(57)【要約】【課題】可動排気ダクトと固定排気ダクトとの接続部分から周囲の空気がダクト内に吸引されることを防止でき、炉の傾動中でも空気が吸引されることなく安定して排ガスのみを予熱シャフト内から吸引できる。従って、前記両ダクトの接続部からの吸引空気によって排ガス量が増大するといったことがなくなるので、排ガス処理設備を小型化することができる。【解決手段】溶解室と、その一方側の上部に直結された予熱シャフトと、予熱シャフトに設けられた可動排気ダクトと、アーク電極と、溶解室に突設され、出湯口を有する出湯部と、溶解室を前記出湯部側へ傾動させる傾動手段とを有し、可動排気ダクトは、固定排気ダクトに接続され、出湯部は、冷鉄源の供給方向とは異なる方向に設けられているアーク溶解炉において、前記固定排気ダクトと前記可動排気ダクトとの接続部分は、前記溶解室の傾動回転中心軸線と一致し、前記可動排気ダクトは、気密継手により前記固定排気ダクトに対して、前記傾動回転中心軸線を中心として気密に回転可能である。【選択図】  図１
2004251530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷鉄源を溶解する溶解室と、その一方側の上部に直結され、冷鉄源を予熱する予熱シャフトと、前記予熱シャフトに設けられた可動排気ダクトと、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極と、前記溶解室に突設され、出湯口を有する出湯部と、前記溶解室を前記出湯部側へ傾動させる傾動手段とを有し、前記可動排気ダクトは、固定排気ダクトに接続され、前記予熱シャフト内の冷鉄源は、溶解中に前記溶解室の予熱シャフトが設けられている一方側から他方側へ向けて供給され、前記出湯部は、冷鉄源の供給方向とは異なる方向に設けられている、冷鉄源のアーク溶解炉において、
前記固定排気ダクトと前記可動排気ダクトとの接続部分は、前記溶解室の傾動回転中心軸線と一致し、前記可動排気ダクトは、気密継手により前記固定排気ダクトに対して、前記傾動回転中心軸線を中心として気密に回転可能であることを特徴とする、冷鉄源のアーク溶解炉。
【請求項２】
前記気密継手は、前記固定排気ダクトと前記可動排気ダクトとの間に設けられた可撓性継手部材と、前記固定排気ダクトと前記可動排気ダクトとの摺動部分に設けられたシール材とを備えていることを特徴とする、請求項１記載の、冷鉄源のアーク溶解炉。
【請求項３】
前記可撓性継手部材は、耐熱ジャバラからなっていることを特徴とする、請求項２記載の、冷鉄源のアーク溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷鉄源のアーク溶解炉、特に、溶解室が傾動中でも予熱シャフトからの排ガスを吸引することが可能な、冷鉄源のアーク溶解炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、資源および環境問題から、発生量の多い鉄鋼スクラップをアーク炉を用いて溶解するプロセスが増加している。このようなアーク炉では、スクラップ溶解に多くの電力を消費するため、溶解中に炉から発生する排ガスでスクラップを予熱しながら溶解し、必要とする電力を極力少なくする、冷鉄源のアーク溶解炉が提案されている。
【０００３】
その１つに特許第３１１４７１３号（特許文献１）のアーク溶解炉がある。以下、この従来アーク溶解炉を、図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図６は、従来アーク溶解炉を示す概略斜視図、図７は、図６のＡ−Ａ線断面図、図８は、傾動前の図６のＢ−Ｂ線断面図、図９は、傾動後の図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００５】
この従来アーク溶解炉は、冷鉄源をアーク溶解するための溶解炉１と、その一方側１ａの上部に直結された、上方に向かって延在する予熱シャフト２と、溶解室１に設けられた出湯部３とを備えている。
【０００６】
予熱シャフト２の上端には、排ガス吸引系に連結する可動排気ダクト４が設けられている。可動排気ダクト４内の排ガスは、排ガス処理設備（図示せず）側に接続される固定排気ダクト（図示せず）を通って排ガス処理設備に送られる。この溶解炉１および予熱シャフト２には、冷鉄源としての鉄スクラップＳが装入される。
【０００７】
予熱シャフト２の上方にはスクラップ装入バケット５が設けられており、このバケット５から予熱シャフト２内に鉄スクラップＳが装入される。また、棚吊りを防止するため、予熱シャフト２に炭素源、例えばコークスを装入しても良い。この場合に、このバスケット５からのスクラップＳの装入は、操業中に、スクラップＳが溶解室１と予熱シャフト２に連続して存在する状態を保つように予熱シャフト２へスクラップＳを連続的または断続的に供給する。この際のスクラップＳの装入は、操業実績に基づいて予め設定されたレシピに基づいて行っても良いし、予熱シャフト２内のスクラップＳの量を検出可能なセンサーを設け、このセンサーからの信号に基づいてバケット５によるスクラップＳの投入を適宜の制御手段により制御するようにしても良い。
【０００８】
溶解炉１の上部には、開閉可能な炉蓋６が設けられており、その炉蓋６を貫通して溶解炉１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、溶解炉１の炉底８のアーク電極７と対向する位置には、炉底電極９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１０により、スクラップＳが溶解され、溶鋼１１となる。溶鋼１１の上にはスラグ１２が形成されており、アーク１０はこのスラグ１２内に形成されることとなる。アーク電極７は、支持部材（図示せず）に支持されており、かつ傾動機構１３により傾動可能となっている。
【０００９】
溶解炉１には、２本のランス１４ａ、１４ｂがその先端を溶鋼湯面に向けて挿入されており、ランス１４ａからは酸素が供給され、ランス１４ｂからは補助熱源としてのコークスがそれぞれインジェクションされる。
【００１０】
予熱シャフト２内のスクラップＳは、溶解炉１の一方側（予熱シャフト２側）１ａからその他方側（反対側）１ｂに向かう方向へ供給されるが、出湯部３は、このスクラップＳの供給方向に対して直交する方向に向くように溶解炉１に突設されている。そして、溶解炉１は、図示しない傾動手段により、傾動軸線（Ｌ）を中心として出湯部３側に傾動可能となっている。また、溶解炉１の予熱シャフト２が設けられた部分と出湯部３が設けられた部分とは距離ａだけ離間しており、溶解炉１が傾動された際に、その部分の壁部によりスクラップＳが出湯部３側に流出することが阻止される。
【００１１】
出湯部３の先端近傍の底部には、出湯口１５が形成されており、この出湯口１５を開閉するための上下動可能なストッパー１６が設けられている。さらに、出湯部３の先端部側面には、スラグ１２の排出時に開くスラグドア１７が設けられている。
【００１２】
このように構成される従来アーク溶解炉において、鉄スクラップを溶解するに際しては、まず、溶解炉１と予熱シャフト２に鉄スクラップＳを装入し、鉄スクラップＳが溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態とする。
【００１３】
この状態でアーク電極７によりアーク１０を形成し、鉄スクラップＳを溶解する。この際に、ランス１４ａから酸素を供給し、スクラップの溶解を補助する。そして、炉内に溶鋼が溜まってきたら、ランス１４ｂからスラグ中に補助熱源としてのコークスをインジェクションしてスラグフォーミング操業に移行し、電極７の先端をスラグ１２中に埋没させ、アーク１０がスラグ１２内に形成されるようにする。この補助熱源としてのコークスはスクラップＳの溶解に寄与する。
【００１４】
このようなスクラップ溶解により発生する排ガスは、予熱シャフト２および可動排気ダクト４を経由して炉外に排出され、この排ガスの熱により、シャフト２内のスクラップＳが予熱される。溶解炉１内でスクラップＳが溶解するに従い、予熱シャフト２のスクラップが順次溶解炉１に供給されるため、予熱シャフト２内のスクラップＳの上端位置が低下してくる。この場合に、スクラップＳが溶解室と予熱シャフトに連続して存在する状態を保つように、バケット５から予熱シャフト２へスクラップＳを連続的または断続的に供給する。これにより、常に一定量以上のスクラップが溶解炉１および予熱シャフト２内に存在している状態が保たれる。この際のスクラップＳの装入は、上述したように、操業実績に基づいて予め設定されたレシピに基づいて行っても良いし、予熱シャフト２内のスクラップＳの量を検出可能なセンサーを設け、このセンサーからの信号に基づいてバケット４によるスクラップＳの投入を制御するようにしても良い。
【００１５】
スクラップＳが溶解していくと、溶解炉１内で冷鉄源であるスクラップＳと溶鋼とが共存する状態となっており、溶鋼の温度が低く、例えば１５４０〜１５５０℃と、溶鋼の凝固温度１５３０℃に対してわずかなスーパーヒートしかなく、このままでは出湯の際に出湯口がつまる等の不都合が生じる。このため、出湯前に図９に示すように、溶解炉１を出湯部３側に傾動させてアーク加熱を続ける。
【００１６】
この場合に、出湯部３は、溶解炉１へのスクラップＳの流入方向に対して直交する方向に向くように溶解炉１に突設されており、しかも、溶解炉１の予熱シャフト２が設けられた部分と出湯部３が設けられた部分とは距離ａだけ離間しており、その部分の壁部によりスクラップＳが出湯部３側に流出することが阻止されるため、出湯部３側へ流れ込んだ溶鋼とスクラップＳとの接触面積を小さくすることができる。従って、溶鋼のスーパーヒートを高くすることができ、出湯される溶鋼の温度が低いという問題を回避することができる。
【００１７】
また、溶解炉１を傾動させるとアーク電極７が図９の波線の位置になり、アークが有効に供給されなくなるが、傾動機構１３よりアーク電極７を傾動させることにより、図９の実線位置となり、アークを溶鋼に対して有効に供給することができる。
【００１８】
以上のようにして溶解が進行し、所定量の溶鋼が炉内に溜まったら、溶解炉１を傾動して溶鋼とスクラップの接触面積を小さくし、一定時間アーク加熱することにより溶鋼をスーパーヒートさせた後、さらに、溶解炉１を傾動させ溶解炉１および溶解シャフト２内にスクラップＳが連続して存在する状態を保ったまま、出湯部３の出湯口１５を塞いでいたストッパー１６を上昇させて出湯口１５を開き、出湯口１５から１チャージ分の溶鋼を取鍋等へ出湯する。
【００１９】
このようにしてスクラップを溶解する場合には、予熱シャフト２内にプッシャーやフィンガー等のスクラップ搬送供給のための設備を備えていないので、これらが設けられている従来溶解設備よりも使用する酸素量を増やすことができ、排ガス温度を高めることができる。従って、従来溶解設備よりも高い温度にスクラップを予熱することが可能になる。
【００２０】
また、常にスクラップＳが溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態を保つように予熱シャフト２へスクラップＳを供給し、溶解炉１内で１チャージ分以上の溶鋼が形成されてこれを出湯する際にも、溶解炉１および予熱シャフト２に連続してスクラップが存在するため、排ガスによるスクラップ予熱効率が高い。この場合に、溶解中および出湯時に１チャージ分の５０％以上のスクラップを溶解炉１および予熱シャフト２に連続して存在するようにすることによって、予熱効率が極めて高いものとなる。
【００２１】
以上のように、プッシャーやフィンガー等の設備が不要であるため排ガス温度を高めることができ、かつ常にスクラップＳが溶解炉１と予熱シャフト２に連続して存在する状態を保つことができるのでスクラップの溶解効率が極めて高い。また、冷鉄源であるスクラップＳとそれが溶解して生成された溶鋼との接触面積を小さくすることができるので、溶鋼をスーパーヒートさせることができ、出湯される溶鋼の温度が低いという問題を解消することができる等、従来アーク溶解炉は、種々の利点を有していた。
【００２２】
【特許文献１】
特許第３１１４７１３号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来アーク溶解炉は、以下のような問題を有していた。
【００２４】
従来アーク溶解炉の予熱シャフト２に設けられた可動排気ダクト４と固定排気ダクトとは、直接接続されていなかった。すなわち、可動排気ダクト４と固定排気ダクトとは縁が切れていた。従って、可動排気ダクト４と固定排気ダクトとの接続部分から周囲の空気がダクト内に吸引されてしまい、排ガス量が増大する恐れがあった。このため、排ガス処理設備は、排ガスの最大量に合わせて設計する必要があり、大規模にならざるを得なかった。
【００２５】
従って、この発明の目的は、可動排気ダクトと固定排気ダクトとの接続部分から周囲の空気がダクト内に吸引されることがなく、しかも、炉の傾動中でも空気が吸引されることなく安定して排ガスのみを予熱シャフト内から吸引できるアーク溶解炉を提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、冷鉄源を溶解する溶解室と、その一方側の上部に直結され、冷鉄源を予熱する予熱シャフトと、前記予熱シャフトに設けられた可動排気ダクトと、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極と、前記溶解室に突設され、出湯口を有する出湯部と、前記溶解室を前記出湯部側へ傾動させる傾動手段とを有し、前記可動排気ダクトは、固定排気ダクトに接続され、前記予熱シャフト内の冷鉄源は、溶解中に前記溶解室の予熱シャフトが設けられている一方側から他方側へ向けて供給され、前記出湯部は、冷鉄源の供給方向とは異なる方向に設けられている、冷鉄源のアーク溶解炉において、前記固定排気ダクトと前記可動排気ダクトとの接続部分は、前記溶解室の傾動回転中心軸線と一致し、前記可動排気ダクトは、気密継手により前記固定排気ダクトに対して、前記傾動回転中心軸線を中心として気密に回転可能であることに特徴を有するものである。
【００２７】
請求項２記載の発明は、前記気密継手は、前記固定排気ダクトと前記可動排気ダクトとの間に設けられた可撓性継手部材と、前記固定排気ダクトと前記可動排気ダクトとの摺動部分に設けられたシール材とを備えていることに特徴を有するものである。
【００２８】
請求項３記載の発明は、前記可撓性継手部材は、耐熱ジャバラからなっていることに特徴を有するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の、冷鉄源のアーク溶解炉の一実施態様を図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、この発明のアーク溶解炉を示す概略斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図、図３は、この発明のアーク溶解炉の気密継手を示す断面図、図４は、図３のＡ方向視図、図５は、図３のＢ方向視図である。
【００３１】
図１および図２において、図６および図７と同一番号は、同一物を示す。すなわち、１は、溶解炉、２は、予熱シャフト、３は、出湯部、４は、可動排気ダクト、５は、スクラップ装入バケット、６は、炉蓋、７は、アーク電極、８は、炉底、９は、炉底電極、１０は、アーク、１１は、溶鋼、１２は、スラグ、１３は、傾動機構、１４ａ、１４ｂは、ランス、１５は、出湯口、１６は、ストッパー、１７は、スラグドア、そして、Ｓは、鉄スクラップである。
【００３２】
この発明の特徴は、上記アーク溶解炉において、予熱シャフト２に設けられた、固定排気ダクト１８に接続される部分の溶解室１の傾動中心軸線（Ｌ）と一致している。すなわち、可動排気ダクト４は、予熱シャフト２から下方にＬ形に湾曲していて、この水平部分の可動排気ダクト４Ａの中心軸線が溶解室１の傾動中心軸線（Ｌ）と一致している。そして、可動排気ダクト４Ａは、気密継手１９により固定排気ダクト１８に対して、傾動中心軸線（Ｌ）を中心として気密に回転可能になっている。
【００３３】
気密継手１９の詳細を、図３から図５を参照しながら説明する。
【００３４】
図３から図５において、２０は、可動排気ダクト４Ａの端部に固定された可動排気ダクト側フランジ、２１は、固定排気ダクト１８の端面に固定された固定排気ダクト側フランジ、２２は、両フランジ２０、２１との間に気密に連結された可撓性継手部材としての耐熱ジャバラである。可撓性継手部材は、継手の軸線方向および周方向に伸縮可能なものであれば、特にジャバラに限定されない。
【００３５】
２３は、ジャバラ２２部分の可動排気ダクト４Ａの全周にわたって環状に設けられた可動排気ダクト側水冷ダクトであり、アンカー２４によって可動排気ダクト４Ａの内張り耐火物２５に固定されている。可動排気ダクト側水冷ダクト２３内の冷却水は、入口２３Ａから注入され出口２３Ｂから排水される。
【００３６】
２６は、可動排気ダクト側水冷ダクト２３の先端外周面に巻き付けられたノンアスベスト製耐火シール材である。シール材２６は、固定排気ダクト側フランジ２１の内面に固定された挟み込み板２７によって、可動排気ダクト側水冷ダクト２３の先端外周面に押し付けられている。溶解室１の傾動時には、挟み込み板２７は、シール材２６の外周面を摺動する。２８は、可動排気ダクト４Ａおよび固定排気ダクト１８の端面間に挟み込まれた耐火性詰め物である。
【００３７】
２９は、固定排気ダクト１８の端部の全周にわたって環状に設けられた固定排気ダクト側水冷ダクトであり、アンカー３０によって固定排気ダクト１８の内張り耐火物３１に固定されている。固定排気ダクト側水冷ダクト２９内の冷却水は、入口２９Ａから注入され出口２９Ｂから排水される。
【００３８】
上記気密継手１９によって、可動排気ダクト４Ａと固定排気ダクト１８とが接続されているので、溶解室１の傾動に伴って予熱シャフト２と共に可動排気ダクト４Ａが回転（回転角度は、数十度）すると、ジャバラ２２は、よじれるものの伸縮性に富むので、気密が保持される。しかも、挟み込み板２７と密着して摺動するシール材２６および両ダクト４Ａと１８との間の詰め物２８によって高い気密性が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、固定排気ダクトに接続される部分の可動排気ダクトを、溶解室の傾動中心軸線と一致させ、可動排気ダクトを、気密継手により固定排気ダクトに対して、傾動中心軸線を中心として気密に回転可能とすることによって、可動排気ダクトと固定排気ダクトとの接続部から周囲の空気がダクト内に吸引されることを防止でき、しかも、炉の傾動中でも空気が吸引されることなく安定して排ガスのみを予熱シャフト内から吸引できる。従って、従来のように固定排気ダクトと可動排気ダクトとの接続部からの吸引空気によって排ガス量が増大するといったことがなくなるので、排ガス処理設備を小型化することができるといった有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のアーク溶解炉を示す概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】この発明のアーク溶解炉の気密継手を示す断面図である。
【図４】図３のＡ方向視図である。
【図５】図３のＢ方向視図である。
【図６】従来アーク溶解炉を示す概略斜視図である。
【図７】図６のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】傾動前の図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】傾動後の図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１：溶融炉
２：予熱シャフト
３：出湯部
４：可動排気ダクト
５：スクラップ装入バケット
６：炉蓋
７：アーク電極
８：炉底
９：炉底電極
１０：アーク
１１：溶鋼
１２：スラグ
１３：傾動機構
１４ａ，１５ｂ：ランス
１５：出湯口
１６：ストッパー
１７：スラグドア
１８：固定排気ダクト
１９：気密継手
２０：可動排気ダクト側フランジ
２１：固定排気ダクト側フランジ
２２：ジャバラ
２３：可動排気ダクト側水冷ダクト
２４：アンカー
２５：内張り耐火物
２６：シール材
２７：挟み込み板
２８：詰め物
２９：固定排気ダクト側水冷ダクト
３０：アンカー
３１：内張り耐火物
【図１】
2004251530.tif 000003
【図２】
2004251530.tif 000004
【図３】
2004251530.tif 000005
【図４】
2004251530.tif 000006
【図５】
2004251530.tif 000007
【図６】
2004251530.tif 000008
【図７】
2004251530.tif 000009
【図８】
2004251530.tif 000010
【図９】
2004251530.tif 000011