TWI410598B - A molten metal manufacturing apparatus - Google Patents

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TWI410598B TW099134401A TW99134401A TWI410598B TW I410598 B TWI410598 B TW I410598B TW 099134401 A TW099134401 A TW 099134401A TW 99134401 A TW99134401 A TW 99134401A TW I410598 B TWI410598 B TW I410598B
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Description

熔融金屬製造裝置
本發明是關於一種不必將炭材內裝氧化金屬塊成化物等的塊狀金屬原料，予以預備還原，以電式加熱熔解爐直接還原熔融來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置。
作為代替習知的高爐法或熔融還原法的新煉鐵法，提案各種以旋轉爐底爐預備還原炭材內裝氧化金屬塊成化物作為固體還原金屬，而以電弧爐或潛弧爐等的電爐來熔解此固體還原金屬俾得到熔融金屬的熔融金屬製造製程(例如，參照日本國專利文獻1~4)。
然而，習知的製程，是將藉著旋轉爐底爐的預備還原工程及藉著熔解爐的熔解工程的二工程所成的構成作為必須者。隨著此，藉著從旋轉爐底爐至熔解爐的固體還原金屬的移送手段作為必需，而且排氣處理系統也需要旋轉爐底爐與熔解爐的二系統，而作為全製程，除了設備成本會變高以外，還有熱損也大，能量原單位也無法充分地減低的缺點問題。
於是，本案發明人等，針對於不必使用旋轉爐底爐，僅以電式加熱爐，就可還原炭材內裝氧化金屬塊成化物而且予以熔解來製造熔融金屬的具體性方法實施各種檢討之結果，達到完成以下的發明，而已經申請了專利(日本國專利2009-105397：以下，將此專利申請的發明稱為「先申請發明」。)。
上述先行發明的熔融金屬製造裝置，是如第5A圖及第5B圖所示地，將原料裝入槽4、4設置於爐寬方向的兩端部2、2，將電極5設置於爐寬方向的中央部，而在平面狀的爐上部1分別設置二次燃燒燃燒器6的定置式非傾動型電式加熱爐，但是在此使用電弧爐，從槽4、4事先將炭材A裝入而形成朝著電極5下方具有向下斜面的炭材填充層12(相當於本案發明的「原料填充層」)，接著裝入炭材內裝氧化金屬塊成化物B而在炭材填充層12斜面上形成塊成化物層(相當於本案發明的「塊狀金屬原料層」)13，之後以電極5進行電弧加熱，依次熔融塊成化物層13下端部，在爐內形成熔融金屬層14與熔融熔渣層15，而且將塊成化物層13一面沿著炭材填充層12斜面下降，一面以從二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體C，來燃燒從塊成化物層13所發生的含有一氧化碳氣體，藉由其放射熱來加熱塊成化物層13，為其特徵者。
依照上述先行發明，一面沿著形成於爐內的原料填充層的斜面將塊成化物層朝著電極移動，一面以從二次燃燒燃燒器所吹進的含氧氣體來燃燒從該塊狀成化物層所發生的含有一氧化碳氣體，而以其放射熱來加熱該塊成化物本身從之預備還原，並在上述電極近旁藉由電弧加熱來還原熔融此預備還原的塊成化物層而作成熔融金屬之故，因而以單一工程，從炭材內裝氧化金屬塊成化物直接得到熔融金屬，成為與習知法相比較都可大幅度地減低設備成本及能量原單位。
然而，在上述先行發明的熔融金屬製造裝置中，對於在爐內所發生的含有一氧化碳氣體與從設於平面狀爐上部1的二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體C的混合狀態還有改善餘地，被要求更提昇二次燃燒效率，甚至於更提昇能量效率。
又，當從平面狀爐上部1吹進多量含氧氣體C，則其氣體會與電極5接觸，而顯著地消耗電極5之故，因而在電極5與二次燃燒燃燒器6之設置部位之間作成設置隔間壁9，雖藉由此隔間壁9可抑制電極5的消耗，但留下隔間壁9會損傷的課題。
一方面，來自爐寬方向的端部2的含氧氣體C的導入，是因存在著炭材填充層12，因此很困難。又，來自爐長度方向端部的含氧氣體C的導入，可避開炭材填充層12予以吹進，惟很難將含氧氣體C吹到爐長度方向全體全面之故，因而有降低二次燃燒效率的缺點問題。
又，在上述先行發明的熔融金屬製造裝置中，有很多粉末含於裝入在爐的塊成化物時，或是在爐內燒結或連通塊成化物彼此間時，則產生塊成化物層的跨接而其圓滑的下降被防礙，無法適當地加熱，還原而熔解塊成化物，會留下降低裝置性能的顧慮。又，產生如上述的塊材成化物層的跨接之際，在上述先行發明的熔融金屬製造裝置中，很難要求強制地解決此的機械式手段。
專利文獻1：日本國特表2000-513411號公報
專利文獻2：日本國特表2001-515138號公報
專利文獻3：日本國特表2001-525487號公報
專利文獻4：日本國特開2003-105415號公報
於是，本發明是關於一種不必將炭材內裝氧化金屬塊成化物等的塊狀金屬原料，予以預備還原，以電式加熱熔解爐直接還原熔融來製造熔融金屬的裝置，提供一種可更提昇二次燃燒效率的熔融金屬製造裝置作為目的。
又，本發明是提供一種在爐內發生塊狀金屬原料層的跨接之際，容易地採取確實地解決此跨接的機械式手段的熔融金屬製造裝置作為目的。
本發明的第1態樣，是提供一種熔融金屬製造裝置，於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連接有排氣導管與原料裝入槽，而且上述原料裝入槽是設於爐寬方向的一端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的另一端部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從上述原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從上述爐寬方向的一端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從上述原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉著依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予下降，一面從上述二次燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉著其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層而藉著使之還原來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵為：上述爐上部，為從上述爐寬方向的一端部朝著上述爐寬方向的另一端部作為全體具備成為向下坡度的部分的傾斜爐上部。
在此，「作為全體成為坡度的部分」是指在該部分，成為一面容許局部地觀看存在不是水平部或垂直部等的向下坡度的部位，一面平均此些部位全體性地觀看成為向下坡度的情形(以下，相同。)。
本發明的第2態樣，是提供一種熔融金屬製造裝置，於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連接有排氣導管與原料裝入槽，而且，原料裝入槽是分別設置於爐寬方向的兩端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的中央部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從設置於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從該爐寬方向兩端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從設於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉由依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予以下降，一面從上述二次燃燒燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉由其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵為，上述爐上部，為從上述爐寬方向的兩端部朝著上述爐寬方向的中央部作為全體具備成為向下坡度的部分的傾斜爐上部。
上述傾斜爐上部為斜面狀也可以。
上述傾斜爐上部為階段狀也可以。
上述傾斜爐上部的傾斜角度是作為[上述塊狀金屬原料的崩潰角-15°]以上[上述塊狀金屬原料的靜止安息角+15°]以下的範圍內也可以。
上述電加熱手段是從上述爐上部被插入至爐內的電極，且上述二次燃燒燃燒器安裝於上述爐上部的角度，為從該二次燃燒燃燒器所吹進的含氧氣體的流動會從上述電極遠離的角度也可以。
上述二次燃燒燃燒器的氣體吹進部，是藉由該二次燃燒燃燒器所吹進的含氧氣體成為旋轉於該二次燃燒燃燒器的軸周圍的旋轉流的方式所構成也可以。
上述塊狀金屬原料，是由炭材內裝氧化金屬塊成化物、金屬碎層、還原金屬、氧化金屬塊鑛石、炭材內裝氯化金屬塊成化物及氧化金屬塊成鑛所成的群所選擇的一種以上也可以。
本發明的第3態樣，是提供一種熔融金屬製造裝置，於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連接有排氣導管與原料裝入槽，而且，上述原料裝入槽是設於爐寬方向的一端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的另一端部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從上述原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從上述爐寬方向的一端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從上述原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉著依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予以下降，一面從上述二次燃燒燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉著其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層而藉著使之還原來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵為：上述定置式非傾動型電爐的爐底部，為從上述爐寬方向的一端部朝著上述爐寬方向的另一端部作為全體具備成為向下坡度的部分的傾斜爐底部。
在此，「作為全體成為向下坡度的部分」是指在該部分，成為一面容許局部地觀看存在不是水平部或垂直部等的向下坡度的部位，一面平均此些部位全體性地觀看成為向下坡度的情形(以下，相同。)。
本發明的第4態樣，是提供一種熔融金屬製造裝置，於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連接有排氣導管與原料裝入槽，而且，原料裝入槽是分別設置於爐寬方向的兩端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的中央部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從設置於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從該爐寬方向兩端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從設於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉由依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予以下降，一面從上述二次燃燒燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉由其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵為：上述定置式非傾動型電爐的爐底部，為從上述爐寬方向的兩端部朝著上述爐寬方向的中央部作為全體具備成為向下坡度的部分的傾斜爐底部。
上述傾斜爐底部為斜面狀也可以。
上述傾斜爐底部為階段狀也可以。
上述傾斜爐底部的傾斜角度是作為[上述塊狀金屬原料的崩潰角-25°]以上[上述塊狀金屬原料的靜止安息角+5°]以下的範圍內也可以。
於上述傾斜爐底部與上述塊狀金屬原料層的表面之間的爐內，設置機械式地解決該塊狀金屬原料層的跨接所用的震動發生裝置也可以。
上述震動發生裝置是具有沿著爐長度方向的旋轉軸的軸部，及突設於其表面的解碎構件所構成者也可以。
上述震動發生裝置是於上述旋轉軸周圍，僅朝著下降上述塊狀金屬原料層的方向旋轉者，或是朝著下降上述塊狀金屬原料層的方向與其相反方向交互地旋轉著也可以。
上述傾斜爐底部是朝著爐長度方向的交互地存在著斜面狀部分與階段狀部分的方式所形成，且作為該傾斜爐底部與上述塊狀金屬原料層的表面之間的爐內，至少於爐長度方向設置機械式地解決該塊狀金屬原料層的跨接所用的複數台震動發生裝置，該震動發生裝置是具有沿著爐長度方向的旋轉軸的軸部，及突設於其表面的解碎構件所構成，上述軸部是至少具一端部以配置於上述傾斜爐底部的斜面狀的部分的下方爐外側的軸承所支撐，而且突設上述解碎構件的部位為配置於上述傾斜爐底部的階段狀的部分的上方爐內側也可以。
依照本發明，從爐寬方向的端部朝著電加熱手段作為全體具有成為向下坡度的部分的方式形成爐上部，使比塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部(自由空間)的容積比上述先行發明還要減少，而在爐內所發生的含有一氧化碳氣體與從設於爐上部的二次燃燒燃燒器所吹進的含氧氣體之混合所促進的結果，提昇二次燃燒效率，又可提昇製程全體的能量效率。
又，從電極側觀看爐上部，朝著爐寬方向的端部作為全體具有成為向上坡度的部分的方式所形成，當作為電加熱手段使用電極時，從設於爐上部的二次燃燒燃燒器所吹進的含氧氣體，是即使於二次燃燒燃燒器與電極之間來設置隔間壁也容易朝著電極相反的方向流動，而可抑制電極的消耗。
還有，依照本發明，從爐寬方向的一方的端部朝著電加熱手段所存在的爐寬方向的另一端部或爐寬方向的中央部作為全體具有成為向下坡度的部分的方式形成爐底部，就可接近爐底部與塊狀金屬原料層之距離之故，因而即使發生塊狀金屬原料層跨接時，也開口作為此全體成為向下坡度的部分的爐外側，藉由從此開口部使用機械式手段而施加物理性外力，成為容易且確實地可解決塊狀金屬原料層的跨接。
又，如上述地將爐底部作為全體具有成為向下坡度的部分的方式所形成，就可刪減爐全體的內容積，減低被保持在爐內的裝入物量之結果，積蓄於依其重量所致的原料填充層中的粉末的壓密程度被減輕，可防止原料填充層全體會固裝之情形，而且由爐體強度的觀點來看也可作成經濟性設計。
以下，依據圖式來詳述本發明的實施形態。
在第1A圖、第1B圖及第1C圖，表示本發明的一實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成。本實施形態的裝置是定置式非傾動型電爐的電爐(以下，也有僅稱為「爐」的情形。)是水平斷面形狀為大約矩形的電弧爐。爐上部1是具有從爐寬方向的端部2朝著爐寬方向的中央部成為向下坡度的部分(傾斜爐上部)1’。在本實施形態中，針對於將此傾斜爐上部1’予以階段狀(在本例子中連結點PQRS的折疊線部分)的爐進行說明。在爐上部(在本例子為爐上部1)，連接有排氣導管3及複數原料裝入槽4，而且在爐內作為電加熱手段(加熱器)，經由爐上部1插入有複數支電極5。原料裝入槽4是分別設置於爐寬方向的兩端部2、2，一方面，電極5是設置於爐寬方向的中央部。又，在爐上部1的階段狀部的上昇部1a，設有複數支二次燃燒燃燒器6。
排氣導管3是設置於比電極5還要接近於原料裝入槽4的一側較佳。為了抑制二次燃燒後的氧化性的排氣朝著電極5之一方流動而損傷電極5。
在本實施形態中，將爐上部1由電極5側，亦即，由爐寬方向的中央部側觀看，朝著爐寬方向的端部2作為全體具有向上坡度的部分(傾斜爐上部)1’的方式所形成，上述二次燃燒後的氧化性的排氣，是經過形成於傾斜爐上部1’與塊狀金屬原料層13之間的朝著爐寬方向的端部2作為全體向上坡度的空間部(自由空間)而流向排氣導管3。所以，上述排氣與電極5之接觸更確實地被防止，而電極5的損耗被抑制。
又，在上述先行發明的熔融金屬製造裝置中，為了更確實地防止二次燃燒後的氧化性排氣接觸到電極5，如第5A圖及第5B圖所示地，推薦在電極5與二次燃燒燃燒器6之間，設置下垂至爐內的隔間壁9。對此，在本實施形態中，藉由上述作用效果可省略上述隔間壁9的設置。
又，在上述先行發明中，防止二次燃燒後的排氣簡捷至排氣導管3，而為了充分地確保對塊狀金屬原料層13的放射傳熱量，如第5A圖及第5B圖所示地，推薦將隔間壁10設於二次燃燒燃燒器6與排氣導管3之間。對此，如第1A圖所示地，在本實施形態中，藉由設置傾斜爐上部1’就可將爐上部1沿著塊狀金屬原料層13的表面的方式予以接近。由此，二次燃燒後的排氣通過接近於塊狀金屬原料層13的表面，可充分地確保對於塊狀金屬原料層13的放射傳熱量之故，因而也可省略上述隔間壁10的設置。
又，為了防止原料裝入槽4以高溫的排氣被過熱而受損傷，與上述先行發明相同，如第2A圖所示地，推薦在排氣導管3與原料裝入槽4之間設置隔間壁11(但是在第1A圖中省略了圖示)。
如上述地，在本實施形態中，至少可省略隔間壁9、10的設置之故，因而可減低依隔間壁所致的麻煩。
又，從二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體C不會沿著爐上部1簡捷至排氣導管3的方式，使形成在爐上部1與塊狀金屬原料層13之間的空間部高度，為在爐寬方向儘量成為一定較佳。因此，傾斜爐上部1’的傾斜角度是儘量接近於塊狀金屬原料層13的表面的傾斜角度較佳。塊狀金屬原料層13的表面的傾斜角度是成為塊狀金屬原料B的崩潰角與靜止安息角之間的角度之故，因而傾斜爐上部1’的傾斜角度是作成[塊狀金屬原料B的崩潰角-15°(更佳為-10°，最佳為-5°)]以上[塊狀金屬原料B的靜止安息角+15。(更佳為+10°，最佳為+5°)]以下的範圍內較佳。在此，階段狀的傾斜爐上部1’的傾斜角度是作成以連結階段的各階級的爐內側突端部(在第1A圖中為1b、1b)的直線的傾斜角度(在第1A圖中為θ)被定義者。
又，從二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體C與從塊狀金屬原料層13所發生含有一氧化碳氣體，是藉由傾斜爐上部1的階段形狀被紊流化之故，因而更被促進此些的氣體混合。
接著，二次燃燒燃燒器6安裝至傾斜爐上部1’的角度，是從該二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體C的流動作成遠離電極5的角度較佳。藉此，更可抑制二次燃燒後的排氣接觸到電極5的情形。又，來自二次燃燒燃燒器6的含氧氣體C的吹進方向，是以垂直向下作為基準(0°)，在與電極5相反側調整在10°～135°的範圍內較佳。在不足10°，則無法充分地抑制對電極5側的流動，另一方面，在超過135°，則有提高損傷階段狀的部分的階梯部1c的內舖耐火物之虞。更佳是30°～120°，最佳是45°～105°。
在本實施形態中，對於階段狀部分的上昇部1a直角地安裝二次燃燒燃燒器6，而含氧氣體C的吹入方向是構成與電極5成為真相反方向(以垂直向下作為基準的90°方向)。
又，將二次燃燒燃燒器6的氣體吹進部的構造，構成藉由該二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體C，成為可旋轉在該二次燃燒燃燒器6的軸周圍的旋轉流較佳。藉此，含有一氧化碳氣體的二次燃燒更被促進。作為可得到燃燒器軸周圍的旋轉流的二次燃燒燃燒器6，例如可使用具有偏心噴出方向的複數吹出孔的漩渦噴嘴型式的燃燒器或是在前端部具有螺旋狀溝的燃燒器。
又，在電爐的爐底部16與塊狀金屬原料層13的表面之間的爐內，設置機械式地解決該塊狀金屬原料層13的跨接所用震動發生裝置18較佳。在此，「震動發生裝置」是指對塊狀金屬原料層13連續地或間歇地施加外力的裝置。
作為此震動發生裝置18，例如可使用沿著爐長度方向具有旋轉軸的軸部18a，及突設於其表面的複數解碎構件18b所成者[(密特勒(Midrex)法，直接設置於還原用軸爐的爐內，近似於用以防止還原鐵的跨接所使用的負荷進給器(burden feeder)者]。如此地，藉由連續地或是每隔一定時間間歇地旋轉震動發生裝置18的軸部18a，就可防止在塊狀金屬原料層13發生跨接的情形。萬一即使在塊狀金屬原料層13發生跨接時，也可以以突設於軸部18a的複數解碎構件18b進行解碎塊狀金屬原料B彼此間的燒結物或連通物，或是即使未能充分解碎時，也能在上述燒結物或連通物成為巨大化之前朝著電極5的下方強制性地可移送(下降)之故，因而長期性可繼續進行順利的作業。
因應於跨接的發生狀況等有效地發揮此種作用之故，因而作為近似於上述負荷進給器的震動發生裝置18，可適當地選擇在其旋轉軸周圍，僅朝著下降塊狀金屬原料層13的方向(正方向)旋轉者，或是朝著下降塊狀金屬原料層13的方向(正方向)與其相反方向交互地旋轉者就可以。又，前者是重視移送，而後者是重視解碎者。
又，在爐下部，出鑄鐵孔7與出熔渣孔8設置於與爐寬方向垂直的爐長度方向的爐側壁，例如未設有原料裝入槽4(亦即，原料填充層12來形成於爐內)的爐長度側的爐側壁較佳。為了將出鑄鐵熔渣之際的開孔作業。
又，在排氣導管3的下游側，只要設置周知的熱交換器(未予圖示)就可以，藉此，回收從爐所排出的高溫排氣的顯熱，而可有效利用作為例如從二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體C的預熱，或電弧用電力的發電或顆粒B的乾燥等的能量。
作為電極5，例如，熱效率優異的在煉鋼用電弧電爐所常用的三相交流型者被推薦。又，例如採用從可組裝三相電極的各2相所成的3組單相電極來製作6支電極的構成被推薦。
又，電極5是一面將其前端部位於塊狀金屬原料層13或熔融熔渣層15中(予以浸漬)，一面進行熔解操作較佳。藉此，可並存依電弧所致的放射加熱與電阻加熱的效果，可更促進熔解，而且可抑制未以原料填充層12所保護的爐壁內面的損傷。
以下，使用此定置式非傾動型電弧爐，作為熔融金屬來製造熔鐵的情形例舉作為例子加以說明。在本例子中，作為用以將原料填充層形成於爐內的填充層形成用原料使用煤炭，而作為積層於該原料填充層上的塊狀金屬原料僅使用炭材內裝氧化金屬塊成化物的炭材內裝氧化鐵顆粒。
作為熔融金屬的製造方法，從設置於上述爐寬方向的兩端部2、2的原料裝入槽4、4作為填充層形成原料事先將所定量的煤炭A裝入於爐內。在本例子中，以煤炭A形成從該爐寬方向的兩端部2、2朝著以作為電加熱手段的電極5被加熱的電加熱領域的「電極5的下端部下方」具有向下坡度的斜面12a的原料填充層12。在此，煤炭A的粒度是回應於炭材內裝氧化鐵顆粒B的粒度來調整下述炭材內裝氧化鐵顆粒B不會鑽進原料填充層12的空隙內的程度較佳。
接著，從設置於上述爐寬方向的兩端部2、2的原料裝入槽4、4連續地或間歇地僅裝入作為塊狀金屬原料的炭材內裝氧化金屬塊成化物的炭材內裝氧化鐵顆粒(以下，簡稱為「顆粒」。)B。又，在原料填充層12的斜面12a上形成作為塊狀金屬原料層的顆粒層13。顆粒B中的內裝炭材的配合量是在氧化鐵被還原成金屬鐵為止所需的理論碳量，添加熔鐵的目標碳濃度來決定較佳。又，顆粒B是在裝入爐內時不會爆裂(bursting)地，事先予以乾燥較佳。
電極5是如上述地，其下端部成為被浸漬於顆粒層13中的狀態的方式，事先調整高度較佳。
然後，通電至上述電極而進行電弧加熱，藉此，顆粒層13的下端部近旁的顆粒B急速地被加熱而依次還原熔融，被分離成作為熔融金屬的熔鐵與熔融熔渣，而在爐下部形成熔鐵層14與熔融熔渣層15。又，為了調整熔融熔渣層15的鹼度等，在顆粒B中，預先添加石灰石或白雲石等的CaO源成MgO源較佳。
如上述地，顆粒B從顆粒層13的下端部近旁依次被熔融，則顆粒層13本體是藉由其自重，成為沿著上述原料填充層12的斜面而朝著電極5的下端部依次下降爐內。又，萬一即使顆粒層13中的顆粒B的一部分鑽進原料填充層12的空隙內，則該顆粒B一部分是長時間滯留在爐內之故，因而被加熱還原或被加熱而不久會熔融或熔解，而分離成熔鐵與熔融熔渣之後經由原料填充層12之空隙而滴落至爐下部的溶鐵層14及溶融溶渣層15之故，因而不會有缺點問題。
又，當顆粒層13中的顆粒B接近至電極5，則藉由來自電極5的電弧所致的放射熱與電阻加熱而有效率地被加熱，使顆粒B中的氧化鐵藉由內裝炭材被預備還原成固體金屬鐵，而且生成含有一氧化碳氣體(可燃性氣體)。作為內裝炭材使用煤炭等含有揮發分的炭材時，則藉由加熱從內裝炭材所脫揮的揮發分也加入該含有一氧化碳氣體。
此含有一氧化碳氣體是利用作為從設於傾斜爐上部1’的階段狀的部分的各上昇部1a的二次燃燒燃燒器6朝著水平方向所吹進的含氧氣體C(例如氧氣)促進燃燒(二次燃燒)。藉由依其燃燒(二次燃燒)的放射熱，顆粒層13也被加熱。如此地以放射熱被加熱的顆粒層13是與來自上述電極5的電弧所致的放射加熱及電阻加熱所致的情形同樣，顆粒B中的氧化鐵被預備還原成固體金屬鐵，而且生成含有一氧化碳氣體之故，因而成為更促進上述二次燃燒所致的放射加熱。
作成如上述地，從原料裝入槽4被裝入至爐內的顆粒B是在下降原料填充層12的斜面12a上之期間，藉由依上述二次燃燒所致的放射加熱(以下，也稱為「二次燃燒熱」)在固體狀態下被預備還原至高金屬化率之後，而在電極5下端部近旁藉由電弧加熱及電阻加熱進行熔融，成為被分離成熔鐵與熔融熔渣。
因此，生成於電極5下端部近旁的熔融熔渣中的氧化鐵濃度是充分地變低，而可抑制電極5的損耗。
與熔融熔渣分離的熔鐵，是熔解殘留於顆粒B中的炭材而成為目標碳濃度的熔鐵。
如此地所生成的熔鐵與熔融熔渣，是從設於爐下部的出鑄鐵孔7與出熔渣孔8，作成與例如高爐的出鑄鐵熔渣方法同樣，可間歇地排出。
一方面，在初期將煤炭A裝入至爐內所形成的原料填充層12，是在爐內徐徐地被加熱，被去除其揮發分，不久就木炭化或焦炭化。被去除的揮發分是與從顆粒層13所發生的含有一氧化碳氣體一起，以從二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體被燃燒，有效被利用作為顆粒層13的放射加熱能量。如上述地，利用顆粒B中的內裝炭材的碳來處置內裝氧化鐵的還原及對熔鐵的浸炭之故，因而經木炭化或焦炭化的原料填充層12，是理論上不會被消耗，惟在實際作業中，與鑽進原料填充層12中的顆粒B的直接還原反應，或藉由對熔鐵的浸炭反應等而會在長期間的作業中徐徐地被耗損。因此，例如每隔一定的作業期間，在停止來自原料裝入槽4的顆粒B的供應的狀態下，至少將電弧加熱繼續一定時間，大約完全地熔融完爐內的顆粒層13而露出原料填充層12的斜面12a之後，在中斷電弧加熱及二次燃燒狀態下，將煤炭(炭材)A從原料裝入槽4裝入所定量，就可維持原料填充層12的爐內填充量。
爐寬方向的兩側壁的內面，是以原料填充層12所覆蓋之故，因而此些部分的耐火物耗損是大幅地被抑制。因此，僅在未以原料填充層12所覆蓋的爐長度方向的兩側壁，採用耐腐蝕性優異的高品質耐火物或水冷構造，就可大幅地減低設備成本。
在上述實施形態中，表示將作為爐上部1的全體成為向下坡度的部分(傾斜爐上部)1’形成階段狀，惟本發明是並不被限定於此者，例如如第2A圖及第2B圖所示地，形成斜面狀也可以。這時候，如同圖所示地，將二次燃燒燃燒器6例如對於爐上部1的向下斜面1d部分安裝成直角，則可將所吹進的含氧氣體C的流動自電極5遠離。但是，由促進二次燃燒的觀點來看，如在上述實施形態的說明中所述地，形成階段狀者，較容易使氣流紊流化而使促進混合之故，因而二次燃燒效率的提昇效果較大。又，在本變形例的作為爐上部1的全體成為向下坡度的部分的傾斜角度是指以向下斜面1d的傾斜角度被定義者。
在述實施形態中，有關於原料裝入槽4及電極5的配置，表示將原料裝入槽4分別設置於爐寬方向的兩端部2、2，一方面，將電極5設於爐上部1的爐寬方向的中央部的例子。又，作為變形例，將原料裝入槽4設於爐寬方向的一端部2，一方面，將電極5設置於爐寬方向的另一端部2也可以。若採用本變形例，則成為形成於爐內的原料填充層12的斜面僅單側之故，因而與上述實施例相比較，由保護耐火物的觀點上成為不利。然而，在本變形例中，爐寬被縮小，具有可得到設備的小型化的優點。
又，在上述實施形態中，作為將電極5設於爐寬方向的中央部的一例，表示將電極5設於爐寬方向的中心線上的例子。然而，電極5並不被限定於必須嚴密地設於爐寬方向的中心線上者，也容許設置於從爐寬方向的中心線上偏向爐寬方向的任何端部的一方。
又，在上述實施形態中，排氣導管3與原料裝入槽4都表示連接於爐上部1的例子，惟並不被限定於此者，作成將任一方或雙方連接於爐側壁的上部也可以。又，將原料裝入槽4連接於爐側壁的上部時，則原料裝入槽4是成為自動地設於爐寬方向的端部。
又，在上述實施形態中，作為定置式非傾動型電弧爐的水平斷面形狀，例示大約矩形者，惟並不被限定於此者，例如也可使用大約橢圓者或真圓者。這時候不是單相電極，而使用三相電源的各相來製作3支電極的方式所構成也可以。但是使用大約矩形者時，則爐寬方向是作成一定，而延長爐長度方向(垂直於爐寬方向的方向)，就具有容易地進行按比例據大的優點。
又，在上述實施形態中，作為使用於定置式非傾動型電爐的電爐型式例示電弧爐，惟並不被限定於此者，潛弧電弧爐，電磁感應加熱爐等藉由電能來加熱的爐，則任何形式都可以。又，使用潛弧爐時，則作為電加熱手段與上述實施形態相同可使用電極。又，使用電磁感應加熱爐時，則作為電加熱手段可使用電磁型加熱線圈。
又，在上述實施形態中，作為炭材內裝氧化金屬塊成化物B的形態，例示顆粒，惟也可採用磚塊形。磚塊形是安息角比球狀的顆粒還要大之故，因而為了確保原料填充層12的斜面12a上的滯留時間，與使用顆粒時相比較，雖爐高必須加高，惟具有可縮小爐寬的優點。
又，作為上述實施形態中，作為塊狀金屬原料表示僅使用炭材內裝氧化金屬塊成化物B(炭材內裝氧化鐵顆粒)的例子。然而並不限定於此者，代替炭材內裝氧化金屬塊成化物B，作為塊狀金屬原料，使用金屬碎屑(鐵碎屑)、還原金屬(還原鐵[DRI、HBI])、塊狀氧化金屬鑛石(塊狀鐵鑛石)、含有氯化金屬的炭材內裝氯化金屬塊成化物及氧化金屬塊成鑛(燒成氧化鐵顆粒、冷結合氧化鐵顆粒、氧化鐵燒結鑛)也可以。或是作為塊狀金屬原料，使用炭材內裝氧化金屬塊成化物、(炭材內裝氧化鐵顆粒、炭材內裝氧化鐵塊)金屬碎屑、還原金屬、塊狀氧化金屬鑛石、炭材內裝氯化金屬塊成物及氧化金屬塊成鑛所成的群所選擇的一種以上也可以。
又，在上述實施形態中，作為炭材內裝氧化金屬塊成化物B，例示僅含有以非揮發性的金屬元素的鐵者，惟除了非揮發性的金屬元素以外，也可以為揮發性的金屬元素，例如含有鋅(Zn)、鉛(Pb)者。亦即，作為炭材內裝氧化金屬塊成化物B，可將含有揮發性金屬元素的煉鐵廠粉塵等使用作為氧化金屬原料。揮發性的金屬元素是在爐內被加熱而從炭材內裝氧化金屬塊成化物B被揮發，惟利用本發明方法的採用，藉由依二次燃燒燃燒器6所致的燃燒熱就可充分地保持爐上部的高溫度。因此確實地可防止在爐上部的再凝縮著被揮發去除的該揮發性金屬元素，而從爐所排出的排氣有效率地可回收該揮發性金屬元素。
又，在本案專利說明書中，揮發性金屬元素是指金屬單體或其鹽等的化合物的一氣壓的融點為1100℃以下的金屬元素。作為金屬單體可例舉鋅、鉛等。作為揮發性金屬元素的化合物可例舉氯化鈉、氯化鉀等。揮發性金屬元素的化合物中的揮發性金屬是在電爐(例如電弧爐、潛弧爐)被還原成金屬，而在爐內以氣體狀態存在著其一部分或全部。又，揮發性金屬元素的氯化物是在電爐內被加熱，而在爐內以氣體狀態存在著其一部分或全部。一方面，非揮發性金屬元素是指金屬單體或其氧化物等的化合物的一氣壓的融點為超過1100℃的金屬元素。作為金屬單體可例舉鐡、鎳、鈷、鉻、鈦等。作為非揮發性金屬的氧化物可例舉CaO、SiO2 、Al2 O3 等。非揮發性金屬元素的化合物，是作為電爐使用電弧爐或潛弧爐時，藉由在爐內的加熱或還原反應，作為被還原的金屬單體或是未被還原的化合物，在爐內電弧近旁(電弧溫度領域)以氣體狀態下可存在，惟在距電弧遠離處以液體或固體狀態下存在。
又，在上述實施形態中，作為塊狀金屬原料的炭材內裝氧化金屬塊成化物B及作為構成熔融金屬層14的金屬元素僅例示鐵(Fe)，惟除了鐵以外，也可含有鎳、錳、鉻等的非鐵金屬。
又，在上述實施形態中，作為熔融溶渣的鹼度調整手段，例示著將氧化鈣(CaO)源或氧化鎂(MgO)源事先添加於炭材內裝氧化金屬塊成化物B的手段，惟代替此手段或是再添加，將石灰石或白雲石與炭材內裝氧化金屬塊成化物B一起從原料裝入槽4裝入也可以，或是作成從另外所設置的槽與炭材內裝氧化金屬塊成化物B不相同地裝入也可以。
又，在上述實施形態中，作為形成原料填充層12的炭材，例示煤炭，惟也可使用焦炭。使用焦炭時，則已經被乾餾，而在爐內不會發生揮發分之故，因而會降低對二次燃燒的貢獻，惟比煤炭更不容易被粉化之故，因而有減低飛散耗損量的優點。
還有，作為形成原料填充層12的填充層形成用原料，代替或是再煤炭或焦炭等的炭材使用塊狀金屬原料也可以。作為形成原料填充層12的原料，若使塊狀金屬原料，則在與熔鐵的接觸部分會進行還原、熔融或是浸炭、熔解。一方面，在與該熔鐵的接觸部分遠離的部分不容易傳輸熱，而塊狀金屬原料是被維持在固體狀態。所以，一旦形成的原料填充層12是成為長期間地被保持在填充狀態。又，原料填充層12內的溫度是與上述熔鐵之接觸部分遠離而愈接近爐壁愈降低之故，因而形成熔融FeO所致的耐火物的損傷也不會成為問題。
又，在上述實施形態中，表示將出鑄鐵孔7與出熔渣孔8分別分設於相對的側壁的例子，惟兩者都設置於相同側壁側也可以。或是省略出熔渣孔8而僅設置出鑄鐵孔7，而作成從該出鑄鐵孔7排出熔鐵與熔融渣也可以。
以下，依據圖式詳述本發明的其他的實施形態。
在第3A圖及第3B圖，表示本發明的一實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成。本實施形態的定置式非傾動型電爐(以下，也有僅稱為「爐」的情形。)是水平斷面形狀為大約矩形的電弧爐。又，在爐上部(在本例子為爐上部1)，連接有排氣導管3複數原料裝入槽4，而且在爐內經由爐上部1插入有複數支電極5作為電加熱手段(加熱器)。原料裝入槽4是分別設置於爐寬方向的兩端部2、2，一方面，電極5是設置於爐寬方向的中央部。又，在爐上部(在本例子為爐上部1)，設有複數具二次燃燒燃燒器6。
爐底部16是從爐寬方向的兩端部2、2朝著爐寬方向的中央部(亦即，電極5的位置)作為全體具有成為向下坡度的部分(側壁爐底部)16’。在實施形態中，針對於將此傾斜爐底部16’形成階段狀(在本例中連結點PQRS的折疊部分)的爐。
又，在此階段狀的部分的上昇部，例如16a設置檢查口17較佳。
如上述地，爐底部16為從爐寬方向的端部朝著存在著作為電加熱手段的電極5的爐寬方向的中央部作為全體具有成為向下坡度的部分(傾斜爐底部)16’的方式所形成，就可接近傾斜爐底部16’與塊狀金屬原料層13之距離。藉此，即使發生塊狀金屬原料層13的跨接時，也很安全而不必暫時停止爐的作業，惟將設於此階段狀部分的上昇部16a的檢查口17予以開口，從此開口部使用如軋碎機等的機械式手段施加物理性外力，藉此，容易且確實地解決塊狀金屬原料層13的跨接。
為了將上述塊狀金屬原料層13的跨接的解決作業儘量作成容易，儘可能接近傾斜爐爐底部16’與塊狀金屬原料層13之距離較佳。為了實現此，傾斜爐底部16’的傾斜角度，是儘量接近於塊狀金屬原料層13的表面的傾斜角度較佳。塊狀金屬原料層13的表面的傾斜角度是成為塊狀金屬原料B的崩潰角與靜止安息角之間的角度之故，因而傾斜爐底部16’的傾斜角度，是作成[塊狀金屬原料B的崩潰角-25°(又，崩潰角-20°，尤其是崩潰角-15°)]以上[塊狀金屬原料B的靜止安息角+5°(又，靜止安息角，尤其是崩潰角)]以下的範圍內較佳。在此，傾斜爐底部16’的傾斜角度是以連結階段狀部分的各階層的爐內側突端部(在第3A圖中為16b、16b)的直線的傾斜角度(在第3A圖中為θ)予以定義者。
又，在傾斜爐底部16’與塊狀金屬原料層13的表面之間的爐內，設有機械性地解決該塊狀金屬原料層13的跨接所用的震動發生裝置18。在此，「震動發生裝置」是指於塊狀金屬原料層13連接地或間歇地外力的裝置。
作為此震動發生裝置18，例如可使用沿著爐長度方向具有旋轉軸的軸部18a，及突設於其表面的複數解碎構件18b所成者[密特勒(Midrex)法，直接設置於還原用軸爐的爐內，近似於用以防止還原鐵的跨接所使用的負荷進給器(burden feeder)者]。如此地，藉由連續地或是每隔一定時間間歇地旋轉震動發生裝置18的軸部18a，就可防止在塊狀金屬原料層13發生跨接的情形。萬一即使在塊狀金屬原料層13發生跨接時，也可以以突設於軸部18a的複數解碎構件18b進行解碎塊狀金屬原料B彼此間的燒結物或連通物，或是即使未能充分解碎時，也能在上述燒結物或連通物成為巨大化之前朝著電極5的下方強制性地可移送(下降)之故，因而長期性可繼續進行順利的作業。
因應於跨接的發生狀況等有效地發揮此種作用之故，因而作為近似於上述負荷進給器的震動發生裝置18，可適當地選擇在其旋轉軸周圍，僅朝著下降塊狀金屬原料層13的方向(正方向)旋轉者，或是朝著下降塊狀金屬原料層13的方向(正方向)與其相反方向交互地旋轉者就可以。又，前者是重視移送，而後者是重視解碎者。
在電極5與二次燃燒燃燒器6之間，二次燃燒燃燒器6與排氣導管3之間，排氣導管3與原料裝入槽4之間，設置下垂於爐內的隔間壁9、10、11較佳。
在電極5與二次燃燒燃燒器6之間設置隔間壁9被推薦，是為了防止二次燃燒後的氧化性排氣接觸到電極5。
又，在二次燃燒燃燒器6與排氣導管3之間設置隔間壁10被推薦，是為了防止二次燃燒後之排氣簡捷至排氣導管3，而用以充分地確保對於塊狀金屬原料層13的放射傳熱量。
又，在排氣導管3與原料裝入槽4之間設置隔間壁11被推薦，是為了防止原料裝入槽4以高溫的排氣被過熱而受損。
隔間壁9、10、11是綜合性地考慮依設置所致的上述各效果的程度，設置費用，維修的費工夫等，作成設置其全部也可以，或是作成設置其一部分也可以。
又，排氣導管3是設置於比電極5還要接近於原料裝入槽4的一側較佳。為了抑制二次燃燒後的氧化性的排氣朝著電極5之一方流動而損傷電極5。
又，在爐下部，出鑄鐵孔7與出熔渣孔8設置於未設有原料裝入槽4(亦即，原料填充層12未形成於爐內)的爐長度側的爐側壁較佳。為了將鑄鐵熔渣之際的開孔作業。
又，在排氣導管3的下游側，只要設置周知的熱交換器(未予圖示)就可以。藉此，回收從爐所排出的高溫排氣的顯熱，而可有效利用作為電弧用電力的發電或顆粒B的乾燥等的能量。
作為電極5，例如：熱效率優異的在煉鋼用電弧電爐所常用的三相交流型者被推薦。又，例如採用從可組裝三相電極的各2相所成的3組單相電極來製作6支電極的構成被推薦。
又，電極5是一面將其前端部位於塊狀金屬原料層13或熔融熔渣層15中(予以浸漬)，一面進行熔解操作較佳。藉此，可並存依電弧所致的放射加熱與電阻加熱的效果，可更促進熔解，而且可抑制未以原料填充層12所保護的爐壁內面的損傷。
以下，使用此定置式非傾動型電弧爐，作為熔融金屬來製造熔鐵的情形例舉作為例子加以說明。在本例子中，作為用以將原料填充層形成於爐內的填充層形成用原料使用炭材內裝氧化鐵顆粒，而作為積層於該原料填充層上的塊狀金屬原料使用相同的炭材內裝氧化鐵顆粒。
作為熔融金屬的製造方法，從設置於上述爐寬方向的兩端部2、2的原料裝入槽4、4作為填充層形成用原料事先將所定量的炭材內裝氧化鐵顆粒A’裝入於爐內。而從該爐寬方向的兩端部2、2朝著電極5的下端部下方形成具有向下坡度的斜面12a的原料填充層12。作為形成原料填充層12的原料，代替炭材A而即使使用炭材內裝氧化鐵顆粒A’等的塊狀金屬原料，在與熔鐵之接觸部分也進行還原熔融或是浸炭，熔解。一方面，在距與該熔鐵之接觸部分遠離部分不容易傳輸熱，而塊狀金屬原料是被維持在固體狀態。所以，既然所形成的原料填充層12是長期間被保持在填充層狀態。又，原料填充層12內的溫度是與上述熔鐵之接觸部分愈遠離而愈接近爐壁愈會降低之故，因而形成熔融氧化鐵所致的耐火物的損傷也不會成為問題。
接著，從設置於上述爐寬方向的兩端部2、2的原料裝入槽4、4連續地或間歇地裝入作為塊狀金屬原料的炭材內裝氧化金屬塊成化物的炭材內裝氧化鐵顆粒(以下，簡稱為「顆粒」)B，而在原料填充層12的斜面12a上形成作為塊狀金屬原料層的顆粒層13。顆粒B中的內裝炭材的配合量是在氧化鐵被還原成金屬鐵為止所需的理論炭量，添加熔鐵的目標碳濃度來決定較佳。又，顆粒B是在裝入爐內時不會爆裂(bursting)地，事先予以乾燥較佳。
電極5是如上述地，其下端部成為被浸漬於顆粒層13中的狀態的方式，事先調整高度較佳。
然後，通電至上述電極而進行電弧加熱，藉此，顆粒層13的下端部近旁的顆粒B急速地被加熱而依次還原熔融，被分離成作為熔融金屬的熔鐵與熔融熔渣，而在爐下部形成熔鐵層14與熔融熔渣層15。又，為了調整熔融熔渣層15的鹼度等，在顆粒B中，事先添加石灰石或白雲等的CaO源或MgO源較佳。
如上述地，顆粒B從顆粒層13的下端部近旁依次被熔融，則顆粒層13本體是藉由其自重，成為沿著上述原料填充層的斜面而朝著電極5的下端部依次下降爐內。
又，當顆粒層13中的顆粒B接近至電極5，則藉由來自電極5的電弧所致的放射熱與電阻加熱而有效率地被加熱，使顆粒B中的氧化鐵藉由內裝炭材被預備還原成固體金屬鐵，而且生成含有一氧化碳氣體(可燃性氣體)。作為內裝炭材使用煤炭等含有揮發分的炭材時，則藉由加熱從內裝炭材所脫揮的揮發分也加入該含有一氧化碳氣體。
此含有一氧化碳氣體是利用從設於爐上部1的二次燃燒燃燒器6所吹進的含氧氣體(例如氧氣)被燃燒(二次燃燒)。又，藉由依其燃燒(二次燃燒)的放射熱，顆粒層13也被加熱。如此地以放射熱被加熱的顆粒層13是與來自上述電極5的電弧所致的放射加熱及電阻加熱所致的情形同樣，顆粒中的氧化鐵被預備還原成固體金屬鐵，而且生成含有一氧化碳氣體之故，因而成為更促進上述二次燃燒所致的放射加熱。
作成如上述地，從原料裝入槽4被裝入至爐內的顆粒B是在下降原料填充層12的斜面12a上之期間，藉由依上述二次燃燒所致的放射加熱(以下，也稱為「二次燃燒熱」)在固體狀態下被預備還原至高金屬化率之後，而在電極5下端部近旁藉由電弧加熱及電阻加熱進行熔融，成為被分離成熔鐵與熔融熔渣。
因此，生成於電極5下端部近旁的熔融熔渣中的氧化鐵濃度是充分地變低，而可抑制電極5的損耗。
與熔融熔渣分離的熔鐵，是熔解殘留於顆粒B中的炭材而成為目標碳濃度的熔鐵。
如此地所生成的熔鐵與熔融熔渣，是從設於出鑄鐵孔7與出熔渣孔8，作成與例如高爐的出鑄鐵熔渣方法同樣，可間歇地排出。
在上述實施形態中，表示將傾斜爐底部16’形成階段狀的例子，惟在本發明是並不被限定於此者，而形成斜面狀也可以。
又，在上述實施形態中，表示將近似於上述負荷進給器的震動發生裝置18僅設置一台在爐長度方向。然而，近似於此負荷進給器的震動發生裝置18，是其構造上，因自重及裝入物荷重所致的變形而在軸部18a的長度上有限制，爐的長度係以此震動發生裝置18的軸部18a的長度被限制，會留下爐對於長度方向的按比例擴大被限制的問題。作為解決此問題的手段，採用如以下的構成更佳。
亦即，如第4A圖及第4B圖所示地，將傾斜爐底部16’朝著爐長度方向交互地存在著斜面狀的部分19與階段狀的部分20的方式所形成(又，在同圖中，為了容易瞭解構造，而將斜面狀的部分19繪成半透明者。)。又，在該傾斜爐底部16與上述塊狀金屬原料層13的表面之間的爐內，串聯地連續設置複數台(本例為兩台)近似於上述負荷進給器的震動發生裝置18，使此些的旋轉軸沿著爐長度方向。該震動發生裝置18是如上述地，由具有沿著爐長度方向的旋轉軸的軸部18a，及突設於其表面的解碎構件8b所成者(又，在第4A圖中省略了解碎構件18b的圖示。)。又，將震動發生裝置18的軸部18a的至少支撐一端部(在本例子僅為一端部)的軸承21予以配置於傾斜爐底部16’的斜面狀的部分19的下方爐外側(在本例子中，如第4B圖示地，支撐軸部18a的另一端部的軸承21’是配置於側壁的爐外側。)。又，震動發生裝置18的軸部18a中突設解碎構件18b的部位是配置於傾斜爐底部16的階段狀的部分20的上方爐內側。
採用上述構件，成為可串聯地相連好幾台朝著爐長度方向近似負荷進給器的震動發生裝置18，一面有效地發揮解決(或是防止發生)塊狀金屬原料層13的跨接的作用，一面容易地可實現爐對於長度方向的按比例擴大。
在上述實施形態中，作為震動發生裝置18，例示藉由旋轉軸周圍的旋轉運動而在塊狀金屬原料層13施加外力的形式的裝置的近似於負荷進給器者(軸部18a，及突設於其表面的複數解碎構件18b所成者)。然而，並不被限定於此者，只要可將外力連續地或間歇地施加於塊狀金屬原料層13者，也可採用任何形式的裝置。例如，藉由旋轉軸周圍的旋轉運動來施加外力的形式的裝置使用螺旋也可以，或是藉由氣缸等的往復運動施加外力的形式的裝置使用推進機也可以。又，藉由氣壓施加外力的形式的裝置使用將氣體直接吹進爐內的裝置或藉由氣壓來變形隔膜的裝置也可以。
又，在上述實施形態中，有關於原料裝入槽4及電極5的配置，表示將原料裝入槽4分別設置於爐寬方向的兩端部2、2，一方面，將電極5設於爐上部1的爐寬方向的中央部的例子。又，作為變形例作成將原料裝入槽4設於爐寬方向的一端部2，一方面，將電極5設置於爐寬方向的另一端部2也可以。若採用本變形例，則形成於爐內的原料填充層12的斜面僅成為一側之故，因而與上述實施例相比較，由保護耐火物的觀點上成為不利。然而，在本變形例中，爐寬被縮小，具有可得到設備的小型化的優點。又，在上述實施形態中，作為將電極5設於爐寬方向的中央部的一例，表示將電極5設於爐寬方向的中心線上的例子。然而，電極5是並不被限定於必須嚴密地設於爐寬方向的中心線上者，也容許設置於從爐寬方向的中心線上偏向爐寬方向的任何端部的一方。
又，在上述實施形態中，排氣導管3與原料裝入槽4都表示連接於爐上部1的例子，惟並不被限定於此者，作成將任一方或雙方連接於爐側壁的上部也可以。又，將原料裝入槽4連接於爐側壁的上部時，則原料裝入槽4是成為自動地設於爐寬方向的端部。
又，在上述實施形態中，作為定置式非傾動型電弧爐的水平斷面形狀，例示大約矩形者，惟並不被限定於此者，例如也可使用大約橢圓者或真圓者。這時候不是單相電極，而使用三相電源的各相來製作3支電極的方式所構成也可以。但是使用大約矩形者時，則爐寬是作成一定，而延長爐長度方向(垂直於爐寬方向的方向)，就具有容易地進行按比例擴大的優點。
又，在上述實施形態中，作為炭材內裝氧化金屬塊成化物B的形態，例示顆粒，惟也可採用磚塊形。磚塊形是安息角比球狀的顆粒還要大之故，因而為了確保原料填充層12的斜面12a上的滯留時間，與使用顆粒時相比較，雖爐高必須加高，惟具有可縮小爐寬的優點。
又，作為上述實施形態中，作為塊狀金屬原料表示僅使用炭材內裝氧化金屬塊成化物(炭材內裝氧化鐵顆粒)的例子，惟代替炭材內裝氧化金屬塊成化物(炭材內裝氧化鐵顆粒，炭材內裝氧化鐵磚塊)，使用金屬碎屑(鐵碎屑)，還原金屬(還原鐵[DRI、HBI])、塊狀化金屬鑛石(塊狀鐵鑛石)，含有氯化金屬的炭材內裝氯化金屬塊成化物及氧化金屬塊成鑛(燒成氧化鐵顆粒、冷結合氧化鐵顆粒、氧化鐵燒結鑛)也可以，或是使用炭材內裝氧化金屬塊成化物、金屬碎屑、還原金屬、塊狀氧化金屬鑛石、炭材內裝氯化金屬塊成物及氧化金屬塊成鑛所成的群所選擇的一種以上也可以。
又，在上述實施形態中，作為炭材內裝氧化金屬塊成化物B，例示僅含有以非揮發性的金屬元素的鐵者，惟除了非揮發性的金屬元素以外，也可以為揮發性的金屬元素，例如含有鋅(Zn)、鉛(Pb)。亦即，作為炭材內裝氧化金屬塊成化物B，可將含有揮發性金屬元素的煉鐵廠粉塵等使用作為氧化金屬原料。揮發性的金屬元素是在爐內被加熱而從炭材內裝氧化金屬塊成化物B被揮發去除，惟利用本發明方法的採用，藉由依二次燃燒燃燒器6所致的燃燒熱就可充分地保持爐上部的高溫度之故，因而確實地可防止在爐上部的再凝縮著被揮發去除的該揮發性金屬元素，而從爐所排出的排氣有效率地可回收該揮發性金屬元素。
又，在本案專利說明書中，揮發性金屬元素是指金屬單體或其鹽等的化合物的一氣壓的融點為1100℃以下的金屬元素。作為金屬單體可例舉鋅、鉛等。作為揮發性金屬元素的化合物可例舉氯化鈉、氯化鉀等。揮發性金屬元素的化合物中的揮發性金屬是在電爐(例如電弧爐、潛弧爐)被還原成金屬，而在爐內以氣體狀態存在著其一部分或全部。又，揮發性金屬元素的氯化物是在電爐內被加熱，而在爐內以氣體狀態存在著其一部分或全部。一方面，非揮發性金屬元素是指金屬單體或其氧化物等的化合物的一氣壓的融點為超過1100℃的金屬元素。作為金屬單體可例舉鐵、鎳、鈷、鉻、鈦等。作為非揮發性金屬的氧化物可例舉CaO、SiO2 、Al2 O3 等。非揮發性金屬元素的化合物，是作為電爐使用電弧爐或潛弧爐時，藉由在爐內的加熱或還原反應，作為被還原的金屬單體或是未被還原的化合物，在爐內電弧近旁(電弧溫度領域)以氣體狀態下可存在，惟在距電弧遠離處以液體或固體狀態下存在。
又，在上述實施形態中，作為塊狀金屬原料的炭材內裝氧化金屬塊成化物B及作為構成熔融金屬層14的金屬元素僅例示鐵(Fe)，惟除了鐵以外，也可含有鎳、錳、鉻等的非鐵金屬。
又，在上述實施形態中，作為熔融熔渣的鹼度調整手段，例示著將氧化鈣(CaO)源或氧化鎂(MgO)源事先添加於炭材內裝氧化金屬塊成化物B的手段，惟代替此手段或是再添加，將石灰石或白雲石與炭材內裝氧化金屬塊成化物B一起從原料裝入槽4裝入也可以，或是作成從另外所設置的槽與炭材內裝氧化金屬塊成化物B不相同地裝入也可以。
又，在上述實施形態中，作為形成原料填充層12的填充層形成用原料，例示著炭材內裝氧化鐵顆粒，惟使用其他的塊狀金屬原料也可以，或者併用兩種類以上此些也可以。
還有，作為形成原料填充層12的填充層形成用原料，代替或是再添加塊狀金屬原料使用煤炭或焦炭等的炭材也可以。但是，在使用炭材時，其粒度是炭材內裝氧化鐵顆粒B不會潛進到原料填充層12的空隙內的程度地，因應於炭材內裝氧化鐵顆粒B的粒度予以調整較佳。
又，在上述實施形態中，表示將出鑄鐵孔7與出熔渣孔8分別設於相對的側壁的例子，惟兩者都設置於相同側壁側也可以，或是省略出熔渣孔8而僅設置出鑄鐵孔7，而作成從該出鑄鐵孔7排出熔鐵與熔融熔渣也可以。
將本案發明參照詳細或特定的實施態樣加以說明，惟對於熟習該項技術者可明瞭在未超出本案發明的精神與範圍可做各種變更或是修正。本案發明是依據2009年10月8日申請的日本專利申請案(特願2009-234362)以及日本專利申請案(特願2009-234363)者，其內容是在此被納入作為參照。
1‧‧‧爐上部
1’‧‧‧傾斜爐上部
1a‧‧‧上昇部
1b‧‧‧突端部
1c‧‧‧階層部
1d‧‧‧向下斜面
2‧‧‧爐寬的端部
3‧‧‧排氣導管
4‧‧‧原料裝入槽
5‧‧‧電極
6‧‧‧二次燃燒燃燒器
7‧‧‧出鑄鐵口
8‧‧‧出熔渣孔
9、10、11‧‧‧隔間壁
12‧‧‧原料填充層
12a‧‧‧斜面
13‧‧‧塊狀金屬原料層(顆粒層)
14‧‧‧熔融金屬層(熔鐵層)
15‧‧‧熔融熔渣層
16‧‧‧爐底部
16’‧‧‧傾斜爐底部
16a．．．上昇部
17．．．檢查口
18．．．震動發生裝置
18a．．．軸部
18b．．．解碎構件
19．．．斜面狀的斜面
20．．．階段狀的部分
21、21’．．．軸承
A．．．炭材(煤炭)
A’．．．填充層形成用原料(炭材內裝氧化鐵顆粒)
B．．．塊狀金屬原料(炭材內裝氧化金屬塊成化物，炭材內裝氧化鐵顆粒)
C．．．含氧氣體(氧氣)
第1A圖是表示本發明的實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的縱斷面圖。
第1B圖是表示本發明的實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的俯視圖。
第1C圖是表示本發明的實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的局部水平斷面圖。
第2A圖是表示本發明的其他實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的縱斷面圖。
第2B圖是表示本發明的其他實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的俯視圖。
第3A圖是表示本發明的實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的縱斷面圖。
第3B圖是表示本發明的實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的局部水平斷面圖。
第4A圖是表示本發明的其他實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的局部立體圖。
第4B圖是表示本發明的其他實施形態的熔融金屬製造裝置的概略構成的俯視圖。
第5A圖是表示先行發明的熔融金屬製造裝置的概略構成的斷面圖。
第5B圖是表示先行發明的熔融金屬製造裝置的概略構成的俯視圖。
1．．．爐上部
1’．．．傾斜爐上部
1a．．．上昇部
1b．．．突端部
1c．．．階層部
2．．．爐寬的端部
3．．．排氣導管
4．．．原料裝入槽
5．．．電極
6．．．二次燃燒燃燒器
12．．．原料填充層
12a．．．斜面
13．．．塊狀金屬原料層(顆粒層)
14．．．熔融金屬層(熔鐵層)
15．．．熔融熔渣層
16．．．爐底部
18．．．震動發生裝置
18a．．．軸部
18b．．．解碎構件
B．．．塊狀金屬原料(炭材內裝氧化金屬塊成化物，炭材內裝氧化鐵顆粒)
C．．．含氧氣體(氧氣)

Claims (20)

  1. 一種熔融金屬製造裝置，於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連接有排氣導管與原料裝入槽，而且，上述原料裝入槽是設於爐寬方向的一端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的另一端部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從上述原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從上述爐寬方向的一端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從上述原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉著依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予以下降，一面從上述二次燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉著其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層而藉著使之還原來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵為：上述爐上部，為從上述爐寬方向的一端部朝著上述爐 寬方向的另一端部作為全體具備成為向下坡度的部分的傾斜爐上部。
  2. 一種熔融金屬製造裝置，於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連接有排氣導管與原料裝入槽，而且，原料裝入槽是分別設置於爐寬方向的兩端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的中央部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從設置於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從該爐寬方向兩端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從設於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉由依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予以下降，一面從上述二次燃燒燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉由其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵 為：上述爐上部，為從上述爐寬方向的兩端部朝著上述爐寬方向的中央部作為全體具備成為向下坡度的部分的傾斜爐上部。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述傾斜爐上部為斜面狀。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述傾斜爐上部為階段狀。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔融金屬製造裝置，其中，將上述傾斜爐上部的傾斜角度作為[上述塊狀金屬原料的崩潰角-15°]以上[上述塊狀金屬原料的靜止安息角+15°]以下的範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述電加熱手段為從上述爐上部被插入至爐內的電極，且上述二次燃燒燃燒器安裝於上述傾斜爐上部的角度，為從該二次燃燒燃燒器所吹進的含氧氣體的流動會從上述電極遠離的角度。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述二次燃燒燃燒器的氣體吹進部的構造，為藉由該 二次燃燒燃燒器所吹進的含氧氣體成為旋轉於該二次燃燒燃燒器的軸周圍的旋轉流的方式所構成。
  8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔融金屬製造裝置，其中，於上述定置式非傾動型電爐的爐底部與上述塊狀金屬原料層的表面之間的爐內，設置機械式地解決該塊狀金屬原料層的跨接所用的震動發生裝置。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述震動發生裝置是由具有沿著爐長度方向的旋轉軸的軸部，及突設於其表面的解碎構件所構成者。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述震動發生裝置是於上述旋轉軸周圍，僅朝著下降上述塊狀金屬原料層的方向旋轉者，或是朝著下降上述塊狀金屬原料層的方向與其相反方向交互地旋轉者。
  11. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的熔融金屬製造裝置，其中，作為上述塊狀金屬原料，由炭材內裝氧化金屬塊成化物、金屬碎屑、還原金屬、氧化金屬塊擴石、炭材內裝氯化金屬塊成化物及氧化金屬塊成擴所成的群所選擇的一種以上。
  12. 一種熔融金屬製造裝置，於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連 接有排氣導管與原料裝入槽，而且，上述原料裝入槽是設於爐寬方向的一端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的另一端部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從上述原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從上述爐寬方向的一端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從上述原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉著依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予以下降，一面從上述二次燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉著其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層而藉著使之還原來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵為：上述定置式非傾動型電爐的爐底部，為從上述爐寬方向的一端部朝著上述爐寬方向的另一端部作為全體具備成為向下坡度的部分的傾斜爐底部。
  13. 一種熔融金屬製造裝置， 於具有電加熱手段的定置式非傾動型電爐的爐上部連接有排氣導管與原料裝入槽，而且，原料裝入槽是分別設置於爐寬方向的兩端部，一方面，上述電加熱手段是設置成以該電加熱手段被加熱的電加熱領域存在於爐寬方向的中央部，而且於爐上部設有二次燃燒燃燒器，從設置於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽事先將炭材及/或塊狀金屬原料裝入所定量於爐內，而形成從該爐寬方向兩端部朝著上述電加熱領域具有向下坡度的斜面的原料填充層，接著，從設於上述爐寬方向的兩端部的原料裝入槽連續地或間歇地裝入塊狀金屬原料，而在上述原料填充層的斜面上形成塊狀金屬原料層，然後，以上述電加熱手段進行電加熱，藉由依次熔融上述塊狀金屬原料層的下端部近旁的塊狀金屬原料，於爐內形成熔融金屬層與熔融熔渣層，而且一面將上述塊狀金屬原料層沿著上述原料填充層的斜面予以下降，一面從上述二次燃燒燃燒器吹進含氧氣體至比上述塊狀金屬原料層還要上方的爐內空間部，俾燃燒從上述塊狀金屬原料層所發生的含有一氧化碳氣體，藉由其放射熱來加熱上述塊狀金屬原料層來製造熔融金屬的熔融金屬製造裝置，其特徵為：上述定置式非傾動型電爐爐底部，為從上述爐寬方向的兩端部朝著上述爐寬方向的中央部作為全體具備成為向 下坡度的部分的傾斜爐底部。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述傾斜爐底部為斜面狀。
  15. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述傾斜爐底部為階段狀。
  16. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的熔融金屬製造裝置，其中，將上述傾斜爐底部的傾斜角度作為[上述塊狀金屬原料的崩潰角-25°]以上[上述塊狀金屬原料的靜止安息角+5°]以下的範圍內。
  17. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的熔融金屬製造裝置，其中，於上述傾斜爐底部與上述塊狀金屬原料層的表面之間的爐內，設置機械式地解決該塊狀金屬原料層的跨接所用的震動發生裝置。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述震動發生裝置是由具有沿著爐長度方向的旋轉軸的軸部，及突設於其表面的解碎構件所構成者。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述震動發生裝置是於上述旋轉軸周圍，僅朝著下降 上述塊狀金屬原料層的方向旋轉者，或是朝著下降上述塊狀金屬原料層的方向與其相反方向交互地旋轉者。
  20. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的熔融金屬製造裝置，其中，上述傾斜爐底部是朝著爐長度方向交互地存在著斜面狀部分與階段狀部分的方式所形成，且作為該爐底部的全體於成為向下坡度的部分與上述塊狀金屬原料層的表面之間的爐內，至少於爐長度方向設置機械式地解決該塊狀金屬原料層的跨接所用的複數台震動發生裝置，該震動發生裝置是由具有沿著爐長度方向的旋轉軸的軸部，及突設於其表面的解碎構件所構成，上述軸部是至少其一端部以配置於上述傾斜爐底部的斜面狀的部分的下方爐外側的軸承所支撐，而且突設上述解碎構件的部位為配置於上述傾斜爐底部的階段狀的部分之上方爐內側。
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