(57)【要約】【課題】溝型の流路を有する誘導加熱装置を用いて溶銑を加熱してスクラップを溶解する際に、スクラップから溶銑中に放出された酸化物などの異物が流路に付着することを抑制し、溶銑のスムーズな流動を維持する。【解決手段】流路２２を有する溝型誘導加熱装置２１を用いて貯銑炉１１に貯留された溶銑１４を誘導加熱することにより、貯銑炉１１内に沈下したスクラップ１５を溶解する際に、スクラップ１５の沈下位置と溝型誘導加熱装置２１との間に位置する貯銑炉１１内の底部に対して、ランス４１を用いて気泡を吹き込む。このランス４１の先端には、気孔径２０μｍ以下の多孔質体４２を設け、溶銑１トン当り０.０７１リットル毎分以上、且つ０.７１リットル毎分以下の気泡を吹き込む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を有する誘導加熱装置を用いて貯銑炉に貯留された溶銑を誘導加熱することにより、前記貯銑炉内に沈下したスクラップを溶解する際に、前記スクラップの沈下位置と前記誘導加熱装置との間に位置する前記溶銑に対して、ランスを用いて気泡を吹き込むことを特徴とする誘導加熱装置の流路閉塞防止方法。
【請求項２】
前記ランスの先端に気孔径２０μｍ以下の多孔質体を設けて、前記気泡を吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱装置の流路閉塞防止方法。
【請求項３】
前記ランスを用いて、溶銑１トン当り０.０７１リットル毎分以上、且つ０.７１リットル毎分以下の気泡を吹き込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の誘導加熱装置の流路閉塞防止方法。
【請求項４】
溶銑を貯留すると共に、スクラップが投入される貯銑炉と、
前記貯銑炉に連通する流路を有し、前記流路を通る溶銑を電磁誘導によって加熱することで、前記スクラップを溶解する誘導加熱装置と、
前記スクラップの沈下位置と前記誘導加熱装置との間に位置する前記溶銑に対して気泡を吹き込むランスと、を備えることを特徴とする加熱式貯銑炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉から出銑された溶銑を転炉で精錬する前に一旦貯留するための貯銑炉に用いる誘導加熱装置の流路閉塞防止方法、及び加熱式貯銑炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉から出銑された溶銑は、トーピードカーや溶銑鍋などの溶銑搬送容器で受銑され、必要に応じて脱硫処理、脱燐処理などの予備処理が施された後に転炉へ輸送され、転炉で脱炭精錬が行われている。このとき、高炉からの出銑タイミングや転炉における処理量の変動などによって生ずる溶銑の過不足を調整するために、転炉で脱炭精錬する前に溶銑を一旦貯銑炉に貯留することがある。
また、鋼材のリサイクルのために鉄源としてスクラップを使用する場合には、スクラップの溶解を貯銑炉で行うことがある。貯銑炉内の溶銑は、出銑口などの開口部からの放熱、耐火物からの抜熱、及びスクラップの融解熱によって温度低下を招くため、溶銑の加熱が必要となる。
【０００３】
そこで、溝型の流路を有する誘導加熱装置（以下、溝型誘導加熱装置とも称す）を貯銑炉に設け、この溝型誘導加熱装置によって溶銑の加熱が行われる。
溝型誘導加熱装置では、一般に、流路内の溶銑中に生ずる誘導電流により、流路内の溶銑には流路の断面を収縮させる方向のローレンツ力が作用する。この作用は、一般にピンチ力と称され、このピンチ力の作用によって流路内の溶銑が収縮し、ピンチ力が大きい場合には流路内の溶銑が切断される状態になる。このように、流路内の溶銑が収縮し、さらに収縮によって流路内の溶銑が切断される現象をピンチ現象と称している。このようなピンチ現象が発生すると、鉄心に巻いた誘導コイルに流れる電流の変動が激しくなり、溶銑の加熱に必要な電力を安定して供給することができなくなり、且つ電源の負荷が増大することで電気回路が損傷する可能性もある。
【０００４】
また、溶銑中に巻き込まれた炉内のスラグ、スクラップ中に含まれていた酸化物が溶解に伴い溶銑中に放出されたものが異物として流路の内壁に付着することから、流路の縮小や閉塞等が発生する。これにより、断面積当たりの溶銑に流れる誘導電流が増加し、ピンチ現象がさらに発生しやすくなる。異物の付着は、コイルに近いほど誘導電流密度が高く電磁力が大きくなることから、誘導コイルと対向する流路面で生じやすい。
そこで、特許文献１では、鉄心に巻いた誘導コイルに、高出力の通電と低出力の通電とを交互に行うことで、ピンチ現象を抑制し、異物の付着による流路の縮小を抑制することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１８０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術のように、流路における溶銑を周期的に脈動させる、つまり流速（流れの強さ）を周期的に変動させるだけでは、アルミナ介在物などを多く含む鉄スクラップを融解して生じた金属酸化物濃度の高い溶銑の場合には、異物の付着を充分に抑制することが難しい。
【０００７】
本発明の課題は、溝型の流路を有する誘導加熱装置を用いて溶銑を加熱してスクラップを溶解する際に、スクラップから溶銑中に放出された酸化物などの異物が流路に付着することを抑制し、溶銑のスムーズな流動を維持することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る誘導加熱装置の流路閉塞防止方法では、流路を有する誘導加熱装置を用いて貯銑炉に貯留された溶銑を誘導加熱することにより、貯銑炉内に沈下したスクラップを溶解する際に、スクラップの沈下位置と誘導加熱装置との間に位置する溶銑に対して、ランスを用いて気泡を吹き込む。
【０００９】
本発明の他の態様に係る誘導加熱装置の流路閉塞防止方法では、ランスの先端に気孔径２０μｍ以下の多孔質体を設けて、気泡を吹き込む。
【００１０】
本発明の他の態様に係る誘導加熱装置の流路閉塞防止方法では、ランスを用いて、溶銑１トン当り０.０７１リットル毎分以上、且つ０.７１リットル毎分以下の気泡を吹き込む。
【００１１】
本発明の一態様に係る加熱式貯銑炉では、溶銑を貯留すると共に、スクラップが投入される貯銑炉と、貯銑炉に連通する流路を有し、流路を通る溶銑を電磁誘導によって加熱することで、スクラップを溶解する誘導加熱装置と、スクラップの沈下位置と誘導加熱装置との間に位置する溶銑に対して気泡を吹き込むランスと、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様に係る誘導加熱装置の流路閉塞防止方法によれば、スクラップの沈下位置と誘導加熱装置との間に位置する溶銑に対して気泡を吹き込むことで、上昇する気泡に伴って、スクラップに含まれていた金属酸化物等を浮上させることができる。すなわち、スクラップに含まれていた金属酸化物等が誘導加熱装置の流路に進入することを抑制することができる。したがって、誘導加熱装置の流路が閉塞されることを抑制して正常な状態に維持し、且つピンチ現象を抑制することができる。これにより、電流のハンチングに起因する電源設備のトラブルを回避することができる、また、溶銑の加熱効率が向上するなど安定した昇熱操業を達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】貯銑炉の平面図である。
【図２】貯銑炉の断面図である（Ｘ‐Ｘ’断面）。
【図３】誘導加熱装置の断面図である。
【図４】誘導加熱装置の断面図である（Ｙ‐Ｙ’断面）。
【図５】貯銑炉の断面図である（Ｚ‐Ｚ’断面）。
【図６】気孔径と酸化物除去効率との関係を示す図である。
【図７】吹き込み量とコンダクタンスレシオとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、加熱式貯銑炉の平面図である。図２は、加熱式貯銑炉の断面図であり、図１のＸ‐Ｘ’の断面を示している。図３は、誘導加熱装置の断面図である。図４は、誘導加熱装置の断面図であり、図３のＹ‐Ｙ’の断面を示している。図５は、貯銑炉の断面図であり、図１のＺ‐Ｚ’断面を示している。図６は、気孔径と酸化物除去効率との関係を示す図である。図７は、吹き込み量とコンダクタンスレシオとの関係を示す図である。
【００１５】
加熱式の貯銑炉１１は、略円筒形状であり、その軸方向が略水平になるように設置してある。貯銑炉１１の外殻は、鉄皮１２からなり、この鉄皮１２の内側に耐火物１３を施工して形成してある。軸方向に見て貯銑炉１１の上部（頂部）には、溶銑鍋やトーピードカーなどの溶銑搬送容器から溶銑１４を受銑したり、スクラップ１５を投入したりする装入口１６を設けている。軸方向に見て貯銑炉１１の側部には、貯留した溶銑１４を装入鍋などの溶銑保持容器に排出するための出銑口１７を設けている。貯銑炉１１からの出銑時には、貯銑炉１１を傾動させることで、出銑口１７から溶銑１４を出銑する。
【００１６】
軸方向に見て貯銑炉１１の側部と下部との間（斜め下）には、４基の溝型誘導加熱装置２１を設置している。
溝型誘導加熱装置２１は、図３及び図４に示すように、溶銑１４が通るための径路となる流路２２を有する耐火物製の躯体２３、この躯体２３に挿通され流路２２に対して交流磁束を生じさせる鉄心２４と、を備える。
【００１７】
躯体２３の一端面には、一つの流入口２２Ａと、二つの流出口２２Ｂと、を並べて形成してあり、流入口２２Ａを中央に配置し、その両側に流出口２２Ｂを配置している。流路２２は、流入口２２Ａから貯銑炉１１の軸直角方向に延びる流入口流路２５と、各流出口２２Ｂから貯銑炉１１の軸直角方向に延びる流出口流路２６と、貯銑炉１１の軸方向に延び、流入口流路２５と各流出口流路２６とを連通する連通流路２７と、を備える。すなわち、流路２２は、流入口２２Ａから流入口流路２５、連通流路２７、及び各流出口流路２６を順に介して、各流出口２２Ｂに連通した略Ｅ字形に形成してある。
【００１８】
貯銑炉１１の鉄皮１２及び耐火物１３の一部を開口し、そこへ上記の溝型誘導加熱装置２１を設置することで、流入口２２Ａ及び各流出口２２Ｂの夫々を、貯銑炉１１の内部に連通させている。これにより、溶銑１４は、貯銑炉１０から流入口２２Ａを介して流入口流路２５に流入し、流入口流路２５から連通流路２７への接続位置で二方向に分流し、夫々、連通流路２７から流出口流路２６へと流れ、流出口２２Ｂを介して貯銑炉１１へ流出することができる。
【００１９】
鉄心２４は、一方の流出口流路２６と流入口流路２５との間、及び他方の流出口流路２６と流入口流路２５との間に挿通した二本の脚部２８と、これら二本の脚部２８の上端同士及び下端同士の夫々を連結した二本の梁部２９と、を備える。鉄心２４には、誘導コイルを巻装してある。この誘導コイルに交流電圧を印加し通電することによって、鎖交する磁束を生じさせ、流路２２内の溶銑１４に誘導電流を発生させ、この誘導電流により発生するジュール熱によって溶銑１４を加熱する。なお、脚部２８の周囲寸法は、流入口流路２５、流出口流路２６、及び連通流路２７に対向する面積が大きくなるように設定することが望ましい。
【００２０】
溶銑１４の誘導電流と、誘導コイルによる交流磁束とによって、流路２２内の溶銑１４にはローレンツ力が作用することで、溶銑１４は流路２２に沿って移動する。すなわち、溶銑１４は、貯銑炉１０から流入口２２Ａを介して流入口流路２５に流入し、連通流路２７から二方向に分流し、夫々、流出口流路２６へと流れ、流出口２２Ｂを介して貯銑炉１１へ流出する。したがって、貯銑炉１１から流入してきた溶銑１４を、流路２２で加熱してから、貯銑炉１１へと流出させることにより、貯銑炉１１に貯留された溶銑１４を順次加熱することができる。
【００２１】
貯銑炉１１には、溶銑１４内に例えば窒素等の気泡を吹き込むランス４１を挿通固定している。
具体的には、図１及び図５に示すように、軸直角方向に見て貯銑炉１１における装入口１６と溝型誘導加熱装置２１との間にランス４１を挿通している。また、図２に示すように、軸方向に見て貯銑炉１１内の底面近傍にランス４１の先端部が位置するように、貯銑炉１１に対して斜め上方からランス４１を挿通している。また、軸直角方向に見て、装入口１６から投入され貯銑炉１１内に沈下したスクラップ１５の堆積位置と、溝型誘導加熱装置２１との間に、ランス４１の先端が位置するように設定している。
【００２２】
ランス４１によって溶銑１４に気泡を吹き込むことにより、スクラップ１５が溶解して生じる金属酸化物を、その気泡と共に浮上させる。
一般に、スクラップ１５に含まれる金属酸化物は、その元である鉄鋼製品の製造段階で直径の大きなものは除去されているため、直径が１００μｍよりも小さいものが殆どであり、自力浮上は困難である。この酸化物を浮上させる技術について研究を重ねた結果、図６に示すように、ランス４１の先端には、平均気孔径２０μｍ以下の多孔質体４２を設置し、気泡を吹き込むことで、金属酸化物の浮上率を高められることが判明した。なお、図６で示す酸化物除去効率とは、気孔径が１００μｍの場合の酸化物除去効率を１.０とし、各気孔径の酸化物除去効率を、ガス流量一定にして調べた場合の比率（無次元）で表したものである。該酸化物除去効率は、下記式（１）、即ち、酸化物の個数濃度：Ｎｐ（個／ｍ３）、気泡の個数濃度：Ｎｂ（個／ｍ３）、および除去効率定数：Ｋ（ｍ３／ｓ・個）を用いて表された酸化物の除去速度の式において、Ｋで示されるものであり、粒子と気泡および周辺の流体の性質によって決まるものである。
ｄＮｐ／ｄＴ＝−Ｋ・Ｎｐ・Ｎｂ               （１）
【００２３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
先ず、高炉から出銑された溶銑１４を、装入口１６から貯銑炉１１へと装入し、且つ必要に応じてスクラップ１５を投入して、溝型誘導加熱装置２１で加熱しながら溶解し、貯留する。
【００２４】
溝型誘導加熱装置２１によって溶銑１４を加熱し、スクラップ１５を溶解すると、スクラップ１５に含まれていた酸化物が溶銑１４中に放出される。このスクラップ１５に由来の酸化物は、流路２２へと浸入し、その内壁に付着堆積して異物３３を形成し、流路２２が縮小したり、閉塞したりする可能性もある。特に、スクラップ１５が溝型誘導加熱装置２１の近くで溶解すると、そのままでは高濃度の金属酸化物が流路２２へと浸入することになり、付着堆積が起こりやすくなる。
【００２５】
そこで、ランス４１により、気泡を吹き込むことにより、スクラップ１５が溶解して生じる金属酸化物が、その気泡の上昇に伴って一緒に浮上する。これにより、装入口１６から投入され、貯銑炉１１内の底面１１ａへと沈下したスクラップ１５が溶解して生じた金属酸化物が、溝型誘導加熱装置２１の特に流入口２２Ａへと浸入することを抑制できる。したがって、図３及び図４に示すように、スクラップ１５が溶解して生じた金属酸化物などの異物３３が、流入口流路２５等の流路２２に付着することを抑制し、流路２２が閉塞することを防ぐことができる。
なお、浮上した金属酸化物は、溶銑１４の表層に溜まるスラグ２０に取り込まれ、このスラグ２０と一緒に除去される。
【００２６】
このように、スクラップ１５の溶解に伴い放出された酸化物は、浮上してスラグ２０に取り込まれて除去されるので、スクラップ１５に由来の酸化物が流路２２の内壁に付着堆積することを抑制できる。したがって、流路２２の閉塞を抑制し、溶銑１４の加熱のためのスムーズな流動を実現することができる。また、ピンチ現象を抑制することで、溶銑１４の加熱に要する電力を安定させ、電気回路の耐久性を向上させることができる。
【実施例１】
【００２７】
本実施例では、貯銑量１４００トンの貯銑炉１１の内部に溶銑１４、及びスクラップ１５を装入して、溝型誘導加熱装置２１を使用して溶銑１４を順次加熱し、スクラップ１５を溶解する操業を行って、コンダクタンスレシオの推移を測定した。
【００２８】
ここで、コンダクタンスレシオとは、ある時点のコンダクタンス（抵抗の逆数）と、溝型誘導加熱装置２１を取り付けたときのコンダクタンスを１とした時の比を％で示したものであり、流路２２の閉塞状態を推測する指標となる。このコンダクタンスレシオは、数値が高いほど流路２２に生成する付着物や堆積物の生成量が少なく、流路２２が正常な状態を維持していることを示している。
【００２９】
スクラップ１５を溶解する際に、ランス４１の先端に平均気孔径２０μmのアルミナ多孔質体を設置し、この多孔質体を通して窒素の吹き込み量を、２５〜１５００リットル／分の範囲で変化させた。すなわち、溶銑１トン当り０.０１８〜１.１リットル／分の範囲で変化させた。
【００３０】
図７は、スクラップ１５を累計１万トン溶解した後のコンダクタンスレシオである。
ここで、比較例として吹き込み量を０にしたときには、コンダクタンスレシオは約７８であった。そして、吹き込み量を増加させると、コンダクタンスレシオが増加することが分る。
【００３１】
例えば、溶銑１トン当りの吹き込み量を、０.０７１リットル／分以上、０.７１リットル／分以下の範囲に設定すると、コンダクタンスレシオが約８６〜８７程度となり、効果があることが明らかとなった。なお、溶銑１トンあたりの吹き込み量を１.１リットル／分にすると、耐火物の損耗が大きくなったため、累計１万トンのスクラップ１５を溶解する前に中止した。
【００３２】
このように、ランス４１により、気泡を吹き込むことにより、流路２２の閉塞を防止して正常な状態に維持することができ、且つピンチ現象を抑制してスクラップ１５の溶解を安定して行えることが明らかとなった。
【００３３】
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。
【符号の説明】
【００３４】
１１  貯銑炉
１２  鉄皮
１３  耐火物
１４  溶銑
１５  スクラップ
１６  装入口
１７  出銑口
２０  スラグ
２１  溝型誘導加熱装置
２２  流路
２２Ａ  流入口
２２Ｂ  流出口
２３  躯体
２４  鉄心
２５  流入口流路
２６  流出口流路
２７  脚部
２８  梁部
４１  ランス
４２  多孔質体
３３  異物
【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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