(57)【要約】【課題】亜鉛含有鉄材を含む被溶解材料を逐次投入しつつ効率よく成分調整すること。【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に被溶解材料を供給して、被溶解材料を、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この順に行うとともに、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い、加炭層形成工程において用いられる加炭用炭素材を、追加加炭工程で用いられる加炭用炭素材よりも大きな粒度のものを用いる。【選択図】図１
2018003070.tif 000002
【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を供給して、前記被溶解材料を、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この順に行うとともに、
前記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い、
前記加炭層形成工程において用いられる加炭用炭素材を、追加加炭工程で用いられる加炭用炭素材よりも大きな粒度のものを用いる回転溶融炉の運転方法。
【請求項２】
前記被溶解材料がスチールスクラップ材である請求項１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、スチールスクラップ材等の被溶解材料を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、
前記円筒状炉体に前記被溶解材料を供給して、前記被溶解材料を、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この順に行うとともに、
前記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い、
前記加炭層形成工程において用いられる加炭用炭素材を、追加加炭工程で用いられる加炭用炭素材よりも大きな粒度のものを用いる点にある。
【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、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】
円筒状炉体に前記被溶解材料を供給すると、加炭用炭素材と接触しつつ溶解し、その接触面から溶湯中に炭素が浸透する。このとき、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、被溶解材料は、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、被溶解材料は加炭用炭素材に接触し、炭素成分が被溶解材料に浸透し、加炭が進行し始めるとともに、被溶解材料の融点を下げ、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。
【００１１】
さらに、被覆層を形成する加炭用炭素材は、高温の炉内において酸化され、次第に二酸化炭素として消失する。そこで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と、この被覆層中の加炭用炭素材の消失を補うことができる。このとき、被覆層を形成する際に必要な加炭用炭素材は、被覆層を形成し、ベース溶湯の表面を酸化雰囲気から保護するとともに、その加炭用炭素材自身が酸化消失されにくいという機能が求められる。一方、追加加炭工程で追加投入される加炭用炭素材は、溶融精錬が進むにしたがって、ベース溶湯の表面を酸化雰囲気から保護する機能をあまり必要とせず、むしろ被溶解材料と高効率に接触し、被溶解材料に浸透する機能が求められる。
そこで、前記加炭層形成工程において用いられる加炭用炭素材を、追加加炭工程で用いられる加炭用炭素材よりも大きな粒度のものを用いることにより、加炭層形成工程では、被覆層を形成し、ベース溶湯の表面を酸化雰囲気から保護するとともに、その加炭用炭素材自身が酸化消失されにくく、かつ、追加加炭工程では、小粒径の加炭用炭素材が、すでに加炭層を形成している大粒径の加炭用炭素材の隙間を充填する形態で、加炭層を維持する機能を果たしながら、被溶解材料と高効率に接触し、被溶解材料に浸透することにより、加炭が円滑に行われる環境を維持することができる。
【００１２】
したがって、被溶解材料を投入しつつ効率よく成分調整を行えるようになった。
【００１３】
前記被溶解材料がスチールスクラップ材とすることができる。
【００１４】
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。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。そのため、加炭層形成工程と追加加炭工程とを行い、それぞれの工程にそれぞれ適した加炭用炭素材を用いて加炭を行えるから、利用価値の乏しいスチールスクラップ材であっても利用価値の高い鋳鉄材料として再生できることになる。
【００１５】
尚、通常酸素バーナを用いて溶融精錬を行う場合、酸素バーナの酸素比ｍは、１．０＜ｍ≦１．２として運転を行う場合が多い。これに対して、上記構成の追加加炭工程を行う場合には、相対的に小粒径の加炭用炭素材を用いることになる。すると、小粒径の加炭用炭素材は大粒径のものに比べて単位重量当たりの表面積が大きく、より酸化消失しやすいものになっている。追加加炭工程では、すでに加炭層が形成されており、追加される加炭用炭素材の酸化消失が問題になりにくい状態ではあるものの、追加される加炭用炭素材の酸化消失を抑制しながら運転することが好ましいといえる。そのため、追加加炭工程を行う際の酸素バーナの酸素比ｍを、ｍ≦１．０とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
したがって、亜鉛含有鉄材を含む被溶解材料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】
【００１７】
【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】
【００１８】
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。
【００１９】
〔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。
【００２０】
〔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。
【００２１】
〔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。
【００２２】
〔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。
【００２３】
〔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。案内部材３３は円筒状炉体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。
【００２４】
〔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。
【００２５】
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。
【００２６】
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の酸素比ｍは、スチールスクラップ材の高温酸化を抑制する目的でｍ≦１．０の弱還元性雰囲気とし、加炭効率を高く維持する。
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。
【００２７】
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。この時の酸素バーナの酸素比ｍを、ｍ≦１．０の弱還元性雰囲気とする。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。予熱工程において予熱領域４Ａは、加炭用炭素材の酸化消失とともに発生した一酸化炭素、水素等のガスにより、還元雰囲気に維持されている。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）。この時の酸素バーナの酸素比ｍも、ｍ≦１．０の弱還元性雰囲気とし、加炭効率を高く維持する。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。
【００２８】
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、良好に加炭されていることが明らかになった。
【００２９】
〔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。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】
【００３０】
本発明の回転溶融炉は、たとえば、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】
【００３１】
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】
2018003070.tif 000003