JPH0611262A

JPH0611262A - 立て形炉の操作

Info

Publication number: JPH0611262A
Application number: JP5014771A
Authority: JP
Inventors: David R Westley; デヴィッド・ルパート・ウエストリー
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1993-02-01
Publication date: 1994-01-21
Also published as: DE69318995T2; US5346183A; EP0554022A2; US5304232A; TR26856A; AU657034B2; TW232711B; EP0554022A3; GB9202073D0; ATE167281T1; EP0554022B1; CA2088438A1; AU3204193A; DE69318995D1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】キュポラに衝風を供給せず、かなりの程度の
過熱を達成できると同時にキュポラから排出されるガス
中の微粒子および一酸化炭素の比率を低く抑える。【構成】立て形炉２の底部に高温コークス床３２を作
り、キュポラ２にそれぞれ鉄金属およびコークスの交互
層３４および３６を装入し、バーナー１８は理論過剰量
の酸素富有空気を存在させて炭化水素燃料を燃焼し、酸
素を含有する混合物を生成させ、高温ガス混合物はキュ
ポラ２のシャフト４内を上昇して、鉄金属を溶融させる
だけの熱を与え、溶融鉄金属は重力で流下してコークス
床３２に入り、その中を通過して、湯出し口２８から取
り出すことができ、溶融金属を過熱させるだけの温度に
高温コークス床３２を保つようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は金属を溶融させるための立て形炉
の操作に関する。特に、本発明は鉄金属を溶融させるキ
ュポラの操作に関する。

【０００２】銑鉄、鉄屑および鋼屑またはそれらの混合
物を溶融させるために鋳物工場ではキュポラが広く用い
られている。通常のキュポラを操作するためには、その
底部にコークスの赤熱床を作る。空気を比較的低い速度
で給送する羽口から衝風を床中に供給することによって
コークス層を所望の温度に保つ。溶融させる金属とコー
クスとの交互層を含んで成る装入物をキュポラのシャフ
トに送入する。衝風とコークスとの発熱反応によってで
きた高温ガスは、キュポラのシャフト内を上昇し、溶融
金属の領域がコークス床の直ぐ上にできるほど対流によ
って金属を加熱する。溶融金属はコークス床中に浸透
し、コークスからの放射熱によって過熱される。時折、
溶融金属をキュポラの底部から流出させとりべに入れて
鋳物工場で使用する。もしくは、溶融金属を連続的に流
出させて、適当な受器に集める。床中のコークスは空気
ブラスト中の酸素成分との反応によってつぎつぎに消費
されるけれども、装入物中のコークス層が該床を補充し
て、キュポラの操作中コークス床を適当な深さに保つ。
溶融操作中に金属の冶金学的性質を改善させるために、
石灰石や他のスラグ形成剤、フェロシリコンや他の適当
なフェロアロイを装入物中に包含させることも普通のこ
とである。

【０００３】この基本的なキュポラ操作方法にはいろい
ろ異なる別法が知られている。たとえば、予熱せずに空
気ブラストを与えることができる。このようにして操作
するキュポラを冷風キュポラという。または空気ブラス
トを予熱することができる。このようなキュポラは「熱
風」キュポラと呼ばれる。所望の場合には、空気ブラス
トを、典型的には空気中の酸素濃度を２ないし４容量％
だけ高めるように、酸素を富有させることができる。さ
らに好ましくは、ランスから高速ジェットの形で酸素を
コークス床中に導入することができる。ランスは羽口よ
りも下に配設するか（ＧＢ−Ａ−９１４９０４参照）ま
たは羽口自体の中に突出させる（ＧＢ−Ａ−１００６２
７４参照）ことができる。ＥＰ−Ａ−５６６４４に開示
されているように、酸素ジェットは音速を上回る速度で
それぞれキュポラに入ることができる。酸素を利用する
上記別法はすべて二つの大きな利点がある。第一に、そ
れらの方法はキュポラ内部に、より高い温度を生成させ
ることができ、したがって溶融金属をより高い温度で取
り出すことができる。第二に、それらの方法は金属を溶
融する速度を高めることができる。

【０００４】ＧＢ−Ａ−１５００５１１には、通常の空
気ブラストキュポラに、金属を溶融するための補助的加
熱を与えるように酸素−燃料バーナーを取り付けてキュ
ポラを改良することが提案されている。したがって、空
気ブラストとコークス床との反応によってできる熱に対
する必要性が減少する。その結果、装入物中のコークス
の量を低減させることができる。

【０００５】上記のキュポラ操作方法はすべて、普通の
欠点、すなわち、キュポラの頂部から微粒子を多量含ん
だ肉眼で見える煙またはヒュームを排出するという欠点
で不利を招いている。大気中へ排出しても差し支えない
ものとするように微粒子の含量を減らすために煙または
ヒュームを処理することはできるけれども、そのための
費用は高額である。したがって、必然的に、肉眼で見え
る微粒子包含ヒュームの生成を伴うことのないようなキ
ュポラ操作方法に対する要望が高まっている。

【０００６】この要望をかなえるために、空気ブラスト
もコークスも使用しないキュポラが開発された。この場
合には、その代わりに、対流加熱によって鉄金属を溶融
する空気−燃料バーナー、および放射熱によって溶融し
た金属を過熱させるセラミック球床を使用する。セラミ
ック球床は水冷グリッド上に担持させる。グリッドの直
ぐ下にはバーナーを発火させるキャビティがある。高温
燃焼ガスは炉を上昇し、セラミック球を加熱して、鉄金
属を溶融させる。生成した溶融金属はセラミック球の間
を降下し、その放射する熱によって過熱される。したが
って、キュポラへの装入物中にコークスを包含させる必
要がなくなり、装入物中の鉄金属が油や他の同様な夾雑
物を含まなければ、肉眼で見えるヒュームは排出されな
い。実際には、該キュポラの操作には多くの欠点を伴う
ことが認められている。第一に、適正温度の溶融金属を
生成させることの難しさが生じる。さらに、キュポラ内
に過度の温度が生成すると、水冷グリッドは損傷しやす
くなる。また、所望のケイ素含量を有する溶融鉄金属を
確実に得るためには、フェロシリコン添加量の増大が必
要なことが認められている。同様に、装入物中にはもは
やコークスを使用しないので、溶融金属に所望の炭素含
量を与えるためには、典型的には黒鉛の形として炭素を
添加することが必要である。さらに、セラミック球は溶
融金属によって浸食されやすいので、その寿命は限られ
ている。したがって、通常の空気ブラストキュポラで
は、キュポラ底部の床中での酸素との反応によって消費
されるコークスを補充するために装入物中にコークスを
包含させることが必要とされるのとおおむね同じように
セラミック球を絶えず補充する必要がある。

【０００７】このように、炉から大量の肉眼で見える微
粒子を含んだヒュームの排出を必然的に伴うことなく、
しかも電気複式炉(ｅｌｅｃｔｒｉｃｄｕｐｌｅｘｉ
ｎｇｆｕｒｎａｃｅ）のような補助的加熱設備を必要と
せずに、エンジニアリング鉄の直接鋳造に適する温度で
金属、特に鉄金属の製造を容易にする別のキュポラ操作
方法に対する要望がある。

【０００８】本発明によれば、炉の底部領域に高温コー
クス床を作り；溶融させる金属およびコークスを炉に装
入し；燃料の完全燃焼に必要な量を上回る理論過剰量の
酸素を用いて少なくとも一つの燃料流を燃焼させて、酸
素を含有する高温ガス混合物を生成させ；高温ガス混合
物を直立炉に導入して、炉内の装入物の間を上昇させ、
それによって高温ガス混合物中の酸素を装入コークスと
反応させて、装入コークスの一部を消費させ、高温ガス
混合物および酸素とコークスとの前記反応によって与え
られる熱は炉に空気ブラストを供給しなくても、金属を
溶融させるのに十分であり、かつそのようにして生成し
た溶融金属は重力で高温コークス床中を流下し；溶融金
属が高温コークス床中を通過する際に、溶融金属を過熱
させるだけの温度に床を保つように、該高温コークス床
内に少なくとも一つの酸素または酸素富有空気のジェッ
トを導入し；さらに過熱された溶融金属を炉から取り出
すことを含む立て形炉の操作方法が提供される。

【０００９】また、本発明は、炉の操作中に、その底部
領域に保たれるコークス床中に少なくとも一つの酸素ま
たは酸素富有空気のジェットを送り込むように操作でき
る手段；燃料の完全燃焼に必要な量を上回る理論過剰量
の酸素を用いて、燃焼生成物および酸素を含む高温ガス
混合物を生成させるように操作可能な少なくとも一つの
燃料バーナーで、前記の少なくとも一つのバーナーが、
使用中高温ガス混合物を炉のシャフト内に給送し、それ
によって高温ガス混合物を炉内の装入物の間を上昇さ
せ、その結果高温ガス混合物中の酸素を装入コークスと
反応させて、消費すべき装入コークスの一部を消費し、
それにより高温ガス混合物から得られる熱とともに、金
属を溶融しうる多量の熱を発生することができ、そのよ
うにして生成した溶融金属を高温コークス床中を流下さ
せ、該床中のコークスによって過熱されることができる
ように配設されている燃料バーナー；および炉から溶融
金属を取り出す手段を付設した立て形炉を提供するが、
ただし該炉は空気ブラストを炉に供給する手段を有して
いない。

【００１０】我々は驚くべきことに、キュポラ中で鉄金
属を溶融させるのに本発明による方法および装置を用い
る場合には、通常の熱風キュポラや冷風キュポラと比べ
て、排出される目に見えるヒュームが驚くべきほど少な
いことを認めた。我々はこの結果が得られる理由につい
て十分に理解していないけれども、高温の酸素含有ガス
混合物流を生成する前記の少なくとも一つの燃料流の燃
焼による能力に起因すると考える。このガス混合物は典
型的には９００ないし１１００℃の温度で生成する。該
温度は空気が通常の熱風キュポラまたは冷風キュポラの
シャフトに入る温度をかなり上回るものである。この高
温の酸素含有ガス混合物は、コークスのガス含有微粒子
を通常の熱風キュポラまたは冷風キュポラの場合よりも
ガス状生成物に容易に酸化させ、その結果キュポラのシ
ャフトから排出される目に見えるヒュームの量を低く押
える条件をキュポラのシャフト内につくり出すのを助け
ると我々は考える。我々は、高温ガス混合物を空気（ま
たは他の酸素含有ガス）で（高温ガス中の一酸化炭素お
よび任意の炭素微粒子の燃焼を促進させるように）装入
物よりも上の高さで希釈する場合および過剰空気を用い
るだけでなくまた燃焼空気の酸素富有化を用いてバーナ
ーを操作する場合に最良の結果を得る。

【００１１】本発明による方法および装置は、鋳物等を
作るために鋳物工場で直ぐ使えるよう、金属を他の容器
に容易に移すことが可能なように、十分な過熱度（すな
わち金属の融点を十分に上回る温度）の溶融金属を生成
するだけの高温形態を炉のシャフト内に生成させるよう
に操作することができる。特に、我々は、鉄金属を溶融
させる場合に、該金属を１５００℃以上の温度で流出さ
せることができることを見出した。該温度は鋳物工場内
で鉄金属を溶融させるほとんどの用途に対して、技術的
に適当と一般に認められている。

【００１２】本発明による方法および装置の第三の大き
な利点は、溶融金属を流出させる温度を溶融速度に関係
なく大幅に制御しうるということであり、すなわち、流
出温度に関係なく幅広い生産速度の範囲内で溶融金属の
生産を調整できるように操作にかなりの融通性がある。

【００１３】本発明の利点および好ましい特徴について
さらに以下に述べる。

【００１４】燃料は液状またはガス状炭化水素が好まし
い。たとえば、燃料はプロパンまたは重油であることが
できる。燃料の燃焼は、比較的大過剰、典型的には２０
ないし１００％過剰の空気を用いて行うのが好ましく、
それによって、高温ガス混合物中に、所望の速度でコー
クスを酸化させるだけの酸素が得られる。金属の溶融速
度は、燃焼ガスから装入金属への熱伝達速度および燃焼
ガス中の酸素がコークスを焼き尽くす速度によって決定
される。それゆえ、一定のコークス装入量および一定燃
料供給速度の場合には、溶融速度はバーナーから出る高
温ガス混合物中の酸素量によって決定される。したがっ
て、溶融速度は過剰空気の使用量を高めることによって
増大させることができ、この量を低減することによって
低下させることができる。溶融金属の流出温度は、酸素
または酸素富有空気のジェットをコークス床に送り込む
速度によって自由に制御することができる。。このよう
な溶融速度および流出温度の自由な制御は、酸素または
酸素富有空気のジェットを送り込む高さよりもかなり上
方の高さから炉内に高温ガスを給送するようにバーナー
を配列することによって容易にできる。該レベル間の高
さの差は典型的には０．５ｍ以上の程度である。鉄金属
を溶融させる場合には、装入物中のコークス対金属の重
量比は典型的には４ないし８％の範囲内にある。この比
は、金属を入れる前に床を作るために炉に加えたコーク
スを除外し、一般に通常の冷風キュポラで用いられる比
よりも小さい。概して、過剰空気が一定量の場合には、
溶融速度はコークス対金属の比を増すにつれて小さくな
る。溶融速度の制御は、また、バーナーへ燃料を供給す
る速度を変えることによって行うこともできる。

【００１５】装入物に実質的に一様の横断面加熱を与え
るように複数の間隔を置いて並べたバーナーを用いるの
が好ましい。

【００１６】我々は、炉のライニングの好ましくない浸
食速度または不安定な焔を生成することなく、バーナー
をただ炉壁内に通路中にそれぞれ延ばすだけでよいこと
を見出した。しかし、所望の場合には、炉のシャフトと
導通する炉外の別の燃焼室内でバーナーを発火させるこ
とができる。このような外部燃焼室の使用は、炉のライ
ニングの浸食速度を減少させるのを助けるけれども、高
温ガス混合物の温度の若干の低下を伴う場合があり、し
たがって一般的には好ましくない。

【００１７】本発明の好ましい態様によれば、高温ガス
混合物は、炉の底部領域で前記コークス床に遭遇する前
に、溶融金属を過熱させるだけの温度および酸素含量を
有している。このような過熱は高温のコークス床が与え
る必要のある補助的な加熱量を押える。このことは、同
時に、酸素または酸素富有空気を床中に送り込む必要が
ある速度を減少させ、床と炉壁との界面に生じる温度を
低下させて、壁のライニングの浸食速度を低減させる。

【００１８】典型的には、装入物の上方の炉のシャフト
内で、希釈空気（または他の酸素含有ガス）によって第
二の焔が生成する。我々は、装入物の直ぐ上のシャフト
領域内の前記第二の焔の存在が炉のシャフトを出るガス
混合物中の一酸化炭素量を減少させることを見出した。
典型的には、バーナーに供給される燃料の燃焼を持続さ
せるために空気を用いる場合には、一酸化炭素のレベル
は炉からのガス排出口の少し下の試料採取個所で５ない
し６容量％の程度であることがわかる。しかし、燃料の
燃焼を持続させる空気は酸素を富有させる方が好まし
い。この富有化は空気中の酸素含量を最高２６容量％の
値まで高める。このような酸素富有化は高温燃焼ガスの
温度を高めて、希釈空気と装入物の高さよりも上にある
残留可燃物との反応を促進させる。実際に、我々はこの
方法によって、炉から目に見えるヒュームの排出をなく
すこと、および前記一酸化炭素の濃度を１％未満に低下
させることができることを知った。さらに、我々は、燃
料流の燃焼を持続させるために用いる空気の酸素富有化
は、また溶融金属の過熱をも促進させることを見出し
た。しかし、そのように使用する酸素富有空気が、炉の
構造物に損傷をきたすか、またはライニングが好ましく
ない速度で浸食されるような速度で炉のライニングの局
部侵食が進むような高い火焔温度を生成しないように注
意をはらう必要がある。

【００１９】燃焼空気の酸素富有化はバーナーの火焔帯
域の上流で空気と酸素とを混合することによって行うの
が好ましい。しかし、またバーナーに直接酸素を送り込
むことも可能である。

【００２０】ある希釈空気源は、典型的には、装入物を
充填する炉のドアである。補助的な空気は、装入物とほ
ぼ同じ高さであるがドアよりは低い高さでシャフトと導
通する出口を有するファンで与えるのが好ましい。

【００２１】炉のシャフトは、炉の装入前に前記の少な
くとも一つのバーナーを作動させることによって予熱す
るのが好ましい。典型的には、装入を始める最高１時間
前にバーナーを作動させる。また、炉の装入を開始する
前に、コークス床を所望の操作温度にしておくことも好
ましい。それゆえ、炉の装入前に、床に着火して高温度
を作り、次いで酸素の前記送り込みを開始することが望
ましい。

【００２２】燃料流の燃焼が、金属を溶融させ、かつ好
ましくは溶融金属を多少過熱させるだけの必要なものを
すべて与える一方、前記のような酸素または酸素富有空
気のコークス床中への送り込みが溶融金属の取り出し温
度を制御する手段を与える。酸素を送り込まなければな
らない速度はとくに大きいものではない。典型的には、
該速度は、燃料の燃焼を持続させるために空気を供給す
る速度の０．５ないし５％好ましくは１．０ないし２．
５％である。しかし、炉の直径によっては、酸素を、極
めて高速度、たとえば少なくとも１００ｍ／ｓ、好まし
くは音速または超音速で送り込むのが好ましい。また、
酸素がコークス床の中心領域まで確実に浸透でき、それ
により床の中心に高温を生成させ、同時に床の上方の装
入物中への未反応酸素の流入をできるだけ少なくするこ
とができるように、炉のシャフトの縦軸に垂直な面内に
概ね水平に酸素を送り込むのが望ましい。酸素を床中に
送り込むのには、間隔を置いて並べた複数のランスを用
いるのが好ましい。各ランスは好適な速度をつくり出す
ことができるような内径をもつことが望ましい。各ラン
スはコークス床と炉壁との界面で終わることができる。
もしくは、各ランスは、ランス自体の内径と同じかまた
は類似する直径の通路を経てコークス床と導通すること
ができる。このような構造は使用中のランスの浸食をく
いとめるのを助ける。

【００２３】金属を溶融する炉の操作中、酸素を絶えず
コークス床に供給することは必要なことではない。しか
し、冶金学見地からは連続操作が望ましくないとして
も、閉塞が起こらないように各ランスから絶えず酸素を
供給することが好ましい場合もある。したがって、我々
は、酸素を送り込む速度を最高速度から最低速度まで変
動させる方を選ぶ。酸素は工業的に純粋な酸素源から供
給するのが好ましい。もしくは、酸素源は酸素富有空気
であることができる。酸素富有空気中の酸素の比率は少
なくとも５０容量％が好ましく、少なくとも９０容量％
が最も好ましい。

【００２４】金属およびコークスを交互層の形で炉に装
入するのが望ましい。所望の場合には、補助的成分、た
とえば石灰石や他の形態の炭酸カルシウムのようなスラ
グ化剤を装入物中に包含させることができる。たとえ
ば、フェロシリコンの形態のケイ素のような合金物質も
包含させることができる。

【００２５】キュポラは本発明による方法で操作するた
めに注文で作ることができる。もしくは、初めは他の方
法で操作するように用いられた炉を、本発明による方法
で操作するように改造することができる。空気ブラスト
キュポラは、羽口自体に空気−燃料バーナーを配設し、
羽口よりもむしろバーナーに供給するために空気源を使
用し、さらに、まだ設置されていなければ、酸素を送り
込むためのランスを取り付けることによって改造するこ
とができる。

【００２６】さて、添付図面を参照しながら実施例によ
って本発明による方法を説明する。

【００２７】図面は縮尺で製図したものではない。

【００２８】図面について説明すると、キュポラ２には
床面１０からアレスター６までの間に延びる直立シャフ
ト４がある。シャフト４は、典型的にはシリカ系耐火物
の内面耐火物ライニングを有する耐火煉瓦でできた円筒
状の壁１２によって形成されている。キュポラ２の頂部
近くに高温ガスの排出口１６がある。炉２には壁の中に
装入ドア８が作ってある。装入ドア８の高さよりも低い
ところに複数の空気流入口９が壁１２の中に形成され、
各流入口９は操作中には炉外から空気を導入するファン
１１と導通している。

【００２９】キュポラ２は壁１２の中のそれぞれの開口
部２０を経てキュポラ２内で発火する空気−油バーナー
１８を備えている。図２でわかるように、バーナー１８
は壁１２の周囲に等間隔に配置されている。さらに、開
口部２０は相互に同じ高さにあり、各開口部の軸は壁１
２の外面から内面に向かい水平に対して約１０°の角度
で下向きに延びているが、この角度は重要ではない。各
バーナー１８は酸素富有空気の流入口１７および炭化水
素燃料の流入口１９を備えている。

【００３０】壁１２には開口部２０よりも低い高さに、
円周上に設けられた三つの窓２２が形成されている。各
窓は比較的広い直径の外穴２１および比較的狭い直径の
内穴２３を含んでいる。各窓２２には外穴２１内にラン
ス２４の端部が嵌め込まれている。各ランス２４にはそ
れぞれの窓２２の端ぐり２３と同じ直径の比較的狭い通
路２５がその中に形成されている。各ランス２４は、そ
の通路２５が、関連する窓２２の端ぐり２３に接し、か
つ端ぐり２３と同軸であるように配設されている。図２
でわかるように、ランス２４は壁１２の周囲に等間隔に
配置されている。窓２２およびランス２４の軸は水平に
設けるのが好ましい。

【００３１】キュポラはシャフト４の壁１２の中にスラ
グホール２６を備え、操作中に金属溶融過程で生成した
スラグをそこから流出させることができる。スラグホー
ル２６の下方の、キュポラ２のシャフト４の壁１２に湯
出し口２８が形成されている。操作中に、時折溶融金属
を湯出し口２８から流出させることができる。スラグお
よび溶融金属を流出させる他の装置を別に備えることも
できる。たとえば、スラグおよび金属はいずれも通常の
フロントスラギングボックス（ｆｒｏｎｔｓｌａｇｇ
ｉｎｇｂｏｘ）（図示せず）を経て連続的に流出させ
ることができる。

【００３２】図１および図２に示すキュポラを操作する
ために、ランス２４を工業的に純粋な酸素源（図示せ
ず）と接続し、バーナー１８を油源（図示せず）および
空気源（図示せず）と接続する。湯出し口２８の最下部
の高さまでシャフト４の床面１０上にけい砂床３０を作
る。次に、ドア８からキュポラ２内にコークスを入れる
ことによって、開口部２０の最下部の高さまでコークス
床３２を作る。次いで、キュポラ２の壁１２の中のボト
ムドア（図示せず）から床内に導入することができるガ
スポーカー（図示せず）によって床３２に着火する。こ
のドアは、燃焼を持続させるために空気流をコークス床
中に誘導できるようにあけたままにしておくことができ
る。もしくは、該空気流はスラグホール２６から誘導す
ることもできる。次いで、撹拌棒（図示せず）を用いて
コークスを凝結させ、床３２を新しいコークスで開口部
２０最下部の高さまでいっぱいにする。次に、バーナー
１８の操作を開始する。バーナーは最高１００％過剰の
空気、すなわち燃料の完全燃焼に必要な理論速度の最高
１００％過剰の速度の空気を用いて操作することができ
る。キュポラ２のシャフト４の壁１２はバーナー１８か
らの高温燃焼生成物によって３０分間予熱する。この時
間中は、バーナー１８に過剰空気は供給しない。この時
間の終了５分前に、ランス２４および窓２２の端ぐり２
３を経てコークス床３２中に純酸素の送り込みを開始す
る（同時に、場合によりボトムドアまたはスラグホール
２６を閉じることによってコークス床への空気流を遮断
する）。コークス床３２への酸素の送り込みはコークス
の燃焼速度を促進して、その温度を急激に高める。予熱
の最後の５分の間に、コークス床を再び開口部２０の高
さまで満たす。予熱が終わると、ドア８から、鉄および
鋼、フェロシリコン、コークスならびに石灰石または他
のスラグ化剤を含む装入物をキュポラ２に充填する。こ
の装入は鉄金属の層３４がコークス層３６と交互になる
ように行われる。石灰石は層３４に含まれ、フェロシリ
コンは層３６に含まれる。装入物の最上層が空気流入口
９の高さより下にあるように置く。

【００３３】鉄金属を溶融するためにキュポラ２を操作
する際には、バーナー１８への燃焼空気は酸素を富有し
ているのが好ましい。さらに、バーナー１８は最高１０
０％過剰の空気を用いて操作される。各バーナーからの
火焔は典型的には炉のシャフト内に広がる。酸素を含む
高温ガス混合物は焔を離れてシャフト４を上昇し、その
ために、対流によって鉄金属を加熱する。さらに、高温
ガス混合物中の酸素がコークスと反応して、さらに熱を
発生する。装入物の頂部から出てくる生成高温ガス混合
物をファン１１を働かせて空気で希釈する。典型的に
は、それによって第二の火焔が生成し、その焔は高温ガ
ス混合物中の可燃性ガスを酸化させるのを助ける。生成
したガスは、典型的にはごく少量の目に見えるヒューム
を含み、排出口１６を経てキュポラ２から出て行く。層
３４の最下部の溶融金属が、バーナーを出る高温ガス混
合物によって熱せられるために溶融しはじめる。このよ
うにして、バーナーの高さに溶融金属の領域ができる。
石灰石はコークス中の石灰と反応して、スラグを生成す
る。溶融鉄金属はコークス床３２中を重力で落下し、そ
の間をしたたり落ちる。典型的には、溶融鉄金属は、床
３２に遭遇すると過熱状態になる。溶融鉄金属は、コー
クス床３２中に滞留している間に、高速度の酸素の床３
２中への連続的送り込みによって適当に高温に保たれる
コークスから発散する放射熱でさらに過熱される。少量
のコークスが溶融鉄金属中に溶解し、そのために炭素含
量を増大して、冶金学的性質を改善する。さらに、ケイ
素も鉄金属中に溶解する。所望の場合には、このために
特に用いる開口部（図示せず）から溶融金属に直接黒鉛
を加えることによって鉄金属中の炭素含量をさらに高め
ることができる。溶融鉄金属の温度が十分に高い場合に
は、コークスと溶融スラグとの界面でシリカの還えも起
こり、その結果、溶融鉄金属中にさらにケイ素が含有さ
れる。

【００３４】溶融金属およびスラグはそれぞれの穴２６
および２６から周期的に流出させることができる。した
がって、装入物が漸次シャフト４内を下方に沈むことは
理解することができる。さらに、床３２中での酸素とコ
ークスとの反応によって、この床は次第に浸食される。
しかし、鉄金属層３４の溶融が完了し、次いですぐ隣の
コークス層３６が床３２に合体するので、そして生成し
た溶融金属がコークス床３２に移行するたびに、床の高
さは復原される。特定時間の間、溶融金属を生成させる
ためには、新しい装入物をドア８からシャフト４内に周
期的に充填する。

【００３５】典型的には、溶融鉄金属の最低生産速度を
約４倍上回る最高生産速度でキュポラ２の操作可能な間
に、ある時間１５００℃程度の流出温度が接続されてい
ることが認められている。さらに、排出口１６では１容
量％未満の一酸化炭素含量が検知されたが、一方煙の排
出は認められなかった。得られた他の利点にはフェロシ
リコンおよび黒鉛添加必要量の低減がある。

【００３６】本発明による方法を以下の実施例によって
さらに説明する。

【００３７】実施例１キュポラを図１および図２に示す形に改造した。キュポ
ラは毎時４トンの鉄金属を生産できるような容量があっ
た。キュポラのシャフト４は内径が２７″で外径が４
８″であった、湯出し口２８の出口は床面１０よりも
８″上に、スラグホール２６はそれよりもさらに１１″
上にあった。床面１０から各開口部２０最下部の高さま
での垂直距離は約４８″であった。したがって、砂床３
０は深さが８″で、コークス床３２は最初に作ったとき
には深さが約４０″であった。窓２２の端ぐり２３はコ
ークス床（最初に作ったときの）の頂部から１５″低い
高さに形成された。各端ぐり２３の直径は７ｍｍであっ
た。ランスはいずれもステンレス鋼製で、内径はそれぞ
れ７ｍｍであった。

【００３８】図１および図２を参照しながら述べた前記
の方法を用いて、キュポラ２に装入の準備をした。予熱
時間中は、バーナー１８に軽質重油を毎時３６ガロンの
総体速度でまた空気を重油を完全燃焼させるのに要する
ほぼ理論量の速度で供給した。予熱時間の終了５分前か
ら、コークス床３２中に酸素を音速で送り込み始めた
が、バーナーへの燃焼空気に酸素を富有させるための、
酸素は使用しなかった。ランス２４への酸素の供給速度
は毎時１６５０立方フィートで、供給圧力は１５０ｐｓ
ｉｇであった。酸素の送り込み開始５分後に、キュポラ
の装入を開始した。装入物は、銑鉄３０ｋｇ、鉄屑１２
５ｋｇ、鋳物工場からの戻り鉄１２０ｋｇおよび梱鉄屑
３０ｋｇを含む鉄金属片３０５ｋｇ；７０％Ｓｉを含有
するフェロシリコンとして添加されるケイ素２．７５ｋ
ｇ；石灰石６．０ｋｇおよびコークス１８．０ｋｇより
成った。したがって、鉄金属（フェロシリコンの形で添
加される鉄金属を除く）１００重量部あたりコークス
５．９重量部であった。この装入物を、フェロシリコン
を含む下部金属層および石灰石を含む上部コークス層の
形で充填した。

【００３９】キュポラは装入開始から５ 1／2時間の間
操作した。時々溶融金属をとりべに流出させて、その温
度および組成を測定した。同様に、時々新しい装入物を
キュポラ内に入れて、初めの装入物を補充した。操作
中、バーナーへの空気および油の供給速度を変動させた
ようにランスへの酸素の流速も変動させた。いずれの場
合にも、流動形態は二つの採るべき手段から選んだ。ラ
ンス２４への酸素供給の場合には、一つの採るべき手段
は前記の通り（１５０ｐｓｉｇにおいて毎時１６５０立
方フィート）であり、他の採るべき手段は１００ｐｓｉ
ｇにおいて毎時１１００立方フィートであった。油バー
ナー１８を操作する場合には、一つの流動形態は毎時３
６ガロンの油および毎分１７５０立方フィートの空気
で、他の採るべき手段は毎時３０ガロンの油および毎分
１４００立方フィートの空気であった。

【００４０】丁度１時間にわたる操作後、新しい装入物
中のケイ素を１．５ｋｇに減少させた。４時間６分の操
作後には、もうキュポラの装入は行わなかった。

【００４１】装入開始から５２分経過した後から始めて
４時間６分後に終わるまでの間に採取した鉄金属のとり
べの若干から得た結果を下記表１に示す。該表には、ま
た各流出を行った時に用いた空気、油および酸素の流速
をも挙げた。

【００４２】

【表１】溶融時間中、高い流出温度が得られたこと、流出金属中
に、一定のケイ素量を与えるのにフェロシリコンの量が
少なくて済んだこと、および溶融時間の初めの２０分間
だけに黒鉛を添加することによって高炭素が得られたこ
とが判明した。さらに、黒鉛を送り込む開口部は、全溶
融時間中閉塞せずに操作可能な状態を維持した。キュポ
ラからのヒュームの排出はその期間中のほとんどは目に
見えず、コークスを存在させずにバーナーで完全加熱し
たキュポラの操作によって得られる場合と少なくとも同
様に良好と思われることが認められた。さらに、水冷し
なかったランス２４は溶融時間が終わっても損傷しなか
った。特に、各窓２２の外ぐり２３の近くには耐火物ラ
イニングの摩耗は少しも生じなかった。それでもやは
り、摩耗は耐えうるものであって、キュポラを再び使用
する前に、容易に修理することができよう。このよう
に、本発明は以前行われていた方法に比べて可成りの操
作上の有利性を得ることができることがわかる。

【００４３】実施例２概ね実施例１の方法に従ったが、今回はバーナーに供給
する空気に酸素を富有させた。

【００４４】装入物は下記の組成であった。

【００４５】コークス１８ｋｇＳｉ２．２５ｋｇ（７０％ＦｅＳｉとし
て）溶融中、ほぼ４００ｆｔ³／ｈｒの速度でバーナーに酸
素を供給した。

【００４６】コークス床中へ酸素を送り込む速度は１，
０００ｆｔ³／ｈｒから１２００ｆｔ³／ｈｒまで変動さ
せた。

【００４７】目標は少なくとも１４００℃の温度のとり
べ内の溶融金属を得ることであった。

【００４８】下表の結果が得られた。

【００４９】

【表２】さらに、排出口１６の１ｍ下でＣＯ分が０．３容量％と
測定された。キュポラから出るガスには煙は認められな
かった。

【００５０】実施例１および２におけるバーナーへの油
および空気の供給速度の変動は鉄金属溶融速度を大きく
変動させることができた。たとえば、１１：０５から１
１：４５までの平均金属溶融速度は毎時３．６６トンで
あり、一方９：４０から１０：０５までの間では、この
時間内に炉から溶融金属を流出させる必要がないほど平
均金属溶融速度が小さかった。コークス床中へ酸素を送
り込む速度を、適当な流出温度を確実に得るように変動
させることができよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】キュポラの略側面図（一部断面図）である。

【図２】図１に示すキュポラの略平面図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立て形炉を操作する方法において、炉底
領域に高温コークス床を作り、溶融させる金属およびコ
ークスを炉に装入し；燃料の完全燃焼に必要な量を上回
る理論過剰量の酸素を用いて少なくとも一つの燃料流を
燃焼させて、酸素を含有する高温ガス混合物を生成さ
せ；その高温ガス混合物をその立て形炉に導入して、炉
内の装入物の間を上昇させ、それにより高温ガス混合物
中の酸素を装入コークスと反応させて、装入コークスの
一部を消費させ、高温ガス混合物および酸素とコークス
との前記反応によって金属に与えられる熱は、炉に空気
ブラストを供給しなくても金属を溶融させるのに十分で
あり、かつそのようにして生成した溶融金属は重力で高
温コークス床中を流下し；溶融金属が高温コークス床中
を通過する際に、溶融金属を過熱させるだけの温度に床
を保つように、該高温コークス床中に少なくとも一つの
酸素または酸素富有空気のジェットを導入し；さらに過
熱された溶融金属を炉から取り出すことを含む方法。
【請求項２】残留一酸化炭素および炭素微粒子の燃焼
を促進させるように装入物よりも上方で高温ガス混合物
を空気（または他の酸素含有ガス）で希釈する工程をさ
らに含むことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】燃料の燃焼を持続させるために酸素富有
空気を用いることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項４】装入物の上方における高温ガス混合物の
前記希釈が第二の焔を生成させることを特徴とする請求
項２または請求項３の方法。
【請求項５】溶融金属が前記コークス床に遭遇する前
に、高温ガス混合物が溶融金属を過熱させるだけの温度
および酸素含量を有することを特徴とする前記請求項中
いずれか一つの項の方法。
【請求項６】炉のシャフト内で着火するバーナーによ
って燃料流を燃焼させることを特徴とする前記請求項中
いずれか一つの項の方法。
【請求項７】前記ジェットを送り込む速度が、燃料を
燃焼させるために空気を供給する速度の０．５ないし５
％であることを特徴とする前記請求項中いずれか一つの
項の方法。
【請求項８】装入を始める前に、少なくとも一つの酸
素のジェットをコークス床中に送り込むことによってコ
ークス床を予熱することを特徴とする前記請求項中いず
れか一つの項の方法。
【請求項９】装入前に、少なくとも一つの燃料流の燃
焼によって、炉のシャフトを予熱することを特徴とする
前記請求項中いずれか一つの項の方法。
【請求項１０】炉がキュポラ、金属が鉄金属、および
装入物中のコークス対金属の重量比が４ないし８％であ
ることを特徴とする前記請求項中いずれか一つの項の方
法。
【請求項１１】炉の操作中に、その底部領域に保たれ
るコークス床中に少なくとも一つの酸素または酸素富有
空気のジェットを送り込むように操作できる手段；燃料
の完全燃焼に必要な量を上回る理論過剰量の酸素を用い
て、燃焼生成物および酸素を含む高温ガス混合物を生成
するように操作可能な少なくとも一つの燃料バーナー
で、前記の少なくとも一つのバーナーが使用中、高温ガ
ス混合物を炉のシャフト内に給送し、それによって高温
ガス混合物を炉内に装入物の間を上昇させ、その結果高
温ガス混合物中の酸素を装入コークスと反応させて、消
費すべき装入コークスの一部を消費し、それによって高
温ガス混合物から得られる熱とともに、金属を溶融しう
る多量の熱を発生することができ、そのようにして生成
した溶融金属を高温コークス床中を流下させ、該床中の
コークスによって過熱されることができるように配設さ
れている燃料バーナー；および炉から溶融金属を取り出
す手段を関連して有し、炉に空気ブラストを供給する手
段を有しないことを特徴とする立て形炉。
【請求項１２】バーナーが直接炉内で発火することを
特徴とする請求項１１の炉。
【請求項１３】炉の装入物の上方で前記高温ガス混合
物を希釈するためにファンまたは送風機をさらに含むこ
とを特徴とする請求項１１または請求項１２の炉。