(57)【要約】【課題】スチールスクラップ材を逐次投入しつつ効率よく成分調整を行うこと。【解決手段】横置き型の円筒状炉体１を、円筒状炉体１の軸心回りに回転自在に設け、その円筒状炉体１の一端面側に酸素バーナ２を設けてある回転溶融炉の運転方法であって、円筒状炉体１に銑鉄の溶解されたベース溶湯１Ｂを形成する先行溶解工程と、円筒状炉体１に加炭用炭素材を供給して、ベース溶湯１Ｂの上面に加炭用炭素材の被覆層１Ｃを形成させる加炭層形成工程と、円筒状炉体１に被溶解材料としてのスチールスクラップ材を供給して、スチールスクラップ材を、被覆層１Ｃを通過させてベース溶湯１Ｂ中に差込溶解させる差込溶解工程とを順に行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
横置き型の円筒状炉体を、前記円筒状炉体の軸心回りに回転自在に設け、その円筒状炉体の一端面側に酸素バーナを設けてある回転溶融炉の運転方法であって、
前記円筒状炉体に銑鉄の溶解されたベース溶湯を形成する先行溶解工程と、
前記円筒状炉体に加炭用炭素材を供給して、前記ベース溶湯の上面に加炭用炭素材の被覆層を形成させる加炭層形成工程と、
前記円筒状炉体に被溶解材料としてのスチールスクラップ材を供給して、前記スチールスクラップ材を、前記被覆層を通過させて前記ベース溶湯中に差込溶解させる差込溶解工程とを順に行う回転溶融炉の運転方法。
【請求項２】
前記被溶解材料としてのスチールスクラップ材を予熱する予熱工程を行った後、前記差込溶解工程を行う請求項１に記載の回転溶融炉の運転方法。
【請求項３】
前記円筒状炉体の他端面側に、前記酸素バーナからの排ガスを排出する排気路を設けてあるとともに、前記予熱工程は、前記排気路を経由する予熱領域において、前記スチールスクラップ材を前記排ガスの保有熱により予熱する工程である請求項２に記載の回転溶融炉の運転方法。
【請求項４】
前記酸素バーナの空気比を、前記排ガスが可燃性ガスを含有する還元雰囲気となる領域に調整して前記酸素バーナを運転するとともに、空気を前記予熱領域に導入して、前記可燃性ガスを後燃焼させる請求項３に記載の回転溶融炉の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横置き型の円筒状炉体を、円筒状炉体の軸心回りに回転自在に設け、その円筒状炉体の一端面側に酸素バーナを設けるとともに、他端面側に被溶解材料および加炭用炭素材を円筒状炉体に投入する投入機を設け、他端面側に酸素バーナからの排ガスを排出する排気路を設けてある回転溶融炉の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳鉄等の被溶解材料を溶解する溶解炉として、従来、れんが等の耐火材を裏張りしてなる縦型円筒状のキュポラが使用されており、このキュポラに、固体燃料のコークスや被溶解材料等を交互に積層し、下方の羽口から送風機で空気を送り、コークスを燃焼させて被溶解材料を溶解していた。
【０００３】
しかし、キュポラは、コークス燃焼による加熱効率が低いうえに、操業に熟練を要するという問題があり、効率よく被溶解材料を溶解できる溶解炉が望まれている。また、単に被溶解材料を溶解するために、電気炉が用いられる場合もあるが、電気炉は運転コストが嵩むこと、燃焼を伴わないので、被溶解材料中の不純物を高温の燃焼雰囲気で酸化除去する精錬効果が得られないという実状がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載のように、横置き型の円筒状炉体を、円筒状炉体の軸心回りに回転自在に設け、その円筒状炉体の一端面側に酸素バーナを設けるとともに、他端面側に被溶解材料を円筒状炉体に投入する投入機を設けてある横置き型の回転溶融炉を用い、効率よく鋳鉄を溶融精錬することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】登録実用新案第３００１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このような回転溶融炉は、品質の安定した鋳鉄用銑鉄を被溶解材料として溶融精錬する場合には効率よく操業できるものの、亜鉛鋼板のスチールスクラップ材を被溶解材料として溶融精錬したいような場合には十分な精錬が行えない場合があった。このスチールスクラップ材は、鋳鉄用銑鉄に比べて融点が高く、炭素含有量が少なく、マンガン含有量が多く、亜鉛を含有している。そのため、このような材料を溶融精錬するには、炭素を追加（加炭）するといった成分調整が必要となることから、スチールスクラップ材を横置き型の円筒状炉体内に投入するとともに、加炭用炭素材も炉内に投入する必要が生じる。また、スチールスクラップ材のような被溶解材料は、嵩高く、炉内に逐次投入する必要がある。また、加炭用炭素材は、炉内で被溶融材料の加熱溶融とともに、容易に消失してしまう性質のものである。そのため、スチールスクラップ材と加炭用炭素材とを逐次投入したとしても、スチールスクラップ材と加炭用炭素材とを十分接触混合を図ることができず、溶湯内に炭素成分が十分に浸透せず加炭が困難となる場合がある。
【０００７】
したがって、本発明は上記実状に鑑み、被溶解材料を逐次投入する形態で溶融精錬するような場合であっても、効率よく成分調整を行える回転溶融炉の運転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】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の回転溶融炉の運転方法の特徴構成は、
横置き型の円筒状炉体を、前記円筒状炉体の軸心回りに回転自在に設け、その円筒状炉体の一端面側に酸素バーナを設けてある回転溶融炉の運転方法であって、
前記円筒状炉体に銑鉄の溶解されたベース溶湯を形成する先行溶解工程と、
前記円筒状炉体に加炭用炭素材を供給して、前記ベース溶湯の上面に加炭用炭素材の被覆層を形成させる加炭層形成工程と、
前記円筒状炉体に被溶解材料としてのスチールスクラップ材を供給して、前記スチールスクラップ材を、前記被覆層を通過させて前記ベース溶湯中に差込溶解させる差込溶解工程とを順に行う点にある。
【０００９】
上記構成によると、回転溶融炉の円筒状炉体には投入機から被溶融材料を投入しつつ酸素バーナで投入された被溶融材料を溶解することができる。この時、スチールスクラップ材および加炭用炭素材を、たとえば、円筒状炉体の他端面側から投入しつつ、逐次差込溶解工程を行うことができ、円筒状炉体に規定量のスチールスクラップ材を供給した状態での溶融精錬を実行できる。
【００１０】
ここで、円筒状炉体に被溶解材料としてのスチールスクラップ材を供給すると、スチールスクラップ材は嵩高く、伝熱効率が良くないうえに、加炭用炭素材料と十分接触混合を図ることが困難である。そのため、あらかじめ、円筒状炉体に銑鉄の溶解された、ベース溶湯を形成する先行溶解工程を行っておけば、溶解容易な銑鉄のベース溶湯に差込溶解されることで、スチールスクラップ材が容易に熱を受け溶解される。
【００１１】
また、銑鉄とスチールスクラップ材とでは、スチールスクラップ材のほうが融点が高く、通常、ベース溶湯の温度を高く維持する必要があるが、ベース溶湯の上面に加炭用炭素材の被覆層を形成させる加炭層形成工程をあらかじめ行ってあれば、スチールスクラップ材は、差込溶解されるにあたって、加炭用炭素材の被覆層を通過してベース溶湯に差込溶解されるから、被覆層を通過する際に、スチールスクラップ材は加炭用炭素材に接触し、炭素成分がスチールスクラップ材に浸透し、加炭が進行し始めるとともに、スチールスクラップ材の融点を下げ、必要以上にベース溶湯の温度を高く維持することなく差込溶解を行えるようになる。
【００１２】
したがって、回転溶融炉においてスチールスクラップ材のような嵩高く炭素含有率の低い被溶解材料であっても容易に加炭し、溶融精錬できることになる。
【００１３】
前記被溶解材料としてのスチールスクラップ材を予熱する予熱工程を行った後、前記差込溶解工程を行ってもよい。
【００１４】
予熱工程を行うと、ベース溶湯からスチールスクラップ材への熱供給を少なくでき、効率の良い差込溶解工程を持続しやすくなる。また、予熱工程を行うと、スチールスクラップ材に含まれる低沸点成分が揮発除去されることで溶融精錬される溶湯中に混入する夾雑成分を低減することができる。
【００１５】
上記構成において、前記円筒状炉体の他端面側に、前記酸素バーナからの排ガスを排出する排気路を設けてあるとともに、前記予熱工程は、前記排気路を経由する予熱領域において、前記スチールスクラップ材を前記排ガスの保有熱により予熱する工程とすることができる。
【００１６】
酸素バーナからの排ガスを排出する排気路を設け、排気路は、投入部を経由して、排ガスの保有熱によりスチールスクラップ材を予熱する予熱領域を含むために、スチールスクラップ材を加熱溶解させるために供給された燃料の燃焼排ガスは、予熱領域を通った後、スチールスクラップ材を予熱して排気路から排出される。そのため、円筒状炉体には投入機から投入される被溶融材料は、予熱により高温に加熱された状態で、円筒状炉体に投入される。すると、被溶融材料は、容易に溶融される状態となるとともに、その被溶融材料が亜鉛含有鉄材を含むものであった場合に、被溶融材料に含まれる亜鉛等の低沸点の揮発成分を揮発させ除去する効果を発揮する。
【００１７】
また、上記構成において、前記酸素バーナの空気比を、前記排ガスが可燃性ガスを含有する還元雰囲気となる領域に調整して前記酸素バーナを運転するとともに、空気を前記予熱領域に導入して、前記可燃性ガスを後燃焼させることができる。
【００１８】
つまり、円筒状炉体内部では、炉内を高温に加熱しながら、一酸化炭素や水素を含む還元性雰囲気の排ガスが発生する条件で酸素バーナの運転を行うことができる。ここで、発生した排ガスは一酸化炭素や水素を含むために、これらの可燃性ガスを予熱領域において後燃焼させることによって、排ガスの保有熱のみならず、可燃性ガスの燃焼熱を予熱に用いることができ、高温に予熱することができる。すなわち、可燃性ガスを後燃焼させるための空気を予熱領域に導入することで、その可燃性ガスを燃焼することができ、その熱を予熱領域に導入されたスチールスクラップに供給することができる。なお、この際、空気の導入量は適宜調整することによって、スチールスクラップ材の表面酸化を抑制しながら効率よく高温にまで予熱できるようになる。
【発明の効果】
【００１９】
したがって、スチールスクラップ材を逐次投入しつつ効率よく成分調整を行えるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】回転溶融炉の縦断側面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態にかかる回転溶融炉の運転方法を説明する。尚、以下に好適な実施例を記すが、これら実施例はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２２】
〔回転溶融炉〕
回転溶融炉は、図１に示すように、横置き型の円筒状炉体１を、円筒状炉体１の軸心回りに回転自在に設け、その円筒状炉体１の一端面側に酸素バーナ２を設ける取付部１ａを設けるとともに、他端面側にたとえばスチールスクラップ材などの被溶解材料および加炭用炭素材料を円筒状炉体１に投入する投入機３を設ける開口部１ｂを設けてある。また、他端面側に酸素バーナ２からの排ガスを排出する排気路４を設けてある。
【００２３】
〔円筒状炉体〕
円筒状炉体１は、下方から回転機構を構成するローラー等（図外）に載置され、円筒状炉体１の軸心回りに回転自在となるように支持される。また円筒状炉体１の内部は、耐火断熱材が内張されており、かつ、両端面側が小径となる形状に形成されている。円筒状炉体１の一端面側に酸素バーナ２を円筒状炉体１の内部に臨む姿勢で取り付ける取付部１ａを設けてあり、円筒状炉体１の他端面側にスチールスクラップ材などの被溶解材料およびコークス等の加炭用炭素材料を円筒状炉体１に投入する投入機３を取り付け、排気路４に連通される開口部１ｂを設けてある。また、円筒状炉体１は、円筒状炉体１の軸心に直交する水平軸回りに傾動可能に基台（図外）に固定されている。これにより、円筒状炉体１内部で酸素バーナ２を用いてスチールスクラップ材を溶融する操業姿勢（図中実線）と、円筒状炉体１を傾動させて溶解された溶湯を円筒状炉体１外部に取り出す取り出し姿勢（図中一点鎖線）とに切り替えることができる。
【００２４】
〔酸素バーナ〕
酸素バーナ２は円筒状炉体１の一端面側の内壁に対してバーナ本体２０の先端がほぼ同一面となるように取付け、かつ同心状に設けられた燃料ノズル２１及び酸素ノズル２２の軸心方向が、円筒状炉体１の他端面側近傍におけるスチールスクラップ材の投入位置として形成される加炭領域１Ａに向かう、やや下向きの傾斜姿勢で取付部１ａに着脱自在に取り付けられている。
また、取付部１ａの外周側には、円筒状炉体１を傾動させて、スチールスクラップ材の溶解した溶湯を取鍋などに取り出す溶湯排出部１２を設けてあり、溶湯を円筒状炉体１外にバッチ式で取り出すことができるようになっている。
なお、ここで酸素バーナは、好適には、定常運転時に、排ガス中に一酸化炭素や水素などの可燃性ガスを含有する還元雰囲気となる領域で運転制御されつつ炉内が十分な高温になる条件下にて運転される。
【００２５】
〔排気路〕
円筒状炉体１の開口部１ｂには排気路４を連通可能に構成してある。排気路４は、円筒状炉体１の操業姿勢で開口部１ｂに連通接続されるフード状排気路４１と、フード状排気路４１に連通し、排ガスを上方に導くダクト状排気路４２とを備え、円筒状炉体１内で高熱を保有する排ガスを、フード状排気路４１内に保持されるスチールスクラップ材に供給してスチールスクラップ材を予熱するとともに、スチールスクラップ材に含まれる亜鉛を蒸発させ、亜鉛の蒸発物を排ガスとともにダクト状排気路（煙道）４２から排出できる予熱領域４Ａをフード状排気路４１内に形成する構成としてある。また、フード状排気路４１では、酸素バーナ２の燃焼により排ガス中に生成した一酸化炭素、水素等の未燃ガスを、開口部１ｂとフード状排気路４１の接続部分の隙間より吸い込まれる空気によりさらに燃焼させることができるため、この燃焼による燃焼熱もスチールスクラップ材の予熱に利用される。また、この吸込み空気流量を適正に制御することにより、スチールスクラップ材の表面酸化を抑制する燃焼雰囲気に保つことが可能となる。
【００２６】
〔投入機〕
投入機３は、ホッパ３１から供給されるスチールスクラップ材を円筒状炉体１内に向かって押し込むプッシャ３２を備えるとともに、プッシャ３２により押し込まれたスチールスクラップ材を円筒状炉体１内に案内する樋状の案内部材３３を備える。樋状の案内部材３３は、プッシャ等とともに円筒状炉体１内に挿脱移動可能に設けられており、溶湯の取り出し時など、円筒状炉体１を傾動させても邪魔にならない位置にまで引退移動可能に構成してある。案内部材３３は、円筒状炉体１に挿入した姿勢で、フード状排気路４１の予熱領域４Ａ内にスチールスクラップ材を滞留保持可能な長さを有しており、予熱領域４Ａに供給されたスチールスクラップ材が酸素バーナ２の排ガスの保有する熱等を受け、高温に予熱保持される構成となっている。予熱保持されたスチールスクラップ材は、さらにプッシャ３２にて押し込まれ、案内部材３３に沿って円筒状炉体１内に移動して、最終的にスチールスクラップ材の投入部としての開口部１ｂから円筒状炉体１内に落下投入される構成となっている。スチールスクラップ材が円筒状炉体１内に落下投入される際には、スチールスクラップ材とともに加炭用炭素材をプッシャ３２にて投入し、加炭領域１Ａにおいてスチールスクラップ材が加炭用炭素材の被覆層１Ｃを通過して、ベース溶湯１Ｂに差込溶解され、加炭用炭素材とともに溶解するように供給される。
【００２７】
〔運転方法〕
被溶解材料としては、亜鉛鋼板のスチールスクラップ材を主材とし、ダライ粉などの低品位な亜鉛含有鉄材を用いることができる。
このようなスチールスクラップ材は、比較的融点が高く溶解に高熱を有し、また、銑鉄に比べて表面積が大きいため、急速に溶解させて表面酸化を抑制する。また、炭素含有量が少なく、珪素含有量が少なく、マンガン含有量が多いという組成のために、加炭を要し、さらに必要に応じて、マンガン成分の調整を行う必要がある。
【００２８】
まず、円筒状炉体１に銑鉄の溶解されたベース溶湯１Ｂを形成する先行溶解工程を行う。
次に、円筒状炉体１に加炭用炭素材を供給して、ベース溶湯１Ｂの上面に加炭用炭素材の被覆層１Ｃを形成させる加炭層形成工程を行う。
また、予熱領域４Ａにて被溶解材料としてのスチールスクラップ材を予熱する予熱工程を行った後、さらに、円筒状炉体１に被溶解材料としてのスチールスクラップ材を供給して、スチールスクラップ材を、被覆層１Ｃを通過させてベース溶湯１Ｂ中に差込溶解させる差込溶解工程を順に行うとともに、差込溶解工程中に加炭用炭素材を追加投入する追加加炭工程を行う。
【００２９】
この実施形態における回転溶融炉では、横置き型の円筒状炉体１に、炭素含有率４．５％（％は質量％を指す。以下同じ。）（融点１１５０℃、比表面積１３０ｃｍ２／ｋｇ）の鋳物用銑鉄を３００ｋｇ投入機３から投入して、１４５０℃のベース溶湯１Ｂを形成する先行溶解工程を行う。酸素バーナ２の空気比は、スチールスクラップ材の高温酸化を抑制する目的で空気比を１．０以下の弱還元性雰囲気とする。
次に、円筒状炉体１に加炭用炭素材を供給して、ベース溶湯１Ｂの上面に加炭用炭素材としての粒径５ｍｍ〜１０ｍｍのコークスを４０ｋｇ投入機３から投入して被覆層１Ｃを形成させる加炭層形成工程を行う。これにより、円筒状炉体１の内部には厚さ３０ｍｍ程度の加炭用炭素材の被覆層１Ｃが形成された状態になる。
【００３０】
この状態で、被溶解材料の亜鉛含有鉄材としての炭素含有率０．４５％（融点１５３０℃、比表面積２６００ｃｍ２／ｋｇ）の亜鉛鋼板からなるスチールスクラップ材を１５ｋｇずつ、バッチ式で投入機３からフード状排気路４１に供給され差込溶解工程を行う。この際、差込溶解工程に先立って、供給されたスチールスクラップ材は、予熱領域４Ａにおいて５００℃にて３分間保持され、スチールスクラップ材から亜鉛等の揮発成分を除去する予熱工程が行われる。その後、差込溶解工程において、さらに加炭用炭素材２．３ｋｇとともに円筒状炉体１の加炭領域１Ａにバッチ式で落下投入される（追加加炭工程）。ここで用いられる加炭用炭素材は、粒径０．５ｍｍ〜２ｍｍのコークスであり、加炭工程で用いられるコークスよりも十分粒径が小さく、被覆層１Ｃを維持するに十分な安定性と、スチールスクラップ材に浸透し加炭に用いられるに十分な反応性を併せ持つ。
落下投入されたスチールスクラップ材は、酸素バーナ２の火炎により炉内雰囲気が約１７００℃〜１８００℃に加熱され、被覆層１Ｃを通過しつつ加炭されつつ１４５０℃程度のベース溶湯および溶解済みスチールスクラップ材に差し込み溶解されるとともに、予熱領域４Ａにおけるスチールスクラップ材の温度を９８０℃以上に保持するように予熱領域４Ａに排ガスを供給する。
【００３１】
溶解されたスチールスクラップ材の溶湯は１４５０℃で保持されつつ円筒状炉体１の軸心回りの回転により混合されつつ一端面側に移動し、円筒状炉体１をその軸心に直交する水平軸回りに傾動させることで、溶湯排出部１２から取鍋等に回収される。回収された溶湯は、炭素含有率３．８％の良好な鋳鉄材料に成分調整されていることが明らかになった。
【００３２】
〔その他〕
上記実施形態における回転溶融炉は、説明の便宜上例示されるものであって、酸素バーナの構成や、投入機の構成や、排気路の構成について、種々公知の回転溶融炉に採用され
る形態のものを採用することができる。例えば、投入機の別実施形態として、コンベアで供給されるスチールスクラップ材をロータリキルン式の材料予熱装置に投入し、キルンの回転によりスチールスクラップ材がキルン内で撹拌されるとともにキルン内を酸素バーナ２の排ガスが通過し、その保有熱等でスチールスクラップ材が効率良く高温に予熱される。予熱保持されたスチールスクラップ材は、シューターを介し、加炭用炭素材と共に円筒状炉体１内に落下投入される。
また、被溶解材料として用いられるスチールスクラップ材についても、種々の成分組成のものが用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の回転溶融炉は、スチールスクラップ材を逐次投入しつつ効率よく成分調整して鋳鉄材料として再利用するのに用いることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    ：円筒状炉体
１Ｂ  ：ベース溶湯
１Ｃ  ：被覆層
２    ：酸素バーナ
３    ：投入機
４    ：排気路
４Ａ  ：予熱領域
【図１】
2018003069.tif 000003