(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端内面が末広がり形状の開口を有する吹込用酸素供給管の外周部に、所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有する第１供給管を配設して前記吹込用酸素供給管との間に燃料流路を形成するとともに、前記第１供給間の外周部に所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有し、かつ、内部に冷却水循環流路を備えた第２供給管を配設して前記第１供給管と第２供給管との間に燃焼用酸素流路を形成し、前記吹込用酸素供給管、燃料流路および燃焼用酸素流路の先端部を軸心方向に対して所定角度傾斜させたバーナ本体を、炉壁と所定間隔をもって回転可能に取り付けたことを特徴とする電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置。
【請求項２】
前記バーナ本体外周面と炉壁内周面とで形成される前記所定間隔が片側で３ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置。
【請求項３】
先端内面が末広がり形状の開口を有する吹込用酸素供給管の外周部に、所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有する第１供給管を配設して前記吹込用酸素供給管との間に燃料流路を形成するとともに、前記第１供給間の外周部に所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有し、かつ、内部に冷却水循環流路を備えた第２供給管を配設して前記第１供給管と第２供給管との間に燃焼用酸素流路を形成し、前記吹込用酸素供給管、燃料流路および燃焼用酸素流路の先端部を軸心方向に対して所定角度傾斜させたバーナ本体を、炉壁と所定間隔をもって回転可能に配設してなる複数の溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置を炉壁の円周方向に設け、これら酸素・燃料バーナ装置を設置した炉壁部分および隣接する部分に温度検出手段を設け、前記バーナ装置が配設されている部分の炉壁温度ｔ１を基準として隣接する炉壁温度ｔ２，ｔ３のいずれか一方が前記基準温度ｔ１よりも低い場合、前記バーナ装置を炉壁温度の低い側に任意角度回転させて酸素吹込みあるいは燃焼を行い、前記炉壁温度が基準温度ｔ１に到達すると酸素吹込みあるいは燃焼を停止させることを特徴とする電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置およびその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、製鋼用電気アーク炉、たとえば、３相交流による電気アーク炉においては、その溶解能率向上の一手段として操業初期に酸素を吹込んでスクラップをカッティングするが、アークの強力な指向性のため、電気エネルギー供給密度の非常に高いホットスポットおよび密度の非常に低いコールドスポットがそれぞれ１２０°間隔で３箇所生じる。このため、全体として溶解速度が不均一（アーク近傍のスクラップが急速に溶解し、逆に、炉壁近傍に生じるコールドスポットでは未溶解スクラップの状態で残留する）になり、電気アーク炉自体の生産性を悪くしている。
【０００３】
このため、酸素・燃料バーナを炉壁に取り付けて前記コールドスポットに向けてスクラップを加熱した後、カッティング（吹込）用酸素を吹込んでカッティングし、その後、酸素燃焼により該スクラップを溶解するようにしているが、吹込量、吹込方向あるいは燃料排ガスを吸引排気する集塵口の位置等の因子が影響して炉内ガスの流れが変化し、カッティング作業あるいは未溶解スクラップの溶解が十分行われず、前記コールドスポットが完全に解消されないばかりか、局部的な過加熱部分が発生するという問題があった。
【０００４】
したがって、特公昭５６−１７５８７号公報にて、炉本体に酸素・燃料バーナを左右旋回可能に配設し、コールドスポットに集中的にカッティング（吹込）用酸素あるいは酸素・燃料を吹き付けて炉全体の溶解速度を均一にする方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報のものでは、酸素・燃料バーナが所定角度左右に旋回可能であって加熱領域が拡大するため、スクラップの未溶解部分を少なくすることができるが、バーナ本体が左右に旋回するためバーナ挿入孔を長孔にする必要がある。つまり、バーナ本体とバーナ挿入孔との間に間隙が形成されることになり、炉内で発生する溶鋼の飛沫やスラグが飛散して前記間隙に堆積してバーナ本体の旋回運動が早期に阻害され設備故障の原因となっていた。
【０００６】
また、炉内の燃焼排ガスは集塵口から吸引され炉内は負圧となっているため、前記間隙から多量の外気が炉内に侵入し、熱効率が悪化するという課題を有していた。
【０００７】
なお、前述のように、バーナ本体を旋回することなく、バーナ本体の取り付け方向あるいは位置をその都度変化させてカッティング用酸素あるいは酸素・燃料の吹き付け範囲を最適なものにすることも考えられるが、それには、バーナ本体の取り付け方向を変える必要が生じる毎にバーナの挿入孔（種々の挿入孔を備えた炉壁）を変えなければならず、コスト面およびバーナ装置の着脱時間等を考慮すると非現実的であり、実際には、酸素・燃料バーナを炉壁に固定して設け、酸素あるいは燃料流量を定格流量よりも少なく供給して炉内を徐々に加熱して炉全体の溶解速度を均一にしているのが実状である。
【０００８】
したがって、本発明は、炉壁に酸素・燃料バーナ本体を回転可能に取り付けるもののバーナ本体を旋回させるのと同一作用を行わしめて前記課題を解決することのできる電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置を提供することを第１の目的とし、また、前記溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置により効率よく均一溶解を可能とする制御方法を提供することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するためになされたもので、電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置を、先端内面が末広がり形状の開口を有する吹込用酸素供給管の外周部に、所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有する第１供給管を配設して前記吹込用酸素供給管との間に燃料流路を形成するとともに、前記第１供給間の外周部に所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有し、かつ、内部に冷却水循環流路を備えた第２供給管を配設して前記第１供給管と第２供給管との間に燃焼用酸素流路を形成し、前記吹込用酸素供給管、燃料流路および燃焼用酸素流路の先端部を軸心方向に対して所定角度傾斜させたバーナ本体を、炉壁と所定間隔をもって回転可能に取り付けたものである。
【００１０】
なお、前記バーナ本体外周面と炉壁内周面とで形成される前記所定間隔を片側で３ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００１１】
また、先端内面が末広がり形状の開口を有する吹込用酸素供給管の外周部に、所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有する第１供給管を配設して前記吹込用酸素供給管との間に燃料流路を形成するとともに、前記第１供給間の外周部に所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口を有し、かつ、内部に冷却水循環流路を備えた第２供給管を配設して前記第１供給管と第２供給管との間に燃焼用酸素流路を形成し、前記吹込用酸素供給管、燃料流路および燃焼用酸素流路の先端部を軸心方向に対して所定角度傾斜させたバーナ本体を、炉壁と所定間隔をもって回転可能に配設してなる複数の溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置を炉壁の円周方向に設け、これら酸素・燃料バーナ装置を設置した炉壁部分および隣接する部分に温度検出手段を設け、前記バーナ装置が配設されている部分の炉壁温度ｔ１を基準として隣接する炉壁温度ｔ２，ｔ３のいずれか一方が前記基準温度ｔ１よりも低い場合、前記バーナ装置を炉壁温度の低い側に任意角度回転させて酸素吹込みあるいは燃焼を行い、前記炉壁温度が基準温度ｔ１に到達すると酸素吹込みあるいは燃焼を停止させる電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置の制御方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態について図にしたがって説明する。
図において、１０は本発明にかかる電気アーク炉Ｔにおける溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置（以下、バーナ装置という）を示し、大略、炉壁１に取り付けられた取付フランジ４に軸受装置５を介して回転自在に装着されたバーナ本体１１と、このバーナ本体１１を所定角度回転させるシリンダ装置１９とからなる。
【００１３】
そして、前記バーナ本体１１の後部には、吹込用（カッティング用）酸素供給口１３ａ、燃料（ガス）供給口１４ａ、燃焼用酸素供給口１５ａおよび冷却水供給口１６ａと冷却水排出口１６ｂとを有する。
【００１４】
また、前記バーナ本体１１は、炉壁１に水平位置から所定角度θ１たとえば１５°斜下方に向けて設けたバーナ挿入孔３にその先端部が挿入されるもので、バーナ挿入孔３の径はバーナ本体１１の先端部径より片側で３ｍｍ〜１０ｍｍ大きくなっている。なお、２は炉壁１に設けた水冷ジャケットである。
【００１５】
さらに、前記バーナ挿入孔３の下方に位置する炉壁内面部分３ａは扇状に切欠かれた形状となっている。
【００１６】
前記バーナ本体１１は、図２に示すように、先端内面が末広がり形状の開口１３ｂを有する吹込用（カッティング用）酸素供給管１３を中心に、その外周部に所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口１７ａを有する第１供給管１７が配設され、さらに、前記第１供給管１７の外周部に所定間隔をもって先端内面が末広がり形状の開口１８ａを有し、かつ、内部に冷却水循環流路１６を供えるとともに外筒部を構成する第２供給管１８とからなる。
【００１７】
そして、前記吹込用酸素供給口１３ａは前記吹込用酸素供給管１３に連通し、前記燃料供給口１４ａは前記吹込用酸素供給管１３と第１供給管１７との間に形成される環状の燃料流路１４に連通し、前記燃焼用酸素供給口１５ａは前記第１供給管１７と第２供給管１８との間に形成される環状の燃焼用酸素流路１５に連通するとともに、前記冷却水供給口１６ａと冷却水排出口１６ｂは、前記第２供給管１８内に形成された冷却水循環流路１６にそれぞれ連通している。
【００１８】
また、前記吹込用酸素供給管１３、燃料流路１４および燃焼用酸素流路１５の各先端部は、バーナ本体１１の軸心に対して所定角度θ２たとえば２５°傾斜しており、カッティング（吹込）用酸素，燃料および燃焼用酸素をバーナ本体１１の軸心に対して２５°斜め下方に噴出するようになっている。
【００１９】
前記構成からなるバーナ装置１０は、前記軸受装置５のフランジユニット５ａを炉壁１に設けた取付フランジ４に調整ライナ６を介して取り付け、バーナ本体１１の先端部を炉壁１に設けた円形のバーナ挿入孔３の内周面に所定間隔Ｄをもって位置させて使用するが、前述のように、吹込用酸素供給管１３の先端部、環状の燃料流路１４の先端部および環状の燃焼用酸素流路１５の先端部はいずれも内面が末広がり形状で、かつ、バーナ本体１１の軸心に対して所定角度θ２傾斜し、しかも、バーナ挿入孔３も所定角度θ１斜め下方に開口しているため、バーナ本体１１に設けたアーム１２をシリンダ装置１９の駆動によりバーナ本体１１を所定角度回転することにより最もコールドスポットの発生しやすい炉壁部近傍の未溶解スクラップの加熱およびカッティングが行え、かつ、それに続いて行われる未溶解スクラップの溶解を効率よく行うことができる。
【００２０】
なお、前述のように、バーナ本体１１からの酸素，燃料等の噴出方向は水平位置からθ°（θ°１＋θ°２）であるが、この角度は３０°〜６０°の範囲が許容され、最も好ましくは４０°である。
【００２１】
また、バーナ本体１１の先端部外周面とバーナ挿入孔３の内周面とで形成される前記所定間隔Ｄを片側で３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲に限定したのは、下記実験例に示すとおり、３ｍｍ以下では侵入空気量および溶鋼の飛沫やスラグの堆積はほとんどないが、前記バーナ挿入孔３が時間経過とともに熱変形を起こし、バーナ本体１１と接触してバーナ装置１０が回転動作不良に陥った。逆に１０ｍｍ以上では溶鋼の飛沫やスラグの堆積が急激に増大したことが原因となり、バーナ装置１０が回転動作不良に陥った。この前記所定間隔Ｄの評価基準はアーク電気炉の出鋼回数（チャージ数）で判断した。通常アーク電気炉では約１５０チャージ前後で炉修工事を行う。
【００２２】
また、侵入空気量も前記所定間隔Ｄと比例関係にあり、前記所定間隔Ｄを１０ｍｍ以下とすることで侵入空気量を低減できる。
【００２３】
【実験例】
0004052809.tif 000002
【００２４】
前記実施の形態では、吹込用酸素供給管１３、燃料流路１４および燃焼用酸素流路１５を環状に、かつ斜め下方に噴出させるようにしたが、前記燃料流路１４および燃焼用酸素流路１５の先端開口を閉鎖し、この閉鎖部分の所定箇所にノズル（図示せず）をバーナ本体１１の軸心に対して所定角度傾斜させて設けてもよい。この場合、各ノズルの先端部開口内面は末広がり形状とすることは勿論である。
【００２５】
以上は、本発明にかかるバーナ装置１０の一般的使用方法であるが、下記するようにバーナ装置１０を制御して使用することが好ましい。
【００２６】
図３は、本発明のバーナ装置１０を備えた電気アーク炉Ｔの平面断面図で、アーク炉Ｔの内部には３本の電極２０が同一円周上に１２０°間隔で設けられ、炉壁１には３本の前記バーナ装置１０が等間隔で、かつ、前記３本の電極２０の中間より若干片寄った位置に設けたバーナ取付孔３に図１のようにバーナ本体１１が所定角度で回転可能に取りつけてある。
【００２７】
また、前記各バーナ装置１０が設けられている炉壁１の部分に第１温度検出器Ｔ１、当該バーナ装置１０から左右に所定距離離れた炉壁部分に第２温度検出器Ｔ２および第３温度検出器Ｔ３が設置され、これらからの各炉壁温度ｔ１，ｔ２，ｔ３は各制御手段２１に入力され、前記各バーナ装置１０を制御（回転、停止、燃焼指令、燃焼時間指令）する。
【００２８】
すなわち、まず、前記バーナ装置１０はバーナ取付孔３の下方前方に向けて、カッティング（吹込）用酸素あるいは燃焼火炎等をコールドスポットに向けて所定時間噴射して加熱およびカッティングあるいはスクラップの溶解を行うが、その時の第１温度検出器Ｔ１の炉壁温度ｔ１を基準として第２温度検出器Ｔ２からの炉壁温度ｔ２と第３温度検出器Ｔ３からの炉壁温度ｔ３のうちいずれか一方が基準温度ｔ１より低い場合、当該バーナ本体１１を回転させて低温部に酸素吹込みあるいは燃焼を開始させる。
【００２９】
そして、前記炉壁温度ｔ２あるいはｔ３が基準温度ｔ１に達すると酸素吹込みあるいは燃焼を停止して、該バーナ本体１１を元の所定位置に戻し、以後、前記動作を繰り返して炉壁温度が所定温度になるまで行って炉壁近傍でスクラップの状態で残留している未溶解スクラップを完全に溶解するものである。
【００３０】
なお、前記説明では、温度管理対象を炉壁温度としたが、水冷ジャケット２内の水温で管理してもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明にかかる電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置によれば、バーナ本体の先端部がバーナ本体の軸心に対して所定角度傾斜するように形成するとともに、このバーナ装置を炉壁と所定間隔をもって、かつ、所定範囲で回転可能としたため、バーナによる加熱範囲が広く、しかも吹込酸素・燃料および燃焼用酸素は炉壁近傍を指向するため、炉壁近傍の未溶解スクラップを容易に溶解でき、炉全体の溶解速度を早めることができる。
【００３２】
また、バーナ装置は、従来のようにバーナ本体が左右に旋回するものでなく、炉壁に対して単に回転するだけであり、バーナ先端部外周面とバーナ挿入孔内周面との間隔を片側で３ｍｍ〜１０ｍｍとしたので、溶鋼の飛沫やスラグが飛散して堆積することがない。しかも、前記間隔が少ないため炉内への外気の侵入が少なく熱効率を低下させることがないという効果を奏する。
【００３３】
さらに、本発明にかかる前記酸素・燃料バーナ装置の制御方法によれば、前記バーナ装置を炉壁の円周方向に複数配設し、各バーナ装置が設置されている炉壁温度（基準温度）ｔ１と隣接する炉壁温度ｔ２，ｔ３とを比較して、基準温度である炉壁温度ｔ１より低い温度側に前記バーナ装置を回転させて酸素吹込みあるいは燃焼するようにしているから、効率よく未溶解スクラップを溶解でき、電気アーク炉自体の生産性を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる電気アーク炉における溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置の炉壁に取り付けた状態の部分断面図。
【図２】  図１の部分拡大図。
【図３】  図１の酸素・燃料バーナを適用する電気アーク炉の平面断面図。
【符号の説明】
１〜炉壁、２〜水冷ジャケット、３〜バーナ挿入孔、１０〜溶解用助燃酸素・燃料バーナ装置、１１〜バーナ本体、１３〜吹込用酸素供給管、１３ａ〜吹込用酸素供給口、１４〜燃料流路、１４ａ〜燃料供給口、１５〜燃焼用酸素流路、１５ａ〜燃焼用酸素供給口、１６〜冷却水循環流路、１７〜第１供給管、１８〜第２供給管、１７ａ，１８ａ〜開口、１９〜シリンダ装置、２０〜電極、２１〜制御手段、Ｔ〜電気アーク炉、Ｔ１〜第１温度検出器、Ｔ２〜第２温度検出器、Ｔ３〜第３温度検出器、ｔ１〜炉壁温度（基準温度）、ｔ２，ｔ３〜炉壁温度。
【図１】
0004052809.tif 000003
【図２】
0004052809.tif 000004
【図３】
0004052809.tif 000005