JPH10311688A - 金属溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶解される金属原料を予熱する予熱部３と、
予熱部３から降下した金属原料を酸素バーナー１の火炎
を用いて溶解する溶解部２とを備えた金属溶解炉を用
い、予熱部３から溶解部２への金属原料の降下速度を制
御しつつ金属原料を溶解する方法において、溶解部２へ
の投入熱量を最適化し、酸素バーナー１のみで金属原料
を効率よく溶解できる溶解方法を提供する。 【解決手段】 予熱部３に金属原料を投入してから金属
原料がすべて溶解部２に降下するまでの間の酸素バーナ
ー１の燃焼量を、金属原料１トンあたり毎時１００〜４
５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔとなるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属溶解方法に関
し、詳しくは鉄、銅、アルミニウム等のスクラップや、
地金等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効率よく溶解する金属溶解方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】金属資源のリサイクルに伴うスクラップ
金属の溶融には、通常炭素電極を備えた電気炉が使用さ
れているが、電気エネルギーを利用しているため、コス
トが高いという問題がある。このため、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、銅、アルミニウム等の
スクラップや地金を溶解させる溶解炉が開発されてい
る。このような酸素バーナーを利用した溶解炉は、例え
ば、特開昭５６−５０１８１０号公報、特開平１−２１
５９１９号公報、同２−９３０１２号公報、同５−２７
１８０４号公報、同５−２７１８０７号公報等に記載さ
れている。これらの溶解炉は、酸素バーナーで金属原料
を予熱する溶解部に金属原料を予熱する予熱部を備えて
おり、溶解部からの排気熱を予熱部での金属原料の予熱
に利用することができる。

【０００３】このような金属原料の予熱部を一体に有す
る溶解炉においては、予熱部から溶解部への金属原料の
投入速度が熱効率に大きく影響を与える。すなわち金属
原料の投入量は溶解部での溶解速度と略同等となるよう
に制御することが好ましい。金属原料の投入速度が溶解
速度に比べて大きすぎると、溶解部の下部に溶解金属と
未溶解金属とが混在し、さらには炉底からの熱損失で溶
解金属が再固化する現象が生じることもある。また逆に
金属原料の投入速度が溶解速度に比べて小さすぎると、
金属原料の投入に要する時間が長くなるため必要以上に
エネルギーを消費することになる。

【０００４】このため、本発明者らは、予熱部から溶解
部への投入速度を最適な範囲に制御して熱効率を向上さ
せることを目的として、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するととも
に、溶解部と予熱部との間に、溶解部および予熱部の内
径よりも小さな内径の縮径部を設けた構成の金属溶解炉
を先に提案した（特願平７−２０２５０８号参照）。こ
の溶解炉では、溶解部内の溶解工程中に生じる高温の排
気ガスを、溶解部の上方に連設された予熱部に上昇させ
て、予熱部内を予熱するとともに、予熱部と溶解部との
間に内径が減じられた縮径部が設けられているので、溶
解部での金属原料の溶解につれて予熱部で予熱されて溶
解部に自然降下する原料の降下速度を最適範囲に制御す
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記構
成の溶解炉を用いた金属原料の溶解において熱効率を上
昇させるための研究を行った結果、溶解部への酸素バー
ナーからの投入熱量も熱効率に大きく影響することを見
いだし、本発明を完成させた。すなわち、溶解が始まっ
て溶融金属が溶解部に溜まり、それに伴い予熱部から縮
径部を経由して溶解原料が溶解部へ降下して行き、予熱
部から溶解部に原料がすべて降下するまでの段階では、
溶解部への投入熱量が大きすぎると、スクラップの溶解
は速いが、予熱部のスクラップが排ガスで充分予熱され
ないうちに溶解部に降下してしまい、かえって熱効率が
悪い。一方、溶解部での投入熱量が少ないと、溶解その
ものに時間がかかり、炉からの熱損失が大きくなり効率
が低下する。本発明は、上記構成の金属溶解炉を用いた
方法において、溶解部への投入熱量を最適化し、酸素バ
ーナーのみで金属原料を効率よく溶解できる溶解方法を
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】本発明の金属溶解方法
は、溶解される金属原料を予熱する予熱部と、該予熱部
から降下した金属原料を酸素バーナーの火炎を用いて溶
解する溶解部とを備えた金属溶解炉を用い、前記予熱部
から前記溶解部への金属原料の降下速度を制御しつつ金
属原料を溶解する方法において、予熱部に金属原料を投
入してから金属原料がすべて溶解部に降下するまでの間
の前記酸素バーナーの燃焼量を、金属原料１トンあた
り、毎時１００〜４５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔとすることを
特徴としている。前記予熱部と前記溶解部との間に内径
が減じられた縮径部を設けることにより、前記予熱部か
ら前記溶解部への金属原料の降下速度を制御するように
構成してもよい。前記予熱部に金属原料を投入したとき
に、予熱部に残存する金属原料の容積が、溶解部へ降下
した金属原料の容積の０．４〜３倍であるようにしても
よい。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の溶解方法は、酸素バーナ
ーの火炎で金属原料を溶解するとともに、その排気熱を
用いて溶解部の上方に連設された予熱部にて金属原料を
予熱しつつ、予熱部から溶解部への金属原料の降下速度
を制御しながら金属原料を溶解する方法において、予熱
部に金属原料を投入してから金属原料がすべて溶解部に
降下するまでの間の上記酸素バーナーの燃焼量を、金属
原料１トンあたり毎時１００〜４５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔ
とすることにより、溶解初期のバーナー燃焼熱を、予熱
部にある金属原料に効率よく着熱させるものである。本
発明において、金属原料とは、特に限定されないが、例
えば鉄、銅、アルミニウム等のスクラップや、地金等を
含む。

【０００８】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、本発明の方法を好適に実施するため
の金属溶解炉の一例を示す縦断面図である。この溶解炉
は、酸素また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、銅、アルミニウム等のス
クラップや地金等を溶解再生するためのものであって、
下部に溶解部２を、上部に溶解部より径の小さな予熱部
３を一体的に連結して設けたものであり、さらに溶解部
２と予熱部３の間に縮径部４を設けたものである。

【０００９】溶解部２は、底面が凹面の有底略円筒状
で、その周壁上部２ａは縮径部に向けて内径が漸減して
傘状面を形成している。予熱部３はおおむね円筒状に形
成されていて、その周壁下部３ａは縮径部に向けて内径
が漸減している。また予熱部３の上部開口には排気口５
ａを有する蓋体５が着脱可能に装着されている。上記縮
径部４は、予熱部３から、溶解部での原料の溶解につれ
て溶解部２に降下する金属原料の降下量を制御するため
に設けられているもので、溶解部２および予熱部３の内
径よりも小さな内径で形成されている。ここで溶解部周
壁上部２ａと予熱部周壁下部３ａが垂直に近くなると溶
解炉全体の高さが高くなり、また水平に近くなるとデッ
ドスペースを生じて熱効率が低下する。したがって通常
は、水平線に対して溶解部周壁上部２ａは２０〜６０度
程度、予熱部周壁下部３ａは２０〜７０度程度に設定す
るのが望ましい。

【００１０】上記縮径部４の大きさは、炉の処理能力や
酸素バーナーの能力、金属原料の種類、溶解部および予
熱部の大きさなどによって適当に設定することが可能で
あるが、通常は、予熱部３の断面積が縮径部４の断面積
の１．４−５倍の範囲になるように設定することが好ま
しい。予熱部３の断面積を縮径部４の断面積の１．４倍
未満とすると、金属原料の降下量が多くなり過ぎて縮径
部４を設けた効果が得られにくくなる。逆に予熱部３の
断面積が縮径部４の断面積の５倍を越える場合には、金
属原料が落下しにくくなって絞りすぎの傾向となる。

【００１１】酸素バーナー１は、必要な溶解能力に応じ
て１本ないし複数本が溶解部２周壁に設けられた挿入孔
２ｂに挿入されて設置されており、その取付位置は、溶
解部２の大きさなどに応じて炉壁の垂直部あるいは溶解
部周壁上部２ａの適当な位置に設定することができる。
また酸素バーナー１は、溶解部２内に投入された金属原
料を溶解部２の底部側から溶解させることができるよう
に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ようになっている。さ
らに酸素バーナー１には、図示しない制御部が接続され
ていて、バーナー燃焼量を制御できるようになってい
る。このように構成された金属溶解炉においては、適当
な大きさの縮径部４を介して溶解部２の上方に予熱部３
を設けることにより、予熱部３から溶解部２に降下する
金属原料の降下量を最適な状態に制御することができ、
酸素バーナー１のみで金属原料の効率よい予熱ができ
る。

【００１２】上記構成の金属溶解炉を用いて、本発明の
金属溶解方法を説明する。まず、予熱部３の上部開口か
ら金属原料を投入する。この金属原料を投下した時点
で、金属原料の一部は縮径部４を通過して溶解部２へ落
下し、残りは予熱部３に残存するが、予熱部３に残存す
る金属原料の容積が、溶解部２へ落下した金属原料の容
積の０．４〜３倍となるようにすることが好ましく、
０．５〜２倍となるようにすることがより好ましい。予
熱部３にある金属原料の容積が溶解部２に降下した金属
原料の容積の０．５倍を下回る場合は、金属原料の大部
分を予熱を経ずに直接溶解させることになり、逆に予熱
部３にある金属原料の容積が溶解部２に降下した金属原
料の容積の２倍を越える場合は、投入した熱エネルギー
の大部分が予熱に消費されることになるため、いずれの
場合も熱効率が低下する傾向となる。

【００１３】ついで酸素バーナー１を点火して、溶解部
２に降下した金属原料を溶解するとともに、溶解に伴っ
て生じる高温の排気ガスが縮径部４を通って予熱部３に
上昇させ、この熱で予熱部３にある金属原料を予熱す
る。ここでさらに縮径部４の存在により、予熱部３から
溶解部２への金属原料の降下速度を、溶解部２での金属
原料の溶解速度に近い値に制御することができるので、
金属材料の予熱および溶解が滞りなく行われる。

【００１４】そして、本発明においては、金属原料を予
熱部３に投下してから予熱部３の原料がすべて溶解部２
に降下するまでの間に、金属原料１トン当たりの酸素バ
ーナー燃焼量を毎時１００〜４５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔ、
好ましくは２００〜３５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔとする。バ
ーナー燃焼量を１００〜４５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔの範囲
に保つことにより、溶解初期のバーナー燃焼熱を、予熱
部３にある金属原料に効率よく着熱させることができ、
酸素バーナー１のみで金属原料を効率よく溶解できる。
予熱部３に金属原料が残っている間に、金属原料１トン
当たりのバーナーの燃焼熱量が４５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔ
を越えると、予熱部３にある金属原料が充分予熱されな
いうちに溶解部２に降下してしまい、かえって熱効率が
低下する。また溶解部２への投入熱量が金属原料１トン
当たり１００Ｍｃａｌ／ｈ・ｔを下回ると、金属原料の
溶解そのものに時間がかかり、金属溶解炉からの熱損失
が大きくなり熱効率が低下する。

【００１５】以上、本発明につき図面を参照して説明し
たが、本発明の金属溶解方法を実施するための金属溶解
炉は、図示した金属溶解炉に限定されるものではなく、
溶解部の上方に縮径部を介して予熱部が連設された構造
の金属溶解炉であればよい。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
鉄スクラップ１トンを溶解するのに適した大きさの溶解
炉として、溶解部の大きさは全高８０ｃｍ、内径９０ｃ
ｍ、予熱部の大きさは、高さ２７５ｃｍ、内径５０ｃ
ｍ、縮径部の径２８ｃｍの溶解炉を用いた。酸素バーナ
ーとしては、微粉炭を燃料とし、約６００℃の高温酸素
を支燃性ガスとし、火炎温度が最高温部で約２５００℃
となるものを３本用いた。これらの酸素バーナーを、各
々水平面に対して約６０度傾斜させた状態で炉底中心方
向に向けて溶解部周壁の上部に設置した。

【００１７】最初に予熱部上部の開口からヘビー屑１ト
ンを装入した時点で、溶解部と予熱部に存在するスクラ
ップの量はおよそ１：１となり、およそ５００ｋｇずつ
が溶解部および予熱部に存在していた。ついで、酸素バ
ーナーを点火して最終的に溶湯温度を１６３０℃まで昇
温した。ここで溶解の初期すなわち予熱部の原料がすべ
て溶解部に降下するまでの期間の溶解原料１トン当たり
のバーナー燃焼量を変化させ、このバーナー燃焼量とト
ータルの熱効率の関係を調べた。結果を図２に示す。な
お、この溶解炉で鉄１トンを溶解すると、最終湯面高さ
は約２２ｃｍとなった。図２に示した結果より、予熱部
の原料がすべて溶解部に降下するまでの酸素バーナー燃
焼量を金属原料１トンあたり毎時１００〜４５０Ｍｃａ
ｌ／ｈ・ｔとすることにより、トータルの熱効率が高く
なることが確認できた。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、金属原料が投入さ
れ予熱される予熱部と、該予熱部の下方に金属原料を酸
素バーナーの火炎で溶解する溶解部と、予熱部から溶解
部の間に予熱部から溶解部への金属原料の降下速度を制
御する縮径部とを備えた金属溶解炉を用いて金属原料を
溶解する方法において、予熱部の原料がすべて溶解部に
降下するまでのバーナー燃焼量を金属原料１トンあたり
毎時１００〜４５０Ｍｃａｌ／ｈ・ｔとすることによ
り、溶解初期のバーナー燃焼熱を、効率よく溶解部に降
下する以前の溶解部の原料に着熱させることができ、酸
素バーナーのみで金属原料を効率よく溶解できる。特
に、予熱部に金属原料を投入したときに、予熱部に残存
する金属原料の容積が、縮径部を通過して溶解部へ落下
した金属原料の容積の０．４〜３倍となるように設定す
ることにより、小規模な溶解炉でもさらに高い熱効率を
達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の金属溶解方法を好適に実施するため
の金属溶解炉の一例を示す断面図である。

【図２】 本発明の実施例において、予熱部の原料がす
べて溶解部に降下するまでの溶解原料１トンあたりの酸
素バーナー燃焼量を変化させて、熱効率を調べた結果を
示すグラフである。

【符号の説明】

１…酸素バーナー、２…溶解部、３…予熱部、４…縮径
部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解される金属原料を予熱する予熱部
   と、該予熱部から降下した金属原料を酸素バーナーの火
   炎を用いて溶解する溶解部とを備えた金属溶解炉を用
   い、前記予熱部から前記溶解部への金属原料の降下速度
   を制御しつつ金属原料を溶解する方法において、 予熱部に金属原料を投入してから金属原料がすべて溶解
   部に降下するまでの間の前記酸素バーナーの燃焼量を、
   金属原料１トンあたり毎時１００〜４５０Ｍｃａｌ／ｈ
   ・ｔとなるように制御することを特徴とする金属溶解方
   法。
2. 【請求項２】 前記予熱部と前記溶解部との間に内径が
   減じられた縮径部を設けることにより、前記予熱部から
   前記溶解部への金属原料の降下速度を制御することを特
   徴とする請求項１記載の金属溶解方法。
3. 【請求項３】 前記予熱部に金属原料を投入したとき
   に、予熱部に残存する金属原料の容積が、溶解部へ降下
   した金属原料の容積の０．４〜３倍となるように制御す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の金属溶解方
   法。