JPH10318675A

JPH10318675A - 製鋼用電気炉

Info

Publication number: JPH10318675A
Application number: JP9129162A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Takada; 重信高田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1997-05-20
Publication date: 1998-12-04

Abstract

(57)【要約】【課題】送酸精錬とアーク精錬を併用し、排ガスの保
有する熱エネルギーをスクラップ等の固体鉄源を予熱に
より回収して熱効率よく固体鉄源を溶解・精錬する。【解決手段】ターンテーブル３上に、２基の炉体殻
４、５を対称に配置し、炉体殻４を覆う炉腹シェル７の
上部から大容量の送酸水冷ランス６による送酸精錬と、
炉体殻５を覆う炉腹シェル８の上部に配置した黒鉛電極
11からのアーク精錬とを分離し、それぞれ固体鉄源の溶
解・精錬を半分ずつ行う。精錬工程の半ばでターンテー
ブル３を旋回して相互の位置を入替え後、残り半分の溶
解・精錬工程をそれぞれ送酸精錬とアーク精錬を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排ガスの保有する
熱エネルギーを回収してスクラップ等の固体鉄源を予熱
して効率よく溶解、精錬する予熱器を備えた製鋼用電気
炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に製鋼用電気炉は、固体鉄源として
鉄スクラップ（いわゆる市中鉄屑）を主原料としてき
た。製鋼用電気炉では、電気アークを熱源として鉄スク
ラップ（以下、スクラップという）を溶解精錬するた
め、コスト中に占める電力費の割合が高くなる。このた
め製鋼用電気炉へ装入するスクラップを、炉から排出し
た排ガスの熱を利用して事前に予熱し、これによって製
鋼用電気炉の電力費を節減すると共に炉操業効率を高め
るシステムが種々提案されている。

【０００３】スクラップの予熱器を備えた製鋼用電気炉
として例えば、特公平6-51883 号公報には、複数の台車
上に搭載された電気炉が第１、第２、第３、第４ステー
ションに順次位置して、待機を第１ステーション、スク
ラップ予熱を第２ステーション、加熱を第３ステーショ
ン、溶解・精錬を第４ステーションとして同時に作業を
行う複数炉体方式の電気炉が開示されている。

【０００４】また、特公昭63-1366 号公報、特公平6-31
686 号公報および特開昭62-156218号公報には、炉から
排出した排ガスの熱を利用するスクラップ予熱と溶解を
２基の炉で交互に繰り返し行う２炉体活用方式の電気炉
が、さらに特開平8-21691 号公報には、電気炉からの排
ガスをキルン型予熱器に導入してスクラップを予熱し、
続いてキルン型予熱器からの排ガスをシャフト型予熱器
に導いてスクラップを予熱するキルン型・シャフト型予
熱器併設方式の電気炉が開示されている。

【０００５】一方、最近の電気炉用鉄源は、溶銑・スク
ラップ併用による電気炉エネルギーコストの削減や、電
気炉で製造する鋼種の多品種化、高級化に伴う市中鉄屑
に含有するPb、Cu等のトラップエレメントの希釈材とし
てバージン鉄、還元鉄の併用等により多様化してきてお
り、製鋼用電気炉の溶解機能のさらなる増強が要求され
ている。このような溶解機能の増強は、前記公報に開示
されたようなスクラップ予熱を主体とした従来の溶解機
能の改善だけでは不十分であり、製鋼用電気炉に大容量
の送酸脱炭を適用し溶解機能を増強することが要求され
ている。

【０００６】つまり、前述の溶銑、バージン鉄、還元鉄
等の鉄源は、炭素〔Ｃ〕を１〜４％含有しており、鉄ス
クラップに比較して〔Ｃ〕が高いので溶解精錬中に送酸
脱炭を行う必要がある。製鋼用電気炉に送酸機能を持た
せるためには、炉裏の排滓孔より送酸水冷ランスを挿入
して炉内に送酸する手段や、特開昭60-174813 号公報に
示すように炉体に設けた溶解促進用の助燃バーナから酸
素＋コークス粉を炉内に噴出して燃焼させる手段等が従
来から知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のように溶銑、固
体のバージン鉄、還元鉄は、１〜４％の〔Ｃ〕が含有さ
れているため、これら鉄源の使用比率を、例えば50％と
すると製鋼用電気炉で溶解直後の〔Ｃ〕は１〜２％とな
る。精錬時間を延長せずに送酸脱炭を行うためには、ヒ
ートサイズにもよるが100 〜500Nm³/minの送酸量が必要
になる。しかしながら、従来の送酸水冷ランスは、数10
Nm³/min の送酸量が電気炉の操業安定を維持できる上限
であり、送酸容量が不足し、精錬時間の延長が不可避で
ある。また、炉体配置についても、前記各公報に開示さ
れているのはいずれもスクラップ予熱に重点を置いてお
り、高速送酸による精錬時間の短縮については何ら考慮
されていないので、溶解機能のさらなる強化は期待でき
ない。

【０００８】〔Ｃ〕含有量が高い固体鉄源を溶解して精
錬を行う際に重要なことは、溶解時間および電力原単位
をできるだけ少なくすることである。このような要請に
応えるために、スクラップの予熱による溶解促進および
溶鋼の昇熱には、電気エネルギーに加えて、酸化反応に
よる熱を利用することである。本発明は、酸化反応によ
る熱を利用することにより、従来技術の問題点を解消
し、炭素含有量の高い溶銑、バージン鉄、還元鉄を多く
使用する場合にも溶解時間を延長することなく、かつ電
力費を節減することが可能な予熱機を備えた製鋼用電気
炉を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１記載の本発明は、回転軸を中心に旋回可能な
ターンテーブルと、該ターンテーブル上に軸中心対称に
配置され、上方を開放して炉体下部を構成する一対の炉
体殻と、該炉体殻の旋回軌跡上に静止配置され、一方に
は送酸ランスを他方には電孤アーク電極を配設して、前
記炉体殻と一体となって溶解・精錬を行う炉体を構成し
得る一対の炉腹シェルと、該炉腹シェルから溶解・精錬
に伴う高温排ガスを導出する排ガスダクトと、前記旋回
軌跡上の前記炉腹シェル間の少なくとも一方に配置さ
れ、前記排ガスダクトからの高温排ガスにより前記炉体
殻に投入する固体鉄源を予熱する予熱器とからなる製鋼
用電気炉である。

【００１０】請求項２記載の本発明は、前記予熱器が、
前記旋回軌跡上の前記炉腹シェル間に一対として配置さ
れ、その一方が送酸ランスを有する炉腹シェルからの高
温排ガスを導入するものであり、他方が電孤アーク電極
を有する炉腹シェルからの高温排ガスを導入するもので
あることを特徴とする請求項１記載の製鋼用電気炉であ
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示すよう
に、ターンテーブル３は支持フレーム（図示せず）に設
けたスラスト軸受１を介して支持されており、回転軸２
を中心として水平方向に旋回可能である。このターンテ
ーブル３上に、交流型製鋼用電気炉の下部を構成する上
方が開放した２基の炉体殼４、５が、回転軸２を中心に
対称に配置されている。ターンテーブル３は、回転軸２
に接続された旋回駆動装置（図示せず）により旋回自在
になってる。各炉体殼４、５は内面が耐火物でライニン
グされており、それぞれ出鋼樋12を備えている。また各
炉体殼４、５は傾動用シリンダ13を備えており、ターン
テーブル３上の傾動用シリンダ13を伸縮作動することに
より反対側に設けた軸受14を支点として傾動することが
可能である。

【００１２】ターンテーブル３上に配置した２基の炉体
殼４、５が、それぞれ所定の溶解処理位置II、IVに停止
している状態にあるときに、図面では、一方側の炉体殼
４の上方を大容量の送酸水冷ランス６を上部に備えた静
止配置の炉腹シェル７で覆うと共に、他方側の炉体殼５
の上方を交流電流を印加する３本の黒鉛電極11を上部に
備えた静止配置の炉腹シェル８で覆っている場合を示し
ている。ここで炉腹シェル７は高速送酸時に問題となる
スプラッシュ、スピッティングに対し十分な高さを有し
ている。また、静止配置した炉腹シェル７、８の下方に
それぞれ存在する炉体殼４、５が旋回する旋回軌跡上の
一方側の中間位置上方に、小塊の固体鉄源を予熱する予
熱器９を、他方側の中間位置上方に、大塊の固体鉄源を
予熱する予熱器10をそれぞれ配置してある。予熱器９、
10の下端部には板状のカットゲート19が設けてあり、カ
ットゲート19を水平にスライドすることにより下端部が
開閉される。

【００１３】一方側の炉腹シェル７の上部は、送酸水冷
ランス６が貫通する排ガスフード15で覆われており、排
ガスフード15から取り出した排ガスダクト16A および炉
腹シェル８の上部から取り出した排ガスダクト16B はダ
クト中継部17で連結されている。また、ダクト中継部17
から分岐した排ガスダクト16C 、16D のうち、一方側の
排ガスダクト16C は予熱器９に接続され、他方側の排ガ
スダクト16D は予熱器10に接続されている。そしてダク
ト中継部17には切替弁18が設置してあり、切替弁18を操
作することにより排ガスの流路を切替えが可能である。

【００１４】次に本発明の作用について説明する。図１
および図２に示すように、ターンテーブル３上に配置し
た炉体殼４、５がそれぞれ所定の精錬位置に停止してい
る状態で、４箇所の処理位置が形成される。すなわち、
予熱器９による小塊固体鉄源の予熱・投入位置Ｉ、炉体
殼４と炉腹シェル７により形成される送酸による小塊固
体鉄源の溶解処理位置II、予熱器10による大塊固体鉄源
の予熱・投入位置III、炉体殼５と炉腹シェル８により
形成されるアークによる大塊の固体鉄源の溶解処理位置
IVの４箇所であり、これら４箇所での各処理時間は例え
ば約30分とほぼ同じ処理時間にできるので、ターンテー
ブル３上で同期して処理することが可能である。もちろ
ん、種々の操業条件の変化により４箇所での各処理時間
には差異が生じる場合があるので、各箇所で必要な時間
のうち最長処理時間を律速にして処理時間を調整するこ
とになる。この場合、固体鉄源の予熱よりも送酸による
溶解・精錬およびアークによる溶解・精錬を重視して処
理時間が調整される。

【００１５】ここでは、ダクト中継部17に設置した切替
弁18が、排ガスダクト16A と16C ならびに排ガスダクト
16B と16D とを連通させる位置に調節してある。切替弁
18を90°切替えることにより、排ガスダクト16A と16D
ならびに排ガスダクト16B と16C とを連通させるように
することができる。ターンテーブル３を旋回して、炉体
殼４、５をそれぞれ予熱器９、10の真下に移動させた状
態とする。予熱・投入位置Ｉで予熱器９のカットゲート
19を開いて内部で高温に予熱されたシュレダスクラッ
プ、ダライ粉、市販の鉄屑等の他に〔Ｃ〕濃度の高い還
元鉄（例えば、全鉄源の50重量％が還元鉄の割合）を包
含する小塊固体鉄源（重量が1.0t以下）を炉底にホット
ヒールが存在する炉体殼４内に装入する。同時に、予熱
・投入位置III で予熱機10のカットゲート19を開いて高
温に予熱されたスラブやブルームの切断スクラップ、造
塊底塊等の大塊固体鉄源（重量が2.0t以上）を、予め溶
解処理位置IIで送酸による前半工程の処理により形成さ
れた溶鋼20が存在する炉体殼５内に装入する。

【００１６】その後、ターンテーブル３を90°旋回して
炉体殼４を炉腹シェル７の真下である小塊固体鉄源の溶
解処理位置IIに、また炉体殼５を炉腹シェル８の真下で
ある大塊の固体鉄源の溶解処理位置IVに移動させる。な
お、炉腹シェル７、８またはターンテーブル３は、いず
れかを昇降装置により昇降するようにしておき、昇降装
置を駆動して炉体殼４と炉腹シェル７、炉体殼５と炉腹
シェル８のなす上下方向の隙間を解消するのが好まし
い。

【００１７】炉体殼４内に装入された小塊固体原料は、
炉腹シェル７の上部を覆う排ガスフード15を貫通して垂
設された大容量の送酸水冷ランス６から酸素ガスが炉内
に向け100 〜 500Nm³/min の範囲で吹き付けられ、還元
鉄を包含する小塊固体鉄源の炭素〔Ｃ〕を酸化させるこ
とによる前半工程の送酸による脱炭反応熱で溶解を促進
する。このとき、溶解熱源はホットヒール（炉底に残留
させた溶鋼）上に添加した石炭、コークス粉等を利用す
るか、予め、予熱・投入位置III と溶解処理位置IVのプ
ロセスで固体鉄源の溶解により十分量の母溶鋼を作った
上で予熱終了後の還元鉄を装入するのが好ましい。

【００１８】一方、炉体殼５内に溶鋼20が存在する状態
で装入された大塊固体鉄源21は、炉腹シェル８の上部を
貫通して垂設された３本の黒鉛電極11からの後半工程の
アークによる昇温と溶解を促進すると共に、溶鋼20の脱
炭を促進する。約30分の処理により炉体殼５内での溶鋼
20の脱炭精錬が進行し、所定の溶鋼温度および炭素濃度
が得られたら炉体殼４での送酸による溶解・脱炭処理お
よび炉体殼５でのアークによる溶解・脱炭処理による溶
鋼20の精錬を同時に終了する。

【００１９】このような溶解・精錬工程で発生する排ガ
スのうち、炉体殼４内での送酸による還元鉄を包含する
小塊固体鉄源の溶解・脱炭処理時に発生した高温の排ガ
スは、炉腹シェル７の上部に設けた排ガスフード15で回
収され、排ガスダクト16A 、16C を経由して予熱器９内
に導かれ、内部に装入されている小塊固体鉄源との熱交
換により、これを予熱する。一方、炉体殼５内の大塊固
体鉄源の溶解および溶鋼20の脱炭処理時に発生した高温
の排ガスは、炉腹シェル８の上部に設けた排ガスダクト
16B 、16D を経由して予熱器10内に導かれ、内部に装入
されている大塊固体鉄源との熱交換により、これを予熱
することになる。各予熱器９、10内を通過して予熱に利
用された排ガスは、排出ダクト22を経由して排風機によ
り吸引され集塵装置に導かれ集塵される。

【００２０】炉体殼５からの出鋼が終了したら引き続
き、例えば、昇降装置により炉腹シェル７、８を上昇し
て炉体殼４、５から切り離した後、炉体殼５の側に配置
した傾動用シリンダ13を作動して軸受14を支点として炉
体殼５を傾動し、炉内の溶鋼20を出鋼樋12を介して出鋼
する。この時、炉体殼５の炉底にホットヒール用の溶鋼
を残留させる。

【００２１】その後、ターンテーブル３を90°旋回して
前半工程を終えた炉体殼４を予熱器10の直下に、また炉
底にホットヒールが存在する炉体殼５を予熱器９の直下
に位置させる。予熱器10内で予熱された大塊固体鉄源を
炉体殼４内に装入すると共に予熱機９内で予熱された小
塊固体鉄源を炉体殼５内に装入する。そしてターンテー
ブル３をさらに90°旋回して炉体殼４を炉腹シェル８の
直下に、炉体殼５を炉腹シェル７の直下に入れ換えた
後、前述と同様の手順により溶解・精錬を繰り返す。こ
の時、位置を入れ換えられた炉体殼４、５内で発生した
高温の排ガスは、前述の場合と同じルートによりそれぞ
れ予熱機９、10内に導かれる。

【００２２】なお、前述実施の形態では小塊固体鉄源の
予熱・投入位置Ｉ、送酸による小塊固体鉄源の溶解処理
位置II、大塊固体鉄源の予熱・投入位置III 、アークに
よる大塊の固体鉄源の溶解処理位置IVの順序で処理する
ことにより所定温度および炭素濃度の溶鋼を精錬して最
終的に黒鉛電極11を備えた炉腹シェル８の直下に位置す
る炉体殼４または５から出鋼する場合について説明し
た。この順序を変更し、大塊固体鉄源の予熱・投入位置
III から処理を始め、アークによる大塊固体鉄源の溶解
処理位置IV、小塊固体鉄源の予熱・投入位置Ｉおよび送
酸による小塊固体鉄源の溶解処理位置IIの順序で処理す
ることにより予熱、溶解、精錬処理を行って所定温度お
よび炭素濃度の溶鋼を精錬して最終的に送酸水冷ランス
６を備えた炉腹シェル７の直下に位置する炉体殼４また
は５から出鋼するようにすることも可能である。

【００２３】この時には、まず炉体殼５内の大塊固体鉄
源の溶解および溶鋼20の脱炭処理時に発生した高温の排
ガスは、炉腹シェル８の上部に設けた排ガスダクト16B
、16D を経由して予熱器10内に導かれ、内部に装入さ
れている大塊固体鉄源との熱交換により、これを予熱す
る。また、炉体殼４内での小塊固体鉄源の溶解・脱炭処
理時に発生した高温の排ガスは、炉腹シェル７の上部に
設けた排ガスフード15で回収され、排ガスダクト16A 、
16C を経由して予熱器９内に導かれ、内部に装入されて
いる還元鉄を包含する小塊固体鉄源との熱交換により、
これを予熱することは前述の場合と基本的には同じであ
る。

【００２４】この場合、アークによる大塊固体鉄源の溶
解処理位置IVで炉体殼５内の大塊固体鉄源21は、炉腹シ
ェル８の上部を貫通して垂設された３本の黒鉛電極11か
らのアークによる前半工程の溶解・精錬が行われる。一
方、炉体殼５内に装入された還元鉄を包含する小塊固体
原料は、炉腹シェル７の上部に垂設された大容量の送酸
水冷ランス６から炉内に100 〜 500Nm³/min の酸素ガス
が吹き付けられ、転炉に準ずる強力な酸素吹錬を行っ
て、還元鉄を包含する小塊固体鉄源の炭素〔Ｃ〕を酸化
させ、脱炭反応熱によって後半工程の溶解および脱炭精
錬を促進することにより所定温度および炭素濃度の溶鋼
とし、最終的に送酸水冷ランス６を備えた炉腹シェル７
の直下に位置する炉体殼４または５から出鋼することに
なる。このとき、溶解熱源はホットヒール上に添加した
石炭、コークス粉等を利用することにより迅速な溶解・
精錬が達成される。

【００２５】ところで、小塊固体鉄源のみを使用する場
合には、大塊固体鉄源の予熱・投入位置III に設置する
予熱器10を設置せず、予熱・投入位置Ｉまたは予熱・投
入位置III のみに小塊固体鉄源を予熱する１基の予熱器
９を設置し、小塊固体鉄源を炉体殼４または５に装入す
るようにすることも可能である。この場合、溶解・精錬
中に炉腹シェル７、８内に発生した排ガスは、排ガスダ
クト16A 、16B からダクト中継部17に集合した後、排ガ
スダクト16C を介して予熱器９に導かれる。

【００２６】なお、前記実施の形態では、交流型の製鋼
用電気炉に本発明を適用した場合について説明したが、
本発明は騒音、フリッカが少なく電極原単位の大幅な向
上により注目を集めている上部に１本の黒鉛電極を備え
ると共に、炉底に複数の鉄製炉底電極を埋設した直流型
の製鋼用電気炉にも同様にして適用することができるの
は勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、旋
回可能に２基の炉体殼を対称に配置し、送酸精錬とアー
ク精錬とを交互に切り替えるようにしたので、一連の溶
解・精錬工程を高速処理することが可能で、特に、大容
量の送酸ランスによる送酸精錬を併用するため炭素含有
量の高い固体鉄源を容易に溶解・精錬することができ
る。また、固体鉄源の溶解・精錬により炉内に発生する
高温の排ガスを連続的に予熱器に導いて固体鉄源を予熱
した後、炉体殼内に装入するので固体鉄源の溶解・精錬
を熱効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の製鋼用電気炉の配置を示す平
面図である。

【図２】図２は、図１のＡ−Ａ矢視方向を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１スラスト軸受２回転軸３ターンテーブル４、５炉体殼６送酸水冷ランス７、８炉腹シェル９、10 予熱器 11 黒鉛電極 12 出鋼樋 13 傾動用シリンダ 14 軸受 15 排ガスフード 16 排ガスダクト 17 ダクト中継部 18 切替弁 19 カットゲート 20 溶鋼 21 大塊固体鉄源 22 排出ダクト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸を中心に旋回可能なターンテーブ
ルと、該ターンテーブル上に軸中心対称に配置され、上
方を開放して炉体下部を構成する一対の炉体殻と、該炉
体殻の旋回軌跡上に静止配置され、一方には送酸ランス
を他方には電孤アーク電極を配設して、前記炉体殻と一
体となって溶解・精錬を行う炉体を構成し得る一対の炉
腹シェルと、該炉腹シェルから溶解・精錬に伴う高温排
ガスを導出する排ガスダクトと、前記旋回軌跡上の前記
炉腹シェル間の少なくとも一方に配置され、前記排ガス
ダクトからの高温排ガスにより前記炉体殻に投入する固
体鉄源を予熱する予熱器とからなる製鋼用電気炉。
【請求項２】前記予熱器が、前記旋回軌跡上の前記炉
腹シェル間に一対として配置され、その一方が送酸ラン
スを有する炉腹シェルからの高温排ガスを導入するもの
であり、他方が電孤アーク電極を有する炉腹シェルから
の高温排ガスを導入するものであることを特徴とする請
求項１記載の製鋼用電気炉。