JPS5983742A - 電気炉操業法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属製造用ｉｆｆ炉の操業法、特にフェロ
アロイ製造用電気炉の操業法に関する。

フェロアロイ製造の主流は、電気炉法であシ、これは電
気加熱によυ鉱石を溶解し、コークスや石炭中の炭拓に
よシ溶融還元して、溶融フェロアロイを製造する方法で
ある。

また、一部には、フェロマンガン等の還元の場合のよう
に、還元温度を低くできるものに対しては、高炉法、即
ち、コークスを熱風で燃焼させてＣＯをＮ２とＮ２を主
成分とする高温ガスを製造し、その顕熱で鉱石を溶解し
、同時にコー′クスによシ溶融還元して溶融フェロアロ
イを製造する方法もある。

しかし、各種フェロアロイに対し適用性があるというこ
とから、フェロアロイ製造の主流は今日では電気炉法に
よって占められている。

ところで、このように今日広く採用されている電気炉法
においては多量のエネルギーを消費する。

例えば、高炭素フェロマンガン製造用でロータリーキル
ンによる鉱石予備処理工程を連結した電気炉を採用する
場合、電気炉の操業原単位から計算スルト、高炭素フェ
ロマンガン１トン製造に要する総エネルギーは約４７０
０　Ｍｃａｌ　　であり、そのうち電気は２０５０　Ｋ
ｗｈ　（’１７６３１ＶＩｃａｌ）を消費する。つまシ
、消費エネルギーの約３７．５％は直接電気エネルギー
として加えられる。しかるに、電気は、Ｉ　Ｋｗｈ当ジ
の発熱量が８６０　Ｋｃａｌ　　であることに対し、電
気Ｉ　Ｋｗｈを製造するためには約２４５０　Ｋｃａｌ
　　の熱量を要するので、結果として、このような電気
炉によるフェロアロイ製造は、多量にエネルギーを消費
していることになる。

本発明は、このように消費エネルギーが多く、製造コス
トの高い溶融金属製造用電気炉法において、酸素による
コークスと炭化水素燃料の燃焼発熱を鉱石溶融還元用に
利用すると共に生成ガスを燃料用などの目的で回収する
ことにより、電気炉の電力消費低減を図る方法である。

ここに、本発明者らは酸素を電気炉内に吹込むことによ
って、空気を吹込む場合と比較して高温が得られ、生成
ガス中の００２が激減し、炉内の溶融還元反応を阻害し
ないとの知見を得るとともに、炉内の低温部位に酸素を
吹込む々らば、心配される炉内の燃焼部位と他の部位と
の間の温度差に起因する電気炉操業上のトラブルは解消
され、電極間電流パターンに及ぼす影響はないとの知見
を得、本発明を完成した。

かくして、本発明の要旨とするところは、装入原料を還
元剤の存在下で電気加熱によって溶融還元する、溶融金
属製造用電気炉操業法において、酸素および水蒸気そし
て必要によシ炭化水素系燃料を補助熱源用に炉内低温域
に吹込み高温ガスを発生させることを特徴とする、電気
炉操業法である。

本発明は、特に、密閉型電気炉による溶融金属、好まｊ
〜〈はフェロアロイ製造の具体的態様にあっては、原料
装入口から鉱石とコークスまたは石炭を装入して内部に
充填層を形成せしめ、その充填層に電極を挿入して前記
鉱石を加熱・溶解し、コークスまたは石炭中の炭素の存
在下で溶融還元を行い、得られた溶融金属を出銑口から
抽出すると共に、生成するガスをガス回収口から抽出す
る溶融金属製造用電気炉の操業法であって、酸素および
水蒸気並びに必要に応じて、炭化水素系燃料吹込み用ラ
ンスを前記充填層内に挿入し、通電加熱による溶融金属
製造操業と併行して、これらの酸素、水蒸気ならびに必
要に応じて炭化水素系燃料を吹きこみ、前記原料装入口
から鉱石と共に供給されるコークスを燃焼させて、−酸
化炭素と水素とを主成分とする高温ガスを製造し、その
顕熱を鉱石の溶解並びにコークスまたは石炭による溶融
還元用に活用することによシミ力消費量を節減すると共
に、顕熱を活用した後のガスをガス回収口から抽出する
ことを特徴とするフェロアロイ製造用電気炉操業法であ
る。

したがって、本発明によれば、電気炉の低温域ミすなわ
ち、電極から離れ、実質上、鉱石の溶融還元に活用され
ていない充填層内の不活性部位に、好ましくはランスを
挿入し、このランスを介して酸素と水蒸気と必要に応じ
て炭化水素系燃料とを吹きこみ、同時に、別に設けた原
料装入口からは鉱石と還元用コークスに加えて、燃焼に
必要なコークスを供給し、上述のランスからの酸素にょ
シ、これらのコークスと炭化水素系燃料を燃焼させてＣ
ＯとＨ２を主成分とする高温ガスを製造する。

このようにして生成する高温ガスが鉱石とコークスの充
填層を通してガス回収口に流れる間に、その顕熱を利用
して鉱石を溶解し、溶融還元して溶融金属を製造する。

一方、顕熱利用後のガスは回収口から回収する。

本発明において酸素を使用する理由は、高温ガスを製造
するためであシ、例えば空気を利用した場合の燃焼生成
ガス温度は約１５５０℃に対し、酸素使用の場合約５７
００℃となるからである。

また、蒸気を使用する理由は、生成ガス温度を調整する
ためである。

蒸気を利用して生成ガス温度を約２５００℃に調整する
のが好ましい。生成ガス温度が高すぎると、コークス中
の灰分が蒸発して充填層中に凝固し、通気、荷下シネ類
を発生させる。また、生成ガス温度が低すぎるとその顕
熱の有効利用が達成されない。

々お、必要に応じ、本発明にあってはさらに炭化水素系
燃料を使用してもよいが、この炭化水素系燃料を使用す
る目的はコークスの消費量を抑制するためである。前述
のように、原料装入口から供給されるコークスは燃焼さ
れるまでに高温に加熱されなければならないので、コー
クス消費が多い場合、生成ガス顕熱の多くがコークス加
熱に使用され、鉱石の溶ｆｌｉｔ元に使用される割合が
減少するため、燃焼補助燃料として必要によシ炭化水素
燃刺を使用するのである。

なお、酸素および水蒸気を供給するランスを不活性部位
に挿入する理由は、不活性部位の有効活用の他、電気炉
内電流は電気炉内の温度分布に依存して流れるため、ラ
ンス′ｆ：電極近傍に設置すると酸素によるコークス燃
焼発熱の影響をうけて電流が一定化せず電気炉操業を不
安定化させることを抑制するためである８ 炭化水素系燃料（例；微粉炭）を併わせて供給する場合
、酸素、水蒸気吹込みノズルおよび炭化水素系燃旧吹込
みノズルを備えた複合ノズル型式のランスを１吏うのが
好まシフ１ハ。

次に添付図面に関連させて本発明を説明すると、第１図
は本発明を実施するだめの電気炉１を示す略式断面図、
第２図は電極２、原料装入口３、生成ガス排出口４およ
び酸素および蒸気供給用のランス５の設置位置を示す、
第１図の電気炉の略式平面図である。なお、同一部材は
同−荷号で示す、電気炉１には、湯溜部６、コークス充
填層７そして鉱石、コークスおよび副原料の充填層８が
層状に設けられておシ、電極２（図示例では３本）がコ
ークス充填層７内に先端を埋設して配置されている。

電気炉１の不活性部位にはランス５が設けられておシ（
図示例では３本）、醒累および蒸気、さらに必要によシ
炭化水累系燃料（例：微粉炭）が供給され、コークス充
填層７内に燃焼ゾーン９を形成している。上記ランスに
よる酸素吹出し速度を、例えば使用コークスの粒径が１
０〜２５鱈の場合には、約１００〜１５０ｙｙ＋／ｓｅ
ｅとすることによって、電気炉におけるようにコークス
とスラグとが混在している状況下でも安定的にランス先
端部に燃焼ゾーン９が形成される。

本発明によれば、かかる燃焼ゾーン９での燃焼熱を利用
することによシ供給原料の加熱溶融をよ逆効果的に行な
い、コークスの燃焼による消費量を少なくし併わせで加
熱に要する電力消費も節減しようとするものである。し
たがって、ランスの設置箇所は、電気炉のよυ低温部位
であって原料装入口に近いところが好ましく、その数は
炉内温度分布が可及的に均一になるように選ばれる。図
示例では、３本の電極に対し、原料供給ロカ玉３箇所そ
してランスが３本設けられている。

なお、図示例は密閉型電気炉について本発明を実施する
場合を示すものである力；、開放型電気炉の場合にも同
様に本発明が適用されることは当業者にとって明らかで
あろう。

以下、本発明の実施例について説明する力≦、それらは
単に本発明を説明するために示すもので、それによυ本
発明がいささかも制限されるものでないことは容易に理
解されよう。

実施例１ 本発明を、第１図および第２図に示すような炉径１２ｍ
１有効炉高５７７１％電極１．７　ｍ　（Ｍ径）×３本
、４０，０００　ＫＶＡ密閉型電包炉に適用した。

この電気炉は一般に高炭素フェロマンガン精錬に用いら
れているものであυ、比較例として本方法を採用しない
場合の操業例を表１にまとめて示す。

表１（比較例） 不例にあっては、前述の電気炉に４重人したランスから
、酸素と蒸気を吹きこみ、燃焼消費するコ−クスを原料
装入口から余分に供給する方法を採用した。

操業東件を表２にまとめて示す。（表中、「増分」およ
び「減分」は表１の比較例の基準にしたものである。

表２ ランス設置法： 本数　　　　　　　　３本 位置　　　　　　炉側から３ｍ 深さ、炉底＋２．５ｍ 周方位　６０°、１８０°、３００” （注、電極層方位０°、１２０°、２４０つ送風： 酸素量　　４０ＯＮぜ／ｈ　ｒ　／　１本うンス×３本
蒸気量　　ｚｏ２Ｋｖ／ｈｒ／１本ランス×３不（理論
う焼温度：　２５００℃） 装入： コークス供給増分　　　１８７７Ｖ４／ｈｒ・・・３本
分石灰石投入増分　　　　１１２Ｋｐ／ｈｒ　　・・・
３本分（注ニスラダ塩基度調整用） 出銑滓： 高炭素フェロマンガン　　２４０　ｔ／ｄａｙスラグ量
　　　　　　　　２２８　　ｔ／ｄａｙ　（増分６０　
ｔ／ａａｙ）電気使用量：　　１９．７９Ｍｗ（減分０
．７１　Ｍｗ）発生がス３２：　：　　８４０５Ｎｉ／
ｈｒ　（増分３９０５Ｎηｈｒ）ここで使用したコーク
スは固定炭素９０％、粒度（２５ｍ／ｍであシ、酸素は
純度９９％のものを約２０℃で吹きこんだ。このとき、
吹出し速度を約Ｉ　Ｑ　Ｏｍ／ｙｘ、にした。

さらに生成したガスの成分はＣＯニア５．８％、Ｃｏ２
：　１２．８％、Ｈ２：　９．５％、Ｎ２：１．９％で
あシカロリーは２５３２Ｋｃａｌ／Ｎ−であった。また
ランス冷却水量は４０　ｔｏｎ／　ｈｒ　／　１本であ
シ、給排水温変差は５℃であシ抜熱量は２ｏ万Ｉ＝Ｉ／
ｈｒ　／　１本であった。

前述の比較例を基準として本発明に係る方法を用いるこ
とによる電気炉操業原単位の変化を表３に示す。

表３ ０２原単位（増分）　　・−−−−−＋１２ｏＮｔｔ７
を蒸　　気原単位（増分）　・・・・・・＋６０．７　
Ｋｙ／　ｔコークス　〃（〃）　　・・・・・・＋１８
７．７Ｋｙ／　を電　力　〃　（減分）　　・−・−８
７，３Ｋｗｈ／を発生ガス　〃　（増分）　・・・・・
・＋３９０．５Ｎｔイ／ｌ（発生ガス総熱量増分）　・
・・・・・（十１１４５Ｍｃａｌ／ｌ）ここで、コーク
スの熱量は７２７５１．＝Ｉ／にハ電気のジュール熱は
８６０１−１　／　Ｋｗｈであるから、コークスの熱量
１３６５．５　Ｍｅａｌ　／　ｔ、ｐの約５．５係の７
５．１　Ｍｃａｌ　／ｌ、ｐが電力消費減に使用され、
約８３．９チの１１４５　Ｍｅａｌ　／　ｔｐ　　が発
生ガスに転換されたことになり（有効利用率８９．４％
）、他の１０．６チは発生ガス顕熱、ランス冷却、コー
クス灰分と石灰石のスラグ化に使用されたことになる。

そして、発生ガスの熱量増分は発電用燃料として、有効
便用することができ例えば高圧蒸気を製造してタービン
で発電すれば約４６７　Ｋｗｈ／ｌｐの電気を製造でき
るので、実質的には１８７．７　Ｋｚ／ｌ、ｐ　　のコ
ークスを使用して５５４．６　Ｋｗｈ／ｌｐの電気を節
減したことになる。

ただし、０２製造用には約７８　Ｋｗｈ／ｌＪ）の電気
を必要とするので、との値も含めれば、結局、コークス
１８７．７　Ｋ９　／ｌ、ｐを使用し、４７６．６　Ｋ
ｗｈ／ｌ、Ｉ）の節電を行ったことに相当する。

実施例２ 本例は実施例１の方法に加えて、ランスから酸素、蒸気
と共に微粉炭を使用した場合の例を示す。

ここで、ランスの設置方法は実施例１と同じであるが微
粉炭吹込み用ノズルと酸素蒸気吹込み用ノズルの＆ａノ
ズルをイｆするランスを使用する。

即ち、ランス中心部には微粉炭吹込み用のノズルを設け
、その周囲に３ケの０２、蒸気吹込み用ノズルを設けた
構成になっている。

諸元を表４に示した。なお、表中、「減分」「増分」は
表１の比較例を基準にしたものである。

表４ 送風、： 酸素量　　　４０ＯＮ倚’ｈｒ／１本ランス×３不蒸気
ｉｔ　　　７２に９．／ｈｒ／　　ｔｔ　　ｐ微粉炭吹
込量　　　４００Ｋｇ／ｈｒ／　　　／／　　　　／／
装入： コークス供給増分　　　７００に９／ｈｒ　・・・・・
・３本分スラグ量　　　　　　　２２２．３ｔ／ｄ　（
増分＋　５４．３　ｔ／ｄ　）発生ガス量：　　　　　
　８２７４Ｎｆｒ？／ｈｒ　（増分：　３７７４Ｎｍ’
／ｈｒ）電気使用量：　　　　　　１８．８７Ｍｗ（減
分：　１．６３Ｍｙ）ここで使用した微粉炭は、灰分７
．８％、固定炭素５５．６４％揮発分３４．２６％、粒
度〈２００メツシュのものであシ、コークス、酸素は実
施例１と同じである。

さらに、生成したガスの成分はＣＯニア３．３％、ｃｏ
２：　１３．１％、Ｌ：　１１．７％、Ｎ２：１．９饅
であシカロリーは２５１３ｒ、Ｉ／Ｎ−であった。

また、ランス冷却水量は４０　ｔｏｎ／ｈｒ　／　１本
であシ、給排水温度差５℃、抜熱量は２０万ｒ１１．Ｉ
Ｉ／ｈｒ／１本であった。

前述の比較例を基準として本発明に係る方法を用いるこ
とによる電気炉操業原単位の変化を表５にまとめて示す
。

表５ ６２　　　原単位（増分）　　、　　＋　１２０　Ｎｍ
ｓ／／を蒸　　気　〃（ｌｌ）＋２１．６Ｋｇｌｌコー
クス　／／　　（〃）、　　　＋７０に９／を微粉炭ｔ
ｔ　　（ｐ　）　　＋１２０ＫＰ／を電　　力　〃　（
減分）　　　　１６３．４　Ｋｗｈ　／　を発生ガス〃
（増分）　　　＋３７７．４Ｎｍ”ｌｌ（発生ガ゛ス総
熱量増分）　　　（＋１０９８．２Ｍｃａｌ／ｌ　）こ
こで、微粉炭の熱量は７３３３＆ｊ／−である。

従って、コークスと微粉炭の？Ａ量合計１３８９．２Ｍ
ｅａ１／ｌ、ｐの１０．１％の１４０．５　Ｍｅａｌ／
　ｔ、ｐが電力消顕熱、ランス冷却、コークス、微粉炭
の灰分や石灰石のスラグ化に使用されたことになる。

そして発生ガスの熱！１０８８．２　Ｍｃａｌ／ｌ、ｐ
　ｆ４４８．２　Ｋｗｈ／ｌ、ｐの電気に転換できるこ
と、１２ＯＮＴｒＰ／ｌ、ｐの酸素製造用に７８　Ｋｗ
ｈ／ｌ、ｐの電気を要することを考慮すれば本方法の場
合、７０　Ｋｆ／　ｔ、ｐのコークスと１２０　Ｋｙ／
　ｔ、ｐの微粉炭を用いて５３３．６Ｋｗｈ／ｌ、ｐの
電力を節減できる結果となる。

本方法は実Ｍｌｉ　’ｔ９１）　１の方法と比較して微
粉炭を用いることにより、コークス使用量をさらに抑制
する点に特色がある。

以上、不発明を特にフェロアロイの製造について説明し
てきたが、本発明は必ずしもそれらにのみ制限されるも
のではなく、溶融金属製造用の電気炉一般に適用可能で
あることは尚業者にとってる 明らかであグだ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための電り炉の略式断面図；
および 第２図は、電極、原料装入口、生成ガス排出口およびラ
ンスのそれぞれの配置を示す、第１図の略式平面図であ
る。 １・・・電憚炉、２・・・電極、３・・・原料装入口、
４・・・生成ガス排出口、５・・・ランス、６・・・湯
溜部、７・・・コークス充填層、８・・・元場層、９・
・・燃焼ゾーン。 出細人代理人　弁理士　広　瀬　章　−帆／図 Ｌ２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 装入原料を還元剤の存在下で電気加熱によって溶融還元
   する、溶融金属製造用電気炉操業法において、酸累およ
   び水蒸気そして必扱によシ炭化水素系燃料を補助熱源用
   に炉内低温域に吹込み、高温ガスを発生させるとともに
   これを回収することを特徴とする、電り炉操業法。