(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅部品を有する鉄スクラップに回転力を加えつつ、第１熱源を用いて、前記銅部品中の銅が溶解する温度まで前記鉄スクラップを加熱して前記銅を溶解し、この溶解した銅を前記鉄スクラップから分離し、
前記溶解した銅が分離された前記鉄スクラップを溶解炉に装入し、第２熱源を用いて、前記鉄スクラップを前記溶解炉で溶解し、
前記第２熱源はアーク熱が主力であり、炭材を前記溶解炉に添加し、この炭材を燃焼して得られる燃焼熱を加えた前記第２熱源を用いて、前記鉄スクラップを溶解し、
前記第１熱源に前記溶解炉からの排ガスを供給して、前記鉄スクラップを加熱することを特徴とする鉄スクラップの溶解方法。
【請求項２】
前記第１熱源をバーナーによる熱とし、ロータリーキルン型加熱装置である予熱装置内で、前記鉄スクラップに回転力を加えつつ前記鉄スクラップを加熱することを特徴とする請求項１に記載の鉄スクラップの溶解方法。
【請求項３】
加熱されかつ前記銅が分離された前記鉄スクラップを前記溶解炉に連続的に装入して、前記鉄スクラップを溶解することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鉄スクラップの溶解方法。
【請求項４】
前記予熱装置と前記溶解炉とは、接続装置を介して接続されており、前記予熱装置と前記接続装置との間に形成された銅逃がし穴を通じて、前記溶解した銅を回収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項に記載の鉄スクラップの溶解方法。
【請求項５】
銅部品を有する鉄スクラップに回転力を加えつつ、第１熱源を用いて、前記銅部品中の銅が溶解する温度まで前記鉄スクラップを加熱して前記銅を溶解し、この溶解した銅を前記鉄スクラップから分離する予熱装置と、
前記予熱装置に接続される接続装置と、
前記接続装置に接続される溶解炉であって、第２熱源を用いて、前記予熱装置から装入される、前記溶解した銅が分離された前記鉄スクラップを溶解する溶解炉と、を備えることを特徴とする鉄スクラップの溶解装置。
【請求項６】
前記第１熱源をバーナーによる熱とし、前記予熱装置はロータリーキルン型加熱装置であることを特徴とする請求項５に記載の鉄スクラップの溶解装置。
【請求項７】
前記第２熱源はアーク熱が主力であり、炭材を前記溶解炉に添加し、この炭材を燃焼して得られる燃焼熱を加えた第２熱源を用いて、前記鉄スクラップが溶解され、及び
前記第１熱源に前記溶解炉からの排ガスを供給して、前記鉄スクラップが加熱されるように構成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の鉄スクラップの溶解装置。
【請求項８】
加熱されかつ前記銅が分離された前記鉄スクラップが前記予熱装置から前記接続装置を介して前記溶解炉へ連続的に装入され、鉄スクラップが溶解されるように構成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の鉄スクラップの溶解装置。
【請求項９】
前記予熱装置と前記接続装置との間には、前記溶解した銅を回収するための銅逃がし穴が形成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の鉄スクラップの溶解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低品位な鉄スクラップ、すなわち、銅部品を含有する鉄スクラップを溶解する前に、その銅部品の銅を鉄スクラップから分離する鉄スクラップの溶解方法及びその溶解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製品を製造する際に、大量に発生する鉄スクラップを有効利用することは、リサイクルの観点からだけでなく、鉄鉱石から鉄鋼製品を製造する場合と比較して酸化鉄を還元するエネルギーが不要な分、省エネルギー及びＣＯ２削減にも繋がる。このため、地球温暖化防止の面からも、鉄スクラップの有効利用が望まれている。
【０００３】
鉄スクラップは、鉄以外の金属部品、例えば、銅線などを含んだ車などの、鉄鋼を多く含む工業製品を破砕などすることで得られる。このため、これらの鉄スクラップには、銅線の銅成分に代表される、鉄鋼における不純物（トランプエレメントとも呼ぶ）が含まれている。鉄鋼製品の原料として鉄スクラップを再生利用する場合に、銅部品を有する鉄スクラップを溶解して溶融鉄を得ると、この溶融鉄中には、鉄スクラップの溶解過程で銅部品中の銅成分が不可避に混入してしまう。銅は酸素との親和力が小さいことや蒸気圧が鉄に比べてさほど大きくないことから、通常の製鋼精錬工程では銅を溶融鉄から除去することは困難である。
【０００４】
加えて、銅に代表されるトランプエレメントは鋼の性質や熱間加工性を損なう成分であるので、高級鋼を製造するためには、溶融鉄におけるトランプエレメントの濃度（含有率）を一定の水準以下にする必要がある。このため、従来、高級鋼を製造するための鉄源として、銅部品の含有量が多い低品位な鉄スクラップを使用することは困難であった。しかしながら、近年の鉄スクラップ発生量の増加及びＣＯ２発生量削減のために鉄スクラップを使用することに対する社会の要請を勘案すると、トランプエレメントの含有率が高い低品位な鉄スクラップであっても、その低品位な鉄スクラップの再生利用の量を高める必要がある。
【０００５】
そこで、溶融鉄から銅を除去する技術が検討され、幾つか提案されている。例えば、特許文献１には、実用性が比較的高い程度の減圧下（１０ｔｏｒｒ以下）におかれた溶融鉄中に、酸素、二酸化炭素、水蒸気、酸化鉄、酸化マンガン及び酸化クロムから成る群から選ばれた少なくとも１種の酸化剤を投入添加して溶融鉄を脱炭することにより、溶融鉄中に含まれている銅を蒸発除去する方法が提案されている。この方法は、溶融鉄と溶融鉄中の銅との蒸気圧の差を利用して銅を蒸発除去する方法である。
【０００６】
また、特許文献２には、０．０５質量％以上の銅を含む溶鋼の酸素量を０．０３質量％以上に調整した後、この溶鋼を２ｔｏｒｒ以下の真空雰囲気に維持して、溶鋼中の銅を除去する方法が提案されている。この方法は、溶鋼の酸素濃度が、０．０３質量％以上の溶鋼では、高真空度の雰囲気（０．１ｔｏｒｒ以下）に曝さなくても、金属状態の銅（Ｃｕ）よりも蒸発速度の大きい亜酸化銅（Ｃｕ２Ｏ）を溶鋼から生成させて、この亜酸化銅を溶融鉄から蒸発させて溶融鉄中の銅を除去する方法である。
【０００７】
しかしながら、上記方法は、何れも、大量の鉄スクラップを更に効率良く利用するという観点からは、溶融鉄からの銅の除去速度が充分ではなく、工業的規模で鉄鋼を製造する設備に適応することは難しいのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６１−１４９４１４号公報
【特許文献２】特開平７−２１６４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年、鉄鋼製品の品質特性に対する要求が更に厳しくなり、溶融鉄中のトランプエレメントの濃度（含有率）、特に銅の濃度（含有率）を低減する要求が高くなっているという状況がある。一方で、鉄スクラップの市場では、国内での鉄スクラップ備蓄量の増加に伴って、所謂「老廃屑」と呼ばれる鉄スクラップ中の銅を含むトランプエレメント含有率は高い水準を保っており、鉄スクラップを主たる鉄源とした鉄鋼製品の品質を確保するのが非常に厳しい状況にある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、銅含有率が高い鉄スクラップを鉄源に利用して溶融鉄を溶製する場合には、鉄スクラップに含まれる銅を効率的に除去して、銅濃度（含有率）の低い溶融鉄を溶製することができる鉄スクラップの溶解方法及び溶解装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、本発明に至った経緯を説明する。本発明者らは、鉄スクラップを主たる鉄源とした溶融鉄中の銅の濃度（含有率）を低減する方法を検討した。まず、本発明者らは、鉄スクラップと一緒に銅部品を溶解した後に、鉄中に溶解している銅をその溶融鉄から除去する方法については、元々銅線などであった純銅が鉄で希釈されて低濃度（低含有率）になるため、この銅を溶融鉄から除去することが難しくなると考えた。そこで、本発明者らは、鉄中に溶解している銅を除去する方法が難しい点を踏まえて、鉄から銅を除去する方法を鋭意検討した結果、鉄スクラップを溶解する前に事前に銅を溶解して除去する方法が良いことを見出し、本発明に至った。
【００１２】
本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）銅部品を有する鉄スクラップに回転力を加えつつ、第１熱源を用いて、前記銅部品中の銅が溶解する温度まで前記鉄スクラップを加熱して前記銅を溶解し、この溶解した銅を前記鉄スクラップから分離し、前記溶解した銅が分離された前記鉄スクラップを溶解炉に装入し、第２熱源を用いて、前記鉄スクラップを前記溶解炉で溶解することを特徴とする鉄スクラップの溶解方法。
（２）前記第１熱源をバーナーによる熱とし、ロータリーキルン型加熱装置である予熱装置内で、前記鉄スクラップに回転力を加えつつ前記鉄スクラップを加熱することを特徴とする上記（１）に記載の鉄スクラップの溶解方法。
（３）前記第２熱源はアーク熱が主力であり、炭材を前記溶解炉に添加し、この炭材を燃焼して得られる燃焼熱を加えた前記第２熱源を用いて、前記鉄スクラップを溶解し、前記第１熱源に前記溶解炉からの排ガスを供給して、前記鉄スクラップを加熱することを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の鉄スクラップの溶解方法。
（４）加熱されかつ前記銅が分離された前記鉄スクラップを前記溶解炉に連続的に装入して、前記鉄スクラップを溶解することを特徴とする上記（１）ないし上記（３）のいずれか１つに記載の鉄スクラップの溶解方法。
（５）前記予熱装置と前記溶解炉とは、接続装置を介して接続されており、前記予熱装置と前記接続装置との間に形成された銅逃がし穴を通じて、前記溶解した銅を回収することを特徴とする上記（１）ないし上記（４）のいずれか１つに記載の鉄スクラップの溶解方法。
（６）銅部品を有する鉄スクラップに回転力を加えつつ、第１熱源を用いて、前記銅部品中の銅が溶解する温度まで前記鉄スクラップを加熱して前記銅を溶解し、この溶解した銅を前記鉄スクラップから分離する予熱装置と、前記予熱装置に接続される接続装置と、前記接続装置に接続される溶解炉であって、第２熱源を用いて、前記予熱装置から装入される、前記溶解した銅が分離された前記鉄スクラップを溶解する溶解炉と、を備えることを特徴とする鉄スクラップの溶解装置。
（７）前記第１熱源をバーナーによる熱とし、前記予熱装置はロータリーキルン型加熱装置であることを特徴とする上記（６）に鉄スクラップの溶解装置。
（８）前記第２熱源はアーク熱が主力であり、炭材を前記溶解炉に添加し、この炭材を燃焼して得られる燃焼熱を加えた第２熱源を用いて、前記鉄スクラップが溶解され、及び前記第１熱源に前記溶解炉からの排ガスを供給して、前記鉄スクラップが加熱されるように構成されていることを特徴とする上記（６）または上記（７）に記載の鉄スクラップの溶解装置。
（９）加熱されかつ前記銅が分離された前記鉄スクラップが前記予熱装置から前記接続装置を介して前記溶解炉へ連続的に装入され、鉄スクラップが溶解されるように構成されていることを特徴とする上記（６）ないし上記（８）のいずれか１つに記載の鉄スクラップの溶解装置。
（１０）前記予熱装置と前記接続装置との間には、前記溶解した銅を回収するための銅逃がし穴が形成されていることを特徴とする上記（６）ないし上記（９）のいずれか１つに記載の鉄スクラップの溶解装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、銅部品を有する鉄スクラップに回転力を加えつつ、銅部品中の銅が溶解する温度まで鉄スクラップを加熱して、この銅を溶解し、鉄スクラップから溶解した銅を分離して、次いで、この鉄スクラップを溶解する。このため、溶融鉄中に含まれる銅は、鉄スクラップ中に予め固溶していた銅が大部分となり、鉄スクラップを溶解して得られる溶融鉄の銅濃度（銅含有率）を低くすることができる。その結果、鉄スクラップを大量に利用することができるばかりでなく、更には高級鋼材用の鉄源として低コストで鉄スクラップを使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を実施する鉄スクラップの溶解装置の概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
鉄スクラップを原料として溶製される溶融鉄について、キュポラのような竪型炉で鉄スクラップを溶解する場合には、この溶融鉄は溶銑となる。一方で、アーク炉のような電気炉で鉄スクラップを溶解する場合には、この溶融鉄は溶鋼となる。溶銑からの銅の除去と溶鋼からの銅の除去とは、同一の原理と原則とで対処可能であるので、本発明においては、溶銑及び溶鋼をまとめて「溶融鉄」と定義する。本発明は、溶銑及び溶鋼のいずれの溶融鉄にも適用することができる。本明細書において、溶銑及び溶鋼を区別する必要のある場合は、特に「溶銑」或いは「溶鋼」と表示する。
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施する鉄スクラップの溶解装置の概略縦断面図である。この鉄スクラップの溶解装置の構造を説明する。鉄スクラップの溶解装置１は、予熱装置２と、この予熱装置２に接続される接続装置４１と、この接続装置４１に接続される溶解炉３とを有している。予熱装置２と溶解炉３とは、接続装置４１を通じて互いに空間的に接続されている。予熱装置２の第１端部５は、接続装置４１の第１端部４２と接続している。溶解炉３の第１端部６は、接続装置４１の第２端部４３と接続している。溶解炉３では、接続装置４１を介して接続される予熱装置２から装入される鉄スクラップ９が溶解される。
【００１７】
予熱装置２は円管形状である。予熱装置２は、一点鎖線で示す円管の中心軸を中心として、回転の方向を示す矢曲線Ａの方向（周方向）に回転している。予熱装置２には、予熱装置２を回転させる回転機構（図示せず）が設けられている。予熱装置２の第２端部８は溶解装置１の外側に開放されている。この第２端部８から、銅部品を有する鉄スクラップ９が予熱装置２に装入される。
【００１８】
接続装置４１は円管形状であり、予熱装置２とは異なり回転していない。接続装置４１は、その上側の外壁から予熱装置２の第１端部５に向けて挿入されるバーナー１１と、鉄スクラップ９を搬送する搬送コンベア４４とを有している。接続装置４１は、予熱装置２の第１端部５と溶解炉３の第１端部６に接続され、かつ、接続装置４１の下側の一部を除き、第１端部５近傍の予熱装置２の外面を取り囲むように、移動方向Ｂに沿って第１端部５より下流側に配置されている。予熱装置２の内部空間とその内部の鉄スクラップ９とは、このバーナー１１によって加熱されている。接続装置４１に設けられたバーナー１１による火炎の熱（第１熱源）によって、その火炎の周りの空気が加熱され、この加熱された空気の熱が、予熱装置２の内部空間及びその空間の鉄スクラップ９に伝達して、バーナー１１による熱（第１熱源）によって鉄スクラップ９が直接的に加熱される。このようにして、予熱装置２の内部空間とその内部の鉄スクラップ９とが加熱される。
【００１９】
予熱装置２の内部では、この予熱装置２の回転に基づく回転力をこの鉄スクラップ９に加えつつ、バーナー１１による熱（第１熱源）を用いて、鉄スクラップ９の鉄成分を溶解させることなく、鉄スクラップ９に含まれている銅部品中の銅が溶解する温度まで鉄スクラップ９を加熱して、銅を溶解する。更には、この回転力で、溶解した銅が鉄スクラップ９から分離される。銅の溶解する温度とは銅の融点を意味し、銅の融点は、大気圧下では１０８４℃である。一方、鉄の融点は、大気圧下では１５３８℃である。即ち、鉄スクラップ９は、銅の融点より高く鉄の融点より低い温度となるように、バーナー１１によって加熱される。
【００２０】
本発明では、銅の融点が鉄の融点より低いことを利用して、鉄スクラップ９を加熱することで温度上昇に伴い鉄より先に銅が溶解して、同時に、鉄スクラップ９に回転力を加えることによって溶解した銅を鉄スクラップ９から分離している。この銅に回転力を加える理由としては、溶融した銅の表面張力や温度不均一による再凝固等の影響により、加熱しただけの自重による落下のみでは、効率良く銅を分離できないことに基づいている。
【００２１】
なお、バーナー１１は、通常、プロパンガスなどの可燃性物質と酸素ガスとが供給されて、この可燃性物質を燃焼させている。後述するように、溶解炉３で、炭材を用いて鉄スクラップ９を溶解する場合には、溶解炉３からの排ガスには、可燃性物質が含まれる。この排ガスが溶解炉３から接続装置４１を通過して、予熱装置２の空間に流れ入り、この可燃性物質が、予熱装置２の空間において所定の濃度となる場合には、このバーナー１１は、プロパンが供給されなくても酸素単独でも使用が可能であり、溶解炉３からの排ガス中の可燃性物質を燃焼することができる。
【００２２】
予熱装置２は、水平面に対して傾斜して配置されている。予熱装置２の傾斜角度は、２°〜５°であることが好ましい。この傾斜角度が２°より小さいと、鉄スクラップ９が自重によって移動しにくく、５°より大きいと、鉄スクラップ９の移動速度が速すぎることになる可能性がある。予熱装置２の内部に装入された鉄スクラップ９は、予熱装置２の回転による回転力とその自重とによって、移動方向Ｂに沿って予熱装置２の内部を移動して溶解炉３の第１端部６に送られる。鉄スクラップ９から分離された液体の銅１２も、自重によって予熱装置２の第１端部５の方向へ移動する。
【００２３】
予熱装置２は、ロータリーキルン型加熱装置であることが好ましい。ロータリーキルン型加熱装置である予熱装置２内で、鉄スクラップ９に回転力を加えつつ、この鉄スクラップ９を加熱することが好ましい。但し、ロータリーキルン型加熱装置は、その装置の内部の物質に回転力を加えつつその物質を加熱し搬送することに適しているが、予熱装置２は、ロータリーキルン型加熱装置に限定されるものではなく、その装置の内部の物質に回転力を加えつつその物質を加熱する機能を奏する装置であればよい。
【００２４】
予熱装置２で鉄スクラップ９に加える回転力は、主には、予熱装置２が回転する速度によって決まる。予熱装置２を回転する速度は、この鉄スクラップ９の種類、銅を分離する速度、加熱温度等の影響を考慮した適切な回転力が鉄スクラップ９に加えられるように、予熱装置２を回転させる回転機構（図示せず）を設定すればよい。
【００２５】
予熱装置２と接続装置４１との下側であって、接続装置４１と予熱装置２との間には、隙間が形成されている。この隙間が銅逃がし穴１３となっている。銅回収ボックス１４が、予熱装置２及び接続装置４１の外側であって、この銅逃がし穴１３の直下に配置されている。予熱装置２内では、鉄スクラップ９から分離された液体状の銅１２は、移動方向Ｂに沿って第１端部５の方向に予熱装置２内の下部を移動して、銅逃がし穴１３に流れ入る。次いで、この液体状の銅１２は、銅逃がし穴１３を通じて銅回収ボックス１４に流れ入り、回収されることが好ましい。回収された銅１２は、リサイクル銅として再利用することが可能であり、資源循環にも寄与することになる。
【００２６】
鉄スクラップ９も、銅逃がし穴１３に向かって予熱装置２内を移動するが、銅逃がし穴１３は、液体を通すが固体の鉄スクラップ９を通さない程度のサイズを有している。このため、鉄スクラップ９は、銅逃がし穴１３から落下せずに、予熱装置２から接続装置４１の第１端部４２に転がり入る。搬送コンベア４４は、その上で、銅が分離された鉄スクラップ９を受け取りかつ搬送し、次いで、この鉄スクラップ９を溶解炉３へ装入する。
【００２７】
溶解炉３は、上部電極２１及び炉底電極２２と、炭材吹き込みランス２３と酸素ガス吹き込みランス２４と出湯口２５とを有している。予熱装置２内で、溶解した銅が分離された鉄スクラップ９が溶解炉３に装入され、この溶解炉３の内部では、後述する熱源（第２熱源）を用いて更に加熱することによって鉄スクラップ９を溶解して、溶融鉄２６を得る。溶融鉄２６は、溶解炉３の底部に貯まる。溶解炉３の第１端部６とは異なる第２端部２７には、溶融鉄２６の出湯口２５が設けられており、この出湯口２５から取鍋などの保持容器（図示せず）に溶融鉄２６が出湯される。
【００２８】
溶解炉３の内部には、その上部から上部電極２１が挿入されている。溶解炉３の底には、この上部電極２１に対となる炉底電極２２が設置されている。上部電極２１と炉底電極２２とには図示しない直流電源が連結している。直流電源から高電圧の電流がこの上部電極２１に供給されて、上部電極２１から炉底電極２２に向かおうとする。この際に、上部電極２１から炉底電極２２に向けて、アークが発生する。発生したアークによるアーク熱（第２熱源）を用いて、溶解炉３に装入された鉄スクラップ９を溶解する。
【００２９】
炭材吹き込みランス２３と酸素ガス吹き込みランス２４とは、上下移動が可能なように溶解炉３の側壁を貫通して、溶解炉３に挿入されている。炭材吹き込みランス２３からは、空気や窒素ガス等を搬送用ガスとしてコークス、チャー、石炭、木炭、黒鉛など炭材が溶解炉３内に添加される。酸素ガス吹き込みランス２４からは酸素ガスが溶解炉３内に添加される。炭材吹き込みランス２３と酸素ガス吹き込みランス２４とから酸素ガスと炭材とを溶融鉄２６面又は溶融鉄２６中に吹き込むことが望ましい。吹き込まれた炭材と酸素ガスとが反応して、この炭材が燃焼して燃焼熱（第２熱源）を発生する。アーク熱に加えて燃焼熱（第２熱源）を用いて、溶解炉３に装入された鉄スクラップ９を溶解することが好ましい。この燃焼熱は補助熱源として作用するため、上部電極２１に供給される電気の電力使用量を節約することが可能となる。
【００３０】
溶解炉３は、電気に基づくアーク熱を主力の熱源として用いて、鉄スクラップ９を溶解しているので、いわゆる電炉ではあるが、この溶解炉３には、炭材も添加されており、この炭材を燃焼して得られる燃焼熱を加えた熱源（第２熱源）を用いて、鉄スクラップ９を溶解することが好ましい。この実施形態に限らず、溶解炉３は、熱源として炭材のみを用いて、この炭材を燃焼させることによってこの鉄スクラップ９を溶解する竪型炉でもよい。また、溶解炉３は、上部電極２１に供給される電気に基づくアークのみを熱源とした電炉であってもよい。
【００３１】
本発明では、予熱装置２内での鉄スクラップ９を加熱（予熱）しているので、溶解炉３への装入直前に、鉄スクラップ９自身の温度が既に上昇している。このため、鉄スクラップ９を予熱しない場合に比べて、鉄スクラップ９を溶解するための熱源のエネルギーを抑えることが可能となる。
【００３２】
また、溶解炉３で加熱された気体の熱はその内部空間で伝達して、この溶解炉３に、接続装置４１を介して空間的に接続された予熱装置２の内部空間へ伝達する。このため、予熱装置２の内部空間の温度が上昇するので、予熱装置２の内部空間及び鉄スクラップ９を加熱するためのバーナー１１の消費エネルギーをも抑えることができる。また、炭材と酸素とが反応することで、ＣＯガスやＨ２ガスなどの可燃性物質が溶解炉３内に発生する。溶解炉３内に、このような可燃性物質を含む排ガスが充満する。次いで、排ガスは、溶解炉３に空間的に接続された予熱装置２の内部空間へ流れ入る。バーナー１１（第１熱源）での火炎に、この排ガスを供給して、予熱装置２内の内部空間及び鉄スクラップ９を加熱することが好ましい。なぜならば、バーナー１１に供給される燃料の量を抑えることができることに加えて、排ガスの潜熱を溶解装置１の外へ放散することが無くなるため、炭材の持つエネルギーを効率的に使用することが可能となるからである。
【００３３】
予熱装置２は周方向に回転しているので、鉄スクラップ９もまた予熱装置２の内部で回転力により周方向に移動している。このため、予熱装置２の内部の気体は、鉄スクラップ９の移動により実質的に攪拌されているので、熱の対流現象によって、予熱装置２の内部空間の温度が上昇しやすい。このようにして、予熱装置２の内部空間及び鉄スクラップ９を加熱するためのバーナー１１の消費エネルギーを効率的に抑えることが可能となる。
【００３４】
更には、この加熱された気体を、溶解炉３から予熱装置２の内部空間へ吸引することによって、強制的に移動（送風）するように、予熱装置２の第２端部５に接続するブロワー（気体吸引機）３１を設けることが好ましい。ブロワー３１により気体が吸引されることによって、加熱された気体を含んだ溶解炉３からの排ガスが予熱装置２の内部空間により効率的に移動する（送風される）ので、熱の対流現象がより促進されて、予熱装置２の内部空間の温度が更に上昇しやすくなる。このようにして、バーナー１１の消費エネルギーを更に効率的に抑えることが可能となる。
【００３５】
予熱装置２で加熱されかつ銅が分離された鉄スクラップ９を、接続装置４１を介して溶解炉３に連続的に装入して、鉄スクラップ９を溶解することが好ましい。なぜならば、加熱した鉄スクラップ９を、接続装置４１を介して溶解炉３へ連続的に装入して溶解することにより、溶解炉３内で鉄スクラップ９を溶解するために必要なエネルギーのうち、加熱された鉄スクラップ９の顕熱分のエネルギーを低減することができ、よって、溶解炉３での電力、燃料等の熱源のエネルギー原単位を大幅に低減することができるからである。省エネルギーの観点から、加熱した鉄スクラップ９を連続的に溶解炉へ装入して溶解することの実用上の意義は極めて大きい。
【００３６】
なお、鉄スクラップ９のサイズは、概ね、横０．１〜０．３ｍ、縦０．１〜０．３ｍ、厚さ０．０１〜０．２ｍである。予熱装置２と溶解炉３と接続装置４１と、バーナー１１などは、鉄スクラップ９の寸法に適合するように、前述した各々の固有の機能を実現するために十分な寸法を有していればよい。例えば、銅逃がし穴１３のサイズは、上記の鉄スクラップ９を落下させずに、溶解した液体の銅が通過し得るサイズを有していればよい。
【００３７】
予熱装置２と溶解炉３と接続装置４１やバーナー１１などの各々の材質は、前述した各々の固有の機能を実現するために十分な耐熱性を有していれば、特に限定されない。
【００３８】
また、上記の実施形態では、予熱装置２において、バーナー１１によるガス加熱で鉄スクラップ９を加熱したが、誘導加熱、アーク加熱等の電気加熱を用いても問題なく、効果を損なうものではない。
【実施例】
【００３９】
図１に示す鉄スクラップの溶解装置を用いて、本発明を実施した。銅を含有する複数の鉄スクラップ９から銅を分離して、次いで、アーク加熱で、鉄スクラップ９を溶解して溶鋼を得た（本発明例１）。
【００４０】
本発明例１では、溶解炉３の炉容積は１５０トン／チャージとした。電極用電源のトランス容量は１００ＭＶＡであり、５０分で全量溶解し、１５８０℃の溶鋼で出鋼することとした。本発明例１では、炭材吹き込みランス２３及び酸素ガス吹き込みランス２４は機能させなかった。鉄スクラップ９の温度が１１００℃前後となるように、バーナー１１に、液化天然ガス（ＬＮＧ）と酸素とを供給して、バーナー１１の燃焼熱を制御した。予熱装置２としてはロータリーキルン型加熱装置を用いた。
【００４１】
ロータリーキルン型加熱装置は、長さが１０ｍであり、断面積が概ね１２ｍ２であり、側壁の厚みが０．５ｍであり、容積が１２０ｍ３であるものを用いた。ロータリーキルンの回転速度は２ｒｐｍ一定とし、傾斜角度は３°とした。鉄スクラップ９のサイズは、概ね、横０．１〜０．３ｍ、縦０．１〜０．３ｍ、厚さ０．０１〜０．２ｍであった。予熱装置２における鉄スクラップ９の搬送速度は３トン／分とした。接続装置４１は、ロータリーキルン型加熱装置の寸法に準じており、長さが３ｍであり、断面積を１４ｍ２とした。銅逃がし穴１３は、最大の長さを２０ｍｍとした。予熱装置２と接続装置４１と溶解炉３とは、外側は耐熱鋼であり、内側は耐火物からなる。
【００４２】
本発明例１とは、銅の含有率がそれぞれ異なる２種類の鉄スクラップ９を溶解して溶鋼を得た（本発明例２及び本発明例３）、本発明例２及び本発明例３のその他の条件は本発明例１と同様である。
【００４３】
また、炭材吹き込みランス２３からコークスを、酸素ガス吹き込みランス２４から酸素ガスを溶鋼面に吹き込み、本発明例１でのアーク加熱に加えて炭材の燃焼による燃焼熱によって、本発明例１での鉄スクラップとは銅の含有率が異なる鉄スクラップを溶解して溶鋼を得た（本発明例４）、本発明例４のその他の条件は本発明例１と同様である。
【００４４】
上記の本発明例１〜４と比較するために、図１に示す鉄スクラップの溶解装置を用いたが、予熱装置２の内部空間を加熱することなく、本発明例１の溶解炉３と同様の条件で、銅部品の銅の含有率が、本発明例１〜４とは異なる鉄スクラップ９を溶解した（比較例）。本発明例１〜４及び比較例の条件及び結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
0005838794.tif 000002
【００４６】
＜実施例の評価及び結果の検討＞
表１中の「銅含有率（質量％）鉄スクラップ中」は、次のように決定した。
１．複数の鉄スクラップ９のうちから５つの鉄スクラップ９を無作為に抽出した。
２．その５つの鉄スクラップ９の各々を事前に溶解して得られた５点の溶鋼に対して発光分光分析を行い、各溶鋼中における５点の銅の含有率（質量％）を測定した。
３．その測定した５点の銅の含有率（質量％）の平均値を算出した。
４．この算出した平均値を「銅含有率（質量％）鉄スクラップ中」とした。
【００４７】
表１中の「銅含有率（質量％）溶解後」は、溶解炉３のアーク加熱の後で得られた溶鋼中の銅の質量％を発光分光分析で測定したものである。表１中の「銅除去率」は、「１００×（鉄スクラップ中の銅含有率（質量％）−溶解後の銅含有率（質量％））／鉄スクラップ中の銅含有率（質量％）」で表した値である。表１中の「電力原単位」は、１トンの溶鋼を得るのに要した電力（ｋＷｈ）を表した値である。表１中の「ＬＮＧ原単位」は、１トンの溶鋼を得るのに要した液化天然ガスの量（Ｎｍ３）を表した値である。
【００４８】
本発明例１〜４では、比較例と比べると、溶解後の銅含有率が鉄スクラップ中の銅含有率より大幅に減少していることがわかる。高銅含有率な低品位鉄スクラップから、銅濃度（銅含有率）が低い溶鋼が効率的に得られることを確認することができた。また、本発明例１〜４では、比較例と比べると、電力原単位も大幅に低減していることがわかる。このことから、鉄スクラップが予熱されていることで、鉄スクラップを溶解するために必要となるエネルギーを低減できたことも確認された。
【００４９】
また、本発明例４では、炭材吹き込みランス２３からコークスを加えていることで、バーナー１１に供給する液化天然ガス（ＬＮＧ）の、ＬＮＧ原単位が、本発明例１〜３と比べると、低減されており、かつ、電力原単位も大幅に低減していることがわかる。溶解炉３で用いた炭材の燃焼熱を、鉄スクラップ９を溶解するためのエネルギーに利用することで、溶解炉３でのアーク加熱に使われる電力も大幅に低減できたことも確認された。
【符号の説明】
【００５０】
１  溶解装置
２  予熱装置
３  溶解炉
５  予熱装置の第１端部
６  溶解炉の第１端部
８  予熱装置の第２端部
９  鉄スクラップ
１１  バーナー
１２  銅
１３  銅逃がし穴
１４  銅回収ボックス
２１  上部電極
２２  炉底電極
２３  炭材吹き込みランス
２４  酸素ガス吹き込みランス
２５  出湯口
２６  溶融鉄
２７  溶解炉の第２端部
３１  ブロワー
４１  接続装置
４２  接続装置の第１端部
４３  接続装置の第２端部
４４  搬送コンベア
【図１】
0005838794.tif 000003