JPH0796682B2 - スクラップの溶解方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、アークにより初期溶解を行なつた後に炭材溶
解を行なうスクラップの溶解方法に関する。

「従来の技術」 一般に、通常の製鋼用アーク炉は、スクラツプを溶解す
るためのエネルギーをほとんど電気エネルギーに頼り、
補助エネルギーとして一部を酸素バーナーで供給してい
る。また、省エネルギーを図るために、第５図に示すよ
うに、２炉交換システムを採用してスクラツプの加熱、
溶解を交互に行なうようにし、アーク溶解を行なう一方
の炉本体ａに電極ｅを装着した炉蓋ｇをかぶせ、該炉本
体ａで生じた溶解時の排ガスを連結用ダクトｂを介し
て、他方の炉本体ｃに導入するようにし、炉本体ｃ内の
スクラツプｄを予熱した後、炉蓋ｇ′に設けられた排ガ
スダクトｆを介して排ガスを炉外に排出し、熱回収を行
なつている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上述したような従来の製鋼用アーク炉に
あつては、溶解エネルギーの大部分を電気エネルギーに
依存しているため、高価な電力の消費量が大きい。ま
た、炉本体からの排ガスは温度変化が激しくかつ平均的
に温度レベルが低いため、排ガスによるスクラツプの予
熱で回収される熱エネルギーは、通常５〜15％と低い。
従つて、スクラツプの予熱温度は、200〜300℃程度にし
か上昇せず、後段のアーク溶解時間を長くせざるを得な
いため、出鋼間隔が長くなり、生産性の向上が十分に図
れない。

また、近年電力の一部を安価な炭材等に代替することが
試みられている。しかしながら、炭材を吹込んでスクラ
ツプを溶解する、いわゆる炭材溶解を行なうと、大量の
一酸化炭素（CO）を主成分とする未燃ガスが発生するた
め、このガスの有効利用を図る必要がある。

上記未燃ガスの処理方法として、溶解炉内の上部より酸
素を供給して、二次燃焼をさせる方法が考えられるが、
炉内に大きな燃焼スペースが必要なこと及び完全燃焼が
むずかしいことから依然として熱エネルギーの有効利
用、設備の経済性、安全性の面から好ましくない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、消費電力を低減でき、省エネルギー化
を図り、コストの低減につなげると共に、生産性の向上
及び設備費の低減を図ることができるスクラツプの溶解
方法を提供することにある。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために、本発明のスクラップの溶解
方法は、少なくとも一対のアーク炉用炉体を用いてスク
ラップを溶解・精錬する方法であって、一方の炉体にお
いてアークにより上記クラップを初期溶解する第１工程
と、この第１工程において生成された初期溶湯に、その
融点を低下させるべく石炭、コークス等の炭材を接触さ
せて、該溶湯を加炭する第２工程と、上記初期溶解によ
って上記一方の炉体内に所定量の溶湯が溜まった後、ア
ーク溶解を停止し、該アーク溶解に代えて該溶湯中に酸
素及び炭材を供給して、残余のスクラップを炭材溶解す
る第３工程と、上記炭材溶解によって生成された溶湯に
酸素を供給して脱炭する第４工程とからなる上記第１か
ら第４の一連の工程により、上記一方の炉体内のスクラ
ップを溶解・精錬する一方、上記一連の工程において上
記一方の炉体内で発生した可燃性ガスを上記一対の炉体
外にて配設された燃焼室において燃焼させた後、その燃
焼ガスを他方の炉体内に導入して該炉体内のスクラップ
の加熱を行い、これらスクラップの溶解・精錬および加
熱の作業を上記一対の炉体において交互に行うことを特
徴とするものである。

「作用」 本発明のスクラップの溶解方法にあっては、第１工程に
おいて、一方の炉体においてアークによりスクラップを
初期溶解する。

第２工程においては、第１工程において生成された初期
溶湯を加炭する。これにより、初期溶湯の融点が下が
り、第３工程において炭材溶解に入るまでの時間が短縮
される。また、この工程でCO（可燃性ガス）が多量に発
生する。そして、これを燃焼室で燃焼させ、多量の燃焼
ガスを発生させた後、これを他方の炉体に導入すること
により、該炉体内のスクラップの予熱が強化される。ま
たさらに、この第２工程で加炭しておくことにより、炭
素濃度が高い状態となるため、第３工程（炭材溶解）で
の酸素吹き込み時に炭材溶解開始時の反応が促進され
る。

第３工程では、上記初期溶解によって上記一方の炉体内
に所定量の溶湯が溜まった後、アーク溶解を停止して炭
材溶解法により残余のスクラップを溶解する。すなわ
ち、本発明においては、アーク溶解では、酸素吹き込み
に十分な量（例えば、溶解率約30％）の溶湯分しか生成
せず、残りはすべて炭材溶解で処理するため、全体の処
理時間のうち、炭材溶解を行う時間の割合が可能な限り
高まる。そのため、炭材溶解の結果、発生するCO（可燃
性ガス）量も可能な限り増大し、これにより、他方の炉
体内のスクラップの予熱が強化できる。これにより、上
記と同様に、他方の炉体内のスクラップの予熱が強化さ
れる。

第４工程においては、上記炭材溶解によって生成された
溶湯に酸素を供給して脱炭する。その結果、脱炭時に発
生するCOが他方の炉体内のスクラップの予熱強化に利用
できる。

次いで、上記第１から第４の一連の工程において上記一
方の炉体内で発生した可燃性ガスを上記一対の炉体外に
て配設された燃焼室において燃焼に使われる酸素量以上
の過剰の酸素を供給することもなく、又、爆発が起こる
程度の未燃一酸化炭素の残留もなく燃焼させた後、その
燃焼ガスを他方の炉体内に導入して該炉体内のスクラッ
プの予熱を行う。すなわち、可燃性ガスの燃焼を炉体外
の燃焼室で行うため、炉の形状やその他の制約の影響も
受けずに常に完全燃焼が実現される。その結果、燃焼ガ
スの潜・顕熱を最大限予熱に利用可能となり、他方の炉
体内のスクラップの予熱強化による炭材溶解反応の促進
が連れる。

「実施例」 以下、第１図ないし第４図に基づいて本発明の一実施例
を説明する。

第１図ないし第３図はスクラツプ溶解設備を示す図であ
る。このスクラツプ溶解設備は、一対の溶解炉A,Bと、
一組の燃焼室Ｃと、一組のスクラップ予熱槽Ｄと、一組
のアーク電力供給・溶解溶装置Ｅと、これらの間を連結
する多数のダクトとからなる基本構成とされている。

上記両溶解炉A,Bの炉本体1a,1bは互いに所要の間隔をお
いて配設されており、各炉本体1a,1bの上部テーパー部
は、それぞれダクト（2a,3a）及び（2b,3b）を介して燃
焼室Ｃに連結されている。また、各炉本体1a,1bの下部
から突出した張出部4a,4bには、図示せぬ出鋼口が設け
られていると共に、該各張出部4a,4bと燃焼室Ｃとは、
ダクト5a,5bで連結されている。さらに、上記ダクト2a,
3a間及びダクト2b,3b間に設けた分岐ダクト6a,6bは、そ
れぞれダクト７に連結され、このダクト７の先端はスク
ラツプ予熱槽Ｄに連結されている。そして、このダクト
７と上記燃焼室Ｃとは、ダクト８で連結されている。な
お、図中符号9a,9b,10a,10b,11a,11b,12はそれぞれダク
ト3a,3b,5a,5b,6a,6b,8に設けられたバルブである。

第３図に示すように、上記両炉本体1a,1b間の略中間位
置には、上記アーク電力供給・溶解用装置Ｅの炉蓋着脱
装置13が配設されている。この炉蓋着脱装置13には、旋
回中心点Ｘを中心にして水平方向に旋回自在な枠体14
と、この枠体14に取付けられ、かつ電極15を備えたアー
ク溶解用の炉蓋16を昇降させる昇降装置（図示せず）等
が設けられている。そして、上記電極15には、二次側導
体17、可撓ケーブル18を介して、アーク溶解用電源トラ
ンス19が接続されている。また、各炉本体1a,1bの左及
び右方に敷設したレール20a,20bには、炭材溶解及びス
クラツプ加熱用の炉蓋着脱装置21a,21bが炉本体1a,1bに
対して近接し、離反し得るように配設され、該炉蓋着脱
装置21a,21bの枠体22a,22bには、炭材溶解及びスクラツ
プ加熱用の炉蓋23a,23bを昇降させる昇降装置（図示せ
ず）等が設けられている。なお、第１図および第２図に
示すように、図中24a,24bは、炉本体1a,1bの炉底に適
宜、適数配置されたコークス、石炭等の炭材を供給する
ためのノズル、25a,25bは同様に炉底に配置された酸素
を吹込むためのノズル、26a,26bは炉本体1a,1bの側壁部
に設けられたバーナーをそれぞれ示している。また、図
中27a,27bは炉本体1a,1b内のスクラツプ、28は溶湯であ
る。

上記のように構成されたスクラツプ溶解設備において、
スクラツプを溶解する場合について、第４図に示す操業
パターンの一例に基づいて説明する。

例えば、一方の炉本体1a内でスクラツプ27aを溶解し、
他方の炉本体1b内でスクラツプ27bを加熱する場合に
は、炭材溶解及びスクラツプ加熱用の炉蓋着脱装置21a
によつて、炉本体1aから炉蓋23aを外し、第３図におい
て左方に移動させた後、アーク溶解用の炉蓋着脱装置13
を反時計回りに旋回させ、第１図に示すように、炉本体
1aを炉蓋16により遮蔽して、電極15を炉本体1a内に挿入
する一方、スクラツプ加熱用の炉蓋着脱装置21bを炉本
体1bに移動させて、炉本体1bを炉蓋23bにより密閉す
る。また、これと共に、バルブ9a,10b,11bを開き、バル
ブ9b,10a,11a,12を閉止させ、かつ電源トランス19によ
り電極15に通電して、炉本体1a内のスクラツプ27aのア
ークによる溶解を開始する。この際、バーナー26a,26b
を点火して、溶解及び加熱の促進を図るようにしてもよ
い。そして、アーク溶解により、炉本体1a内のスクラツ
プ27aがある程度溶解したら、ノズル24aからの炭材供給
をアーク溶解と並行して行ない、溶湯の加炭を行なう。

一方、炉本体1a内のスクラツプ27aの溶解時に発生する
ガスは、ダクト2a,3aを介して燃焼室Ｃに入り、ここで
未燃ガスを燃焼させた後、ダクト5bを介して炉本体1b内
に張出部4bから導入される。そして、炉本体1b内のスク
ラツプ27bを加熱した後の燃焼ガスは、炉上テーパー部
からダクト2bに排出され、ダクト6b,7を介してスクラツ
プ予熱槽Ｄに導入されて、該スクラツプ予熱槽Ｄ内のス
クラツプを予熱後、図示せぬブロワーに吸引されて外部
に排出される。

アーク電力投入後、炉本体1a内スクラツプ27aが約30％
程度溶解し、第２図に示すように、溶湯28が酸素吹込み
に十分な量まで確保されたら、電源トランス19を遮断し
てアークによる溶解を止め、炉蓋着脱装置13により炉蓋
16を炉本体1aから取り外して待機位置まで移動させる。
次いで、炉蓋着脱装置21aを作動させて炉蓋23aにより炉
本体1aを密閉させ、溶湯28中にノズル24aより炭材を引
続き供給すると共に、ノズル25aより酸素を吹込み、ス
クラツプ27aの溶解を行なう。

また、この際、酸素の吹込みにより発生した主として一
酸化炭素（CO）ガスよりなる排ガスは、上記アーク溶解
時と同様に、燃焼室Ｃに導かれ、燃焼室Ｃで燃焼させ高
温ガスとした後、炉本体1bに下部より導入し、スクラツ
プ27bを加熱する。そして、加熱後の排ガスは、炉本体1
bの上部テーパー部より排出され、次いで、スクラツプ
予熱槽Ｄへ導入され、スクラツプの予熱に利用される。

このようにして、炉本体1a内のスクラツプ27aが全量溶
解し、所要の鋼成分、特に目標のＣ値以下に脱炭して、
所定温度まで昇温したら、炉本体1aでの溶解を停止し、
出鋼口（図示せず）を開いて溶鋼を溶鋼鍋（図示せず）
に取り出す。

次いで、炉本体1aでの溶鋼の取出しが終了したら、炉蓋
着脱装置21bにより炉蓋23bを炉本体1bから取り外すと共
い、炉蓋着脱装置13を第３図において時計回りに旋回さ
せ、炉蓋16によつて炉本体1bを遮蔽する。一方、炉本体
1aについては、炉蓋23aを上記と同様の要領で取り外
し、かつスクラツプ予熱槽Ｄ内のスクラツプをクレーン
または専用台車で炉本体1a内に供給後、再び上記と逆の
動作により炉蓋23aにより炉本体1aを密閉する。また、
スクラツプ予熱槽Ｄ内に新たにスクラツプを装入する。

そして、バルブ9b,10a,11aを開き、バルブ9a,10b,11b,1
2を閉止して、前述したのと同様に、炉本体1bでスクラ
ツプ27bの溶解が、かつ燃焼室Ｃで炉本体1bからの発生
ガスの燃焼が、また炉本体1aでスクラツプ27aの加熱
が、さらにスクラツプ予熱槽Ｄでスクラツプの予熱がそ
れぞれ行なわれる。

また、第４図の操業パターンの一例に示すように、炉本
体1aアーク溶解の開始時には、炉本体1bは出鋼後の炉修
及びスクラツプの装入工程にある。このような場合、あ
るいは、排ガス温度が低く炉本体1bでのスクラツプ27b
の加熱に適さない場合等においては、バルブ10b,11bを
閉じ、炉本体1aから発生したガスを燃焼室Ｃより炉本体
1bに導入せず、バルブ12を開きダクト８を介してスクラ
ツプ予熱槽Ｄに直接導入することもできる。

なお、炭材の供給方法については、ノズル24a,24bから
の供給とは別に、スクラツプと共に予め炉内底部に装入
しておく方法でもよい。また、酸素の吹込みについて
は、ノズル25a,25bからの吹込み（炉底部からの吹込
み）ではなく、炉側壁部から溶湯に吹込む方法あるいは
溶湯上部より吹込む方法でもよい。さらに、本発明は、
上記実施例に限定されるものではなく、例えば、炉本体
は一基でもよく、またスクラツプ予熱槽は複数設けても
よく、バーナーは設置しなくてもよい等、本発明の要旨
を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論
である。

「発明の効果」 本発明によれば次の効果を奏する。

１） スクラツプの溶解のうち、初期溶解のみを電力に
よるアーク溶解で行ない、残余のスクラツプを電力より
安価な炭材溶解で行なうため、電力消費量が150KWH/T程
度となり、従来の電力消費量400〜500KWH/Tに比較して
著しく減少する。従つて製鋼コストの低減を図れる。

２） アーク溶解によりある程度の溶湯ができた時点か
らアーク溶解と並行して、溶湯中に炭材を供給して溶湯
の加炭を行なうようにするため、溶湯の融点が下がり、
溶解が促進されると共に、アーク溶解停止後の酸素吹込
みによる炭材溶解が促進される。したがって、アーク溶
解の際に加炭を行なわず通常の融点のままで溶湯を生成
させる場合に比べてアーク溶解時の電力消費量を減少さ
せることができるので、上記１）の効果と合わせて製鋼
コストの低減に寄与することができる。

３） アークによる初期溶解時は、主としてアーク電極
下のスクラツプが溶解され、炉壁部のスクラツプは未溶
解の状態にある。従つて、アークの輻射熱が炉壁部のス
クラツプの加熱に有効に働き、かつ炉壁部のスクラツプ
により、炉壁を保護できる。このため、アーク熱のスク
ラツプへの有効利用を図れる。

４） 炭材溶解時、炉内で発生するガスは、大部分、一
酸化炭素（CO）で構成されており、かつこのガスを別の
燃焼室に導き燃焼させた後、スクラツプの加熱に供する
ようにしているから、 （イ） 炉内での二次燃焼が不要であるため、炉内に二
次燃焼空間が必要なく、炉本体が小型化できると共に、
炉壁からの放散熱を減少できる。また、炉本体が複数基
設置された場合でも、燃焼室が一基だけでよく、各炉本
体に二次燃焼空間を設ける必要がない。

（ロ） 炉内での二次燃焼方式の場合、燃焼用の空気あ
るいは酸素による溶湯の酸化により、スクラツプの増大
を招き、鉄歩留が低下する問題を別の燃焼室で燃焼させ
ることにより防止できる。また、炉内が酸化雰囲気にな
らないから、溶湯発生後炉内に炭材を供給するのではな
く、スクラツプと共に炭材を予め炉内に装入しておくこ
ともできる。

（ハ） 炉内での二次燃焼方式の場合、炉の形状（プロ
フイル）やその他の制約から最適の燃焼空間とするのが
難しい。このため、過剰酸素量（酸素使用量の増加）、
不完全燃焼（未燃一酸化炭素）等の問題があり、エネル
ギーの有効利用が十分でないと共に、未燃一酸化炭素に
よる後段の工程における爆発の危険性等安全上からも好
ましくないのに対して、本発明のように別の燃焼室で燃
焼させる場合には、燃焼専用のため、最適の構造とする
ことができ、燃焼管理も容易である。

（ニ） また、例えば、上記燃焼室には、スクラツプ加
熱に必要な熱エネルギーに相当するガス供給し、過剰分
は燃焼室手前で未燃ガスの状態のまま分岐させ、本シス
テム以外の用途に有効利用することもできる。

５） 一対の炉で溶解と加熱を交互に繰り返し、アーク
による溶解を初期溶解に使用するから、アーク設備は一
対の炉に対して一基でよく、設備が経済的となる。ま
た、一方の炉のアーク溶解終了から他方の炉のアーク溶
解開始までに20〜25分程度あり、この間にアーク電極の
継足し作業等を行なうことができ、出鋼間隔の短縮とな
り、生成性の向上を図ることができる。

６） 燃焼室で燃焼後の高温排ガスでスクラツプを加熱
した後、該排ガスを利用して、さらにスクラツプの予熱
を行なうことができるから、極めて省エネルギーにな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は一方の炉本体でアーク溶解を、かつ他方の炉本
体でスクラツプ加熱を行なう場合の説明図、第２図は一
方の炉本体で炭材溶解を、かつ他方の炉本体でスクラツ
プ加熱を行なう場合の説明図、第３図は平面図、第４図
は操業パターンの一例を示す説明図、第５図は従来のス
クラツプ溶解炉の説明図である。 A,B……溶解炉、Ｃ……燃焼室、Ｅ……アーク電力供給
・溶解用装置、1a,1b……炉本体、15……電極、24a,24
b,25a,25b……ノズル、27a,27b……スクラツプ、28……
溶湯。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 貞夫 東京都千代田区大手町２丁目２番１号 石 川島播磨重工業株式会社内 (72)発明者 山田 隆光 東京都千代田区大手町２丁目２番１号 石 川島播磨重工業株式会社内 (72)発明者 蕎麦田 勝利 東京都千代田区大手町２丁目２番１号 石 川島播磨重工業株式会社内 (72)発明者 青鹿 雅行 東京都千代田区大手町２丁目２番１号 石 川島播磨重工業株式会社内 (72)発明者 数土 文夫 千葉県千葉市千城台東３丁目30番１号 (72)発明者 上杉 浩之 東京都杉並区本天沼１丁目22番20号 (56)参考文献 特開 昭60−174812（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−11710（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一対のアーク炉用炉体を用いて
   スクラップを溶解・精錬する方法であって、 一方の炉体においてアークにより上記スクラップを初期
   溶解する第１工程と、 この第１工程において生成された初期溶湯に、その融点
   を低下させるべく石炭、コークス等の炭材を接触させ
   て、該溶湯を加炭する第２工程と、 上記初期溶解によって上記一方の炉体内に所定量の溶湯
   が溜まった後、アーク溶解を停止し、該アーク溶解に代
   えて該溶湯中に酸素及び炭材を供給して、残余のスクラ
   ップを炭材溶解する第３工程と、 上記炭材溶解によって生成された溶湯に酸素を供給して
   脱炭する第４工程と からなる上記第１から第４の一連の工程により、上記一
   方の炉体内のスクラップを溶解・精錬する一方、 上記一連の工程において上記一方の炉体内で発生した可
   燃性ガスを上記一対の炉体外にて配設された燃焼室にお
   いて燃焼させた後、その燃焼ガスを他方の炉体内に導入
   して該炉体内のスクラップの加熱を行い、 これらスクラップの溶解・精錬および加熱の作業を上記
   一対の炉体において交互に行うことを特徴とするスクラ
   ップの溶解方法。