JPH0770624A - 冷鉄源の溶解方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 冷鉄源を溶解炉に装入して溶解するに当た
り、一酸化炭素を主成分とする還元性ガスを酸素含有ガ
スと共に前記溶解炉へ導入して燃焼せしめ、該燃焼熱に
よって冷鉄源を溶解する方法において、燃焼の為の酸素
含有ガスとして、酸素濃度が３０〜５０体積％である富
酸素空気を使用する。 【効果】 溶解炉へ供給する酸素源として酸素濃度を３
０〜５０体積％に調節した富酸素空気を使用することに
よって、溶解炉耐火物をそれほど溶損させることなく冷
鉄溶解効率を著しく高めることができ、単位冷鉄量当た
りの燃焼消費量を大幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷鉄源を溶解炉に装入
し、還元性ガスと燃焼用酸素含有ガスの反応によって生
じる燃焼熱を利用して該冷鉄源を溶解するにあたり、溶
解炉耐火物の熱劣化を可及的に防止しつつ高レベルの熱
効率を確保し、冷鉄源を効率良く溶解できる様に改善さ
れた冷鉄源溶解法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スクラップ、冷銑、還元鉄などの製鉄原
料を溶解するに当たっては通常電気炉が用いられてい
る。しかしながら、電気炉操業の熱源として使用する電
力は非常に高価であるため、より安価で且つ安定供給の
可能な熱源によって冷鉄原料を溶解し得る様な代替法の
開発が望まれており、その様な熱エネルギー源として
は、石炭やコークス等の炭素含有固体物質等が考えられ
る。

【０００３】一方、炭素含有固体物質を使用して冷鉄原
料を溶解する方法としては、コークスを用いるキュポラ
方式が古くから実用化されている。キュポラは設備が比
較的簡単であるため、比較的小規模の鉄源溶解には適し
ているが、炉内の通風を確保するために適当なサイズの
塊状コークスを必要とし、しかもこのコークスは装入鉄
源の荷重に耐える良質・高強度のものでなければなら
ず、使用原料に対する大きな制約になるとともに生産コ
ストを高める要因となっている。

【０００４】こうした問題の改善策として、本出願人は
先に特開平１−１９５２２５号公報に開示の冷鉄源溶解
法を提案した。この方法は、スクラップ、冷銑、還元鉄
等の冷鉄源を溶解炉へ装入して溶解するにあたり、炭素
含有固体物質を予備燃焼器内で理論空気比０．４〜０．
９に相当する酸素を含む酸素含有ガスを用いて一次燃焼
せしめ、生成した高温還元性ガスを前記溶解炉へ導入
し、該溶解炉では、前記予備燃焼器内へ供給した前記酸
素含有ガスとの合計が理論空気比の０．７〜１．３に相
当する酸素量となる様に酸素含有ガスを供給して二次燃
焼させ、二次燃焼熱によって冷鉄源を加熱溶解するもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記方法では、一次燃
焼用空気の理論空気比及び該一次燃焼用空気とその後に
加えられる二次燃焼用空気を総合した理論空気比とを定
めたところに特徴を有するものであり、それによって高
レベルの燃焼効率を得ることができる。しかしながらこ
の方法では、二次燃焼用として補給される酸素含有ガス
中の酸素濃度について格別の考慮が払われていないた
め、下記の様な問題を生じることが明らかとなってき
た。

【０００６】即ち、二次燃焼用として供給される酸素含
有ガス中の酸素濃度が低過ぎる場合には、(1) 二次燃焼
により発生した燃焼熱が、補給された酸素含有ガス中の
酸素以外のガスの昇温に消費されるため、冷鉄源の溶解
効率が低下する、(2) 該酸素含有ガス中の酸素濃度が低
いため、高温還元性燃料ガスの二次燃焼効率が低下す
る。

【０００７】一方、二次燃焼用として補給される酸素含
有ガス中の酸素濃度が高過ぎる場合には、(1) 溶解炉へ
補給される酸素含有ガスの供給量が相対的に少なくなる
ため、二次燃焼ガスが過度に加熱されて非常に高温にな
り、羽口部やその周辺耐火物が著しく溶損される。

【０００８】本発明はこの様な問題点に着目してなされ
たものであって、その目的は、溶解炉耐火物の溶損を可
及的に抑制しつつ、優れた熱効率の下で冷鉄源を効率良
く加熱溶解することのできる方法を確立しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】上記課題を解決することの
できた本発明の構成は、冷鉄源を溶解炉に装入して溶解
するに当たり、一酸化炭素を主成分とする還元性ガスを
酸素含有ガスと共に前記溶解炉へ導入して燃焼せしめ、
該燃焼熱によって冷鉄源を溶解する方法において、燃焼
の為の酸素含有ガスとして、酸素濃度が３０〜５０体積
％である富酸素空気を使用するところに要旨を有するも
のである。

【００１０】

【作用】前述の公知発明（特開平１−１９５２２５号公
報）でも開示した様に、冷鉄源を溶解炉内へ装入して加
熱溶解するにあたり、熱源として炭素含有固形物質（コ
ークスや微粉炭等：以下、固体燃料ということがある）
を使用し、これを予備燃焼炉で一次燃焼させた後、生成
する一酸化炭素主体の高温還元性ガスを二次燃焼用空気
と共に上記溶解炉へ吹き込んで二次燃焼せしめ、発生す
る二次燃焼熱によって冷鉄源を加熱溶解する方法におい
ては、予備燃焼炉へ供給される一次燃焼用空気の理論空
気比を０．４〜０．９の範囲に設定すると共に、該一次
燃焼により生成した高温還元性ガスと共に溶解炉へ吹込
まれる二次燃焼用空気については、該二次燃焼用空気と
前記一次燃焼用空気の総和が熱源として用いる前記固体
燃料に対する理論空気比で０．７〜１．３となる様に二
次燃焼用空気の補給量をコントロールすることにより、
固体燃料の燃焼効率を高めることができた。

【００１１】但しこの先願発明では、固体燃料の燃焼効
率向上という観点からすると非常に有効な方法である
が、溶解炉の熱効率や溶解炉耐火物の溶損防止という観
点からすると必ずしも満足し得る方法とは言えない。そ
の理由は、先に述べた様に溶解炉へ補給される二次燃焼
用空気中の酸素濃度については格別の考慮が払われてい
ないからである。

【００１２】ところが本発明者らが更に改良研究を進め
ていくうち、溶解炉における熱効率および耐火材の溶損
は、該溶解炉へ供給される燃焼用空気中の酸素濃度によ
って著しく変わり、該酸素濃度を３０〜５０体積％の範
囲に調整してやれば、溶解炉耐火材の溶損を最小限に抑
制しつつ、高レベルの熱効率が確保されることをつきと
めた。

【００１３】ちなみに図１は、溶解炉へ燃焼用として補
給される酸素含有ガス中の酸素濃度と熱効率（即ち冷鉄
源の溶解効率）との関係、図２は同じく酸素含有ガス中
の酸素濃度と溶解炉における羽口部耐火物の溶損速度の
関係を夫々調べた結果を示したグラフ（但し、実験条件
は後記実施例に詳述）である。

【００１４】これらの図からも明らかである様に、燃焼
用酸素含有ガス中の酸素濃度が３０体積％未満の低酸素
濃度域では、溶解炉における熱効率が急激に悪化し（図
１）、一方同酸素濃度が５０体積％を超えると、羽口耐
火物の溶損が激しくなる（図２）。

【００１５】この様な結果が得られた理由は次の様に考
えられる。即ち燃焼用酸素含有ガス中の酸素濃度が低い
場合は、酸素以外のガス成分（窒素等）の含有比率が多
いため燃焼熱がこれらガス成分の昇温に消費され、冷鉄
源の溶解に費やされる熱エネルギーにロスが生じたため
と考えられ、一方酸素濃度が高過ぎる場合は、燃焼用と
して供給される酸素含有ガス量が少なくなるため燃焼ガ
スが高温となり、羽口部及びその周辺の耐火物が熱劣化
（溶損）を起こし易くなるものと考えられる。

【００１６】いずれにしろ本発明では、燃焼用酸素含有
ガス中の酸素濃度を３０〜５０体積％の範囲に調節する
ことによって、溶解炉耐火物の溶損を抑制しつつ高レベ
ルの熱効率を確保することができ、相対的に少ない還元
性ガス量で冷鉄を効率良く加熱溶解することが可能とな
る。

【００１７】図３は本発明を実施する際に用いられる冷
鉄溶解設備を例示する概念図であり、予備燃焼炉１と冷
鉄溶解炉２を組合せて構成される。そして予備燃焼炉１
へ微粉炭等の燃料と空気を供給して一次燃焼せしめ、生
成する高温の一次燃焼ガスを冷鉄溶解炉２の羽口部３へ
富酸素空気（酸素濃度：３０〜５０体積％）と共に吹込
んで二次燃焼せしめ、その二次燃焼熱により溶解炉内の
冷鉄を加熱溶解させる。

【００１８】本発明では、前述の如く冷鉄溶解の為の熱
源として一酸化炭素含有ガスを利用するものであり、従
って溶解炉２内へはコークス等の炭素源を挿入する必要
はない。しかしながら、炉内の通風性を良好にして操業
安定性を高める意味から、少量の塊状コークスや石灰等
を補助的に装入することも勿論可能である。もっとも、
本発明では予備燃焼炉の併設を必須とするものではな
く、他の設備から発生する一酸化炭素含有ガスを原料ガ
スとして利用することも勿論可能である。

【００１９】また本発明では、前述の如く溶解炉へ燃焼
用として供給される空気として酸素濃度を３０〜５０体
積％に高めた富酸素空気を使用するところに特徴を有す
るものであり、理論空気比等は常法に従って適正に調節
すればよいが、図１に示す様に予備燃焼炉を備えた冷鉄
溶解設備を利用する場合は、前掲の先願発明に開示した
のと同様の理由から、予備燃焼炉１での理論空気比０．
４〜０．９に相当する燃焼用空気を用いて一次燃焼さ
せ、次いで溶解炉２での二次燃焼に際しては、前記予備
燃焼炉１へ供給した燃焼用空気との合計量が理論空気比
の０．７〜１．３に相当する酸素量となる様に二次燃焼
用の富酸素空気供給量をコントロールすることが望まれ
る。

【００２０】

【実施例】

実施例 図３に示した様な予備燃焼炉併設タイプの冷鉄溶解設備
を使用し、表１に示す条件で冷鉄源の溶解実験を行な
い、溶解効率や羽口耐火物の溶損量等を調べた。尚二次
燃焼用空気の酸素濃度は、空気に所定量の酸素を混入さ
せることによって調整した。結果を表１に一括して示
す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１において、従来法は二次燃焼用として
通常の空気（酸素濃度：約２０％）を用いた例であり、
羽口耐火物の溶損量は少ないが冷鉄溶解効率が低く、単
位冷鉄量当たりの燃料消費量が非常に多くなっている。
これに対し二次燃焼用として富酸素空気（酸素濃度が３
０％または５０％）を使用した実施例では溶解効率が約
５割程度高められ、燃料消費量が２／３程度に低減でき
ることが分かる。但し酸素濃度を過度に高めた比較例で
は、溶解効率は実施例に比べて殆んど上昇せず飽和状態
に達しているにもかかわらず、羽口耐火物の溶損量は急
増しており、溶解炉のメンテナンス上問題を生じること
が明白である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、溶
解炉へ供給する酸素源として酸素濃度を３０〜５０体積
％に調節した富酸素空気を使用することによって、溶解
炉耐火物をそれほど溶損させることなく冷鉄溶解効率を
著しく高めることができ、単位冷鉄量当たりの燃焼消費
量を大幅に低減し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷鉄溶解炉へ供給する燃焼用空気の酸素濃度と
冷鉄溶解効率の関係を示すグラフである。

【図２】冷鉄溶解炉へ供給する燃焼用空気の酸素濃度と
羽口耐火物の溶損速度の関係を示すグラフである。

【図３】本発明が適用される冷鉄溶解設備を例示する概
念図である。

【符号の説明】

１ 予備燃焼炉 ２ 冷鉄溶解炉 ３ 羽口部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷鉄源を溶解炉に装入して溶解するに当
   たり、一酸化炭素を主成分とする還元性ガスを酸素含有
   ガスと共に前記溶解炉へ導入して燃焼せしめ、該燃焼熱
   によって冷鉄源を溶解する方法において、燃焼の為の酸
   素含有ガスとして、酸素濃度が３０〜５０体積％である
   富酸素空気を使用することを特徴とする冷鉄源の溶解方
   法。