JP3155153B2 - 竪型スクラップ溶解炉の操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、竪型スクラップ溶解
炉の操業方法に係わり、より詳しくはスクラップ溶解に
用いる炭素含有物質（以下炭材と称す）の炉内装入に際
し、該炭素含有物質がシャフト部でソリューションロス
反応を起こさずに炉下部まで到達し、炉下部で完全にコ
ークス、石炭等の炭材のエネルギーを使い切り、該スク
ラップ溶解操業における炭材原単位を減少させるキュポ
ラ等の竪型スクラップ溶解炉の操業方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】そもそもキュポラに代表される竪型のス
クラップ溶解炉とは比較的簡単な構造の筒型炉で、装入
した鉄源は常にコークス（炭材）と接触しながら降下
し、炉下部に配設された羽口から送られる空気中の酸素
とコークス中の炭素との燃焼反応熱で予熱・溶解され
る。

【０００３】例えば、従来のキュポラ操業では、エネル
ギー効率を上げコークス原単位を減少させる方法として
熱風操業、酸素富化操業、あるいは以下に詳述する高効
率炉（ＦＡＲ："Forno de Alto-Rendimento"の略で高効
率炉の意味）での操業が行われている。熱風操業とは送
風温度を上げるために、外部に熱交換器を設置する操業
法であり、酸素富化操業とは、外部に酸素富化装置を設
置して、羽口からの送風空気の酸素濃度を上げる操業法
であり、ＦＡＲとは図２に示すように竪型シャフト部炉
頂９から鉄源１だけを装入し、炭材であるコークス２は
２次羽口１０ａ、１０ｂの下に設置した別のコークス装
入箇所１１から装入し、ソリューションロス反応を起こ
さずに行う方法（石野亨著「キュポラ」６０−４−１
０，新日本鋳鍛造協会、Ｐ．９７参照）である。なお、
図２で１２は１次羽口、１３は溶融鉄の取り出し口、１
４はスラグの排出口である。

【０００４】しかしながら、熱風送風によるスクラップ
溶解炉の操業方法では、該送風を加熱する熱源としてキ
ュポラ排ガスの持ち去る熱量を利用するために種々の熱
交換器、あるいは別の燃料で送風を予熱するための外熱
式予熱装置を設置しなければならず、設備が多大になる
という問題があった。また、熱交換器自体の熱伝達効率
の制約により、排ガス顕熱の形で系外に捨てられる熱エ
ネルギーも多く、また低カロリー潜熱の有効利用も困難
であった。

【０００５】酸素富化によるスクラップ溶解炉の操業方
法では、酸素を吹き込む方法として、（１）送風管の中
で酸素を富化させる、（２）羽口にインジェクションパ
イプを挿入して純酸素を吹き込む、（３）羽口と別に設
けた水冷インジェクションパイプを用い圧縮空気で純酸
素を吹き込む、の３種類があるが、（２）、（３）は酸
素を直接炉内に吹き込むので効果は顕著だが調整が難し
く、また設備も複雑になる。

【０００６】（１）の送風管の途中で酸素を吹き込み、
送風空気中の酸素濃度を高くする方法は、吹き込まれた
酸素がキュポラ内に入る前に薄められ、均一になるので
調整が容易であるが、いづれの方法も酸素製造設備及び
供給設備等の大規模な設備が必要となる問題があった。
更に酸素ガスを使用するため溶解コストが上昇するとい
う欠点もあった。

【０００７】ＦＡＲの操業では、竪型シャフト部におけ
る充填物はスクラップのみで炭材が存在しないことか
ら、高温ガスによる加熱を受けて、スクラップの融着に
より棚吊り現象が生じ易くなり操業が安定しない問題点
があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題点を解決し、竪型スクラップ溶解炉の操業において、
多大の設備を用いることなく、炭材のエネルギーを最大
限有効に使い切り、スクラップ溶解に必要な炭材原単位
を大幅に低減することができ、かつ棚吊り等のトラブル
が生じない竪型スクラップ溶解炉の操業方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、第１の発明
は、炉頂から固体鉄源と炭素含有物質を同時あるいは個
別に投入すると共に、炉下部に配設された羽口から空気
を吹き込んで前記炭素含有物質を燃焼させその反応熱に
より前記固体鉄源を予熱・溶解する竪型スクラップ溶解
炉の操業方法において、前記固体鉄源と同時にあるいは
個別に投入する炭素含有物質の表面を、高温のＣＯ₂ や
Ｈ₂ Ｏによって酸化されにくくかつ該竪型スクラップ溶
解炉の下部においては燃焼、蒸発、溶融等により消失す
る物質により被覆することにより、炉中・上部でのソリ
ューションロス反応を低下させたことを特徴とする竪型
スクラップ溶解炉の操業方法であり、第２の発明は、上
記の炭素含有物質の表面を被覆する物質がアルカリ金属
またはアルカリ土類金属の酸化物、炭酸化物、水酸化
物、硫化物のいずれか１種以上あるいはこれらを含む鉱
物からなることを特徴とする竪型スクラップ溶解炉の操
業方法であり、第３の発明は、上記の炭素含有物質の表
面を被覆する物質の塗布方法として、その物質の粉粒体
を液状媒体を用いてスラリー化した後に該炭素含有物質
の表面に該スラリーを散布して塗布するか、あるいは該
スラリー中に該炭素含有物質を浸漬させることにより該
炭素含有物質の表面に塗布することを特徴とする竪型ス
クラップ溶解炉の操業方法である。

【００１０】

【作用】一般のキュポラに代表される竪型スクラップ溶
解炉の操業では、炉下部に配設された羽口から送られる
空気で炉内に装入された炭材（コークス等）の燃焼反
応、 Ｃ＋Ｏ₂ ＝ＣＯ₂ ……………………（１） が起こり、大量の発熱が生じ、スクラップ等の鉄源を溶
解する。

【００１１】しかし、この燃焼反応（発熱反応）の際に
発生したＣＯ₂ の一部は炉内を上昇するにつれて、鉄源
（スクラップ等）、炭材（コークス等）を予熱すると共
に炭材（コークス等）と ＣＯ₂ ＋Ｃ＝２ＣＯ ……………………（２） ソリューションロス反応（吸熱反応）を起こす。

【００１２】これらの反応・伝熱により、炉全体の熱効
率としては炉外に排出されるガス中のＣＯ分だけの潜熱
と炉外に排出されるガスが持って出る顕熱が炉外に捨て
られることになる。この発明によれば、コークス、石炭
等の炭材の表面をアルカリ金属の炭酸化物であるＮａＣ
Ｏ₃ 等あるいはアルカリ土類金属の酸化物であるＣａＯ
等で被覆しているので、炉中・上部でのＣＯ₂ と炭材と
のソリューションロス反応を低下させることができ、炉
内でほぼ完全に炭材のエネルギーを使い切ることを可能
にし、コークス原単位を減少でき、エネルギー効率向上
ができるようになる。すなわち、この発明においては、
炉外に排出されるガスはＣＯ₂ が大部分であり、炉外放
出の潜熱は少なく、また炉外に排出されるガスの持つ顕
熱が低いので炉頂排ガス温度を低くできる。

【００１３】この発明で用いる表面被覆材としては、石
灰石（ＣａＣＯ₃ が主成分、以下同様）、生石灰（Ｃａ
Ｏ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）₂ ）、石膏（ＣａＳ
Ｏ₄ ）、ドロマイト（ＭｇＣＯ₃ ，ＣａＣＯ₃ ）、焼成
ドロマイト（ＭｇＯ，ＣａＯ）、ソーダ灰（Ｎａ₂ ＣＯ
₃ ）、炭酸バリウム、硫酸バリウム等が挙げられる。但
し、これらの選択条件として、炉壁を構成する耐火物や
鋼製構造物（原材料装入部の金物等）を溶損、腐食しな
いことが挙げられる。

【００１４】また、通常のキュポラ操業では造滓補助材
として石灰石を添加するので、本発明の場合にも、この
働きと同様の働きをする材料が望ましい。一方、被覆方
法としては、単純に粉状の表面被覆材を炭材に「まぶ
す」ことでもよいが、被覆の効果を考えると粉状材料を
水、油、有機溶剤等の液状媒体によりスラリーとし、こ
れを散布して塗布するか、スラリー状の浴の中に浸漬す
るかのいずれかの方法で塗布するのが望ましい。

【００１５】

【実施例】図１に示す炉内径６００ｍｍ、炉高約６７０
０ｍｍのキュポラを用いて操業した。ベルトコンベヤ６
で運ばれた原料は炉頂９に設置された原料投入装置５に
より炉内に投入される。風箱４から羽口３により空気が
吹き込まれコークス２を燃焼し、スクラップ１を加熱溶
融し、排ガス７は排ガスダクト１５を経て排出される。
なお、１６は希釈空気８の取り入れ用のダンパである。

【００１６】従来法のキュポラ操業において、コークス
比１４０ｋｇ／ｔ、送風量２４００Ｎｍ³ ／ｈｒ、溶解
速度２．１ｔ／ｈｒ、装入生石灰量１８ｋｇ／ｈｒの条
件下では、温度１５２０℃、〔Ｃ〕＝３．２％の溶銑が
得られた。なお、この場合スクラップと炭材を原料投入
装置５から各々層状となるようにして炉内に投入した。

【００１７】この発明の実施例でも、送風量２４００Ｎ
ｍ³ ／ｈｒ、溶解速度２．１ｔ／ｈｒの同一条件で操業
した。水１００ｇに対して生石灰粉を２５０ｇの割合で
生石灰粉を混練機を用いて混合し、作製した溶液をコー
クスの表面に塗布した炭材を用い、この塗布した生石灰
を含めた全体の装入生石灰量は従来と同量の１８ｋｇ／
ｈｒで行った。なお、この場合スクラップと生石灰を塗
布した炭材を原料投入装置５から同時に炉内に投入し
た。

【００１８】従来法のキュポラ操業では約１５％のＣＯ
が系外に排出されるが、この発明方法により表面を生石
灰にて塗布した炭材を用いることにより、ソリューショ
ンロス反応（ＣＯ₂ ＋Ｃ＝２ＣＯ）が抑制され、系外に
出る排ガス中のＣＯ濃度が５％以下に低下した。また棚
吊り等のトラブルは発生しなかった。排ガス中ＣＯ濃度
低下による潜熱排出低下分はコークス１ｋｇ当たり約１
３．６ＭＪであるので、鉄源１ｔ当たり１９０．４ＭＪ
／ｔの潜熱分が減少でき、コークス比が１４０ｋｇ／ｔ
から１２６ｋｇ／ｔ以下に削減可能となった。

【００１９】

【発明の効果】この発明は、コークス、石炭等の炭材の
表面を被覆することにより、炉中・上部でソリューショ
ンロス反応を起こさず、エネルギー効率向上、コークス
原単位減少を可能にした。また酸素富化等の従来技術と
比較して設備費も削減された。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明で用いる竪型スクラップ溶解炉の一例
を示すキュポラの断面図である。

【図２】高効率炉（ＦＡＲ）の概念断面図である。

【符号の説明】

１ 鉄源 ２ コークス（炭材） ３ 羽口 ４ 風箱 ５ 原材料投入装置 ６ ベルトコンベヤ ７ 排ガス ８ 希釈空気 ９ 炉頂 １０ａ ２次羽口 １０ｂ ２次羽口 １１ コークス装入箇所 １２ １次羽口 １３ 溶融鉄の取り出し口 １４ スラグの排出口 １５ 排ガスダクト １６ ダンパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−67050（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21B 13/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉頂から固体鉄源と炭素含有物質を同時
   あるいは個別に投入すると共に、炉下部に配設された羽
   口から空気を吹き込んで前記炭素含有物質を燃焼させそ
   の反応熱により前記固体鉄源を予熱・溶解する竪型スク
   ラップ溶解炉の操業方法において、前記固体鉄源と同時
   にあるいは個別に投入する炭素含有物質の表面を、高温
   のＣＯ₂ やＨ₂ Ｏによって酸化されにくくかつ該竪型ス
   クラップ溶解炉の下部においては燃焼、蒸発、溶融等に
   より消失する物質により被覆することにより、炉中・上
   部でのソリューションロス反応を低下させたことを特徴
   とする竪型スクラップ溶解炉の操業方法。
2. 【請求項２】 炭素含有物質の表面を被覆する物質がア
   ルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、炭酸化
   物、水酸化物、硫化物のいずれか１種以上あるいはこれ
   らを含む鉱物からなることを特徴とする請求項１記載の
   竪型スクラップ溶解炉の操業方法。
3. 【請求項３】 炭素含有物質の表面を被覆する物質の塗
   布方法として、その物質の粉粒体を液状媒体を用いてス
   ラリー化した後に該炭素含有物質の表面に該スラリーを
   散布して塗布するか、あるいは該スラリー中に該炭素含
   有物質を浸漬させることにより該炭素含有物質の表面に
   塗布することを特徴とする請求項１又は２記載の竪型ス
   クラップ溶解炉の操業方法。