JPH09176753A - 金属の溶解炉及び溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素バーナーの燃焼により生じた熱エネ
ルギーを効率よく利用することができ、熱効率の向上、
生産性の向上等が図れる金属の溶解炉及び溶解方法を提
供する。 【解決手段】 酸素バーナー１を備えた溶解部２の上方
に、金属原料を予熱する予熱部３を連設し、溶解部と予
熱部との間に、溶解部及び予熱部の内径よりも小さな内
径の絞り部４を設けるとともに、前記溶解部の底部に溶
湯流路５を介して酸素バーナー６及び出湯口７を備えた
保持部８を連設し、予熱部に連続的に原料を装入すると
ともに、溶解部で溶解した溶湯を連続的に保持部に流出
させ、保持部からは、所定量の溶湯を間欠的に出湯す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属の溶解炉及び
溶解方法に関し、詳しくは、スクラップやリターン材等
の鉄（鋼を含む）原料を、酸素あるいは酸素富化空気を
支燃性ガスとした酸素バーナーのみで連続して溶解する
溶解炉及び溶解方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】スクラ
ップやリターン材等の鉄（鋼を含む）原料を溶解する方
式として、主たるエネルギー源が電気であるアーク式電
気炉が多く用いられている。このような電気を利用した
溶解法は、昇温が容易で温度管理も容易であるなどの利
点を有するものの、別途に発生させた電気を使用するた
め、総合的な燃料の利用効率やエネルギーコストの面で
問題があった。

【０００３】一方、エネルギー源として、前記電気に代
えて、酸素あるいは酸素富化空気を支燃性ガスとする酸
素バーナーで化石燃料を燃焼させ、その燃焼熱で鉄等の
スクラップや製造時のリターン材等の鉄原料を溶解させ
ることが行われている。このような酸素バーナーを利用
した鉄原料の溶解法としては、例えば、特開昭５６−５
０１８１０号公報，特開平１−２１５９１９号公報，同
２−９３０１２号公報，同５−２７１８０４号公報，同
５−２７１８０７号公報等に記載されている。

【０００４】これらの方法では、一般に、鉄原料を酸素
バーナーの燃焼火炎で溶解するとともに、高温の燃焼排
ガスで原料を予熱するようにして、総合的な燃料の利用
効率を向上させ、エネルギーコストを下げる努力が成さ
れてきた。しかし、原料を間欠的に装入して予熱を行う
方式では、燃焼排ガスのエネルギーを十分に利用してい
るとはいえなかった。

【０００５】そこで本発明は、酸素バーナーの燃焼によ
り生じた熱エネルギーを効率よく利用することができ、
熱効率の向上、生産性の向上等が図れる金属の溶解炉及
び溶解方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の金属の溶解炉は、酸素バーナーを備えた溶
解部の上方に、金属原料を予熱する予熱部を連設し、溶
解部と予熱部との間に、溶解部及び予熱部の内径よりも
小さな内径の絞り部を設けるとともに、前記溶解部の底
部に、排ガス流路を兼ねた溶湯流路を介して酸素バーナ
ー及び出湯口を備えた保持部を連設したことを特徴とし
ている。

【０００７】また、本発明の金属の溶解方法は、上記構
成の溶解炉で金属原料を溶解する方法であって、前記予
熱部に連続的に原料を装入するとともに、溶解部で溶解
した溶湯を連続的に保持部に流出させ、保持部からは、
所定量の溶湯を間欠的に出湯することを特徴としてい
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照して
さらに詳細に説明する。図１は、本発明を適用した溶解
炉の一例を示すもので、この溶解炉は、酸素又は酸素富
化空気を支燃性ガスとした酸素バーナー１の燃焼熱のみ
で、鉄（鋼を含む）のスクラップやリターン材等の鉄原
料を溶解再生するためのものであって、下部に溶解部２
を、上部に予熱部３を一体的に連設し、溶解部２と予熱
部３との間に絞り部４を設けるとともに、溶解部２の底
部に溶湯流路５を介して酸素バーナー６及び出湯口７を
備えた保持部８を連設したものである。

【０００９】上記溶解部２は、通常の金属溶解炉、例え
ば電気炉等と略同様の円筒形状に形成されており、その
底部は、前記溶湯流路５方向に向けて僅かな下り勾配に
形成されている。また、前記予熱部３は略円筒状に形成
されており、予熱部３の上部開口には、ダクトに接続す
る排気口９ａを有する蓋体９が着脱可能に装着されてい
る。

【００１０】上記絞り部４は、予熱部３から溶解部２に
落下する原料の落下速度を制御するために設けられるも
ので、溶解部２及び予熱部３の各内径よりも小さな内径
で形成されている。この絞り部４と大径の溶解部２ある
いは予熱部３との間は、図に示すように斜辺２ａ，３ａ
で接続してコーン状にすることが好ましい。この部分を
曲面で接続することも可能であるが、耐火物を内張りし
て形成する炉の場合は、耐火物の内張り作業が面倒にな
る。このとき斜辺２ａ，３ａが垂直に近くなると炉の高
さが高くなり、水平に近くなるとデッドスペースを生じ
て熱効率や操業性に悪影響を及ぼすことがある。このた
め、通常は、水平線に対して溶解部２の天井部は２０〜
６０度程度、予熱部３の底部は２０〜７０度程度に設定
することが好ましい。

【００１１】前記溶解部２の酸素バーナー１は、溶解部
２の周壁に設けられた挿入孔２ｂに挿入されて設置され
るもので、その取付け位置は、溶解部２の大きさなどに
応じて炉壁の垂直部あるいは前記天井部（斜辺２ａ部
分）の適当な位置に設定することができる。この酸素バ
ーナー１は、溶解部２内に落下した原料を底部全体で迅
速に溶解し、再凝固させることなく溶湯流路５から保持
部８に流出させることができるように、溶解部２の周囲
に複数本が、火炎噴出方向が溶解部２の底部に向くよう
に設けられており、図示しない経路から重油や微粉炭等
の燃料と支燃性ガスとがそれぞれ導入される。

【００１２】前記保持部８は、溶湯が自然流下するよう
に溶解部２より低い位置に形成されるもので、その形状
は、一般的な保持炉と同様に、円筒状，方形状等に形成
され、底部の出湯口７には、該出湯口７を開閉する栓体
７ａが設けられている。この保持部８に設けられた酸素
バーナー６は、溶解部２から流入した溶湯の昇温や、各
種合金添加時の熱補償、成分調節時の加熱等を行うもの
で、必要に応じて１乃至複数本が炉壁に設置され、前記
同様に重油や微粉炭等の燃料と支燃性ガスとがそれぞれ
導入される。

【００１３】また、前記溶湯流路５は、保持部８の酸素
バーナー６の燃焼排ガスを排出する排ガス流路を兼ねて
おり、酸素バーナー６の燃焼排ガスは、この溶湯流路５
を経て溶解部２内に流入し、絞り部４、予熱部３を経て
排気口９ａから排気される。

【００１４】このように、溶解部２の上方に絞り部４を
介して予熱部３を連設することにより、予熱部３から溶
解部２に落下する原料の量を最適な速度に制御すること
ができるので、従来の鉄格子のような原料投入量を制御
する機器を設ける必要がなく、簡単な構造の溶解炉でス
クラップ等を効率よく溶解処理することができ、炉の構
造の簡略化により製造コストや保守コストの低減が図れ
るとともに、熱効率の向上や溶解時間の短縮も図れる。

【００１５】本発明方法は、このように溶解炉部分と保
持炉部分とを一体形成した溶解炉を使用して酸素バーナ
ーの燃焼火炎で鉄原料を溶解するものであり、原料や溶
湯と酸素バーナーの燃焼排ガスとを向流接触させて排ガ
スが有する熱エネルギーを有効に利用し、熱効率の向上
を図り、溶解に必要な燃料及び酸素の使用量を大幅に削
減するとともに、生産性の向上も図るものである。

【００１６】すなわち、本発明方法は、前記予熱部３に
連続的に原料を装入するとともに、溶解部２で溶解した
溶湯を連続的に保持部８に流出させ、保持部８からは、
所定量の溶湯を間欠的に出湯するように運転する。これ
により、予熱部３から絞り部４，溶解部２に至る排ガス
経路に常に適当量の原料が存在する状態を維持できるの
で、排ガスの熱エネルギーを原料に効率よく回収するこ
とができる。例えば、保持炉を別に形成して溶解部２か
ら所定量の溶湯を出湯する場合は、予熱部３及び絞り部
４内に原料が存在しない時期が生じるため、予熱部３及
び絞り部４での熱回収を行えなくなるので、この分だけ
熱損失を生じることになる。

【００１７】ここで、基本的に原料の炉内への装入から
溶解終了まで、特別の操作を行わないで溶解するために
は、原料や溶湯が安定して搬送されることが重要とな
る。特に、溶解部２の下部で生成する溶湯を保持部８へ
安定した状態で流出させることが重要である。これに
は、予熱部３から絞り部４を経て溶解部２に落下した原
料を、部分的に湯溜まりが形成される状態で溶解する必
要があり、原料の落下、湯溜まりの形成、溶湯の流出の
各速度をマッチングさせて操業する必要がある。

【００１８】このためには、溶解部２内に湯溜まりの空
間を確保するとともに、その空間内に十分な熱供給を行
うことが重要であり、上述のように、溶解部２を円筒形
状に形成するとともに、その周囲に複数の酸素バーナー
１を配置して溶解することによって、容易にこの条件を
達成することができる。また、原料の落下速度は、この
酸素バーナー１と絞り部４との条件設定により、容易に
最適な範囲に制御することができる。

【００１９】さらに、溶解部２から保持部８への溶湯の
流路である溶湯流路５に、保持部８で発生する高温の燃
焼排ガスを溶湯と向流的に通過させることにより、溶湯
の温度低下や溶湯流路５での詰まりなどを防止して溶湯
を安定した状態で流下させることができる。

【００２０】すなわち、必要な時期に１溶解分の溶湯を
払い出すという従来の工程を活かしたまま、溶解炉部分
における原料が、溶解部２、絞り部４及び予熱部３にそ
れぞれ所定量が充填されている状況を作り出すことによ
って、次々と新しい原料を予熱して効率的に熱回収を行
うことができ、炉外に持ち出される排ガスの熱エネルギ
ーを大幅に少なくすることができる。しかも、排ガスの
温度が低くなるので、系外での排ガス処理の負担も大幅
に軽減させることができる。

【００２１】なお、燃料としては、重油以外の灯油等の
液体燃料をはじめとして、プロパン，ブタン等のガス燃
料や、微粉炭等の固体燃料を用いることが可能であり、
支燃性ガスの酸素も、高純度のものから、純度８０％以
上の比較的低純度のものまで使用することができる。ま
た、必要に応じて保持部に撹拌用ノズルを設置して溶湯
の撹拌を行うこともできる。撹拌用のガスとしては、ア
ルゴンや窒素等を用いることができ、酸素を用いること
も可能である。この撹拌は、成分や温度の制御、撹拌用
ガスの制約等、状況によって適宜に選択すればよい。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例及び比較例を説明す
る。 実施例 図１に示す構造の溶解炉を用いて鉄（ヘビー屑）１トン
を溶解した。溶解炉の溶解部は、全高７０ｃｍ、内径９
０ｃｍで、水平面に対して３０度の傾斜角度の天井面を
有している。この溶解部には、重油を燃料とし、純酸素
を支燃性ガスとする酸素バーナーを水平面に対して４０
度の傾斜角で３本配置した。また、保持部は、全高１０
５ｃｍ、内径６０ｃｍで、前記同様の酸素バーナーを１
本設置するとともに、底部近傍に高純度アルゴンガスを
吹き込む撹拌用ノズルを３本設置した。

【００２３】最初に、予熱部上部の開口から１トンの原
料を装入し、溶解部の酸素バーナーを燃焼させて溶解を
開始した。溶湯が生成し、保持炉に流出し始めた段階か
ら、保持部の酸素バーナーも徐々に流量を上げながら燃
焼させた。予熱部内の装入原料レベルが下がるのに従っ
て予熱部上部から連続的に追加原料を装入した。保持部
内に、約１６３０℃の溶湯が約１トン溜まった時点で、
溶湯を保持部から鍋に出湯した。この出湯操作を繰り返
して行うと、２回目以降から出湯時間間隔が短くなると
ともに、燃料原単位等が徐々に低下し、大体、３サイク
ル以降で略一定値になる。

【００２４】また、酸素バーナーに供給する重油の流量
を変化させて、重油量による変動も確認した。溶解部の
３本の酸素バーナーには、バーナー１本当たり毎時１５
〜２０リットル、保持部の１本の酸素バーナーには、毎
時２０〜３０リットルとし、酸素は、酸素比が１になる
ように、それぞれ毎時３０〜４０Ｎｍ³ 、４０〜６０Ｎ
ｍ³ を供給した。さらに、３本の撹拌用ノズルから浴中
に高純度アルゴンガスを合計で毎時約２Ｎｍ³ の流量で
吹き込んだ。出湯時の溶湯は、炭素含有量０．０５〜
０．１２％の低炭素溶鋼の成分であった。また、排ガス
の温度は、予熱部上部で６５０℃以下であった。

【００２５】比較例 比較として、保持部を設けずに溶解部、予熱部及びその
間の絞り部からなる溶解炉を使用してヘビー屑１トンを
溶解し、溶解時間や原単位等を求めた。なお、溶解部、
その他の各部の大きさ、形状は、実施例１のものと略同
一とした。酸素バーナーは、溶解部に３本を設置し、各
バーナー当たり毎時２５〜３５リットルの重油を供給す
るとともに、酸素比が１になるように、毎時５０〜７０
Ｎｍ³ の酸素を供給した。この場合、最初に１トンのヘ
ビー屑を予熱部から装入して全量を溶解し、約１６３０
℃まで昇温して出湯した。実施例と同様に、酸素バーナ
ーに供給する重油の流量を変化させて、溶解に要する時
間、燃料原単位、生産性を測定し、両者を比較した。そ
の結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶解及び保持に使用する酸素バーナーからの燃焼排ガス
を原料の予熱に効率よく利用することができ、溶解に必
要な燃料や酸素の使用量を大幅に削減することができ、
生産性の向上も図れる。これにより、炉の耐火物の消耗
や冷却水，ガス等の使用原単位の削減も可能になる。ま
た、溶解炉本体や集塵機等の排ガス処理装置の容量も小
さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶解炉の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１，６…酸素バーナー、２…溶解部、３…予熱部、４…
絞り部、５…溶湯流路、７…出湯口、８…保持部、９…
蓋体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 康之 山梨県北巨摩郡高根町下黒沢3054−３ 日 本酸素株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素バーナーを備えた溶解部の上方に、
   金属原料を予熱する予熱部を連設し、溶解部と予熱部と
   の間に、溶解部及び予熱部の内径よりも小さな内径の絞
   り部を設けるとともに、前記溶解部の底部に溶湯流路を
   介して酸素バーナー及び出湯口を備えた保持部を連設し
   たことを特徴とする金属の溶解炉。
2. 【請求項２】 前記溶湯流路は、前記保持部からの排ガ
   スを前記溶解部に排出する排ガス流路を兼ねていること
   を特徴とする請求項１記載の金属の溶解炉。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の溶解炉で金属原料
   を溶解する方法であって、前記予熱部に連続的に原料を
   装入するとともに、溶解部で溶解した溶湯を連続的に保
   持部に流出させ、保持部からは、所定量の溶湯を間欠的
   に出湯することを特徴とする金属の溶解方法。