(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解炉の側面に配置されて溶解炉の排ガスで鉄源であるスクラップを予熱する予熱炉と、
前記予熱炉で予熱された鉄源を溶解炉に供給する供給手段と、
予熱された鉄源を溶解させる電極を含む溶解炉と、
前記溶解炉で溶解された溶鋼を排出させる固定型排出手段と、
前記予熱炉に連結され、酸化鉄源を予備還元して溶解炉に提供する還元炉と、を含み、
前記予熱炉は前記溶解炉に一体に連結され、
前記溶解炉の壁面には、予備還元された還元鉄を直接還元するカーボンインジェクタが配置され、
前記還元炉は、前記予熱炉を通過した排ガスが供給されるように排ガス供給管に連結され、前記排ガスの未燃焼のＣＯを燃焼させるバーナーを含むことを特徴とする固定型電気炉。
【請求項２】
前記予熱炉は垂直型予熱炉であり、
前記溶解炉の予熱炉側の上部には、予熱炉に移動する排ガスの加熱のための酸素バーナーが備えられ、
前記予熱炉は、排出される鉄源を６００〜８００℃に予熱することを特徴とする請求項１に記載の固定型電気炉。
【請求項３】
前記予熱炉は、電気炉出鋼量の８０〜１５０％の内部体積を有する予熱炉であることを特徴とする請求項１に記載の固定型電気炉。
【請求項４】
前記予熱炉の上側に鉄源供給口が形成され、
前記予熱炉から溶解炉に予熱された鉄源を供給するように前記予熱炉の下部にプッシャーが配置されたことを特徴とする請求項１に記載の固定型電気炉。
【請求項５】
前記鉄源供給口は、鉄源の供給を調節する第１のゲートと、前記第１のゲートの上方に配置された第２のゲートと、を含み、前記第１のゲートと前記第２のゲートの間に鉄源を仮保管できるように空間部が形成され、前記第１のゲートの下部の側面に排ガス排出口が形成されたことを特徴とする請求項４に記載の固定型電気炉。
【請求項６】
前記固定型排出手段は、サイフォン（ｓｉｐｈｏｎ）出鋼口であることを特徴とする請求項１に記載の固定型電気炉。
【請求項７】
前記サイフォン出鋼口は、
前記溶解炉の底面から当該溶解炉の底面より高い位置の折り曲げ部に伸びて形成された溶鋼導入部と、
前記溶鋼導入部と溶鋼排出部が連結された折り曲げ部と、
前記折り曲げ部から下方に伸び、排出口の高さが溶解炉の底面より低い溶鋼排出部と、を含み、
前記折り曲げ部にはガス供給部が連結されることを特徴とする請求項６に記載の固定型電気炉。
【請求項８】
前記溶鋼導入部、折り曲げ部及び溶鋼排出部のうち少なくとも一つには、通過する溶鋼の凝固を防止するためのバーナー又は誘導加熱コイルが設置されることを特徴とする請求項７に記載の固定型電気炉。
【請求項９】
ダストやスケールである低級酸化鉄とスクラップを混入して溶鋼を製造する固定型電気炉を用いる溶鋼の製造方法であって、
前記スクラップが予熱炉のスクラップ投入口を通して積み込まれ、予熱されたスクラップを溶解炉に投入するスクラップ投入段階と、
還元雰囲気を形成して低級酸化鉄を直接及び／又は間接還元反応させ、還元された還元鉄を溶解炉に排出する酸化鉄還元段階と、
前記予熱炉と還元炉から投入されたスクラップと還元鉄とを電極を用いて電力を供給して製鋼時間の間に連続溶解する段階と、
生成された溶鋼を出鋼する段階と、を含み、
前記スクラップ投入段階では、積み込まれたスクラップを第１のゲートと第２のゲートの間に仮貯蔵した後、スクラップを電気炉で発生する排ガス顕熱とＣＯの２次燃焼熱で予熱した後に電気炉に投入し、
前記酸化鉄還元段階では、ダストやスケールにカーボンを混合して製造した炭材内蔵ブリケットを酸化鉄供給口に積み込むことを特徴とする溶鋼の製造方法。
【請求項１０】
前記酸化鉄還元段階において、前記還元雰囲気は、前記予熱炉から出た排ガス顕熱とバーナーの燃焼熱で形成されることを特徴とする請求項９に記載の溶鋼の製造方法。
【請求項１１】
前記還元鉄が電気炉内に投入されたとき、電気炉の壁体に連結されたカーボンインジェクタによってカーボンが噴射されて還元鉄と反応する直接還元段階を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の溶鋼の製造方法。
【請求項１２】
前記スクラップ投入段階では、予熱炉の内部に備えられたバーナーによってスクラップを６００〜８００℃に予熱することを特徴とする請求項９に記載の溶鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定型電気炉及び溶鋼の製造方法に係り、より詳細には、低級酸化鉄を用いる予備還元炉と連結され、垂直型予熱炉と一体に形成されることにより、溶解炉を傾動することなく溶鋼の出鋼が可能であり、持続的なアーキング及び出鋼が可能な固定型電気炉及び溶鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気炉は、スクラップやＤＲＩのような鉄源を、電気エネルギーを用いて溶融させた後、所望の成分及び温度で精錬する製鋼工程に用いられるものであり、転炉と比べて高炉、原料処理設備、及び焼結設備が不要であるため、初期投資コストが低く、炭素鋼はもちろん、多品種少量生産が可能なステンレス鋼や特殊鋼にも適用可能である。また、製鋼過程で温室ガスである二酸化炭素の排出量が高炉より１／４のレベルと非常に低く、且つスクラップのような屑の発生量の増加を解消することもでき、環境にやさしい設備という点で、未来の鉄鋼技術として考えられている。
【０００３】
石油のコストの上昇に伴う電力のコストの上昇は、電気炉製鋼にも影響を与え、酸素や天然ガスのような化学エネルギーを用いて電力を代替しているが、これには限界があるため、スクラップを予熱して電力を節減する技術が開発された。
【０００４】
スクラップ予熱技術は、スクラップのエンタルピーを高くすることにより、電気炉に投入される電力原単位を低くする技術であり、特許文献１のような技術が開発された。特許文献１の予熱炉一体型電気炉の場合は、予熱炉２と溶解炉１とを一体に形成し、溶解炉１で発生する廃熱源を用いてスクラップ３を予熱する技術である（図１）。しかしながら、出鋼口１４を通して電極６で生成された溶鋼８を排出しなければならないため、予熱炉２が一体に形成された電気炉全体を傾動させなければならない。このように予熱炉２と溶解炉１を一度に傾動させなければならないため、傾動による構造的問題、及び予熱炉２のサイズ制限の問題があった。
【０００５】
他の方式として、特許文献２のように垂直型予熱炉２と溶解炉１とを分離型に設置する方式が提案された。このような電気炉の場合は、溶解炉１へのスクラップの投入時には予熱炉２を移動手段３４で移動させて溶解炉１に連結させ、溶解炉１の傾動時に予熱炉２を離脱させる構成である。この場合、垂直型予熱炉２の容量問題は発生しないが、しかしながら、予熱炉２を移動させることから、溶解炉１で発生する排ガスが外部に漏れたり、又は外部の空気が溶解炉／予熱炉の内部に流入するという問題が発生する。また、スクラップの連続投入は可能であるが、出鋼時に電力供給装置を撤去して溶解炉１を傾動させなければならないため、これによる非通電時間が発生し、連続溶解操業及びフラット浴（ｆｌａｔ  ｂａｔｈ）操業が不可能である。
【０００６】
一方、鉄鉱石を還元して電気炉製鋼の原料として用いる方法としては、ＭＩＤＲＥＸやＨＹＬ等の一般的な方法がある。しかしながら、これらの方法は、目標還元率を達成するのに長時間を要するため、電気炉と連係して生産性を高くするために、タップツータップタイム（Ｔａｐ  ｔｏ  Ｔａｐ  Ｔｉｍｅ）を短くする必要がある高生産性の電気炉には適用することができないという問題がある。
【０００７】
また、従来の電気炉は、排ガス処理過程でハロゲン元素成分を含有した物質がスクラップに混入し、燃焼過程で環境汚染物質であるダイオキシンが発生するため、これを除去するためには９００℃以上に排ガスを加熱する燃焼塔設備が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開１９９８−３１０８１３号公報
【特許文献２】韓国公開特許第２００６‐７０１２７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであって、電力供給を中断することなく溶解し、固定状態での出鋼が可能で連続操業が可能な固定型電気炉及び溶鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、低級酸化鉄を予備還元し、スクラップの代替鉄源として用いて燃料費を節減させることを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、スクラップを予熱することにより発生するダイオキシンを、燃焼塔なしで除去することができる電気炉及び溶鋼の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、以下のような固定型電気炉及び溶鋼の製造方法を提供する。
【００１３】
本発明は、溶解炉の側面に配置されて溶解炉の排ガスで鉄源を予熱する予熱炉と、前記予熱炉で予熱された鉄源を溶解炉に供給する供給手段と、予熱された鉄源を溶解させる電極を備える溶解炉と、前記溶解炉で溶解された溶鋼を排出する固定型排出手段と、を含み、前記予熱炉は前記溶解炉に一体に連結された固定型電気炉を提供する。
【００１４】
前記固定型電気炉は、前記予熱炉に連結され、酸化鉄源を予備還元して溶解炉に提供する還元炉を更に含み、前記溶解炉の壁面には、予備還元された還元鉄を直接還元するカーボンインジェクタを配置することができる。
【００１５】
本発明において、前記還元炉は、前記予熱炉を通過した排ガスを供給するように排ガス供給管が連結され、前記排ガスの未燃焼のＣＯを燃焼させるバーナーを含むことができる。
【００１６】
本発明の前記予熱炉は垂直型予熱炉であり、前記溶解炉の予熱炉側の上部には、予熱炉に移動する排ガスの加熱のための酸素バーナーが備えられ、前記予熱炉は、排出される鉄源を６００〜８００℃に予熱することができる。
【００１７】
前記予熱炉は、電気炉出鋼量の８０〜１５０％の内部体積を有する大型の予熱炉であることが好ましい。
【００１８】
本発明において、前記予熱炉の上側に鉄源供給口が形成され、前記予熱炉から溶解炉に予熱された鉄源を供給するように前記予熱炉の下部にはプッシャーが配置されることができる。
【００１９】
本発明の前記鉄源供給口は、鉄源の供給を調節する第１のゲートと、前記第１のゲートの上側に配置された第２のゲートと、を含み、前記第１のゲートと前記第２のゲートとの間に鉄源を仮保管できるように空間部が形成され、前記第１のゲートの下部の側面に排ガス排出口が形成されることができる。
【００２０】
また、前記固定型排出手段はサイフォン（ｓｉｐｈｏｎ）出鋼口であればよく、前記サイフォン出鋼口は、前記溶解炉の底面から当該溶解炉の底面より高い位置の折り曲げ部に伸びて形成された溶鋼導入部と、前記溶鋼導入部と溶鋼排出部が連結された折り曲げ部と、前記折り曲げ部から下方に伸び、排出口の高さが溶解炉の底面より低い溶鋼排出部と、を含み、前記折り曲げ部にはガス供給部を連結さすることができる。
【００２１】
また、前記溶鋼導入部、折り曲げ部及び溶鋼排出部のうち少なくとも一つには、通過する溶鋼の凝固を防止するためのバーナー又は誘導加熱コイルを設置することができる。
【００２２】
本発明は、低級酸化鉄とスクラップを混入して溶鋼を製造する方法であって、前記スクラップが予熱炉のスクラップ投入口を通して積み込まれ、予熱されたスクラップを溶解炉に投入するスクラップ投入段階と、還元雰囲気を形成して低級酸化鉄を直接及び／又は間接的に還元反応させ、還元された還元鉄を溶解炉に排出する酸化鉄還元段階と、前記予熱炉と還元炉から連続投入されたスクラップと還元鉄を、電極を用いて電力を供給して製鋼時間の間に連続溶解する段階と、生成された溶鋼を連続出鋼する段階と、を含む固定型電気炉を用いる溶鋼の製造方法を提供する。
【００２３】
本発明は、前記スクラップ投入段階では、積み込まれたスクラップを第１のゲートと第２のゲートの間に仮貯蔵した後、スクラップを、電気炉で発生する排ガス顕熱とＣＯの２次燃焼熱で予熱した後に電気炉に投入し、前記酸化鉄還元段階では、ダストやスケールにカーボンを混合して製造した炭材内蔵ブリケットを酸化鉄積込口に積み込む溶鋼の製造方法を提供する。
【００２４】
また、前記酸化鉄還元段階において、前記還元雰囲気は、前記予熱炉から出た排ガス顕熱とバーナーの燃焼熱とで形成されることができる。
【００２５】
また、前記溶鋼の製造方法は、前記還元鉄が電気炉内に投入されたとき、電気炉の壁体に連結されたカーボンインジェクタによってカーボンが噴射されて還元鉄と反応する直接還元段階を更に含み、前記スクラップ投入段階では、予熱炉の内部に備えられたバーナーによってスクラップを６００〜８００℃に予熱することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明は、前記構成により、低級酸化鉄のような安価の鉄源をスクラップと共に用いることにより、原価を節減することができ、還元時に排ガスを用いることにより、燃焼炉なしでもダイオキシンを除去することができる。
【００２７】
また、本発明は、電力を中断することなく連続的に供給することにより、連続的な溶鋼の生産が可能であり、傾動することなくフラット浴状態でサイフォン出鋼口からの出鋼が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の電気炉の概略図である。
【図２】従来の他の電気炉の概略図である。
【図３】本発明の固定型電気炉の概略図である。
【図４】本発明の固定型電気炉の切開斜視図である。
【図５】本発明の固定型電気炉にスクラップが供給される様子を順次示すフローチャートである。
【図６】本発明の固定型電気炉にスクラップが供給される様子を順次示すフローチャートである。
【図７】本発明の固定型電気炉にスクラップが供給される様子を順次示すフローチャートである。
【図８】本発明のサイフォン出鋼口の概略図である。
【図９】従来の電気炉のアーキング時間、電力量を示すグラフである。
【図１０】本発明の電気炉のアーキング時間、電力量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、添付の図面を参照して、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００３０】
図３は本発明の固定型電気炉１００の概略図であり、図４は本発明の固定型電気炉の切開斜視図である。
【００３１】
図３及び図４に示すように、本発明の固定型電気炉１００は、電極１１１〜１１３を用いてスクラップ及び還元された酸化鉄を溶解させて溶鋼を製造する溶解炉１１０と、前記溶解炉１１０の一側面に接続され、前記溶解炉１１０で生成された排ガスを用いて、内部に貯蔵したスクラップを予熱する予熱炉１４０と、前記予熱炉１４０を通過した排ガスを用いてダストやスケールのような低級酸化鉄を還元し、還元された酸化鉄（還元鉄）を溶解炉１１０に提供する還元炉１６０と、を含む。
【００３２】
溶解炉１１０は、一側には予熱炉１４０が連結され、他側には溶鋼を固定状態で出鋼させる固定型排出手段、例えば、サイフォン出鋼口１８０が接続される。溶解炉１１０は、上側部には還元鉄が流入する還元鉄流入部１１７が形成され、前記還元鉄流入部１１７付近には前記還元鉄にカーボンを噴射するカーボンインジェクタ１１５が配置される。カーボンインジェクタ１１５は、還元鉄にカーボンを噴射し、還元鉄はカーボンと反応して直接還元される。
【００３３】
溶解炉１１０は、中央の三つの電極１１１、１１２、１１３のアークによって内部の鉄源（スクラップ、還元された酸化鉄）を溶融させる。溶解炉１１０と予熱炉１４０は傾斜面１１９を有して連結され、前記傾斜面１１９に沿って予熱炉１４０のスクラップが溶解炉１１０に流入する。前記溶解炉１１０の内部には、溶解炉１１０と予熱炉１４０が連結されるスクラップ投入口１１８に向かってバーナー１４５が配置される。
【００３４】
バーナー１４５は、溶解炉１１０の内部に予熱炉１４０の入口に向かって設置されるため、当該バーナー１４５の出口にスクラップがなく、火炎の形成が容易であるという長所がある。また、バーナー１４５は、酸素のみを供給し、この場合、酸素は、バーナー周辺の高温状態（１０００〜２３００℃）の排ガスの未燃焼のＣＯと反応する。特に、燃料（ＣｘＨｙ）が入らないことから、水素と酸素との反応による水蒸気が発生しないため、集塵時の水分によるフィルター詰まり現象を予防することができる。
【００３５】
次に、予熱炉１４０について説明する。予熱炉１４０は前記溶解炉１１０にスクラップを供給できるように、下面に所定の角度で形成された傾斜面１１９を有し、上部には鉄源供給部１４４を有する。本発明において、予熱炉１４０は、垂直方向に予熱空間１４１を有する垂直型予熱炉１４０である。本発明の予熱炉１４０は、傾動しないため、電気炉出鋼量の８０〜１５０％のスクラップを保有することができる大型予熱炉１４０である。
【００３６】
予熱炉１４０の内部空間１４１にはスクラップが充填され、前記内部空間にスクラップを充填し且つ排ガスが流出しないように前記鉄源供給部１４４と前記内部空間１４１の間には第１のゲート１４２及び第２のゲート１４３が配置される。また、前記第１のゲート１４２の下部には、下面の傾斜面１１９に沿って流入した排ガスを還元炉に排出されることができるように排ガス出口１５０が配置される。排ガス出口１５０が鉄源を供給する第１のゲート１４２の直下部に配置されているため、排ガスは、予熱炉１４０の内部空間１４１にある全てのスクラップを予熱した後に還元炉１６０に送られることができる。
【００３７】
本発明の予熱炉１４０は、前記スクラップ投入口１１８から流入する排ガスの顕熱とバーナー１４５によって加熱されるＣＯの２次燃焼熱で内部空間１４１に満たされたスクラップを予熱する。バーナー１４５は、図３の実施例では溶解炉１１０の内部にスクラップ投入口１１８に向かって配置されているが、溶解炉１１０ではなく予熱炉１４０の内部に配置されてもよい。但し、予熱炉１４０からスクラップが流入する流入口１１８を加熱する場合は、全体的に予熱温度を上昇させることができるという点で有利である。
【００３８】
予熱炉１４０の下部の傾斜面１１９には、予熱炉１４０の下部のスクラップを溶解炉１１０に押し込む供給手段、例えば、プッシャー１５５が配置される。プッシャー１５５は、シリンダー等の駆動手段に連結され、前記傾斜面１１９に沿って左右に移動しながら下部のスクラップを溶解炉１１０に押し込む。
【００３９】
本発明において、予熱炉１４０は、内蔵したスクラップを６００〜８００℃に加熱した後に溶解炉１１０に送る。スクラップの加熱温度が６００℃未満の場合は、スクラップの温度が十分でないことから燃料節減効果が不十分なため、少なくとも６００℃以上の温度にスクラップを加熱することが好ましい。
【００４０】
なお、第１及び第２のゲート１４２、１４３の動作については、図５〜７を参照して後述する。
【００４１】
還元炉１６０は、上側部には酸化鉄が供給される酸化鉄供給口１６３と排ガス排気口１６４とが配置され、最下部には還元鉄が排出される還元鉄排出口１６７が配置され、側面の下部には前記予熱炉１４０の排ガス出口１５０から排出された排ガスが還元炉１６０に流入する排ガス流入口１６１が配置される。一方、還元炉１６０の内部の側面にはバーナー１６５が配置される。
【００４２】
還元炉１６０は、予熱炉１４０を通過したが、多くの熱を有している排ガスと、前記排ガスに含まれた未燃焼のＣＯをバーナー１６５で加熱される。このとき、還元炉１６０を９００℃以上の温度に加熱することにより、ダイオキシンのような有害物質を除去することができる。また、還元炉１６０では、８００〜１３００℃の温度に加熱することが好ましい。また、酸化鉄供給口１６３から、ダストやスケールのような低級酸化鉄にカーボンを混合して製造した炭材内蔵ブリケットを供給し、前記排ガス顕熱とバーナーの燃焼熱で還元雰囲気を形成して前記炭材内蔵ブリケットを直接／間接還元させる。
【００４３】
一方、図５〜７には、本発明の予熱炉１４０に鉄源、即ち、スクラップを供給する様子が順次示されている。
【００４４】
予熱炉１４０にスクラップＳを供給するために、スクラップＳを盛ったバケツ１５６が鉄源供給部１４４に移動し、その後、バケツ１５６のスクラップＳが、開放された第２のゲート１４３を通して第１のゲート１４２と第２のゲート１４３の間の仮空間部１４６に供給される。次に、第２のゲート１４３が閉まり、第１のゲート１４２が開き、仮空間部１４６に貯蔵されていたスクラップＳが内部空間１４１に供給されることができる。
【００４５】
本発明において、第１のゲート１４２は、予熱炉の上部から投入されるスクラップＳを仮保管する台の役割をし、予熱炉１４０の下部から上がる高温の排ガスが排ガス出口１５０に抜け出ることなく上に排出されて設備を損傷させることを防止し、第２のゲート１４３は、仮空間部１４６に保管されたスクラップ、及び第１のゲート１４２が開いて舞上がった粉塵と廃熱とが外部に抜け出さないようにする。
【００４６】
本発明では、第１及び第２のゲート１４２、１４３を備えることにより、予熱炉１４０の排ガスを外部に流出することなく排ガス出口１５０から抜け出させることができる。
【００４７】
図８に、本発明のサイフォン出鋼口１８０を示す。図８に示すように、本発明のサイフォン出鋼口１８０は、溶解炉１１０の側面に形成され、導出入口部１８１が溶解炉の底面に向かって配置され、導出出口部１８３が前記導出入口部１８１より高い位置に位置する導出管１８２を含む導出部と、前記導出部に連結されるように溶解炉１１０の側面に設置されて前記導出管１８２に連結された出鋼入口部１８４、及び前記出鋼入口部１８４及び導出入口部１８１より低い位置に配置される出鋼出口部１８６を含む出鋼管１８５と、を含む。
【００４８】
前記出鋼管１８５と導出管１８２とは曲折して連結され、前記出鋼管１８５と導出管１８２とが連結された連結部の上部面に不活性ガスを注入して出鋼を停止させるガス供給部１８８が連結される。また、前記連結部の上部面には砂が投入される砂供給部１８９が連結され、砂供給部１８９は前記ガス供給部１８８に隣接して配置される。砂供給部１８９は、垂直に形成された出鋼管１８５の上面に配置される。
【００４９】
また、前記出鋼出口部１８６には、出鋼前まで溶融金属を貯蔵できるようにオープナー１８７が設置される。
【００５０】
一方、出鋼管１８５又は導出管１８２のうち少なくとも一つには、通過する溶鋼１２１の凝固を防止できるように誘導加熱コイル１９０が装着される。図８には導出管１８２のみに誘導加熱コイル１９０が設置されることが示されているが、出鋼管１８５のみに設置されてもよく、出鋼管１８５と導出管１８２の全てに設置されてもよい。
【００５１】
本発明のサイフォン出鋼口１８０において、前記出鋼入口部１８４から前記出鋼出口部１８６までの距離Ｈａは１０００〜２５００ｍｍであることが好ましく、前記導出管１８２及び出鋼管１８５の直径は１００〜３００ｍｍであることが好ましい。導出管及び出鋼管１８２、１８５の直径が１００ｍｍ未満の場合は、溶鋼が早く冷却されるため、出鋼口内で凝固する可能性があり、３００ｍｍを超える場合は、設備の規模が大きくなりすぎるため現実性がなくなる。
【００５２】
本発明のサイフォン出鋼口１８０から溶鋼を排出するときは、溶解炉１１０の内部の溶鋼１２１の上面が導出入口部１８１より高い位置に位置するようにし、溶鋼１２１の上面から導出入口部１８１までの高さＨｃが出鋼管１８５及び導出管１８２の直径の１．５倍以上の状態で溶鋼を出鋼することが好ましい。前記導出入口部１８１から溶鋼１２１の上面までの高さは、導出入口部１８１の上部から測定される。前記溶鋼１２１の上面から導出入口部１８１までの高さＨｃが出鋼管１８５及び導出管１８２の直径の１．５倍未満の場合は、ボルテックス（ｖｏｒｔｅｘ）が発生し、スラグ１２０が溶鋼出鋼部に一緒に排出される可能性がある。
【００５３】
本発明によるサイフォン出鋼口１８０は、溶解炉１１０内にスクラップが投入されると、サイフォン出鋼口１８０のオープナー１８７を閉めた状態で砂投入口１８９を通して砂を少なくとも２００ｍｍ以上満たした後、ガス供給部１８８と砂投入口１８９を閉める。その後、溶解炉１１０内で溶融及び精錬作業が行われる。出鋼時には、オープナー１８７を開け、出鋼管１８５に満たされた砂を外部に排出することにより、出鋼管１８５に溶鋼を流出させる。
【００５４】
一方、出鋼終了時には、前記ガス供給管からガスを供給した状態で前記オープナー１８７を閉め、前記砂供給部１８９を通して出鋼口に砂を満たした後、砂が満たされた出鋼管１８５を加圧する。再使用時には、オープナー１８７を開け、出鋼管１８５に満たされた砂を外部に排出することにより、出鋼管１８５に溶鋼を流出させる。
【００５５】
以下に、図３〜８の構成による本発明の固定型電気炉の動作について説明する。本発明の電気炉１００では、図５〜７の手順に従ってスクラップＳを予熱炉１４０に投入する。即ち、第２のゲート１４３を開け、バケツ１５６でスクラップＳを仮空間部１４６に投入して保管してから、第２のゲート１４３を閉め、第１のゲート１４２を開け、予熱炉１４０の内部空間１４１にスクラップＳを供給する。
【００５６】
予熱炉１４０の内部空間１４１に積もったスクラップＳは、前記スクラップ投入口１１８を通して溶解炉１１０に供給される（スクラップ投入段階）。このとき、プッシャー１５５を用いて予熱炉１４０の下端のスクラップを溶解炉１１０に押し込む。
【００５７】
一方で、それと同時か又は他の時間に、前記還元炉１６０で予備還元された還元鉄を還元鉄供給部１１７から溶解炉１１０に供給する。還元炉１６０は、前記還元鉄を溶解炉１１０に供給する前に、前記予熱炉１４０を通過した排ガスの顕熱及びバーナー１６５の燃焼熱で還元雰囲気を形成した状態でダストやスケールにカーボンを混合して製造した炭材内蔵ブリケットを積み込み、直接又は間接還元させる（酸化鉄還元段階）。
【００５８】
本発明において、溶解炉１１０は、前記予熱炉１４０及び還元炉１６０から供給された鉄源、スクラップ及び還元鉄を電極１１１〜１１３を用いて溶解させる。本発明において、還元炉１６０から還元鉄を溶解炉１１０に供給するとき、溶解炉１１０の内部のカーボンインジェクタ１１５でカーボンを噴射して直接還元させることができる（直接還元段階）。
【００５９】
本発明において、溶解炉１１０は、電極１１１〜１１３で連続的にアーキングして溶鋼を生成し、電極１１１〜１１３で生成された溶鋼１２１は、溶解炉１１０の一側に位置するサイフォン出鋼口１８０から排出される。即ち、本発明において、サイフォン出鋼口１８０は、アークが形成されている途中で溶鋼を排出する。
【００６０】
図９及び１０には、従来及び本発明による電気炉の動作が示されている。
【００６１】
図１０に示されているように、本発明の固定型電気炉１００は、タップツータップタイム（Ｔａｐ  ｔｏ  Ｔａｐ  Ｔｉｍｅ）が２５〜３５分であり、この時間内に予熱炉１４０に電気炉出鋼量に該当する量のスクラップＳが積み込まれ、予熱されたスクラップＳが溶解炉１１０に投入される場合にエネルギーバランスを合わせることができる。
【００６２】
具体的な時間について説明する。バケツ１５６で予熱炉１４０の上部の鉄源供給部１４４にスクラップを運搬する。この際、１回の運搬量は１回当たりの出鋼量の８〜１２％、周期は２．５〜３．５分とする。１回当たりの運搬量及び周期は、出鋼量に合わせて調節される。予熱炉１４０に積み込まれたスクラップは、予熱炉の下部の側面に付いている溶解炉１１０で発生する排ガス顕熱と排ガス成分中のＣＯを２次燃焼させるためのバーナー１４５の燃焼熱で予熱される。予熱炉１４０は、その下部に向かって更に予熱され、電気炉に投入される直前には６００〜８００℃にまで至る。溶解炉１１０に投入される量は１回当たりの出鋼量の２〜３％、投入周期は０．５〜１．５分とすることができる。
【００６３】
このように周期的にタップツータップタイムの間にスクラップを投入し、精錬過程のために最後のタップツータップタイムの一定の時間にはスクラップを投入しない。
【００６４】
本発明は、図９及び図１０から確認できるように、傾動が不要であることから、傾動時間を必要とせず、固定型出鋼構造、即ち、サイフォン出鋼口１８０を含んでいることから、アーキングの途中でも出鋼が可能である。したがって、従来に比べ、タップツータップタイムが大幅に減少し、時間当たりの処理量が増大して生産性を向上させることができる。
【００６５】
本発明は、一般の予熱炉が付いている電気炉とは異なり、予熱炉の傾動が不要であることから、予熱炉１４０を、出鋼量の８０〜１５０％の範囲で大型化することができ、一体型に製作されていることから、外部の空気が流入したり内部の空気が流出したりする恐れがない。
【００６６】
また、固定型であることから、スクラップの投入が容易であり、スクラップの予熱も正確に行うことができ、固定型構造のサイフォン出鋼口による連続操業が可能であることから、出鋼時間及び操業準備時間を必要とせず、タップツータップタイムの減少が可能であるため、生産量を増大させることができる。
【００６７】
また、本発明は、スクラップと共に酸化鉄を鉄源として用いていることから、鉄源の原価を低くすることができ、従来は有毒物質を除去するために備えられていた燃焼炉の代わりに、排ガスで予熱して還元炉１６０内のバーナー１６５で有毒物質を除去することができる。また、還元炉１６０内でバーナー１６５の燃焼熱と排ガスの顕熱とで還元雰囲気を形成することから、エネルギー効率を上昇させることができる。
【００６８】
以上、添付の図面を参照して本発明の具体的な実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、請求の範囲に記載の範囲内で多様に変形実施されることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１００      電気炉
１１０      溶解炉
１１１〜１１３  電極
１１５      カーボンインジェクタ
１１７      還元鉄供給部
１１８      スクラップ投入口
１４０      予熱炉
１４２      第１のゲート
１４３      第２のゲート
１５０      排ガス出口
１６０      還元炉
１６１      排ガス流入口
１６３      酸化鉄供給口
１６４      排ガス排気口
１６５      バーナー
１８０      サイフォン出鋼口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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