JP3204202B2

JP3204202B2 - 冷鉄源の溶解方法および溶解設備

Info

Publication number: JP3204202B2
Application number: JP5419298A
Authority: JP
Inventors: 秀昭水上; 範夫青; 剛中山; 靖浩佐藤
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH10292990A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄スクラップ、直
接還元鉄等の冷鉄源をアークにより溶解する冷鉄源の溶
解方法および溶解装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、資源および環境問題から、発生量
の多い鉄鋼スクラップをアーク炉を用いて溶解するプロ
セスが増加している。このようなアーク炉では、スクラ
ップ溶解に多くの電力を消費するため、溶解中に炉から
発生する排ガスでスクラップを予熱しながら溶解し、必
要とする電力を極力少なくする方法が提案されている。

【０００３】例えば、（１）アーク炉に水平予熱体を連
結し、アーク炉からの排ガスを予熱体に導入してスクラ
ップを予熱し、この予熱されたスクラップを連続的にア
ーク炉に供給するもの、および、（２）アーク炉からの
排ガスによってシャフト予熱帯で予熱されたスクラップ
を、２段に設けたプッシャーによりアーク炉に連続的に
供給するものがある（普通鋼電気炉業のストラテジー、
Ｐ７７およびＰ８０；日本鉄鋼協会、平成６年１１月１
４日発行）。

【０００４】また、（３）アーク炉の直上にスクラップ
予熱チャンバーを２室設け、アーク炉から発生する排ガ
スでチャンバー内のスクラップを予熱し、フィンガーと
呼ばれるストッパーを開放することによりスクラップを
アーク炉に供給するタイプのものも知られている（エレ
クトロヒート、Ｎｏ．８２，１９９５，Ｐ５６）。

【０００５】さらに、（４）アーク炉に回転キルンとシ
ャフトタイプの予熱帯を連結し、スクラップをプッシャ
ーによりシャフトからキルンに供給し、さらにキルンに
よりアーク炉に連続的に供給するものもある（特開平６
−１２２２３４号公報）。

【０００６】さらにまた、（５）アーク炉の炉蓋の一部
にシャフト状の予熱帯を直結し、１チャージ分のスクラ
ップをアーク炉内およびシャフト内に供給しておいて、
スクラップを溶解するもの（特公平６−４６１４５号公
報）、および、（６）シャフト状のアーク炉で、シャフ
ト内の１チャージ分のスクラップが排ガスにより予熱さ
れながら、炉の側壁から挿入された電極により溶解され
るものが知られている。

【０００７】以上のような排ガスによりスクラップを予
熱するタイプのアーク炉において、低いものでは、およ
そ２５０〜２７０ｋＷｈ／ｔの電力原単位が目標とされ
ている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アーク
炉から発生する排ガスによりスクラップを予熱する上記
（１）〜（６）の設備は、以下に示すような欠点があ
る。

【０００９】（１）〜（４）の設備では、スクラップを
アーク炉内に供給するために、振動コンベア、プッシャ
ー、キルンまたはフィンガーというスクラップ搬送供給
のための装置が必要であり、このため、アーク炉からの
排ガスでスクラップを予熱する際の予熱温度に限界があ
る。すなわち、高温に予熱しようとして炉内に添加する
酸素量を増加させ、排ガスの熱量を増やす時に、上記装
置の熱変形等によるハード上のトラブルが避けられな
い。また、高温に予熱しようとする時に、局部的に融着
するようになってスクラップを搬送供給できなくなる問
題があり、予熱温度に限界がある。

【００１０】これに対して、（５）および（６）の設備
では、スクラップがアーク炉内、または、アーク炉およ
びアーク炉に直結したシャフト内に予め装入するため、
上述したスクラップ搬送供給のための装置を必要とせ
ず、したがって上述のような問題も生じない。しかしな
がら、これらの設備では、１チャージ毎にアーク炉内お
よびシャフト内のスクラップをすべて溶解し、炉内およ
びシャフト内にスクラップが残らない状態で炉内溶鋼を
出鋼するため、次チャージのスクラップの予熱ができな
いことにより排ガスの有効利用という点では十分とはい
えない。

【００１１】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであって、溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置
を特に必要とせず、また、次チャージの冷鉄源の予熱も
可能であり、従来の排ガスを利用してスクラップを予熱
する溶解設備では達成できない極めて高効率の冷鉄源の
溶解方法および溶解設備を提供すること、具体的には、
電力原単位が２５０ｋＷｈ／ｔ未満の冷鉄源の溶解方法
および溶解設備を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、溶解室と、その上方に直結する予熱シ
ャフトとを有するアーク溶解設備を用いて冷鉄源を溶解
する方法であって、冷鉄源が溶解室と予熱シャフトに連
続して存在する状態を保つように予熱シャフトへ冷鉄源
を連続的または断続的に供給しながら溶解室内の冷鉄源
をアークにより溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まっ
た時点で溶解室および予熱シャフトに冷鉄源が存在する
状態で溶鋼を出鋼することを特徴とする冷鉄源の溶解方
法を提供する。

【００１３】また、上記方法において、溶解中および出
鋼時に、溶解室および予熱シャフトに１チャージ分の５
０％以上の冷鉄源が残存していることを特徴とする冷鉄
源の溶解方法を提供する。

【００１４】さらに、上記いずれかの方法において、コ
ークス等の補助熱源と、酸素とを溶解室内に供給するこ
とを特徴とする冷鉄源の溶解方法を提供する。

【００１５】さらにまた、前記酸素の供給量が２５Ｎｍ
³／ｔ以上であることを特徴とする冷鉄源の溶解方法を
提供する。

【００１６】さらにまた、上記いずれかの方法におい
て、溶鋼の出鋼時に溶鋼を加熱することを特徴とする冷
鉄源の溶解方法を提供する。

【００１７】さらにまた、上記いずれかの方法におい
て、前記溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点でシャッ
ターにより前記冷鉄源の出鋼口への移動を阻止すること
を特徴とする冷鉄源の溶解方法を提供する。

【００１８】本発明では、また、冷鉄源を溶解するため
の溶解室と、その上方に直結し、冷鉄源を予熱する予熱
シャフトと、溶解室内で冷鉄源を溶解するためのアーク
電極と、冷鉄源が溶解室と予熱シャフトに連続して存在
する状態を保つように予熱シャフトへ冷鉄源を連続的ま
たは断続的に供給する冷鉄源供給手段と、前記溶解室に
設けられた出鋼口とを有し、溶解室内の冷鉄源をアーク
により溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で
溶解室および予熱シャフトに冷鉄源が存在する状態で溶
鋼を出鋼することを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供
する。

【００１９】また、上記溶解設備において、前記溶解室
にコークス等の補助熱源を供給する補助熱源供給手段
と、前記溶解室に酸素を供給する酸素供給手段とをさら
に有し、冷鉄源をアークおよび補助熱源と酸素とにより
溶解することを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供す
る。

【００２０】さらに、上記いずれかの溶解設備におい
て、前記出鋼口近傍に設けられた溶鋼を加熱するための
加熱手段をさらに有することを特徴とする冷鉄源の溶解
設備を提供する。

【００２１】さらにまた、上記いずれかの溶解設備にお
いて、前記予熱シャフトの側壁は、下方に向かって広が
るテーパーを有していることを特徴とする冷鉄源の溶解
設備を提供する。

【００２２】さらにまた、前記テーパーは２．５〜７°
であることを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供する。

【００２３】さらにまた、上記予熱シャフトの側壁が下
方に広がるテーパーを有しているいずれかの溶解設備に
おいて、前記シャフト部の断面が、円または楕円または
曲線部を含むことを特徴とする冷鉄源の溶解設備を提供
する。

【００２４】さらにまた、上記いずれかの溶解設備にお
いて、前記冷鉄源が溶解室内の溶鋼へ移動することを阻
止するシャッターをさらに有することを特徴とする冷鉄
源の溶解設備を提供する。

【００２５】本発明においては、溶解室と、その上方に
直結する予熱シャフトとを有するアーク溶解設備を用い
て冷鉄源を溶解するので、溶解室への冷鉄源の搬送供給
のための装置を特に必要としない。また、冷鉄源が溶解
室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つように
予熱シャフトへ冷鉄源を連続的または断続的に供給しな
がら溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、溶解室に
所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室および予熱シャフ
トに冷鉄源が存在する状態で溶鋼を出鋼するので、次チ
ャージの冷鉄源の予熱も可能であり、極めて高効率の冷
鉄源の溶解を実現することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実
施形態に係るアーク溶解設備を示す断面図である。この
アーク溶解設備は、冷鉄源をアーク溶解するための溶解
炉１と、その上方に直結する予熱シャフト２とを備えて
いる。予熱シャフト２の上端には、排ガス吸引系に連結
する排気部２ａが設けられている。この溶解炉１および
予熱シャフト２には冷鉄源としての鉄スクラップ３が装
入される。

【００２７】予熱シャフト２の上方にはスクラップ装入
バケット４が設けられており、このバケット４から予熱
シャフト２内に鉄スクラップ３が装入される。この場合
に、このバケット４からのスクラップ３の装入は、操業
中に、スクラップ３が溶解室１と予熱シャフト２に連続
して存在する状態を保つように予熱シャフト２へスクラ
ップ３を連続的または断続的に供給する。この際のスク
ラップ３の装入は、操業実績に基づいて予め設定された
レシピに基づいて行ってもよいし、予熱シャフト２内の
スクラップ３の量を検出可能なセンサーを設け、このセ
ンサーからの信号に基づいてバケット４によるスクラッ
プ３の投入を適宜の制御手段により制御するようにして
もよい。

【００２８】溶解炉１の上部には開閉可能な炉蓋５が設
けられており、その炉蓋５を貫通して溶解炉１の上方か
らその中に垂直にアーク電極６が挿入されている。ま
た、溶解炉１の炉底１０のアーク電極６と対向する位置
には、炉底電極１１が設けられている。そしてアーク電
極６によって形成されるアーク７により、スクラップ３
が溶解され、溶鋼８となる。溶鋼８の上にはスラグ９が
形成されており、アーク７はこのスラグ９内に形成され
ることとなる。

【００２９】また、溶解炉１には２本のランス１２ａ，
１２ｂがその先端を溶解室内の溶鋼面に向けて挿入され
ており、ランス１２ａからは酸素が供給され、ランス１
２ｂからは補助熱源としてのコークスがインジェクショ
ンされる。なお、補助熱源としてはコークス以外の炭材
を用いてもよい。

【００３０】溶解炉１の予熱シャフト２が直結されてい
る側とは異なる部分に設けられた突出部１ａの底部には
出鋼口１４が形成されており、その側端にはスラグドア
１５が設けられている。なお、スラグドア１５と同じ周
面に出鋼口が設けられていてもよい。また、突出部１ａ
には、その上方からバーナー１３が挿入されており、出
鋼される溶鋼の温度を上昇させることが可能となってい
る。この場合、バーナー１３の代わりにアーク電極等の
他の加熱手段を設けてもよい。

【００３１】予熱シャフト２の側壁は、図１に示すよう
に、下方に向かって広がるテーパーを有している。この
ようなテーパーを設けることにより、溶解炉１内の溶鋼
８中へ高温のスクラップを安定的に供給することができ
る。テーパーが形成されていない場合には、スクラップ
３が予熱シャフト２の壁部に拘束され自然に落下しにく
くなり、棚吊りを起こす原因となる。

【００３２】予熱シャフト２の側壁のテーパーは、２．
５〜７°の範囲であることが好ましい。このテーパーが
２．５°未満では棚吊り発生を有効に防止することがで
きない。また、７°を超えると予熱シャフト２内のスク
ラップ３の装入量が減少し、予熱時にスクラップ３の滞
留時間を十分に稼ぐことができないため、十分な予熱効
果を得ることができなくなる。逆に、同程度の滞留時間
を稼ごうとすると、予熱シャフト２の高さが高くなるた
め、建屋を高くせざるを得ない。さらに、予熱シャフト
２の上部の断面が狭くなり、使用可能なスクラップ量が
制限されてしまう。

【００３３】予熱シャフト２にテーパーを設けた場合で
あっても、予熱シャフト２が矩形の場合には、その壁面
とスクラップ３との摩擦力が大きく、棚吊りを必ずしも
有効に防止することができないため、予熱シャフト２の
断面形状を、図２に示すように、円または楕円または曲
線を含む形状にすることが好ましい。

【００３４】このように構成される溶解設備において鉄
スクラップを溶解するに際しては、まず、溶解炉１と予
熱シャフト２に鉄スクラップ３を装入し、鉄スクラップ
３が溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態
とする。

【００３５】この状態でアーク電極６によりアーク７を
形成し、鉄スクラップ３を溶解する。この際に、ランス
１２ａにより酸素を供給し、スクラップの溶解を補助す
る。そして、炉内に溶鋼が溜まってきたら、ランス１２
ｂからスラグ中に補助熱源としてのコークスをインジェ
クションしてスラグフォーミング操業に移行し、電極６
の先端をスラグ９中に埋没させ、アーク７がスラグ９内
に形成されるようにする。この補助熱源としてインジェ
クションされたコークスは、別に供給された酸素と反応
しＣＯガスが発生すると同時にその反応熱はスクラップ
３の溶解に寄与する。

【００３６】このようなスクラップ溶解により発生する
排ガスは、予熱シャフト２およびは排気部２ａを経由し
て排出され、この排ガスの熱により、シャフト２内のス
クラップ３が予熱される。溶解炉１内でスクラップ３が
溶解すると、予熱シャフト２のスクラップが溶解炉１に
供給されるため、予熱シャフト２内のスクラップ３の上
端位置が低下してくる。この場合に、スクラップ３が溶
解室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つよう
に、バケット４から予熱シャフト２へスクラップ３を連
続的または断続的に供給する。これにより、常に一定量
以上のスクラップが溶解炉１および予熱シャフト２内に
存在している状態が保たれる。この際のスクラップ３の
装入は、上述したように、操業実績に基づいて予め設定
されたレシピに基づいて行ってもよいし、予熱シャフト
２内のスクラップ３の量を検出可能なセンサーを設け、
このセンサーからの信号に基づいてバケット４によるス
クラップ３等の投入を制御するようにしてもよい。

【００３７】スクラップの溶解が進行して所定量、例え
ば１チャージ分以上の溶鋼が炉内に溜まったら、溶解炉
１および溶解シャフト２内にスクラップが連続して存在
する状態を保ったまま、溶解炉１を傾動させて出鋼口１
４から１チャージ分の溶鋼を取鍋等へ出鋼する。出鋼に
際しては、溶鋼の凝固による出鋼口１４の詰まりを防止
するために、バーナー１３で溶鋼を加熱してもよい。

【００３８】このようにしてスクラップを溶解する場合
には、予熱シャフト２内にはプッシャーやフィンガー等
のスクラップ搬送供給のための設備を備えていないの
で、これらが設けられている従来の溶解設備よりも使用
する酸素量を増やすことができ、排ガス温度を高めるこ
とができる。したがって、従来の溶解設備よりも高い温
度にスクラップを予熱することが可能になる。

【００３９】また、常にスクラップ３が溶解炉１と予熱
シャフト２連続して存在する状態を保つように予熱シャ
フト２へスクラップ３を供給し、溶解炉１内で１チャー
ジ分の溶鋼が形成されてこれを出鋼する際にも、溶解炉
１および予熱シャフト２に連続してスクラップが存在す
るため、排ガスによるスクラップ予熱効率が高い。この
場合に、溶解中および出鋼時に１チャージ分の５０％以
上のスクラップを溶解炉１および予熱シャフト２に連続
して存在するようにすることによって、予熱効率が極め
て高いものとなる。

【００４０】また、効率良くスクラップを溶解する観点
から、コークス等の補助熱源を使用することが望まし
く、上述したランス１２ｂから補助熱源としてのコーク
スをインジェクションするとともに別のランス１２ａか
ら酸素を供給することにより、ＣＯガスが生成し、熱を
発生させることができる。この場合に、供給する酸素量
は２５Ｎｍ³／ｔ以上であることが好ましい。これによ
り、一層効率良くスクラップを溶解することができる。
さらに好ましくは４０Ｎｍ³／ｔである。図３には、後
述する実施例における溶解炉にて酸素原単位を１５〜４
５Ｎｍ³／ｔとした時の電力原単位を示す。この図に示
すように、酸素原単位が増加するに従って電力原単位が
減少し、特に２５Ｎｍ³／ｔ以上になると電力原単位が
２００ｋＷｈ／ｔ以下と極めて低い値となる。さらに４
０Ｎｍ³／ｔ以上となると１２０ｋＷｈ／ｔ程度以下と
なり、さらに一層低い値となる。

【００４１】ところで、このように常にスクラップが存
在している状態で溶解を行うと溶鋼温度が１５５０℃程
度と低いため、溶鋼が出鋼口１４に詰まるおそれがあ
る。このような問題を回避するために、出鋼時に上述の
ようにバーナー１３で溶鋼を加熱する。もちろんアーク
電極等の他の加熱手段であってもよい。

【００４２】また、出鋼時の溶鋼温度を高くするために
は、図４に示すように、溶解炉１の予熱シャフト２近傍
部分にシャッター２０をシリンダー２１により移動可能
に設け、溶解炉１内に所定量の溶鋼が溜まった時点でシ
ャッター２０を溶解炉１内に挿入し、溶解炉１内の溶鋼
へスクラップ３が倒れ込むことを防止することが有効で
ある。

【００４３】溶鋼のスーパーヒート（ΔＴ）は、溶解速
度（Ｗ）および溶鋼と溶鋼中に浸かっているスクラップ
の接触面積（Ｓ）と以下の（１）式に示す関係がある。

【００４４】

【数１】

【００４５】したがって、スーパーヒート（ΔＴ）を大
きくするには、溶解速度、すなわちアーク加熱パワーが
一定の条件では、溶鋼と溶鋼に浸かっているスクラップ
の接触面積（Ｓ）を小さくすることが有効である。この
ため、シャッター２０によりスクラップ３の溶鋼への倒
れ込みを阻止することにより、スクラップの接触面積
（Ｓ）を小さくすることができ、出鋼時の溶鋼温度を上
昇させることができる。具体的には、溶鋼温度をおよそ
１５７０℃まで上昇させることができる。なお、シャッ
ター２０の移動は、シリンダー２１により上下動させる
ことに限らず、モーター等により回動させるようにして
もよい。

【００４６】出鋼時の溶鋼温度を上昇させる他の方法と
しては、所定量の溶鋼が溜まった時点でランス１２ａか
らの酸素吹き込みを停止することが挙げられる。これ
は、スクラップ・溶鋼界面の熱伝達係数（ｈ）を考慮し
た結果である。すなわち、ｈを考慮すると溶鋼のスーパ
ーヒート（ΔＴ）は、以下の（２）式で表される。

【００４７】

【数２】

【００４８】したがって、ｈが小さいほどΔＴが大きく
なる。溶鋼中にコークスおよび酸素を吹き込む場合に
は、ＣＯガスの発生により溶鋼攪拌が生じ、ｈが大きく
なってΔＴが低下する。したがって、所定量の溶鋼が溜
まった時点で酸素吹き込みを停止してｈを低下させ、Δ
Ｔが大きい状態で溶鋼を出鋼する。これにより、出鋼時
の溶鋼温度を１５７０℃程度にすることができる。

【００４９】同様の観点から、溶解炉１として上記のよ
うな直流アーク炉に代えて交流アーク炉を用いることが
好ましい。すなわち、直流アーク炉の場合は、直流電流
により磁場が発生し、この磁場と直流電流との相互作用
により溶鋼流動が生じるが、交流アーク炉の場合には、
このような流動が生じない。したがって、スクラップ・
溶鋼界面の熱伝達係数（ｈ）は交流アーク炉のほうが小
さくなり、ΔＴが大きくなる。交流アーク炉にすること
により、出鋼時の溶鋼温度を１５７０℃程度にすること
ができる。

【００５０】出鋼時の溶鋼温度を上昇させる他の方法と
しては、所定量の溶鋼が溜まった時点でアーク電極６に
供給する電力を上昇させることが挙げられる。アーク電
極６に供給する電力を上昇させると、熱平衡に達する前
の短時間は溶鋼温度が上昇するため、その時点で溶鋼温
度が高い状態で出鋼することができる。電力を上昇させ
るために電圧および電流のいずれを上昇させてもよい。
例えば、電流値を２０〜３０％上昇させることにより１
５７０℃程度まで溶鋼温度を上昇させることができる。

【００５１】

【実施例】

（実施例１）溶解炉（炉径；７．２ｍ、高さ４ｍ）と予
熱シャフト（５ｍＷ×３ｍＤ）とが直結した直流アーク
設備の溶解炉内および予熱シャフト内に、スクラップ１
５０トンを装入し、溶解炉にて２８インチの黒鉛電極に
より、最大６５０Ｖ、１１５ｋＡの電源容量でアークを
形成し、スクラップを溶解した。また炉側壁に設けた作
業口より、水冷ランスを挿入し、そこから６０００Ｎｍ
³／ｈｒの量で送酸した。炉内に溶鋼が溜まってきた時
点で、８０ｋｇ／ｍｉｎでコークスをスラグ中にインジ
ェクションしスラグフォーミング操業に移行し、黒鉛電
極の先端をフォーミングスラグ中に埋没させた。この時
の電圧・電流は４００Ｖ、９０ｋＡに設定した。予熱シ
ャフト内のスクラップが溶解炉内でのスクラップの溶解
に伴って下降したら、予熱シャフト上部からスクラップ
装入バケットからスクラップを供給し、予熱シャフト内
のスクラップの高さを一定の高さに保持した。

【００５２】このように、溶解炉内および予熱シャフト
内に連続してスクラップが存在する状態で溶解を進行さ
せ、溶解炉内に１８０トンの溶鋼が生成した段階で、６
０トンを炉内に残し、１チャージ分の１２０トンの溶鋼
を出鋼口から取鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼の温度は１
５５０℃であった。溶鋼中のＣ濃度は０．１％であっ
た。出鋼口付近の溶鋼は、酸素−オイルバーナーで加熱
した。

【００５３】１２０トン出鋼後も送酸とコークスインジ
ェクションを行いながらスラグフォーミング操業を行っ
て溶解を継続し、再度溶解炉内の溶鋼量が１８０トンに
なったら１２０トン出鋼することを繰り返した。平均し
てｔａｐ−ｔａｐ約４０分間で１２０トンの溶鋼が得ら
れた。酸素量３３Ｎｍ³／ｔ、コークス原単位２６ｋｇ
／ｔで電力原単位１７５ｋＷｈ／ｔが得られた。

【００５４】出鋼した１２０トンの溶鋼は取鍋炉（Ｌ
Ｆ）により１６２０℃に昇温し、連続鋳造により１７５
×１７５ｍｍのビレットを製造した。ＬＦの電力原単位
は平均６０ｋＷ／ｔであった。一方、同じ装置を用い
て、スクラップを連続して供給せずに、１チャージずつ
バッチ溶解した場合（従来技術（５）と同様）について
も同様に電力源単位を求めた。

【００５５】表１にこれらの結果を示す。表１に示すよ
うに、酸素使用量がほぼ同じで、連続的に供給した実施
例１が比較例よりも、およそ１３０ｋＷｈ／ｔも電力源
単位が低く、ＬＦでの必要な電力原単位を含めてもおよ
そ１００ｋＷｈ／ｔも電力原単位が低かった。また、従
来技術で示した他のプロセスの報告例と比較しても電力
原単位は本発明の方が６０ｋＷｈ／ｔ以上、ＬＦに至る
前までに必要な電力原単位が低く、本実施例のスクラッ
プの予熱効率が非常に高いことが確認された。

【００５６】（実施例２）上記溶解炉において、酸素量
４５Ｎｍ³／ｔ、コークス原単位３６ｋｇ／ｔとした以
外は、実施例１と同様の溶解を実施した。その結果も表
１に示す。この際の電力原単位は１２０ｋＷと極めて低
く、平均温度が１５５０℃の溶鋼がｔａｐ−ｔａｐ約３
７分間で得られた。

【００５７】

【表１】

【００５８】（実施例３）溶解炉（炉径；７．２ｍ、高
さ４ｍ）と、テーパー角度を４°にした予熱シャフト
（断面楕円；長半径６ｍ×短半径３．６ｍ、高さ７ｍ、
テーパー４°）とが直結した直流アーク設備の溶解炉内
および予熱シャフト内に、スクラップ１５０トンを装入
し、溶解炉にて２８インチの黒鉛電極により、最大６５
０Ｖ、１１５ｋＡの電源容量でアークを形成し、スクラ
ップを溶解した。また炉側壁に設けた作業口より、水冷
ランスを挿入し、そこから６０００Ｎｍ³／ｈｒの量で
送酸した。炉内に溶鋼が溜まってきた時点で、８０ｋｇ
／ｍｉｎでコークスをスラグ中にインジェクションしス
ラグフォーミング操業に移行し、黒鉛電極の先端をフォ
ーミングスラグ中に埋没させた。この時の電圧は４５０
Ｖに設定した。予熱シャフト内のスクラップが溶解炉内
でのスクラップの溶解に伴って下降したら、予熱シャフ
ト上部からスクラップ装入バケットからスクラップを供
給し、予熱シャフト内のスクラップの高さを一定の高さ
に保持した。

【００５９】このように、溶解炉内および予熱シャフト
内に連続してスクラップが存在する状態で溶解を進行さ
せ、溶解炉内に１８０トンの溶鋼が生成した段階で、６
０トンを炉内に残し、１２０トンの溶鋼を出鋼口から取
鍋に出鋼した。出鋼時の溶鋼の温度は１５５０℃であっ
た。溶鋼中のＣ濃度は０．１％であった。出鋼口付近の
溶鋼は、酸素−オイルバーナーで加熱した。１２０トン
出鋼後も溶解を継続し、再度溶解炉内の溶鋼量が１８０
トンになったら１２０トン出鋼することを６回繰り返し
た。予熱シャフト内で棚吊り現象の発生は見られず、平
均してｔａｐ−ｔａｐ約４０分間で１２０トンの溶鋼が
得られた。酸素量３３Ｎｍ³／ｔ、コークス原単位２６
ｋｇ／ｔで電力原単位１７５ｋＷｈ／ｔが得られた。

【００６０】次に、予熱シャフトのテーパーを種々に変
化させて同様に溶解実験を行った。その時のテーパー角
度と平均のｔａｐ−ｔａｐ時間との関係およびテーパー
角度と電力原単位との関係を図５に示す。予熱シャフト
のテーパー角度が２．５°未満の場合は、予熱シャフト
で棚吊り現象が発生してスクラップが溶解炉に落ちてい
かず、溶鋼が停滞する現象が６回出鋼のうち１回程度生
じたため、平均のｔａｐ−ｔａｐ時間が長くなってい
る。一方、テーパー角度が７°を超えた場合には、予熱
シャフト内のスクラップの滞留時間が稼げないため、ス
クラップの予熱効果が減少し、電力原単位が高くなって
いるのがわかる。これに対してテーパー角度が２．５〜
７°ではｔａｐ−ｔａｐ時間が４０分間で電力原単位１
７５ｋＷｈ／ｔを維持していることがわかる。

【００６１】（実施例４）実施例１と同様の溶解炉を用
いて、実施例１と同様にスクラップを溶解した。溶解炉
内に１８０トンの溶鋼が生成した段階で、シャッターを
溶解炉内に挿入し、スクラップの倒れ込みを阻止した。
その後操業を継続することにより、図６に示すように、
溶鋼温度が１５７０℃まで上昇した。その時点で、６０
トンを炉内に残し、１チャージ分の１２０トンの溶鋼を
出鋼口から取鍋に出鋼した。溶鋼中のＣ濃度は０．１％
であった。出鋼口付近の溶鋼は、酸素−オイルバーナー
で加熱した。

【００６２】１２０トン出鋼後、シャッターを上昇させ
た状態で送酸とコークスインジェクションを行いながら
スラグフォーミング操業を行って溶解を継続し、再度溶
解炉内の溶鋼量が１８０トンになったらシャッターを挿
入して溶鋼温度を上昇させ、１２０トン出鋼することを
繰り返した。平均してｔａｐ−ｔａｐ約４０分間で１２
０トンの溶鋼が得られた。酸素量３３Ｎｍ³／ｔ、コー
クス原単位２６ｋｇ／ｔで電力原単位１８０ｋＷｈ／ｔ
が得られた。

【００６３】（実施例５）実施例１と同様の溶解炉を用
いて、実施例１と同様にスクラップを溶解した。溶解炉
内に１８０トンの溶鋼が生成した段階で、水冷ランスか
らの送酸とコークスのインジェクションを停止した。そ
の後アーク通電のみにより、図７に示すように、溶鋼温
度が１５７０℃まで上昇した。その時点で、６０トンを
炉内に残し、１チャージ分の１２０トンの溶鋼を出鋼口
から取鍋に出鋼した。溶鋼中のＣ濃度は０．１％であっ
た。出鋼口付近の溶鋼は、酸素−オイルバーナーで加熱
した。

【００６４】１２０トン出鋼後、送酸とコークスインジ
ェクションを再開し、スラグフォーミング操業を行って
溶解を継続し、再度溶解炉内の溶鋼量が１８０トンにな
ったら水冷ランスからの送酸とコークスインジェクショ
ンを停止して溶鋼温度を上昇させ、１２０トン出鋼する
ことを繰り返した。平均してｔａｐ−ｔａｐ約４３分間
で１２０トンの溶鋼が得られた。酸素量３３Ｎｍ³／
ｔ、コークス原単位２６ｋｇ／ｔで電力原単位１８５ｋ
Ｗｈ／ｔが得られた。

【００６５】（実施例６）実施例１と同様の溶解炉を用
いて、実施例１と同様にスクラップを溶解した。溶解炉
内に１８０トンの溶鋼が生成した段階で、電圧・電流を
４００Ｖ、９０ｋＡから６００Ｖ、１１５Ａに上昇さ
せ、図８に示すように、溶鋼温度を１５６８℃まで上昇
させた。その時点で、６０トンを炉内に残し、１チャー
ジ分の１２０トンの溶鋼を出鋼口から取鍋に出鋼した。
溶鋼中のＣ濃度は０．１％であった。出鋼口付近の溶鋼
は、酸素−オイルバーナーで加熱した。

【００６６】１２０トン出鋼後、電圧・電流を元に戻
し、スラグフォーミング操業を行って溶解を継続し、再
度溶解炉内の溶鋼量が１８０トンになったら再び電圧・
電流を上昇させて溶鋼温度を上昇させ、１２０トン出鋼
することを繰り返した。平均してｔａｐ−ｔａｐ約４３
分間で１２０トンの溶鋼が得られた。酸素量３３Ｎｍ³
／ｔ、コークス原単位２６ｋｇ／ｔで電力原単位１８５
ｋＷｈ／ｔが得られた。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶解室と、その上部に直結する予熱シャフトとを有する
アーク溶解設備を用いてスクラップ等の冷鉄源を溶解す
るので、溶解室への冷鉄源の搬送供給のための装置を特
に必要としない。また、冷鉄源が溶解室と予熱シャフト
に連続して存在する状態を保つように予熱シャフトへ冷
鉄源を供給しながら溶解室内の冷鉄源をアークにより溶
解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室お
よび予熱シャフトに冷鉄源が存在する状態で溶鋼を出鋼
するので、次チャージの冷鉄源の予熱も可能であり、極
めて高効率の冷鉄源の溶解を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るアーク溶解設備を示
す断面図。

【図２】予熱シャフトの好ましい形状を示す平面図。

【図３】本発明の装置を用いて操業した際における、酸
素原単位と電力原単位との関係を示す図。

【図４】スクラップの倒れ込みを阻止するシャッターを
設けた本発明の他の実施形態に係るアーク溶解設備を示
す断面図。

【図５】予熱シャフトのテーパー角度と平均のｔａｐ−
ｔａｐ時間および電力原単位との関係を示す図。

【図６】シャッターによりスクラップの倒れ込みを阻止
した際における溶鋼の温度上昇を示す図。

【図７】送酸を停止した際における溶鋼の温度上昇を示
す図。

【図８】出鋼前にアーク電極に供給する電力を上昇させ
た際における溶鋼の温度上昇を示す図。

【符号の説明】

１……溶解炉２……予熱シャフト３……鉄スクラップ４……スクラップ装入バスケット６……電極７……アーク８……溶鋼９……スラグ１２ａ……酸素ランス１２ｂ……コークスランス１３……バーナー１４……出鋼口２０……シャッター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤靖浩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 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27D 13/00 C21C 5/52 F27B 3/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶解室と、その上方に直結する予熱シャ
フトとを有するアーク溶解設備を用いて冷鉄源を溶解す
る方法であって、冷鉄源が溶解室と予熱シャフトに連続
して存在する状態を保つように予熱シャフトへ冷鉄源を
連続的または断続的に供給しながら溶解室内の冷鉄源を
アークにより溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった
時点で溶解室および予熱シャフトに冷鉄源が存在する状
態で溶鋼を出鋼することを特徴とする冷鉄源の溶解方
法。
【請求項２】溶解中および出鋼時に、溶解室および予
熱シャフトに１チャージ分の５０％以上の冷鉄源が残存
していることを特徴とする請求項１に記載の冷鉄源の溶
解方法。
【請求項３】さらにコークス等の補助熱源と、酸素と
を溶解室内に供給することを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の冷鉄源の溶解方法。
【請求項４】前記酸素の供給量が２５Ｎｍ³／ｔ以上
であることを特徴とする請求項３に記載の冷鉄源の溶解
方法。
【請求項５】溶鋼の出鋼時に溶鋼を加熱することを特
徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載
の冷鉄源の溶解方法。
【請求項６】前記溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時
点でシャッターにより前記冷鉄源の出鋼口への移動を阻
止することを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載
の冷鉄源の溶解方法。
【請求項７】冷鉄源を溶解するための溶解室と、その
上方に直結し、冷鉄源を予熱する予熱シャフトと、溶解
室内で冷鉄源を溶解するためのアーク電極と、冷鉄源が
溶解室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つよ
うに予熱シャフトへ冷鉄源を連続的または断続的に供給
する冷鉄源供給手段と、前記溶解室に設けられた出鋼口
とを有し、溶解室内の冷鉄源をアークにより溶解し、溶
解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室および予熱
シャフトに冷鉄源が存在する状態で溶鋼を出鋼すること
を特徴とする冷鉄源の溶解設備。
【請求項８】前記溶解室にコークス等の補助熱源を供
給する補助熱源供給手段と、前記溶解室に酸素を供給す
る酸素供給手段とをさらに有し、冷鉄源をアークおよび
補助熱源と酸素とにより溶解することを特徴とする請求
項７に記載の冷鉄源の溶解設備。
【請求項９】前記出鋼口近傍に設けられた溶鋼を加熱
するための加熱手段をさらに有することを特徴とする請
求項７または請求項８に記載の冷鉄源の溶解設備。
【請求項１０】前記予熱シャフトの側壁は、下方に向
かって広がるテーパーを有していることを特徴とする請
求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の冷鉄源の
溶解設備。
【請求項１１】前記テーパーは２．５〜７°であるこ
とを特徴とする請求項１０に記載の冷鉄源の溶解設備。
【請求項１２】前記シャフト部の断面が、円または楕
円または曲線部を含むことを特徴とする請求項１０また
は請求項１１に記載の冷鉄源の溶解設備。
【請求項１３】前記冷鉄源が溶解室内の溶鋼へ移動す
ることを阻止するシャッターをさらに有することを特徴
とする請求項７ないし請求項１２のいずれか１項に記載
の冷鉄源の溶解設備。