JP3204202B2 - 冷鉄源の溶解方法および溶解設備 - Google Patents

冷鉄源の溶解方法および溶解設備

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JP3204202B2
JP3204202B2 JP5419298A JP5419298A JP3204202B2 JP 3204202 B2 JP3204202 B2 JP 3204202B2 JP 5419298 A JP5419298 A JP 5419298A JP 5419298 A JP5419298 A JP 5419298A JP 3204202 B2 JP3204202 B2 JP 3204202B2
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scrap
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄スクラップ、直
接還元鉄等の冷鉄源をアークにより溶解する冷鉄源の溶
解方法および溶解装置に関する。
【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方法が提案されている。
【0003】例えば、(1)アーク炉に水平予熱体を連
結し、アーク炉からの排ガスを予熱体に導入してスクラ
ップを予熱し、この予熱されたスクラップを連続的にア
ーク炉に供給するもの、および、(2)アーク炉からの
排ガスによってシャフト予熱帯で予熱されたスクラップ
を、2段に設けたプッシャーによりアーク炉に連続的に
供給するものがある(普通鋼電気炉業のストラテジー、
P77およびP80;日本鉄鋼協会、平成6年11月1
4日発行)。
【0004】また、(3)アーク炉の直上にスクラップ
予熱チャンバーを2室設け、アーク炉から発生する排ガ
スでチャンバー内のスクラップを予熱し、フィンガーと
呼ばれるストッパーを開放することによりスクラップを
アーク炉に供給するタイプのものも知られている(エレ
クトロヒート、No.82,1995,P56)。
【0005】さらに、(4)アーク炉に回転キルンとシ
ャフトタイプの予熱帯を連結し、スクラップをプッシャ
ーによりシャフトからキルンに供給し、さらにキルンに
よりアーク炉に連続的に供給するものもある(特開平6
−122234号公報)。
【0006】さらにまた、(5)アーク炉の炉蓋の一部
にシャフト状の予熱帯を直結し、1チャージ分のスクラ
ップをアーク炉内およびシャフト内に供給しておいて、
スクラップを溶解するもの(特公平6−46145号公
報)、および、(6)シャフト状のアーク炉で、シャフ
ト内の1チャージ分のスクラップが排ガスにより予熱さ
れながら、炉の側壁から挿入された電極により溶解され
るものが知られている。
【0007】以上のような排ガスによりスクラップを予
熱するタイプのアーク炉において、低いものでは、およ
そ250〜270kWh/tの電力原単位が目標とされ
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アーク
炉から発生する排ガスによりスクラップを予熱する上記
(1)〜(6)の設備は、以下に示すような欠点があ
る。
【0009】(1)〜(4)の設備では、スクラップを
アーク炉内に供給するために、振動コンベア、プッシャ
ー、キルンまたはフィンガーというスクラップ搬送供給
のための装置が必要であり、このため、アーク炉からの
排ガスでスクラップを予熱する際の予熱温度に限界があ
る。すなわち、高温に予熱しようとして炉内に添加する
酸素量を増加させ、排ガスの熱量を増やす時に、上記装
置の熱変形等によるハード上のトラブルが避けられな
い。また、高温に予熱しようとする時に、局部的に融着
するようになってスクラップを搬送供給できなくなる問
題があり、予熱温度に限界がある。
【0010】これに対して、(5)および(6)の設備
では、スクラップがアーク炉内、または、アーク炉およ
びアーク炉に直結したシャフト内に予め装入するため、
上述したスクラップ搬送供給のための装置を必要とせ
ず、したがって上述のような問題も生じない。しかしな
がら、これらの設備では、1チャージ毎にアーク炉内お
よびシャフト内のスクラップをすべて溶解し、炉内およ
びシャフト内にスクラップが残らない状態で炉内溶鋼を
出鋼するため、次チャージのスクラップの予熱ができな
いことにより排ガスの有効利用という点では十分とはい
えない。
【0011】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置
を特に必要とせず、また、次チャージの冷鉄源の予熱も
可能であり、従来の排ガスを利用してスクラップを予熱
する溶解設備では達成できない極めて高効率の冷鉄源の
溶解方法および溶解設備を提供すること、具体的には、
電力原単位が250kWh/t未満の冷鉄源の溶解方法
および溶解設備を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、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冷鉄源を溶解
する方法であって、冷鉄源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予熱シャフトへ冷鉄源
を連続的または断続的に供給しながら溶解室内の冷鉄源
をアークにより溶解し、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シャフトに冷鉄源が存在する
状態で溶鋼を出鋼することを特徴とする冷鉄源の溶解方
法を提供する。
【0013】また、上記方法において、溶解中および出
鋼時に、溶解室および予熱シャフトに1チャージ分の5
0%以上の冷鉄源が残存していることを特徴とする冷鉄
源の溶解方法を提供する。
【0014】さらに、上記いずれかの方法において、コ
ークス等の補助熱源と、酸素とを溶解室内に供給するこ
とを特徴とする冷鉄源の溶解方法を提供する。
【0015】さらにまた、前記酸素の供給量が25Nm
3/t以上であることを特徴とする冷鉄源の溶解方法を
提供する。
【0016】さらにまた、上記いずれかの方法におい
て、溶鋼の出鋼時に溶鋼を加熱することを特徴とする冷
鉄源の溶解方法を提供する。
【0017】さらにまた、上記いずれかの方法におい
て、前記溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点でシャッ
ターにより前記冷鉄源の出鋼口への移動を阻止すること
を特徴とする冷鉄源の溶解方法を提供する。
【0018】本発明では、また、冷鉄源を溶解するため
の溶解室と、その上方に直結し、冷鉄源を予熱する予熱
シャフトと、溶解室内で冷鉄源を溶解するためのアーク
電極と、冷鉄源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予熱シャフトへ冷鉄源を連続的ま
たは断続的に供給する冷鉄源供給手段と、前記溶解室に
設けられた出鋼口とを有し、溶解室内の冷鉄源をアーク
により溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で
溶解室および予熱シャフトに冷鉄源が存在する状態で溶
鋼を出鋼することを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供
する。
【0019】また、上記溶解設備において、前記溶解室
にコークス等の補助熱源を供給する補助熱源供給手段
と、前記溶解室に酸素を供給する酸素供給手段とをさら
に有し、冷鉄源をアークおよび補助熱源と酸素とにより
溶解することを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供す
る。
【0020】さらに、上記いずれかの溶解設備におい
て、前記出鋼口近傍に設けられた溶鋼を加熱するための
加熱手段をさらに有することを特徴とする冷鉄源の溶解
設備を提供する。
【0021】さらにまた、上記いずれかの溶解設備にお
いて、前記予熱シャフトの側壁は、下方に向かって広が
るテーパーを有していることを特徴とする冷鉄源の溶解
設備を提供する。
【0022】さらにまた、前記テーパーは2.5〜7°
であることを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供する。
【0023】さらにまた、上記予熱シャフトの側壁が下
方に広がるテーパーを有しているいずれかの溶解設備に
おいて、前記シャフト部の断面が、円または楕円または
曲線部を含むことを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供
する。
【0024】さらにまた、上記いずれかの溶解設備にお
いて、前記冷鉄源が溶解室内の溶鋼へ移動することを阻
止するシャッターをさらに有することを特徴とする冷鉄
源の溶解設備を提供する。
【0025】本発明においては、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
て冷鉄源を溶解するので、溶解室への冷鉄源の搬送供給
のための装置を特に必要としない。また、冷鉄源が溶解
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
予熱シャフトへ冷鉄源を連続的または断続的に供給しな
がら溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、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シャフ
トに冷鉄源が存在する状態で溶鋼を出鋼するので、次チ
ャージの冷鉄源の予熱も可能であり、極めて高効率の冷
鉄源の溶解を実現することができる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。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、冷鉄源をアーク溶解するための溶解
炉1と、その上方に直結する予熱シャフト2とを備えて
いる。予熱シャフト2の上端には、排ガス吸引系に連結
する排気部2aが設けられている。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3が装
入される。
【0027】予熱シャフト2の上方にはスクラップ装入
バケット4が設けられており、このバケット4から予熱
シャフト2内に鉄スクラップ3が装入される。この場合
に、このバケット4からのスクラップ3の装入は、操業
中に、スクラップ3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3を連続的または断続的に供給する。この際のスク
ラップ3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よいし、予熱シャフト2内の
スクラップ3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3の投入を適宜の制御手段により制御するようにして
もよい。
【0028】溶解炉1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を貫通して溶解炉1の上方か
らその中に垂直にアーク電極6が挿入されている。ま
た、溶解炉1の炉底10のアーク電極6と対向する位置
には、炉底電極11が設けられている。そしてアーク電
極6によって形成されるアーク7により、スクラップ3
が溶解され、溶鋼8となる。溶鋼8の上にはスラグ9が
形成されており、アーク7はこのスラグ9内に形成され
ることとなる。
【0029】また、溶解炉1には2本のランス12a,
12bがその先端を溶解室内の溶鋼面に向けて挿入され
ており、ランス12aからは酸素が供給され、ランス1
2bからは補助熱源としてのコークスがインジェクショ
ンされる。なお、補助熱源としてはコークス以外の炭材
を用いてもよい。
【0030】溶解炉1の予熱シャフト2が直結されてい
る側とは異なる部分に設けられた突出部1aの底部には
出鋼口14が形成されており、その側端にはスラグドア
15が設けられている。なお、スラグドア15と同じ周
面に出鋼口が設けられていてもよい。また、突出部1a
には、その上方からバーナー13が挿入されており、出
鋼される溶鋼の温度を上昇させることが可能となってい
る。この場合、バーナー13の代わりにアーク電極等の
他の加熱手段を設けてもよい。
【0031】予熱シャフト2の側壁は、図1に示すよう
に、下方に向かって広がるテーパーを有している。この
ようなテーパーを設けることにより、溶解炉1内の溶鋼
8中へ高温のスクラップを安定的に供給することができ
る。テーパーが形成されていない場合には、スクラップ
3が予熱シャフト2の壁部に拘束され自然に落下しにく
くなり、棚吊りを起こす原因となる。
【0032】予熱シャフト2の側壁のテーパーは、2.
5〜7°の範囲であることが好ましい。このテーパーが
2.5°未満では棚吊り発生を有効に防止することがで
きない。また、7°を超えると予熱シャフト2内のスク
ラップ3の装入量が減少し、予熱時にスクラップ3の滞
留時間を十分に稼ぐことができないため、十分な予熱効
果を得ることができなくなる。逆に、同程度の滞留時間
を稼ごうとすると、予熱シャフト2の高さが高くなるた
め、建屋を高くせざるを得ない。さらに、予熱シャフト
2の上部の断面が狭くなり、使用可能なスクラップ量が
制限されてしまう。
【0033】予熱シャフト2にテーパーを設けた場合で
あっても、予熱シャフト2が矩形の場合には、その壁面
とスクラップ3との摩擦力が大きく、棚吊りを必ずしも
有効に防止することができないため、予熱シャフト2の
断面形状を、図2に示すように、円または楕円または曲
線を含む形状にすることが好ましい。
【0034】このように構成される溶解設備において鉄
スクラップを溶解するに際しては、まず、溶解炉1と予
熱シャフト2に鉄スクラップ3を装入し、鉄スクラップ
3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。
【0035】この状態でアーク電極6によりアーク7を
形成し、鉄スクラップ3を溶解する。この際に、ランス
12aにより酸素を供給し、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12
b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6
の先端をスラグ9中に埋没させ、アーク7がスラグ9内
に形成されるようにする。この補助熱源としてインジェ
クションされたコークスは、別に供給された酸素と反応
しCOガスが発生すると同時にその反応熱はスクラップ
3の溶解に寄与する。
【0036】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およびは排気部2aを経由し
て排出され、この排ガスの熱により、シャフト2内のス
クラップ3が予熱される。溶解炉1内でスクラップ3が
溶解すると、予熱シャフト2のスクラップが溶解炉1に
供給されるため、予熱シャフト2内のスクラップ3の上
端位置が低下してくる。この場合に、スクラップ3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4から予熱シャフト2へスクラップ3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3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よいし、予熱シャフト
2内のスクラップ3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3等の投入を制御するようにしてもよい。
【0037】スクラップの溶解が進行して所定量、例え
ば1チャージ分以上の溶鋼が炉内に溜まったら、溶解炉
1および溶解シャフト2内にスクラップが連続して存在
する状態を保ったまま、溶解炉1を傾動させて出鋼口1
4から1チャージ分の溶鋼を取鍋等へ出鋼する。出鋼に
際しては、溶鋼の凝固による出鋼口14の詰まりを防止
するために、バーナー13で溶鋼を加熱してもよい。
【0038】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内には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の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。したがって、従来の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。
【0039】また、常にスクラップ3が溶解炉1と予熱
シャフト2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3を供給し、溶解炉1内で1チャー
ジ分の溶鋼が形成されてこれを出鋼する際にも、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、溶解中および出鋼時に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。
【0040】また、効率良くスクラップを溶解する観点
から、コークス等の補助熱源を使用することが望まし
く、上述したランス12bから補助熱源としてのコーク
スをインジェクションするとともに別のランス12aか
ら酸素を供給することにより、COガスが生成し、熱を
発生させることができる。この場合に、供給する酸素量
は25Nm3/t以上であることが好ましい。これによ
り、一層効率良くスクラップを溶解することができる。
さらに好ましくは40Nm3/tである。図3には、後
述する実施例における溶解炉にて酸素原単位を15〜4
5Nm3/tとした時の電力原単位を示す。この図に示
すように、酸素原単位が増加するに従って電力原単位が
減少し、特に25Nm3/t以上になると電力原単位が
200kWh/t以下と極めて低い値となる。さらに4
0Nm3/t以上となると120kWh/t程度以下と
なり、さらに一層低い値となる。
【0041】ところで、このように常にスクラップが存
在している状態で溶解を行うと溶鋼温度が1550℃程
度と低いため、溶鋼が出鋼口14に詰まるおそれがあ
る。このような問題を回避するために、出鋼時に上述の
ようにバーナー13で溶鋼を加熱する。もちろんアーク
電極等の他の加熱手段であってもよい。
【0042】また、出鋼時の溶鋼温度を高くするために
は、図4に示すように、溶解炉1の予熱シャフト2近傍
部分にシャッター20をシリンダー21により移動可能
に設け、溶解炉1内に所定量の溶鋼が溜まった時点でシ
ャッター20を溶解炉1内に挿入し、溶解炉1内の溶鋼
へスクラップ3が倒れ込むことを防止することが有効で
ある。
【0043】溶鋼のスーパーヒート(ΔT)は、溶解速
度(W)および溶鋼と溶鋼中に浸かっているスクラップ
の接触面積(S)と以下の(1)式に示す関係がある。
【0044】
【数1】
【0045】したがって、スーパーヒート(ΔT)を大
きくするには、溶解速度、すなわちアーク加熱パワーが
一定の条件では、溶鋼と溶鋼に浸かっているスクラップ
の接触面積(S)を小さくすることが有効である。この
ため、シャッター20によりスクラップ3の溶鋼への倒
れ込みを阻止することにより、スクラップの接触面積
(S)を小さくすることができ、出鋼時の溶鋼温度を上
昇させることができる。具体的には、溶鋼温度をおよそ
1570℃まで上昇させることができる。なお、シャッ
ター20の移動は、シリンダー21により上下動させる
ことに限らず、モーター等により回動させるようにして
もよい。
【0046】出鋼時の溶鋼温度を上昇させる他の方法と
しては、所定量の溶鋼が溜まった時点でランス12aか
らの酸素吹き込みを停止することが挙げられる。これ
は、スクラップ・溶鋼界面の熱伝達係数(h)を考慮し
た結果である。すなわち、hを考慮すると溶鋼のスーパ
ーヒート(ΔT)は、以下の(2)式で表される。
【0047】
【数2】
【0048】したがって、hが小さいほどΔTが大きく
なる。溶鋼中にコークスおよび酸素を吹き込む場合に
は、COガスの発生により溶鋼攪拌が生じ、hが大きく
なってΔTが低下する。したがって、所定量の溶鋼が溜
まった時点で酸素吹き込みを停止してhを低下させ、Δ
Tが大きい状態で溶鋼を出鋼する。これにより、出鋼時
の溶鋼温度を1570℃程度にすることができる。
【0049】同様の観点から、溶解炉1として上記のよ
うな直流アーク炉に代えて交流アーク炉を用いることが
好ましい。すなわち、直流アーク炉の場合は、直流電流
により磁場が発生し、この磁場と直流電流との相互作用
により溶鋼流動が生じるが、交流アーク炉の場合には、
このような流動が生じない。したがって、スクラップ・
溶鋼界面の熱伝達係数(h)は交流アーク炉のほうが小
さくなり、ΔTが大きくなる。交流アーク炉にすること
により、出鋼時の溶鋼温度を1570℃程度にすること
ができる。
【0050】出鋼時の溶鋼温度を上昇させる他の方法と
しては、所定量の溶鋼が溜まった時点でアーク電極6に
供給する電力を上昇させることが挙げられる。アーク電
極6に供給する電力を上昇させると、熱平衡に達する前
の短時間は溶鋼温度が上昇するため、その時点で溶鋼温
度が高い状態で出鋼することができる。電力を上昇させ
るために電圧および電流のいずれを上昇させてもよい。
例えば、電流値を20〜30%上昇させることにより1
570℃程度まで溶鋼温度を上昇させることができる。
【0051】
【実施例】
(実施例1)溶解炉(炉径;7.2m、高さ4m)と予
熱シャフト(5mW×3mD)とが直結した直流アーク
設備の溶解炉内および予熱シャフト内に、スクラップ1
50トンを装入し、溶解炉にて28インチの黒鉛電極に
より、最大650V、115kAの電源容量でアークを
形成し、スクラップを溶解した。また炉側壁に設けた作
業口より、水冷ランスを挿入し、そこから6000Nm
3/hrの量で送酸した。炉内に溶鋼が溜まってきた時
点で、80kg/minでコークスをスラグ中にインジ
ェクションしスラグフォーミング操業に移行し、黒鉛電
極の先端をフォーミングスラグ中に埋没させた。この時
の電圧・電流は400V、90kAに設定した。予熱シ
ャフト内のスクラップが溶解炉内でのスクラップの溶解
に伴って下降したら、予熱シャフト上部からスクラップ
装入バケットからスクラップを供給し、予熱シャフト内
のスクラップの高さを一定の高さに保持した。
【0052】このように、溶解炉内および予熱シャフト
内に連続してスクラップが存在する状態で溶解を進行さ
せ、溶解炉内に180トンの溶鋼が生成した段階で、6
0トンを炉内に残し、1チャージ分の120トンの溶鋼
を出鋼口から取鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼の温度は1
550℃であった。溶鋼中のC濃度は0.1%であっ
た。出鋼口付近の溶鋼は、酸素−オイルバーナーで加熱
した。
【0053】120トン出鋼後も送酸とコークスインジ
ェクションを行いながらスラグフォーミング操業を行っ
て溶解を継続し、再度溶解炉内の溶鋼量が180トンに
なったら120トン出鋼することを繰り返した。平均し
てtap−tap約40分間で120トンの溶鋼が得ら
れた。酸素量33Nm3/t、コークス原単位26kg
/tで電力原単位175kWh/tが得られた。
【0054】出鋼した120トンの溶鋼は取鍋炉(L
F)により1620℃に昇温し、連続鋳造により175
×175mmのビレットを製造した。LFの電力原単位
は平均60kW/tであった。一方、同じ装置を用い
て、スクラップを連続して供給せずに、1チャージずつ
バッチ溶解した場合(従来技術(5)と同様)について
も同様に電力源単位を求めた。
【0055】表1にこれらの結果を示す。表1に示すよ
うに、酸素使用量がほぼ同じで、連続的に供給した実施
例1が比較例よりも、およそ130kWh/tも電力源
単位が低く、LFでの必要な電力原単位を含めてもおよ
そ100kWh/tも電力原単位が低かった。また、従
来技術で示した他のプロセスの報告例と比較しても電力
原単位は本発明の方が60kWh/t以上、LFに至る
前までに必要な電力原単位が低く、本実施例のスクラッ
プの予熱効率が非常に高いことが確認された。
【0056】(実施例2)上記溶解炉において、酸素量
45Nm3/t、コークス原単位36kg/tとした以
外は、実施例1と同様の溶解を実施した。その結果も表
1に示す。この際の電力原単位は120kWと極めて低
く、平均温度が1550℃の溶鋼がtap−tap約3
7分間で得られた。
【0057】
【表1】
【0058】(実施例3)溶解炉(炉径;7.2m、高
さ4m)と、テーパー角度を4°にした予熱シャフト
(断面楕円;長半径6m×短半径3.6m、高さ7m、
テーパー4°)とが直結した直流アーク設備の溶解炉内
および予熱シャフト内に、スクラップ150トンを装入
し、溶解炉にて28インチの黒鉛電極により、最大65
0V、115kAの電源容量でアークを形成し、スクラ
ップを溶解した。また炉側壁に設けた作業口より、水冷
ランスを挿入し、そこから6000Nm3/hrの量で
送酸した。炉内に溶鋼が溜まってきた時点で、80kg
/minでコークスをスラグ中にインジェクションしス
ラグフォーミング操業に移行し、黒鉛電極の先端をフォ
ーミングスラグ中に埋没させた。この時の電圧は450
Vに設定した。予熱シャフト内のスクラップが溶解炉内
でのスクラップの溶解に伴って下降したら、予熱シャフ
ト上部からスクラップ装入バケットからスクラップを供
給し、予熱シャフト内のスクラップの高さを一定の高さ
に保持した。
【0059】このように、溶解炉内および予熱シャフト
内に連続してスクラップが存在する状態で溶解を進行さ
せ、溶解炉内に180トンの溶鋼が生成した段階で、6
0トンを炉内に残し、120トンの溶鋼を出鋼口から取
鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼の温度は1550℃であっ
た。溶鋼中のC濃度は0.1%であった。出鋼口付近の
溶鋼は、酸素−オイルバーナーで加熱した。120トン
出鋼後も溶解を継続し、再度溶解炉内の溶鋼量が180
トンになったら120トン出鋼することを6回繰り返し
た。予熱シャフト内で棚吊り現象の発生は見られず、平
均してtap−tap約40分間で120トンの溶鋼が
得られた。酸素量33Nm3/t、コークス原単位26
kg/tで電力原単位175kWh/tが得られた。
【0060】次に、予熱シャフトのテーパーを種々に変
化させて同様に溶解実験を行った。その時のテーパー角
度と平均のtap−tap時間との関係およびテーパー
角度と電力原単位との関係を図5に示す。予熱シャフト
のテーパー角度が2.5°未満の場合は、予熱シャフト
で棚吊り現象が発生してスクラップが溶解炉に落ちてい
かず、溶鋼が停滞する現象が6回出鋼のうち1回程度生
じたため、平均のtap−tap時間が長くなってい
る。一方、テーパー角度が7°を超えた場合には、予熱
シャフト内のスクラップの滞留時間が稼げないため、ス
クラップの予熱効果が減少し、電力原単位が高くなって
いるのがわかる。これに対してテーパー角度が2.5〜
7°ではtap−tap時間が40分間で電力原単位1
75kWh/tを維持していることがわかる。
【0061】(実施例4)実施例1と同様の溶解炉を用
いて、実施例1と同様にスクラップを溶解した。溶解炉
内に180トンの溶鋼が生成した段階で、シャッターを
溶解炉内に挿入し、スクラップの倒れ込みを阻止した。
その後操業を継続することにより、図6に示すように、
溶鋼温度が1570℃まで上昇した。その時点で、60
トンを炉内に残し、1チャージ分の120トンの溶鋼を
出鋼口から取鍋に出鋼した。溶鋼中のC濃度は0.1%
であった。出鋼口付近の溶鋼は、酸素−オイルバーナー
で加熱した。
【0062】120トン出鋼後、シャッターを上昇させ
た状態で送酸とコークスインジェクションを行いながら
スラグフォーミング操業を行って溶解を継続し、再度溶
解炉内の溶鋼量が180トンになったらシャッターを挿
入して溶鋼温度を上昇させ、120トン出鋼することを
繰り返した。平均してtap−tap約40分間で12
0トンの溶鋼が得られた。酸素量33Nm3/t、コー
クス原単位26kg/tで電力原単位180kWh/t
が得られた。
【0063】(実施例5)実施例1と同様の溶解炉を用
いて、実施例1と同様にスクラップを溶解した。溶解炉
内に180トンの溶鋼が生成した段階で、水冷ランスか
らの送酸とコークスのインジェクションを停止した。そ
の後アーク通電のみにより、図7に示すように、溶鋼温
度が1570℃まで上昇した。その時点で、60トンを
炉内に残し、1チャージ分の120トンの溶鋼を出鋼口
から取鍋に出鋼した。溶鋼中のC濃度は0.1%であっ
た。出鋼口付近の溶鋼は、酸素−オイルバーナーで加熱
した。
【0064】120トン出鋼後、送酸とコークスインジ
ェクションを再開し、スラグフォーミング操業を行って
溶解を継続し、再度溶解炉内の溶鋼量が180トンにな
ったら水冷ランスからの送酸とコークスインジェクショ
ンを停止して溶鋼温度を上昇させ、120トン出鋼する
ことを繰り返した。平均してtap−tap約43分間
で120トンの溶鋼が得られた。酸素量33Nm3
t、コークス原単位26kg/tで電力原単位185k
Wh/tが得られた。
【0065】(実施例6)実施例1と同様の溶解炉を用
いて、実施例1と同様にスクラップを溶解した。溶解炉
内に180トンの溶鋼が生成した段階で、電圧・電流を
400V、90kAから600V、115Aに上昇さ
せ、図8に示すように、溶鋼温度を1568℃まで上昇
させた。その時点で、60トンを炉内に残し、1チャー
ジ分の120トンの溶鋼を出鋼口から取鍋に出鋼した。
溶鋼中のC濃度は0.1%であった。出鋼口付近の溶鋼
は、酸素−オイルバーナーで加熱した。
【0066】120トン出鋼後、電圧・電流を元に戻
し、スラグフォーミング操業を行って溶解を継続し、再
度溶解炉内の溶鋼量が180トンになったら再び電圧・
電流を上昇させて溶鋼温度を上昇させ、120トン出鋼
することを繰り返した。平均してtap−tap約43
分間で120トンの溶鋼が得られた。酸素量33Nm3
/t、コークス原単位26kg/tで電力原単位185
kWh/tが得られた。
【0067】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶解室と、その上部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スクラップ等の冷鉄源を溶解す
るので、溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置を特
に必要としない。また、冷鉄源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予熱シャフトへ冷
鉄源を供給しながら溶解室内の冷鉄源をアークにより溶
解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室お
よび予熱シャフトに冷鉄源が存在する状態で溶鋼を出鋼
するので、次チャージの冷鉄源の予熱も可能であり、極
めて高効率の冷鉄源の溶解を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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。
【図2】予熱シャフトの好ましい形状を示す平面図。
【図3】本発明の装置を用いて操業した際における、酸
素原単位と電力原単位との関係を示す図。
【図4】スクラップの倒れ込みを阻止するシャッターを
設けた本発明の他の実施形態に係るアーク溶解設備を示
す断面図。
【図5】予熱シャフトのテーパー角度と平均のtap−
tap時間および電力原単位との関係を示す図。
【図6】シャッターによりスクラップの倒れ込みを阻止
した際における溶鋼の温度上昇を示す図。
【図7】送酸を停止した際における溶鋼の温度上昇を示
す図。
【図8】出鋼前にアーク電極に供給する電力を上昇させ
た際における溶鋼の温度上昇を示す図。
【符号の説明】
1……溶解炉 2……予熱シャフト 3……鉄スクラップ 4……スクラップ装入バスケット 6……電極 7……アーク 8……溶鋼 9……スラグ 12a……酸素ランス 12b……コークスランス 13……バーナー 14……出鋼口 20……シャッター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 靖浩 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F27D 13/00 C21C 5/52 F27B 3/08

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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冷鉄源を溶解す
    る方法であって、冷鉄源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予熱シャフトへ冷鉄源を
    連続的または断続的に供給しながら溶解室内の冷鉄源を
    アークにより溶解し、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シャフトに冷鉄源が存在する状
    態で溶鋼を出鋼することを特徴とする冷鉄源の溶解方
    法。
  2. 【請求項2】 溶解中および出鋼時に、溶解室および予
    熱シャフトに1チャージ分の50%以上の冷鉄源が残存
    していることを特徴とする請求項1に記載の冷鉄源の溶
    解方法。
  3. 【請求項3】 さらにコークス等の補助熱源と、酸素と
    を溶解室内に供給することを特徴とする請求項1または
    請求項2に記載の冷鉄源の溶解方法。
  4. 【請求項4】 前記酸素の供給量が25Nm3/t以上
    であることを特徴とする請求項3に記載の冷鉄源の溶解
    方法。
  5. 【請求項5】 溶鋼の出鋼時に溶鋼を加熱することを特
    徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載
    の冷鉄源の溶解方法。
  6. 【請求項6】 前記溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時
    点でシャッターにより前記冷鉄源の出鋼口への移動を阻
    止することを特徴とする請求項1ないし請求項5に記載
    の冷鉄源の溶解方法。
  7. 【請求項7】 冷鉄源を溶解するための溶解室と、その
    上方に直結し、冷鉄源を予熱する予熱シャフトと、溶解
    室内で冷鉄源を溶解するためのアーク電極と、冷鉄源が
    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
    うに予熱シャフトへ冷鉄源を連続的または断続的に供給
    する冷鉄源供給手段と、前記溶解室に設けられた出鋼口
    とを有し、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、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
    シャフトに冷鉄源が存在する状態で溶鋼を出鋼すること
    を特徴とする冷鉄源の溶解設備。
  8. 【請求項8】 前記溶解室にコークス等の補助熱源を供
    給する補助熱源供給手段と、前記溶解室に酸素を供給す
    る酸素供給手段とをさらに有し、冷鉄源をアークおよび
    補助熱源と酸素とにより溶解することを特徴とする請求
    項7に記載の冷鉄源の溶解設備。
  9. 【請求項9】 前記出鋼口近傍に設けられた溶鋼を加熱
    するための加熱手段をさらに有することを特徴とする請
    求項7または請求項8に記載の冷鉄源の溶解設備。
  10. 【請求項10】 前記予熱シャフトの側壁は、下方に向
    かって広がるテーパーを有していることを特徴とする請
    求項7ないし請求項9のいずれか1項に記載の冷鉄源の
    溶解設備。
  11. 【請求項11】 前記テーパーは2.5〜7°であるこ
    とを特徴とする請求項10に記載の冷鉄源の溶解設備。
  12. 【請求項12】 前記シャフト部の断面が、円または楕
    円または曲線部を含むことを特徴とする請求項10また
    は請求項11に記載の冷鉄源の溶解設備。
  13. 【請求項13】 前記冷鉄源が溶解室内の溶鋼へ移動す
    ることを阻止するシャッターをさらに有することを特徴
    とする請求項7ないし請求項12のいずれか1項に記載
    の冷鉄源の溶解設備。
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