(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
助燃バーナーを備えた電気炉において鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得る方法であって、
助燃バーナーの燃料として、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、助燃バーナーと、該助燃バーナーで加熱又は溶解しようとする鉄系スクラップとの距離に応じて、前記２種以上の燃料の比率を変えることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
【請求項２】
気体燃料、液体燃料、固体燃料のうちの２種以上の燃料を用いることを特徴とする請求項１に記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
【請求項３】
少なくとも気体燃料と固体燃料を用いることを特徴とする請求項２に記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
【請求項４】
同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管から固体燃料を噴射し、その外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
【請求項５】
同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管からカッティング用酸素を噴射し、その外側の噴射管から固体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気炉による溶鉄の製造方法。
【請求項６】
鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得るための電気炉であって、
同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管から固体燃料を噴射し、その外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを備えることを特徴とする電気炉。
【請求項７】
鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得るための電気炉であって、
同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管からカッティング用酸素を噴射し、その外側の噴射管から固体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを備えることを特徴とする電気炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、助燃バーナーを備えた電気炉において鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気炉を使用して鉄系スクラップを溶解する場合、電極周辺の鉄系スクラップは早く溶解するが、電極から離れた場所、すなわちコールドスポットにある鉄系スクラップは溶解が遅いので、炉内の鉄系スクラップ溶解速度に不均一が生じる。このため、炉内全体の操業時間は、コールドスポットの鉄系スクラップの溶解速度に制限されていた。
そこで、このような鉄系スクラップの溶解速度の不均一性を解消し、炉内全体の鉄系スクラップをバランス良く溶解させるべく、コールドスポットの位置に助燃バーナーを設置し、この助燃バーナーでコールドスポットに位置する鉄系スクラップの予熱、切断、溶解を行う方法が採られるようになってきた。【０００３】
このような助燃バーナーとして、例えば、特許文献１には、中心部から不燃物の飛散用及び鉄系スクラップのカッティング用酸素ガスを噴出し、この酸素ガスの外周部から燃料を、さらにこの燃料の外周部から燃焼用酸素ガスを噴出するために三重管構造としたバーナーが記載されており、中心部から噴出する酸素ガスの速度を高速とするために、中心部の酸素ガス噴出管の先端に絞り部を設け、最外周から噴出する燃焼用酸素ガスに旋回力を付与するために、燃料噴出管と燃焼用酸素ガス噴出管とで形成される環状空間に旋回羽根を設置した電気炉用高速純酸素助燃バーナーが提案されている。【０００４】
特許文献１に記載されているバーナーを助燃バーナーとして用いたとしても、電気炉の操業では、鉄系スクラップの装入、追装や溶解により助燃バーナーと鉄系スクラップとの距離が変化する。一般的に操業開始及び追装初期は助燃バーナーと鉄系スクラップとの距離は小さく、鉄系スクラップの溶解が進行するにしたがって、その距離は大きくなる。したがって、助燃バーナーを効率的に運用するには、助燃バーナーと鉄系スクラップとの距離に応じてバーナー火炎の長さを調整することが重要である。
そこで、特許文献２では、中心部のカッティング用酸素ガス供給量と燃焼用の酸素ガス供給量の比を変化させて火炎の長さを調整できるようにした助燃バーナーが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９５２４号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７２８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に記載の技術を用いることで、助燃バーナーを用いて鉄系スクラップを効率よく予熱、溶解することができる。しかし、カッティング用酸素が必須となり、バーナー形状が複雑になるだけでなく、酸素使用量の増加に伴う酸素製造装置の増強が必要となり、初期投資が大きくなるという問題がある。また、燃焼用酸素ガスの量は化学量論的に燃料使用量に依存するために、操業条件が制約されるという問題もある。【０００７】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、助燃バーナーを備えた電気炉で鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得る方法において、特許文献２の技術を用いた場合の問題を生じることなく、助燃バーナーにより鉄系スクラップを効率よく加熱又は溶解することができる溶鉄の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、助燃バーナーに用いる燃料に着目し、異なる種類の燃料を使い分けることによりバーナー火炎の長さを調整するという着想を得て、検討を重ねた。その結果、本発明者らは、燃料の着火温度や燃焼速度によって火炎長さに違いが生じること、このため、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、この２種以上の燃料の比率を変えることにより、火炎長さを任意に調整できることを見出した。【０００９】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］助燃バーナーを備えた電気炉において鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得る方法であって、助燃バーナーの燃料として、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、助燃バーナーと、該助燃バーナーで加熱又は溶解しようとする鉄系スクラップとの距離に応じて、前記２種以上の燃料の比率を変えることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
［2］上記［1］の製造方法において、気体燃料、液体燃料、固体燃料のうちの２種以上の燃料を用いることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
［3］上記［2］の製造方法において、少なくとも気体燃料と固体燃料を用いることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。【００１０】
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管から固体燃料を噴射し、その外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを用いることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
［5］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管からカッティング用酸素を噴射し、その外側の噴射管から固体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを用いることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。【００１１】
［6］鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得るための電気炉であって、同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管から固体燃料を噴射し、その外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを備えることを特徴とする電気炉。
［7］鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得るための電気炉であって、同芯状に配された複数の噴射管を有し、中心の噴射管からカッティング用酸素を噴射し、その外側の噴射管から固体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から気体燃料を噴射し、さらにその外側の噴射管から支燃ガスを噴射する助燃バーナーを備えることを特徴とする電気炉。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、助燃バーナーを用いて電気炉内の鉄系スクラップを加熱若しくは溶解する際に、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、助燃バーナーとこの助燃バーナーで加熱又は溶解しようとする鉄系スクラップとの距離に応じて、前記２種以上の燃料の比率を変えることにより、助燃バーナーの火炎長さを任意に調整でき、鉄系スクラップを効率よく加熱又は溶解することができる。このため、電力使用量を節減できるとともに、操業時間の短縮化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明で使用する助燃バーナーの一例を示す部分断面側面図である。
【図２】図２は、図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】図３は、図１のIII-III線に沿う断面図である。
【図４】図４は、図１のIV-IV線に沿う断面図である。
【図５】図５は、本発明法の実施状況の一例を模式的に示す説明図である。
【図６】図６は、助燃バーナーの燃料として気体燃料（ＬＰＧ）と固体燃料（微粉炭）を使用し、それらの比率を変えて火炎温度を測定した試験において、燃料中での固体燃料比率と火炎温度との関係を調べた結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、助燃バーナーを備えた電気炉において鉄系スクラップ（以下、説明の便宜上、単に「スクラップ」という）を溶解し、溶鉄を得る方法であり、助燃バーナーの燃料として、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、助燃バーナーと該助燃バーナーで加熱又は溶解しようとするスクラップとの距離に応じて、２種以上の燃料の比率を変えるものである。
助燃バーナーに用いる燃料の着火温度や燃焼速度によって、火炎長さに違いが生じる。このため、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、この２種以上の燃料の比率を変えることにより、助燃バーナーの火炎長さ（バーナーからある距離だけ離れた位置での火炎温度）を任意に調整することができる。
【００１５】
燃焼に必要な要素として、可燃性物質、酸素、温度（火源）の３要素が挙げられる。また、可燃性物質の状態としては、燃焼の容易さは気体、液体、固体の順番である。これは、気体状態であれば、可燃性物質と酸素及び温度（火源）との混合が容易であり、燃焼の継続（連鎖反応）が行われるからである。
助燃バーナーを用いて可燃性物質として気体を燃焼させた場合、酸素濃度や流速やバーナーチップ形状に依存するが、一般的に気体はバーナー先端から噴射された直後に即座に燃焼する。これに対して、可燃性物質として石炭に代表される固体燃料を用いる場合、気体のように早く燃焼させるのは困難である。これは、石炭の着火温度が４００〜６００℃程度であり、この着火温度を維持することと、着火温度までの昇温時間が必要であることに起因する。着火温度までの昇温時間は粒径（比表面積）に依存し、粒子を細かくすれば、着火時間を短くすることはできる。しかし、固体の燃焼を気体の燃焼よりも早くすることは難しい。
【００１６】
本発明は、上記のような燃料の着火温度の違い或いは燃焼速度の違いを利用して、助燃バーナーの火炎長さを制御するものである。
まず、助燃バーナーの燃料として着火温度が異なる２種以上の燃料を用いる場合について説明する。
着火温度が大きく異なる燃料としては、相（気相、液相、固相）が異なる燃料どうしの組み合わせが挙げられる。すなわち、気体燃料、液体燃料、固体燃料の中から選ばれる２種以上の燃料の組み合わせである。なお、これら燃料の着火温度は、一般的には固体燃料＞液体燃料＞気体燃料である。
以下、助燃バーナーに気体燃料と固体燃料を用い、気体燃料としてＬＮＧ（液化天然ガス）、固体燃料として石炭（微粉炭）、支燃ガスとして純酸素を使用する場合について説明する。
【００１７】
助燃バーナーの燃料としてＬＮＧと石炭を用いた場合、ＬＮＧと純酸素の燃焼により石炭の着火温度以上の燃焼場が作られ、この燃焼場に石炭が送り込まれることで着火温度まで温度上昇し、石炭の燃焼（気化→着火）が起こる。石炭の温度上昇に必要な熱量に伴い火炎温度は低下するが、石炭の着火が起きる領域では温度が上昇する。
したがって、助燃バーナーで生じる火炎は、石炭よりもＬＮＧの比率が高い時はバーナー先端から近い位置が高温となる（すなわち短い火炎となる）が、ＬＮＧよりも石炭の比率を高くすると、石炭の吸熱の後の発熱により、バーナー先端から遠い位置でも高温となる（すなわち長い火炎となる）。したがって、ＬＮＧと石炭の比率を変えることで、火炎長さ（バーナーからある距離だけ離れた位置での火炎温度）を制御することができる。
【００１８】
以上のような原理は、着火温度が異なる他の燃料どうしの組み合わせにも妥当する。例えば、気体燃料（例えばＬＮＧ等）と液体燃料（例えば重油、灯油等）の組み合わせにおいても、液体燃料よりも気体燃料の比率を高くすると短い火炎となり、気体燃料よりも液体燃料の比率を高くすると長い火炎となる。また、液体燃料（例えば重油、灯油等）と固体燃料（例えば石炭等）の組み合わせにおいても、固体燃料よりも液体燃料の比率を高くすると短い火炎となり、液体燃料よりも固体燃料の比率を高くすると長い火炎となる。
【００１９】
次に、助燃バーナーの燃料として燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用いる場合について説明する。
燃焼速度が大きく異なる燃料としては、上述した着火温度が異なる燃料の組み合わせの一部（例えば、気体燃料と固体燃料、気体燃料と液体燃料の組み合わせ）も含まれるが、その他に、同じ気体燃料どうしのＬＮＧと水素の組み合わせなどが挙げられる。なお、バーナーにおける燃料の燃焼速度とは、燃料の供給方向とは反対に向かって燃料が燃える速度のことである。また、相が異なる燃料の燃焼速度は、一般的には気体燃料＞液体燃料＞固体燃料である。
この場合には、燃焼速度が小さい燃料（例えば石炭等の固体燃料）よりも燃焼速度が大きい燃料（例えばＬＮＧ等の気体燃料）の比率が高い時はバーナー先端から近い位置が高温となる（すなわち短い火炎となる）が、燃焼速度が大きい燃料よりも燃焼速度が小さい燃料の比率を高くすると、バーナー先端から遠い位置でも高温となる（すなわち長い火炎となる）。したがって、両燃料の比率を変えることで、火炎長さ（バーナーからある距離だけ離れた位置での火炎温度）を制御することができる。
【００２０】
電気炉の操業では、スクラップの装入、追装や溶解により助燃バーナーとスクラップとの距離が変化する。一般に、助燃バーナーとスクラップとの距離は、操業開始時や追装初期では小さく、スクラップの溶解の進行とともに大きくなる。これは、最初に助燃バーナーに近いスクラップから順に溶解されるため、スクラップの溶解の進行とともに、未溶解のスクラップと助燃バーナーとの距離が大きくなっていくためである。そこで、本発明では、助燃バーナーの燃料として、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、助燃バーナーと該助燃バーナーで加熱又は溶解しようとするスクラップとの距離に応じて、２種以上の燃料の比率を変えることで助燃バーナーの火炎長さを調整（変更）し、スクラップと助燃バーナーとの距離に拘わらず、助燃バーナーの火炎がスクラップに届くようにする。例えば、燃料として気体燃料と固体燃料又は液体燃料を用いる場合、助燃バーナーとスクラップとの距離が小さい時は、気体燃料の比率を高めて火炎長さを短くし、助燃バーナーとスクラップとの距離が大きい時は、固体燃料又は液体燃料の比率を高めて火炎長さを長くする。これにより、スクラップを効率よく加熱又は溶解することができる。
【００２１】
なお、本発明では、１チャージの操業において、助燃バーナーとスクラップとの距離に応じて２種以上の燃料の比率を変えるものであるが、その操業中一時的に１種類の燃料のみを使用（供給）するような場合を含む。例えば、気体燃料と固体燃料を使用し、両燃料の比率を気体燃料：０％超１００％以下（例えば１０〜１００％）、固体燃料：０％以上１００％未満（例えば０〜９０％）の範囲で変化させるような場合を含む。なお、本発明において、燃料の比率（％）とはエネルギー基準の比率である。例えば、固体燃料比率９０％、気体燃料比率１０％という場合、仮に出力が１０００Ｍｃａｌ／ｈであるとすると、そのうちの９００Ｍｃａｌ／ｈ分の固体燃料と、１００Ｍｃａｌ／ｈ分の気体燃料を投入するということである。
【００２２】
本発明において助燃バーナーに使用できる燃料は、気体燃料としては、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）、水素、製鉄所副生ガス（Ｃガス、Ｂガス等）、これらの２種以上の混合ガスなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。また、液体燃料としては、重油、灯油などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。また、固体燃料としては、石炭（微粉炭）、プラスチック（粒状又は粉状のもの。廃プラスチックを含む）などが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
【００２３】
したがって、本発明において助燃バーナーに使用する着火温度又は／及び燃焼速度が異なる燃料の組み合わせを例示すると、気体燃料（例えば、ＬＮＧ、ＬＰＧ、水素、製鉄所副生ガス、これらの２種以上の混合ガスのうちの１種以上）と固体燃料（例えば、石炭、プラスチックのうちの１種以上）の組み合わせ、気体燃料（例えば、ＬＮＧ、ＬＰＧ、水素、製鉄所副生ガス、これらの２種以上の混合ガスのうちの１種以上）と液体燃料（例えば、重油、灯油のうちの１種以上）の組み合わせ、液体燃料（例えば、重油、灯油のうちの１種以上）と固体燃料（例えば、石炭、プラスチックのうちの１種以上）の組み合わせ、気体燃料（ＬＮＧ、ＬＰＧのうちの１種以上）と気体燃料（水素）の組み合わせ、などを挙げることができる。
また、本発明では、助燃バーナーに着火温度又は／及び燃焼速度が異なる３種以上の燃料を用いてもよい。
【００２４】
本発明法では、助燃バーナーとスクラップとの距離を把握する必要があるが、例えば、助燃バーナーにレーザー距離計を設置し、このレーザー距離計によりスクラップまでの距離を測定することができる。また、排滓口などの窓を通じて炉内の状況を監視カメラで観察することができ、電気炉の構造によっては、この監視カメラによる炉内の観察によりスクラップまでの距離を把握することができる。また、操業データから距離の把握に有用な情報が得られる場合もある。
なお、助燃バーナーの支燃ガスとしては、純酸素（工業用酸素）、酸素富化空気、空気のいずれを用いてもよいが、スクラップを溶解させる場合には純酸素を用いることが好ましい。
【００２５】
図１〜図４は、本発明で使用する助燃バーナーの一例を示すものであり、図１は部分断面側面図、図２は図１のＡ部の拡大断面図、図３は図１のIII-III線に沿う断面図、図４は図１のIV-IV線に沿う断面図である。
この助燃バーナーにおいて、燃料及び支燃ガス供給用の本体部分は、３つの管体が同芯状に配された３重管構造となっている。すなわち、この３重管構造は、中央部の第１燃料噴射管１と、その外側に配された第２燃料噴射管２と、さらにその外側に配された支燃ガス噴射管３で構成されている。第１燃料噴射管１は、その内部が燃料流路１０を構成し、第２燃料噴射管２は、第１燃料噴射管１との間の空間部が燃料流路２０を構成し、支燃ガス噴射管３は、第２燃料噴射管２との間の空間部が支燃ガス流路３０を構成している。
【００２６】
また、支燃ガス噴射管３の外側には、冷却水用流路を形成するための管体４と管体５が同芯状に配され、管体４と管体５との間の空間部に冷却水用流路５０（往路）を、管体４と支燃ガス噴射管３との間の空間部に冷却水用流路４０（復路）をそれぞれ構成し、これら冷却水用流路４０，５０は、バーナー先端部側で連通１３している。
バーナーの先端部には、コーン状（円錐面状）の内周面６０を有する先端部材６が取り付けられ、その内周面６０の中心部に第１燃料噴射管１の先端が開口し、噴射孔１２を構成している。また、先端部材６には、内周面６０の周方向に沿って間隔をおいて開口し、燃料流路２０に連通する複数の噴射孔２２が形成され、さらにその外側には、内周面６０の周方向に沿って間隔をおいて開口し、支燃ガス流路３０に連通する複数の噴射孔３２が形成されている。
【００２７】
バーナー後端側において、管体５には、冷却水用流路５０（往路）に冷却水を供給するための供給口５１が設けられている。同じく管体４には、冷却水用流路４０（復路）から冷却水を排出するために排水口４１が設けられている。同じく支燃ガス噴射管３には、支燃ガス流路３０に支燃ガスを供給するための供給口３１が設けられている。同じく第２燃料噴射管２には、燃料流路２０に燃料を供給するための供給口２１が設けられている。同じく第１燃料噴射管１には、燃料流路１０に燃料を供給するための供給口１１が設けられている。
なお、支燃ガス流路３０内には、支燃ガスに旋回流を付与するための旋回羽根を設けてもよい。支燃ガスに旋回流を付与することにより、噴射された支燃ガスと燃料との混合を促進できる。
なお、本実施形態では、第２燃料噴射管２、支燃ガス噴射管３の先端を塞ぐように設けられた先端部材６に複数の噴射孔２２、噴射孔３２を設けているが、第２燃料噴射管２、支燃ガス噴射管３の先端をそれぞれ開放し、この開放先端部を噴射孔２２、噴射孔３２（いずれもリング状の噴射孔）としてもよい。
また、他の実施形態として、第１燃料噴射管１の内側に酸素供給管を設け、この中心部の酸素供給管からカッティング用酸素ガスを噴射するようにしてもよい。
【００２８】
以上のような助燃バーナーを用いて本発明法を実施する場合、例えば、第１燃料噴射管１（燃料流路１０）から固体燃料（微粉炭など）が空気や窒素ガスを搬送ガスとして供給され、第２燃料噴射管２（燃料流路２０）から気体燃料（ＬＰＧ又はＬＮＧなど）が、支燃ガス噴射管３（支燃ガス流路３０）から純酸素などの支燃ガスが、それぞれ供給される。そして、噴射孔１２から固体燃料が、噴射孔２２から気体燃料が、噴射孔３２から支燃ガスが、それぞれ噴射され、それらが混合されて燃焼が生じる。その際、バーナー先端とスクラップとの距離に応じて固体燃料と気体燃料の供給比率を変えることにより、火炎長さを調整することができる。このためバーナー先端とスクラップとの距離に拘わらず、スクラップを効率的且つ適切に溶解又は加熱することができる。
なお、第１燃料噴射管１（燃料流路１０）と第２燃料噴射管２（燃料流路２０）には、上記とは異なる組み合わせの燃料（例えば、さきに挙げたような固体燃料と液体燃料の組み合わせ、液体燃料と気体燃料の組み合わせ等）を供給してもよい。
【００２９】
図５は、本発明法の実施状況の一例（電気炉の半径方向での縦断面）を模式的に示すもので、７は炉体、８は電極、９は助燃バーナー、ｘはスクラップである。助燃バーナー９は、適当な伏角をもって設置される。このような助燃バーナー９は、電気炉内のいわゆるコールドスポットにあるスクラップを加熱又は溶解できるように、通常、複数基設置される。
【実施例】
【００３０】
図１〜図４に示す構造の助燃バーナーにおいて、着火温度が異なる２種類の燃料を用い、バーナー火炎温度の測定を行った。バーナーの出力は３０Ｍｃａｌ／ｈである。
燃料としては、ＬＰＧ（気体燃料）と微粉炭（固体燃料）を用いた。微粉炭としては、発熱量が６２００ｋｃａｌ／ｋｇ、粒度がｄ（９０）＝１００μｍの褐炭を用い、微粉炭搬送用の窒素の流量は１．２Ｎｍ３／ｈとした。
試験は、固体燃料比率を１０％及び５０％とし、バーナー先端から０．２ｍ及び０．４ｍでの火炎温度を光ファイバー温度計及びＲ型熱電対を用いて測定した。【００３１】
燃料中での固体燃料比率と火炎温度との関係を図６に示す。気体燃料（ＬＰＧ）比率が高い条件では、バーナー近傍である０．２ｍ位置での火炎温度は高温であるが、０．４ｍ位置では急激な温度低下が生じている。すなわち、火炎長さが短い。一方、固体燃料（微粉炭）比率が高い条件では、バーナー近傍である０．２ｍ位置での火炎温度は、気体燃料（ＬＰＧ）１００％と比較して低温であるが、０．４ｍ位置でもほとんど温度低下が生じていない。すなわち、火炎長さが長い。これは、バーナー近傍では気体燃料（ＬＰＧ）が優先的に燃焼し、その火炎内で高温化した固体燃料（微粉炭）が０．４ｍ位置で燃焼が開始し、温度が維持されるものと考えられる。【００３２】
この試験では、バーナー出力の関係で固体燃料（微粉炭）比率を５０％までとしたが、高出力にすることで火炎も大きくなり、固体燃料（微粉炭）比率も高めることができるので、実機の電気炉において、気体燃料と固体燃料の比率を変えることで火炎長さ（バーナーからある距離だけ離れた位置での火炎温度）を任意に調整できることは明らかである。
具体的には、電気炉の一般的な操業（１チャージの操業）では、２〜３回程度のスクラップの装入が行われる。電気炉の操業は、初回スクラップを装入した後に、通電開始や助燃バーナー使用開始により始まる。操業開始時の状態は、前操業の溶鉄を一部残留させ（湯残し）、下部に溶湯が存在する場合と、前操業の溶鉄全量を出湯させ、炉内が空の場合があるが、操業方法に大きな違いはない。スクラップ装入初期は、嵩密度が高く電気炉内の全体にスクラップが充填されている状況である。したがって、助燃バーナー先端部とスクラップとの距離は近い状態にある。スクラップ装入初期における助燃バーナー先端部とスクラップとの距離は大よそ０．５ｍ程度である。これは、助燃バーナー先端部とスクラップとの距離が近すぎると、スクラップが溶解した時に発生するスプラッシュが助燃バーナーに溶着するのを防止するためである。また、助燃バーナー先端部高さの位置は、炉の特性にもよるが、スクラップ溶け落ち後の湯面高さから１ｍ以上上方であるのが一般的である。【００３３】
操業が進行すると、溶鉄と接している下部や、電極近傍や、助燃バーナー近傍のスクラップから溶解が進行していく。助燃バーナー近傍のスクラップは、スクラップ装入初期では溶解とともに上部にあるスクラップが落下し、常に０．５ｍ程度の距離があるが、上部のスクラップがなくなるとスクラップとの距離が遠くなる。スクラップとの距離が遠くなると、助燃バーナーの熱をスクラップに対して効率的に供給することができないことから、従来では、助燃バーナーを停止する操業を行うこともあった。これに対して本発明を適用した操業では、例えば、図１〜図４に示す助燃バーナーにおいてＬＮＧ−微粉炭を用い、スクラップが近い時はＬＮＧの比率を高くして短い火炎でスクラップを溶解し、溶解が進行してスクラップとの距離が遠くなった時に微粉炭の比率を高くすることで、長い火炎でスクラップを溶解する。これによって、より多くのスクラップを効率的に溶解することができ、操業時間の短縮および電力原単位の削減を図ることができる。２〜３回程度のスクラップの装入により助燃バーナーとスクラップとの距離が変化することから、ＬＮＧと微粉炭の比率をその都度適正に変化させることで、スクラップを効率的に溶解させることができる。【００３４】
スクラップと助燃バーナーとの距離については、さきに述べたように、助燃バーナーに取り付けたレーザー距離計により測定することができ、また、排滓口などの窓からの観察や、操業データから有用な情報が得られる場合もある。
また、スクラップが全て溶け落ちて、フラットバス状態になった場合においても、微粉炭の比率を高くし、火炎長さを最大限にした状態にすることで、助燃バーナーの火炎を溶鉄まで到達させることも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  第１燃料噴射管
２  第２燃料噴射管
３  支燃ガス噴射管
４，５  管体
６  先端部材
７  炉体
８  電極
９  助燃バーナー
１０，２０  燃料流路
１１，２１，３１，５１  供給口
１２，２２，３２  噴射孔
１３  連通部
３０  支燃ガス流路
４０，５０  冷却水用流路
４１  排水口
６０  内周面
ｘ  鉄系スクラップ
【要約】
助燃バーナーを備えた電気炉で鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得る方法において、助燃バーナーにより鉄系スクラップを効率よく加熱又は溶解する。
助燃バーナーを用いて電気炉内の鉄系スクラップを加熱又は溶解する際に、助燃バーナーの燃料として、着火温度又は／及び燃焼速度が異なる２種以上の燃料を用い、助燃バーナーと、この助燃バーナーで加熱又は溶解しようとする鉄系スクラップとの距離に応じて、前記２種以上の燃料の比率を変える。２種以上の燃料の比率により、助燃バーナーの火炎長さを任意に調整することができ、鉄系スクラップを効率よく加熱又は溶解することができる。【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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