WO2011043472A1 - 溶融金属製造装置 - Google Patents

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WO2011043472A1
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metal
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理彦 鉄本
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株式会社神戸製鋼所
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D7/00—Forming, maintaining, or circulating atmospheres in heating chambers
    • F27D7/02—Supplying steam, vapour, gases, or liquids

Definitions

  • the present invention relates to an improvement of a molten metal production apparatus for producing a molten metal by reducing and melting a bulk metal raw material such as a carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate directly in an electric heating and melting furnace without preliminary reduction.
  • the carbonized metal oxide agglomerates are pre-reduced in a rotary hearth furnace to form a solid reduced metal, which is then used as an arc furnace or submerged arc furnace.
  • Various molten metal manufacturing processes for obtaining molten metal by melting in an electric furnace such as the above have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4).
  • the conventional process requires a configuration consisting of two steps of a preliminary reduction step using a rotary hearth furnace and a melting step using a melting furnace.
  • a means for transferring the solid reduced metal from the rotary hearth furnace to the melting furnace is required, and the exhaust gas treatment system also requires two systems, the rotary hearth furnace and the melting furnace.
  • the heat loss is large and the energy intensity cannot be sufficiently reduced.
  • the molten metal production apparatus has the raw material charging chutes 4 and 4 at both ends 2 and 2 in the furnace width direction and the electrode 5 at the center in the furnace width direction.
  • a stationary non-tilting electric heating furnace in which a secondary combustion burner 6 is installed in a flat furnace upper part 1, but here an arc furnace is used, and the carbon material A is charged in advance from the chutes 4 and 4 to form the electrode 5.
  • a charcoal packed bed (corresponding to the “raw material packed bed” of the present invention) 12 having a downward slope facing downward is formed, and then the charcoal packed metal oxide agglomerate B is charged and the charcoal packed bed 12 is charged.
  • An agglomerate layer (corresponding to the “bulk metal raw material layer” of the present invention) 13 is formed on the slope, and then the electrode 5 is subjected to arc heating to sequentially melt the lower end of the agglomerate layer 13 into the furnace.
  • the molten metal layer 14 and the molten slag layer 15 are formed, and the agglomerate layer 13 is filled with carbonaceous material.
  • the CO-containing gas generated from the agglomerate layer 13 is combusted by the oxygen-containing gas C blown from the secondary combustion burner 6 while being lowered along the 12 slope, and the agglomerate layer 13 is heated by the radiant heat. It is characterized by doing.
  • the CO-containing gas generated from the agglomerate layer is moved to the secondary combustion burner while moving the agglomerate layer toward the electrode along the slope of the raw material packed layer formed in the furnace. It burns with the oxygen-containing gas blown from, heats the agglomerate layer itself with its radiant heat, preliminarily reduces, and this prereduced agglomerate layer is reduced and melted by arc heating near the electrode to melt Since it is made of metal, molten metal can be obtained directly from the carbonized metal oxide agglomerate in a single process, and both the equipment cost and the energy intensity can be greatly reduced compared to the conventional method.
  • the molten metal production apparatus according to the invention of the prior application is in a mixed state of the CO-containing gas generated in the furnace and the oxygen-containing gas C blown from the secondary combustion burner 6 installed in the planar furnace upper part 1.
  • the introduction of the oxygen-containing gas C from the end 2 in the furnace width direction was difficult due to the presence of the carbon material packed bed 12.
  • the introduction of the oxygen-containing gas C from the end portion in the longitudinal direction of the furnace is possible because it can be blown away while avoiding the carbon material packed bed 12, but it is difficult to spread the oxygen-containing gas C throughout the longitudinal direction of the furnace. Therefore, there is a problem that the secondary combustion efficiency is lowered.
  • the agglomerates were sintered or fused in the furnace.
  • the agglomerate layer was suspended from the shelves and the smooth descent was hindered, and the agglomerate could not be properly heated, reduced, and dissolved, and there was a concern that the performance of the apparatus would deteriorate.
  • the above-mentioned agglomerate layer shelf suspends it is difficult for the molten metal production apparatus according to the invention of the prior application to take mechanical means to forcibly eliminate this.
  • the present invention is an apparatus for producing a molten metal by reducing and melting a bulk metal raw material such as a carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate directly in an electric heating melting furnace without preliminary reduction. It aims at providing the molten metal manufacturing apparatus which can improve combustion efficiency further.
  • an exhaust gas duct and a raw material charging chute are connected to an upper portion of a stationary non-tilting electric furnace having electric heating means, and the raw material charging chute is at one end in the furnace width direction.
  • the electric heating means is installed such that an electric heating region heated by the electric heating means exists at the other end in the furnace width direction, and a secondary combustion burner is provided at the upper part of the furnace. It is installed and has a slope with a downward slope from one end portion in the furnace width direction toward the electric heating region, with a predetermined amount of carbonaceous material and / or massive metal raw material being charged into the furnace from the raw material charging chute in advance.
  • a raw material packed layer has been formed, and then a bulk metal raw material is charged continuously or intermittently from the raw material charging chute to form a bulk metal raw material layer on the slope of the raw material packed layer, and then Electric heating by the electric heating means
  • the molten metal material near the lower end of the massive metal material layer is sequentially melted to form a molten metal layer and a molten slag layer in the furnace, and the massive metal material layer is While descending along the slope, an oxygen-containing gas is blown from the secondary combustion burner into the space in the furnace above the massive metal material layer to burn the CO-containing gas generated from the massive metal material layer,
  • a molten metal production apparatus for producing a molten metal by heating and reducing the massive metal raw material layer by radiant heat, wherein the furnace upper portion extends from one end portion in the furnace width direction to the other end portion in the furnace width direction.
  • a molten metal production apparatus comprising an upper portion of an inclined furnace which is a part having a downward slope as a whole.
  • a part that is downwardly inclined as a whole means that the part can be a part that is not downwardly inclined, such as a horizontal part or a vertical part when viewed locally, and that these parts are averaged as a whole. From a technical perspective, this means a downward slope (the same applies hereinafter).
  • an exhaust gas duct and a raw material charging chute are connected to an upper portion of a stationary non-tilting electric furnace having electric heating means, and the raw material charging chute is provided at both end portions in the furnace width direction.
  • the electric heating means is installed so that the electric heating area heated by the electric heating means exists in the center of the furnace width direction, and a secondary combustion burner is installed in the upper part of the furnace.
  • a predetermined amount of carbonaceous material and / or massive metal raw material is charged into the furnace from the raw material charging chutes installed at both ends in the furnace width direction, and the electric heating region is supplied from both ends in the furnace width direction.
  • a metal raw material layer is formed and then electrically heated by the electric heating means to sequentially melt the massive metal raw material in the vicinity of the lower end of the massive metal raw material layer, so that the molten metal layer and the molten slag are contained in the furnace.
  • a molten metal production apparatus for producing a molten metal by combusting a CO-containing gas generated from the massive metal raw material layer and heating the massive metal raw material layer with its radiant heat, wherein the upper part of the furnace is the furnace
  • An apparatus for producing molten metal comprising an inclined furnace upper portion, which is a part having a downward gradient as a whole from both ends in the width direction toward the center in the furnace width direction.
  • the upper part of the inclined furnace may be inclined.
  • the upper part of the tilt furnace may be stepped.
  • the tilt angle of the upper part of the tilt furnace may be in a range of [collapse angle of the massive metal material ⁇ 15 °] or more and [static repose angle of the massive metal material + 15 °] or less.
  • the electric heating means is an electrode inserted into the furnace from the furnace upper part, and the angle of attachment of the secondary combustion burner to the furnace upper part is an oxygen-containing gas blown from the secondary combustion burner The angle may be such that the current flows away from the electrode.
  • the gas blowing portion of the secondary combustion burner may be configured such that the oxygen-containing gas blown by the secondary combustion burner becomes a swirling flow swirling around the axis of the secondary combustion burner.
  • the lump metal raw material is one or more selected from the group consisting of carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerates, metal scrap, reduced metal, metal oxide agglomerate, carbonaceous material-incorporated metal chloride agglomerates, and metal oxide agglomerated minerals. It may be.
  • an exhaust gas duct and a raw material charging chute are connected to the upper part of a stationary non-tilting electric furnace having electric heating means, and the raw material charging chute is at one end in the furnace width direction.
  • the electric heating means is installed such that an electric heating region heated by the electric heating means exists at the other end in the furnace width direction, and a secondary combustion burner is provided at the upper part of the furnace. It is installed and has a slope with a downward slope from one end portion in the furnace width direction toward the electric heating region, with a predetermined amount of carbonaceous material and / or massive metal raw material being charged into the furnace from the raw material charging chute in advance.
  • a raw material packed layer has been formed, and then a bulk metal raw material is charged continuously or intermittently from the raw material charging chute to form a bulk metal raw material layer on the slope of the raw material packed layer, and then Electric heating by the electric heating means
  • the molten metal material near the lower end of the massive metal material layer is sequentially melted to form a molten metal layer and a molten slag layer in the furnace, and the massive metal material layer is While descending along the slope, an oxygen-containing gas is blown from the secondary combustion burner into the space in the furnace above the massive metal material layer to burn the CO-containing gas generated from the massive metal material layer,
  • a molten metal production apparatus comprising an inclined furnace bottom portion that is a part having a downward gradient as a whole toward the other end portion in the furnace width direction.
  • a part that is downwardly inclined as a whole means that the part can be a part that is not downwardly inclined, such as a horizontal part or a vertical part when viewed locally, and that these parts are averaged as a whole. From a technical perspective, this means a downward slope (the same applies hereinafter).
  • an exhaust gas duct and a raw material charging chute are connected to the upper part of a stationary non-tilting electric furnace having an electric heating means, and the raw material charging chute has both end portions in the furnace width direction.
  • the electric heating means is installed so that the electric heating area heated by the electric heating means exists in the center of the furnace width direction, and a secondary combustion burner is installed in the upper part of the furnace.
  • a predetermined amount of carbonaceous material and / or massive metal raw material is charged into the furnace from the raw material charging chutes installed at both ends in the furnace width direction, and the electric heating region is supplied from both ends in the furnace width direction.
  • a metal raw material layer is formed and then electrically heated by the electric heating means to sequentially melt the massive metal raw material in the vicinity of the lower end of the massive metal raw material layer, so that the molten metal layer and the molten slag are contained in the furnace.
  • a molten metal production apparatus for producing a molten metal by combusting a CO-containing gas generated from the massive metal raw material layer and heating the massive metal raw material layer with its radiant heat, wherein the stationary non-tilt electric
  • An apparatus for producing molten metal characterized in that a furnace bottom portion of the furnace includes a tilted furnace bottom portion that is a part having a downward slope as a whole from both end portions in the furnace width direction toward the center portion in the furnace width direction. Subjected to.
  • the inclined furnace bottom may be inclined.
  • the inclined furnace bottom may be stepped.
  • the tilt angle of the bottom of the tilt furnace may be in a range of [collapse angle of the massive metal material ⁇ 25 °] or more and [static repose angle of the massive metal material + 5 °] or less.
  • a shock generator for mechanically eliminating the hanging of the massive metal raw material layer may be provided.
  • the shock generating device may be composed of a shaft portion having a rotation axis along the furnace longitudinal direction and a crushing member projecting on the surface thereof.
  • the shock generator rotates around the rotation axis only in the direction in which the massive metal raw material layer is lowered, or alternately rotates in the direction in which the massive metal raw material layer is lowered and in the opposite direction. May be.
  • the inclined furnace bottom is formed such that inclined portions and stepped portions alternately exist in the furnace longitudinal direction, and between the inclined furnace bottom and the surface of the massive metal raw material layer.
  • a plurality of shock generators are provided at least in the furnace longitudinal direction for mechanically eliminating the hanging of the bulk metal raw material layer, and the shock generator is a shaft having a rotation axis along the furnace longitudinal direction.
  • a crushing member projecting on the surface thereof, and the shaft portion is supported by a bearing at least one end portion of which is disposed on the outer side of the lower portion of the inclined portion of the inclined furnace bottom,
  • part which provided the said crushing member may be arrange
  • the upper part of the furnace is formed so as to have a part that becomes a downward gradient as a whole from the end in the furnace width direction toward the electric heating means, so that the space in the furnace above the bulk metal raw material layer (
  • the mixing of the CO-containing gas generated in the furnace and the oxygen-containing gas blown from the secondary combustion burner installed in the upper part of the furnace is promoted. Combustion efficiency is improved and energy efficiency of the entire process is improved.
  • the upper part of the furnace when the upper part of the furnace is viewed from the electrode side, it is formed so as to have a portion that rises as a whole toward the end in the furnace width direction.
  • the oxygen-containing gas blown from the secondary combustion burner can easily flow in the direction opposite to the electrode without providing a partition wall between the secondary combustion burner and the electrode, and the consumption of the electrode can be suppressed.
  • the present invention as a whole, there is a portion that has a downward slope from one end portion in the furnace width direction toward the other end portion in the furnace width direction where the electric heating means exists or the central portion in the furnace width direction.
  • an electric furnace of a stationary non-tilting electric furnace (hereinafter also simply referred to as “furnace”) is an arc furnace having a substantially rectangular horizontal cross section.
  • the furnace upper part 1 has a portion (inclined furnace upper part) 1 ′ that is inclined downward from the end part 2 in the furnace width direction toward the center part in the furnace width direction.
  • a furnace in which the inclined furnace upper portion 1 ′ is formed in a staircase shape (in this example, a broken line portion connecting the points PQRS) will be described.
  • An exhaust gas duct 3 and a plurality of raw material charging chutes 4 are connected to the furnace upper part (furnace upper part 1 in this example), and the furnace upper part 1 is used as an electric heating means (heater) in the furnace.
  • a plurality of electrodes 5 are inserted therethrough.
  • the raw material charging chute 4 is installed at both ends 2 and 2 in the furnace width direction, while the electrode 5 is installed at the center in the furnace width direction.
  • a plurality of secondary combustion burners 6 are provided on the rising portion 1 a of the stepped portion of the furnace upper portion 1.
  • the exhaust gas duct 3 is preferably installed closer to the raw material charging chute 4 than the electrode 5. This is to prevent the oxidizing exhaust gas after the secondary combustion from flowing toward the electrode 5 and damaging the electrode 5.
  • the furnace upper part 1 when the furnace upper part 1 is viewed from the electrode 5 side, that is, the center part side in the furnace width direction, the part ascending as a whole toward the end part 2 in the furnace width direction (inclined furnace upper part) 1 ′ As a result, the oxidizing exhaust gas after the secondary combustion is formed between the inclined furnace upper portion 1 ′ and the massive metal raw material layer 13 and is directed to the end portion 2 in the furnace width direction. As a result, it flows to the exhaust gas duct 3 through a space part (free space) with an upward slope. Therefore, contact between the exhaust gas and the electrode 5 is more reliably prevented, and wear of the electrode 5 is suppressed.
  • FIGS. 5A and 5B in order to prevent the waste gas after secondary combustion from short-circuiting to the exhaust gas duct 3, and to secure a sufficient amount of radiant heat transfer to the massive metal raw material layer 13, it is shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the upper furnace portion 1 ′ can be brought closer to the surface of the massive metal raw material layer 13 by providing the inclined upper furnace portion 1 ′.
  • the exhaust gas after the secondary combustion passes near the surface of the massive metal material layer 13 and a sufficient amount of radiant heat transfer to the massive metal material layer 13 can be secured, so that the installation of the partition wall 10 can be omitted. it can.
  • the inclination angle of the upper portion 1 ′ of the inclined furnace is preferably as close as possible to the inclination angle of the surface of the massive metal raw material layer 13.
  • the inclination angle of the upper portion 1 'of the inclined furnace is [the collapse angle of the massive metal raw material B ⁇ It is preferably within the range of 15 ° (more -10 °, particularly -5 °)] or more and [the rest angle of repose of the bulk metal raw material B + 15 ° (more + 10 °, especially + 5 °)] or less.
  • the inclination angle of the staircase-shaped inclined furnace upper portion 1 ' is defined by the inclination angle ( ⁇ in FIG. 1A) of a straight line connecting the furnace inner end portions (1b and 1b in FIG. 1A) of each step of the staircase. Shall be.
  • the oxygen-containing gas C blown from the secondary combustion burner 6 and the CO-containing gas generated from the massive metal raw material layer 13 are turbulent due to the step shape of the upper portion of the inclined furnace 1, so that mixing of these gases is not performed. Further promoted.
  • the attachment angle of the secondary combustion burner 6 to the upper portion 1 ′ of the inclined furnace is preferably an angle at which the flow of the oxygen-containing gas C blown from the secondary combustion burner 6 moves away from the electrode 5. Thereby, it can further suppress that the exhaust gas after secondary combustion contacts the electrode 5.
  • the direction in which the oxygen-containing gas C is blown from the secondary combustion burner 6 is preferably adjusted within a range of 10 ° to 135 ° on the opposite side of the electrode 5 with the vertical downward direction being the reference (0 °). If it is less than 10 °, the flow toward the electrode 5 cannot be sufficiently suppressed, and if it exceeds 135 °, there is a high possibility that the lining refractory of the step portion 1c in the stepped portion is damaged.
  • the angle is more preferably 30 ° to 120 °, and particularly preferably 45 ° to 105 °.
  • the secondary combustion burner 6 is attached at a right angle to the rising portion 1a of the stepped portion, so that the oxygen-containing gas C is blown in the direction opposite to the electrode 5 (90 ° with respect to the vertical downward direction as a reference). Direction).
  • the structure of the gas blowing portion of the secondary combustion burner 6 is configured such that the oxygen-containing gas C blown by the secondary combustion burner 6 becomes a swirl flow swirling around the axis of the secondary combustion burner 6. It is preferable to do this. Thereby, the secondary combustion of CO containing gas is further accelerated
  • the secondary combustion burner 6 that can obtain a swirling flow around the burner axis, for example, a swirl nozzle type burner having a plurality of blowout holes eccentric in the ejection direction, a burner having a spiral groove at the tip, or the like is used. Can do.
  • shock generator 18 is provided in the furnace between the furnace bottom 16 of the electric furnace and the surface of the massive metal material layer 13 to mechanically eliminate the shelf hanging of the massive metal material layer 13.
  • shock generating device refers to a device that applies external force to the massive metal raw material layer 13 continuously or intermittently.
  • the shock generator 18 includes, for example, a shaft portion 18a having a rotating shaft along the longitudinal direction of the furnace and a plurality of crushing members 18b protruding on the surface thereof (Midrex method direct reduction shaft furnace furnace. It is possible to use a barden feeder that is installed inside and used for preventing shelves of reduced iron from being suspended. And it can prevent that shelf hanging generate
  • the shock generator 18 approximated to the above-mentioned Baden feeder has a direction in which the massive metal raw material layer 13 is lowered around its rotational axis (normal). It is only necessary to appropriately select one that rotates only in the direction), or one that rotates alternately in the direction in which the massive metal raw material layer 13 is lowered (forward direction) and the opposite direction.
  • the former places importance on transport, and the latter places importance on crushing.
  • the raw material charging chute 4 is not provided on the furnace side wall in the furnace longitudinal direction perpendicular to the furnace width direction (that is, the raw material packed layer 12 is not formed in the furnace). It is preferable to provide the tap hole 7 and the tap hole 8 on the furnace side wall on the longitudinal side. This is for facilitating the hole opening operation at the time of tapping.
  • a well-known heat exchanger (not shown) may be installed on the downstream side of the exhaust gas duct 3, whereby the sensible heat of the high temperature exhaust gas discharged from the furnace is recovered, for example, the secondary combustion burner 6. It can be effectively used as energy for preheating oxygen-containing gas C blown from, generating electric power for arc, drying pellet B, and the like.
  • the electrode 5 for example, a three-phase AC type that is excellent in thermal efficiency and is commonly used in an arc electric furnace for steelmaking is recommended. And, for example, it is recommended to adopt a configuration in which six electrodes are made from three sets of single-phase electrodes formed by combinations of two phases of three-phase electrodes.
  • the electrode 5 is subjected to a melting operation while its tip is positioned (immersed) in the bulk metal raw material layer 13 or the molten slag layer 15.
  • the effects of radiant heating and resistance heating by the arc can coexist, melting can be further promoted, and damage to the inner surface of the furnace wall not protected by the raw material packed bed 12 can be suppressed. .
  • coal is used as a packed bed forming raw material for forming a raw material packed bed in the furnace, and a carbon material internal oxidized metal agglomerated metal oxide is used as a bulk metal raw material laminated on the raw material packed bed. Only iron pellets are used.
  • a predetermined amount of coal A is charged into the furnace as a raw material for forming a packed bed from the raw material charging chutes 4 and 4 installed at both ends 2 and 2 in the furnace width direction.
  • the raw material packed bed 12 is formed of coal A.
  • the particle size of the coal A may be adjusted according to the particle size of the carbonaceous material-containing iron oxide pellets B so that the carbonaceous material-containing iron oxide pellets B described later do not sink into the voids of the raw material packed bed 12.
  • carbonaceous iron-incorporated iron oxide pellets (hereinafter simply referred to as “carbonized iron-incorporated metal oxide agglomerates” from the raw material charging chutes 4 and 4 installed at both ends 2 and 2 in the furnace width direction as a bulk metal raw material. Also referred to as “pellet.”) Only B is charged continuously or intermittently. And the pellet layer 13 as a lump metal raw material layer is formed on the slope 12a of the raw material filling layer 12.
  • the blending amount of the interior carbon material in the pellet B may be determined by adding the target C concentration of molten iron to the theoretical C amount necessary for reducing iron oxide to metallic iron.
  • the pellet B is preferably dried in advance so as not to burst (bursting) when entering the furnace interior.
  • the height of the electrode 5 is preferably adjusted in advance so that the lower end of the electrode 5 is immersed in the pellet layer 13.
  • the electrode is energized and subjected to arc heating, whereby the pellet B in the vicinity of the lower end of the pellet layer 13 is rapidly heated and sequentially reduced and melted, and separated into molten iron and molten slag as molten metal,
  • the molten iron layer 14 and the molten slag layer 15 are formed in the lower part.
  • a CaO source such as limestone or dolomite or an MgO source in advance to the pellet B.
  • the pellet layer 13 itself moves toward the lower end portion of the electrode 5 along the slope of the raw material filling layer 12 by its own weight. It will descend in the furnace sequentially. Even if a part of the pellet B in the pellet layer 13 sinks into the gap of the raw material packed layer 12, a part of the pellet B stays in the furnace for a long time, so it is heated or reduced or heated before long. There is no problem because it is melted or melted, separated into molten iron and molten slag, and dropped into the molten iron layer 14 and molten slag layer 15 in the lower part of the furnace through the gap of the raw material packed layer 12.
  • the pellet B in the pellet layer 13 approaches the electrode 5, it is efficiently heated by the radiant heat and resistance heating by the arc from the electrode 5, and the iron oxide in the pellet B is preliminarily turned into solid metallic iron by the interior carbon material. While being reduced, a CO-containing gas (combustible gas) is generated.
  • a carbon material containing volatile components such as coal is used as the interior carbon material, the volatile components devolatilized from the interior carbon material by heating are also added to the CO-containing gas.
  • This CO-containing gas is combusted by oxygen-containing gas C (for example, oxygen gas) blown in the horizontal direction from the secondary combustion burner 6 provided at each rising portion 1a of the stepped portion of the inclined furnace upper part 1 ′ (two (Next combustion) is promoted. And the pellet layer 13 is heated also by the radiant heat by the combustion (secondary combustion). In this way, the pellet layer 13 heated by radiant heat is pre-reduced to solid metal iron and contains CO in the same manner as in the case of radiant heating by the arc from the electrode 5 and resistance heating. Since the gas is generated, the radiant heating by the secondary combustion is further promoted.
  • oxygen-containing gas C for example, oxygen gas
  • the pellet B charged into the furnace from the raw material charging chute 4 descends on the slope 12a of the raw material packed bed 12 while being radiated by the secondary combustion (hereinafter referred to as “secondary”). It is also referred to as “combustion heat”.) Is preliminarily reduced to a high metalization rate in a solid state, and then melted by arc heating and resistance heating in the vicinity of the lower end portion of the electrode 5 to be separated into molten iron and molten slag.
  • the iron oxide concentration in the molten slag generated in the vicinity of the lower end of the electrode 5 becomes sufficiently low, and wear of the electrode 5 can be suppressed.
  • the molten iron separated from the molten slag dissolves the carbonaceous material remaining in the pellet B and becomes a molten iron having a target C concentration.
  • the molten iron and molten slag generated in this way can be intermittently discharged from the tap hole 7 and the tap hole 8 provided in the lower part of the furnace, for example, in the same manner as in the blast furnace.
  • the raw material packed bed 12 formed by initially charging the coal A into the furnace is gradually heated in the furnace to remove the volatile components and eventually char or coke.
  • the removed volatile matter is combusted by the oxygen-containing gas blown from the secondary combustion burner 6 together with the CO-containing gas generated from the pellet layer 13 and is effectively used as the radiant heating energy of the pellet layer 13.
  • the carbon of the interior carbon material in the pellet B covers the reduction of the interior iron oxide and the carburization to the molten iron, the charred or coked raw material packed bed 12 is not theoretically consumed. In actual operation, it is gradually consumed during long-term operation due to direct reduction reaction with the pellet B submerged in the raw material packed bed 12 or carburization reaction to molten iron.
  • the raw material filling is performed by charging a predetermined amount of coal (carbon material) A from the raw material charging chute 4 with the arc heating and secondary combustion interrupted.
  • the furnace charge of layer 12 can be maintained.
  • the example which forms the part (gradient furnace upper part) 1 ' which becomes a downward gradient as the whole furnace upper part 1' in step shape was shown, this invention is not limited to this, For example, FIG. 2A And as shown to 2B, you may form in a slope shape.
  • the secondary combustion burner 6 is attached, for example, at a right angle to the downward slope 1d portion of the upper part 1 of the furnace to keep the flow of the injected oxygen-containing gas C away from the electrode 5.
  • the stepwise formation facilitates the turbulent flow of the gas, and the mixing is further promoted. The improvement effect is great.
  • the inclination angle of the part which becomes the downward gradient as a whole of the furnace upper part 1 shall be defined by the inclination angle of the downward slope 1d.
  • the raw material charging chute 4 is installed at both end portions 2 and 2 in the furnace width direction, while the electrode 5 is the center of the furnace upper portion 1 in the furnace width direction.
  • An example of installation in the section was shown.
  • the raw material charging chute 4 may be installed at one end 2 in the furnace width direction, while the electrode 5 may be installed at the other end 2 in the furnace width direction.
  • the slope of the raw material packed layer 12 formed in the furnace is only on one side, which is disadvantageous from the viewpoint of refractory protection as compared with the above embodiment.
  • this modification has the advantage that the furnace width is reduced and the equipment can be made compact.
  • the electrode 5 is installed on the center line in the furnace width direction as an example in which the electrode 5 is installed in the center in the furnace width direction.
  • the electrode 5 is not necessarily limited to being installed strictly on the center line in the furnace width direction, and is installed by being shifted from the center line in the furnace width direction toward either end in the furnace width direction. Is also acceptable.
  • the exhaust gas duct 3 and the raw material charging chute 4 are both connected to the furnace upper part 1.
  • the present invention is not limited to this example. You may make it connect to upper part.
  • the raw material charging chute 4 is automatically installed at the end in the furnace width direction.
  • the substantially rectangular thing was illustrated as a horizontal cross-sectional shape of a stationary non-tilting type arc furnace, it is not limited to this,
  • the thing of a substantially ellipse or a perfect circle is used. May be.
  • scale-up can be easily performed by extending the furnace longitudinal direction (direction perpendicular to the furnace width direction) while keeping the furnace width constant.
  • the arc furnace was illustrated as a form of the electric furnace used for a stationary non-tilting type electric furnace, it is not limited to this, It is not limited to this, but by electric energy, such as a submerged arc furnace and an electromagnetic induction heating furnace. Any type of furnace may be used as long as it is a heating furnace.
  • an electrode can be used as an electric heating means similarly to the said embodiment.
  • a solenoid type heating coil can be used as an electric heating means.
  • the pellet was illustrated as a form of the carbonaceous material interior metal oxide agglomerate B, you may employ
  • the briquette has a larger angle of repose than the spherical pellet, so in order to ensure the residence time on the inclined surface 12a of the raw material packed bed 12, it is necessary to increase the furnace height compared to the case of using the pellet, There is an advantage that the furnace width can be reduced.
  • the example using only a carbonaceous material interior metal oxide agglomerate B (carbonaceous material interior iron oxide pellet) was shown as a lump metal raw material.
  • the present invention is not limited to this, and instead of the carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate B, metal scrap (iron scrap), reduced metal (reduced iron [DRI, HBI]), bulk metal oxide ore as a bulk metal raw material (Agglomerated iron ore), carbonaceous material-containing metal chloride agglomerates containing metal chloride, and metal oxide agglomerates (fired iron oxide pellets, cold bond iron oxide pellets, iron oxide sintered ore) may be used.
  • a carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate carbonaceous material-incorporated iron oxide pellets, carbonaceous material-incorporated iron oxide briquettes), metal scrap, reduced metal, massive metal oxide ore, carbonaceous material-incorporated metal chloride agglomerated material And one or more selected from the group consisting of metal oxide agglomerates may be used.
  • a volatile metal other than a non-volatile metal element was illustrated. It may contain elements such as Zn and Pb. That is, as the carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate B, steel mill dust containing a volatile metal element can be used as the metal oxide raw material.
  • the volatile metal element is heated in the furnace and volatilized and removed from the carbonaceous material-containing metal oxide agglomerate B.
  • the temperature of the upper part of the furnace is increased by the combustion heat from the secondary combustion burner 6. Can be kept high enough. Therefore, the volatile metal element that has been volatilized and removed is reliably prevented from recondensing in the upper part of the furnace, and the volatile metal element can be efficiently recovered from the exhaust gas discharged from the furnace.
  • the volatile metal element means a metal element having a melting point of 1100 ° C. or less at 1 atm of a compound such as a simple metal or a salt thereof.
  • a compound such as a simple metal or a salt thereof.
  • the metal simple substance include zinc and lead.
  • the volatile metal element compound include sodium chloride and potassium chloride.
  • the volatile metal in the compound of the volatile metal element is reduced to metal by an electric furnace (for example, an arc furnace or a submerged arc furnace), and a part or all of the volatile metal exists in a gas state in the furnace.
  • the volatile metal element chloride is heated in an electric furnace, and a part or all of the chloride is present in the furnace in a gaseous state.
  • the non-volatile metal element means a metal element having a melting point at 1 atm of a single metal or a compound such as an oxide thereof exceeding 1100 ° C.
  • the metal simple substance include iron, nickel, cobalt, chromium, and titanium.
  • the non-volatile metal oxide include CaO, SiO2, and Al2O3.
  • iron Fe
  • molten metal layer 14 a lump metal raw material
  • Fe iron
  • Ni, Mn molten metal layer 14
  • You may contain nonferrous metals, such as Cr.
  • a means for previously adding a CaO source or a MgO source to the carbonaceous material-containing metal oxide agglomerated material B is exemplified.
  • limestone or dolomite may be charged together with the carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate B from the raw material charging chute 4, or a carbonaceous material-incorporated metal oxide mass from a separately provided chute. You may make it charge separately from the compound B.
  • coal is exemplified as the carbon material forming the raw material packed layer 12, but coke may be used.
  • coke When coke is used, it has already been dry-distilled and no volatile matter is generated in the furnace, so the contribution to secondary combustion is reduced, but it is less pulverized than coal, so there is an advantage that the amount of scattering loss can be reduced. .
  • a bulk metal raw material may be used as a filling layer forming raw material for forming the raw material filling layer 12 instead of or in addition to a carbonaceous material such as coal or coke.
  • a bulk metal raw material is used as a raw material for forming the raw material packed layer 12
  • reduction / melting or carburization / dissolution proceeds at the contact portion with the molten iron.
  • heat is not easily transmitted to the part away from the contact part with the molten iron, and the bulk metal raw material is maintained in a solid state. Therefore, the raw material packed layer 12 once formed is kept in the packed layer state for a long time.
  • the temperature in the raw material packed bed 12 decreases as the distance from the contact portion with the molten iron increases and approaches the furnace wall, damage to the refractory due to the formation of molten FeO is not a problem.
  • the tap hole 7 and the tap hole 8 are separately installed on the opposite side walls has been shown, but both may be installed on the same side wall side.
  • the tap hole 8 may be omitted and only the tap hole 7 may be installed, and the molten iron and molten slag may be discharged from the tap hole 7.
  • the stationary non-tilting electric furnace according to the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as “furnace”) is an arc furnace having a substantially rectangular horizontal cross section.
  • An exhaust gas duct 3 and a plurality of raw material charging chutes 4 are connected to the furnace upper part (furnace upper part 1 in this example), and the furnace upper part 1 is used as an electric heating means (heater) in the furnace.
  • a plurality of electrodes 5 are inserted therethrough.
  • the raw material charging chute 4 is installed at both ends 2 and 2 in the furnace width direction, while the electrode 5 is installed at the center in the furnace width direction.
  • a plurality of secondary combustion burners 6 are provided at the furnace upper part (furnace upper part 1 in this example).
  • the furnace bottom part 16 has a part (inclined furnace bottom part) 16 ′ that has a downward slope as a whole from both end parts 2, 2 in the furnace width direction toward the center part in the furnace width direction (that is, the position of the electrode 5). Yes.
  • a furnace in which the inclined furnace bottom portion 16 'is formed in a staircase shape in this example, a broken line portion connecting the points PQRS will be described.
  • the inspection port 17 provided in the rising portion 16a of the stepped portion is opened. Then, by applying a physical external force from the opening using a mechanical means such as a breaker, the shelf hanging of the massive metal material layer 13 can be easily and reliably eliminated.
  • the inclination angle of the inclined furnace bottom portion 16 ′ is preferably as close as possible to the inclination angle of the surface of the massive metal raw material layer 13.
  • the inclination angle of the surface of the massive metal raw material layer 13 is an angle between the collapse angle of the massive metal raw material B and the rest angle of repose
  • the inclination angle of the inclined furnace bottom portion 16 ' is [the collapse angle of the massive metal raw material B ⁇ 25 ° (further collapse angle ⁇ 20 °, especially collapse angle ⁇ 15 °)] or more and [static rest angle of bulk metal raw material B + 5 ° (further rest angle of rest, especially collapse angle)] or less. Is good.
  • the inclination angle of the inclined furnace bottom portion 16 ′ is defined by the inclination angle ( ⁇ in FIG. 3A) of a straight line connecting the furnace inner protrusions (16b and 16b in FIG. 3A) of each step of the stepped portion. Shall be.
  • shock generator 18 for mechanically eliminating the hanging of the massive metal material layer 13 in the furnace between the inclined furnace bottom 16 'and the surface of the massive metal material layer 13 is provided.
  • the “shock generating device” refers to a device that applies external force to the massive metal raw material layer 13 continuously or intermittently.
  • the shock generator 18 includes, for example, a shaft portion 18a having a rotating shaft along the longitudinal direction of the furnace and a plurality of crushing members 18b protruding on the surface thereof (Midrex method direct reduction shaft furnace furnace. It is possible to use a barden feeder that is installed inside and used for preventing shelves of reduced iron from being suspended. And it can prevent that shelf hanging generate
  • the shock generator 18 approximated to the above-mentioned Baden feeder has a direction in which the massive metal raw material layer 13 is lowered around its rotational axis (normal). It is only necessary to appropriately select one that rotates only in the direction), or one that rotates alternately in the direction in which the massive metal raw material layer 13 is lowered (forward direction) and the opposite direction.
  • the former places importance on transport, and the latter places importance on crushing.
  • partition walls 9, 10, 11 is preferably provided between the electrode 5 and the secondary combustion burner 6, between the secondary combustion burner 6 and the exhaust gas duct 3, and between the exhaust gas duct 3 and the raw material charging chute 4.
  • the partition wall 10 be provided between the secondary combustion burner 6 and the exhaust gas duct 3 to prevent the exhaust gas after the secondary combustion from being short-cut to the exhaust gas duct 3, This is to ensure a sufficient amount of radiant heat transfer to 13.
  • the partition walls 9, 10, 11 may be installed entirely or a part of them may be installed by comprehensively considering the degree of each effect described above, installation cost, maintenance labor, etc. It may be.
  • the exhaust gas duct 3 is preferably installed on the side closer to the raw material charging chute 4 than the electrode 5. This is to prevent the oxidizing exhaust gas after the secondary combustion from flowing toward the electrode 5 and damaging the electrode 5.
  • the raw material charging chute 4 is not provided in the lower part of the furnace (that is, the raw material packed layer 12 is not formed in the furnace), and the tap hole 7 and the tap hole 8 Are preferably provided. This is for facilitating the hole opening operation at the time of tapping.
  • a well-known heat exchanger (not shown) may be installed on the downstream side of the exhaust gas duct 3 to collect sensible heat of the high-temperature exhaust gas discharged from the furnace, It can be effectively used as energy for drying the pellet B or the like.
  • the electrode 5 for example, a three-phase AC type that is excellent in thermal efficiency and is commonly used in an arc electric furnace for steelmaking is recommended. And, for example, it is recommended to adopt a configuration in which six electrodes are made from three sets of single-phase electrodes formed by combinations of two phases of three-phase electrodes.
  • the electrode 5 is subjected to a melting operation while its tip is positioned (immersed) in the bulk metal raw material layer 13 or the molten slag layer 15.
  • the effects of radiant heating and resistance heating by the arc can coexist, melting can be further promoted, and damage to the furnace wall inner surface not protected by the raw material packed bed 12 can be suppressed.
  • the carbonaceous material-containing iron oxide pellets are used as the packed bed forming raw material for forming the raw material packed bed in the furnace, and the carbonaceous material-containing iron oxide pellets are also used as the bulk metal raw material laminated on the raw material packed layer. Use.
  • a predetermined amount of carbonaceous material-containing iron oxide pellets A ′ as raw materials for forming a packed bed are previously prepared from raw material charging chutes 4 and 4 installed at both ends 2 and 2 in the furnace width direction. Charge into the furnace. Then, a raw material packed layer 12 having a slope 12a having a downward slope from the both end portions 2 and 2 in the furnace width direction to the lower side of the lower end portion of the electrode 5 is formed.
  • carbonaceous iron-incorporated iron oxide pellets (hereinafter simply referred to as “carbonized iron-incorporated metal oxide agglomerates” from the raw material charging chutes 4 and 4 installed at both ends 2 and 2 in the furnace width direction as a bulk metal raw material.
  • pellet. carbonaceous iron-incorporated metal oxide agglomerates
  • the blending amount of the interior carbon material in the pellet B may be determined in consideration of the target carbon concentration of the molten iron in addition to the theoretical carbon amount necessary for reducing the iron oxide to the metallic iron.
  • the pellet B is preferably dried in advance so as not to burst (bursting) when entering the furnace interior.
  • the height of the electrode 5 is preferably adjusted in advance so that the lower end of the electrode 5 is immersed in the pellet layer 13.
  • the electrode is energized and subjected to arc heating, whereby the pellet B in the vicinity of the lower end of the pellet layer 13 is rapidly heated and sequentially reduced and melted, and separated into molten iron and molten slag as molten metal,
  • the molten iron layer 14 and the molten slag layer 15 are formed in the lower part.
  • a CaO source such as limestone or dolomite or an MgO source in advance to the pellet B.
  • the pellet layer 13 itself is furnaced toward the lower end portion of the electrode 5 along the slope of the raw material packed layer by its own weight. It will descend in order.
  • the pellet B in the pellet layer 13 approaches the electrode 5, it is efficiently heated by the radiant heat and resistance heating by the arc from the electrode 5, and the iron oxide in the pellet B is preliminarily turned into solid metallic iron by the interior carbon material. While being reduced, a CO-containing gas (combustible gas) is generated.
  • a carbon material containing volatile components such as coal is used as the interior carbon material, the volatile components devolatilized from the interior carbon material by heating are also added to the CO-containing gas.
  • This CO-containing gas is combusted (secondary combustion) by an oxygen-containing gas (for example, oxygen gas) blown from a secondary combustion burner 6 provided in the furnace upper portion 1.
  • an oxygen-containing gas for example, oxygen gas
  • the pellet layer 13 heated by radiant heat preliminarily reduces the iron oxide in the pellet to solid metallic iron, as well as the case of the radiant heating and resistance heating by the arc from the electrode 5 and the CO-containing gas. Since it produces
  • the pellet B charged into the furnace from the raw material supply chute 4 is radiated by the secondary combustion (hereinafter referred to as “secondary combustion” while descending on the slope 12a of the raw material packed bed 12. It is also preliminarily reduced to a high metallization rate in a solid state by heat, and then melted by arc heating and resistance heating in the vicinity of the lower end portion of the electrode 5 to be separated into molten iron and molten slag.
  • the iron oxide concentration in the molten slag generated in the vicinity of the lower end of the electrode 5 becomes sufficiently low, and wear of the electrode 5 can be suppressed.
  • the molten iron separated from the molten slag dissolves the carbonaceous material remaining in the pellet B to become a molten iron having a target carbon concentration.
  • the molten iron and molten slag generated in this way can be intermittently discharged from the tap hole 7 and the tap hole 8 provided in the lower part of the furnace, for example, in the same manner as in the blast furnace.
  • the inclined furnace bottom 16 ′ is formed so that the sloped portions 19 and the stepped portions 20 are alternately present in the longitudinal direction of the furnace (the same figure).
  • the slope-shaped portion 19 is drawn as a semi-transparent material to facilitate understanding of the structure.
  • a plurality of shock generators 18 (two in this example) similar to the Baden feeder are provided, and their rotation axes are Installed in series along the longitudinal direction of the furnace.
  • the shock generator 18 includes the shaft portion 18a having a rotation axis along the furnace longitudinal direction and the crushing member 8b projecting on the surface thereof (in FIG. 4A, crushing).
  • the member 18b is not shown).
  • the bearing 21 which supports at least one end part (only one end part in this example) of the shaft part 18a of the shock generating device 18 is disposed on the outer side of the lower part of the slope-shaped part 19 of the inclined furnace bottom part 16 '(this example). Then, the bearing 21 ′ supporting the other end of the shaft portion 18a was disposed outside the furnace on the side wall as shown in FIG. 4B. And the site
  • the shock generator 18 is an apparatus of a type that applies an external force to the massive metal raw material layer 13 by a rotational motion around the rotation axis, which is similar to a barden feeder (the shaft portion 18a and the surface thereof). Only a plurality of the crushing members 18b provided in a protruding manner are illustrated.
  • the present invention is not limited to this, and any type of apparatus can be employed as long as an external force can be applied continuously or intermittently to the massive metal raw material layer 13.
  • a screw may be used as another type of device that applies an external force by a rotational motion around the rotation axis, or a pusher may be used as a device that applies an external force by a reciprocating motion of a cylinder or the like.
  • a device that applies external force by gas pressure a device that blows gas directly into the furnace or a device that deforms the diaphragm by gas pressure may be used.
  • the electrode 5 is the furnace width direction of the furnace upper part 1
  • the raw material charging chute 4 may be installed at one end 2 in the furnace width direction, while the electrode 5 may be installed at the other end 2 in the furnace width direction.
  • the slope of the raw material packed layer 12 formed in the furnace is only on one side, which is disadvantageous from the viewpoint of refractory protection as compared with the above embodiment.
  • this modification has the advantage that the furnace width is reduced and the equipment can be made compact.
  • the electrode 5 is installed on the center line in the furnace width direction as an example in which the electrode 5 is installed in the center in the furnace width direction.
  • the electrode 5 is not necessarily limited to being installed strictly on the center line in the furnace width direction, and is installed so as to be shifted from the center line in the furnace width direction toward either end in the furnace width direction. Is also acceptable.
  • the exhaust gas duct 3 and the raw material charging chute 4 are both connected to the furnace upper part 1.
  • the present invention is not limited to this example. You may make it connect to upper part.
  • the raw material charging chute 4 is automatically installed at the end in the furnace width direction.
  • the substantially rectangular thing was illustrated as a horizontal cross-sectional shape of a stationary non-tilting type arc furnace, it is not limited to this,
  • the thing of a substantially ellipse or a perfect circle is used. May be.
  • scale-up can be easily performed by extending the furnace longitudinal direction (direction perpendicular to the furnace width direction) while keeping the furnace width constant.
  • the pellet was illustrated as a form of the carbonaceous material interior metal oxide agglomerate B, you may employ
  • the briquette has a larger angle of repose than the spherical pellet, so in order to ensure the residence time on the inclined surface 12a of the raw material packed bed 12, it is necessary to increase the furnace height compared to the case of using the pellet, There is an advantage that the furnace width can be reduced.
  • Charcoal interior containing metal scrap iron scrap
  • reduced metal reduced iron [DRI, HBI]
  • bulk metal oxide ore bulk metal oxide ore
  • metal chloride instead of pellets and charcoal interior iron oxide briquettes
  • Metal chloride agglomerates and metal oxide agglomerates may be used, carbonaceous material interior metal oxide agglomerates, metal scrap, reduced metal
  • One or more selected from the group consisting of a massive metal oxide ore, a carbonaceous material-incorporated metal chloride agglomerate, and a metal oxide agglomerated mineral may be used.
  • a volatile metal other than a non-volatile metal element was illustrated. It may contain elements such as Zn and Pb. That is, as the carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate B, steel mill dust containing a volatile metal element can be used as the metal oxide raw material.
  • the volatile metal element is heated in the furnace and volatilized and removed from the carbonaceous material-containing metal oxide agglomerate B.
  • the temperature of the upper part of the furnace is increased by the combustion heat from the secondary combustion burner 6. Since it can be kept sufficiently high, the volatile metal element that has been volatilized and removed is reliably prevented from re-condensing in the upper part of the furnace, and the volatile metal element is efficiently recovered from the exhaust gas discharged from the furnace. Can do.
  • the volatile metal element means a metal element having a melting point of 1100 ° C. or less at 1 atm of a compound such as a simple metal or a salt thereof.
  • a compound such as a simple metal or a salt thereof.
  • the metal simple substance include zinc and lead.
  • the volatile metal element compound include sodium chloride and potassium chloride.
  • Volatile metals in the volatile metal element compound are reduced to metals in an electric furnace (for example, an arc furnace, a submerged arc furnace), and a part or all of them are in a gaseous state in the furnace.
  • the chloride of the volatile metal element is heated in the electric furnace, and a part or all of the chloride exists in the gaseous state in the furnace.
  • the non-volatile metal element means a metal element having a melting point at 1 atm of a single metal or a compound such as an oxide thereof exceeding 1100 ° C.
  • the metal simple substance include iron, nickel, cobalt, chromium, and titanium.
  • the non-volatile metal oxide include CaO, SiO2, and Al2O3.
  • iron Fe
  • Fe Fe
  • the carbonaceous material interior metal oxide agglomerate B as a lump metal raw material
  • the molten metal 14, Ni, Mn, Cr other than Fe Nonferrous metals such as may be contained.
  • the means which adds a CaO source and a MgO source previously to carbonaceous material interior metal oxide agglomerate B was illustrated as a basicity adjustment means of molten slag, it replaced with or added to this means
  • the raw material charging chute 4 may be charged with limestone or dolomite together with the carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate B, or separately from the carbonaceous material-incorporated metal oxide agglomerate B with a separately provided chute. You may make it enter.
  • the carbonaceous material interior iron oxide pellet was illustrated as a filling layer formation raw material which forms the raw material filling layer 12, you may use another lump metal raw material, and use 2 or more types of them together May be.
  • a carbon material such as coal or coke may be used instead of or in addition to the bulk metal raw material.
  • the particle size is adjusted according to the particle size of the carbon material-containing iron oxide pellets B so that the carbon material-containing iron oxide pellets B do not sink into the voids of the raw material packed layer 12. It is good to keep.
  • the tap hole 7 and the tap hole 8 are separately installed on the opposite side walls, but both may be installed on the same side wall side, or It is also possible to omit the dredging hole 8 and install only the dredging hole 7 and discharge the molten iron and molten slag from the dredging hole 7.

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Abstract

　電気加熱炉で塊状金属原料層を直接、還元溶融して溶融金属を製造するに際し、二次燃焼効率をさらに向上しうる製造装置を提供する。原料装入シュート４,４を炉幅方向の両端部２,２に、電極５を炉幅方向の中央部に、炉幅方向の両端部２,２から電極５に向かう下り階段状の部分を有する炉上部１に二次燃焼バーナ６をそれぞれ設置し、予めシュート４,４から炭材Ａを装入して電極５下方に向かう下り斜面を有する原料充填層１２を形成し、次いで塊状金属原料Ｂを装入して原料充填層１２斜面上に塊状金属原料層１３を形成し、その後電極５にてアーク加熱を行い塊状金属原料層１３下端部を順次溶融して溶鉄を製造するとともに、塊状金属原料層１３を原料充填層１２斜面に沿って降下させつつ、二次燃焼バーナ６から吹込んだ酸素含有ガスＣで、塊状金属原料層１３から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により塊状金属原料層１３を加熱する。

Description

溶融金属製造装置
　本発明は、炭材内装酸化金属塊成化物などの塊状金属原料を、予備還元することなく、直接、電気式加熱溶解炉で還元溶融して溶融金属を製造する溶融金属製造装置の改良に関する。
　従来の高炉法や溶融還元法に代わる新しい製鉄法として、炭材内装酸化金属塊成化物を回転炉床炉で予備還元して固体還元金属とし、この固体還元金属をアーク炉やサブマージドアーク炉などの電気炉で溶解して溶融金属を得る溶融金属製造プロセスが種々提案されている（例えば、特許文献１～４参照）。
　しかしながら、従来のプロセスは、回転炉床炉による予備還元工程と溶解炉による溶解工程の２工程からなる構成を必須としている。これに伴い、回転炉床炉から溶解炉への固体還元金属の移送手段を必要となるとともに、排ガス処理系統も回転炉床炉と溶解炉の２系統が必要となり、トータルプロセスとして、設備コストが高くなることに加え、熱ロスも大きく、エネルギ原単位も十分に低減できない問題があった。
　そこで、本発明者は、回転炉床炉を用いることなく、電気式加熱炉だけで、炭材内装酸化金属塊成化物を還元するとともに溶解して溶融金属を製造する具体的方法について種々検討を実施した結果、以下の発明を完成させるに至り、既に特許出願を行った（日本国特願２００９－１０５３９７号；以下、本特許出願に係る発明を「先願発明」という。）。
　上記先願発明に係る溶融金属製造装置は、図５Ａ及び５Ｂに示すように、原料装入シュート４，４を炉幅方向の両端部２，２に、電極５を炉幅方向の中央部に、平面状の炉上部１に二次燃焼バーナ６をそれぞれ設置した定置式非傾動型電気式加熱炉ただしここではアーク炉を用い、予めシュート４，４から炭材Ａを装入して電極５下方に向かう下り斜面を有する炭材充填層（本願発明の「原料充填層」に相当）１２を形成しておき、次いで炭材内装酸化金属塊成化物Ｂを装入して炭材充填層１２斜面上に塊成化物層（本願発明の「塊状金属原料層」に相当）１３を形成し、その後電極５にてアーク加熱を行い塊成化物層１３下端部を順次溶融して、炉内に溶融金属層１４と溶融スラグ層１５を形成するとともに、塊成化物層１３を炭材充填層１２斜面に沿って降下させつつ、二次燃焼バーナ６から吹込んだ酸素含有ガスＣで、塊成化物層１３から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により塊成化物層１３を加熱することを特徴とするものである。
　上記先願発明によれば、炉内に形成した原料充填層の斜面に沿って塊成化物層を電極に向かって移動させつつ、該塊成化物層から発生したＣＯ含有ガスを二次燃焼バーナから吹き込んだ酸素含有ガスで燃焼し、その放射熱で該塊成化物層自身を加熱して予備還元し、この予備還元された塊成化物層を上記電極近傍でアーク加熱により還元溶融して溶融金属とするので、単一の工程にて、炭材内装酸化金属塊成化物から直接溶融金属が得られ、従来法に比べて設備コストおよびエネルギ原単位がともに大幅に低減できるようになった。
　しかしながら、上記先願発明に係る溶融金属製造装置は、炉内で発生するＣＯ含有ガスと平面状の炉上部１に設置した二次燃焼バーナ６から吹込んだ酸素含有ガスＣとの混合状態に改善の余地があり、さらなる二次燃焼効率の向上、延いてはさらなるエネルギ効率の向上が要請されていた。
　また、平面状の炉上部１から多量の酸素含有ガスＣを吹き込むとそのガスが電極５と接触し、電極５の消耗を著しくするため、電極５と二次燃焼バーナ６の設置場所との間に隔壁９を設けることとしたが、この隔壁９により電極５の消耗は抑制されるものの、隔壁９が損傷するという課題が残っていた。
　一方、炉幅方向の端部２からの酸素含有ガスＣの導入は、炭材充填層１２が存在するため困難であった。また、炉長手方向端部からの酸素含有ガスＣの導入は、炭材充填層１２を避けて吹き込むことができるので可能ではあるが、炉長手方向全体に酸素含有ガスＣを行き渡らせることは困難であるので、二次燃焼効率が低下する問題があった。
　さらに、上記先願発明に係る溶融金属製造装置では、炉に装入する塊成化物に粉が多く含まれている場合や、炉内で塊成化物どうしが焼結したり融着したりした場合には、塊成化物層の棚吊りが生じてその円滑な降下が阻害され、塊成化物を適切に加熱し還元し溶解することができなくなり装置の性能が低下する懸念が残されていた。そして、上記のような塊成化物層の棚吊りが生じた際に、上記先願発明に係る溶融金属製造装置では、これを強制的に解消する機械的手段を講じることが困難であった。
日本国特表２０００－５１３４１１号公報 日本国特表２００１－５１５１３８号公報 日本国特表２００１－５２５４８７号公報 日本国特開２００３－１０５４１５号公報
　そこで、本発明は、炭材内装酸化金属塊成化物などの塊状金属原料を、予備還元することなく、直接、電気加熱溶解炉で還元溶融して溶融金属を製造する装置であって、二次燃焼効率をさらに向上しうる溶融金属製造装置を提供することを目的とする。
　さらに、本発明は、炉内で塊状金属原料層の棚吊りが生じた際にこれを確実に解消しうる機械的手段を容易に講じうる溶融金属製造装置を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は、電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとが接続されるとともに、前記原料装入シュートは炉幅方向の片端部に設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の他端部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、予め、前記原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、前記炉幅方向の片端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、次いで、前記原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱し還元することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、前記炉上部が、前記炉幅方向の片端部から前記炉幅方向の他端部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉上部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置を提供する。
ここに、「全体として下り勾配となる部分」とは、当該部分に、局所的に見れば水平部や垂直部などの下り勾配でない部位の存在を許容しつつ、これらの部位を均して全体的に見れば下り勾配となることを意味する（以下、同じ。）。
　本発明の第２の態様は、電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとを接続するとともに、原料装入シュートは、炉幅方向の両端部にそれぞれ設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の中央部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、予め、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、該炉幅方向の両端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、次いで、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、前記炉上部が、前記炉幅方向の両端部から前記炉幅方向の中央部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉上部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置を提供する。
　前記傾斜炉上部は、斜面状であってもよい。
　前記傾斜炉上部は、階段状であってもよい。
　前記傾斜炉上部の傾斜角度は、［前記塊状金属原料の崩潰角－１５°］以上［前記塊状金属原料の静止安息角＋１５°］以下の範囲内としてもよい。
　前記電気加熱手段は、前記炉上部から炉内に挿入された電極であって、かつ、前記二次燃焼バーナの前記炉上部への取り付け角度が、該二次燃焼バーナから吹き込まれた酸素含有ガスの流れが前記電極から遠ざかるような角度であってもよい。
前記二次燃焼バーナのガス吹き込み部は、該二次燃焼バーナにより吹き込まれた酸素含有ガスが、該二次燃焼バーナの軸周りに旋回する旋回流になるように構成されてもよい。
　前記塊状金属原料は、炭材内装酸化金属塊成化物、金属スクラップ、還元金属、酸化金属塊鉱石、炭材内装塩化金属塊成化物および酸化金属塊成鉱よりなる群から選ばれた１種以上であってもよい。
　本発明の第３の態様は、電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとが接続されるとともに、前記原料装入シュートは炉幅方向の片端部に設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の他端部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、予め、前記原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、前記炉幅方向の片端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、次いで、前記原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱し還元することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、前記定置式非傾動型電気炉の炉底部が、前記炉幅方向の片端部から前記炉幅方向の他端部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉底部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置を提供する。
ここに、「全体として下り勾配となる部分」とは、当該部分に、局所的に見れば水平部や垂直部などの下り勾配でない部位の存在を許容しつつ、これらの部位を均して全体的に見れば下り勾配となることを意味する（以下、同じ。）。
　本発明の第４の態様は、電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとを接続するとともに、原料装入シュートは、炉幅方向の両端部にそれぞれ設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の中央部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、予め、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、該炉幅方向の両端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、次いで、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、前記定置式非傾動型電気炉の炉底部が、前記炉幅方向の両端部から前記炉幅方向の中央部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉底部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置を提供する。
　前記傾斜炉底部は、斜面状であってもよい。
　前記傾斜炉底部は、階段状であってもよい。
　前記傾斜炉底部の傾斜角度は、［前記塊状金属原料の崩潰角－２５°］以上［前記塊状金属原料の静止安息角＋５°］以下の範囲内としてもよい。
　前記傾斜炉底部と前記塊状金属原料層の表面との間の炉内に、該塊状金属原料層の棚吊りを機械的に解消するためのショック発生装置を設けてもよい。
　前記ショック発生装置は、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部と、その表面に突設された解砕部材からなるものであってもよい。
　前記ショック発生装置は、前記回転軸回りに、前記塊状金属原料層を降下させる方向にのみ回転するもの、または、前記塊状金属原料層を降下させる方向とその逆方向に交互に回転するものであってもよい。
　前記傾斜炉底部は、炉長手方向に向かって斜面状の部分と階段状の部分とが交互に存在するように形成され、かつ、該傾斜炉底部と前記塊状金属原料層の表面との間の炉内に、該塊状金属原料層の棚吊りを機械的に解消するためのショック発生装置を、少なくとも炉長手方向に複数台設け、該ショック発生装置は、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部と、その表面に突設された解砕部材からなり、前記シャフト部は、少なくともその片端部が前記傾斜炉底部の斜面状の部分の下方炉外側に配置された軸受けで支持されるとともに、前記解砕部材を突設した部位が前記傾斜炉底部の階段状の部分の上方炉内側に配置されていてもよい。
　本発明によれば、炉幅方向の端部から電気加熱手段に向かって全体として下り勾配となる部分を有するように炉上部を形成したことで、塊状金属原料層より上方の炉内空間部（フリースペース）の容積が上記先願発明より減少し、炉内で発生するＣＯ含有ガスと炉上部に設置した二次燃焼バーナから吹込んだ酸素含有ガスとの混合が促進される結果、二次燃焼効率が向上し、プロセス全体のエネルギ効率が向上する。
　また、炉上部を電極側から見れば炉幅方向の端部に向かって全体として上り勾配となる部分を有するように形成したことで、電気加熱手段として電極を用いる場合には、炉上部に設置した二次燃焼バーナから吹込んだ酸素含有ガスは、二次燃焼バーナと電極との間に隔壁を設けなくとも電極と反対の方向に流れやすくなり、電極の消耗を抑制できる。
　さらに本発明によれば、炉幅方向の一方の端部から電気加熱手段が存在する炉幅方向の他端部または炉幅方向の中央部に向かって全体として下り勾配となる部分を有するように炉底部を形成したことで、炉底部と塊状金属原料層との距離を近づけることが可能となるので、塊状金属原料層の棚吊りが発生した場合でも、この全体として下り勾配となる部分の炉外側を開口し、この開口部から機械的手段を用いて物理的外力を加えることにより、塊状金属原料層の棚吊りを容易かつ確実に解消できるようになった。
　また、上記のように炉底部を全体として下り勾配となる部分を有するように形成したことで、炉全体の内容積が削減され、炉内に保持される装入物量が低減された結果、その重量による原料充填層中に蓄積した粉の圧密の度合いが軽減され、原料充填層全体が固着してしまうことが防止されるとともに、炉体強度の観点からも経済的設計が可能となった。
本発明の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す部分水平断面図である。 本発明の別の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の別の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す部分水平断面図である。 本発明の別の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す部分斜視図である。 本発明の別の実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す平面図である。 先願発明に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す縦断面図である。 先願発明に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す平面図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに、本発明の一実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す。本実施形態に係る装置は、定置式非傾動型電気炉の電気炉（以下、単に「炉」ということもある。）は、水平断面形状が略矩形のアーク炉である。炉上部１は炉幅方向の端部２から炉幅方向の中央部に向かって下り勾配となる部分（傾斜炉上部）１’を有している。本実施形態では、この傾斜炉上部１’を階段状（本例では点ＰＱＲＳを結ぶ折れ線部分）に形成した炉について説明する。そして、炉上部（本例では炉上部１）には、排ガスダクト３及び複数の原料装入シュート４が接続されるとともに、炉内には、電気加熱手段（加熱器）として、炉上部１を介して複数本の電極５が挿入されている。原料装入シュート４は、炉幅方向の両端部２，２にそれぞれ設置される一方、電極５は、炉幅方向の中央部に設置されている。さらに、炉上部１の階段状の部分の立ち上がり部１ａに、複数本の二次燃焼バーナ６が設けられている。
　排ガスダクト３は、電極５より原料装入シュート４に近い側に設置するのが好ましい。二次燃焼後の酸化性の排ガスが電極５の方に流れて電極５を損傷するのを抑制するためである。
　本実施形態では、炉上部１を、電極５側、すなわち、炉幅方向の中央部側から見れば、炉幅方向の端部２に向かって全体として上り勾配の部分（傾斜炉上部）１’を有するように形成したことで、上記二次燃焼後の酸化性の排ガスは、傾斜炉上部１’と塊状金属原料層１３との間に形成される、炉幅方向の端部２に向かう全体として上り勾配の空間部（フリースペース）を通って排ガスダクト３へ流れていく。そのため、上記排ガスと電極５との接触がより確実に防止され、電極５の損耗が抑制される。
　なお、上記先願発明に係る溶融金属製造装置では、二次燃焼後の酸化性排ガスが電極５に接触するのをより確実に防止するため、図５Ａ及び５Ｂに示すように、電極５と二次燃焼バーナ６との間に、炉内に垂下する隔壁９を設けるのを推奨していた。これに対し、本実施形態では、上記作用効果により上記隔壁９の設置を省略することができる。
　また、上記先願発明では、二次燃焼後の排ガスが排ガスダクト３へショートカットするのを防止して、塊状金属原料層１３への放射伝熱量を十分に確保するため、図５Ａ及び５Ｂに示すように、二次燃焼バーナ６と排ガスダクト３との間に隔壁１０を設けるのを推奨していた。これに対し、本実施形態では、図１Ａに示すように、傾斜炉上部１’を設けたことにより炉上部１を塊状金属原料層１３の表面に沿うように近づけることができる。それにより二次燃焼後の排ガスが塊状金属原料層１３の表面に近いところを通過し、塊状金属原料層１３への放射伝熱量を十分に確保できるので、上記隔壁１０の設置も省略することができる。
　なお、原料装入シュート４が高温の排ガスで過熱されて損傷するのを防止するため、上記先願発明と同じく、図２Ａに示すように、排ガスダクト３と原料装入シュート４との間に隔壁１１を設けることは推奨される（ただし、図１Ａでは図示省略）。
　上記のように、本実施形態では、少なくとも隔壁９、１０の設置を省略できるので、隔壁の損傷によるトラブルを低減できる。
　また、二次燃焼バーナ６から吹き込まれた酸素含有ガスＣが炉上部１に沿って排ガスダクト３へショートカットしないように、炉上部１と塊状金属原料層１３との間で形成される空間部の高さが、炉幅方向でできるだけ一定になるようにするのが望ましい。したがって、傾斜炉上部１’の傾斜角度は、塊状金属原料層１３の表面の傾斜角度にできるだけ近づけるのが好ましい。塊状金属原料層１３の表面の傾斜角度は、塊状金属原料Ｂの崩潰角と静止安息角の間の角度となるので、傾斜炉上部１’の傾斜角度は、［塊状金属原料Ｂの崩潰角－１５°（さらには－１０°、特に－５°）］以上［塊状金属原料Ｂの静止安息角＋１５°（さらには＋１０°、特に＋５°）］以下の範囲内とするのが好ましい。ここに、階段状の傾斜炉上部１’の傾斜角度は、階段の各ステップの炉内側突端部（図１Ａにおいては１ｂ、１ｂ）を結ぶ直線の傾斜角度（図１Ａにおいてはθ）で定義されるものとする。
　また、二次燃焼バーナ６から吹き込まれた酸素含有ガスＣと塊状金属原料層１３から発生したＣＯ含有ガスは、傾斜炉上部１の階段形状により乱流化されるため、これらのガスの混合がさらに促進される。
　次に、二次燃焼バーナ６の傾斜炉上部１’への取り付け角度は、該二次燃焼バーナ６から吹き込まれた酸素含有ガスＣの流れが電極５から遠ざかるような角度とするのが好ましい。これにより、二次燃焼後の排ガスが電極５に接触するのをさらに抑制することができる。なお、二次燃焼バーナ６からの酸素含有ガスＣの吹き込み方向は、垂直下向きを基準（０°）として、電極５と反対側に１０°～１３５°の範囲内で調整するとよい。１０°未満では電極５側への流れを十分に抑制できず、他方１３５°超では階段状の部分のステップ部１ｃの内張り耐火物を損傷するおそれが高まるためである。より好ましくは３０°～１２０°、特に好ましくは４５°～１０５°である。
　本実施形態では、二次燃焼バーナ６を階段状の部分の立ち上がり部１ａに対して直角に取り付けることで、酸素含有ガスＣの吹き込み方向は電極５と真反対方向（垂直下向きを基準として９０°方向）になるように構成している。
　また、二次燃焼バーナ６のガス吹き込み部の構造を、該二次燃焼バーナ６により吹き込まれた酸素含有ガスＣが、該二次燃焼バーナ６の軸周りに旋回する旋回流になるように構成するのが好ましい。これにより、ＣＯ含有ガスの二次燃焼がさらに促進される。バーナ軸周りの旋回流が得られる二次燃焼バーナ６としては、例えば噴出し方向を偏心させた複数の吹き出し孔を有するスワールノズル型式のバーナや先端部にらせん状溝を有するバーナ等を用いることができる。
　また、電気炉の炉底部１６と塊状金属原料層１３の表面との間の炉内に、該塊状金属原料層１３の棚吊りを機械的に解消するためのショック発生装置１８を設けておくのが好ましい。ここに、「ショック発生装置」とは、塊状金属原料層１３に連続的または間欠的に外力を加える装置をいう。
　このショック発生装置１８としては、例えば、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部１８ａと、その表面に突設された複数の解砕部材１８ｂからなるもの（Ｍｉｄｒｅｘ法直接還元用シャフト炉の炉内に設置され、還元鉄の棚吊り防止のために用いられるバーデンフィーダ［ｂｕｒｄｅｎｆｅｅｄｅｒ］に近似したもの）を用いることができる。そして、ショック発生装置１８のシャフト部１８ａを連続的または一定時間ごとに間欠的に回転させることにより、塊状金属原料層１３に棚吊りが発生するのを防止することができる。万一塊状金属原料層１３に棚吊りが発生してしまった場合でも、シャフト部１８ａに突設された複数の解砕部材１８ｂで塊状金属原料Ｂどうしの焼結物や融着物を解砕したり、解砕が十分でない場合でも上記焼結物や融着物が巨大化する前に強制的に電極５の下方に向かって移送（降下）させることができるので、円滑な操業を長期にわたって継続することができる。
　このような作用を棚吊りの発生状況等に応じて有効に発揮させるため、上記バーデンフィーダに近似したショック発生装置１８としては、その回転軸回りに、塊状金属原料層１３を降下させる方向（正方向）にのみ回転するもの、または、塊状金属原料層１３を降下させる方向（正方向）とその逆方向に交互に回転するものを適宜選択すればよい。なお、前者は移送を重視し、後者は解砕を重視するものである。
　そして、炉下部には、炉幅方向と垂直な炉長手方向の炉側壁に、例えば、原料装入シュート４が設けられていない（すなわち、炉内に原料充填層１２が形成されていない）炉長手側の炉側壁に、出銑孔７と出滓孔８とを設けるのが好ましい。出銑滓の際における開孔作業を容易にするためである。
　また、排ガスダクト３の下流側には、周知の熱交換器（図示せず）を設置すればよく、これにより炉から排出された高温排ガスの顕熱を回収して、例えば二次燃焼バーナ６から吹込む酸素含有ガスＣの予熱、アーク用電力の発電、ペレットＢの乾燥等のエネルギとして有効利用することができる。
　電極５としては、例えば、熱効率に優れた、製鋼用アーク電気炉で常用される三相交流型のものが推奨される。そして例えば、三相電極の各２相の組合せでできる３組の単相電極から電極６本を作るという構成を採用するのが推奨される。
　また、電極５は、その先端部を塊状金属原料層１３または溶融スラグ層１５中に位置させ（浸漬させ）つつ、溶解操作を行うのが好ましい。これにより、アークによる放射加熱と抵抗加熱の効果を並存させることができ、溶解をより促進することができるとともに、後記原料充填層１２で保護されていない炉壁内面の損傷を抑制することができる。
　以下、この定置式非傾動型アーク炉を使用して、溶融金属として溶鉄を製造する場合を例に挙げて説明する。本例では、炉内に原料充填層を形成するための充填層形成用原料として石炭を、該原料充填層上に積層する塊状金属原料として炭材内装酸化金属塊成化物である炭材内装酸化鉄ペレットのみをそれぞれ用いる。
　溶融金属の製造方法としては、予め、上記炉幅方向の両端部２，２に設置された原料装入シュート４，４から充填層形成用原料として所定量の石炭Ａを炉内に装入する。本例では、該炉幅方向の両端部２，２から、電気加熱手段としての電極５で加熱される電気加熱領域である「電極５の下端部の下方」に向かう下り勾配の斜面１２ａを有する原料充填層１２を石炭Ａで形成しておく。ここで、石炭Ａの粒度は、後記炭材内装酸化鉄ペレットＢが原料充填層１２の空隙内に潜り込まない程度に、炭材内装酸化鉄ペレットＢの粒度に応じて調整しておくとよい。
　次いで、上記炉幅方向の両端部２，２に設置された原料装入シュート４，４から塊状金属原料としての炭材内装酸化金属塊成化物である炭材内装酸化鉄ペレット（以下、単に「ペレット」ともいう。）Ｂのみを連続的または間欠的に装入する。そして、原料充填層１２の斜面１２ａ上に塊状金属原料層としてのペレット層１３を形成する。ペレットＢ中の内装炭材の配合量は、酸化鉄が金属鉄まで還元されるに必要な理論Ｃ量に、溶鉄の目標Ｃ濃度を加味して決定するとよい。なお、ペレットＢは、炉内装入時に爆裂（バースティング）しないように、事前に乾燥しておくのが好ましい。
　電極５は、上述のごとく、その下端部がペレット層１３中に浸漬された状態となるように、予め高さを調節しておくとよい。
　その後、前記電極に通電してアーク加熱を行うことにより、ペレット層１３の下端部近傍のペレットＢが急速に加熱されて順次還元溶融し、溶融金属としての溶鉄と溶融スラグとに分離され、炉下部に溶鉄層１４と溶融スラグ層１５を形成する。なお、溶融スラグ層１５の塩基度等を調整するため、ペレットＢ中には、予め石灰石やドロマイトなどのＣａＯ源やＭｇＯ源を添加しておくのが好ましい。
　上記のようにして、ペレット層１３の下端部近傍からペレットＢが順次溶融されていくと、ペレット層１３自体はその自重により前記原料充填層１２の斜面に沿って電極５の下端部に向かって炉内を順次降下していくこととなる。なお、万一ペレット層１３中のペレットＢの一部が原料充填層１２の空隙内に潜り込んだとしても、該ペレットＢの一部は炉内に長時間滞留するため加熱還元ないし加熱されてやがて溶融ないし溶解し、溶鉄と溶融スラグに分離して原料充填層１２の空隙を介して炉下部の溶鉄層１４および溶融スラグ層１５に滴下するので問題ない。
　そして、ペレット層１３中のペレットＢが電極５に近づくと、電極５からのアークによる放射熱と抵抗加熱により効率的に加熱され、ペレットＢ中の酸化鉄が内装炭材により固体金属鉄に予備還元されるとともに、ＣＯ含有ガス（可燃性ガス）を生成する。内装炭材として石炭など揮発分を含有する炭材を用いた場合は、加熱により内装炭材から脱揮された揮発分も該ＣＯ含有ガスに加わる。
　このＣＯ含有ガスは、傾斜炉上部１’の階段状の部分の各立ち上がり部１ａに設けられた二次燃焼バーナ６から水平方向に吹込まれた酸素含有ガスＣ（例えば酸素ガス）により燃焼（二次燃焼）が促進される。そして、その燃焼（二次燃焼）による放射熱にてもペレット層１３は加熱される。このように放射熱にて加熱されたペレット層１３は、上記電極５からのアークによる放射加熱と抵抗加熱による場合と同様、ペレットＢ中の酸化鉄が固体金属鉄に予備還元されるとともにＣＯ含有ガスを生成するので、上記二次燃焼による放射加熱がさらに促進されることとなる。
　上記のようにして、原料装入シュート４から炉内に装入されたペレットＢは、原料充填層１２の斜面１２ａ上を降下する間に、上記二次燃焼による放射加熱（以下、「二次燃焼熱」ともいう。）により固体状態で高金属化率まで予備還元された後、電極５下端部近傍でアーク加熱および抵抗加熱により溶融し、溶鉄と溶融スラグとに分離されることとなる。
　したがって、電極５下端部近傍に生成する溶融スラグ中の酸化鉄濃度は十分に低くなり、電極５の損耗を抑制することができる。
　溶融スラグと分離された溶鉄は、ペレットＢ中に残存する炭材を溶解して目標Ｃ濃度の溶鉄となる。
　このようにして生成した、溶鉄と溶融スラグは、炉下部に設けた出銑孔７と出滓孔８から、例えば高炉の出銑滓方法と同様にして、間欠的に排出することができる。
　一方、初期に炉内に石炭Ａを装入して形成した原料充填層１２は、炉内で徐々に加熱されて、その揮発分が除去され、やがてチャー化ないしコークス化する。除去された揮発分は、ペレット層１３から発生するＣＯ含有ガスとともに、二次燃焼バーナ６から吹込まれた酸素含有ガスで燃焼され、ペレット層１３の放射加熱エネルギとして有効に利用される。上述したように、ペレットＢ中の内装炭材の炭素にて内装酸化鉄の還元および溶鉄への浸炭が賄われるので、チャー化ないしコークス化した原料充填層１２は、理論上は消費されないが、実操業では、原料充填層１２中に潜り込んだペレットＢとの直接還元反応や、溶鉄への浸炭反応等により長期間の操業中に徐々に消費されていく。したがって、例えば一定の操業期間ごとに、原料装入シュート４からのペレットＢの供給を停止した状態にて、少なくともアーク加熱を一定時間継続して、炉内のペレット層１３をほぼ完全に溶融し切って原料充填層１２の斜面１２ａを露出させたのち、アーク加熱および二次燃焼を中断した状態で、原料装入シュート４から石炭（炭材）Ａを所定量装入することで、原料充填層１２の炉内充填量を維持することができる。
　炉幅方向の両側壁の内面は、原料充填層１２で覆われているので、これらの部分の耐火物の損耗は大幅に抑制される。したがって、原料充填層１２で覆われていない、炉長手方向の両側壁にのみ、耐腐食性に優れた高品質の耐火物や水冷構造を採用すればよく、大幅に設備コストを低減できることとなる。
　上記実施形態では、炉上部１の全体として下り勾配となる部分（傾斜炉上部）１’を階段状に形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図２Ａ及び２Ｂに示すように、斜面状に形成してもよい。この場合には二次燃焼バーナ６を同図に示すように例えば炉上部１の下り斜面１ｄの部分に対して直角に取り付けることで、吹き込まれた酸素含有ガスＣの流れを電極５から遠ざけることができる。ただし、二次燃焼を促進する観点からは、上記実施形態の説明中で既述したように、階段状に形成したほうがガス流れを乱流化させやすく混合がより促進されるので二次燃焼効率の向上効果が大きい。なお、本変形例における、炉上部１の全体として下り勾配となる部分の傾斜角度は、下り斜面１ｄの傾斜角度で定義されるものとする。
　上記実施形態では、原料装入シュート４および電極５の配置に関し、原料装入シュート４を炉幅方向の両端部２，２にそれぞれ設置する一方、電極５を炉上部１の炉幅方向の中央部に設置する例を示した。なお変形例として、原料装入シュート４を炉幅方向の片端部２に設置する一方、電極５を炉幅方向の他端部２に設置するようにしてもよい。本変形例を採用すると、炉内に形成される原料充填層１２の斜面が片側だけになるので、上記実施例に比べて、耐火物保護の観点からは不利になる。しかしながら、本変形例では炉幅が縮小され、設備のコンパクト化が図れるメリットがある。
なお、上記実施形態では、電極５を炉幅方向の中央部に設置する一例として、電極５を炉幅方向の中心線上に設置する例を示した。しかしながら、電極５は必ずしも厳密に炉幅方向の中心線上に設置することに限定されるものではなく、炉幅方向の中心線上から炉幅方向のいずれかの端部の方へずらして設置することも許容される。
　また、上記実施形態では、排ガスダクト３と原料装入シュート４は、いずれも炉上部１に接続する例を示したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方または双方を炉側壁の上部に接続するようにしてもよい。なお、原料装入シュート４を炉側壁の上部に接続した場合は、原料装入シュート４は自動的に炉幅方向の端部に設置されることになる。
　また、上記実施形態では、定置式非傾動型アーク炉の水平断面形状として、略矩形のものを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば略楕円のものや真円のものを用いてもよい。この場合単相電極でなく、三相電源の各相を用いて３本の電極を作るように構成してもよい。ただし、略矩形のものを用いた場合、炉幅は一定にしておいて、炉長手方向（炉幅方向に垂直な方向）を延長することで、スケールアップを容易に行えるメリットがある。
　また、上記実施形態では、定置式非傾動型電気炉に用いる電気炉の形式としてアーク炉を例示したが、これに限定されるものではなく、サブマージドアーク炉、電磁誘導加熱炉など電気エネルギによって加熱する炉であればいずれの形式でもよい。なお、サブマージドアーク炉を用いる場合は、電気加熱手段として上記実施形態と同じく電極を用いることができる。また、電磁誘導加熱炉を用いる場合は、電気加熱手段としてソレノイド型加熱コイルを用いることができる。
　また、上記実施形態では、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂの形態として、ペレットを例示したが、ブリケットを採用してもよい。ブリケットは、球状のペレットより安息角が大きいので、原料充填層１２の斜面１２ａ上における滞留時間を確保するためには、ペレットを用いた場合に比べて、炉高は高くする必要があるものの、炉幅は縮小できるメリットがある。
　また、上記実施形態では、塊状金属原料として炭材内装酸化金属塊成化物Ｂ（炭材内装酸化鉄ペレット）のみを用いる例を示した。しかしながらこれに限定されるものではなく、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂに代えて、塊状金属原料として金属スクラップ（鉄スクラップ）、還元金属（還元鉄［ＤＲＩ、ＨＢＩ］）、塊状酸化金属鉱石（塊状鉄鉱石）、塩化金属を含有する炭材内装塩化金属塊成化物および酸化金属塊成鉱（焼成酸化鉄ペレット、コールドボンド酸化鉄ペレット、酸化鉄焼結鉱）を用いてもよい。もしくは、塊状金属原料として、炭材内装酸化金属塊成化物（炭材内装酸化鉄ペレット、炭材内装酸化鉄ブリケット）、金属スクラップ、還元金属、塊状酸化金属鉱石、炭材内装塩化金属塊成化物および酸化金属塊成鉱よりなる群から選択される１種以上を用いてもよい。
　また、上記実施形態では、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとして、非揮発性の金属元素である鉄のみを含有するものを例示したが、非揮発性の金属元素の他、揮発性の金属元素、例えば、Ｚｎ、Ｐｂを含有するものであってもよい。すなわち、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとして、揮発性の金属元素を含有する製鉄所ダストなどを酸化金属原料として用いることができる。揮発性の金属元素は、炉内で加熱されて炭材内装酸化金属塊成化物Ｂから揮発除去されるが、本発明方法の採用により、二次燃焼バーナ６による燃焼熱によって炉上部の温度を十分に高く保持できる。そのため、揮発除去された該揮発性金属元素が、炉上部で再凝縮することが確実に防止され、炉から排出された排ガスから該揮発性金属元素を効率的に回収することができる。
　なお、本明細書において、揮発性金属元素とは金属単体またはその塩等の化合物の１気圧での融点が１１００℃以下の金属元素をいう。金属単体として例えば、亜鉛、鉛等を挙げることができる。揮発性金属元素の化合物として例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム等を挙げることができる。揮発性金属元素の化合物中の揮発性金属は、電気炉（例えば、アーク炉、サブマージドアーク炉）で金属に還元されることで、その一部またはすべてが炉内に気体状態で存在する。また、揮発性金属元素の塩化物は、電気炉内で加熱されて、その一部またはすべてが炉内に気体状態で存在する。一方、非揮発性金属元素とは金属単体またはその酸化物等の化合物の１気圧での融点が１１００℃を超える金属元素をいう。金属単体として例えば、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、チタン等を挙げることができる。非揮発性金属の酸化物として、例えば、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を挙げることができる。非揮発性金属元素の化合物は、電気炉としてアーク炉やサブマージドアーク炉を用いたときには、炉内での加熱や還元反応によって、還元された金属単体としてまたは還元されない化合物として、炉内アーク近傍（アーク温度領域）では気体状態で存在できるものの、アークから離れたところでは液体または固体状態で存在する。
　また、上記実施形態では、塊状金属原料としての炭材内装酸化金属塊成化物Ｂおよび溶融金属層１４を構成する金属元素として鉄（Ｆｅ）のみを例示したが、Ｆｅの他、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の非鉄金属を含有してもよい。
　また、上記実施形態では、溶融スラグの塩基度調整手段として、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂに予めＣａＯ源やＭｇＯ源を添加しておく手段を例示した。この手段に代えてまたは加えて、原料装入シュート４から炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとともに石灰石やドロマイトを装入するようにしてもよいし、別途設けたシュートから炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとは別に装入するようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、原料充填層１２を形成する炭材として、石炭を例示したが、コークスを用いてもよい。コークスを用いた場合、すでに乾留されており、炉内で揮発分が発生しないため、二次燃焼への寄与は低下するものの、石炭より粉化されにくいので、飛散ロス量を低減できるメリットがある。
　さらには、原料充填層１２を形成する充填層形成用原料として、石炭やコークスなどの炭材に代えてまたは加えて塊状金属原料を用いてもよい。原料充填層１２を形成する原料として塊状金属原料を用いると、溶鉄との接触部分においては還元・溶融ないしは浸炭・溶解が進行する。一方で、該溶鉄との接触部分から離れた部分には熱が伝わりにくく、塊状金属原料は固体状態に維持される。そのため、一旦形成された原料充填層１２は長期間充填層状態に保たれることとなる。また、原料充填層１２内の温度は上記溶鉄との接触部分から離れて炉壁に近づくほど低下するので、溶融ＦｅＯの形成による耐火物の損傷も問題とならない。
　また、上記実施形態では、出銑孔７と出滓孔８とを、対向する側壁にそれぞれ分けて設置する例を示したが、同じ側壁側に両者とも設置してもよい。あるいは、出滓孔８を省略して出銑孔７のみを設置し、該出銑孔７から溶鉄と溶融スラグを排出するようにしてもよい。
　以下、本発明の他の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　図３Ａ及び３Ｂに、本発明の一実施形態に係る溶融金属製造装置の概略構成を示す。本実施形態に係る定置式非傾動型電気炉（以下、単に「炉」ということもある。）は、水平断面形状が略矩形のアーク炉である。そして、炉上部（本例では炉上部１）には、排ガスダクト３、複数の原料装入シュート４が接続されるとともに、炉内には、電気加熱手段（加熱器）として、炉上部１を介して複数本の電極５が挿入されている。原料装入シュート４は、炉幅方向の両端部２，２にそれぞれ設置される一方、電極５は、炉幅方向の中央部に設置されている。さらに、炉上部（本例では炉上部１）には、複数本の二次燃焼バーナ６が設けられている。
　炉底部１６は、炉幅方向の両端部２，２から炉幅方向の中央部（すなわち、電極５の位置）に向かって全体として下り勾配となる部分（傾斜炉底部）１６’を有している。本実施形態では、この傾斜炉底部１６’を階段状（本例では点ＰＱＲＳを結ぶ折れ線部分）に形成した炉について説明する。
　そして、この階段状の部分の立ち上がり部、例えば１６ａに点検口１７を設けておくとよい。
　上記のように、炉底部１６が炉幅方向の端部から電気加熱手段としての電極５が存在する炉幅方向の中央部に向かって全体として下り勾配になる部分（傾斜炉底部）１６’を有するように形成したことで、傾斜炉底部１６’と塊状金属原料層１３との距離を近づけることが可能となる。これにより、塊状金属原料層１３の棚吊りが発生した場合でも、安全のため炉の操業を一時停止する必要はあるものの、この階段状の部分の立ち上がり部１６ａに設けられた点検口１７を開口し、この開口部から例えばブレーカなどの機械的手段を用いて物理的外力を加えることにより、塊状金属原料層１３の棚吊りを容易かつ確実に解消できる。
　上記塊状金属原料層１３の棚吊りの解消作業をできるだけ容易にするため、傾斜炉底部１６’と塊状金属原料層１３との距離を可能な限り近づけておくのが望ましい。これを実現するため、傾斜炉底部１６’の傾斜角度は、塊状金属原料層１３の表面の傾斜角度にできるだけ近づけるのが好ましい。塊状金属原料層１３の表面の傾斜角度は、塊状金属原料Ｂの崩潰角と静止安息角の間の角度となるので、傾斜炉底部１６’の傾斜角度は、［塊状金属原料Ｂの崩潰角－２５°（さらには崩潰角－２０°、特に崩潰角－１５°）］以上［塊状金属原料Ｂの静止安息角＋５°（さらには静止安息角、特に崩潰角）］以下の範囲内とするのがよい。ここに、傾斜炉底部１６’の傾斜角度は、階段状の部分の各ステップの炉内側突端部（図３Ａにおいては１６ｂ、１６ｂ）を結ぶ直線の傾斜角度（図３Ａにおいてはθ）で定義されるものとする。
　また、傾斜炉底部１６’と塊状金属原料層１３の表面との間の炉内に、該塊状金属原料層１３の棚吊りを機械的に解消するためのショック発生装置１８を設けておくのが好ましい。ここに、「ショック発生装置」とは、塊状金属原料層１３に連続的または間欠的に外力を加える装置をいう。
　このショック発生装置１８としては、例えば、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部１８ａと、その表面に突設された複数の解砕部材１８ｂからなるもの（Ｍｉｄｒｅｘ法直接還元用シャフト炉の炉内に設置され、還元鉄の棚吊り防止のために用いられるバーデンフィーダ［ｂｕｒｄｅｎｆｅｅｄｅｒ］に近似したもの）を用いることができる。そして、ショック発生装置１８のシャフト部１８ａを連続的または一定時間ごとに間欠的に回転させることにより、塊状金属原料層１３に棚吊りが発生するのを防止することができる。万一塊状金属原料層１３に棚吊りが発生してしまった場合でも、シャフト部１８ａに突設された複数の解砕部材１８ｂで塊状金属原料Ｂどうしの焼結物や融着物を解砕したり、解砕が十分でない場合でも上記焼結物や融着物が巨大化する前に強制的に電極５の下方に向かって移送（降下）させることができるので、円滑な操業を長期にわたって継続することができる。
　このような作用を棚吊りの発生状況等に応じて有効に発揮させるため、上記バーデンフィーダに近似したショック発生装置１８としては、その回転軸回りに、塊状金属原料層１３を降下させる方向（正方向）にのみ回転するもの、または、塊状金属原料層１３を降下させる方向（正方向）とその逆方向に交互に回転するものを適宜選択すればよい。なお、前者は移送を重視し、後者は解砕を重視するものである。
　電極５と二次燃焼バーナ６との間、二次燃焼バーナ６と排ガスダクト３との間、排ガスダクト３と原料装入シュート４との間には、炉内に垂下する隔壁９，１０，１１を設けるのが好ましい。
　電極５と二次燃焼バーナ６との間に隔壁９を設けるのが推奨されるのは、二次燃焼後の酸化性排ガスが電極５に接触するのを防止するためである。
　また、二次燃焼バーナ６と排ガスダクト３との間に隔壁１０を設けるのが推奨されるのは、二次燃焼後の排ガスが排ガスダクト３へショートカットするのを防止して、塊状金属原料層１３への放射伝熱量を十分に確保するためである。
　また、排ガスダクト３と原料装入シュート４との間に隔壁１１を設けるのが推奨されるのは、原料装入シュート４が高温の排ガスで過熱されて損傷するのを防止するためである。
　隔壁９，１０，１１は、設置による上記各効果の度合い、設置コスト、メンテナンスの手間等を総合的に勘案して、その全部を設置するようにしてもよいし、その一部を設置するようにしてもよい。
　また、排ガスダクト３は、電極５より原料装入シュート４に近い側に設置するのが好ましい。二次燃焼後の酸化性の排ガスが電極５の方に流れて電極５を損傷するのを抑制するためである。
　そして、炉下部には、原料装入シュート４が設けられていない（すなわち、炉内に原料充填層１２が形成されていない）炉長手側の炉側壁に、出銑孔７と出滓孔８とを設けるのが好ましい。出銑滓の際における開孔作業を容易にするためである。
　また、排ガスダクト３の下流側には、周知の熱交換器（図示せず）を設置すればよく、これにより炉から排出された高温排ガスの顕熱を回収して、アーク用電力の発電やペレットＢの乾燥等のエネルギとして有効利用することができる。
　電極５としては、例えば、熱効率に優れた、製鋼用アーク電気炉で常用される三相交流型のものが推奨される。そして例えば、三相電極の各２相の組合せでできる３組の単相電極から電極６本を作るという構成を採用するのが推奨される。
　また、電極５は、その先端部を塊状金属原料層１３または溶融スラグ層１５中に位置させ（浸漬させ）つつ、溶解操作を行うのが好ましい。これにより、アークによる放射加熱と抵抗加熱の効果を並存させることができ、溶解をより促進することができるとともに、原料充填層１２で保護されていない炉壁内面の損傷を抑制することができる。
　以下、この定置式非傾動型アーク炉を使用して、溶融金属として溶鉄を製造する場合を例に挙げて説明する。本例では、炉内に原料充填層を形成するための充填層形成用原料として炭材内装酸化鉄ペレットを、該原料充填層上に積層する塊状金属原料として同じく炭材内装酸化鉄ペレットをそれぞれ用いる。
　溶融金属の製造方法としては、予め、上記炉幅方向の両端部２，２に設置された原料装入シュート４，４から充填層形成用原料として所定量の炭材内装酸化鉄ペレットＡ´を炉内に装入する。そして、該炉幅方向の両端部２，２から電極５の下端部の下方に向かう下り勾配の斜面１２ａを有する原料充填層１２を形成しておく。原料充填層１２を形成する原料として炭材Ａに代えて炭材内装酸化鉄ペレットＡ´などの塊状金属原料を用いても、溶鉄との接触部分においては還元・溶融ないしは浸炭・溶解が進行する。一方で、該溶鉄との接触部分から離れた部分には熱が伝わりにくく、塊状金属原料は固体状態に維持される。そのため、一旦形成された原料充填層１２は長期間充填層状態に保たれる。また、原料充填層１２内の温度は上記溶鉄との接触部分から離れて炉壁に近づくほど低下するので、溶融ＦｅＯの形成による耐火物の損傷も問題とならない。
　次いで、上記炉幅方向の両端部２，２に設置された原料装入シュート４，４から塊状金属原料としての炭材内装酸化金属塊成化物である炭材内装酸化鉄ペレット（以下、単に「ペレット」ともいう。）Ｂを連続的または間欠的に装入して、原料充填層１２の斜面１２ａ上に塊状金属原料層としてのペレット層１３を形成する。ペレットＢ中の内装炭材の配合量は、酸化鉄が金属鉄まで還元されるに必要な理論炭素量に、溶鉄の目標炭素濃度を加味して決定するとよい。なお、ペレットＢは、炉内装入時に爆裂（バースティング）しないように、事前に乾燥しておくのが好ましい。
　電極５は、上述のごとく、その下端部がペレット層１３中に浸漬された状態となるように、予め高さを調節しておくとよい。
　その後、前記電極に通電してアーク加熱を行うことにより、ペレット層１３の下端部近傍のペレットＢが急速に加熱されて順次還元溶融し、溶融金属としての溶鉄と溶融スラグとに分離され、炉下部に溶鉄層１４と溶融スラグ層１５を形成する。なお、溶融スラグ層１５の塩基度等を調整するため、ペレットＢ中には、予め石灰石やドロマイトなどのＣａＯ源やＭｇＯ源を添加しておくのが好ましい。
　上記のようにして、ペレット層１３の下端部近傍からペレットＢが順次溶融されていくと、ペレット層１３自体はその自重により前記原料充填層の斜面に沿って電極５の下端部に向かって炉内を順次降下していくこととなる。
　そして、ペレット層１３中のペレットＢが電極５に近づくと、電極５からのアークによる放射熱と抵抗加熱により効率的に加熱され、ペレットＢ中の酸化鉄が内装炭材により固体金属鉄に予備還元されるとともに、ＣＯ含有ガス（可燃性ガス）を生成する。内装炭材として石炭など揮発分を含有する炭材を用いた場合は、加熱により内装炭材から脱揮された揮発分も該ＣＯ含有ガスに加わる。
　このＣＯ含有ガスは、炉上部１に設けられた二次燃焼バーナ６から吹込まれた酸素含有ガス（例えば酸素ガス）により燃焼（二次燃焼）される。そして、その燃焼（二次燃焼）による放射熱にてもペレット層１３は加熱される。このように放射熱にて加熱されたペレット層１３は、上記電極５からのアークによる放射加熱と抵抗加熱による場合と同様、ペレット中の酸化鉄を固体金属鉄に予備還元するとともにＣＯ含有ガスを生成するので、上記二次燃焼による放射加熱がさらに促進されることとなる。
　上記のようにして、原料供給シュート４から炉内に装入されたペレットＢは、原料充填層１２の斜面１２ａ上を降下する間に、上記二次燃焼による放射加熱（以下、「二次燃焼熱」ともいう。）により固体状態で高金属化率まで予備還元された後、電極５下端部近傍でアーク加熱および抵抗加熱により溶融し、溶鉄と溶融スラグとに分離されることとなる。
　したがって、電極５下端部近傍に生成する溶融スラグ中の酸化鉄濃度は十分に低くなり、電極５の損耗を抑制することができる。
　溶融スラグと分離された溶鉄は、ペレットＢ中に残存する炭材を溶解して目標炭素濃度の溶鉄となる。
　このようにして生成した、溶鉄と溶融スラグは、炉下部に設けた出銑孔７と出滓孔８から、例えば高炉の出銑滓方法と同様にして、間欠的に排出することができる。
　上記実施形態では、傾斜炉底部１６’を階段状に形成する例を示したが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、斜面状に形成してもよい。
　また、上記実施形態では、上記バーデンフィーダに近似したショック発生装置１８を炉長手方向には１台だけ設置する例を示した。しかしながら、このバーデンフィーダに近似したショック発生装置１８は、その構造上、自重および装入物荷重による変形のためシャフト部１８ａの長さに制約があることから、炉の長さがこのショック発生装置１８のシャフト部１８ａの長さで制約され、炉の長手方向へのスケールアップが制限される問題が残っていた。この問題を解決する手段として、以下のような構成を採用するのがさらに好ましい。
　すなわち、図４Ａ及び４Ｂに示すように、傾斜炉底部１６’を、炉長手方向に向かって斜面状の部分１９と階段状の部分２０とが交互に存在するように形成する（なお、同図においては構造の理解を容易にするため、斜面状の部分１９を半透明のものとして描いた。）。そして、該傾斜炉底部１６と前記塊状金属原料層１３の表面との間の炉内に、上記バーデンフィーダに近似したショック発生装置１８を複数台（本例では２台）、それらの回転軸が炉長手方向に沿うように直列に連ねて設置する。該ショック発生装置１８は、上述したように、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部１８ａと、その表面に突設された解砕部材８ｂからなるものである（なお、図４Ａでは解砕部材１８ｂの図示を省略した。）。そして、傾斜炉底部１６’の斜面状の部分１９の下方炉外側に、ショック発生装置１８のシャフト部１８ａの少なくとも片端部（本例では片端部のみ）を支持する軸受け２１を配置する（本例では、シャフト部１８ａの他端部を支持する軸受け２１’は、図４Ｂに示すように、側壁の炉外側に配置した。）。そして、ショック発生装置１８のシャフト部１８ａのうち解砕部材１８ｂを突設した部位は傾斜炉底部１６の階段状の部分２０の上方炉内側に配置する。
　上記構造を採用することで、炉長手方向にバーデンフィーダに近似したショック発生装置１８を直列に連ねて何台でも設置することが可能となり、塊状金属原料層１３の棚吊りの解消（ないし発生防止）作用を有効に発揮させつつ、炉の長手方向へのスケールアップを容易に実現できる。
　また、上記実施形態では、ショック発生装置１８として、回転軸回りの回転運動により塊状金属原料層１３に外力を加える形式の装置である、バーデンフィーダに近似したもの（シャフト部１８ａと、その表面に突設された複数の解砕部材１８ｂからなるもの）のみを例示した。しかしながらこれに限定されるものではなく、塊状金属原料層１３に連続的または間欠的に外力を加えることができるものであればいずれの形式の装置でも採用することができる。例えば、回転軸回りの回転運動により外力を加える別形式の装置としてスクリュを用いてもよいし、シリンダ等の往復運動により外力を加える形式の装置としてプッシャを用いてもよい。また、ガス圧により外力を加える形式の装置として、ガスを炉内に直接吹き込む装置やガス圧によりダイヤフラムを変形させる装置を用いてもよい。
　また、上記実施形態では、原料装入シュート４および電極５の配置に関し、原料装入シュート４を炉幅方向の両端部２，２にそれぞれ設置する一方、電極５を炉上部１の炉幅方向の中央部に設置する例を示した。なお変形例として、原料装入シュート４を炉幅方向の片端部２に設置する一方、電極５を炉幅方向の他端部２に設置するようにしてもよい。本変形例を採用すると、炉内に形成される原料充填層１２の斜面が片側だけになるので、上記実施例に比べて、耐火物保護の観点からは不利になる。しかしながら、本変形例では炉幅が縮小され、設備のコンパクト化が図れるメリットがある。なお、上記実施形態では、電極５を炉幅方向の中央部に設置する一例として、電極５を炉幅方向の中心線上に設置する例を示した。しかしながら、電極５は必ずしも厳密に炉幅方向の中心線上に設置することに限定されるものではなく、炉幅方向の中心線上から炉幅方向のいずれかの端部の方へずらして設置することも許容される。
　また、上記実施形態では、排ガスダクト３と原料装入シュート４は、いずれも炉上部１に接続する例を示したが、これに限定されるものではなく、いずれか一方または双方を炉側壁の上部に接続するようにしてもよい。なお、原料装入シュート４を炉側壁の上部に接続した場合は、原料装入シュート４は自動的に炉幅方向の端部に設置されることになる。
　また、上記実施形態では、定置式非傾動型アーク炉の水平断面形状として、略矩形のものを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば略楕円のものや真円のものを用いてもよい。この場合単相電極でなく、三相電源の各相を用いて３本の電極を作るように構成してもよい。ただし、略矩形のものを用いた場合、炉幅は一定にしておいて、炉長手方向（炉幅方向に垂直な方向）を延長することで、スケールアップを容易に行えるメリットがある。
　また、上記実施形態では、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂの形態として、ペレットを例示したが、ブリケットを採用してもよい。ブリケットは、球状のペレットより安息角が大きいので、原料充填層１２の斜面１２ａ上における滞留時間を確保するためには、ペレットを用いた場合に比べて、炉高は高くする必要があるものの、炉幅は縮小できるメリットがある。
　また、上記実施形態では、塊状金属原料として炭材内装酸化金属塊成化物（炭材内装酸化鉄ペレット）のみを用いる例を示したが、炭材内装酸化金属塊成化物（炭材内装酸化鉄ペレット、炭材内装酸化鉄ブリケット）に代えて、金属スクラップ（鉄スクラップ）、還元金属（還元鉄［ＤＲＩ、ＨＢＩ］）、塊状酸化金属鉱石（塊状鉄鉱石）、塩化金属を含有する炭材内装塩化金属塊成化物および酸化金属塊成鉱（焼成酸化鉄ペレット、コールドボンド酸化鉄ペレット、酸化鉄焼結鉱）を用いてもよいし、炭材内装酸化金属塊成化物、金属スクラップ、還元金属、塊状酸化金属鉱石、炭材内装塩化金属塊成化物および酸化金属塊成鉱よりなる群から選択される１種以上を用いてもよい。
　また、上記実施形態では、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとして、非揮発性の金属元素である鉄のみを含有するものを例示したが、非揮発性の金属元素の他、揮発性の金属元素、例えば、Ｚｎ、Ｐｂを含有するものであってもよい。すなわち、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとして、揮発性の金属元素を含有する製鉄所ダストなどを酸化金属原料として用いることができる。揮発性の金属元素は、炉内で加熱されて炭材内装酸化金属塊成化物Ｂから揮発除去されるが、本発明方法の採用により、二次燃焼バーナ６による燃焼熱によって炉上部の温度を十分に高く保持できるので、揮発除去された該揮発性金属元素が、炉上部で再凝縮することが確実に防止され、炉から排出された排ガスから該揮発性金属元素を効率的に回収することができる。
　なお、本明細書において、揮発性金属元素とは金属単体またはその塩等の化合物の１気圧での融点が１１００℃以下の金属元素をいう。金属単体として例えば、亜鉛、鉛等を挙げることができる。揮発性金属元素の化合物として例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム等を挙げることができる。揮発性金属元素の化合物中の揮発性金属は、電気炉（例えば、アーク炉、サブマージドアーク炉）で金属に還元されることで、その一部またはすべてが炉内で気体状態で存在する。また、揮発性金属元素の塩化物は、電気炉内で加熱されて、その一部またはすべてが炉内で気体状態で存在する。一方、非揮発性金属元素とは金属単体またはその酸化物等の化合物の１気圧での融点が１１００℃を超える金属元素をいう。金属単体として例えば、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、チタン等を挙げることができる。非揮発性金属の酸化物として、例えば、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を挙げることができる。非揮発性金属元素の化合物は、電気炉としてアーク炉やサブマージドアーク炉を用いたときには、炉内での加熱や還元反応によって、還元された金属単体としてまたは還元されない化合物として、炉内アーク近傍（アーク温度領域）では気体状態で存在できるものの、アークから離れたところでは液体または固体状態で存在する。
　また、上記実施形態では、塊状金属原料としての炭材内装酸化金属塊成化物Ｂおよび溶融金属１４を構成する金属元素として鉄（Ｆｅ）のみを例示したが、Ｆｅの他、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の非鉄金属を含有してもよい。
　また、上記実施形態では、溶融スラグの塩基度調整手段として、炭材内装酸化金属塊成化物Ｂに予めＣａＯ源やＭｇＯ源を添加しておく手段を例示したが、この手段に代えてまたは加えて、原料装入シュート４から炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとともに石灰石やドロマイトを装入するようにしてもよいし、別途設けたシュートから炭材内装酸化金属塊成化物Ｂとは別に装入するようにしてもよい。
　また、上記実施形態では、原料充填層１２を形成する充填層形成用原料として、炭材内装酸化鉄ペレットを例示したが、他の塊状金属原料を用いてもよいし、それらを２種類以上併用してもよい。
　さらには、原料充填層１２を形成する充填層形成用原料として、塊状金属原料に代えてまたは加えて石炭やコークスなどの炭材を用いてもよい。だだし、炭材を用いる場合には、その粒度は、炭材内装酸化鉄ペレットＢが原料充填層１２の空隙内に潜り込まない程度に、炭材内装酸化鉄ペレットＢの粒度に応じて調整しておくとよい。
　また、上記実施形態では、出銑孔７と出滓孔８とを、対向する側壁にそれぞれ分けて設置する例を示したが、同じ側壁側に両者とも設置してもよいし、あるいは、出滓孔８を省略して出銑孔７のみを設置し、該出銑孔７から溶鉄と溶融スラグを排出するようにしてもよい。
　本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２００９年１０月８日出願の日本特許出願（特願２００９-２３４３６２）ならびに日本特許出願（特願２００９-２３４３６３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１…炉上部
１’…傾斜炉上部
１ａ…立ち上がり部 
１ｂ…突端部 
１ｃ…ステップ部 
１ｄ…下り斜面
２…炉幅方向の端部
３…排ガスダクト
４…原料装入シュート
５…電極
６…二次燃焼バーナ
７…出銑孔
８…出滓孔
９、１０、１１…隔壁
１２…原料充填層
１２ａ…斜面
１３…塊状金属原料層（ペレット層）
１４…溶融金属層（溶鉄層）
１５…溶融スラグ層
１６…炉底部
１６’…傾斜炉底部
１６ａ…立ち上がり部
１７…点検口
１８…ショック発生装置
１８ａ…シャフト部
１８ｂ…解砕部材
１９…斜面状の部分
２０…階段状の部分
２１，２１’…軸受け
Ａ…炭材（石炭）
Ａ´…充填層形成用原料（炭材内装酸化鉄ペレット）
Ｂ…塊状金属原料（炭材内装酸化金属塊成化物、炭材内装酸化鉄ペレット）
Ｃ…酸素含有ガス（酸素）

Claims (20)

  1. 　電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとが接続されるとともに、
    　前記原料装入シュートは炉幅方向の片端部に設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の他端部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、
    　予め、前記原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、前記炉幅方向の片端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、
    　次いで、前記原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、
    　その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱し還元することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、
    　前記炉上部が、前記炉幅方向の片端部から前記炉幅方向の他端部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉上部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置。
  2. 　電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとを接続するとともに、
    　原料装入シュートは、炉幅方向の両端部にそれぞれ設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の中央部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、
    予め、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、該炉幅方向の両端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、
    　次いで、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、
    　その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、
    　前記炉上部が、前記炉幅方向の両端部から前記炉幅方向の中央部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉上部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置。
  3. 　前記傾斜炉上部が、斜面状である請求項１または２に記載の溶融金属製造装置。
  4. 　前記傾斜炉上部が、階段状である請求項１または２に記載の溶融金属製造装置。
  5. 　前記傾斜炉上部の傾斜角度を、［前記塊状金属原料の崩潰角－１５°］以上［前記塊状金属原料の静止安息角＋１５°］以下の範囲内とする請求項１～４のいずれか１項に記載の溶融金属製造装置。
  6. 　前記電気加熱手段が、前記炉上部から炉内に挿入された電極であって、かつ、前記二次燃焼バーナの前記傾斜炉上部への取り付け角度が、該二次燃焼バーナから吹き込まれた酸素含有ガスの流れが前記電極から遠ざかるような角度である請求項１～５のいずれか１項に記載の溶融金属製造装置。
  7. 　前記二次燃焼バーナのガス吹き込み部の構造が、該二次燃焼バーナにより吹き込まれた酸素含有ガスが、該二次燃焼バーナの軸周りに旋回する旋回流になるように構成された請求項１～６のいずれか１項に記載の溶融金属製造装置。
  8. 　前記定置式非傾動型電気炉の炉底部と前記塊状金属原料層の表面との間の炉内に、該塊状金属原料層の棚吊りを機械的に解消するためのショック発生装置を設けた請求項１～７のいずれか１項に記載の溶融金属製造装置。
  9. 　前記ショック発生装置は、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部と、その表面に突設された解砕部材からなるものである請求項８に記載の溶融金属製造装置。
  10. 　前記ショック発生装置は、前記回転軸回りに、前記塊状金属原料層を降下させる方向にのみ回転するもの、または、前記塊状金属原料層を降下させる方向とその逆方向に交互に回転するものである請求項８または９に記載の溶融金属製造装置。
  11. 　前記塊状金属原料として、炭材内装酸化金属塊成化物、金属スクラップ、還元金属、酸化金属塊鉱石、炭材内装塩化金属塊成化物および酸化金属塊成鉱よりなる群から選ばれた１種以上である請求項１～１０のいずれか１項に記載の溶融金属製造装置。
  12. 　電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとが接続されるとともに、
    　前記原料装入シュートは炉幅方向の片端部に設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の他端部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、
    　予め、前記原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、前記炉幅方向の片端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、
    　次いで、前記原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、
    　その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱し還元することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、
    　前記定置式非傾動型電気炉の炉底部が、前記炉幅方向の片端部から前記炉幅方向の他端部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉底部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置。
  13. 　電気加熱手段を有する定置式非傾動型電気炉の炉上部に排ガスダクトと原料装入シュートとを接続するとともに、
    　原料装入シュートは、炉幅方向の両端部にそれぞれ設置される一方、前記電気加熱手段は、該電気加熱手段で加熱される電気加熱領域が炉幅方向の中央部に存在するように設置されるとともに、炉上部に二次燃焼バーナが設置され、
    　予め、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから炭材および／または塊状金属原料を所定量炉内に装入して、該炉幅方向の両端部から前記電気加熱領域に向かう下り勾配の斜面を有する原料充填層を形成しておき、
    　次いで、前記炉幅方向の両端部に設置した原料装入シュートから塊状金属原料を連続的または間欠的に装入して、前記原料充填層の斜面上に塊状金属原料層を形成し、
    　その後、前記電気加熱手段にて電気加熱を行って、前記塊状金属原料層の下端部近傍の塊状金属原料を順次溶融することにより、炉内に溶融金属層と溶融スラグ層を形成するとともに、前記塊状金属原料層を前記原料充填層の斜面に沿って降下させつつ、前記二次燃焼バーナから前記塊状金属原料層より上方の炉内空間部に酸素含有ガスを吹き込んで、前記塊状金属原料層から発生するＣＯ含有ガスを燃焼させ、その放射熱により前記塊状金属原料層を加熱することにより溶融金属を製造する溶融金属製造装置であって、
    　前記定置式非傾動型電気炉の炉底部が、前記炉幅方向の両端部から前記炉幅方向の中央部に向かって全体として下り勾配となる部分である傾斜炉底部を備えることを特徴とする溶融金属製造装置。
  14. 　前記傾斜炉底部が、斜面状である請求項１２または１３に記載の溶融金属製造装置。
  15. 　前記傾斜炉底部が、階段状である請求項１２または１３に記載の溶融金属製造装置。
  16. 　前記傾斜炉底部の傾斜角度を、［前記塊状金属原料の崩潰角－２５°］以上［前記塊状金属原料の静止安息角＋５°］以下の範囲内とする請求項１２～１５のいずれか１項に記載の溶融金属製造装置。
  17. 　前記傾斜炉底部と前記塊状金属原料層の表面との間の炉内に、該塊状金属原料層の棚吊りを機械的に解消するためのショック発生装置を設けた請求項１２～１６のいずれか１項に記載の溶融金属製造装置。
  18. 　前記ショック発生装置は、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部と、その表面に突設された解砕部材からなるものである請求項１７に記載の溶融金属製造装置。
  19. 　前記ショック発生装置は、前記回転軸回りに、前記塊状金属原料層を降下させる方向にのみ回転するもの、または、前記塊状金属原料層を降下させる方向とその逆方向に交互に回転するものである請求項１７または１８に記載の溶融金属製造装置。
  20. 　前記傾斜炉底部が、炉長手方向に向かって斜面状の部分と階段状の部分とが交互に存在するように形成され、
    　かつ、該炉底部の全体として下り勾配となる部分と前記塊状金属原料層の表面との間の炉内に、該塊状金属原料層の棚吊りを機械的に解消するためのショック発生装置を、少なくとも炉長手方向に複数台設け、
    　該ショック発生装置は、炉長手方向に沿う回転軸を有するシャフト部と、その表面に突設された解砕部材からなり、前記シャフト部は、少なくともその片端部が前記傾斜炉底部の斜面状の部分の下方炉外側に配置された軸受けで支持されるとともに、前記解砕部材を突設した部位が前記傾斜炉底部の階段状の部分の上方炉内側に配置されている請求項１２または１３に記載の溶融金属製造装置。
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