JPH10306984A

JPH10306984A - 冷鉄源の溶解方法

Info

Publication number: JPH10306984A
Application number: JP5419398A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Mizukami; 秀昭水上; Kenichi Niimura; 健一新村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1998-11-17

Abstract

(57)【要約】【課題】溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置を特
に必要とせず、また、次チャージの冷鉄源の予熱も可能
であり、従来の排ガスを利用してスクラップを予熱する
溶解設備では達成できない極めて高効率の冷鉄源の溶解
方法および溶解設備を提供すること。【解決手段】溶解炉１と、その上方に直結する予熱シャ
フト２とを有するアーク溶解設備を用いて冷鉄源を溶解
するにあたり、スクラップ３が溶解炉１と予熱シャフト
２に連続して存在する状態を保つように予熱シャフト２
へスクラップ３を連続的または断続的に供給しながら溶
解炉２内のスクラップ３をアーク７により溶解し、溶解
炉１に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解炉１および予
熱シャフト２にスクラップ３が存在する状態で溶鋼を取
鍋に出鋼し、取鍋中で溶鋼を加熱して昇温する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄スクラップ、直
接還元鉄等の冷鉄源をアークにより溶解する冷鉄源の溶
解方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、資源および環境問題から、発生量
の多い鉄鋼スクラップをアーク炉を用いて溶解するプロ
セスが増加している。このようなアーク炉では、スクラ
ップ溶解に多くの電力を消費するため、溶解中に炉から
発生する排ガスでスクラップを予熱しながら溶解し、必
要とする電力を極力少なくする方法が提案されている。

【０００３】例えば、（１）アーク炉に水平予熱体を連
結し、アーク炉からの排ガスを予熱体に導入してスクラ
ップを予熱し、この予熱されたスクラップを連続的にア
ーク炉に供給するもの、および、（２）アーク炉からの
排ガスによってシャフト予熱帯で予熱されたスクラップ
を、２段に設けたプッシャーによりアーク炉に連続的に
供給するものがある（普通鋼電気炉業のストラテジー、
Ｐ７７およびＰ８０；日本鉄鋼協会、平成６年１１月１
４日発行）。

【０００４】また、（３）アーク炉の直上にスクラップ
予熱チャンバーを２室設け、アーク炉から発生する排ガ
スでチャンバー内のスクラップを予熱し、フィンガーと
呼ばれるストッパーを開放することによりスクラップを
アーク炉に供給するタイプのものも知られている（エレ
クトロヒート、Ｎｏ．８２，１９９５，Ｐ５６）。

【０００５】さらに、（４）アーク炉に回転キルンとシ
ャフトタイプの予熱帯を連結し、スクラップをプッシャ
ーによりシャフトからキルンに供給し、さらにキルンに
よりアーク炉に連続的に供給するものもある（特開平６
−１２２２３４号公報）。

【０００６】さらにまた、（５）アーク炉の炉蓋の一部
にシャフト状の予熱帯を直結し、１チャージ分のスクラ
ップをアーク炉内およびシャフト内に供給しておいて、
スクラップを溶解するもの（特公平６−４６１４５号公
報）、および、（６）シャフト状のアーク炉で、シャフ
ト内の１チャージ分のスクラップが排ガスにより予熱さ
れながら、炉の側壁から挿入された電極により溶解され
るものが知られている。

【０００７】以上のような排ガスによりスクラップを予
熱するタイプのアーク炉において、低いものでは、およ
そ２５０〜２７０ｋＷｈ／ｔの電力原単位が目標とされ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アーク
炉から発生する排ガスによりスクラップを予熱する上記
（１）〜（６）の設備は、以下に示すような欠点があ
る。

【０００９】（１）〜（４）の設備では、スクラップを
アーク炉内に供給するために、振動コンベア、プッシャ
ー、キルンまたはフィンガーというスクラップ搬送供給
のための装置が必要であり、このため、アーク炉からの
排ガスでスクラップを予熱する際の予熱温度に限界があ
る。すなわち、高温に予熱しようとして炉内に添加する
酸素量を増加させ、排ガスの熱量を増やす時に、上記装
置の熱変形等によるハード上のトラブルが避けられな
い。また、高温に予熱しようとする時に、局部的に融着
するようになってスクラップを搬送供給できなくなる問
題があり、予熱温度に限界がある。

【００１０】これに対して、（５）および（６）の設備
では、スクラップがアーク炉内、または、アーク炉およ
びアーク炉に直結したシャフト内に予め装入するため、
上述したスクラップ搬送供給のための装置を必要とせ
ず、したがって上述のような問題も生じない。しかしな
がら、これらの設備では、１チャージ毎にアーク炉内お
よびシャフト内のスクラップをすべて溶解し、炉内およ
びシャフト内にスクラップが残らない状態で炉内溶鋼を
出鋼するため、次チャージのスクラップの予熱ができな
いことにより排ガスの有効利用という点では十分とはい
えない。

【００１１】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置
を特に必要とせず、また、次チャージの冷鉄源の予熱も
可能であり、従来の排ガスを利用してスクラップを予熱
する溶解設備では達成できない極めて高効率の冷鉄源の
溶解方法を提供すること、具体的には、電力原単位が２
５０ｋＷｈ／ｔ未満の冷鉄源の溶解方法を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、溶解室と、その上方に直結する予熱シ
ャフトとを有するアーク溶解設備を用いて冷鉄源を溶解
する方法であって、冷鉄源が溶解室と予熱シャフトに連
続して存在する状態を保つように予熱シャフトへ冷鉄源
を連続的または断続的に供給しながら溶解室内の冷鉄源
をアークにより溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まっ
た時点で溶解室および予熱シャフトに冷鉄源が存在する
状態で溶鋼を溶鋼容器に出鋼し、容器内の溶鋼を加熱し
て昇温することを特徴とする冷鉄源の溶解方法を提供す
る。

【００１３】また、上記方法において、溶解中および出
鋼時に、溶解室および予熱シャフトに１チャージ分の５
０％以上の冷鉄源が残存していることを特徴とする冷鉄
源の溶解方法を提供する。

【００１４】さらに、上記いずれかの方法において、コ
ークス等の補助熱源と、酸素を溶解室内に供給すること
を特徴とする冷鉄源の溶解方法を提供する。

【００１５】さらにまた、前記酸素の供給量が２５Ｎｍ
³／ｔ以上であることを特徴とする冷鉄源の溶解方法を
提供する。

【００１６】さらにまた、上記いずれかの方法におい
て、溶鋼の出鋼時に溶鋼を加熱することを特徴とする冷
鉄源の溶解方法を提供する。

【００１７】本発明においては、溶解室と、その上方に
直結する予熱シャフトとを有するアーク溶解設備を用い
て冷鉄源を溶解するので、溶解室への冷鉄源の搬送供給
のための装置を特に必要としない。また、冷鉄源が溶解
室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つように
予熱シャフトへ冷鉄源を連続的または断続的に供給しな
がら溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、溶解室に
１チャージ分以上の溶鋼が溜まった時点で溶解室および
予熱シャフトに冷鉄源が存在する状態で溶鋼を出鋼する
ので、次チャージの冷鉄源の予熱も可能であり、極めて
高効率の冷鉄源の溶解を実現することができる。また、
このように溶解炉内で溶鋼とスクラップが常に共存する
ため、出鋼される溶鋼の温度が低いが、溶鋼容器に出鋼
後、容器内の溶鋼を加熱することにより溶鋼を必要な温
度まで昇温することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の方法
を実施するために用いられるアーク溶解設備を示す断面
図である。このアーク溶解設備は、冷鉄源をアーク溶解
するための溶解炉１と、その上方に直結する予熱シャフ
ト２とを備えている。予熱シャフト２の上端には、排ガ
ス吸引系に連結する排気部２ａが設けられている。この
溶解炉１および予熱シャフト２には冷鉄源としての鉄ス
クラップ３が装入される。

【００１９】予熱シャフト２の上方にはスクラップ装入
バケット４が設けられており、このバスケット４から予
熱シャフト２内に鉄スクラップ３が装入される。この場
合に、このバスケット４からのスクラップ３の装入は、
操業中に、スクラップ３が溶解室１と予熱シャフト２に
連続して存在する状態を保つように予熱シャフト２へス
クラップ３を連続的または断続的に供給する。この際の
スクラップ３の装入は、操業実績に基づいて予め設定さ
れたレシピに基づいて行ってもよいし、予熱シャフト２
内のスクラップ３の量を検出可能なセンサーを設け、こ
のセンサーからの信号に基づいてバケット４によるスク
ラップ３の投入を適宜の制御手段により制御するように
してもよい。

【００２０】溶解炉１の上部には開閉可能な炉蓋５が設
けられており、その炉蓋５を貫通して溶解炉１の上方か
らその中に垂直にアーク電極６が挿入されている。ま
た、溶解炉１の炉底１０のアーク電極６と対向する位置
には、炉底電極１１が設けられている。そしてアーク電
極６によって形成されるアーク７により、スクラップ３
が溶解され、溶鋼８となる。溶鋼８の上にはスラグ９が
形成されており、アーク７はこのスラグ９内に形成され
ることとなる。

【００２１】また、溶解炉１には２本のランス１２ａ，
１２ｂがその先端を溶解室内の溶鋼面に向けて挿入され
ており、ランス１２ａからは酸素が供給され、ランス１
２ｂからは補助熱源としてのコークスがインジェクショ
ンされる。なお、補助熱源としてはコークス以外の炭材
を用いてもよい。

【００２２】溶解炉１の予熱シャフト２が直結されてい
る側とは異なる部分に設けられた突出部１ａの底部には
出鋼口１４が形成されており、その側端にはスラグドア
１５が設けられている。なお、スラグドア１５と同じ周
面に出鋼口が設けられていてもよい。また、突出部１ａ
には、その上方からバーナー１３が挿入されており、出
鋼される溶鋼の温度を上昇させることが可能となってい
る。なお、バーナー１３の代わりにアーク電極等の他の
加熱手段を設けてもよい。

【００２３】予熱シャフト２の側壁は、図１に示すよう
に、下方に向かって広がるテーパーを有している。この
ようなテーパーを設けることにより、溶解炉１内の溶鋼
８中へ高温のスクラップを安定的に供給することができ
る。テーパーが形成されていない場合には、スクラップ
３が予熱シャフト２の壁部に拘束され自然に落下しにく
くなり、棚吊りを起こす原因となる。

【００２４】予熱シャフト２の側壁のテーパーは、２．
５〜７°の範囲であることが好ましい。このテーパーが
２．５°未満では棚吊り発生を有効に防止することがで
きない。また、７°を超えると予熱シャフト２内のスク
ラップ３の装入量が減少し、予熱時にスクラップ３の滞
留時間を十分に稼ぐことができないため、十分な予熱効
果を得ることができなくなる。逆に、同程度の滞留時間
を稼ごうとすると、予熱シャフト２の高さが高くなるた
め、建屋を高くせざるを得ない。さらに、予熱シャフト
２の上部の断面が狭くなり、使用可能なスクラップ量が
制限されてしまう。

【００２５】予熱シャフト２にテーパーを設けた場合で
あっても、予熱シャフト２が矩形の場合には、その壁面
とスクラップ３との摩擦力が大きく、棚吊りを必ずしも
有効に防止することができないため、予熱シャフト２の
断面形状を、円または楕円または曲線を含む形状にする
ことが好ましい。

【００２６】このように構成される溶解設備において鉄
スクラップを溶解するに際しては、まず、溶解炉１と予
熱シャフト２に鉄スクラップ３を装入し、鉄スクラップ
３が溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態
とする。

【００２７】この状態でアーク電極６によりアーク７を
形成し、鉄スクラップ３を溶解する。この際に、ランス
１２ａにより酸素を供給し、スクラップの溶解を補助す
る。そして、炉内に溶鋼が溜まってきたら、ランス１２
ｂからスラグ中に補助熱源としてのコークスをインジェ
クションしてスラグフォーミング操業に移行し、電極６
の先端をスラグ９中に埋没させ、アーク７がスラグ９内
に形成されるようにする。この補助熱源としてのコーク
スは、別に供給された酸素と反応し、ＣＯガスが発生す
ると同時に、その反応熱はスクラップ３の溶解に寄与す
る。

【００２８】このようなスクラップ溶解により発生する
排ガスは、予熱シャフト２およびは排気部２ａを経由し
て排出され、この排ガスの熱により、シャフト２内のス
クラップ３が予熱される。溶解炉１内でスクラップ３が
溶解すると、予熱シャフト２のスクラップが溶解炉１に
供給されるため、予熱シャフト２内のスクラップ３の上
端位置が低下してくる。この場合に、スクラップ３等が
溶解室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つよ
うに、バケット４から予熱シャフト２へスクラップ３を
連続的または断続的に供給する。これにより、常に一定
量以上のスクラップが溶解炉１および予熱シャフト２内
に存在している状態が保たれる。スクラップ量この際の
スクラップ３等の装入は、上述したように、操業実績に
基づいて予め設定されたレシピに基づいて行ってもよい
し、予熱シャフト２内のスクラップ３等の量を検出可能
なセンサーを設け、このセンサーからの信号に基づいて
バケット４によるスクラップ３等の投入を制御するよう
にしてもよい。

【００２９】スクラップの溶解が進行して所定量、例え
ば１チャージ分以上の溶鋼が炉内に溜まったら、溶解炉
１および溶解シャフト２内にスクラップが連続して存在
する状態を保ったまま、溶解炉１を傾動させて出鋼口１
４から１チャージ分の溶鋼を溶鋼容器、例えば取鍋へ出
鋼する。出鋼に際しては、溶鋼の凝固による出鋼口１４
の詰まりを防止するために、バーナー１３で溶鋼を加熱
してもよい。そして、溶鋼を取鍋に出鋼した後、取鍋内
の溶鋼を適宜の加熱手段により加熱し、所定の温度まで
昇温する。この際の加熱手段としては例えばアーク電極
を用いることができる。

【００３０】このようにしてスクラップを溶解する場合
には、予熱シャフト２内にはプッシャーやフィンガー等
のスクラップ搬送供給のための設備を備えていないの
で、これらが設けられている従来の溶解設備よりも使用
する酸素量を増やすことができ、排ガス温度を高めるこ
とができる。したがって、従来の溶解設備よりも高い温
度にスクラップを予熱することが可能になる。

【００３１】また、常にスクラップ３が溶解炉１と予熱
シャフト２連続して存在する状態を保つように予熱シャ
フト２へスクラップ３を供給し、溶解炉１内で１チャー
ジ分以上の溶鋼が形成されてこれを出鋼する際にも、溶
解炉１および予熱シャフト２に連続してスクラップが存
在するため、排ガスによるスクラップ予熱効率が高い。
この場合に、溶解中および出鋼時に１チャージ分の５０
％以上のスクラップを溶解炉１および予熱シャフト２に
連続して存在するようにすることによって、予熱効率が
極めて高いものとなる。

【００３２】また、効率良くスクラップを溶解する観点
から、コークス等の補助熱源を使用することが望まし
く、上述したランス１２ｂから補助熱源としてのコーク
スをインジェクションするとともに別のランス１２ａか
ら酸素を供給することにより、ＣＯガスが生成し、熱を
発生させることができる。この場合に、供給する酸素量
は２５Ｎｍ³／ｔ以上であることが好ましい。これによ
り、一層効率良くスクラップを溶解することができる。
さらに好ましくは４０Ｎｍ³／ｔである。図２には、後
述する実施例における溶解炉にて酸素原単位を１５〜４
５Ｎｍ³／ｔとした時の電力原単位を示す。この図に示
すように、酸素原単位が増加するに従って電力原単位が
減少し、特に２５Ｎｍ³／ｔ以上になると電力原単位が
２００ｋＷｈ／ｔ以下と極めて低い値となる。さらに４
０Ｎｍ³／ｔ以上となると１２０ｋＷｈ／ｔ程度以下と
なり、さらに一層低い値となる。

【００３３】また、このように常にスクラップが存在し
ている状態で溶解を行うと溶鋼温度が１５５０℃程度と
低いため、溶鋼が出鋼口１４に詰まるおそれがあるが、
上述のようにバーナー１３で溶鋼を加熱することによ
り、このようなおそれを回避することができる。

【００３４】このようにバーナー１３を用いて溶鋼を加
熱することにより溶鋼が出鋼口１４に詰まることが回避
されたとしても、溶鋼の温度自体は低い。しかし、上述
のように取鍋等に出鋼して、その中で適宜の加熱手段に
より溶鋼を加熱するので、溶鋼を十分な温度に昇温する
ことができる。

【００３５】

【実施例】

（実施例１）溶解炉（炉径；７．２ｍ、高さ４ｍ）と予
熱シャフト（５ｍＷ×３ｍＤ）とが直結した直流アーク
設備の溶解炉内および予熱シャフト内に、スクラップ１
５０トンを装入し、溶解炉にて２８インチの黒鉛電極に
より、最大６００Ｖ、１００ｋＡの電源容量でアークを
形成し、スクラップを溶解した。また炉側壁に設けた作
業口より、水冷ランスを挿入し、そこから６０００Ｎｍ
³／ｈｒの量で送酸した。炉内に溶鋼が溜まってきた時
点で、８０ｋｇ／ｍｉｎでコークスをスラグ中にインジ
ェクションしスラグフォーミング操業に移行し、黒鉛電
極の先端をフォーミングスラグ中に埋没させた。この時
の電圧は４００Ｖに設定した。予熱シャフト内のスクラ
ップが溶解炉内でのスクラップの溶解に伴って下降した
ら、予熱シャフト上部からスクラップ装入バケットから
スクラップを供給し、予熱シャフト内のスクラップの高
さを一定の高さに保持した。

【００３６】このように、溶解炉内および予熱シャフト
内に連続してスクラップが存在する状態で溶解を進行さ
せ、溶解炉内に１８０トンの溶鋼が生成した段階で、６
０トンを炉内に残し、１チャージ分の１２０トンの溶鋼
を出鋼口から取鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼の温度は１
５５０℃であった。溶鋼中のＣ濃度は０．１％であっ
た。出鋼口付近の溶鋼は、酸素−オイルバーナーで加熱
した。

【００３７】１２０トン出鋼後も送酸とコークスインジ
ェクションを行いながらスラグフォーミング操業を行っ
て溶解を継続し、再度溶解炉内の溶鋼量が１８０トンに
なったら１２０トン出鋼することを繰り返した。平均し
てｔａｐ−ｔａｐ約４０分間で１２０トンの溶鋼が得ら
れた。酸素量３３Ｎｍ³／ｔ、コークス原単位２６ｋｇ
／ｔで電力原単位１７５ｋＷｈ／ｔが得られた。

【００３８】取鍋に出鋼した１２０トンの溶鋼は、取鍋
炉（ＬＦ）により、すなわち取鍋に挿入したアーク電極
により１６２０℃に昇温し、連続鋳造により１７５×１
７５ｍｍのビレットを製造した。ＬＦの電力原単位は平
均６０ｋＷ／ｔであった。一方、同じ装置を用いて、ス
クラップを連続して供給せずに、１チャージずつバッチ
溶解した場合（従来技術（５）と同様）についても同様
に電力源単位を求めた。

【００３９】表１にこれらの結果を示す。表１に示すよ
うに、酸素使用量がほぼ同じで、連続的に供給した実施
例１が比較例よりも、およそ１３０ｋＷｈ／ｔも電力源
単位が低く、ＬＦでの必要な電力原単位を含めてもおよ
そ１００ｋＷｈ／ｔも電力原単位が低かった。また、従
来技術で示した他のプロセスの報告例と比較しても電力
原単位は本発明の方が６０ｋＷｈ／ｔ以上、ＬＦに至る
前までに必要な電力原単位が低く、本実施例のスクラッ
プの予熱効率が非常に高いことが確認された。

【００４０】（実施例２）上記溶解炉において、酸素量
４５Ｎｍ³／ｔ、コークス原単位３６ｋｇ／ｔとした以
外は、実施例１と同様の溶解を実施した。その結果も表
１に示す。この際の電力原単位は１２０ｋＷと極めて低
く、平均温度が１５５０℃の溶鋼がｔａｐ−ｔａｐ約３
７分間で得られた。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶解室と、その上方に直結する予熱シャフトとを有する
アーク溶解設備を用いてスクラップ等の冷鉄源を溶解す
るので、溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置を特
に必要としない。また、冷鉄源が溶解室と予熱シャフト
に連続して存在する状態を保つように予熱シャフトへ冷
鉄源を供給しながら溶解室内の冷鉄源をアークにより溶
解し、溶解室に所定量、例えば１チャージ以上の溶鋼が
溜まった時点で溶解室および予熱シャフトに冷鉄源が存
在する状態で溶鋼を出鋼するので、次チャージの冷鉄源
の予熱も可能であり、極めて高効率の冷鉄源の溶解を実
現することができる。また、出鋼後に溶鋼を加熱するの
で、溶鋼を十分な温度まで昇温することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するために用いられるアー
ク溶解設備を示す断面図。

【図２】本発明の装置を用いて操業した際における、酸
素原単位と電力原単位との関係を示す図。

【符号の説明】

１……溶解炉２……予熱シャフト３……鉄スクラップ４……スクラップ装入バスケット６……電極７……アーク８……溶鋼９……スラグ１２ａ……酸素ランス１２ｂ……コークスランス１３……バーナー１４……出鋼口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解室と、その上方に直結する予熱シャ
フトとを有するアーク溶解設備を用いて冷鉄源を溶解す
る方法であって、冷鉄源が溶解室と予熱シャフトに連続
して存在する状態を保つように予熱シャフトへ冷鉄源を
連続的または断続的に供給しながら溶解室内の冷鉄源を
アークにより溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった
時点で溶解室および予熱シャフトに冷鉄源が存在する状
態で溶鋼を溶鋼容器に出鋼し、容器内の溶鋼を加熱して
昇温することを特徴とする冷鉄源の溶解方法。
【請求項２】溶解中および出鋼時に、溶解室および予
熱シャフトに１チャージ分の５０％以上の冷鉄源が残存
していることを特徴とする請求項１に記載の冷鉄源の溶
解方法。
【請求項３】さらにコークス等の補助熱源と、酸素と
を溶解室内に供給することを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の冷鉄源の溶解方法。
【請求項４】前記酸素の供給量が２５Ｎｍ³／ｔ以上
であることを特徴とする請求項３に記載の冷鉄源の溶解
方法。
【請求項５】溶鋼の出鋼時に溶鋼を加熱することを特
徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
の冷鉄源の溶解方法。