WO2023112505A1 - 溶鉄の製造方法 - Google Patents

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WO2023112505A1
WO2023112505A1 PCT/JP2022/040024 JP2022040024W WO2023112505A1 WO 2023112505 A1 WO2023112505 A1 WO 2023112505A1 JP 2022040024 W JP2022040024 W JP 2022040024W WO 2023112505 A1 WO2023112505 A1 WO 2023112505A1
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preheating
exhaust gas
cold iron
preheated
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康一 堤
善広 三輪
陽介 高田
渉 藤堂
純仁 小澤
秀夫 木島
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Ｊｆｅスチール株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for efficiently melting a cold iron source to produce molten iron in an electric furnace having a preheating chamber and a melting chamber.
  • molten iron is obtained by melting cold iron sources such as scrap with arc heat, so a large amount of electric power is consumed to generate arc heat.
  • the method of preheating the cold iron source before melting with a burner using fossil fuel, etc. A method of preheating using high-temperature exhaust gas generated during melting of the source; a method of blowing coke into the cold iron source during melting as an auxiliary heat source; and other methods are adopted.
  • Patent Document 1 in an electric furnace in which a preheating shaft is directly connected above a melting chamber, a cold iron source is connected to the preheating shaft so as to maintain a state in which the cold iron source exists continuously between the melting chamber and the preheating shaft.
  • Techniques are disclosed for arc melting a source of cold iron in a melting chamber with a continuous or intermittent supply.
  • the cold iron source preheated by high-temperature exhaust gas melts into the melted molten iron using an electric furnace that does not particularly require a device for conveying and supplying the cold iron source to the melting chamber. This effectively dissolves the cold iron source.
  • Patent Document 2 in steelmaking equipment in which an electric furnace and a scrap preheating device are separated by a bypass pipe, when preheating scrap, the temperature of the exhaust gas on the entrance side to the scrap preheating device is is measured, the amount of exhaust gas to be sent to the scrap preheating device is determined, and the supply amount of the exhaust gas is controlled by the number of revolutions of the fan, thereby preheating the scrap to a predetermined temperature.
  • Patent Document 3 in a facility configuration having a duct for charging exhaust gas emitted from an electric furnace into a preheating tank containing scrap, with the aim of protecting the preheating tank and preventing scrap from melting, It is disclosed to measure the temperature of the exhaust gas on the inlet side and the outlet side of the preheating tank, control the opening and closing of the damper according to the temperature, and preheat the scrap.
  • Patent Document 1 The technology described in Patent Document 1 is basically preheated by the exhaust gas of the cold iron source and its own weight, so that the cold iron source is gradually melted and continuously supplied to the melting chamber.
  • Patent Literature 1 describes the concept of continuously or intermittently supplying the cold iron source from the preheating chamber to the melting chamber, it does not disclose specific control indicators regarding the supply of the cold iron source.
  • the cold iron source is excessively preheated and remains as a large lump, or the cold iron source is melted while preheating is insufficient. An unintended situation may occur, such as supplying a room.
  • Patent Document 1 it is not possible to grasp the excess or deficiency of preheating of the cold iron source, and when the excess or deficiency of preheating of the cold iron source occurs, the power consumption in the electric furnace increases. It turned out that there were cases. Therefore, means for grasping the preheating status of the cold iron source is required.
  • Patent Document 2 changes and controls the amount of exhaust gas itself for preheating scrap while measuring the temperature of the exhaust gas on the inlet side of the scrap preheating device arranged away from the electric furnace. It is something that makes However, as a result of investigation by the present inventors, it was found that there are cases in which the scrap in the scrap preheating device is not preheated to the calculated temperature, which also increases the power consumption of the electric furnace. . However, even in Patent Document 2, it is not possible to grasp the actual excess or deficiency of preheating of the scrap, and a means capable of grasping the preheating state of the scrap is required.
  • Patent Document 3 is a technology in which the exhaust gas discharged from the electric furnace is directly introduced into the preheating furnace through a duct, and the scrap is preheated while being controlled by the exhaust gas damper.
  • the main aim is to keep the temperatures of both the preheating tank below the set value from the viewpoint of protecting the preheating tank and preventing the melting of the scrap. It is necessary to accurately grasp the preheating status of the scrap.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to obtain molten iron with a low power consumption rate by grasping the preheating status of the cold iron source and preheating the cold iron source efficiently and reliably. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing molten iron by an electric furnace.
  • the inventors of the present invention have extensively studied methods capable of solving the above problems.
  • a method of confirming after the fact that the cold iron source has actually been preheated to a predetermined temperature by the exhaust gas (preheating This led to the idea of providing a confirmation step).
  • the sensible heat of the exhaust gas is effectively transferred to the cold iron source and used in the electric furnace. It was found that the power consumption rate, which is an index of energy, can be effectively reduced.
  • the present invention has been made based on the above findings, and has the following gist.
  • a method for producing molten iron in an electric furnace having a preheating chamber and a melting chamber A cold iron source introduction step of introducing a cold iron source into the preheating chamber; a cold iron source preheating step of preheating the cold iron source supplied in the cold iron source supplying step to a predetermined temperature by exhaust gas generated in the melting chamber to obtain a preheated iron source;
  • the cold iron source preheating step includes a preheating confirmation step of confirming that the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature, a supply step of supplying the preheated iron source, which has been confirmed to have been preheated to a predetermined temperature in the preheat confirmation step, to the melting chamber; and a melting step of melting the preheated iron source supplied to the melting chamber in the supplying step by arc heating.
  • the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature. , the method for producing molten iron according to 2 or 3 above.
  • ⁇ Q
  • Q 1 Amount of sensible heat of the exhaust gas at the timing when the cold iron source is put into the preheating chamber [kJ/(seconds ⁇ tons)]
  • Q N Continuously calculated sensible heat amount of exhaust gas at any timing N after the timing when the cold iron source is introduced into the preheating chamber [kJ/(seconds ⁇ tons)]
  • c Specific heat of exhaust gas [kJ/( m3 ⁇ °C)]
  • F 1 Flow rate of exhaust gas at the timing when the cold iron source is put into the preheating chamber [m 3 /sec]
  • F N Continuously measured flow rate of exhaust gas [m 3 /sec] at an arbitrary timing N after the timing at which the cold iron source is introduced into the
  • the preheating state of the cold iron source is grasped.
  • the melting time per charge until tapping can be shortened, and the electric power consumption rate, which is a major indicator of the energy used in electric furnaces, can be reduced. can be reduced exponentially.
  • a method for producing molten iron according to the present invention is a method using an electric furnace having a predetermined structure, and includes a cold iron source charging step of charging a cold iron source into a preheating chamber; a cold iron source preheating step for preheating the cold iron source to a predetermined temperature by exhaust gas generated in the melting chamber; a supply step for supplying the preheated iron source to the melting chamber; and optionally other steps.
  • the cold iron source preheating step further comprises a preheat confirmation step of confirming that the cold iron source is a preheated iron source that has been preheated to a predetermined temperature, and the subsequent supplying step preheats to this predetermined temperature. It is characterized by supplying a preheating iron source that has been confirmed to be heated to the melting chamber.
  • the production method of the present invention further includes a preheating confirmation step and a subsequent supply step, so that after confirming that the cold iron source has actually been preheated to a predetermined temperature, the preheating is immediately performed.
  • An iron source can be fed into the melting chamber. Therefore, it is possible to avoid excessively preheating the cold iron source and supplying an insufficiently preheated cold iron source to the melting chamber. Therefore, according to the production method of the present invention, the cold iron source can be reliably preheated by the exhaust gas, and the sensible heat of the exhaust gas can be effectively transferred to the cold iron source. The unit can be effectively reduced to produce molten iron.
  • the illustrated electric furnace is shown as a preferred example, and it goes without saying that any electric furnace having a melting chamber and a preheating chamber into which the exhaust gas from the melting chamber can be introduced can be applied.
  • the electric furnace 1 illustrated in FIG. a preheating chamber 3 rising toward the front for preheating a cold iron source 15 and supplying the obtained preheated iron source to the melting chamber 2, for example by means of an extruder 10; a duct 20 from which 24 flows; Moreover, the electric furnace 1 further comprises a thermometer 30 and a flow meter 31 installed at arbitrary positions, preferably within the path of the duct 20 .
  • the thermometer 30 and the flow meter 31 By arranging the thermometer 30 and the flow meter 31 in the path of the duct 20, the temperature and flow rate of the exhaust gas 24 after flowing through the cold iron source 15 and being used for preheating the cold iron source 15 can be timely measured. can be measured.
  • a cold iron source 15 as a raw material is loaded into a supply bucket 14 and transported to above a desired cold iron source supply port 19 via a traveling carriage 23 .
  • the cold iron source supply port 19 is opened to supply the cold iron source 15 to the preheating chamber 3 from above.
  • the cold iron source 15 supplied to the preheating chamber 3 is preheated using the exhaust gas generated in the melting chamber 2 as described above, and becomes a preheated iron source. For example, if the high-temperature exhaust gas 24 generated in the melting chamber 2 is directly passed through the preheating chamber 3 (without passing through a pipe connecting the melting chamber 2 and the preheating chamber 3) to preheat the cold iron source 15. , can increase the production efficiency. Exhaust gas may be drawn through the duct 20 and passed through the preheating chamber 3 , and excess exhaust gas may be exhausted through the duct 20 .
  • the preheated iron source obtained by preheating the cold iron source 15 to a predetermined temperature can be continuously supplied to the melting chamber 2 by the extruder 10 in the case of the electric furnace 1 shown in FIG.
  • the extruder 10 continues to push out the preheated iron source in the preheating chamber 3 to the melting chamber 2 by repeatedly reciprocating the tip of the extruder 10 toward the melting chamber 2 .
  • the supply amount and supply timing of the preheating iron source to the melting chamber 2 by the extruder 10 can be adjusted by, for example, the time interval (extrusion interval) for moving the extruder 10 and/or the amount of movement of the extruder 10.
  • these extrusion intervals and travel distances are usually automatically operated after being initially set to a certain value.
  • the supply schedule of the preheated iron source to the melting chamber 2 depends on the confirmation result of whether or not the cold iron source 15 has been preheated to a predetermined temperature. can be effectively controlled.
  • the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas can be monitored, the preheat confirmation step can be performed based on the monitoring results, and the operating conditions of the extruder 10 can be controlled simultaneously.
  • the extruder 10 usually has a cylinder structure.
  • the preheating iron source confirmed in the preheating confirmation step is placed in the preheating chamber in the direction of the melting chamber. It is also possible to transport the preheated iron source to the melting chamber by free fall from the belt conveyor.
  • the supply timing of the preheating iron source to the melting chamber can be controlled by controlling the moving speed of the belt conveyor. The higher the moving speed of the belt conveyor, the more the supply of the preheating iron source can be promoted, and the lower the moving speed of the belt conveyor, the more the supply of the preheating iron source can be suppressed.
  • the moving speed of this belt conveyor is also usually set to a certain value and then automatically operated.
  • the present invention has a preheating confirmation step, as another example, the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas is monitored, the preheating confirmation step is performed based on the monitoring result, and the cold iron source is preheated to a predetermined temperature.
  • the operating conditions of the belt conveyor can be controlled concurrently depending on the confirmation result of whether or not the preheating iron source is being used.
  • the melting chamber 2 is defined by a furnace wall 4 and a furnace lid 5, and typically includes an electrode 6 for generating an arc 18 for heating and an oxygen blowing lance for maintaining a desired high temperature state. 7, a carbon material injection lance 8, and a burner 9 for locally heating a low-temperature spot.
  • the preheated iron source supplied to the melting chamber 2 is melted by arc heat to form molten iron 16 and molten slag 17 .
  • the obtained molten iron 16 can be tapped from the tapping port 12 by opening the tapping door 21 . Further, the molten slag 17 can be discharged from the slag discharge port 13 by opening the slag discharge door 22 .
  • in-house scrap generated at ironworks includes, for example, unsteady parts of slabs cast by continuous casting or ingot casting (parts generated at the start of casting and parts generated at the end of casting), rolling of steel materials such as steel strips, etc.
  • crops that occur in Scraps generated in the market include recycled materials such as construction steel materials (H-beam steel, etc.), automobile steel materials, and cans.
  • Pig iron obtained by solidifying molten pig iron is obtained by tapping and solidifying molten pig iron obtained from iron ore and coke as raw materials in a blast furnace such as a blast furnace.
  • Reduced iron is a raw material that is an iron source obtained by directly reducing iron ore with a reducing gas such as natural gas.
  • the thermometer 30 may be of any measuring method as long as it can measure the correct temperature of the exhaust gas 24, but generally the thermometer 30 that measures with a thermocouple is desirable.
  • the installation position of the thermometer 30 is an arbitrary position such as the wall surface of the preheating chamber 3 or the wall surface of the duct 20, but it should be installed behind the exhaust gas 24 passing through the cold iron source 15 (preheating iron source in some cases). is preferred. This is because the temperature measured at the location where the thermometer is installed upstream of the preheating is not only the temperature indicating the sensible heat of the exhaust gas required in the step for confirmation in the present invention, but also the radiant heat directly transmitted from the molten steel. It may indicate the contained temperature.
  • thermometer 30 is installed on the downstream side of the cold iron source 15 of the exhaust gas 24, the movement of the sensible heat of the exhaust gas 24 to the cold iron source 15 can be grasped well.
  • thermometer 30 candidates for the suitable installation position of the thermometer 30 include the upper wall surface of the preheating chamber 3 above the top surface where the cold iron sources 15 are stacked, or the preheating chamber shown in FIG. 3 and the duct 20 are connected to the downstream side where the exhaust gas 24 flows.
  • the former position there is a possibility that the measured value will change depending on the injection of the cold iron source 15 into the preheating chamber 3 . Therefore, the latter position is more preferable because the temperature for confirming the overall sensible heat amount of the exhaust gas and the amount of change thereof can be measured.
  • the candidate for the suitable installation position of the thermometer is the side close to the melting chamber as in the case where the preheating chamber exists in the vertical direction.
  • it is desirable to install the preheating chamber downstream of the preheating chamber because there is a possibility that the temperature fluctuation due to the direct radiation from the molten steel will be included in addition to the exhaust gas temperature.
  • thermocouple When using a thermocouple, it is desirable to place the tip of the thermocouple directly in contact with the exhaust gas from the viewpoint of improving responsiveness, but the reducing gas can accelerate the corrosion of the tip of the thermocouple. There is concern that the replacement frequency and temperature measurement accuracy will be inferior. Therefore, the thermocouple itself may be entirely covered with a protective tube made of alumina or the like. However, in this case, in order to improve the accuracy of temperature measurement, the responsiveness in the state covered with the protective tube should be grasped in advance, and the possible difference in the measured temperature should be grasped and adjusted for management. Data taken in from the thermometer 30 is generally sent to a predetermined location, for example, a monitor or recording device (none of which is shown) in an operation room operated by an operator, via a compensating lead wire (not shown). Connect and transmit.
  • a monitor or recording device one of which is shown
  • the flow meter 31 may be of any measurement method as long as it can measure the correct flow rate of the exhaust gas 24.
  • a throttle mechanism was provided in the duct 20, and a plurality of pressure gauges were installed at portions of the duct 20 having different cross-sectional areas.
  • a venturi tube type that can calculate the flow rate of the exhaust gas from the pressure measured by the pressure measured in the Venturi tube system is one of the candidates for the suitable measuring means.
  • a pitot tube is installed in the duct 20 to measure both the static pressure and the dynamic pressure. There is a method of converting to the flow rate of
  • the installation position of the flow meter 31 is an arbitrary position such as the wall surface of the preheating chamber 3 or the wall surface of the duct 20, like the thermometer 30. From the viewpoint of better grasping the movement of the sensible heat of the exhaust gas 24 to the cold iron source 15, and from the viewpoint of avoiding the influence of the change in the measured value caused by the introduction of the cold iron source 15 into the preheating chamber 3, FIG. In the case of the electric furnace 1 shown in FIG. 2, it is preferable to install the cold iron sources 15 stacked in the preheating chamber 3 downstream and rearward of the tower where the exhaust gas 24 flows.
  • the candidate for the suitable installation position of the thermometer is the side close to the melting chamber as in the case where the preheating chamber exists in the vertical direction.
  • it is desirable to install the preheating chamber downstream of the preheating chamber because there is a possibility that the temperature fluctuation due to the direct radiation from the molten steel will be included in addition to the exhaust gas temperature.
  • Cold iron source input step In the cold iron source charging step, a cold iron source is charged into the preheating chamber.
  • the above-described traveling carriage 23, supply bucket 14, and cold iron source supply port 19 can be preferably used for the cold iron source input step.
  • the amount of the cold iron source to be charged can be appropriately determined according to the specifications of the electric furnace to be used, the target production amount of molten iron, and the like. In the case of continuous operation by dividing the injection of the cold iron source into multiple times and/or in the case of continuous operation over multiple charges, the molten iron obtained in the previous melting step has already accumulated in the melting chamber.
  • the amount of cold iron source to be fed at a certain timing can be determined based on the capacity of the preheating chamber, the target amount of molten iron, and the like. On the other hand, when operating the first charge, since the melting chamber is empty, the cold iron source can be supplied so that the cold iron source exists in both the melting chamber and the preheating chamber.
  • Cold iron source preheating step In the cold iron source preheating step, the cold iron source in the preheating chamber introduced in the cold iron source introducing step is preheated to a predetermined temperature by the exhaust gas generated in the melting chamber to obtain a preheated iron source.
  • the exhaust gas 24 and the duct 20 described above can be preferably used for the cold iron source preheating step.
  • thermometer 30 and flowmeter 31 can be preferably used for the preheating confirmation step.
  • Confirmation that the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature can be preferably carried out based on the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas. In particular, it can be carried out more preferably based on the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas after being used for preheating the cold iron source, starting from the timing of supplying the cold iron source.
  • the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas after it has been used for preheating the cold iron source can be checked by, for example, providing the thermometer 30 and the flow meter 31 at the above-mentioned suitable installation positions.
  • the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas after it is used for preheating the cold iron source is a parameter corresponding to the amount of heat given to the cold iron source by the exhaust gas (which cannot be grasped by simply measuring the exhaust gas temperature). Therefore, it is most suitable for confirming that the preheating iron source has definitely reached the preheating temperature.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas is determined by the temperature T of the exhaust gas and the flow rate F of the exhaust gas, which are continuously measured using, for example, the above-described thermometer 30 and flow meter 31, and the cooling It can be calculated from the weight W of the iron source according to the following equations (1) and (2).
  • ⁇ Q
  • Q 1 Amount of sensible heat of the exhaust gas at the timing when the cold iron source is put into the preheating chamber [kJ/(seconds ⁇ tons)]
  • Q N Continuously calculated sensible heat amount of exhaust gas at any timing N after the timing when the cold iron source is introduced into the preheating chamber [kJ/(seconds ⁇ tons)]
  • c Specific heat of exhaust gas [kJ/( m3 ⁇ °C)]
  • F 1 Flow rate of exhaust gas at the timing when the cold iron source is put into the preheating chamber [m 3 /sec]
  • F N Continuously measured flow rate of exhaust gas [m 3 /sec] at an arbitrary timing N after the timing when the cold iron source is introduced into the
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas can be calculated, for example, in the following manner. That is, using the flow rate F 1 of the exhaust gas, the temperature T 1 of the exhaust gas, the weight W 1 of the cold iron source in the preheating chamber, and the specific heat c of the exhaust gas measured at the timing of turning on the cold iron source, first, is introduced into the preheating chamber, the sensible heat quantity Q1 of the exhaust gas is obtained. After that, while performing the cold iron source preheating step, the above parameters F 2,3 . . . N ;T 2,3 . , 3 . . . N ; and Q 2, 3 . The obtained Q1 and Q2 , 3, .
  • the flow rate of the exhaust gas per unit time can be obtained by multiplying the cross-sectional area of the duct by the flow velocity of the exhaust gas calculated from the pressure of the flow meter.
  • F v ⁇ S (2) here, v: flow velocity of exhaust gas [m/sec] S: Duct area through which exhaust gas passes [m 2 ]
  • the flow rate F of the exhaust gas can also be continuously measured according to the above equation (2).
  • the amount of change ⁇ Q (kJ/(second ⁇ ton)) in the amount of sensible heat of the exhaust gas can also be calculated continuously.
  • the following criteria are used as judgment criteria for confirming that the cold iron source has been preheated to a predetermined temperature, that is, that preheating of the cold iron source has been completed.
  • An example is That is, the sensible heat amount Q of the exhaust gas is reduced by preheating by transferring heat to the cold iron source in the preheating chamber.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas from the timing at which the cold iron source is turned on increases as the cold iron source is preheated.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas calculated as described above is 700 kJ/(second/ton) or more, the temperature rise to the cold iron source is around 250° C. or more. Therefore, it can be determined that the cold iron source in the preheating chamber has been sufficiently preheated.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat is more preferably 800 kJ/(second ⁇ ton) or more, more preferably 1000 kJ/(second ⁇ ton) or more.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat is preferably 1200 kJ/(second ⁇ ton) or less.
  • the preheated iron source which has been confirmed to have been preheated to a predetermined temperature in the preheating confirmation step, is supplied to the melting chamber.
  • the extruder 10 described above or a belt conveyor (not shown) can be suitably used for the supply step.
  • the supply amount and supply timing of the cold iron source 15 are determined by the amount of movement of the extruder 10 per extrusion and the time interval for moving the extruder 10 ( extrusion spacing) and Alternatively, in the case of an electric furnace in which the preheating chamber is arranged mainly horizontally, it is governed by the moving speed of the belt conveyor.
  • the preheating confirmation step is provided first, depending on whether or not the preheating iron source can be confirmed, the supply amount and/or supply timing of the cold iron source 15 can be appropriately changed.
  • the "extrusion interval" is defined as the time from the time when the extruder starts moving toward the melting chamber to the time when the extruder starts moving toward the melting chamber the next time in order to repeatedly extrude the preheated iron source and supply it to the melting chamber. Means the time interval until the start of movement.
  • the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas is equal to or greater than the preferred lower limit
  • extruder travel can be increased to facilitate the supply of preheated iron source to the melting chamber.
  • the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature
  • the extrusion of the extruder The spacing and/or travel may remain unchanged, or the extrusion spacing may be increased and/or travel reduced to reduce the supply of the preheat iron source to the melting chamber.
  • the extruding interval of the extruder when it is confirmed that the preheating iron source is at a predetermined temperature is basically fixed at 20 seconds.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas is 5% or more higher than the predetermined value, it is preferable to reduce it by 10% or more, and when it is 10% or more higher, it is preferable to reduce it by 20% or more.
  • the speed of the belt conveyor can be increased to immediately supply the preheated iron source to the melting chamber.
  • the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature, as a specific example, if the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas is less than the above preferable lower limit, the movement of the belt conveyor The speed can be slowed down to suppress the supply of the preheated iron source to the melting chamber.
  • the belt conveyor is operated at a constant moving speed of 1 m/min.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas is 5% or more higher than the predetermined value, it is preferably increased by 10% or more, and when it is 10% or more higher than the predetermined value, it is preferably increased by 20% or more.
  • the preheated iron source supplied to the melting chamber in the supplying step is melted by arc heating.
  • a specific melting method is as described above for the electric furnace, and the electrode 6, the oxygen blowing lance 7, the carbon material blowing lance 8, and the burner 9 can be suitably used for the melting step.
  • the preheating confirmation step is provided first, the preheated iron source that has been surely preheated is immediately supplied to the melting chamber, so that the power consumption required for the melting step can be reduced.
  • Other steps include, for example, a tapping step.
  • the tapping step the molten iron 16 accumulated in the melting chamber 2 can be taken out of the electric furnace 1 through the tapping port 12 after the melting step.
  • the thermometer 30 used a sheath type K type thermocouple with a tip diameter of 3.2 mm.
  • the thermometer 30 was inserted so that the tip of the thermocouple was positioned up to the central portion in the duct 20 by opening a hole with a dedicated flange in the side surface of the duct 20 . Since the sheath-type thermocouple was expected to be bent by high-temperature exhaust gas, it was covered with an alumina protective tube with a diameter of 32 mm, and the tip portion was exposed by a length of about 3 mm. From the outside of the furnace in the duct 20, digital data regarding the measured temperature was captured and recorded in a personal computer via a data recording/collecting device (not shown) through a compensating lead connected to a thermometer 30.
  • the flowmeter 31 was installed by inserting a pitot tube through another hole with a dedicated flange installed on the side of the duct 20.
  • two pitot tubes are inserted at the same position, and the open surface of the static pressure measurement tube is positioned so that the hole is located downstream of the exhaust gas flow.
  • the open side of the tube for dynamic pressure measurement was set so that the hole was located in front of the exhaust gas flow.
  • thermocouple Since the pitot tube is also exposed to high-temperature exhaust gas in the same way as the thermocouple, a total of two tubes for dynamic pressure and static pressure, each of which has a diameter of 12 mm and is made of SUS316, is bundled, and the tip portion is replaced with alumina with a diameter of 32 mm. was covered with a protective tube of From the outside of the furnace in the duct 20, the digital data on the measured flow rate was captured and recorded in a personal computer via a data collection and recording device through an auxiliary lead connected to a flow meter 31.
  • the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas was calculated using the obtained temperature and flow rate data.
  • a new monitor was newly installed to enable the operator to directly monitor the exhaust gas sensible heat quantity and its change.
  • data such as the amount of movement of the extruder 10 and the extrusion interval are transferred to the electric control room, so that the operation parameters of the extruder 10 and the data on the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas can be checked and controlled at the same time. made it
  • the conventional example is a reference example in which neither a thermometer nor a flow meter are used, the preheating confirmation step is not performed, and the operation is performed within the range of the normal power consumption rate.
  • the exhaust gas temperature in the duct 20 during operation at timing N is 198° C.
  • the exhaust gas flow rate is 58 Nm 3 /sec
  • the exhaust gas sensible heat amount per unit time per 1 ton of cold iron source weight in the preheating chamber is 418 kJ/(t ⁇ seconds).
  • the extruder 10 was moved 1000 mm at intervals of 20 seconds without taking any particular action.
  • the ambient temperature of the exhaust gas 24 existing inside the melting chamber 2 containing the molten iron 16 and the molten slag 17 is about 1100° C. on average. It is considered that the sensible heat of the exhaust gas is transmitted to the cold iron source. However, the temperature of the exhaust gas 24 is always fluctuating, and if the sensible heat amount of the exhaust gas 24 calculated from the measurement data of the thermometer 30 and the flow meter 31 is not monitored as in the present invention, the main operating cost is It is not possible to further reduce the power consumption rate, which is the cause.
  • the electric power unit consumption per 1ch at the time of this assumption was 353 kWh/t.
  • Comparative Example 1 cannot confirm that the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature based on the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas calculated using a thermometer and a flow meter.
  • the cold iron source is supplied to the melting chamber as is (that is, as preheating is insufficient). That is, the exhaust gas temperature in the duct 20 during operation at the timing N is 201° C., the exhaust gas flow rate is 58 Nm 3 /sec, and the exhaust gas sensible heat amount per unit time and cold iron source weight of 1 ton in the preheating chamber is 424 kJ/. (t ⁇ seconds). When this was left as it was, the power unit consumption per channel was 358 kWh/t, which was worse than expected, when no action was taken with the interval of the extruder 10 of the cold iron source kept at 20 seconds.
  • the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature based on the amount of change ⁇ Q in the sensible heat amount of the exhaust gas calculated using a thermometer and a flow meter.
  • the interval of the extruder 10 of the cold iron source was not changed and overlooked because the preheating confirmation step was not performed and confirmation was not performed. That is, the exhaust gas temperature in the duct 20 during operation at the timing N is 321° C., the exhaust gas flow rate is 62 Nm 3 /sec, and the exhaust gas sensible heat amount per unit time and cold iron source weight of 1 ton in the preheating chamber is 718 kJ/. (t ⁇ seconds). When this was left unattended, the interval of the extruder 10 of the cold iron source was kept at 20 seconds, and no action was taken, the power unit consumption per channel was 367 kWh/t, which was worse than expected.
  • the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature based on the amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas calculated using a thermometer and a flow meter.
  • the preheating confirmation step was not performed and the confirmation was not performed, so the extrusion interval of the extruder 10 of the cold iron source was overlooked without changing, resulting in excessive preheating.
  • the temperature of the exhaust gas in the duct 20 during operation at the timing N is 578° C.
  • the exhaust gas flow rate is 69 Nm 3 /sec
  • the sensible heat amount of the exhaust gas per ton of cold iron source weight in the preheating chamber and per unit time is 1441 kJ/. (t ⁇ seconds).
  • Comparative Example 4 is an example in which the sensible heat amount of the exhaust gas could not be calculated and the amount of change ⁇ Q in the sensible heat amount could not be grasped because only the thermometer was used for measurement and the flowmeter was not used for measurement.
  • the temperature of the exhaust gas in the duct 20 during operation at the timing N is 244° C., and in this case, it would have been better to advance the timing of pushing out in order to shorten the pushing interval of the extruder 10 of the cold iron source. be.
  • the power unit consumption per channel was 361 kWh/t, which was worse than expected.
  • Invention Example 1 Invention Example 1, after using a thermometer and a flow meter, it is confirmed that the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature based on the amount of change ⁇ Q in the calculated sensible heat amount of the exhaust gas. 4, the extrusion interval of the extruder 10 is controlled in order to immediately supply the identified preheated iron source to the melting chamber.
  • the temperature of the exhaust gas in the duct 20 during operation at the timing N is 211 ° C.
  • the exhaust gas flow rate is 55 Nm 3 / sec, which is almost the same as 49 Nm 3 / sec in Comparative Example 1
  • the weight of the cold iron source in the preheating chamber The amount of exhaust gas sensible heat per unit time is 418 kJ/(t ⁇ sec).
  • the amount of change in the amount of sensible heat of the exhaust gas 24 is 1023 kJ/(t ⁇ sec), which is approximately three times that of Comparative Example 1. Therefore, the interval of the cold iron source extruder 10 was changed from 20 seconds to 15 seconds.
  • the amount of sensible heat of the exhaust gas 24 became 332 kJ/(t ⁇ sec) compared to the conventional method, and it is thought that the sensible heat of the exhaust gas is transmitted to the cold iron source side, and the electric power consumption per channel is improved to 341 kWh/t. bottom.
  • Invention Example 2 Invention Example 2, after using a thermometer and a flow meter, it is confirmed that the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature based on the amount of change ⁇ Q in the calculated sensible heat amount of the exhaust gas.
  • the temperature of the exhaust gas in the duct 20 during operation at the timing N is 574 ° C. of Comparative Example 2, the exhaust gas flow rate is 67 Nm 3 / sec, and the exhaust gas per ton of cold iron source weight in the preheating chamber and per unit time The amount of sensible heat is 1394 kJ/(t ⁇ sec).
  • the cold iron source is a preheated iron source preheated to a predetermined temperature based on the calculated amount of change ⁇ Q in the amount of sensible heat of the exhaust gas.
  • another example of controlling the extrusion interval of the extruder 10 to immediately supply a confirmed preheated iron source to the melting chamber That is, the exhaust gas temperature in the duct 20 during operation at the timing N is 164° C., the exhaust gas flow rate is 49 Nm 3 /sec, and the exhaust gas sensible heat amount per unit time per ton of cold iron source weight in the preheating chamber is 293 kJ/. (t ⁇ seconds).
  • the interval of the extruder 10 of the cold iron source was also shortened from 20 seconds to 15 seconds.
  • the power consumption per channel was 349 kWh/t, slightly better than expected. If the sensible heat fluctuates too much, the cold iron source melts and crimps in the preheating part, making it difficult for the exhaust gas to flow and preheating is partially weakened. , ⁇ Q.
  • the main manufacturing cost is It is possible to greatly improve the electric power consumption rate, which accounts for the portion, and the effect is very large. This is because, in the invention example, the cold iron source was efficiently preheated and the preheated iron source could be sent to the melting step, so the melting time of the preheated iron source was shortened and the tapping time was also shortened. It is thought that

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Abstract

冷鉄源の予熱の状況を把握して冷鉄源を効率的かつ確実に予熱することにより、低い電力原単位で溶鉄を得る。予熱室と溶解室とを有する電気炉における溶鉄の製造方法であって、冷鉄源投入ステップと；予熱確認ステップを有する冷鉄源予熱ステップと；供給ステップと；溶解ステップと；を有する。

Description

溶鉄の製造方法
　本発明は、予熱室と溶解室とを有する電気炉において、冷鉄源を効率的に溶解して溶鉄を製造する方法に関する。
　電気炉を用いた溶鉄の製造では、スクラップなどの冷鉄源をアーク熱で溶解して溶鉄を得るので、アーク熱を生成するために電力を多量に消費する。従来、電気炉での電力消費を抑えるために、溶解する前の冷鉄源を、化石燃料などを用いたバーナーで予熱する方法；溶解する前の冷鉄源を、先に行っている冷鉄源の溶解中に発生した高温の排ガスを利用して予熱する方法；補助熱源としてコークスを溶解中の冷鉄源に吹き込む方法；などの方法が採られている。
　例えば、特許文献１には、予熱シャフトが溶解室の上方に直結した電気炉において、冷鉄源が溶解室と予熱シャフトと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ながら、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解する技術が開示されている。特許文献１の技術では、溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置を特に必要としない電気炉を用いて、溶解した溶鉄の中に、高温の排ガスで予熱した冷鉄源が溶け込むことによって、冷鉄源を効率的に溶解させている。
　また、特許文献２には、電気炉とスクラップ予熱装置とがバイパス管路を隔てて離間して配置された製鋼設備において、スクラップの予熱を行うにあたり、スクラップ予熱装置への入側における排ガスの温度を測定しながら、スクラップ予熱装置に送り込むべき排ガスの量を決定し、その排ガスの供給量をファンの回転数で制御することにより、スクラップを所定温度に予熱する技術が開示されている。
　さらに、特許文献３には、電気炉から出た排ガスをスクラップの入った予熱槽に装入するダクトを有する設備構成において、予熱槽を保護しスクラップの溶解を防止することを所期して、前記予熱槽の入側と出側の排ガスの温度を測定し、その温度に応じてダンパの開閉を制御し、スクラップ予熱を行うことが開示されている。
特開平１０－２９２９９０号公報 特開昭５７－４３１９１号公報 特開平４－２７３９９１号公報
　特許文献１に記載の技術は、基本は冷鉄源の排ガスによる予熱及び自重により、冷鉄源を徐々に溶解させながら溶解室へと連続的に供給するものであるである。しかしながら、特許文献１には、連続的または断続的に予熱室から溶解室へ冷鉄源を供給する概念は記載されているものの、冷鉄源の供給に関する具体的な制御指標の開示がない。本発明者らが検討したところ、実際には、予熱シャフトから溶解室への径路において、例えば、冷鉄源が過剰に予熱されて大きな塊として留まったり、冷鉄源の予熱が不足したまま溶解室に供給されたり等の、意図しない状況が生じる場合がある。しかしながら、特許文献１では、このような冷鉄源の予熱の過不足を把握することができず、冷鉄源の予熱の過不足が生じた場合に、電気炉での電力消費を高めてしまう事例が発生することも判明した。そのため、冷鉄源の予熱の状況を把握し得る手段が求められる。
　また、特許文献２に記載の技術は、電気炉とは離間して配置されたスクラップ予熱装置の入側における排ガスの温度を測定しながら、スクラップ予熱のための排ガスの量そのものを予め変化・制御させるものである。しかしながら、本発明者らが検討したところ、実際には、スクラップ予熱装置内におけるスクラップが計算通りの温度に予熱されず、やはり電気炉での電力消費を高めてしまう事例が発生することが判明した。しかしながら、特許文献２でも、このような実際のスクラップの予熱の過不足を把握することができず、スクラップの予熱の状況を把握し得る手段が求められる。
　さらに、特許文献３に記載の技術は、電気炉から排出された排ガスをそのまま、ダクトを介して予熱炉に導入し、排ガスのダンパで制御しながら、スクラップを予熱する技術である。しかしながら、特許文献３に記載の技術では、予熱槽の保護およびスクラップの溶解防止の観点から両者の温度を設定値以下にすることに主眼があるため、特にスクラップの予熱が不足する場合があり、スクラップの予熱の状況を精度良く把握することが必要である。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、冷鉄源の予熱の状況を把握して冷鉄源を効率的かつ確実に予熱することにより、低い電力原単位で溶鉄を得ることのできる、電気炉による溶鉄の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決することができる方法について検討を重ねた。その結果、排ガスによる冷鉄源の予熱にかかる条件を直接かつ事前に制御する手法に替えて、実際に冷鉄源が排ガスによって所定の温度まで予熱されたことを事後的に確認する手法（予熱確認ステップ）を設ける着想に至った。そして、この予熱確認ステップ、及び、該ステップにて確認された予熱鉄源を溶解室へ供給する供給ステップを設けることにより、排ガスの顕熱を有効に冷鉄源へ伝え、電気炉で使用するエネルギーの指標である電力原単位を効果的に低減できることを見出した。
　本発明は、上記の知見に基づきなされたもので、以下を要旨とする。
１．予熱室と溶解室とを有する電気炉における溶鉄の製造方法であって、
　冷鉄源を予熱室に投入する冷鉄源投入ステップと、
　前記冷鉄源投入ステップで投入された前記冷鉄源を、前記溶解室で発生した排ガスにより所定の温度まで予熱し、予熱鉄源とする冷鉄源予熱ステップと、
　　ここで、前記冷鉄源予熱ステップは、前記冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認する予熱確認ステップを有し、
　前記予熱確認ステップで所定の温度まで予熱されたことが確認された前記予熱鉄源を前記溶解室へ供給する供給ステップと、
　前記供給ステップで前記溶解室へ供給された前記予熱鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解ステップと、を有することを特徴とする、溶鉄の製造方法。
２．前記予熱確認ステップにおける、前記冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることの確認を、前記排ガスの顕熱量の変化量に基づいて行う、前記１に記載の溶鉄の製造方法。
３．前記顕熱量の変化量が、連続的に測定される前記排ガスの温度及び流量、並びに、前記予熱室内に投入されている前記冷鉄源の重量に基づいて算出される、前記２に記載の溶鉄の製造方法。
４．以下の式（１）に従って算出される前記顕熱量の変化量が７００ｋＪ／（秒・トン）以上である場合に、前記冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であると判断する、前記２または３に記載の溶鉄の製造方法。
　ΔＱ＝｜Ｑ１－ＱＮ｜
　　　＝｜｛（ｃ×Ｆ１×Ｔ１）／Ｗ１｝－｛（ｃ×ＦＮ×ＴＮ）／ＷＮ｝｜・・・（１）
　ここで、
　　ΔＱ：排ガスの顕熱量の変化量［ｋＪ／（秒・トン）］
　　Ｑ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの顕熱量［ｋＪ／（秒・トン）］
　　ＱＮ：連続的に算出される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの顕熱量［ｋＪ／（秒・トン）］
　　ｃ：排ガスの比熱［ｋJ／（ｍ３・℃）］
　　Ｆ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの流量［ｍ３／秒］
　　ＦＮ：連続的に測定される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの流量［ｍ３／秒］
　　Ｔ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの温度［℃］
　　ＴＮ：連続的に測定される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの温度［℃］
　　Ｗ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの予熱室内の冷鉄源の重量［トン］
　　ＷＮ：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの予熱室内の冷鉄源の重量［トン］
５．前記供給ステップにおける、前記予熱鉄源の前記溶解室への供給が、押し出し機で行われる、前記１～４のいずれかに記載の溶鉄の製造方法。
６．前記供給ステップにおける、前記予熱鉄源の前記溶解室への供給が、ベルトコンベアからの自由落下で行われる、前記１～４のいずれかに記載の溶鉄の製造方法。
　本発明によれば、排ガスを利用して冷鉄源を予熱室で予熱して予熱鉄源とし、溶解室へ予熱鉄源を供給する溶鉄の製造方法において、冷鉄源の予熱の状況を把握して冷鉄源を効率的かつ確実に予熱することにより、例えば、出鋼するまでの１チャージあたりの溶解時間を短縮し、電気炉で使用するエネルギーの主要な指標である電力原単位を効果的に低減可能である。
本発明の一実施形態を実施可能な電気炉の縦断面模式図である。
　本発明の実施形態について、具体的に説明する。以下の実施形態は、本発明の好適な一例を示すものであり、これらの例によって何ら限定されるものではない。
（溶鉄の製造方法）
　本発明の溶鉄の製造方法は、所定の構造を有する電気炉を用いる方法であって、冷鉄源を予熱室に投入する冷鉄源投入ステップと；冷鉄源投入ステップで投入された冷鉄源を、溶解室で発生した排ガスにより所定の温度まで予熱し、予熱鉄源とする冷鉄源予熱ステップと；予熱鉄源を溶解室へ供給する供給ステップと；供給ステップで溶解室へ供給された予熱鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解ステップと；任意にその他のステップと；を有する。とりわけ、上記冷鉄源予熱ステップが、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認する予熱確認ステップを更に有し、続く上記供給ステップにおいて、この所定の温度まで予熱されたことが確認された予熱鉄源を溶解室へ供給することを特徴とする。
　本発明の製造方法は、予熱確認ステップ及びこれに続く供給ステップを更に有することにより、冷鉄源が実際に所定の温度まで予熱された予熱鉄源となったことを確認した上で、直ちに予熱鉄源を溶解室内へと供給できる。そのため、冷鉄源を過剰に予熱することおよび、予熱が不足している冷鉄源のまま溶解室に供給すること、を回避することができる。したがって、本発明の製造方法によれば、排ガスによる冷鉄源の予熱を確実に行いつつ、排ガスの顕熱を有効に冷鉄源へと伝えることができ、その結果、電気炉での電力原単位を効果的に低減して溶鉄を製造することができる。
［電気炉］
　以下、本発明が好適に用い得る電気炉について、図を参照して詳述する。なお、図示した電気炉は好適例として示したものであり、溶解室と、該溶解室からの排ガスを導入可能な予熱室とを有する電気炉であれば、適用可能であることは言うまでもない。
　図１に例示する電気炉１は、冷鉄源１５を予熱してなる予熱鉄源をアーク１８からの熱によって溶解して溶鉄１６を得る溶解室２と；溶解室２よりも鉛直方向上方に向かってそびえる予熱室３であり、冷鉄源１５を予熱し、得られた予熱鉄源を、例えば押し出し機１０で溶解室２に供給するための予熱室３と；溶解室２で発生した排ガス２４が流れ出るダクト２０と；を備える。また、電気炉１は、任意の位置に設置された、好ましくはダクト２０の径路内に配置された温度計３０及び流量計３１を更に備える。温度計３０及び流量計３１をダクト２０の径路内に配置することにより、冷鉄源１５の間を流れ抜けて該冷鉄源１５の予熱に使用された後の排ガス２４の温度及び流量を適時測定することができる。
　原料となる冷鉄源１５は、供給用バケット１４に装入され、走行台車２３を介して所望の冷鉄源供給口１９の上方まで運ばれる。次に、冷鉄源供給口１９を開けて、冷鉄源１５を上方から予熱室３へと供給する。
　予熱室３に供給された冷鉄源１５は、上述のとおり溶解室２で発生した排ガスを利用して予熱され、予熱鉄源となる。例えば、先に溶解室２で発生した高熱の排ガス２４を直接（溶解室２と予熱室３とを繋ぐ配管を通さずに）そのまま予熱室３へと通過させて冷鉄源１５を予熱すれば、製造効率を高めることができる。そして、ダクト２０により排ガスを吸引して予熱室３内を通過させ、余分な排ガスはダクト２０を通じて排気してもよい。
　冷鉄源１５が所定温度まで予熱された予熱鉄源は、図１に示す電気炉１の場合、押し出し機１０によって連続的に溶解室２へと供給することができる。押し出し機１０は、その先端を溶解室２側へと繰り返し往復移動させることにより、予熱室３内の予熱鉄源を溶解室２へ押し出し続ける。押し出し機１０による溶解室２への予熱鉄源の供給量及び供給タイミングは、例えば、押し出し機１０を移動させる時間的間隔（押し出し間隔）及び／又は押し出し機１０の移動量によって調整可能である。押し出し間隔が短いほど予熱鉄源の供給を促進することができ、押し出し間隔が長いほど予熱鉄源の供給を抑制することができる。また、押し出し機１０の移動量が大きいほど予熱鉄源の供給を促進することができ、押し出し機１０の移動量が小さいほど予熱鉄源の供給を抑制することができる。
　これらの押し出し間隔及び移動量は、操業効率の観点から、ある値に初期設定した後は自動運転させることが常である。しかしながら、本発明は予熱確認ステップを有するので、冷鉄源１５が所定の温度まで予熱された予熱鉄源となっているか否かの確認結果次第で、予熱鉄源の溶解室２への供給スケジュールを有効に制御することができる。一例として、後に詳述のとおり、排ガスの顕熱量の変化量をモニタリングし、そのモニタリング結果に基づいて予熱確認ステップを行い、同時進行的に押し出し機１０の操作条件を制御することができる。なお、押し出し機１０は、通常はシリンダー構造である。
　或いは、図示していないが、予熱室が溶解室よりも鉛直方向上方かつ水平方向に延在する電気炉を用いる場合は、予熱確認ステップで確認された予熱鉄源を、予熱室内を溶解室方向に向かって走行可能なベルトコンベアにて運搬し、該ベルトコンベアから自由落下によって予熱鉄源を溶解室に供給することもできる。この場合、溶解室への予熱鉄源の供給タイミングは、ベルトコンベアの移動速度を制御することにより制御可能である。ベルトコンベアの移動速度が高いほど予熱鉄源の供給を促進することができ、ベルトコンベアの移動速度が低いほど予熱鉄源の供給を抑制することができる。
　このベルトコンベアの移動速度も、操業効率の観点から、ある値に初期設定した後は自動運転させることが常である。しかしながら、本発明は予熱確認ステップを有するので、他の例として、排ガスの顕熱量の変化量をモニタリングし、そのモニタリング結果に基づいて予熱確認ステップを行い、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源となっているか否かの確認結果次第で、同時進行的にベルトコンベアの操作条件を制御することができる。
　図１に戻り、溶解室２は、炉壁４及び炉蓋５で区画されており、通常、アーク１８を発生させて加熱するための電極６、所望の高温状態を維持するための酸素吹き込みランス７及び炭材吹き込みランス８、低温箇所を局所的に加熱するためのバーナー９を備えている。溶解室２に供給された予熱鉄源は、アーク熱によって溶解して溶鉄１６と溶融スラグ１７とになる。得られた溶鉄１６は、出湯用扉２１を開けて出湯口１２から出鋼することができる。また、溶融スラグ１７は、出滓用扉２２を開けて出滓口１３から排滓することができる。
　冷鉄源１５としては、通常、製鉄所で発生する自所屑、市中から発生するスクラップ、溶銑を固めた銑鉄、還元鉄などがあるが、これらに限定されない。製鉄所で発生する自所屑としては、例えば、連続鋳造や造塊法で鋳造される鋳片の非定常部（鋳込み開始の部分や鋳込み終了時に発生する部分）、鋼帯などの鋼材の圧延で生じるクロップなどがある。また、市中から発生するスクラップとしては、建設鋼材（Ｈ型鋼など）、自動車の鋼材、缶類などのようなリサイクル材がある。また、溶銑を固めた銑鉄とは、高炉などの溶鉱炉において、鉄鉱石及びコークスなどを原料として得られた溶銑を出銑し、固めたものである。また、還元鉄とは、鉄鉱石を天然ガスなどの還元性ガスで直接還元して得られる鉄源となる原料である。
　温度計３０は、排ガス２４の正しい温度を測定することが可能であれば、測定方式は問わないが、一般的には熱電対で測定する温度計３０が望ましい。温度計３０の設置位置は、予熱室３の壁面又はダクト２０の壁面などの任意の位置であるが、排ガス２４が冷鉄源１５（場合によっては予熱鉄源）を通過した後方に設置することが好ましい。
　なぜなら、予熱上流の温度計を設置する場所において測定される温度は、本発明で確認するためのステップで必要な排ガスの顕熱を示す温度だけでなく、溶鋼から直接伝わってくる輻射熱の両方を含有した温度を表示している可能性がある。そこで、予熱部下流において、測温することが、排ガスのもつ顕熱量を正しく示すことになる。従って、排ガス２４の冷鉄源１５に対して下流側に温度計３０を設置すれば、冷鉄源１５への排ガス２４の顕熱の移動を良好に把握することができる。
　図１に示す電気炉１の場合、温度計３０の好適な設置位置の候補としては、冷鉄源１５が積み重なった上面よりも上方の予熱室３上部の壁面、又は、図１に示す予熱室３とダクト２０との接続部よりも排ガス２４が流れる下流後方などが挙げられる。前者の位置では、冷鉄源１５の予熱室３への投入に応じて測定値が変化する可能性がある。したがって、総括した排ガスの顕熱量及びその変化量を確認するための温度が測定できるため、後者の位置の方がより好ましい。
　予熱室が水平方向に延在する電気炉の場合、温度計の好適な設置位置の候補としては、予熱室が垂直方向に存在する場合と同様に、溶解室に近い側の場合、上述した理由と同様に、排ガス温度以外に、どうしても溶鋼からの直接的な輻射による温度変動を含有してしまう可能性があることから、予熱室の下流に設置することが望ましい。
　熱電対を用いる場合の熱電対の設置形式は、応答性を高める観点からは、熱電対先端を直接、排ガスに接するように配置することが望ましいが、還元ガスにより熱電対先端の腐食を速める可能性があり、交換頻度及び温度の測定精度に劣る懸念がある。そのため、熱電対自体をアルミナ等の保護管ですべて覆って使用してもよい。ただし、この場合には、温度の測定精度を上げるために、予め保護管で覆った状態での応答性を把握し、生じ得る測定温度の差などを把握・調整して管理すればよい。温度計３０から取り込んだデータは、一般的には補償導線（図示せず）を介して所定の場所、例えば、オペレーターが操作する操作室のモニターや記録装置（いずれも、図示せず）へと繋いで伝送する。
　流量計３１は、温度計３０と同様に、排ガス２４の正しい流量を測定することが可能であれば、測定方式は問わない。電気炉１の建設当時から、排ガスの流量を測定することを意識して、例えばダクト２０内に絞り機構を設け、ダクト２０の断面積が異なる部位に圧力計を複数個設置し、それら圧力計で測定される圧力から排ガスの流速を算出し、その流速から排ガスの流量を算出可能なベンチュリ管式が好適な測定手段の候補の一つとして挙げられる。また、別の測定手段として、例えばダクト２０にピトー管を設置し、静圧と動圧との両方を測定し、それらの圧力から排ガスの流速を算出し、ダクト２０の断面積を乗じて排ガスの流量に換算する手法が挙げられる。
　流量計３１の設置位置は、温度計３０と同様に、予熱室３の壁面又はダクト２０の壁面などの任意の位置である。冷鉄源１５への排ガス２４の顕熱の移動を良好に把握する観点、及び、冷鉄源１５の予熱室３への投入に起因した測定値の変化の影響を回避する観点から、図１に示す電気炉１の場合、予熱室３内に積み重なった冷鉄源１５の塔の上面よりも排ガス２４が流れる下流後方に設置することが好ましい。
　予熱室が水平方向に延在する電気炉の場合、温度計の好適な設置位置の候補としては、予熱室が垂直方向に存在する場合と同様に、溶解室に近い側の場合、上述した理由と同様に、排ガス温度以外に、どうしても溶鋼からの直接的な輻射による温度変動を含有してしまう可能性があることから、予熱室の下流に設置することが望ましい。
　流量測定にあたり、ピトー管などで圧力を測定する際には、管に異物が混入してくると正しい圧力が測定できない問題がある。よって、適切な頻度で管の清掃を行うか、又は、一定間隔でエアーなどにより管内の異物をパージする機構を設け（図示せず）、管の詰まりを防止することが必要である。この場合、パージによって測定できないタイミングが僅かに生じるが、そのタイミングでの排ガス流量は、パージ直前の数字を用いて算出すればよい。流量計３１から取り込んだデータは、温度計３０と同様に、補償導線（図示せず）を介して所定の位置、例えば、オペレーターが操作する操作室のモニターや記録装置（いずれも、図示せず）へと繋いで伝送する。
［冷鉄源投入ステップ］
　冷鉄源投入ステップでは、冷鉄源を予熱室に投入する。冷鉄源投入ステップには、上述の走行台車２３、供給用バケット１４、冷鉄源供給口１９を好適に用いることができる。投入する冷鉄源の量は、使用する電気炉の仕様、溶鉄の製造目標量等によって適宜決定することができる。
　冷鉄源の投入を複数回に分けて連続操業する場合、及び／又は、複数チャージに亘って連続操業する場合は、既に先の溶解ステップで得られた溶鉄が溶解室内に溜まっているので、あるタイミングで投入する冷鉄源の量を、予熱室の容量、溶鉄の製造目標量等に基づいて決定することができる。一方、初めてのチャージを操業する場合は、溶解室が空の状態であるため、冷鉄源が溶解室及び予熱室双方に存在するように冷鉄源を供給することができる。
［冷鉄源予熱ステップ］
　冷鉄源予熱ステップでは、冷鉄源投入ステップで投入された予熱室内の冷鉄源を、溶解室で発生した排ガスにより所定の温度まで予熱し、予熱鉄源とする。冷鉄源予熱ステップには、上述の排ガス２４、ダクト２０を好適に用いることができる。
　ここで、冷鉄源予熱ステップにおいては、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認する予熱確認ステップを行うことが肝要である。
［[予熱確認ステップ]］
　予熱確認ステップでは、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認する。つまり、予熱確認ステップでは、予熱鉄源を得るに先立って予熱条件を予め変更するのではなく、予熱鉄源が実際に得られたことの確認を事後的に行う。予熱鉄源が実際に得られたことの確認を事後的に行うことによって、冷鉄源を過剰に予熱することも冷鉄源の予熱が不足することも確実に回避できるので、冷鉄源の予熱を効率的に行い、もって溶鉄の製造に要する電力原単位を低減させることができる。予熱確認ステップには、上述の温度計３０、流量計３１を好適に用いることができる。
　冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることの確認は、排ガスの顕熱量の変化量に基づいて好適に実施することができる。とりわけ、冷鉄源の投入タイミングを起点として、冷鉄源の予熱に使用された後の上記排ガスの顕熱量の変化量に基づいてより好適に実施することができる。冷鉄源の予熱に使用された後の排ガスの顕熱量の変化量の確認は、例えば、温度計３０及び流量計３１を上述の好適な設置位置に設けることにより実施可能である。すなわち、冷鉄源の予熱に使用された後の上記排ガスの顕熱量の変化量は、（単に排ガス温度のみを計測することでは把握できない）排ガスによって冷鉄源に付与される熱量に相当するパラメータであるため、予熱鉄源が確実に予熱温度に達していることを確認するのに最適である。
排ガスの顕熱量の変化量の算出
　予熱確認ステップにおいて好適に参照可能な、排ガスの顕熱量の変化量の算出方法について具体的に説明する。排ガスの顕熱量の変化量ΔＱは、例えば上述の温度計３０及び流量計３１を用いて、連続的に測定される排ガスの温度Ｔ及び排ガスの流量Ｆ、並びに、予熱室内に投入されている冷鉄源の重量Ｗから、以下の式（１）～（２）に従って算出することができる。
　ΔＱ＝｜Ｑ１－ＱＮ｜，
　　Ｑ１＝（ｃ×Ｆ１×Ｔ１）／Ｗ１，
　　ＱＮ＝（ｃ×ＦＮ×ＴＮ）／ＷＮ　　　・・・（１）
　ここで、
　　ΔＱ：排ガスの顕熱量の変化量［ｋＪ／（秒・トン）］
　　Ｑ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの顕熱量［ｋＪ／（秒・トン）］
　　ＱＮ：連続的に算出される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの顕熱量［ｋＪ／（秒・トン）］
　　ｃ：排ガスの比熱［ｋJ／（ｍ３・℃）］
　　Ｆ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの流量［ｍ３／秒］
　　ＦＮ：連続的に測定される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの流量［ｍ３／秒］
　　Ｔ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの温度［℃］
　　ＴＮ：連続的に測定される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの温度［℃］
　　Ｗ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの予熱室内の冷鉄源の重量［トン］
　　ＷＮ：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの予熱室内の冷鉄源の重量［トン］
　排ガスの顕熱量の変化量ΔＱは、例えば以下の要領で算出可能である。すなわち、冷鉄源を投入したタイミングで測定した排ガスの流量Ｆ１、排ガスの温度Ｔ１及び予熱室内の冷鉄源の重量Ｗ１と、排ガスの比熱ｃとを用いて、まず、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの顕熱量Ｑ１を求める。その後、冷鉄源予熱ステップを行っている間、連続的に任意の各タイミング２，３・・・Ｎにおける上記パラメータＦ２，３・・・Ｎ；Ｔ２，３・・・Ｎ；Ｗ２，３・・・Ｎ；を測定し、各タイミングでのＱ２，３・・・Ｎを連続的に求める。得られたＱ１及びＱ２，３・・・Ｎを上記式（１）にあてはめて、冷鉄源を投入したタイミングを起点とした各タイミングにおける排ガスの顕熱量の変化量ΔＱを得る。
　ダクト中を流れる排ガス流量を算出する場合には、ダクトの断面積に、流量計の圧力から算出される排ガスの流速を乗じて、単位時間あたりの排ガス流量が求めることができる。
　Ｆ＝ｖ×Ｓ　　　・・・（２）
　ここで、
　　ｖ：排ガスの流速［ｍ／秒］
　　Ｓ：排気ガスが通過するダクト面積［ｍ２］
　本発明の一実施形態では、排ガスの温度Ｔ及び排ガスの流速ｖを連続して測定することにより、上記式（２）に従って排ガスの流量Ｆも連続して測定できるため、上記式（１）に従って、排ガスの顕熱量の変化量ΔＱ（ｋＪ／（秒・トン））も連続して算出することが可能である。
冷鉄源の予熱完了の判定
　予熱確認ステップにおいて、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であること、つまり、冷鉄源の予熱が完了したことを確認する判定基準として、以下の一例が挙げられる。すなわち、排ガスの顕熱量Ｑは、予熱室内の冷鉄源へと熱を伝えて予熱することによって低下する。これに伴い、冷鉄源を投入したタイミングからの排ガスの顕熱量の変化量ΔＱは、冷鉄源が予熱されるほど高まる。本発明者らが鋭意検討したところ、上述のとおり算出される排ガスの顕熱量の変化量ΔＱが７００ｋＪ／（秒・トン）以上であれば、冷鉄源への温度上昇が２５０℃前後以上あるため、予熱室内の冷鉄源の予熱が十分に行われたと判定することができる。顕熱量の変化量ΔＱは、８００ｋＪ／（秒・トン）以上がより好ましく、１０００ｋＪ／（秒・トン）以上がさらに好ましい。
　一方、予熱室内の冷鉄源を過剰に予熱すると、冷鉄源が予熱室内で過剰に溶解し、大きな塊を形成し、排ガスの通気性が悪くなったり、溶解室への供給の妨げとなったりして、電気炉の操業に不具合が生じる場合がある。また、冷鉄源の過剰な予熱は、使用するエネルギーの過剰消費にもつながりやすい。これらの観点から、顕熱量の変化量ΔＱは、１２００ｋＪ／（秒・トン）以下が好ましい。
［供給ステップ］
　供給ステップでは、予熱確認ステップで所定の温度まで予熱されたことが確認された予熱鉄源を溶解室へ供給する。供給ステップには、上述の押し出し機１０、又は、ベルトコンベア（図示せず）を好適に用いることができる。
　冷鉄源１５の供給量及び供給タイミングは、予熱室が鉛直方向に沿ってそびえ立つ電気炉の場合は、１回の押し出しあたりの押し出し機１０の移動量と、押し出し機１０を移動させる時間間隔（押し出し間隔）とに支配される。或いは、予熱室が主に水平方向に配置される電気炉の場合は、ベルトコンベアの移動速度に支配される。そして、通常の操業では、これらの移動量及び押し出し間隔或いは移動速度の値について、冷鉄源の種類や予熱状況に応じて設定パターンを複数有しており、適した設定パターンを採用して自動運転する。しかしながら、本発明では予熱確認ステップを先に設けているので、予熱鉄源の確認の可否によって、冷鉄源１５の供給量及び／又は供給タイミングを適宜変更することができる。
　ここで、「押し出し間隔」とは、予熱鉄源を繰り返し押し出して溶解室に供給するために、ある回で押し出し機を溶解室方向へ移動開始した時間から、次回に押し出し機を溶解室方向へ移動開始する時間までの、時間的間隔を意味する。
　好適な一実施形態として、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認できたならば、具体例として、排ガスの顕熱量の変化量ΔＱが上記好適下限以上であれば、押し出し機の押し出し間隔を短縮させて予熱鉄源を直ちに溶解室へと供給することができる。同様に、押し出し機の移動量を増大させて予熱鉄源の溶解室への供給を促進することができる。逆に、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認できなければ、具体例として、排ガスの顕熱量の変化量が上記好適下限未満であれば、押し出し機の押し出し間隔及び／又は移動量を変更しないか、或いは、押し出し間隔を増大させる及び／又は移動量を短縮させて予熱鉄源の溶解室への供給を抑制することができる。
　予熱鉄源が所定の温度であることを確認できた場合の押し出し機の押し出し間隔は、基本、２０秒間隔一定としている。例えば、排ガスの顕熱量の変化量ΔＱが所定値よりも５％以上高い場合には１０％以上短縮させることが好ましく、１０％以上高い場合には２０％以上短縮させることが好ましい。
　好適な他の実施形態として、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認できたならば、具体例として、排ガスの顕熱量の変化量ΔＱが上記好適下限以上であれば、ベルトコンベアの移動速度を速めて予熱鉄源を直ちに溶解室へと供給することができる。逆に、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認できなければ、具体例として、排ガスの顕熱量の変化量が上記好適下限未満であれば、ベルトコンベアの移動速度を遅らせて予熱鉄源の溶解室への供給を抑制することができる。
　予熱鉄源が所定の温度であることを確認できた場合のベルトコンベアの移動速度は、１ｍ／分の移動速度一定で操業される。例えば、排ガスの顕熱量の変化量ΔＱが所定値よりも５％以上高い場合には１０％以上高めることが好ましく、１０％以上高い場合には２０％以上高めることが好ましい。
［溶解ステップ］
　溶解ステップでは、供給ステップで溶解室へ供給された予熱鉄源をアーク加熱によって溶解する。具体的な溶解方法は、電気炉について上述したとおりであり、溶解ステップには、上述の電極６、酸素吹き込みランス７、炭材吹き込みランス８、バーナー９を好適に用いることができる。本発明では予熱確認ステップを先に設けているので、確実に予熱された予熱鉄源が直ちに溶解室へと供給されるため、溶解ステップで要する電力消費を低減させることができる。
［その他のステップ］
　その他のステップとしては、例えば、出鋼ステップが挙げられる。出鋼ステップでは、溶解ステップの後に、溶解室２に溜まった溶鉄１６を出湯口１２を介して電気炉１の外部に取り出すことができる。
　以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。また、以下の実施例は、本発明の趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、そのような態様も本発明の技術的範囲に含まれる。
　図１に示す溶解室２と、予熱室３と、ダクト２０に温度計３０及び流量計３１を備えた電気炉１において、以下の要領にて冷鉄源１５を予熱して予熱鉄源とし、更に溶解して溶鉄１６を製造した。この電気炉の設備諸元を以下に示す。
　　溶解室の溶鉄容量（出鋼量）：１３０トン
　　電力：交流５０Ｈｚ
　　トランス容量：７５ＭＶＡ
　　電極数：３
　温度計３０は、先端直径が３．２ｍｍのシース型のＫタイプの熱電対を使用した。温度計３０は、ダクト２０の側面に専用のフランジ付きの孔を空けて、熱電対の先端がダクト２０内の中心部分まで位置するように装入した。シース型の熱電対は、高温の排ガスにより曲がってしまう等の不具合が想定されたので、直径３２ｍｍのアルミナの保護管で覆い、先端部分を長さ約３ｍｍ程度だけ露出させた。ダクト２０の炉外側からは、温度計３０に繋がれた補償導線によりデータ記録収集装置（図示せず）を介して、パーソナルコンピューターに測定温度に関するデジタルデータを取り込み記録した。
　流量計３１は、温度計３０と同様に、ダクト２０の側面に設置した専用のフランジ付きの別の孔よりピトー管を装入して設置した。ピトー管には動圧と静圧とを測定するために２本の管を同じ位置に装入し、静圧測定用の管の開放面は排ガスの流れの下流側に孔が位置するように設置し、動圧測定用の管の開放面は排ガスの流れに対向する正面に孔が位置するように設置した。ピトー管も熱電対と同様に高温の排ガスにさらされるため、１本あたり直径１２ｍｍ、材質ＳＵＳ３１６である動圧用と静圧用との管を計２本束ね、先端部分を除いて、直径３２ｍｍのアルミナの保護管で覆った。ダクト２０の炉外側からは、流量計３１に繋がれた補助導線によりデータ収集記録装置を介して、パーソナルコンピューターに測定流量に関するデジタルデータを取り込み記録した。
　そして、得られた温度及び流量のデータを用いて、排ガスの顕熱量の変化量ΔＱを算出した。
　司令室には、電気炉を操業するオペレーターが直接監視できるように、排ガス顕熱量及びその変化量を常時確認可能なモニターを新規に準備した。また電気制御室には、押し出し機１０の移動量、押し出し間隔などのデータが転送されてきており、押し出し機１０の操作パラメータと排ガスの顕熱量の変化量に関するデータとを同時に確認・制御できるようにした。
（従来例）
　従来例は、温度計も流量計も使用せず、予熱確認ステップを実施しない、通常の電力原単位の範囲内で操業した、基準となる例である。
　タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度が１９８℃、排ガス流量５８Ｎｍ３／秒であり、予熱室の冷鉄源重量１トンあたりの単位時間あたりの排ガス顕熱量は４１８ｋＪ／（ｔ・秒）である。本発明の前は、排ガスの顕熱量がモニタリングされていないため、特にアクションを起こすことなく、２０秒間隔で、押し出し機１０の移動量１０００ｍｍで行っている。溶鉄１６および溶融スラグ１７がある溶解室２の内部に存在する排ガス２４の雰囲気温度は、平均１１００℃前後あり、予熱室３の上部における排ガス２４の温度が十分に下がっていれば、その下がった分の排ガスの顕熱が冷鉄源に伝わっていると考えられる。しかしながら、排ガス２４の温度は常に変動しており、今回の本発明のように、温度計３０、流量計３１の測定データから算出される排ガス２４の顕熱量をモニタリングしていないと操業コストの主要因である電力原単位を更に下げることはできない。この想定時の１ｃｈあたりの電力原単位は、３５３ｋＷｈ／ｔであった。
（比較例１）
　比較例１は、温度計及び流量計を使用したうえで、算出される排ガスの顕熱量の変化量ΔＱに基づき、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認できないまま（つまり、予熱が不足したまま）、冷鉄源を溶解室へ供給した例である。
　すなわち、タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度は２０１℃、排ガス流量５８Ｎｍ３／秒であり、予熱室の冷鉄源重量１トンあたりかつ単位時間あたりの排ガス顕熱量は４２４ｋＪ／（ｔ・秒）である。これを放置したまま、冷鉄源の押し出し機１０の間隔を２０秒のままで何もアクションを起こさない場合の１ｃｈあたりの電力原単位は、３５８ｋＷｈ／ｔと想定より悪化した。
（比較例２）
　比較例２は、温度計及び流量計を使用したうえで、算出される排ガスの顕熱量の変化量ΔＱに基づき、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であるにも関わらず、予熱確認ステップを実施せずに確認をしなかったため、冷鉄源の押し出し機１０の間隔を変化させずに見過ごした例である。
　すなわち、タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度は３２１℃、排ガス流量６２Ｎｍ３／秒であり、予熱室の冷鉄源重量１トンあたりかつ単位時間あたりの排ガス顕熱量は７１８ｋＪ／（ｔ・秒）である。これを放置したまま、冷鉄源の押し出し機１０の間隔を２０秒のままで何もアクションを起こさない場合の１ｃｈあたりの電力原単位は、３６７ｋＷｈ／ｔと想定より悪化した。
（比較例３）
　比較例３は、温度計及び流量計を使用したうえで、算出される排ガスの顕熱量の変化量ΔＱに基づき、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であるにも関わらず、予熱確認ステップを実施せずに確認をしなかったため、冷鉄源の押し出し機１０の押し出し間隔を変化させずに見過ごし、予熱が過剰になった例である。
　すなわち、タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度は５７８℃、排ガス流量６９Ｎｍ３／秒であり、予熱室の冷鉄源重量１トンあたりかつ単位時間あたりの排ガス顕熱量は１４４１ｋＪ／（ｔ・秒）である。これを放置したまま、冷鉄源の押し出し機１０の間隔を２０秒のままで何もアクションを起こさない場合の１ｃｈあたりの電力原単位は、３７４ｋＷｈ／ｔと想定より、かなり悪化した。
（比較例４）
　比較例４は、温度計のみの測定を行って流量計による測定を実施しないために排ガスの顕熱量の算出ができず、顕熱量の変化量ΔＱが把握できなかった例である。その結果、予熱鉄源を溶解室へ供給するのに時間を要してしまった（つまり、予熱が過剰である、）別の例である。
　すなわち、タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度は２４４℃であり、本来なら冷鉄源の押し出し機１０の押し出し間隔を短くするために、押し出すタイミングを早めれば良かった事例である。そのため、１ｃｈあたりの電力原単位は、３６１ｋＷｈ／ｔと想定より悪化した。
（発明例１）
　発明例１は、温度計及び流量計を使用したうえで、算出される排ガスの顕熱量の変化量ΔＱに基づき、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認し、確認された予熱鉄源を溶解室へ直ちに供給するために、押し出し機１０の押し出し間隔を制御した例である。
　すなわち、タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度は２１１℃、排ガス流量は比較例１の４９Ｎｍ３／秒とほぼ同じである５５Ｎｍ３／秒であり、予熱室の冷鉄源重量あたりかつ単位時間あたりの排ガス顕熱量は４１８ｋＪ／（ｔ・秒）である。この排ガス２４の顕熱量の変化量は１０２３ｋＪ／（ｔ・秒）と比較例１のほぼ３倍の値である。そこで、冷鉄源の押し出し機１０の間隔を２０秒から１５秒間隔に変更した。その結果、排ガス２４の顕熱量が従来の３３２ｋＪ／（ｔ・秒）となり、排ガスの顕熱が冷鉄源側に伝わっていると考えられ、１ｃｈあたりの電力原単位は、３４１ｋＷｈ／ｔと改善した。
（発明例２）
　発明例２は、温度計及び流量計を使用したうえで、算出される排ガスの顕熱量の変化量ΔＱに基づき、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認し、確認された予熱鉄源を溶解室へ直ちに供給するために、押し出し機１０の押し出し間隔を制御した別の例である。
　すなわち、タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度は比較例２の５７４℃、排ガス流量６７Ｎｍ３／秒であり、予熱室の冷鉄源重量１トンあたりのかつ単位時間あたりの排ガス顕熱量は１３９４ｋＪ／（ｔ・秒）である。この顕熱量が従来に比べると大きくなっており、冷鉄源の押し出し機１０の間隔を２０秒から１２秒間隔に変更した。その結果、排ガス顕熱量は、９６９ｋＪ／（ｔ・秒）まで下がり、ガスの熱が冷鉄源側に移動していると考えられ、１ｃｈあたりの電力原単位は、３２４ｋＷｈ／ｔと改善した。
（発明例３）
　発明例３は、温度計及び流量計を使用したうえで、算出される排ガスの顕熱量の変化量ΔＱに基づき、冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認し、確認された予熱鉄源を溶解室へ直ちに供給するために、押し出し機１０の押し出し間隔を制御した別の例である。
　すなわち、タイミングＮでの操業中のダクト２０での排ガスの温度は１６４℃、排ガス流量４９Ｎｍ３／秒であり、予熱室の冷鉄源重量１トンあたりかつ単位時間あたりの排ガス顕熱量は２９３ｋＪ／（ｔ・秒）である。これを放置したまま、冷鉄源の押し出し機１０の間隔を２０秒から１５秒への短縮も行った。その結果、１ｃｈあたりの電力原単位は、３４９ｋＷｈ／ｔと想定より若干、改善された。これは顕熱量の変動が大きすぎると、冷鉄源が予熱部で溶解し、圧着し、排ガスが流れにくくなり予熱は一部弱くなるが、十分に熱エネルギーが伝わる効果が大きい一例であるが、△Ｑの上限を示す例となった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１では、従来例において消費した１チャージあたりの電力原単位を基準として、該電力原単位が５ｋＷｈ／トン超低減した場合を良好とし；０超５ｋＷｈ／トン以下低減した場合をやや良好とし；上記基準と同等または増大した場合を不良として判断した。すなわち、上記基準よりも電力原単位を低減できた場合に有効と判断した。
　以上の説明から明らかなように、冷鉄源が予熱鉄源となったことを確認し、かつ、確認された予熱鉄源を溶解室へと直ちに供給している発明例では、製造コストの主要部分を占める電力原単位を大幅に向上させることができ、その効果は非常に大きい。これは、発明例においては、冷鉄源を効率よく予熱した予熱鉄源を溶解ステップに送ることができたので、予熱鉄源の溶解時間が短縮され、出鋼時間も短くなったことに起因すると考えられる。
１　　電気炉
２　　溶解室
３　　予熱室
４　　炉壁
５　　炉蓋
６　　電極
７　　酸素吹き込みランス
８　　炭材吹き込みランス
９　　バーナー
１０　押し出し機
１２　出湯口
１３　出滓口
１４　供給用バケット
１５　冷鉄源
１６　溶鉄
１７　溶融スラグ
１８　アーク
１９　冷鉄源供給口
２０　ダクト
２１　出湯用扉
２２　出滓用扉
２３　走行台車
２４　排ガス
３０　温度計
３１　流量計

Claims (6)

  1. 　予熱室と溶解室とを有する電気炉における溶鉄の製造方法であって、
    　冷鉄源を予熱室に投入する冷鉄源投入ステップと、
    　前記冷鉄源投入ステップで投入された前記冷鉄源を、前記溶解室で発生した排ガスにより所定の温度まで予熱し、予熱鉄源とする冷鉄源予熱ステップと、
    　　ここで、前記冷鉄源予熱ステップは、前記冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることを確認する予熱確認ステップを有し、
    　前記予熱確認ステップで所定の温度まで予熱されたことが確認された前記予熱鉄源を前記溶解室へ供給する供給ステップと、
    　前記供給ステップで前記溶解室へ供給された前記予熱鉄源をアーク加熱によって溶解する溶解ステップと、を有することを特徴とする、溶鉄の製造方法。
  2. 　前記予熱確認ステップにおける、前記冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であることの確認を、前記排ガスの顕熱量の変化量に基づいて行う、請求項１に記載の溶鉄の製造方法。
  3. 　前記顕熱量の変化量が、連続的に測定される前記排ガスの温度及び流量、並びに、前記予熱室内に投入されている前記冷鉄源の重量に基づいて算出される、請求項２に記載の溶鉄の製造方法。
  4. 　以下の式（１）に従って算出される前記顕熱量の変化量が７００ｋＪ／（秒・トン）以上である場合に、前記冷鉄源が所定の温度まで予熱された予熱鉄源であると判断する、請求項２または３に記載の溶鉄の製造方法。
    　ΔＱ＝｜Ｑ１－ＱＮ｜
    　　　＝｜｛（ｃ×Ｆ１×Ｔ１）／Ｗ１｝－｛（ｃ×ＦＮ×ＴＮ）／ＷＮ｝｜・・・（１）
    　ここで、
    　　ΔＱ：排ガスの顕熱量の変化量［ｋＪ／（秒・トン）］
    　　Ｑ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの顕熱量［ｋＪ／（秒・トン）］
    　　ＱＮ：連続的に算出される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの顕熱量［ｋＪ／（秒・トン）］
    　　ｃ：排ガスの比熱［ｋJ／（ｍ３・℃）］
    　　Ｆ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの流量［ｍ３／秒］
    　　ＦＮ：連続的に測定される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの流量［ｍ３／秒］
    　　Ｔ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの排ガスの温度［℃］
    　　ＴＮ：連続的に測定される、冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの排ガスの温度［℃］
    　　Ｗ１：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングでの予熱室内の冷鉄源の重量［トン］
    　　ＷＮ：冷鉄源を予熱室に投入したタイミングよりも後の任意のタイミングＮでの予熱室内の冷鉄源の重量［トン］
  5. 　前記供給ステップにおける、前記予熱鉄源の前記溶解室への供給が、押し出し機で行われる、請求項１～４のいずれか一項に記載の溶鉄の製造方法。
  6. 　前記供給ステップにおける、前記予熱鉄源の前記溶解室への供給が、ベルトコンベアからの自由落下で行われる、請求項１～４のいずれか一項に記載の溶鉄の製造方法。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09159377A (ja) * 1995-12-08 1997-06-20 Kawasaki Heavy Ind Ltd 冷鉄源の予熱方法及びその装置
JP2021046608A (ja) * 2019-09-11 2021-03-25 Ｊｆｅスチール株式会社 電気炉による溶鉄の製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5743191A (en) 1980-08-29 1982-03-11 Nippon Kokan Kk Preheating of scrap by gas discharged from electric furnace for making steel
JPH04273991A (ja) 1991-02-27 1992-09-30 Kawasaki Steel Corp 電気製鋼炉の排ガスを利用するスクラップ予熱制御方法
JP3204202B2 (ja) 1997-02-24 2001-09-04 日本鋼管株式会社 冷鉄源の溶解方法および溶解設備

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09159377A (ja) * 1995-12-08 1997-06-20 Kawasaki Heavy Ind Ltd 冷鉄源の予熱方法及びその装置
JP2021046608A (ja) * 2019-09-11 2021-03-25 Ｊｆｅスチール株式会社 電気炉による溶鉄の製造方法

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