JPH08188817A - 電弧炉後燃焼方法 - Google Patents

電弧炉後燃焼方法

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JPH08188817A JP7205081A JP20508195A JPH08188817A JP H08188817 A JPH08188817 A JP H08188817A JP 7205081 A JP7205081 A JP 7205081A JP 20508195 A JP20508195 A JP 20508195A JP H08188817 A JPH08188817 A JP H08188817A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電弧炉の操業を改善する、電弧炉実施におけ
る後燃焼技術を使用する効率的方法の確立。 【構成】 電極１６を炉の中央帯域内１５に配置しそし
て排気口９を炉の中央帯域の外側に配置した電弧炉１内
で内容物２、３にランス５から一次酸素を吹き込んで一
酸化炭素を含む炉ガス発生せしめ、排気口に至る優先的
なガス流れ１２を形成し、一酸化炭素をその流れ内に集
中せしめ、そしてその一酸化炭素が集中したガス流れ中
に後燃焼酸素をランス６から供給して後燃焼させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電弧炉を使用する製鋼
技術に関するものであり、特には電弧炉製鋼の実施にお
ける後燃焼（二次燃焼）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉄や鋼の溶解や精練は、溶融金属浴を実
現しそして維持するのに非常に高い温度が必要とされる
点でエネルギー集約プロセスである。従って、製鋼業界
では利用しうるエネルギーをもっと効率的に使用するた
めの絶えざる努力がなされてきた。製鋼において広く使
用されてきたそうした実施方法の一つは後燃焼（二次燃
焼）技術である。製鋼溶融金属浴において、酸素は炭素
と反応して一酸化炭素を形成し、一酸化炭素は気泡とな
って上昇しそして浴から放出される。後燃焼は、発生し
た一酸化炭素と反応して発熱反応において二酸化炭素を
形成するように製鋼容器内に二次酸素を噴射する技術で
ある。加えて、水素及び／または炭化水素もまた、例え
ば鋼スクラップと関連する汚染物の分解もしくはメタン
ガスや石炭の部分酸化により存在もしくは形成される可
能性があり、そしてそうした水素及び／または炭化水素
は後燃焼反応において二次酸素と反応して水や二酸化炭
素を形成する可能性がある。これらの反応は発熱性であ
りそして生成する放出熱のほとんどは製鋼における熱源
として有益に使用される。
【０００３】製鋼において後燃焼の実施を改善するため
に近年顕著な研究がなされてきた。米国特許第４，５９
９，１０７号において、浴面下気体吹込鋼精練における
後燃焼を実施するための方法を開示し、ここでは二次酸
素がランスを通して浴表面上方のヘッドスペースに噴射
される。浴上方のランス高さ及び／或いは噴射される二
次酸素の速度は、後燃焼の効率的実施を可能ならしめる
ように定義された関係を満足するよう調整される。
【０００４】米国特許第５，０６５，９８５号は、鉄鉱
石の溶融還元のための改善された方法を教示し、ここで
は後燃焼酸素がスラグ中に噴射され、スラグ層を同時に
強く攪拌しながら、後燃焼が主にスラグ層内部で起こ
る。イバラキによる「鉄鉱石の溶融還元−工業的製鉄の
一つのアプローチ−の発展」と題する論文、Ｉ＆ＳＭ、
１２、１９９０、３０−３７頁は、同様の後燃焼実施法
を教示し、ここでは酸素分子が泡立ったスラグと衝突す
るまで噴流として残りそしてスラグ中に移行される。酸
素は泡中の一酸化炭素及び水素を燃焼せしめる。二次酸
素噴流がスラグに突入する若しくは攪拌する程度により
異なった作用が達成される。
【０００５】爾後精練のために鋼のような金属を溶解す
るのに電弧炉が使用される。電弧炉は一般に、内部で金
属を溶解する比較的幅広のそして浅い炉床を具備する比
較的背丈の低い、幅広の、円筒状包囲体から構成され
る。電弧炉は、金属を加熱しそして溶解するための電気
エネルギーを提供するために炉屋根を貫通しそして炉内
中央部に配列される１本以上の、一般に３本の電極を装
備している。後燃焼はまた、ＥＰ第２５７，４５０号に
開示されるように電弧炉の実施においても使用されてき
ており、ここでは上方噴射酸素が、一酸化炭素の一様な
燃焼のために炉全体にわたっての覆いを与えるように配
向された複数の上吹き装置を通して電弧炉の上方帯域に
噴射される。米国特許第４，９８６，８４７号は、スラ
グ層内で溶融金属と隣り合う領域においての酸素の供給
を教示する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】電弧炉の使用は、一層
多量のスクラップ金属がリサイクルされるにつれ増加し
つつある。従って、リサイクル問題が重要視される現在
においては電弧炉の操業における何らかの改善は有用で
ありそして所望される。本発明の課題は、電弧炉の操業
を改善する、電弧炉実施における後燃焼技術を使用する
ための方法を確立することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、電弧炉内に
優先的なガス流れを形成し、一酸化炭素をその流れ内に
吸引して集中せしめ、そしてその一酸化炭素が集中した
ガス流れ中に後燃焼酸素を供給することを想到し、試行
の結果、好結果を得た。すなわち、本発明は、電弧炉に
おいて後燃焼を実施する方法であって、（Ａ）少なくと
も１本の電極を炉の中央帯域内に配置しそして排気口を
炉の中央帯域の外側に配置した電弧炉内で金属を溶解す
る段階と、（Ｂ）炉内で一酸化炭素を発生せしめる段階
と、（Ｃ）炉内から前記排気口へのガス流れを形成しそ
して炉内で発生した一酸化炭素を前記ガス流れ内で該排
気口に向けて流す段階と、（Ｄ）前記ガス流れ中に酸素
を供給する段階と、（Ｅ）前記排気口の上流で前記ガス
流れ内で前記一酸化炭素と前記酸素とを反応せしめる段
階とを包含する。
【０００８】（用語の定義）ここで使用するものとして
の「中央帯域」とは、電弧炉のその電極を含む内部容積
部を意味する。ここで使用するものとしての「溶融金属
浴」とは、スラグを伴ってもしくは伴わずして液体金属
を含む電弧炉内の内容物を意味する。
【０００９】
【作用】本発明は、電弧炉内では、電極と電弧炉の上方
部分において電極から離れた排出口の相対位置により一
酸化炭素はある単数乃至複数の領域に濃縮する傾向があ
るとの認識に基礎を置いている。これまでの後燃焼の実
施においては、一酸化炭素乃至その他の可燃物を炉内全
体を通して一様に燃焼せしめて金属に熱を一様に供給す
ることを目標としてきた。本発明は、電弧炉における後
燃焼の特定の場合においては、後燃焼酸素を炉内に遺産
化端の濃度の高い特定に位置において供給することによ
り有益な結果が達成されることを見いだした。これは熱
の局所的な発生をもたらすが、当該特定位置は他の領域
と比較して非常に大量の発生一酸化炭素を含有している
から、後燃焼は、従来からの実施に比較して、一層効率
的に行われそしてはるかに高い水準の熱が放出されそし
て溶融金属浴に移行される。更に、本発明に従う後燃焼
酸素の提供は、そうした二次酸素が他の炉含有物と反応
する程度を減じ、従って本発明の実施で得られる利益を
増進する。
【００１０】
【実施例】図面を参照して本発明を詳しく説明する。図
１及び２には、溶解されるべき金属２を収納する電弧炉
１が例示される。金属は一般にスクラップ鋼であるが、
銑鉄、直接還元鉄、高温塊状化鉄、ホットメタル及びさ
まざまの形態の酸化鉄のような他の任意の適当な材料を
も使用することができる。少なくとも１本の電極１６が
中央帯域１５内で使用される。単数乃至複数の電極は、
全体的に或いは部分的に中央帯域内にある。図示した具
体例では３本のそうした電極１６が示されている。
【００１１】電極に電気が供給されそして電極間に及び
／又は電極と金属間に電弧が形成される。生成する熱は
金属を溶解する役目をなし、こうして電弧炉内に溶融金
属浴を形成する。溶融金属浴は、溶融金属、すなわち液
体金属３を含み、そしてまたスラグ４を含むこともあ
る。スラグ４は、時として著しい量の気体を含み、それ
によりスラグ泡を創出する。一般に、スラグ泡は溶解炉
が操業する期間のほぼ１／４期間中存在する。スラグは
一般に酸化カルシウム、二酸化珪素、酸化マグネシウ
ム、二酸化アルミニウム及び酸化鉄の１種以上を含む。
【００１２】主たる酸素（一次酸素）はランス５を通し
て気体形態で溶融金属浴中に供給されうる。この主酸素
は、空気の形態でもしくは空気の酸素濃度を超える酸素
濃度を有する混合物として供給されうる。好ましくは、
主酸素は溶融金属浴に少なくとも８０モル％の酸素濃度
を有する流体として供給される。主酸素はまた酸化鉄の
ような固体形態でも浴に供給されうる。主酸素は溶融金
属浴中の炭素と反応して一酸化炭素を発生する。溶融金
属浴中の炭素は、金属中に含有されている炭素、溶融金
属浴中に直接添加された炭素、及び主酸素と共にもしく
はその近くで溶融金属浴へ添加された炭化水素添加剤の
ような１種以上の源でありうる。一酸化炭素を形成する
べく溶融金属浴中の炭素と酸素との反応は浴の攪拌を与
えそしてスラグを泡立たせて電弧から浴への一層効率的
な熱伝達を可能ならしめる。
【００１３】一般に炉の屋根に設けられる排気口９は、
炉ガスを炉から外へ排出する役目をなす排気ダクト１０
と連通する。排気口９は炉の中央帯域の外側に位置付け
られる。この部分は図２に番号１４で表示される。排気
口９及び排気ダクト１０を通して外へ流れる炉ガスの流
れは、電弧炉内に優先的に炉ガスが流れる炉ガスの流れ
道を形成する。ガス流れはスクラップから排気口まで或
いは浴が存在するなら溶融金属上のスラグから排気口ま
で流れうる。すなわち、ガス流れは泡立ったスラグ内部
から発生しうる。このガス流れは図面では番号１２とし
て表示されている。
【００１４】ガス流れ１２は電弧炉内の炉ガスから構成
され、１種乃至複数種の可燃物、すなわち一酸化炭素、
水素及び炭化水素に加えて、炉ガスは二酸化炭素、水蒸
気、窒素及び／又は酸素を含みうる。スクラップ中に形
成された或いは溶融金属浴から発泡した或いはスラグ中
のいまだ残っている一酸化炭素は、炉の他の部分へ流れ
ていかず、ガス流れ中に優先的に吸引される。ガス流れ
の流れ運動力学的作用は、ガス流れが溶融金属の表面か
ら排気口まで流れるに際して一酸化炭素並びに水素や炭
化水素のような他の種可燃物をガス流れ内に集中濃縮せ
しめる作用をなす。
【００１５】二次燃焼（後燃焼）酸素１３はランス６か
らガス流れ１２中に供給される。二次酸素は、空気乃至
空気の酸素濃度を超える酸素濃度を有する混合物の形態
で供給されうる。好ましくは、二次酸素は少なくとも８
０モル％の酸素濃度を有する流体としてガス流れ中に供
給される。二次酸素は、炉が操業されている全期間にわ
たりもしくはその一部分のみ供給されうる。二次酸素は
溶融金属の上方でガス流れ中に供給される。好ましく
は、スラグが存在するなら、二次酸素はスラグ中に供給
される。二次酸素はまたスクラップ内にも供給されう
る。好ましくは、二次酸素は、ガス流れ中での二次酸素
の滞留時間を増大するようになるたけ低い位置で、すな
わち排気口に通じるガス流れの単数乃至複数の形成点に
近接して供給され、それにより後燃焼の程度及び放出熱
のスクラップ及び／又は溶融金属浴への移行度を改善す
る。
【００１６】二次酸素はガス流れ中の一酸化炭素とガス
流れが排気口に達する前に反応し、電弧炉内で発熱反応
において二酸化炭素を形成する。二次酸素はまたガス流
れ中に存在する可能性のある他の可燃物とも反応する。
水素や炭化水素ガスのような他の種可燃物が、スクラッ
プと汚染物の分解により或いはメタンその他の炭化水素
の部分酸化のような別の態様で炉内に形成されうる。生
成する熱は、金属を加熱しそして／もしくは金属を溶解
するのに有益に使用される。後燃焼反応は炉内の局所的
な領域において起こるが、反応剤、すなわち酸素並びに
一酸化炭素及び他の可燃物がこの領域に集中しているの
で、後燃焼反応は高い効率と高い発生熱でもって進行
し、後燃焼を炉内全体に一様に実施した結果より全体的
に良好な結果をもたらす。
【００１７】従来方法に比較して本発明を実施するには
わずか１本のもしくは、１本でなく友従来より少ない数
の後燃焼ランスが必要とされるだけなので、設備コスト
もまた低減される。二次酸素は図面に例示されるように
主酸素ランスとは別のランスにより供給されうるし、ま
た主酸素をも別個の酸素回路を通して炉内に供給する複
式回路ランスを通しても供給されうる。
【００１８】（例）次の例は例示目的のものであって、
本発明を限定することを意図するものではない。本発明
を図１及び２に例示したのと同様の６０トン電弧炉にお
いて実施した。炉には鋼スクラップを装入して溶解を開
始した。後燃焼酸素を排気口に流れる炉ガス中に最初は
スクラップ堆積物中にそして後泡立ったスラグが形成さ
れた時泡立ったスラグ内に供給した。一酸化炭素及び他
の可燃物が炉内で炉ガス流れ中で燃焼せしめられ、熱を
放出し、スクラップの溶解を補助した。
【００１９】比較目的のために、後燃焼酸素を使用しな
かったことを除いて以上の工程を繰り返した。本発明を
実施した場合とそうでない場合との間での電力消費量の
差異は４０Ｋｗｈ／ｔｏｎであった。これは、酸素単位
ｍ3 当たり（標準状態）４．７５Ｋｗｈの熱伝達率に相
当し、これは後燃焼熱放出率合計の８１％である。
【００２０】本発明は電弧炉の実施に特定的である。電
弧炉は中央部に配置された単数乃至複数の電極を装備
し、これらが炉内で優先ガス流れを形成する本発明条
件、例えば中央部から外れての排気口形成条件を創出し
うるからである。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、電弧炉内に優先的なガス流れ
を形成し、一酸化炭素をその流れ内に吸引して集中せし
めそして一酸化炭素が集中したガス流れ中に後燃焼酸素
を供給する。二次酸素はガス流れ中の一酸化炭素とガス
流れが排気口に達する前に反応し、電弧炉内で発熱反応
において二酸化炭素を形成する。二次酸素はまたガス流
れ中に存在する水素や炭化水素ガスのような他の可燃物
とも反応して熱を発生する。後燃焼反応は炉内の局所的
な領域において起こるが、酸素並びに一酸化炭素及び他
の可燃物がこの領域に集中しているので、後燃焼反応は
高い効率と高い発生熱でもって進行し、後燃焼を炉内全
体に一様に実施した結果より全体的に良好な結果をもた
らす。従来方法に比較して本発明を実施するには従来よ
り少ない数の後燃焼ランスが必要とされるだけなので、
設備コストもまた低減される。更には、本発明に従う後
燃焼酸素の提供は、そうした二次酸素が他の炉含有物と
反応する程度を減じ、従って本発明の実施で得られる利
益を増進する。
【００２２】本発明を好ましい具体例に基づいて詳しく
説明したが、本発明の範囲内で本発明を別の態様で具現
しうることを銘記されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施において使用されうる電弧炉の配
列構成の正面からの部分断面図である。
【図２】図１の電弧炉の簡略上面図である。
【符号の説明】
１ 電弧炉 ２ 金属 ３ 溶融金属 ４ スラグ ５ 主酸素ランス ６ 後燃焼酸素ランス ９ 排気口 １０ 排気ダクト １２ ガス流れ １３ 後燃焼酸素 １５ 中央帯域 １６ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロナルド・ジョゼフ・セラインズ アメリカ合衆国ニューヨーク州ノースセイ レム、フィンチ・ロード90

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電弧炉において後燃焼を実施する方法で
    あって、（Ａ）少なくとも１本の電極を炉の中央帯域内
    に配置しそして排気口を炉の中央帯域の外側に配置した
    電弧炉内で金属を溶解する段階と、（Ｂ）炉内で一酸化
    炭素を発生せしめる段階と、（Ｃ）炉内から前記排気口
    へのガス流れを形成しそして炉内で発生した一酸化炭素
    を前記ガス流れ内で該排気口に向けて流す段階と、
    （Ｄ）前記ガス流れ中に酸素を供給する段階と、（Ｅ）
    前記排気口の上流で前記ガス流れ内で前記一酸化炭素と
    前記酸素とを反応せしめる段階とを包含する電弧炉後燃
    焼方法。
  2. 【請求項２】 金属が鋼を含む請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 金属が鉄を含む請求項１の方法。
  4. 【請求項４】 酸素が少なくとも８０モル％の酸素濃度
    を有する流体としてガス流れ中に供給される請求項１の
    方法。
  5. 【請求項５】 酸素が溶融金属浴より上方でガス流れ中
    に供給される請求項１の方法。
  6. 【請求項６】 酸素が溶融金属浴の泡立ったスラグ部分
    内でガス流れ中に供給される請求項１の方法。
  7. 【請求項７】 電弧炉がスクラップを含みそして酸素が
    スクラップ内でガス流れ中に供給される請求項１の方
    法。
  8. 【請求項８】 排気口の上流でガス流れ内で酸素を水素
    と反応せしめることを更に含む請求項１の方法。
  9. 【請求項９】 排気口の上流でガス流れ内で酸素を炭化
    水素ガスと反応せしめることを更に含む請求項１の方
    法。
  10. 【請求項１０】 酸素がガス流れ形成点に近接してガス
    流れ中に供給される請求項１の方法。
  11. 【請求項１１】 一酸化炭素がガス流れ中に供給される
    酸素とは別個に溶融金属浴に供給される主酸素と炭素と
    の反応により発生せしめられる請求項１の方法。
  12. 【請求項１２】 主酸素が気体の形態で溶融金属浴に供
    給される請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 主酸素が固体の形態で溶融金属浴に供
    給される請求項１１の方法。
JP7205081A 1994-07-21 1995-07-20 電弧炉後燃焼方法 Expired - Fee Related JP2951242B2 (ja)

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