JPH07332874A - 原材料予熱装置を備えた溶解炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は予熱したスクラップを装入する製鋼
用アーク炉に関し、高予熱温度の原材料、設備構造が簡
単、保守性能に優れ、作業環境向上が得られる。 【構成】 アーク炉１１の炉蓋１２上部に、アーク炉１
１の傾転方向と直行する方向の側面に排ガス出口を兼ね
た原材料投入口を有する燃焼空間室１３を設け、それと
係合する原材料供給口を有するスプレー１６を備えたロ
ータリ−ドラム方式の第１予熱装置１４と、その底部で
接続させるシャフト方式の第２予熱装置１７を配設した
原材料予熱装置を備えたアーク炉である。炉内へ投入す
るまでの原材料の予熱工程の流れは、通常のスクラップ
等の原材料を第２予熱装置１７の上部から装入し、充填
下降させて、排ガスと熱交換して予熱し、第１予熱装置
１４で、更に高温の排ガスと熱交換させて、燃焼空間室
を介して、溶解炉内へ連続的に装入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原材料予熱装置を備え、
予熱した金属などの原材料を加熱溶解する溶解炉に係わ
り、特に、予熱したスクラップを装入して加熱溶解する
製鋼用アーク炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の原材料予熱装置を備えた溶解炉と
して、特公昭６０−３８６３６号公報に開示されたもの
がある。

【０００３】図４はスクラップ予熱装置を備えた電気炉
の一例を示す図である。図４において１は電気炉、２は
第１の予熱装置、３は第２の予熱装置を示す。

【０００４】電気炉１の高温排気系に第１の予熱装置２
と、その下流側に第２の予熱装置３を配置している。第
１の予熱装置２と第２の予熱装置３は以下の特徴を有す
る。

【０００５】（１）第１の予熱装置 ロータリードラム２ａを有すること。 ロータリードラム２ａは耐火物内張りで、送出し羽
根２ｂを有すること。 装入シュート４を介して電気炉の炉蓋１ａの上に連
なること。 小断片スクラップを収納すること。

【０００６】（２）第１の予熱装置２の下流側に配置さ
れた第２の予熱装置 着脱自在なバケット３ａを有すること。 大断片スクラップを収納すること。

【０００７】このようなスクラップ予熱装置２、３を備
えた電気炉１ては、小断面スクラップをロータリードラ
ム２ａに収納し、電気炉１の高温排ガスを装入シュート
４に導くことにより、予熱し、大断片スクラップをバケ
ット３ａに収納して、ロータリードラム２ａからの高温
排ガスにより予熱し、溶解工程が始まる前にのみ、バケ
ット３ａ内の予熱済の大断片スクラップを炉蓋１ａを開
いて電気炉１内に装入し、炉蓋１ａを閉じた状態での小
断片スクラップを上記装入シュート４を介して電気炉１
内へ少量ずつ連続的に装入する。

【０００８】上記によって、以下の主な効果が得られ
る。 （１）溶解工程では炉蓋を閉じた状態で小断片スクラッ
プを供給するので、炉蓋開放に伴う大きな熱損失や発煙
がない。 （２）溶解期の安定操業が出来る。 （３）小断片スクラップの高温予熱が出来る。 （４）排気系の構成が簡単である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、この種の溶解炉
操業において、省エネルギー、設備の合理化、更には作
業環境の改善等が一層要求されている。

【００１０】前述した予熱装置を有する電気炉も、予熱
による効果が期待されるが、次のような問題点がある。

【００１１】（１）各ヒート初装入時の１回に限定され
ているとはいえ、大断片スクラップの炉内装入には炉蓋
を開き、バケット内のスクラップを一度に装入するた
め、少なからずの炉よりの発塵が発生し、その集塵のた
めの集塵装置が必要となる。

【００１２】また、この発塵に対して、充分な作業環境
にするためには、集塵装置を含めた設備の大型化を伴
う。

【００１３】（２）ロータリ−ドラム内部は耐火物で内
張りされているため、スクラップによる耐火物への摩耗
が激しく、短期周期での耐火物の補修が必要となる。

【００１４】（３）ロータリ−ドラムへ導入されるスク
ラップは、その大きさが500mm以下の小断片に調整され
ているが、誤って大断片スクラップもしくは規格外スク
ラップを装入した場合、ドラム内張り耐火物の破損、シ
ュート部あるいはフィーダ部での詰まりが発生し、設備
停止を招く。そのために、必要以上の厳格なスクラップ
管理が要求される。

【００１５】本発明者等は、ロータリ−ドラムの予熱能
力が調整し易い等の利点を活用すべく検討を行ない、本
発明に到達したものである。

【００１６】本発明はロータリドラムを用いることを前
提として、上記のような問題の解決を図ったものであ
り、原材料の高い予熱温度が得られ、設備構造が簡単
で、保守性能が優れ、作業環境の向上も得られるスクラ
ップ予熱装置を備えた溶解炉を提供することを目的とす
る。

【００１７】

【問題を解決するための手段】本発明は上記目的を以下
のようにして達成する。

【００１８】請求項１に係わる発明は、溶解炉の炉蓋上
部に、前記溶解炉の傾転方向と直行する方向の側面に排
ガス出口を兼ねた原材料投入口を有する燃焼空間室を設
け、その原材料投入口と係合する原材料供給口を有する
冷却機構を備えたロータリ−ドラム方式の第１の予熱装
置と、その第１の予熱装置と底部で接続させるシャフト
方式の第２の予熱装置を配設したことを特徴とする原材
料予熱装置を備えた溶解炉である。

【００１９】請求項２に係わる発明は、請求項１の発明
の第１の予熱装置のロータリ−ドラムが、内壁面の周方
向に複数の突起を形成したものである。

【００２０】請求項３に係わる発明は、請求項１または
請求項２に係わる発明の第１の予熱装置の先端底部に原
材料押出し装置を設けたものである。

【００２１】

【作用】請求項１に係わる発明によれば、排ガスの流れ
については、炉内からの排ガスが燃焼空間室、第１の予
熱装置で完全燃焼させられる。

【００２２】まず、燃焼空間室に入った排ガスは未だ未
燃焼ガスを多く含んでいるので、そこで、空気による酸
素を供給して反応させ燃焼させる。ここでは一次燃焼と
しての役割を行う。

【００２３】その高温ガスをロータリ−ドラム方式の第
１の予熱装置に送入して、通過する原材料と熱交換させ
る。

【００２４】ここでは燃焼空間室から出た排ガス中の残
未燃焼ガスを完全に燃焼させる。即ち二次燃焼としての
役割を行う。

【００２５】第１の予熱装置では排ガスが完全燃焼した
状態で原材料と熱交換出来るので、原材料の予熱を充分
に行うことが出来る。第１の予熱装置を出た排ガスはシ
ャフト方式の第２の予熱装置に送入され、そこで装入さ
れ、充填されて、下降する原材料と熱交換させる。その
ために第２の予熱装置の出口部では高温に予熱された原
材料が得られる。

【００２６】第２の予熱装置で原材料を熱交換した排ガ
スは上部のダクトから系外に導かれる。

【００２７】本発明では排ガスの熱エネルギ−を充分に
利用するために、各装置を以下に限定している。

【００２８】燃焼空間室では炉内から発生する未燃焼ガ
スを多く含んだ排ガスを空気による酸素を吹込んで燃焼
させ、高温の排ガスとする。

【００２９】また、第１の予熱装置から供給する原材料
が通常用いられる大断片スクラップ等を含んでいる原材
料であっても、容易に炉内に投入出来る原材料投入口を
設けて、円滑な投入を図っている。

【００３０】第１の予熱装置は、原材料の流れに対し
て、固定した入口部と出口部を有し、その間にロータリ
ドラムを接続し、回転出来るようにしている。

【００３１】本発明ではロータリードラムを冷却機構を
有する構造とし、耐熱性を保持するようにしたものであ
る。

【００３２】冷却機構としては、ロータリードラムの外
壁を水噴射するスプレー構造等としている。そのため、
従来のようにドラム内部に耐火材を内張りする必要がな
い。

【００３３】したがって、第２の予熱装置で予め予熱さ
れた高温度の原材料をロータリドラム内部に通過させる
場合、その大きさ、重量を制限することなく、通常のス
クラップを適用させることが出来る。

【００３４】第２の予熱装置は上記ロータリードラムを
底部で接続させるように配設している。

【００３５】ロータリドラムは横置き構造とし、通過す
る原材料が円滑に流れるように、傾斜角度を１〜５度程
度にしている。

【００３６】シャフト方式の第２の予熱装置は装入され
原材料を充填下降させる。第１の予熱装置を通過した高
温の排ガスを底部から送入して、下降する原材料と熱交
換させる。

【００３７】本発明によれば、炉内へ投入するまでの原
材料の予熱工程の流れは、通常のスクラップ等の原材料
を第２予熱装置の上部から装入し、充填下降させて、排
ガスと熱交換して予熱し、第１予熱装置で、更に高温の
排ガスと熱交換させて、燃焼空間室を介して、溶解炉内
へ連続的に装入する。

【００３８】請求項２に係わる発明によれば、第１の予
熱装置を構成するロータリドラムの内壁面の周方向、か
つ長手方向に複数の突起を設けているので、通過する原
材料を持ち上げ、落下させて、原材料を充分に撹拌する
ことが出来る。これにより高温排ガスと原材料との接触
面を広げて、原材料受熱量を増加させる。

【００３９】また、高温排ガスにおける予熱では原材料
自体が一部溶融し、お互いに溶着し易いが、本発明で
は、完全燃焼して高温になっている排ガスが第１の予熱
装置を通過しても、ロータリドラムの回転に加えて原材
料の撹拌を行うことにより、原材料の溶着による搬送障
害が生じない。

【００４０】請求項３に係わる発明によれば、第１の予
熱装置で予熱された原材料を、原材料押出し装置によっ
て調整して、燃焼空間室内に確実に押出す。

【００４１】そのために、通常用いられる大断片、小断
片のスクラップ等を混合した原材料であっても、燃焼空
間室を介して炉内に投入出来る。

【００４２】

【実施例】図１は本発明の一実施例の一部切り欠けの側
面を示す図であり、図２は図１の平面を示す図である。

【００４３】１１は製鋼用アーク炉（以降アーク炉と云
う）であり、アーク炉本体の上部に炉蓋１２が設けられ
ている。炉蓋１２には炉内で発生する排ガスを１次燃焼
するに必要な燃焼空間室１３を設けている。２３は黒鉛
電極である。

【００４４】燃焼に必要な空気は図示していないが、炉
蓋周囲から強制的に吹き込むことが出来るように、配管
ならびに開口が施されている。

【００４５】１４は第１の予熱装置で、原材料の流れに
対して、固定した入口部１４ａと出口部１４ｃを有し、
その間にロータリドラム１４ｂを接続し、回転出来るよ
うに構成している。

【００４６】ロータリードラム１４ｂは冷却機構を有す
る構造とし、耐熱性を保持するようにしたものである。

【００４７】ここでは冷却機構として、ロータリードラ
ムの外壁を水噴射するスプレー構造としている。ロータ
リードラム１４ｂに外套１５を設けて、外套１５の上方
にスプレー１６を設置し、回転するロータリードラム１
４ｂの上部表面を冷却し、落下する排水は外套の底部に
設けた排水溝を通じて系外に流し、循環出来るようにし
ている。

【００４８】ロータリドラム１４ｂは冷却機構を有する
構造としたので、従来のようにドラム内部に耐火材を内
張りする必要がなくなった。

【００４９】１７は第２の予熱装置で、シャフト炉を採
用して、シャフト炉本体１７ａとその底部構造体１７ｂ
で構成している。

【００５０】シャフト炉の採用によって、上部から原材
料を装置内に装入充填し、下降出来るので、下部から送
入される排ガスとの熱交換を効率良く行うことが出来
る。

【００５１】図１、図２において、本発明のアーク炉１
１は上部の炉蓋１２に、燃焼空間室１３を設けて、炉内
で発生する排ガスの未燃焼ガスを燃焼させる。

【００５２】燃焼に必要な酸素は炉蓋周囲から強制的に
空気を吹込むことが出来る配管ならびに開口を設けて行
われる。それによって一次燃焼の役割を果たしている。

【００５３】燃焼空間室１３にはアーク炉１１の矢印で
示す傾転方向と直行する方向の側面に排ガス出口を兼ね
た原材料投入口１３ａを有している。

【００５４】原材料投入口１３ａには通常用いられる大
断片スクラップが投入できる大きさの開口を設け、それ
に続く第１の予熱装置の原材料装入口１４ｄが接続され
ている。

【００５５】第１の予熱装置１４は固定した入口部１４
ａと出口部１４ｃ、水冷構造のロータリードラム１４ｂ
で構成している。

【００５６】出口部１４ｃには予熱された原材料を燃焼
空間室１３に確実に供給出来るように、押出し装置２０
を設けている。

【００５７】これによって、通常用いられる大断片、小
断片のスクラップ等を混合した原材料であっても、確実
に燃焼空間室を介して炉内に投入出来る。

【００５８】ロータリードラム１４ｂは横置きして、入
口部１４ａ側を高くして、１〜５度の傾斜を持たせ、原
材料が円滑に流れるようにしている。

【００５９】第１の予熱装置の入口部１４ａはシャフト
方式の第２の予熱装置１７の底部１７ｂを接続させてい
る。

【００６０】この底部１７ｂには下降する原材料を円滑
に第１の予熱装置内に装入出来るように、押出し装置１
８を設けている。

【００６１】予熱装置のシャフト本体１７ａの上部に
は、原材料供給ホッパー１９が設けられている。

【００６２】シャフト本体１７ａの上部側面には排ガス
のダクト２１が設けられている。また、底部１７ｂには
原材料の予熱の不均一を無くするために、補助導管２２
を設けている。

【００６３】次に図１、図２のアーク炉で原材料を予熱
する場合の作用を述べる。図示しない搬送コンベヤによ
って供給された通常のスクラップ等の原材料はホッパー
１９から第２予熱装置１７のシャフト本体１７ａに装入
される。

【００６４】原材料は充填下降しながら、燃焼空間室１
３で一次燃焼され、更に第１の予熱装置１４で二次燃焼
された高温の排ガスと熱交換して予熱されて、第２予熱
装置１７の底部１７ｂから第１の予熱装置の入口部１４
ａに装入される。

【００６５】ここではロータリドラム１４ｂの回転によ
って、出口部１４ｂに向かって進み、その間に一次燃
焼、二次燃焼の高温排ガスによって、熱交換され、更に
予熱される。

【００６６】そして出口部１４ｂから燃焼空間室１３を
介してアーク炉内に投入される。上記実施例では、第１
の予熱装置１４の原材料装入口部１４ａは通常サイズの
スクラップが装入できる十分な開口断面として、約3.5m
×3.5mを用いた。

【００６７】装入速度は炉内溶解時間、溶解重量に依存
するが、３ton/分の速度で炉内へ供給した。炉蓋との接
合部である原材料装入口部１４ａとロータリドラム１４
ｂはラビリンス構造によるシールを行った。ロータリド
ラム１４ｂは全長は約１０ｍである。

【００６８】この長さはアーク炉１内へ装入される原材
料の温度が約５００から６００℃程度になるように原材
料供給速度、排ガス流量、排ガス温度により決定したも
のである。

【００６９】アーク炉１で発生され、燃焼空間室で燃焼
された１次燃焼排ガスは、流量約１０００Nm³/分、温度
約１１００℃から１４５０℃でロータリドラム１４ｂへ
導入され、そこでの原材料への伝熱、水冷壁よりの抜
熱、２次燃焼による発熱により、ロータリドラム出口部
１４ａでは４００℃〜５００℃程度の温度となる。

【００７０】第１の予熱装置１４のロータリドラム１４
ｂは円筒形をしており、その径は、最大原材料長さの２
倍程度の３ｍ程度としている。原材料搬送のため円筒中
心軸を回転中心として、原材料供給速度に応じて０．５
から８ｒｐｍの回転を行った。

【００７１】ロータリドラム１４ｂは鉄板で構成し、そ
の外壁を外套１６に付設したスプレー１５によって冷却
するようにした。

【００７２】常温の原材料はホッパー１９から装入さ
れ、シャフト１７ａで予熱されて、底部１７ｂから押出
し装置１８を使って連続的にロータリドラム１４へ約２
００℃から３００℃の温度で排出される。

【００７３】シャフト高さはこの原材料排出温度、排ガ
スにより決定され、ここでは７ｍとしている。その断面
寸法は最大原材料長さの２倍程度の３ｍ×３ｍとしてい
る。底部１７ｂ開口とロータリドラム１４ｂはラビリン
スシール構造により接合されている。

【００７４】第１の予熱装置からの完全燃焼ガスはこの
開口部からシャフト上部に設けられたダクト２１へ向け
て流れ、シャフト内原材料との熱交換を行う。

【００７５】シャフト底部背面側は排ガス流れが不十分
であり、排ガスと原材料との熱交換が不十分となり易
い。

【００７６】このため、排ガス流れが底部背面にも生ず
るように補助導菅２２を設置し、この部分での熱交換を
促進させている。

【００７７】本発明によれば、原材料の寸法による分別
が不用となり、通常のスクラップをロータリドラムなら
びにシャフト炉による予熱装置を利用して予熱し、連続
的に炉内へ供給することが可能となる。これにより予熱
温度５００℃から６００℃の原材料を一定してアーク炉
に投入出来る。

【００７８】これは、一般的な予熱温度とされている２
００℃を遙かに凌いでおり、電力消費量において溶解重
量あたり１００〜１１０kwh/tonの削減ができる。

【００７９】このほか、炉蓋を開放しない連続的な装入
による発塵の低下により、環境対策設備に対する投資コ
ストの削減が見込まれる。また、ロータリードラム内部
への耐火材の内張りが不用となり、それに伴う耐火材の
ランニングコストならびに保全コストの削減が見込まれ
る。

【００８０】本発明では上述したロータリ−ドラム内部
に原材料を撹拌するための突起を設けることが出来る。

【００８１】図３は本発明で用いるロータリ−ドラムの
他の実施例の要部を示す図であり、（ａ）は断面を示す
図、（ｂ）はその展開を示す図である。図３において、
２４は突起である。（ｂ）では排ガスの原材料の流れ方
向を矢印で示す。

【００８２】突起２４はロータリ−ドラム１４ｂの内壁
面周方向に千鳥状に配置している。突起２４の設置によ
って、通過する原材料を持ち上げ、落下させて、原材料
を充分に撹拌する。これにより高温排ガスと原材料との
接触面を広げて、原材料受熱量を増加させる。

【００８３】又、ロータリ−ドラム１４ｂに１〜５度の
傾斜をとって、装入させた原材料を前進させているのに
対して、前進を一層促進する補助的機能を発揮する。

【００８４】又、ロータリドラムの回転に加えて原材料
の撹拌を行うことにより、原材料の溶着による搬送障害
を防止することが出来る。このように、突起２４を設け
ることによって、攪拌によって、局部の偏り防止、溶着
防止を行ない、更に優れた伝熱効果が得られる。

【００８５】又、上述した実施例では冷却機構として、
スプレー構造について説明したが、これに限定されるも
のではなく、同じような機能を発揮するものであればよ
く、水冷ジャケット等を採用することも出来る。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、高い予熱温度の原材料
が得られ、設備構造が簡単で、保守性能が優れ、作業環
境の向上も図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の一部切り欠け側面を示す図
である。

【図２】図１の実施例の平面を示す図である。

【図３】本発明に用いるロータリードラムの他の実施例
の要部を示す図であり、（ａ）は断面を示す図、（ｂ）
はその展開を示す図である。

【図４】従来のスクラップ予熱装置を備えた電気炉の一
例を示す図である。

【符号の説明】

１１ 製鋼用アーク炉 １２ 炉蓋 １３ 燃焼空間室 １４ 第１の予熱装置 １４ａ 固定した入口部 １４ｂ ロータリドラム １４ｃ 固定した出口部 １５ 外套 １６ スプレー構造 １７ 第２の予熱装置 １７ａ シャフト本体 １７ｂ 底部 １８ 第２の予熱装置の押出し装置 １９ ホッパー ２０ 第１の予熱装置の押出し装置 ２１ ダクト ２２ 補助導管 ２３ 電極 ２４ 突起

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２７Ｂ 7/16 8926−4Ｋ 7/38 8926−4Ｋ Ｆ２７Ｄ 17/00 １０１ Ｇ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解炉の炉蓋上部に、前記溶解炉の傾転
   方向と直行する方向の側面に排ガス出口を兼ねた原材料
   投入口を有する燃焼空間室を設け、その原材料投入口と
   係合する原材料供給口を有する冷却機構を備えたロータ
   リードラム方式の第１の予熱装置と、その第１の予熱装
   置と底部で接続させるシャフト方式の第２の予熱装置を
   配設したことを特徴とする原材料予熱装置を備えた溶解
   炉。
2. 【請求項２】 第１の予熱装置のロータリ−ドラムの内
   壁面周方向に複数の突起を形成したことを特徴とする請
   求項１記載の原材料予熱装置を備えた溶解炉。
3. 【請求項３】 第１の予熱装置の先端底部に原材料押出
   し装置を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２
   記載の原材料予熱装置を備えた溶解炉。