(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶解室と、溶解室に直結したシャフト型の予熱室とを有し、溶解室で発生する排ガスを予熱室に導入して鉄スクラップ等の鉄源を予熱して溶解するアーク炉の操業方法において、鉄源が溶解室と予熱室とに連続して存在する状態を保つように予熱室への鉄源の供給を継続しながら溶解室内の鉄源を溶解し、溶解室に複数ヒート分の溶鋼量が確保された時点で予熱室への鉄源の供給を停止し、次いで、溶解室及び予熱室内の未溶解の鉄源を全て溶解した後、１ヒート分の溶鋼量ずつ分割して出鋼することを特徴とするアーク炉操業方法。
【請求項２】
溶解室と予熱室とに連続して存在する鉄源の量が、１ヒートの溶鋼量の５０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１に記載のアーク炉操業方法。
【請求項３】
コークス等の補助熱源と酸素ガスとを溶解室内に供給することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアーク炉操業方法。
【請求項４】
前記酸素ガスの供給量が２５Ｎｍ3 ／ｔ以上であることを特徴とする請求項３に記載のアーク炉操業方法。
【請求項５】
出鋼前溶解室内に４ヒート分以上の溶鋼量を確保することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載のアーク炉操業方法。
【請求項６】
分割して出鋼する際に、少なくとも１回は２０分間以上の間隔を置いて出鋼することを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載のアーク炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶解室と溶解室に直結するシャフト型予熱室とを有するアーク炉で、鉄スクラップや直接還元鉄等の鉄源を溶解して溶鋼を製造する操業方法において、効率良く鉄源を溶解する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄スクラップの発生量の増大と共に、世界的に製鋼用アーク炉が新設されている。このアーク炉では、電極から発生するアーク熱により、鉄スクラップや直接還元鉄等の鉄源を加熱・溶解し、精錬して溶鋼を製造するが、多くの電力を消費するため、溶解中にアーク炉溶解室から発生する高温の排ガスにより鉄源を予熱して加熱・溶解し、電力使用量を極力少なくする方法が多数提案されている。
【０００３】
例えば、特開平７−１８０９７５号公報（以下、「先行技術１」と記す）には、１段又は２段以上の開閉可能な火格子を装着したシャフト型予熱炉を、アーク炉溶解室の上方に、鉄スクラップ導入路を介して接続して設け、アーク炉溶解室の排ガスにより、シャフト型予熱炉内で予熱された鉄スクラップを、シャフト型予熱炉下部に設けたプッシャーにより、アーク炉予熱室内に連続的又は間歇的に装入する方法が開示されている。
【０００４】
特開平７−３３２８７４号公報（以下、「先行技術２」と記す）には、アーク炉溶解室の上蓋に接続する水平方向に配置したロータリードラム型の第１の予熱室と、第１の予熱室と底部で接続するシャフト型の第２の予熱室とを配置し、第２の予熱室内で溶解室から発生する排ガスにて鉄源を予熱した後、プッシャーにて第１の予熱室に鉄源を押し込み、そして、回転する第１の予熱室を介して、溶解室内に予熱された鉄源を装入する方法が開示されている。
【０００５】
又、特公平６−４６１４５号公報（以下、「先行技術３」と記す）には、溶解室に直結するシャフト型予熱室を設け、溶解室内とシャフト型予熱室内とに１ヒート分の鉄源を溶解毎に装入し、排ガスでシャフト型予熱室内の鉄源を予熱しつつ、溶解された鉄源に見合う量を溶解室内に自由落下させ、こうして、溶解室内とシャフト型予熱室内とに装入された全ての鉄源を溶解する設備が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような方法により、予熱効果の高いものでは、２５０〜２７０ｋＷｈ／ｔの電力原単位が達成されるとしているが、上記先行技術１〜３には以下の問題点がある。
【０００７】
先行技術１及び先行技術２では、予熱された鉄源をアーク炉溶解室内に装入するために、プッシャー又はロータリードラムといった鉄源搬送用の装置が必要であり、このため、溶解室からの排ガスで予熱する際に、予熱温度に限界がある。即ち、溶解室に大量のコークス等の補助熱源と酸素ガスとを吹き込み、この排ガスで鉄源を予熱すれば、予熱温度が高くなり予熱効果が向上するが、上記の搬送用装置の熱変形や融着等の設備トラブルが発生するので、排ガス温度を上げることができない。
【０００８】
これに対して、先行技術３では、シャフト型予熱室が溶解室に直結されているため、上述した鉄源搬送用装置を必要とせず、従って、上記の問題点も発生しない。しかしながら、先行技術３では、１ヒート分の溶鋼量を溶解する毎に、予熱室内の鉄源を全て溶解し、予熱室内に鉄源が残らない状態で溶鋼を出鋼するため、次ヒートの最初に装入される鉄源の予熱ができないために、排ガスの有効利用という点では十分とはいえない。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、予熱室から溶解室への鉄源搬送用装置を必要とせず、又、次ヒートの初期に装入される鉄源の予熱も可能であり、そして、従来の排ガスを利用した予熱方法では達成できなかった高効率で鉄源を溶解することのできるアーク炉操業方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明によるアーク炉操業方法は、溶解室と、溶解室に直結したシャフト型の予熱室とを有し、溶解室で発生する排ガスを予熱室に導入して鉄スクラップ等の鉄源を予熱して溶解するアーク炉の操業方法において、鉄源が溶解室と予熱室とに連続して存在する状態を保つように予熱室への鉄源の供給を継続しながら溶解室内の鉄源を溶解し、溶解室に複数ヒート分の溶鋼量が確保された時点で予熱室への鉄源の供給を停止し、次いで、溶解室及び予熱室内の未溶解の鉄源を全て溶解した後、１ヒート分の溶鋼量ずつ分割して出鋼することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明によるアーク炉操業方法は、第１の発明において、溶解室と予熱室とに連続して存在する鉄源の量が、１ヒートの溶鋼量の５０ｗｔ％以上であることを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明によるアーク炉操業方法は、第１又は第２の発明において、コークス等の補助熱源と酸素ガスとを溶解室内に供給することを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明によるアーク炉操業方法は、第３の発明において、酸素ガスの供給量が２５Ｎｍ3 ／ｔ以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
第５の発明によるアーク炉操業方法は、第１の発明ないし第４の発明の何れかの発明において、出鋼前溶解室内に４ヒート分以上の溶鋼量を確保することを特徴とするものである。
【００１５】
第６の発明によるアーク炉操業方法は、第１の発明ないし第５の発明の何れかの発明において、分割して出鋼する際に、少なくとも１回は２０分間以上の間隔を置いて出鋼することを特徴とするアーク炉操業方法である。
【００１６】
本発明においては、溶解室の上部に直結したシャフト型予熱室内で予熱された鉄源が、溶解室内での鉄源の溶解速度に見合って、自然落下して溶解室に装入されるので、予熱室から溶解室への鉄源搬送用装置が不要であり、予熱温度を上昇させることができる。そして、鉄源が溶解室と予熱室とに連続して存在する状態を保つように予熱室への鉄源の供給を継続しながら、複数ヒート分の多量の溶鋼量を一括して溶解するので、予熱された鉄源の使用比率が向上すると共に、排ガスが鉄源の充填された予熱室を通過する時間比率も高くなり、極めて高い予熱効率で溶解することができる。
【００１７】
その際に、溶解室と予熱室とに連続して存在する鉄源の量が、１ヒートの溶鋼量の５０ｗｔ％以上であれば、熱効率が一層向上し、そして、溶解室にコークス等の補助熱源と酸素ガスとを供給して、補助熱源を燃焼させれば、燃焼熱が電力エネルギーの代替となるので、電力原単位を一層低減することができる。この酸素ガスの供給量は、２５Ｎｍ3 ／ｔ以上とすることが好ましい。２５Ｎｍ3 ／ｔ以上とすることで、後述するように、電力原単位の目標値である２５０ｋＷｈ／ｔを達成できるからである。
【００１８】
又、一括して溶解する溶鋼量は、少なくとも４ヒート分の溶鋼量を確保することが好ましい。一括して溶解する量が４ヒート分未満では、溶解室に最初に装入される予熱されない鉄源の使用比率が高くなり、予熱の効果が少なくなるためである。そして、連続鋳造等の鋳造作業は、ヒート毎に２０分間以上の間隔をおいて実施されるので、出鋼する際に、少なくとも１回は２０分間以上の間隔を置いて分割して出鋼すれば、溶鋼収納搬送容器内での待機時間が少なくなり、溶鋼の温度降下を防止することができる。その間、残りの溶鋼は溶解室内で保持されるが、溶鋼温度が低下した場合には、所定の温度まで再度昇熱して出鋼することが可能であり、溶鋼温度の低下によるトラブルを防止することができる。
【００１９】
尚、本発明の１ヒートの溶鋼量とは、連続鋳造等の鋳造作業に用いる取鍋等の溶鋼収納搬送容器の１つの容器に収納される溶鋼量であり、これは鋳造作業を実施する建物のクレーン等の吊り上げ荷重から決まる重量である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づき説明する。図１は、本発明の実施の形態の１つの例を示すアーク炉設備の断面概略図である。
【００２１】
図において、内部を耐火物で構築され、底部に炉底電極５を備えた溶解室２の上部に、溶解室２と直結してシャフト型の予熱室３が配置され、そして、予熱室３で覆われない溶解室２の上部開口部は開閉自在な炉蓋４で覆われ、この炉蓋４を貫通して溶解室２内を上下移動可能な黒鉛製の上部電極６が設けられて直流アーク炉１が構築されている。
【００２２】
予熱室３の上方には、走行台車１８に吊り下げられた鉄源供給用バケット７が設けられ、この鉄源供給用バケット７より、予熱室３の上部に設けた開閉自在な鉄源供給口１６を介して予熱室３内に鉄源１０が供給される。そして、予熱室３の上端のダクト１７は集塵機（図示せず）に連結し、溶解室２で発生する高温の排ガスは、予熱室３、及びダクト１７を順に通って吸引され、予熱室３内の鉄源１０は予熱され、次いで、溶解室２内で溶解された量に見合って、溶解室２内に自由落下して装入される。
【００２３】
炉蓋４を貫通して、溶解室２内を上下移動可能な酸素ガス吹き込みランス８と補助熱源吹き込みランス９とが設けられ、酸素ガス吹き込みランス８からは酸素ガスが溶解室２内に吹き込まれ、そして、補助熱源吹き込みランス９からは空気や窒素ガス等を搬送用ガスとして補助熱源が溶解室２内に吹き込まれる。又、溶解室２には、その炉底に、扉１４ａで出口側を押さえ付けられて内部にマッド剤が充填した出鋼口１４と、その側壁に、扉１５ａで出口側を押さえ付けられて内部にマッド剤が充填した出滓口１５とが設けられている。
【００２４】
この直流アーク炉１における操業は、先ず、鉄源供給バケット７より予熱室３内に、鉄スクラップや直接還元鉄等の鉄源１０を供給する。予熱室３内に供給された鉄源１０は、溶解室２内にも初装入として装入され、次いで予熱室３内を充填する。尚、溶解室２内への初装入としての鉄源１０を均一に装入するため、炉蓋４を開けて予熱室３と反対側の溶解室２内に鉄源１０を装入することもできる。そして、炉底電極５と上部電極６との間に直流電流を給電しつつ、上部電極６を昇降させて上部電極６と炉底電極５及び装入した鉄源１０との間でアーク１３を発生させる。そして、発生するアーク熱により鉄源１０を溶解し、溶鋼１１を生成させる。溶鋼１１の生成と共に、生石灰、蛍石等のフラックスを溶解室２内に装入して、溶融スラグ１２を溶鋼１１上に形成させ、溶鋼１１の酸化を防止すると共に溶鋼１１の保温を図る。溶融スラグ１２の量が多すぎる場合には、操業中でも出滓口１５から、排滓することができる。
【００２５】
溶鋼１１の生成する頃から、酸素ガス吹き込みランス８及び補助熱源吹き込みランス９から、酸素ガスと補助熱源とを溶鋼１１面又は溶融スラグ１２中に吹き込む。補助熱源としては、安価なコークス、チャー、石炭、木炭、黒鉛等の炭材を使用する。溶鋼１１中に溶解した炭材又は溶融スラグ１２中に懸濁した炭材と、吹き込まれる酸素ガスとが反応して燃焼熱を発生すると共に、反応生成物のＣＯガスが溶融スラグ１２をフォーミングさせて、アーク１３が溶融スラグ１２に包まれるので、アークの着熱効率が上昇する。この炭材の吹き込み量は、吹き込む酸素ガスの量に対応して決める。即ち、吹き込まれる酸素ガスの化学等量に等しい程度の炭材を添加する。炭材量が吹き込まれる酸素ガス量に比べて少ないと、溶鋼１１が過剰に酸化するので好ましくない。酸素ガスの吹き込み量は、溶鋼トン当たり２５Ｎｍ3 以上とすることが好ましい。酸素ガスの吹き込み量が、溶鋼トン当たり２５Ｎｍ3 以上となると、後述するように、電力原単位は２５０ｋＷｈ／ｔ以下の低い水準を確保することができる。
【００２６】
溶鋼１１の生成と共に、予熱室３内の鉄源１０は、溶解室２内で溶解された量に見合って溶解室２内に自由落下して減少するので、この減少分を補うために、鉄源供給用バケット７から予熱室３へ鉄源１０を供給する。この鉄源１０の予熱室３内への供給は、鉄源１０が溶解室２と予熱室３とに連続して存在する状態を保つように、連続的又は間歇的に行う。その際に、溶解室２と予熱室３とに連続して存在する鉄源１０の量が、１ヒート分の溶鋼量の５０ｗｔ％以上となるようにすることで、予熱効果を高めることができる。
【００２７】
このようにして、溶解室２内に複数ヒート分の溶鋼１１の量が確保され、溶解室２及び予熱室３に残留する未溶解の鉄源１０の溶解により、所定のヒート分に対応する溶鋼量が確保される時点で、予熱室３への鉄源１０の供給を停止し、溶解室２及び予熱室３内の全ての未溶解の鉄源１０を溶解し、そして、溶鋼１１を出鋼するのに都合の良い温度に調整する。次いで、直流アーク炉１を傾動させ、出鋼口１４から溶鋼１１を１ヒート分ずつ、溶鋼収納搬送容器（図示せず）に分割して出鋼する。
【００２８】
その際に、溶解室２内で４ヒート分以上の溶鋼量を確保すると、予熱効果を高めることができる。又、少なくとも１回は、２０分間以上、例えば１ヒートの鋳造時間が３０分の場合には３０分程度の間隔をおいて出鋼することで、溶鋼収納搬送容器内での待機時間を短くすることができる。分割出鋼により、溶解室２内の溶鋼１１の温度が低下した場合には、再度アーク加熱して溶鋼温度を上昇させることもできる。尚、出鋼後にＬＦ設備等の昇温機能を有する二次精錬炉を経由してから鋳造しても良い。
【００２９】
溶解室２内の溶鋼１１を出鋼し、溶融スラグ１２を排滓したら、再度鉄源１０を溶解室２内に装入して溶解を再開する。その際に、１ヒート分程度の溶鋼１１を溶解室２内に残留させて、次回の溶解を再開しても良い。こうすることで、初期の溶解が促進され、溶解効率が一層向上する。
【００３０】
このようにして溶解することで、溶解室２内への初装入の鉄源１０は予熱されないが、その後に装入される鉄源１０は全て予熱されるので、予熱効率の極めて高い状態でアーク炉操業を行うことができ、電力原単位は大幅に低減可能となる。
【００３１】
尚、上記説明では、直流アーク炉１の場合について説明したが、交流アーク炉でも全く支障なく本発明を適用でき、更に、上部電極６の数や、炉底電極５等の構造の違いは、本発明の支障とならないことは言うまでもない。
【００３２】
【実施例】
図１に示す直流アーク炉と、ビレット連続鋳造機とを有する製鋼工場における実施例を以下に説明する。アーク炉は、溶解室が炉径７．６ｍ、高さ５．５ｍであり、予熱室が幅３ｍ、長さ５ｍ、高さ７ｍの直方体形状で、炉容量が６００トンである。ビレット連続鋳造機は、鋳片の厚み及び幅共に１７５ｍｍの５ストランドで、鋳片引抜き速度３．５ｍ／ｍｉｎで鋳造した。取鍋の溶鋼収納量は１００トン、即ち１ヒート分の溶鋼量は１００トンであり、前記鋳造条件では１ヒートの鋳造時間は約２４分である。
【００３３】
先ず溶解室及び予熱室内に鉄スクラップ１５０トンを装入し、直径２８インチの黒鉛製上部電極を用い、最大６００Ｖ、１００ＫＡの電源容量により溶解した。溶鋼の生成と共に、生石灰と蛍石とを添加して溶融スラグを形成し、次いで、酸素ガス吹き込みランスから酸素ガスを、補助熱源吹き込みランスからコークスを溶融スラグ中に吹き込んだ。酸素ガスとコークスの吹き込みにより、溶融スラグはフォーミングして上部電極の先端は溶融スラグ中に埋没した。この時の電圧を４００Ｖに設定した。
【００３４】
予熱室内の鉄スクラップが溶解につれて下降したら、鉄源供給用バケットにより鉄スクラップを予熱室に供給し、予熱室内の鉄スクラップ高さを一定の高さに保持しながら溶解を続け、溶解室内に５３０トンの溶鋼が生成した時点で、予熱室への鉄スクラップの供給を停止し、その後、溶解室と予熱室内の未溶解の鉄スクラップを完全に溶解して１６２０℃まで昇温し、６００トン即ち６ヒート分の溶鋼を得た。
【００３５】
この溶解中、酸素ガス及びコークスの吹き込み量を５水準に変更し、それぞれ酸素ガス原単位及びコークス原単位を、実施例１では２０Ｎｍ3／ｔ、１６ｋｇ／ｔ、実施例２では２５Ｎｍ3／ｔ、２０ｋｇ／ｔ、実施例３では３３Ｎｍ3／ｔ、２６ｋｇ／ｔ、実施例４では３８Ｎｍ3／ｔ、３０ｋｇ／ｔ、実施例５では４５Ｎｍ3／ｔ、３６ｋｇ／ｔとして実施した。
【００３６】
次いで、５分間隔で１００トンずつ分割して取鍋に連続して３ヒート分を出鋼した後、溶解室内に３００トン残留した状態で保持した。そして、３ヒート目の出鋼開始から６５分間溶解室内で保持した後、１６２０℃に昇温して、残りの３ヒート分の溶鋼を５分間隔で取鍋に分割して出鋼した。ビレット連続鋳造機では、先の３ヒートに続き、合計６ヒート分の溶鋼を連続して鋳造した。
【００３７】
比較のために、１００トンの鉄スクラップを溶解室と予熱室とに装入し、鉄スクラップの追加装入なしに１ヒート分の溶鋼を、連続して６回バッチ溶解する比較例も実施した。比較例での酸素ガス原単位及びコークス原単位は、それぞれ３３Ｎｍ3／ｔ、２６ｋｇ／ｔであり、実施例３と同じ条件である。
【００３８】
表１に、実施例１〜５及び比較例の操業結果を示す。実施例１〜５共に、比較例より電力原単位が低減し、特に、酸素ガス及びコークス原単位が同一な実施例３との比較では、電力原単位は８５ｋＷｈ／ｔ低下していた。又、酸素ガス原単位の高い実施例５では、比較例に比べて１３０ｋＷｈ／ｔの電力原単位を低減することができた。
【００３９】
【表１】
0003814768.tif 000002
【００４０】
又、図２に、実施例１〜５において得られた電力原単位に及ぼす酸素ガス原単位の影響を示す。図に示すように酸素ガス原単位が増加するに従い電力原単位は低減し、電力原単位の目標を２５０ｋＷｈ／ｔとすると、２５０ｋＷｈ／ｔを達成するためには、酸素ガス原単位を２５Ｎｍ3／ｔ以上とすれば良いことが分かった。このように、本発明により予熱効果が向上し、電力原単位を大幅に低減することができた。
【００４１】
【発明の効果】
本発明では、溶解室と直結した予熱室を有するアーク炉にて、鉄源が溶解室と予熱室とに連続して存在する状態を保ちつつ鉄源を予熱し、複数ヒート分の溶鋼を一括して溶解するので、予熱室から溶解室への鉄源搬送用装置を必要とせずに予熱温度を高めることが可能であり、且つ、予熱された鉄源の使用比率が高くなると共に、高温の排ガスが鉄源の充填された予熱室を通過する時間比率も高くなり、極めて高い予熱効率で溶解することができ、その結果、電力原単位を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１つの例を示すアーク炉設備の断面概略図である。
【図２】実施例から得られた電力原単位に及ぼす酸素ガス原単位の影響を示す図である。
【符号の説明】
１  直流アーク炉
２  溶解室
３  予熱室
４  炉蓋
５  炉底電極
６  上部電極
７  鉄源供給用バケット
８  酸素ガス吹き込みランス
９  補助熱源吹き込みランス
１０  鉄源
１１  溶鋼
１２  溶融スラグ
１３  アーク
【図１】
0003814768.tif 000003
【図２】
0003814768.tif 000004