TWI735668B - 熔解、精鍊爐的操作方法及熔解、精鍊爐 - Google Patents

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清野尚樹
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Abstract

本發明提供一種熔解、精鍊爐的操作方法，其課題在於在利用氧燃燒器/噴槍進行之冷鐵源之熔解、精鍊爐的操作或精鍊之際使其效率提升，該爐係具備：以貫通爐壁之方式設置之貫通孔；設置在貫通孔之一個以上的燃燒器；以及設置在被設置於比前述燃燒器用之貫通孔更上部之處之助燃性流體供給孔的一個以上之噴槍；在該爐中，於熔解步驟中，係在從爐之容積算出氧之導入量的範圍內進行操作。

Description

熔解、精鍊爐的操作方法及熔解、精鍊爐
本發明係關於一種利用氧燃燒器與噴槍進行之冷鐵源之熔解、精鍊爐之操作方法及熔解、精鍊爐。
使包含氧之助燃性流體(氧、空氣、富氧化空氣等)與燃料燃燒以加熱被加熱物之燃燒器係利用在各式各樣之生產程序中。例如，在電氣爐中之製鋼程序中，於將鐵屑等原料在電氣爐內加熱並使之熔融之際，會有在原料產生所謂冷點(cold spot)的低溫部位，且原料在該部分中難以熔融之情事。在該情形下，藉由併用專利文獻1所揭示之燃燒器，可提升原料之加熱效率，且減低原料熔融用之電力使用量，並且可減低熔融成本。
再者，還可藉由助燃性流體而使原料之一部分氧化、熔融以促進其切斷，而更加提升對於原料之加熱效率。並且，還可藉由助燃性流體之供給，而促進未燃燒流體(一氧化碳等)之燃燒。
例如，在專利文獻2中，揭示有一種為了提升藉由助燃性流體所進行之二次燃燒時的加熱效率，而 利用已預先預熱成高溫之氧氣的發明。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特許4050195號公報
專利文獻2：日本特開2000-337776號公報
在這樣的操作中，由於藉由燃燒器進行之原料的輔助熔融係以減少熔融成本為目的，因此會儘可能減少噴入至電氣爐內之助燃性流體的消耗量，且亦期望抑制原料的過氧化以提升良率。本發明係鑑於上述情事而研創者，其目的為在利用燃燒器與噴槍進行之冷鐵源之熔解、精鍊爐的操作、或精鍊之際使其效率提升。
用以解決上述課題之本發明的熔解、精鍊方法係利用電氣爐來對冷鐵源進行熔解精鍊之方法，該方法具備：熔解步驟，係包含：第1步驟，從前述電氣爐之上部投入冷鐵源；第2步驟，對設置在電氣爐之中心部的電極通電而使冷鐵源進行主熔解；第3步驟，藉由設置在電氣爐之爐壁的燃燒器而將冷鐵源予以輔助熔解；及第4步驟，從設置在被設置於比前述燃燒器更上部之前述爐壁之助燃性流體噴出孔的噴槍，使助燃性流體(例如氧、或至少 含有氧之助燃性流體)朝比水平方向更下方處噴出，且使該助燃性流體和在前述冷鐵源之熔解時產生的一氧化碳、氫、或一氧化碳與氫之混合物產生反應；以及精鍊步驟，係將氧導入至藉由前述冷鐵源之熔解所產生之熔鑛中而去除雜質；前述第4步驟係與第3步驟之開始同時開始或在該第3步驟之開始後立刻開始且隨著精鍊步驟之開始而結束，將前述爐之容積V(m3)與要導入之氧量Q(Nm3/h)的關係設定在V/Q=0.1至0.8之範圍。
再者，本發明之熔解、精鍊爐係一種冷鐵源之熔解、精鍊爐，且為用以實施上述熔解精鍊方法之爐，前述爐係在上部具有用以導入冷鐵源之開口部的電氣爐，該電氣爐係具有：在其中心部用以使冷鐵源熔解之電極；在其爐壁用以將冷鐵源予以輔助熔解之燃燒器；在前述爐壁於比前述燃燒器更上部之位置用以將氧導入的噴槍；以及用以將一定量之氧供給至前述噴槍之氧流量調整機構；並且前述燃燒器及前述噴槍之安裝於前述爐壁的安裝位置係滿足以下之條件：從熔融金屬面至燃燒器前端部為止之距離L1<從熔融金屬面至噴槍前端部為止之距離L2；燃燒器之中心軸與水平面所成之角度α≧噴槍之中心軸與水平面所成之角度β；燃燒器之中心軸與水平面所成之角度α>0°；噴槍之中心軸與水平面所成之角度β≧0°。
在前述冷鐵源之熔解、精鍊爐中，前述氧流量調整機構係具備流量調節閥、流量指示器、壓力計、及壓力調節閥。
依據本發明，在利用燃燒器與噴槍進行之冷鐵源的熔解、精鍊爐之操作或精鍊之際，可從適當正確之位置將適當正確的量之助燃性流體噴入至爐內，且可將助燃性流體之消耗量設定成所需最低限度，因此亦可提升熔解效率。
1‧‧‧熔解、精鍊爐(電氣爐)
2‧‧‧爐體
2A‧‧‧爐壁
2B‧‧‧爐底
3‧‧‧爐蓋
4‧‧‧電極
5‧‧‧燃燒器(燃燒器/噴槍)
5A‧‧‧貫通孔
6‧‧‧噴槍
6A‧‧‧助燃性流體供給孔
10‧‧‧壓力調節閥
11‧‧‧壓力計
12‧‧‧流量指示器
13‧‧‧流量調節閥
18、20‧‧‧助燃性流體供給管
19‧‧‧燃料流體供給管
21‧‧‧回流式水冷護套
第1圖係利用在本發明之熔解、精鍊爐的示意圖。
第2圖係將利用在本發明之熔解、精鍊爐之上蓋予以拆卸並導入冷鐵源時之示意圖。
第3圖係顯示安裝在電氣爐之爐壁的燃燒器與噴槍之配置的示意圖。
第4圖係顯示從電氣爐上部觀看之燃燒器之配置的示意圖。
第5圖係實施形態中之具有噴槍功能之燃燒器(燃燒器/噴槍)的示意圖。
第6圖係從噴槍供給至爐內之氧之流量控制機構的示意圖。
第7圖係顯示來自熔解、精鍊爐的排氣中之一氧化碳及氫之產生量與爐容積V1/導入氧量Q之關係的圖。
第8圖係顯示來自熔解、精鍊爐的排氣中之一氧化碳及氫之產生量與爐容積V2/導入氧量Q之關係的圖。
說明本發明之一實施形態。將利用在本發明之冷鐵源的熔解、精鍊爐顯示在第1圖。第1圖所示之熔解、精鍊爐1(以下亦有稱為電氣爐之情形)係在其中心部具有電極4之電氣爐。電氣爐1係具有圓筒形之爐體2，在上部設置有開口部，且具有閉塞該開口部之爐蓋3。在下部設置有爐底2B。電極4雖依各爐而有1個或3個之情形，但在本實施形態中係顯示電極為1個之情形。
在將冷鐵源投入至電氣爐1內之際，係例如第2圖所示，在抜出電極4並拆下爐蓋3之後，從爐體2上部之開口部投入冷鐵源。
在電氣爐1中，以貫通形成爐體2之爐壁2A的方式設置有貫通孔5A，且在貫通孔5A設置有燃燒器5。在爐壁2A中之比貫通孔5A更上部之處，還以貫通爐壁2A之方式設置有助燃性流體供給孔6A。在助燃性流體供給孔6A中，係為了將助燃性流體(氧、或至少含有氧之助燃性流體)導入至爐內而設置有噴槍6。燃燒器5係從貫通孔5A朝向爐底2B插入並固定，噴槍6係從助燃性流體供給孔6A朝向爐底2B插入並固定。
第3圖係顯示設置在電氣爐1之爐壁2A的燃燒器5與噴槍6之配置的圖。噴槍6之設置於爐壁2A的設置位置係設為比燃燒器5更上部。亦即，在將燃燒器 5之高度位置(燃燒器前端部與熔融金屬面之距離)設為L1，將噴槍6之高度位置(噴槍前端部與熔融金屬面之距離)設定為L2時，以成為L1<L2之方式設置燃燒器5及噴槍6(第3圖之左圖)。在此，熔融金屬面係指在將冷鐵源予以熔解之後，由熔融鋼鐵所形成之熔融金屬的上表面。
當將由燃燒器5之中心軸與水平方向所成之角度設為α時，燃燒器5之設置方向係固定成為90°>α>0°(第3圖中之右圖)。更佳者係設為60°<α<45°。並且，將由噴槍6之中心軸與水平方向所成之角度設為β時，噴槍之設置方向係固定成為α≧β≧0°(第3圖中之右圖)。亦即，來自噴槍6之助燃性流體的噴出方向係設定為與形成有由燃燒器5所產生之火焰的方向相同之角度以上。藉由如上方式設定噴槍6之方向，可利用來自噴槍6之助燃性氣體使令燃燒器5燃燒時之未燃燒氣體(主要為一氧化碳、氫)有效率地燃燒。
第4圖係顯示從電氣爐上部觀看之燃燒器5的配置之圖。第4圖中係顯示設置3個燃燒器5之例。燃燒器5之火焰形成方向係朝向可將爐壁2A與電極4之中央部附近加熱之方向，該爐壁2A與電極4之中央部附近在爐內屬於利用電極4進行之冷鐵源的加熱不充分之場所。再者，為了不對電極4造成損傷，燃燒器5較佳為設置成火焰不會直接接觸到電極4之方向。
將顯示本實施形態中之燃燒器5之構成的剖面示意圖顯示於第5圖中。第5圖中所記載之燃燒器5 係具有噴槍功能之燃燒器(燃燒器/噴槍)。在本實施形態中之氧燃燒器/噴槍5的中央，係設置有供給包含氧之助燃性流體的助燃性流體供給管18，並且在其外周設置有供給燃料流體之燃料流體供給管19，又在其外周以同心圓狀設置有助燃性流體供給管20。在助燃性流體供給管20之外周設置有回流式水冷護套21。
此外，亦可不設置助燃性流體供給管20，而在燃料流體供給管19之外周設置回流式水冷護套21，但在設置有助燃性流體供給管20之情形時，可藉由調整助燃性流體供給管18、20之氧流量比，而進行火焰長度之調整。
助燃性流體供給管18係從基端側18A至前端側18B具備：具有一定之內徑的大徑部18a；內徑比大徑部18a更小之喉部18b；內徑從喉部18b朝前端側18B逐漸地變大之擴展部18c；及具有大致一定之內徑的直動部18d。
如上所述，在本實施形態中之設置有燃燒器/噴槍(燃燒器5)之爐壁2A的上部，係設置有：助燃性流體供給孔6A，用來設置將包含二次燃燒用之氧的助燃性流體導入至爐內之噴槍6。
較佳為：在供給包含氧之助燃性流體的助燃性流體供給孔6A的外周設置回流式水冷護套。只要是在噴槍6之周圍設置水冷護套，無論爐壁為耐火物壁或水冷壁都可進行設置。
在第6圖顯示用以將氧供給至噴槍之氧流量調整機構的構成。氧流量調整機構係從氧供給側起具備壓力調節閥10、壓力計11、流量指示器12、及流量調節閥13。
揭示利用如上述之熔解、精鍊爐1將冷鐵源進行熔解精鍊之方法。
首先，如第2圖所示，從已拆下電極4與爐蓋3之爐體2的上部開口部投入冷鐵源(第1步驟)。接著，使電極4下降至熔解、精鍊爐1之中心部的預定位置，並以爐蓋3覆蓋爐體2之上部。然後，對電極4通電，而將冷鐵源予以熔解(第2步驟)。
當冷鐵源之熔解開始，且熔融金屬開始聚積在爐底2B之後，藉由設置在熔解、精鍊爐1之爐壁2A的複數個燃燒器5將冷鐵源予以輔助熔解(第3步驟)。
然後，與第3步驟之開始同時或在第3步驟之開始後立刻使氧從設置在被設置於爐壁2A之助燃性流體供給孔6A的噴槍6噴出，並且使氧和在冷鐵源之熔解時產生之一氧化碳、氫、或一氧化碳與氫之混合物產生反應(第4步驟)。
從該第1步驟至第4步驟為止係成為熔解步驟。
在此，第4步驟中之來自噴槍6之氧供給量係可由熔解、精鍊爐1之容積來決定。亦即，當熔解、精鍊爐1之容積為V(m3)時，係設為使第4步驟中之氧的導入量Q(Nm3/h)成為在V/Q=0.1至0.8的範圍。在此，爐容積V係指在投入冷鐵源之前的爐體2之內容積。
在熔解步驟中，於冷鐵源大致熔解且熔解之熔融鋼鐵作為熔融金屬而聚積在爐底之後，停止對燃燒器/噴槍(燃燒器5)之燃料供給並切換成噴槍模式，將氧導入至熔融金屬中而將雜質予以去除。此即成為精鍊步驟。
[實施例]
在爐體之內容積為V1(m3)之熔解、精鍊爐中，實施上述之熔解步驟(第1步驟至第4步驟)。在熔解、精鍊爐之排氣出口中設置有排氣分析裝置及排氣流量測定裝置(未圖示)，且設為：在第3步驟中，可在將氧氣從噴槍導入至爐內之際測定排氣中之一氧化碳(CO)與氫(H2)之含有量。
在第3步驟中，利用氧流量調整機構使從噴槍6導入至爐內之氧量Q(Nm3/h)變化，並測定來自熔解、精鍊爐之排氣中的一氧化碳與氫之含有量。將其結果顯示在第7圖。
第7圖之橫軸係V1/Q。縦軸係熔解冷鐵源所得之鐵每1t之一氧化碳與氫(CO、H2)之產生量(Nm3/t)。
當V1/Q為0.1至0.8時，可確認出：會隨著導入之氧量變多而使CO與H2之產生量減少。然而，當V1/Q成為0.8以上時，CO與H2之濃度幾乎不變。亦即，顯現出導入之氧量不足，且得知二次燃燒並未充分地進行。此外，還可確認出：在0.1以下，即便使氧之導入量增加，CO與H2之產生量亦不會有大的變化。
在與上述不同之熔解、精鍊爐(爐體之內容 積V2)中實施相同之試驗。將結果顯示在第8圖。當V2/Q為0.1至0.8時，可觀察到與來自噴槍6之氧導入量對應的一氧化碳與氫之減少效果。亦即，無浪費之氧之適當之導入量係落在V2/Q為0.1至0.8之範圍時。
(產業上之可利用性)
本發明之熔解、精鍊爐的操作方法及熔解、精鍊爐係有利用在電氣爐中之冷鐵源的熔解之可能性。
1‧‧‧熔解、精鍊爐(電氣爐)
2‧‧‧爐體
2A‧‧‧爐壁
2B‧‧‧爐底
3‧‧‧爐蓋
4‧‧‧電極
5‧‧‧燃燒器(燃燒器/噴槍)
5A‧‧‧貫通孔
6‧‧‧噴槍
6A‧‧‧助燃性流體供給孔

Claims (3)

  1. 一種冷鐵源之熔解精鍊方法，係利用熔解、精鍊爐來對冷鐵源進行熔解精鍊之方法，該方法具備：熔解步驟，係包含：第1步驟，從前述熔解、精鍊爐之上部投入前述冷鐵源；第2步驟，對設置在前述熔解、精鍊爐之中心部的電極通電而使前述冷鐵源進行主熔解；第3步驟，藉由設置在前述熔解、精鍊爐之爐壁的燃燒器而將前述冷鐵源予以輔助熔解；及第4步驟，使用噴槍，從設置在比前述燃燒器更上部之前述爐壁之助燃性流體噴出孔，使助燃性流體朝比水平方向更下方處噴出，且使該助燃性流體和在前述冷鐵源之熔解時產生的一氧化碳、氫、或一氧化碳與氫之混合物產生反應；以及精鍊步驟，係將氧導入至藉由前述冷鐵源之熔解所產生之熔礦中而去除雜質；前述第4步驟係與第3步驟之開始同時開始或在該第3步驟之開始後立刻開始，且隨著前述精鍊步驟之開始而結束，當前述熔解、精鍊爐之爐體容積為V(m3)時，係將前述第4步驟中之前述助燃性流體為氧時之氧導入量Q(Nm3/h)設定在V/Q=0.1至0.8之範圍。
  2. 一種冷鐵源之熔解、精鍊爐，係用以進行冷鐵源之熔解、精鍊的熔解、精鍊爐，前述熔解、精鍊爐係在上部具有用以導入前述冷鐵源之開口部的電氣爐， 該電氣爐係具有：在其中心部用以使前述冷鐵源熔解之電極；在其爐壁用以將前述冷鐵源予以輔助熔解之燃燒器；在前述爐壁於比前述燃燒器更上部之位置用以將氧導入的噴槍；以及用以將一定量之氧供給至前述噴槍之氧流量調整機構；並且前述燃燒器及前述噴槍之安裝於前述爐壁的安裝位置係滿足以下之條件：從熔融金屬面至前述燃燒器之前端部為止之距離L1<從前述熔融金屬面至前述噴槍之前端部為止之距離L2；前述燃燒器之中心軸與水平面所成之角度α≧前述噴槍之中心軸與水平面所成之角度β；前述燃燒器之前述中心軸與水平面所成之角度α為90°>α>0°；前述噴槍之前述中心軸與水平面所成之角度β≧0°。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之冷鐵源之熔解、精鍊爐，其中，前述氧流量調整機構係具備流量調節閥、流量指示器、壓力計、及壓力調節閥。
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