(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内で還元し溶融させることによって、金属酸化物凝集体を含む原材料から溶融金属を生産する方法であって、
時間経過とともに、前記炉内の下向き傾斜面上に配置された原材料のベッド又は層が所定の特性を有するように、前記炉における前記原材料の供給点である供給ポートの下で前記炉の底部に設けた１以上の開口部を通じて、少なくとも微粉を含んだ前記原材料の一部分を前記炉から選択的に取り除くことと、
鉛直方向に調整される各前記供給ポートを含む各外方シュートを備えた各原材料装入シュートを用いて、前記原材料ベッドの上に配置され、前記金属酸化物凝集体と炭素質材料との混合物により形成される層である凝集体層の安息角に応じて、各前記外方シュートと各前記供給ポートを鉛直方向に調整することにより、前記凝集体層の下方部分が所望の位置から生じるように調整することと
を含む方法。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記１以上の開口部には、１以上のホッパが結合されている方法。
【請求項３】
請求項１の方法であって、前記炉から取り除いた前記原材料の前記一部分を、前記原材料のベッド又は層の一部として前記炉にリサイクルすることをさらに含む方法。
【請求項４】
請求項１の方法であって、前記炉から取り除いた前記原材料の前記一部分を、さらに別の原材料のベッド又は層の一部として前記炉にリサイクルすることをさらに含む方法。
【請求項５】
請求項３の方法であって、前記炉に再投入する前に、前記リサイクル材料に添加物を添加することをさらに含む方法。
【請求項６】
請求項４の方法であって、前記炉に再投入する前に、前記リサイクル材料に添加物を添加することをさらに含む方法。
【請求項７】
請求項１の方法であって、前記炉は、複数の原材料装入シュートと、複数の排出ガスダクトと、当該炉の上部壁を通じて突出している複数の電極とを備え、前記原材料装入シュートは前記炉の側壁に隣接して設けられ、前記電極は前記炉の中心線上又はその近くに設けられる、方法。
【請求項８】
請求項１の方法であって、前記炉の上部壁は、複数の実質的に水平な踏み面と、複数の実質的に鉛直な蹴上げ部とを含む階段状の構成を有している、方法。
【請求項９】
請求項８の方法であって、前記炉の上部壁はさらに、実質的に鉛直な蹴上げ部のうち選択されたものを通じて突出する実質的に水平に構成された複数の二次燃焼バーナを有している、方法。
【請求項１０】
請求項８の方法であって、前記炉の上部壁はさらに、実質的に水平な踏み面のうち選択されたものを通じて突出する実質的に鉛直に構成された複数の二次燃焼バーナを有している、方法。
【請求項１１】
請求項１の方法であって、前記選択的な除去は、前記炉の運転中に実施される、方法。
【請求項１２】
金属酸化物凝集体を含む原材料から溶融金属を生産するための還元溶融炉であって、
時間経過とともに、前記炉内の下向き傾斜面上に配置された原材料のベッド又は層が所定の特性を有するように、少なくとも微粉を含んだ前記原材料の一部分を前記炉から選択的に取り除くための、前記炉における前記原材料の供給点である供給ポートの下で前記炉の底部に設けた１以上の開口部と、
鉛直方向に調整される各前記供給ポートを含む各外方シュートを備え、前記原材料ベッドの上に配置され、前記金属酸化物凝集体と炭素質材料との混合物により形成される層である凝集体層の安息角に応じて、各前記外方シュートと各前記供給ポートを鉛直方向に調整することにより、前記凝集体層の下方部分が所望の位置から生じるように調整する、各原材料装入シュートとを有する溶融還元炉。
【請求項１３】
請求項１２の炉であって、前記１以上の開口部は、１以上のホッパに結合されている炉。
【請求項１４】
請求項１２の炉であって、前記炉から取り除いた前記原材料の前記一部分を、前記原材料のベッド又は層の一部として前記炉にリサイクルする手段をさらに有する炉。
【請求項１５】
請求項１２の炉であって、前記炉から取り除いた前記原材料の前記一部分を、さらに別の原材料のベッド又は層の一部として前記炉にリサイクルする手段をさらに有する炉。
【請求項１６】
請求項１４の炉であって、前記炉に再投入する前に、前記リサイクル材料に添加物を添加する手段をさらに有する炉。
【請求項１７】
請求項１５の炉であって、前記炉に再投入する前に、前記リサイクル材料に添加物を添加する手段をさらに有する炉。
【請求項１８】
請求項１２の炉であって、複数の原材料装入シュートと、複数の排出ガスダクトと、当該炉の上部壁を通じて突出している複数の電極とをさらに備え、前記原材料装入シュートは前記炉の側壁に隣接して設けられ、前記電極は前記炉の中心線上又はその近くに設けられる炉。
【請求項１９】
請求項１２の炉であって、前記炉の上部壁は、複数の実質的に水平な踏み面と、複数の実質的に鉛直な蹴上げ部とを含む階段状の構成を有している炉。
【請求項２０】
請求項１９の炉であって、前記炉の上部壁はさらに、実質的に鉛直な蹴上げ部のうち選択されたものを通じて突出する実質的に水平に構成された複数の二次燃焼バーナを有している炉。
【請求項２１】
請求項１９の炉であって、前記炉の上部壁はさらに、実質的に水平な踏み面のうち選択されたものを通じて突出する実質的に鉛直に構成された複数の二次燃焼バーナを有している炉。
【請求項２２】
請求項１２の炉であって、前記選択的な除去は、前記炉の運転中に実施される炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、加熱溶融電気炉内で金属酸化物凝集体を炭素質材料で直接還元して溶融させた後、金属酸化物から溶融金属を生産する精錬処理等に関する。特に、本発明は、材料リサイクル機能、とりわけ処理中リサイクル機能を有する、溶融金属を生産するための電気炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の精錬ブラスト炉還元プロセスを置き換えるため、新たな鉄及び他の金属生産プロセスが、種々提案されている。これらの新たな鉄及び他の金属生産プロセスには、還元された凝集体を形成するために、回転路床炉内で炭素質材料によって金属酸化物凝集体を予備還元し、その還元した凝集体をアーク炉又はサブマージアーク炉内で溶融させることが含まれる。例えば、国際公開第ＷＯ／２０００／５１３４１１号公報（特許文献１）、国際公開第ＷＯ／２００１／５１５１３８号公報（特許文献２）、国際公開第ＷＯ／２００１／５２５４８７号公報（特許文献３）、及び国際公開第ＷＯ／２００３／１０５４１５号公報（特許文献４）を参照。
【０００３】
しかし、溶融炉としてアーク炉を使用するプロセスでは、溶融効率を高めること、耐火物の保護、過度な泡状スラグの生成を抑えること等を確実に実現するために、還元された凝集体を高いレベルで金属化するとともに、微粉の割合を低レベルに維持しなければならない。したがって、これらのプロセスを用いると、金属化レベルをより高く、かつ微粉の割合をより低く保ちつつ回転路床炉の生産性を高めることは困難であった。さらに、これらのプロセスに関する設備は大規模にならざるを得ない
【０００４】
これに対し、溶融炉としてサブマージアーク炉を使用するプロセスでは、還元された凝集体が層を形成し、耐火物の損傷、過度の泡状スラグの形成はさほど問題とならない。また、金属化レベル及び微粉の割合レベルに関する制約もより小さく、プロセスに関連する設備も相当縮小することが可能である。しかし、溶融炉としてサブマージアーク炉を使用するプロセスでは、還元された凝集体に残留している還元ステップによって発生するＣＯガスの化学エネルギを有効利用することが難しい。したがって、十分に生産性を高め、生産コストを十分に低減することができない。
【０００５】
溶融炉としてサブマージアーク炉を使用するプロセスでは、回転路床炉による予備還元ステップを省略し、未還元金属酸化物凝集体を、炭素質材料とともに直接サブマージアーク炉に装入して、予備還元ステップと溶融ステップとを同じ炉で実施することが可能である。しかし、金属酸化物凝集体及び炭素質材料が溶融金属を形成する非揮発性金属元素だけでなく揮発性金属元素を含んでいる場合、すなわち、金属酸化物原材料として、鉄圧延機ダスト等が利用される場合、炉の下方の領域で、還元された凝集体から蒸発して除去された揮発性金属元素が、炉の上方の領域にある低温ゾーンで再凝結し、還元された凝集体に付着して炉内を循環したり、炉の壁に堆積したりする。したがって、揮発性金属元素を排出ガスから効率的に回収することができない。また、還元された凝集体が下降しないために、運転上の問題を生じさせる場合がある。
【０００６】
このように、これらのプロセスでは、通常２つのステップ、回転路床炉を用いた予備還元ステップと、アーク炉又はサブマージアーク炉を用いた溶融ステップとが用いられる。これらのプロセスには、還元された凝集体を回転路床炉から溶融炉へ移送するための施設及び装置とともに、回転路床炉用と溶融炉用との２つの排出ガスプロセスラインが必要である。そのため、施設及び装置コストが高くなり、熱損失が増大し、システム全体のエネルギ消費を適切に最小化することができない。
【０００７】
以上の結果、静止型不傾式電気炉を用いる溶融金属生産方法が、国際公開第ＷＯ／２００９／２８０９１０号公報（特許文献５）によって提案されている。この方法は、炉の幅方向の一端に設けられ、その上方部分を通じて炉の内部に連通されている原材料装入シュートを使用することと、原材料装入シュートの幅方向反対側に位置し、炉の下方部分を加熱する電気ヒータと、炉の幅方向両端部の間で炉の上方部分に設置されている二次燃焼バーナとを含む。この方法は、原材料装入シュートを用いて、炉の一端から他端へ延びている下向き傾斜面により、炉に所定量の炭素質材料又は金属酸化物凝集体あるいはその両方を、溶融金属を形成する不揮発性金属元素を含む炭素質材料とともに装入することによって、原材料層を形成すること、原材料装入シュートを用いて、所定量の金属酸化物凝集体を炭素質材料とともに炉に装入することにより、下向き傾面上に凝集体層を実質的に形成すること、溶融により炉の下端に向けて、下向き傾斜面に沿って凝集体層を下降させつつ、電気ヒータによって凝集体層の下端を加熱することにより、炉内に溶融金属層及び溶融スラグ層を実質的に形成すること、及び凝集体層が発生するＣＯ含有ガスを燃焼させるために、炉内に酸素含有ガスを吹きこむことにより二次燃焼からの放射熱によって同時に凝集体層を熱的に還元することを含む。
【０００８】
この静止型不傾式電気炉を、図１に図示している。炉１０は、例えば、ほぼ矩形断面形状を有するアーク炉である。原材料装入シュート１２及び排出ガスダクト１４が、炉１０の上部壁１６に、あるいは上部壁１６を通じて接続されている。ヒータとして機能する電極１８が、炉１０の上部壁１６を貫通して挿入されている。原材料装入シュート１２は、例えば、炉１０の両側壁に隣接して設けられ、電極１８は炉１０の中心線の近くに設けられる。複数の原材料装入シュート１２及び電極１８を、炉１０の長手方向に沿って間隔をあけて配置することができる。二次燃焼バーナ２２もまた、炉１０の上部壁１６を貫通して挿入されている。複数の排出ガスダクト１４及び二次燃焼バーナ２２を、炉１０の長手方向に沿って間隔をあけて配置することができる。好ましくは、二次燃焼後に生成される酸化性排出ガスが、電極１８へ向かって流れ、それにより電極１８に損傷を与えるのを防止するため、排出ガスダクト１４を、電極１８よりも原材料装入シュート１２の近くに配置する。
【０００９】
図２を参照すると、炉１０の側壁２０、底壁２４には、中心線の近くでかつ原材料装入シュート１２から離れた位置（すなわち、図１の原材料ベッド３０から離れた位置）に、金属取り出し孔２６及びスラグ取り出し孔２８が、図１の溶融金属３２及び図１の溶融スラグ３４の取り出しを容易にするために設けられている。電極１８は、所望の熱効率を有する三相交流型で、製鋼電気アーク炉で通常使用されるものが好適である。一例としては、それぞれが単相の３対の電極１８から構成される、６本の電極１８を配列したものを用いることができる。溶融動作を実施している間は、各電極１８の先端部３６（図１）を、好ましくは、原材料ベッド３０の上に配置される凝集体層３８の内部に沈めるか、又は溶融スラグ３４の内部に沈めている。この結果、放射熱及び抵抗熱の効果により溶融が促進されるとともに、原材料ベッド３０に保護されていない炉１０の内面への損傷を最小限とすることができる。
【００１０】
図３を参照すると、稼働中、炉１０内の材料の流れと溶融領域の位置を制御する必要がある。このため、原材料装入シュート１２には、伸縮可能とされているか、あるいは鉛直方向に調整可能な供給ポート４２を含む外方シュート４０が設けられている。原材料装入シュート１２はそれぞれ、原材料を貯蔵するためのホッパ４４と、ホッパ４４に接続されている内方シュート４３と、内方シュート４３上を伸縮可能とされているか、あるいは鉛直方向に調整可能な外方シュート４０とを有する。凝集体層３８の安息角に応じて、凝集体層３８の下方部分は、外方シュート４０及び供給ポート４２を鉛直方向に移動させることにより、所望の位置で生じるように調整することができる。
【００１１】
関連出願の相互参照
この特許出願あるいは特許は、２０１０年１１月３０日に出願された、「材料リサイクル機能を有する、溶融金属を生産するための電気炉」と称する米国仮特許出願第６１／４１８，０４２号の優先権を主張し、そのすべての内容を参照として本出願に援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ／２０００／５１３４１１号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ／２００１／５１５１３８号公報
【特許文献３】国際公開第ＷＯ／２００１／５２５４８７号公報
【特許文献４】国際公開第ＷＯ／２００３／１０５４１５号公報
【特許文献５】国際公開第ＷＯ／２００９／２８０９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
一つ問題となりうるのは、炉１０内に微粉が蓄積される可能性があることである。微粉は、装入材料とともに炉１０に入り、あるいは層の移動、熱応力等に起因して炉１０内で発生する。これらの微粉は炉１０内で分離され、凝集体層３８の安息角を増大させる。もしこの微粉を除去しなければ、安息角が変化し、材料の流れが不安定となるため、長期間にわたって炉１０を連続稼動させることはできない。前記のように、炉１０内に過剰な微粉が蓄積すると、供給レッグの高さを調整しても凝集体層３８をうまく配置、制御することはできない。このため、微粉の問題を解決するために、さらに以下の様な技術が追加提案された。例えば、ハンマーのようなものを用いて凝集体層３８に衝撃を与えること、空気吹き付け、あるいは材料の流れが阻害されるのを修正し制御するための他の手段を利用することである。繰り返すが、微粉について定期的に対処し、あるいは除去しなければ、連続稼動は制限されざるを得ない。微粉を除去するためには、炉１０の稼働を停止して、炉１０の図１の上部壁１６又は側壁２０を開けなければならない。炉１０は高温であり、材料が容易に酸化するおそれがあるので、この作業は困難である。
【００１４】
このため、本技術においてなお必要とされているのは、冷却等を可能にする長期間停止をさせることなく、微粉その他の材料を炉から定期的に除去することができるような、材料リサイクル機能、特に処理中リサイクル機能を有する、溶融金属を生産するための電気炉である。
【００１５】
種々の実施例において、本発明は、冷却等を可能にする長期間停止をさせることなく、微粉その他の材料を炉から定期的に除去することができるような、材料リサイクル機能、特に処理中リサイクル機能を有する、溶融金属を生産するための電気炉を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
一実施例において、本発明は、炉内で還元し溶融させることによって、金属酸化物凝集体を含む原材料から溶融金属を生産する方法であって、時間経過とともに、前記炉内の下向き傾斜面上に配置された原材料のベッド又は層が所定の特性を有するように、前記炉における前記原材料の供給点である供給ポートの下で前記炉の底部に設けた１以上の開口部を通じて、少なくとも微粉を含んだ前記原材料の一部分を前記炉から選択的に取り除くことと、鉛直方向に調整される各前記供給ポートを含む各外方シュートを備えた各原材料装入シュートを用いて、前記原材料ベッドの上に配置され、前記金属酸化物凝集体と炭素質材料との混合物により形成される層である凝集体層の安息角に応じて、各前記外方シュートと各前記供給ポートを鉛直方向に調整することにより、前記凝集体層の下方部分が所望の位置から生じるように調整することとを含む方法を提供する。この方法は又、前記炉から取り除いた前記原材料の一部分を、前記原材料のベッド又は層の一部として前記炉に返してリサイクルすることをさらに含む。あるいは、この方法は、前記炉から取り除いた前記原材料の一部分を、さらに別の原材料のベッド又は層の一部として前記炉に返してリサイクルすることをさらに含む。あるいは、この方法は、前記炉に再投入する前に、前記リサイクル材料に添加物を添加することをさらに含む。好ましくは、この炉は、複数の原材料装入シュートと、複数の排出ガスダクトと、当該炉の上部壁を通じて突出している複数の電極とを備え、前記原材料装入シュートは前記炉の側壁に隣接して設けられ、前記電極は前記炉の中心線上又はその近くに設けられる。前記炉の上部壁は、複数の実質的に水平な踏み面と、複数の実質的に鉛直な蹴上げ部とを含む階段状の構成を有している。前記炉の上部壁はさらに、実質的に鉛直な蹴上げ部のうち選択されたものを通じて突出する実質的に水平に構成された複数の二次燃焼バーナを有している。あるいは、前記炉の上部壁は、実質的に水平な踏み面のうち選択されたものを通じて突出する実質的に鉛直に構成された複数の二次燃焼バーナを有している。また、前記選択的な除去は、前記炉の運転中に実施される。
【００１７】
他の実施例では、本発明は、金属酸化物凝集体を含む原材料から溶融金属を生産するための還元溶融炉を提供し、時間経過とともに、前記炉内の下向き傾斜面上に配置された原材料のベッド又は層が所定の特性を有するように、少なくとも微粉を含んだ前記原材料の一部分を前記炉から選択的に取り除くための、前記炉における前記原材料の供給点である供給ポートの下で前記炉の底部に設けた１以上の開口部と、鉛直方向に調整される各前記供給ポートを含む各外方シュートを備え、前記原材料ベッドの上に配置され、前記金属酸化物凝集体と炭素質材料との混合物により形成される層である凝集体層の安息角に応じて、各前記外方シュートと各前記供給ポートを鉛直方向に調整することにより、前記凝集体層の下方部分が所望の位置から生じるように調整する、各原材料装入シュートとを有する。前記１以上の開口部は、１以上のホッパに結合されている。前記炉はまた、前記炉から取り除いた前記原材料の一部分を、前記原材料のベッド又は層の一部として前記炉に返してリサイクルする手段をさらに有する。あるいは、前記炉は、前記炉から取り除いた前記原材料の一部分を、さらに別の原材料のベッド又は層の一部として前記炉に返してリサイクルする手段をさらに有する。また、前記炉は、前記炉に再投入する前に、前記リサイクル材料に添加物を添加する手段をさらに有する。前記炉はさらに、複数の原材料装入シュートと、複数の排出ガスダクトと、当該炉の上部壁を通じて突出している複数の電極とをさらに備え、前記原材料装入シュートは前記炉の側壁に隣接して設けられ、前記電極は前記炉の中心線上又はその近くに設けられる。前記炉の上部壁は、複数の実質的に水平な踏み面と、複数の実質的に鉛直な蹴上げ部とを含む階段状の構成を有している。前記炉の上部壁はさらに、実質的に鉛直な蹴上げ部のうち選択されたものを通じて突出する実質的に水平に構成された複数の二次燃焼バーナを有している。あるいは、前記炉の上部壁はさらに、実質的に水平な踏み面のうち選択されたものを通じて突出する実質的に鉛直に構成された複数の二次燃焼バーナを有している。また、前記選択的な除去は、前記炉の運転中に実施される。
【００１８】
本発明は、種々の図面を参照して説明および記載されており、類似のシステム部品あるいは方法ステップには、適宜同様の参照符号を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、金属酸化物凝集体と炭素質材料とから溶融金属を生産するための静止型不傾式電気炉であって、予備還元領域と溶融領域との両方を含んだ一体アセンブリ形態を有する静止型不傾式電気炉の一実施例を示す模式側面図である。
【図２】図２は、図１の静止型不傾式電気炉の他の模式平面図である。
【図３】図３は、図１及び図２の静止型不傾式電気炉の他の模式側面図であり、連続稼働中に炉内に微粉が蓄積されることに伴う問題を示す図である。
【図４】図４は、本発明の静止型不傾式電気炉の一実施例を示す模式側面図である。
【図５】図５は、本発明の静止型不傾式電気炉の一実施例を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の方法は、炉の幅方向の一端に設けられ、その上方部分を通じて炉の内部に連通されている原材料装入シュートを使用することと、原材料装入シュートの幅方向反対側に位置し、炉の下方部分を加熱する電気ヒータと、炉の幅方向両端部の間で炉の上方部分に設置されている二次燃焼バーナとを含む。この方法は、原材料装入シュートを用いて、炉の一端から他端へ延在する下向き傾斜面により、炉に所定量の炭素質材料又は金属酸化物凝集体あるいはその両方を、溶融金属を形成する不揮発性金属元素を含む炭素質材料とともに装入することによって、原材料層を形成すること、原材料装入シュートを用いて、所定量の金属酸化物凝集体を炭素質材料とともに炉に装入することにより、下向き傾斜面上に凝集体層を実質的に形成すること、溶融により炉の下端に向けて、下向き傾斜面に沿って凝集体層を下降させつつ、電気ヒータによって凝集体層の下端を加熱することにより、炉内に溶融金属層及び溶融スラグ層を実質的に形成すること、及び凝集体層が発生するＣＯ含有ガスを燃焼させるために、炉内に酸素含有ガスを吹きこむことにより二次燃焼からの放射熱によって同時に凝集体層を熱的に還元することを含む。この方法は又、少量の微粉を、原材料及び凝集体層の下にある炉の下方部分に沿った種々の位置に配置された排出ホッパを定期的に通過させることを含む。この方法は、二次燃焼バーナが貫通して設けられる炉の階段状上部を設けることによって改良される。
【００２１】
この静止型不傾式電気炉を図４に示している。炉５０は、例えば、上又は下から見てほぼ矩形の断面形状を有するアーク炉である。原材料装入シュート１２及び排出ガスダクト１４が、炉５０の上部壁５２に、あるいは上部壁５２を通じて接続されている。ヒータとして機能する電極１８が、炉５０の上部壁５２を貫通して挿入されている。好ましくは、これらの電極１８は、炉５０の内部に電極１８を差し込んだり炉５０の内部から電極１８を引き抜いたりするために使用する電極昇降装置５４に、それぞれ結合される。原材料装入シュート１２は、例えば、炉５０の両側壁５６に隣接して設けられ、電極１８は炉５０の中心線の近くに設けられる。前記のように、複数の原材料装入シュート１２及び電極１８を、炉５０の長手方向に沿って間隔をあけて配置することができる。二次燃焼バーナ２２もまた、炉５０の上部壁５２を貫通して挿入されている。複数の排出ガスダクト１４及び二次燃焼バーナ２２を、炉５０の長手方向に沿って間隔をあけて配置することができる。好ましくは、二次燃焼後に生成される酸化性排出ガスが、電極１８の方へ流れ、それにより電極１８に損傷を与えるのを防止するため、排出ガスダクト１４を、電極１８よりも原材料装入シュート１２の近くに配置する。
【００２２】
図４に示すように、炉５０の上部壁５２は、階段状の構成あるいはいずれかの側で原材料装入シュート１２から電極１８への斜面を有することが好ましい。階段状構成の各ステップは、実質的に水平な踏み面５８と、実質的に鉛直な蹴上げ部６０とを含む。二次燃焼バーナ２２は、実質的に水平な構成においては、酸素含有ガスが凝集体層３８の近傍に効果的に噴射されるように、実質的に鉛直な蹴上げ部６０を貫通して設けられる。なお、二次燃焼バーナ２２はまた、実質的に鉛直な構成においては、実質的に水平な踏み面５８を貫通して設けることができる。
【００２３】
前記のように、炉５０の側壁６２、底壁６４には、中心線の近くでかつ原材料装入シュート１２から離れた位置（すなわち、原材料ベッド６６から離れた位置）に、金属取り出し孔６８及びスラグ取り出し孔７０が、溶融金属３２及び溶融スラグ３４の取り出しを容易にするために設けられている。なお、金属取り出し孔６８及びスラグ取り出し孔７０は、炉５０の下方部分であれば、どのような所望の場所に設けてもよい。図５に示すように、これらの孔６８、７０は、炉５０の底の中心に設けることができる。電極１８は、所望の熱効率を有する三相交流型で、製鋼電気アーク炉で通常使用されるものが好適である。一例としては、それぞれが単相の３対の電極１８から構成される、６本の電極１８を配列したものを用いることができる。溶融動作を実施している間は、各電極１８の先端部３６を、好ましくは、原材料ベッド６６の上に配置される凝集体層３８の内部に沈めるか、又は溶融スラグ３４の内部に沈めている。この結果、放射熱及び抵抗熱の効果により溶融が促進されるとともに、原材料ベッド６６によって保護されない炉５０の内面への損傷を最小限とすることができる。
【００２４】
本発明によれば、炉５０の下方部分は、原材料層６６及び凝集体層３８の下の種々の位置に配置される複数の排出ホッパ８０を有する。これらの排出ホッパ８０は、炉５０内の材料の流れ及び溶融領域の位置が制御できるように、炉５０から（凝集体及び微粉を含む）所定量の原材料を排出させるために、処理中に、又はオフラインで選択的に作動させる。この排出動作は、排出ホッパ８０の下に配置されるスライドゲート及びスクリューコンベアを用いて実施される。各排出ホッパ８０で複数のスライドゲートを使用する場合、１以上のスライドゲートを一度に開けることによって、炉５０の特定の部分から材料を排出することができる。
【００２５】
稼働中、炉５０の連続稼動が適正に維持されるように、炉５０内の材料の流れと溶融領域の位置を制御する必要がある。このため、排出ホッパ８０を使用することに加え、原材料装入シュート１２には、伸縮可能とされているか、あるいは鉛直方向に調整可能な供給ポート４２を含む外方シュート４０が設けられる。各原材料装入シュート１２は、原材料を貯蔵するためのホッパ４４と、ホッパ４４に接続されている内方シュート４３と、内方シュート４３上を伸縮可能、あるいは鉛直方向に調整可能な外方シュート４０とを有する。凝集体層３８の安息角に応じて、凝集体層３８の下方部分は、外方シュート４０及び供給ポート４２を鉛直方向に移動させることにより、所望の位置で生じるように調整することができる。
【００２６】
このように、本発明は、微粉の分離及び蓄積又はそのいずれかに起因する原材料ベッド及び層の安息角の変化及び崩壊角の変化とは関係なく、凝集体層の下方部分を調整するためのシステム及び方法を提供する。供給点から溶融領域まで材料が安定して流れることによって、長期間の稼働が確立され維持される。この運転は、特に微粉が供給点の下方から除去される場合、著しく効果的である。供給ホッパに投入する直前で凝集体を選別したとしても、少量の微粉が炉内に入ることは避けられない。これらの微粉は、供給点でそのまま分離し、あるいは蓄積しがちである。この材料は、化学的には装入材料に類似しているか、あるいは部分的に還元されている。部分的に還元されているとしても、その材料は、通常酸化剤と還元剤との間で良好なバランスを有しており、通常リサイクルが可能である。この再生された材料をリサイクルする方法としては、凝集設備に投入する新たな供給材料に、その再生材料を単純に混入する方法があり、この場合、新規設備は必要でない。この再生された材料をリサイクルする他の方法としては、再生材料を、炉の取り出し側と反対側に位置する新規の供給ホッパ及び供給シュートに導く方法がある。ここでも、炉の好適な形状は矩形であり、耐火物は、４つの側面のうちの２つにＤＲＩを供給することで保護される。炉の取り出し側は、取り出し孔のところで高温金属及びスラグ又はいずれかの流れを良好にしておかなければならないため，炉の取り出し側を、ＤＲＩ層を維持することによって保護することは困難である。したがって、炉の取り出し側は、水冷によって保護することが望ましい。代替策としては、再生材料を炉の取り出し側に供給することでも、耐火物を保護し、水冷の場合に比較して熱損失を低減することが可能である。
【００２７】
除去された材料の量が多すぎる場合、炉には、例えば、材料供給のための２つの側面と同量の予備還元領域が必要となるであろう。しかし、除去材料の量は、新規の供給よりもはるかに少なく、部分的に還元されるかも知れない。そこで、新規のリサイクルホッパの下にあるスラグ及び高温金属層の上に堆積を作ることにより、リサイクルされる材料を溶融させることが可能である。
【００２８】
このタイプの電気溶融炉についての一つの重要な点は、泡状スラグが発生することである。泡状スラグは、一部は、還元反応から生成されるガスによって生成される。材料を、１対の電極の間のような電極に隣接している領域にリサイクルしてもよい。この場合、結果として還元反応によるＣＯガスと泡状スラグが発生する。脱硫作用が良好となるように、リサイクルされた材料にＣａＯを加えてもよい。ＣａＯの代わりに石灰岩（ＣａＣＯ３）又はドロマイト（ＣａＣＯ３及びＭｇＣＯ３）をリサイクルした材料に加えると、生成されるＣＯ２により泡状スラグが発生する場合がある。石灰岩又はドロマイトは、また、リサイクルした材料とは別個に炉に装入することができる。
【００２９】
本発明につき、好適な実施形態とその特定の実施例に関して例示し、記載したが、本技術分野の通常の技能を有する者には、他の実施形態、実施例により類似の機能を実施することができ、それとともに、または別個に類似の結果を得ることが可能であることは容易に理解できるであろう。このような等価な実施形態、実施例は本発明の範囲内であり、またそれから予期されるものであり、以下の請求の範囲によって包含されることを意図するものである。
【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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