JPH1047862A - アーク溶解炉およびそれを用いた冷鉄源の溶解方法 - Google Patents
アーク溶解炉およびそれを用いた冷鉄源の溶解方法Info
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- JPH1047862A JPH1047862A JP3097797A JP3097797A JPH1047862A JP H1047862 A JPH1047862 A JP H1047862A JP 3097797 A JP3097797 A JP 3097797A JP 3097797 A JP3097797 A JP 3097797A JP H1047862 A JPH1047862 A JP H1047862A
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- Y02P10/20—Recycling
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- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
- Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】直流アーク溶解炉の排ガスの二次燃焼の効率を
改善すると共に、スクラップの全量に対する着熱効率向
上を図る。 【解決手段】排ガス中可燃物質燃焼用Ｏ2 を吹き込むノ
ズル３本3a〜3c以上を湯面からの高さｈと湯面から側壁
の上端までの高さＬとがｈ／Ｌ＝0.15〜0.55で、ガス口
の方向は吹出し線の水平面内投影線Ｌg と、ガス口と電
極中心線Ｇとを結ぶ直線の水平面内投影線Ｌc とのなす
角度θが、吹出し線が電極が降下した際に電極周面と接
する時の吹出線の水平面内投影線Ｌg と投影線Ｌc との
なす角度θr をθr ＜θ＜４０°とする。ノズルを高さ
２水準以上に各々３本以上設ける。炉内容積はスクラッ
プ全量を初装入で収容できる。Ｌ／Ｄ＝0.6 〜1.4
（Ｄ：炉内径）とする。上記溶解炉を用い、補助燃料お
よびスクラップを酸化燃焼させるための１次燃焼用酸素
を40Nm3/ｔ以上使用して冷鉄源を溶解する。
改善すると共に、スクラップの全量に対する着熱効率向
上を図る。 【解決手段】排ガス中可燃物質燃焼用Ｏ2 を吹き込むノ
ズル３本3a〜3c以上を湯面からの高さｈと湯面から側壁
の上端までの高さＬとがｈ／Ｌ＝0.15〜0.55で、ガス口
の方向は吹出し線の水平面内投影線Ｌg と、ガス口と電
極中心線Ｇとを結ぶ直線の水平面内投影線Ｌc とのなす
角度θが、吹出し線が電極が降下した際に電極周面と接
する時の吹出線の水平面内投影線Ｌg と投影線Ｌc との
なす角度θr をθr ＜θ＜４０°とする。ノズルを高さ
２水準以上に各々３本以上設ける。炉内容積はスクラッ
プ全量を初装入で収容できる。Ｌ／Ｄ＝0.6 〜1.4
（Ｄ：炉内径）とする。上記溶解炉を用い、補助燃料お
よびスクラップを酸化燃焼させるための１次燃焼用酸素
を40Nm3/ｔ以上使用して冷鉄源を溶解する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、アーク溶解炉に
関するものであって、操業中の溶解炉から発生する排ガ
ス中のＣＯを炉内スクラップ層内で燃焼させ、その際発
生する燃焼熱を炉内のスクラップまたは溶鋼に効率良く
着熱させることができるアーク溶解炉に関するものであ
る。
関するものであって、操業中の溶解炉から発生する排ガ
ス中のＣＯを炉内スクラップ層内で燃焼させ、その際発
生する燃焼熱を炉内のスクラップまたは溶鋼に効率良く
着熱させることができるアーク溶解炉に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】アーク溶解炉内で発生するガスからの炉
内での効率的なエネルギー回収技術に、所謂炉内二次燃
焼技術、即ち、操業に際し補助燃料としてのコークスや
スクラップを酸化燃焼させるための酸素吹込みによる一
次燃焼により発生するＣＯと、一次燃焼で発生したＣＯ
を更に炉内でＣＯ2 に燃焼させる所謂二次燃焼のために
吹き込んだＯ2 との反応を炉内で促進させる技術、並び
に、上記二次燃焼で発生する二次燃焼熱をスクラップに
着熱させる技術とがある。
内での効率的なエネルギー回収技術に、所謂炉内二次燃
焼技術、即ち、操業に際し補助燃料としてのコークスや
スクラップを酸化燃焼させるための酸素吹込みによる一
次燃焼により発生するＣＯと、一次燃焼で発生したＣＯ
を更に炉内でＣＯ2 に燃焼させる所謂二次燃焼のために
吹き込んだＯ2 との反応を炉内で促進させる技術、並び
に、上記二次燃焼で発生する二次燃焼熱をスクラップに
着熱させる技術とがある。
【０００３】アーク溶解炉で発生する排ガスの炉内での
着熱に有利なアーク溶解炉として、例えば、実開平１−
１６７５９４号公報は、溶解途中で金属スクラップを追
加装入する際の炉内熱エネルギー損失を抑制するため
に、初装入でスクラップの全量を装入することができる
炉体形状を得ることとし、シルレベル（スラグ排出口の
上端面を指す）から炉本体上端までの高さＨを、炉殻の
内径Ｄの０．７５倍以上とする、即ち、Ｈ≧０．７５Ｄ
とするアーク溶解炉を開示し、更に、二次燃焼技術とし
て、同炉においてシルレベルから０．３５Ｄ以上の高さ
の炉内側壁にＯ2または空気吹込み用の開口を設け、排
ガス中のＣＯ濃度に応じてＣＯのＣＯ2 への酸化に必要
な空気量を吹き込む方法を開示している（以下、「先行
技術１」という）。
着熱に有利なアーク溶解炉として、例えば、実開平１−
１６７５９４号公報は、溶解途中で金属スクラップを追
加装入する際の炉内熱エネルギー損失を抑制するため
に、初装入でスクラップの全量を装入することができる
炉体形状を得ることとし、シルレベル（スラグ排出口の
上端面を指す）から炉本体上端までの高さＨを、炉殻の
内径Ｄの０．７５倍以上とする、即ち、Ｈ≧０．７５Ｄ
とするアーク溶解炉を開示し、更に、二次燃焼技術とし
て、同炉においてシルレベルから０．３５Ｄ以上の高さ
の炉内側壁にＯ2または空気吹込み用の開口を設け、排
ガス中のＣＯ濃度に応じてＣＯのＣＯ2 への酸化に必要
な空気量を吹き込む方法を開示している（以下、「先行
技術１」という）。
【０００４】一方、アーク溶解炉における排ガスの潜熱
回収としての二次燃焼技術として、例えば、特開平５−
９８３６４号公報は、炉内側壁に高さ方向二段にわたっ
て側壁内周の同一高さで等間隔の位置にＯ2 ガスジェッ
トランスを炉空間の垂直軸に対してほぼ切線方向に設
け、且つ、各段のＯ2 ガス噴出方向は同一円周方向に向
かせ、上段と下段とは噴出方向を逆まわり方向に向かせ
た吹込み装置を有するアーク溶解炉（以下、「先行技術
２」という）を開示している。
回収としての二次燃焼技術として、例えば、特開平５−
９８３６４号公報は、炉内側壁に高さ方向二段にわたっ
て側壁内周の同一高さで等間隔の位置にＯ2 ガスジェッ
トランスを炉空間の垂直軸に対してほぼ切線方向に設
け、且つ、各段のＯ2 ガス噴出方向は同一円周方向に向
かせ、上段と下段とは噴出方向を逆まわり方向に向かせ
た吹込み装置を有するアーク溶解炉（以下、「先行技術
２」という）を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行技術１お
よび２はいずれも、排ガスからの炉内スクラップおよび
溶鋼へのエネルギー回収により、電気炉の消費電力原単
位の低減に寄与する利点を有する。しかしながら、先行
技術１では、排ガスによるスクラップ予熱効果が発揮さ
れる点で優れているが、排ガスの二次燃焼に関しては未
だ十分とはいえない。即ち、二次燃焼ノズル位置等の詳
細な設定はなされていない。単に、ブロアーで空気等を
炉内に送り込むことが記載されているだけである。
よび２はいずれも、排ガスからの炉内スクラップおよび
溶鋼へのエネルギー回収により、電気炉の消費電力原単
位の低減に寄与する利点を有する。しかしながら、先行
技術１では、排ガスによるスクラップ予熱効果が発揮さ
れる点で優れているが、排ガスの二次燃焼に関しては未
だ十分とはいえない。即ち、二次燃焼ノズル位置等の詳
細な設定はなされていない。単に、ブロアーで空気等を
炉内に送り込むことが記載されているだけである。
【０００６】一方、先行技術２によれば、二次燃焼技術
の改善により着熱効率が向上する点で有利である。しか
しながら、１回装入可能な炉体ではないので、溶解スク
ラップの全量に対する着熱効率向上を図ることはできな
い。また、先行技術１に開示された形状の炉体を有する
アーク溶解炉に対して先行技術２に開示された２次燃焼
技術を適正に採用して所期の目的を達成するためには、
Ｏ2 ガスジェットランスの適正な配設位置、同ランスの
配設個数および同ランスの噴出方向等の適正化を図らな
ければならない。
の改善により着熱効率が向上する点で有利である。しか
しながら、１回装入可能な炉体ではないので、溶解スク
ラップの全量に対する着熱効率向上を図ることはできな
い。また、先行技術１に開示された形状の炉体を有する
アーク溶解炉に対して先行技術２に開示された２次燃焼
技術を適正に採用して所期の目的を達成するためには、
Ｏ2 ガスジェットランスの適正な配設位置、同ランスの
配設個数および同ランスの噴出方向等の適正化を図らな
ければならない。
【０００７】従って、この発明の目的は上述した問題を
解決して、アーク溶解炉から発生する排ガスからの炉内
での効果的な二次燃焼技術によりエネルギー回収を、顕
熱と潜熱の両面から行ない、且つ着熱効率を向上させる
ことにより行ない、かくして総合的なエネルギー回収効
果を発揮することができるアーク溶解炉を提供すること
にある。
解決して、アーク溶解炉から発生する排ガスからの炉内
での効果的な二次燃焼技術によりエネルギー回収を、顕
熱と潜熱の両面から行ない、且つ着熱効率を向上させる
ことにより行ない、かくして総合的なエネルギー回収効
果を発揮することができるアーク溶解炉を提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点からアーク溶解炉の排ガスからのエネルギー回収率
を一段と高めることにより電力原単位の低減を図ること
ができるアーク溶解炉を開発すべく鋭意研究を重ねた。
観点からアーク溶解炉の排ガスからのエネルギー回収率
を一段と高めることにより電力原単位の低減を図ること
ができるアーク溶解炉を開発すべく鋭意研究を重ねた。
【０００９】先ず、アーク溶解炉の溶解期における溶解
熱バランス式を簡略化すると下記（３）式で表わすこと
ができる。 ηe Ｑe ＋ηc Ｑc ＋ηm Ｑm ＋Ｑpr＝Ｑs ------------（３） 但し、Ｑe ：投入電力量 Ｑc ：炭素の炉内燃焼発熱量 ＝（ＱCO＋ＱCO2 ×ＰＣＤ）×ＷC ／８６０ Ｑm ：金属（主に、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等）の酸化
による発熱量（通常、８０〜９０kWh/ton 程度） ηe ：投入電力の平均着熱効率（０．７〜０．８程度） ηc ：炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率 ηm ：金属酸化熱の平均着熱効率、 Ｑpr：スクラップ予熱による顕熱量 Ｑs ：スクラップ溶解に必要な着熱量（通常380kWh/ton
程度） ＷC ：溶解期溶鋼単位重量当たり炉内燃焼Ｃ量（Kg/to
n） ＰＣＤ（Ｐｏｓｔ Ｃｏｍｂｕｔｉｏｎ Ｄｅｇｒｅ
ｅ）：二次燃焼率 即ち、スクラップ溶解に必要な着熱量Ｑs は、投入電力
量Ｑe 、炭素の炉内燃焼発熱量Ｑc および金属酸化によ
る発熱量Ｑm からなる各発熱量の平均着熱効率、並び
に、スクラップ予熱の持ち込み顕熱に依存する。本発明
の課題はこれら各熱量の内、特に炭素の炉内燃焼熱を高
効率で利用することにあり、従って、その平均着熱効率
ηc を大きくすることにある。かくして、排ガスエネル
ギー利用を図ることができる。
熱バランス式を簡略化すると下記（３）式で表わすこと
ができる。 ηe Ｑe ＋ηc Ｑc ＋ηm Ｑm ＋Ｑpr＝Ｑs ------------（３） 但し、Ｑe ：投入電力量 Ｑc ：炭素の炉内燃焼発熱量 ＝（ＱCO＋ＱCO2 ×ＰＣＤ）×ＷC ／８６０ Ｑm ：金属（主に、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ等）の酸化
による発熱量（通常、８０〜９０kWh/ton 程度） ηe ：投入電力の平均着熱効率（０．７〜０．８程度） ηc ：炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率 ηm ：金属酸化熱の平均着熱効率、 Ｑpr：スクラップ予熱による顕熱量 Ｑs ：スクラップ溶解に必要な着熱量（通常380kWh/ton
程度） ＷC ：溶解期溶鋼単位重量当たり炉内燃焼Ｃ量（Kg/to
n） ＰＣＤ（Ｐｏｓｔ Ｃｏｍｂｕｔｉｏｎ Ｄｅｇｒｅ
ｅ）：二次燃焼率 即ち、スクラップ溶解に必要な着熱量Ｑs は、投入電力
量Ｑe 、炭素の炉内燃焼発熱量Ｑc および金属酸化によ
る発熱量Ｑm からなる各発熱量の平均着熱効率、並び
に、スクラップ予熱の持ち込み顕熱に依存する。本発明
の課題はこれら各熱量の内、特に炭素の炉内燃焼熱を高
効率で利用することにあり、従って、その平均着熱効率
ηc を大きくすることにある。かくして、排ガスエネル
ギー利用を図ることができる。
【００１０】上記（３）式中、ηc は、浴内での下記
（４）式による炭素の一次燃焼、および、炉内空間で
の下記（５）式による炭素の二次燃焼によって発生する
燃焼熱の炉内被加熱物（スクラップおよび溶湯）への平
均着熱効率である。
（４）式による炭素の一次燃焼、および、炉内空間で
の下記（５）式による炭素の二次燃焼によって発生する
燃焼熱の炉内被加熱物（スクラップおよび溶湯）への平
均着熱効率である。
【００１１】 Ｃ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ＋Ｑco，Ｑco=2450Kcal/Kg炭素----（４） ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＋Ｑco2 ，Ｑco2=5630Kcal/Kg 炭素 ---------------- （５） そして、ηc は下記（６）式で表わすことができる。
【００１２】 ηc ＝｛Ｑcoηco＋Ｑco2 ＰＣＤηco2 ｝／（Ｑco＋Ｑco2 ×ＰＣＤ） ------------------（６） 但し、ＣＯ2 ：排ガス中のＣＯ2 比率（vol.% ） ＣＯ ：排ガス中のＣＯ比率（vol.% ） ここで、ηcoは浴内での炭素の燃焼熱の着熱効率であ
り、これは溶解炉の形状や操業条件の影響を受けにく
く、且つ高効率である。また、二次燃焼率ＰＣＤは最近
の技術開発により０．８程度まで高められている。従っ
て、電力原単位低減にはＰＣＤを高め、Ｑc を上げるこ
と、および、ηc を大きくするために、炉内空間でのＣ
Ｏの燃焼熱の着熱効率ηco2 を高めることが必須要件と
なる。
り、これは溶解炉の形状や操業条件の影響を受けにく
く、且つ高効率である。また、二次燃焼率ＰＣＤは最近
の技術開発により０．８程度まで高められている。従っ
て、電力原単位低減にはＰＣＤを高め、Ｑc を上げるこ
と、および、ηc を大きくするために、炉内空間でのＣ
Ｏの燃焼熱の着熱効率ηco2 を高めることが必須要件と
なる。
【００１３】一溶解分のスクラップを初装入で全量収容
することができる炉（「１回装入炉」という）を用いれ
ば、初装入スクラップの溶落ち後にスクラップを追加装
入する２回装入炉または３回装入炉に比べて、１チャー
ジ分のスクラップの全量が溶解の初期から炉内に装入さ
れているので、ηco2 を高めることができ、従って、η
c を高めることができるので、本発明では１回装入即
ち、１チャージ分のスクラップ全量を初装入のチャンス
に装入できることを前提とする。
することができる炉（「１回装入炉」という）を用いれ
ば、初装入スクラップの溶落ち後にスクラップを追加装
入する２回装入炉または３回装入炉に比べて、１チャー
ジ分のスクラップの全量が溶解の初期から炉内に装入さ
れているので、ηco2 を高めることができ、従って、η
c を高めることができるので、本発明では１回装入即
ち、１チャージ分のスクラップ全量を初装入のチャンス
に装入できることを前提とする。
【００１４】さて、アーク溶解炉の炉内空間に酸素含有
ガスを吹き込んで、溶解炉から発生する排ガス中ＣＯを
燃焼させる場合、吹込み用ガスノズルを１本、２本、３
本と順次増やしていくと、上記（３）式中の炭素の炉内
燃焼熱の平均着熱効率ηc が上昇することがわかった。
この上昇は（６）式より、ＣＯの２次燃焼率ＰＣＤの向
上と共に炉内空間でのＣＯ燃焼熱の着熱効率ηco2 が上
昇したことによるものであると考えられる。
ガスを吹き込んで、溶解炉から発生する排ガス中ＣＯを
燃焼させる場合、吹込み用ガスノズルを１本、２本、３
本と順次増やしていくと、上記（３）式中の炭素の炉内
燃焼熱の平均着熱効率ηc が上昇することがわかった。
この上昇は（６）式より、ＣＯの２次燃焼率ＰＣＤの向
上と共に炉内空間でのＣＯ燃焼熱の着熱効率ηco2 が上
昇したことによるものであると考えられる。
【００１５】図１は、ガスノズルの本数と炭素の炉内燃
焼熱の平均着熱効率ηc との関係を示すグラフである。
ここで、溶解炉は公称１２０ｔｏｎの直流アーク溶解
炉、炉内径Ｄは７０００ｍｍ、炉内湯面から炉内側壁の
上端までの高さ（以下、「フリーボード」という）Ｌは
４０００ｍｍでＬ／Ｄ＝０．５７であり、ガスノズルの
取り付け高さｈは炉内湯面から１０００ｍｍ、ｈ／Ｌ＝
０．２５である。同図によれば、炭素の炉内燃焼熱の平
均着熱効率ηc を高めるためにガスノズルの本数を３本
以上とすべきである。
焼熱の平均着熱効率ηc との関係を示すグラフである。
ここで、溶解炉は公称１２０ｔｏｎの直流アーク溶解
炉、炉内径Ｄは７０００ｍｍ、炉内湯面から炉内側壁の
上端までの高さ（以下、「フリーボード」という）Ｌは
４０００ｍｍでＬ／Ｄ＝０．５７であり、ガスノズルの
取り付け高さｈは炉内湯面から１０００ｍｍ、ｈ／Ｌ＝
０．２５である。同図によれば、炭素の炉内燃焼熱の平
均着熱効率ηc を高めるためにガスノズルの本数を３本
以上とすべきである。
【００１６】なお、炉内湯面とは、一溶解分のスクラッ
プが全量溶解したときの溶鋼の上表面を指すものとする
（以降、同じ）。図２に、フリーボードＬおよび炉内径
Ｄの定義を図示する。
プが全量溶解したときの溶鋼の上表面を指すものとする
（以降、同じ）。図２に、フリーボードＬおよび炉内径
Ｄの定義を図示する。
【００１７】一方、上記ガスノズルの本数が多すぎると
設備および運転コストが高くなるのでこの点からの制約
を受ける。また、ガスノズルの適正本数は、ηc に及ぼ
す各ガスノズル間隔と吹込みガスの初速または圧力との
関係が影響する。以上を考慮し、同一高さに設置するガ
スノズル本数は３〜６本の範囲内にするのが望ましい。
設備および運転コストが高くなるのでこの点からの制約
を受ける。また、ガスノズルの適正本数は、ηc に及ぼ
す各ガスノズル間隔と吹込みガスの初速または圧力との
関係が影響する。以上を考慮し、同一高さに設置するガ
スノズル本数は３〜６本の範囲内にするのが望ましい。
【００１８】次に、ガスノズルを設置する高さは、低い
ほど炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率ηc は大きくなる
が、湯面から一定の高さを保持しないと溶湯スプラッシ
ュによりガスノズルが損傷し易い。一方、その位置が高
くなり過ぎると、ηc の低下が著しくなる。
ほど炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率ηc は大きくなる
が、湯面から一定の高さを保持しないと溶湯スプラッシ
ュによりガスノズルが損傷し易い。一方、その位置が高
くなり過ぎると、ηc の低下が著しくなる。
【００１９】図３は、ガスノズルの湯面からの配設高さ
ｈとフリーボードＬとの比ｈ／Ｌと、炭素の炉内燃焼熱
の平均着熱効率ηc との関係を示すグラフである。ここ
で、溶解炉は公称１２０ｔｏｎの直流アーク溶解炉、炉
内径Ｄは７０００ｍｍ、フリーボードＬは４０００ｍｍ
であり、ガスノズルは同一高さｈに３本設置した場合で
ある。同図によれば、炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率
ηc を高めるためにガスノズルを設置すべき適正な高さ
は、湯面からの配設高さｈに依存し、湯面から側壁の上
端までの高さＬとの間の関係が、ｈ／Ｌ＝０．５５より
小さい条件でη c を大きくすることができることがわか
る。ｈ／Ｌは小さい方がηC は上昇するが、上述したス
プラッシュの問題からｈ／Ｌ＞０．１５が必要である。
ｈとフリーボードＬとの比ｈ／Ｌと、炭素の炉内燃焼熱
の平均着熱効率ηc との関係を示すグラフである。ここ
で、溶解炉は公称１２０ｔｏｎの直流アーク溶解炉、炉
内径Ｄは７０００ｍｍ、フリーボードＬは４０００ｍｍ
であり、ガスノズルは同一高さｈに３本設置した場合で
ある。同図によれば、炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率
ηc を高めるためにガスノズルを設置すべき適正な高さ
は、湯面からの配設高さｈに依存し、湯面から側壁の上
端までの高さＬとの間の関係が、ｈ／Ｌ＝０．５５より
小さい条件でη c を大きくすることができることがわか
る。ｈ／Ｌは小さい方がηC は上昇するが、上述したス
プラッシュの問題からｈ／Ｌ＞０．１５が必要である。
【００２０】ガスノズルを設置する高さの水準数（段
数）は、溶解炉のＬ／Ｄの値が増加し、炉体が縦長にな
るに従い増やすことによりガス流れの乱流を維持しηc
を高く維持することができる。この観点から、溶解炉の
Ｌ／Ｄが１．０超えの炉体の場合には、ガスノズルの設
置段数を２以上にすることが望ましい。
数）は、溶解炉のＬ／Ｄの値が増加し、炉体が縦長にな
るに従い増やすことによりガス流れの乱流を維持しηc
を高く維持することができる。この観点から、溶解炉の
Ｌ／Ｄが１．０超えの炉体の場合には、ガスノズルの設
置段数を２以上にすることが望ましい。
【００２１】次に、ガスノズルの吹出し口の方向は、酸
素含有ガスの吹出し線が上部アーク電極が降下した状態
のときこれと衝突してはならない。即ち、ガスノズルの
ガス吹出し口の方向は、酸素含有ガスの吹出し線の水平
面内への投影線と、吹出し口と上部アーク電極の中心軸
線とを結ぶ直線の上記水平面内への投影線（投影線Ｌc
という）とのなす角度θは、酸素含有ガスの吹出し線が
上部アーク電極が降下した状態のときにアーク電極の周
面と接するときの酸素含有ガスの吹出し線の上記水平面
内への投影線と上記投影線Ｌc とのなす角度をθr
（°）とすると、角度θはθr よりも大きくする。しか
も、角度θを４０°未満とすべきである。
素含有ガスの吹出し線が上部アーク電極が降下した状態
のときこれと衝突してはならない。即ち、ガスノズルの
ガス吹出し口の方向は、酸素含有ガスの吹出し線の水平
面内への投影線と、吹出し口と上部アーク電極の中心軸
線とを結ぶ直線の上記水平面内への投影線（投影線Ｌc
という）とのなす角度θは、酸素含有ガスの吹出し線が
上部アーク電極が降下した状態のときにアーク電極の周
面と接するときの酸素含有ガスの吹出し線の上記水平面
内への投影線と上記投影線Ｌc とのなす角度をθr
（°）とすると、角度θはθr よりも大きくする。しか
も、角度θを４０°未満とすべきである。
【００２２】ガスノズルの吹出し口の方向をこのように
限定するのは、酸素含有ガスが電極カーボンの酸化損傷
の原因となるのを防止しなければならず、一方、角度θ
を４０°未満とするのは酸素含有ガスが炉内側壁（耐火
物、水冷パネル等）材料に衝突することによる耐火物の
損傷を防止するためである。更に、上記条件に付加して
ガスノズルの吹出し口の方向は、水平方向よりも斜め下
方に向け、ガスノズル設置段数が一つのときは浴表面に
向けることが望ましい。
限定するのは、酸素含有ガスが電極カーボンの酸化損傷
の原因となるのを防止しなければならず、一方、角度θ
を４０°未満とするのは酸素含有ガスが炉内側壁（耐火
物、水冷パネル等）材料に衝突することによる耐火物の
損傷を防止するためである。更に、上記条件に付加して
ガスノズルの吹出し口の方向は、水平方向よりも斜め下
方に向け、ガスノズル設置段数が一つのときは浴表面に
向けることが望ましい。
【００２３】酸素含有ガスとしては純酸素ガスを使用す
ると二次燃焼率ＰＣＤを一層向上させることができる。
また、純酸素ガスは排ガスで加熱して用いれば排ガスエ
ネルギーの利用率が一層向上する。
ると二次燃焼率ＰＣＤを一層向上させることができる。
また、純酸素ガスは排ガスで加熱して用いれば排ガスエ
ネルギーの利用率が一層向上する。
【００２４】酸素原単位を種々変更して、本発明を適用
する場合の電力原単位に及ぼす一次燃焼用の酸素原単位
の影響を調べた。溶解量１５０トンの初装入１チャンス
でスクラップの全量が炉内に装入できる炉であって、ｈ
／Ｌ＝０．２５の位置に二次燃焼ノズルを周囲に５本設
置した。二次燃焼用酸素量は、一次燃焼用酸素量の３０
％の量とした。
する場合の電力原単位に及ぼす一次燃焼用の酸素原単位
の影響を調べた。溶解量１５０トンの初装入１チャンス
でスクラップの全量が炉内に装入できる炉であって、ｈ
／Ｌ＝０．２５の位置に二次燃焼ノズルを周囲に５本設
置した。二次燃焼用酸素量は、一次燃焼用酸素量の３０
％の量とした。
【００２５】図４に上記試験結果を示す。同図より、酸
素原単位が４０Ｎｍ3 ／ｔ以上のとき単位重量当たりの
電力原単位の減少が著しく二次燃焼の効果が顕著になっ
た。従って、この発明では一次燃焼用の酸素量を４０Ｎ
ｍ3 ／ｔ以上に限定する。
素原単位が４０Ｎｍ3 ／ｔ以上のとき単位重量当たりの
電力原単位の減少が著しく二次燃焼の効果が顕著になっ
た。従って、この発明では一次燃焼用の酸素量を４０Ｎ
ｍ3 ／ｔ以上に限定する。
【００２６】フリーボードＬと炉内径Ｄとの比Ｌ／Ｄ
は、効率的なアークの形状および発生方向と炉内のスク
ラップ装入分布との関係を左右する要因であって、ア−
クからスクラップへの着熱効率に大きく影響するものと
考えられる。そこで、この着熱効率に着目して、Ｌ×Ｄ
2 が一定であるという条件、即ち、炉内湯面よりも上方
の炉内容積を一定にした各種Ｌ／Ｄの実用小型ア−ク炉
を用いて、ア−ク炉外へ持ち去られる排ガスの熱損失に
ついて試験した。試験溶解はいずれのチャ−ジにおいて
も、嵩密度が一定のスクラップを用い、かつ、初装入で
全てのスクラップを装入し、常法によるア−ク炉試験操
業を行なった。
は、効率的なアークの形状および発生方向と炉内のスク
ラップ装入分布との関係を左右する要因であって、ア−
クからスクラップへの着熱効率に大きく影響するものと
考えられる。そこで、この着熱効率に着目して、Ｌ×Ｄ
2 が一定であるという条件、即ち、炉内湯面よりも上方
の炉内容積を一定にした各種Ｌ／Ｄの実用小型ア−ク炉
を用いて、ア−ク炉外へ持ち去られる排ガスの熱損失に
ついて試験した。試験溶解はいずれのチャ−ジにおいて
も、嵩密度が一定のスクラップを用い、かつ、初装入で
全てのスクラップを装入し、常法によるア−ク炉試験操
業を行なった。
【００２７】図５は、フリーボードＬと炉内径Ｄとの比
Ｌ／Ｄと、排ガスの熱損失比との関係を示すグラフであ
る。同図は酸素含有ガスによる炉内２次燃焼を行なわな
かった場合であり、排ガスの熱損失比は、Ｌ／Ｄ＝０．
５５の場合の試験チャ−ジにおける排ガスの顕熱および
潜熱の和に対する、当該試験チャ−ジにおける排ガスの
顕熱および潜熱の和の割合で表わしたものである。
Ｌ／Ｄと、排ガスの熱損失比との関係を示すグラフであ
る。同図は酸素含有ガスによる炉内２次燃焼を行なわな
かった場合であり、排ガスの熱損失比は、Ｌ／Ｄ＝０．
５５の場合の試験チャ−ジにおける排ガスの顕熱および
潜熱の和に対する、当該試験チャ−ジにおける排ガスの
顕熱および潜熱の和の割合で表わしたものである。
【００２８】図５から明らかなように、Ｌ／Ｄが増加す
るに従い、排ガスの熱損失比は低下する。Ｌ／Ｄが０．
６における排ガスの熱損失比は０．９０程度にまで改善
され、その効果も操業コスト上有用なものである。更
に、Ｌ／Ｄが大きくなると、排ガスの熱損失比は一層低
下している。しかしながら、Ｌ／Ｄが１．４を超えても
排ガスの熱損失比の改善は小さくほぼ飽和する。一方、
Ｌ／Ｄが大きくなるほど、電極昇降装置、建屋、クレ−
ン設備および炉体冷却設備等の諸元を大きくしなければ
ならないという不利益が発生し、Ｌ／Ｄが１．４を超え
ると上記不利益が問題となる。排ガスの熱損失比、並び
に、上記設備の投資および運転コストを考慮した場合、
Ｌ／Ｄは０．７〜１．２の範囲内であることが望まし
い。
るに従い、排ガスの熱損失比は低下する。Ｌ／Ｄが０．
６における排ガスの熱損失比は０．９０程度にまで改善
され、その効果も操業コスト上有用なものである。更
に、Ｌ／Ｄが大きくなると、排ガスの熱損失比は一層低
下している。しかしながら、Ｌ／Ｄが１．４を超えても
排ガスの熱損失比の改善は小さくほぼ飽和する。一方、
Ｌ／Ｄが大きくなるほど、電極昇降装置、建屋、クレ−
ン設備および炉体冷却設備等の諸元を大きくしなければ
ならないという不利益が発生し、Ｌ／Ｄが１．４を超え
ると上記不利益が問題となる。排ガスの熱損失比、並び
に、上記設備の投資および運転コストを考慮した場合、
Ｌ／Ｄは０．７〜１．２の範囲内であることが望まし
い。
【００２９】従って、スクラップの溶解効率の向上を図
り、且つトータルコストを下げるためには、Ｌ／Ｄは
０．６〜１．４、望ましくは、０．７〜１．２の範囲内
とするのがよい。
り、且つトータルコストを下げるためには、Ｌ／Ｄは
０．６〜１．４、望ましくは、０．７〜１．２の範囲内
とするのがよい。
【００３０】ここで、１回装入炉の要件を求める。１チ
ャ−ジのスクラップ装入量、および、Ｌ／Ｄを決め、こ
れに応じて定まるＬおよびＤを算出することにより、所
望の炉内寸法を求めることができる。通常のア−ク炉に
おいては、Ｌ、Ｄ、および、スクラップの装入量Ｗの間
には、下記（７）式： Ｌ／Ｄ＝（４／π）｛（ρl −ρS ’）／（ρl ρS ’）｝（Ｗ／Ｄ3 ） ------------（７） 但し、ρl ：溶鋼の密度 ρS ’：スクラップの嵩密度 Ｗ ：スクラップの装入量 の関係がある。ア−ク炉においては種々の形態の製鋼用
スクラップが使用され、これらスクラップの嵩密度は
０．３〜１．０ｔ／ｍ3 の範囲内の種々のものにわたる
が、その加重平均値は、０．７ｔ／ｍ3 程度である。従
って、１チャ−ジのスクラップ装入量Ｗ、および、Ｌ／
Ｄを与えれば、フリーボードＬ、および、炉内径Ｄが求
められる。例えば、Ｗ＝１２０ｔとすれば、この発明に
おける望ましい条件であるＬ／Ｄ≧０．６が満たされる
ためには、炉内径Ｄ≦６．９（ｍ）であって、且つ、湯
面から炉内側壁上端までの高さＬは、Ｄの値に応じて、
Ｌ≧０．６×Ｄ（ｍ）、即ち、Ｌ／Ｄ≧０．６であれば
よい。一方、Ｌ／Ｄが大きくなり過ぎると、炉側壁への
熱損失が大きくなり、上述したようにＬ／Ｄを１．４以
下にするのがよい。
ャ−ジのスクラップ装入量、および、Ｌ／Ｄを決め、こ
れに応じて定まるＬおよびＤを算出することにより、所
望の炉内寸法を求めることができる。通常のア−ク炉に
おいては、Ｌ、Ｄ、および、スクラップの装入量Ｗの間
には、下記（７）式： Ｌ／Ｄ＝（４／π）｛（ρl −ρS ’）／（ρl ρS ’）｝（Ｗ／Ｄ3 ） ------------（７） 但し、ρl ：溶鋼の密度 ρS ’：スクラップの嵩密度 Ｗ ：スクラップの装入量 の関係がある。ア−ク炉においては種々の形態の製鋼用
スクラップが使用され、これらスクラップの嵩密度は
０．３〜１．０ｔ／ｍ3 の範囲内の種々のものにわたる
が、その加重平均値は、０．７ｔ／ｍ3 程度である。従
って、１チャ−ジのスクラップ装入量Ｗ、および、Ｌ／
Ｄを与えれば、フリーボードＬ、および、炉内径Ｄが求
められる。例えば、Ｗ＝１２０ｔとすれば、この発明に
おける望ましい条件であるＬ／Ｄ≧０．６が満たされる
ためには、炉内径Ｄ≦６．９（ｍ）であって、且つ、湯
面から炉内側壁上端までの高さＬは、Ｄの値に応じて、
Ｌ≧０．６×Ｄ（ｍ）、即ち、Ｌ／Ｄ≧０．６であれば
よい。一方、Ｌ／Ｄが大きくなり過ぎると、炉側壁への
熱損失が大きくなり、上述したようにＬ／Ｄを１．４以
下にするのがよい。
【００３１】従って、１回装入炉の炉体形状としては、
Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４とするのが望ましい。なお、１
回装入炉で操業すると、操業中の炉蓋の開閉に伴う炉熱
損失が無くなること、また、溶解期においては、電極か
らのアークがスクラップに囲まれて発生しているので投
入電力のスクラップへの着熱効率も高くなることの二つ
の効果も加わる。
Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４とするのが望ましい。なお、１
回装入炉で操業すると、操業中の炉蓋の開閉に伴う炉熱
損失が無くなること、また、溶解期においては、電極か
らのアークがスクラップに囲まれて発生しているので投
入電力のスクラップへの着熱効率も高くなることの二つ
の効果も加わる。
【００３２】上述した１回装入炉を用いた場合と従来の
２回または３回装入炉を用いた場合とを、炭素の炉内燃
焼熱の平均着熱効率ηc について比較する。図６は、溶
解期における炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率ηc に及
ぼす、１回、２回および３回装入炉の違いによる影響を
示すグラフである。同図によれば、２回および３回装入
炉に比較して１回装入炉の場合には、炭素の炉内燃焼熱
の平均着熱効率ηc が大幅に向上している。
２回または３回装入炉を用いた場合とを、炭素の炉内燃
焼熱の平均着熱効率ηc について比較する。図６は、溶
解期における炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率ηc に及
ぼす、１回、２回および３回装入炉の違いによる影響を
示すグラフである。同図によれば、２回および３回装入
炉に比較して１回装入炉の場合には、炭素の炉内燃焼熱
の平均着熱効率ηc が大幅に向上している。
【００３３】本発明者等は上述した知見に基づき、アー
ク溶解炉からの排ガスが有するトータルエネルギーを炉
内被加熱物（加熱中スクラップおよび溶湯）に対して従
来よりも更に高い着熱効率が得られるアーク溶解炉を考
案し、次いで、一溶解分のスクラップを追加装入するこ
となしに１チャンスで全量を装入した上で上記高着熱の
アーク溶解炉で加熱・溶解することにより、従来みられ
なかった効果が得られることを確認した。
ク溶解炉からの排ガスが有するトータルエネルギーを炉
内被加熱物（加熱中スクラップおよび溶湯）に対して従
来よりも更に高い着熱効率が得られるアーク溶解炉を考
案し、次いで、一溶解分のスクラップを追加装入するこ
となしに１チャンスで全量を装入した上で上記高着熱の
アーク溶解炉で加熱・溶解することにより、従来みられ
なかった効果が得られることを確認した。
【００３４】この発明のアーク溶解炉は下記の通りであ
る。請求項１記載のアーク溶解炉は下記に特徴を有する
ものである。溶解炉の内容積が一溶解分のスクラップ全
量を初装入チャンスで収容可能であって、この溶解炉の
炉内側壁に、溶解炉で原料を加熱し溶解しそして精錬す
る際に発生する高温の排ガス中の可燃物質例えば、ＣＯ
ガスを燃焼させる、即ち二次燃焼させるために、酸素含
有ガスを炉内空間に吹き込むガスノズルを設ける。ガス
ノズルは排ガス中の可燃物質の燃焼効率向上のため３本
以上を設け、その位置としては、炉内湯面からの高さを
ｈとし、フリーボードをＬとすると、下記（１）式： ｈ／Ｌ＝０．１５〜０．５５ ---------------- （１） の関係を満たすものである。
る。請求項１記載のアーク溶解炉は下記に特徴を有する
ものである。溶解炉の内容積が一溶解分のスクラップ全
量を初装入チャンスで収容可能であって、この溶解炉の
炉内側壁に、溶解炉で原料を加熱し溶解しそして精錬す
る際に発生する高温の排ガス中の可燃物質例えば、ＣＯ
ガスを燃焼させる、即ち二次燃焼させるために、酸素含
有ガスを炉内空間に吹き込むガスノズルを設ける。ガス
ノズルは排ガス中の可燃物質の燃焼効率向上のため３本
以上を設け、その位置としては、炉内湯面からの高さを
ｈとし、フリーボードをＬとすると、下記（１）式： ｈ／Ｌ＝０．１５〜０．５５ ---------------- （１） の関係を満たすものである。
【００３５】更に、上記ガスノズルのガス吹出し口の方
向は、酸素含有ガスの吹出し線の水平面内への投影線
（以下、「投影線Ｌg 」という）と、上記吹出し口と上
部アーク電極の中心軸線（以下、「Ｇ」という）とを結
ぶ直線の上記水平面内への投影線（以下、「投影線Ｌc
」という）とのなす角度θは、酸素含有ガスの吹出し
線が上部アーク電極が降下した状態のときにこのアーク
電極の周面と接するときの酸素含有ガスの吹出し線の上
記水平面内への投影線が上記投影線Ｌc となす角度をθ
r （°）とした場合に、θr ＜θ＜４０°なる関係を満
たすものとする。この発明は上記条件をすべて満たすこ
とに特徴を有する。
向は、酸素含有ガスの吹出し線の水平面内への投影線
（以下、「投影線Ｌg 」という）と、上記吹出し口と上
部アーク電極の中心軸線（以下、「Ｇ」という）とを結
ぶ直線の上記水平面内への投影線（以下、「投影線Ｌc
」という）とのなす角度θは、酸素含有ガスの吹出し
線が上部アーク電極が降下した状態のときにこのアーク
電極の周面と接するときの酸素含有ガスの吹出し線の上
記水平面内への投影線が上記投影線Ｌc となす角度をθ
r （°）とした場合に、θr ＜θ＜４０°なる関係を満
たすものとする。この発明は上記条件をすべて満たすこ
とに特徴を有する。
【００３６】請求項２記載のアーク溶解炉は、請求項１
記載の溶解炉に、更に、上述したガスノズルの取付位置
を、炉内湯面から一水準の高さに限定せず、２次燃焼の
効果をより大きくするためにフリーボードの高さが大き
い場合には高さを二水準以上とする。そして、各々の水
準の高さに３本以上のガスノズルを設けることに特徴を
有するものである。
記載の溶解炉に、更に、上述したガスノズルの取付位置
を、炉内湯面から一水準の高さに限定せず、２次燃焼の
効果をより大きくするためにフリーボードの高さが大き
い場合には高さを二水準以上とする。そして、各々の水
準の高さに３本以上のガスノズルを設けることに特徴を
有するものである。
【００３７】請求項３記載のアーク溶解炉は、請求項２
記載の溶解炉に、更に、溶解炉の内容積を、一溶解分の
スクラップ全量を初装入チャンスに装入することができ
る容積を持たせるに当たり、フリーボードＬと炉内径Ｄ
との間の関係が下記（２）式： Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４ ---------------- （２） を満たすようにすることにより、排ガスエネルギーおよ
びアークエネルギーを一層効率よく利用することができ
ることに特徴を有するものである。
記載の溶解炉に、更に、溶解炉の内容積を、一溶解分の
スクラップ全量を初装入チャンスに装入することができ
る容積を持たせるに当たり、フリーボードＬと炉内径Ｄ
との間の関係が下記（２）式： Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４ ---------------- （２） を満たすようにすることにより、排ガスエネルギーおよ
びアークエネルギーを一層効率よく利用することができ
ることに特徴を有するものである。
【００３８】この発明の、アーク溶解炉を用いた冷鉄源
の溶解方法は下記の通りである。請求項４記載のアーク
溶解炉を用いた冷鉄源の溶解方法は下記に特徴を有する
ものである。即ち、請求項１〜３の内いずれか一つに記
載されたアーク溶解炉を用い、当該溶解炉に備わった全
ての機能を活用し、更に、溶解・精錬中の溶解炉内に、
コークス等の補助燃料およびスクラップを酸化燃焼させ
るための一次燃焼用酸素を吹き込むことに特徴を有する
ものである。
の溶解方法は下記の通りである。請求項４記載のアーク
溶解炉を用いた冷鉄源の溶解方法は下記に特徴を有する
ものである。即ち、請求項１〜３の内いずれか一つに記
載されたアーク溶解炉を用い、当該溶解炉に備わった全
ての機能を活用し、更に、溶解・精錬中の溶解炉内に、
コークス等の補助燃料およびスクラップを酸化燃焼させ
るための一次燃焼用酸素を吹き込むことに特徴を有する
ものである。
【００３９】請求項５記載のアーク溶解炉を用いた冷鉄
源の溶解方法は、本発明の効果を一層顕著にするため
に、請求項４に記載された溶解方法において、一次燃焼
用酸素を４０Ｎｍ3 ／ｔ以上使用することに特徴を有す
るものである。
源の溶解方法は、本発明の効果を一層顕著にするため
に、請求項４に記載された溶解方法において、一次燃焼
用酸素を４０Ｎｍ3 ／ｔ以上使用することに特徴を有す
るものである。
【００４０】
【発明の実施の形態】次に、この発明を、図面を参照し
ながら更に説明する。図７はこの発明のアーク溶解炉の
一実施態様を示す、一部切欠き概略構成図であり、図８
〜１１は図７要部概略断面図であって、図８および９は
それぞれ図７のＸ−Ｘ線およびＹ−Ｙ線水平断面図であ
り、図１０および１１はそれぞれ図８および９のＡ−Ａ
線およびＢ−Ｂ線縦断面図である。
ながら更に説明する。図７はこの発明のアーク溶解炉の
一実施態様を示す、一部切欠き概略構成図であり、図８
〜１１は図７要部概略断面図であって、図８および９は
それぞれ図７のＸ−Ｘ線およびＹ−Ｙ線水平断面図であ
り、図１０および１１はそれぞれ図８および９のＡ−Ａ
線およびＢ−Ｂ線縦断面図である。
【００４１】図７に示すように、直流アーク溶解炉１の
側壁２の内部には、高さ方向２段にわたり酸素含有ガス
を炉内に吹き込むためのガスノズルが各段に３個ずつ、
合計６個のガスノズル３ａ、３ｂ、・・、３ｆが取り付
けられており、各ガスノズルは、酸素含有ガス配管系４
を介して酸素含有ガス供給装置５に接続している。一
方、直流アーク溶解炉１の炉蓋６（図２参照）には排ガ
ス系配管７（図２参照）が接続し溶解炉排風機（図示せ
ず）に通じている。排ガス系配管７の途中からは排ガス
サンプリング装置８を経て排ガス分析装置９が接続さ
れ、これから酸素含有ガス供給制御装置１０に送信ケー
ブルが接続され、更に酸素含有ガス供給装置５に接続し
ている。
側壁２の内部には、高さ方向２段にわたり酸素含有ガス
を炉内に吹き込むためのガスノズルが各段に３個ずつ、
合計６個のガスノズル３ａ、３ｂ、・・、３ｆが取り付
けられており、各ガスノズルは、酸素含有ガス配管系４
を介して酸素含有ガス供給装置５に接続している。一
方、直流アーク溶解炉１の炉蓋６（図２参照）には排ガ
ス系配管７（図２参照）が接続し溶解炉排風機（図示せ
ず）に通じている。排ガス系配管７の途中からは排ガス
サンプリング装置８を経て排ガス分析装置９が接続さ
れ、これから酸素含有ガス供給制御装置１０に送信ケー
ブルが接続され、更に酸素含有ガス供給装置５に接続し
ている。
【００４２】溶解炉の炉体形状は、一溶解分のスクラッ
プ全量が溶解した時の炉内湯面１１ａから炉内側壁２の
上端１３までの高さ（フリーボード）をＬとし、炉の内
径をＤとすると、Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４の範囲内にあ
り、一溶解分のスクラップは全量初回の装入チャンスで
収容することができ、所謂１回装入炉である。
プ全量が溶解した時の炉内湯面１１ａから炉内側壁２の
上端１３までの高さ（フリーボード）をＬとし、炉の内
径をＤとすると、Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４の範囲内にあ
り、一溶解分のスクラップは全量初回の装入チャンスで
収容することができ、所謂１回装入炉である。
【００４３】図８および９に示すように、ガスノズルは
各段に炉内側壁２の内周等間隔に３個ずつ取り付けら
れ、各ガスノズルにはガス吹出し孔が１孔ずつ設けられ
ている。ガス吹出し線の水平面内への投影線（直線Ｌg
）と、ガス吹出し口と上部アーク電極の中心軸線
（Ｇ）とを結ぶ直線の水平面内への投影線（直線Ｌc ）
とのなす角度θ（図８参照）がそれぞれ所定の角度で炉
内方向を向いている。ここで、角度θは酸素含有ガスの
吹出し線が上部アーク電極が降下した状態のとき電極の
周面と接するときの角度θr よりも大きく、且つ、４０
°未満に設定する。そして、下段および上段のガスノズ
ルからの吹出し方向はそれぞれ時計廻りおよび反時計廻
りとなっている。
各段に炉内側壁２の内周等間隔に３個ずつ取り付けら
れ、各ガスノズルにはガス吹出し孔が１孔ずつ設けられ
ている。ガス吹出し線の水平面内への投影線（直線Ｌg
）と、ガス吹出し口と上部アーク電極の中心軸線
（Ｇ）とを結ぶ直線の水平面内への投影線（直線Ｌc ）
とのなす角度θ（図８参照）がそれぞれ所定の角度で炉
内方向を向いている。ここで、角度θは酸素含有ガスの
吹出し線が上部アーク電極が降下した状態のとき電極の
周面と接するときの角度θr よりも大きく、且つ、４０
°未満に設定する。そして、下段および上段のガスノズ
ルからの吹出し方向はそれぞれ時計廻りおよび反時計廻
りとなっている。
【００４４】図１０および１１に示すように、下段およ
び上段に取り付けられたガスノズルの高さは、湯面から
それぞれｈ1 ／Ｌ＝０．２５、ｈ2 ／Ｌ＝０．５０の位
置であり、各ガスノズルは水平方向Ｈに対してそれぞれ
所定の角度αの下方向を向いている（図１０中のＨおよ
びα参照）。
び上段に取り付けられたガスノズルの高さは、湯面から
それぞれｈ1 ／Ｌ＝０．２５、ｈ2 ／Ｌ＝０．５０の位
置であり、各ガスノズルは水平方向Ｈに対してそれぞれ
所定の角度αの下方向を向いている（図１０中のＨおよ
びα参照）。
【００４５】次に、上記直流アーク溶解炉の操業方法の
一実施態様を説明する。予熱済みまたは予熱されていな
い一溶解分のスクラップ全量を直流アーク溶解炉１に装
入し、炉蓋６をして炉内を密閉し、上部アーク電極１２
を降下させて通電しアーク溶解を開始する。所定の排風
機およびダンパー操作をし、炉内から発生する高温の排
ガスから排ガスサンプリング装置８で採取したサンプル
を排ガス分析装置９でＣＯ、Ｈ2 、ＣＯ2 ガス含有量を
分析し、その結果に基づき酸素含有ガス供給制御装置１
０で制御された流量の酸素含有ガスを酸素含有ガス供給
装置５から供給してガスノズル３から炉内に噴射する。
スクラップを全量加熱・溶解後、所定の造滓材を炉内へ
投入し、所定の精錬を行ない、取鍋に出鋼する。
一実施態様を説明する。予熱済みまたは予熱されていな
い一溶解分のスクラップ全量を直流アーク溶解炉１に装
入し、炉蓋６をして炉内を密閉し、上部アーク電極１２
を降下させて通電しアーク溶解を開始する。所定の排風
機およびダンパー操作をし、炉内から発生する高温の排
ガスから排ガスサンプリング装置８で採取したサンプル
を排ガス分析装置９でＣＯ、Ｈ2 、ＣＯ2 ガス含有量を
分析し、その結果に基づき酸素含有ガス供給制御装置１
０で制御された流量の酸素含有ガスを酸素含有ガス供給
装置５から供給してガスノズル３から炉内に噴射する。
スクラップを全量加熱・溶解後、所定の造滓材を炉内へ
投入し、所定の精錬を行ない、取鍋に出鋼する。
【００４６】
【実施例】次に、この発明を実施例により更に説明す
る。図７および図８〜１１に示したこの発明の実施態様
において、表１に示す電気炉設備および操業条件で試験
した。表２には、二次燃焼用ガスノズルの設置条件およ
び送酸条件の詳細を示す。
る。図７および図８〜１１に示したこの発明の実施態様
において、表１に示す電気炉設備および操業条件で試験
した。表２には、二次燃焼用ガスノズルの設置条件およ
び送酸条件の詳細を示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】試験は、表１に示すように、溶解能力１５
０ｔｏｎ／チャージの直流アーク溶解炉または１２０ｔ
ｏｎ／チャージの直流アーク炉において、Ｌ／Ｄの値の
相違、２次燃焼用ノズルの設置有無、および一次燃焼用
酸素使用量の相違を組み合わせた４場合について行なっ
た。第１は本発明の範囲内（実施例１）であり、スクラ
ップの１回装入炉で一次燃焼用酸素を４２Ｎｍ3 ／ｔ使
用し、且つ２次燃焼を行なった場合、第２は本発明の範
囲内（実施例２）であり、実施例１の一次燃焼用酸素が
３３Ｎｍ3 ／ｔの場合、第３は本発明の範囲外（比較例
１）であり、スクラップの１回装入炉で２次燃焼を行な
わなかった場合、そして、第４は本発明の範囲外（比較
例２）であり、スクラップの２回装入炉で２次燃焼を行
なわなかった場合である。
０ｔｏｎ／チャージの直流アーク溶解炉または１２０ｔ
ｏｎ／チャージの直流アーク炉において、Ｌ／Ｄの値の
相違、２次燃焼用ノズルの設置有無、および一次燃焼用
酸素使用量の相違を組み合わせた４場合について行なっ
た。第１は本発明の範囲内（実施例１）であり、スクラ
ップの１回装入炉で一次燃焼用酸素を４２Ｎｍ3 ／ｔ使
用し、且つ２次燃焼を行なった場合、第２は本発明の範
囲内（実施例２）であり、実施例１の一次燃焼用酸素が
３３Ｎｍ3 ／ｔの場合、第３は本発明の範囲外（比較例
１）であり、スクラップの１回装入炉で２次燃焼を行な
わなかった場合、そして、第４は本発明の範囲外（比較
例２）であり、スクラップの２回装入炉で２次燃焼を行
なわなかった場合である。
【００５０】更に、実施例１および２については、２次
燃焼用ガスノズルを下段および上段の２段に炉壁内周等
間隔に各３本ずつ取り付け、ガスの吹出し口を上下段で
逆回りの方向にガスを吹き出させるように向けた。ガス
吹出し口には各１つのガス吹出し孔を設け、その吹出し
方向の内、前述した水平面内投影角θを３０°に、そし
て鉛直面内への投影角αを１５°にした。
燃焼用ガスノズルを下段および上段の２段に炉壁内周等
間隔に各３本ずつ取り付け、ガスの吹出し口を上下段で
逆回りの方向にガスを吹き出させるように向けた。ガス
吹出し口には各１つのガス吹出し孔を設け、その吹出し
方向の内、前述した水平面内投影角θを３０°に、そし
て鉛直面内への投影角αを１５°にした。
【００５１】ここで、ガス吹出し方向の鉛直面内への投
影角αとは、ガス吹出し線の鉛直面内への投影線と、上
記鉛直面内の水平線とのなす角をいう。また、２次燃焼
用酸素含有ガスとしては工業用純酸素を、実施例１では
９．６Ｎｍ3 ／ｔ、そして実施例２では１３．２Ｎｍ3
／ｔだけ吹き込んだ。
影角αとは、ガス吹出し線の鉛直面内への投影線と、上
記鉛直面内の水平線とのなす角をいう。また、２次燃焼
用酸素含有ガスとしては工業用純酸素を、実施例１では
９．６Ｎｍ3 ／ｔ、そして実施例２では１３．２Ｎｍ3
／ｔだけ吹き込んだ。
【００５２】表３に、上記試験結果を示す。表３から下
記事項がわかる。
記事項がわかる。
【００５３】
【表３】
【００５４】本発明のアーク溶解炉を用いた溶解方法の
実施例１および２による操業によれば、従来のアーク炉
である比較例１および２による操業に比べて熱効率が大
幅に上昇している。その理由は、実施例１および２にお
いては、炉内２次燃焼率ＰＣＤの向上により炭素の炉内
燃焼発熱量が上昇したこと、および、排ガス中ＣＯガス
燃焼熱の炉内スクラップへの着熱効率が上昇したことに
よるものであることがわかる。また、実施例１は実施例
２よりも一段と優れている。
実施例１および２による操業によれば、従来のアーク炉
である比較例１および２による操業に比べて熱効率が大
幅に上昇している。その理由は、実施例１および２にお
いては、炉内２次燃焼率ＰＣＤの向上により炭素の炉内
燃焼発熱量が上昇したこと、および、排ガス中ＣＯガス
燃焼熱の炉内スクラップへの着熱効率が上昇したことに
よるものであることがわかる。また、実施例１は実施例
２よりも一段と優れている。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
炉内２次燃焼率の向上および排ガス顕熱の炉内スクラッ
プへの着熱効率の向上により、電気炉内で発生する発生
ガスからの効率的なエネルギー回収をすることができる
アーク溶解炉を提供することができ、更に、そのアーク
溶解炉を用いた冷鉄源の溶解方法を提供することがで
き、工業上有用な効果がもたらされる。
炉内２次燃焼率の向上および排ガス顕熱の炉内スクラッ
プへの着熱効率の向上により、電気炉内で発生する発生
ガスからの効率的なエネルギー回収をすることができる
アーク溶解炉を提供することができ、更に、そのアーク
溶解炉を用いた冷鉄源の溶解方法を提供することがで
き、工業上有用な効果がもたらされる。
【図１】ガスノズルの本数と炭素の炉内燃焼熱の平均着
熱効率ηc との関係を示すグラフである。
熱効率ηc との関係を示すグラフである。
【図２】フリーボードＬおよび炉内径Ｄの定義を説明す
る図である。
る図である。
【図３】ガスノズルの湯面からの配設高さｈと湯面から
側壁の上端までの高さＬとの比ｈ／Ｌと、炭素の炉内燃
焼熱の平均着熱効率ηc との関係を示すグラフである。
側壁の上端までの高さＬとの比ｈ／Ｌと、炭素の炉内燃
焼熱の平均着熱効率ηc との関係を示すグラフである。
【図４】電力原単位に及ぼす一次燃焼用の酸素原単位の
影響を示すグラフである。
影響を示すグラフである。
【図５】湯面から炉内の側壁上端までの高さＬと炉内径
Ｄとの比Ｌ／Ｄと、排ガスの熱損失比との関係を示すグ
ラフである。
Ｄとの比Ｌ／Ｄと、排ガスの熱損失比との関係を示すグ
ラフである。
【図６】炭素の炉内燃焼熱の平均着熱効率ηc に及ぼ
す、１回、２回および３回装入炉の違いによる影響を示
すグラフである。
す、１回、２回および３回装入炉の違いによる影響を示
すグラフである。
【図７】この発明の一実施態様を示す、一部切欠き概略
構成図である。
構成図である。
【図８】図７のＸ−Ｘ線水平断面図である。
【図９】図７のＹ−Ｙ線水平断面図である。
【図１０】図８のＡ−Ａ線縦断面図である。
【図１１】図９のＢ−Ｂ線縦断面図である。
１ 直流アーク溶解炉 ２ 側壁 ３ ガスノズル ３ａ，３ｂ，・・・，３ｆ ガスノズル ４ 酸素含有ガス配管系 ５ 酸素含有ガス供給装置 ６ 炉蓋 ７ 排ガス系配管 ８ 排ガスサンプリング装置 ９ 排ガス分析装置 １０ 酸素含有ガス供給制御装置 １１ 溶湯 １１ａ 湯面 １２ 上部アーク電極 １３ 上端 １４ 炉底電極 １５ 炉底 Ｌ フリーボード Ｄ 炉内径 Ｇ 上部アーク電極の中心軸線 ｈ1 下段ガスノズルの高さ ｈ2 上段ガスノズルの高さ
フロントページの続き (72)発明者 内野 周三 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内
Claims (5)
- 【請求項１】 一溶解分のスクラップ全量を初装入チャ
ンスで収容可能な容積を有し、炉内側壁に、原料を加熱
し溶解しそして精錬する際に発生する排ガス中の可燃物
質を燃焼させる二次燃焼用の酸素含有ガスを炉内空間に
吹き込むガスノズルを設けたアーク溶解炉において、 前記ガスノズルを３本以上設け、 前記ガスノズルを設ける位置は、前記一溶解分のスクラ
ップ全量が溶解したときの溶鋼表面から前記ガスノズル
までの高さｈと、前記溶鋼表面から前記炉内側壁の上端
までの高さＬとの間の関係が下記（１）式： ｈ／Ｌ＝０．１５ 〜０．５５ ---------------- （１） を満たし、且つ、 前記ガスノズルのガス吹出し口の方向は、前記酸素含有
ガスの吹出し線の水平面内への投影線と、前記吹出し口
と上部アーク電極の中心軸線とを結ぶ直線の前記水平面
内への投影線（投影線Ｌc という）とのなす角度θ
（°）が、前記酸素含有ガスの吹出し線が前記上部アー
ク電極が降下した状態のときに前記上部アーク電極の周
面と接するときの前記酸素含有ガスの吹出し線の前記水
平面内への投影線と前記投影線Ｌc とのなす角度をθr
（°）とした場合に、θr ＜θ＜４０°なる関係を満た
すことを特徴とするアーク溶解炉。 - 【請求項２】 前記ガスノズルは、前記炉内湯面からの
高さが２水準以上の高さに各々３本以上設けられている
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶解炉。 - 【請求項３】 前記溶解炉は、前記炉内湯面から前記炉
内側壁の上端までの高さＬと炉内径Ｄとの間の関係が下
記（２）式： Ｌ／Ｄ＝０．６〜１．４ ---------------- （２） を満たすことを特徴とする請求項２記載のアーク溶解
炉。 - 【請求項４】 請求項１〜３の内いずれか一つに記載さ
れたアーク溶解炉を用い、前記溶解・精錬中の溶解炉内
に、コークス等の補助燃料およびスクラップを酸化燃焼
させるための一次燃焼用酸素を吹き込むことを特徴とす
る、アーク溶解炉を用いた冷鉄源の溶解方法。 - 【請求項５】 前記一次燃焼用酸素を、４０Ｎｍ3 ／ｔ
以上使用することを特徴とする、請求項４記載の、アー
ク溶解炉を用いた冷鉄源の溶解方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3097797A JPH1047862A (ja) | 1996-05-27 | 1997-02-14 | アーク溶解炉およびそれを用いた冷鉄源の溶解方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-132134 | 1996-05-27 | ||
| JP13213496 | 1996-05-27 | ||
| JP3097797A JPH1047862A (ja) | 1996-05-27 | 1997-02-14 | アーク溶解炉およびそれを用いた冷鉄源の溶解方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1047862A true JPH1047862A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=26369430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3097797A Pending JPH1047862A (ja) | 1996-05-27 | 1997-02-14 | アーク溶解炉およびそれを用いた冷鉄源の溶解方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1047862A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9812302B2 (en) | 2007-03-16 | 2017-11-07 | National University Corporation Tohoku University | Magnetron sputtering apparatus |
-
1997
- 1997-02-14 JP JP3097797A patent/JPH1047862A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9812302B2 (en) | 2007-03-16 | 2017-11-07 | National University Corporation Tohoku University | Magnetron sputtering apparatus |
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