JPH11507100A - バルク状スクラップへの改善されたエネルギー入力方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バルク状スクラップ内でチャンネルの燃焼形成を行い、このチャンネルからバルク状スクラップの加熱溶融用の追加エネルギーを入力する、バルク状スクラップの加熱溶融におけるエネルギー入力を改善する方法であって、この方法は、スクラップ内の前記チャンネルの燃焼形成を、高温の酸素含有ガスジェットによって行うことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】 バルク状スクラップへの改善されたエネルギー入力方法 スクラップの加熱溶融での出力制限工程では、バルク状スクラップへのエネル ギー転移が起きる。その結果、電気アーク炉を例にとれば、側壁に設置されたバ ーナーによって溶融相が維持される。しかし、スクラップ挿入物の間に大きな間 隙が介在するので、熱伝導が低く、このために、これらのバーナーによる熱の転 移は限られている。したがって、バーナーによって導入可能なエネルギーは、ス クラップ溶融に必要な全エネルギーの最高で１０％にとどまる。 スクラップ溶融として知られている転炉方法は、酸素と微粉炭を用いて操業さ れるもので、底部ノズルによってスクラップコラムを下方から溶融するものであ る。これによって高温燃焼ガスからバルク状スクラップへの熱の最適な転移が達 成される。この方法の一変形例として、スクラップを加える前に転炉の底にコー クスを装入し、酸素を用いてコークスを燃やす方法がある。小規模の転炉では、 この方法を用いて、約２２０ｋｇのコークス消費量でスクラップを溶鋼に転換可 能であることが判明している。酸素ジェットを用いた反応ガスの燃焼によって、 追加用のエネルギーが上方からスクラップに転移される。 他の方法では、転炉床直上の側壁部に、天然ガス−酸素バーナーまたは石油− 酸素バーナーが設置されている。この方法でスクラップの溶融が可能となるが、 酸化される鉄の割合が大きく、また、分離容器内で後処理を受けるためには、溶 融鉄を溶融温度の直ぐ上で転炉から出湯する必要がある。 欧州特許０３５０９８２Ａ1号公報には、バルク状スクラップの加熱溶融の際 にエネルギー入力を改善する方法が開示されている。この方法では、ランスの形 状を持つバーナーにより、バルク状スクラップ内においてチャンネルが燃焼形成 され、次にこのチャンネル内に酸素ランスが挿入される。しかし、このランス挿 入は実際には実施不可能であることが判明している。 すなわち、以上の従来方法では、石炭、石油、または天然ガスのいずれであれ 、化石燃料の燃焼からバルク状スクラップへの実質的なエネルギ転移を達成する ことは、二次反応および高い熱効率を阻害することなしには、不可能であること が理解される。 本発明の目的は、高い熱効率で、しかも二次反応を阻害することなく、バルク 状スクラップにエネルギー転移を行うことにある。 前記目的は、バルク状スクラップ加熱溶融時のエネルギー入力を改善する方法 において、バルク状スクラップ内においてチャンネルが燃焼形成され、このチャ ンネルからバルク状スクラップの加熱溶融用の追加エネルギーを入力する際に、 スクラップ内での前記チャンネルの燃焼形成を、高温の酸素含有ガスジェットに よって行うことを特徴とする方法によって達成される。 高温の酸素含有ガスジェットは、バルク状スクラップ内での前記チャンネルの 燃焼形成を数分以内で実行可能であるという驚くべきことが判った。 すなわち、例えば２０００ｍ³／ｈで、ドラフト温度が１４００℃、高温エア ノズルからの吐出速度が６００ｍ／ｓの高温エアジェットを用い、１００Ｎｍ³ ／ｈの天然ガスを追加することによって、中央ノズルにおいて、径が約２０ｃｍ で深さ３ｍのチャンネルを３分以内に燃焼形成することができた。 バルク状スクラップ内でのチャンネルの燃焼形成は、化石燃料を追加すること なく、高温の酸素含有ガスジェットのみを用いて可能である。しかし、チャンネ ルの燃焼形成は化石燃料の存在下で実施されることが好ましい。化石燃料をバル ク状スクラップへ追加する場合と、ガスジェットに追加する場合という双方の変 形例が（同時に）可能である。 化石燃料としては、主に天然ガスが使用できるが、石油、石炭、および、コー クスも使用できる。 化石燃料の追加量は、ガスジェット内に自由酸素が未だ存在するように充分低 めに保持することが有利である。自由酸素は、バルク状スクラップによって迅速 に開口部を形成することを助ける。さらに、バルク状スクラップ内に常に可燃物 質があれば、これがスクラップコラム中で燃焼し、特に好ましいエネルギー使用 形態につながる。 化石燃料としては特に天然ガスが好ましい。酸素との燃焼途中、約２８００℃ でラジカルへの解離が起きる。ガスはバルク状スクラップ内に拡散し、再結合エ ネルギーを低温でスクラップへ解放する。これによって、特に優れたエネルギー 転移が約束される。炎の温度は可能な限り高くすべきで、少なくとも２５００℃ が好ましい。 ガスジェット内の最後の反応を確実にさせるためには、約１から２分間の初期 段階の後で化石燃料を添加するのが効果的である。すなわち、例えば、酸素含有 ガスとの弱い渦が生じるように、ノズルから適切に天然ガスが添加される。石炭 の場合には、ガスジェットによって形成されたチャンネル内に位置している時だ け実質的に燃えるように、微粉炭の内の最も粗い部分、すなわち、０．１から１ ｍｍの範囲の石炭粒子を用いることが好ましいかも知れない。 酸素含有ガスとしては、高温空気、酸素富化された高温空気、および純酸素を 用いることができる。酸素富化されたガスジェットの場合には、３０％以内の酸 素富化が好ましい。しかし、これは富化に低温酸素が使用される場合には、好ま しくは６０％まで高めても良い。吹き込みノズルの観点から見れば、酸素よりも 高温空気を吹き込む方がずっと簡単である。高温空気はセラミック製ノズルで吹 き込むことができるが、酸素は水冷式ノズルを必要とする。 可能な限り高い熱効率を得るためには、酸素含有ガスジェットの温度をできる だけ高く設定することが望まれる。高温空気の場合には、１０００℃と１６００ ℃の間の温度が特に有利であることが判明した。しかし、それよりも高い温度の ガスジェットでも有利に使用できる。ガスジェットは少なくとも５００℃の温度 を有することが好ましい。酸素を１２００℃以内の温度に予熱することは、比較 的問題なく可能である。高温空気を、酸素富化された高温空気と共に使用すれば 、低温の純酸素を吹き込むことに比して、次の二つの重要な利点が得られる。す なわち、ガスの高速性（これは音速の２倍以上の速度を持つ高温空気の作用であ る）および量の多さのために、純酸素の導入時に比して実質的に高いインパルス が存在する。このインパルスが開口部の燃焼開始を助ける。自由酸素の存在は開 口部の燃焼を大いに助けるが、窒素の存在は溶融時の酸化から保護する。 高温の純酸素もまた使用可能である。音速は温度が高いほど高く、したがって 、１２００℃では純酸素で約９００ｍ／ｓが得られる。すなわち、高温酸素では 、より高いインパルスを獲得可能である。 チャンネルの燃焼形成開始時における実際的な問題は、最適速度を有するガス ジェットは当初、スクラップ片によって反射されるかも知れない点である。した がって、１分間かそこらの短期間は、例えば音速の１０から３０％で、低ければ １００ｍ／ｓといった、実質的に抑制された速度で稼働することが適切である。 初期の段階では化石燃料の添加を増やすことも推奨される。 ガス射出ノズルの直前に低温帯が形成されることに注意が必要である。これは 、周辺空気の吸入に起因するかも知れない。いずれにしても、スクラップは酸化 さえされない。 最適なチャンネル形成の第１段階の後は、可能な限り多くのエネルギーをチャ ンネルに投入することが重要である。これは可能な限り高温の火炎、例えば、天 然ガスと高温空気で得られる２８００℃の火炎温度によって達成されるのが好ま しい。 ガスジェットの高速性も重要な規準である。ガスジェットの速度は少なくとも ３００ｍ／ｓであるべきである。酸素ガスジェットを用いる場合、速度は少なく とも５００ｍ／ｓであるべきである。ガスジェットの吐出速度は音速の５０から １００％であることが好ましい。音速は温度と共に上昇し、前述の高温での音速 は室温時の音速の約３倍速い。 本発明による方法の有利な使用法は、追加エネルギーの大半を主にスクラップ 溶融段階で電弧炉に加えることである。すなわち、例えば、１００トンの電弧炉 の側壁上部領域に、径が８０ｍｍの高温ドラフト射出ノズルを３本設置する。溶 融段階とこれに引き続く製錬段階において、これらのノズルをノズル一本当たり ２０００Ｎｍ³／ｈの高温ドラフト流速と、３０％の酸素富化で操作し、一方、 高温ドラフトジェットに３００Ｎｍ³／ｈの酸素を低温で付加的に加える。高温 ドラフト温度は１４００℃であった。前述した要領で燃料を加え、スクラップの 溶融以後は、本質的に、反応によって形成されたガスのみが高温空気によって吸 入されるため、高温ドラフトジェットへ更に燃料を追加することは不要であった 。ノズルは、炉の側壁と電極の間の空間に吹き込むように、約１０°の下向き角 度で配置されている。ジェットが、溶鋼が最も急速に形成されそうな底部に衝突 するように向けられるのが望ましい。ジェットが、スクラップコラムを燃焼した 後、耐火材料に当たれば、この耐火材料は短期間のうちに溶融されてしまうだろ う。この点は、電弧炉の水冷側壁についても同様である。 一般に、ガス導入ノズルはどこに設置しても良いが、溶鋼表面の少なくとも３ ０ｃｍ上方に設置されることが好ましく、酸素を用いる場合は溶鋼表面の少なく とも８０ｃｍ上方が好ましい。 本発明による装置を取り付けた電弧炉では、電気エネルギーの消費量が４８０ ｋＷｈから２８０ｋＷｈに減少した。５８回の溶解回数も４２回に減少した。 別の適切な実施形態では、チャンネル内に、ノズル一本ではなく、逆方向を向 いた２本の高温ドラフトジェットを用いており、その結果、側壁に設けた３箇所 の射出サイトに全部で６本の射出ジェットが得られた。 本発明による方法が適しているのは電弧炉のみではない。他のエネルギー源を 用いることなく本発明による方法を用いてスクラップ装入物を溶融することも可 能である。その場合、バルク状スクラップに化石燃料を、例えばスクラップと共 に、１トン当たり１００ｋｇの石炭といった適切な形態で導入することが必要で ある。液状の溜まり部が形成されるとすぐに、石炭の一部をノズルから吹き込む ことができる。溶融後は、必要な出湯温度に到達するために、ジェットを追加エ ネルギー入力用の後燃焼ジェットとして公知の要領で機能させる。 高温空気は、この目的のための特別に開発された装置、すなわちＰＣＴ ＷＯ ９３／９２３５８５に記載されたいわゆるペブルヒーターを用いることによって 有利に得られる。ペブルヒーターは射出ノズル近傍の容器上に直接設置しておく のが有利である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月１９日 【補正内容】 請求の範囲 １．バルク状スクラップ内でチャンネルを燃焼形成し、このからバルク状スク ラップの加熱溶融用の追加エネルギーを入力する、バルク状スクラップの加熱溶 融におけるエネルギー入力を改善する方法であって、スクラップ内の前記チャン ネルの燃焼形成を、高温の酸素含有ガスジェットによって行うこと、および、前 記ガスジェットの温度が少なくとも５００℃であることを特徴とする方法。 ２．前記チャンネルの燃焼形成を化石燃料の存在下で行うことを特徴とする請 求項１に記載の方法。 ３．化石燃料はガスジェットに添加されることを特徴とする請求項１または２ に記載の方法。 ４．ガスジェットとして高温空気が用いられることを特徴とする請求項１から ３のいずれか１項に記載の方法。 ５．ガスジェットとして、３０％まで酸素富化された高温空気ジェットを使用 することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。 ６．ガスジェットとして、６０％まで低温酸素で富化された高温空気ジェット を使用することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。 ７．ガスジェットの温度は１０００℃から１６００℃であることを特徴とする 請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。 ８．ガスジェットの吐出速度が音速の５０から１００％であることを特徴とす る請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。 ９．ガスジェットの速度が少なくとも３００ｍ／ｓであることを特徴とする請 求項１から８のいずれか１項に記載の方法。 １０．酸素ガスジェットの速度が少なくとも５００ｍ／ｓであることを特徴と する請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。 １１．初期段階におけるガスジェットの速度が音速の１０から３０％であるこ とを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。 １２．ガスジェットに添加された化石燃料は本質的に、ガスジェットによって 形成されたチャンネル内においてのみ燃焼されることを特徴とする請求項１から １１のいずれか１項に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．バルク状スクラップ内でチャンネルを燃焼形成し、このチャンネルからバ ルク状スクラップの加熱溶融用の追加エネルギーを入力する、バルク状スクラッ プの加熱溶融におけるエネルギー入力を改善する方法であって、スクラップ内の 前記チャンネルの燃焼形成を、高温の酸素含有ガスジェットによって行うことを 特徴とする方法。 ２．前記チャンネルの燃焼形成を化石燃料の存在下で行うことを特徴とする請 求項１に記載の方法。 ３．化石燃料はガスジェットに添加されることを特徴とする請求項１または２ に記載の方法。 ４．ガスジェットとして高温空気が用いられることを特徴とする請求項１から ３のいずれか１項に記載の方法。 ５．ガスジェットとして、高々３０％まで酸素富化された高温空気ジェットを 使用することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。 ６．ガスジェットとして、高々６０％まで低温酸素で富化された高温空気ジェ ットを使用するこことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法 。 ７．ガスジェットの温度は少なくとも５００℃であることを特徴とする請求項 １から６のいずれか１項に記載の方法。 ８．ガスジェットの温度は１０００℃から１６００℃であることを特徴とする 請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。 ９．ガスジェットの吐出速度が音速の５０から１００％であることを特徴とす る請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。 １０．ガスジェットの速度が少なくとも３００ｍ／ｓであることを特徴とする 請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。 １１．酸素ガスジェットの速度が少なくとも５００ｍ／ｓであることを特徴と する請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。 １２．初期段階におけるガスジェットの速度が音速の１０から３０％であるこ とを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。 １３．ガスジェットに添加された化石燃料は本質的に、ガスジェットによって 形成されたチャンネル内においてのみ燃焼されることを特徴とする請求項１から １２のいずれか１項に記載の方法。