(57)【要約】【課題】単一の予熱室を設けた溶解炉において、スクラップの過度な酸化を効果的に防止できる溶解炉のスクラップ予熱装置を提供する。【解決手段】炉体１１の上方に設けたシャフト１３内にスクラップＳｃを予熱する単一の予熱室１４を設けて、アーク炉１の排ガスをシャフト１３内の予熱室１４に流通させてスクラップＳｃを予熱し、かつ、予熱室１４の排ガス流入側と排ガス流出側を結ぶバイパス路２を設けて、当該バイパス路２に流量調節用のダンパ２１を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体の上方に設けたシャフト内にスクラップを予熱する単一の予熱室を設けて、溶解炉の排ガスをシャフト内の予熱室に流通させてスクラップを予熱し、かつ、予熱室の排ガス流入側と排ガス流出側を結ぶバイパス路を設けて、当該バイパス路に流量調節手段を設けた溶解炉のスクラップ予熱装置。
【請求項２】
前記流量調節手段として弁体ないしファンの少なくとも一方を設けた請求項１に記載の溶解炉のスクラップ予熱装置。
【請求項３】
前記バイパス路を流れる排ガス量の上限が溶解炉から排出される排ガス量の２５〜３５％になるように前記バイパス路の圧損が設定されている請求項１又は２に記載のスクラップ予熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶解炉のスクラップ予熱装置に関し、特に、予熱室を流通する排ガス量を適正に管理できるスクラップ予熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炉体の上方に設けたシャフト内にスクラップを予熱する単一の予熱室を設けた構造の溶解炉は例えば特許文献１に示されており、ここでは予熱室の下方を炉体側方から溶解室へ向けて開放して、予熱室内へ供給されたスクラップを溶解炉からの排ガスで予熱しつつ溶湯中へ供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８４０４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記従来のスクラップ予熱装置では、溶解炉から予熱室へ流入する排ガスは全く管理されていない。このため、排ガス温度が１６００℃前後に上昇する操業終盤の特に昇温還元期には、スクラップが排ガスで過度に加熱されて酸化し、歩留まりの低減や還元時間の長期化による生産性の低下を招くという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような問題を解決するもので、単一の予熱室を設けた溶解炉において、スクラップの過度な酸化を効果的に防止できる溶解炉のスクラップ予熱装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本第１発明では、炉体（１１）の上方に設けたシャフト（１３）内にスクラップ（Ｓｃ）を予熱する単一の予熱室（１４）を設けて、溶解炉（１）の排ガスをシャフト（１３）内の予熱室（１４）に流通させてスクラップ（Ｓｃ）を予熱し、かつ、予熱室（１４）の排ガス流入側と排ガス流出側を結ぶバイパス路（２）を設けて、当該バイパス路（２）に流量調節手段（２１，４）を設ける。
【０００７】
本第１発明において、溶解炉の排ガス温度が上昇し、あるいは排ガス量が増大すると、予熱室内のスクラップへの入熱量が過度に大きくなってその酸化が進行してしまう。そこで本発明ではバイパス路の流量調節手段によって排ガスの一部を、スクラップに供給することなくバイパス路に分流させる。これによって、スクラップの過度な予熱が防止されその酸化の進行が回避される。
【０００８】
本第２発明では、前記流量調節手段として弁体（２１）ないしファン（４）の少なくとも一方を設ける。
【０００９】
本第３発明では、前記バイパス路（２）を流れる排ガス量の上限が溶解炉（１）から排出される排ガス量の２５〜３５％になるように前記バイパス路（２）の圧損が設定されている。
【００１０】
なお、本発明は以下の操業方法であっても良い。すなわち、炉体（１１）の上方に設けたシャフト（１３）内にスクラップ（Ｓｃ）を予熱する単一の予熱室（１４）を設けて、溶解炉（１）の排ガスをシャフト（１３）内の予熱室（１４）に流通させてスクラップ（Ｓｃ）を予熱し、かつ、予熱室（１４）の排ガス流入側と排ガス流出側を結ぶバイパス路（２）を設けた溶解炉のスクラップ予熱装置において、前記バイパス路（２）を流れる排ガス量の上限を溶解炉（１）から排出される排ガス量の２５〜３５％に設定することを特徴とする溶解炉のスクラップ予熱装置の操業方法。
【００１１】
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明の溶解炉のスクラップ予熱装置によれば、単一の予熱室を設けた溶解炉において、スクラップの過度な酸化を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態における、スクラップ予熱装置を設けたアーク炉の概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態における、スクラップ予熱装置を設けたアーク炉の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。
【００１５】
(第１実施形態)
図１には溶解炉の一例としてシャフト式アーク炉を示す。図１において、アーク炉１の炉体１１内にその中心上方から電極１２が挿入されてアーク放電によって炉内のスクラップＳｃが溶融されている。炉体１１上方の偏心位置に筒状のシャフト１３が立設されて内部に単一の予熱室１４が形成されている。予熱室１４の下端開口には、下方へ開放可能なフォーク型ゲート１５が設けられている。フォーク型ゲート１５は複数の平行棒体をフォーク状に並べた構造のゲートで、平行棒体間の間隙を排ガスが流通できるようになっている。
【００１６】
予熱室１４の上端開口にはスライド開閉可能な扉体１６が設けられている。予熱室１４内にスクラップＳｃを装入する場合には、扉体１６を開いてバケット（図示略）で搬送されてきたスクラップＳｃを予熱室１４内へ落下供給する。操業中にアーク炉１の炉内で発生する高温の排ガスはゲート１５を通過して予熱室１４内を上昇しこの間にスクラップＳｃを予熱する。予熱されたスクラップＳｃは操業中の適当タイミングでゲート１５が開放されて下方の炉体１１内へ落下供給される。
【００１７】
ここで、本実施形態ではバイパス路２が設けられており、当該バイパス路２は、排ガス流入側である、シャフト１３の下端開口に近い下方の側壁に下端が開口している。バイパス路には途中に流量調節手段を構成する弁体としてのダンパ２１が設けられており、当該ダンパ２１は手動で開閉されても良いし、後述する計算式に基づいて自動で開閉されるようにしても良い。
【００１８】
ただし、発明者等の経験によると、ダンパ２１を全開にした場合にも、アーク炉１から排出される排ガス量の３０％程度のみがバイパス路２へ流れる上限排ガス量となるように当該バイパス路２の圧損を設定しておくのが良い。上記バイパス路２の上端は排ガス流出側である、予熱室１４の上端部側壁に開口している。なお、この開口位置は予熱室１４内にスクラップＳｒを充填した際のスクラップＳｒの高さよりも高い位置とする。予熱室１４の上端部側壁には煙道３が連結されており、煙道３は図略の冷却塔からブロアを経て集塵機に至っている。
【００１９】
ここで、アーク炉１から排出される排ガス量のどの程度をバイパス路２へ流すのが最適であるかをさらに詳細に実験した結果を表１に示す。表１によれば、予熱されたスクラップＳｃの表面酸化を抑制する（スクラップの酸化抑制度）ためには、アーク炉１から排出される排ガス量の２５％以上をバイパス路２へ流すのが良い。一方、スクラップＳｃを十分予熱できる予熱時間を比較すると、アーク炉１から排出される排ガス量の５〜３５％をバイパス路２へ流した場合の予熱時間がＴ（min）である場合に、３５〜４０％とした場合には予熱時間はＴ〜１．５Ｔ（min）と長くなり、４３％以上にすると１．５Ｔ（min）以上の予熱時間を必要とする。したがって、スクラップＳｒの表面酸化を抑制しつつ予熱時間を可及的に短くするためには、アーク炉１から排出される排ガス量の２５〜３５％をバイパス路２へ流すのが最適である。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
このような構造において、アーク炉１からの高温の排ガスが既述のようにゲート１５を通過して予熱室１４内を上昇してこの間にスクラップＳｃを予熱し、その後、予熱室１４の上端部から煙道３を経て排気される。排ガス温度が上昇し、あるいは排ガス量が増大すると、スクラップＳｃへの入熱量が過度に大きくなってその酸化が進行してしまう。
【００２２】
そこでこの場合、本実施例では、ダンパ２１を適当量開放して、排ガスの一部を、スクラップＳｃに供給することなくバイパス路２を介して直接予熱室１４上端部に流入させ、ここから煙道３に排出させる。これによって、スクラップＳｃの過度な予熱が防止されその酸化の進行が回避される。
【００２３】
ここで、アーク炉１から排出される熱量速度Ｑvaは、アーク炉１の排ガス量をＱ（ｍ3／min）、排ガス温度をｔ（℃）とすると、下式（１）で示される。
Ｑva＝（Ｑ・ｔ・ガス比熱）・Ｋ1（Ｋｗｈ／min）…（１）
ここで、Ｋ1は適当な係数である（以下、同様）。
【００２４】
また、煙道３の持ち去り熱量速度Ｑveは、煙道３の排ガス温度をｔ1（℃）とすると、煙道３に設置された図略のブロアの回転数で決定される排気量（煙道３の気流量）をＱ1として、下式（２）で示すようなものになる。
Ｑve＝（Ｑ1・ｔ1・ガス比熱）・Ｋ1（Ｋｗｈ／min）…（２）
【００２５】
さらに、バイパス路２の持ち去り熱量速度Ｑvbは、当該バイパス路２の排ガス温度はｔ（℃）であるから、ダンパ２１の開度で決定されるバイパス路２の気流量をＱ2として、下式（３）で示すようなものになる。
Ｑvb＝（Ｑ2・ｔ・ガス比熱）・Ｋ1（Ｋｗｈ／min）…（３）
【００２６】
したがって、他の熱損失を考慮しなければ、予熱室１４への入熱速度Ｑvpは下式（４）で得られる。
Ｑvp＝Ｑva−(Ｑve＋Ｑvb）…（４）
【００２７】
これにより、予熱室１４内のスクラップＳｃの熱容量を予め算出しておけば、式（４）で算出される入熱速度ＱvpよりスクラップＳｃの予熱温度変化を推定することができる。そこで、推定される予熱温度が適正範囲内に維持されるように、ダンパ２１の開度を制御して式（３）における排気量Ｑ２を調整する。この調整は例えば、排ガス量Ｑが増加した場合には排気量Ｑ２をこれに応じて増加させ、温度ｔが高くなった場合にも排気量Ｑ２をこれに応じて増加させるように行う。なお、式（１）〜（３）中の温度ｔ,ｔ1および排ガス量Ｑは適当な測定手段によって測定される。
【００２８】
排ガス量Ｑの直接的な測定が困難な場合には、アーク炉への投入電力、［Ｃ］吹込み速度、［Ｏ2］吹込み速度、助燃エネルギー吹精速度、先入れ［Ｃ］量、金属酸化量、想定スラグ生成熱、廃タイヤ量、廃プラスチック量、想定付着油分量から熱量速度Ｑvaを直接演算するようにしても良い。
【００２９】
式（４）で他の熱損失を考慮する場合、当該熱損失としては、フォーク型ゲートの冷却水抜熱速度Ｑ21、予熱室水冷パネル冷却水抜熱速度Ｑ22（Ｋｗｈ／min）、予熱室鉄皮表面からの放熱速度Ｑ23（Ｋｗｈ／min）、漏煙排ガスによる放熱速度Ｑ24（Ｋｗｈ／min）等があり、この場合には式（４）のＱvaから、Ｑve,Ｑvbに加えてＱ21〜Ｑ24も減じてＱvpを算出する。
【００３０】
（第２実施形態）
図２に示すようにバイパス路２にダンパ２１に直列に、自動で回転制御されるブースタファン４を設ける。このようにすると、予熱室内のスクラップの形状が変動してその圧損が大きく変化しても、ブースタファン４によってバイパス路２の気流量Ｑ２を正確に制御することができるから、スクラップＳｃの酸化の進行を効果的に防止することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１…アーク炉（溶解炉）、１１…炉体、１３…シャフト、１４…予熱室、２…バイパス路、２１…ダンパ（流量調節手段）、４…ブースターファン、Ｓｃ…スクラップ。
【図１】
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【図２】
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