JP2004251532A - 冷鉄源のアーク溶解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄スクラップＳの装入に際して、炉内ガスの漏洩を確実に防止できる。
【解決手段】冷鉄源を溶解する溶解室と、前記溶解室の一方側の上部に直結され、冷鉄源を予熱する予熱シャフト２と、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極と、前記溶解室に突設され、出湯口を有する出湯部と、前記溶解室を前記出湯部側へ傾動させる傾動手段とを有し、前記予熱シャフト内の冷鉄源は、溶解中に前記溶解室の予熱シャフトが設けられている一方側から他方側へ向けて供給され、前記出湯部は、冷鉄源の供給方向とは異なる方向に設けられている、冷鉄源のアーク溶解炉において、予熱シャフト２内に冷鉄源を装入する装入手段１８が設けられ、装入手段１８は、上部扉１９と、下部扉２０と、上部扉１９および下部扉２０とが同時に開放されることを阻止する機械的ロック手段とを備えている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷鉄源のアーク溶解炉、特に、予熱シャフト内に冷鉄源を装入する際に生じる炉内ガスの漏洩を確実に防止することができる、冷鉄源のアーク溶解炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源および環境問題から、発生量の多い鉄鋼スクラップをアーク炉を用いて溶解するプロセスが増加している。このようなアーク炉では、スクラップ溶解に多くの電力を消費するため、溶解中に炉から発生する排ガスでスクラップを予熱しながら溶解し、必要とする電力を極力少なくする、冷鉄源のアーク溶解炉が提案されている。
【０００３】
その１つに特許第３１１４７１３号（特許文献１）のアーク溶解炉がある。以下、この従来アーク溶解炉を、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図８は、従来アーク溶解炉を示す概略斜視図、図９は、図８のＡ−Ａ線断面図、図１０は、図８のＢ−Ｂ線断面図、図１１は、傾動後の図８のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００５】
図８から図１１に示すように、この従来アーク溶解炉は、冷鉄源をアーク溶解するための溶解炉１と、その一方側１ａの上部に直結された、上方に向かって延在する予熱シャフト２と、溶解室１に設けられた出湯部３とを備えている。
【０００６】
予熱シャフト２の上端には、排ガス吸引系に連結する可動排気ダクト４が設けられている。可動排気ダクト４内の排ガスは、排ガス処理設備（図示せず）側に接続される固定排気ダクト（図示せず）を通って排ガス処理設備に送られる。この溶解炉１および予熱シャフト２には、冷鉄源としての鉄スクラップＳが装入される。
【０００７】
予熱シャフト２の上方にはスクラップ装入バケット５が設けられており、このバケット５から予熱シャフト２の入口２Ａから予熱シャフト２内に鉄スクラップＳが装入される。また、棚吊りを防止するため、予熱シャフト２に炭素源、例えばコークスを装入しても良い。この場合に、このバスケット５からのスクラップＳの装入は、操業中に、スクラップＳが溶解室１と予熱シャフト２に連続して存在する状態を保つように予熱シャフト２へスクラップＳを連続的または断続的に供給する。この際のスクラップＳの装入は、操業実績に基づいて予め設定されたレシピに基づいて行っても良いし、予熱シャフト２内のスクラップＳの量を検出可能なセンサーを設け、このセンサーからの信号に基づいてバケット５によるスクラップＳの投入を適宜の制御手段により制御するようにしても良い。
【０００８】
溶解炉１の上部には、開閉可能な炉蓋６が設けられており、その炉蓋６を貫通して溶解炉１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、溶解炉１の炉底８のアーク電極７と対向する位置には、炉底電極９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１０により、スクラップＳが溶解され、溶鋼１１となる。溶鋼１１の上にはスラグ１２が形成されており、アーク１０は、このスラグ１２内に形成されることとなる。アーク電極７は、支持部材１３に支持されていて、炉の傾動と共に傾動する。
【０００９】
溶解炉１には、２本のランス１４ａ、１４ｂがその先端を溶鋼湯面に向けて挿入されており、ランス１４ａからは酸素が供給され、ランス１４ｂからは補助熱源としてのコークスがそれぞれインジェクションされる。
【００１０】
予熱シャフト２内のスクラップＳは、溶解炉１の一方側（予熱シャフト２側）１ａからその他方側（反対側）１ｂに向かう方向へ供給されるが、出湯部３は、このスクラップＳの供給方向に対して直交する方向に向くように溶解炉１に突設されている。そして、溶解炉１は、図示しない傾動手段により、傾動軸線（Ｌ）を中心として出湯部３側に傾動可能となっている。また、溶解炉１の予熱シャフト２が設けられた部分と出湯部３が設けられた部分とは距離ａだけ離間しており、溶解炉１が傾動された際に、その部分の壁部によりスクラップＳが出湯部３側に流出することが阻止される。
【００１１】
出湯部３の先端近傍の底部には、出湯口１５が形成されており、この出湯口１５を開閉するための上下動可能なストッパー１６が設けられている。さらに、出湯部３の先端部側面には、スラグ１２の排出時に開くスラグドア１７が設けられている。
【００１２】
このように構成される従来アーク溶解炉において、鉄スクラップを溶解するには、まず、溶解炉１と予熱シャフト２内に、冷鉄源としての鉄スクラップＳを装入し、鉄スクラップＳが溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態とする。
【００１３】
この状態でアーク電極７によりアーク１０を形成し、鉄スクラップＳを溶解する。この際に、ランス１４ａから酸素を供給し、スクラップの溶解を補助する。そして、炉内に溶鋼が溜まってきたら、ランス１４ｂからスラグ中に補助熱源としてのコークスをインジェクションしてスラグフォーミング操業に移行し、電極７の先端をスラグ１２中に埋没させ、アーク１０がスラグ１２内に形成されるようにする。この補助熱源としてのコークスはスクラップＳの溶解に寄与する。
【００１４】
このようなスクラップ溶解により発生する排ガスは、予熱シャフト２および可動排気ダクト４を経由して炉外に排出され、この排ガスの熱により、シャフト２内のスクラップＳが予熱される。
【００１５】
溶解炉１内でスクラップＳが溶解するに従い、予熱シャフト２のスクラップが順次溶解炉１に供給されるため、予熱シャフト２内のスクラップＳの上端位置が低下してくる。この場合に、スクラップＳが溶解室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つように、バケット５から予熱シャフト２へスクラップＳを連続的または断続的に供給する。これにより、常に一定量以上のスクラップが溶解炉１および予熱シャフト２内に存在している状態が保たれる。この際のスクラップＳの装入は、上述したように、操業実績に基づいて予め設定されたレシピに基づいて行っても良いし、予熱シャフト２内のスクラップＳの量を検出可能なセンサーを設け、このセンサーからの信号に基づいてバケット４によるスクラップＳの投入を制御するようにしても良い。
【００１６】
スクラップＳが溶解していくと、溶解炉１内で冷鉄源であるスクラップＳと溶鋼とが共存する状態となっており、溶鋼の温度が低く、例えば、１５４０〜１５５０℃と、溶鋼の凝固温度１５３０℃に対してわずかなスーパーヒートしかなく、このままでは出湯の際に出湯口がつまる等の不都合が生じる。このため、出湯前に図７に示すように、溶解炉１を出湯部３側に傾動させてアーク加熱を続ける。この場合に、出湯部３は、溶解炉１へのスクラップＳの流入方向に対して直交する方向に向くように溶解炉１に突設されており、しかも、溶解炉１の予熱シャフト２が設けられた部分と出湯部３が設けられた部分とは距離ａだけ離間しており、その部分の壁部によりスクラップＳが出湯部３側に流出することが阻止されるため、出湯部３側へ流れ込んだ溶鋼とスクラップＳとの接触面積を小さくすることができる。従って、溶鋼のスーパーヒートを高くすることができ、出湯される溶鋼の温度が低いという問題を回避することができる。
【００１７】
以上のようにして溶解が進行し、所定量の溶鋼が炉内に溜まったら、溶解炉１を傾動して溶鋼とスクラップの接触面積を小さくし、一定時間アーク加熱することにより溶鋼をスーパーヒートさせた後、さらに、溶解炉１を傾動させ溶解炉１および溶解シャフト２内にスクラップＳが連続して存在する状態を保ったまま、出湯部３の出湯口１５を塞いでいたストッパー１６を上昇させて出湯口１５を開き、出湯口１５から１チャージ分の溶鋼を取鍋等へ出湯する。
【００１８】
このようにしてスクラップを溶解する場合には、予熱シャフト２内にプッシャーやフィンガー等のスクラップ搬送供給のための設備を備えていないので、これらが設けられている従来溶解設備よりも使用する酸素量を増やすことができ、排ガス温度を高めることができる。従って、従来溶解設備よりも高い温度にスクラップを予熱することが可能になる。
【００１９】
また、常にスクラップＳが溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態を保つように予熱シャフト２へスクラップＳを供給し、溶解炉１内で１チャージ分以上の溶鋼が形成されてこれを出湯する際にも、溶解炉１および予熱シャフト２に連続してスクラップが存在するため、排ガスによるスクラップ予熱効率が高い。この場合に、溶解中および出湯時に１チャージ分の５０％以上のスクラップを溶解炉１および予熱シャフト２に連続して存在するようにすることによって、予熱効率が極めて高いものとなる。
【００２０】
以上のように、プッシャーやフィンガー等の設備が不要であるため排ガス温度を高めることができ、かつ常にスクラップＳが溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態を保つことができるのでスクラップの溶解効率が極めて高い。また、冷鉄源であるスクラップＳとそれが溶解して生成された溶鋼との接触面積を小さくすることができるので、溶鋼をスーパーヒートさせることができ、出湯される溶鋼の温度が低いという問題を解消することができる等、従来アーク溶解炉は、種々の利点を有していた。
【００２１】
【特許文献１】
特許第３１１４７１３号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来アーク溶解炉は、以下のような問題を有していた。
【００２３】
上述のように、鉄スクラップＳが溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在すうものの、予熱シャフト２の入口２Ａは開放されているので、鉄スクラップＳの装入時に炉内ガスが炉外に漏洩する。炉内ガスが炉外に漏洩して大気に触れると、異常爆発が起こる場合があり危険である。これを防止するために、入口２Ａに上部扉および下部扉からなる装入手段を予熱シャフト２の入口２Ａに設け、まず、上部扉を開いて鉄スクラップＳを閉鎖されている下部扉上に投入し、次いで、上部扉を閉鎖した後、下部扉を開放して、鉄スクラップＳを装入する方法が考えられる。
【００２４】
上部および下部扉の開閉制御を電気的に行うことが一般的に考えられるが、さらに、確実に炉内ガスが漏洩することなく上部扉および下部扉の開閉を行うことができるアーク溶解炉が望まれていた。
【００２５】
従って、この発明の目的は、予熱シャフト内に冷鉄源を装入する際に生じる炉内ガスの漏洩を確実に防止することができる、冷鉄源のアーク溶解炉を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、冷鉄源を溶解する溶解室と、前記溶解室の一方側の上部に直結され、冷鉄源を予熱する予熱シャフトと、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極と、前記溶解室に突設され、出湯口を有する出湯部と、前記溶解室を前記出湯部側へ傾動させる傾動手段とを有し、前記予熱シャフト内の冷鉄源は、溶解中に前記溶解室の予熱シャフトが設けられている一方側から他方側へ向けて供給され、前記出湯部は、冷鉄源の供給方向とは異なる方向に設けられている、冷鉄源のアーク溶解炉において、前記予熱シャフト内に冷鉄源を装入する装入手段が設けられ、前記装入手段は、上部扉と、下部扉と、前記上部扉および前記下部扉とが同時に開放されることを阻止する機械的ロック手段とを備えたことに特徴を有するものである。
【００２７】
請求項２記載の発明は、前記ロック手段は、前記上部扉が開放されている間、前記下部扉の開放をロックする下部扉ロック機構と、前記下部扉が開放されている間、前記上部扉の開放をロックする上部扉ロック機構とからなることに特徴を有するものである。
【００２８】
請求項３記載の発明は、前記下部扉ロック機構は、閉鎖位置での前記上部扉の昇降に伴って進退する第１ロッドと、閉鎖されている前記下部扉を拘束する、前記第１ロッドと連動するフックとを備え、前記上部扉の下降に伴う前記第１ロッドの前進によって、前記フックによる前記下部扉の拘束が解除され、前記上部扉ロック機構は、前記下部扉の開閉に伴って進退する第２ロッドと、閉鎖されている前記上部扉を拘束する、前記第２ロッドと連動するストッパーとを備え、前記下部扉の開放に伴う前記第２ロッドの後退によって、前記ストッパーによる前記上部扉の拘束が行われることに特徴を有するものである。
【００２９】
請求項４記載の発明は、前記第１ロッドおよび前記第２ロッドは、ガイド管内に挿通され、可撓性に富んでいることに特徴を有するものである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の、冷鉄源のアーク溶解炉の一実施態様を図面を参照しながら説明する。
【００３１】
図１は、この発明のアーク溶解炉における、冷鉄源の装入手段を示す概略斜視図、図２は、上部扉側の下部扉ロック機構を示す正面図、図３は、下部扉側の下部扉ロック機構を示す正面図、図４は、図３のＣ−Ｃ断面図、図５は、下部扉側の上部扉ロック機構を示す側面図、図６は、上部扉側の上部扉ロック機構を示す正面図、図７は、図６のＤ−Ｄ断面図である。
【００３２】
図１から図７に示すように、この発明のアーク溶解炉は、上述した従来アーク溶解炉における予熱シャフト２の入口２Ａに、上部扉１９および下部扉２０を備えた冷鉄源の装入手段１８を設け、この装入手段１８にこれら両扉が同時に開放されることを阻止する機械的ロック手段を設けたものである。
【００３３】
上部扉１９は、予熱シャフト２の入口２Ａの上部に敷設されたレール２１を車輪１９Ａによって水平方向に走行し、閉鎖位置まで走行した後、下降することによって入口２Ａを閉鎖する。下部扉２０は、上部扉１９より下方の入口２Ａに設けられ、傾斜レール（図示せず）に沿って走行する。下部扉２０が傾斜しているのは、下部扉２０上に乗せられた冷鉄源としての鉄スクラップＳを自重により予熱シャフト２内に落下させるためである。
【００３４】
上記ロック手段は、上部扉１９が完全に閉じられる間、下部扉２０の開放をロックする下部扉ロック機構２２と、下部扉２０が開放されている間、上部扉１９の開放をロックする上部扉ロック機構２３からなっている。
【００３５】
図２から図４に示すように、下部扉ロック機構２２は、上部扉１９の閉鎖位置におけるレール２１の途中に設けられた昇降台２４と、可撓性を有する材質からなる第１ロッド２５と、下部扉２０上に固定されたピン２６に先端が係合可能なフック２７とからなっている。
【００３６】
第１ロッド２５は、ガイド管２８内に挿通され、その一端２５Ａは、昇降台２４に固定され、他端２５Ｂは、フック２７の後端に固定されている。
【００３７】
図５から図７に示すように、上部扉ロック機構２３は、下部扉２０の先端傾斜面２０Ａに一端が当接され、下部扉２０の移動により回動するレバー２９と、可撓性を有する材質からなる第２ロッド３０と、上部扉１９の端部に形成された突片１９Ｂの上面に先端が係合する水平回動自在に取り付けられたストッパー３１とからなっている。
【００３８】
第２ロッド３０は、ガイド管３２内に挿通され、その一端３０Ａは、レバー２９の他端に固定され、他端３０Ｂは、ストッパー３１の後端に固定されている。
【００３９】
この発明のアーク溶解炉によれば、以下のようにして、冷鉄源が炉内ガスの漏洩なく予熱シャフト内に装入される。
【００４０】
上部扉１９が開放されている間は、図３中二点鎖線で示すように、フック２７がピン２６に係合しているので、下部扉２０は開放されない。この状態で、鉄スクラップＳを予熱シャフト２内に装入する。鉄スクラップＳは、閉鎖されている下部扉２０に乗る。
【００４１】
次に、上部扉１９を閉鎖して下部扉２０を開放するのであるが、上部扉１９が昇降台２４上まで走行すると、上部扉１９の自重により昇降台２４が図２中一点鎖線で示すように下降する。これにより第１ロッド２５の他端２５Ｂが前進し、この結果、ピン２６に係合しているフック２７が図３中実線で示すように回動して、フック２７の係合が解除される。すなわち、上部扉１９が下降して完全に閉鎖されるまでは、下部扉２０を開放することができない。
【００４２】
このようにして、上部扉１９が閉鎖された後、下部扉２０を開放する。これによって、下部扉２０上の鉄スクラップＳは、予熱シャフト２内に装入される。
【００４３】
この後、上部扉１９を開放して、再度、鉄スクラップＳを装入するのであるが、図５に示すように、閉鎖されている下部扉２０が開放方向に移動すると、レバー２９が回動する。これにより第２ロッド３０の他端３０Ｂが後退して、ストッパー３１が上部扉１９の突片１９Ｂ上に回動し、この結果、上部扉１９の上昇を阻止する。すなわち、下部扉２０が完全に開放されるまでは、上部扉１９を開放することができない。
【００４４】
このように、この発明のアーク溶解炉によれば、鉄スクラップＳの装入に当たり、上部扉１９が完全に閉鎖されないと、下部扉２０を開放することができず、また、下部扉２０が完全に閉鎖されないと、上部扉１９を開放することができないので、鉄スクラップＳの装入に際して、炉内ガスの漏洩を確実に防止できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、冷鉄源の従来アーク溶解炉に上部扉および下部扉とが同時に開放されることを阻止する機械的ロック手段を設けることによって、予熱シャフト内に冷鉄源を装入する際に生じる炉内ガスの漏洩を確実に防止することができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のアーク溶解炉における、冷鉄源の装入手段を示す概略斜視図である。
【図２】上部扉側の下部扉ロック機構を示す正面図である。
【図３】下部扉側の下部扉ロック機構を示す正面図である。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図５】下部扉側の上部扉ロック機構を示す側面図である。
【図６】上部扉側の上部扉ロック機構を示す正面図である。
【図７】図６のＤ−Ｄ断面図である。
【図８】従来アーク溶解炉を示す概略斜視図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】図８のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】傾動後の図８のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１：溶融炉
２：予熱シャフト
２Ａ：入口
３：出湯部
４：可動排気ダクト
５：スクラップ装入バケット
６：炉蓋
７：アーク電極
８：炉底
９：炉底電極
１０：アーク
１１：溶鋼
１２：スラグ
１３：支持部材
１４ａ，１５ｂ：ランス
１５：出湯口
１６：ストッパー
１７：スラグドア
１８：装入手段
１９：上部扉
１９Ａ：車輪
１９Ｂ：突片
２０：下部扉
２０Ａ：傾斜面
２１：レール
２２：下部扉ロック機構
２３：上部扉ロック機構
２４：昇降台
２５：第１ロッド
２５Ａ：第１ロッドの一端
２５Ｂ：第１ロッドの他端
２６：ピン
２７：フック
２８：ガイド管
２９：レバー
３０：第２ロッド
３０Ａ：第２ロッドの一端
３０Ｂ：第２ロッドの他端
３１：ストッパー
３２：ガイド管

Claims (4)

1. 冷鉄源を溶解する溶解室と、前記溶解室の一方側の上部に直結され、冷鉄源を予熱する予熱シャフトと、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極と、前記溶解室に突設され、出湯口を有する出湯部と、前記溶解室を前記出湯部側へ傾動させる傾動手段とを有し、前記予熱シャフト内の冷鉄源は、溶解中に前記溶解室の予熱シャフトが設けられている一方側から他方側へ向けて供給され、前記出湯部は、冷鉄源の供給方向とは異なる方向に設けられている、冷鉄源のアーク溶解炉において、
   前記予熱シャフト内に冷鉄源を装入する装入手段が設けられ、前記装入手段は、上部扉と、下部扉と、前記上部扉および前記下部扉とが同時に開放されることを阻止する機械的ロック手段とを備えたことを特徴とする、冷鉄源のアーク溶解炉。
2. 前記ロック手段は、前記上部扉が開放されている間、前記下部扉の開放をロックする下部扉ロック機構と、前記下部扉が開放されている間、前記上部扉の開放をロックする上部扉ロック機構とからなることを特徴とする、請求項１記載の、冷鉄源のアーク溶解炉。
3. 前記下部扉ロック機構は、閉鎖位置での前記上部扉の昇降に伴って進退する第１ロッドと、閉鎖されている前記下部扉を拘束する、前記第１ロッドと連動するフックとを備え、前記上部扉の下降に伴う前記第１ロッドの前進によって、前記フックによる前記下部扉の拘束が解除され、前記上部扉ロック機構は、前記下部扉の開閉に伴って進退する第２ロッドと、閉鎖されている前記上部扉を拘束する、前記第２ロッドと連動するストッパーとを備え、前記下部扉の開放に伴う前記第２ロッドの後退によって、前記ストッパーによる前記上部扉の拘束が行われることを特徴とする、請求項２記載の、冷鉄源のアーク溶解炉。
4. 前記第１ロッドおよび前記第２ロッドは、ガイド管内に挿通され、可撓性に富んでいることを特徴とする、請求項３記載の、冷鉄源のアーク溶解炉。

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