JP2006183935A - アーク炉へのスケール投入方法および投入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク炉製鋼の工程に、圧延や鍛造などの加工工程において発生したスケールを、鉄資源としてリサイクルする方法および装置を提供する。
【解決手段】アーク炉１の直上を避けた位置にスケールホッパー４Ａを設け、その下にスケール切り出し用の電磁フィーダ５Ａを連結し、電磁フィーダの出口の先に、斜めに配置した回転駆動可能な回転円筒フィーダ６を置き、回転円筒フィーダの先においてアーク炉のほぼ中央部直上に、炉蓋２を貫いてスケールシュート７を設けた装置を使用してスケールを搬送し、電極近傍に供給する。これによって、スケールの利用を効率化するとともに、エネルギー消費が低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気炉製鋼を行なうアーク炉へ、鋼の圧延、鍛造などの加工工程で発生するスケールをリサイクルのために投入する方法および装置に関する。

電気炉を用いた鋼の製造は、多くの場合、後続の圧延や鍛造などの加工工程と同一の工場で実施することが多く、その場合、加工工程で発生するスケールは、製鋼工程に鉄資源としてリサイクルされる。スケールは、大部分が酸化物を主成分とする細片であるが、それ以外のものも若干含まれるので、そのハンドリングは必ずしも簡単ではない。もっとも簡単なスケールのリサイクルは、製鋼のアーク炉に装入することであって、従来は、路蓋を開けてバッチ操作で一次に多量のスケールを投入することが、行なわれていた。

しかしこの方法では、スケールがアーク熱の及びにくい炉の周辺部分に投入されることになり、電極とスケール間のアークの熱が放散されてロスとなったり、炉壁の耐火物の溶損を招いたりする不利益がある。そのうえ、スケールが溶けるまでに時間がかかり、溶け残りをなくすために、溶鋼温度を高くしなければならない。さらに、スケールの投入が、溶鋼中の炭素や金属元素との酸化還元反応を引き起こすため、スラグの泡立った「フォーミー」状態が変動する原因となり操業が不安定になるなど、さまざまな問題がある。

アーク炉へのスケールの装入は、作業の能率からいっても、また上記したさまざまな問題を解消するためにも、操業中のアーク炉のなるべく中央に近い、電極の近傍に向かって、連続的にスケールを投入できることが望ましい。しかし、アーク炉に装入する原料を取り扱う技術としては、クラムシェルや合金投入装置によるバッチ投入が一般的であり、一方でスケールは、ある程度まとまった量を投入する必要があるため、バッチ投入では、アーク炉内の酸化還元をきめ細かくコントロールすることが困難である。スクラップに関しては、これを排気ガスで予熱してから投入することにより、熱エネルギーを節減しようという提案がみられたが（特許文献１、特許文献２）、いずれもバッチ操作であり、参考にならない。これまで、上記のような形でアーク炉にスケールを投入する技術は、試みられていなかった。
特開昭６２−４１５８２ 特開昭６２−４１５８３

本発明の目的は、上記のような要望にこたえ、操業中の、つまり通電中のアーク炉に対して、そのなるべく中央に近い、電極の近傍に向かって、連続的にスケールを投入することが可能なスケール投入方法と、そのための装置とを提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のアーク炉へのスケール投入方法は、鋼の圧延、鍛造などの加工工程で発生するスケールを、路盤材として有効利用できる酸化スラグに転換するか、または、より好ましい処理の態様として、鉄資源の形でアーク炉製鋼にリサイクルするための方法であって、アーク炉の直上を避けた位置に設けたスケールホッパーから電磁フィーダによりスケールを切り出し、斜めに配置した回転駆動可能な回転円筒フィーダを通してアーク炉のほぼ中央部直上に搬送し、そこから炉蓋を貫くシュートを通してスケールを落下させて電極近傍に供給することからなる。スケールの投入に際しては、炭素材などの副原料も同時に投入することが好ましく、本発明はもちろんそのような態様を包含する。

本発明によりアーク炉へスケールの投入を行なえば、スケールを貯留させるホッパーと、そこからスケールを切り出す電磁フィーダとを、アーク炉の直上を避けた位置に設けることができるから、それら設備が高温により損傷を受けることを避けた状態で、スケールを上方から移動させることができ、一方、このようにして取り出されたスケールは、円筒フィーダにより横方向に移動してアーク炉の直上にもちきたらされ、そこから炉蓋を貫くシュートを通じて炉内に入ることにより、アーク炉のほぼ中央で電極の近傍に置かれる。同時に投入される炭素材などもまた、スケールとともにアーク炉のほぼ中央、電極の近傍に落下するので、効率よく反応に関与する。

このようにして、投入されたスケールはアーク熱により効率よく溶解され、酸化スラグに転換されるか、または、好ましくは鉄資源として役立つ。少量ずつ連続的に投入されたスケールの溶解は速やかに行なわれ、溶け残りがないから、溶鋼温度を高めてムリに溶解させる必要はない。スケールは酸素源であるから、その投入と同時に炭材等の還元剤も投入することが好ましく、本発明によれば、それもコントロール下に連続的に行なえる。このような状況でのスケールの投入は、スラグのフォーミーな状態を破壊することもない。炉蓋を開けてスケールを投入する従来技術にくらべ、操業時間に関しても、また消費電力に関しても原単位の向上がみられる。

上述したアーク炉へのスケール投入方法を実施するための本発明のスケール投入装置は、鋼の圧延、鍛造などの加工工程で発生するスケールを、酸化スラグに転換するか、または鉄資源としてアーク炉製鋼にリサイクルする装置であって、図１および図２に示すように、アーク炉（１）の直上を避けた位置に設けたスケールホッパー（４Ａ）、その下に連結したスケール切り出し用の電磁フィーダ（５Ａ）、電磁フィーダの出口の先に斜めに配置した回転駆動可能な円筒フィーダ（６）とその回転駆動手段、および円筒フィーダの先においてアーク炉のほぼ中央部直上に、炉蓋（２）を貫いて設けたスケールシュート（７）からなる、スケールを搬送して電極（３）近傍に供給するためのアーク炉へのスケール投入装置である。図１において符号（４Ｂ）は炭素材用のホッパー、（５Ｂ）は炭素材切り出し用の電磁フィーダを示し、図２において符号（８）は、集塵ダクトの取付け位置を示す。

回転円筒フィーダ（６）の詳細は、図３に示すとおりである。回転円筒フィーダ（６）は、回転円筒（６１）が支持枠（６２）内のローラ（図示してない）上に回転可能に支持され、サイクロ減速機をそなえたモータ（これらも図示してない）により、チェーン（６３）を通じて可変速度に回転駆動される。電磁フィーダ（５Ａ）からのスケールは、回転円筒の上端（６４）に入り、円筒の回転につれてその中を滑り落ちてゆき、下端（６５）から出てスケールシュート（７）の上部に供給される。

本発明においては、アーク炉へのスケールの供給を、少量ずつ連続的に行なう。製鋼工程に加えてさまざまな加工工程を併せもつ工場において発生するスケールは、前記したように酸化物が主体であるが、個々の形状や寸法はさまざまであるから、その流動特性も変動する。そこで、スケールホッパーからの電磁フィーダによるスケールの切り出しは間欠的に行なうのが有利である。それと、少量ずつの連続的な供給とを両立させるためには、回転円筒フィーダの搬送速度を調節することにより、具体的には回転速度を調節することにより、スケールシュートを通して落下するスケールの量を平均化させることが好ましい。

回転円筒フィーダは、いうまでもなく、傾斜の角度が大きいほど、また回転速度が速いほど、そのスケール搬送速度は大きい。あるスケールについて安息角を測定したところ、３８度という結果であった。安息角は、スケールによって若干異なるが、ほぼこの程度のものである。しかし、本発明では、上記のように、回転円筒フィーダにおいてスケール供給速度の調節を行なうことを意図しているから、安息角より小さい傾斜をもって回転円筒を配置し、回転速度を変化させることにより、供給速度を調節する。

このようなわけで、回転円筒（６１）の水平方向に対する傾斜角度と回転速度とを、ある範囲内で可変に設けておくことが好ましい。設備の構造からいって、傾斜角度を変化させられる範囲はあまり大きくはないが、回転速度の方は、かなりの範囲で変更させることが可能である。適切な組み合わせは、発明の実施に当たって簡単な実験を行なうことにより決定できるが、通常は、傾斜角度が３〜３５度で、回転速度が０．３rpm以上の範囲で見出すことができよう。後記する実施データにもとづく発明者らの経験では、傾斜角度は１８度以上、回転速度は２rpm以上が好ましい。

スケールシュートを炉蓋に設ける位置は、アーク炉の内径をＲとすると、炉蓋の中心から０．４Ｒの円内にあるようにすることが好ましい。そのような位置に置けば、通常のアーク炉においては、対称に配置された３本の電極の外周を連ねる円内に、スケールの大部分が落下して、本発明で意図したところが実現する。

スケールを、最大５．５トン／時の速度でアーク炉に供給することができる装置を建設するため、回転円筒フィーダの諸元を、以下のようにして決定した。（５．５トン／時のスケールは、このアーク炉のアーク効率が１００％の場合の溶解可能な量であって、アーク効率を６０％とすれば、溶解可能な量は３．３トン／時となる。）すなわち、内径４００mmで長さが３ｍの円筒を、水平に対する傾斜角度１０度、１５度または１９度にえらび、回転速度を１rpm，２rpmまたは３．２rpmに選び、同じスケールをどのくらい搬送することができるかを測定した。

回転円筒フィーダの搬送容量は、次の式（１）により決定される。
Ｐ＝（Ｄ２×π／４）×Ｌ×Ｆ×ｒ×（６０／ｔ） …（１）
ここで、Ｐ：単位時間当たりの搬送能力（トン／時）
Ｄ：円筒の直径（ｍ）
Ｌ：円筒の長さ（ｍ）
Ｆ：スケールの充填率（％）
ｒ：スケールのカサ比重
ｔ：円筒内滞留時間（分）
上記の式（１）における円筒内滞留時間ｔ（分）は、つぎの式（２）で表される。
ｔ＝（ｋ×Ｌ）／（Ｄ×ｎ×θ） …（２）
ここで、ｋ：スケールの流動性挙動および円筒内面の摩擦特性によって決定される定数
ｎ：円筒の回転数（rpm）
θ：傾斜角度（度）

実験の結果は、図４に示すとおりであった。このデータから、回転円筒フィーダが十分な搬送能力を有するためには、傾斜を１８〜１９度以上とし、回転速度を２〜６rpm程度に設計することが望ましいことがわかった。

本発明のアーク炉へのスケール投入装置を、アーク炉とともに示す側面図。 図１の装置を使用するアーク炉の炉蓋において、電極の位置、集塵ダクトの取り付け位置およびスケールシュートを設ける好ましい位置を示す平面図。 本発明のアーク炉へのスケール投入装置の主要部である、回転円筒フィーダの詳細を示す、一部を切り欠いて内部を示した側面図。 本発明の試験データであって、回転円筒フィーダのスケール搬送能力に対して円筒の回転速度が与える影響を、円筒の傾斜角度に応じて示したグラフ。

符号の説明

１ アーク炉本体
２ 炉蓋
３ 電極
４Ａ スケールホッパー ４Ｂ 炭素材用のホッパー
５Ａ 電磁フィーダ（スケール切り出し用） ５Ｂ 電磁フィーダ（炭素材切り出し用）
６ 回転円筒フィーダ
６１ 回転円筒 ６２ 支持枠 ６３ チェーン
６４ 回転円筒の上端 ６５ 回転円筒の下端
７ スケールシュート
８ 集塵ダクトの位置
９ スケール

Claims (4)

1. 鋼の圧延、鍛造などの加工工程で発生するスケールを、鉄資源としてアーク炉製鋼にリサイクルする方法であって、アーク炉の直上を避けた位置に設けたスケールホッパーから電磁フィーダによりスケールを切り出し、斜めに配置した回転駆動可能な回転円筒フィーダを通してアーク炉のほぼ中央部直上に搬送し、そこから炉蓋を貫くスケールシュートを通してスケールを落下させて電極近傍に供給することからなるアーク炉へのスケール投入方法。
2. 電磁フィーダによるスケールの切り出しは間欠的に行なうが、回転円筒フィーダの搬送速度を調節することによりスケールシュートを通して落下するスケールの量は平均化させて実施する請求項１のスケール投入方法。
3. 鋼の圧延、鍛造などの加工工程で発生するスケールを、鉄資源としてアーク炉製鋼にリサイクルする装置であって、アーク炉の直上を避けた位置に設けたスケールホッパー、その下に連結したスケール切り出し用の電磁フィーダ、電磁フィーダの出口の先に斜めに配置した回転駆動可能な回転円筒フィーダとその回転駆動手段、および回転円筒フィーダの先においてアーク炉のほぼ中央部直上に、炉蓋を貫いて設けたスケールシュートからなる、スケールを搬送して電極近傍に供給するためのアーク炉へのスケール投入装置。
4. 回転円筒フィーダを、水平方向に対する傾斜角度３〜３５度の可変角度で配置するとともに、回転速度０．３rpm以上の可変速度で回転駆動されるように構成した請求項３のスケール投入装置。
   

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