JPH11230682A

JPH11230682A - 金属溶解設備及び金属溶解方法

Info

Publication number: JPH11230682A
Application number: JP10033284A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Honda; 秀幸本田; Koji Seki; 宏次関; Atsushi Inoue; 篤井上; Toshio Suwa; 俊雄諏訪; Nobuaki Kobayashi; 伸明小林
Original assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Current assignee: Japan Oxygen Co Ltd; Nippon Sanso Corp
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】金属溶解炉と酸素製造装置とを有する金属溶
解設備において、燃料の使用効率を高め、電力が自由に
使用できない地域でも操業可能が可能で、ダイオキシン
等の有害物質の発生も抑制することができる金属溶解設
備及び金属溶解方法を提供する。【解決手段】金属溶解炉１からの排ガスを燃焼させて
蒸気を発生させるボイラー１２と、ボイラー１２で発生
した蒸気を動力源とする蒸気タービン２０と、該蒸気タ
ービン２０で駆動する回転機（原料空気圧縮機３２）を
備えた酸素製造装置（深冷空気液化分離装置３１）とを
備えるとともに、酸素製造装置で製造した酸素を金属溶
解炉１に設けた酸素バーナー２に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属溶解設備及び
金属溶解方法に関し、詳しくは、石炭を微粉にした微粉
炭や、コークス，石油コークスを微粉にした粉コークス
等の微粉固体燃料、重油等の液体燃料、ＬＰＧ等のガス
燃料を酸素を支燃ガスとして燃焼する酸素バーナーの高
温火炎を熱源とし、鉄，アルミ，銅等の金属スクラップ
や地金等を溶解する金属溶解設備及び金属溶解方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鉄や
銅，アルミニウム等の金属スクラップや地金等を溶解し
て再生する設備として、放電によって高温を発生して金
属を溶解する電気炉や、種々の化石燃料の空気燃焼を使
用した溶解炉が実用化されている。特に、電気炉では、
溶解のために大量の電力が消費されているが、この電力
は、別途に燃料を使用して発生させており、総合的な燃
料の利用効率やコストの面で問題があった。

【０００３】一方、酸素あるいは酸素富化空気を支燃ガ
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
させる金属溶解炉が知られており、特公昭５６−５０１
８１０号公報，特開平１−２１５９１９号公報，特開平
９−１０５５８９号公報等に記載されている。これら
は、いずれも酸素バーナーで金属原料を溶解する溶解部
と金属原料を予熱する予熱部とを備えており、溶解部か
らの高温排ガスの熱を有効に利用するようにしている。

【０００４】さらに、排ガスには水素や一酸化炭素が含
まれていることから、予熱部に酸素や空気等の支燃性ガ
スを導入して二次燃焼させ、その燃焼熱も予熱に使用す
ることで熱効率を上げている。

【０００５】しかし、多用されている電気炉での電気の
大量使用に対し、その効率化を図る特徴を有する酸素バ
ーナー使用の金属溶解炉は、多量の酸素を必要とし、そ
の酸素の製造に必要な電力も多くなる。この電気量は、
電気炉で使用する電気量に比べて約１／５から１／８と
少量で済むが、いずれにしろ電気が必要となり、特に電
力事情の悪い地域では、この酸素を製造するために必要
な電力の確保が困難となる危惧があり、自家発電で賄う
場合でも、発電のために化石燃料を使用しており、この
面を含めた効率化は図られていなかった。

【０００６】一方、金属スクラップを原料とする金属溶
解炉では、有害物質であるダイオキシンの発生が問題と
なっている。特に電気炉では、ダイオキシンの排出規制
が施行され、猶予期間はあるものの、０．５ｎｇ／Ｎｍ
^３以下、最終的には、０．１ｎｇ／Ｎｍ^３以下を達成す
ることが求められており、現状の溶解炉の操業が問題と
なる。

【０００７】他方、酸素の製造方法としては、深冷式空
気液化分離方法や圧力変動吸着式空気分離方法等が広く
知られている。金属溶解炉の酸素バーナーで使用する酸
素ガスとしては、６０％程度から１００％までの濃度の
酸素ガスが使用可能であるが、例えば、９３％濃度の酸
素ガスを製造する場合、深冷式空気液化分離方法では、
一般に、原料空気を精留操作圧力に昇圧する原料空気圧
縮機や、分離した酸素ガスを酸素バーナーに送るための
酸素圧縮機を電動機で駆動しており、酸素ガスの製造に
要する電力は、原料空気圧縮機で約０．３３ｋＷｈ／Ｎ
ｍ^３、酸素圧縮機で約０．０９ｋＷｈ／Ｎｍ^３程度とな
る。また、バッチ操業の金属溶解炉に酸素を供給する場
合は、バッチ操業における酸素ガスの供給に合わせてる
ため、酸素圧縮圧力を上げてアキュームレータで平準化
する必要があり、この場合の酸素圧縮機に要する電力
は、約０．１２ｋＷｈ／Ｎｍ^３程度となる。

【０００８】一方、圧力変動吸着式（真空再生式）で
は、原料空気を吸着筒に送り込むための原料空気ブロ
ワ、分離した酸素ガスを酸素バーナーに送るための酸素
圧縮機及び吸着筒の再生のために使用される真空ポンプ
が、一般に電動機で駆動されており、酸素ガスの製造に
要する電力は、原料空気ブロワで約０．０２ｋＷｈ／Ｎ
ｍ^３、真空ポンプで約０．３１ｋＷｈ／Ｎｍ^３、そして
酸素圧縮機で約０．０９ｋＷｈ／Ｎｍ^３程度である。バ
ッチ操業では、深冷式と同様に、酸素圧縮圧力を上げて
平準化する必要があるため、約０．１２ｋＷｈ／Ｎｍ^３
程度となる。

【０００９】また、圧力変動吸着式には、他に大気圧再
生式も主に小型領域で実用化されており、この場合は真
空ポンプ無しで再生するので、真空ポンプの動力は不要
となるが、吸着圧力と再生圧力との圧力差を大きくする
ため、原料空気の供給圧力を高めなければならず、原料
空気圧縮機の動力が大きくなる。

【００１０】そこで本発明は、酸素バーナーを使用した
金属溶解炉と酸素製造装置とを有する金属溶解設備にお
いて、燃料の使用効率を高めるとともに、電力が自由に
使用できない地域でも操業可能が可能であり、同時に、
金属溶解において発生するダイオキシン等の有害物質の
発生を抑制することができる金属溶解設備及び金属溶解
方法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の金属溶解設備は、酸素バーナーによる高温
火炎を用いて原料金属を溶解する金属溶解設備におい
て、酸素バーナーによる高温火炎によって原料金属を溶
解する金属溶解炉と、該金属溶解炉から排出される可燃
性ガス含有排ガスを燃焼させて熱源とすることにより蒸
気を発生させるボイラーと、該ボイラーで発生した蒸気
を動力源として動力を発生する蒸気タービンと、該蒸気
タービンで発生した動力により駆動する回転機を少なく
とも１台備えた酸素製造装置とを備えるとともに、前記
金属溶解炉には、前記酸素製造装置で製造した酸素を使
用する酸素バーナーを少なくとも１個備えていることを
特徴としている。

【００１２】さらに、本発明の金属溶解設備は、前記金
属溶解炉が、前記酸素バーナーを備えた溶解部の上方に
原料金属を予熱する予熱部を設け、かつ、溶解部と予熱
部との間に溶解部及び予熱部の内径より小さな内径の絞
り部を設けた金属溶解炉であることを特徴とし、酸素製
造装置が、深冷空気液化分離装置あるいは圧力変動吸着
分離装置であることを特徴としている。

【００１３】また、本発明の金属溶解方法は、酸素を支
燃ガスとした酸素バーナーによる高温火炎で原料金属を
溶解する金属溶解炉を用いて金属を溶解する方法におい
て、前記金属溶解炉から排出される排ガスをボイラーに
供給し、燃焼させて熱源とすることにより蒸気を発生
し、該蒸気を動力源とする蒸気タービンで動力を発生
し、該発生動力により酸素を製造する装置中の回転機の
少なくとも１台を駆動し、該酸素を製造する装置で製造
した酸素を前記酸素バーナーに供給して支燃ガスとする
ことを特徴としている。

【００１４】さらに、本発明の金属溶解方法は、前記金
属溶解炉から排出される排ガス中の一酸化炭素と水素と
の合計量がドライベースで１０〜８０％、好ましくは２
０〜７０％になるように前記酸素バーナーへの燃料供給
量と酸素供給量との比を調節すること、また、前記ボイ
ラーにおける理論火炎温度が８００〜１８００℃、好ま
しくは９００〜１７００℃なるように制御すること、さ
らに、ボイラーから排出される燃焼排ガス中の酸素濃度
が１％以上、好ましくは２％以上になるように制御する
ことを特徴とし、さらに、前記金属溶解炉をバッチ操業
するにあたり、該金属溶解炉の休止時に、前記ボイラー
に補助燃料と空気又は酸素とを供給して蒸気の発生を継
続すること、前記酸素バーナーに供給する酸素の濃度が
６０〜９９％であることを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は酸素製造装置が深冷空気液
化分離装置である場合の本発明の一形態例を示す系統
図、図２は深冷空気液化分離装置の一例を示す系統図で
ある。

【００１６】まず、金属溶解炉１は、酸素バーナー２を
備えた溶解部３の上方に、金属原料を予熱する予熱部４
を連設するとともに、溶解部３と予熱部４との間に、溶
解部３及び予熱部４の内径よりも小さな内径の絞り部５
を設けたものである。予熱部４の側方に設けられた原料
投入口６から炉内に投入されたスクラップ等の金属原料
は、絞り部５によって溶解部３への落下が規制され、予
熱部４で十分に予熱された後、順次溶解部３に落下して
酸素バーナー２からの高温火炎により加熱されて溶解
し、溶解部３の底部に溜まる。溶解された金属（溶湯）
は、溶解部３の側方に設けた出湯口７から取出される。

【００１７】酸素バーナー２は、経路８から供給される
燃料、例えば重油を、経路９から供給される酸素を支燃
ガスとして燃焼させるものであって、溶解部３の底部側
から金属原料を溶解させることができるように、火炎噴
出方向が溶解部３の底部に向くように設けられている。
なお、酸素バーナー２の設置数は、炉の容量等によって
適宜に設定されるもので、溶解部３の周壁部に複数本を
設けることができる。

【００１８】この金属溶解炉１は、適当な大きさの絞り
部５を介して溶解部３の上方に予熱部４を設けているの
で、予熱部４から溶解部３に落下する金属原料の落下速
度を最適な状態に制御することができ、また、溶解部３
の直上に予熱部４が設けられているので、金属原料の予
熱を効率よく行うことができる。したがって、鉄，銅，
アルミニウム等のスクラップや地金等を効率よく溶解処
理することができ、炉の構造の簡略化や熱効率の向上、
溶解時間の短縮等が図れるという利点を有している。

【００１９】金属溶解炉１の上部に接続する排ガス経路
１１には、金属溶解炉１から排出される排ガスを燃焼さ
せ、これを熱源として蒸気を発生させるボイラー１２が
設けられている。このボイラー１２は、経路１３から空
気等の支燃ガスを導入して排ガス中の可燃成分、例えば
水素や一酸化炭素を燃焼させるもので、この燃焼エネル
ギーにより、経路（ボイラー熱交換器）１４を流れるボ
イラー水を加熱し、高温高圧の蒸気を発生させる。通常
は、金属溶解炉１で発生する排ガスの全量を、このボイ
ラー１２で燃焼させるが、ボイラー１２での熱量が必要
量に対して過剰な場合は、予熱部４に酸素や空気を吹き
込み、過剰分を予熱部４で二次燃焼させることによって
金属原料の予熱に利用することができる。

【００２０】ボイラー１２で発生した蒸気は、経路１
５，アキュームレータ１６，経路１７を経て経路１８，
１９に分岐し、それぞれ蒸気タービン２０，２１に導入
される。蒸気タービン２０，２１で動力源として用いら
れた蒸気は、経路２２，２３から経路２４に合流して復
水器２５に導入され、復水後に経路２６を経てポンプ２
７に吸引され、該ポンプ２７で所定圧力に昇圧されて経
路２８から前記ボイラー１２の経路１４に循環する。

【００２１】一方の蒸気タービン２０には、酸素製造設
備である深冷空気液化分離装置３１の構成回転機である
原料空気圧縮機３２が接続されており、蒸気タービン２
０で発生した動力により原料空気圧縮機３２を駆動し、
深冷空気液化分離装置３１に供給する原料空気を圧縮し
ている。また、他方の蒸気タービン２１には、酸素バー
ナー２に供給する酸素ガスを圧縮するための酸素圧縮機
３３が接続されており、蒸気タービン２１で発生した動
力により酸素圧縮機３３を駆動し、深冷空気液化分離装
置３１で分離した酸素ガスを圧縮している。

【００２２】原料空気圧縮機３２で圧縮された原料空気
は、経路３４，冷却器３５，経路３６を経て分離部３７
に導入される。また、酸素圧縮機３３で圧縮された酸素
ガスは、経路３８，アキュームレータ３９を経て前記経
路９に流れ、酸素バーナー２に支燃ガスとして供給され
る。

【００２３】図２は、深冷空気液化分離装置３１の一例
を示す系統図である。この深冷空気液化分離装置３１
は、前記原料空気圧縮機３２で圧縮されて冷却器３５で
冷却された原料空気を精製する精製設備４１と、原料空
気を冷却する主熱交換器４２と、原料空気の一部を断熱
膨張させて寒冷を発生する膨張タービン４３と、原料空
気を精留して酸素を分離するための高圧塔（下部塔）４
４，低圧塔（上部塔）４５及び主凝縮蒸発器４６からな
る複精留塔４７と、過冷器４８，減圧弁４９，５０等と
を主要な構成要素としている。

【００２４】原料空気圧縮機３２で圧縮された原料空気
は、精製設備４１で水分や二酸化炭素等の不純物が除去
されて精製され、主熱交換器４２で冷却された後、一部
が膨張タービン４３を介して低圧塔４５に、残部が高圧
塔４４にそれぞれ導入され、複精留塔４７で液化精留分
離されて低圧塔４５の上部の窒素ガスと、下部の液化酸
素とに分離する。この液化酸素は、主凝縮蒸発器４６で
高圧塔４４からの窒素ガスにより加熱されて蒸発し、酸
素ガスとなる。この酸素ガスの一部は、低圧塔４５の下
部から経路５１に抜き出され、主熱交換器４２で常温に
戻って経路５２に導出され、該経路５２を通って前記酸
素圧縮機３３に導入される。このような空気液化分離装
置は、精留条件の設定によって１００％近い高純酸素を
製造することができるが、酸素バーナー２での使用条件
を考慮して６０〜９９％の範囲で最適な純度の酸素、例
えば純度９３％程度の酸素を製造するように設定するこ
とにより、採取する酸素の電力原単位を低減することが
できるとともに、酸素バーナー２を効率よく燃焼させる
ことができる。

【００２５】次に、金属溶解炉１の能力が５０ｔ／ｈの
場合を例にして説明する。経路９から純度９３％の酸素
ガスを流量５６００Ｎｍ^３／ｈで導入し、燃料の重油を
燃焼させて金属、例えば鉄原料を溶解すると、予熱部４
を通して発生する排ガスは、水素，一酸化炭素，二酸化
炭素，窒素，酸素，水蒸気等を含む混合ガスであり、流
量は１１６００Ｎｍ^３／ｈ、温度は２５０℃、可燃成分
である水素及び一酸化炭素は、ドライベース（水分を除
いて計算して）で水素が約１３％，一酸化炭素が約３９
％含まれている。

【００２６】上記排ガスを排ガス経路１１からボイラー
１２に導入し、経路１３から導入される空気により燃焼
させ、経路１４を流れるボイラー水を加熱して蒸気を発
生させる。経路１３からボイラー１２に導入する空気量
は、ボイラー１２から経路５３に排出される燃焼排ガス
中の残留酸素が１％以上、好ましくは２％以上となるよ
う供給する。また、予熱部４からの排ガス温度が高い場
合等は、排ガス通路１１に伝熱管を設け、排ガスの顕熱
で蒸気を発生させ、あるいはボイラー水を加温した後、
さらにボイラー１２で空気と混合して燃焼させ、蒸気を
発生するように形成してもよい。

【００２７】ボイラー１２で発生した蒸気（過熱蒸気）
は、圧力３ＭＰａ，温度３５０℃，流量２０６００ｋｇ
／ｈで経路１５に流れ、アキュームレーター１６，経路
１７を経た後、１６１００ｋｇ／ｈの蒸気は、経路１８
に分岐して一方の蒸気タービン２０に導入され、０．２
５ＭＰａまで膨張して原料空気圧縮機３２を駆動し、１
８４０ｋＷの動力を発生する。また、残りの４５００ｋ
ｇ／ｈの蒸気は、経路１９から他方の蒸気タービン２１
に導入され、同様に０．２５ＭＰａまで膨張して酸素圧
縮機３３を駆動し、５１０ｋＷの動力を発生する。

【００２８】蒸気タービン２０，２１から経路２２，２
３に導出した蒸気は、経路２４を経て復水器２５で復水
し、復水したボイラー用水は、管２６を経てポンプ２７
で昇圧された後、経路２８を通ってボイラー１４に循環
供給される。

【００２９】前記蒸気タービン２０で駆動された原料空
気圧縮機３２により、０．４７ＭＰａに圧縮された流量
２５２００Ｎｍ^３／ｈの原料空気は、冷却器３５を介し
て分離部３７に供給され、液化精留されて５６００Ｎｍ
^３／ｈの酸素ガスが分離し、経路５２に導出される。製
造された酸素ガスは、酸素圧縮機３３で０．４ＭＰａに
圧縮された後、アキュームレータ３９を経て酸素バーナ
ー２に供給される。

【００３０】このときの原料空気圧縮機３２の動力は１
８４０ｋＷ、酸素圧縮機３３の動力は５１０ｋＷとな
り、この例では、合計２３５０ｋＷの動力を蒸気タービ
ン２０，２１で賄っていることになり、この分の電力量
を削減することができる。

【００３１】なお、このように５１０ｋＷ程度の酸素圧
縮機３３に蒸気タービン２１を設けて駆動すると、消費
電力量の低減は図れるが、設備費的に高くなるという難
点がある。したがって、原料空気圧縮機３２のみを蒸気
タービン駆動として設備費を抑えることも考えられる。
このとき、定常的にボイラー熱量が余剰となる場合は、
予熱部４で余剰分を二次燃焼差せることにより、熱回収
を行うようにすればよい。また、蒸気圧力，温度及び排
圧を必要な電力量に応じて選定することが可能であり、
これによって設備費用の削減や熱量ロスを減らすことが
でき、例えば、排圧を下げて復水タービンを使用すれ
ば、さらに多くの電力を賄うことができる。

【００３２】さらに、深冷空気液化分離装置３１の精製
設備４１に吸着設備を使用した場合は、吸着器を昇温再
生するための熱源としてボイラー１２で発生した蒸気を
使用することもできる。また、酸素製造設備である深冷
空気液化分離装置３１から副生する窒素ガスを、金属溶
解炉１の溶解部３における溶湯の撹拌に使用することも
可能である。

【００３３】上述の説明は、金属溶解炉１が連続式の場
合であるが、バッチ式の金属溶解炉の場合は、ボイラー
１２に補助燃料経路５４を設け、原料や溶湯の出し入れ
時間等、排ガスが発生しないときに補助燃料経路５４か
ら重油等の燃料を補給し、これを燃焼させることによ
り、蒸気を連続して発生させることができる。

【００３４】さらに、本発明では、図３に示すように、
比較的コストが低廉な圧力変動吸着式分離方法による圧
力変動吸着分離装置を酸素製造設備として採用すること
もできる。なお、図３においては、前記図１に示した形
態例における構成要素と同一の構成要素には同一符号を
付して詳細な説明は省略する。

【００３５】圧力変動吸着分離装置（ＰＳＡ装置）６０
は、３本の吸着筒６１ａ，６１ｂ，６１ｃを吸着工程，
再生工程，加圧工程に順次切換えることにより、窒素と
酸素とを分離し、酸素を連続的に製造するものであっ
て、経路６２から吸入して原料空気ブロワ６３で昇圧し
た大気を吸着工程にある吸着筒に導入し、該吸着筒内に
充填した吸着剤に窒素を吸着させ、分離した酸素ガスを
経路６４に導出する。経路６４の酸素ガスは、前記同様
の酸素圧縮機３３で圧縮された後、アキュームレータ３
９を経て金属溶解炉１の酸素バーナー２に供給される。
また、吸着筒の再生工程は、真空ポンプ６５により経路
６６を介して筒内を真空排気することにより行われる。

【００３６】本形態例では、動力の大きい真空ポンプ６
５の駆動にのみ蒸気タービン２０を適用して消費電力の
低減を図っている。すなわち、金属溶解炉１から排出さ
れる排ガスをボイラー１２に導入して燃焼させることに
より過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気を前記蒸気ター
ビン２０に導入することによって真空ポンプ６５を駆動
している。但し、前記同様に、ＰＳＡ装置６０のもう一
つの回転機である原料空気ブロワ６３や、酸素圧縮機３
３にも蒸気タービンを適用することは可能であるが、こ
れらに必要な動力は、それぞれ１７０ＫＷ，５１０ＫＷ
と小さいので、装置コスト、即ち初期投資額との兼ね合
いで、モーター駆動とするかどうかを選定すればよい。

【００３７】また、上述のようにして金属溶解炉の排ガ
スを燃焼させるにあたっては、火炎の安定性と有害物質
であるＮＯＸやダイオキシンの発生抑制とを考慮する必
要がある。排ガスに含まれる水素と一酸化炭素との合計
濃度（ドライベース：水分を除いて計算したもの）によ
る火炎の安定性と理論火炎温度とを表１に示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかなように、火炎は、水素と
一酸化炭素との合計濃度が１０％で何とか安定し、２０
％以上で略安定した状態となり、特に、３０％以上にな
ると安定性が大幅に向上することがわかる。また、理論
火炎温度が１８００℃以下であれば、サーマルＮＯＸの
発生が少ないといわれており、ボイラーの耐熱性及びダ
ストの再溶融によるボイラー熱交換器への付着の面から
も火炎温度が高過ぎるのは好ましくない。このことから
両者の合計濃度は、８０％以下、好ましくは７０％以下
とすべきであることがわかる。

【００４０】そして、実験結果によれば、水素及び一酸
化炭素の発生量は、金属溶解炉の操業において、酸素の
供給量と燃料の供給量とを調節することにより制御が可
能であることが判明したことから、酸素及び燃料の供給
量を調節し、水素と一酸化炭素との合計濃度が１０〜８
０％、好ましくは２０〜７０％の範囲になるようにして
操業することにより、火炎の安定性が図れるとともに、
有害物質であるＮＯＸやダイオキシンの発生抑制が図れ
ることになる。

【００４１】また、市場の鉄スクラップ等を使用した実
験では、ボイラーで燃焼した燃焼排ガス中の残留酸素濃
度により、ダイオキシンの発生量が変動することがわか
った。表２は、水素と一酸化炭素との合計濃度が２０％
の場合と５０％の場合とについて、燃焼排ガス中の残留
酸素濃度とダイオキシンの発生量との関係を示すもので
ある。

【００４２】

【表２】

【００４３】表２から、水素と一酸化炭素との合計濃度
が５０％の場合は、残留酸素がないときでもダイオキシ
ン発生量が０．１ｎｇ／Ｎｍ^３以下となるが、合計濃度
が２０％の場合は、残留酸素１％以上でダイオキシン発
生量が０．１ｎｇ／Ｎｍ^３以下となり、２％以上とすれ
ば、０．０１ｎｇ／Ｎｍ^３以下となることがわかる。し
たがって、燃焼排ガス中の残留酸素が１％以上、好まし
くは２％以上になるように、溶解炉排ガスの燃焼のため
にボイラーに供給する酸素や空気の量を調整することに
より、すなわち、残留酸素量が１％以上、好ましく２％
以上になるような酸素過剰炎を形成させることにより、
ダイオキシンの発生量を抑制することができる。

【００４４】次に、金属溶解炉が連続式の場合とバッチ
式の場合とにおいて、それぞれの設備機器の主要な諸元
を表３に、酸素製造装置の所要動力を表４にそれぞれ示
す。なお、バッチ式のものは、６０分周期で操業される
ものとした。この場合、炉に溶解原料を投入して投入口
を閉じ、酸素バーナーに点火して溶解を開始すると、排
ガスが発生し始め、溶解の進行に従って排ガス組成と温
度とが変化する。排ガス量も多少変化するが、ここでの
説明では略一定とした。５０分後に溶解が終了して酸素
バーナーが消火するとともに排ガスの発生が止まる。次
いで、溶解した金属を炉から流し出し、再度原料金属を
投入すると１周期となり、合計６０分となる。

【００４５】このとき、排ガスを燃焼させるボイラーで
は、燃料となる排ガスが５０分間は供給されるものの、
周期の残り１０分間は、排ガスが途切れてしまう。ま
た、排ガスの組成や温度、量も刻々変わり、排ガスから
得られる熱量も変化する。一方、酸素製造装置は連続で
稼働することから、空気精製用の吸着設備での使用量が
変動するものの（深冷空気液化分離装置の場合）、蒸気
の必要量は略一定である。したがって、ボイラーに補助
燃料として重油等を供給し、略一定の蒸気発生を維持す
る必要があり、補助燃料として重油を平均毎時６００リ
ットル供給すると、最大で２２１００ｋｇ／ｈの蒸気
（３ＭＰａ，３５０℃）が得られるが、電力需要が少な
い場合は、予熱部での二次燃焼等で蒸気発生量を減らす
ことができる。

【００４６】また、バッチ式では、酸素ガスの使用もバ
ッチとなり、酸素バーナーの稼働する５０分間は、７８
００Ｎｍ^３／ｈの酸素ガスを使用するが、金属の出し入
れなどで酸素バーナーを停止する１０分間は、酸素ガス
の使用もゼロとなる。このため、表４に示すように、バ
ッチ式の例では、酸素ガスを最高０．９５ＭＰａに昇圧
してアキュムレーターに貯留し、使用時に０．４ＭＰａ
まで減圧して酸素バーナーに供給するようにしている。

【００４７】なお、全設備の稼働開始時（装置起動時）
において、金属溶解炉が稼働して排ガスが出るまでの間
に、酸素製造装置で酸素ガスを製造するためには、ボイ
ラーを補助燃料のみで焚いて蒸気を発生させ、酸素製造
装置用の回転機を駆動するようにできる。

【００４８】

【表３】

【００４９】

【表４】

【００５０】表５に、５０ｔ／ｈの金属溶解炉を使用し
たときの各々の電力消費量を、従来と比較して示す。

【００５１】

【表５】

【００５２】表５に示すように、深冷分離式酸素製造装
置で酸素ガスを供給する例において、従来は、空気圧縮
機と酸素圧縮機とに合計２３５０ｋＷの電力が必要であ
り、買電するか自家発電設備を設ける必要があった。し
かし、本形態例によれば、空気圧縮機動力と酸素圧縮機
動力とが排ガスのボイラーで自給できることから、買電
や自家発電等の外部からの電力としては、制御用やポン
プ等、その他の補機の分を供給すればよいことになる。
また、吸着設備再生用に１９０ｋｇ／ｈ平均の蒸気を使
用する場合は、設備の設定によって、その蒸気も賄うこ
とができる。

【００５３】また、圧力変動吸着式酸素製造装置で酸素
ガスを供給する例においては、連続式では真空ポンプと
酸素圧縮機とを蒸気タービンで賄う場合を示し、バッチ
式では真空ポンプのみを自給状態として他の回転機へは
外部電力を供給する例とした。

【００５４】このように、いずれの酸素製造装置の場合
でも、重油等の補助燃料を必要とする場合があるもの
の、外部からの電力を大幅に削減することができる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
酸素製造装置に設置されている原料空気圧縮機等の回転
機の動力を、排ガスを燃焼させるボイラーで発生した蒸
気を動力源とする蒸気タービンで賄うようにしているの
で、電力の大幅な削減が図れ、電力が自由に使用できな
い地域でも操業可能が可能になるとともに、金属溶解設
備から発生するダイオキシン等の有害物質の発生も抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属溶解設備の一形態例を示す系統
図である。

【図２】深冷空気液化分離装置の一例を示す系統図で
ある。

【図３】本発明の金属溶解設備の他の形態例を示す系
統図である。

【符号の説明】

１…金属溶解炉、２…酸素バーナー、３…溶解部、４…
予熱部、５…絞り部、６…原料投入口、７…出湯口、１
１…排ガス経路、１２…ボイラー、１６…アキュームレ
ータ、２０，２１…蒸気タービン、２７…ポンプ、３１
…深冷空気液化分離装置、３２…原料空気圧縮機、３３
…酸素圧縮機、３５…冷却器、３７…分離部、３９…ア
キュームレータ、４１…精製設備、４２…主熱交換器、
４３…膨張タービン、４４…高圧塔（下部塔）、４５…
低圧塔（上部塔）、４６…主凝縮蒸発器、４７…複精留
塔、４８…過冷器、４９，５０…減圧弁、５４…補助燃
料経路、６０…圧力変動吸着分離装置（ＰＳＡ装置）、
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ…吸着筒、６３…原料空気ブロ
ワ、６５…真空ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者諏訪俊雄東京都港区西新橋１−16−７日本酸素株式会社内 (72)発明者小林伸明東京都港区西新橋１−16−７日本酸素株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素バーナーによる高温火炎を用いて原
料金属を溶解する金属溶解設備において、酸素バーナー
による高温火炎によって原料金属を溶解する金属溶解炉
と、該金属溶解炉から排出される可燃性ガス含有排ガス
を燃焼させて熱源とすることにより蒸気を発生させるボ
イラーと、該ボイラーで発生した蒸気を動力源として動
力を発生する蒸気タービンと、該蒸気タービンで発生し
た動力により駆動する回転機を少なくとも１台備えた酸
素製造装置とを備えるとともに、前記金属溶解炉には、
前記酸素製造装置で製造した酸素を使用する酸素バーナ
ーを少なくとも１個備えていることを特徴とする金属溶
解設備。
【請求項２】前記金属溶解炉は、前記酸素バーナーを
備えた溶解部の上方に原料金属を予熱する予熱部を設
け、かつ、溶解部と予熱部との間に溶解部及び予熱部の
内径より小さな内径の絞り部を設けた金属溶解炉である
ことを特徴とする請求項１記載の金属溶解設備。
【請求項３】前記酸素製造装置は、深冷空気液化分離
装置であることを特徴とする請求項１記載の金属溶解設
備。
【請求項４】前記酸素製造装置は、圧力変動吸着分離
装置であることを特徴とする請求項１記載の金属溶解設
備。
【請求項５】酸素を支燃ガスとした酸素バーナーによ
る高温火炎で原料金属を溶解する金属溶解炉を用いて金
属を溶解する方法において、前記金属溶解炉から排出さ
れる排ガスをボイラーに供給し、燃焼させて熱源とする
ことにより蒸気を発生し、該蒸気を動力源とする蒸気タ
ービンで動力を発生し、該発生動力により酸素を製造す
る装置中の回転機の少なくとも１台を駆動し、該酸素を
製造する装置で製造した酸素を前記酸素バーナーに供給
して支燃ガスとすることを特徴とする金属溶解方法。
【請求項６】前記金属溶解炉から排出される排ガス中
の一酸化炭素と水素との合計量がドライベースで１０〜
８０％になるように、前記酸素バーナーへの燃料供給量
と酸素供給量との比を調節することを特徴とする請求項
５記載の金属溶解方法。
【請求項７】前記ボイラーにおける理論火炎温度が８
００〜１８００℃なるように制御することを特徴とする
請求項５記載の金属溶解方法。
【請求項８】前記ボイラーから排出される燃焼排ガス
中の酸素濃度が１％以上になるように制御することを特
徴とする請求項５記載の金属溶解方法。
【請求項９】前記金属溶解炉をバッチ操業するにあた
り、該金属溶解炉の休止時に、前記ボイラーに補助燃料
と空気又は酸素とを供給して蒸気の発生を継続すること
を特徴とする請求項５記載の金属溶解方法。
【請求項１０】前記酸素バーナーに供給する酸素の濃
度が６０〜９９％であることを特徴とする請求項５記載
の金属溶解方法。