JPH11100610A

JPH11100610A - 予熱槽における鉄源の予熱方法

Info

Publication number: JPH11100610A
Application number: JP26424297A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Sato; 靖浩佐藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】予熱槽内の鉄源を電気炉から排出される排ガ
スにて予熱する際に、排ガス中の未燃焼ガスの燃焼熱に
よる設備トラブルを防止すると同時に、鉄源の予熱効率
を高める。【解決手段】予熱槽７内の排ガスの流れ方向に複数個
のノズル１４、１５、１６、１７、１８を配置し、これ
らノズルから酸素含有ガスを予熱槽内に吹き込み、排ガ
ス中の未燃焼ガスを燃焼させながら鉄源１０を予熱す
る。その際に、酸素含有ガスの吹き込み量、及びノズル
の吹き込み角度を各ノズルで個別に制御することで、未
燃焼ガスの燃焼が精度良く制御され、着熱効率が向上す
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、電気炉から排出さ
れる高温の排ガスを用いて鉄スクラップや直接還元鉄等
の鉄源を予熱する予熱槽において、鉄源を効率良く予熱
する予熱方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気炉では電極から発生するアーク熱に
より、鉄スクラップや直接還元鉄等の鉄源を加熱・溶解
し、精錬して溶鋼を製造するが、多くの電力を消費する
ため、電気炉から発生する高温の排ガスを用いた予熱槽
を設けて鉄源を予熱し、電力使用量の削減が図られてき
た。

【０００３】又、近年更なる電力使用量の削減対策とし
て、電気炉内の溶鋼又は溶融スラグ中にコークス等の炭
材と酸素とを吹き込み、炭材と酸素との反応による発熱
を利用する方法も実施されるに至り、その結果、排ガス
は高温になると共に多量の未燃焼のＣＯガスを含み、こ
の排ガスが予熱槽に導入されるようになった。そのた
め、予熱槽を通り排出される排ガスは多量のＣＯガスを
含むので、ＣＯガス等の未燃焼ガスを燃焼した後、大気
に放散していた。

【０００４】この燃焼のためには専用の燃焼装置が必要
であることと、排ガス中のＣＯガスが有功に活用されて
いないことから、排ガス中のＣＯガス等の未燃焼ガスを
有効に活用しようとする方法が幾つか提案されている。

【０００５】例えば、特開平８−１３６１６３号公報
（以下、「先行技術１」と記す）には、予熱槽の排ガス
流路に排ガス中のＣＯガス濃度を検出するセンサーを設
け、排ガス中のＣＯガス濃度を一定値以下に保つよう
に、電気炉内の上部空間即ち炉壁と炉蓋とで囲まれた自
由空間に導入する空気又は酸素の量を制御してＣＯガス
を燃焼させ、この排ガスで予熱する方法が開示されてい
る。

【０００６】又、特開平９−４９８７号公報（以下、
「先行技術２」と記す）には、少なくとも２本の空気ノ
ズルから、電気炉上方に配置された予熱槽への排ガス供
給ダクト中心位置下方の電気炉内自由空間に向かって空
気を送風し、ＣＯガスを前記自由空間で燃焼（この燃焼
を二次燃焼ともいう）させた後、予熱槽に導入して予熱
する方法が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】先行技術１及び先行技
術２では、予熱槽入り口側でＣＯガス等の未燃焼ガスを
二次燃焼させるので、予熱槽内の排ガス中ＣＯガス濃度
を所定値まで低減することはできるが、二次燃焼は、酸
素又は空気が供給される電気炉内の自由空間で一気に起
こる。そのため、極めて高温の排ガスが予熱槽若しくは
予熱槽に通ずるダクトに導入されるので、予熱槽や予熱
槽に通ずるダクトの熱負荷が非常に高くなり、設備トラ
ブルの原因となる。又、酸素又は空気の供給量が過剰の
場合には、電気炉内に装入直前の鉄源の酸化が発生する
ので、電気炉での溶解時は還元熱が必要となり、電力原
単位の悪化を来す。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、排ガス中の未燃焼ガスの燃焼
熱による設備トラブルを防止すると共に、鉄源の予熱効
率を高めることのできる予熱方法を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】第１の発明による予熱槽
における鉄源の予熱方法は、予熱槽内に充填された鉄源
を電気炉から排出される排ガスを予熱槽に導入して予熱
する際に、予熱槽内の前記排ガスの流れ方向に複数個の
ノズルを配置し、これらノズルから酸素含有ガスを予熱
槽内に吹き込み、排ガス中の未燃焼ガスを燃焼させなが
ら鉄源を予熱することを特徴とするものである。

【００１０】第２の発明による予熱槽における鉄源の予
熱方法は、第１の発明において、複数個のノズルから吹
き込む酸素含有ガスの吹き込み量を各ノズルで個別に制
御して吹き込むことを特徴とするものである。

【００１１】第３の発明による予熱槽における鉄源の予
熱方法は、第１又は第２の発明において、複数個のノズ
ルの吹き込み角度を各ノズルで個別に制御して吹き込む
ことを特徴とするものである。

【００１２】第４の発明による予熱槽における鉄源の予
熱方法は、第１の発明において、予熱槽内部で鉄源の棚
つりが発生した際は、棚つり発生位置付近の酸素含有ガ
スの吹き込み量を多くして棚つりを解消させることを特
徴とするものである。

【００１３】本発明では、予熱槽の排ガスの流れ方向複
数箇所にノズルを配置し、酸素含有ガスを各ノズルから
予熱槽内に吹き込む。すると、排ガス中のＣＯガス、Ｈ
₂ガス等の未燃焼ガスは、吹き込まれた酸素の化学等量
に等しい分が燃焼する。即ち、排ガス中の未燃焼ガスは
一気に燃焼せずに、各ノズルから吹き込まれる酸素含有
ガスの酸素等量に従い、予熱槽を通過しながら予熱槽内
で順次燃焼する。そして、予熱槽内で完全燃焼し、予熱
槽から排出される時には、排ガス中の未燃焼ガスは無く
なっている。そのため、この未燃焼ガスの燃焼による発
熱は予熱槽全体で起こり、且つ、発生する燃焼熱はその
都度鉄源の予熱に利用されるので、排ガス自体の温度が
極端に高くなることがなく、予熱槽や予熱槽に通ずるダ
クト等の設備トラブルを抑制することができる。更に、
鉄スクラップや直接還元鉄等の鉄源が充填された中で燃
焼するので、燃焼熱は効率良く鉄源に伝達する。

【００１４】そして、酸素含有ガスの吹き込み量、及び
ノズルの吹き込み角度を各ノズルで個別に制御して吹き
込むので、予熱槽内の排ガス中未燃焼ガスの燃焼が一層
精度良く制御され、排ガス温度の上昇が抑制されると共
に鉄源への着熱効率が向上する。

【００１５】更に、予熱中に予熱槽内で棚つりが発生し
た場合には、棚つり発生位置付近に酸素含有ガスを集中
的に吹き込むことで鉄源を軟化あるいは溶融化させ、棚
つりを解消させて予熱を継続することができる。尚、本
発明の酸素含有ガスとは、酸素、空気、及び酸素と空気
との混合ガスである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の実施の形態の例を示す電気炉及び予熱
槽の断面概略図である。

【００１７】図において、内部を耐火物で構築され、底
部に炉底電極５を備えた炉本体２の上部には円筒状の炉
壁３が配置されており、そして、この炉壁３の上部開口
部は開閉自在な炉蓋４で覆われ、この炉蓋４を貫通して
炉本体２内へ上下移動可能な黒鉛製の上部電極６が設け
られて直流電気炉１が構築されている。

【００１８】直流電気炉１の上方には、鉄スクラップや
直接還元鉄等の鉄源１０を収納する予熱槽７が配置され
ている。予熱槽７の上部側壁には集塵機（図示せず）と
連結した排気ダクト２８が設けられ、又、予熱槽７の底
部には鉄源１０の直流電気炉１への装入路となるダクト
８と、ダクト８の下部を移動するプッシャー９とが設け
られている。そして、ダクト８の他端は炉蓋４の開口部
に接して配置され、こうして、直流電気炉１と予熱槽７
とは連結されている。直流電気炉１で発生する排ガス
は、ダクト８、予熱槽７、排気ダクト２８を順に通り集
塵機に吸引され、予熱槽７内に充填する鉄源１０は排ガ
スで予熱される。

【００１９】又、ダクト８と排気ダクト２８にはガスセ
ンサー２９、３０が配置され、ガスセンサー２９は予熱
槽７に流入する排ガスの温度及び流量と排ガス中のＣＯ
ガス濃度とを検出し、又、ガスセンサー３０は予熱槽７
から排出される排ガスの温度及び流量と排ガス中のＣＯ
ガス濃度とを検出している。

【００２０】予熱槽７の上部には鉄源供給口２５が設け
られ、この鉄源供給口２５は、一対の可動棚２６、２６
ａと開閉蓋２７とにより鉄源１０の予熱槽７への供給時
にもシールされ、直流電気炉１の排ガスは常に集塵機に
吸引されるようになっている。

【００２１】予熱槽７内の排ガスの流れ方向の上流側か
ら下流側、即ち予熱槽７の下部側から上部側への複数箇
所に、例えば図１では５個所に、酸素含有ガスを吹き込
むノズル１４、１５、１６、１７、１８を配置する。図
１ではノズル１４〜１８が等間隔で配置されているが、
等間隔とする必要はない。但し、配置間隔を３ｍ以下と
することが好ましい。３ｍを超える間隔の場合には、排
ガス中の未燃焼ガスの燃焼が不均一となり、設備トラブ
ルにつながる過剰な温度上昇を来す恐れがあるからであ
る。ノズル１４〜１８は個別に設けた流量制御弁（図示
せず）により独自にガス吹き込み量を制御でき、又、各
ノズル１４〜１８に取り付けたノズル駆動装置（図示せ
ず）により吹き込み角度を上下左右に変更できるように
なっている。

【００２２】用いる酸素含有ガスは、酸素、空気、又は
酸素と空気との混合ガスから適宜選択する。空気を用い
る場合には、空気中の窒素による冷却効果があり排ガス
の温度上昇が抑制されるが、酸素の場合にはこの冷却効
果はない。従って、ガスセンサー２９により検出される
排ガス温度及び排ガスのＣＯガス濃度に応じて酸素含有
ガスを選択する。即ち、排ガスの温度及びＣＯガス濃度
が共に低い場合には酸素を、逆に、共に高い場合には空
気を、又、共に中間の場合やどちらか一方が低い場合に
は酸素と空気との混合ガスを用いれば良い。

【００２３】予熱槽７には光発信器１９ａ、２０ａ、２
１ａ、２２ａと光受信器１９ｂ、２０ｂ、２１ｂ、２２
ｂからなる４つの棚つり検知センサー１９、２０、２
１、２２が配置されている。鉄源１０の棚つりは、例え
ば光発信器１９ａから発信した光を光受信器１９ｂが感
知した場合、棚つり検知センサー１９の上方で棚つりが
発生したと判定するものである。

【００２４】直流電気炉１には、炉壁３を貫通し、炉本
体２内に挿入可能な酸素吹き込みランス２３と炭材吹き
込みランス２４とが設けられ、酸素吹き込みランス２３
からは酸素が炉本体２内に吹き込まれ、そして、炭材吹
き込みランス２４からは空気や窒素等を搬送用ガスとし
てコークス、チャー、石炭等の炭材が炉本体２内に吹き
込まれる。

【００２５】この直流電気炉１における操業は、先ず、
前の操業時に予熱槽７内で予熱された鉄源１０の所定量
をプッシャー９を介して炉本体２内に初装入する。尚、
冷炉で操業を開始する場合には、炉蓋４を開けてバケッ
ト等により初装入しても、又、予熱槽７からプッシャー
９を介して初装入してもどちらでも良い。炉本体２への
初装入完了後、鉄源供給口２５から鉄源１０を予熱槽７
内へ供給し、予熱槽７内で所定量の鉄源１０を充填させ
る。

【００２６】次いで、炉底電極５と上部電極６との間に
直流電流を給電しつつ、上部電極６を昇降させて上部電
極６と炉底電極５及び装入した鉄源１０との間でアーク
１３を発生させる。そして、発生するアーク熱により鉄
源１０を溶解し、溶鋼１１を生成させる。溶鋼１１の生
成と共に炉本体２内の鉄源１０のレベルが低下するの
で、プッシャー９を介して予熱槽７内の鉄源１０を炉本
体２へ追加装入すると共に、鉄源供給口２５から予熱槽
７へ鉄源１０を供給して予熱槽７内の鉄源１０を所定量
確保する。予熱槽７内の鉄源１０は、発生する高温の排
ガスにより予熱される。

【００２７】溶鋼１１の生成と共に、生石灰、蛍石等の
フラックスを炉本体２内に装入して、溶融スラグ１２を
溶鋼１１上に形成させ、溶鋼１１の酸化を防止すると共
に溶鋼１１の保温を図る。

【００２８】又、溶鋼１１の生成する頃から、酸素吹き
込みランス２３及び炭材吹き込みランス２４から、酸素
と炭材とを溶鋼１１面又は溶融スラグ１２中に吹き込
む。溶鋼１１中に溶解した炭材又は溶融スラグ１２中に
懸濁した炭材と、吹き込まれる酸素とが反応して燃焼熱
が発生すると共に、反応生成物のＣＯガスが溶融スラグ
１２をフォーミングさせて、アーク１３が溶融スラグ１
２に包まれ、アークの着熱効率が上昇して、鉄源１０の
溶解が促進される。同時に、排ガスの温度が上昇して排
ガスの発生量が増大すると共に、排ガスは大量の未燃焼
のＣＯガスを含むようになる。尚、炭材の吹き込み量
は、吹き込まれる酸素の化学等量に等しい程度の炭材を
添加する。炭材の吹き込み量が吹き込まれる酸素量に比
べて少ないと、溶鋼１１が過剰に酸化するので好ましく
ない。

【００２９】ガスセンサー２９により検出される排ガス
流量及び排ガスのＣＯガス濃度に応じて、ノズル１４〜
１８の酸素含有ガスの吹き込み流量を決める。ノズル１
４〜１８の総吹き込み流量は、ＣＯガスを完全燃焼させ
るために、総吹き込みガス中の酸素量が、排ガス中のＣ
Ｏガスの化学等量に等しいか、若しくはやや多い量とす
る。そして、総吹き込み流量からノズル１４〜１８の個
別の吹き込み流量を決める。

【００３０】吹き込み流量をノズル１４〜１８で均等と
しても良いが、鉄源１０の温度が低くなる位置、即ち予
熱槽７内ガス流れの中流付近での吹き込み流量を多くす
ることが好ましい。但し、排気ダクト２８付近の下流側
での吹き込み流量を多くしても、予熱槽７から排出され
る排ガス温度が上昇するのみで、鉄源１０への着熱は少
なくなるので好ましくない。又、吹き込み角度をノズル
１４〜１８で交互に左右にずらすことで、ＣＯガスを順
序良く燃焼させることができる。そして、ガスセンサー
３０により、ＣＯガスが完全燃焼していることを確認す
る。

【００３１】予熱中に棚つり検知センサー１９〜２２に
て棚つりが検知された時は、棚つりの検知された検知セ
ンサーの直下と直上に位置するノズル、例えば棚つり検
知センサー２０で棚つりが検知された場合には、ノズル
１５とノズル１６の吹き込み流量を増加させて、棚つり
部を軟化若しくは溶融させて、棚つりを解消する。その
際に、ノズル１５の吹き込み角度を上向きにすれば、棚
つりの解消は容易になる。棚つりが解消したならば、吹
き込み流量を元に戻して予熱を継続する。

【００３２】このようにして、予熱槽７からの炉本体２
への鉄源１０の追加装入と、予熱槽７への鉄源１０の供
給を継続して行い、炉本体２内に１ヒート分の溶鋼１１
量が確保された時点で、炉本体２への追加装入と予熱槽
７への供給を停止し、次いで、溶鋼１１を出鋼するのに
都合の良い温度に調整する。その後、直流電気炉１を傾
動させ、出鋼口（図示せず）から溶鋼１１を溶鋼収納搬
送容器（図示せず）に出鋼する。出鋼後、予熱された鉄
源１０を予熱槽７から炉本体２に再び初装入して、再度
アーク加熱を行い直流電気炉１の操業を継続する。

【００３３】このようにして鉄源１０を予熱すること
で、ＣＯガスの燃焼熱は効率良く鉄源１０に着熱して電
力原単位が削減する。又、鉄源１０の充填した場所でＣ
Ｏガスを燃焼させるので、ガス温度の過度の上昇がな
く、設備トラブルを防止することができる。

【００３４】図２は、本発明の実施の形態の他の例を示
す電気炉及び予熱槽の断面概略図である。図２におい
て、図１と同一の部分は同一符号により示し、その説明
は省略する。

【００３５】本実施の形態では、炉本体２の上部に予熱
槽７と炉壁３とが配置され、直流電気炉１と予熱槽７と
が直結された型式であり、予熱槽７に供給されて予熱さ
れた鉄源１０は、炉本体２内で溶解される鉄源１０に見
合う量が予熱槽７内を自然落下して炉本体２に装入され
るものである。又、図１と異なり、３つの棚つり検知セ
ンサー１９、２０、２１を配置した場合を示したもので
ある。

【００３６】この直流電気炉１と予熱槽７における操業
は、予熱槽７内に１ヒート分の鉄源１０を供給したら、
予熱槽７への鉄源１０の供給を停止して予熱槽７内の鉄
源１０を全て溶解し、予熱槽７内に未溶解の鉄源１０が
残らない状態で溶鋼１１を出鋼し、これを繰り返して行
うものであるが、その他の操業方法は、図１に示す直流
電気炉１の方法と同じであり、上記説明に従い本発明を
実施する。

【００３７】尚、上記説明では、直流電気炉１の場合に
ついて説明したが、交流電気炉でも全く支障なく本発明
を適用でき、更に、上部電極６の数や炉底電極５等の構
造の違い、及び、ガスセンサー２９、３０の配置数等の
違いは本発明の支障とならないことは言うまでもない。

【００３８】

【実施例】図１に示す直流電気炉における実施例を以下
に説明する。電気炉は、炉容量１２０トンであり、予熱
槽は幅３ｍ、長さ５ｍで、予熱槽中心底部から排気ダク
トまでの高さが９ｍの直方体形状である。そして、予熱
槽中心底部から０．５ｍの高さ位置を起点として０．８
ｍ間隔で１０本のノズルを配置した。

【００３９】予熱槽入口での排ガス温度は１６００℃、
排ガス流量は２８０Ｎｍ³／ｍｉｎ、そして、排ガス中
のＣＯガス濃度は８０％であった。空気を吹き込み用ガ
スとして用い、空気の総吹き込み流量を５６０Ｎｍ³／
ｍｉｎと決め、実施例１では各ノズルからの吹き込み流
量を５６Ｎｍ³／ｍｉｎとして均等に吹き込み、実施例
２では図３に示すように予熱槽下側２本と最上位置のノ
ズルから３４Ｎｍ³／ｍｉｎとし、下から６〜８番目で
７８Ｎｍ³／ｍｉｎとし、これらの間は直線的に増減さ
せた。又、比較のために予熱槽への吹き込みを停止した
比較例も実施した。尚、上記の操業条件は、直流電気炉
を連続して操業し、予熱槽内の鉄スクラップの予熱温度
が定常状態となっている時の条件である。

【００４０】そして、予熱槽から炉本体へ装入される鉄
スクラップをそれぞれの条件で２０個ずつ回収して測温
し、２０個の温度の平均値を予熱温度とした。予熱温度
は実施例１で８９０℃、実施例２で９００℃となり、比
較例の３２０℃に比べて大幅に予熱温度を上げることが
できた。表１に実施例１、実施例２及び比較例の予熱条
件、予熱結果をまとめて示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】又、実施例１及び実施例２で予熱槽の排ガ
ス温度を測定したが、実施例１では最下段のノズル付近
で１７００℃の最高温度となったが、その後は徐々に低
下していた。実施例２では予熱槽入口で１６００℃の最
高温度となり、その後は鉄スクラップに熱を奪われ、１
６００℃を超えることはなかった。そのため、実施例１
及び実施例２共に、設備トラブルは全く発生しなかっ
た。又、実施例１及び実施例２では、比較例に比べ電力
原単位を大幅に低減することができた。

【００４３】

【発明の効果】本発明では電気炉で発生する排ガスを鉄
源の充填された予熱槽内で徐々に燃焼させるので、排ガ
スの燃焼熱は効率良く鉄源に着熱して鉄源の予熱温度が
上昇し、電力原単位を低減することができる。更に、燃
焼熱による排ガス温度の過度の上昇を防止できるので、
過度の温度上昇に起因する設備トラブルを未然に防ぐこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例を示す電気炉及び予熱
槽の断面概略図である。

【図２】本発明の実施の形態の他の例を示す電気炉及び
予熱槽の断面概略図である。

【図３】実施例２における空気の吹き込みパターンを示
す図である。

【符号の説明】

１直流電気炉２炉本体３炉壁４炉蓋５炉底電極６上部電極７予熱槽８ダクト９プッシャー１０鉄源１１溶鋼１２溶融スラグ１３アーク１４ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】予熱槽内に充填された鉄源を電気炉から
排出される排ガスを予熱槽に導入して予熱する際に、予
熱槽内の前記排ガスの流れ方向に複数個のノズルを配置
し、これらノズルから酸素含有ガスを予熱槽内に吹き込
み、排ガス中の未燃焼ガスを燃焼させながら鉄源を予熱
することを特徴とする予熱槽における鉄源の予熱方法。
【請求項２】前記複数個のノズルから吹き込む酸素含
有ガスの吹き込み量を各ノズルで個別に制御して吹き込
むことを特徴とする請求項１に記載の予熱槽における鉄
源の予熱方法。
【請求項３】前記複数個のノズルの吹き込み角度を各
ノズルで個別に制御して吹き込むことを特徴とする請求
項１又は請求項２に記載の予熱槽における鉄源の予熱方
法。
【請求項４】予熱槽内部で鉄源の棚つりが発生した際
は、棚つり発生位置付近の酸素含有ガスの吹き込み量を
多くして棚つりを解消させることを特徴とする請求項１
に記載の予熱槽における鉄源の予熱方法。