JPH1123156A - 金属の溶解炉及び金属の溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素バーナーの燃焼による熱エネルギーを効
率よく利用することを可能とし、生産性を向上した金属
の溶解炉及び金属の溶解方法の提供。 【解決手段】 酸素バーナ１を備えた溶解部４の上方
に、溶解部４及び予熱部５の内径より小さな内径を有す
る絞り部１２を介して予熱部５を連設し、また溶解部４
の底部に溶湯流路８を介して酸素バーナー２を備えた湯
溜り部６を連設するとともに、この湯溜り部６に溶湯流
路９を介して酸素バーナー３を備え、かつ出湯口１０を
有する保持部７を連設した構造の溶解炉とし、この溶解
炉により金属を連続的に溶解する方法としたものであ
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、金属の溶解装置及
びこの金属溶解装置を使用した金属の溶解方法に関する
もので、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処理する金属の
溶解炉及び金属の溶解方法である。

【０００２】

【従来の技術】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は、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方法は、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
た鉄原料の溶解方法としては、例えば特開昭５６ー５０
１８１０号公報、特開平１ー２７１８０７号公報、特開
平２ー９３０１２号公報、特開平５ー２７１８０４号公
報、及び特開平５ー２７１８０７号公報等に記載されて
いる。この方法では、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、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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、溶解チ
ャージ毎に原料を間欠的に溶解炉に装入して予熱を行う
方式では、溶解の進行とともに予熱部内の原料は減少
し、予熱効果が低下することにより、燃焼排ガスのエネ
ルギーを十分に利用している状態ではなかった。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金属の溶解方法
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決し、上
記目的を達成するため、本発明は請求項１として、酸素
バーナーを備えた溶解部の上方に、溶解部及び予熱部の
内径より小さな内径を有する絞り部を介して予熱部を連
設し、また前記溶解部の底部に溶湯流路を介して加熱手
段を備えた湯溜り部を連設するとともに、加熱手段を備
え、かつ出湯口を有する保持部を溶湯流路を介して前記
湯溜り部に連設してなることを特徴とする金属の溶解炉
とし、請求項２として湯溜り部及び保持部に備える加熱
手段として、酸素バーナー及びアーク発生用電極の少な
くとも１つを備えていることを特徴とする請求項１に記
載の金属の溶解炉とし、請求項３として前記溶解部、湯
溜り部、及び保持部で発生する排ガスは、前記順序に従
って各部を連通して流れる溶鋼流に対向した流れで流通
して予熱部を経て排出される流路を形成してなることを
特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記
載の金属の溶解炉とし、そして、請求項４として前記予
熱部に空気または酸素を吹き込む酸素吹き込み用ランス
を配設してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３
のうちのいずれか１項に記載の金属の溶解炉炉とし、更
に請求項５として保持部に備える酸素バーナーが中心部
にフラックス導入通路を配して、その周囲を囲繞して燃
料、酸素通路が形成されてなるバーナーでなることを特
徴とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に
記載の金属の溶解炉としたものである。

【０００６】そして、金属の溶解方法として、前記溶解
炉を使用したもので、請求項６では、金属原料を予熱部
に連続して投入して溶解部で酸素バーナーで溶解せしめ
た後、溶湯を連続的に湯溜り部に流出させ、該部で酸素
バーナーで昇温して溶湯状態を保持し、保持部に流下せ
しめ、該保持部で加熱手段で加熱して溶湯を保持すると
ともに、適宜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とし、請求項７では溶解部と湯
溜り部とで加熱手段に使用する、それぞれの酸素バーナ
ーの投入熱量の比が２〜５となるよう、各酸素バーナー
を燃焼することを特徴とする請求項６に記載の金属の溶
解方法とし、請求項８では保持部での溶湯保持のための
加熱手段に使用する酸素バーナーの燃焼火炎中に精錬フ
ラックスを投入することを特徴とする請求項６または７
に記載の金属の溶解方法とし、そして、請求項９では、
保持部の溶湯面上の溶融スラグに炭材を投入し、溶融ス
ラグをフォーミングさせながら、フォーミングスラグ中
で保持部の酸素バーナーを燃焼することを特徴とする請
求項６乃至請求項８のうちのいずれか１項に記載の金属
の溶解方法とし、更に請求項１０では予熱部に酸素また
は空気を供給することを特徴とする請求項６乃至請求項
９のうちのいずれか１項に記載の金属の溶解方法とした
ものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１は、本発明の金属の溶解炉の一例
を説明する断面図である。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て酸素バーナー１、２、３を
それぞれ備えた溶解部４、溶解部４で溶解した溶湯を溜
める湯溜り部６、そして溶湯を保持して貯湯し適宜出湯
出来るようにした保持部７を連設するとともに、前記溶
解部４の上部に絞り部１２を介して排熱利用する予熱部
５を連設したものである。そして、金属の投入ー溶解ー
出湯を連続的に操業可能とするとともに、溶解や溶湯を
保持のために投与する熱の排熱を有効活用することを可
能とした、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溶解炉である。

【０００８】図１において、酸素バーナー１を備えた溶
解部４の上部に絞り部１２を介して予熱部５を一体的に
連設し、また前記溶解部４の底部には溶湯流路８を介し
て酸素バーナー２を備えた湯溜り部６が連設されてい
る。そして更に該湯溜り部６には溶湯流路９を介して、
溶湯を保持して貯湯するための酸素バーナー３と適宜出
湯するための出湯口１０を備えた保持部７が連設されて
いる。

【０００９】前記絞り部１２は、予熱部５から溶解部４
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
ものであり、溶解部４及び予熱部５の各内径よりも小さ
な内径で形成されている。そして、この絞り部１２と大
きな径の溶解部４及び予熱部５との結合部は、図１に示
すように斜辺部１３ａ、１３ｂを形成したコーン状とす
ることが好ましい。なおこの部分を曲面で接続すると、
耐火物を内張りして形成する炉では、耐火物の内張り作
業が面倒になる。また、斜辺部１３ａ、１３ｂが垂直に
近くなると炉の高さが高くなり、一方、水平に近くなる
とデッドスペースが生じて、熱効率や操業性に悪影響を
及ぼすことがある。このようなことより溶解部４の天井
部の斜辺部１３ｂは水平線に対して２０〜６０度程度の
傾斜とし、予熱部５の底部の斜辺部１３ａは水平線に対
して２０〜７０度程度の傾斜に設定することが望まし
い。

【００１０】次に前記溶解部４の酸素バーナー１の取り
付け位置は、溶解部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の斜辺部１３ｂの部分の適当な位置
に設置することが好ましい。この酸素バーナー１は溶解
部４内に落下した原料を底部全体で迅速に溶解し、溶解
した金属の溶湯を再凝固させないで溶湯流路８を経て湯
溜り部６に流出させることが出来るように、溶解部４の
周囲に複数本を火炎噴出方向が溶解部４の底部に向くよ
うにして設けている。なお、重油や微粉炭等の燃料と支
燃性ガスとは図示しない経路から同様に溶解炉４に導入
されている。

【００１１】また、湯溜り部６には、溶解部４から溶湯
流路８を介して流出した溶湯を再凝固しないように、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
た酸素バーナー２による加熱手段が備えられている。そ
して、その形状は溶湯流路８を流れる溶湯面より低い位
置に一定量の溶湯が溜められるような円筒状、方形状の
容器形状を形成している。

【００１２】更に前記保持部７は、溶湯が前記湯溜り部
６より自然落下するように、湯溜り部６より低い位置に
設置されてる。その形状は、一般的な保持炉と同様に円
筒状、方形状等の容器形状に形成され、その底部には開
閉可能な栓体１０ａを備えた出湯口１０が設けられてい
る。この保持部７に設けられる酸素バーナー３は、湯溜
り部６から溶湯流路９を介して流入した溶湯を昇温した
り、各種合金添加時の熱補償や成分調整時の加熱等を行
うために使用するもので、必要に応じて１本または複数
本が保持部７内に装入され、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】なおまた、前記溶湯流路８、９は、それぞ
れ湯溜り部６の酸素バーナー２及び保持部７の酸素バー
ナー３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２及び３の排ガスは、溶湯流路８及び
９を溶湯流れに対向して流れて溶解部４に流入し、更に
絞り部１２を経て予熱部５に至り投入される金属原料を
予熱して蓋体１１に設けた出口１１ａから排出される。

【００１４】このように、本発明の金属の溶解炉は溶解
部の上部に絞り部１２を介して予熱部５を連設すること
により、予熱部５から溶解部４に落下する原料の量を適
当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】次に、上記した本発明の金属溶解炉を使用
して、金属の溶解をする方法の実施の形態について説明
する。本発明の金属の溶解方法は、上記［予熱部５］ー
［絞り部１２］ー［溶解部４］よりなる溶解炉部分に
［湯溜り部６］及び［保持部７］とを一体に連結して形
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る。そして原料や溶湯を酸素バー
ナーの燃焼排ガスと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、生産性の向上を図るものである。

【００１６】また、湯溜り部６及び保持部７内で燃焼し
ている酸素バーナー２及び３から溶湯への伝熱は、そこ
での溶湯面が平滑であるため、それ程大きくなく、それ
故湯溜り部６及び保持部７で加熱を必要とする溶湯の加
熱に関しては、熱効率が高くない。しかし、酸素バーナ
ー２及び３の排ガスの熱は、排出過程で溶解部４から予
熱部５内のスクラップに伝熱されるため、溶解処理工程
での全体的熱効率は低下しないことになる。なお、湯溜
り部６、溶湯流路９及び保持部７内の溶湯が、温度低下
のため再凝固の懸念がある場合には、湯溜り部６及び保
持部７内の酸素バーナー２及び３の代わりに、加熱効率
の高いアーク発生電極を備えたアーク加熱を実施すれ
ば、更に効率良く溶解を行うことができる。

【００１７】即ち本発明の金属の溶解方法は、予熱部５
に連続的に原料を装入するとともに、溶解部４で溶解し
た溶湯を連続的に湯溜り部６流出させ、溶湯を加熱して
溶湯状態を保ち、そしてこの溶湯を連続的に保持部７に
流出させ、保持部７では溶湯状態を保つよう加熱してこ
れを保持するとともに、間欠的に所定量出湯するように
運転する。これにより、予熱部５から絞り部１２を経て
溶解部４に至る経路に、対向して流れる排ガスにより曝
される状態に、常に適当量の原料が存在するので、排ガ
スの熱エネルギーを原料に効率よく回収できる。それ
故、湯溜り部６や保持部７が設置されておらずに、溶解
部４内のみで溶解処理した溶湯を出湯する従来の溶解炉
のようなバッチ方式の炉では、予熱部５及び絞り部１２
内に原料が存在しない時期があって、予熱部５や絞り部
１２で熱回収がされないような事態が生ずるが、本発明
の方法ではこのようなことはなく、常に排ガスの熱エネ
ルギーを原料の加熱に利用し回収している。

【００１８】次に上記した本発明の金属の溶解方法を実
施するにあたり常に安定した状態で操業されることが重
要である。特に溶解部４で生成される溶湯を湯溜り部６
へ搬送したり、また湯溜り部６から保持部７へ搬送する
にあたっては、常に安定した状態を保って流出させるこ
とが重要である。これには、予熱部５から絞り部１２を
経て溶解部４に落下した原料を、酸素バーナー１で迅速
に溶解し、温度の低い溶湯を湯溜り部６へと流入させ、
湯溜り部６内の酸素バーナー２により加熱して、溶湯が
溶湯流路９を安定した状態を保って流通する温度に昇温
せしめる必要がある。このためには、原料の溶解部４へ
の落下速度と溶解速度とのマッチングや溶解した溶湯の
溶解部４から湯溜り部６への流出速度と湯溜り部６から
保持部７への流出速度とをマッチングさせて操業するこ
とが重要である。

【００１９】しかるに、原料の落下速度は、溶解部４の
酸素バーナー１と絞り部１２との条件設定により容易に
最適な速度範囲に制御することができる。一方溶解部４
及び湯溜り部６からの各溶湯の流出速度をマッチングさ
せる問題は、本発明の連続溶解を行う場合には特に重要
である。即ち、溶解部４の酸素バーナー１の燃焼量を増
加して、溶解部４から低温溶湯の湯溜り部６への流出量
を増加させた場合、湯溜り部６の酸素バーナー２の燃焼
量をそのままにしておくと、湯溜り部６内の溶湯の加熱
が追いつかず、湯溜り部６内または溶湯流路９上の溶湯
は温度が低下し、再凝固を生ずることが懸念される。

【００２０】このようなことから、本発明者等はこれら
を解決すべく鋭意調査検討した結果、後述する実施例に
示す如く、溶解部４の酸素バーナー１での投入熱量と湯
溜り部６の酸素バーナー２での投入熱量との比を２〜５
の範囲、好ましくは３〜４の範囲でそれぞれの酸素バー
ナーを燃焼することが、安定した状態で溶湯を流出させ
るのに適切であることを見い出した。更に、湯溜り部６
から保持部７への溶湯流路９に、保持部７で発生する高
温の燃焼排ガスを溶湯と向流方向に通過させることによ
り、溶湯の温度低下や溶湯流路９での再凝固による詰ま
り現象等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。

【００２１】次に、保持部７に溶湯流路９を介して流入
してくる溶湯は、酸素バーナー３により、各種合金添加
時の熱補償のためや、成分調整時の加熱のために加熱さ
れるが、この時に保持部７内に溶湯のみしか存在してい
ない状態では、酸素バーナー３の火炎からの伝熱のみで
あり、それ故バーナー火炎の伝熱面積はある程度までし
か大きくできないため、加熱効率に限度があり向上しな
い。このようなことより、保持部７での加熱効率の向上
を図るため、図２に図示する如く、保持部７の溶湯表面
上に溶融スラグ１４層を形成させ、該溶融スラグ１４層
中で酸素バーナー３の火炎を発生せしめて、溶融スラグ
１４層と燃焼火炎との伝熱面積を増大せしめるようにし
て、加熱効率の向上が成し得るものであることに着目し
た。

【００２２】しかしながら、溶融スラグ１４層で酸素バ
ーナー全体の火炎を発生させると、溶融スラグ１４層の
厚みがかなり厚くなり、そのための造滓材の投入量が増
大し、またこれを溶解するための熱エネルギーも増大
し、この結果製造コストの増大をもたらすこととなる。
かかる点に鑑み、溶融スラグ１４層中に炭材投入ランス
１５ランスを介して炭材を投入し、溶融スラグ１４層中
の鉄酸化物等の還元成分と炭材とを連続的に反応させ、
発生ガスにより該溶融スラグ１４層をフォーミングさせ
ることにより、溶融スラグ１４層の見かけ上の体積が増
加するため、燃焼ガスと溶融スラグ１４層との熱交換効
率が向上し、溶融スラグ１４層を介して間接的な溶湯の
昇温を効率良く行うことができる。

【００２３】即ち、酸素バーナー３からの燃焼火炎は、
フォーミングスラグ中を通って溶湯と衝突することによ
り溶湯を直接的に昇温せしめた後、フォーミンググラス
中を物理的に上昇しながら溶融スラグ１４層を昇温せし
めるが、フォーミングにより溶融スラグ１４層の見かけ
上の体積が増大しているため、溶融スラグ１４層中をを
通過する燃焼ガスの滞留時間が長くなり、溶融スラグ１
４層への伝熱量が増大できる。従って、溶融スラグ１４
層から溶湯面への伝熱も効率よく行うことができ、保持
部７内の溶湯の保持が効率よく行える。なお、前記炭材
としては、粉状、粒状のコークス等を使用することがで
き、その添加量は溶融金属１トン当たり１〜１０ｋｇの
範囲が適当であり、添加量が少ないと十分なフォーミン
グ状態が得られず、また反面添加量が多すぎると、炭材
のコストが上昇することになる。

【００２４】また、フォーミングのためには保持部７に
溶融スラグ１４層を形成させる必要があるが、その方法
として、例えば溶解炉以外で溶融スラグを生成させ
て、これを保持部７内に投入する方法が考えられるが、
ハンドリング等が煩雑であり、工業的ではない。また一
方溶融スラグの原料となる石灰等を直接保持部７内に
投入する場合では、酸素バーナー３で溶解することにな
り、上述したような状況から溶解効率が低下し、溶融ス
ラグを形成するためだけに多大の燃料を使用することに
なる。

【００２５】そこで、鋭意検討した結果、図３に図示す
る如き酸素バーナー３０を使用して、酸素バーナーの燃
焼火炎３４中に、溶融スラグの原料となるフラックスを
バーナーの中心の通路３３を介して供給して投入し、こ
れによりフラックスへの伝熱を向上させ、フラックスを
迅速に溶融させることが可能であることに着目した。こ
のような目的で用いる酸素バーナー３０の構造は、燃焼
火炎中に均一にフラックスを分散できる構造であれば良
く、好ましくは図３に図示したようにバーナー３０の中
心部通路３３よりフラックスを供給して投入し、この外
周に沿って同心円状にして内外の２重円に穿孔された通
路のうち、内周側通路３２に燃料を供給し、外周側通路
３１に支燃性ガスである酸素を供給するようにしたもの
であり、そして燃料及び支燃性ガス３４で溶融フラック
ス３５を包み込んだ状態にした酸素バーナー３０であ
る。このようにして保持部７で効率よく溶融スラグを形
成させるとともに、溶融スラグをフォーミングさせるこ
とができて、加熱効率の優れた金属溶解の操業を達成す
ることができる。

【００２６】また、上記した溶融スラグをフォーミング
させるとガスが発生するが、ここで発生するガスはＣＯ
（一酸化炭素）ガスであり、本発明の図１及び図２に図
示した溶解炉では、必然的に溶湯流路９及び８を通り、
予熱部５内の原料を予熱して排気口１１ａから排出され
る。しかし、ＣＯガスは多大なガス潜熱を含んでいて、
このまま状態で排出すると、熱エネルギーを無駄に廃棄
することになり、効率的とは言いがたく、また経済的に
無駄な浪費となる。そこで、予熱部５の炉壁に設けた酸
素吹き込み用ランス１６より酸素または空気を予熱部５
内に吹き込むことにより、予熱部５内を通過するＣＯガ
スをＣＯ₂（二酸化炭素）まで二次燃焼させる。そし
て、これによってその燃焼熱を予熱部５内の原料に着熱
させることができ、排ガスであるＣＯガスのエネルギー
を有効に回収できる。

【００２７】また、上記発生したＣＯガスを予熱部５以
外で燃焼させても同様な効果が得られるが、湯溜り部６
や保持部７の空間で燃焼させた場合では、多大な燃焼熱
のため、炉耐火物の損傷が増大することになり得策では
ない。予熱部５内で燃焼させることにより、原料に着熱
した分、炉耐火物への熱負荷が低減することになり、炉
体構造上有利となる。ここで、予熱部５内へ吹き込む酸
素または空気は、均一混合をすることを考慮すると、酸
素吹き込み用ランス１６を予熱部５の周方向位置に複数
本、高さ方向に複数段にして設けて、吹き込むのが効果
的である。

【００２８】以上のような本発明の金属の溶解炉を使用
し本発明の金属の溶解方法を実施することにより、必要
な時期に１溶解バッチ分の溶湯を払い出す従来の工程を
活かしつつ、溶解炉部分における原料が常に所定量充填
されている状況を作り出すことによって、次々に投入さ
れる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、その結果、熱効率が良く生産性の高い溶解炉を提
供することができる。

【００２９】なお、上記各酸素バーナーに使用する燃料
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る。また、支燃性ガスの酸
素ガスも、高純度のものから、純度が８０％程度の比較
的低純度のものまで使用することができる。なおまた、
必要に応じて湯溜り部６及び保持部７の底部に攪拌用ノ
ズルを設置して溶湯の攪拌を行ってもよい。攪拌用のガ
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。この攪拌は、成分や温度
の制御、攪拌用ガスの制約等、状況によって使用条件等
を適宜選択すればよい。

【００３０】

【実施例】次に、上記した本発明の金属の溶解炉を使用
して金属を溶解する本発明の金属の溶解方法の実施例に
ついて説明する。 ［実施例１］図２に図示した溶解炉を用いて鉄（ヘビー
屑）を溶解して、本発明の金属溶解炉を使用した金属の
溶解方法の溶解性能を評価した。溶解炉の溶解部４は高
さ７０ｃｍ、内径９０ｃｍとし、天井斜辺部１３ｂの傾
斜角度を水平面に対して３０度の天井面を形成せしめ
た。この溶解部に重油を燃料とし、純酸素を支燃性ガス
とする酸素バーナー１を水平面に対して４０度の傾斜角
で３本配置した。湯溜り部６の空間は４０ｃｍの方形と
し、溶湯が溜まる高さを２０ｃｍとして形成した。酸素
バーナー２は前記溶解部４と同様の燃料と支燃性ガスを
使用して湯溜り部６の上方より１本設置した。溶解部４
と湯溜り部６間の溶湯流路８は、その断面を１５ｃｍ角
とし、長さを４０ｃｍとした。湯溜り部６と保持部７間
の溶湯流路９は、その断面を２０ｃｍ角とし、長さを４
０ｃｍとした。保持部７は全高１０５ｃｍ、内径６０ｃ
ｍとし、前記と同様な燃料と支燃性ガスを用いた酸素バ
ーナー３を１本設置するとともに、底部近傍に高純度ア
ルゴンを吹き込む攪拌用ノズルを３本設置した。

【００３１】このような仕様の溶解炉を、先ず全体の耐
火物を保熱するために、溶解部４、湯溜り部６及び保持
部７の酸素バーナー１、２及び３を燃焼させて耐火物を
昇熱する。昇熱完了次第、前記各酸素バーナーを消火す
るとともに、予熱部５の上部蓋体１１を開けて開口より
１トンの原料を装入し、各酸素バーナー１、２及び３を
燃焼させて溶解を開始した。溶解部４に溶湯が生成し、
湯溜り部６に流出し始めたら、湯溜り部６の酸素バーナ
ー２の燃料の流量を徐々に増量し燃焼させた。溶解が進
行し、湯溜り部６から溶湯が保持部７に流出する段階に
なった時点で保持部７の酸素バーナー３の燃料流量を増
量させた。なお、上記した操業の進行中、予熱部５内の
装入原料レベルが下がるに伴い予熱部５の上部より逐次
連続的に追加原料を装入した。

【００３２】かくして、保持部７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７から取鍋
に出湯した。このようにして溶解が連続し、出湯操作を
繰り返し行うと、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、３回目以降
でこれらの値は略一定値になった。また、酸素バーナー
に供給する重油の流量を変化させて、重油量の変化によ
る溶湯生成状況の変動も確認した。溶解部４の３本の酸
素バーナー１には、バーナー１本当たり毎時１５〜２０
リットル、湯溜り部６の１本の酸素バーナー２には毎時
１５〜２０リットル、保持部７の１本の酸素バーナー３
には毎時２０〜３０リットルのそれぞれの流量の重油を
供給した。また、酸素は酸素比が１になるように、前記
各部のそれぞれの酸素バーナーに１本当たり毎時３０〜
４０Ｎｍ³（溶解部４）、６〜１０Ｎｍ³（湯溜り部
６）、４０〜６０Ｎｍ³（保持部７）の各量を供給し
た。更に、３本の攪拌用ノズルにより保持部７の溶湯中
に高純度のアルゴンガスを合計で毎時約２Ｎｍ³の流量
で吹き込んだ。このようにして、生成されて保持部７よ
り出湯された溶湯の炭素含有量は０．０５〜０．１２％
の範囲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５の上部で６５０℃以下であった。 上記し
た金属溶解の操業の性能を評価するために、総重油供給
量を９０Ｌ／ｈｒ、１０５Ｌ／ｈｒ、１２０Ｌ／ｈｒの
それぞれの状態の時の１トンの金属の溶解時間（ｍｉ
ｎ）、１トンの金属を溶解するに要する重油使用量（Ｌ
／Ｔ）及び１時間当たりの溶解量（トン）を示す生産性
（Ｔ／ｈｒ）を測定し表１に比較例と併記して示した。

【００３３】上記実施例１による本発明の金属の溶解方
法の性能の評価を明確にするため、従来の溶解炉を使用
して金属を溶解して、これを比較例とした。 ［比較例］比較例として使用した溶解炉は、本発明の湯
溜り部６及び保持部７を設けず、予熱部４を上部にして
下方に絞り部１２を介して溶解部４のみで形成したもの
である。そしてこれらの寸法、形状等の溶解炉の諸元は
実施例１の溶解炉と略同一とした。酸素バーナーは、溶
解部に３本設置し、この酸素バーナーに供給する重油は
各バーナー１本当たり毎時２５〜３５リットルとすると
ともに、酸素は酸素比が１になるように毎時５０〜７０
Ｎｍ³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。そしてこのような比較例の操業での性能
として、実施例１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、この変化による１トンの金属を
溶解するに要する時間（ｍｉｎ）、１トンの金属を溶解
するに要する重油使用量（Ｌ／Ｔ）及び１時間当たりの
溶解量（トン）を示す生産性（Ｔ／ｈｒ）を測定し、表
１に実施例１の結果と併記して示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１で明らかなように、本発明の溶解炉を
使用することにより、同一生産性において重油使用量が
約３０％減少しており、熱効率がかなり向上しているこ
とが判明した。また、同一の重油使用量で溶解した場合
には、本発明の溶解炉においては比較例の溶解炉に比べ
て生産性が約３０％向上することとなる。

【００３６】［実施例２］次に、実施例２として、本発
明の溶解炉を安定した状態で運転するため、溶解部４の
酸素バーナー１の投入熱量と湯溜り部６の酸素バーナー
２の投入熱量との関係が溶湯の流出挙動にどのような影
響があるかを、それぞれの酸素バーナーの投入熱量を変
化させて溶解を実施し検証した。用いた溶解炉と溶解方
法は、上記実施例１で用いた溶解炉の諸元及び条件と同
一にして行った。溶解部４の酸素バーナー１よりの重油
の投入速度を毎時６０〜９０リットルと変化させ、また
湯溜り部６の酸素バーナー２よりの重油の投入速度を毎
時１５〜４５リットルと変化させた。ただし溶解炉全体
の重油使用量は一定とした。このようにして、溶解部４
の酸素バーナー１による投入熱量と湯溜り部６の酸素バ
ーナー２による投入熱量との比率の変化による保持部７
へ流出する湯溜り部６からの溶湯の出湯速度（Ｔ／ｈ
ｒ）の変化を測定（ロードセルによる）した。その結果
を図４に示す。

【００３７】図４で明らかなように、溶解部４と湯溜り
部６の酸素バーナーによる投入熱量の比が２〜５の値の
範囲において、湯溜り部６より保持部７への出湯速度が
大きくなることを示している。この酸素バーナーによる
投入熱量の比が２以下の場合、即ち溶解部４の酸素場バ
ーナー１による投入熱量が相対的に小さくなり、このた
め溶解部４での溶解自体が律束され、出湯量が小さくな
る。一方、この酸素バーナーによる投入熱量の比が５以
上の場合には、湯溜り部６の酸素バーナー２の投入熱量
が不足し、湯溜り部６での溶湯の流動性がなくなった
り、再凝固が生じるようになり、保持部７への出湯速度
が減少する。このようなことより、保持部７への出湯速
度を増大させ、生産性を最大限に確保するためには、溶
解部４と湯溜り部６との酸素バーナー１と２による投入
熱量の比が重要であり、その比を２〜５の範囲に制御す
ることが必要であり、好ましくは３〜５の値になるよう
制御すると良いことが確認された。

【００３８】［実施例３］実施例３として保持部７にお
ける酸素バーナー３の燃焼熱を効率よく溶湯に伝熱させ
るため、溶湯上面にスラグフォーミングを形成すること
の効果、及びスラグフォーミングで発生するＣＯガスの
予熱部５内での二次燃焼による熱利用効果について確認
した。この実施例で使用した溶解炉は図２に図示した溶
解炉で、その寸法、形状及び諸元は実施例１と同様であ
る。そして保持部７内に炭材を投入して、溶湯上面にフ
ォーミングスラグを形成し、このフォーミングスラグ中
で酸素バーナー３を燃焼させて、保持部７内の溶湯を１
６３０℃に保持した。この時の溶解炉の溶解部４、湯溜
り部６及び保持部７の各部での酸素バーナーの重油使用
量（Ｌ／ｈｒ）と、１時間当たりの溶解量（Ｔ／ｈｒ）
及び溶湯１トン当たりの重油使用量（Ｌ／Ｔ）を測定し
た。また、これに加えて、スラグフォーミングにあたっ
て発生するＣＯガスを更に予熱部５で利用してこれを二
次燃焼せしめて、その熱を原料の予熱に使用した操作を
含めた場合についても同様に測定した。この結果を、上
記各操作処理をしない場合を比較例として、これらを併
記対比して表２に表示する。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２で明らかなように、保持部７内でスラ
グをフォーミングさせ、フォーミングスラグ中で酸素バ
ーナー３を燃焼させることにより、保持部７内の酸素バ
ーナー３の重油使用量は比較例に比べ、約５０％減少を
していることを示している。また、スラグフォーミング
操作に加え、これで発生したＣＯガスを予熱部５内で二
次燃焼した場合、溶解部４での重油使用量は比較例に比
べて減少しており、かつ生産性も向上していることを示
している。したがって、保持部７内の溶融スラグに炭材
等を添加し、スラグをフォーミングさせ、フォーミング
スラグ中で酸素バーナー３を燃焼させ、かつこれに加え
て予熱部５内の排ガスを予熱部４に酸素または空気を供
給して二次燃焼させることにより、燃料使用量の削減及
び生産性の向上を達成することができることが確認され
た。

【００４１】

【実施例４】次に実施例４として、図３に図示した酸素
バーナー３０を保持部７に設置し、この酸素バーナー３
０の中心通路３３よりフラックスを供給し溶融フラック
スとして保持部７の溶湯面に向け放射して、保持部７の
溶湯の状態や燃料の使用状況を調査した。使用した溶解
炉は図２に図示したものを使用し、寸法、形状等の諸元
及び条件は実施例１と同様である。添加したフラックス
はＣaＯ、ＳiＯ₂、ＭgＯの混合物で、それぞれの混合割
合（溶湯１トン当たりについて）はＣaＯ：１８ｋｇ／
Ｔ、ＳiＯ₂：２６ｋｇ／Ｔ、ＭgＯ：７ｋｇ／Ｔであ
り、添加速度は２．０ｋｇ／ｍｉｎで実施した。添加の
ためのキャリアーガスとして窒素ガスを用いた。これに
よる保持部７への重油供給量（Ｌ／ｈｒ）、フラックス
の滓化時間（ｍｉｎ）及び生産性（Ｔ／ｈｒ）を測定し
た。その結果を、表３にフラックスを直接保持部７の上
部から一括して添加した比較例の結果と併記して表示す
る。

【００４２】

【表３】

【００４３】表３で明らかなように、フラックスを酸素
バーナーの火炎中に添加することにより、フラックスの
滓化時間が短縮され、滓化が促進されており、その結果
保持部７の酸素バーナーの重油使用量が減少し、熱効率
が向上していることを示している。

【００４４】

【発明の効果】本発明は上記した構造の金属の溶解炉で
あり、そしてこれを使用して金属を上記方法で溶解する
ものであり、以下のような効果を奏する。即ち、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、生産性の向上も図ることができる。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縮小することができる、等々経済
的に極めて有利な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の溶解炉の一例を説明する断面図であ
る。

【図２】 本発明の溶解方法の一例を説明する溶解炉の
断面図である。

【図３】 本発明の保持部に使用する酸素バーナーの一
例を示す断面図である。

【図４】 溶解部と湯溜り部との酸素バーナーの投入熱
量の比の変化に対する保持部への出湯速度の変化を示す
グラフである。

【符号の説明】

１、２、３、３０…酸素バーナー、 ４…溶解部、 ５
…予熱部、６…湯溜り部 ７…保持部、 ８、９…溶湯
流路、 １０…出湯口、１１…蓋体、 １２…絞り部、
１３…斜辺部、 １４…溶融スラグ、１５…炭材投入
用ランス、 １６…酸素吹き込み用ランス、３５…溶融
フラックス

Claims (10)

【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、
   溶解部及び予熱部の内径より小さな内径を有する絞り部
   を介して予熱部を連設し、また前記溶解部の底部に溶湯
   流路を介して加熱手段を備えた湯溜り部を連設するとと
   もに、加熱手段を備え、かつ出湯口を有する保持部を溶
   湯流路を介して前記湯溜り部に連設してなることを特徴
   とする金属の溶解炉。
2. 【請求項２】 湯溜り部及び保持部に備える加熱手段と
   して、酸素バーナー及びアーク発生用電極の少なくとも
   １つを備えていることを特徴とする請求項１に記載の金
   属の溶解炉。
3. 【請求項３】 前記溶解部、湯溜り部、及び保持部で発
   生する排ガスは、前記順序に従って各部を連通して流れ
   る溶鋼流に対向した流れで流通して予熱部を経て排出さ
   れる流路を形成してなることを特徴とする請求項１また
   は請求項２のいずれか１項に記載の金属の溶解炉。
4. 【請求項４】 前記予熱部に空気または酸素を吹き込む
   酸素吹き込み用ランスを配設してなることを特徴とする
   請求項１乃至請求項３のうちのいずれか１項に記載の金
   属の溶解炉。
5. 【請求項５】 保持部に備える加熱手段が中心部にフラ
   ックス導入通路を配して、その周囲を囲繞して燃料、酸
   素通路が形成されてなる酸素バーナーでなることを特徴
   とする請求項１乃至請求項４のうちのいずれか１項に記
   載の金属の溶解炉。
6. 【請求項６】 金属原料を予熱部に連続して投入して溶
   解部で酸素バーナーで溶解せしめた後、溶湯を連続的に
   湯溜り部に流出させ、該部で酸素バーナーで昇温して溶
   湯状態を保持し、保持部に流下せしめ、該保持部で加熱
   手段で加熱して溶湯を保持するとともに、適宜所定量の
   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。
7. 【請求項７】 溶解部と湯溜り部とで加熱手段に使用す
   る、それぞれの酸素バーナーの投入熱量の比が２〜５と
   なるよう、各酸素バーナーを燃焼することを特徴とする
   請求項６に記載の金属の溶解方法。
8. 【請求項８】 保持部での溶湯保持のための加熱手段に
   使用する酸素バーナーの燃焼火炎中に精錬フラックスを
   投入することを特徴とする請求項６または７に記載の金
   属の溶解方法。
9. 【請求項９】 保持部の溶湯面上の溶融スラグに炭材を
   投入し、溶融スラグをフォーミングさせながら、フォー
   ミングスラグ中で保持部の酸素バーナーを燃焼すること
   を特徴とする請求項６乃至請求項８のうちのいずれか１
   項に記載の金属の溶解方法。
10. 【請求項１０】 予熱部に酸素または空気を供給するこ
    とを特徴とする請求項６乃至請求項９のうちのいずれか
    １項に記載の金属の溶解方法。