WO2015122246A1 - 溶解炉に用いる予熱装置および溶解設備、ならびに溶解設備の構築方法 - Google Patents

溶解炉に用いる予熱装置および溶解設備、ならびに溶解設備の構築方法 Download PDF

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preheating
furnace body
furnace
tilting
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弘剛 加藤
靖浩 佐藤
西野　昭夫
関口　毅
明彦 守田
範夫 青
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スチールプランテック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a preheating device used in a melting furnace for melting raw materials such as iron scrap, a melting facility using the same, and a method for constructing the melting facility.
  • a melting furnace such as an arc furnace is a facility that mainly charges a solid metal raw material into the furnace to melt the solid metal raw material.
  • iron is used as the raw material.
  • Scrap, reduced iron (DRI), hot briquette iron (HBI), cold iron (model iron), etc. made from briquetting it at high temperature are used, and these raw materials are inserted into the furnace and energized. Dissolve.
  • Patent Document 1 discloses a supply device for supplying raw materials to a melting furnace while preheating raw materials such as iron scrap.
  • Patent Document 2 has a melting chamber for melting a cold iron source (raw material) such as scrap by an arc and a preheating shaft directly connected to the upper portion thereof, and the cold iron source is continuously connected to the melting chamber and the preheating shaft.
  • the melting equipment disclosed in Patent Document 2 is excellent in terms of airtightness because the melting chamber and the preheating shaft are integrated, and further, the melting chamber and the preheating shaft are inclined when steel is output. Even in this case, it is possible to maintain a state in which the cold iron source is continuously present in the melting chamber and the preheating shaft (supply device).
  • the melting chamber and the preheating shaft are integrated in this way, when the equipment is renewed, both foundations must be newly constructed, which takes time for construction and increases the number of days of equipment stoppage. End up. Also, the equipment renewal cost is high.
  • an object of the present invention is to provide a preheating device that can be additionally installed in an existing melting furnace and that can ensure hermeticity during operation, a melting facility equipped with such a preheating device, and such Is to provide a method for constructing a simple melting facility.
  • a preheating device for preheating the raw material supplied to the furnace main body for melting the raw material by heat generated in the furnace main body, which is formed in the furnace main body.
  • a preheating chamber for storing the raw material, having a raw material feeding opening for feeding the raw material to the furnace body, which is formed so as to be compatible with and opposed to the raw material charging opening;
  • a preheating chamber tilting mechanism that is separate from the furnace body tilting mechanism that tilts the main body, and at least when the molten metal formed in the furnace body is discharged, the raw material charging opening of the furnace body and the preheating chamber
  • a preheating comprising: an interlocking device configured to tilt the preheating chamber in accordance with the tilting of the furnace main body by the furnace main body tilting mechanism while maintaining a state in which the raw material feeding opening is opposed.
  • the interlock device is configured to control the preheating chamber tilting mechanism to tilt the preheating chamber in synchronization with the tilting of the furnace body by the furnace body tilting mechanism.
  • a preheating chamber tilt control unit may be provided.
  • the central axis of the rolling motion associated with the tilting of the preheating chamber in the preheating chamber tilting mechanism is the rolling motion associated with the tilting of the furnace body in the furnace body tilting mechanism. You may be comprised so that it may become coaxial with a central axis.
  • the interlock device may include a preheating chamber side connecting portion that is mechanically connected to the furnace body side.
  • the preheating chamber tilting mechanism includes a preheating chamber base that supports the preheating chamber and is swingably provided, and a preheating chamber tilting cylinder that tilts the preheating chamber, and the preheating chamber side connecting portion.
  • the preheating chamber base at least two locations spaced apart from each other in the horizontal direction may be provided.
  • the preheating chamber base may include only one preheating chamber swinging member on the lower surface that swings the preheating chamber on the basic structure for the preheating device.
  • the preheating apparatus is added to a melting furnace having at least a furnace body for melting the raw material and a furnace body tilting mechanism for tilting the furnace body.
  • a melting facility is provided and configured.
  • the interlock device of the preheating device includes a preheating chamber side connecting portion that is mechanically connected to the furnace main body side
  • the furnace main body tilting mechanism includes: A furnace body pedestal that supports the furnace body and is provided so as to be swingable, and a furnace body tilting cylinder that tilts the furnace body, and the furnace body pedestal is connected to the preheating chamber side connecting portion.
  • a main body side connecting portion, and the furnace main body side connecting portion is provided at a position corresponding to the preheating chamber side connecting portion in the furnace main body base, and the corresponding preheating chamber side connecting portion and the furnace main body side
  • the connection portion may be connected to be rotatable about a rotation axis that is perpendicular to the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the preheating chamber and the furnace body and extends in the horizontal direction.
  • the preheating chamber tilting mechanism includes a preheating chamber base that supports the preheating chamber and is swingably provided, and a preheating chamber tilting cylinder that tilts the preheating chamber, and the preheating chamber side connecting portion.
  • the preheating chamber base at least two locations spaced apart from each other in the horizontal direction may be provided. Furthermore, the preheating chamber base may include only one preheating chamber swinging member on the lower surface that swings the preheating chamber on the basic structure for the preheating device.
  • the melting facility further includes a ventilation suppression unit that suppresses the inflow and outflow of gas from the gap between the raw material feeding opening and the raw material charging opening. Also good.
  • the air flow suppression unit may have a labyrinth seal structure provided between the raw material feeding opening and the raw material charging opening, or the raw material feeding opening and the You may have a cylindrical body of the bellows structure provided between the opening parts for raw material charging.
  • the melting furnace having at least a furnace body for melting the raw material and a furnace body tilting mechanism for tilting the furnace body, the raw material charge in which the raw material is charged into the furnace body. Forming the inlet opening, and installing the preheating device of the first aspect so that the raw material feeding opening is opposed to the raw material charging opening.
  • a method for constructing a melting facility is provided.
  • the melting furnace may be actually operated before the step of forming the raw material charging opening.
  • the melting facility construction method includes a ventilation suppression unit that suppresses the inflow and outflow of gas from the gap between the raw material feeding opening and the raw material charging opening. It may further include.
  • the air flow suppression unit may have a labyrinth seal structure provided between the raw material feeding opening and the raw material charging opening, or the raw material feeding opening and the You may have a cylindrical body of the bellows structure provided between the opening parts for raw material charging.
  • the raw material feeding opening is compatible with the raw material charging opening means that these openings are in contact or non-contact with each other. It means that it has the same or complementary shape to the extent that the effect of preventing air from passing through is obtained.
  • the state in which the raw material feeding opening and the raw material charging opening are opposed to each other means that these openings are not immovably fixed to each other by welding or the like, It means a state where they are close and non-contacting each other.
  • a preheating device capable of tilting a furnace main body for waste water or hot water.
  • a melting facility constructed by additionally installing the above preheating device, whereby even if the preheating device is additionally installed in an existing melting furnace, the airtightness during operation is maintained.
  • a melting facility with high thermal efficiency is realized.
  • a method for constructing a melting facility capable of realizing a melting facility with high thermal efficiency in which a preheating device is additionally installed in an existing melting furnace and hermeticity during operation is maintained.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a preheating apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the preheating device 100 of the first embodiment is configured to be additionally installed in an existing melting furnace, and preheats raw materials such as iron scrap to be supplied to the furnace body of the melting furnace, which will be described later, by the heat of gas generated in the furnace body. Is for.
  • this preheating device 100 is adapted to the raw material charging opening 37 formed in the raw material charging opening 37 formed in the furnace main body 31 of the melting furnace.
  • the preheating shaft tilt control unit 14 is configured such that at least when the molten metal formed in the furnace body 31 is discharged, the raw material charging opening 37 of the furnace main body 31 and the raw material feeding opening 18 of the preheating shaft 11 are relatively positioned.
  • the preheating shaft tilting cylinder 13 is controlled to tilt the preheating shaft 11 in synchronization with the tilting of the furnace body 31 by the furnace body tilting mechanism while maintaining the state.
  • the preheating shaft 11 has an iron outer shell.
  • a raw material supply port 15 and an opening / closing lid 16 for opening and closing the raw material supply port 15 are provided at the upper portion of the preheating shaft 11.
  • An exhaust port 17 is provided in the upper part of the preheating shaft 11, and a raw material feed opening 18 is provided in the lower part of the preheating shaft 11.
  • the raw material such as iron scrap is charged into the preheating shaft 11 from the raw material supply port 15 by a bucket (not shown).
  • the bucket with the upper lid closed is attached to the raw material supply port 15, and in this state, the open / close lid 16 is opened and the raw material is charged.
  • the opening / closing lid 16 is closed except when the raw material is charged into the preheating shaft 11.
  • the exhaust port 17 is for exhausting the gas generated in the furnace body of the melting furnace, and is connected to the exhaust gas duct 57 as shown in FIG.
  • the raw material in the preheating shaft 11 is preheated by the heat of the gas from the furnace body.
  • the raw material feeding opening 18 is for feeding the raw material in the preheating shaft 11 to the furnace main body 31 of the melting furnace, and the raw material charging opening 37 formed in the furnace main body 31 (details will be described later). To be).
  • the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37 are configured to be movable with respect to each other, and the preheating device and the furnace main body are caused by sinking of the preheating device basic structure 20 of the preheating device 100 additionally provided. Even if a deviation occurs in the relative position, the structure can absorb it.
  • the preheating shaft pedestal 1 has two preheating shaft oscillating members 2 provided at the lower part of the preheating shaft 11, and the lower surface of the preheating shaft oscillating member 2 has an arc shape.
  • the preheating shaft base 1 is placed on a rail 21 laid on the foundation structure 20 for the preheating device, and swings on the rail 21 by advancing or retracting the piston of the preheating shaft tilting cylinder 13. Thus, the preheating shaft 11 can be tilted.
  • the melting furnace usually has a tilting mechanism in the furnace main body for hot water discharge or drainage.
  • the preheating shaft 11 is: It is tilted by a tilting mechanism that is separate from the tilting mechanism of the furnace body in the melting furnace.
  • the preheating shaft 11 can be tilted by a preheating shaft tilting mechanism when the furnace main body is tilted at the time of draining or tapping.
  • the preheating shaft tilting mechanism moves the preheating shaft 11 to the furnace main body 31 while maintaining the state in which the raw material charging opening 37 of the furnace main body and the raw material feeding opening 18 of the preheating shaft 11 face each other when the furnace main body is tilted.
  • the preheating shaft 11 is tilted in accordance with the tilting. Thereby, the airtightness between the preheating shaft 11 and the furnace main body 31 can be ensured.
  • the preheating shaft tilting cylinder 13 is configured as a ram cylinder.
  • a counterweight 22 that can be tilted integrally with the preheating shaft 11 is provided on the preheating shaft tilt cylinder 13 side of the preheating shaft base 1.
  • the overall gravity center position of the preheating shaft 11 and the counterweight 22 is lower than the gravity center position of the preheating chamber alone. Since the preheating shaft 11 itself has a high center of gravity, if it is tilted largely, the moment in the direction in which the preheating shaft 11 itself falls will increase. Therefore, by providing such a counterweight 22, it is possible to reduce the load applied to the preheating shaft tilting cylinder 13.
  • the center of gravity of the entire preheating shaft 11 and the counterweight 22 is always located on the side of the discharge port 44 with respect to the central axis of the rolling motion accompanying tilting. For this reason, when the hydraulic pressure is released, the preheating shaft 11 is tilted toward the exhaust port 44 with respect to the center axis of the rolling motion. In order to tilt the preheating shaft 11 toward the hot water outlet 43 with respect to the central axis of the rolling motion, it is necessary to supply the hydraulic pressure to the preheating shaft tilting cylinder 13 and push it out.
  • the preheating shaft tilt control unit 14 controls the preheating shaft 11 to tilt in synchronization with the tilting of the furnace body 31 of the melting furnace.
  • the raw material preheating apparatus 100 further includes a pusher 19 that pushes the raw material in the preheating shaft 11 to the melting furnace through the raw material feed opening 18.
  • the pusher 19 includes a cylinder 24 and a pressing member 25 provided at the tip of the piston of the cylinder 24, and the raw material in the preheating shaft 11 is moved into the melting furnace by the pressing member 25 by advancing the piston of the cylinder 24. Extrude.
  • FIG. 2 is a plan view showing such a melting facility
  • FIG. 3 is a side view thereof.
  • the melting equipment 300 is configured by adding the above-described preheating device 100 to the existing melting furnace 200.
  • the present invention is remarkable in that by adding a preheating device to a melting furnace that has been operating without a preheating device, it is possible to construct a melting facility with high thermal efficiency while effectively utilizing existing facilities. effective. That is, there is a remarkable effect when the melting furnace is actually operated before the step of forming the raw material charging opening of the present invention.
  • the present invention can be applied to a case where a facility having a preheating device is required before the melting furnace is actually operated after the melting furnace has been installed without the preheating device. It is effective because a preheating device can be additionally installed.
  • the melting furnace 200 includes a furnace body 31 for arc melting of raw materials such as iron scrap, a furnace body pedestal 3 that supports the furnace body 31 in a tiltable manner on the melting furnace basic structure 40, and a furnace body pedestal 3.
  • a furnace body tilting cylinder 33 for tilting the furnace body and a furnace body tilting control unit 34 for controlling the tilting cylinder are provided.
  • the furnace body pedestal 3 and the furnace body tilting cylinder 33 constitute a furnace body tilting mechanism.
  • the furnace body 31 has an iron outer shell having a water cooling structure, and the molten metal storage portion at the bottom has a refractory lining 39.
  • An openable / closable furnace lid 35 is attached to the upper opening of the furnace body 31, and three electrodes 36 are inserted vertically into the furnace body 31 from above through the furnace lid 35.
  • An arc formed by applying an AC voltage to the electrode 36 from a power source (not shown) can melt the raw material supplied from the preheating shaft 11 and heat the molten metal produced by melting the raw material. It has become. Further, a slag for smelting is formed on the molten metal generated in the furnace body 31.
  • 51 is a raw material such as iron scrap
  • 52 is a molten metal
  • 53 is a slag.
  • the tip of the electrode 36 is located in the slag 53 and an arc is formed in the slag 53.
  • a raw material charging opening 37 for charging the raw material into the furnace main body 31 is provided on the side wall of the furnace main body 31, and the raw material charging opening 37 has a flange 38.
  • the raw material feeding opening 18 of the preheating shaft 11 is formed so as to be compatible with and opposed to the raw material charging opening 37.
  • the preheating shaft 11 is tilted by a tilting mechanism that is separate from the furnace main body 31 and can be moved relative to each other. Therefore, in order to ensure airtightness even if such a shift occurs, in the first embodiment, the raw material feeding opening 18 is provided with a flange 23, and the raw material charging opening 37 is provided with a flange 38. The flange 23 and the flange 38 are combined.
  • the flange 23 and the flange 38 are provided between the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37, and the gas flows in and out from the gap between them. It functions as a ventilation suppression unit that suppresses.
  • the furnace main body 31 is provided with a hot water outlet 43 and a discharge port 44 at opposite positions. Further, the center of gravity of the furnace main body 31 is arranged so that the center of gravity of the preheating shaft 11 and the counterweight 22 is always located on the side of the discharge port 44 with respect to the center axis of the rolling motion accompanying tilting. Has been made. Therefore, by releasing the hydraulic pressure of the furnace body tilting cylinder 33 configured as a ram cylinder in the same manner as the preheating chamber side, the piston is retracted and the furnace body 31 is tilted to the exhaust port 44 side.
  • the furnace body pedestal 3 has two furnace body oscillating members 4 provided below the furnace body 31, and the bottom surface of the furnace body oscillating member 4 has an arc shape. ing.
  • the furnace body pedestal 3 is placed on a rail 41 laid on the melting furnace foundation structure 40, and swings on the rail 41 by driving the furnace body tilting cylinder 33, thereby causing the furnace body 31 to move. It is possible to tilt.
  • the furnace body tilt control unit 34 includes a hydraulic control mechanism 45 that controls the hydraulic pressure of the furnace body tilt cylinder 33 and a control unit 46 that electrically controls the hydraulic control mechanism 45.
  • the furnace body tilt control unit 34 controls the drive of the furnace body tilt cylinder 33 so as to tilt the furnace body 31 at the time of draining and tapping.
  • the preheating shaft 11 of the preheating device 100 can be tilted when the furnace body 31 is tilted.
  • the raw material feeding opening 18 of the preheating shaft 11 is provided in the furnace.
  • the main body 31 is tilted in synchronization with the tilt of the furnace main body 31. Thereby, even when the furnace body 31 is tilted, it is possible to maintain high airtightness between them.
  • the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the preheating shaft 11 is the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the furnace body 31 (furnace It is preferable to be configured so as to be coaxial with the central axis of the rolling motion associated with the swing of the main body base 3.
  • its motion includes a component of rolling motion and a component of translational motion at the center (axis) of the rolling motion.
  • the arc-shaped center (axis) of the pedestal serves as the central axis of the rolling motion component.
  • the central axis moves horizontally in the tilt direction.
  • the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the preheating shaft 11 is the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the furnace body 31. It is preferable that it is comprised so that it may become coaxial.
  • the lower surface of the preheating shaft pedestal 1 and the lower surface of the furnace body pedestal 3 have an arc shape, and their centers of curvature coincide with each other when viewed from the direction of the rolling axis of tilting. Thereby, it becomes possible to maintain the airtightness between the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37 higher.
  • the preheating shaft tilt control unit 14 of the preheating device 100 described above includes a hydraulic control mechanism 55 that controls the hydraulic pressure of the preheating shaft tilt cylinder 13 and a control unit 56 that electrically controls the hydraulic control mechanism 55.
  • the preheating shaft tilt control unit 14 controls the preheating shaft 11 to perform a tilting operation corresponding to the tilting operation of the furnace body 31 in synchronization with the tilting of the furnace body 31.
  • the control unit 56 receives an operation signal necessary for tilting in synchronization with the tilt timing of the furnace body 31 from the control unit 46 of the melting furnace 200, and the control unit 56 receives the tilt operation signal.
  • the preheating shaft tilting cylinder 13 is controlled to tilt the preheating shaft 11 in synchronization with the tilting of the furnace body 31.
  • a raw material charging opening 37 for charging the raw material is formed in the furnace main body 31.
  • the foundation structure 20 of the preheating device 100 is formed adjacent to the foundation structure 40 of the melting furnace 200. Furthermore, it has a raw material feeding opening portion 18 that matches the raw material charging opening portion 37, and includes a preheating shaft 11 that stores the raw material therein, and a preheating shaft tilting mechanism that is separate from the furnace body tilting mechanism.
  • the preheating device 100 that preheats the raw material by the heat generated in the furnace body 31 is installed so that the raw material feeding opening 18 faces the raw material charging opening 37.
  • the preheating device 100 is provided with an interlocking device (preheating shaft tilt control unit 14) configured to tilt the preheating shaft 11 in accordance with the tilting of the furnace body 31 by the furnace body tilting mechanism.
  • the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the preheating shaft 11 (the central axis of the rolling motion accompanying the swinging of the preheating shaft base 1) is coaxial with the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the furnace body. It is preferable to do so.
  • the center of curvature of the lower surface of the preheating shaft pedestal 1 coincides with the center of curvature of the lower surface of the furnace body pedestal 3 when viewed from the direction of the rolling axis of tilting.
  • the preheating device 100 can be additionally installed in the existing melting furnace, a new foundation may be the portion of the preheating device 100, and the construction is more than the melting equipment in which the melting chamber and the preheating shaft are integrated.
  • the number of days can be reduced, and the equipment renewal cost can be reduced.
  • a raw material 51 such as iron scrap is charged into the preheating shaft 11 from the raw material supply port 15 of the preheating shaft 11, and the raw material 51 is passed through the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37.
  • the raw material 51 is continuously present in the preheating shaft 11 and the furnace body 31.
  • an electric current is formed between the electrode 36 and the raw material 51 in the furnace body 31 to form an arc, and the raw material 51 is melted.
  • a slag 53 is formed on the surface of the molten metal, and from the lance (not shown) in the slag 53.
  • Coke as an auxiliary heat source is injected into the slag to shift to a slag forming operation, and the tip of the electrode 36 is buried in the slag 53 so that an arc is formed in the slag 53.
  • the gas generated in the furnace body 31 is discharged from the furnace body 31 through the preheating shaft 11 and the exhaust port 17 through the duct 57, and the raw material 51 in the preheating shaft 11 is preheated by the heat of this gas.
  • the raw material 51 in the preheating shaft 11 is supplied to the furnace body 31, and the raw material 51 can be continuously melted in the furnace body 31.
  • the raw material 51 in the preheating shaft 11 is pushed out into the furnace main body 31 by the pusher 19.
  • the upper end position of the raw material 51 in the preheating shaft 11 is lowered, so that the raw material 51 exists continuously on the preheating shaft 11 and the furnace body 31.
  • the raw material 51 is supplied from the raw material supply port 15 into the preheating shaft 11 in a timely manner.
  • the raw material supply port 15 is closed by the opening / closing lid 16, and the raw material feeding opening 18 of the preheating shaft 11 is formed in the furnace body 31.
  • the preheating efficiency is high because the airtightness is maintained by being arranged so as to be compatible with and opposed to the raw material charging opening 37.
  • the raw material 51 is continuously melted and a predetermined amount (for example, one charge) of molten steel is accumulated in the furnace body 31, the raw material 51 is continuously provided between the preheating shaft 11 and the furnace body 31. Then, while maintaining the existing state, the furnace body 31 is tilted toward the discharge port 44 to discharge slag from the discharge port 44, and then the furnace body 31 is tilted toward the side of the hot water outlet 43 on the opposite side. The molten metal is taken out from the hot water outlet 43 to a hot pot or the like.
  • the preheating shaft 11 is configured to be tiltable by the preheating shaft tilting mechanism when the furnace body is tilted at the time of draining or hot water, etc.
  • the raw material feeding opening 18 of the preheating shaft 11 is made to be relative to the raw material charging opening 37 provided in the furnace main body 31 so that the tilting operation at that time is a tilting operation synchronized with the tilting operation of the furnace main body 31. Try to keep the state to do.
  • the furnace main body 31 tilts, it becomes possible to maintain high airtightness between the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37, and preheating when the furnace main body 31 is tilted. It is possible to suppress a decrease in efficiency.
  • the furnace body 31 can be tilted for draining or hot water while the raw material is continuously present between the furnace body 31 and the preheating shaft 11, the operation is easy and the heat efficiency is high. Can also be maintained.
  • the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the preheating shaft 11 (the central axis of the rolling motion accompanying the swing of the preheating shaft base 1) is used as the central axis of the rolling motion accompanying the tilting of the furnace body 31 (furnace
  • the center axis of the rolling motion accompanying the swing of the main body base 3 is preferably coaxial. More preferably, the center of curvature of the lower surface of the preheating shaft pedestal 1 coincides with the center of curvature of the lower surface of the furnace body pedestal 3 when viewed from the direction of the rolling axis of tilting. Thereby, the tilting position of the preheating shaft 11 can be matched with the tilting position of the furnace body 31 with high accuracy, and the above effects can be further enhanced.
  • the flange 23 and the flange 38 are provided in the joint part of the opening part 18 for raw material supply and the opening part 37 for raw material charging, and these function as a ventilation suppression part.
  • FIG. 4 shows a first modification.
  • a labyrinth seal structure 61 is provided as an airflow suppressing portion between the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37. Since the labyrinth seal structure 61 has a bent gas passage, it can more effectively suppress the ventilation and increase the airtightness.
  • FIG. 5 shows a second modification.
  • a bellows-structured cylindrical body 62 is provided as an airflow suppressing portion between the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37. Since the cylindrical body 62 having the bellows structure can substantially completely seal between the raw material feeding opening 18 and the raw material charging opening 37 and can follow the separation and deviation therebetween, The airtightness between the feeding opening 18 and the raw material charging opening 37 can be almost completely ensured.
  • FIG. 6 is a plan view showing a melting facility 600 using the preheating device 400 of the second embodiment
  • FIG. 7 is a sectional view thereof.
  • main differences between the second embodiment and the first embodiment will be described, and overlapping descriptions will be omitted.
  • a preheating shaft tilt control unit (preheating chamber tilt control unit) 14 that controls the preheating chamber tilting mechanism to tilt the preheating chamber in synchronization with the tilting of the furnace main body by the furnace main body tilting mechanism as the interlocking device.
  • the configuration was shown.
  • the interlocking device provided in the preheating device 400 of the second embodiment includes a preheating shaft side connecting portion (preheating chamber side connecting portion) 5 that is mechanically connected to the furnace body side.
  • the furnace body tilting mechanism includes a furnace body base 3 that supports the furnace body 31 and is swingable, and a furnace body tilting cylinder 33 that tilts the furnace body 31.
  • the preheating chamber tilting mechanism includes a preheating shaft base 1 that supports the preheating shaft 11 and is swingable, and a preheating shaft tilting cylinder 13 that tilts the preheating shaft 11, and the preheating shaft side connecting portion 5 is preheated. It is provided on the shaft base 1.
  • the furnace body pedestal 3 includes a furnace body side coupling part 6 to which the preheating shaft side coupling part 5 is coupled, and the preheating shaft side coupling part 5 and the furnace body side coupling part 6 are mechanically coupled by a coupling shaft 7. Has been.
  • the preheating shaft side connection part 5, the furnace main body side connection part 6, and the connection shaft 7 are provided as an interlocking device. Yes.
  • the preheating chamber can be tilted in accordance with the tilting of the furnace body by the furnace body tilting mechanism.
  • the mechanical load applied to the connection part is reduced compared to the structure of only the connection part, and by any disturbance etc. Even if a situation in which synchronization cannot be achieved due to the synchronization control occurs, it is possible to reliably keep the raw material charging opening 37 and the raw material feeding opening 18 facing each other.
  • a configuration having only a mechanical connecting portion is also possible.
  • the preheating shaft side connection part 5 is provided in at least two places mutually spaced apart in the horizontal direction in the preheating shaft base 1, and the furnace main body side connection part 6 is the furnace main body base 3.
  • the preheating shaft side connecting portion 5 is provided at a position corresponding to the preheating shaft side connecting portion 5, and the corresponding preheating shaft side connecting portion 5 and the furnace body side connecting portion 6 are connected by the connecting shaft 7 to the preheating shaft 11 and the furnace main body 31. It is connected so as to be rotatable around a rotation axis that is orthogonal to the central axis of the rolling motion accompanying tilting and extends in the horizontal direction.
  • the preheating shaft base 1 is provided with only one preheating shaft rocking member 2 for rocking the preheating shaft 11 on the foundation structure 20 for the preheating device.
  • the two preheating shaft oscillating members 2 are provided.
  • only one preheating shaft oscillating member 2 is provided, and the preheating shaft 11 has a one-legged structure.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
  • the scope of the present invention is determined based on the description of the appended claims, and all configurations in which the components are omitted, modified, and improved within the scope are included in the present invention.
  • a ram cylinder is used as the tilting cylinder
  • a double-acting cylinder may be used.
  • a counterweight is not required, but the load on the cylinder can be reduced by providing a counterweight.
  • the rocking pedestal is used as a mechanism for tilting the preheating shaft.
  • the present invention is not limited to this.
  • the rocking pedestal is arranged along the arc shape of the pedestal below the rocking pedestal having the same shape. It is good also as a structure which provides the roller group made and supports a base with these roller groups.
  • the furnace body tilting mechanism needs to have the same configuration.
  • the central axis of the rolling motion accompanying the swing moves in the horizontal direction, whereas the roller group arranged along the arc shape is used.
  • the central axis of the rolling motion accompanying tilting does not move, so if they are mixed in the tilting configuration of the reserve chamber and the furnace body, the raw material charging opening and the raw material feed during tilting This is because the state of being opposed to the opening for use cannot be maintained.
  • the melting furnace to which the preheating shaft is applied in the above embodiment is merely an example, and it goes without saying that it can be applied to other various types of melting furnaces.
  • an AC type arc furnace is used as a melting furnace
  • a DC type arc furnace may be used.
  • iron scrap is exemplified as a raw material, but the present invention is not limited to this, and other metals may be dissolved.
  • Preheating shaft base Preheating chamber base 2; Preheating shaft swing member (preheating chamber swing member) 3; furnace body pedestal 4; furnace body swinging member 5; 6; Furnace side connection (interlocking device) 7; Connecting shaft (interlocking device) 11: Preheating shaft (preheating chamber) 13; Preheating shaft tilt cylinder 14; Preheating shaft tilt control unit (interlocking device) 15; Raw material supply port 16; Open / close lid 17; Exhaust port 18; Raw material feeding opening 19; Pusher 20; Preheating device basic structure 22; Counterweight 23; 31; Furnace body 33; Furnace body tilting cylinder 34; Furnace body tilting control unit 35; Furnace lid 36; Electrode 37; Raw material charging opening 38; Flange 39; Lining 40; Melting furnace base structure 43; ; Exhaust port 61; Labyrinth seal structure (venting control part) 62; cylindrical body of bellows structure (ventilation suppressing part) 100,400; Preheating device 200

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Abstract

　原料を溶解する炉本体に供給される原料を、炉本体内で発生する熱により予熱する予熱装置（１００）は、炉本体に形成された原料装入用開口部と適合しかつ相対するよう形成され、原料を炉本体に送給する原料送給用開口部（１８）を有する、原料を貯留する予熱シャフト（１１）と、炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とは別個の予熱室傾動機構（１、２、１３）と、少なくとも炉本体内で形成された溶湯を出湯する際に、炉本体の原料装入用開口部と予熱室の原料送給用開口部（１８）とが相対した状態を保ちながら、炉本体傾動機構による炉本体の傾動に合わせて予熱シャフト（１１）を傾動させるよう構成された連動装置（１４）と、を備える。

Description

溶解炉に用いる予熱装置および溶解設備、ならびに溶解設備の構築方法
　本発明は、鉄スクラップ等の原料を溶解する溶解炉に用いる予熱装置およびそれを用いた溶解設備、ならびに溶解設備の構築方法に関する。
　アーク炉等の溶解炉は、主に固体金属原料を炉内に装入して固体金属原料を溶解する設備であり、典型的な溶解炉である製鋼用アーク炉の場合には、原料として鉄スクラップや還元鉄（ＤＲＩ）およびそれを高温でブリケット化したホット・ブリケット・アイアン（ＨＢＩ）、冷銑（型銑）等が用いられ、炉内に電極を挿入して通電することでこれらの原料を溶解する。
　このような溶解炉では、原料の溶解に多くの電力を消費する。しかし、溶解炉においては、投入電力および酸素吹込みバーナーなどによる全入熱のうち１５～２５％程度は発生ガスの顕熱として排出されている。
　そのため、溶解中に炉から発生するガスでスクラップを予熱しながら溶解し、必要とする電力を極力少なくする方法が数多く提案されている。
　例えば、特許文献１には、鉄スクラップ等の原料を予熱しつつ原料を溶解炉に供給するための供給装置が開示されている。
　また、特許文献２には、アークによりスクラップ等の冷鉄源（原料）を溶解する溶解室と、その上部に直結する予熱シャフトとを有し、冷鉄源が溶解室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つように予熱シャフトへ冷鉄源を連続的または断続的に供給しつつ溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解する溶解設備が開示されている。
特表２００７－５１３３１０号公報 特開平１１－２４１８８９号公報
　しかし、特許文献１に記載のように、予熱シャフト（供給装置）と溶解炉とが別体で形成されていると、これらの間の気密性を十分に確保することが難しい。特に、特許文献１の供給装置では、排滓や出鋼時等に溶解炉を傾斜させる際には予熱シャフト（供給装置）と溶解炉の間の連結を解消して溶解炉のみを傾斜させるため、溶解炉を傾斜させる際に、ガスがこれらの間の隙間から放散されることになる。また、この間、冷鉄源が溶解室と予熱シャフト（供給装置）に連続して存在する状態を保つことができず、供給装置内を一度空にする等が必要となり、操業効率向上が難しい。
　一方、特許文献２に開示された溶解設備は、溶解室と予熱シャフトとが一体となっているため、気密性の点で優れており、更には、出鋼時に溶解室と予熱シャフトを傾斜させる際にも、冷鉄源が溶解室と予熱シャフト（供給装置）に連続して存在する状態を保つことができる。しかし、このように溶解室と予熱シャフトが一体となっていると、設備更新の際には双方の基礎を新たに構築しなければならず、工事に時間がかかり設備停止の日数が多くなってしまう。また、設備更新コストも高いものとなる。
　したがって、本発明の目的は、既設の溶解炉に追設することができ、かつ操業中の密閉性を確保することができる予熱装置、およびそのような予熱装置を備えた溶解設備、ならびにそのような溶解設備の構築方法を提供することにある。
　すなわち、本発明の第１の態様によれば、原料を溶解する炉本体に供給される前記原料を、前記炉本体内で発生する熱により予熱する予熱装置であって、前記炉本体に形成された原料装入用開口部と適合しかつ相対するよう形成された、前記原料を前記炉本体に送給するための原料送給用開口部を有する、前記原料を貯留する予熱室と、前記炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とは別個の予熱室傾動機構と、少なくとも前記炉本体内で形成された溶湯を出湯する際に、前記炉本体の前記原料装入用開口部と前記予熱室の前記原料送給用開口部とが相対した状態を保ちながら、前記炉本体傾動機構による前記炉本体の傾動に合わせて前記予熱室を傾動させるよう構成された連動装置を備えることを特徴とする予熱装置が提供される。
　上記第１の態様に係る予熱装置においては、前記連動装置は、前記炉本体傾動機構による前記炉本体の傾動と同期して前記予熱室を傾動させるよう前記予熱室傾動機構を制御するよう構成された予熱室傾動制御部を備えていてもよい。
　上記第１の態様に係る予熱装置においては、前記予熱室傾動機構における前記予熱室の傾動に伴う転動運動の中心軸が、前記炉本体傾動機構における前記炉本体の傾動に伴う転動運動の中心軸と同軸となるよう構成されていてもよい。
　上記第１の態様に係る予熱装置においては、前記連動装置は、前記炉本体側と機械的に連結される予熱室側連結部を備えていてもよい。この場合、前記予熱室傾動機構は、前記予熱室を支持するとともに揺動可能に設けられた予熱室台座と、前記予熱室を傾動させる予熱室傾動シリンダとを有し、前記予熱室側連結部は、前記予熱室台座において、水平方向に互いに離間した２ヶ所に少なくとも設けられていてもよい。さらに、前記予熱室台座は、予熱装置用基礎構造上で前記予熱室を揺動させる予熱室揺動部材を下面に１本のみ備えていてもよい。
　本発明の第２の態様によれば、原料を溶解する炉本体と該炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とを少なくとも備える溶解炉に、上記本発明の第１の態様に係る予熱装置を追設して構成された溶解設備が提供される。
　上記第２の態様に係る溶解設備においては、前記予熱装置の連動装置が、前記炉本体側と機械的に連結される予熱室側連結部を備えるものであり、前記炉本体傾動機構は、前記炉本体を支持するとともに揺動可能に設けられた炉本体台座と、前記炉本体を傾動させる炉本体傾動シリンダとを有し、前記炉本体台座は、前記予熱室側連結部が連結される炉本体側連結部を備え、前記炉本体側連結部は、前記炉本体台座において、前記予熱室側連結部と対応する位置に設けられており、対応する前記予熱室側連結部と前記炉本体側連結部とが、前記予熱室と前記炉本体との傾動にともなう転動運動の中心軸に直交し且つ水平方向に延びる回動軸周りに回動可能に連結されている構成であってもよい。この場合、前記予熱室傾動機構は、前記予熱室を支持するとともに揺動可能に設けられた予熱室台座と、前記予熱室を傾動させる予熱室傾動シリンダとを有し、前記予熱室側連結部は、前記予熱室台座において、水平方向に互いに離間した２ヶ所に少なくとも設けられていてもよい。さらに、前記予熱室台座は、予熱装置用基礎構造上で前記予熱室を揺動させる予熱室揺動部材を下面に１本のみ備えていてもよい。
　上記第２の態様に係る溶解設備においては、前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間の隙間からのガスの流出入を抑制する通気抑制部をさらに有していてもよい。前記通気抑制部は、前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間に設けられたラビリンスシール構造を有するものであってもよいし、前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間に設けられた蛇腹構造の筒状体を有するものであってもよい。
　本発明の第３の態様によれば、原料を溶解する炉本体と該炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とを少なくとも備える溶解炉において、前記炉本体に、前記原料が装入される原料装入用開口部を形成することと、上記第１の態様の予熱装置を、前記原料送給用開口部が前記原料装入用開口部に相対するように設置することと、を含むことを特徴とする溶解設備の構築方法が提供される。
　上記第３の態様の溶解設備の構築方法においては、前記溶解炉は、前記原料装入用開口部を形成する工程の前に、実稼働したものであってもよい。
　さらに、上記第３の態様に係る溶解設備の構築方法は、前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間の隙間からのガスの流出入を抑制する通気抑制部を設けることをさらに含んでいてもよい。前記通気抑制部は、前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間に設けられたラビリンスシール構造を有するものであってもよいし、前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間に設けられた蛇腹構造の筒状体を有するものであってもよい。
　なお、上記本発明の各態様において、原料送給用開口部が原料装入用開口部と適合しているとは、これらの開口部が、接触状態または非接触状態で相対したときにこれらの間からの通気を防ぐ効果が得られる程度に、同様なまたは相補的な形状を有していることを意味する。また、原料送給用開口部と原料装入用開口部とが相対している状態とは、これらの開口部が互いに対して溶接等で非可動的に固定されておらず、接触してまたは近接して非接触で向かい合っている状態を意味する。
　本発明によれば、既設の溶解炉に追設することができ、操業中、常に原料が炉本体と予熱室との間に連続して存在する状態を保ち、かつ密閉性も保ったままで、排滓または出湯等のための炉本体の傾動が可能となる予熱装置が提供される。また本発明によれば、上記予熱装置を追設して構成された溶解設備が提供され、これにより、既設の溶解炉に予熱装置を追設しても、操業中の密閉性が保たれた熱効率の高い溶解設備が実現される。さらに本発明によれば、既設の溶解炉に予熱装置を追設して、操業中の密閉性が保たれた熱効率の高い溶解設備を実現可能な溶解設備の構築方法が提供される。
本発明の第１実施形態に係る予熱装置を示す斜視図である。 第１実施形態の予熱装置を用いた溶解設備を示す平面図である。 第１実施形態の予熱装置を用いた溶解設備を示す断面図である。 通気抑制部の第１の変形例を示す断面図である。 通気抑制部の第２の変形例を示す断面図である。 第２実施形態の予熱装置を用いた溶解設備を示す平面図である。 第２実施形態の予熱装置を用いた溶解設備を示す断面図である。
　以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　図１は本発明の第１実施形態に係る予熱装置を示す斜視図である。第１実施形態の予熱装置１００は、既設の溶解炉に追設可能に構成され、後述する溶解炉の炉本体に供給する鉄スクラップ等の原料を炉本体内で発生するガスの熱により予熱するためのものである。この予熱装置１００は、後述する図２、３に示すように、溶解炉の炉本体３１に形成された原料装入用開口部３７と適合し、かつ相対するよう形成された、原料を炉本体３１に送給する原料送給用開口部１８を有する、原料を貯留する予熱シャフト（予熱室）１１と、予熱装置用基礎構造２０上で予熱シャフト１１を傾動可能に支持する予熱シャフト台座（予熱室台座）１と、予熱シャフト台座１上で予熱シャフト１１を傾動させる予熱シャフト傾動シリンダ１３と、予熱シャフト傾動シリンダ１３を制御する予熱シャフト傾動制御部１４とを有する。予熱シャフト傾動制御部１４は、少なくとも炉本体３１内で形成された溶湯を出湯する際に、炉本体３１の原料装入用開口部３７と予熱シャフト１１の原料送給用開口部１８とが相対した状態を保ちながら、炉本体傾動機構による炉本体３１の傾動と同期して予熱シャフト１１を傾動させるよう予熱シャフト傾動シリンダ１３を制御するよう構成されている。
　予熱シャフト１１は、鉄製の外殻を有している。予熱シャフト１１の上部には原料供給口１５と、原料供給口１５を開閉する開閉蓋１６が設けられている。また、予熱シャフト１１の上部には排気口１７が設けられており、予熱シャフト１１の下部には原料送給用開口部１８が設けられている。
　予熱シャフト１１内には、バケット（図示せず）により原料供給口１５から鉄スクラップ等の原料が装入される。このとき、極力密閉状態を保つように、上蓋の閉じられたバケットが原料供給口１５に装着され、その状態で開閉蓋１６が開けられて原料が装入される。これにより、予熱シャフト１１への原料装入時にも、予熱シャフト１１の上方はバケットによって蓋がされた状態となるため、予熱シャフト１１の気密性が保たれる。なお、予熱シャフト１１への原料装入時以外は開閉蓋１６は閉じられる。
　排気口１７は、溶解炉の炉本体で発生したガスを排出するためのものであり、図２に示すように排ガスダクト５７に接続されている。この炉本体からのガスが有する熱により予熱シャフト１１内の原料が予熱される。
　原料送給用開口部１８は、予熱シャフト１１内の原料を溶解炉の炉本体３１に送給するためのものであり、炉本体３１に形成された原料装入用開口部３７（詳細は後述する）に相対するようになっている。原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７とは互いに対して可動に構成されており、追設された予熱装置１００の予熱装置用基礎構造２０が沈む等により予熱装置と炉本体との相対位置にずれが生じてもそれを吸収可能な構造となっている。
　予熱シャフト台座１は、予熱シャフト１１の下部に２つ設けられた予熱シャフト揺動部材２を有しており、予熱シャフト揺動部材２の下面が円弧状をなしている。予熱シャフト台座１は、予熱装置用基礎構造２０上に敷設されたレール２１上に載せられており、予熱シャフト傾動シリンダ１３のピストンを進出または退入させることによりレール２１上で揺動し、これにより予熱シャフト１１を傾動することが可能となっている。
　溶解炉は通常、出湯や排滓のために炉本体に傾動機構を有しているが、第１実施形態の予熱装置１００が既設の溶解炉に追設される関係上、予熱シャフト１１は、溶解炉における炉本体の傾動機構とは別個の傾動機構により傾動されるようになっている。予熱シャフト１１は、排滓時および出湯時等の炉本体の傾動時に予熱シャフト傾動機構により傾動させることが可能である。予熱シャフト傾動機構は、炉本体の傾動時に、炉本体の原料装入用開口部３７と予熱シャフト１１の原料送給用開口部１８とが相対した状態を保ちながら、予熱シャフト１１を炉本体３１の傾動に合わせて予熱シャフト１１を傾動させる。これにより予熱シャフト１１と炉本体３１との間の気密性を確保することができる。
　第１実施形態では予熱シャフト傾動シリンダ１３はラムシリンダとして構成されている。予熱シャフト台座１の予熱シャフト傾動シリンダ１３側には、予熱シャフト１１と一体で傾動可能なカウンターウェイト２２が設けられている。予熱シャフト１１とカウンターウェイト２２との全体の重心位置は、前記予熱室単体の重心位置よりも低い。予熱シャフト１１単体は重心が高いため、大きく傾動させると予熱シャフト１１単体が倒れる方向へのモーメントが大きくなる。そのため、このようなカウンターウェイト２２を設けておくことで、予熱シャフト傾動シリンダ１３にかかる負荷を低減することができる。なお、予熱シャフト１１とカウンターウェイト２２との全体の重心は、常に傾動に伴う転動運動の中心軸に対して排滓口４４の側に位置している。そのため、油圧を解放すると予熱シャフト１１は転動運動の中心軸に対して排滓口４４の側に傾動するようになっている。予熱シャフト１１を転動運動の中心軸に対して出湯口４３の側に傾動させるには、予熱シャフト傾動シリンダ１３に油圧を供給して押し出す必要がある。
　予熱シャフト傾動制御部１４は、予熱シャフト１１を溶解炉の炉本体３１の傾動に同期して傾動させるように制御する。
　第１実施形態では、原料予熱装置１００は、さらに、予熱シャフト１１内の原料を原料送給用開口部１８を介して溶解炉へ押し出すプッシャー１９を有している。プッシャー１９は、シリンダ２４と、シリンダ２４のピストンの先に設けられた押圧部材２５とを有し、シリンダ２４のピストンを進出させることにより、押圧部材２５によって予熱シャフト１１内の原料を溶解炉に押し出すようになっている。
　次に、以上のような予熱装置１００を用いた溶解設備について説明する。図２はこのような溶解設備を示す平面図、図３はその側面図である。
　溶解設備３００は、上述した予熱装置１００を既設の溶解炉２００に追設して構成されたものである。本発明は、予熱装置を備えない状態で稼働していた溶解炉に対して予熱装置を追設することで、既存設備を有効活用しながら熱効率の高い溶解設備の構築が可能となるという顕著な効果がある。すなわち、溶解炉が、本発明の原料装入用開口部を形成する工程の前に、実稼働したものであるときに顕著な効果がある。しかし、本発明は、一度予熱装置を備えない状態で溶解炉を設置してしまった後、溶解炉を実稼働させる前に予熱装置を備える設備とする要求が生じたといった場合にも、これに予熱装置を追設することができることとなり有効である。
　溶解炉２００は、鉄スクラップ等の原料をアーク溶解するための炉本体３１と、溶解炉用基礎構造４０上で炉本体３１を傾動可能に支持する炉本体台座３と、炉本体台座３上で炉本体を傾動させる炉本体傾動シリンダ３３と傾動シリンダを制御する炉本体傾動制御部３４とを有する。炉本体台座３と炉本体傾動シリンダ３３とで炉本体傾動機構が構成される。
　炉本体３１は水冷構造をなす鉄製の外殻を有し、底部の溶湯貯留部分は耐火物のライニング３９を有している。炉本体３１の上部開口には開閉可能な炉蓋３５が装着され、炉蓋３５を貫通して上方から炉本体３１の内部に垂直に３本の電極３６が挿入される。そして電源（図示せず）から電極３６に交流電圧が印加されることにより形成されるアークにより、予熱シャフト１１から供給された原料の溶解、および原料が溶解されて生成された溶湯の加熱が可能となっている。また、炉本体３１内で生成された溶湯の上には製錬用のスラグが形成される。なお、図３中、５１は鉄スクラップ等の原料、５２は溶湯、５３はスラグである。電極３６の先端はスラグ５３中に位置され、アークはスラグ５３中に形成される。
　炉本体３１の側壁には、炉本体３１内に原料を装入するための原料装入用開口部３７が設けられており、原料装入用開口部３７はフランジ３８を有している。予熱シャフト１１の原料送給用開口部１８は原料装入用開口部３７と適合しかつ相対するように形成されている。このとき、上述したように、予熱シャフト１１は、炉本体３１と別個の傾動機構で傾動されて相対的移動可能である関係上、両者の傾動動作にずれが生じる可能性がある。そこで、このようなずれが生じても気密性が確保できるように、第１実施形態では、原料送給用開口部１８にフランジ２３を設け、原料装入用開口部３７にフランジ３８を設けて、これらフランジ２３およびフランジ３８が合わさるようにしている。なお、フランジ２３およびフランジ３８が設けられていることで、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７の間に隙間が生じていても、この隙間を通して気体が流通することを抑制する作用が生まれる。したがって、第１実施形態においては、このフランジ２３およびフランジ３８は、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７の間に設けられ、これらの間の隙間からのガスの流出入を抑制する通気抑制部として機能する。
　炉本体３１には、相対向する位置に、出湯口４３および排滓口４４が設けられている。そして、炉本体３１の重心も、予熱シャフト１１とカウンターウェイト２２との全体の重心と同様、常に傾動にともなう転動運動の中心軸に対して排滓口４４の側に位置するように質量配置がなされている。そのため、予熱室側と同様にラムシリンダとして構成された炉本体傾動シリンダ３３の油圧を解放することにより、ピストンを退入して炉本体３１が排滓口４４側に傾動され、排滓口４４からスラグが排出される。一方、炉本体３１を、転動運動の中心軸に対して出湯口４３の側に傾動させるには、炉本体傾動シリンダ３３に油圧を供給して押し出す必要がある。油圧を供給して炉本体傾動シリンダ３３のピストンを進出させることにより、炉本体３１が出湯口４３側に傾動されて出湯口４３から溶湯が排出される。
　炉本体台座３は、予熱シャフト台座１と同様に、炉本体３１の下部に２つ設けられた炉本体揺動部材４を有しており、炉本体揺動部材４の下面が円弧状をなしている。炉本体台座３は、溶解炉用基礎構造４０上に敷設されたレール４１上に載せられており、炉本体傾動シリンダ３３を駆動させることによりレール４１上で揺動し、これにより炉本体３１を傾動することが可能となっている。
　炉本体傾動制御部３４は、炉本体傾動シリンダ３３の油圧を制御する油圧制御機構４５と油圧制御機構４５を電気的に制御する制御部４６とを有する。炉本体傾動制御部３４は、排滓時および出湯時に炉本体３１を傾動させるように炉本体傾動シリンダ３３の駆動を制御する。
　上述したように、第１実施形態の予熱装置１００の予熱シャフト１１は、このような炉本体３１の傾動時に傾動可能とされ、その際に、予熱シャフト１１の原料送給用開口部１８を炉本体３１に設けられた原料装入用開口部３７に相対した状態を保ちながら、炉本体３１の傾動と同期して傾動させるようにする。これにより、炉本体３１の傾動時にもこれらの間の気密性を高く維持することが可能となる。このとき、予熱シャフト１１の傾動に伴う転動運動の中心軸（予熱シャフト台座１の揺動に伴う転動運動の中心軸）が、炉本体３１の傾動に伴う転動運動の中心軸（炉本体台座３の揺動に伴う転動運動の中心軸）と同軸となるように構成されていることが好ましい。一般に物体が傾動する場合、その運動には転動運動の成分と転動運動の中心（軸）の並進運動の成分とが含まれる。第１実施形態のように、水平方向に延びる直線状のレール上で下面が円弧状の予熱シャフト台座１が傾動する場合、台座の円弧形状の中心（軸）が転動運動成分の中心軸となり、この中心軸は傾動方向に水平に移動していく。本願発明ではこのように転動運動の中心軸が移動していく場合も含めて、予熱シャフト１１の傾動に伴う転動運動の中心軸が、炉本体３１の傾動に伴う転動運動の中心軸と同軸となるように構成されていることが好ましい。また、予熱シャフト台座１の下面と炉本体台座３の下面とが円弧形状を有し、それらの曲率中心が傾動の転動軸方向から見て一致していることがより好ましい。これにより、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７との間の気密性をより高く維持することが可能となる。
　上述した予熱装置１００の予熱シャフト傾動制御部１４は、予熱シャフト傾動シリンダ１３の油圧を制御する油圧制御機構５５と油圧制御機構５５を電気的に制御する制御部５６とを有する。そして、上述したように、予熱シャフト傾動制御部１４が予熱シャフト１１を炉本体３１の傾動に同期して、炉本体３１の傾動動作と対応する傾動動作をするように制御する。このとき、制御部５６には、溶解炉２００の制御部４６から、炉本体３１の傾動タイミングに同期して傾動させるために必要となる動作信号が入力され、制御部５６は、その傾動動作信号に基づいて、炉本体３１の傾動と同期して予熱シャフト１１を傾動させるように、予熱シャフト傾動シリンダ１３を制御する。
　次に、既設の溶解炉に原料予熱装置１００を追設して溶解設備３００を構築する際の工程について説明する。
　まず、原料を溶解する炉本体３１と該炉本体３１を傾動させる炉本体傾動機構とを少なくとも備える溶解炉において、炉本体３１に、原料が装入される原料装入用開口部３７を形成する。そして、溶解炉２００の基礎構造４０に隣接して予熱装置１００の基礎構造２０を形成する。さらに、原料装入用開口部３７に適合する原料送給用開口部１８を有し、原料を内部に貯留する予熱シャフト１１と、炉本体傾動機構とは別個の予熱シャフト傾動機構とを備えた、炉本体３１内で発生する熱により原料を予熱する予熱装置１００を、原料送給用開口部１８が原料装入用開口部３７に相対するように設置する。その上で、少なくとも炉本体３１内で形成された溶湯を出湯する際に、炉本体３１の原料装入用開口部３７と予熱シャフト１１の原料送給用開口部１８とが相対した状態を保ちながら、炉本体傾動機構による炉本体３１の傾動に合わせて予熱シャフト１１を傾動させるよう構成された連動装置（予熱シャフト傾動制御部１４）を予熱装置１００に具備させる。このとき、予熱シャフト１１の傾動に伴う転動運動の中心軸（予熱シャフト台座１の揺動に伴う転動運動の中心軸）を、炉本体の傾動に伴う転動運動の中心軸と同軸となるようにすることが好ましい。また、予熱シャフト台座１の下面の曲率中心が炉本体台座３の下面の曲率中心と傾動の転動軸方向から見て一致するようにすることがより好ましい。
　このように、予熱装置１００は既設の溶解炉に追設することができるので、新たな基礎は予熱装置１００の分でよく、溶解室と予熱シャフトとが一体となった溶解設備よりも工事の日数を少なくすることができ、設備更新コストも低くすることができる。
　次に、以上のように構成される溶解設備３００による処理動作について説明する。
　最初に、予熱シャフト１１の原料供給口１５から予熱シャフト１１内に鉄スクラップ等の原料５１を装入し、原料送給用開口部１８および原料装入用開口部３７を経て原料５１を炉本体３１に装入し、原料５１が予熱シャフト１１と炉本体３１に連続して存在する状態とする。
　この状態で電極３６と炉本体３１内にある原料５１との間に通電してアークを形成し、原料５１を溶解する。炉本体３１内の原料５１の溶解が進行し、炉本体３１内に一定量の溶湯５２が形成された段階で、溶湯面にスラグ５３を形成し、スラグ５３中にランス（図示せず）からスラグ中に補助熱源としてのコークスをインジェクションしてスラグフォーミング操業に移行し、電極３６の先端をスラグ５３中に埋没させ、アークがスラグ５３内に形成されるようにする。
　炉本体３１内で発生するガスは、炉本体３１から予熱シャフト１１および排気口１７からダクト５７を経由して排出され、このガスの熱により予熱シャフト１１内の原料５１が予熱される。炉本体３１内で原料５１が溶解すると、予熱シャフト１１内の原料５１が炉本体３１に供給され、炉本体３１内において連続して原料５１の溶解を行うことができる。このとき、炉本体３１への原料５１の供給を促進するために、プッシャー１９により予熱シャフト１１内の原料５１を炉本体３１内に押し出す。
　予熱シャフト１１内の原料５１が炉本体３１に供給されると、予熱シャフト１１内の原料５１の上端位置が低下してくるため、原料５１が予熱シャフト１１と炉本体３１に連続して存在する状態を保つように、原料供給口１５から予熱シャフト１１内へ原料５１を適時に供給する。
　これら一連の操業において、原料５１を予熱シャフト１１に供給する際以外には、原料供給口１５は開閉蓋１６により閉じられ、また、予熱シャフト１１の原料送給用開口部１８は炉本体３１の原料装入用開口部３７に適合しかつ相対するように配置されて気密性が保たれているので、予熱効率が高い。
　このようにして原料５１を連続的に溶解して、所定量（例えば１チャージ分）の溶鋼が炉本体３１内にたまった時点で、予熱シャフト１１と炉本体３１との間に原料５１が連続して存在する状態を保ったまま、炉本体３１を排滓口４４側に傾動させて排滓口４４からスラグを排出し、その後、炉本体３１を反対側の出湯口４３側に傾動させて出湯口４３から溶湯を取鍋等に出湯する。
　排滓時または出湯時に炉本体３１を傾動させた際に、予熱シャフト１１がそのままの状態であると、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７の位置がずれて、気密性が保たれなくなり、予熱効率が低下してしまうが、第１実施形態では、予熱シャフト１１が、予熱シャフト傾動機構により排滓時および出湯時等の炉本体の傾動時に傾動可能に構成され、その際の傾動動作が炉本体３１の傾動動作と同期した傾動動作となるようにして、予熱シャフト１１の原料送給用開口部１８を炉本体３１に設けられた原料装入用開口部３７に相対する状態を保つようにする。これにより、炉本体３１が傾動した際にも原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７との間の気密性を高く維持することが可能となり、炉本体３１の傾動時における予熱効率の低下を抑制することが可能となる。また、原料が炉本体３１と予熱シャフト１１との間に連続して存在する状態を保ったままで排滓または出湯等のための炉本体３１の傾動が可能となるため、操業も容易で高い熱効率を維持することも可能である。このとき、予熱シャフト１１の傾動に伴う転動運動の中心軸（予熱シャフト台座１の揺動に伴う転動運動の中心軸）を、炉本体３１の傾動に伴う転動運動の中心軸（炉本体台座３の揺動に伴う転動運動の中心軸）とを同軸とさせることが好ましい。また、予熱シャフト台座１の下面の曲率中心が炉本体台座３の下面の曲率中心と傾動の転動軸方向から見て一致するようにすることがより好ましい。これにより、予熱シャフト１１の傾動位置を炉本体３１の傾動位置に対し高精度で合わせることができ、上記のような効果をより高めることができる。
　次に、本発明の変形例について説明する。
　上記第１実施形態では、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７との合わせ部分にフランジ２３およびフランジ３８を設け、これらが通気抑制部として機能する。
　図４は第１の変形例を示す。第１の変形例では、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７の間に通気抑制部としてラビリンスシール構造６１を設けている。ラビリンスシール構造６１は気体の通り道が屈曲しているので、より効果的に通気を抑制して気密性を高める効果を得ることができる。
　図５は第２の変形例を示す。第２の変形例では、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７の間に通気抑制部として蛇腹構造の筒状体６２を設けている。蛇腹構造の筒状体６２は、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７の間をほぼ完全に密閉しつつ、これらの間の離間およびずれに追従することができるので、原料送給用開口部１８と原料装入用開口部３７の間の気密性をほぼ完全に確保することができる。
　次に、第２実施形態について説明する。図６は第２実施形態の予熱装置４００を用いた溶解設備６００を示す平面図であり、図７はその断面図である。なお、以下の説明では、第２実施形態の第１実施形態との主な相違点について説明し、重複する説明は省略する。
　第１実施形態では、連動装置として炉本体傾動機構による炉本体の傾動と同期して予熱室を傾動させるよう予熱室傾動機構を制御する予熱シャフト傾動制御部（予熱室傾動制御部）１４を備える構成を示した。第２実施形態の予熱装置４００が備える連動装置は、これに加えて、炉本体側と機械的に連結される予熱シャフト側連結部（予熱室側連結部）５を備える。炉本体傾動機構は、炉本体３１を支持するとともに揺動可能に設けられた炉本体台座３と、炉本体３１を傾動させる炉本体傾動シリンダ３３とを有する。予熱室傾動機構は、予熱シャフト１１を支持するとともに揺動可能に設けられた予熱シャフト台座１と、予熱シャフト１１を傾動させる予熱シャフト傾動シリンダ１３とを有し、予熱シャフト側連結部５は予熱シャフト台座１に設けられている。そして、炉本体台座３は、予熱シャフト側連結部５が連結される炉本体側連結部６を備え、予熱シャフト側連結部５と炉本体側連結部６とが連結軸７によって機械的に連結されている。
　第２実施形態においては、連動装置として、第１実施形態において詳細に説明した予熱シャフト傾動制御部１４に加えて、予熱シャフト側連結部５、炉本体側連結部６、連結軸７を備えている。
　このように予熱装置４００と溶解炉５００とが機械的に連結される構成とすることにより、原料装入用開口部３７と原料送給用開口部１８とが相対した状態をより確実に保ちながら炉本体傾動機構による炉本体の傾動に合わせて予熱室を傾動させることが可能となる。特に、予熱室傾動制御部１４に加えてこのような機械的連結部を備えることにより、連結部のみの構成に比べて連結部にかかる機械的な負荷を低減し、かつ万一何らかの外乱等によって同期制御による同期が取れない事態が生じたとしても原料装入用開口部３７と原料送給用開口部１８とが相対した状態を確実に保つことが可能となる。ただし、本発明においては、機械的連結部のみの構成も可能である。
　また、第２実施形態においては、予熱シャフト側連結部５は、予熱シャフト台座１において、水平方向に互いに離間した２ヶ所に少なくとも設けられており、炉本体側連結部６は、炉本体台座３において、予熱シャフト側連結部５と対応する位置に設けられており、対応する予熱シャフト側連結部５と炉本体側連結部６とが、連結軸７によって、予熱シャフト１１と炉本体３１との傾動に伴う転動運動の中心軸に直交しかつ水平方向に延びる回動軸周りに回動可能に連結されている。そして、予熱シャフト台座１は、予熱装置用基礎構造２０上で予熱シャフト１１を揺動させる予熱シャフト揺動部材２を下面に１本のみ備えている。
　第１実施形態では、予熱シャフト揺動部材２が２本設けられた形態を示したが、第２実施形態のように予熱シャフト揺動部材２を１本のみとして予熱シャフト１１を片足立構造とし、上記のような回動軸周りの回動を可能としておくことで、予熱室側の動きの自由度が増し、予熱装置用基礎構造２０と溶解炉用基礎構造４０とで沈降状態に相違が生じた場合に、より柔軟に適応させることが可能となる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。本発明の範囲は添付の請求の範囲の記載に基づいて定まるものであり、その範囲内において構成要素の省略、変形、改良を施した構成の全てが本発明に含まれる。例えば、上記実施形態では、傾動シリンダとしてラムシリンダを用いた例を示したが、複動シリンダであってもよい。複動シリンダを用いた場合には、カウンターウェイトは不要であるが、カウンターウェイトを設けておくことでシリンダの負荷軽減が可能である。
　また、上記実施形態では、予熱シャフトを傾動するための機構に揺動台座を用いたが、これに限るものではなく、例えば同様の形状の揺動台座の下方に台座の円弧形状に沿って配置されたローラ群を設け、これらローラ群で台座を支える構成としてもよい。ただし、この場合には、原料装入用開口部と原料送給用開口部とが相対した状態を保ちながら、炉本体傾動機構による炉本体の傾動と同期して予熱シャフトを傾動させるためには、炉本体の傾動機構も同様の構成である必要がある。これは、上記実施形態のような揺動台座の場合には揺動（傾動）に伴う転動運動の中心軸が水平方向に移動するのに対し、円弧形状に沿って配置されたローラ群を用いる場合には傾動に伴う転動運動の中心軸が不動であるため、予備室と炉本体との傾動の形態にこれらが混在していると、傾動時に原料装入用開口部と原料送給用開口部とが相対した状態を保つことができないからである。
　さらに、上記実施形態において予熱シャフトが適用された溶解炉も単なる例示に過ぎず、他の種々のタイプの溶解炉に適用可能なことは言うまでもない。例えば、溶解炉として交流式アーク炉を用いた例を示したが、直流式アーク炉であってもよい。
　さらにまた、上記実施形態では、原料として鉄スクラップを例示したが、これに限らず、他の金属の溶解を行うものであってもよい。
　　１；予熱シャフト台座（予熱室台座）
　　２；予熱シャフト揺動部材（予熱室揺動部材）
　　３；炉本体台座
　　４；炉本体揺動部材
　　５；予熱シャフト側連結部（連動装置）
　　６；炉本体側連結部（連動装置）
　　７；連結軸（連動装置）
　　１１；予熱シャフト（予熱室）
　　１３；予熱シャフト傾動シリンダ
　　１４；予熱シャフト傾動制御部（連動装置）
　　１５；原料供給口
　　１６；開閉蓋
　　１７；排気口
　　１８；原料送給用開口部
　　１９；プッシャー
　　２０；予熱装置用基礎構造
　　２２；カウンターウェイト
　　２３；フランジ（通気抑制部）
　　３１；炉本体
　　３３；炉本体傾動シリンダ
　　３４；炉本体傾動制御部
　　３５；炉蓋
　　３６；電極
　　３７；原料装入用開口部
　　３８；フランジ
　　３９；ライニング
　　４０；溶解炉用基礎構造
　　４３；出湯口
　　４４；排滓口
　　６１；ラビリンスシール構造（通気抑制部）
　　６２；蛇腹構造の筒状体（通気抑制部）
　　１００，４００；予熱装置
　　２００，５００；溶解炉
　　３００，６００；溶解設備

Claims (12)

  1. 　原料を溶解する炉本体に供給される前記原料を、前記炉本体内で発生する熱により予熱する予熱装置であって、
    　前記炉本体に形成された原料装入用開口部と適合しかつ相対するよう形成された、前記原料を前記炉本体に送給するための原料送給用開口部を有する、前記原料を貯留する予熱室と、
    　前記炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とは別個の予熱室傾動機構と、
    　少なくとも前記炉本体内で形成された溶湯を出湯する際に、前記炉本体の前記原料装入用開口部と前記予熱室の前記原料送給用開口部とが相対した状態を保ちながら、前記炉本体傾動機構による前記炉本体の傾動に合わせて前記予熱室を傾動させるよう構成された連動装置を備えることを特徴とする予熱装置。
  2. 　前記連動装置は、前記炉本体傾動機構による前記炉本体の傾動と同期して前記予熱室を傾動させるよう前記予熱室傾動機構を制御するよう構成された予熱室傾動制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の予熱装置。
  3. 　前記予熱室傾動機構における前記予熱室の傾動に伴う転動運動の中心軸が、前記炉本体傾動機構における前記炉本体の傾動に伴う転動運動の中心軸と同軸となるよう構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の予熱装置。
  4. 　前記連動装置は、前記炉本体側と機械的に連結される予熱室側連結部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の予熱装置。
  5. 　前記予熱室傾動機構は、前記予熱室を支持するとともに揺動可能に設けられた予熱室台座と、前記予熱室を傾動させる予熱室傾動シリンダとを有し、
    　前記予熱室側連結部は、前記予熱室台座において、水平方向に互いに離間した２ヶ所に少なくとも設けられていることを特徴とする請求項４に記載の予熱装置。
  6. 　前記予熱室台座は、予熱装置用基礎構造上で前記予熱室を揺動させる予熱室揺動部材を下面に１本のみ備えていることを特徴とする請求項５に記載の予熱装置。
  7. 　原料を溶解する炉本体と該炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とを少なくとも備える溶解炉に、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の予熱装置を追設して構成された溶解設備。
  8. 　原料を溶解する炉本体と該炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とを少なくとも備える溶解炉に、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の予熱装置を追設して構成された溶解設備であって、
    　前記炉本体傾動機構は、前記炉本体を支持するとともに揺動可能に設けられた炉本体台座と、前記炉本体を傾動させる炉本体傾動シリンダとを有し、
    　前記炉本体台座は、前記予熱室側連結部が連結される炉本体側連結部を備え、
    　前記炉本体側連結部は、前記炉本体台座において、前記予熱室側連結部と対応する位置に設けられており、
    　対応する前記予熱室側連結部と前記炉本体側連結部とが、前記予熱室と前記炉本体との傾動にともなう転動運動の中心軸に直交し且つ水平方向に延びる回動軸周りに回動可能に連結されていることを特徴とする溶解設備。
  9. 　前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間の隙間からのガスの流出入を抑制する通気抑制部をさらに有することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の溶解設備。
  10. 　原料を溶解する炉本体と該炉本体を傾動させる炉本体傾動機構とを少なくとも備える溶解炉において、前記炉本体に、前記原料が装入される原料装入用開口部を形成することと、
    　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の予熱装置を、前記原料送給用開口部が前記原料装入用開口部に相対するように設置することと、を含むことを特徴とする溶解設備の構築方法。
  11. 　前記溶解炉は、前記原料装入用開口部を形成する工程の前に、実稼働したものであることを特徴とする、請求項１０に記載の溶解設備の構築方法。
  12. 　前記原料送給用開口部と前記原料装入用開口部との間の隙間からのガスの流出入を抑制する通気抑制部を設けることをさらに含むことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の溶解設備の構築方法。
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