JPS6256438B2

JPS6256438B2 -

Info

Publication number: JPS6256438B2
Application number: JP58194421A
Authority: JP
Inventors: Saburo Sugiura; Kyohide Hayashi; Kenji Kaneda; Noboru Demukai; Tetsuo Okamoto
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1983-10-19
Filing date: 1983-10-19
Publication date: 1987-11-25
Also published as: JPS6086379A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、スクラツプの溶解に先立つ加熱方法
に関し、高いFe歩留りと低いNOx発生量の下で
の溶解を、低減されたエネルギー消費をもつて行
なう方法を提供する。主としてアーク炉で行なわれる特殊鋼の製造に
おいて、その準備段階であるスクラツプ材料の溶
解をも電気を使つて行なうことは、コストの点か
らは不利であつて、消費電力の少なくとも一部は
他の熱源に変えることが望ましい。以前に重油バーナーによる装入材料の予熱が流
行したことがあるが、これは主としてサイクルタ
イムを短縮して生産性を向上することに狙いがあ
り、石油価格が高騰してからは、あまり行なわれ
ていない。現在ではこれに代つて、アーク炉から
の高騰の排ガスのもつ熱でスクラツプを予熱する
ことが盛んに行なわれている。製鋼過程における電力単位の改善策としては、
さきに出願人が開発し、すでに開示した「カーボ
ンインクジエクシヨン法」がある（特開昭55―
89414号）。この技術は、溶鋼中に炭素質材料（以
下、「Ｃ」であらわす）の粉末と酸素とを吹き込
んでCOを発生させ、その際の酸化発熱を利用す
るとともに、スラグを泡立たせアークをその中に
埋設させることによつて、一種の保温効果を熱効
率を高めるものである。。さらに進展した操業
は、はじめに溶鋼中に酸素を吹き込んでFeの酸
化による多量の発熱を利用して昇温し、ついでス
ラグ中にＣを吹き込んで FeO＋Ｃ→Fe＋CO↑ の還元反応を起させてFeを回収するとともに、
上記したCO発生の効果を得る形態をとつている
（特開昭56―87616号）。上記した溶鋼中へＣおよびO₂の吹き込みをス
クラツプの溶解工程に拡張したものが、やはり出
願人の開発にかかる「リアクター製鉄法」であつ
て（特開昭57―198206号）、これは２個の容器を
スクラツプ予熱と溶解とに交互に使用する「ツイ
ンリアクター製鉄法」に発展した（特願昭57―
14443号）（特開昭58―133309号）。ツインリアク
ターの技術を、アーク炉溶解とカーボンインジエ
クシヨンとの組み合わせに適用することもまた試
みており（特願昭57―111196号）（特開昭59―
1982号）、これはさらに、操業コントロールの向
上をはかつてCOを発生させるガイ化炉を別に設
けたスクラツプ溶解法に至り、これもすでに開示
した（特願昭58―24369号）（特開昭59―150006
号）。このようなＣの利用は、それが比較的低価格で
あつて入手容易であるという利点に着目してなさ
れたものにほかならないが、本発明者らは、代表
的なＣ源である微粉炭をバーナーで直接燃焼して
スクラツプ溶解の熱源に利用することを試み、火
焔温度の調節とFeO生成量のコントロールにより
予想を越える効果をおさめたので、これも提案し
た（特願昭58―88287号）（特開昭59―215427
号）。そのスクラツプ溶解法は、アーク溶解に先
立つスクラツプの加熱に微粉炭バーナーを用い、
その際にスクラツプの温度が低い間は空気で燃焼
させ、温度が高まつたならば空気に代えて酸素ま
たは酸素富化空気を用いて燃焼させることによ
り、フレームの温度を調節して高い加熱効率を制
御されたFe酸化量の下に実現するものである。その後の研究の結果、この微粉炭バーナーを用
いたスクラツプ加熱の最も効率的な方法を確立し
たので、ここに開示する次第である。本発明のスクラツプ加熱方法は、スクラツプ加
熱容器に装入したスクラツプを、酸素および（ま
たは）空気で燃焼させる微粉炭バーナーで加熱
し、その際、燃焼に必要な量を下回る酸素を供給
することにより、加熱容器を出る排ガスの組成を
COリツチなものとし、この排ガスに空気を導入
して上記COを燃焼させ、それにより温度を高め
た排ガスをスクラツプ予熱容器に導いて、装入し
たスクラツプを予熱することを特徴とする。図面を参照して好ましい例を説明すれば、第１
図に示すように、それ自体は鋼製のシエル１１に
耐火物内張り１２を施してなり、傾動により出鋼
樋１３から出鋼できる構造のアーク炉炉体１であ
る加熱容器に、微粉炭バーナー２をそなえた炉蓋
３をし、内部に装入したスクラツプ８をバーナー
で加熱する。このとき、さらに提案の技術に従つ
て、バーナーには、はじめは空気、のちには酸素
富化空気、さらには酸素を供給して、バーナー酸
素比を高め、フレーム温度を高めて行く。ここで、「バーナー酸素比」とは、微粉炭の燃
焼に必要な全酸素のうち、どのくらいを純酸素で
供給するかを指す数字であつて、Ｏならば空気だ
け、１は純酸素の場合をあらわし、酸素富化空気
は、その組成に従つて、０〜１の間の数となる。バーナー酸素比の変化とは別に、前記のよう
に、加熱炉内に供給する酸素の量を、炉内の可燃
物の燃焼に理論上必要な量より少し不足気味とし
て、加熱容器からの排ガスがCOリツチな組成と
なるようにする。酸素の不足量は10％以内とす
る。好ましい範囲は３〜５％の不足、つまり理論
酸素量の97〜95％に当る量である。このように加熱容器内を弱還元性雰囲気に保つ
ことは、まず、スクラツプの酸化を低くおさえる
上で効果がある。スクラツプの温度の上昇に伴う
スクラツプ酸化の度合は、フレームの温度と加熱
容器内の雰囲気とに依存し、その関係は第２図に
示すとおりである。酸化による生成したFeOは、
ある程度は後のカーボンインジエクシヨンにより
Feに還元できるが、過大な量のFeOを生成させ
ることは不利である。次に、排ガス組成をCOリツチとすることは、
NOxの生成を少なくする上でも有意義である。バーナーのフレーム中で生成したNOxは、CO
により還元されてN₂に戻る。スクラツプが高温
になると、Feが上記の還元反応に対して接触作
用をし、さらにFe自身がNOx中のＯを奪う還元
反応も起る。排ガス中のCO量とNOx発生量との
関係は第３図に示すとおりであつて、バーナー酸
素比を高くするほどNOx濃度は高まるが、全体
としてCOが含まれる条件が好ましいことが、こ
の図から直ちに理解できる。発生するNOxの由来を考えると、ひとつは微
粉炭中のＮ分（１〜２％程度含まれている）によ
る、いわゆるFuel NOxであつて、これは避け難
い。いまひとつは燃焼空気中のN₂による、いわ
ゆるThermal NOxであつて、これは上記したよ
うな燃焼条件の選択により、低減可能である。後の処理の観点から、排ガス中に許容できる
NOx濃度の限界を、たとえば200ppmおよび
500ppmの二つのレベルに設定したとき、第３図
のグラフから、バーナー酸素比と雰囲気中のCO
％またO₂％との組み合わせの、許容できる範囲
が定まる。これを示したものが第４図であつて、
各曲線の左下の領域にある条件をえらべばよいこ
とになる。スクラツプ加熱に用いる微粉炭バーナーは、フ
レーム長さが短く、かつ火焔温度が過度に高くな
らず、しかも酸素不足の燃焼条件においても安定
に燃焼が続けられススを発生しないものが望まし
い。この目的には、本発明者らが開発し、別途提
案する微粉炭バーナーが適している。もつとも、
不完全燃焼によるススの発生が多少はあつても、
後に予熱容器に入る前に空気を吹き込んでCOを
燃焼させるときに同時に燃えるから、問題はな
い。第１図に戻つて説明を続ければ、加熱容器を出
た排ガスの、流路５に設けたガスサンプラー５１
で採取したガスの典型的な組成例を示せば、つぎ
のとおりである。 CO ３％ NOx 50ppm CO₂ 15％温度 450℃ O₂ ０％この排ガスは、空気導入手段６から導入する空
気により、含まれているCOガスを燃焼させて温
度を高め、たとえばクラムシエルである予熱容器
４に導入し、その中に装入してあるスクラツプ９
を加熱する。このとき、COガスの燃焼を完全に
するとともに、排ガスの温度をさらに高めてスク
ラツプの予熱に有利になるよう、たとえばプロパ
ンガスのような補助燃料を導入して燃焼させるア
フターバーナー７を設けることが推奨される。スクラツプ予熱容器を生た排ガスは、集塵装置
（図示していない）へ送つてダストを除去し、必
要な浄化処理をして放出することはいうまでもな
い。上述のようにして所定の温度までスクラツプが
加熱されたならば、微粉炭バーナー２を止めて炉
蓋３を移動し、電極を装入して通電し、アーク溶
解して精錬に進む。冷材から出発して、本発明のスクラツプ加熱方
法を利用して加熱したのちアーク溶解し、157℃
の溶鋼を得て出鋼に至るまでの、代表的な操業例
について操業パターンを示せば、第５図Ａのよう
になる。スクラツプの予備加熱をせずアーク加熱
からアーク溶解に進む従来の操業のパターンは、
第５図Ｂに示すとおりである。それぞれの場合の
チヤージトンあたりの熱収支およびエネルギー原
単位について、代表的な値を下に出す。

【表】本発明のスクラツプ加熱方法は、出願人が提案
したものを含めて、既存のさまざまなスクラツプ
溶解技術に適用することができる。代表例とし
て、前記した特願昭57―111196号「アーク炉溶解
法」すなわちツインシエル型アーク炉溶解技術に
適用した場合を説明すれば、第６図および第７図
に示すとおりである。すなわち、同形のアーク炉炉体１Ａおよび１Ｂ
の対を加熱容器として用い、まず第６図に示すよ
うに、炉体１Ａに電極２′をそなえた炉蓋３′をか
ぶせ、内部にある加熱されたスクラツプをアーク
溶解する。一方、炉体１Ｂにはバーナー２を設け
た炉蓋３をかぶせ、内部にある予熱されたスクラ
ツプを加熱する。それらの排ガスは、第７図に示
すように、当初は低温であるから予熱に利用する
こともなく、除塵、浄化処理して放出する。１Ａでスクラツプの溶解が進み、１Ｂでスクラ
ツプの温度が上昇してきたならば、それらの排ガ
スを予熱容器４に導いて、装入したスクラツプを
予熱する。１Ａにおいて初装スクラツプが溶解し
たところで、予熱容器４中の予熱されたスクラツ
プを、炉体１Ａに追装する。追装分が溶解すれば、炉体１Ａにカーボンイン
ジエクシヨンを行なう。その排ガスは、バーナー
加熱を続けている炉体１Ｂからの排ガスとともに
予熱容器に導いてもついし、いつたん炉体１Ｂを
通して加熱に利用したのち予熱を行なつてもよ
い。場合によつては、バーナーを止め、カーボン
インジエクシヨンを行なつているアーク炉炉体１
Ａからの排ガスだけで炉体１Ｂのスクラツプを加
熱し、さらにその排ガスを利用して予熱を行なう
こともできる。炉体１Ａで溶解でき、出鋼したならば、予熱容
器のスクラツプを装入して、微粉体バーナーを設
けた炉蓋をかぶせて、バーナー加熱に移る。一
方、加熱されて高温に達したスクラツプが入つて
いる炉体１Ｂには、バーナーを設けた炉蓋に代え
て、電極をそなえた炉蓋をかぶせてアーク溶解に
移行する。このように、一対の炉体１Ａおよび１Ｂを交互
にアーク溶解炉とスクラツプ加熱容器とに使用
し、スクラツプ予熱容器をも併用して、エネルギ
ー効率のよいスクラツプ予熱―加熱―溶解のサイ
クルが実現するわけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のスクラツプ加熱方法の実施
に使用する装置の、好ましい例を示す断面図であ
る。第２図は、スクラツプ加熱容器において微粉
炭バーナーでスクラツプを加熱したときの、スク
ラツプ温度の上昇に伴うスクラツプ酸化量の変化
を、種々のバーナー酸素比において示したグラフ
である。第３図は、やはりスクラツプ加熱容器に
おいて微粉炭バーナーでスクラツプを加熱したと
きの、供給酸素量による排ガスNOx濃度を種々
のバーナー酸素比において示したグラフである。
第４図は、スクラツプ加熱容器からの排ガス中の
NOx濃度の許容量を500ppmおよび200ppmとし
たときの、バーナー酸素比と酸素供給量との組み
合わせの許容範囲を示すグラフである。第５図
は、本発明のスクラツプ加熱方法を利用してスク
ラツプを溶解し鋼を精錬する一操業例について、
在来の予備加熱をしないでスクラツプを溶解し鋼
を精錬する場合と比較して、操業パターンを示し
たものであつて、Ａは加熱、Ｂは在来技術をそれ
ぞれあらわす。図において、時間は左から右へ経
過する。第６図および第７図は、本発明のスクラ
ツプ加熱方法をツインシエル型アーク炉溶解技術
に適用した場合を説明するものであつて、第６図
は装置の構成を、また第７図は装置各部分の作業
と排ガスの流通経路とを、いずれも概念的に示し
た図である。１…加熱容器（アーク炉炉体）、２…微粉炭バ
ーナー、２′…電極、３…炉蓋（バーナー用）、
３′…炉蓋（電極用）、４…予熱容器（クラムシエ
ル）、５…排ガス流路、６…空気導入手段、７…
アフターバーナー、８…加熱されるスクラツプ、
９…予熱されるスクラツプ。

Claims

【特許請求の範囲】１スクラツプ加熱容器に装入したスクラツプ
を、酸素および（または）空気で燃焼させる微粉
炭バーナーで加熱し、その際に燃焼に必要な量を
下回る酸素を供給することにより加熱容器を出る
排ガスの組成をCOリツチなものとし、この排ガ
スに空気を導入して上記COを燃焼させ、それに
より温度を高めた排ガスをスクラツプ予熱容器に
導いて装入したスクラツプを予熱することを特徴
とするスクラツプ加熱方法。２供給する酸素の量を、燃焼に必要な理論量の
10％以内、好ましくは３〜５％不足とする特許請
求の範囲第１項の加熱方法。