(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクラップを充填貯留して予熱する予熱槽と、
前記スクラップを溶解する炉体と、
前記予熱槽と前記炉体とに接続され、前記予熱槽に貯留された前記スクラップを前記炉体に供給するとともに、前記炉体からの排ガスを前記予熱槽に導くスクラップ供給通路と、を備えた溶解炉であって、
前記予熱槽に接続された主排気系と、
前記炉体又は前記スクラップ供給通路に接続されたバイパス排気系と、
前記バイパス排気系に介装され、通常は閉じられているバイパス開閉手段と、
前記炉体又は前記スクラップ供給通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段により得られた圧力値が所定値を超えたとき、前記排ガスを前記バイパス排気系に導くため前記バイパス開閉手段を開放させる制御手段と、
前記主排気系に介装され、通常は開放されている主開閉手段と、を備え、前記圧力検出手段により得られた圧力値が所定値を超えたとき、前記主排気系への前記排ガスの流入を規制するように前記制御手段が前記主開閉手段を閉じることを特徴とする溶解炉。
【請求項２】
前記バイパス排気系に予備燃焼室が介装されたことを特徴とする請求項１記載の溶解炉。
【請求項３】
前記バイパス排気系が前記主排気系に接続されていることを特徴とする請求項１又は２記載の溶解炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予熱槽を備え、スクラップ等を溶解して製鋼する溶解炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車部品の廃材や空き缶等のスクラップ（原料）を高熱で溶解して製鋼する溶解炉として、製鋼用アーク炉が用いられている。このような製鋼用アーク炉においては、装入するスクラップを予熱槽で高温に予熱しておくことが電力消費量を少なくする上で有利である。
【０００３】
図２は、従来の密閉式製鋼用アーク炉の要部の断面図を示したものであり、符号２は予熱槽、３はスロート部（スクラップ供給通路）、４は炉体である。
予熱槽２には、投入前のスクラップ単独又は還元鉄であるＨＢＩ（hot briquet iron）とを適当比（１：８０〜５０：５０）で混合させたスクラップ混合物１が貯留される。なお、スクラップにあらかじめＨＢＩを混入させるのは、炉体４により製鋼される鉄の不純物の存在比を相対的に減少させるためである。予熱槽２の底部には、貯留されたスクラップ混合物１をスロート部３に押し出すための進退可能な押出装置１１が設けられている。
【０００４】
スロート部３は、その上端が予熱槽２の底部側面に接続されるとともに、その下端が炉体４の頂部に設けられたスクラップ投入口１４に接続されて、スクラップ混合物１の供給通路を形成する。スロート部３の内側上部には、予熱槽２から押し出されたスクラップとＨＢＩを一次的に滞留させる水平な受台部３ａが形成され、さらに受台部３ａの上のスクラップ混合物１を押し出して炉体４の内部へ装入させる押出装置１２が設けられている。
【０００５】
炉体４は、炉底に設けられた底部電極（陽極）１３と、スクラップ投入口１４を挟んで炉蓋４ａを貫通して取り付けられた１本又は２本の上部電極（陰極）１５，１５とを備えている。また、炉体４には、一次燃焼用の吹込ランス１６を炉蓋４ａを貫通させて配置し、Ｃ、Ｏ2を溶鋼１８中に吹き込めるように構成されている。さらに、炉体４の側壁部には二次燃焼用のエアー供給管１７が接続され、炉体４内にエアーを送り込んで二次燃焼を行わせるように構成されている。
【０００６】
このように構成された製鋼用アーク炉の運転方法について概説する。まず、押出装置１１により予熱槽２から予熱されたスクラップ混合物１を受台部３ａに押し出し、さらに、押出装置１２によりスクラップ混合物１をこの受台部３ａから押し出して炉体４内に供給する。炉体４内では底部電極１３と上部電極１５，１５の間に電圧を印加してアーク放電させることにより、スクラップ混合物１を加熱して溶解させる。これにより溶鋼１８が炉体４の底部の貯留される。
【０００７】
また、この溶鋼１８中に吹込ランス１６によりＣ、Ｏ2を吹き込んで一次燃焼させることによりＣ＋１／２Ｏ2→ＣＯの反応を行わせて発熱させる。さらに、炉体４内の雰囲気中にエアー供給管１７を通してエアーを送給して二次燃焼させるようにし、これによりＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2の反応を行わせてさらなる発熱を得るようにしている。このようにして得られた高温の顕熱を有した排ガスはスロート部３を通して予熱槽２に流れ込み、投入前のスクラップ混合物１を予熱する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような密閉式の製鋼用アーク炉では、予熱槽２に流入した排ガスは主排気管２１により排出される。しかし、炉体４内で一次燃焼により発生するＣＯが増加した場合、エアー供給管１７を通じて供給されるエアーが不足するため二次燃焼が十分に行われないという欠点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、炉体内でＣＯ等の排ガスが異常に発生した場合でも、この排ガスを効率よく排出することができる溶解炉を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、請求項１に記載した発明は、スクラップを充填貯留して予熱する予熱槽と、前記スクラップを溶解する炉体と、前記予熱槽と前記炉体とに接続され、前記予熱槽に貯留された前記スクラップを前記炉体に供給するとともに、前記炉体からの排ガスを前記予熱槽に導くスクラップ供給通路と、を備えた溶解炉であって、前記予熱槽に接続された主排気系と、前記炉体又は前記スクラップ供給通路に接続されたバイパス排気系と、前記バイパス排気系に介装され、通常は閉じられているバイパス開閉手段と、前記炉体又は前記スクラップ供給通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段により得られた圧力値が所定値を超えたとき、前記排ガスを前記バイパス排気系に導くため前記バイパス開閉手段を開放させる制御手段と、前記主排気系に介装され、通常は開放されている主開閉手段と、を備え、前記圧力検出手段により得られた圧力値が所定値を超えたとき、前記主排気系への前記排ガスの流入を規制するように前記制御手段が前記主開閉手段を閉じることを特徴とする。
【００１１】
この発明においては、予熱槽から予熱されたスクラップがスクラップ供給通路を通じて炉体内に供給され、炉体内で高熱により溶解して製鋼される。この動作中に、圧力検出手段により炉体からの排ガスの圧力が検出され、この圧力値が制御手段に入力される。
【００１２】
圧力値が所定値よりも低いとき、すなわち通常の運転状態では、制御手段はバイパス開閉手段を閉じた状態に維持する。これによって、排ガスは炉体、スロート部、予熱槽に流入し、ここから主排気系を通って排出される。一方、圧力値が所定値を超えたとき、すなわち炉体内で燃焼により発生する排ガスが増加し、炉体内の圧力が上昇した状態では、制御手段はバイパス開閉手段を開放する。これによって、排ガスがバイパス排気系に流入する。このように、制御手段によって排ガスの異常発生を検出して、排ガスの流路を切り換えることによって、排ガスを効率よく排出することができる。
【００１４】
そして、圧力値が所定値よりも低いとき、すなわち通常の運転状態では、制御手段は主開閉手段を開いた状態に維持する。これによって、排ガスは炉体、スロート部、予熱槽に流入し、ここから主排気系を通って排出される。また、バイパス開閉手段は閉じられているので、バイパス排気系への排ガスの流入は規制される。
【００１５】
一方、圧力値が所定値を超えたとき、すなわち炉体内で燃焼により発生する排ガスが増加し、炉体内の圧力が上昇した状態では、制御手段は主開閉手段を閉じて、バイパス開閉手段を開放する。これによって、排ガスが主排気系には流入せず、バイパス排気系のみに流入する。
このように、制御手段によって排ガスの異常発生を検出して、排ガスの流路を完全に切り換えることによって、排ガスをより効率よく排出することができる。
【００１６】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明において、前記バイパス排気系に予備燃焼室が介装されたことを特徴とする。この発明においては、バイパス排気系に流入した排ガスは別途設けられた送風装置により強制的に送風される空気によって予備燃焼室で完全に燃焼させられた後、排出される。
【００１７】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した発明において、前記バイパス排気系が前記主排気系に接続されている。この発明においては、バイパス排気系に流入した排ガスは、最終的に主排気系に合流し、主排気系のブースターファン等により強制的に排出される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明に係る溶解炉の実施の形態について図１を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明中、従来の技術で示した図２と共通する部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態を示す概略図である。本発明に係る溶解炉である製鋼用アーク炉では、図１に示すように、排ガスを排出する主排気管３１と、排ガスを排出するバイパス排気管４１とを備えている。
【００２０】
主排気管３１は、その吸入側が予熱槽２の上部に接続され、吸入側から順に、主排気管３１の流路を開閉する主開閉バルブ（主開閉手段）３２と、排ガスを強制的に排気するブースターファン３３とが介装されている。主開閉バルブ３２は、後述する制御手段６２によって開閉が制御され、通常は開放されて排ガスを通過させる。
【００２１】
バイパス排気管４１は、その吸入側がスロート部３に接続され、排出側は主排気管３１の主開閉バルブ３２とブースターファン３３との間に接続されている。このバイパス排気管４１には、吸入側から順に、排ガスを燃焼させる予備燃焼室４２と、排ガスを冷却する冷却手段４３と、バイパス排気管４１の流路を開閉するバイパス開閉バルブ（バイパス開閉手段）４４とが介装されている。バイパス開閉バルブ４４は後述する制御手段６２により制御され、通常は閉じられてバイパス排気管４１への排ガスの流入が規制されている。
【００２２】
バイパス排気管４１に設けられた予備燃焼室４２には、燃焼用エアーを供給するエアー供給管５１が接続されている。このエアー供給管５１には、吸入側から順に、流量可変型送風ファン５２と、エアーの流量を調整するエアー流量調整バルブ５３と、が介装されている。
【００２３】
また、この製鋼用アーク炉は、スロート部３に設けられた圧力計（圧力検出手段）６１と、状況に応じた動作を制御する制御手段６２とを備える。制御手段６２には、圧力計６１から圧力値が入力されるとともに、主開閉バルブ３２、バイパス開閉バルブ４４、エアー流量調整バルブ５３及び送風ファン５２に制御信号を出力するように、各信号線が接続されている。
【００２４】
以上のように構成された製鋼用アーク炉の運転方法を説明する。
まず、押出装置１１により予熱槽２から予熱されたスクラップとＨＢＩのスクラップ混合物１をスロート部３に押し出し、さらに、押出装置１２によりスクラップ混合物１を押し出して炉体４内に供給する。炉体４内では底部電極と上部電極１３，１５との間に電圧を印加してアーク放電させ、スクラップ混合物１を加熱し溶解させる。これにより溶鋼１８が炉体４の底部の貯留される。
【００２５】
また、この溶鋼１８中に吹込ランス１６によりＣ、Ｏ2を吹き込んで一次燃焼させることによりＣ＋１／２Ｏ2→ＣＯの反応を行わせて発熱させる。さらに、炉体４内の雰囲気中にエアー供給管１７を通してエアーを送給して二次燃焼させるようにし、これによりＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2の反応を行わせてさらなる発熱を得る。このようにして得られた高温の顕熱を有する排ガスはスロート部３を通して予熱槽２に流れ込み、投入前のスクラップ混合物１を予熱する。
【００２６】
この動作中において、スロート部３内を上昇する排ガスの圧力が圧力計６１によって検出され、この圧力値は制御手段６２に入力される。制御手段６２は、この圧力値とあらかじめ設定された所定値とを比較して、その結果により以下のように動作を制御する。
【００２７】
圧力値が所定値よりも低いとき、すなわち通常の運転状態では、制御手段６２は、主開閉バルブ３２を開いた状態に維持するとともに、バイパス開閉バルブ４４を閉じた状態に維持する。これによって、排ガスは炉体４、スロート部３、予熱槽２に流入し、ここから主排気管３１を通って排出される。また、バイパス開閉バルブ４４は閉じられているので、バイパス排気管４１への排ガスの流入は規制される。
【００２８】
一方、圧力値が所定値を超えたとき、すなわち炉体４内で一次燃焼により発生するＣＯが増加し、炉体４内の圧力が上昇した状態では、制御手段６２は、主開閉バルブ３２を閉じるとともに、バイパス開閉バルブ４４を開放する。これによって、排ガスは主排気管３１には流入せず、バイパス排気管４１に流入する。
【００２９】
また、制御手段６２は、送風ファン５２とエアー流量調整バルブ５３とを調整して、予備燃焼室４２に外部のエアーを強制的に送り込む。したがって、ＣＯを大量に含んだ排ガスが予備燃焼室４２で燃焼させられた後、冷却手段４３で冷却され、主排気管３１に合流させられブースターファン３３により排出される。
【００３０】
このように、制御手段６２によってＣＯを含んだ排ガスの異常発生を検出して、排ガスの流路を切り換えることによって、例えば予備燃焼室４２を通過させて効率よく排出することができる。
【００３１】
なお、この実施の形態では、バイパス排気管４１は炉体４に接続してもよく、圧力計６１は炉体４に設けてもよい。また、排ガスの異常発生を検出したときに主排気管３１を遮断したが、主排気管３１を開放させたまま排ガスを排出するようにしてもよい。
【００３２】
また、バイパス排気管４１は主排気管３１に接続されていたが、これらを独立して別々に設けてもよい。さらに、この実施の形態では、製鋼用アーク炉を対象として説明したが、高周波炉、電子ビーム炉等の他の電気炉やガス加熱による溶解炉にも適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の溶解炉によれば以下の効果を得ることができる。
請求項１に記載した発明によれば、炉体内で排ガスが異常に発生した場合でも、通常の主排気系とは別のバイパス排気系を通じて排ガスを効率よく排出することが可能になる。
【００３４】
そして、炉体内で排ガスが異常に発生した場合に主排気系が遮断されるので、バイパス排気系のみで排ガスをより効率よく排出することが可能になる。
【００３５】
請求項２に記載した発明によれば、排ガスが予備燃焼室で燃焼されるので、排ガスを効率よく燃焼させて排出することが可能になる。
【００３６】
請求項３に記載した発明によれば、バイパス排気系が主排気系に合流されるので、排出経路を統合して構成の簡略化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を製鋼用アーク炉に適用した場合の実施の形態を示す概略図である。
【図２】  従来の製鋼用アーク炉を示す断面図である。
【符号の説明】
１  スクラップ混合物
２  予熱槽
３  スロート部
４  炉体
３１  主排気管
３２  主開閉バルブ
４１  バイパス排気管
４２  予備燃焼室
４４  バイパス開閉バルブ
５１  エアー供給管
６１  圧力計
６２  制御手段
【図１】
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【図２】
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