JPH10220971A - 金属の溶解方法及び装置 - Google Patents

金属の溶解方法及び装置

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JPH10220971A JP9024182A JP2418297A JPH10220971A JP H10220971 A JPH10220971 A JP H10220971A JP 9024182 A JP9024182 A JP 9024182A JP 2418297 A JP2418297 A JP 2418297A JP H10220971 A JPH10220971 A JP H10220971A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素バーナーの火炎で金属原料を効率よく溶
解することができるとともに、前記酸素バーナーに支燃
性ガスとして用いる酸素を経済的に供給することがで
き、全体的な金属の溶解コストを低減させることができ
る金属の溶解方法及び装置を提供する。 【解決手段】 酸素バーナー１１を備えた溶解部１２の
上方に内径小さな絞り部１４を介して予熱部１３を設け
た金属溶解炉１０を用いるとともに、酸素バーナー１１
の支燃性ガスとして、酸素濃度が６５〜９９％の低純酸
素を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属の溶解方法及
び装置に関し、詳しくは、鉄，銅，アルミニウム等のス
クラップや地金等を、酸素を支燃性ガスとした酸素バー
ナーで溶解する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】酸素を
支燃性ガスとする酸素バーナーで化石燃料を燃焼させ、
その燃焼熱で鉄，銅，アルミニウム等のスクラップや地
金を溶解させる金属溶解炉が知られている。このような
酸素バーナーを利用した金属溶解炉としては、例えば、
特表昭５６−５０１８１０号公報，特開平１−２１５９
１９号公報，特開平２−９３０１２号公報，特開平５−
２７１８０４号公報，特開平５−２７１８０７号公報等
に記載されている。
【０００３】これらの金属溶解炉は、一般に、酸素バー
ナーで金属原料を溶解する溶解部と金属原料を予熱する
予熱部とを備えているが、前記特表昭５６−５０１８１
０号公報や前記特開平１−２１５９１９号公報に記載さ
れた金属溶解炉は、溶解部の上方に開閉可能な鉄格子を
介して次チャージ分の金属原料を予熱する予熱部を設け
ている。しかし、このように溶解部の上方に鉄格子を設
けた金属溶解炉は、鉄格子が高熱に晒されるために水等
で冷却する必要があり、水冷熱損失が大きいだけでな
く、厳しい環境下にあるために水漏れや鉄格子の開閉に
異常を生じることがあるなどの欠点を有していた。
【０００４】また、前記特開平５−２７１８０７号公報
に記載された金属溶解炉は、いわゆる反射炉形式であ
り、金属原料は、炉側壁に設けられた傾斜通路を通って
溶解部からの排ガスで予熱されながら重力で溶解部内に
投入される。しかし、この場合は、高温の排ガスが予熱
部である傾斜通路の上部側空間を流れる傾向にあり、傾
斜通路の下部側を落下する金属原料を十分に予熱するこ
とが困難であり、また、自然落下で金属原料を投入する
ために落下速度の制御も困難であった。
【０００５】一般に、金属原料の予熱部を一体に有する
金属溶解炉においては、予熱部から溶解部への金属原料
の投入速度が熱効率に大きく影響を与える。すなわち、
金属原料の投入速度は、溶解部での溶解速度と略同等で
あることが好ましく、原料の投入速度が速すぎると溶解
部の下部に溶解金属と未溶解の金属とが混在し、さらに
は炉底からの熱損失で溶解金属が再固化する現象が生じ
ることもある。逆に投入速度が小さいと金属原料の投入
に要する時間が長くなるために必要以上にエネルギーを
消費することになる。
【０００６】また、酸素バーナーを使用した金属溶解炉
は、熱効率を５０％以上に高めることが可能であり、金
属溶解炉としての効率は優れているが、酸素を大量に消
費するため、酸素の製造に必要な電力量を考慮すると、
全体的な消費エネルギーが大きくなるという問題があっ
た。例えば、鉄１トン当たり約１２０Ｎｍ3 の酸素を消
費するので、この酸素を空気液化分離装置で高純酸素
（酸素濃度が９９％を超えるもの）として製造するため
には酸素１Ｎｍ3 当たり約０．４５ｋｗの電力を消費す
るから、全体として鉄１トン当たり約５５ｋｗの電力が
必要だった。
【０００７】そこで本発明は、予熱部から溶解部への金
属原料の投入速度を最適な範囲に制御することができ、
酸素バーナーのみで金属原料を効率よく溶解することが
できるとともに、前記酸素バーナーに支燃性ガスとして
用いる酸素を経済的に供給することができ、全体的な金
属の溶解コストを低減させることができる金属の溶解方
法及び装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の金属の溶解方法は、酸素を支燃性ガスとす
る酸素バーナーの火炎で金属原料を溶解する金属の溶解
方法において、前記酸素バーナーを備えた溶解部の上方
に、金属原料を予熱する予熱部を設け、溶解部と予熱部
との間に、溶解部及び予熱部の内径よりも小さな内径の
絞り部を設けた金属溶解炉を用いるとともに、前記酸素
バーナーの支燃性ガスとして、酸素濃度が６５〜９９％
の低純酸素を使用することを特徴としている。
【０００９】また、本発明の金属の溶解装置は、酸素を
支燃性ガスとする酸素バーナーの火炎で金属原料を溶解
する金属溶解炉と、前記酸素バーナーに支燃性ガスであ
る酸素を供給する酸素供給設備とを備えた金属の溶解装
置であって、前記金属溶解炉は、前記酸素バーナーを備
えた溶解部の上方に、金属原料を予熱する予熱部を設け
るとともに、溶解部と予熱部との間に、溶解部及び予熱
部の内径よりも小さな内径の絞り部を備えており、前記
酸素供給設備は、酸素濃度が６５〜９９％の低純酸素を
前記酸素バーナーに供給するものであることを特徴とし
ている。
【００１０】そして、本発明装置では、前記酸素供給設
備が、空気中の窒素を優先的に吸着する吸着剤を用いた
圧力変動式吸着分離装置であって、前記低純酸素の酸素
濃度が６５〜９４％であること、あるいは、酸素供給設
備は、空気を冷却液化して精留分離する空気液化分離装
置であること、あるいは、酸素供給設備は、高純酸素又
は低純酸素と空気とを混合して所定の酸素濃度の低純酸
素を発生する酸素混合装置であることを特徴としてい
る。
【００１１】本発明に用いられる前記酸素バーナーは、
上記低純酸素を支燃性ガスとして使用し、重油，灯油，
微粉炭，プロパンガス，天然ガス等の化石燃料を燃焼さ
せて高温の火炎を形成するものである。そして、酸素バ
ーナーとしては、例えば、特公平３−３１２２号公報や
特公平７−４３０９６号公報に開示されている酸素バー
ナーを使用することができるが、本発明はこれらに限定
されるものではなく、燃料の種類等に応じて、各種構造
のものが使用可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用した金属溶
解装置の第１形態例を示す系統図である。この金属溶解
装置に用いられる金属溶解炉１０は、酸素を支燃性ガス
とした酸素バーナー１１の燃焼熱のみで、鉄，銅，アル
ミニウム等のスクラップや地金等を溶解再生するための
ものである。そして、金属溶解炉１０は、下部に溶解部
１２を、上部に予熱部１３を一体的に設けるとともに、
溶解部１２と予熱部１３との間に絞り部１４を設けた構
造を有している。
【００１３】前記溶解部１２は、通常の金属溶解炉、例
えば電気炉等と略同様の内部形状を有しており、カーボ
ン５〜２０重量％を含むマグネシア−カーボン系の炉材
で作られている。また、溶解部１２の一側には、溶解処
理された溶湯を出湯するための出湯口１５が設けられて
いる。
【００１４】前記予熱部１３は、略円筒状に形成されて
おり、アルミナ−シリカ系の炉材で作られている。ま
た、予熱部１３の上部開口には、排気口１６ａを有する
蓋体１６が着脱可能に装着されている。
【００１５】前記絞り部１４は、予熱部１３から溶解部
１２に落下する金属原料１７の落下速度を制御するため
に設けられるもので、溶解部１２及び予熱部１３の各内
径よりも小さな内径で形成されている。この絞り部１４
は、クロミア１０〜３０重量％を含むマグネシア−クロ
ミア系の炉材で作られている。また、絞り部１４と大径
の溶解部１２あるいは予熱部１３との間は、図に示すよ
うに斜辺１２ａ，１３ａで接続してコーン状に形成する
ことが好ましい。この部分を曲面で接続することも可能
であるが、耐火物を内張りして形成する炉の場合は、耐
火物の内張り作業が面倒になる。この斜辺１２ａ，１３
ａが垂直に近くなると炉の高さが高くなり、水平に近く
なるとデッドスペースを生じて熱効率等が低下すること
があるため、通常は、水平線に対して溶解部１２の天井
部の斜辺１２ａは２０〜６０度程度、予熱部１３の底部
の斜辺１３ａは２０〜７０度程度に設定することが好ま
しい。
【００１６】前記絞り部１４の大きさは、炉の処理能力
や酸素バーナーの能力、金属原料の種類、溶解部１２及
び予熱部１３の大きさなどによって適当に設定すること
が可能であるが、通常は、予熱部１３の断面積を絞り部
１４の断面積の１．４〜５倍、好ましくは１．５〜４倍
の範囲になるように設定することが望ましい。また、予
熱部１３の実質的な容積と溶解部１２の実質的な容積と
の関係も、溶解能力に影響を与えるため、予熱部１３の
実質的な容積を、溶解部１２の実質的な容積の０．４〜
３倍、好ましくは０．５〜２倍の範囲になるように設定
することが望ましい。
【００１７】前記酸素バーナー１１は、必要な溶解能力
に応じて１本乃至複数本が溶解部１２の周壁に設けられ
たバーナー挿入孔１８に挿入されて設置されるもので、
その取付け位置は、溶解部１２の大きさなどに応じて炉
壁の垂直部あるいは前記天井部の適当な位置に設定する
ことができる。また、酸素バーナー１１は、溶解部１２
内に落下した金属原料１７を溶解部１２の底部側から溶
解させることができるように、火炎噴出方向が溶解部１
２の底部に向くように設けられている。
【００１８】前記酸素バーナー１１には、上記金属溶解
炉１０の近傍に設置された酸素供給設備３０から経路１
９を介して支燃性ガスとなる低純酸素が供給されるとと
もに、経路２０から重油や微粉炭等の燃料が供給されて
いる。これらの供給圧力は、通常、３〜１０ｋｇ／ｃｍ
2 の範囲である。
【００１９】本形態例に示す酸素供給設備３０は、空気
中の窒素を優先的に吸着する吸着剤を用いた圧力変動式
吸着分離装置であって、空気を原料として窒素を吸着分
離し、製品として低純酸素を発生させるものである。
【００２０】この圧力変動式吸着分離装置（ＰＳＡ装
置）は、窒素を優先的に吸着する吸着剤、例えばゼオラ
イトを充填した３本の吸着筒３１ａ，３１ｂ，３１ｃを
有する３筒式のＰＳＡ装置であって、原料である空気を
所定圧力に昇圧して前記吸着筒に供給する送風機３２
と、前記吸着筒内を真空排気する真空ポンプ３３と、前
記吸着筒から導出された製品酸素を一時貯留する製品貯
槽３４と、再生工程や加圧工程の際のガス流量を制御す
る流量制御弁３５，３６及び製品酸素ガス供給量を制御
する流量調節弁３７と、各吸着筒を吸着工程，再生工程
等に切換えるための多数の自動弁Ｖとを備えている。
【００２１】上記酸素ＰＳＡ装置は、上記多数の自動弁
Ｖを所定の順序で開閉して連続的に酸素ガスを発生する
ものであり、各吸着筒を吸着工程と再生工程とに順次切
換えることにより、連続的に酸素ガスを発生させる。例
えば、吸着筒３１ａが吸着工程のときには、該吸着筒３
１ａで空気中の酸素と窒素との分離が行われており、空
気中の窒素が筒内の吸着剤に優先的に吸着され、酸素が
吸着筒３１ａから製品貯槽３４に送られている。また、
他の吸着筒３１ｂ，３１ｃでは、均圧操作や真空ポンプ
３３による排気操作、パージ操作，加圧操作等による再
生工程が行われており、所定時間経過後に、再生工程を
終えた吸着筒が吸着工程に入り、吸着工程を行っていた
吸着筒３１ａが再生工程に入るようになっている。
【００２２】さらに、前記製品貯槽３４は、流量調節弁
３７から前記経路１９を介して酸素バーナー１１に供給
する酸素の圧力及び流量を安定化させるために設けられ
るものであるが、この製品貯槽３４内に、吸着剤３４
ａ、例えば前記ゼオライト等を充填しておくことによ
り、供給する酸素の酸素濃度も安定化させることができ
る。なお、製品貯槽３４の上流側には、必要に応じて製
品酸素を昇圧するための酸素圧縮機３８を設けることが
できる。
【００２３】このようなＰＳＡ装置では、空気中の酸素
とアルゴンとを分離することが困難であり、製品酸素中
にアルゴンが混入するため、得られる製品酸素の濃度
（酸素純度）は、約９６％（この場合、残部はほとんど
がアルゴン）が上限とされている。
【００２４】一般的に、鋼等の金属の品質に対し、アル
ゴンはほとんど影響しないが、窒素は金属中に溶解した
り、凝固時に析出したりして介在物となって残留するた
め、鋼材等の金属材料の劣化の原因となる場合がある。
したがって、従来は、できるだけ酸素濃度の高いガスを
支燃性ガスとして用いるようにしていた。しかし、従来
からのスクラップの溶解製品の多くは、窒素に対する感
受性が低く、また、燃料の燃焼排ガスにより希釈される
ため、支燃性ガス中に窒素が含まれていても問題のない
場合が多い。
【００２５】ここで、前記酸素バーナー１１において
は、用いる支燃性ガスの酸素濃度と火炎温度とに相関関
係があり、酸素バーナー自体は、酸素濃度が４０％以上
の支燃性ガスを用いることにより、２５００℃以上の高
温の燃焼火炎を得ることが可能である。したがって、金
属を溶解するに際しては、酸素濃度４０％以上で、か
つ、窒素の影響のない範囲の酸素濃度の支燃性ガスを用
いることにより、金属を溶解するのに十分な火炎温度
と、品質的に問題のない金属製品を得ることが可能とな
る。但し、窒素混入量が多くなると、燃焼に全く寄与し
ない窒素を昇温するためのエネルギーロスが生じるの
で、窒素混入量が多くなると、熱効率が低下することに
なる。
【００２６】また、前記ＰＳＡ装置における製品酸素の
電力原単位は、図２に破線Ａで示すように、製品として
採取する酸素の酸素濃度が低下するのに伴って電力原単
位も減少する傾向にあり、酸素濃度を９５％以上にする
と急激に電力原単位が上昇する。
【００２７】このようなことから、前記構造の金属溶解
炉１０を用いて酸素バーナー１１により金属原料を溶解
するにあたっては、支燃性ガスの酸素濃度として、消費
エネルギーを低く抑えるための最適な酸素濃度範囲が存
在することになる。すなわち、酸素濃度の高い支燃性ガ
スを用いると、金属溶解炉１０における金属の溶解効率
は高いものとなるが、支燃性ガスの製造コストが上昇す
るために全体としての金属溶解コストは比較的高くな
る。一方、酸素濃度が低い支燃性ガスを用いると、支燃
性ガスの製造コストは低くなるが、金属溶解炉１０にお
ける効率が低下するため、金属原料の溶解に長時間を要
し、支燃性ガスや燃料を大量に消費することになり、結
果的に金属溶解コストを下げることはできない。
【００２８】本発明者らの検討結果によれば、前記ＰＳ
Ａ装置により酸素バーナー１１の支燃性ガスを製造する
場合は、酸素濃度が６５〜９４％の低純酸素、好ましく
は６８〜９０％、特に酸素濃度が７５〜８５％の低純酸
素を支燃性ガスとして用いることにより、金属溶解炉１
０における溶解効率を損なうことなく酸素製造コストの
低減が図れ、全体としての金属溶解コストを低減するこ
とができる。
【００２９】図３は、本発明の第２形態例を示すもの
で、酸素バーナー１１に酸素を供給する酸素供給設備４
０として空気液化分離装置を使用した例を示すものであ
る。本形態例における金属溶解炉２１は、溶解部１２の
底部に溶湯を撹拌するためのガスを吹込む溶湯撹拌用ノ
ズル２２を設けるとともに、絞り部１４の中間部に、溶
解部１２と予熱部１３とを分離するための分離部２３を
設けたものであって、これ以外は、前記第１形態例の金
属溶解炉１０と略同様に形成できるため、前記第１形態
例の金属溶解炉１０における構成要素と同一の構成要素
には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３０】本形態例で酸素供給設備４０として用いた
空気液化分離装置は、原料空気圧縮機４１，吸着器４
２，主熱交換器４３，膨張タービン４４，高圧塔（下部
塔）４５，低圧塔（上部塔）４６，主凝縮蒸発器４７，
副凝縮器４８，過冷器４９，炭化水素吸着器５０等から
なるものであって、前記副凝縮器４８で蒸発した酸素を
金属溶解炉２１の酸素バーナー１１に供給するように形
成されている。
【００３１】原料空気圧縮機４１で圧縮された原料空気
は、吸着器４２で精製され、主熱交換器４３で冷却され
た後、一部が膨張タービン４４を介して低圧塔４６に、
残部が高圧塔４５にそれぞれ導入されて液化精留分離さ
れ、低圧塔４６の上部の窒素ガスと、下部の液化酸素と
に分離する。この液化酸素は、副凝縮器４８で高圧塔４
５からの窒素ガスにより加熱されて蒸発し、酸素ガスと
なり、主熱交換器４３で常温に戻って経路５１に導出さ
れる。経路５１の酸素ガスは、酸素圧縮機５２で所定の
圧力まで昇圧した後、流量や圧力の調節を行う調節器５
３等を介して所定圧力、所定流量及び所定酸素濃度で酸
素バーナー１１に供給される。
【００３２】このような空気液化分離装置は、精留条件
の設定によって１００％近い高純酸素を製造することが
でき、通常の酸素製造プラントでは９９．５％Ｏ2 の高
純酸素を製造する条件で運転されているが、この空気液
化分離装置も前記ＰＳＡ装置と同様、図２に実線Ｂで示
すように、採取する酸素の酸素濃度と電力原単位とに相
関関係があり、酸素濃度を高くするほど電力原単位も上
昇する傾向にある。したがって、この空気液化分離装置
を酸素バーナー１１の酸素供給設備４０として使用する
場合も、前述のＰＳＡ装置の場合と同様に、酸素濃度範
囲を適切に設定することにより、金属の溶解に要するコ
ストを低減することができる。
【００３３】さらに、本形態例に示すように、採取する
酸素ガスを、副凝縮器４８で蒸発させて得ることによ
り、高圧塔４５の運転圧力を下げることができ、原料空
気圧縮機４１の電力消費量を低減して酸素濃度９０％程
度の低純酸素を、より低コストで得ることができる。
【００３４】また、前記溶湯撹拌用ノズル２２は、溶湯
内にガスを吹き込んで溶湯を撹拌することにより、溶湯
を均一に加熱できるようにするものであり、この溶湯撹
拌用ノズル２２から吹込むガスには、アルゴン等の不活
性ガスが用いられており、本形態例では、空気液化分離
装置の低圧塔４６の上部に分離した窒素ガスを、窒素圧
縮機５４で所定圧力まで昇圧した後、経路２４を介して
溶湯撹拌用ノズル２２に供給している。また、空気液化
分離装置にアルゴン分離機能を持たせることにより、ア
ルゴンを撹拌用ガスとして用いることもできる。
【００３５】図４は、本発明の第３形態例を示すもの
で、酸素バーナー１１に酸素を供給する酸素供給設備６
０として酸素空気混合装置を使用した例を示すものであ
る。本形態例における金属溶解炉２５は、溶解部１２の
上部に二次燃焼用酸素ノズル２６を設けたものであっ
て、これ以外は、前記第１形態例の金属溶解炉１０と略
同様に形成できるため、前記第１形態例の金属溶解炉１
０における構成要素と同一の構成要素には同一符号を付
して詳細な説明は省略する。
【００３６】酸素供給設備６０として用いる酸素空気混
合装置は、経路６１から供給される酸素と経路６２から
供給される空気とを混合容器６３内で混合して所望の酸
素濃度の酸素を得るものである。前記混合容器６３内に
は、両者の混合を促進するためのフィン６４や撹拌ファ
ン６５を必要に応じて設けておくことができる。この酸
素空気混合装置から得られた所定酸素濃度の酸素は、経
路６６からバッファタンク６７や適宜設けられた流量調
節器や圧力調節器を経て酸素バーナー１１や二次燃焼用
酸素ノズル２６に供給される。
【００３７】前記経路６１から供給する酸素は、高純酸
素である必要はなく、酸素濃度９０％程度、あるいはそ
れ以下の低純酸素であってもよい。但し、酸素バーナー
１１に供給する酸素濃度が６５％未満になると、金属溶
解炉２５における効率が悪化するので、空気と混合後の
酸素濃度が６５％以上、好ましくは６８％以上、特に好
ましくは７５％以上になる酸素濃度の酸素を供給するこ
とが望ましい。
【００３８】また、図４では、酸素バーナー１１と二次
燃焼用酸素ノズル２６とに同じ酸素濃度の酸素を供給し
ているが、二次燃焼用酸素ノズル２６には、空気と混合
させる前の比較的濃度の高い酸素を供給するようにして
もよい。
【００３９】なお、前記二次燃焼用酸素ノズル２６は、
溶解部１２内に酸素を吹き込んで、溶解時に金属原料や
副原料等から発生した可燃成分を燃焼させて熱効率を向
上させるものであって、溶解部１２の大きさなどに応じ
て炉壁の適当な位置に適当な方向で設けることができ
る。
【００４０】以上各形態例に示すように、酸素バーナー
１１に低純酸素を供給する設備として各種のものを用い
ることができ、これらの任意のものを用いることができ
るが、例えば、前記ＰＳＡ装置は、設備費が比較的安価
で、空気液化分離装置に比べて金属溶解炉の操業条件に
合わせて起動や停止を比較的容易に行えるという利点を
有している。また、空気液化分離装置は、大量の酸素を
容易にかつ安価に製造することができるので、規模の大
きな金属溶解設備に適しており、他の設備で高純酸素や
高純窒素等を使用する場合は、これらのガスの供給設備
と兼用できるという利点を有している。一方、酸素空気
混合装置は、酸素の製造コストの低減効果は小さいが、
金属溶解設備の近傍にＰＳＡ装置や空気液化分離装置を
設置するスペースがなく、酸素を液化酸素（一般に高純
酸素）の状態で供給されたものを使用しなければならな
いときや、他の設備との関係で高純酸素製造装置が設置
されているときなどに好適である。また、金属塩溶液を
使用した化学吸着空気分離装置を酸素供給設備として用
いることができる。
【００４１】なお、金属溶解炉と酸素供給設備との組合
わせは、上記形態例に限定されるものではなく、任意の
組合わせで実施することが可能であり、金属溶解炉や酸
素供給設備の細部の構造や構成も、溶解する金属の種類
や量、酸素バーナーに供給する酸素濃度や量等に応じて
適宜最適な構造や構成及び酸素供給設備の運転方法を選
択することができる。
【００４２】
【実施例】
実施例１ 図１に示す構造の金属溶解炉を使用して鉄スクラップ
（ヘビー屑）１トンを溶解し、酸素バーナーに供給する
支燃性ガスの酸素濃度を変化させ、酸素濃度に対する溶
解時間，支燃性ガス量，歩留，熱効率をそれぞれ測定し
た。なお、出湯温度は１６３０℃の一定とした。
【００４３】使用した金属溶解炉における溶解部の大き
さは、全高８０ｃｍ，内径９０ｃｍ，天井の角度は約３
０度であり、絞り部の内周面の高さ寸法は約２０ｃｍで
ある。また、予熱部の実質的な容積と溶解部の実質的な
容積との比は約１：１とし、予熱部の断面積は絞り部の
断面積の１．５倍とした。この金属溶解炉に鉄スクラッ
プ１トンを投入すると、予熱部及び溶解部の内部には、
それぞれ約５００ｋｇの鉄スクラップが存在することに
なり、この鉄スクラップの全てが溶解したときの浴面高
さは約２２ｃｍとなる。
【００４４】酸素バーナーは、溶解部の傾斜した天井部
に、水平面に対して約６０度傾斜させた状態で炉底中心
方向に向けて３本設置した。この酸素バーナーの設置位
置は、溶解部の全体容積を１としたときの酸素バーナー
吐出口より下方の溶解部の容積割合を示す比率で０．４
５となる位置であり、火炎の方向は、炉底面上での溶解
部重心を中心とした直径６３ｃｍの円の円周部に向くよ
うにした。各酸素バーナーには、燃料として微粉炭（揮
発成分３５％，発熱量６９００ｋｃａｌ／ｋｇ）を３本
合計で毎時１１０ｋｇで供給するとともに、約６００℃
に加熱した支燃性ガスを、酸素濃度の違いに関係なく、
燃料に対する酸素比が１．０となるように供給した。火
炎温度は、最高で約２８００℃に達した。
【００４５】結果を図５に示す。なお、熱効率は次式に
より求めた。η＝ＨＹ／Ｑ （式中、ηは熱効率，Ｈは
溶解後の金属１トン当たりの熱容量，Ｙは溶解歩留，Ｑ
は金属原料１トンを溶解するのに要したバーナーでの燃
焼熱量である。）
【００４６】実施例２ 酸素バーナーとして重油を使用するものを用いた以外は
実施例１と同じ金属溶解炉を使用して同様の実験を行っ
た。重油の流量は、酸素バーナー３本合計で毎時９０リ
ットルとし、支燃性ガスは、該ガス中の酸素分の流量が
３本合計で１８０Ｎｍ3 ／ｈになる流量で供給した。
【００４７】前記同様にヘビー屑１トンの溶解処理を行
い、溶解に要する時間及び生成溶湯の量をそれぞれ測定
し、熱効率及び歩留等を算出した。支燃性ガスの酸素濃
度に対する熱効率，歩留及び酸素純分量を図６に示す。
また、ＰＳＡ装置と空気液化分離装置とにおけるそれぞ
れの酸素濃度と鉄１トン当たり電力原単位との関係を図
７に示す。さらに、図８には、空気液化分離装置で酸素
濃度９８％の酸素を製造し、これを酸素空気混合装置で
空気と混合して各濃度の支燃性ガスを得た場合と、空気
液化分離装置で各濃度の酸素を製造した場合（空気混合
なし）とにおける電力原単位を示し、図９には、ＰＳＡ
装置で酸素濃度９５％の酸素を製造し、これを酸素空気
混合装置で空気と混合して各濃度の支燃性ガスを得た場
合と、ＰＳＡ装置で各濃度の酸素を製造した場合（空気
混合なし）とにおける電力原単位を示す。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属の溶
解方法及び装置によれば、まず、溶解部の上方に絞り部
を介して予熱部を連設した金属溶解炉を用いることによ
り、金属原料の予熱を効率よく行えるとともに、予熱部
から溶解部に落下する金属原料量を最適な速度に制御す
ることができるので、従来の鉄格子のような原料投入量
を制御する機器を設ける必要がなく、簡単な構造の溶解
炉で鉄，銅，アルミニウム等のスクラップや地金等を効
率よく溶解処理することができ、炉の構造の簡略化によ
り製造コストや保守コストの低減が図れるとともに、熱
効率の向上や溶解時間の短縮も図れる。
【００４９】そして、金属溶解炉の酸素バーナーの支燃
性ガスとして、酸素濃度が６５〜９９％の低純酸素を使
用することにより、酸素の製造に要するコストを低減さ
せることができ、全体としての金属溶解コストを大幅に
低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の金属溶解装置の第１形態例を示す系
統図である。
【図２】 製品酸素の酸素濃度と電力原単位との関係を
示す図である。
【図３】 本発明の金属溶解装置の第２形態例を示す系
統図である。
【図４】 本発明の金属溶解装置の第３形態例を示す系
統図である。
【図５】 支燃性ガスの酸素濃度に対する溶解時間，支
燃性ガス量，歩留，熱効率の関係を示す図である。
【図６】 支燃性ガスの酸素濃度に対する熱効率，歩留
及び酸素純分量の関係を示す図である。
【図７】 支燃性ガスの酸素濃度と鉄１トン当たり電力
原単位との関係を示す図である。
【図８】 空気液化分離装置で酸素濃度９８％の酸素を
製造し、これを酸素空気混合装置で空気と混合して各濃
度の支燃性ガスを得た場合と、空気液化分離装置で各濃
度の酸素を製造した場合（空気混合なし）とにおける電
力原単位を示す図である。
【図９】 ＰＳＡ装置で酸素濃度９５％の酸素を製造
し、これを酸素空気混合装置で空気と混合して各濃度の
支燃性ガスを得た場合と、ＰＳＡ装置で各濃度の酸素を
製造した場合（空気混合なし）とにおける電力原単位を
示す図である。
【符号の説明】
１０…金属溶解炉、１１…酸素バーナー、１２…溶解
部、１３…予熱部、１４…絞り部、１５…出湯口、１６
…蓋体、１７…金属原料、１８…バーナー挿入孔、２２
…溶湯撹拌用ノズル、２３…分離部、２６…二次燃焼用
酸素ノズル、３０…酸素供給設備、３１ａ，３１ｂ，３
１ｃ…吸着筒、３２…送風機、３３…真空ポンプ、３４
…製品貯槽、３５，３６…流量制御弁、３７…流量調節
弁、４１…原料空気圧縮機、４２…吸着器、４３…主熱
交換器、４４…膨張タービン、４５…高圧塔、４６…低
圧塔、４７…主凝縮蒸発器、４８…副凝縮器、４９…過
冷器、５０…炭化水素吸着器、５２…酸素圧縮機、５３
…調節器、５４…窒素圧縮機、６３…混合容器、６４…
フィン、６５…撹拌ファン、６７…バッファタンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 伸明 山梨県北巨摩郡高根町下黒沢3054−３ 日 本酸素株式会社内 (72)発明者 井上 篤 神奈川県川崎市幸区塚越４−320 日本酸 素株式会社内 (72)発明者 本田 秀幸 神奈川県川崎市川崎区小島町６−２ 日本 酸素株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 酸素を支燃性ガスとする酸素バーナーの
    火炎で金属原料を溶解する金属の溶解方法において、前
    記酸素バーナーを備えた溶解部の上方に、金属原料を予
    熱する予熱部を設け、溶解部と予熱部との間に、溶解部
    及び予熱部の内径よりも小さな内径の絞り部を設けた金
    属溶解炉を用いるとともに、前記酸素バーナーの支燃性
    ガスとして、酸素濃度が６５〜９９％の低純酸素を使用
    することを特徴とする金属の溶解方法。
  2. 【請求項２】 酸素を支燃性ガスとする酸素バーナーの
    火炎で金属原料を溶解する金属溶解炉と、前記酸素バー
    ナーに支燃性ガスである酸素を供給する酸素供給設備と
    を備えた金属の溶解装置であって、前記金属溶解炉は、
    前記酸素バーナーを備えた溶解部の上方に、金属原料を
    予熱する予熱部を設けるとともに、溶解部と予熱部との
    間に、溶解部及び予熱部の内径よりも小さな内径の絞り
    部を備えており、前記酸素供給設備は、酸素濃度が６５
    〜９９％の低純酸素を前記酸素バーナーに供給するもの
    であることを特徴とする金属の溶解装置。
  3. 【請求項３】 前記酸素供給設備は、空気中の窒素を優
    先的に吸着する吸着剤を用いた圧力変動式吸着分離装置
    であって、前記低純酸素の酸素濃度が６５〜９４％であ
    ることを特徴とする請求項２記載の金属の溶解装置。
  4. 【請求項４】 前記酸素供給設備は、空気を冷却液化し
    て精留分離する空気液化分離装置であることを特徴とす
    る請求項２記載の金属の溶解装置。
  5. 【請求項５】 前記酸素供給設備は、高純酸素又は低純
    酸素と空気とを混合して所定の酸素濃度の低純酸素を発
    生する酸素混合装置であることを特徴とする請求項２記
    載の金属の溶解装置。
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