JP2750136B2 - 金属スクラップの溶解法およびそれを実施するための装置 - Google Patents

金属スクラップの溶解法およびそれを実施するための装置

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JP2750136B2 JP31608888A JP31608888A JP2750136B2 JP 2750136 B2 JP2750136 B2 JP 2750136B2 JP 31608888 A JP31608888 A JP 31608888A JP 31608888 A JP31608888 A JP 31608888A JP 2750136 B2 JP2750136 B2 JP 2750136B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、請求項第1で前書きした金属スクラップを
溶融する方法およびその方法を実施するための装置に関
する。
(従来の技術) 鋳造分野ではキューボラ炉でコークスを使用しないで
銑鉄を製造するのに供される溶融法が知られている。例
えば、ドイツ特許第2204042号には、コークスを使用せ
ずに炉の低部近くに配置されたバーナーで液体燃料/空
気混合物を炉外で燃焼させて、立型シャフト炉内で鉄を
溶融方法が記載されている。そしてこの方法では鉄スク
ラップおよび鋳鉄は炉の上端へ装入し、溶融される。こ
の方法では、シャフトおよび前記耐火材内に配置された
粗目耐火材の火床を通り抜けるきわめて高温にさらされ
た材料の滴はバーナーの燃焼生成物(高温ガス)によっ
て加熱される。そして燃焼生成物は.上方へ移動する前
にこれらに向ってくる金属を溶融金属となし、それは炉
底から出湯される。耐火材床の下にもっぱら取り付けら
れたいくつかのバーナーであらゆる側から炉の自由領域
に導入される燃焼生成物により、床付近のガスの温度は
最高1600℃に保たれる。実際の湯溜は同じ直径を有する
円筒状の炉シャフトの低部円筒部の延長部分によって形
成される。シャフトと湯溜は上に床材料を配置した水冷
火格子によって互いに分けられる。火格子を通り抜けて
滴下した溶融金属は炉の底で集められ、出湯口により連
続的にまたは断続的にそこから出湯される。溶融金属上
に浮遊するスラグについても同様である。
前記の公知のヘイズまたはタフト炉における炉装置に
おいては、各燃焼室からの燃焼ガスは火格子の下のいわ
ゆる湯溜におけるシャフトの低部領域中央で一緒にな
り、そこから上方へ流れて耐火床を加熱し、ついで向流
状に装入材料を加熱する。
鋳造用のこのコークスを使用しないキューボラ炉をさ
らに適したものとなるように発展させたものが公知のデ
ューカー炉である。これはまた円筒状シャフト装置と共
に機能するものであり、水冷火格子の下に設置される一
定の断面を有する低部により湯溜が形成される。そして
そこへはオイルバーナーが炉壁を貫通して半径方向に無
造作につき出ている。底部にたまった溶銑はカキ出し装
置によって出湯することができ、過熱器へ供給される。
金属、特に鋳鉄および銅、を溶融および過熱するため
の燃料油またはガス加熱シャフト炉についてはドイツ特
許第3843678号に記載されており、これは1回の装填
(チャージ)毎にコークスを装入して操業するものであ
り、水冷ノズルによって炉の内部につながっているいく
つかのバーナー室を具備しており、バーナー室およびノ
ズルは1装入毎のコークスによって形成される滴下領域
に取り付けられている。前記の公知のシャフト炉では理
論的には滴下鉄に対してスラグを保護する必要はない。
というのはこれは燃料油および天然ガスの還元燃焼によ
り確実に行なわれるからである。
スクラップの溶融法についてはまたドイツ特許第2327
073号に記載のシャフト炉が参考になる。この溶融容器
は連続した限られた範囲まで下方向に断面が増加し、放
射状のバーナー装置は液相を集める溶融容器に隣接する
底部領域に取り付けられており、この容器に液相が集ま
る。溶融銑鉄は連続的に底の排出口から出湯される。固
体装入材料−たとえば鉄スクラップ等−と液相間の唯一
の適当な分離は、底部中央の分離火格子装置全体を省略
し、溶融材料と柱状装入材料の間の熱伝達を減少するか
あるいは少なくとも可及的に少なく保つことによって達
成される。
上記のコークスを使用せずに操業する鋳物用シャフト
炉は、炉シャフトおよび湯溜が単一の、実質的に断面が
円筒形の部品すなわち「単純な管状シャフト」をなすと
いう共通の特徴がある。湯溜低部は炉壁に対して表面を
最小にした湯溜を構成する。
しかしながら、公知のフレイブン(Flaven)炉の溶融
ユニット装置は外部構造も異なる2つの構成ユニットか
らなる。すなわち断面が円筒形の立型炉シャフトおよび
これに対して水平な湯溜からなっており、その一端は水
冷火格子を有する炉シャフトではじまり、他端にはバー
ナーが取り付けられている。そしてバーナーの炎は液相
の出湯部に向き、その火炎ガスは液浴上を水平にかつ火
格子装置に導かれるように流れ、そこから炉シャフト内
に向流状に再び上昇する。トンネル状湯溜領域は鉄浴に
対して比較的大きな表面をもたらし、炉床の耐火材の主
要部にバーナーの炎を直接作用させることなく、高温の
燃料ガスを浴上に通過させることができる。従って、こ
の公知の装置の場合、炉床壁からの放熱による熱供給割
合は最小である。
最後に、炉に導入される未溶融の金属を支持するため
の火格子が炉の低い方の端に取り付けられた、液体また
は気体燃料を使用するシャフト炉により金属を溶融する
方法が知られている(DE−OS第3610498号)。この炉で
は燃料の燃焼に必要な酸素含有ガスが燃焼前に加熱され
るが、トンネル状湯溜は低部の立型炉シャフトに通じて
いる。バーナーは炉シャフト開口部と反対の端面に取り
付けられており、そのため湯溜の長軸方向におけるバー
ナーの炎は炉シャフトの入口に向けられる。その結果内
部領域全体、従って湯溜壁またはその耐火材へ熱が供給
され、輻射熱によって溶融鉄表面が加熱される。
上記の型の従来公知のシャフト溶融炉は、湯溜で到達
できる温度が比較的低いことが原因で鋼製造用液相の炭
素割合が過度に高くなるため、鋳物の銑鉄製造にのみ適
している。したがって、鋳物用の炉の操業においては装
入材料に対して最高40%までの鋼スクラップしか使用で
きない。
(発明が解決しようとする課題) 本発明で課題とするのは、装入材料としてのスクラッ
プをいかなる割合でもたとえば鋼スクラップが100%で
あっても用いることができ、また、炉床におけるその後
の処理を望ましくするものとして必要ならば溶鋼を投入
することもできるような溶融方法とそのための装置を提
供することである。なお本方法の実施に必要な装置の構
造の簡略化と改良にも及ぶ。
(課題を解決するための手段) 方法上の見地からは、この問題は請求項第1の特徴部
分に記載の発明によって解決される。さらに有利な展開
は請求項第2〜4に記載の特徴によって可能である。
装置上の見地からは、この問題は特に請求項第5の特
徴部分に記載の発明によって解決される。装置に関連し
たさらに有利な展開および構造は残りの請求項の特徴に
よって可能である。
湯溜内の耐火性内張りの放熱面は時間当りの装入材料
の溶融能力(トン)に対して測定され、正確にはこれに
比例して定義されるため、最適な条件は液相を加熱する
可能性にある。コークスの使用の有無は別にして、公知
のキューポラ炉はその湯溜壁が最小限に保たれており、
液相を加熱するための放熱エネルギーの点で本質的に発
明性を欠く。従って、そのようなシャフト炉は鉄製品の
鋳造にのみ適用可能なものであり、温度が低いため鋼を
処理するのは不可能である。鋼溶融炉は鋳造分野では鋼
スクラップ40%の最大装入材料割合で操業されており、
ある種の難点を考慮するとこれより高い鋼の割合では処
理が不可能と思われる。
しかしながら、湯溜領域の壁の放熱面が大きすぎると
壁の耐火材によるエネルギー損失が高くなる。その場
合、適当なエネルギーが炉シャフトに移り、湯溜で到達
できる温度はもはや存在するスクラップを溶融するのに
十分なものではなくなる。
設備能力ばかりでなく、浴およびシャフトに対するエ
ネルギーの分配もきわめて重要である。そのため一方で
シャフトはスクラップを溶融するための十分なエネルギ
ーを有し、他方で湯溜領域は溶融金属が適切に高い温度
まで過熱されることができるような容積となっている。
この目的に対し、前記材料の床(bed)の高さの関数と
して、復熱装置への入口温度と、炉シャフト内で装入材
料が酸化されるリスクを最小にすることの間に特に好都
合な依存関係が生じる。
炉シャフトから湯溜への形状移行状態は従来法と異な
り断面変化を示さない型のものではなく、またシャフト
と炉床が別の部材として垂直に連結している型のもので
もない。放物線状の放熱面を定める傾斜面を経て推移し
ていく大きな直径を有する湯溜を小さな直径を有する炉
シャフトに対して同軸配列することにより、耐火性の内
張りが簡略化され、溶融金属の溶融装置内への滴下状態
が特に良好なものになる。たとえばフレイブン炉におい
て、耐火材で内張りされる場合に生じる諸問題並びにそ
こで生じる水冷炉火格子下の不十分な滴下は、本発明に
よる新規な装置で解消する。垂直で円筒形の断面は水冷
火格子の直ぐ下に位置する傾斜した壁の部分を経て別の
垂直で円筒形の断面となり、その容積は再びより小さい
断面の炉シャフトの容積と同じものとなる。これに関連
して火格子上のシャフトへのガス流入条件にも有利な影
響がある。装入材料、特に鋼スクラップ床の高さはこれ
まで教示されてきたように最大にする必要はもはやな
く、本発明の装入材料にとって特に重要なことである
が、実際最小にすることができる。というのは、柱状の
材料床を経ての熱交換効率は一連の操業に主たる影響を
もはや及ぼしはせず、そのかわり、熱交換器によって火
格子上の指示された低い装入材料の高さで操業が可能と
なるほどバーナー用の空気混合物が予熱されるからであ
る。復熱装置への廃ガス入口温度は、一方ではスクラッ
プ床の高さとスクラップの特性によって調整され、他方
では第2の燃焼と冷却用空気の付加によって調整され
る。シャフトと低部炉床との2つの構成要素が適切に区
切られている場合、シャフトおよび低部炉床へのバーナ
ーの熱分配は構造的特徴に留意した本発明になる新規な
方法により十分改善される。
高温に達することによって、たとえば装入材料中に不
純物として存在する以外の金属成分、たとえば亜鉛、を
シャフト内で蒸発させることができるが、そのような留
分は第2燃焼室で完全に酸化してダスト灰の成分となる
ので、分離器にためておいて排出することができる。あ
る種の粗いダストおよび/または細かいダストの特性を
有する汚染物を富化するため、この排出は分別過また
は他の方法で行うことができる。
金属浴の炭素含有量を所望の値にし、同時に浴面上に
装入材料のスラグが形成されにくいようにするため、浴
下のノズルと浴面の上か下のいずれかに挿入される吹込
筒(ランス)とを用いて金属浴中に炭素担持物(キャリ
アー)を吹込んでもよい。そうすることで装入材料から
鋼と鋳鉄の両方を容易に得ることができる。本請求項
中、浴面とは、溶融金属及び溶融スラグそれぞれの上表
面をいう。
可能な一連の操業あるいは溶融装置の構造を略図で例
示する添付の第1および第2図によって本発明をさらに
説明する。
第1図の本発明のスクラップ溶融炉の縦断面図によっ
て示されるように、この炉は本質的に炉シャフト1、炉
床2、湯溜領域3および中間の水冷火格子4からなる。
シャフトおよび湯溜または炉床領域は共に耐火材5で内
張りされている。環状主管6からの噴霧水で外部冷却を
行なうこともできる。炉シャフトへのスクラップの装入
はバケット7で行われる。このバケットは下部の垂れぶ
た(フラップ)8で開くことができる。炉を気密にする
ために、炉シャフトに蝶つがい付カバー9が取り付けら
れている。スクラップは初めはこのカバー上に保持され
る。満たされたバケット7が装填筒10上に置かれたとき
にカバー9が開き、スクラップは火格子4上に設置され
た充填セランミック床11の上に落ちる。バーナー12は湯
溜領域3に高温の燃焼ガスを噴き出す。その温度はスク
ラップの融点よりずっと高い温度である。これらのガス
は火格子4および充填セラミック床11を通って流れ、ス
クラップを溶融する。次にガスはスクラップ床を通り、
廃ガス系13を経て炉を出る。形成された溶融金属は、そ
の滴が湯溜床2に落ちる前にこれを過熱する充填セラミ
ック床を通って滴下する。湯溜に集められた溶融金属は
湯溜領域3内でのガスによる輻射および湯溜領域壁によ
る輻射により、またある程度まで対流によって過熱され
る。
溶融金属は出湯口14からそして溶融スラグは開口15を
経て炉から取り出される。
湯溜が早期に損耗した場合にはそれを油圧機械16で下
げ、新たに内張りしたものに代えることができる。
高温廃ガスは第2図に記載の第2燃焼室で後燃焼さ
せ、適当な温度で冷却用空気と混合する(復熱装置取入
れ口)。燃焼空気は後続する熱交換器内で廃ガスの顕熱
で予熱される。生じるダストはその後フィルター内に排
出される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のスクラップ溶融炉を例示する炉の縦断
面図であり、第2図は本発明の方法の流れを例示する工
程図である。 1:シャフト、2:湯溜(又は炉床)、3:湯溜域、4:水冷火
格子、5:耐火材、6:主水冷管、7:バケット、8:垂れぶ
た、9:蝶番式カバー、10:装填筒、11:セラミック床、1
2:バーナー、13:廃ガス系、14:出湯口、15:排滓口、16:
水圧機。

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高融点の金属スクラップ、特に鋼スクラッ
    プを溶解する炉において、 この炉においては液体燃料を用いコークスを使用しない
    で操業され、この炉の炉シャフトは冷却火格子を設ける
    ことにより炉シャフトの底部に接続された湯溜から分離
    されており、そしてバーナは、前記冷却火格子の下に配
    置され、該シャフトの長軸に実質的に直角に炉内につき
    出しており、燃焼熱はシャフト炉の廃ガスの熱を復熱し
    て予熱され、 バーナによって溶解装置に導入される熱量が、 a) バーナに直接作用される、湯溜内の耐火壁の内張
    りの表面積が、製造される溶解金属1トン当り1.8〜3.5
    m2である、 b) 湯溜の浴面からの耐火材料の放物線状または斜角
    状の熱輻射壁までの平均距離が1.5〜3.5mである、そし
    て c) 復熱器に入る廃ガスの温度が、炉シャフトに装填
    される材料床の高さに応じて調整され、その高さは、用
    いられるスクラップの種類による、 の各条件を満たすように、炉シャフトから去る分と湯溜
    にとどまる分とに配分され、炉シャフトの冷却火格子に
    直接接続する湯溜が放物線状のまたは斜角状の輻射面断
    面にて同心円的に下方へ広がってゆき、少なくとも燃焼
    区域では大直径の鉛直円筒部となることを特徴とする、 前記炉。
  2. 【請求項2】前記表面積が2〜2.8m2であり、前記平均
    距離が、2〜2.5mであることを特徴とする、請求項1に
    記載の炉。
  3. 【請求項3】復熱器へのガスの進入温度が炉シャフトに
    おける装填材料の酸化を最小にするような温度となるよ
    うに材料床の高さが決められるとともに、材料床の高さ
    は可及的に小さくされ、しかも湯溜へのバーナへの空気
    供給温度が800〜900℃とされる、請求項1または2のい
    ずれかに記載の炉。
  4. 【請求項4】溶解相浴への熱伝達が輻射により80〜90%
    そして好ましくは85%、対流により10〜20%そして好ま
    しくは15%行われ、かつ湯溜領域における輻射率はガス
    輻射によるもの約25%と、壁輻射によるもの50〜80%そ
    して好ましくは75%とからなることを特徴とする、請求
    項1〜3項のいずれかに記載の炉。
  5. 【請求項5】炉シャフト内の温度を少なくとも亜鉛の蒸
    発温度のレベルに調整し、存在する可能性のあるシャフ
    ト内の亜鉛成分を蒸発させ、第2燃焼室で完全に酸化
    し、しかる後これを得られるダスト相から分離すること
    を特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の炉。
  6. 【請求項6】放物線状の輻射面の傾斜角を、その照射方
    向が湯溜の底部にある液相の中心領域にほぼ向くように
    選ぶことを特徴とする、請求項6に記載の炉。
  7. 【請求項7】単数または複数のバーナの炎の断面積を炉
    壁の輻射面に対して直角な角度において最小にすること
    を特徴とする、請求項6に記載の炉。
  8. 【請求項8】バーナを屋根に対して接線方向かつ水平に
    配置し、好ましくは最高10%まで傾斜させることを特徴
    とする、請求項7に記載の炉。
  9. 【請求項9】炉シャフトが円筒状であり、その円形断面
    は放物線状に広がる炉床の上部を経由して大断面を有す
    る湯溜の下部に連続して移行する、ことを特徴とする、
    請求項1〜8のいずれかに記載の炉。
  10. 【請求項10】炉シャフトの後に酸化雰囲気中に存在す
    る不純物を燃焼するための第2燃焼室を配置することを
    特徴とする、請求項1〜9のいずれかに記載の炉。
  11. 【請求項11】湯溜の高さは、溶解金属上の燃焼室にお
    ける浴面からの炉領域における耐火材の斜角状の輻射壁
    への平均距離が1.5〜3.5m、好ましくは、2〜2.5mとな
    るものである、請求項1〜9のいずれかに記載の炉。
  12. 【請求項12】浴下のノズルおよび/またはそれ自体は
    公知の吹込筒手段によって炭素を復む成分を炉内の金属
    浴中へ導入することを特徴とする、請求項1〜10のいず
    れかに記載の炉。
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