JPH10237529A - アーク炉設備の操業方法及びアーク炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の炉体をそなえるアーク炉設備におけ
る、溶解，精錬操業中のアーク炉から生じる高温排ガス
を、主原料を装入した他のアーク炉に導いて、この主原
料を予熱するアーク炉設備の操業方法において、排ガス
が有する顕熱及びCOガスの燃焼による二次燃焼熱を、ス
クラップ予熱のために極力有効に寄与させることによ
り、エネルギー高効率化を図り、ひいては溶解操業時間
の短縮、電力原単位の低減を図る。 【解決手段】 溶解，精錬操業中のアーク炉では、排滓
口10を閉じ、外気の混入を防止しつつ炉内で発生するCO
ガスの排出を行う。他のアーク炉では、上記COガスを、
燃焼塔７を介することなく炉内に導くとともに、炉体側
壁に設けた羽口14より酸素含有ガスを供給して二次燃焼
させ、主原料をCOガス顕熱及び燃焼熱により予熱を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶解，精錬操業
中のアーク炉から生じる高温排ガスを、主原料を装入し
た他のアーク炉に導いて、この主原料を予熱する如きア
ーク炉設備の操業方法に関し、特に、排ガスの顕熱のみ
ならず二次燃焼熱を予熱のために有効活用することによ
り、溶解，精錬時間の短縮や電力原単位の低減を可能と
する操業方法を、その方法に用いて有利なアーク炉と共
に提案しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】アーク炉に投入される電力エネルギーの
うち、溶解、精錬等に活用されないものの多くは排ガス
顕熱としてアーク炉から排出されるため、この排ガス顕
熱を有効に活用することが、エネルギー効率の向上の観
点からアーク炉の操業に際して重要となる。

【０００３】そのため、アーク炉から排出された排ガス
顕熱を利用して、スクラップ等の溶解しようとする主原
料を予熱することにより、この固体主原料の溶解に必要
な電力を低減する方法が知られている。この予熱方法と
しては、アーク炉の炉体とは別に予熱槽を設け、この
予熱槽に主原料をバケットと共に搬入してからアーク炉
からの排ガスを導入して予熱を行う、いわゆるスクラッ
ププレヒーター（Scrap Pre-Heater；以下SPH と記
す。）方式と、二体のアーク炉（以下、TWIN炉と記
す。）をダクトで連通し、溶解，精錬操業を行っている
一方のアーク炉から生ずる排ガスを、ダクトを通じ燃焼
塔での無害化を経て、主原料を予め装入しておいた他方
のアーク炉に導くことで予熱を行い、かつ、この他方の
アーク炉で溶解，精錬操業を行う時には、一方のアーク
炉で予熱を行うというように、溶解，精錬と予熱を交互
に繰り返す方式とがある（例えば、日本鉄鋼協会編「最
近のアーク炉製鋼法の進歩（第３版）」(1993),p.23
1）。これらの予熱法の採用によって、予熱を行わない
場合に比較してSPH 方式で20〜25kWh/t 、TWIN炉で30kW
h/t の電力原単位削減効果が得られたと報告されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たSPH 方式では悪臭や白煙の発生、更にはスクラップバ
ケットの変形といった問題があるため、予熱温度を現状
以上に上げることができないために、排ガス顕熱の回収
には限界があった。また、TWIN炉では前記の悪臭や白煙
の発生、スクラップバケットの変形といった問題が生じ
ないため、予熱温度を相対的に高めることができるるも
のの、SPH 方式より高い５〜10kWh/t の電力が削減され
るに過ぎない。これはガス温度が、溶解，精錬操業中の
アーク炉内の溶鋼から発生した時点では高温であって
も、アーク炉の排滓孔や燃焼塔の入側集合管から吸引さ
れた常温の空気と混合するために、予熱炉ヘ導入した時
点では排ガスの温度が低下していることによるものと考
えられる。すなわち、溶解，精錬中のアーク炉から発生
したCOガスは、吸引され混合した空気中の酸素によって
二次燃焼し、発熱するとはいえ、アーク炉内から発生し
たCOガス量に比較して吸引空気量が多い場合には、排ガ
ス温度はむしろ低下する。また、仮に、吸引空気量が少
なく、高い排ガス温度が得られた場合であっても、その
顕熱は燃焼塔の冷却水に熱交換されてしまい、結局のと
ころスクラップ予熱への利用率は小さいのである。

【０００５】そこで、アーク炉内から発生したCOガスの
二次燃焼熱をスクラップ予熱に有効利用しようとする方
法が、特公昭63-1366 号公報に開示されている。この方
法は、溶解炉から発生した排ガスを燃焼塔を介さずに予
熱炉へ導き、予熱炉内に酸素含有気体を吹き込むことに
より、予熱炉内で排ガスを２次燃焼させてスクラップ予
熱を行うという方法である。しかしながら、この方法で
も、やはり以下の理由で顕著な電力削減効果は得られな
かった。というのは、溶解，精錬操業中のアーク炉内に
おいて溶鋼から発生したCOガスの大部分は、炉体に設け
た排滓孔から吸引した空気により、既に二次燃焼を完了
しており、予熱炉内で二次燃焼するCOガスの割合は少な
いためである。ちなみに、発明者らがアーク炉内のガス
サンプリングを行い、その組成を調査した結果によれ
ば、炉内ガス中のCO濃度は高々20％程度に過ぎなかっ
た。

【０００６】そこで、この発明は、上記の問題を有利に
解決し、排ガスがそなえる顕熱及びCOガスの燃焼による
二次燃焼熱を、スクラップ予熱のために極力有効に寄与
させることにより、エネルギー高効率化を図り、ひいて
は溶解操業時間の短縮、電力原単位の低減を可能とする
アーク炉設備の操業方法を、その有利なアーク炉ととも
に提案することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の炉体
をそなえるアーク炉設備における、溶解，精錬操業中の
アーク炉から生じる高温排ガスを、主原料を装入した他
のアーク炉に導いて、この主原料を予熱するアーク炉設
備の操業方法であって、溶解，精錬操業中のアーク炉で
は、排滓口を閉じ、外気の混入を防止しつつ炉内で発生
するCOガスの排出を行い、他のアーク炉では、上記COガ
スを、燃焼塔を介することなく炉内に導くとともに、炉
体側壁に設けた羽口より酸素含有ガスを供給して二次燃
焼させ、主原料をCOガス顕熱及び燃焼熱により予熱する
ことを特徴とするアーク炉設備の操業方法である。

【０００８】また、この発明は、溶解，精錬期、予熱期
に応じた排滓口の開閉手段をそなえるとともに側壁に酸
素含有ガスの吹き込み羽口を設けたことを特徴とするア
ーク炉である。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明のアーク炉設備の操業方
法によれば、溶解，精錬操業中のアーク炉においては、
排滓口を閉じ、外気の混入を防止しつつ炉内で発生する
COガスの排出を行いうことから、炉内に空気が吸引され
てCOガスの濃度が低下したり、溶解炉で二次燃焼するこ
とを極力防止でき、よって予熱を行う他のアーク炉内に
てCOガスを二次燃焼させて、主原料の予熱のために十分
に活用することができる。

【００１０】また、主原料の予熱を行う他のアーク炉で
は、上記COガスを、燃焼塔を介することなく炉内に導く
とともに、炉体側壁に設けた羽口より酸素含有ガスを供
給することから、溶解，精錬操業中のアーク炉から発生
したCOガスが燃焼塔段階で二次燃焼をすることなしに予
熱炉内ヘ導入され、予熱炉の羽口から供給される酸素含
有ガスによって、予熱をするアーク炉内で二次燃焼する
ことから、炉内での二次燃焼が主原料の予熱のために有
効に寄与する。

【００１１】更に、この発明のアーク炉は、溶解，精錬
期、予熱期に応じた排滓口の開閉手段をそなえるととも
に側壁に酸素含有ガスを吹き込む羽口を設けたことか
ら、溶解，精錬操業中においては、排滓口を閉じて、外
気が炉内に混入されるのを極力防止することができ、ま
た、予熱操業中においては、側壁に設けた羽口から酸素
含有ガスを炉内に供給することにより、炉内での二次燃
焼を十分に行うことができ、装入した主原料の予熱に貢
献する。

【００１２】以下、この発明を図面を用いて具体的に説
明する。図１に、この発明のアーク炉の操業方法を用い
て好適なアーク炉設備の一実施例を示す。図１(a) は平
面図、同図(b) は正面図である。図中１，２はアーク炉
の炉体であり、この例では２体を一組として主原料の予
熱及び溶解，精錬を交互に切り換えて行うようにしてあ
る。

【００１３】各アーク炉の炉蓋３には排ガスの排出孔が
形成され、この排出孔に排ガス排出ダクト４が接続され
る。この排ガス排出ダクト４は、下流で分岐し、一方は
他の炉体の出鋼孔５の上部に連なる排ガス導入ダクト６
と接続され、他方は燃焼塔７と接続される。この燃焼塔
の下流にはダクトを経て排気ファン８が設けられ、予熱
のために二次燃焼させた後の排ガスを吸引し、未燃ガス
を完全に燃焼させるようにしてある。

【００１４】上記排ガス排出ダクト４及び排ガス導入ダ
クト６内に複数のバルブ、例えばバタフライ弁９が配設
され、このバタフライ弁９の開閉により排ガスの流路を
制御可能としている。すなわち、排ガス排出ダクト４と
燃焼塔７との間、排ガス排出ダクト４と排ガス導入ダク
ト６との間及び排ガス導入ダクト６と出鋼孔の上部との
間にそれぞれバタフライ弁を設け、弁の開閉動作で排ガ
スの流路を制御する。

【００１５】一方、アーク炉１，２は同一構造のアーク
炉（図示の例では交流アーク炉）であり、以下の特徴を
有する。排滓口の開閉を行うスラグドア10は、炉内の気
密性を保つことができる構造として、溶解、精錬中は、
このスラグドアを閉じ、外気が炉内に流入しないような
状態で操業を行う。この炉内の気密性を保つ具体的手段
は、例えば、スラグドアの開閉（一般的には上下方向）
機構に加えて、油圧シリンダ等による炉半径方向への駆
動機構を付加することにより、スラグドアを閉じた際に
スラグドアが炉体に密着する構造としスラグドアと炉体
間のクリアランスをなくす方法がある。かくして、溶
解，精錬操業中のアーク炉においては、溶解，精錬操業
中により発生するCOガスに外気の酸素が混入し溶解，精
錬操業中の炉内で燃焼する如き不都合を生ずることなし
に排ガス排出ダクトに導くことができ、よって予熱炉で
の二次燃焼に有効に寄与する。

【００１６】なお、上記のように溶解，精錬操業を、ス
ラグドアを閉じた状態で行うことから、操業中の流滓は
行わず、出鋼後に排滓を行うことで対処する。したがっ
て、アーク炉の傾動設備は出鋼後の排滓が可能となるよ
うな、炉傾動角を有することが望ましい。また、炉蓋３
に設けた排ガス排出孔11と排ガス排出ダクト４との間隙
及び、出鋼孔５の上部に設けた排ガス導入口（図示せ
ず。）と排ガス導入ダクト６との間隙は、それぞれ上下
に昇降可能なスカート12により気密性を保つ構造となっ
ている。

【００１７】更に、炉蓋３の排滓側からは送酸ランス13
が装入されるとともに、炉壁には二次燃焼用酸素供給羽
口14が設けてある。

【００１８】以下、図１に示した実施例によりこの発明
における操業方法を説明するが、この実施例では、製鋼
の際のスクラップを予熱したり溶解，精錬をするのに用
いる例を説明する。アーク炉１を溶解，精錬操業に供す
る炉（以下、溶解炉ともいう。）、アーク炉２を予熱を
行う炉（以下、予熱炉ともいう。）として操業を行う場
合を考えると、アーク炉１内でアークを生じさせるとと
もに、送酸ランス12から酸素を供給してスクラップの溶
解及び溶鋼の精錬を行う。一方、もう片方のアーク炉２
では、スクラップを装入した状態で待機する。

【００１９】この際、アーク炉１より発生したガスは、
ダクト内のバタフライ弁９の開閉によって、図１内に矢
印で示した流路にて排ガス排出ダクト４より排ガス導入
ダクト６を経てアーク炉２に導入される。この際、アー
ク炉２の二次燃焼用酸素供給羽口13から供給された酸素
により、導入された排ガス中のCOはアーク炉２の炉内で
下記の発熱反応を生じるため、ガス温度が上昇する。CO
＋1/2 O₂＝CO₂ ΔＨ°＝−393.5 kJ/mol (at 298K)こ
うしてアーク炉２内に導入され、二次燃焼したガスは、
装入されたスクラップとの間隙を通過して排ガス排出ダ
クト４、燃焼塔７を経て放出されるのであるが、その際
にスクラップと熱交換されることによってアーク炉２内
のスクラップの予熱が行われることになる。

【００２０】アーク炉１の出鋼が完了すると、アーク炉
２ではアーク通電、及び送酸を行って溶解、精錬を開始
する。前記のアーク炉１からの排ガスの導入とアーク炉
２内での二次燃焼によるスクラップの予熱効果でアーク
炉２でのアーク通電によるスクラップ溶解時間は短縮さ
れ、その結果、アーク通電に要する電力量の低減がもた
らされる。なお、アーク炉２から発生する排ガスは前述
したルートとは逆に、スクラップを装入したアーク炉１
に導入され、アーク炉１内のスクラップを予熱する。

【００２１】この発明は、従来の技術とは異なり、溶解
炉の通電開始から出鋼開始までの操業時間は排滓口を閉
じ、密閉状態で操業を行うため、予熱炉内にCO濃度が高
い、かつ高温のガスを導入し、二次燃焼させることが可
能となる。したがって、排ガスの顕熱及び二次燃焼熱を
最も有効にスクラップ予熱に利用することができる。ま
た、スクラップ予熱をアーク炉内で行うことから、悪臭
や白煙の発生、スクラップバケットの変形といった問題
もない。

【００２２】

【実施例】図１に示した設備になる100 t ツイン交流ア
ーク炉を用いて、この発明による操業を実施した。主原
料はスクラップを70t 、溶銑を30t として以下の手順で
操業を行った。まず、アーク炉１に初装のスクラップ70
t を装入し、10分間通電を行ってスクラップをボーリン
グする。この間、アーク炉１の排ガスは排ガス排出ダク
ト４から直接燃焼塔７へ吸引するように排ガス排出ダク
ト４及び排ガス導入ダクト６内のバタフライ弁９を設定
する。また、アーク炉１でスクラップのボーリングを行
っている間にアーク炉２には初装スクラップ70t を装入
して待機する。アーク炉１での10分間のスクラップボー
リングが完了したら、アーク炉１の排ガスがアーク炉２
に導入できるよう排ガス排出ダクト４及び排ガス導入ダ
クト６内のバタフライ弁９を切り換える。続いてアーク
炉１には溶銑30t を追装し、アーク通電及び送酸ランス
13から送酸（80Nm³/min ）を行ってスクラップ溶解、精
錬を行う。この間、アーク炉２には二次燃焼用酸素供給
羽口１３より送酸を行って、アーク炉１から導入された
排ガスを二次燃焼させた。アーク炉２の二次燃焼用酸素
の流量は、アーク炉１が溶け落ちとなるまでは60Nm³/mi
n 、溶け落ち後は30Nm³/min とした。

【００２３】アーク炉１内の溶鋼温度、成分が目標値に
達し、出鋼を開始したら、アーク炉2 では通電を開始
し、スクラップをボーリングする。これ以降、前述した
方法でアーク炉１及びアーク炉２を交互を用いて操業を
継続した。なお、この操業において、出鋼後に排滓を行
う場合以外は常に排滓孔は閉じた状態で操業した。

【００２４】比較例として、この発明のスクラップ予熱
を行わない方法での操業を行った。すなわち、アーク炉
１のみを稼働させ、アーク炉１からの排ガスは排ガス排
出ダクト４から直接に燃焼塔７へ吸引した。その他の操
業条件は、上述の実施例と同様に、70t の初装スクラッ
プのボーリング（10分間）の後、溶銑30t を追装し、通
電と送酸ランスからの送酸（80Nm³/min ）で溶解、精錬
を行った。更に比較例として、排滓孔を開けた状態で溶
解，精錬を行う以外は、実施例と同一条件での操業も行
った。

【００２５】これらの操業結果を表１にまとめて示す
が、この発明におけるTap to Tapの時間の平均値は比較
例に比べて顕著に短縮され、電力原単位も低下した。こ
の結果から、この発明によって従来法に比較して高い熱
効率でのスクラップ予熱が可能ととなり、ひいては製鋼
時間の短縮、電力原単位の低減効果をもたらすことが明
らかである。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明では、密閉状
態で溶解、精錬を行うアーク炉（溶解炉）から発生した
排ガスを、直接的に主原料を装入したアーク炉（予熱
炉）内へ導き、予熱炉に酸素を吹き込むことによって、
前記排ガス中のCOガスを二次燃焼させて主原料を予熱す
ることにより、高い熱効率でのスクラップ予熱が可能と
なり、ひいては製鋼時間の短縮、電力原単位の低減が可
能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の操業方法を用いるアーク炉設備の一
実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ アーク炉炉体 ２ アーク炉炉体 ３ 炉蓋 ４ 排ガス排出ダクト ５ 出鋼孔 ６ 排ガス導入ダクト ７ 燃焼塔 ８ 排気ファン ９ バタフライ弁 10 スラグドア 11 排ガス排出孔 12 スカート 13 送酸ランス 14 二次燃焼酸素供給羽口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中戸 參 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 反町 健一 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の炉体をそなえるアーク炉設備にお
   ける、溶解，精錬操業中のアーク炉から生じる高温排ガ
   スを、主原料を装入した他のアーク炉に導いて、この主
   原料を予熱するアーク炉設備の操業方法であって、 溶解，精錬操業中のアーク炉では、排滓口を閉じ、外気
   の混入を防止しつつ炉内で発生するCOガスの排出を行
   い、 他のアーク炉では、上記COガスを、燃焼塔を介すること
   なく炉内に導くとともに、炉体側壁に設けた羽口より酸
   素含有ガスを供給して二次燃焼させ、主原料をCOガス顕
   熱及び燃焼熱により予熱することを特徴とするアーク炉
   設備の操業方法。
2. 【請求項２】 溶解，精錬期、予熱期に応じた排滓口の
   開閉手段をそなえるとともに側壁に酸素含有ガスの吹き
   込み羽口を設けたことを特徴とするアーク炉。