JPH01201428A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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で前簀きした金属スクラップな溶
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） 鋳造分野ではキー−ポ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な通り抜けるきわめて鳥温にさらさ
ねた材料の滴１まバーナーの燃焼生成物（尚温ガスノに
よっ℃加熱される。そし”ｌ！ｉ焼生成物は上方へ移動
する前にこれらに向つ℃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ばらをり
付けらまたい（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”５１ｒｙ屑は
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ねる。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り℃互いに分けろねる。火
格子を通り抜け″′Ｃ潮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℃も同様
である。

前記の公知のヘイズまたはタク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人格子の下のいわゆ
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１、−； 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
知のデユーカー炉である。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か形成される。

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℃おり、こｔｌ、’ｔ’
＠　１　＠の装填（チャージノ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℃いろ。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２３２
７０７３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２紙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
℃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℃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−Ｏ８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℃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、＠射熱によっ℃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
きる湛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１．Ｍ物用の炉の操業においＣは装入
材料に対して最高４０％までの鋼スクランプしか使用で
きない。

（発明が解決しようとする課題ノ 本発明で課題とするの１工、芸人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、１．１１； 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１ま請求項第１の特徴部
分に記載の発明によっ℃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℃可能である。

装置上の見地からは、この問題１工特に請求項第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精
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芸人材料の
溶融能力（トンノに対して測定され、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過熱する可
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℃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１ま鉄製品の
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１１紡造分野では
鋼スクラップ４０％の最大芸人材料割合で操業され℃お
り、ある種の難点な考慮するとこれより高い鋼の割合で
は処理が不０Ｔ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筒（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１ま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１ま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℃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、炉シャフト内で芸
人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℃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
特に艮好なものになる。たとえばフレイブン炉において
、耐火材で内張す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℃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。芸人材料、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５
本発明の芸人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℃火格子上
の指示された低い芸人材料の尚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ねる。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℃
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
り十分改善されろ。

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、浴上
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
（ランスノとを用い℃金属浴中に炭素担持物（キャリア
ーノを吹込んでもよい。そ５−ｆ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。

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℃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．ｅ床
２．痺娼領域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
すされ℃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
パケット７で行われる。このパケットは下部の垂れふた
（フラップノ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
。満たされたパケット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吹き出す。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
警耘その滴が湯溜床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つて過
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、新たに内張すしたものに代え、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（復熱装置取入れロ
ノ。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。生じるダス目ま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。 ｌ：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：パケット、　８：垂れふた。 ９：蝶番式カバー、　　１０：装填筒、　　ｌｌ：セラ
ミック床、　　１２：バーナー、　　１３：廃ガス系、
　　１４：出湯口、　　１５：排滓口、　　１６：水圧
機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高融点の金属スクラップ、特に鋼スクラップをシャ
   フト炉で溶解するための方法―このシャフト炉において
   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底部
   に設けられた湯溜から隔てられており、そしてバーナは
   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
   れる―であって。 バーナーによって溶解装置に導入される熱量が、ａ）炉
   シャフト内の耐火壁の内張りの放熱面積が製造される溶
   融金属１トン当り１．８〜 ３．５ｍ＾２である、 ｂ）湯溜におけるガスの輻射活性層の平均厚さが１．５
   〜３．５ｍである、そして ｃ）復熱器に入る廃熱の温度が、炉シャフトに装填され
   る材料床の高さ―用いられるス クラップの種類によってちがう―に応じ て調整される、 の各条件を満たすごとく、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ることを特徴とする前記方法
   。 ２、放熱面積が２〜２．８ｍ＾２であり、ガス層の平均
   厚さが２〜２．５ｍであることを特徴とする、請求項第
   １に記載の方法。 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ーへの空気供給温
   度が８００〜９００℃とされる、請求項１または２に記
   載の方法。 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項のいずれか一項に記載の方法。 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、請求項第１〜４のうちの少なくとも一項に記載の方
   法。 ６、炉シャフトの冷却火格子に直接接続する湯溜が放物
   線状のまたは斜裁状の放熱面断面にて同心円的に下方へ
   広がってゆき、やがて少なくとも燃焼区域ではそこにふ
   さわしい大直径の鉛直円筒部となることを特徴とする、
   冷却火格子で互いに分けられた鉛直の炉シャフトと湯溜
   とを有する、請求項第１〜５の少なくとも１つに記載の
   方法を実施するための炉。 ７、放物線状の放熱面の傾斜角を、放熱面の輻射方向が
   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、請求項第６に記載の炉。 ８、単数または複数のバーナーの炎の断面積を炉壁の放
   熱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、請求項第７に記載の炉。 ９、バーナー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、請求項第８に記載の炉。 １０、炉シャフトが円筒状シャフトであり、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
   する湯溜の低部に連続して移行する、ことを特徴とする
   、請求項第６〜９のうちの少なくとも一項に記載の炉。 １１、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、請求項第６〜１０のうちの少なくとも一項に記載の
   炉。 １２、湯溜の高さは、溶解金属上の燃焼室のガス活性層
   の平均の厚さが１．５〜３．５ｍそして好ましくは２〜
   ２．５ｍとなるものであり、ここに活性層の平均の厚さ
   は、浴表面から炉領域における耐火材の斜めになった放
   熱壁への平均の距離を意味することを特徴とする、請求
   項第６〜１１の少なくとも１つに記載の炉。 １３、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含む成分を炉内の金属浴中へ導
   入することを特徴とする、請求項第６〜１２のうちの少
   なくとも一項に記載の炉。