JPH07278635A - 移動層型スクラップ溶融炉及び溶銑製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋳物用コークスに比べ安価な高炉用コークス
及び微粉炭を使用し、スクラップの多量使用が可能で、
更に溶湯品質も制御できるスクラップ溶融炉を提供す
る。 【構成】 本発明のスクラップ溶融炉は、竪型炉と竪型
炉より内径の大きな炉床部から成り、上下複数段の羽口
を有し、炉床部では天井部に炭材及び／若しくはフラッ
クス吹込みノズル、送風空気及び／若しくは酸素吹込み
ノズルを有するタイプの炉もしくは炉床部では側壁部に
送風空気、酸素を吹込む羽口を有するタイプの炉で構成
される。本溶融炉は鋳物用コークスに比べ安価な高炉用
コークスを使用し、またスクラップの多量使用が可能で
溶湯品質も制御でき、さらに低コークス比で熱効率を高
くしてスクラップを溶解することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスクラップ溶解炉に係わ
り、溶湯品質を制御し、かつ低コークス比で熱効率を高
くしてスクラップを溶解することを特徴とする溶湯の製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】竪型炉によるスクラップ溶解プロセスと
して、キュポラ法がある。キュポラ法は炉上部からスク
ラップとコークスを層状または混合して装入するもの
で、送風温度５００℃前後の１段羽口の熱風キュポラと
常温送風による２段羽口の冷風キュポラがあり、両キュ
ポラとも、コークス品質はＣ９２％，灰分８％程度，粒
度１５０ｍｍ以上の高価格の鋳物用コークスが必要とさ
れている。

【０００３】鋳物屑・型銑の装入比率３０〜６０％（ス
クラップ７０〜４０％）使用で、鋳物用コークス使用の
場合で燃料比１２０〜１４０ｋｇ／ｔ程度であり、２次
燃焼率η_CO ^(TOP) （＝ＣＯ₂ ^(TOP)／（ＣＯ^(TOP) ＋ＣＯ
₂ ^(TOP)））は、熱風キュポラで４０％前後、２段羽口・
冷風キュポラの場合で５０％前後で操業されている。こ
の２次燃焼率は（１）式のＣ燃焼反応に続く（２）式の
進行度合によって影響を受ける。

【０００４】 Ｃ＋Ｏ₂ →ＣＯ₂ ＋９７０００ｋｃａｌ／（ｋｍｏｌ・Ｃ） … （１） Ｃ＋ＣＯ₂ →２ＣＯ−３８２００ｋｃａｌ／（ｋｍｏｌ・Ｃ） … （２） 粒度６０ｍｍ以下の高炉用コークスを使用する場合、吸
熱反応である（２）式の反応進行が速いため、２次燃焼
率η_COは確実に低下し、スクラップの溶解性は悪化す
る。そのため、従来技術では、（２）式の反応速度を遅
くすることを目的として、粒度１５０ｍｍ以上の高価格
の鋳物用コークスが必要とされた。

【０００５】また２次燃焼率の向上を狙った２段羽口・
常温送風キュポラの場合、２次送風により、（３）式の
反応の促進を狙ったものであるが、常温送風で酸素富化
率３％以下の操業のため１次羽口部での羽口前温度は低
く、通常操業ではＣを含有する低融点の鋳物屑や型銑を
４０〜６０％（スクラップ使用比率６０〜４０％）使用
せざるを得ない。

【０００６】 ＣＯ＋１／２Ｏ₂ →ＣＯ₂ ＋６７５９０ｋｃａｌ／（ｋｍｏｌｔ・ＣＯ） … （３） このように、現状キュポラの場合、高炉用コークスの使
用ならびにスクラップ全量使用操業は厳しい状況にあ
る。

【０００７】高炉用コークスを使用することを目的とし
て、特開平３−１１１５０５号公報では、２次羽口を有
するキュポラ型溶解炉において２次送風羽口の吹き込み
方法を改善する方法が提案されている。これは、２次羽
口レベル面より上方に装入された次回溶解用のコークス
の過熱にともなうカーボンソルーション反応を抑制する
ために、支燃性ガスに代えて不活性のキャリアーガス、
例えばＮ₂ を用いて粉状の石灰石および／または鉄鉱石
をそれぞれ吹き込むことを特徴とする。実施例から判断
すると、２次燃焼率の変動は少なくなり、ソルーション
ロス反応の減少には寄与するが、その値は４５％程度で
あり、鋳物用コークス使用時の現行キュポラの操業範囲
内にほぼ等しい。操業的には２次送風量を時間あるいは
スクラップ層降下に合わせて調節するという煩雑さがあ
る。

【０００８】また、コークス比を低減する目的で、微粉
炭を利用したスクラップ溶解法が特開平１−１９５２２
５ならびに特開平２−１５７５９０号公報に提案されて
いる。

【０００９】両者とも、炉内にはレースウエイが生成し
ない条件であるため、微粉炭燃焼空間を確保するため、
燃焼塔もしくは燃焼室が特別に設置されており、燃焼時
に生じるヒートロスならびに耐火物の寿命が問題とされ
ている。

【００１０】また、水冷壁部材を有する竪型の炉を精錬
炉として使用したＥＯＦ法は、竪型炉中で、浴面の下方
側面に配置されたノズルから酸素、浴面の上方側面に配
置されたバーナーを経てオイル／微粉炭が酸素と一緒に
吹込まれ、その上に配置された吹込みノズルで富化され
た熱風で完全燃焼された廃ガスが炉上に配置された屑鉄
を予熱する。予熱温度は最高８００℃程度で、直立炉に
不連続に装入される構造となっている。

【００１１】問題点としては、屑鉄の予熱装置の複雑な
構造や不連続的な装入法のため、廃ガス温度が変動する
ことが挙げられる。

【００１２】羽口を有する高炉と高炉の直径より大きな
直径を備え、羽口部も存在する炉床からなる溶銑製造装
置が、特開平１−５０１４０１号公報において開示され
ている。この炉では、炉頂部からは燃料を添加せず鉱石
類のみを装入し、燃料は高炉と炉床の結合部における燃
料ベッド上に直接添加する構造となっている。また羽口
位置は１次羽口部は燃料の存在する部位にあり、上部羽
口は燃料の存在しない鉱石類の存在する部位に設置され
ている。この炉をスクラップ溶解に活用した場合、高炉
部では燃料の存在をしないスクラップ層であることか
ら、ソルーションロス反応は進行せず、排ガスη_CO
^(TOP) の高い、効率の良い操業が期待できる。しかし、
コークス装入部は高温ガスと接触する領域であり、装入
量も多いことから、コークス装入部の断面積は大きく、
そのため、耐熱性の確保やガス漏洩に対するシール性な
ど設備的な問題がある。また、側壁レンガの損傷や高炉
部では付着物生成による棚吊りなどの問題が懸念されて
いる。また、コークス装入部位は固定式のため、コーク
ス装入領域が規定されており、コークス比が変化する
と、コークス消費速度とスクラップ溶融速度が異なる結
果、コークス装入とスクラップ装入の装入サイクルが異
なるなどの装入上の煩雑さも考えられる。また炉床部の
羽口前にはコークス充填層があり、羽口から常温送風下
で炭材吹込みを行う場合には、炭材の燃焼性に問題があ
り、燃焼性の悪い場合には、通気性が悪化することも考
えられる。スクラップ溶融に適用したと思われる操業例
によると、炭素を含有した鋳物屑の使用比率は６０％程
度であり、全量スクラップ使用の場合の操業可否につい
ては不明である。

【００１３】本発明者らは、上記従来技術の欠点を回避
し、６０ｍｍ以下の細粒の高炉用コークスとスクラップ
の多量使用が可能なスクラップ溶解法として、炉周辺部
にコークスを、炉中心部から中間部にスクラップを装入
する操業法を特願平０５−２３９２７２，特願平０５−
２４８５１５において提示した。これは、設備の大型化
が可能なシンプルな炉体構造を考慮しつつ、炉内での
（２）式のカーボンソルーションロス反応を抑制して熱
効率を高め、燃料消費を少なくできるシャフト型スクラ
ップ溶融炉に関するものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、高炉用
コークスを使用し、かつスクラップを多量使用する操業
は難しく、また炭材を利用したスクラップ溶解法につい
ては、炭材を直接スクラップあるいはコークス充填層内
に吹込むのではなく、燃焼空間を確保する専用燃焼塔も
しくは燃焼室が設置されている。この場合、ヒートロス
や耐火物の寿命などが問題とされている。

【００１５】また、溶湯品質についても、溶湯中Ｓは高
いレベルにあることが問題とされている。

【００１６】一方、羽口を有する高炉と高炉の直径より
大きな直径を備えた炉床からなる溶銑製造装置の場合、
炉床部に燃料供給部が存在するため、高温ガスと接触す
る燃料供給部の耐熱性やガス漏洩に対するシール性など
設備構造面で問題となる。また、常温送風下での炭材吹
込みについては、その燃焼性が問題とされている。

【００１７】コークスの周辺装入法については、効率的
な操業が可能という特徴はあるが、溶湯品質の迅速な制
御が難しい点ならびに炭材でも微粉炭を羽口から吹込む
場合には、常温送風下では、羽口内で天然ガスの予備燃
焼などの微粉炭吹込み部の温度を６００℃以上に予熱す
る必要であった。

【００１８】本発明は、高温ガスにさらされ、ガスシー
ル性が問題となるコークス装入部位を炉床部に設置しな
いこと、炉内における付着物生成をなくし、スムーズな
装入物の降下挙動を確保すること、高炉用コークスの使
用ならびに一般炭を使用してコストの低減を図り、また
２次燃焼率を向上させてスクラップ予熱・溶解性の向
上、高熱効率下で生産性を高く維持し、溶湯品質の制御
が可能なスクラップ溶解法を提供することを目的とす
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、設備的にはコークス装入部位を低温
側とするため、炉頂部からスクラップとコークスを装入
し、高炉用コークスの使用を可能とするため、低コーク
ス比操業を指向し、炉床部羽口もしくはノズル部から炭
材多量吹込みを考慮する。また、装入物の装入法として
は、従来のようにスクラップとコークスを混合および層
状に装入する方法に加え、コークス周辺装入法を考慮す
る。コークスを炉周辺部に装入し、スクラップを中心部
から中間部に装入することにより、羽口部での燃焼率Ｃ
Ｏ₂ ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ）を高め、かつ、スクラップの予
熱領域では、スクラップに比べ粒度が小さく通気抵抗の
大なるコークス層での（２）式のソルーションロス反応
量を抑制し、スクラップの予熱を効率良く行うことによ
り、熱効率の高い操業が可能となることを特徴とする。

【００２０】溶湯品質の制御については、浸炭促進材と
しての炭材の多量使用や炉床上部に設置したノズルか
ら、炭材フラックス吹込みを考慮し、例えば浸炭の促進
やＳ低下など溶湯品質の制御を行えるようにした。

【００２１】即ち、本発明の要旨とするところは、上部
羽口または多段羽口を有する竪型炉と当該竪型炉の直径
より１．０〜３．０倍大きな直径を備え、側壁部に１次
羽口を及び／又は上部に送風空気及び／又は酸素吹込み
ノズルを、更に必要に応じ上部に炭材及び／又はフラッ
クス吹込みノズルを有する炉床からなる移動層型スクラ
ップ溶融炉を提示するものであり、また該移動層型スク
ラップ溶融炉において、竪型炉上部から、コークスを炉
周辺部に、スクラップを中心部から中間部に装入するこ
とを特徴とする溶銑製造方法にある。

【００２２】ここで、中心部とは炉の半径の１／３以内
の領域と定義し、炉周辺部とは後述（４）式で算定され
る半径位置Ｒ_S と炉壁に挟まれた領域と定義し、中間部
とは中心部と周辺部に挟まれた領域と定義する。

【００２３】スクラップと周辺装入コークスとの境界半
径位置をＲ_S ，炉口部半径をＲ_O とすると、Ｒ_S ／Ｒ_O
は（４）式で定義される。

【００２４】 Ｒ_S ／Ｒ_O ＝｛１／（Ａ＋１）｝^1/2 … （４） ただし、Ａ＝（Ｗ_CR／ρ_CR）／（Ｗ_S ／ρ_S ） ここで、Ｗ_CR：コークス比（ｋｇ／ｔ） Ｗ_S ：スクラップ比（ｋｇ／ｔ） ρ_CR：コークスの嵩密度（ｋｇ／ｍ³ ） ρ_S ：スクラップの嵩密度（ｋｇ／ｍ³ ） また、炉床部の側壁部とは、地面に対する鉛直部位を示
し、炉床部の上部とは竪型炉と側壁部の間の領域と定義
する。

【００２５】

【作用】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２６】図１は本発明によるスクラップ溶融炉の概
念図を示した図である。

【００２７】炉周辺部にコークス７が装入され、スクラ
ップ８は中心部から中間部に装入される。羽口は垂直方
向に１つまたは複数個設置する（図１では１次羽口３と
上部羽口４の２ケ所を図示）。竪型炉１に設置された上
部羽口４は、その突出し位置を式（４）で求められるス
クラップ８とコークス７の境界位置となるよう設定す
る。

【００２８】炉床部IIは炉床部の内径を上部竪型炉の内
径に比べ１．０〜３．０倍と大きくした。また、炉床部
IIの上部に炭材及び／又はフラックス吹込みノズル５、
送風空気及び／又は酸素吹込みノズル６あるいは側壁部
に１次羽口３を設けた。スクラップ、コークスは上部竪
型炉の炉頂部から装入する。このため上部竪型炉Ｉに比
べ内径の大きな炉床部IIを有してはいるが、炉床部IIで
のガスシール性に関する問題は解消される。

【００２９】最初に、炉床部の内径が上部竪型炉の内径
に比べ大きくする必要性ならびにその大きさについて説
明する。

【００３０】上部竪型炉で装入された周辺コークスが炉
床部に降下した場合、コークスの堆積形状はコークスの
安息角によって規定されるため、炉床部の内径を上部竪
型炉の内径に比べ１．４倍以上とすることにより、コー
クス上部に微粉炭の大量燃焼が可能な空間を確保するこ
とができる。空間部の確保は常温送風下でも、羽口内で
予熱することなく微粉炭の燃焼を可能とさせる。コーク
ス充填層に炭材を吹込む従来型では、レースウエイ空間
を設けるために必要な送風条件や羽口構造さらにはコー
クス粒度などの制限があるが、本発明ではこの制限がな
くなった。また、炭材の燃焼性が悪化した場合、従来型
では、コークス充填層内の通気性が悪化し、操業に支障
となる場合があるが、本発明の方法では通気性悪化は生
じない。そのため、炭材の使用が容易となり、炭材の多
量吹込みが可能となった。また、従来技術の一つとし
て、炭材の専用の燃焼炉もしくは炉外での炭材燃焼が考
慮されたが、その場合の問題となるとヒートロスに関し
ては、本装置の場合、考慮する必要がない。また、炭材
大量燃焼時に未燃焼物が発生したとしても、この未燃焼
物は溶融メタルへの浸炭材として活用される。燃焼空間
部は極力広いほうがよいが、炉床部の内径を上部竪型炉
の内径に比べ３．０超とすると、炉体放散熱が大きくな
り、全体の燃焼効率が低下する。したがって、炭材の大
量燃焼を考慮する場合には、炉床部の内径は上部竪型炉
の１．４〜３．０倍とするのが好ましい。一方、炭材の
多量吹込みが必要ない場合は、炉床部に広い燃焼空間部
を確保する必要がないため、炉床部の内径は上部竪型炉
の内径の１．０〜１．４倍程度でよい。

【００３１】次に、炉床部に設置する各種ノズルの設置
位置ならびにその設置理由を説明する。微粉炭・炭材な
どの炭材吹込みは炉床部の上部に設置したノズルから直
接炉内空間部に吹込み、酸素及び／又は空気吹込みノズ
ル及び／又は１次羽口からの酸素にて燃焼させる方法と
した。送風空気及び／又は酸素吹込み部を炉床部の上部
とすれば、炭材の燃焼時間を極力長くするため好まし
い。炭材の大量燃焼を考慮しない場合には、吹込む空気
及び／又は酸素は、コークスを燃焼させるため、送風は
１次羽口を使用する。この場合、コークスの反応時間を
極力短時間とし、（２）式の反応を極力抑制するため
に、１次羽口は炉床部側壁部に設置するのが好ましい。
必要に応じて炉床部の上部に設置する炭材及び／又はフ
ラックス吹込みノズルは炭材の大量吹込みあるいは溶湯
品質制御として、浸炭材としての炭材吹込みと溶湯中Ｓ
低減のためのフラックス吹込み用に設置されている。コ
ークスとスクラップを区分けして周辺にコークスを装入
する場合、スクラップ溶解時の浸炭量は少ないため、炉
床部から吹込む微粉炭の一部を浸炭材として利用する。
また溶湯中Ｓの制御については、図２に見られる溶湯中
Ｓとスラグ塩基度との関係から炉床天井部の炭材及び／
又はフラックス吹込みノズルから石灰粉を所定塩基度に
なるように吹込むことで、溶湯Ｓ低下を狙い、溶湯品質
制御が可能となる。

【００３２】次に、上部竪型炉に加え炉床部をもつ本発
明の炉体構造すなわち炉床部での空間部の存在が、溶湯
Ｃ，Ｓの品質制御に加え、炉床部の燃焼率η_CO ⁽¹⁾ （＝
ＣＯ₂ ⁽¹⁾／（ＣＯ⁽¹⁾ ＋ＣＯ₂ ⁽¹⁾））を高いレベルに制
御するために利用できることを説明する。

【００３３】上部竪型炉から炉床部に降下するコークス
は、コークスの安息角（３６°）に従って周辺部に広が
り、上部に空間部ができる。炉床部での燃焼空間の確保
は、微粉炭の燃焼性の改善とスラグ浴内への空気または
酸素の吹込み条件を確保するために活用される。炉床部
での燃焼空間では、炭材の大量燃焼が可能であり、また
完全燃焼（（１）式の反応）できる送風条件の設定が可
能であり、炉床部での燃焼率η_CO ⁽¹⁾ を向上できる。ま
た、炭材を吹込まない場合でも、炉床の上部にセットさ
れた送風空気及び／又は酸素の吹込みノズルから、炉床
のスラグ層に空気及び／又は酸素を吹きつけることによ
り、炉床部での燃焼率η_CO ⁽¹⁾ の向上が可能である。後
者の場合、スラグ層内に混合して存在するコークスと空
気及び／又は酸素がスラグ層内で反応し、（１）式の発
熱反応を生じるが、その後に生じる（２）式の反応をス
ラグが抑制するためである。このように、炉床部での空
間部の存在を活用することにより、炉床部での燃焼率η
_CO ⁽¹⁾ を高く制御できる。このように高い燃焼率η_CO
⁽¹⁾ が確保できれば、炉頂装入コークス量を低減できる
ため、（２）式の反応に関与するコークス量を少なくで
きる。そのため、ソルーションロス反応量が減少し、２
次燃焼率η_CO ^(TOP) の低下を抑制できる。

【００３４】また、排ガス２次燃焼率η_CO ^(TOP) を制御
する手段として、上部羽口の採用が有効である。上部羽
口の採用は炉床部で燃焼したガスの燃焼率η_CO ⁽¹⁾ （＝
ＣＯ₂ ⁽¹⁾／（ＣＯ⁽¹⁾ ＋ＣＯ₂ ⁽¹⁾ ））をより高めるた
めに設置されたもので、上部羽口からの送風により、
（３）式の反応を促進させ、炉頂排ガスの２次燃焼率η
_CO ^(TOP) を高めることが可能である。

【００３５】次に、平均粒径６０ｍｍ以下の細粒コーク
スを使用する方法について述べる。コークスの細粒化は
炉床の空間部での燃焼ガスあるいは１次羽口部での燃焼
ガスとの（２）式のソルーションロス反応速度を増加さ
せるだけでなく、上部竪型炉における（２）式のソルー
ションロス反応量も増加させるため、排ガス２次燃焼率
η_CO ^(TOP) は低下し、その結果、コークス比の高い操業
を余儀なくされる。これを抑制するためには、反応性の
高い細粒コークスとの接触時間を短時間とすること、な
らびに細粒コークス層内に燃焼ガスを流さないようにす
る必要がある。この方策としてコークス周辺装入を採用
する。

【００３６】コークス周辺装入の採用は、上部竪型炉に
おいては、１５００ｍｍ程度を含むスクラップ粒度に対
して、粒度６０ｍｍ以下の高炉用コークスを周辺部に装
入し、空隙率の低いコークス層内の通気抵抗を高めるこ
とにより、炉床部で燃焼したガスの主流を炉中心部から
中間部に装入されたスクラップ層に流すことにより、
（２）式のソルーションロス反応量を抑制することを狙
いとする。また、炉床部においても、周辺に装入された
コークスが炉床部に降下した状態では、コークス層の厚
みが薄くなり、また中心から中間部に装入されたスクラ
ップ層は炉床部にも降下するため、従来法に比べコーク
ス充填層（コークスベッド）がない、あるいは短くな
り、（２）式のソルーションロス反応に係わる時間が極
端に短縮される。その結果、と炉床部での（２）式のソ
ルーションロス反応量は少なく、燃焼率η_CO ⁽¹⁾ の高い
操業が維持できる。

【００３７】このように、周辺コークス装入法の採用に
より、（２）式のソルーションロス反応量を低減でき、
従来法に比べ、炉頂排ガス２次燃焼率η_CO ^(TOP) ＝ＣＯ
₂ ^(TOP)／（ＣＯ^(TOP) ＋ＣＯ₂ ^(TOP) ）が高く、熱効率
の高い操業が可能となる。これによりコークス比低減に
も寄与する。このようにコークス周辺装入は、通常使用
している鋳物用コークスに比べ、粒度の小さな高炉用コ
ークスの使用を可能とする方法である。

【００３８】また、周辺コークス装入法において、より
効率良く操業するための上部羽口の利用法を説明する。

【００３９】２次燃焼率η_CO ^(TOP) をより高く制御する
方法として、上部羽口の利用があるが、周辺コークス装
入を採用する場合、上部羽口の突出し位置をスクラップ
とコークスの境界位置もしくはスクラップ層内に突出す
ことがより有効である。これは、上部羽口からの送風空
気、送風酸素とコークスとの直接反応を抑制できるた
め、効率良く（３）式の反応を行わせることが可能なた
めである。最も熱効率の高い操業を指向する場合には、
スクラップ層内に上部羽口を突出した状態で、１次羽口
燃焼後のＣＯガス量を（３）式に従って、完全燃焼でき
る空気及び／又は酸素を送風すれば良く、η_CO ^(TOP) ≧
６５％の燃焼率が達成可能となる。これにより、反応効
率が良好となり、コークス比低減が可能となる。

【００４０】コークス周辺装入方法については、従来型
の装入装置、例えばベル＋ＭＡ（ムーバブルアーマー）
型もしくはベルレス装入装置で、制御が可能である。

【００４１】また、コークス周辺装入の採用により、上
部竪型炉下部の付着物生成を抑制できるようになった。
これは、通常装入法ではスクラップ層は炉壁と接触して
いるため、半溶融状態の低融点スラグが生成する場合、
炉壁部のレンガに付着凝固して、付着物を形成する。付
着物が形成すると、荷下がりが悪化し、場合によって
は、棚吊りが発生し、操業不能となるケースがある。一
方、周辺部にコークス層が存在すると、半溶融状態の低
融点スラグはコークス層内にトラップされ、炉壁部と接
触しない。そのため、付着物は生成し難い。

【００４２】つぎに、スクラップ多量使用技術について
説明する。

【００４３】これまでの実験によると、粒度１５００ｍ
ｍ程度を含むスクラップの溶解性については、高温のガ
スが必要であり、１次羽口前の理論燃焼ガス温度Ｔｆと
スクラップ使用比率との間には図３の関係がある。これ
はメタル中にＣが少ないほど、メタルの融点が高くなる
ためである。

【００４４】図３によると、型銑比や鋳物屑鉄比が多く
なるに伴い、Ｔｆは低くても、操業は可能であるが、全
量スクラップの溶解を達成するためには、Ｔｆは２６５
０℃以上が必要である。コークス粒度によって、１次羽
口での燃焼率η_CO ⁽¹⁾ が変化するため、操業において
は、コークス粒度により送風条件を変更する必要があ
る。

【００４５】Ｔｆ≧２６５０℃を維持するための酸素富
化率については、炉床部での燃焼率燃焼率η_CO ⁽¹⁾ によ
って異なる。粒度の大きいコークスを使用する時には、
η_CO ⁽¹⁾ は高く、図４に示すように酸化富化なしでもＴ
ｆ≧２６５０℃が達成でき、スクラップ全量使用が可能
である。一方粒度６０ｍｍ以下の高炉用コークス使用時
には、従来キュポラ操業でのη_CO ⁽¹⁾ ≦３０％に比べ、
周辺コークス装入法ではη_CO ⁽¹⁾ ＞４０％と効率の高い
操業は可能であるが、常温送風下でＴｆ≧２６５０℃を
達成するためには、酸素富化率５％程度が必要である。

【００４６】このように、スクラップの多量使用につい
ては、コークス粒度により、送風条件を変更する必要が
あるが、Ｔｆ≧２６５０℃を達成することにより、スク
ラップ全量使用は可能である。

【００４７】

【実施例】以下実施例により本発明の特徴を具体的に説
明する。

【００４８】図１（ａ）に示すタイプの溶解炉（Ａ型）
は、炉口径２ｍ、竪型炉と炉床部の境界から０．５ｍの
高さの円周方向に等間隔に上部羽口４本を有する、有効
高さ４．６ｍ規模の竪型炉と炉床径２．８ｍ、高さ２ｍ
の炉床部を有し、炉床側壁部に１次羽口が円周方向に等
間隔に８本設けられている。この構造の溶解炉をＡ型ス
クラップ溶解炉と呼ぶ。また図１（ｂ）に示すタイプの
溶解炉（Ｂ型）は、炉口径２ｍ、竪型炉と炉床部の境界
から０．５ｍの高さの円周方向に等間隔に上部羽口４本
を有する、有効高さ４．６ｍ規模の竪型炉と炉床径４．
０ｍ、高さ２ｍの炉床部を有し、炉床部の側壁から０．
５ｍの位置に、円周方向に等間隔に送風空気及び／又は
酸素吹込みノズル４本と炭材及び／又はフラックス吹込
みノズルが円周方向に対称の位置に２本設置されてい
る。この構造の溶解炉をＢ型スクラップ溶解炉と呼ぶ。

【００４９】スクラップの装入はベルームーバブルアー
マーにて制御した。操業諸元のうち、送風湿分は１５ｇ
／Ｎｍ３、炉頂から装入する石灰石原単位は４０ｋｇ／
ｔとした。

【００５０】比較例は通常の竪型炉のみのキュポラ操業
例で、比較例１は１段羽口で、５００℃の熱風送風キュ
ポラの操業例で、鋳物用コークスならびに高炉用コーク
スを用いた操作例、比較例２は２段羽口で常温送風キュ
ポラの操業例であり、型銑比もしくは鋳物屑鉄比は、そ
れぞれ３０％、６０％である。

【００５１】実施例１ Ａ型スクラップ溶解炉を用いたケースであり、炉床羽口
部からの送風は熱風送風（５００℃）とした。鋳物屑鉄
比は３０％とし、１次羽口のみの送風とし、比較例１と
同様の条件とした。装入方法はコークス周辺装入を採用
した。操業時にはコークス装入領域を微調整するが、最
終定常時には、炉口無次元半径位置０．７５〜１．０の
領域にコークスを装入し、その内部にスクラップを装入
した。

【００５２】粒径１５０ｍｍの鋳物用コークスを用いた
場合、比較例１に比べ、排ガスη_CO ^(TOP) は約２０％程
度高い操業が可能である。また、粒径６０ｍｍの高炉用
コークスを用いた場合でも、排ガスη_CO ^(TOP) ＝２８％
に対し、効率向上に伴う改善効果は大きい。実施例で
は、熱余剰分、燃料比は低減できている。

【００５３】実施例２ Ａ型スクラップ溶解炉を用いたケースであり、炉床羽口
部からの送風は常温送風（２５℃）とし、上部羽口を使
用した二段羽口とした。使用したコークスは粒径６０ｍ
ｍの高炉用コークスとし、鋳物屑鉄比は０％の全量スク
ラップ使用とした。装入物の装入方法は、コークスを炉
口無次元半径位置０．７４〜１．０の領域に装入し、ス
クラップを中心から中間部に挿入した。操業は、１次羽
口部での送風を開始し、炉床部燃焼率η_CO ⁽¹⁾ を求め、
その後、二段送風に切り替えた。炉床部での燃焼率η_CO
⁽¹⁾ は約 ６０％を達成できており、炉床羽口先 の理
論ガス燃焼温度Ｔｆ≧２６５０℃を満足するように、酸
素富化率６．３％に設定した。その結果、溶解性が良好
で、安定した操業が可能となり、上段羽口の送風量は異
なるが、上部羽口の使用により、排ガスη_CO ^(TOP) ≧７
０％を達成した。全量スクラップ使用、高炉用コークス
使用という厳しい条件にもかかわらず比較例２に比べ、
効率の良い操業が可能となった。

【００５４】実施例３ Ｂ型スクラップ溶解炉を用いたケースである。炉床天井
部からの送風は常温送風（２５℃）とした。使用したコ
ークスは粒径６０ｍｍの高炉用コークスとし、鋳物屑鉄
比は０％の全量スクラップとした。

【００５５】送風空気及び／又は酸素吹込みノズルから
送風空気及び酸素をスラグ浴内に吹込んだ結果、上部羽
口を使用しない場合、スクラップと高炉用コークスを混
合装入した時には、排ガスη_CO ^(TOP) は４５％程度であ
った。従来型キュポラで高炉用コークスを用いた時の排
ガスη_CO ^(TOP) が約２８％に対し、効率向上に伴う改善
効果は大きい。高炉用コークスを炉口無次元半径位置で
約０．７４〜１．０の領域に装入し、周辺部にスクラッ
プを中心部から中間部に装入した場合には、排ガスη_CO
^(TOP) は上昇し、上部羽口送風を併用すると、排ガスη
_CO ^(TOP) ≧７０％以上の操業が継続できた。比較例２の
常温送風・２段羽口で粒径の大きな鋳物用コークスを使
用しているキュポラ操業と比べ、効率のよい操業が可能
となった。

【００５６】実施例４ 周辺コークス装入を実施している実施例３の上部羽口を
使用しない操業において、微粉炭を炭材及び／又はフラ
ックス吹込みノズルから８０ｋｇ／ｔ吹込んだケースで
ある。この場合、微粉炭吹込み前に比べ、排ガスη_CO
^(TOP) は約 ５〜１０％程度低くなったが、上部羽口か
ら送風を併用することにより、排ガスη_CO ^(TOP) ≧７０
％以上の操業が可能となった。こうして、炉頂からの装
入コークス比を５０ｋｇ／ｔ以下で操業することが可能
となった。このように微粉炭吹込み下においても、安定
した操業が可能なことを確認した。

【００５７】実施例５ 実施例４において、スラグ塩基度が０．８において溶湯
中Ｓが０．１％であったため、溶湯中のＳの低下を狙
い、炭材及び／又はフラックス吹込みノズルから石灰粉
末を１４ｋｇ／ｔ吹込むことにより、スラグ塩基度を
１．３程度に高め、溶湯中Ｓを０．０６％に低下させる
ことができた。

【００５８】

【表１】

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、鋳物用コークスに比べ安価な高炉用コークスならび
に微粉炭を使用し、またスクラップの多量使用が可能で
あり、さらに溶湯品質も制御できるスクラップ溶融炉を
提供するものであり、発明の効果はきわめて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の方法によるスクラッ
プ溶融炉の概念図。

【図２】スラグ塩基度と溶湯中のＳとの関係を示す図。

【図３】羽口前理論燃焼温度Ｔｆとスクラップ比（スク
ラップ使用比率）との関係を示す図。

【図４】炉床部での燃焼率η_CO ⁽¹⁾ に対し、Ｔｆ≧２６
５０℃を担保するために必要な酸素富化率を示す図。

【符号の説明】

Ｉ…竪型炉 II…炉床部 ３…１次羽口 ４…上部羽口 ５…炭材及び／又はフラックス吹込みノズル ６…送風空気及び／又は酸素吹込みノズル ７…コークス ８…スクラップ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部羽口を有する竪型炉と当該竪型炉の
   直径より１．０〜３．０倍大きな直径を備え、１次羽口
   及び送風空気及び／又は酸素吹込みノズルの１種又は２
   種を有する炉床からなる移動層型スクラップ溶融炉。
2. 【請求項２】 竪型炉は垂直方向に１〜２段の上部羽口
   を有することを特徴とする請求項１記載の移動層型スク
   ラップ溶融炉。
3. 【請求項３】 炉床部は側壁部に１次羽口を有し、上部
   に炭材及び／又はフラックス吹込みノズルを有すること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の移動層型ス
   クラップ溶融炉。
4. 【請求項４】 炉床部は上部に炭材及び／又はフラック
   ス吹込みノズルと送風空気及び／又は酸素吹込みノズル
   を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のい
   ずれか１項に記載の移動層型スクラップ溶融炉。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載の移
   動層型スクラップ溶融炉による溶銑製造方法において、
   竪型炉上部から、コークスを炉周辺部に、スクラップを
   中心部から中間部に装入することを特徴とする溶銑製造
   方法。