TWI394845B - Method for manufacturing molten metal - Google Patents

Description

熔融金屬之製造方法

本發明係關於一種無須對含碳球團進行預還原，而直接利用電氣式加熱熔解爐進行還原熔融，製造熔融金屬之方法。

作為代替以往之高爐法或熔融還原法之新穎製鐵法，提出了多種利用旋轉爐床爐對含碳氧化金屬球團進行預還原而使其成為固體還原金屬，並利用電弧爐或潛弧爐來將該固體還原金屬加以熔解從而獲得熔融金屬之熔融金屬製造製程(例如，參照專利文獻1～4)。

然而，於使用電弧爐來作為熔解爐之製程中，就確保其熔解效率、保護耐火物、抑制造渣等觀點出發，固體還原金屬必須維持較高之金屬化率，且須維持較低之粉率。因此，於該製程中，存在難以提高旋轉爐床爐之生產性、及設備大型化之問題。

另一方面，於使用潛弧爐來作為熔解爐之製程中，由於固體還原金屬在爐內會形成堆積層，故與上述使用電弧爐之製程相比，耐火物之損傷及造渣之問題較少，且固體還原金屬之金屬化率及粉率之限制較小，可使旋轉爐床爐比較小。但是，該製程中，由於難以有效利用伴隨固體還原金屬中殘留之氧化金屬的還原所產生之CO氣體的化學能量，故存在無法充分提高其生產性而充分降低操作成本之問題。

再者，作為使用潛弧爐之熔融金屬之製造方法，亦考慮到如下方法：省略利用旋轉爐床爐之預還原，而是將未還原之含碳氧化金屬球團直接裝入潛弧爐，並於一個爐內進行預還原步驟及熔融步驟。然而，當該含碳氧化金屬球團中除了含有為熔融金屬之非揮發性金屬元素外，亦含有揮發性金屬元素時(即，使用製鐵廠粉劑等來作為氧化金屬原料時)，即使該揮發金屬元素好不容易於爐下部自固體還原金屬揮發除去，但又會於爐上部之低溫區域再次凝結，附著於固體還原金屬從而於爐內循環，或者於爐壁上形成附著物。因此，可推測不僅無法有效地自排氣回收該揮發性金屬元素，且會引起固體還原金屬下降不良等之操作故障。

因此，以往之製程中，無論採用電弧爐、潛弧爐中之任一者來作為熔解爐，均必須具有由利用旋轉爐床爐進行之預還原步驟與利用熔解爐進行之熔解步驟此兩個步驟所形成之構成。但伴隨有如下問題：需要用以將固體還原金屬自旋轉爐床爐移送至熔解爐之移送手段，並且，排氣處理系統亦需要旋轉爐床爐與熔解爐之兩個系統，總製程之設備成本會增加，除此之外，熱損耗亦大，且亦無法充分降低單位產值耗能量(basic unit for energy)。

[專利文獻1]日本特表2000-513411號公報

[專利文獻2]日本特表2001-515138號公報

[專利文獻3]日本特表2001-525487號公報

[專利文獻4]日本特開2003-105415號公報

本發明係鑒於上述情形而完成者，其目的在於提供一種熔融金屬之製造方法，其係使用含碳球團來製造熔融金屬之方法，與以往製程相比可大幅降低設備成本及單位產值耗能量。

本發明之一形態，係一種熔融金屬之製造方法，其使用固定式非傾動型電爐來製造熔融金屬，上述電爐具備有：原料裝入流道，其於爐寬方向之一端部自上方連接至爐內；加熱器，其利用電來對爐寬方向之另一端部中的位在爐內高度方向之下部的位置進行加熱；以及二次燃燒器，其設置於爐上部之上述一端部與上述另一端部之間；該熔融金屬之製造方法係自上述原料裝入流道將既定量之含有碳材及/或會成為熔融金屬之非揮發性金屬元素的含碳球團裝入爐內，從而形成原料填充層，該原料填充層具有自爐內上方之上述一端部朝向爐內下方之上述另一端部之下降梯度的斜面；接著，自上述原料裝入流道將既定量之上述含碳球團裝入爐內，從而於上述原料填充層之斜面上形成球團層；然後，利用上述加熱器來對上述球團層之下端部進行加熱，而使上述含碳球團熔融，藉此，於爐內形成熔融金屬層及熔融熔渣層，並且，一面藉由上述熔融而使上述球團層沿著上述原料填充層之斜面朝向該球團層之下端部下降，一面自上述二次燃燒器向爐內吹入含氧氣體，使自上述球團層產生之含有CO之氣體燃燒，並利用其輻射熱來對上述球團層進行加熱從而進行還原。

又，本發明之另一形態係一種熔融金屬之製造方法，其係使用固定式非傾動型電爐來製造熔融金屬之方法，上述電爐具備有：多個原料裝入流道，其等分別於爐寬方向上之一端部及另一端部自上方連接至爐內；加熱器，其利用電來對於爐寬方向上係位在連接於上述一端部之原料裝入流道與連接於另一端部之原料裝入流道之間、且位在爐內高度方向之下部的位置進行加熱；以及二次燃燒器，其分別設置於高度方向上係爐上部、且爐寬方向上係連接於上述一端部之原料裝入流道與上述加熱器之間的位置，以及高度方向上係爐上部、且爐寬方向上係連接於上述另一端部之原料裝入流道與該加熱器之間的位置；該熔融金屬之製造方法係自上述原料裝入流道將既定量之含有碳材及/或會成為熔融金屬之非揮發性金屬元素的含碳球團裝入爐內，從而形成原料填充層，該原料填充層具有自爐內上方之上述一端部朝向爐內下方之上述加熱器加熱之位置的下降梯度之斜面、以及自爐內上方之上述另一端部朝向爐內下方之該加熱器加熱之位置之下降梯度的斜面；接著，自上述原料裝入流道將既定量之上述含碳球團裝入爐內，從而於上述原料填充層之各斜面上形成球圖層；然後，利用上述加熱器來對上述球團層之下端部進行加熱從而使上述含碳球團熔融，藉此，於爐內形成熔融金屬層及熔融熔渣層，並且一面藉由上述熔融而使上述球團層沿著上述原料填充層之各斜面朝向該球團層之下端部下降，一面自上述二次燃燒器向爐內吹入含氧氣體，使自上述球團層產生之含有CO之氣體燃燒，並利用其輻射熱來對上述球團層進行加熱從而進行還原。

本發明之目的、特徵、形態及優點，根據以下之詳細說明及圖式可更明瞭。

以下，根據圖式來對本發明之實施形態進行詳細說明。

[實施形態]

[固定式非傾動型電爐之構成]

圖1表示本發明之一實施形態之固定式非傾動型電爐的概略構成。本實施形態之固定式非傾動型電爐(以下，有時亦僅稱作「爐」)，係水平剖面形狀為大致矩形之電弧爐，於爐上部(本實施形態中係爐頂棚部1)連接有排氣管3及多個原料裝入流道4，並且，於爐內經由爐頂棚部1而插入有複數根電極5來作為加熱器。原料裝入流道4分別設置於爐寬方向之兩端部(一端部及另一端部)2、2，另一方面，電極5係設置於爐寬方向之中央部。進而，於爐上部(爐頂棚部1)設置有多個二次燃燒器6。

排氣管3，較佳為較電極5設置於更靠近原料裝入流道4之側。其目的在於，抑制二次燃燒後之氧化性排氣流向電極5之方向而損傷電極5。

於電極5與二次燃燒器6之間、二次燃燒器6與排氣管3之間、及排氣管3與原料裝入流道4之間，較佳為設置有自爐頂棚部1向爐內垂下之間隔壁9、10、11。

建議於電極5與二次燃燒器6之間設置間隔壁9，係與上述相同，其目的在於防止二次燃燒後之氧化性排氣接觸電極5。

又，建議於二次燃燒器6與排氣管3之間設置間隔壁10，其目的在於防止二次燃燒後之排氣快捷地流向排氣管3，從而充分地確保提供給球團層13之輻射傳熱量。

又，建議於排氣管3與原料裝入流道4之間設置間隔壁11，其目的在於防止原料裝入流道4因高溫之排氣導致過熱從而受到損傷。

關於間隔壁9、10、11，可綜合考慮設置所帶來之上述各效果之程度、設置成本、維護工時等，來設置其全部，或者設置其一部分。

並且，較佳為，在爐下部，於與爐寬方向垂直之爐長方向的爐側壁，例如未設置有原料裝入流道4(即爐內未形成有原料填充層12)之爐長方向的中央部，設置流出孔7與排渣孔8。其目的在於使流出渣時之開孔作業變得容易。

又，於排氣管3之下游側設置眾所周知之熱交換器(未圖示)即可，藉此，可回收自爐所排出之高溫排氣之顯熱，並將其有效地使用作為電弧用電力之發電或團塊B之乾燥等的能量。

作為電極5，推薦例如熱效率優異、製鋼用電弧電爐中常用之三相交流型者。例如，可採用製作由三相電極中之各2相之組合而構成之3組單相電極所形成之6根電極的構成。

又，電極5，較佳為一面使其前端部位於(浸漬於)下述球團層13或熔融熔渣層15中，一面進行熔解操作。藉此，可使利用電弧之輻射加熱及電阻加熱之效果並存，可進一步促進熔解，並且，可抑制未受到下述原料填充層12保護之爐壁內面之損傷。

以下，以下述情形為例進行說明：使用此固定式非傾動型電弧爐，使用煤來作為用以於爐內形成原料填充層之填充層形成用原料，且使用含碳氧化金屬球團即含碳氧化鐵團塊來作為積層於該原料填充層上之含碳球團，製造熔鐵來作為熔融金屬。

[熔融金屬之製造方法]

預先自設置於上述爐寬方向之兩端部2、2之原料裝入流道4、4，將既定量之作為填充層形成用原料之碳材即煤A裝入爐內，從而形成作為原料填充層之碳材填充層12，該碳材填充層12具有自該爐寬方向之兩端部2、2朝向電極5之下端部之下方的下降梯度之斜面12a。此處，煤A之粒度，只要相應於含碳氧化鐵團塊B之粒度來調整，而達到下述含碳氧化鐵團塊B不會鑽入碳材填充層12之空隙內的程度即可。

接著，自設置於上述爐寬方向之兩端部2、2的原料裝入流道4、4連續或間歇地裝入作為含碳球團之含碳氧化鐵團塊(以下有時亦僅稱作「團塊(pellet)」)B，從而於碳材填充層12之斜面12a上形成作為球團層之團塊層13。團塊B中所含之碳材的添加量，可於氧化鐵還原成金屬鐵為止所需的理論C量之基礎上再根據熔鐵之目標C濃度來決定即可。再者，團塊B，較佳為預先乾燥，以便裝入爐內時不會爆裂(膨裂)。

如上所述，電極5，只要預先調節高度，以成為其下端部浸漬於團塊層13中之狀態即可。

然後，對上述電極通電而進行電弧加熱，藉此，使團塊層13之下端部附近之團塊B快速受到加熱從而依序還原熔融，且分離成作為熔融金屬之熔鐵以及熔融熔渣，從而於爐下部形成熔鐵層14及熔融熔渣層15。再者，為了調整熔融熔渣層15之鹼度等，較佳為於團塊B中預先添加石灰石或白雲石等CaO源或MgO源。

若如上所述，團塊B自團塊層13之下端部附近依序熔融時，則團塊層13本身會因其本身重量而沿著上述碳材填充層之斜面朝向電極5之下端部在爐內逐漸下降。再者，即使萬一團塊層13中之一部分團塊鑽入碳材填充層12之空隙內，由於該團塊之一部分會長時間滯留於爐內，故會被加熱還原而最後被熔融，分離成熔鐵及熔融熔渣，之後經由碳材填充層12之空隙而滴落至爐下部之熔鐵層14及熔融熔渣層15，故不會造成問題。

並且，若團塊層13中之團塊靠近電極5，則會因電極5之電弧所產生的輻射熱與電阻熱而有效地受到加熱，使團塊中之氧化鐵藉由所含之碳材而被預還原成固體金屬鐵，並且生成含有CO之氣體(可燃性氣體)。當使用含有煤等揮發成分之碳材來作為所含之碳材時，藉由加熱而自所含之碳材揮發出的揮發成分亦包含在該含有CO之氣體。

此含有CO之氣體，係藉由自設置於爐頂棚部1之二次燃燒器6吹入之作為含氧氣體之例如氧氣而燃燒(二次燃燒)，且利用其輻射熱亦使團塊層13受到加熱。如此，藉由輻射熱而被加熱之團塊層13中，與上述利用電極5之電弧進行輻射加熱與電阻加熱之情形相同，該團塊層13中之氧化鐵被預還原成固體金屬鐵，並且生成含有CO之氣體，故可進一步促進上述二次燃燒之輻射加熱。

藉此，自原料供給流道4裝入爐內之團塊B沿碳材填充層12之斜面12a上下降之期間，利用由上述二次燃燒所產生之輻射加熱(以下，有時亦僅稱作「二次燃燒熱」)而以固體狀態預還原至高金屬化率之後，於電極5下端部附近藉由電弧加熱及電阻加熱而熔融，且分離成熔鐵與熔融熔渣。

因此，可使電極5下端部附近所生成之熔融熔渣中的氧化鐵濃度充分降低，可抑制電極5之損耗。

與熔融熔渣分離之熔鐵，係使團塊中殘留之碳材熔解而成為目標C濃度之熔鐵。

以上述方式所生成之熔鐵及熔融熔渣，能自設置於爐下部之流出孔7及排渣孔8，例如以與高爐之流出渣方法相同之方式，間斷地排出。

另一方面，初期於爐內裝入煤A而形成之碳材填充層12於爐內逐漸地被加熱，從而除去其揮發成分，最後炭化(charring)或焦化(coking)。被除去之揮發成分與自團塊層13所產生之含有一氧化碳(CO)之氣體一起，藉由自二次燃燒器6所吹入之含氧氣體而燃燒，從而可有效地使用作為團塊層13之輻射加熱能量。如上所述，由於係利用團塊B中所含之碳材之碳(C)來維持內裝氧化鐵之還原及對熔鐵之浸碳，故炭化或焦化之碳材填充層13理論上不會被消耗，但實際操作中，會因與碳材填充層12中鑽入之團塊進行直接還原反應或對熔鐵之浸碳反應等，而在長期操作過程中逐漸被消耗。因此，例如每隔固定的操作期間，於停止自原料裝入流道4供給團塊B之狀態下，至少持續固定時間之電弧加熱，而使爐內之團塊層13幾乎完全熔融完畢，從而使碳材填充層12之斜面12a露出，然後於中斷電弧加熱及二次燃燒之狀態下，自原料裝入流道4裝入既定量之煤(碳材)A，藉此可維持碳材填充層12之爐內填充量。

由於爐寬方向之兩側壁的內面係被碳材填充層所覆蓋，故可大幅地抑制此等部分之耐火物的損耗。因此，只要僅於未被碳材填充層所覆蓋之爐長邊方向的兩側壁，採用耐腐蝕性優異之高品質的耐火物或水冷構造即可，藉此能大幅地降低設備成本。

(變形例)

上述實施形態中，關於原料裝入流道4及電極5之配置，係列舉如下示例：將原料裝入流道4分別設置於爐寬方向之兩端部2、5，另一方面將電極5設置於爐頂棚部1之中央部，但亦可將原料裝入流道4設置於爐寬方向之單個端部(一端部)2，另一方面將電極5設置於爐寬方向之他端部(另一端部)2。若採用本變形例，則由於爐內所形成之碳材填充層12之斜面僅形成為單側，故與上述實施形態相比，就保護耐火物之觀點而言不佳，但具有實現縮小爐寬、簡化設備之優點。

又，上述實施形態中，雖表示了使用電弧爐來作為電爐之示例，但並不限定於此，只要是潛弧爐、電磁感應加熱爐等利用電能來加熱之爐即可。電弧爐中可使用電極來作為加熱器，電磁感應加熱爐中可使用螺線管型加熱線圈來作為加熱器。

又，於上述實施形態中，雖表示了排氣管3與原料裝入流道4均連接於爐頂棚部1之示例，但並不限定於此，亦可使任一方或雙方連接於爐側壁之上部。再者，當原料裝入流道4連接於爐側壁之上部時，自動地將原料裝入流道4設置於爐寬方向之端部。

又，上述實施形態中，作為固定式非傾動型電弧爐之水平剖面形狀，例示出大致矩形者，但並不限定於此，例如亦可使用大致橢圓形者或正圓形者。此時，亦可構成為不使用單相電極，而是使用三相電源之各相來製作3根電極。其中，當使用大致矩形者時，具有藉由使爐寬固定、並使爐長邊方向(與爐寬方向垂直之方向)延長從而能夠容易擴大規模之優點。

又，上述實施形態中，作為含碳球團B，雖以含碳氧化金屬球團即含碳氧化鐵團塊作為示例，但並不限定於此，亦可使用含有氯化金屬來代替氧化金屬之含碳氯化金屬球團，且亦可使用含有複數種氧化金屬、氯化金屬等金屬化合物之含碳金屬化合物球團。

又，上述實施形態中，作為含碳球團B，雖例示了僅含有非揮發性金屬元素即鐵者，但除了含有非揮發性金屬元素之外，亦可含有例如Zn、Pb之揮發性金屬元素。亦即，作為球團B，可使用含有揮發性金屬元素之製鐵廠粉劑等來作為氧化金屬原料。揮發性金屬元素於爐內受到加熱後會自含碳球團B揮發，但本發明中利用自設置於爐上部之二次燃燒器6所供給之含氧氣體來使CO氣體燃燒，藉此可使爐上部保持充分高之溫度，故可確實地防止自含碳球團B中揮發出之揮發性金屬元素於爐上部再次凝結，從而可自爐中排出之排氣中有效地回收該揮發性金屬元素。

再者，本說明書中，所謂揮發性金屬元素，係指金屬單體、或其鹽等之化合物於1個大氣壓下之熔點為1100℃以下的金屬元素。金屬單體，例如可列舉鋅、鉛等。揮發性金屬元素之化合物，例如可列舉氯化鈉、氯化鉀等。揮發性金屬元素之化合物中的揮發性金屬於電爐(例如電弧爐、潛弧爐)被還原成金屬，從而，其一部分或全部以氣體狀態而存在於爐內。又，揮發性金屬元素之氯化物於電爐內受到加熱，其一部分或全部以氣體狀態而存在於爐內。另一方面，所謂非揮發性金屬元素，係指金屬單體、或其氧化物等之化合物於1個大氣壓下之熔點超過1100℃的金屬元素。金屬單體，例如可列舉鐵、鎳、鈷、鉻、鈦等。非揮發性金屬之氧化物，例如可列舉CaO、SiO₂ 、Al₂ O₃ 等。當使用電弧爐或潛弧爐來作為電爐時，非揮發性金屬元素之化合物會藉由爐內之加熱及還原反應，以已還原之金屬單體或未還原之化合物的形態，以氣體狀態存在於爐內電弧附近(電弧溫度區域)，但於遠離電弧之處係以液體或固體狀態而存在。

而且，上述實施形態中，雖例示了團塊來作為含碳球團B之形態，但亦可採用壓塊(briquette)。壓塊之靜止角(angle of repose)大於球狀之團塊，故為了確保於碳材填充層12之斜面12a上的滯留時間，與使用團塊之情形相比，須增大爐高，但具有可縮小爐寬之優點。

又，上述實施形態中，作為構成含碳球團B及熔融金屬14之非揮發性金屬元素，雖僅例示了鐵(Fe)，但除了Fe之外，亦可含有Ni、Mn、Cr等非鐵金屬。

又，上述實施形態中，熔融熔渣之鹼度調整方法，雖例示了向含碳球團B中預先添加CaO源或MgO源之方法，但亦可代替該方法或除此之外，自原料裝入流道4與含碳球團B一起裝入石灰石或白雲石。

又，上述實施形態中，形成作為原料填充層之碳材填充層12的碳材，雖例示了煤，但亦可使用焦炭。當使用焦炭時，由於焦炭業已被乾餾，爐內不會產生揮發成分，故對二次燃燒之幫助減小，但與煤相比，由於焦炭更難以粉化，故具有可降低飛散損耗量之優點。

並且，用以形成原料填充層12之填充層形成用原料，亦可代替煤或焦炭等碳材或除此之外再使用含碳球團B。使用含碳球團B來作為形成原料填充層12之原料雖可使與熔鐵之接觸部分進行還原、熔融，但由於熱難以傳導至遠離與該熔鐵之接觸部分的部分，而使得球團B維持固體狀態，故而，形成後之原料填充層12會長時間保持於填充層狀態。又，原料填充層12內之溫度係越遠離上述與熔鐵之接觸部分而越靠近爐壁，則越低，故亦不會因熔融FeO之形成而導致耐火物受損。

又，上述實施形態中，雖表示了二次燃燒器6僅設置於爐頂棚部之示例，但除此之外亦可進而設置於長邊方向之側壁上部，又，例如當爐長較短時，亦可僅設置於長邊方向之側壁上部。

而且，上述實施形態中，雖表示了流出孔7及排渣孔8分別分開地設置於相對向之側壁的示例，但亦可將兩者均設置於同一側之壁側，或者亦可省略排渣孔8而僅設置流出孔7，自該流出孔7排出熔鐵及熔融熔渣。

又，上述實施形態中，原料裝入流道，雖表示了使用原料投入口之爐內高度固定之原料裝入流道4的示例，但亦可使用能夠於爐內之高度方向之不同位置將原料裝入之原料裝入流道。

具體而言，如圖2所示，原料裝入流道，較佳為使用具備有能夠使原料投入口40於上下方向移動之外部流道42的原料裝入流道41。原料裝入流道41，係由儲存原料之漏斗44、與漏斗44連結之內部流道43、以及於內部流道43上可滑動地於上下方向移動的外部流道42所構成。根據碳材及含碳球團之靜止角，使外部流道42上下移動，藉此，可將球團層13之下端部調整至適當的位置。

當使用能夠於爐內之高度方向的不同位置將原料裝入的原料裝入流道41來作為原料裝入流道時，例如，即便在熔解中改變裝入原料之靜止角，亦可藉由使原料投入口上下移動，而將加熱器之加熱部(當使用電極5來作為加熱器時，係下端部)與球團層13之下端部的距離調整為固定，且與使用原料投入口之爐內高度固定的原料裝入流道4之情形相比，可使熔解特性及熱效率進一步適當化。

具體而言，當將原料改變為靜止角更大者，而使球團層13之下端部與加熱器之加熱部的距離開始增大時，藉由使外部流道42(原料投入口40)上升而使球團層13之下端部與加熱器之加熱部的距離不會過大，從而，可防止熔渣溫度之上升及因其輻射熱所導致之排氣溫度的上升。又，當對電爐之頂棚進行水冷時，亦可防止該冷卻水流出側溫度之上升。另一方面，當將原料改變為靜止角更小者時，由於球團層13之下端部與加熱器之加熱部的距離接近，故藉由使外部流道42(原料投入口40)下降，可防止球團層13之下端部與加熱器之加熱部接觸。結果，即便當原料之金屬化率較低時，亦可防止其FeO中之氧與電極材料即石墨產生反應而導致的電極消耗。

又，當於固定電壓之條件下進行操作時，對電流進行監控，當電流值上升時使外部流道42下降，使球團層13之下端部與加熱器之加熱部的距離增大，從而可防止電流值之上升及電極之異常損耗。

再者，球團層13之下端部與加熱器之加熱部的距離，可根據排氣溫度、頂棚溫度、冷卻水溫度、熔渣溫度、及攝影機等來監控。當使用電極來作為加熱器時，亦可根據電極消耗量及電極間電阻來進行監控。

以上，如詳細描述，本發明之一形態係一種熔融金屬之製造方法，其係使用固定式非傾動型電爐來製造熔融金屬之方法，上述電爐具備有：原料裝入流道，其於爐寬方向之一端部自上方連接至爐內；加熱器，其利用電來對於爐寬方向之另一端部中的位在爐內高度方向之下部的位置進行加熱；以及二次燃燒器，其設置於爐上部之上述一端部與上述另一端部之間；該熔融金屬之製造方法係自上述原料裝入流道將既定量之含有碳材及/或會成為熔融金屬之非揮發性金屬元素的含碳球團裝入爐內，從而形成原料填充層，該原料填充層具有自爐內上方之上述一端部朝向爐內下方之上述另一端部之下降梯度的斜面；接著，自上述原料裝入流道將既定量之上述含碳球團裝入爐內，從而於上述原料填充層之斜面上形成球團層；然後，利用上述加熱器來對上述球團層之下端部進行加熱從而使上述含碳球團熔融，藉此於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，並且，一面藉由上述熔融而使上述球團層沿著上述原料填充層之斜面朝向該球團層之下端部下降，一面自上述二次燃燒器向爐內吹入含氧氣體，而使自上述球團層所產生之含有CO之氣體燃燒，並利用其輻射熱來對上述球團層進行加熱從而進行還原。

而且，本發明之另一形態係一種熔融金屬之製造方法，其係使用固定式非傾動型電爐來製造熔融金屬之方法，上述電爐具備有：多個原料裝入流道，其等分別於爐寬方向之一端部及另一端部自上方連接至爐內；加熱器，其利用電來對於爐寬方向上係位在連接於上述一端部之原料裝入流道與連接於另一端部之原料裝入流道之間、且位在爐內高度方向之下部的位置進行加熱；以及二次燃燒器，其分別設置於高度方向上係爐上部、且爐寬方向上係連接於上述一端部之原料裝入流道與上述加熱器之間的位置，以及高度方向上係爐上部、且爐寬方向上係連接於上述另一端之原料裝入流道與該加熱器之間的位置；該熔融金屬之製造方法係自上述上述原料裝入流道將既定量之含有碳材及/或會成為熔融金屬之非揮發性金屬元素的含碳球團裝入爐內，從而形成原料填充層，該原料填充層具有自爐內上方之上述一端部朝向爐內下方之上述加熱器加熱之位置的下降梯度之斜面、以及自爐內上方之上述另一端部朝向爐內下方之該加熱器加熱之位置之下降梯度的斜面；接著，自上述原料裝入流道將既定量之上述含碳球團裝入爐內，從而於上述原料填充層之各斜面上形成球團層；然後，利用上述加熱器來對上述球團層之下端部進行加熱，而使上述含碳球團熔融，藉此，於爐內形成熔融金屬層及熔融熔渣層，並且，一面藉由上述熔融而使上述球團層沿著上述原料填充層之各斜面朝向該球團層之下端部下降，一面自上述二次燃燒器向爐內吹入含氧氣體，而使自上述球團層產生之含有CO的氣體燃燒，且利用其輻射熱來對上述球團層進行加熱從而進行還原。

本發明中，球團層之下端部藉由加熱器而受到加熱後熔融，藉此，一面使尚未熔融之球團層沿著原料填充層之斜面朝向球團層之下端部、即加熱器之加熱部附近移動，一面利用自二次燃燒器吹入之含氧氣體來使自該球團層產生的含有CO之氣體燃燒，而利用其輻射熱來對該球團層本身進行加熱從而進行預還原。並且，由於使此經預還原之球團層於上述加熱器之加熱部附近還原熔融後製成熔融金屬，故可自未還原之含碳球團直接獲得熔融金屬。因此，與以往之方法相比，設備成本及單位產值耗能量均可大幅下降。而且，上述二次燃燒器之燃燒熱可使爐上部保持充分高之溫度，故當含碳球團含有揮發性金屬元素時，可防止已揮發之該揮發性金屬元素再次凝結。

此等製造方法中，較佳為當利用上述加熱器進行加熱時，自上述原料裝入流道連續或間歇地將上述含碳球團裝入爐內，並使上述球團層中之位於上述球團層之下端部的上述含碳球團依序熔融。藉由連續或間歇地裝入含碳球團，可持續地製造熔融金屬。

此等製造方法中，較佳為上述電爐具備有排氣管，當上述含碳球團進一步含有揮發性金屬元素時，自上述排氣管所排出之排氣中分離出上述揮發性金屬並加以回收。藉此，可從經由排氣管而自爐內排出之排氣中有效地回收已被揮發除去之揮發性金屬元素。

此等製造方法中，上述電爐可使用如下電弧爐，上述加熱器係自上方插入至爐內之電極，且該加熱器之下端係藉由通電而進行電弧加熱。並且，較佳為將上述電極之下端部浸漬於上述球團層中或上述熔融熔渣層中而進行電弧加熱。藉此，可使電弧之輻射加熱與電阻加熱之效果並存，且可更加促進含碳球團之熔解，並且可抑制未被原料填充層保護之爐壁內面受損。

此等製造方法中，較佳為，於上述電爐之爐上部，上述排氣管與上述原料裝入流道之距離小於該排氣管與上述電極之距離。由於排氣管與原料裝入流道之距離小於排氣管與電極之距離，故可使能夠使利用電極加熱所產生之可燃性氣體依序進行二次燃燒之區域變廣，並且可使二次燃燒後之氧化性的排氣流向排氣管之方向，從而可抑制此排氣流向電極而導致電極受損。

此等製造方法中，較佳為，上述電爐於上述排氣管與上述原料裝入流道之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。藉由此間隔壁，可防止原料裝入流道因高溫之排氣而過熱從而受損。

此等製造方法中，較佳為，上述電爐於上述電極與上述二次燃燒器之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。藉由此間隔壁，可防止二次燃燒後之氧化性排氣與電極接觸。

此等製造方法中，較佳為，上述電爐於上述二次燃燒器與上述排氣管之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。藉由此間隔壁，可防止二次燃燒後之排氣快捷地流向排氣管，從而可確保將充分的輻射傳熱量供給至球團層。

此等製造方法中，較佳為自與原料對應之位置裝入原料，且較佳為根據原料之靜止角來改變上述原料裝入流道之原料投入口的高度。例如，上述原料裝入流道只要具備能夠使原料投入口於上下方向移動之外部流道即可。藉此，藉由根據原料之靜止角而使原料裝入流道之外部流道於上下方向移動從而改變原料投入口之高度，可使球團層之下端部與加熱器之加熱部之距離保持適當，故可使熔解特性及熱效率適當化。例如，於使用自電弧爐(電爐)之上方插入至爐內之電極來作為加熱器之情形時，將含碳球團自壓塊換成靜止角更小之團塊時，使外部流道向下方移動，而調整電極與團塊層(球團層)之下端部的距離，以便最有效地對團塊進行熔解，藉此，無須提升單位產值耗能量，且不會異常消耗電極，而可適當地將團塊加以熔解。

[產業上之可利用性]

使用本發明之熔融金屬之製造方法，與以往之熔融金屬之製造方法相比，可大幅地降低設備成本及單位產值耗能量而製造熔融金屬。

1．．．爐頂棚部

2．．．爐寬方向之兩端部

3．．．排氣管

4、41．．．原料裝入流道

5．．．電極

6．．．二次燃燒器

7．．．流出孔

8．．．排渣孔

9、10、11．．．間隔壁

12．．．原料填充層

12a．．．斜面

13．．．團塊層

14．．．熔鐵層

15．．．熔融熔渣層

40．．．原料投入口

42．．．外部流道

43．．．內部流道

44．．．漏斗

B．．．團塊

圖1，係表示實施形態之固定式非傾動型電弧爐之概略構成，(a)係縱剖面圖，(b)係平面圖。

圖2，係表示固定式非傾動型電弧爐所具備之具有外部流道之原料裝入流道的原料投入口之動作的示意縱剖面圖。

1．．．爐頂棚部

2．．．爐寬方向之兩端部

3．．．排氣管

4．．．原料裝入流道

5．．．電極

6．．．二次燃燒器

9、10、11．．．間隔壁

12．．．原料填充層

12a．．．斜面

13．．．團塊層

14．．．熔鐵層

15．．．熔融熔渣層

Claims (24)

1. 一種熔融金屬之製造方法，其係使用固定式非傾動型電爐來製造熔融金屬之方法，該電爐具備有：原料裝入流道，其於爐寬方向之一端部自上方連接至爐內；加熱器，其利用電來對爐寬方向之另一端部中的位於爐內高度方向之下部的位置進行加熱；以及二次燃燒器，其設置於爐上部之該一端部與該另一端部之間；該熔融金屬之製造方法係自該原料裝入流道將既定量之含有碳材及/或會成為熔融金屬之非揮發性金屬元素的含碳球團裝入爐內，從而形成原料填充層，該原料填充層具有自爐內上方之該一端部朝向爐內下方之該另一端部之下降梯度的斜面；接著，自該原料裝入流道將既定量之該含碳球團裝入爐內，從而於該原料填充層之斜面上形成球團層；然後，利用該加熱器來對該球團層之下端部進行加熱而使該含碳球團熔融，藉此，於爐內形成熔融金屬層及熔融熔渣層，並且，一面藉由該熔融而使該球團層沿著該原料填充層之斜面朝向該球團層之下端部下降，一面自該二次燃燒器向爐內吹入含氧氣體，而使自該球團層所產生之含有CO的氣體燃燒，並利用其輻射熱來對該球團層進行加熱從而進行還原。
2. 如申請專利範圍第1項之熔融金屬之製造方法，其中，當利用該加熱器進行加熱時，自該原料裝入流道連續或間歇地將該含碳球團裝入爐內，並使該球團層中之位於該球團層之下端部的該含碳球團依序熔融。
3. 如申請專利範圍第1項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐更具備有排氣管，該排氣管係連接於爐上部而排出爐內所生成之排氣。
4. 如申請專利範圍第3項之熔融金屬之製造方法，其中，該含碳球團更含有揮發性金屬元素，並自該排氣管所排出之排氣分離出該揮發性金屬並加以回收。
5. 如申請專利範圍第1項之熔融金屬之製造方法，其中，該加熱器係自上方插入至爐內之電極，且該加熱器之下端藉由通電而進行電弧加熱。
6. 如申請專利範圍第5項之熔融金屬之製造方法，其中，將該電極之下端部浸漬於該球團層中或該熔融熔渣層中而進行電弧加熱。
7. 如申請專利範圍第5項之熔融金屬之製造方法，其中，於該電爐之爐上部，該排氣管與該原料裝入流道之距離小於該排氣管與該電極之距離。
8. 如申請專利範圍第3項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐於該排氣管與該原料裝入流道之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。
9. 如申請專利範圍第5項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐於該電極與該二次燃燒器之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。
10. 如申請專利範圍第3項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐於該二次燃燒器與該排氣管之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。
11. 如申請專利範圍第1至10項中任一項之熔融金屬之製造方法，其中，該原料裝入流道係於爐內之高度方向的不同位置裝入原料。
12. 如申請專利範圍第11項之熔融金屬之製造方法，其中，該原料裝入流道具備有能夠使原料投入口於上下方向移動之外部流道。
13. 一種熔融金屬之製造方法，其係使用固定式非傾動型電爐來製造熔融金屬之方法，該電爐具備有：多個原料裝入流道，其等分別於爐寬方向之一端部及另一端部自上方連接至爐內；加熱器，其利用電來對於爐寬方向上係位在連接於該一端部之原料裝入流道與連接於另一端部之原料裝入流道之間、且位在爐內高度方向之下部的位置進行加熱；以及二次燃燒器，其分別設置於高度方向係爐上部、且爐寬方向上係連接於該一端部之原料裝入流道與該加熱器之間的位置、及高度方向上係爐上部、且爐寬方向上係連接於該另一端部之原料裝入流道與該加熱器之間的位置；該熔融金屬之製造方法係自該原料裝入流道將既定量之含有碳材及/或會成為熔融金屬之非揮發性金屬元素的含碳球團裝入爐內，從而形成原料填充層，該原料填充層具有自爐內上方之該一端部朝向爐內下方之該加熱器加熱之位置之下降梯度的斜面、及自爐內上方之該另一端部朝向爐內下方之該加熱器加熱之位置之下降梯度的斜面；接著，自該原料裝入流道將既定量之該含碳球團裝入爐內，從而於該原料填充層之各斜面上形成球團層；然後，利用該加熱器來對該球團層之下端部進行加熱而使該含碳球團熔融，藉此，於爐內形成熔融金屬層及熔融熔渣層，並且，一面藉由該熔融而使該球團層沿著該原料填充層之各斜面朝向該球團層之下端部下降，一面自該二次燃燒器向爐內吹入含氧氣體，而使自該球團層所產生之含有CO的氣體燃燒，並利用其輻射熱來對該球團層進行加熱從而進行還原。
14. 如申請專利範圍第13項之熔融金屬之製造方法，其中，當利用該加熱器進行加熱時，自該原料裝入流道連續或間歇地將該含碳球團裝入爐內，使該球團層中之位於該球團層之下端部的該含碳球團依序熔融。
15. 如申請專利範圍第13項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐更具備有排氣管，該排氣管係連接於爐上部而排出爐內所生成之排氣。
16. 如申請專利範圍第15項之熔融金屬之製造方法，其中，該含碳球團更含有揮發性金屬元素，且自該排氣管所排出之排氣分離出該揮發性金屬並加以回收。
17. 如申請專利範圍第13項之熔融金屬之製造方法，其中，該加熱器係自上方插入爐內之電極，且該加熱器之下端藉由通電而進行電弧加熱。
18. 如申請專利範圍第17項之熔融金屬之製造方法，其中，將該電極之下端部浸漬於該球團層中或該熔融熔渣層中而進行電弧加熱。
19. 如申請專利範圍第17項之熔融金屬之製造方法，其中，於該電爐之爐上部，該排氣管與該原料裝入流道之距離小於該排氣管與該電極之距離。
20. 如申請專利範圍第15項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐於該排氣管與該原料裝入流道之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。
21. 如申請專利範圍第17項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐於該電極與該二次燃燒器之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。
22. 如申請專利範圍第15項之熔融金屬之製造方法，其中，該電爐於該二次燃燒器與該排氣管之間更具備有向爐內垂下之間隔壁。
23. 如申請專利範圍第13至22中任一項之熔融金屬之製造方法，其中，該原料裝入流道係於爐內之高度方向的不同位置裝入原料。
24. 如申請專利範圍第23項之熔融金屬之製造方法，其中，該原料裝入流道具備有能夠使原料投入口於上下方向移動之外部流道。