(57)【要約】      （修正有）【課題】アーク電極の冷却水が電極側面から早期に落下すると、炉蓋上に落下して炉周辺環境を悪化させると共に炉蓋耐火物に悪影響を及ぼすので、これを抑制する。【解決手段】冷鉄源を溶解する溶解室と、前記溶解室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、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極７と、アーク電極７に冷却水を噴射してアーク電極７を冷却するスプレーノズル１８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、冷鉄源のアーク溶解炉において、スプレーノズル１８は、半円弧状スプレーノズル１８Ａ、１８Ｂからなり、スプレーノズル１８は、アーク電極７の傾動方向に沿ってアーク電極７を挟んで対向して配され、スプレーノズル１８の各々からの噴射水量は、アーク電極７の傾動角度に応じて調整できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷鉄源を溶解する溶解室と、前記溶解室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、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極と、前記アーク電極に冷却水を噴射して前記アーク電極を冷却する冷却手段と、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、
前記冷却手段は、前記アーク電極の周囲に配置され、前記冷却手段からの噴射水量は、前記アーク電極の傾動角度に応じて部分的に調整できることを特徴とする、冷鉄源のアーク溶解炉。
【請求項２】
前記冷却手段は、２本の半円弧状スプレーノズルからなり、前記スプレーノズルは、前記アーク電極の傾動方向に沿って前記アーク電極を挟んで対向して配され、前記スプレーノズルの各々からの噴射水量は、前記アーク電極の傾動角度に応じて調整でき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。
【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、アーク電極の傾動角度によらず冷却水が均一に電極側面に沿って流れ、この結果、常に電極側面を良好に冷却することができる、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３は、従来アーク溶解炉を示す概略斜視図、図４は、図３のＡ−Ａ線断面図、図５は、スプレーノズルが配されたアーク電極部分を示す概略斜視図、図６は、図５のＡ−Ａ線断面図、図７は、傾動前の図３のＢ−Ｂ線断面図、図８は、傾動後の図３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１３に支持されていて、炉の傾動と共に傾動する。
【０００９】
アーク電極７の側面を冷却すると、電極の先端が先細りにならず、電極の消耗率が減少することが知られている。このために、図５および図６に示すように、支持部材１３の下部のアーク電極７の周囲に冷却手段としてのスプレーノズル１８を配し、スプレーノズル１８から冷却水を電極側面に噴射している。スプレーノズル１８は、放射状に配された多数のノズル口１９を有している。アーク電極７に噴射された冷却水は、電極側面を伝わって下方に流れ、これによって、アーク電極７の側面が冷却される。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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７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。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。
【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】
上述したように、アーク加熱中にアーク電極７の側面は、スプレーノズル１８からの冷却水によって冷却される。しかしながら、図７に示すように、アーク電極７が垂直の場合には、スプレーノズル１８からの冷却水は、ほぼ均一に電極側面に沿って下方に流れて、電極側面を均一に冷却するが、図８に示すように、アーク電極７が傾動した場合には、冷却水は、アーク電極７の側面に沿って均一に流れない。すなわち、図６のＸ−Ｘ側（傾動方向側）のノズル口１９群からの冷却水は、電極側面に沿って流れず、噴射後、早期に落下して、電極側面の冷却にあまり寄与しない。一方、図６のＹ−Ｙ側（反傾動方向側）のノズル口１９群からの冷却水は、電極側面に沿って流れて、電極側面の冷却に寄与する。
【００２５】
上記Ｘ−Ｘ側のノズル口１９群から噴射された冷却水は、炉蓋６上に落下して、炉周辺環境を悪化させると共に、炉蓋６の耐火材に悪影響を及ぼす。しかも、全冷却水量が減少する結果、アーク電極７の側面が良好に冷却されない。なお、アーク電極７の側面に沿って流れる冷却水は、最終的には、電極の熱によって蒸発するので、炉内に浸入することはない。
【００２６】
このように、全てのノズル口１９からアーク電極７の傾動角度によらず均一に冷却水が噴射される従来のリング状スプレーノズル１８では、不要な冷却水が炉蓋６上に落下して、炉周辺環境を悪化させると共に、炉蓋６の耐火材に悪影響を及ぼすばかりか、アーク電極７の側面が良好に冷却されないといった問題があった。
【００２７】
従って、この発明の目的は、アーク電極の傾動角度によらず冷却水が均一に電極側面に沿って流れ、この結果、常に電極側面を良好に冷却することができる、冷鉄源のアーク溶解炉を提供することにある。
【００２８】
【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、前記溶解室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、前記溶解室内で冷鉄源を溶解するアーク電極と、前記アーク電極に冷却水を噴射して前記アーク電極を冷却する冷却手段と、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、前記冷却手段は、前記アーク電極の周囲に配置され、前記冷却手段からの噴射水量は、前記アーク電極の傾動角度に応じて部分的に調整できることに特徴を有するものである。
【００２９】
請求項２記載の発明は、前記冷却手段は、２本の半円弧状スプレーノズルからなり、前記スプレーノズルは、前記アーク電極の傾動方向に沿って前記アーク電極を挟んで対向して配され、前記スプレーノズルの各々からの噴射水量は、前記アーク電極の傾動角度に応じて調整できることに特徴を有するものである。
【００３０】
【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。
【００３１】
図１は、この発明のアーク溶解炉における、スプレーノズルが配されたアーク電極部分を示す概略斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００３２】
図１および図２に示すように、この発明のアーク溶解炉は、黒鉛製アーク電極７の周囲に配された冷却手段を、アーク電極７を挟んで対向して配した２本の半円弧状スプレーノズル１８Ａ、１８Ｂによって構成し、スプレーノズル１８Ａ、１８Ｂからの噴射水量を、アーク電極７の傾動角度に応じて個別に調整できるように構成したものである。
【００３３】
すなわち、図７に示すように、炉が傾動せず、アーク電極７が垂直の場合には、スプレーノズル１８Ａ、１８Ｂから均等に冷却水を噴射させる。一方、図８に示すように、炉が傾動して、アーク電極７が傾動した場合には、スプレーノズル１８Ａ（傾動方向側）からの冷却水量を減少させ、場合によっては停止し、スプレーノズル１８Ｂ（反傾動方向側）からの冷却水量を増加させる。これによって、スプレーノズル１８Ａからアーク電極７に噴射され、早期に落下する冷却水量が減少する。そして、電極の側面冷却は、電極側面に沿って流れ落ちるスプレーノズル１８Ｂからの冷却水によってもっぱら行われるので、アーク電極の側面は、均一に冷却される。しかも、スプレーノズル１８Ｂからの水量を増加させるので、電極側面の冷却率は、アーク電極７が垂直の場合と何ら変わらない。
【００３４】
以上の例は、スプレーノズルを２分割した場合であるが、分割数は２つに限定されず、３つ以上に分割し、アーク電極の傾動角度に応じてさらに細かく各スプレーノズルからの冷却水の噴射量を調整しても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、アーク電極の周囲に配した冷却手段からの噴射水量を、アーク電極の傾動角度に応じて部分的に調整可能にすることによって、冷却水をアーク電極の傾動角度によらず均一に電極側面に沿って流すことができる。従って、常に電極側面を良好に冷却することができ、しかも、電極側面から早期に落下する冷却水量を減少させることができるので、この落下水による炉周辺環境の悪化および炉蓋耐火部に及ぼす悪影響を防止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における、スプレーノズルが配されたアーク電極部分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】従来アーク溶解炉を示す概略斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】スプレーノズルが配されたアーク電極部分を示す概略斜視図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】傾動前の図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】傾動後の図３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：支持部材
１４ａ，１５ｂ：ランス
１５：出湯口
１６：ストッパー
１７：スラグドア
１８：スプレーノズル
１８Ａ：傾動側スプレーノズル
１８Ｂ：反傾動側スプレーノズル
１９：ノズル口
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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