JP2008224147A - シャフト炉における溶解用原料の装入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 底開きバケットなどの底開き容器に収容された溶解用原料を、炉内に堆積する溶解用原料の上に、開放した炉頂から直接装入して操業するシャフト炉において、溶解用原料の炉内での偏在を防止し、炉内での溶解用原料の分布を従来に比べて格段に均一化することのできる溶解用原料の装入方法を提供する。
【解決手段】 開放した炉頂の上方所定位置で底開き容器８の底部を開放し、当該底開き容器に収容された溶解用原料を、炉２の内部に堆積する溶解用原料の上に直接投入するに当たり、前記底開き容器を当該底開き容器の中心を軸として所定角度水平方向に旋回させ、旋回後に前記底部を開放して溶解用原料を投入する。その際に、溶解用原料の炉内への投入の毎に、旋回角度を変更することが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、底開きバケットなどの底開き容器に収容された溶解用原料を、炉内に堆積する溶解用原料の上に、開放した炉頂から直接装入するキュポラのようなシャフト炉への溶解用原料の装入方法に関するものである。

コークスを主燃料とし、鉄スクラップや銑鉄などの冷鉄源を溶解して溶銑を製造するキュポラでは、シャフト状の炉内にコークスと冷鉄源とを一定の比率で装入し、この状態で羽口から空気或いは熱風を送ってコークスを燃焼させ、コークスの燃焼熱によって冷鉄源を溶解し、炉底部の出湯口から溶銑を取り出している。このキュポラの概略側面図を図１に示す。図１において、１はキュポラ、２は炉本体、３は原料装入口、４は排気孔、５は羽口、６は出湯口、７はレール、８は底開きバケット、９はトラニオン、１０は副原料ホッパー、１１は主原料ホッパーである。

キュポラ１で冷鉄源を溶解して溶銑を製造するには、炉本体２の炉底から羽口５の上方或る高さ位置までの範囲に予めコークスだけを詰め、これを燃焼してコークスの上部に装入した冷鉄源を溶解する。炉底に詰めるコークスを「ベッドコークス」と呼び、ベッドコークスは燃焼して消耗するので、これを補いながら溶解を継続するために、炉本体２の上部からコークスと冷鉄源とを装入している。

炉本体２への溶解用原料の装入方法は、副原料ホッパー１０からコークスを底開きバケット８に装入し、その後更に、主原料ホッパー１１から鉄スクラップ、銑鉄、溶銑の珪素濃度を調整するためのＦｅ−Ｓｉ合金などを底開きバケット８に装入し、レール７に底開きバケット８のトラニオン９を載せた状態で、レール７に沿って配置したワイヤー（図示せず）を作動させることにより底開きバケット８を原料装入口３の直上まで搬送し、原料装入口３の直上で底開きバケット８の底部を開放することによって、炉内に堆積する溶解用原料の上に溶解用原料を装入している（例えば特許文献１参照）。

底開きバケット８には、先ずコークスが装入され、その後、鉄スクラップ、銑鉄、Ｆｅ−Ｓｉ合金などの金属系原料が装入される。これらの溶解用原料は混合されないので、底開きバケット８の底部にはコークスが堆積し、コークスの上に金属系原料が堆積した状態となる。当然ながら、装入順序がその逆の場合もある。何れにしろ、底開きバケット８においてコークスと金属系原料とが２層に分かれて堆積することになる。また、底開きバケット８は原料装入口３に対して常に一定方向から進入し、原料装入口３の上方一定位置でその底部を開いてこれらの溶解用原料を投入するので、底開きバケット８において２層に分かれて堆積する溶解用原料が、２層に分かれた状態のまま投入される。また、溶解用原料の密度やサイズなどに応じて、投入時の落下軌跡が決定されることから、同一種類且つ同一サイズの溶解用原料が常に炉本体２の同一場所に供給される傾向になる。これらに起因して溶解用原料は均一には装入されず、炉本体２の内部にそれぞれの溶解用原料が偏在した状態になりやすい。

溶解用原料が炉本体２の内部で偏在することにより、炉本体２の内部の熱分布が不均一になり、生産能力の低下、溶銑温度の変動及び低熱、コークス使用量の増加、溶銑成分の変動、更には、局所的な加熱過多による炉内地金付着の発生、ダスト増による歩留り低下などの操業トラブルを来していた。そして、炉径が比較的大きいキュポラにおいて、溶解用原料の偏在の影響が顕著に現れる傾向であった。
特開昭６４−９０９８７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、底開きバケットなどの底開き容器に収容された溶解用原料を、炉内に堆積する溶解用原料の上に、開放した炉頂から直接装入するキュポラのようなシャフト炉において、溶解用原料の炉内での偏在を防止し、炉内での溶解用原料の分布を従来に比べて格段に均一化することのできる、溶解用原料の装入方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係るシャフト炉における溶解用原料の装入方法は、開放した炉頂の上方所定位置で底開き容器の底部を開放し、当該底開き容器に収容された溶解用原料を、炉内に堆積する溶解用原料の上に直接投入するに当たり、前記底開き容器を当該底開き容器の中心を軸として所定角度水平方向に旋回させ、旋回後に前記底部を開放して溶解用原料を投入することを特徴とするものである。

第２の発明に係るシャフト炉における溶解用原料の装入方法は、第１の発明において、溶解用原料の炉内への投入の毎に、旋回角度を変更することを特徴とするものである。

本発明によれば、底開き容器を所定角度水平方向に旋回した後に、底開き容器に収容した溶解用原料を炉内に装入するので、単に１回のみの装入では溶解用原料の偏在が発生したとしても、旋回角度を変更しながら継続して溶解用原料を投入することにより、偏在する位置が投入の毎に変化していき、全体的にみれば、溶解用原料が満遍なく分散された状態で炉内に堆積し、炉内での溶解用原料の分布は従来に比べて格段に均一化される。それにより、炉内部の熱分布が均一になり、生産能力の向上、操業の安定化、コークス使用量の低減などが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、本発明を、シャフト炉の代表としてキュポラに適用した場合を例として、添付図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明を実施する際に用いたキュポラの概略側面図である。

図１に示すように、キュポラ１は、円筒状の鋼板で外殻を構成される炉本体２を備え、炉本体２の底部（炉底部）には、鋼板の内側に耐火煉瓦が施工された耐火煉瓦層（図示せず）が形成され、また、炉本体２の上部には、常時開放した原料装入口３が形成されている。原料装入口３の下部には、排ガスを排出するための排気孔４が設置されている。排気孔４は、集塵機（図示せず）と接続しており、炉本体２の内部で生成する排ガスは、排気孔４を介して集塵機によって吸引されるようになっている。操業中、炉本体２には溶解用原料が原料装入口３の直下近傍まで堆積しており、炉本体２の内部で生成する排ガスは、原料装入口３が開放されていても、原料装入口３の直下に堆積する溶解用原料の抵抗によって、原料装入口３には至らず、排気孔４から排出するようになっている。

炉本体２の底部には、耐火煉瓦層を貫通して、水冷構造の羽口５が炉本体２の円周方向に複数基配置されている。羽口５は、熱風炉（図示せず）或いは送風機（図示せず）と連結しており、熱風炉或いは送風機から供給される熱風或いは空気が、羽口５を介して炉本体２の内部に吹き込まれるようになっている。また、炉本体２の底部には、出湯口６が設置されている。

炉本体２の側面側には、地上から原料装入口３の直上に至る、２本のレール７が設置され、このレール７によって溶解用原料を収容した底開きバケット８が地上から原料装入口３の直上まで運搬されるようになっている。具体的には、底開きバケット８と連結され且つ電動機で作動するワイヤー（図示せず）がレール７に沿って設けられており、底開きバケット８は、底開きバケット８の側壁に設けられた一対のトラニオン９をレール７に上架させた状態で、前記ワイヤーの作動によって昇降し、原料装入口３の上方所定位置で底部が開放するようになっている。地上側のレール７の近傍には、コークスを収容する副原料ホッパー１０及び鉄スクラップ、銑鉄、発生屑、成分調整用のＦｅ−Ｓｉ合金などを収容する主原料ホッパー１１が設置されており、底開きバケット８は、レール７に上架した状態で、副原料ホッパー１０及び主原料ホッパー１１からこれらの溶解用原料を供給できるようになっている。尚、鉄スクラップ、銑鉄、発生屑、Ｆｅ−Ｓｉ合金などは予め所定の配合比で混合されて、主原料ホッパー１１に装入されている。

この底開きバケット８の詳細図を図２に示す。図２に示すように、底開きバケット８は、底部に開閉する底板部１４を有する円筒状の鉄製容器１２と、この鉄製容器１２を取り囲む環状のトラニオンケース１３とで構成されている。鉄製容器１２の側面には、環状の突出部１５及び突出部１５Ａが設置されており、突出部１５と突出部１５Ａとの間隙にトラニオンケース１３の下端が勘合し、鉄製容器１２とトラニオンケース１３とが一体的に構成されている。突出部１５及び突出部１５Ａとトラニオンケース１３との接触部には、鉄製容器１２の摺動を容易とするために、ベアリングなどの潤滑部材（図示せず）が配置されている。

トラニオンケース１３には、支持部材２０及び支持部材２１が設けられ、これらの支持部材２０，２１によって軸１７を回転可能に取り付けられた歯車１６が設置され、歯車１６の軸１７は、トラニオンケース１３に固定される電動機１９に接続されている。つまり、電動機１９の作動によって歯車１６が回転するようになっている。一方、鉄製容器１２の外側面円周方向には、歯車１６と勘合する歯車１８が設けられており、歯車１６の回転によって歯車１８が回転する、即ち、歯車１６の回転によって鉄製容器１２がトラニオンケース１３に対して、任意の方向に任意の旋回角度で水平方向に旋回するようになっている。

このように構成されるキュポラ１を使用して、以下のようにして本発明を実施する。

キュポラ１の操業に際し、先ず、副原料ホッパー１０からコークスを底開きバケット８に装入し、コークスのみを装入した底開きバケット８を原料装入口３の直上に搬送し、装入したコークスを原料装入口３から炉本体２の内部に投入する。これを何回か繰り返して実施して、炉底から羽口５の上方所定位置までの範囲の炉本体２の内部に、ベットコークスを形成する。尚、ベットコークスを形成する場合には、底開きバケット８からは炉本体２にコークスのみを投入し、しかも、使用するコークスは、粒径が１２０ｍｍ以上の所謂「鋳物用コークス」であり、炉内での偏在に関しては問題とならないので、コークスのみを投入する際には底開きバケット８を旋回させる必要はない。

ベットコークスが形成されたなら、このベットコークスの上に、コークスと、鉄スクラップ、銑鉄（冷銑）、発生屑などの冷鉄源と、Ｆｅ−Ｓｉ合金とを、所定の比率で装入する。これらの溶解用原料を装入する際に、底開きバケット８を旋回させて、これらの溶解用原料の炉本体２での偏在を防止する。

具体的には、例えば、先ず副原料ホッパー１０の直下に底開きバケット８を配置し、副原料ホッパー１０から底開きバケット８にコークスを装入し、所定量のコークスが装入されたなら、次いで、主原料ホッパー１１の直下に底開きバケット８を移動させ、冷鉄源及びＦｅ−Ｓｉ合金の混合物を主原料ホッパー１１から底開きバケット８に装入する。所定量の冷鉄源及びＦｅ−Ｓｉ合金の混合物が装入されたなら、レール７に沿って底開きバケット８を原料装入口３の直上まで搬送する。この搬送の途中、或いは、搬送する前、若しくは、原料装入口３の直上に搬送された後、電動機１９に通電して、鉄製容器１２をトラニオンケース１３に対して所定角度旋回させる。そして、所定角度旋回した状態で、底板部１４を開放し、底開きバケット８に収容した溶解用原料を炉本体２に装入する。次回の溶解用原料の装入時には、鉄製容器１２を更に所定角度旋回させた後、溶解用原料を炉本体２に装入する。溶解用原料の装入毎に６０〜９０°程度旋回させればよい。このようにして溶解用原料を装入して、炉本体２の内部に所定量の溶解用原料を堆積させる。

そして、炉本体２の内部に所定量の溶解用原料が装入されたなら、炉底部のコークスを着火させ、羽口５から空気或いは熱風を送ってコークスを燃焼させる。コークスの燃焼によって生成したＣＯ₂ ガスは炉本体２の内部を上昇し、排気孔４を経由して炉外に排出される。生成したＣＯ₂ガスの有する熱によって冷鉄源は加熱され、やがては溶解し、生成した溶鉄はベットコークスの間隙を流下し、炉底部に到達する。溶鉄はベットコークスの間隙を流下する間に過熱（スーパーヒート）され、コークス中の炭素が溶鉄に移行して溶銑が溶製される。溶製された溶銑は、出湯口６を通って溶銑収容容器または保持炉などに注入される。溶製される溶銑の成分は、例えば、Ｃ：３〜４質量％、Ｓｉ：１〜３質量％、Ｍｎ：０．２〜０．５質量％程度である。尚、保持炉とは、溶製された溶銑を鋳造される前に一旦収容する容器であり、内壁が耐火物で構成され、低周波誘導などによって収容された溶銑を加熱することが可能な炉である。

溶銑が溶製され始めると、ベットコークスは消耗し、また、炉本体２の内部の冷鉄源が減少するので、これを補うために、所定の配合比となる条件のもとで、底開きバケット８にコークス及び冷鉄源、Ｆｅ−Ｓｉ合金を装入し、これらの溶解用原料の底開きバケット８への装入後に鉄製容器１２をトラニオンケース１３に対して所定角度旋回させ、旋回後、原料装入口３からコークス及び冷鉄源、Ｆｅ−Ｓｉ合金を装入し、炉本体２の内部の装入物の高さ位置をほぼ一定の位置に保持しながら操業を継続する。この追加装入においても、溶解用原料の炉本体２への装入毎に、旋回角度を変更する。

このようにして溶解用原料を炉本体２に装入することで、溶解用原料が満遍なく分散された状態で炉本体２の内部に堆積し、炉内での溶解用原料の分布が従来に比べて格段に均一化される。それにより、炉内部の熱分布が均一になり、生産能力の向上、操業の安定化、コークス使用量の低減などが達成され、キュポラ１における溶銑の製造コストを大幅に削減することが可能となる。

尚、上記説明では、所定量の溶解用原料が底開きバケット８に装入された後に、鉄製容器１２をトラニオンケース１３に対して所定角度旋回させているが、溶解用原料を底開きバケット８に装入する前に、鉄製容器１２を所定角度旋回するようにしてもよい。また、キュポラ１では、生成するスラグの塩基度を調整するための石灰石、生石灰などの造滓剤を必要とする場合があり、その場合には、造滓剤を冷鉄源及びＦｅ−Ｓｉ合金に混合する、或いは、別途設けた造滓剤ホッパーから供給するなどして、造滓剤を底開きバケット８に装入する。また更に、上記説明はシャフト炉としてキュポラに適用した例で説明したが、シャフト炉としてはキュポラに限るわけではなく、底開き容器に収容された溶解用原料を、炉内に堆積する溶解用原料の上に、開放した炉頂から直接装入する型式のシャフト炉である限り、本発明を適用することができる。

本発明を実施する際に用いたキュポラの概略側面図である。 図１に示す底開きバケットの詳細図である。

符号の説明

１ キュポラ
２ 炉本体
３ 原料装入口
４ 排気孔
５ 羽口
６ 出湯口
７ レール
８ 底開きバケット
９ トラニオン
１０ 副原料ホッパー
１１ 主原料ホッパー
１２ 鉄製容器
１３ トラニオンケース
１４ 底板部
１５ 突出部
１６ 歯車
１７ 軸
１８ 歯車
１９ 電動機
２０ 支持部材
２１ 支持部材

Claims (2)

1. 開放した炉頂の上方所定位置で底開き容器の底部を開放し、当該底開き容器に収容された溶解用原料を、炉内に堆積する溶解用原料の上に直接投入するに当たり、前記底開き容器を当該底開き容器の中心を軸として所定角度水平方向に旋回させ、旋回後に前記底部を開放して溶解用原料を投入することを特徴とする、シャフト炉における溶解用原料の装入方法。
2. 溶解用原料の炉内への投入の毎に、旋回角度を変更することを特徴とする、請求項１に記載のシャフト炉における溶解用原料の装入方法。

Images