(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属・炭素含有バードン(１５)がチャンネル型誘導炉(１０)内で加熱される金属還元・溶融工程用の装置であって、装置は、筒状の加熱容器(１１)を具備しており、この容器(１１)内において、バードン(１５)は、少なくとも１つの堆積体(１６,１７)の状態で、その容器(１１)内の液状金属浴(１８)上に浮くことができる、ものにおいて、
炉(１０)が、少なくとも１つの誘導ヒーター即ち誘導子(１２)であって、容器(１１)の底部中心線(１１.１)に沿って位置させられているものを備えている、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
少なくとも１つの誘導ヒーター(１２)が、容器(１１)の唯一の外部加熱源として機能することを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３】
細長い筒状の形状の容器(１１)が、複数の誘導子(１２)であって、容器(１１)の底部中心線(１１.１)に沿って縦方向に延びる列をなして配置されているものを備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２の装置。
【請求項４】
容器(１１)が、その上端部の近傍に、複数のポート(１３,１４)を備えており、これらのポート(１３,１４)を通して、バードンは、容器内へ装填され得、ポート(１３,１４)は、離隔させられている２つの縦方向に延びる列をなして配設されており、もって、それらを通して装填されたバードンは、液状金属浴(１８)上に浮いている、２つの隣接して配置されている堆積体(１６,１７)として、延在し得、堆積体(１６,１７)は、各々、断面が楔形の形状のものであり、この場合、堆積体(１６,１７)の幅の広い方の端部即ち「頂点」は、容器(１１)の壁の近傍に位置させられおり、且つ、堆積体(１６,１７)の幅の狭い方の端部即ち「爪先」は、容器(１１)の中央の近傍に位置させられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項の装置。
【請求項５】
誘導子又は各誘導子(１２)が、その縦軸(１２.１)が容器(１１)の縦軸に対して実質的に直角に延びるようにして装着されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項の装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項の装置を利用する、金属還元・溶融方法。
【請求項７】
容器(１１)の形状が、液状金属浴(１８)の全体を覆う橋の態様でバードン(１５)が広がるようなものであり、且つ、容器(１１)内での反応条件が、液状金属浴(１８)の全体を覆う橋の態様でバードン(１５)が広がるように制御されることを特徴とする請求項６の方法。
【請求項８】
前記形状が、ポート(１３,１４)であって、これらのポート(１３,１４)を通してバードンが容器(１１)内へ装填されるものの数及び/又は位置と関連していることを特徴とする請求項７の方法。
【請求項９】
前記反応条件の制御が、
１．バードンが容器に供給されるところの速度、
２．バードンの粒子サイズ、
３．バードンの金属・炭素含有成分の混合度、
４．誘導ヒーターによって熱が容器に供給されるところの速度、
５．容器内の堆積体上方の空間で燃やされるガス及び/又は他の燃料によって熱が発生されるところの速度、
のうちのいずれか１つ以上を制御することによって行われることを特徴とする請求項７又は請求項８の方法。
【請求項１０】
ポイント５で言及されている熱が、容器内のバードンから出る一酸化炭素を、バードン上方の領域において容器内に配置されている酸素バーナー又は酸素/空気混合物バーナーで燃やすことにより、得られることを特徴とする請求項９の方法。
【請求項１１】
そのような燃焼の結果として形成される熱が、容器の頂部から反射された輻射熱と共に、容器の内部及び/又は外部のバードンを少なくとも予熱するのに利用されることを特徴とする請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記バーナー(２０,２１)で利用される空気及び/又は酸素混合物が、煤及び石灰から成る材料群から選択される、微細に分割された材料を含有していることを特徴とする請求項１０又は請求項１１の方法。
【請求項１３】
容器(１１)が、溶融金属用の少なくとも１つの出口ポートと、反応の間に形成されるスラグ用の少なくとも１つのポートとを備えていることを特徴とする請求項６〜請求項１２のいずれか一項の方法。
【請求項１４】
金属製造工程が、製鋼工程からなっており、この製鋼工程においては、微細に分割された石炭又はコークスの形の炭素と、微細に分割された形態の酸化鉄含有鉱石との混合物が、酸化鉄の還元と結果的に生じる鋼の溶融とを引き起こすべく、容器(１１)内で加熱され、次いで、その鋼は、０.１％未満の炭素を含有する鋼として、取り出され得ることを特徴とする請求項６〜請求項１３のいずれか一項の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、例えば製鋼工程のような金属還元・溶融工程用の装置に関し、その金属還元・溶融工程においては、金属・炭素含有バードンが、このバードンの金属含有部分を還元し且つ溶融すべく、チャンネル型誘導炉内で加熱される。
【０００２】
【背景技術】
在来のチャンネル型誘導炉は、通常、細長い筒状の加熱容器であって、その断面が実質的に円形形状のものを備えており、そして、周方向に離隔させられており、縦方向に配列されている、２列の誘導ヒーター即ち誘導子により、その加熱容器は、加熱され、それらの誘導ヒーター即ち誘導子の各列は、容器の縦方向に延びる中心線の両側で、容器の底部に沿って延在している。
【０００３】
そのような一の炉は、例えば米国特許第５,４１１,５７０号に開示されており、それは、金属・炭素含有バードンの還元・溶融に用いられる。
【０００４】
上述のＵＳＡ工程においては、周方向に離隔させられており、縦方向に配列されている、２列のポートであって、容器の頂壁に位置させられているものを通して、バードンは、加熱容器に導入され、この結果、バードンは、２つの楔形状の堆積体であって、各々が容器の壁の反対側に沿って延在しているものとして、容器内の溶融金属浴上に浮き、この場合、楔の幅の広い方の端部即ち堆積体の「頂点」は、容器の壁の近傍に位置させられると共に、楔の幅の狭い方の端部即ち堆積体の「爪先」は、容器の中央の近傍に位置させられる。この結果、金属浴上に浮いている堆積体の頂点は、誘導子の喉(開口)の殆ど垂直方向上方に位置させられている。
【０００５】
金属は、誘導子におけるＩ2Ｒ損失によって加熱され、そして、比較的熱い金属の対流上昇流は、誘導子の喉の真上で引き起こされるので、堆積体の頂点の殆ど真下に位置させられている領域において、他の領域におけるよりも、より多くの熱が、それらの堆積体の下側部に到達する。(ホットスポットは、堆積体の列の最も高い地点の下方に形成される。) このため、バードン粒子は、堆積体の頂点の殆ど真下に位置させられている前記領域で、主に「消費」され、この結果、これらの領域に向かう粒子の正味流れが、生じる。
【０００６】
堆積体内のバードン粒子の流れは、ベクトルによって表示され得る。そのような流れベクトルは、堆積体の表面に垂直な流れとそれに平行な流れとに関している。堆積体の表面に垂直な流れは、望ましくない。何故ならば、容器の頂部からのその表面上への輻射の結果として吸収される熱は、２５ｍｍのオーダーの深さにしか、効果的に伝導させられ得ないからである。このことは、粒子が表面に垂直にほぼ２５ｍｍ移動すると、それはそのような輻射から効果的に遮蔽される、ということを、意味する。その運動に必要な時間は、「曝露」時間と呼ばれ得る。
【０００７】
粒子の短縮された曝露時間は、これらの粒子による、低減された輻射熱エネルギー吸収を結果的にもたらす。そして、このことは、堆積体の爪先(これらの爪先においては、誘導子によって引き起こされる加熱速度は、従って、溶融速度は、より低い)に到達する他の粒子が、そうでない場合よりも、より長い期間に亘って輻射に曝露される、ということを、意味する。そして、長引いた曝露時間は、より高い表面温度を、従って、堆積体の爪先における材料への、低減された輻射熱伝達速度を、意味する。また、比較的高い温度と、堆積体の爪先における材料の高い度合いの還元とは、還元ガスによる保護の欠如の故に、再酸化をも結果的にもたらし得る。(還元反応は、完了させられており、このため、バードンをＣＯ2による再酸化から保護するためのＣＯガスは、この領域においては形成されない。)
【０００８】
バードン粒子の、輻射への過多の曝露及び過少の曝露の両方は、電力及び還元体の、結果としてのより多い消費の故に、望ましくない。
【０００９】
上述した既知の構成に見出される更なる欠点は、堆積体の爪先に到達するバードン材料の処理とそこに到達しない材料の処理との間の著しい相違が、粒子が溶融される時までに入手可能な炭素と酸素との比における著しい相違を結果的にもたらす、ということである。液体浴に到達する、それらの異なって構成された材料の相対量は、高い電力入力速度が適用されるときに、より大きくなる。一の領域において溶解させられている過剰な炭素と、他の領域において溶解させられている過剰な酸素とが混合した際に、そのようにして生成される不均質性が、それらの溶解性レベルを超えるところの段階に到達すると、一酸化炭素ガスが、遊離させられる。そのようなガス発生は、工程の崩壊と潜在的に危険な状態とを結果的にもたらす。このため、電力入力の最高速度は、比較的低いレベルに制限されなければならず、このことは、当然、到達され得る生産速度を低下させる。
【００１０】
上述した既知の構成においては、炉の取出し注ぎ口から最も離れている誘導子の列は、炉が取出し側に最も傾けられている場合においてさえ、金属レベルよりも常に下になければならない、という要請により、通常運転用の最低液状金属レベルは、制限されている。この制限と、堆積体は金属浴を完全に覆うべく形成されなければならないという要請とが、堆積体を形成するのに利用され且つ炉に導入され得るバードン又は燃料から放出されるガスを燃焼させるのに利用される空間を減少させる。堆積体への熱伝達用の、突出している表面の面積も、堆積体の静止角度に依存して、最低液状金属レベルにおける制限によって制限される。
【００１１】
既知の構成の更なる特徴は、単一ループ誘導子又は二重ループ誘導子の両方が常に水平のドラム炉の縦軸に平行なチャンネルによって装着されている、ということである。このことは、通常は卵形の喉開口が炉の縦方向中心線に平行な縦軸を有している、ということを意味している。誘導子の喉は、通常、著しく耐火性の材料の壁であって、炉の残りの耐火性ライニングを支持するものにより、分離されているので、炉の単位長さ当りの、列をなしている誘導子の数が、制限される。このため、ホットスポットは、通常、４〜５メートル離れて形成される。この特徴は、堆積体内における材料の移動の不均質性を更に増加させる。
【００１２】
【発明の目的】
本発明の目的は、上述した目的のための装置であって、この装置により、上述した問題が克服され得る又は少なくとも最小にされ得るものを、提供することである。
【００１３】
【発明の開示】
本発明によると、金属・炭素含有バードンが誘導炉内で加熱される金属還元・溶融工程用の装置であって、装置は、加熱容器を具備しており、この容器内において、バードンは、少なくとも１つの堆積体の状態で、その容器内の液状金属浴上に浮くことができる、ものが、提供され、その装置は、少なくとも１つの誘導ヒーター即ち誘導子であって、容器の底部中心線上に又はその底部中心線の近傍に位置させられているものを備えていることを特徴としている。
【００１４】
好適に、炉は、チャンネル型誘導炉からなっている。
【００１５】
更に、本発明によると、そのような少なくとも１つの誘導ヒーターは、容器の唯一の外部加熱源として機能する。
【００１６】
更に、本発明によると、容器は、細長い筒状の形状のものであり、且つ、それは、複数の誘導子であって、容器の底部中心線に沿って縦方向に延びる列をなして配置されているものを備えている。
【００１７】
更に、本発明によると、容器は、その上端部の近傍に、複数のポートを備えており、これらのポートを通して、バードンが、容器内へ装填され得、ポートは、離隔させられている２つの縦方向に延びる列をなして配設されており、もって、それらを通して装填されたバードンは、液状金属浴上に浮いている、２つの隣接して配置されている堆積体として、延在し、堆積体は、各々、断面が楔形の形状のものであり、この場合、堆積体の幅の広い方の端部即ち「頂点」は、容器の壁の近傍に位置させられおり、且つ、幅の狭い方の端部即ち「爪先」は、容器の中央の近傍に位置させられている。
【００１８】
そのような構成によると、堆積体は、それらの「爪先」の真下で加熱され、且つ、堆積体の表面に垂直なバードン粒子の運動の、他の所での平均速度は、最低にされ、もって、バードン材料の大部分は、堆積体の爪先で又はその爪先の近傍で(即ち、２列の堆積体の間に形成されている谷間において)、従って、誘導子の真上で消費される、ということが、認識されよう。
【００１９】
従って、この構成によると、バードン粒子が炉内で輻射に過少に又は過多に曝露されるという可能性に備えることが、可能である。
【００２０】
更に、誘導子の中央配置の故に、容器内における金属浴の液体レベルが、従って、液状金属それ自体の体積が、上述した既知の構成での場合におけるよりも、ずっと低くなされ得、この態様においては、先に言及した不均質性が、防止され、これにより、必要な電力が、低減される。
【００２１】
更に、本発明によると、誘導子は、それらの縦軸が炉の縦軸に対して実質的に直角に延びるようにして装着されている。
【００２２】
そのような構成によると、容器の単位長さにつき、より多くの誘導子が、組み込まれ得、且つ、ホットスポット間の距離が減少させられるので、堆積体の列の間の谷間の下に形成されるホットスポットの数が、増加させられる、ということが、認識されよう。
【００２３】
更に、本発明によると、装置の形状は、液状金属浴の全体を覆う橋の態様でバードンが広がるようなものであり、且つ、容器内での反応条件は、液状金属浴の全体を覆う橋の態様でバードンが広がるように制御される。
【００２４】
そのような構成は、金属の実質的に全ての還元がバードンにおいて即ち固相において行われるということを、確実にしよう。
【００２５】
装置の前記形状は、例えば、上述したポートであって、これらのポートを通してバードンが容器内へ装填されるものの数及び/又は位置と関連し得る。
【００２６】
また、前記反応条件の制御は、
１．バードンが容器に供給されるところの速度、
２．バードン粒子のサイズ、
３．バードンの金属・炭素含有成分の混合度、
４．誘導ヒーターによって熱が容器に供給されるところの速度、
５．容器内の堆積体上方の空間で燃やされるガス及び/又は他の燃料によって熱が発生されるところの速度、
のうちのいずれか１つ以上を制御することによって行われる。
【００２７】
５(上記)で言及されている熱は、例えば、容器内のバードンから出る一酸化炭素を、バードン上方の領域において容器内に配置されている酸素バーナー又は酸素/空気混合物バーナーで燃やすことにより、得られる。
【００２８】
そのような燃焼の結果として形成される熱は、容器の頂部から反射された輻射熱と共に、容器の内部及び/又は外部のバードンを少なくとも予熱するのに利用される。
【００２９】
更に、本発明によると、前記バーナーで利用される空気及び/又は空気/酸素混合物は、堆積体上方での一酸化炭素及び/又は燃料のそのような燃焼から結果的に生じる温度で「発光」し得る、微細に分割された材料を含有し得る。
【００３０】
そのような「発光」は、炎の明るさを向上させ、これにより、バードンへのその加熱効果を増大させる。
【００３１】
微細に分割された材料は、例えば、煤からなっていてもよい。
【００３２】
微細に分割された材料は、また、石灰を含んでいてもよく又は石灰からなっていてもよい。
【００３３】
そのような石灰は、炉内に存在するガスから硫黄を除去するのを援助し得る。
【００３４】
更に、本発明によれば、容器は、反応の間に形成される溶融金属及び/又はスラグ用の、少なくとも１つの出口ポートを備えている。
【００３５】
更に、本発明によれば、金属製造工程は、製鋼工程からなっており、この製鋼工程においては、微細に分割された石炭又はコークスの形の炭素と、微細に分割された形態の、適切な酸化鉄含有鉱石との混合物が、酸化鉄の還元と結果的に生じる鋼の溶融とを引き起こすべく、容器内で加熱され、次いで、その鋼は、０.１％未満の炭素を含有する鋼として、取り出され得る。
【００３６】
【発明を実施する最良のモード】
本発明の本実施例においては、断面が円形の、細長い筒状の容器１１を備えているチャンネル型誘導炉１０が、利用され、その容器１１には、その底部中心線１１.１(図２)に沿って、各々が２.２ＭＷのオーダーの、複数の電動の誘導子１２が、設けられている。
【００３７】
誘導子１２は、それらの縦軸１２.１(図２)が中心線１１.１に対して直角に延びるようにして、配置されている。
【００３８】
容器１１は、平行に延びている２列の供給ポート(図１には各列につき１つの供給ポート１３及び１４のみが示されている)を備えており、これらの供給ポートは、容器１１の縦方向の両側部に沿って延在している。これらのポートは、縦方向に延びている２つの堆積体１６及び１７を形成すべく、バードン１５を容器１１に導入するのに利用され、それらの堆積体１６及び１７は、液状金属浴１８上に浮いていると共に、各々、断面が実質的に楔形状であり、そして、各楔の幅の広い方の端部(即ち堆積体の頂点)は、容器１１の壁の近傍に位置させられており、且つ、楔の幅の狭い方の端部(即ち堆積体の「爪先」)は、容器１１の中心線１１.１の近傍に位置させられている。
【００３９】
もし必要ならば、初期金属浴を形成すべく、工程の開始時に、少量の液状金属が、図示されていない供給ポートを介して導入され得る。
【００４０】
バードン１５は、例えば石炭のような炭素含有化合物及び酸化鉄の、粒状の形態の、均質の混合物からなっており、そして、炭素含有化合物は、鉱石を還元するのに必要な炭素の理論量を表す濃度よりも僅かに少ない濃度で存在しており、且つ、バードン１５の粒子のサイズは、それが３ｍｍの篩を通過し得るようなものである。
【００４１】
容器１１には、また、その上部壁に沿って、複数の酸素バーナー(図１には２つの酸素バーナー２０及び２１のみが示されている)が、設けられており、そして、これらの酸素バーナーにより、反応中に生じ且つバードン１５の上部層を通り抜けたＣＯが、燃やされ得る。
【００４２】
バードン１５は、堆積体１６及び１７の底部が互いに他方と合体するような態様及び速度で、並びに本明細書において先に開示されているようにして制御されている反応条件で、容器１１内へ導入され、もって、バードン材料１５は、液体浴１８の全体を覆って広がっている「橋」を形成し、そのような「橋」は、１９で指示されているゾーンにおいて最も狭くなっている。
【００４３】
そのような橋が形成され且つ実際に巧く形成されたままであるということは、例えば、容器１１内へ上方から挿入される「浸漬棒」(図示せず)により、又は容器１１の壁における適切な検査窓(図示せず)により、確認され得る。それは、また、容器１１内に配置される、適切な像記録装置(図示せず)により、確認され得る。
【００４４】
作業時には、堆積体１６及び１７の底部からそれらの上端部へと事実上延在している反応ゾーンが、堆積体１６及び１７からなるバードン１５に生成される。同時に、堆積体１６及び１７の底部と液体浴１８の上面と間に延在する溶融ゾーン２２が、形成される。反応の間、還元されたバードン１５は、重力の影響下で、反応ゾーンから溶融ゾーンに向かって移動する。
【００４５】
そのような溶融の間に形成されるスラグは、溶融ゾーン２２の下方で中心線１１.１に沿って延在しているトンネル２３内の、浴１８の頂部上に浮く。トンネル２３は、容器１１におけるスラグ出口ポート(図示せず)に通じており、そして、バードン供給ポート１３及び１４は、トンネル２３内のスラグがそのようなスラグ出口ポートに向けられるように、そのようなスラグ出口ポートに対して配設されている。溶融した鋼(±０.１％の炭素)は、出口ポート(図示せず)を通して、容器１１から取り出され得る。
【００４６】
工程の作業の間、前記「橋」は、堆積体１６及び１７からトンネル２３内のスラグ内へ又は浴１８における液状金属内へバードン材料１５が直接落下するのを防止すべく、機能し、これにより、「短絡」が、防止される。
【００４７】
誘導子１２によって浴１８に供給される熱は、堆積体１６及び１７内のバードン１５内へ拡散し、そして、それは、バーナー２０及び２１によって燃やされつつあるＣＯからの熱、及び容器１１の頂部から反射されつつある輻射熱と共に、バードン１５の酸化鉄と炭素とが反応することを引き起こし、これは、酸化鉄の還元を結果的にもたらす。固相で起こる、そのような還元の殆ど全ては、堆積体１６及び１７の最も上の２０ｍｍの層で起こり、これは、主として、バーナー２０及び２１によるＣＯの燃焼によってそのような層に供給されつつある追加の熱と、容器１１の頂部から反射された輻射熱とによるものである。同時に、固体の還元鉄は、ゾーン２２において溶融され、それは、そのゾーン２２から、重力によって浴１８内へ進む。
【００４８】
誘導子１２の中央配置の故に、堆積体１６及び１７の「爪先」が誘導子１２からの熱の大部分を受容し、もって、バードン粒子１５は領域１９において主として消費される、ということは、認識されよう。
【００４９】
これは、堆積体１６及び１７の上面に沿うバードン粒子の流れが主としてそのような面に平行であり、このため、先に言及した「過少曝露」及び「過多曝露」の問題が防止される、ということを、意味しよう。
【００５０】
更に、誘導子１２のそのような中央配置は、また、金属浴１８に対して、前述した既知の構成(図１において破線２４で指示されている)での場合のものよりも、より一層低い液体レベルの採用を可能にし、これにより、先に言及した利益が、生み出される。
【００５１】
更に、誘導子１２の、中心線１１.１を「横切る」配置の故に、前述した既知の構成での場合のものよりも、容器１１の単位長さにつき、より多くの誘導子１２が、利用され得、もって、堆積体１６及び１７の列の間の谷間の下のホットスポットの数が、そのような既知の構成と比較して、増加させられる。
【００５２】
更に、本発明は、本発明に係る装置を利用する金属還元・溶融方法をも、その範囲内に含む、ということが、認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る炉の図式的な断面図である。
【図２】  図１における矢印「Ａ」の方向で見た、図１の炉の底面図である。
【図１】
0003679327.tif 000002
【図２】
0003679327.tif 000003