JP7107337B2 - 電気炉による溶鉄の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、溶解中に発生する高温の排ガスで冷鉄源を予熱する方法として、溶解室の上部に冷鉄源の予熱室を連結し、溶解室で発生した高温の排ガスを、冷鉄源が充填された予熱室を通過させることにより冷鉄源を予熱し、この予熱された冷鉄源が溶解室に供給されるようにした方法が示されている。また、この特許文献2の方法では、溶解室内にコークスを吹き込み、補助熱源として利用することも行われている。
一方、特許文献2に記載のような炉排ガスで冷鉄源を予熱する方法は、エネルギー源として排ガスを利用する点で有利であるが、電力原単位を大幅に低減するには、これだけでは不十分である。また、同文献に記載されたコークスの吹き込みを併用する方法も同様である。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
予熱室(2)内で廃油スプレーノズル(3)から廃油を散布することにより、冷鉄源に廃油を付着させ、この廃油が付着した冷鉄源を予熱室(2)で予熱することを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
[2]上記[1]の製造方法において、冷鉄源が予熱室(2)内に充填された状態で予熱され、予熱された冷鉄源が溶解室(1)に順次供給されるようにしたことを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
冷鉄源装入口(20)から予熱室(2)内に装入された冷鉄源は、予熱室(2)およびその下方の溶解室(1)の空間部分(1a)に充填され、この空間部分(1a)の冷鉄源が順次アーク加熱部側に押し出されることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
[4]上記[3]の製造方法において、空間部分(1a)の冷鉄源が、押し出し機(3)により順次アーク加熱部側に押し出されることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
[6]上記[1]~[5]のいずれかの製造方法において、予熱室(2)に装入された冷鉄源1トンあたり2Mcal以上50Mcal以下の発熱量の廃油を廃油スプレーノズル(3)から散布することを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
[7]上記[1]~[6]のいずれかの製造方法において、廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油は、油分とともに水分を含む廃油であることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
[8]上記[7]の製造方法において、廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油が、金属材の圧延工程における使用済み潤滑剤または該使用済み潤滑剤から水分の一部を分離除去したものであることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
[10]冷鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解室(1)と、この溶解室(1)に供給する冷鉄源を予熱するための予熱室(2)を備え、溶解室(1)で発生した排ガスを、冷鉄源が供給された予熱室(2)を通過させることにより冷鉄源を予熱し、この予熱された冷鉄源を溶解室(1)に供給し、溶解室(1)で溶解して溶鉄を得る電気炉であって、
予熱室(2)内で廃油を散布するための廃油スプレーノズル(3)を有することを特徴とする電気炉。
予熱室(2)内で廃油スプレーノズル(3)から廃油を散布することにより、冷鉄源に廃油を付着させ、この廃油が付着した冷鉄源を予熱室(2)で予熱することを特徴とする廃油の処理方法。
[12]上記[11]の処理方法において、廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油は、油分とともに水分を含む廃油であることを特徴とする廃油の処理方法。
[13]上記[12]の処理方法において、廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油が、金属材の圧延工程における使用済み潤滑剤または該使用済み潤滑剤から水分の一部を分離除去したものであることを特徴とする廃油の処理方法。
また、この方法によれば、水分を多く含む廃油もそのまま用いることができるため、廃油を特別な処理を加えることなく利材化することができ、廃油を処理・処分する負担を軽減することができる。
廃油には様々な形態のものがあるが、多くは、油分以外の成分(水分など)が多量に含まれているもの、油分が使用環境下で変質してしまい、当初の機能が発揮できなくなったもの、などであり、多くの場合、これらの廃油は産廃処理または埋立処分されてきた。本発明は、そのような廃油でも問題なく使用することができ、このため廃油の処理・処分の負担を軽減できる利点もある。
また、以上挙げたような潤滑剤以外にも、種々の用途から生じる廃油が存在し、本発明ではこれらの廃油を使用することができる。
また、廃油スプレーノズル3の種類も特に制限はないが、粘度が高い廃油を均一に散布できること、ノズル詰まりが生じにくいことなどの点から、廃油を気体で押し出して霧状に噴射(噴霧)する2流体スプレーノズルが特に好ましい。この2流体スプレーノズルを用いる場合、気体には空気を用いるのが一般的であるが、必要に応じて、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを用いてもよい。また、気体の供給量が増えるとポンプの動力が増大し、その分運転コストが高くなるが、廃油は粘度が高いため気体を十分に供給する必要があり、体積比で気体量を廃油量の10倍以上とすることが望ましい。
冷鉄源に対する廃油の散布量(添加量)は、廃油の油分によって冷鉄源や溶鉄に付加する熱に応じて適宜決めればよいが、通常、予熱室2に装入された冷鉄源1トンあたり2Mcal以上50Mcal以下の発熱量の廃油を冷鉄源に散布することが好ましい。冷鉄源に散布する廃油の冷鉄源1トンあたりの発熱量が2Mcal未満では、冷鉄源や溶鉄に熱を十分に付加することができないおそれがあり、一方、50Mcalを超えると、廃油に含まれる水分量も多くなるため水分の蒸発に熱量が使われ、本来の目的である冷鉄源や溶鉄の加熱に熱が行き渡らないおそれがある。
したがって、このような条件を満足するように、使用する廃油の単位発熱量に応じて、廃油の散布(添加)量を決めることが好ましい。
また、廃油として、製鉄所の圧延工程での使用済み潤滑油から水分の一部と固形分を分離除去したもの(水分含有量は55mass%程度)を用いる場合において、この廃油の発熱量が約4000kcal/kgであり、冷鉄源1トンあたりの必要発熱量が10Mcalであるとすると、冷鉄源1トンあたり2.5kgの廃油が必要となる。
予熱室2から排気される際の排ガス温度は、例えば、予熱室2内への冷鉄源の供給速度、冷鉄源への廃油の散布量、廃油の水分量、炉外への排ガスの吸引速度などを調整することにより管理することができる。このため、予熱室2の排気口などに温度計を設けて排ガス温度を測定し、この排ガス温度に基づき、予熱室2内への冷鉄源の供給速度、冷鉄源への廃油の散布量、廃油の水分量、炉外への排ガスの吸引速度などのうちの1つ以上を調整して、排ガス温度を管理するのが好ましい。
(ア)冷鉄源が予熱室2内に充填された状態(通常、高さ方向に充填された状態)で予熱され、予熱された冷鉄源が溶解室1に順次供給されるようにした溶鉄製造方法であり、例えば、上方から予熱室2内に投入された冷鉄源が予熱室2内で高さ方向に充填され、この充填された冷鉄源が予熱室2内を順次降下しつつ予熱室2内を通過する排ガスで予熱され、しかる後、予熱室2の下側から溶解室1に順次装入される。
(イ)冷鉄源が予熱室2内において移送手段18で移送されながら予熱され、予熱された冷鉄源が移送手段18から溶解室1に順次供給されるようにした溶鉄製造方法であり、例えば、冷鉄源が横型の予熱室2内で移送手段18(ベルトコンベアなど)により移送されつつ、予熱室2内を通過する排ガスで予熱され、しかる後、移送手段18の終端から溶解室1に順次装入される。
電気炉は、冷鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解室1と、この溶解室1に供給する冷鉄源を予熱するための予熱室2を備えている。
溶解室1の上部は、開閉可能な水冷構造の炉蓋4で覆われている。溶解室1のほぼ中央部には、炉蓋4を貫通して上方から複数本の電極5が挿入され、これら電極5間でアークを飛ばすことにより冷鉄源を溶解するアーク加熱部Aが構成される。通常、電極5は黒鉛などで構成され、上下移動可能である。
予熱室2の上方には、走行台車16に吊り下げられた底開き型の供給用バケット13が移動でき、この供給用バケット13から、冷鉄源装入口20を通じて予熱室2内に冷鉄源xが装入される。
この廃油スプレーノズル3の設置数は任意であり、例えば、予熱室上部の周方向で間隔をおいて複数設置してもよい。
廃油スプレーノズル3の設置位置(高さ)は、冷鉄源xの装入面の最大高さ位置(設備上または/および操業上の要因で決まる装入面の最大高さ位置)よりも高い位置とすることが好ましい。廃油スプレーノズル3の設置位置が冷鉄源xの装入面の最大高さ位置よりも低いと、スプレーノズルから噴霧した廃油が予熱室2の中心部分まで届かないおそれがあり、また、廃油の散布が局所的に偏り、廃油(油分)の燃焼熱を冷鉄源全体に均一に付加することや、廃油に含まれる水分を十分に蒸発させることが阻害されるおそれがある。このため、本実施形態の廃油スプレーノズル3は、冷鉄源xの装入面の最大高さ位置よりも高い位置であって、排気口21の位置よりも低い位置(排気口21の直下位置)に設置されている。
図2は、この2流体スプレーノズルからなる廃油スプレーノズル3の一例を模式的に示している。この廃油スプレーノズル3は、管状のノズル本体30に混合コネクタ31を介して気体供給管32が接続されるとともに、混合コネクタ31の側部に廃油供給管33が接続され、気体供給管30から供給されて混合コネクタ31を高速で通過する気体に対して廃油供給管33から廃油が供給され、この気液混合物がノズル本体30の先端のノズルチップ34から霧状に噴射(噴霧)される。
なお、例えば、特許文献2に示される電気炉のように、押し出し機6を設けることなく、予熱室2および空間部分1aに充填された冷鉄源xの自重により空間部分1a内の冷鉄源xが自然にアーク加熱部A側に押し出されるようにしてもよい。
炭材吹き込みランス8からは、空気や窒素などを搬送用ガスとして、コークス、チャー、石炭、木炭、黒鉛などの1種以上からなる炭材が溶融スラグsに吹き込まれる。また、酸素吹き込みランス7からは酸素が供給(噴射)され、この酸素により溶融スラグが押しのけられて、溶鉄mに酸素が吹き込まれる。
なお、酸素吹き込みランス7からは、純酸素ではなく、酸素含有ガス(例えば、純酸素と空気の混合ガス)を吹き込んでもよい。
出湯口11のほぼ真上の位置には、上方から炉蓋4を貫通して溶解室1に挿入される助燃バーナー9が設けられている。この助燃バーナー9は、重油、灯油、微粉炭、プロパンガス、天然ガスなどの化石燃料を支燃ガス(酸素、空気または酸素富化空気)より溶解室1内で燃焼させるものである。例えば、溶鉄mを出湯する際に、未溶解の冷鉄源が残っている場合があり、そのような場合に、この助燃バーナー9により冷鉄源の溶解を助けることができる。
電気炉1の内壁は耐火物で構成され、また、溶解室1の炉壁10は水冷構造となっている。
なお、電気炉(予熱室2)に装入される冷鉄源xには、固体の有機物質(例えばプラスチック、ゴム、バイオマスなど)が混入していてもよい。
また、冷鉄源xは予熱室2内に一定時間留まるので、冷鉄源xに付着した廃油が多量の水分を含む場合でも、その水分は予熱室2内でほとんど蒸発し、実質的に溶解室1に持ち込まれることはない。また、廃油に固形分(鉄分、その他の無機成分)が含まれる場合でも、その固形分は最終的に溶解され、溶鉄mまたは溶融スラグsの一部となる。
なお、電気炉の操業開始時には、溶解室1内に冷鉄源を均一に装入するために、炉蓋4を開けた状態で、予熱室2とは反対側の溶解室2の空間内に冷鉄源や炭材を装入してもよいし、この冷鉄源の装入の際に、溶銑を溶解室1に装入してもよい。この溶銑は供給用取鍋(図示せず)や溶解室1に通じる溶銑樋(図示せず)により溶解室1に装入することができる。
本実施形態で使用する電気炉は、溶解室1の構造や機能などは図1の実施形態と同様であるが、横型(水平式)の予熱室2が溶解室1の側部に設けられ、溶解室1と連通している。
予熱室2は、その一端側が溶解室1に連通するとともに、他端側に排気口21が設けられ、この排気口21に排気ダクト17が接続されている。図1の実施形態と同様、排気ダクト17は吸引ブロワ(図示せず)に接続され、この吸引ブロワによる吸引により、溶解室1で発生した高温の排ガスは予熱室2に流れ、この予熱室2を通過した後、排気ダクト17から排気される。また、排気ダクト17の途中には集塵機(図示せず)が設けられている。
本実施形態の移送手段18は、予熱室2の外側まで延設され、予熱室2の外側で冷鉄源xが移送手段18上に装入され、予熱室2内に移送されるようにしてある。なお、冷鉄源xが予熱室2内に進入する予熱室入口22には、予熱室2内の排ガスが外部に漏出しないようにするため、通常、エアカーテンやシールダンパーなどによりガスシール(図示せず)がなされる。
移送手段18としては、例えば、ベルトコンベアなどのコンベア装置、ウォーキングビーム、ウォーキングハースなどを用いることができる。
なお、予熱室2は底部を含めて炉壁で囲まれた空間であるが、図3(模式図)では、便宜上、予熱室2の底部の図示を省略してある。
廃油スプレーノズル3の詳細や好ましい条件などについては、図1の実施形態において述べたとおりである。
その他の構成は図1の実施形態と同様であるので、同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
なお、本実施形態では、移送手段18が予熱室2の外側に延設され、予熱室2の外側で冷鉄源xが移送手段18上に装入され、予熱室2内に移送されるようにしてあるが、移送手段18を予熱室2内にのみ設けるとともに、予熱室2に冷鉄源装入口を設け、この冷鉄源装入口から予熱室2内の移送手段18上に冷鉄源xを装入するようにしてもよい。この場合には、冷鉄源装入口から予熱室2内の排ガスが漏出しないようにするため、通常、冷鉄源装入口にはエアカーテンやシールダンパーなどによりガスシールがなされる。
そして、このように予熱室2内で予熱された冷鉄源xは、そのまま移送手段17の終端から溶解室1(アーク加熱部A側方の空間部分1a)内に投入される。
以上述べた以外の本実施形態の操業方法・条件や作用効果(冷鉄源xに混合された廃油による作用効果など)は、図1の実施形態と同様である。
また、本発明は、溶解室1で発生した排ガスを予熱室2に導いて冷鉄源xを予熱する方法であれば、使用する電気炉のタイプに制限はなく、種々のタイプの電気炉を用いた溶鉄の製造方法に適用することができる。
また、上述した(ア)のタイプの溶鉄製造方法として、例えば、溶解室が押し出し機を有しない電気炉を用いた溶鉄の製造方法(特許文献2参照)などにも適用できる。また、上述した(イ)のタイプの溶鉄製造方法として、例えば、予熱室2がロータリキルン(傾斜した円筒炉体)で構成され、予熱室2自体が移送手段18(移送機構)を兼ねる電気炉を用いた溶鉄の製造方法などにも適用できる。
溶解室の溶鉄容量:130トン
電力:交流50Hz
トランス容量:75MVA
電極数:3
また、予熱室2の上部壁面に設置した廃油スプレーノズル3は、図2に示すような2流体スプレーノズルであり、このスプレーノズル用の気体としては空気を用いた。
予熱室2の上部の冷鉄源装入口20から、供給用バケット13により1回あたり約10トンの冷鉄源xを予熱室2に投入した。溶解室1の溶鉄容量が130トンであることから、供給用バケット13による予熱室2への冷鉄源xの装入を所定の間隔で13回繰り返すことにより、溶解室1の溶鉄容量である130トンの溶鉄を製造した。予熱室2の排気口21に熱電対を配置し、排ガス温度を測定した。
冷鉄源xに散布する廃油としては、以下のものを用いた。
廃油A:製鉄所の圧延工程における使用済み潤滑油から固液分離により固形分を分離除去するとともに、油水分離剤を用いて水分の一部を分離除去したもの(総発熱量6430kcal/kg)
廃油B:廃油Aと同じ工程で得られたものであるが、圧延油の変更テストを行った時に得られた廃油(総発熱量4830kcal/kg)
廃油C:大型機械のエンジンの使用済み潤滑油から不純物を除去した再生重油(総発熱量9770kcal/kg)
比較例は、冷鉄源xに廃油を散布しなかった製造例であるが、それ以外は発明例と同様の製造条件とした。
発明例1では、冷鉄源xに散布する廃油として廃油A(総発熱量6430kcal/kg)を用い、冷鉄源xに対して、冷鉄源1トンあたり4.2Mcalの発熱量の廃油を散布した。廃油の供給(散布)速度は2L/分、冷鉄源1トンあたりの廃油の供給量は0.77L/トンであり、廃油スプレーノズル3に対する空気の供給量は廃油の30倍の60L/分とした。この発明例1の電力原単位は343kWh/tとなり、比較例に対して電力原単位が3kWh/t低減した。また、予熱室からの排気時の排ガス温度は443℃であった。
1a 空間部分
2 予熱室
3 廃油スプレーノズル
4 炉蓋
5 電極
6 押し出し機
7 酸素吹き込みランス
8 炭材吹き込みランス
9 助燃バーナー
10 炉壁
11 出湯口
12 出滓口
13 供給用バケット
14 出湯用扉
15 出滓用扉
16 走行台車
17 排気ダクト
18 移送手段
20 冷鉄源装入口
21 排気口
22 予熱室入口
30 ノズル本体
31 混合コネクタ
32 気体供給管
33 廃油供給管
34 ノズルチップ
x 冷鉄源
m 溶鉄
s 溶融スラグ
A アーク加熱部
Claims (13)
- 冷鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解室(1)と、この溶解室(1)に供給する冷鉄源を予熱するための予熱室(2)を備えた電気炉において、溶解室(1)で発生した排ガスを、冷鉄源が供給された予熱室(2)を通過させることにより冷鉄源を予熱し、この予熱された冷鉄源を溶解室(1)に供給し、溶解室(1)で溶解して溶鉄を得る方法であって、
予熱室(2)内で廃油スプレーノズル(3)から廃油を散布することにより、冷鉄源に廃油を付着させ、この廃油が付着した冷鉄源を予熱室(2)で予熱することを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。 - 冷鉄源が予熱室(2)内に充填された状態で予熱され、予熱された冷鉄源が溶解室(1)に順次供給されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
- 溶解室(1)のアーク加熱部から離れた位置の上部に、溶解室(1)と連通するように予熱室(2)が設けられ、この予熱室(2)の上部に冷鉄源装入口(20)を有する電気炉において溶鉄を製造するに際し、
冷鉄源装入口(20)から予熱室(2)内に装入された冷鉄源は、予熱室(2)およびその下方の溶解室(1)の空間部分(1a)に充填され、この空間部分(1a)の冷鉄源が順次アーク加熱部側に押し出されることを特徴とする請求項2に記載の電気炉による溶鉄の製造方法。 - 空間部分(1a)の冷鉄源が、押し出し機(3)により順次アーク加熱部側に押し出されることを特徴とする請求項3に記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
- 冷鉄源が予熱室(2)内において移送手段(18)で移送されながら予熱され、予熱された冷鉄源が移送手段(18)から溶解室(1)に順次供給されるようにしたことを特徴とする請求項1に記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
- 予熱室(2)に装入された冷鉄源1トンあたり2Mcal以上50Mcal以下の発熱量の廃油を廃油スプレーノズル(3)から散布することを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
- 廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油は、油分とともに水分を含む廃油であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
- 廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油が、金属材の圧延工程における使用済み潤滑剤または該使用済み潤滑剤から水分の一部を分離除去したものであることを特徴とする請求項7に記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
- 予熱室(2)から排気される際の排ガスの温度を400℃以上とすることを特徴とする請求項1~8のいずれかに記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
- 冷鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解室(1)と、この溶解室(1)に供給する冷鉄源を予熱するための予熱室(2)を備え、溶解室(1)で発生した排ガスを、冷鉄源が供給された予熱室(2)を通過させることにより冷鉄源を予熱し、この予熱された冷鉄源を溶解室(1)に供給し、溶解室(1)で溶解して溶鉄を得る電気炉であって、
予熱室(2)内で廃油を散布するための廃油スプレーノズル(3)を有することを特徴とする電気炉。 - 冷鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解室(1)と、この溶解室(1)に供給する冷鉄源を予熱するための予熱室(2)を備えた電気炉において、溶解室(1)で発生した排ガスを、冷鉄源が供給された予熱室(2)を通過させることにより冷鉄源を予熱し、この予熱された冷鉄源を溶解室(1)に供給し、溶解室(1)で溶解して溶鉄を得る際に、
予熱室(2)内で廃油スプレーノズル(3)から廃油を散布することにより、冷鉄源に廃油を付着させ、この廃油が付着した冷鉄源を予熱室(2)で予熱することを特徴とする廃油の処理方法。 - 廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油は、油分とともに水分を含む廃油であることを特徴とする請求項11に記載の廃油の処理方法。
- 廃油スプレーノズル(3)から散布する廃油が、金属材の圧延工程における使用済み潤滑剤または該使用済み潤滑剤から水分の一部を分離除去したものであることを特徴とする請求項12に記載の廃油の処理方法。
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