(57)【要約】【課題】金属溶解のための溶解室と予熱室が直結し、金属が溶解室と予熱室に連続的に充填されている状態で、予熱された後溶解される金属溶解方法において、排ガスの発生量や組成の変動等の最適な操業のために必要な様々な操業パラメータを計測して制御して、効率よい金属溶解を行うことを目的とする。【解決手段】本発明では、金属溶解における排ガスの発生量や組成が変動するのを制御し、排ガス組成を正確に分析して適切に制御を行い、炉圧を制御し、また、充填された金属レベルを正確に把握することによって、効率のよい金属溶解を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備える金属溶解設備を用い、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解をする方法であって、下記の工程による効率的金属溶解方法。
前記溶解室にカーボンと酸素を供給して燃焼させ、金属の溶解を促進する金属溶解促進工程と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給して、前記溶解室で発生した排ガスを二次燃焼させ、更に、前記金属の溶解を促進させる燃焼用空気供給工程と、
開口部をシールして外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール工程と、
前記金属溶解設備内の圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御工程。
【請求項２】
前記金属溶解促進工程が、前記カーボンを一定速度で前記溶解室へ供給して行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項３】
前記金属溶解促進工程が、前記金属の溶解の開始時において、前記溶解室に存在する初期スラグ量を下記の式を満足するように行われる請求項２に記載の効率的金属溶解方法。
Ｗｓ＞２．５ＱＯ２
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
ＱＯ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
【請求項４】
前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記溶解室に設けられた複数の吹き込み口から分散して前記溶解室中に吹き込んで行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項５】
前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱して行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項６】
前記予熱が、前記燃焼用空気を前記溶解室の炉体に接して設けられたダクトを通過させることにより行われる請求項５に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項７】
前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解室中へ供給して行われる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項８】
前記燃焼用空気の制御が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行い、前記排ガスの組成が所定値となるように行われる請求項７に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項９】
前記燃焼用空気の制御が、前記排ガスの組成を、下式に適合させて行われる請求項８に記載の効率的金属溶解方法。
ＯＤ値  ＝  ＣＯ２ ／（ＣＯ＋ＣＯ２）
【請求項１０】
前記燃焼用空気の制御が、更に、前記排ガスに含まれる酸素濃度を所定値以下にして行われる請求項９に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１１】
前記排ガスの成分分析が、前記予熱室から排出された前記排ガスを、吸引ポンプによって分岐吸引し、一週間の連続運転に耐えうる十分なろ過面積を有する簡易集塵機を通過させて前記排ガス中のダストの一時除去を行った後に、レーザガス分析器によって行なわれる請求項８に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１２】
前記シール工程が、前記金属溶解設備の稼動部に存在する開口部に、所定量に制御されたシール用空気を吹き込むことによって行なわれる請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１３】
前記シール用空気を、前記燃焼用空気としても使用する請求項１２に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１４】
前記炉圧制御工程が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定し、前記測定値から発生する排ガス量を演算して行う請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１５】
前記炉圧制御工程が、前記予熱室に接続された排ガスダクト上に設置された排気ファンの回転数の制御によって行う請求項１４に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１６】
前記炉圧制御工程が、前期排ガスダクト上に設置された排気ダンパの開度の制御によって行う請求項１４に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１７】
更に次の工程を備える請求項１に記載の効率的金属溶解方法。
前記溶解室に溜まった溶解後の前記金属（以下「溶湯」と称する。）のレベルを精度よく検出する工程と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する工程。
【請求項１８】
前記溶湯レベル検出工程が、前記アークを供給する電極のマストの絶対位置を検出し、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アーク長から演算して行なわれる請求項１７に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項１９】
前記金属レベル検出工程が、前記予熱室上部から前記予熱室内の金属の上面にマイクロ波をあて反射波を受信することにより、金属のレベルを検出する請求項１７に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項２０】
前記金属レベル検出工程が、前記予熱室の横断面にマイクロ波の発信機と受信機を配置し、受信機がマイクロ波を受信したかどうかで、その横断面の金属の有無を検出する請求項１７に記載の効率的金属溶解方法。
【請求項２１】
アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備え、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解する金属溶解設備であって、下記の部材を備えた効率的金属溶解設備。
前記溶解室にカーボンを供給するカーボン供給装置と前記溶解室に酸素を供給する酸素供給装置を備える金属溶解促進装置と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、
前記金属溶解設備に存在する開口部をシールして、外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール装置と、
前記炉内圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御装置。
【請求項２２】
前記燃焼用空気供給装置が、前記燃焼用空気を分散して前記溶解室内に吹き込む複数の吹き込み口を、前記溶解室上に備えている請求項２１に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項２３】
前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱する予熱装置を備えている請求項２２に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項２４】
前記予熱装置が、更に、前記溶解室の炉体に接しており前記燃焼用空気が内部を通過することにより予熱される予熱ダクトを備えている請求項２３に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項２５】
前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解炉中へ供給する燃焼空気制御装置を備えている請求項２４に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項２６】
前記燃焼用空気制御装置が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行なう排ガス分析装置と、前記分析値を取り込んで演算し、前記燃焼用空気を所定量に制御する空気流量制御装置を備える請求項２５に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項２７】
前記排ガス分析装置が、前記予熱室から排出された前記排ガスを分岐吸引する分岐配管と、前記分岐配管上に設置され前記排ガスを吸引する吸引ポンプと、前記分岐配管上に設置され前記排ガス中のダストの一時除去を行うために十分なろ過面積を有する簡易集塵機と、レーザガス分析器を備える請求項２６に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項２８】
前記シール装置が、前記金属溶解室の稼動部に存在する開口部にシール用の空気を吹き込む吹き込み口と、前記シール用空気を所定量に制御するシール用空気制御装置を備える請求項２２に効率的金属溶解設備。
【請求項２９】
前記炉圧制御装置が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定する流量測定装置と、前記流量測定値から演算された発生排ガス量をもとに前記金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御する圧力制御装置を備える請求項２２に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項３０】
前記圧力制御装置が、前記排気ファンの吸込流量を制御する制御機能を備える請求項２９に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項３１】
前記圧力制御装置が、前記排気ダンパの開度を制御する装置を備える請求項２９に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項３２】
更に下記部材を備えた、請求項２１に記載の効率的金属溶解設備。
前記溶解炉に溜まった溶湯のレベルを精度よく検出する溶湯レベル検出装置と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する金属レベル検出装置。
【請求項３３】
前記溶湯レベル検出装置が、前記アークを供給するアーク電極のマストの絶対位置を検出する検出器と、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アークの長さにから前記溶湯のレベルを算出する演算装置を備える請求項３２に記載の効率的金属溶解設備。
【請求項３４】
前記前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の横断面に配置されたマイクロ波の発信機と受信機を備えており、前記受信機がマイクロ波を受信したか否かによって、前記横断面の金属の有無を検出する、請求項３２に記載の効率的金属溶解設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークによって金属を溶解する溶解室と、その上方に設置された予熱室からなる金属溶解設備を用いて、原料金属が溶解室と予熱室に連続的に充填された状態で、原料金属を金属溶解時に発生する排ガスによって予熱した後にアークで溶解する金属溶解において、当該溶解を効率よく行う効率的な金属溶解方法、及び、効率的金属溶解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アークによって金属を溶解する溶解方法は、鉄スクラップや還元鉄等の溶解を中心として、広く用いられている。このアーク炉では，電極から発生するアーク熱により，原料金属を加熱し溶解する。しかし、溶解のために多くの電力を消費するため，溶解中にアーク炉から発生する高温の排ガスの顕熱により、原料金属を予熱して、溶解のための電力使用量を極力少なくする方法が多数提案されている。その中で、冷鉄源の溶解に関して、下記に示す方法が有効な方法として、提案されている。
【０００３】
特公平６−４６１４５号広報（以下「先行技術１」と記す）には、溶解室に直結したシャフト型の予熱室を設け、溶解室と予熱室とに１ヒート分の冷鉄源を溶解毎に装入して、この冷鉄源を排ガスで予熱しつつ溶解する設備が開示されている。先行技術１では、予熱室が溶解室に直結されているので冷鉄源の保持・搬送用設備が必要でなく、そのため、これらの設備の設備トラブルを懸念することなく排ガス温度を上昇させ、冷鉄源の予熱温度を上げることができるので、電力削減効果に優れるが、１ヒート分の溶鋼量を溶解する毎に装入して溶解を再開するため、溶解される冷鉄源の約５０％は予熟されず、排ガスの有効利用という点では十分とは云えない。
【０００４】
また、この問題を解決すべく特開平１０−２９２９９０号公報（以下「先行技術２」と記す）および特開平号１１−２４８３５６号公報（以下「先行技術３」と記す）が提案されている。先行技術２による溶解方法は、溶解室の上部に直結するシャフト型の予熱室を備えたアーク溶解設備を用い、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態を保つように冷鉄源を連続的又は断続的に予熱室へ供給しながら、溶解室内の冷鉄源をアークにて溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で、冷鉄源が予熱室と溶解室とに連続して存在する状態で溶鋼を出湯する溶解方法である。又、先行技術３による溶解方法は、先行技術２の溶解方法に加えて、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室を傾動させて冷鉄源と溶鋼との接触面積を減少させ、溶鋼を加熱した後に出湯する溶解方法である。
【０００５】
先行技術２及び先行技術３においては、冷鉄源が溶解室と予熱室に連続して存在する状態を保つように予熱室へ冷鉄源を供給しながら溶解室内の冷鉄源を溶解し、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室及び予熱室に連続して冷鉄源が存在する状態で出湯するので、次ヒート以降では使用する全ての冷鉄源が予熱され、電力使用量を大幅に削減することができ、従来の排ガスを利用した冷鉄源の溶解方法及び溶解設備では達成できなかった高効率の溶解を実現することができる。
【０００６】
しかしながら、先行技術２及び先行技術３でも以下の問題がある。即ち、予熱室に装入された冷鉄源は、溶解室における冷鉄源の溶解に伴い、自然落下して溶解室内に供給されることを前提としているが、実際には溶解中に予熱室内の冷鉄源同士が融著して、溶解室内に冷鉄源が供給されず、溶解が停滞することが発生する。
【０００７】
そこで、特開平１３−２２０６１８号公報（以下「先行技術４」と記す）では、この間題を解決するために、予熱室内の排ガス組成を制御し、排ガス中の酸素濃度を５％以下に制御しつつ溶解することを開示している。
また、特開平１１−１８３０４５号公報（以下「先行技術５」と記す）では白焼、悪臭、ダイオキシン等の有害物質の発生を抑えた冷鉄源の溶解方法が開示され、溶解室で発生した排ガスが予熱室を通過した後に、排ガスに酸素含有ガスを供給して排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、排ガス温度を所定温度以上にし、その後、排ガスを急冷する方法である。
【０００８】
上記に示される冷鉄源の溶解方法は、鉄に限らず金属一般の溶解においても同様に実施可能である。上記金属の溶解方法の概要を、図１３を参照しながら下記に説明する。
【０００９】
金属２０４を溶解する溶解室２０１、溶解室２０１の上方に直結された予熱室２０２、及び、予熱室２０２に接続された排ガスシステム２０８からなる金属溶解設備を用いて金属２０４の溶解が行われる。金属２０４は、溶解室２０１に設置されたアーク電極装置２０５から発生するアークによって、溶解され、溶湯２０３が溶解室２０１の底部にたまる。また、溶解室２０１には、アーク電極装置２０５に加えて、カーボン供給装置２０６と酸素供給装置２０７が設置され、アークによる金属２０４の溶解を補助する補助燃料として、カーボンと酸素が溶解室２０１へ吹き込まれる。供給されたカーボンと酸素が溶解室内で燃焼し、その発熱にて金属２０４の溶解を促進する。この燃焼によりＣＯガスを主成分とする排ガスが生成される。
【００１０】
金属２０４の溶解時に発生する排ガスは、排ガスシステム２０８出側に設置された排ガスファン２０９の吸引力によって、溶解室２０１から上部の予熱室２０２へ流入し、予熱室２０２から排ガスシステム２０８を通過して大気へ排気される。排ガスシステム２０８中では、排ガス処理設備２１１で、排ガス未燃焼成分の二次燃焼や排ガスの冷却、集塵等がなされた後に、排ガスファン２１２から大気中へ放出される。原料の金属２０４は、溶解室２０１と予熱室２０２に連続して充填されている状態で、溶解で発生した排ガスが充填された金属２０４の間を通過する間に熱交換が行われて、予熱される。充填された金属２０４は下部が溶解して溶湯になるにつれて、重力による自然落下によって溶解室２０１へ供給される。
【００１１】
先行技術２による金属溶解方法では、上記排ガスは、発生後すぐに溶解室中にある金属と接するため、高い排ガス温度で金属を予熱することが可能であり、高い予熱効率が得られる。
上述したように、溶解室２０１と予熱室２０２は上下に直結され、充填された金属２０４は、溶解室２０１で下部の金属２０４は重力で自然落下し、予熱室２０２から溶解室２０１へ供給される。従って、予熱室２０２から溶解室２０１へ金属２０４を搬入させるための特別な装置を有しない。よって、搬入装置の熱変形等の懸念は無いので、カーボンや酸素の供給量を増加させ、排ガス温度を高めて高い予熱効率を得ることができる。
【００１２】
更に、溶解室２０１と予熱室２０２は直結されて半密閉状態になっているので、外気からの進入空気が少なく、金属の酸化も他の方法に比べて少ない。また、流入空気が少ないので、排ガス量も少なくなり排ガスシステム２０８もコンパクトになる。
上記の金属溶解方法は、上述のように他の溶解方法に比べて、予熱効率の高い優れた方法であるが、下記に示すような様々な問題点を有する。
【００１３】
予熱室２０２に充填された金属２０４は、溶解に応じて重力によって自然落下し、下部の溶解炉２０１へ供給される。しかし、現実には、排ガスによる酸化で金属２０４どうしが融着し、自然落下が妨げられることがある。従って、予熱室２０２内の金属２０４がスムーズに溶解炉２０１内へ供給されず、溶解が停滞する問題が発生する。この金属２０４の融着を減らすためには、排ガス中の酸素濃度を減らす方法が有効であり、上記先行技術４に示されるような排ガス中の酸素濃度を５％以下に制御しつつ溶解する方法が考案されている。しかし、実際の金属溶解の操業においては、排ガス量及び排ガス組成は操業に応じて刻一刻変動するため、容易にコントロールできないのが現状である。排ガス量と排ガス組成を一定に保つための適切な操業方法は、排ガス量と排ガス組成を一定に保つための適切な操業方法は、上記の先行技術では、まだ確立されていない。
【００１４】
金属２０４の溶解に関して更に詳述すれば、もし溶解炉の炉内に空気が存在すれば、コークスと酸素の反応によって発生したＣＯガスは、溶解室内の空気と反応して二次燃焼する。この二次燃焼により金属２０４の溶解が更に促進される。また排ガス温度自体も高まるので、予熱の効率も更に高まる。上述した溶解室２０１と予熱室２０２が直結した金属溶解システム以外の旧来の溶解設備では、様々な開口部が存在している場合が多く、この開口部から多量の空気が溶解室に流入する。流入した空気によって、ＣＯガスは二次燃焼する。しかし、流入する空気の量は操業状態によって変動するので、最適な二次燃焼が行われるように、積極的に流入する空気量をコントロールするようなことはできず、安定した燃焼は期待できなかった。また、排ガス量も流入した空気量によって不必要に多量となり、排ガス設備も不必要に大形になる問題があった。
【００１５】
一方、溶解室２０１と予熱室２０２が直結された上記先行技術２においては、半密閉状態で金属２０４が溶解される構造なので、旧来型から比べて、多量の外気が流入することは無く、原則として、排ガス量も少なく、金属溶解の効率の高い操業が得られる。しかし、溶解室２０１における二次燃焼に関して言えば、発生したＣＯガスはほとんど二次燃焼されずに、溶解室２０１から予熱室２０２へ排出されていくこととなる。
【００１６】
また、排ガスの二次燃焼を効率よく行い、金属溶解の効率を高めるには、溶解炉内へ供給するカーボンと酸素量が適切であるかどうか等の確認をするために、排ガスの成分を分析する必要がある。従来においては、下記の方法によって排ガスの成分の分析が行われている。
ひとつの方法として、レーザガス分析器を排ガスダクト２０９に直接取り付ける方法がある。（図面には示されていない。）この場合には、排ガス中のダストの影響を受けるので、計測精度が低下する。また、レーザガス分析器内の汚れを防止するために、常時分析器内に気体のパージが必要となる。また、分析成分によっては、Ｎ２等のパージが必要となる。
【００１７】
また、別の方法として、図１０１に示されるように、排ガスを成分分析用に排ガスダクトから分岐して、分岐管２１５上にレーザガス分析器２１４を設置する方法も採られる。分析器２１４は、内部にガスを吸引する吸引ポンプと、ガスが含むダストを除去するろ紙を備える。また、分岐配管２１５上には、分析器２１４へ排ガスが流入する手前に、ろ過器２１３が設置される。
この場合は  排ガスは、ガス分析器２１４内の吸引ポンプの吸引力で、排ガスダクト２０９から分岐吸引され、分岐配管２１４上に設置されたろ過器２１３を通過して、一時ダストが除去される。その後、排ガスは、分析器２１４の内部のろ紙で微細ダストを除去された後、レーザガス分析が行われる。
【００１８】
この方法では、ろ過器２１３で補修可能なダストは径で数μｍ以上のものまでであり、更に小さなダスト粒子はろ紙を通過してしまう。通過した微細ダストはすべて分析器２１４の中のろ紙によって除去する必要がある。従って、分析器内のろ紙の交換を、頻繁に行う必要があり、操業上の問題を有する。
また、分岐配管２１５の口径を、分析器２１４の吸引ポンプの吸引量に合わせると、非常に小さくなり、排ガスが含むダストが配管に付着し、そのダストのために配管そのものが閉塞する問題が起きる。また、前記問題を避けるために、配管径を大きくすると、ガス流速が遅くなり、ダストが配管に堆積することによって、配管が閉塞する問題が起こる。
【００１９】
更に、金属溶解の効率を高める制御項目として、金属溶解設備の炉圧を制御することも重要である。炉圧を精度よく制御するためには、その前提として、開口部等から流入する空気を最小化して、制御外乱を最小化する必要がある。先行技術２では、溶解室２０１と予熱室２０２が直結されており、流入する外気は、他の従来型設備に比べて非常に少ない。しかし、電極装置２０５、カーボン供給装置２０６、酸素供給装置２０７等の装置は、炉体の外部から内部へランスやノズルが貫通しており、開口部が存在する。従って、外気がその開口部分を通過して、溶解室２０１の内部へ流入する。この流入空気は制御の外乱となるため、炉圧制御を妨げる要因となる。従って、更に炉圧の制御の精度を上げるためには、この開口部をシールする必用がある。
【００２０】
炉圧の制御に関しては、従来技術では、圧力計によって炉圧を計測し、その測定値をもとに、排ガスシステムに設けられたダンパ２１０の開度を調製して、炉圧の制御を行う。しかし、炉圧計は、排ガスが有するダストで詰まることが頻繁に起こり、連続運転での信頼性に欠けるものである。
【００２１】
更に、上記の炉圧制御に加えて、効率よく金属を溶解させるためには、溶解する原料金属２０４の量（または装入された金属のレベル）と、溶解された溶湯２０３の量（または溶湯のレベル）を正確に把握して、金属溶解操業を総合的にコントロールすることが重要である。
【００２２】
原料金属２０４のレベルを検知するには、従来技術では、予熱室２０２内の数箇所に、マイクロ波送信器と受信器を互いに水平に設置するマイクロ波レベルスイッチを使用する方法が取られる。マイクロ波発信器から発信されたマイクロ波は、もし金属が存在すれば、金属に遮られるため、受信器まで到達しない。従って、もし受信器がマイクロ波を感知すれば、そのレベルに金属が存在しないと判断し、関知しなければ、金属が存在すると判断する。この方法にて、金属の存在するレベルを検出する。
【００２３】
この検出方法では、下記のような問題点を有する。
マイクロ波スイッチの前面に金属製のダスト、水分等が付着することにより、誤動作を起こす。また、受信器の真正面にたまたま金属片が滞在する場合には、マイクロ波が遮断され、金属が存在すると判定されてしまう。（実際には、金属はほとんどが測定レベルよりも下方にしか存在しない場合でも、マイクロ波の遮断が発生する。）また、このマイクロ波スイッチを複数使用する場合には、お互いが近くに設置されると、互いに干渉し合って正確なレベル検知が困難となる。
【００２４】
溶湯２０３のレベル検知に関しては、溶解炉１の内部は高温であり、正確なレベル検知の方法は、確立されていないのが現状である。  従って、排出された溶湯の重量と投入電力等から推定されるのが従来技術である。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上記に説明したように、溶解室と予熱室が直結し、金属が溶解室と予熱室に連続的に充填される状態で、予熱された後溶解される金属溶解方法は、旧来の金属溶解に比べて、効率の高い方法であるが、以下のような問題が発生する。
【００２６】
溶解室へ供給されたカーボンと酸素の燃焼によって発生したＣＯガスを主な成分とする排ガスの発生量及び組成が変動する。このため、排ガスにより、予熱室に充填されている金属が酸化される場合がある。酸化によって、充填された金属どうしの融着が発生し、この癒着によって、原料金属が予熱室から溶解室へ自然落下せず、スムーズな原料供給が妨げられる場合がある。
また、変動による最大ガス量に応じた排ガス処理が必要になるので、排ガス処理設備は不必要に大型化する必要がある。
【００２７】
更に、発生したＣＯガスは、溶解室内に空気が存在すれば、更に金属の溶解が促進される。しかし、上述の金属溶解は、半密閉状態で行われるため、流入する空気量が限定されるので、十分な二次燃焼は行われない。また、旧来の大きく開いた開口部から溶解室内へ流入する空気によって、二次燃焼させる方法では、空気量を所定量にコントロールできないので、安定した二次燃焼が得られず、また、排ガス量も増大する問題を有する。
【００２８】
上記の排ガスの発生を適正にコントロールするためには、排ガスの成分分析が必要であるが、従来の排ガスの成分分析方法では、下記の問題が存在する。
従来の方法のひとつは、レーザガス分析器を排ガスダクトに直接取り付ける方法である。この方法では、排ガス中のダストの影響を常時受けるので計測精度が低くなる。また、計器内の汚れを防止するために、常時機器内に気体のパージが必要となる。また、ガスの分析成分によっては、Ｎ２等のパージが必要となる。
別の方法としては、排ガスダクトから分岐管を設置して、この分岐管上にレーザガス分析器を設置して、分析を行う方法がある。この方法では、ガス分析器が備える吸引ポンプで分岐吸引し、排ガス吸引配管の途中に設置したろ過器で、一時ダストの除去を行い、分析器本体のろ紙で微細ダストを除去する。しかし、分析器のろ紙交換を頻繁に行う必要があり、また、分岐配管がダストによって閉塞する問題がある。
【００２９】
更に、金属溶解の効率化には、金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御する必要があるが、制御をする場合に当たっては、下記の問題が存在する。
当該金属溶解方法は、旧来に比べて開口部等は少ないが、依然、稼動部の廻りに開口部が存在する。この開口部から大気が流入し、外乱として圧力制御の妨げとなる可能性がある。
炉圧の制御に関しては、炉内圧力計で炉内圧力を検出し、排ガスシステムに設けられたダンパの開度調製で炉内圧力を制御する方法がある。この方法では、炉内圧力計の詰まりがあり、連続運転での信頼性が低い。
【００３０】
更に、金属溶解の効率化には、原料金属と、溶解された溶湯のレベル検知も重要である。
予熱室に充填された金属のレベル検知においては、下記の問題が存在する。
従来のマイクロ波送信器と受信器によるマイクロ波レベルスイッチによるレベル検知方法では、マイクロスイッチの前面にダストや水分が付着することにより誤作動する。また、小片の金属がマイクロスイッチの正面に滞在する場合には、誤判定される。また、複数個のマイクロスイッチを使用する場合には、お互いに干渉するため、きめ細かいレベル検知が難しい。
溶湯のレベル検知に関して、従来技術では、正確に溶湯レベルを検出する方法が無く、排出された溶湯の重量と投入電力等から推定されるのみであった。
【００３１】
従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、効率的に金属を溶解する方法と効率的に金属を溶解する装置を提供することである。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく、鋭利研究を重ねた。その結果、以下に示す方法、及び、装置によって、金属の溶解を効率よく行うことが課のであることを知見した。
【００３３】
本発明の効率的金属溶解方法の第１の態様は、アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備える金属溶解設備を用い、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解をする方法であって、下記の工程による効率的金属溶解方法。
前記溶解室にカーボンと酸素を供給して燃焼させ、金属の溶解を促進する金属溶解促進工程と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給して、前記溶解室で発生した排ガスを二次燃焼させ、更に、前記金属の溶解を促進させる燃焼用空気供給工程と、
開口部をシールして外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール工程と、
前記金属溶解設備内の圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御工程。
【００３４】
本発明の効率的金属溶解方法の第２の態様は、前記金属溶解促進工程が、前記カーボンを一定速度で前記溶解室へ供給して行われる効率的金属溶解方法である。
本発明の効率的金属溶解方法の第３の態様は、前記金属の溶解の開始時において、前記溶解室に存在する初期スラグ量を下記の式を満足するように行われる請求項２に記載の効率的金属溶解方法。
Ｗｓ＞２．５ＱＯ２
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
ＱＯ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
【００３５】
ここで、第２の態様と第３の態様の補足説明をすると、予熱室を通過する排ガスの組成は、溶解室に供給されるカーボンと酸素による燃焼排ガス（ＣＯガス）と、溶解室内に供給される空気との燃焼により発生したＣＯ２ガスである。いずれにしても、その源は溶解室から発生するＣＯガスが主なものである。実操業においては、この溶解室から発生するＣＯガスの発生速度を溶解中一定にできれば、予熱室を通過する排ガスの組成及びその後の排ガスの燃焼制御が十分に行うことができる。
【００３６】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので，その目的とするところは，溶解室内の溶鋼に酸素を供給し、溶解室内からＣＯガスを発生させる場合において、ＣＯガス発生速度を均一にさせる溶解方法を提供することである。本発明者らは，上記課題を解決する技術として，溶解室と，その上方に直結する予熱シャフトとを有するアーク溶解設備を用いて金属を溶解する方法であって金属が溶解室と予熱室に連続して存在する状態を保つように予熱室ヘ金属を連続的または断続的に供給しながら溶解室内の金属をアークにより溶解するとともに、カーボン源および酸素ガスを溶解室内に供給し、燃焼させることによって溶解を促進させ、溶解室に所定量の溶鋼が溜まった時点で溶解室および予熱室に冷鉄源が存在する状態で溶鋼を１チャージ分出鋼するにあたり、金属の溶解中、溶解室に供給するカーボン源の供給速度を一定とすることを特徴とする金属の溶解方法が第２の態様である。また、冷鉄源の溶解開始時において、溶解室に存在している初期スラグ量を下記▲１▼式より計算される量以上に保持していることを特徴とする冷鉄源の溶解方法を提案するものが第３の態様である。
Ｗｓ＞２・５Ｑ。２    一▲１▼
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
Ｑｏ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
【００３７】
本発明の効率的金属溶解方法の第４の態様は、前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記溶解室に設けられた複数の吹き込み口から分散して前記溶解室中に吹き込んで行われる効率的金属溶解方法である。
【００３８】
本発明の効率的金属溶解方法の第５の態様は、前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱して行われる効率的金属溶解方法である。
【００３９】
本発明の効率的金属溶解方法の第６の態様は、前記予熱が、前記燃焼用空気を前記溶解室の炉体に接して設けられたダクトを通過させることにより行われる効率的金属溶解方法である。
【００４０】
本発明の効率的金属溶解方法の第７の態様は、前記燃焼用空気供給工程が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解室中へ供給して行われる効率的金属溶解方法である。
【００４１】
本発明の効率的金属溶解方法の第８の態様は、前記燃焼用空気の制御が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行い、前記排ガスの組成が所定値となるように行われる効率的金属溶解方法である。
【００４２】
本発明の効率的金属溶解方法の第９の態様は、前記燃焼用空気の制御が、前記排ガスの組成を、下式に適合させて行われる効率的金属溶解方法である。
ＯＤ値  ＝  ＣＯ２ ／（ＣＯ＋ＣＯ２）
【００４３】
本発明の効率的金属溶解方法の第１０の態様は、前記燃焼用空気の制御が、更に、前記排ガスに含まれる酸素濃度を所定値以下にして行われる効率的金属溶解方法である。
【００４４】
本発明の効率的金属溶解方法の第１１の態様は、前記排ガスの成分分析が、前記予熱室から排出された前記排ガスを、吸引ポンプによって分岐吸引し、一週間の連続運転に耐えうる十分なろ過面積を有する簡易集塵機を通過させて前記排ガス中のダストの一時除去を行った後に、レーザガス分析器によって行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００４５】
本発明の効率的金属溶解方法の第１２の態様は、前記シール工程が、前記金属溶解設備の稼動部に存在する開口部に、所定量に制御されたシール用空気を吹き込むことによって行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００４６】
本発明の効率的金属溶解方法の第１３の態様は、前記シール用空気を、前記燃焼用空気としても使用する効率的金属溶解方法である。
【００４７】
本発明の効率的金属溶解方法の第１４の態様は、前記炉圧制御工程が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定し、前記測定値から発生する排ガス量を演算して行う効率的金属溶解方法である。
【００４８】
本発明の効率的金属溶解方法の第１５の態様は、前記炉圧制御工程が、前記予熱室に接続された排ガスダクト上に設置された排気ファンの回転数の制御によって行う効率的金属溶解方法である。
【００４９】
本発明の効率的金属溶解方法の第１６の態様は、前記炉圧制御工程が、前期排ガスダクト上に設置された排気ダンパの開度の制御によって行う効率的金属溶解方法である。
【００５０】
本発明の効率的金属溶解方法の第１７の態様は、更に次の工程を備える効率的金属溶解方法である。
前記溶解室に溜まった溶解後の前記金属（以下「溶湯」と称する。）のレベルを精度よく検出する工程と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する工程。
【００５１】
本発明の効率的金属溶解方法の第１８の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記アークを供給する電極のマストの絶対位置を検出し、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アーク長から演算して行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００５２】
本発明の効率的金属溶解方法の第１９の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室上部から前記予熱室内の金属の上面にマイクロ波をあて反射波を受信することにより、金属のレベルを検出する効率的金属溶解方法である。
【００５３】
本発明の効率的金属溶解方法の第２０の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室の横断面にマイクロ波の発信機と受信機を配置し、受信機がマイクロ波を受信したかどうかで、その横断面の金属の有無を検出する効率的金属溶解方法である。
【００５４】
本発明の効率的金属溶解設備の第１の態様は、アークによって金属を溶解する溶解室と前記溶解室の上方に直結した予熱室を備え、前記金属が前記溶解室と前記予熱室に連続して充填されている状態で、前記金属を予熱した後に溶解する金属溶解設備であって、下記の部材を備えた効率的金属溶解設備である。
前記溶解室にカーボンを供給するカーボン供給装置と前記溶解室に酸素を供給する酸素供給装置を備える金属溶解促進装置と、
前記溶解室へ燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給装置と、
前記金属溶解設備に存在する開口部をシールして、外気が前記金属溶解設備内へ侵入することを防ぐシール装置と、
前記炉内圧力を所定値に精度よく制御する炉圧制御装置。
【００５５】
本発明の効率的金属溶解設備の第２の態様は、前記燃焼用空気供給装置が、前記燃焼用空気を分散して前記溶解室内に吹き込む複数の吹き込み口を、前記溶解室上に備えている効率的金属溶解設備である。
【００５６】
本発明の効率的金属溶解設備の第３の態様は、前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を前記金属の溶解により発生する熱により予熱する予熱装置を備えている効率的金属溶解設備である。
【００５７】
本発明の効率的金属溶解設備の第４の態様は、前記予熱装置が、更に、前記溶解室の炉体に接しており前記燃焼用空気が内部を通過することにより予熱される予熱ダクトを備えている効率的金属溶解設備である。
【００５８】
本発明の効率的金属溶解設備の第５の態様は、前記燃焼空気供給装置が、前記燃焼用空気を所定量に制御して前記溶解炉中へ供給する燃焼空気制御装置を備えている効率的金属溶解設備である。
【００５９】
本発明の効率的金属溶解設備の第６の態様は、前記燃焼用空気制御装置が、前記金属の溶解で発生する排ガスの成分分析を行なう排ガス分析装置と、前記分析値を取り込んで演算し、前記燃焼用空気を所定量に制御する空気流量制御装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６０】
本発明の効率的金属溶解設備の第７の態様は、前記排ガス分析装置が、前記予熱室から排出された前記排ガスを分岐吸引する分岐配管と、前記分岐配管上に設置され前記排ガスを吸引する吸引ポンプと、前記分岐配管上に設置され前記排ガス中のダストの一時除去を行うために十分なろ過面積を有する簡易集塵機と、レーザガス分析器を備える効率的金属溶解設備である。
【００６１】
本発明の効率的金属溶解設備の第８の態様は、前記シール装置が、前記金属溶解室の稼動部に存在する開口部にシール用の空気を吹き込む吹き込み口と、前記シール用空気を所定量に制御するシール用空気制御装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６２】
本発明の効率的金属溶解設備の第９の態様は、前記炉圧制御装置が、前記溶解室へ供給される前記カーボン量、前記酸素量、及び前記燃焼用空気量を測定する流量測定装置と、前記流量測定値から演算された発生排ガス量をもとに前記金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御する圧力制御装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６３】
本発明の効率的金属溶解設備の第１０の態様は、前記圧力制御装置が、前記排気ファンの吸込流量を制御する制御機能を備える効率的金属溶解設備である。
【００６４】
本発明の効率的金属溶解設備の第１１の態様は、前記圧力制御装置が、前記排気ダンパの開度を制御する装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６５】
本発明の効率的金属溶解設備の第１２の態様は、更に下記部材を備えた効率的金属溶解設備である。
前記溶解炉に溜まった溶湯のレベルを精度よく検出する溶湯レベル検出装置と、
前記予熱室に充填された前記金属のレベルを精度よく検出する金属レベル検出装置。
【００６６】
本発明の効率的金属溶解設備の第１３の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、前記アークを供給するアーク電極のマストの絶対位置を検出する検出器と、前記絶対位置と設定電圧から換算された前記アークの長さにから前記溶湯のレベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００６７】
本発明の効率的金属溶解設備の第１４の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の横断面に配置されたマイクロ波の発信機と受信機を備えており、前記受信機がマイクロ波を受信したか否かによって、前記横断面の金属の有無を検出する、効率的金属溶解設備である。
【００６８】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記溶湯の液面にマイクロ波をあて、反射波を受信して行なわれる効率的金属溶解方法である。
【００６９】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記溶湯の液面にレーザ波をあて反射波を受信して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７０】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記酸素を前記溶解炉へ吹き込み、前記溶湯の液面の上を覆う前記スラグを飛散させることにより現れた溶湯液面に、前記レーザ波をあて精度よく前記溶湯のレベルを検出する効率的金属溶解方法である。
【００７１】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記酸素の吹き込みによって前記溶湯の液面の上を覆う前記スラグを飛散させて行われる効率的金属溶解方法である。
【００７２】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記酸素を吹き込む酸素ランス中に前記レーザ距離計を設置して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７３】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、帯電した電極棒を、前記溶解室の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降させ、前記電極棒の下端と前記溶湯が通電した時の前記電極棒の移動距離を計測して行われる
【００７４】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、開口された一端から気体が外気へ放出されている配管を、前記溶解室の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降させ、前記配管中の前記気体の圧力が所定値以上に上昇する時点の前記配管の移動距離を測定して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７５】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記溶湯レベル検出工程が、前記金属溶解設備へ投入された物質の量と投入エネルギの量の測定値から前記溶湯量を理論計算し、前記理論計算量から前記溶湯の実績排出量の測定値を差し引いて行われる効率的金属溶解方法である。
【００７６】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記金属予熱室の外壁をハンマで打撃し、前記打撃による振動を検出して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７７】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室の内部をカメラにより撮影し、前記撮影された映像を画像処理によって行われる効率的金属溶解方法である。
【００７８】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室内に水平方向に装入した電極に電圧をかけ、前記電圧の降下を測定して行われる効率的金属溶解方法である。
【００７９】
本発明の効率的金属溶解方法のその他の態様は、前記金属レベル検出工程が、前記予熱室内に近接スイッチを設置し、前記近接スイッチの作動を検知して行われる効率的金属溶解方法である。
【００８０】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、前記溶湯の液面にマイクロ波をあてる送信機、液面からの反射波を受信する受信機と、前記受信機が検知したデータから前記溶湯レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８１】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、前記溶湯の液面にレーザをあて反射波を受信して距離を測定するレーザ距離計と、前記レーザ距離計の検出データから前記溶湯レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８２】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記レーザ距離計が前記酸素ランスの中に設置される効率的金属溶解設備である。
【００８３】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、電極棒、電極棒を帯電させる電源装置、電極棒の通電状態を検知する電流計と、前記電極棒を前記溶解炉の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降または上昇させる昇降装置と、前記電極棒の移動距離を測定する距離計と、前記電流計と前記距離計のデータから前記溶湯レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８４】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記溶湯レベル検出装置が、一端が開口された配管と、前記配管の他端から気体を流入させる送気装置と、前記配管の開口部が塞がれるか否かを検出する圧力計と、前記配管を前記溶解炉の炉蓋から前記溶湯の液面へ下降または上昇させる昇降装置と、前記配管の移動距離を測定する距離計と、前記圧力計と前記距離計のデータから前記溶湯のレベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８５】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の外壁を打撃するハンマ装置と、前記ハンマ装置による打撃による振動を検出する振動計と、前記振動計が検出したデータから金属レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８６】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室の内部を撮影するカメラと、撮影された映像を画像処理を行い前記金属レベルを算出する画像処理装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８７】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室内に水平方向に装入した電極と、前記電極に電圧をかけて電圧降下を測定する電圧測定装置と、前記電圧測定装置が検出したデータから前記金属レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８８】
本発明の効率的金属溶解設備のその他の態様は、前記金属レベル検出装置が、前記予熱室内に設置された近接スイッチと、前記近接スイッチを帯電させる電源装置と、前記近接スイッチが関知したデータから前記金属レベルを算出する演算装置を備える効率的金属溶解設備である。
【００８９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、ＣＯガスを主成分とする排ガスの発生量を一定にするための方法に関する実施例を、説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るアーク溶解設備を示す断面図である。このアーク溶解設備は金属を溶解するための溶解室２と、その上方に直結する予熱室３と、予熱室３の上端には，排ガス吸引系に連結する排気ダクト部１８が設けられている。この溶解室２および予熱室３には金属１４が装入される。
予熱室３の上方にはスクラップ装入パケット１３が設けられており、このバケット１３から予熱室３内に鉄スクラップ１４が装入される。この場合に、このバケット１３からの金属１４の装入は、操業中に、金属１４が溶解室２と予熱室３に連続して存在する状態を保つように予熱室３ヘ金属１４を連続的または断続的に供給する。
【００９０】
溶解室２の上部には開閉可能な炉蓋５が設けられており、その炉蓋５を貫通して溶解室２の上方からその中に垂直に、アーク電極７が挿入されている。また、溶解室２のアーク電極７と対向する位置には、炉底電極６が設けられている。そして、アーク電極７によって形成されるアーク１７により、金属１４が溶解され、溶湯１５となる。渦湯１５の上にはスラグ１６が形成され、また、炉蓋５を貫通して、溶解室２内を上下移動可能な酸素吹き込みランス８とカーボン吹込みランス９とが設けられ、酸素吹き込みランス８からは酸素が溶解室２内に吹き込まれ、そして、カーボン吹込みランス９からは空気や窒素等を搬送用ガスとしてコークス、チヤー、石炭、木炭、黒鉛等の炭材が溶解室２に吹き込まれる。又、排ガスを二次燃焼させるために、ランス１０により溶解室２の予熱室３を設置した部位の反対側には、その底部に扉１９で出口側を押さえ付けられて内部に詰め砂又は輪マッド材が充填された出湯口１１と、その側壁に、扉２０で出口側を押さえ付けられた出鋼口１２とが設けられている。
【００９１】
本溶解設備から発生する排ガスの経路を説明する。まず、酸素吹き込みランス８及び炭材吹込みランス９からそれぞれ吹き込まれた酸素と炭素が燃焼し、溶解室内からＣＯガスが発生する。この発生ＣＯガスは二次燃焼吹き込みランス１０から吹き込まれた酸素含有ガス（空気）及び電極７と炉蓋５の隙間及び炉壁５の隙間からの侵入空気等により、一部燃焼し、Ｃ０２ガスとなる。
このように溶解室から発生および生成したガス組成はＣＯ，ＣＯ２，Ｎ２、０２となり、予熱室３内に充填されている冷鉄源１４の隙間を通って集塵機（図示せず）に接続されている排ガスダクト１８より排出される。この時、高温排ガスは予熱室３内に装入された金属１４を予熟することになる。しかし、従来技術４にも開示されているように、この排ガス中の酸素濃度を正確に制御できないと予熱室内金属の融着等の問題が発生することになる。
【００９２】
本溶解設備の操業方法は１ヒート出鋼した後の溶解室内の溶湯量は少なくなっているため、次ヒートの溶解開始時点では、酸素ランスから送酸する酸素流量速度は少なく、溶鋼量が増えるにしたがって、送酸速度を増加させることが必要である。図２に本設備での代表的操業パターンを示す。図２中には、溶解中の送酸速度の変化及びカーボン添加速度の変化と、その時溶解室から発生しているＣＯガスの発生速度の変化を示したものである。通常、送酸速度とカーボン添加速度は化学等量的に反応する量を吹き込むのが一般的で、その結果、溶解室から発生するＣＯガスは、送酸速度の変化とともに、大きく変化していることがわかる。したがって、この発生ＣＯガスの変化に対応すべく、予熱室からの排ガス量を制御しないと、排ガス組成は大きく変動し、先行技術４に開示されているようなトラブルが発生することになる。
【００９３】
ここで、本発明者らは、溶解中に発生するＣＯガスの変動を軽減させる方法を誠意調査し、以下に示す方法を見出した。すなわち、従来カーボン添加速度は送酸速度の変化にともない、化学等量的に変化させていたものを、溶解中カーボン添加速度を一定にすることにより、また、この時、溶鋼上に保持しているスラグ量を下記▲１▼式で計算される量以上に保持することが、操業上必要であることを見出した。
Ｗｓ＞２．５Ｑｏ２      ▲１▼
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
Ｑｏ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
【００９４】
以下、実機における実施例によって説明する。
実施例に用いた溶解設備は図１に示したような冷鉄源溶解設備であり、操業条件はＴａｐ−Ｔａｐ時間３５分、出鋼量７０ｔ（出鋼前溶鋼量１０５ｔ）、酸素原単位３６Ｎｍ３／ｔ，カーボン原単位２８ｋｇ／ｔである。この時、従来技術であるカーボン添加速度を酸素添加速度の変化とともに変化させた場合の発生ＣＯガスの変化を図２に示しているが、ＣＯ発生ガスは溶解初期の６０Ｎｍ３／ｍｉｎから１７５Ｎｍ３／ｍｉｎまで大きく変動している。一方、本発明方法であるカーボン添加速度を溶解中一定にした場合のＣＯガス発生速度の変化を図３に示す。
図３によれば、溶解室から発生するＣＯガスは溶解初期において、１１０Ｎｍ３／ｍｉｎから１７５Ｎｍ３／ｍｉｎの変化で収まっており、従来技術に比べ、ＣＯガスの変化が低減されていることがわかる。
【００９５】
また、図３に示す操業条件をベースに発生ＣＯガスの低減効果とスラグ量との関係を調査した。その結果、表１及び表２に示す。表１及び表２中のベース条件に対してのＣＯ発生変動低減率とは以下の式で定義したものである。
ＣＯ発生変動低減率＝（ＣＯｍａｘ−ＣＯｍｉｎ）／（ＣＯｂｍａｘ−ＣＯｂｍｉｎ）
ＣＯｍａｘ：ＣＯ発生速度の最大値（Ｎｍ３／ｍｉｎ）
ＣＯｍｉｎ：ＣＯ発生速度の最小値（Ｎｍ３／ｍｉｎ）
ＣＯｂｍａｘ：ベース条件でのＣＯ発生速度の最大値  （Ｎｍ３／ｍｉｎ）
ＣＯｂｍｉｎ：ベース条件でのＣＯ発生速度の最小値  （Ｎｍ３／ｍｉｎ）
表１及び表２に示すように溶鋼上に保持しているスラグ量を増加させれば、このＣＯ発生変動低減率を低下させることができることがわかる。
【００９６】
ここで、このＣＯ発生変動低減率をどの程度まで低減させれば、操業上問題ないかをさらに調査した結果を図に示す。図４の縦軸△ＯＤとは、予熱室から排出される排ガスの組成変化を示しており、排ガスの燃焼度（ＯＤ＝ＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２））の変動幅を表している。実操業的にはこの△ＯＤは０．１以下にする必要があり、そのためには、図４からわかるように、ＣＯ発生変動低減率を６０％以下にする必要があることがわかった。一方、表１及び表２から、スラグ量／送酸総量（ｋｇ／Ｎｍ３）とこのＣＯ発生変動低減率の関係を図示すると、図５に示すような関係が得られた。すなわち、操業上必要であるＣＯ発生変動低減率６０％以下を得るためには、スラグ量／送酸総量（ｋｇ／Ｎｍ３）の値は２．５以上にする必要があることがわかる。
【００９７】
したがって、予熱室を通過する排ガスの組成をより安定化し、従来技術に開示しているようなトラブルを回避するためには、
（１）冷鉄源の溶解中、溶解室に供給するカーボン源の供給速度を一定とし、
（２）冷鉄源の溶解開始時において、溶解室に存在している初期スラグ量を下記▲１▼式より計算される量以上に保持していること
Ｗｓ＞２．５Ｑｏ２  ▲１▼
Ｗｓ：初期保持スラグ量（ｋｇ）
Ｑｏ２：供給酸素総量（Ｎｍ３）
が必要であることを見出した。
【００９８】
次に、発生したＣＯガスを適切に二次燃焼させるため、所定量に制御された空気を、予熱した後に分散して溶解室へ吹き込む方法の実施例を示す。
図６に、燃焼用空気を予熱して溶解室へ吹き込むシステムの概略図を示す。空気ファン４１の吸引力によって取り込まれた燃焼用空気は、燃焼用空気制御装置４０によって所定量に制御され、予熱ダクト３８へ入る。予熱ダクト３８は、溶解室３１の外壁の廻りに設置され、燃焼用空気は、予熱ダクト３８の中を通過する間に、金属溶解による熱によって予熱される。予熱後、燃焼用空気は複数の吹き込み口３９から、溶解室３１の内部へ吹き込まれる。
【００９９】
溶解室３１の内部では、アーク電極装置３５によって、原料の金属３４が溶解される。更に、カーボン供給装置３６からカーボンが溶解室３１へ供給され、また、酸素供給装置３７から酸素が溶解室３１へ供給される。カーボンと酸素は反応して燃焼し、金属の溶解を促進させ、燃焼後、ＣＯガスが発生する。この発生したＣＯガスは、吹き込み口３９から溶解室３１へ吹き込まれた燃焼用空気と反応して二次燃焼を行い、更に金属の溶解を促進させる。取り込まれた燃焼用空気は、予熱され、所定量に制御されているので、最適な二次燃焼が行われると共に、排ガス量も最小に抑えられる。
【０１００】
上記燃焼用空気制御装置４０における燃焼用空気の制御方法を、図７に示す。本制御装置は、空気流量演算装置５１、レーザ式ガス分析装置５２、従来型排ガス分析計５２Ａ、カーボン流量計５３、酸素流量計５４、二次燃焼用空気制御弁５５からなる。二次燃焼用空気流量演算装置５１は、カーボン流量計５３が検出するカーボン量と酸素流量計５４が検知する酸素量から、ＣＯガス発生量を演算する。次に、設定ＯＤ値  ［  ＯＤ値＝ＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２）］    にするために必用な燃焼用空気量を演算する。燃焼用空気制御弁５５によって、二次燃焼用空気は所定量に制御される。また、Ｏ２値の上限を超えないような制御も行われる。
また、レーザ式ガス分析装置５２（下記で実施例を説明する。）によって得られた排ガス成分の実測値によって、フィードバック制御を行う。
従来型の排ガス分析計も設置されている場合もあるが、従来型の場合には時間遅れが発生するので、時間遅れを考慮して、二次燃焼用空気流量演算装置５１にて補正を行う必要がある。
【０１０１】
次に、上記のレーザ式ガス分析装置５２を、図８を用いて説明する。金属の溶解で発生した排ガスは、溶解室から予熱室６１を経由し、排ガスダクト６２へ排出される。排ガスダクト６２の入り側に分岐配管６３を接続して、排ガス分析に必要な流量の排ガスを分岐吸引する。分岐配管６３には、簡易集塵機６４と、吸引ポンプ６５とレーザ分析器６６が設置される。レーザ分析器６６には、内部にガスを吸引するポンプとろ紙を備える。
【０１０２】
予熱室６１から排ガスダクト６２へ排出された排ガスは、吸引ポンプ６５の吸引力で、分岐管６５へ分岐吸引される。吸引された排ガスは、簡易集塵機６４を通過して、排ガス中のダストが一時除去される。ここで、吸引ポンプ６５の吸引力は、レーザ分析器６６が有するポンプに比べて、はるかに多くの流量の排ガスを吸引できる能力を持つ。従って、分岐配管６３の口径も十分に大きくとれ、簡易集塵機のろ過面積も十分取れるので、従来技術に比べて、微細なダストを一時除去することができる。ダストの一時除去の行われた後の排ガスは、レーザガス分析器が有するポンプにて、レーザ分析計６６に適した流量だけ、レーザ分析器６６へ流入する。余分の排ガスは、別途バイパス配管へ流されレーザガス分析器６６へは流入しない。レーザ分析計は、内部にろ紙を有しており、簡易集塵機で除去されえなかった微細ダストを除去し、その後、レーザガス分析を行う。
【０１０３】
従来技術では、レーザガス分析器が直接、排ガスダクトに設置されている場合がある。この場合は、常に排ガス中のダストの影響を受けるので、計測精度が下がる。また、分析器内部の汚れを防止するために気体のパージが必要になり、分析するガスの成分によっては、Ｎ２等のパージが必要となる。
従来技術でも、排ガスダクトから分岐管を接続して、分析用に排ガスを分岐して分析する方法も採られている。この方法では、分岐配管上にろ過器とレーザガス分析器が設置されている。排ガスは、レーザガス分析器が内部に有するポンプによって分岐管へ吸引される。吸引された排ガスは、ろ過器を通過する時に、排ガス中のダストが一時除去される。また、ろ過器で一時除去できなかったダストは、レーザガス分析器が有するろ紙によって除去される。しかし、ろ過器で除去可能なダストは径で数μｍ以上のものまでであり、更に小さなダスト粒子はろ紙を通過してしまう。そこで、通過したダストは、レーザガス分析器が有するろ紙によって除去する。従って、分析器内のろ紙の交換を、頻繁に行う必要となる問題を有する。
【０１０４】
また、分岐配管の口径は、レーザガス分析器のポンプの吸引量に合わせると、非常に小さくなり、排ガスが含むダストが配管に付着し、そのダストのために配管そのものが閉塞する問題が起きる。また、前記問題を避けるために、配管径を大きくすると、ガス流速が遅くなり、ダストが配管に堆積することによって、閉塞する問題が起こる。
本発明では、レーザガス分析器６６が有するポンプよりも大形の吸引ポンプ６５によって吸引するので、分岐吸入する排ガス流量を十分に多く、簡易集塵機６４も一週間の連続運転に耐えうる十分なろ過面積を有するので、かなり微細なダストまで除去可能である。従って、従来技術に比べて、レーザガス分析器６６が有するろ紙によって除去するダスト量は大幅にへるので、ろ紙の交換頻度などでの問題は解消する。また、配管径も大きく、排ガス流速も十分にあるので、ダストの体積による分岐配管の閉塞の問題起こらない。
【０１０５】
次に、金属溶解設備の稼動部に存在する開口部をシールするシール装置の詳細を、図９に示す。シール装置は、稼動部材７２が金属溶解装置の外部から内部７３へ貫通している部分を覆うシール室７１と、シール室へシール用空気を送る空気ダクトと、制御装置と、空気ファンからなる。空気ファン７６の吸引力によって外気から吸引された空気は、制御装置７５によって所定量に制御される。取り入れられた空気は、空気ダクト７４を通過して、シール室７１に吹き込まれる。吹き込まれたシール空気の圧力は、外気、及び、金属溶解設備内部７３の圧力よりも高いので、外気が、稼動部材の廻りに存在する隙間７７から金属溶解設備内部７３へ流入することを防げる。これによって、従来技術のように不要な空気が流入して、排ガス量を不要に増加させたり、炉圧制御の外乱となったりすることを防止できる。
【０１０６】
また、吹き込まれたシール用空気は、発生したＣＯガスの二次燃焼用空気としても有効利用することも可能である。取り入れられた空気は、必要に応じて予熱された後に、シール室へ吹き込まれる。予熱のひとつの方法として、図６に示すような金属溶解によって発生する熱によって、予熱する方法がある。
【０１０７】
前記シール装置によって、制御の外乱となる外気の流入を最小化させた状態で、図１０に示すような炉圧制御システムによって、金属溶解設備の炉圧制御が行われる。
金属８４が、溶解室８１と予熱室８２に連続的に充填されている状態で、アーク電極装置８５によって、金属８４は溶解され、溶湯８３となる。アーク電極８５の溶解を補助するために、カーボン供給装置８７からカーボンが、酸素供給装置８６から酸素が、溶解室８１へ吹き込まれる。吹き込まれたカーボンと酸素は燃焼して、金属溶解を促進させ、ＣＯガスを主成分とする排ガスが発生する。更に、燃焼空気供給装置８８によって、燃焼用空気が溶解室８１へ吹き込まれ、排ガスが二次燃焼されて、金属溶解が促進される。
【０１０８】
本炉圧制御システムでは、カーボン流量計９０によって溶解室８１へ吹きこまれるカーボン流量を検知し、酸素流量計８９によって溶解室８１へ吹きこまれる酸素流量を検知し、燃焼用空気流量計９１によって溶解室８１へ吹きこまれる酸素流量を検知し演算装置９２へデータが転送される。
演算装置９２は、転送されたデータから発生する排ガス量を演算する。演算された排ガス量から、設定炉内圧力となるための必要排ガス排出流量を演算する。必要排出流量に制御するためには、下記のふたつの方法がある。
【０１０９】
ひとつの方法は、排ガスダンパ（メインダンパ９４とバイパスダンパ９５）の開度を固定し、排ガスファン９６の回転数を制御することによって、設定の炉内圧力に制御する方法である。
もうひとつの方法は、排ガス発生量の変動が大きい場合に、取られる方法である。炉内で発生する排ガス量に応じて、メインダンパ９４とバイパスダンパ９５の開度の組み合わせを、予め設定しておく。例えば、発生排ガス量に応じて、１０段階程度の組み合わせを設定する。発生排ガスの量に応じて、前記組み合わせによって、ダンパ開度を制御するとともに、排ガスファン９６の回転数の制御によって、設定の炉内圧力に制御する方法である。
【０１１０】
上記のシール装置、及び、炉圧制御システムによって、従来では不可能であった金属溶解設備の炉内圧力を所定値に制御することが可能となった。以上の炉内圧力制御によって、従来技術よりも効率よく金属の溶解を行うことが可能である。
溶解室に溜まった溶湯のレベルを検出する溶湯レベル検出システムとして、下記の実施例がある。
溶湯レベル検出システムの第一の実施例は、アークを供給する電極のマストの絶対位置を検出し、絶対位置と設定電圧から換算された前記アークの長さによって、前記溶湯のレベルを算出する方法である。詳細な算出方法を下記に示す。
【０１１１】
電極位置による溶鋼レベルの推定計算
１．  考え方
極伸ばし運転時に自動計測する電極のホルダ下長さ、運転中の電力データより推定する電極消耗主、及び運転中の電極マスト位置より、溶鋼の湯面レベルを計算にて推定する。
２．  計算手順
２．１    極伸ばし時のホルダ下長さ計測
１）炉蓋全開位置にて行う電極伸ばし運転時、電極把持を一旦開放後、極伸ばしをして電極を再把持した時点での電極マスト位置より、ホルダ下長さを計算しておく。
２）上記以外の方法での極伸ばし運転を行った場合や、何らかの理由でホルダ下長さのデータに異常が発生した場合、ＨＭｌ（Ｈｕｍａｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）画面より手動にてデータを修正する。
【０１１２】
２．２    電極消耗量の推定
１）電極の消耗は電力消費量に比例して進むものとし、電力消費土が一定値増加する毎に、以下の計算式にてその時１におけるホルダ下長さＬｅｌ（ｉ）を再計算する。
Ｌｅｌ（ｉ）＝Ｌｅｌ（Ｉ−１）Ｌｃｎｓ
Ｌｃｎｓは一定電力消費量による電極の消耗長さ
ホルダ下長さは極伸ばし運転の度に最新の計測値に置き換えられる。
２．３湯面レベル
図１４に、電極位置による溶鋼レベルの推定計算の原理を示す模式図を示す。
１）アーク長Ｌａ（ｉ）は、二次相電力Ｐ２（ｉ）と二次相電流２（ｉ）の関数となり、
Ｌａ（ｉ）＝Ｐ２（ｉ）／Ｉ２（ｉ）−ｒ×１２（ｉ）−ｋ
Ｐ２（ｉ）ｌ２（ｉ）は計算直前のある設定期間の平均値とし、また、ｋとｒは定数である。
２）アークは溶鋼面に対して常にある角度を持っているので、電極先端と湯面間の距離Ｄｓｔ（ｉ）は下記となる。
Ｄｓｔ（ｉ）＝Ｌａ（ｉ）ｘａ
上式において、ａはアークと湯面間の角度（固定値とします）で決まる定数である。
【０１１３】
３）炉体が傾動することにより、炉殻最下点と電極マスト上限間の距離はＤｏｆ（ｉ）だけ短くなり、その値は傾動角を０（ｉ）、回転半径をｒｏｆとすると、以下の式で表される。
Ｄｏｆ（ｉ）＝ｒｏｆ（１−ＣＯＳ∈）（ｉ））
４）さらに、電極上限からのマスト下降距離をＬｃｐ（ｉ）とし、炉体水平時の炉殻最下点とマスト上限位置におけるホルダ下端との間の距離をＬｂとすると、炉殻最下点から溶鋼面までの距離Ｌｓｔ（ｉ）は以下の式で表される。
Ｌｓｔ（ｉ）＝Ｌｂ−Ｄｓｔ（ｉ）−Ｄｏｆ（ｉ）−（Ｌｅｌ（ｉ）＋Ｌｃｐ（ｉ））ｃｏｄ∈）（ｉ）
【０１１４】
２．４    ３本電極での運用
１）上記の計算を３本の電極すべてについて実施しする。
２）３つの計算値内、値が近い２つを選び出し、その差が正常判定の設定値以内であれば、２つの値の平均値を溶鋼レベルの推定値とする。
３）上記の条件がみたされない場合（３つの値の相互の差がいずれも正常判定の設定値を超える場合）、推定計算異常とみなしてアラームを出力する。内部的には、前回の正常な推定値を保持しておき、別機能（例えばランスのレベル制御）で湯面レベルのデータが必要な場合、その値を用いるものとする。
【０１１５】
溶湯レベル検出システムの第二の実施例は、溶湯の液面にマイクロ波をあて反射波を受信して距離を測定することにより、溶湯のレベルを検出する方法である。溶解室の炉蓋上方に、マイクロ波送信機と受信機を設置する。送信機から溶湯の液面へ向けてマイクロ波を当てる。その反射波を受信機で受信し、マイクロ波レベル計にて湯面間距離を測定する。この場合、溶湯の上部にスラグが覆っているので、その厚みを考慮した補正を行う必用がある。また、酸素ランス等の吹き込み力によって、溶湯の液面の上部を覆っているスラグを飛散させ、その後に現れた溶湯の液面にマイクロ波をあてて計測することも考えられる。
【０１１６】
溶湯レベル検出システムの第三の実施例は、溶湯の液面にレーザ波をあて反射波を受信して距離を測定することにより、溶湯のレベルを検出する方法である。レーザ距離計によって、レーザ波を溶湯の液面へ向けて当て、反射波を受信することによって、レーザ距離計と液面との距離を測定する。第二の実施例と同様に、湯面の上部にはスラグが覆っている。溶湯の液面自体の距離を計測するためには、覆っているスラグを取り除く必用がある。レーザ距離計は小型なので、酸素を溶解室へ供給する酸素ランス中への設置が可能である。そこで、酸素ランスからの酸素の吹き込みで溶湯の上部を覆うスラグが飛散し、溶湯の液面が現れたところで、レーザ距離計からその液面へレーザ波をあてることによって、正確な距離計測が可能である。ランス中のレーザ距離計の位置は把握できるので、演算によって、溶湯の正確なレベルを検出することができる。
【０１１７】
溶湯レベル検出システムの第四の実施例は、帯電した電極棒を、溶解室の炉蓋から溶湯の液面へ下降させ、電極棒の下端と溶湯が通電した時の電極棒の移動距離を計測することにより、溶湯のレベルを検出する方法である。
詳細を図１１を参照しながら説明する。電極棒１０４は電源装置１０８と接続され所定値の電圧が加えられている。従って、もし、電極１０４の先端が導電性のあるものに触れれば、電流が流れる状態になっている。電流が流れれば、電流計１０７にて検知される。
溶解室１０２の炉蓋１０３の上面には、電極１０４を昇降させる昇降装置１０５が設置されている。昇降装置１０５には、電極１０４の移動距離を測定する距離計１０６が設置されている。
【０１１８】
帯電した電極１０４を、昇降装置１０５によって、溶湯１０１へ向けて下降させる。電極棒１０４から湯面１０１へ通電した時点は、電流計１０７により検知でき、また、その時の電極１０４の移動距離は、距離計１０６で測定できる。昇降装置１０５の絶対位置はあらかじめ把握してあるので、演算装置１０９によって、溶湯１０１のレベルを算出することができる。
【０１１９】
溶湯レベル検出システムの第五の実施例は、開口された一端から気体が外気へ放出されている配管を、溶解室の炉蓋から溶湯の液面へ下降させ、配管中の気体の圧力が所定値以上に上昇する時点の配管の移動距離を測定することによって、溶湯のレベルを検出する方法である。
詳細を、図１２を参照しながら説明する。使用する気体は、金属の溶解の安全を妨げない限り何を使用しても問題ないが、空気が最も安価で安全であると考えられる。ある所定長さの配管１２４の一端には空気配管１３０が接続されている。供給配管１３０と配管１２４は、ホース１３１で接続され、配管１２４が昇降可能となっている。配管１２４へは、ファン１２８から空気が供給され、他端は開放されているので、空気は大気中へ放出されている。空気の供給配管１３０上には、圧力計１２７が設置されている。
【０１２０】
溶解室１２２の炉蓋１２３の上面には、配管１２４を昇降させる昇降装置１２５が設置されている。昇降装置１２５には、配管１２４の移動距離を測定する距離計１２６が設置されている。
配管１２４を、昇降装置１２５によって、溶湯１２１へ向けて下降させる。配管１２４の下端が溶湯１２１の湯面へ接近すると、大気へ放出していた空気の流出が妨げられ、急激に空気配管１３０内を流れる空気の圧力が高まる。これを圧力計１２７で検知する。また、その時の配管１２４の移動距離は、距離計１２６で測定できる。昇降装置１２５の絶対位置はあらかじめ把握してあるので、演算装置１２９によって、溶湯１２１のレベルを算出することができる。
【０１２１】
溶湯レベル検出システムの第六の実施例は、金属溶解設備へ投入された物質の量及び投入エネルギの量の測定値から前記溶湯量を理論計算し、理論計算量から溶湯の実績排出量の測定値を差し引くことにより、溶湯のレベルを算出する方法である。詳細を下記に示す。
物質収支の詳細
炉内溶鋼量、スラグ量、スクラップ量の推定計算
１．  考え方
炉内の溶鋼重量、スラグ重量、及びスクラップ重量を、マスバランスより推定する。考え方として厳密ではありませんが、入炉と出炉の物質は、以下のものを考慮する。
１．１    入炉物質
１）スクラップ重量（パケット装入及びスキップでの装入）
２）副原料重量（副原料搬送設備からの投入実績銘柄と重量）
１．２    出炉物質
１）出鋼溶鋼量
２）出鋼スラグ量
３）排滓スラグ量
【０１２２】
２．  計算の前提条件
１）スクラップは配合毎、副原料は銘柄毎に、溶鋼歩留り（ηｓｃｊ及びηａｓｔｊ）、及びスラグ含有率（ηｓｇｉ及びηａｓｇｊ）の値を持ち、投入実績重量とこれらの値より、溶鋼重量及びスラグ重畳を求める（ｊは配合や銘柄を代表する添字）。
２）出鋼時にレードル台車のロードセルで計量できるのは溶鋼とスラグの合計重量であることから、出鋼時の流出スラグは定量値と仮定し、さらにレードル投入副原料重量を除いた残りを溶鋼重量とみなす。
３）排薄口からのスラグ流出重量は、溶解期に炉体が後傾中に俳薄口扉が開いている聞はスラグが流出し続けるものと仮定し、その流出量は排薄口扉が開いている（閉でない）時間に比例するものとする。但し、娯検知防止策として、排洋室主には上限値を設ける。
【０１２３】
３．  計算タイミング及び計算方法
以下の事象発生時に、以下の計算式にて、キャンペーン開始から現在時点ほでの総スクラップ装入量Ｗｓｃｔ（ｉ）、総副原料投入量Ｗａｌｙｔ（ｉ）、排薄口からの総スラグ排出重量Ｗｓｇｔａｏｔ（ｉ）、総出鋼重畳Ｗｔａｐｔ（ｉ）、総出鋼スラグ重量Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）、及び総レードル投入副原料重量Ｗａｔａｐｔ  （ｉ）を、また、現在時点ｉにおける炉内スクラップ重量Ｗｓｃ（ｉ）、炉内溶鋼重量Ｗｓｔ（ｉ）、及び炉内スラグ重量Ｗｓｇ（ｉ）を計算する。また、スクラップの平均溶鋼歩留りηＳＣ（ｉ）、スクラップ中の平均スラグ含有率符ηＳｇ（ｉ）、副原料の平均溶鋼歩留まりηａｓｔ（ｉ）、および副原料中の平均スラグ含有率ηａｓｇ（ｉ）何も計算する。
【０１２４】
３．１    バケットからのスクラップ装入（Ｗｓｃｂ（ｉ）、オペレータ入力）
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｂ（ｉ）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（ｉ−１）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｃ（ｉ）＝Ｗｓｃ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｂ（ｉ）
Ｗｓｔ（ｉ）＝Ｗｓｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇ（ｉ）＝Ｗｓｇ（ｉ−１）
ηｓｃ（ｉ）＝（ηｓｃ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋  ηｓｃｂ（ｉ）ｘＷｓｃｂ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηｓｇ（ｉ）＝（ηｓｇ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋  ηｓｇｂ（ｉ）ｘＷｓｃｂ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηａｓｔ（ｉ）＝  ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝  ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１２５】
３．２    スキップからのスクラップ装入（Ｗｓｃｓ（ｉ）、チヤンバー内にスクラップ有りで下部ゲート開）
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｓ（ｉ）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（ｉ−１）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（１）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｃ（ｉ）＝Ｗｓｃ（ｉ−１）＋Ｗｓｃｓ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝Ｗｓｇ（ｉ−１）
ηｓｃ（ｉ）＝（ηｓｃ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋  ηｓｃｓ（ｉ）ｘＷｓｃｓ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηｓｇ（ｉ）＝（ηｓｇ（ｉ−１）ｘＷｓｃｔ（ｉ−１）＋  ηｓｇｓ（ｉ）ｘＷｓｃｓ（ｉ））／Ｗｓｃｔ（ｉ）
ηａｓｔ（ｉ）＝  ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝  ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１２６】
３．３シャフト内スクラップレベルＭ（追加レベル）を検出（追加レベルまで下  がった）シャフト内スクラップレベルＭを検出したら、シャフト底からＭ    レベルまでがスクラップ、その他のそれまでに投入されたスクラップは全    て溶鋼とスラグになっているものとして、以下の計算を行う。
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（ｉ−１）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｃ（ｉ）＝Ｗｓｆｌｌ
【０１２７】
ここで、  Ｗｓｆｔｌｌはシャフト底からレベルＬＬでスクラップが詰まっている場合の重量（設定値）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝  ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝  ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝  ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝  ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１２８】
３・４    シャフト内スクラップレベルＬＬ（下限レベル）を検出（下限レベルまで下がった）
シャフト内スクラップレベルＬＬを検出したら、シャフト底からＬＬレベルまでがスクラップ、その他のそれまでに投入されたスクラップは全て溶鋼とスラグになっているものとして、以下の計算を行う。
Ｗｓｃｔ（ｉ）  ＝  Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）  ＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）  ＝Ｗｓｇｔ（ｉ−  １）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１  ）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１  ）
Ｗｓｃ（ｉ）  ＝  Ｗｓｆｔｌｌ
【０１２９】
ここで、  Ｗｓｆｔｌｌはシャフト底からレベルＬＬまでスクラップが轄まっている場合の重量（設定値）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝  ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝  ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝  ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝  ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３０】
３．５    溶解期に前回計算時からの投入実効電力量がある値（電力量換算で２００ｋＷｈ）に達した時
Ｗｓｃｔ（ｉ）  ＝  Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）  ＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）  ＝Ｗｓｇｔ（ｉ−  １）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１  ）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１  ）
Ｗｓｃ（ｉ）  ＝  Ｗｓｃ（ｉ−１）−Ｗｓｃｍ  ｘ  ｆｍ（Ｗｓｔ（ｉ−１））
【０１３１】
ここで、Ｗｓｃｍは２００ｋＷｈのエネルギーで溶解するスクラップ重量の基準値、ｆｍ（）は溶鋼重量がシフト内スクラップの溶解速度に与える影響を係数化したもの。
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝  ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝  ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝  ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝  ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３２】
３・６    炉内副原料投入（投入重量Ｗａｌｙ（ｉ））
Ｗｓｃｔ（ｉ）  ＝  Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）  ＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）  ＝Ｗｓｇｔ（ｉ−  １）
Ｗｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｔａｐｔ（ｉ−１  ）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１  ）
Ｗｓｃ（ｉ）  ＝  Ｗｓｃ（ｉ−１）
Ｗｓｔ（ｉ）＝ηｓｃ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＋Ｗａｔａｐｔ（ｉ）
Ｗｓｇ（ｉ）＝ηｓｇ（ｉ）ｘ（Ｗｓｃｔ（ｉ）−Ｗｓｃ（ｉ））
＋ηａｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔ（ｉ）−Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）
ηｓｃ（ｉ）＝  ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝  ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝  （ηａｓｔ（ｉ−１）ｘＷａｌｙｔ（ｉ−１）＋ηａｌｙｓｔ（ｉ）ｘＷａｌｙ（ｉ））／Ｗａｌｙｔ（ｉ）
ηａｓｇ（ｉ）＝  （ηａｓｇ（ｉ−１）ｘＷａｌｙｔ（ｉ−１）＋ηａｌｙｓｇ（ｉ）ｘＷａｌｙ（ｉ））／Ｗａｌｙｔ（ｉ）
【０１３３】
３．７    溶解期かつ炉体後傾中で排薄口扉開で一定時間（５秒程度）経過
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（Ｉ−１）＋ｗｄｓｇ
Ｗｄｓ９は設定時間中に流出するスラグ重量
Ｗｔａｐｔ（ｉ）  ＝  Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１  ）
Ｗｓｃ（ｉ）  ＝  Ｗｓｃ（ｉ−１）
Ｗｓｔ（ｉ）＝    Ｗｓｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇ（ｉ）  ＝  Ｗｓｇ（ｉ−１）−Ｗｄｓｇ
ηｓｃ（ｉ）＝  ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝  ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝  ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝  ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３４】
３．８    出鋼完了
Ｗｓｃｔ（ｉ）＝Ｗｓｃｔ（ｉ−１）
Ｗａｌｙｔ（ｉ）＝Ｗａｌｙｔ（ｉ−１）
Ｗｓｇｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔ（Ｉ−１）＋ｗｄｓｇ
Ｗｔａｐｔ（ｉ）  ＝  Ｗｔａｐｔ（ｉ−１）＋Ｗｔａｐ
Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗｓｇｔａｐｔ（ｉ−１）＋Ｗｓｇｔａｐ
Ｗａｔａｐｔ（ｉ）＝Ｗａｔａｐｔ（ｉ−１  ）＋Ｗａｔａｐｔ
Ｗｓｃ（ｉ）  ＝  Ｗｓｃ（ｉ−１）
Ｗｓｔ（ｉ）＝    Ｗｓｔ（ｉ−１）−Ｗｔａｐ＋Ｗａｔａｐ＋Ｗｓｇｔａｐ
Ｗｓｇ（ｉ）  ＝  Ｗｓｇ（ｉ−１）−Ｗｄｓｇ
ηｓｃ（ｉ）＝  ηｓｃ（ｉ−１）
ηｓｇ（ｉ）＝  ηｓｇ（ｉ−１）
ηａｓｔ（ｉ）＝  ηａｓｔ（ｉ−１）
ηａｓｇ（ｉ）＝  ηａｓｇ（ｉ−１）
【０１３５】
ここで、Ｗｔａｐは出鋼重量としてレードル台車秤量器で検出した重量値、Ｗａｔａｐは出鋼中にレードルに投入した副原料重量、Ｗｓｇｔａｐは出鋼時の巻き込みスラグ重量（固定値）。
【０１３６】
次に、予熱室に充填された金属のレベルを精度よく検知する金属レベル検出装置の実施例を、下記に示す。
金属レベル検出装置の第一の実施例は、予熱室外壁を打撃するハンマー装置と、打撃によって発生する予熱室の振動を測定する振動計と、演算装置を備える金属レベル検出装置である。予熱室外壁は、予熱室内に金属が充填されている部分と、金属がない部分で、振動周波数が異なる。従って、振動計で検出した予熱室外壁の振動数が大きく変化する位置が、充填された金属の最上部と判断することができる。演算装置によって、この位置を算出することで、溶解室に充填された金属のレベルを検出することができる。
金属レベル検出装置の第二の実施例は、溶解室の内部を上部から斜めに覗くカメラと、カメラの映像を画像処理する画像処理装置を備える金属レベル検出装置である。充填されている金属は、予熱されているので温度は高く、予熱室は冷却されているため温度が低い。従って、温度が異なる境界を画像処理によって判定できる。得られた境界の位置から、充填された金属のレベルを検出することができる。
【０１３７】
金属レベル検出装置の第三の実施例は、予熱室内に水平方向に装入した電極と、電極に電圧をかけて電圧降下を測定する電圧測定装置、及び演算装置を備える金属レベル検出装置である。  帯電した電極の前に金属が存在すれば、電極から金属へ電気が流れるため、電極の電圧が降下する。従って、電圧が降下する位置には金属が存在し、電圧が降下しない位置には金属がないと判断できる。演算装置によって、この位置を算出することで、溶解室に充填された金属のレベルを検出することができる。
金属レベル検出装置の第四の実施例は、予熱室内に設置された近接スイッチ、電源装置、及び演算装置からなる金属レベル検出装置である。近接スイッチの前に金属が存在すれば、近接スイッチが作動する。演算装置によって、この作動する位置を検出すれば、予熱室に充填された前記金属のレベルを検出することができる。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
溶解室とその上方に直結する予熱室とを有する金属溶解設備を用いて，金属を溶解する装置において、溶解室から発生するＣＯガスの変動を極力低減することにより、予熱室を通過する排ガス量及び排ガス組成の変動を極力低減させることが可能となり、予熱室内金属の融着の問題回避および排ガスの予熱室排出後の排ガス処理方法の簡略化が可能となる。
更に、連続運転で信頼性の高い排ガス分析を行う方法により得られた分析値をもとに所定量に制御され、かつ溶解時に発生する熱によって予熱された燃焼用空気を分散して予熱室予熱することによって、最も効率の良い炉内二次燃焼が行われて、金属の溶解が促進される。また、発生する排ガス量も最小限に抑えることができる。
更に、金属溶解設備のシール性を高めて排ガス量の増大を防ぎ、また炉圧制御の外乱を最小にし、本発明の炉圧制御方法を用いることで、従来に比べてはるかに精度の高い炉圧の制御を行うことができる。
更に、供給される原料金属のレベルと、溶解された溶湯のレベルを精度よく測定する様々な方法を採用することによって、金属溶解から排ガス処理まで、最も効率的な金属溶解システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態の１つの例を示すアーク炉設備の断面槻略図である。
【図２】図２は、従来方法による溶解中の送酸、カーボン添加パターンと溶解室から発生するＣＯガス発生速度の変化を示す図である。
【図３】図３は、本発明によるカーボンのー定速度添加パターンと溶解室から発生するＣＯガス発生速度の変化を示す図である。
（表１）本発明のスラグ量の影響を示す表（送酸原単位３５Ｎｍ３／ｔの場）である。（表２）本発明のスラグ量の影響を示す表（送酸原単位２５Ｎｍ３／ｔの場）である。
【図４】図４は、排ガス組成変化とＣＯ発生変動低減率との関係を示す図である。
【図５】図５は、ＣＯ発生変動低減率と操業条件（スラグ量／送酸総量）との関係を示す図である。
【図６】図６は、二次燃焼用空気を予熱して溶解室へ吹き込むシステム概略図である。
【図７】図７は、二次燃焼用空気の制御方法を示すシステム概略図である。
【図８】図８は、レーザ式ガス分析装置のシステム概略図である。
【図９】図９は、金属溶解設備の稼動部に存在する開口部をシールするシール装置のシステム概略図である。
【図１０】図１０は、金属溶解設備の炉圧制御を行う炉圧制御システムのシステム概略図である。
【図１１】図１１は、帯電した電極によって金属溶湯のレベルを測定するレベル測定システムのシステム概略図であれる。
【図１２】図１２は、気体を放出する配管によって金属溶湯のレベルを測定するレベル測定システムのシステム概略図である。
【図１３】図１３は、従来技術の金属溶解システムを示すシステム概略図である。
【図１４】図１４は、電極位置による溶鋼レベルの推定計算の原理を示す図である。
【符号の説明】
１  直流アーク炉
２  溶解室
３  予熱室
４  炉壁
５  炉蓋
６  炉底電極
７  上部電極
８  酸素吹き込みランス
９  炭材吹込みランス
１０  二次燃焼用ランス
１１  出湯用口
１２  排薄口
１３  バケット
１４  金属
１５  溶湯
１６  スラグ
１７  アーク
１８  排ガスダクト
１９  扉１
３１  溶解室
３２  耐火物
３３  溶湯
３４  金属
３５  アーク電極装置
３６  カーボン供給装置
３７  酸素供給装置
３８  予熱ダクト
３９  吹き込み口
４０  燃焼用空気制御装置
４１  空気ファン
５１  燃焼空気量演算装置
５２  レーザ式ガス分析装置
５２Ａ従来型排ガス分析計
５３  カーボン流量計
５４  酸素流量計
５５  燃焼用空気制御弁
６１  予熱室
６２  排ガスダクト
６３  分岐配管
６４  簡易集塵機
６５  吸引ポンプ
６６  レーザ分析器
７１  シール室
７２  稼動部材
７３  金属溶解設備内部
７４  空気ダクト
７５  制御装置
７６  空気ファン
７７  隙間
８１  溶解室
８２  予熱室
８３  溶湯
８４  金属
８５  アーク電極装置
８６  酸素供給装置
８７  カーボン供給装置
８８  燃焼用空気供給装置
８９  酸素流量計
９０  カーボン流量計
９１  燃焼用空気流量計
９２  演算装置
９３  排ガスダクト
９４  メインダンパ
９５  バイパスダンパ
９６  排ガスファン
１０１  溶湯
１０２  溶解室
１０３  炉蓋
１０４  電極
１０５  昇降装置
１０６  距離計
１０７  電流計
１０８  電源装置
１０９  演算装置
１２１  溶湯
１２２  溶解室
１２３  炉蓋
１２４  配管
１２５  昇降装置
１２６  距離計
１２７  圧力計
１２８  空気ファン
１２９  演算装置
１３０  供給配管
１３１  ホース
２０１  溶解室
２０２  予熱室
２０３  溶湯
２０４  金属
２０５  電極装置
２０６  カーボン供給装置
２０７  酸素供給装置
２０８  排ガスシステム
２０９  排ガスダクト
２１０  ダンパ
２１１  排ガス処理設備
２１２  排ガスファン
２１３  ろ過器
２１４  レーザ分析器
２１５  分岐配管
【図１】
2004250724.tif 000003
【図２】
2004250724.tif 000004
【図３】
2004250724.tif 000005
【図４】
2004250724.tif 000006
【図５】
2004250724.tif 000007
【図６】
2004250724.tif 000008
【図７】
2004250724.tif 000009
【図８】
2004250724.tif 000010
【図９】
2004250724.tif 000011
【図１０】
2004250724.tif 000012
【図１１】
2004250724.tif 000013
【図１２】
2004250724.tif 000014
【図１３】
2004250724.tif 000015
【図１４】
2004250724.tif 000016