in the melting chamber after one steel heat out is small, so at the start of melting the next heat, the oxygen flow rate of oxygen sent from the oxygen lance is small and the amount of molten steel increases. Therefore, it is necessary to increase the acid delivery rate. Fig. 2 shows typical operation patterns in this facility. FIG. 2 shows changes in the acid delivery rate and carbon addition rate during dissolution, and changes in the generation rate of CO gas generated from the dissolution chamber at that time. Usually, the acid feed rate and the carbon addition rate are generally blown in an amount that reacts in a chemical equivalent amount. As a result, the CO gas generated from the dissolution chamber changes greatly with the change in the acid feed rate. I understand that. Therefore, if the amount of exhaust gas from the preheating chamber is not controlled in order to cope with the change in the generated CO gas, the exhaust gas composition will fluctuate greatly and troubles as disclosed in the prior art 4 will occur.
[0093]
Here, the present inventors conducted a sincere investigation on a method for reducing the fluctuation of CO gas generated during dissolution, and found the following method. That is, the conventional carbon addition rate is changed in chemical equivalence with the change in the acid feed rate. By keeping the carbon addition rate constant during melting, the carbon addition rate is kept on the molten steel at this time. The present inventors have found that it is necessary for operation to keep the amount of slag that is more than the amount calculated by the following formula (1).
Ws> 2.5Qo2 (1)
Ws: Initial holding slag amount (kg)
Qo2: Total supply oxygen (Nm3)
[0094]
In the following, description will be given by way of an example in an actual machine.
The melting equipment used in the examples is a cold iron source melting equipment as shown in FIG. 1, and the operating conditions are Tap-Tap time 35 minutes, amount of steel output 70 t (the amount of molten steel before steel output 105 t), oxygen basic unit 36 Nm3. / T, carbon basic unit is 28 kg / t. At this time, the change in the generated CO gas when the carbon addition rate according to the prior art is changed together with the change in the oxygen addition rate is shown in FIG. It has fluctuated greatly. On the other hand, FIG. 3 shows changes in the CO gas generation rate when the carbon addition rate, which is the method of the present invention, is kept constant during dissolution.
According to FIG. 3, the CO gas generated from the melting chamber is accommodated at a change of 110 Nm 3 / min to 175 Nm 3 / min in the initial stage of melting, and it can be seen that the change of the CO gas is reduced as compared with the prior art.
[0095]
Moreover, the relationship between the reduction effect of generated CO gas and the amount of slag was investigated based on the operating conditions shown in FIG. The results are shown in Tables 1 and 2. The CO generation fluctuation reduction rate with respect to the base conditions in Tables 1 and 2 is defined by the following equation.
CO generation fluctuation reduction rate = (COmax−COmin) / (CObmax−CObmin)
COmax: Maximum value of CO generation rate (Nm3 / min)
COmin: Minimum value of CO generation rate (Nm3 / min)
CObmax: Maximum value of CO generation rate under base conditions (Nm3 / min)
CObmin: Minimum value of CO generation rate under base conditions (Nm3 / min)
As shown in Tables 1 and 2, it can be seen that if the amount of slag retained on the molten steel is increased, this CO generation fluctuation reduction rate can be reduced.
[0096]
Here, the figure shows the result of a further investigation as to how much the reduction rate of CO generation fluctuation can be reduced in terms of operation. The vertical axis ΔOD in FIG. 4 indicates the composition change of the exhaust gas discharged from the preheating chamber, and represents the fluctuation range of the burnup degree of the exhaust gas (OD = CO2 / (CO + CO2)). In actual operation, this ΔOD needs to be 0.1 or less, and for this purpose, as can be seen from FIG. 4, it has been found that the CO generation fluctuation reduction rate needs to be 60% or less. On the other hand, when the relationship between the slag amount / total acid delivery amount (kg / Nm 3) and the CO generation fluctuation reduction rate is illustrated from Table 1 and Table 2, the relationship shown in FIG. 5 was obtained. That is, in order to obtain the CO generation fluctuation reduction rate of 60% or less necessary for operation, it is understood that the value of slag amount / total amount of acid (kg / Nm3) needs to be 2.5 or more.
[0097]
Therefore, in order to further stabilize the composition of the exhaust gas passing through the preheating chamber and avoid troubles as disclosed in the prior art,
(1) During the melting of the cold iron source, the supply rate of the carbon source supplied to the melting chamber is constant,
(2) At the start of melting of the cold iron source, the amount of initial slag present in the melting chamber should be kept above the amount calculated from the following formula (1).
Ws> 2.5Qo2 (1)
Ws: Initial holding slag amount (kg)
Qo2: Total supply oxygen (Nm3)
Found that is necessary.
[0098]
Next, in order to appropriately secondary-combust the generated CO gas, an embodiment of a method in which air controlled to a predetermined amount is dispersed after being preheated and blown into the melting chamber will be described.
FIG. 6 shows a schematic view of a system in which combustion air is preheated and blown into the melting chamber. The combustion air taken in by the suction force of the air fan 41 is controlled to a predetermined amount by the combustion air control device 40 and enters the preheating duct 38. The preheating duct 38 is installed around the outer wall of the melting chamber 31, and the combustion air is preheated by heat due to metal melting while passing through the preheating duct 38. After preheating, the combustion air is blown into the melting chamber 31 from a plurality of blow ports 39.
[0099]
Inside the melting chamber 31, the raw metal 34 is melted by the arc electrode device 35. Further, carbon is supplied from the carbon supply device 36 to the dissolution chamber 31, and oxygen is supplied from the oxygen supply device 37 to the dissolution chamber 31. Carbon and oxygen react and burn, promote metal dissolution, and generate CO gas after combustion. The generated CO gas reacts with the combustion air blown into the melting chamber 31 from the blow-in port 39 to perform secondary combustion, further promoting the dissolution of the metal. Since the captured combustion air is preheated and controlled to a predetermined amount, optimal secondary combustion is performed and the amount of exhaust gas is also minimized.
[0100]
A method for controlling the combustion air in the combustion air control device 40 is shown in FIG. This control device includes an air flow rate calculation device 51, a laser type gas analysis device 52, a conventional exhaust gas analyzer 52A, a carbon flow meter 53, an oxygen flow meter 54, and an air control valve 55 for secondary combustion. The secondary combustion air flow rate calculation device 51 calculates the CO gas generation amount from the carbon amount detected by the carbon flow meter 53 and the oxygen amount detected by the oxygen flow meter 54. Next, set OD value [OD value = CO2/ (CO + CO2)] Calculate the amount of combustion air required to The combustion air control valve 55 controls the secondary combustion air to a predetermined amount. O2Control that does not exceed the upper limit of the value is also performed.
Further, feedback control is performed based on the actually measured value of the exhaust gas component obtained by the laser gas analyzer 52 (an example will be described below).
Although a conventional exhaust gas analyzer may be installed, a time delay occurs in the case of the conventional type, and correction is performed by the secondary combustion air flow rate calculation device 51 in consideration of the time delay. There is a need.
[0101]
Next, the laser gas analyzer 52 will be described with reference to FIG. The exhaust gas generated by melting the metal is discharged from the melting chamber through the preheating chamber 61 to the exhaust gas duct 62. A branch pipe 63 is connected to the inlet side of the exhaust gas duct 62 to branch and suck the exhaust gas at a flow rate necessary for exhaust gas analysis. A simple dust collector 64, a suction pump 65 and a laser analyzer 66 are installed in the branch pipe 63. The laser analyzer 66 includes a pump for sucking gas and a filter paper.
[0102]
The exhaust gas discharged from the preheating chamber 61 to the exhaust gas duct 62 is branched and sucked into the branch pipe 65 by the suction force of the suction pump 65. The sucked exhaust gas passes through the simple dust collector 64, and dust in the exhaust gas is temporarily removed. Here, the suction force of the suction pump 65 has the ability to suck a much larger amount of exhaust gas than the pump of the laser analyzer 66. Accordingly, the diameter of the branch pipe 63 can be made sufficiently large, and the filtration area of the simple dust collector can be sufficiently taken, so that fine dust can be temporarily removed as compared with the prior art. The exhaust gas after the temporary removal of dust flows into the laser analyzer 66 at a flow rate suitable for the laser analyzer 66 by a pump of the laser gas analyzer. Excess exhaust gas flows separately to the bypass pipe and does not flow into the laser gas analyzer 66. The laser analyzer has a filter paper inside, removes fine dust that could not be removed by a simple dust collector, and then performs laser gas analysis.
[0103]
In the prior art, a laser gas analyzer may be installed directly in the exhaust gas duct. In this case, the measurement accuracy is lowered because it is always affected by dust in the exhaust gas. In addition, purging of gas is necessary to prevent contamination inside the analyzer, and purging of N 2 or the like is necessary depending on the component of the gas to be analyzed.
Even in the prior art, a method of connecting a branch pipe from an exhaust gas duct and branching and analyzing the exhaust gas for analysis is also employed. In this method, a filter and a laser gas analyzer are installed on the branch pipe. The exhaust gas is sucked into the branch pipe by a pump included in the laser gas analyzer. When the exhaust gas sucked passes through the filter, dust in the exhaust gas is temporarily removed. The dust that could not be removed temporarily by the filter is removed by the filter paper of the laser gas analyzer. However, dust that can be removed by a filter is up to several μm in diameter, and even smaller dust particles pass through the filter paper. Therefore, the dust that has passed is removed by the filter paper of the laser gas analyzer. Therefore, there is a problem that the filter paper in the analyzer needs to be replaced frequently.
[0104]
Further, the diameter of the branch pipe becomes very small when matched to the suction amount of the pump of the laser gas analyzer, and there arises a problem that dust contained in the exhaust gas adheres to the pipe and the pipe itself is blocked due to the dust. Further, in order to avoid the above problem, if the pipe diameter is increased, the gas flow rate becomes slow, and the problem of clogging occurs due to the accumulation of dust on the pipe.
In the present invention, since the suction is performed by the suction pump 65 that is larger than the pump of the laser gas analyzer 66, the flow rate of exhaust gas to be branched and sucked is sufficiently large, and the simple dust collector 64 has a sufficient filtration area that can withstand continuous operation for one week. Therefore, even fine dust can be removed. Therefore, the amount of dust removed by the filter paper of the laser gas analyzer 66 is greatly reduced as compared with the prior art, and the problem of filter paper replacement frequency is solved. Moreover, since the pipe diameter is large and the exhaust gas flow rate is sufficient, there is no problem of blockage of the branch pipe due to the volume of dust.
[0105]
Next, the detail of the sealing device which seals the opening part which exists in the operation part of a metal melting facility is shown in FIG. The sealing device includes a sealing chamber 71 that covers a portion where the operating member 72 penetrates from the outside to the inside 73 of the metal melting device, an air duct that sends sealing air to the sealing chamber, a control device, and an air fan. The air sucked from the outside air by the suction force of the air fan 76 is controlled to a predetermined amount by the control device 75. The taken-in air passes through the air duct 74 and is blown into the seal chamber 71. Since the pressure of the blown seal air is higher than the pressure of the outside air and the metal melting equipment inside 73, it is possible to prevent the outside air from flowing into the metal melting equipment inside 73 from the gap 77 existing around the operating member. As a result, it is possible to prevent unnecessary air from flowing in as in the prior art to unnecessarily increase the amount of exhaust gas or to disturb the furnace pressure control.
[0106]
Further, the blown sealing air can be effectively used as the secondary combustion air for the generated CO gas. The taken-in air is preheated as necessary and then blown into the seal chamber. As one method of preheating, there is a method of preheating by heat generated by metal melting as shown in FIG.
[0107]
The furnace pressure control of the metal melting facility is performed by a furnace pressure control system as shown in FIG. 10 in a state where the inflow of outside air that becomes a disturbance of control is minimized by the sealing device.
In a state where the metal 84 is continuously filled in the melting chamber 81 and the preheating chamber 82, the metal 84 is melted by the arc electrode device 85 to become a molten metal 83. In order to assist the melting of the arc electrode 85, carbon is blown from the carbon supply device 87 and oxygen is blown into the melting chamber 81 from the oxygen supply device 86. The blown carbon and oxygen burn, promote metal dissolution, and generate exhaust gas mainly composed of CO gas. Furthermore, combustion air is blown into the melting chamber 81 by the combustion air supply device 88, and the exhaust gas is secondarily burned to promote metal melting.
[0108]
In this furnace pressure control system, the carbon flow rate that is blown into the melting chamber 81 is detected by the carbon flow meter 90, the oxygen flow rate that is blown into the melting chamber 81 is detected by the oxygen flow meter 89, and the combustion air flow meter 91 is used. The flow rate of oxygen blown into the melting chamber 81 is detected, and data is transferred to the arithmetic unit 92.
The calculation device 92 calculates the amount of exhaust gas generated from the transferred data. From the calculated amount of exhaust gas, the required exhaust gas discharge flow rate for calculating the set furnace pressure is calculated. There are the following two methods for controlling the required discharge flow rate.
[0109]
One method is a method in which the opening of the exhaust gas damper (the main damper 94 and the bypass damper 95) is fixed and the rotational speed of the exhaust gas fan 96 is controlled to control the set pressure in the furnace.
The other method is a method that is taken when the variation in the amount of exhaust gas generated is large. A combination of opening degrees of the main damper 94 and the bypass damper 95 is set in advance according to the amount of exhaust gas generated in the furnace. For example, about 10 combinations are set according to the amount of generated exhaust gas. According to this method, the damper opening is controlled by the combination according to the amount of generated exhaust gas, and the set furnace pressure is controlled by controlling the rotational speed of the exhaust gas fan 96.
[0110]
With the above-described sealing device and furnace pressure control system, it has become possible to control the furnace pressure of the metal melting facility, which has been impossible in the past, to a predetermined value. With the above furnace pressure control, it is possible to dissolve metal more efficiently than in the prior art.
Examples of the melt level detection system for detecting the level of the melt accumulated in the melting chamber include the following embodiments.
The first embodiment of the molten metal level detection system is a method for detecting the absolute position of the mast of an electrode for supplying an arc and calculating the molten metal level based on the absolute position and the length of the arc converted from a set voltage. It is. The detailed calculation method is shown below.
[0111]
Estimated calculation of molten steel level by electrode position
1. Way of thinking
The molten steel surface level is estimated by calculation from the length under the holder of the electrode that is automatically measured during the extreme stretching operation, the electrode wear main estimated from the power data during operation, and the electrode mast position during operation.
2. Calculation procedure
2.1 Measuring the length under the holder when extremely extending
1) At the time of electrode extension operation performed at the furnace cover fully open position, the length below the holder is calculated from the electrode mast position when the electrode grip is once opened and then the electrode is stretched and the electrode is gripped again.
2) When extreme stretching operation is performed by a method other than the above, or when an abnormality occurs in the length data under the holder for some reason, the data is manually corrected from the HMl (Human Machine Interface) screen.
[0112]
2.2 Estimation of electrode consumption
1) It is assumed that the consumption of the electrode proceeds in proportion to the amount of power consumption, and each time the power consumption soil increases by a certain value, the holder lower length Lel (i) at 1 is recalculated by the following calculation formula.
Lel (i) = Lel (I-1) Lcns
Lcns is the consumption length of the electrode with constant power consumption
The length under the holder is replaced with the latest measured value at every extreme stretching operation.
2.3 Hot water level
In FIG. 14, the schematic diagram which shows the principle of the estimation calculation of the molten steel level by an electrode position is shown.
1) Arc length La (i) is a function of secondary phase power P2 (i) and secondary phase current 2 (i),
La (i) = P2 (i) / I2 (i) −r × 12 (i) −k
P2 (i) l2 (i) is an average value of a certain set period immediately before the calculation, and k and r are constants.
2) Since the arc always has an angle with respect to the molten steel surface, the distance Dst (i) between the electrode tip and the molten metal surface is as follows.
Dst (i) = La (i) xa
In the above equation, a is a constant determined by the angle between the arc and the molten metal surface (assumed to be a fixed value).
[0113]
3) As the furnace body tilts, the distance between the lowest point of the furnace shell and the upper limit of the electrode mast is shortened by Dof (i). The values are as follows, assuming that the tilt angle is 0 (i) and the rotation radius is rof: It is expressed by the following formula.
Dof (i) = rof (1−COS∈) (i))
4) Further, if the mast descending distance from the upper limit of the electrode is Lcp (i), and the distance between the lowest point of the furnace shell when the furnace is horizontal and the lower end of the holder at the mast upper limit position is Lb, the lowest point of the furnace shell The distance Lst (i) from the molten steel surface is expressed by the following equation.
Lst (i) = Lb−Dst (i) −Dof (i) − (Lel (i) + Lcp (i)) codε) (i)
[0114]
2.4 Operation with three electrodes
1) Perform the above calculation for all three electrodes.
2) Of the three calculated values, select two closest values, and if the difference is within the set value for normality determination, the average value of the two values is used as the estimated value of the molten steel level.
3) When the above conditions are not met (when the difference between the three values exceeds the set value for normal determination), it is regarded as an estimated calculation abnormality and an alarm is output. Internally, the previous normal estimated value is held, and when the data of the molten metal level is required for another function (for example, lance level control), the value is used.
[0115]
The second embodiment of the molten metal level detection system is a method for detecting the molten metal level by applying a microwave to the molten metal surface, receiving a reflected wave, and measuring the distance. A microwave transmitter and receiver are installed above the furnace lid of the melting chamber. A microwave is applied from the transmitter toward the surface of the molten metal. The reflected wave is received by the receiver, and the distance between the molten metal surfaces is measured by a microwave level meter. In this case, since the slag covers the upper part of the molten metal, it is necessary to perform correction in consideration of the thickness. It is also conceivable that slag covering the upper part of the molten metal surface is scattered by the blowing force of an oxygen lance or the like, and measurement is performed by applying a microwave to the molten liquid surface that appears thereafter.
[0116]
The third embodiment of the molten metal level detection system is a method for detecting the molten metal level by measuring a distance by applying a laser wave to the molten metal surface and receiving a reflected wave. The distance between the laser distance meter and the liquid level is measured by applying a laser wave toward the liquid surface of the molten metal with a laser distance meter and receiving a reflected wave. Similar to the second embodiment, slag covers the top of the hot water surface. In order to measure the distance of the melt surface itself, it is necessary to remove the covering slag. Since the laser rangefinder is small, it can be installed in an oxygen lance that supplies oxygen to the melting chamber. Therefore, when the slag that covers the top of the molten metal is scattered by blowing oxygen from the oxygen lance and the liquid level of the molten metal appears, it is possible to accurately measure the distance by applying a laser wave from the laser range finder to the liquid level. It is. Since the position of the laser rangefinder in the lance can be grasped, the exact level of the molten metal can be detected by calculation.
[0117]
In the fourth embodiment of the molten metal level detection system, the charged electrode rod is lowered from the furnace lid of the melting chamber to the molten metal surface, and the movement distance of the electrode rod when the molten metal is energized with the lower end of the electrode rod is measured. This is a method for detecting the level of the molten metal.
Details will be described with reference to FIG. The electrode rod 104 is connected to the power supply device 108 and applied with a predetermined voltage. Therefore, if the tip of the electrode 104 touches a conductive object, a current flows. If a current flows, the ammeter 107 detects the current.
An elevating device 105 that elevates and lowers the electrode 104 is installed on the upper surface of the furnace lid 103 of the melting chamber 102. The lifting device 105 is provided with a distance meter 106 for measuring the moving distance of the electrode 104.
[0118]
The charged electrode 104 is lowered toward the molten metal 101 by the lifting device 105. The point in time when the hot water surface 101 is energized from the electrode rod 104 can be detected by the ammeter 107, and the moving distance of the electrode 104 at that time can be measured by the distance meter 106. Since the absolute position of the lifting device 105 is known in advance, the level of the molten metal 101 can be calculated by the arithmetic device 109.
[0119]
In the fifth embodiment of the molten metal level detection system, a pipe in which gas is released from the open end to the outside air is lowered from the furnace lid of the melting chamber to the liquid level of the molten metal, and the pressure of the gas in the pipe is predetermined. This is a method of detecting the level of the molten metal by measuring the moving distance of the pipe at the time when it rises above the value.
Details will be described with reference to FIG. Any gas can be used as long as it does not interfere with the safety of metal dissolution, but air is considered to be the cheapest and safest. An air pipe 130 is connected to one end of the pipe 124 having a predetermined length. The supply pipe 130 and the pipe 124 are connected by a hose 131 so that the pipe 124 can be moved up and down. Since air is supplied to the pipe 124 from the fan 128 and the other end is open, the air is released into the atmosphere. A pressure gauge 127 is installed on the air supply pipe 130.
[0120]
On the upper surface of the furnace lid 123 of the melting chamber 122, an elevating device 125 for elevating the pipe 124 is installed. The lifting device 125 is provided with a distance meter 126 for measuring the moving distance of the pipe 124.
The pipe 124 is lowered toward the molten metal 121 by the lifting device 125. When the lower end of the pipe 124 approaches the hot water surface of the molten metal 121, the outflow of the air that has been released to the atmosphere is hindered, and the pressure of the air flowing through the air pipe 130 increases rapidly. This is detected by the pressure gauge 127. Further, the moving distance of the pipe 124 at that time can be measured by the distance meter 126. Since the absolute position of the elevating device 125 is known in advance, the level of the molten metal 121 can be calculated by the arithmetic device 129.
[0121]
In the sixth embodiment of the molten metal level detection system, the molten metal amount is theoretically calculated from the measured values of the amount of material and energy input to the metal melting facility, and the actual discharge amount of the molten metal is measured from the theoretical amount of calculation. This is a method of calculating the level of the molten metal by subtracting the value. Details are shown below.
Details of material balance
Estimated calculation of molten steel amount, slag amount and scrap amount in the furnace
1. Way of thinking
The molten steel weight, slag weight, and scrap weight in the furnace are estimated from the mass balance. Although it is not strict as a concept, the following materials should be considered for entering and leaving the furnace.
1.1 Furnace material
1) Scrap weight (packet charging and skip charging)
2) Sub raw material weight (brands and weight of actual inputs from auxiliary raw material transfer equipment)
1.2 Furnace materials
1) Amount of molten steel
2) Steel output slag amount
3) Waste slag amount
[0122]
2. Calculation prerequisites
1) Each scrap has a value of molten steel yield (ηscj and ηastj) and slag content (ηsgi and ηasgj) for each compounding and auxiliary material for each brand. (J is a subscript representative of the formulation and brand).
2) Since it is the total weight of the molten steel and slag that can be measured by the load cell of the ladle cart at the time of steel output, the slag at the time of steel output is assumed to be a quantitative value, and the remainder excluding the ladle input auxiliary material weight is the molten steel. Consider weight.
3) The slag outflow weight from the outlet is assumed that the slag will continue to flow out when the furnace door is open while the furnace body is tilting backward during the melting period, and the slag will flow out. It is proportional to the time that is present (not closed). However, as a measure to prevent entertainment, an upper limit is set for the owner of the shelter room.
[0123]
3. Calculation timing and calculation method
When the following events occur, the following formula is used to calculate the total scrap charge Wsct (i), the total auxiliary material input amount Walyt (i) from the start of the campaign to the present time point, and the total slag discharge weight Wsgtaot from the discharge port. (I), total steel overlap Wtapt (i), total steel slag weight Wsgtapt (i), and total ladle input auxiliary material weight Watapt (i), and in-furnace scrap weight Wsc (i), furnace The inner molten steel weight Wst (i) and the in-furnace slag weight Wsg (i) are calculated. Also, the average molten steel yield ηSC (i) of scrap, the average slag content ratio symbol ηSg (i) in scrap, the average molten steel yield ηast (i) of secondary raw material, and the average slag content ηasg (i) of secondary raw material Also calculate.
[0124]
3.1 Scrap charging from bucket (Wscb (i), operator input)
Wsct (i) = Wsct (i−1) + Wscb (i)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (i-1)
Wtapt (i) = Wtapt (i-1)
Wsgtapt (i) = Wsgtapt (i-1)
Data (i) = Data (i-1)
Wsc (i) = Wsc (i-1) + Wscb (i)
Wst (i) = Wst (i-1)
Wsg (i) = Wsg (i-1)
ηsc (i) = (ηsc (i−1) × Wsct (i−1) + ηscb (i) × Wscb (i)) / Wsct (i)
ηsg (i) = (ηsg (i−1) × Wsct (i−1) + ηsgb (i) × Wscb (i)) / Wsct (i)
ηast (i) = ηast (i−1)
ηasg (i) = ηasg (i−1)
[0125]
3.2 Scrap charging from skip (Wscs (i), lower gate opened with scrap in chamber)
Wsct (i) = Wsct (i−1) + Wscs (i)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (i-1)
Wtapt (i) = Wtapt (i-1)
Wsgtapt (1) = Wsgtapt (i-1)
Data (i) = Data (i-1)
Wsc (i) = Wsc (i-1) + Wscs (i)
Wsg (i) = Wsg (i-1)
ηsc (i) = (ηsc (i−1) × Wsct (i−1) + ηscs (i) × Wscs (i)) / Wsct (i)
ηsg (i) = (ηsg (i−1) × Wsct (i−1) + ηsgs (i) × Wscs (i)) / Wsct (i)
ηast (i) = ηast (i−1)
ηasg (i) = ηasg (i−1)
[0126]
3.3 In-shaft scrap level M (additional level) is detected (down to the additional level) When the in-shaft scrap level M is detected, scrap from the bottom of the shaft to the M level is scrap, and other scraps that have been input so far The following calculation is performed on the assumption that all are made of molten steel and slag.
Wsct (i) = Wsct (i-1)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (i-1)
Wtapt (i) = Wtapt (i-1)
Wsgtapt (i) = Wsgtapt (i-1)
Data (i) = Data (i-1)
Wsc (i) = Wsfl
[0127]
Here, Wsftll is the weight when scrap is jammed at the level LL from the shaft bottom (set value)
Wst (i) = ηsc (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηast (i) × Walyt (i) −Wtapt (i) + Wsgtapt (i) + Watapt (i)
Wsg (i) = ηsg (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηasg (i) × Walyt (i) −Wsgt (i) −Wsgtapt (i)
ηsc (i) = ηsc (i−1)
ηsg (i) = ηsg (i−1)
ηast (i) = ηast (i−1)
ηasg (i) = ηasg (i−1)
[0128]
3.4 Detection of shaft scrap level LL (lower limit level) (decreased to lower limit level)
When the in-shaft scrap level LL is detected, the following calculation is performed on the assumption that the scrap from the shaft bottom to the LL level is scrap, and all the other scraps that have been introduced so far are molten steel and slag.
Wsct (i) = Wsct (i-1)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (i-1)
Wtapt (i) = Wtapt (i-1)
Wsgtapt (i) = Wsgtapt (i-1)
Watapt (i) = Wapatt (i-1)
Wsc (i) = Wsftll
[0129]
Here, Wsftll is the weight when the scrap is controlled from the shaft bottom to the level LL (set value)
Wst (i) = ηsc (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηast (i) × Walyt (i) −Wtapt (i) + Wsgtapt (i) + Watapt (i)
Wsg (i) = ηsg (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηasg (i) × Walyt (i) −Wsgt (i) −Wsgtapt (i)
ηsc (i) = ηsc (i−1)
ηsg (i) = ηsg (i−1)
ηast (i) = ηast (i−1)
ηasg (i) = ηasg (i−1)
[0130]
3.5 When the effective energy input from the previous calculation reaches a certain value (200 kWh in terms of energy) during the dissolution period
Wsct (i) = Wsct (i-1)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (i-1)
Wtapt (i) = Wtapt (i-1)
Wsgtapt (i) = Wsgtapt (i-1)
Watapt (i) = Wapatt (i-1)
Wsc (i) = Wsc (i−1) −Wscm × fm (Wst (i−1))
[0131]
Here, Wscm is a reference value of the scrap weight that melts with an energy of 200 kWh, and fm () is a coefficient that influences the molten steel weight on the melting speed of the scrap in the shift.
Wst (i) = ηsc (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηast (i) × Walyt (i) −Wtapt (i) + Wsgtapt (i) + Watapt (i)
Wsg (i) = ηsg (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηasg (i) × Walyt (i) −Wsgt (i) −Wsgtapt (i)
ηsc (i) = ηsc (i−1)
ηsg (i) = ηsg (i−1)
ηast (i) = ηast (i−1)
ηasg (i) = ηasg (i−1)
[0132]
3.6 In-furnace auxiliary material input (input weight Waly (i))
Wsct (i) = Wsct (i-1)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (i-1)
Wtapt (i) = Wtapt (i-1)
Wsgtapt (i) = Wsgtapt (i-1)
Watapt (i) = Wapatt (i-1)
Wsc (i) = Wsc (i-1)
Wst (i) = ηsc (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηast (i) × Walyt (i) −Wtapt (i) + Wsgtapt (i) + Watapt (i)
Wsg (i) = ηsg (i) x (Wsct (i) −Wsc (i))
+ Ηasg (i) × Walyt (i) −Wsgt (i) −Wsgtapt (i)
ηsc (i) = ηsc (i−1)
ηsg (i) = ηsg (i−1)
ηast (i) = (ηast (i−1) × Walyt (i−1) + ηalyst (i) × Wally (i)) / Walyt (i)
ηasg (i) = (ηasg (i−1) × Walyt (i−1) + ηalysg (i) × Wally (i)) / Walyt (i)
[0133]
3.7 A certain period of time (about 5 seconds) has elapsed since the melting door and the furnace body were tilted backwards and the outlet door was opened.
Wsct (i) = Wsct (i-1)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (I-1) + wdsg
Wds9 is the slag weight that flows out during the set time
Wtapt (i) = Wtapt (i-1)
Wsgtapt (i) = Wsgtapt (i-1)
Watapt (i) = Wapatt (i-1)
Wsc (i) = Wsc (i-1)
Wst (i) = Wst (i-1)
Wsg (i) = Wsg (i-1) -Wdsg
ηsc (i) = ηsc (i−1)
ηsg (i) = ηsg (i−1)
ηast (i) = ηast (i−1)
ηasg (i) = ηasg (i−1)
[0134]
3.8 Completed steel production
Wsct (i) = Wsct (i-1)
Walyt (i) = Walyt (i-1)
Wsgt (i) = Wsgt (I-1) + wdsg
Wtapt (i) = Wtapt (i-1) + Wtap
Wsgtapt (i) = Wsgtapt (i-1) + Wsgtap
Watapt (i) = Watapt (i-1) + Wapatt
Wsc (i) = Wsc (i-1)
Wst (i) = Wst (i-1) -Wtap + Watap + Wsgtap
Wsg (i) = Wsg (i-1) -Wdsg
ηsc (i) = ηsc (i−1)
ηsg (i) = ηsg (i−1)
ηast (i) = ηast (i−1)
ηasg (i) = ηasg (i−1)
[0135]
Here, Wtap is a weight value detected by a ladle cart weigher as a steel output weight, Watap is a weight of an auxiliary raw material put into the ladle during steel output, and Wsgtap is a slag weight (fixed value) involved in steel output.
[0136]
Next, an embodiment of a metal level detection device that accurately detects the level of metal filled in the preheating chamber will be described below.
The first embodiment of the metal level detection device is a metal level detection device including a hammer device that strikes the outer wall of the preheating chamber, a vibration meter that measures vibrations of the preheating chamber caused by the strike, and an arithmetic unit. The preheating chamber outer wall has different vibration frequencies between a portion where the preheating chamber is filled with metal and a portion where there is no metal. Therefore, the position where the vibration frequency of the outer wall of the preheating chamber detected by the vibrometer greatly changes can be determined as the uppermost portion of the filled metal. The level of the metal filled in the melting chamber can be detected by calculating this position by the arithmetic unit.
The second embodiment of the metal level detection device is a metal level detection device including a camera that looks into the inside of the melting chamber obliquely from above and an image processing device that performs image processing on the camera image. Since the filled metal is preheated, the temperature is high, and the preheat chamber is cooled, so the temperature is low. Therefore, boundaries having different temperatures can be determined by image processing. The level of the filled metal can be detected from the obtained boundary position.
[0137]
The third embodiment of the metal level detection device is a metal level detection device comprising an electrode inserted horizontally in the preheating chamber, a voltage measurement device for applying a voltage to the electrode and measuring a voltage drop, and an arithmetic unit. . If there is a metal in front of the charged electrode, electricity flows from the electrode to the metal, so the voltage of the electrode drops. Therefore, it can be determined that there is a metal at a position where the voltage drops and there is no metal at a position where the voltage does not drop. The level of the metal filled in the melting chamber can be detected by calculating this position by the arithmetic unit.
The fourth embodiment of the metal level detection device is a metal level detection device including a proximity switch, a power supply device, and an arithmetic device installed in the preheating chamber. If there is metal in front of the proximity switch, the proximity switch is activated. If the operating position is detected by the arithmetic device, the level of the metal filled in the preheating chamber can be detected.
[0138]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
The amount of exhaust gas that passes through the preheating chamber by reducing the fluctuation of CO gas generated from the melting chamber as much as possible in an apparatus that melts metal using a metal melting facility having a melting chamber and a preheating chamber directly connected to the melting chamber. In addition, it is possible to reduce the fluctuation of the exhaust gas composition as much as possible, to avoid the problem of metal fusion in the preheating chamber and to simplify the exhaust gas treatment method after the exhaust gas is discharged into the preheating chamber.
Furthermore, preheating chamber preheating is performed by dispersing combustion air that is controlled to a predetermined amount based on the analytical value obtained by the method of performing reliable exhaust gas analysis in continuous operation and preheated by heat generated during melting. By doing so, the most efficient secondary combustion in the furnace is performed, and the melting of the metal is promoted. Further, the amount of generated exhaust gas can be minimized.
Furthermore, it is possible to prevent the increase in the amount of exhaust gas by improving the sealing performance of the metal melting equipment, minimize the disturbance of the furnace pressure control, and use the furnace pressure control method of the present invention, so that the furnace with much higher accuracy than the conventional one. The pressure can be controlled.
Furthermore, the most efficient metal melting system from metal melting to exhaust gas treatment can be obtained by adopting various methods for accurately measuring the level of the supplied raw metal and the level of the molten metal. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an arc furnace facility showing one example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing changes in the acid feeding and carbon addition patterns during dissolution and the CO gas generation rate generated from the dissolution chamber by the conventional method.
FIG. 3 is a graph showing a change in the constant rate addition pattern of carbon and the generation rate of CO gas generated from the dissolution chamber according to the present invention.
(Table 1) It is a table | surface (field of acid-feeding basic unit 35Nm3 / t) which shows the influence of the amount of slag of this invention. (Table 2) It is a table | surface (field of acid-feeding basic unit 25Nm3 / t) which shows the influence of the amount of slag of this invention.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an exhaust gas composition change and a CO generation fluctuation reduction rate.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the CO generation fluctuation reduction rate and the operating conditions (slag amount / total acid delivery amount).
FIG. 6 is a schematic diagram of a system in which secondary combustion air is preheated and blown into a melting chamber.
FIG. 7 is a system schematic diagram showing a method for controlling secondary combustion air.
FIG. 8 is a system schematic diagram of a laser gas analyzer.
FIG. 9 is a system schematic diagram of a sealing device that seals an opening existing in an operating part of a metal melting facility.
FIG. 10 is a system schematic diagram of a furnace pressure control system that performs furnace pressure control of a metal melting facility.
FIG. 11 is a system schematic diagram of a level measurement system that measures the level of a molten metal using charged electrodes.
FIG. 12 is a system schematic diagram of a level measurement system that measures the level of a molten metal through a pipe that discharges gas.
FIG. 13 is a system schematic diagram showing a prior art metal melting system.
FIG. 14 is a diagram showing the principle of molten steel level estimation calculation based on electrode positions.
[Explanation of symbols]
1 DC arc furnace
2 dissolution chamber
3 Preheating room
4 furnace wall
5 hearth
6 Furnace bottom electrode
7 Upper electrode
8 Oxygen blowing lance
9 Charcoal blowing lance
10 Lance for secondary combustion
11 Hot spring outlet
12 Thin mouth
13 buckets
14 Metal
15 Molten metal
16 Slag
17 Arc
18 Exhaust gas duct
19 Door 1
31 dissolution chamber
32 Refractories
33 molten metal
34 metal
35 Arc electrode device
36 Carbon feeder
37 Oxygen supply device
38 Preheating duct
39 Inlet
40 Combustion air control device
41 Air fan
51 Combustion air amount calculation device
52 Laser gas analyzer
52A Conventional exhaust gas analyzer
53 Carbon flow meter
54 Oxygen flow meter
55 Combustion air control valve
61 Preheating room
62 Exhaust gas duct
63 Branch piping
64 Simple dust collector
65 Suction pump
66 Laser analyzer
71 Sealing chamber
72 Working parts
73 Inside metal melting equipment
74 Air duct
75 Controller
76 Air fan
77 Clearance
81 Dissolution chamber
82 Preheating room
83 Molten metal
84 metal
85 Arc electrode device
86 Oxygen supply device
87 Carbon feeder
88 Combustion air supply system
89 Oxygen flow meter
90 carbon flow meter
91 Combustion air flow meter
92 Arithmetic unit
93 Exhaust gas duct
94 Main damper
95 Bypass damper
96 Exhaust gas fan
101 molten metal
102 Dissolution chamber
103 hearth
104 electrodes
105 Lifting device
106 Distance meter
107 Ammeter
108 Power supply
109 Arithmetic unit
121 molten metal
122 Dissolution chamber
123 hearth
124 piping
125 Lifting device
126 Distance meter
127 Pressure gauge
128 air fan
129 arithmetic unit
130 Supply piping
131 hose
201 Dissolution chamber
202 Preheating room
203 molten metal
204 metal
205 Electrode device
206 Carbon feeder
207 Oxygen supply device
208 Exhaust gas system
209 Exhaust gas duct
210 damper
211 Exhaust gas treatment equipment
212 Exhaust gas fan
213 Filter
214 Laser analyzer
215 Branch piping

Claims (34)

アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備える金属溶解設備を用い、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解をする方法であって、下記の工程による効率的金属溶解方法。
前記溶解室にカーボンと酸素を供給して燃焼させ、金属の溶解を促進する金属溶解促進工程と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給して、前記溶解室で発生した排ガスを二次燃焼させ、更に、前記金属の溶解を促進させる燃焼用空気供給工程と、
開口部をシールして外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール工程と、
前記金属溶解設備内の圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御工程。Using a metal melting facility comprising a melting chamber for melting metal by an arc and a preheating chamber directly connected to the upper side of the melting chamber, the metal is continuously filled in the melting chamber and the preheating chamber. An efficient method for dissolving metal by the following steps.
A metal dissolution accelerating step for supplying carbon and oxygen to the melting chamber and burning the same to promote dissolution of the metal;
Combustion air supply step for supplying combustion air to the melting chamber, causing secondary combustion of the exhaust gas generated in the melting chamber, and further promoting dissolution of the metal;
A sealing step for sealing the opening to prevent outside air from entering the metal melting facility;
A furnace pressure control step of accurately controlling the pressure in the metal melting facility to a predetermined value. 前記金属溶解促進工程が、前記カーボンを一定速度で前記溶解室へ供給して行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal dissolution method according to claim 1, wherein the metal dissolution promotion step is performed by supplying the carbon to the dissolution chamber at a constant speed. 前記金属溶解促進工程が、前記金属の溶解の開始時において、前記溶解室に存在する初期スラグ量を下記の式を満足するように行われる請求項２に記載の効率的金属溶解方法。
Ｗｓ＞２．５ＱＯ２
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
ＱＯ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）The efficient metal melting | dissolving method of Claim 2 performed so that the said metal melt | dissolution promotion process may satisfy | fill the following formula for the initial amount of slag which exists in the said melt | dissolution chamber at the time of the melt | dissolution start of the said metal.
Ws> 2.5Q O2
Ws: Initial holding slag amount (kg)
Q O2: Total supply oxygen (Nm 3 ) 前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記溶解室に設けられた複数の吹き込み口から分散して前記溶解室中に吹き込んで行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。2. The efficient metal melting method according to claim 1, wherein the combustion air supply step is performed by dispersing the combustion air from a plurality of blowing ports provided in the melting chamber and blowing the air into the melting chamber. 前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱して行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。2. The efficient metal melting method according to claim 1, wherein the combustion air supply step is performed by preheating the combustion air with heat generated by melting the metal. 前記予熱が、前記燃焼用空気を前記溶解室の炉体に接して設けられたダクトを通過させることにより行われる請求項５に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal melting method according to claim 5, wherein the preheating is performed by passing the combustion air through a duct provided in contact with a furnace body of the melting chamber. 前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解室中へ供給して行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal melting method according to claim 1, wherein the combustion air supply step is performed by controlling the combustion air to a predetermined amount and supplying the combustion air into the melting chamber. 前記燃焼用空気の制御が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行い、前記排ガスの組成が所定値となるように行われる請求項７に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal melting method according to claim 7, wherein the control of the combustion air is performed such that a component analysis of the exhaust gas generated by melting of the metal is performed and the composition of the exhaust gas becomes a predetermined value. 前記燃焼用空気の制御が、前記排ガスの組成を、下式に適合させて行われる請求項８に記載の効率的金属溶解方法。
ＯＤ値 ＝ ＣＯ２ ／（ＣＯ＋ＣＯ２）The efficient metal melting method according to claim 8, wherein the combustion air is controlled by adapting the composition of the exhaust gas to the following equation.
OD value = CO 2 / (CO + CO 2 ) 前記燃焼用空気の制御が、更に、前記排ガスに含まれる酸素濃度を所定値以下にして行われる請求項９に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal melting method according to claim 9, wherein the control of the combustion air is further performed by setting an oxygen concentration contained in the exhaust gas to a predetermined value or less. 前記排ガスの成分分析が、前記予熱室から排出された前記排ガスを、吸引ポンプによって分岐吸引し、一週間の連続運転に耐えうる十分なろ過面積を有する簡易集塵機を通過させて前記排ガス中のダストの一時除去を行った後に、レーザガス分析器によって行なわれる請求項８に記載の効率的金属溶解方法。In the exhaust gas component analysis, the exhaust gas discharged from the preheating chamber is branched and sucked by a suction pump, and passed through a simple dust collector having a sufficient filtration area that can withstand continuous operation for one week. The efficient metal melting | dissolving method of Claim 8 performed by a laser gas analyzer after performing temporary removal of this. 前記シール工程が、前記金属溶解設備の稼動部に存在する開口部に、所定量に制御されたシール用空気を吹き込むことによって行なわれる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。2. The efficient metal melting method according to claim 1, wherein the sealing step is performed by blowing sealing air controlled to a predetermined amount into an opening existing in an operating part of the metal melting facility. 前記シール用空気を、前記燃焼用空気としても使用する請求項１２に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal melting method according to claim 12, wherein the sealing air is also used as the combustion air. 前記炉圧制御工程が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定し、前記測定値から発生する排ガス量を演算して行う請求項１に記載の効率的金属溶解方法。The furnace pressure control step is performed by measuring the amount of carbon, the amount of oxygen, and the amount of combustion air supplied to the melting chamber, and calculating an amount of exhaust gas generated from the measured value. Efficient metal melting method. 前記炉圧制御工程が、前記予熱室に接続された排ガスダクト上に設置された排気ファンの回転数の制御によって行う請求項１４に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal melting method according to claim 14, wherein the furnace pressure control step is performed by controlling the number of revolutions of an exhaust fan installed on an exhaust gas duct connected to the preheating chamber. 前記炉圧制御工程が、前期排ガスダクト上に設置された排気ダンパの開度の制御によって行う請求項１４に記載の効率的金属溶解方法。The efficient metal melting method according to claim 14, wherein the furnace pressure control step is performed by controlling an opening degree of an exhaust damper installed on the exhaust gas duct in the previous period. 更に次の工程を備える請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
前記溶解室に溜まった溶解後の前記金属（以下「溶湯」と称する。）のレベルを精度よく検出する工程と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する工程。Furthermore, the efficient metal melting | dissolving method of Claim 1 provided with the following process.
A step of accurately detecting the level of the molten metal (hereinafter referred to as “molten metal”) accumulated in the melting chamber;
Detecting accurately the level of the metal filled in the preheating chamber. 前記溶湯レベル検出工程が、前記アークを供給する電極のマストの絶対位置を検出し、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アーク長から演算して行なわれる請求項１７に記載の効率的金属溶解方法。18. The efficient metal according to claim 17, wherein the molten metal level detecting step is performed by detecting an absolute position of a mast of an electrode supplying the arc and calculating from the arc length converted from the absolute position and a set voltage. Dissolution method. 前記金属レベル検出工程が、前記予熱室上部から前記予熱室内の金属の上面にマイクロ波をあて反射波を受信することにより、金属のレベルを検出する請求項１７に記載の効率的金属溶解方法。18. The efficient metal melting method according to claim 17, wherein the metal level detection step detects the metal level by applying a microwave to the upper surface of the metal in the preheating chamber and receiving a reflected wave from the upper portion of the preheating chamber. 前記金属レベル検出工程が、前記予熱室の横断面にマイクロ波の発信機と受信機を配置し、受信機がマイクロ波を受信したかどうかで、その横断面の金属の有無を検出する請求項１７に記載の効率的金属溶解方法。The said metal level detection process arrange | positions the transmitter and receiver of a microwave in the cross section of the said preheating chamber, and the presence or absence of the metal of the cross section is detected by whether the receiver received the microwave. 18. The efficient metal dissolution method according to item 17. アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備え、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解する金属溶解設備であって、下記の部材を備えた効率的金属溶解設備。
前記溶解室にカーボンを供給するカーボン供給装置と前記溶解室に酸素を供給する酸素供給装置を備える金属溶解促進装置と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、
前記金属溶解設備に存在する開口部をシールして、外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール装置と、
前記炉内圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御装置。A melting chamber for melting metal by an arc and a preheating chamber directly connected to the upper side of the melting chamber are provided, and the metal is melted after preheating the metal in a state where the metal is continuously filled in the melting chamber and the preheating chamber. An efficient metal melting facility comprising the following members.
A metal supply accelerating device comprising a carbon supply device for supplying carbon to the dissolution chamber and an oxygen supply device for supplying oxygen to the dissolution chamber;
A combustion air supply device for supplying combustion air to the melting chamber;
A sealing device that seals an opening present in the metal melting facility and prevents outside air from entering the metal melting facility;
A furnace pressure control device for accurately controlling the pressure in the furnace to a predetermined value. 前記燃焼用空気供給装置が、前記燃焼用空気を分散して前記溶解室内に吹き込む複数の吹き込み口を、前記溶解室上に備えている請求項２１に記載の効率的金属溶解設備。The efficient metal melting facility according to claim 21, wherein the combustion air supply device has a plurality of blowing ports on the melting chamber for dispersing and blowing the combustion air into the melting chamber. 前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱する予熱装置を備えている請求項２２に記載の効率的金属溶解設備。The efficient metal melting facility according to claim 22, wherein the combustion air supply device includes a preheating device that preheats the combustion air with heat generated by melting the metal. 前記予熱装置が、更に、前記溶解室の炉体に接しており前記燃焼用空気が内部を通過することにより予熱される予熱ダクトを備えている請求項２３に記載の効率的金属溶解設備。24. The efficient metal melting facility according to claim 23, wherein the preheating device further includes a preheating duct that is in contact with a furnace body of the melting chamber and is preheated when the combustion air passes through the furnace. 前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解炉中へ供給する燃焼空気制御装置を備えている請求項２４に記載の効率的金属溶解設備。The efficient metal melting facility according to claim 24, wherein the combustion air supply device includes a combustion air control device that controls the combustion air to a predetermined amount and supplies the combustion air into the melting furnace. 前記燃焼用空気制御装置が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行なう排ガス分析装置と、前記分析値を取り込んで演算し、前記燃焼用空気を所定量に制御する空気流量制御装置を備える請求項２５に記載の効率的金属溶解設備。An exhaust gas analyzer for analyzing a component of exhaust gas generated by melting of the metal; and an air flow rate controller for taking the calculated value and controlling the combustion air to a predetermined amount. The efficient metal melting | dissolving installation of Claim 25 provided. 前記排ガス分析装置が、前記予熱室から排出された前記排ガスを分岐吸引する分岐配管と、前記分岐配管上に設置され前記排ガスを吸引する吸引ポンプと、前記分岐配管上に設置され前記排ガス中のダストの一時除去を行うために十分なろ過面積を有する簡易集塵機と、レーザガス分析器を備える請求項２６に記載の効率的金属溶解設備。The exhaust gas analyzer includes a branch pipe that branches and sucks the exhaust gas discharged from the preheating chamber, a suction pump that is installed on the branch pipe and sucks the exhaust gas, and is installed on the branch pipe in the exhaust gas. The efficient metal melting | dissolving equipment of Claim 26 provided with the simple dust collector which has sufficient filtration area for performing the temporary removal of dust, and a laser gas analyzer. 前記シール装置が、前記金属溶解室の稼動部に存在する開口部にシール用の空気を吹き込む吹き込み口と、前記シール用空気を所定量に制御するシール用空気制御装置を備える請求項２２に効率的金属溶解設備。23. The efficiency according to claim 22, wherein the sealing device includes a blowing port for blowing sealing air into an opening existing in an operating portion of the metal melting chamber, and a sealing air control device that controls the sealing air to a predetermined amount. Metal melting equipment. 前記炉圧制御装置が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定する流量測定装置と、前記流量測定値から演算された発生排ガス量をもとに前記金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御する圧力制御装置を備える請求項２２に記載の効率的金属溶解設備。The furnace pressure control device is configured to measure the amount of carbon supplied to the melting chamber, the amount of oxygen, and the amount of combustion air, and the amount of generated exhaust gas calculated from the measured flow rate. The efficient metal melting facility according to claim 22, further comprising a pressure control device that controls a pressure in the furnace of the metal melting facility to a predetermined value. 前記圧力制御装置が、前記排気ファンの吸込流量を制御する制御機能を備える請求項２９に記載の効率的金属溶解設備。30. The efficient metal melting facility according to claim 29, wherein the pressure control device has a control function of controlling a suction flow rate of the exhaust fan. 前記圧力制御装置が、前記排気ダンパの開度を制御する装置を備える請求項２９に記載の効率的金属溶解設備。30. The efficient metal melting facility according to claim 29, wherein the pressure control device includes a device that controls an opening degree of the exhaust damper. 更に下記部材を備えた、請求項２１に記載の効率的金属溶解設備。
前記溶解炉に溜まった溶湯のレベルを精度よく検出する溶湯レベル検出装置と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する金属レベル検出装置。The efficient metal melting facility according to claim 21, further comprising:
A molten metal level detection device for accurately detecting the level of molten metal accumulated in the melting furnace;
A metal level detection device for accurately detecting the level of the metal filled in the preheating chamber. 前記溶湯レベル検出装置が、前記アークを供給するアーク電極のマストの絶対位置を検出する検出器と、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アークの長さにから前記溶湯のレベルを算出する演算装置を備える請求項３２に記載の効率的金属溶解設備。The molten metal level detecting device calculates a level of the molten metal from a detector that detects an absolute position of a mast of an arc electrode that supplies the arc, and an arc length converted from the absolute position and a set voltage. The efficient metal melting facility according to claim 32, comprising an arithmetic unit. 前記前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の横断面に配置されたマイクロ波の発信機と受信機を備えており、前記受信機がマイクロ波を受信したか否かによって、前記横断面の金属の有無を検出する、請求項３２に記載の効率的金属溶解設備。The metal level detection device includes a microwave transmitter and a receiver disposed in a cross section of the preheating chamber, and the metal of the cross section depends on whether the receiver receives a microwave. The efficient metal melting | dissolving installation of Claim 32 which detects the presence or absence of.
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