(57)【要約】  冶金炉または精錬炉に、あらかじめパックした装入物を装入する方法は、少なくとも１つの取付部材を有する廃棄可能な金属コンテナを準備し、スクラップ材を金属コンテナの中に入れることによって、あらかじめパックした装入物を形成することを含む。また、この方法は、コンテナの少なくとも１つの取付部材を取り外し可能に引揚装置に連結し、後に、スクラップ材と廃棄可能な金属コンテナの組み合わせが炉に装入されるように、あらかじめパックした装入物と引揚装置との連結を解除することも含む。
2020531693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金炉または精錬炉に、あらかじめパックした装入物を装入する方法であって、
少なくとも１つの取付部材を有する廃棄可能な金属コンテナを準備し、
スクラップ材を前記金属コンテナの中に装填することによって、あらかじめパックした装入物を形成し、
前記コンテナの前記少なくとも１つの取付部材を取り外し可能に引揚装置に連結し、
前記あらかじめパックした装入物と前記引揚装置との連結を解除し、
前記スクラップ材および前記廃棄可能な金属コンテナを前記炉に装入することを含む、方法。
【請求項２】
前記形成する工程の間に、ごみ、破片および他の汚染物を、前記あらかじめパックした装入物から除去することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ごみ、破片および他の汚染物は、前記廃棄可能な金属コンテナに設けられた１つ以上の開口を通って落ちることによって前記あらかじめパックした装入物から除去される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記あらかじめパックした装入物を形成するためのスクラップ材の種類に基づいて前記廃棄可能な金属コンテナを選択することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記形成する工程は、前記炉とは離れた場所で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記形成する工程は、スクラップ置き場で実施される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記連結を解除する工程は、前記少なくとも１つの取付部材を前記引揚装置から外すことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記連結を解除する工程の前に前記炉の蓋を開き、
前記蓋が開いたら、前記あらかじめパックした装入物を前記炉の上の位置に配置し、
前記あらかじめパックした装入物を下げて前記炉の中に入れることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記連結を解除する工程の直後に前記蓋を閉じることをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記廃棄可能な金属コンテナを前記スクラップ材と一緒に溶融することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記炉から離れた場所で前記あらかじめパックした装入物を輸送車両に積載し、
前記あらかじめパックした装入物を前記炉まで搬送し、
前記あらかじめパックした装入物を前記輸送車両から移送し、
前記移送する工程の後に前記装入する工程を実施することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
冶金炉または精錬炉の中に投入するためのあらかじめパックした装入物であって、
複数の相互接続ワイヤによって形成された本体を含む廃棄可能なコンテナと、
前記本体と一緒に形成されるか前記本体に連結された複数の取付部材と、
前記コンテナ内に配置された、特定の種類の物質からなる分離されたスクラップと、を含み、
前記本体には、前記複数のワイヤ間に複数の隙間があり、
前記廃棄可能なコンテナは、前記スクラップと実質的に同一種類の物質で作られ、
前記あらかじめパックした装入物には、前記コンテナにある前記複数の隙間を通って自由落下するごみ、破片および他の汚染物が混入していない、あらかじめパックした装入物。
【請求項１３】
前記廃棄可能なコンテナは、複数の相互接続ワイヤで形成された金属製で凹形のバスケットを含み、前記複数の相互接続ワイヤは、前記バスケットの底端から半径方向に拡がっている、請求項１２に記載のあらかじめパックした装入物。
【請求項１４】
前記廃棄可能なコンテナは、前記複数の相互接続ワイヤによって形成された実質的に平らなワイヤ本体を含み、前記複数の相互接続ワイヤ間には前記複数の隙間があり、前記複数の取付部材は、少なくとも前記本体のそれぞれの隅に位置する、請求項１２に記載のあらかじめパックした装入物。
【請求項１５】
前記廃棄可能なコンテナは、前記複数の相互接続ワイヤによって形成された箱形のワイヤ本体を含み、前記コンテナは、底と、開いた頂部と、側面と、を含み、前記底および側面は前記複数の隙間を含み、前記複数の取付部材は、前記ワイヤ本体の前記側面に連結されている、請求項１２に記載のあらかじめパックした装入物。
【請求項１６】
冶金炉または精錬炉に、あらかじめパックしたアセンブリを装入する方法であって、
少なくとも１つの特徴に基づいてスクラップを分け、
前記スクラップを、複数の取付部材を有する廃棄可能な金属コンテナに入れ、
前記スクラップと前記廃棄可能な金属コンテナの組み合わせとして前記あらかじめパックしたアセンブリを形成し、
前記コンテナの前記複数の取付部材を引揚装置に連結し、
前記あらかじめパックしたアセンブリを引き揚げて前記炉に入れ、
前記複数の取付部材を前記引揚装置から放し、
溶融作業のために前記あらかじめパックしたアセンブリを前記炉の中に装入することを含む、方法。
【請求項１７】
前記炉から離れた場所で前記あらかじめパックしたアセンブリを輸送車両に積載し、
前記あらかじめパックしたアセンブリを前記炉まで搬送し、
前記あらかじめパックしたアセンブリを前記輸送車両から移送し、
前記移送する工程の後に前記装入する工程を実施することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも前記積載する工程および形成する工程の間に、ごみ、破片および他の汚染物を、前記スクラップから除去することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ごみ、破片および他の汚染物は、前記廃棄可能な金属コンテナに設けられた１つ以上の開口を通って落ちることによって前記あらかじめパックしたアセンブリから除去される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの特徴に基づいて前記廃棄可能な金属コンテナを選択することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
本出願は、２０１７年８月２３日出願の米国特許仮出願第６２／５４９，０８９号の優先権の利益を主張するものであり、その開示内容全体を本明細書に援用する。
【０００２】
本開示は、スクラップの使用に関し、特に、製鉄プロセスまたは製鋼プロセスの間にスクラップを分離およびパックするシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
金属業界では、スクラップ材を再溶融し、想定される最終製品に必要な量で必要な物性を有する高品質の金属にするために、スクラップ材を回収し、分離し、輸送し、炉に装入することが求められている。スクラップは、電気アーク炉（ＥＡＦ）での製鋼、塩基性精錬炉（ＢＯＦ）での製鋼、鋳物工場（キューポラ炉、誘導炉、ＥＡＦなど）、製錬作業（非鉄金属および材料）、スクラップを主体とする原料が必要な他のプロセスで利用される。スクラップを回収して操業中の炉に送る従来の方法では、装入物の約２５〜４０％が不活性材料（例えば、ごみや砂など）と望ましくない金属のいずれかになる。例えば、製鉄炉や製鋼炉に鉛や銅などの望ましくない材料（金属）が入り込むと、仕様外の最終製品が生産される可能性がある。現在のところ、溶融状態で特定の最終製品からこれらの金属を除いて精製する簡単な方法は存在しない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の一実施態様では、冶金炉または精錬炉に、あらかじめパックした装入物を装入する方法は、少なくとも１つの取付部材を有する廃棄可能な金属コンテナを準備し、スクラップ材を金属コンテナの中に入れることによって、あらかじめパックした装入物を形成し、コンテナの少なくとも１つの取付部材を取り外し可能に引揚装置に連結し、あらかじめパックした装入物と引揚装置との連結を解除し、スクラップ材および廃棄可能な金属コンテナを炉に装入することを含む。
【０００５】
この実施態様の一例において、本方法は、形成する工程の間に、ごみ、破片および他の汚染物を、あらかじめパックした装入物から除去することを含むことができる。第２の例では、ごみ、破片および他の汚染物は、廃棄可能な金属コンテナに設けられた１つ以上の開口を通って落ちることによってあらかじめパックした装入物から除去される。第３の例では、本方法は、あらかじめパックした装入物を形成するためのスクラップ材の種類に基づいて廃棄可能な金属コンテナを選択することを含むことができる。
【０００６】
第４の例では、形成する工程は、炉とは離れた場所で実施される。第５の例では、
形成する工程は、スクラップ置き場で実施される。第６の例では、連結を解除する工程は、少なくとも１つの取付部材を引揚装置から外すことを含む。
【０００７】
第７の例では、本方法は、連結を解除する工程の前に炉の蓋を開き、蓋が開いたら、あらかじめパックした装入物を炉の上の位置に配置し、あらかじめパックした装入物を下げて炉の中に入れることを含むことができる。第８の例では、本方法は、連結を解除する工程の直後に蓋を閉じることを含むことができる。第９の例では、本方法は、廃棄可能な金属コンテナをスクラップ材と一緒に溶融することを含むことができる。
【０００８】
本実施態様のさらに別の例では、本方法は、炉から離れた場所であらかじめパックした装入物を輸送車両に積載し、あらかじめパックした装入物を炉まで搬送し、あらかじめパックした装入物を輸送車両から移送し、移送する工程の後に装入する工程を実施することを含むことができる。
【０００９】
本開示の別の実施態様では、冶金炉または精錬炉の中に投入するためのあらかじめパックした装入物は、複数の相互接続ワイヤによって形成された本体を含む廃棄可能なコンテナと、本体と一緒に形成されるか本体に連結された複数の取付部材と、コンテナ内に配置された、特定の種類の物質からなる分離されたスクラップと、を含み、本体には、複数のワイヤ間に複数の隙間があり、廃棄可能なコンテナは、スクラップと実質的に同一種類の物質で作られ、あらかじめパックした装入物には、コンテナにある複数の隙間を通って自由落下するごみ、破片および他の汚染物が混入していない。
【００１０】
この実施態様の一例において、廃棄可能なコンテナは、複数の相互接続ワイヤで形成された金属製で凹形のバスケットを含んでもよく、複数の相互接続ワイヤは、バスケットの底端から半径方向に拡がっている。第２の例では、廃棄可能なコンテナは、複数の相互接続ワイヤによって形成された実質的に平らなワイヤ本体を含んでもよく、複数の相互接続ワイヤ間には複数の隙間があり、複数の取付部材は、少なくとも本体のそれぞれの隅に位置する。さらに別の例では、廃棄可能なコンテナは、複数の相互接続ワイヤによって形成された箱形のワイヤ本体を含んでもよく、コンテナは、底と、開いた頂部と、側面と、を含み、底および側面は複数の隙間を含み、複数の取付部材は、ワイヤ本体の側面に連結されている。
【００１１】
本開示の別の実施態様では、冶金炉または精錬炉に、あらかじめパックしたアセンブリを装入する方法は、少なくとも１つの特徴に基づいてスクラップを分け、スクラップを、複数の取付部材を有する廃棄可能な金属コンテナに入れ、スクラップと廃棄可能な金属コンテナの組み合わせとしてあらかじめパックしたアセンブリを形成し、コンテナの複数の取付部材を引揚装置に連結し、あらかじめパックしたアセンブリを引き揚げて炉に入れ、複数の取付部材を引揚装置から放し、溶融作業のためにあらかじめパックしたアセンブリを炉の中に装入することを含む。
【００１２】
この実施態様の一例において、本方法は、炉から離れた場所であらかじめパックしたアセンブリを輸送車両に積載し、あらかじめパックしたアセンブリを炉まで搬送し、あらかじめパックしたアセンブリを輸送車両から移送し、移送する工程の後に装入する工程を実施することを含んでもよい。別の例では、本方法は、少なくとも積載する工程および形成する工程の間に、ごみ、破片および他の汚染物を、スクラップから除去することを含んでもよい。さらに別の例では、ごみ、破片および他の汚染物は、廃棄可能な金属コンテナに設けられた１つ以上の開口を通って落ちることによってあらかじめパックしたアセンブリから除去される。さらに別の例では、本方法は、少なくとも１つの特徴に基づいて廃棄可能な金属コンテナを選択することを含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示の上述した態様およびそれらを取得する方法は、添付の図面を参照して本開示の実施形態について以下の説明を参照することにより、一層明らかになり、本開示自体がよりよく理解されるであろう。
【図１】図１は、製鋼炉の断面概略図である。
【図２】図２は、冶金炉における溶融プロセスの流れ図を示す。
【図３】図３は、スクラップバケットを受け入れてスクラップを炉内に投入するための、開位置にある炉蓋の概略図である。
【図４】図４は、スクラップ分離コンテナデザインのバスケットワイヤロープまたは鉄筋デザインの斜視図である。
【図５】図５は、平らなワイヤロープデザインを有するスクラップ分離コンテナデザインの斜視図である。
【図６】図６は、スクラップ分離コンテナデザインプレートおよび鉄筋構造デザインの斜視図である。
【図７】図７は、装入物を分離し、パックし、溶融する方法の流れ図を示す。
【００１４】
対応する参照符号は、いくつかの図を通して対応する部分を示すのに用いられる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書に記載される本開示の実施形態は、網羅的であることや以下の詳細な説明に開示される形態に開示内容を厳密に限定することを意図するものではない。むしろ、実施形態は、当業者が本開示の原理と実施内容を認識および理解するように選択および説明される。
【００１６】
図１を参照すると、炉の一実施形態が電気アーク炉（ＥＡＦ）１８０として示されている。一例としてＥＡＦを開示するが、本開示の原理および教示内容を、製鉄炉、塩基性精錬炉（ＢＯＦ）などにおいて容易に適用できることを理解されたい。図１において、ＥＡＦ１８０には、炉殻１１２と、複数の電極１１４と、排気システム１１６と、作業用構台１１８と、ロッカーチルト機構１２０と、チルトシリンダー１２２と、オフガス室とを含むことができる。炉殻１１２は、ロッカーチルト１２０または他のチルト機構上に移動可能に配置されてもよい。さらに、ロッカーチルト１２０は、チルトシリンダー１２２によって動力を供給されてもよい。また、ロッカーチルト１２０は、作業用構台１１８上にも固定されてもよい。
【００１７】
炉殻１１２には、皿形炉床１２４と、ほぼ円筒形の側壁１２６と、樋１２８と、樋扉１３０と、ほぼ円筒形の円形蓋１３２と、を含むことができる。樋１２８および樋扉１３０は、円筒形の側壁１２６の片側に配置されている。開放位置では、樋１２８によって、送入空気１３４を炉床１２４に入れ、製錬で生じたガス１３６を部分的に燃焼可能なようにすることができる。炉床１２４は適切な耐火材で作製されている。炉床１２４の一端には、下端に出銑手段１３８を有する掛堰がある。溶融動作時、耐火性プラグまたは摺動可能なゲートで出銑手段１３８を閉じる。その後、炉殻１１２を傾け、出銑手段１３８のプラグを抜くすなわち開放し、必要に応じて溶湯を取鍋、タンディッシュなどの装置に出湯する。
【００１８】
炉殻１１２の内壁１２６には、波形巻き配管系１５０からなる水冷式パネル１４０を取り付けることができる。これらのパネルは事実上、炉１８０内の内壁として機能する。冷水と戻り水を供給するマニホールドが、パネル１４０と流体連通している。一般に、マニホールドは、図示の排気ダクト１４４と同様の方法で周囲に配置される。
【００１９】
熱交換器システム１１０は、ＥＡＦ炉１１０の運転効率を高めるとともに、耐用寿命をのばす。例示的な一実施形態では、パネル１４０を、波形巻き配管系がほぼ水平の向きになるように組み立ててもよい。配管系１５０については、連結具に接続してもよいし、配管系１５０をその基部で壁に取り付けられるようにしてもよい。あるいは、波形巻き配管系１５０がほぼ垂直の向きになるように、パネル１４０を取り付けることもできる。炉１８０の側壁１２６部分の上縁部で、パネル１４０の上端によって円形の縁の形状が決まってもよい。
【００２０】
熱交換器システム１１０を炉１８０の蓋１３２に取り付けることができ、この場合、水冷式パネル１４０は、その湾曲具合が蓋３２のドーム形の輪郭にほぼ合うようになっている。また、熱交換器システム１１０を、炉１８０の側壁１２６の内側、蓋１３２、排気システム１１６の入口ならびに排気システム１１６全体に設けるようにしてもよい。熱交換器システム１１０は、それ自体で炉を保護することができ、煤塵を回収してガスを大気に放出する場であるバグハウスまたは他の濾過および空気処理施設に高温の廃ガス１３６が送られると、そのガスを冷却する。
【００２１】
運転時、高温の廃ガス１３６、煤塵、煙霧は、炉殻１１２の通気口１４６を通って炉床１２４から除去される。通気口１４６は、排気システムと連通していてもよい。
【００２２】
パネル１４０には、複数の管１５０を軸方向に配置することができる。Ｕ字形エルボによって、ある長さごとに区分されて隣接する配管系または管１５０を互いに接続し、連続配管システムを形成することができる。隣接する管１５０の間には、スペーサとしても機能する連結具などがあってもよく、それらによってパネル１４０が構造的に完全な状態となり、パネル１４０の湾曲具合が決まる。
【００２３】
熱交換システムまたは熱交換器１１０には、入口（図示せず）および出口（図示せず）を有する波形巻き配管系１５０からなる少なくとも１つのパネルと、少なくとも１つのパネルの入口と流体連通する入力マニホールドと、少なくとも１つのパネルの出口と流体連通する出力マニホールドと、配管系１５０を流れる冷却用流体と、を含むことができる。熱交換器システム１１０は、高温の煙霧ガス１３６や冶金炉１８０およびその支持構成要素から排出されてくる煤塵を冷却する。配管系は、ある長さごとに区分して並べたチューブを接続したチューブの集合であり、接続されたチューブ同士が連結具で固定され、中に少なくとも１つのパネル１５０が形成されている。
【００２４】
配管系１５０を製造するのに望ましい組成の一例に、アルミニウム青銅合金があることが判明している。アルミニウム青銅合金は、熱伝導率、高温ガス流によるエッチングに対する耐性（弾性率）が予想よりも高く、酸化に対する耐性も良好であることがわかっている。したがって、熱交換器の耐用寿命が長くなる。熱交換器やこれに付随する部品の製造にアルミニウム青銅を使用すると、腐食や浸食が低減される。アルミニウム青銅は、熱伝導率がＰ２２（Ｆｅ約９６％、Ｃ０．１％、Ｍｎ０．４５％、Ｃｒ２．６５％、Ｍｏ０．９３％）よりも４１％高く、炭素鋼（Ａ１０６Ｂ）よりも３０．４％高い。アルミニウム青銅やその合金を使用して製造された熱交換器は、耐火材料や他の金属合金で作られた炉よりも効率が高く、耐用寿命が長い。
【００２５】
また、配管系１５０は押出成形することができ、押出成形は、配管系が腐食や浸食、圧力、熱応力に抗する一助となり得ることも判明している。必要があれば、配管系が取り付けられている壁の湾曲具合に合わせて配管系を湾曲または屈曲させることも可能である。さらに一般には、配管系の個々のセクション同士を角度のついた連結具で固定して、得られるパネルの湾曲具合が壁の湾曲具合に合うようにされている。
【００２６】
図２を参照すると、図１に示すような炉における溶融プロセスの概要が示されている。溶融プロセス２００は、操作を実行するための複数のブロックまたは工程を含むことができる。ここで、スクラップを装入できる第１のブロック２０２が示されている。これをするには、スクラップを装入用バケットから炉に投入することができるように、炉蓋を引っ張ったり移動したりすればよい。第２のブロック２０４では、蓋を閉じ、電極を炉に入れて、スクラップを加熱し、スクラップを溶かして溶鋼にすることができる。第３のブロック２０６では、添加剤を炉に加え、溶融プロセス２００の一助とすることができる。例えば、炉のサイドドアを開いて、酸素または炭素を吹き込むか炉の中に加えて溶融を助けるようにしてもよい。
【００２７】
ブロック２０６の後、溶融プロセス２００は、スラグ化工程が実行されるブロック２０８に進むことができる。ここで、炉を一方向に傾けて、溶湯の上部から廃棄物を取り出し、スラグポットにスラグを集めることができる。ここで、脱炭プロセスを実施して、炭素を除去したり、炉の炭素含有量を低減したりしてもよい。第５のブロック２１０では、スラグ化工程とは逆方向に炉を傾ける出銑工程を実行することができる。ここで、溶湯を取鍋に出湯し、取鍋で処理すればよい。
【００２８】
前述の方法は、溶融プロセスの一例にすぎない。しかしながら、溶融プロセスの前に、装入物となるスクラップ材料を回収する必要がある。前測定装入物と呼ばれることも多い装入物は、溶融プロセスを開始するためにスクラップバケットに入れられて炉に投入される、大量のスクラップや他の材料である。
【００２９】
スクラップを回収するための従来の方法には、様々な供給源から材料を回収したり受け入れたりして、様々な分類に従って、廃棄物処理場でスクラップを分離するスクラップ処理業者を含む。これらの分類の例として、（ａ）Ｎｏ．１またはＮｏ．２ヘビー屑（ＨＭＳ）、（ｂ）Ｎｏ．１またはＮｏ．２バンドル、（ｃ）新断バラ、（ｄ）鋳鉄、（ｅ）鉄道レール屑、（ｆ）シュレッダー屑、（ｇ）銑鉄、（ｈ）ターニングがあげられる。単に鉄および非鉄などの他の分類も存在する場合がある。
【００３０】
磁石／クランプ、振動システムを装備したクレーンや、フロントエンドローダーなどの他の移動作業機による従来のスクラップ処理の結果、様々なごみや砂、氷、水または破片などがスクラップの山を汚染する望ましくない金属と一緒に混入するのを避けられず、これらが炉に投入されるスクラップに混じってしまう。いくつかの例では、溶湯に投入される装入物の約２５〜４０％が破片や他の残渣であり、分離せずにおくと、これらの物質が所望の物質と結合して後生成物を形成する。さらに、氷が炉内に散乱すると、水の水素原子により爆発または他の激しい反応が起こる可能性がある。したがって、スクラップ材から、ごみ、破片、望ましくない金属を回収し、分離し、選別する方法を提供し、販売されて最終的に溶融炉に装入されるスクラップが、望ましい金属がほぼ１００％で望ましくない金属による交差汚染がほとんどないか全くないものになるようにすることが望ましい。
【００３１】
スクラップを炉に装入する従来の方法のひとつでは、地域のスクラップセンターからスクラップを回収し、このスクラップを製造施設のスクラップ置き場に搬入し、それを炉に装入するためのスクラップバケットに移すことである。図３に示すように、従来の製鋼システム３００の炉３０２の蓋を開き、スクラップをスクラップバケット３０４から炉３０２の中に投入できるようにすることができる。まず、スクラップバケット３０４に装入物を入れ、その上で、ホイスト３０６を備えたクレーンで、開いた炉３０２よりも上にスクラップバケット３０４を引き上げることができる。その後、バケット３０４を傾けて、スクラップを炉３０２に投入することができる。炉への装填量が多すぎる場合、クレーンの操縦者がスクラップの上でバケットを操作し、バケットを落としてスクラップを圧縮することができる。これは、蓋を閉じるにはスクラップが炉３０２の中で高く積まれすぎた場合に特に必要になる可能性がある。蓋が開いている間、炉３０２から熱や他のエネルギーが失われることは注目に値する。これによって、溶融プロセスが非効率的になり、生産性が低下する。
【００３２】
また、図３のようなスクラップバケット３０４では、稼働状態に維持するために多くの保守が必要になる可能性がある。バケットが破損したり使用できなくなったりすると、それは不都合になり得る上、例えば製鉄所の生産性が低下するといったことが生じる可能性がある。
【００３３】
このように、スクラップを分離して処理する従来の方法は、きれいなスクラップを炉に送り込む点で非効率的である。磁石とフロントエンドローダーによるスクラップの移送操作では、スクラップを、意図せずして混入した他の望ましくない金属、ごみ、破片などと一緒に、何ら区別なく拾い上げる。したがって、従来の処理方法を使用して、きれいなスクラップ材を提供するのは困難であり、ほぼ不可能な場合もある。上述したように、スクラップ装入物の約２５〜４０％に望ましくない夾雑物が含まれている場合がある。従来の装入工程２０２における炉からの熱またはエネルギーの損失と、従来のスクラップバケットに必要な保守に加えて、このような不都合な点がある。
【００３４】
これらの問題を克服するために、本開示は、スクラップの輸送および搬入過程全体にわたってスクラップの適切な分類を維持できるように、スクラップを回収して分離する場でコンテナに入れることができる１つ以上の実施形態を提供する。また、スクラップ搬入システムのモジュール化により、炉への装入方法を簡素化することができる。さらに、溶融炉の作業員らが購入したスクラップは品質および仕様の点でほぼ１００％であることが保証される。
【００３５】
本開示の一例では、ひとつの方法で、スクラップを分離し、炉への充填、取り扱い、輸送および装入が容易にできる大箱および／またはワイヤロープからなる袋に入れることを含むことができる。ワイヤロープからなる大箱または袋は、中にスクラップを保持するがスクラップを入れる際に小さなごみや破片が落ちるようにワイヤロープ間に隙間をあけて設計することができる。この袋は、バスケットの形にしてもよいし、４箇所で吊り上げられる単なる平らな形を保ってもよく、平らな面にスクラップを載せた後にスクラップをくるむようにして固定し、閉じた袋になるような平らな形状であってもよい。この例を、本開示の図４から図６に示す。
【００３６】
図４を参照すると、ワイヤロープからなる袋４０２のスクラップ分離コンテナデザイン４００の一実施形態。袋４０２は、その底から半径方向外向きに突出して少なくとも部分的に垂直方向の柵を形成する複数のワイヤで形成することができる。また、底から異なる半径で円周方向にワイヤをいくらでも延ばし、水平方向の柵を形成してもよい。ワイヤ間の隙間すなわち開口部によって、ごみ、煤塵、破片、氷、その他の不要な夾雑物が装入物の一部とならないようにすることができる。
【００３７】
ワイヤ袋４０２には、ホイスト（図示せず）が袋を持ち上げて炉内に投入するための１つ以上の取付部材４０４を含んでもよい。取付部材４０４は、ホイストに対して着脱可能に設計されてもよい。このため、例えばクレーンの操縦者が、必要に応じて、ホイストから袋４０２を離すことができるようになっていてもよい。
【００３８】
ワイヤ袋４０２を図４に示すようにさらに折り、装入物４０８を上端４０６から袋４０２に入れられるようにすることができる。ワイヤ袋４０２に装入物４０８がすでに入った状態で、例えばゴンドラや鉄道車両に積み込んでスクラップ置き場から製鉄所に出荷できる、あらかじめパックした装入物４００が提供される。ワイヤ袋４０２の材料が、同じく装入物の一部をなすようなものであると都合がよい。したがって、クレーンでワイヤ袋４０２とその中の装入物４０８を炉の開口部の上まで持ち上げると、クレーンの操縦者がホイストを作動させ、ワイヤ袋４０２と装入物４０８を丸ごと離して炉内に入れることができる。ワイヤ袋４０２は消耗品であるため、スクラップバケットは必要ない。さらに、あらかじめパックした装入物４００を炉内に投入するやいなや、すみやかに炉蓋を閉じることができるため、大半の従来の装入過程と比較して、炉から失われる熱およびエネルギーの量を減らすことができる。
【００３９】
図５に、あらかじめパックした装入物５００の別の実施形態を示す。図４では、ワイヤ袋４０２は、装入材４０８を伴うまたは伴わない凹形の構造を含む。一方、図５では、ワイヤロープの袋またはコンテナ５０２は、図示のように平らに設計される。ここではワイヤ間に複数の空間または隙間があり、装入材５０８は袋５０２の中に維持されるが、同時に、装入材５０８を袋５０２に投入するときに、小さなごみや破片、氷などを落とすことができる。
【００４０】
袋５０２は、クレーンのホイストに取り外し可能に連結される複数の取付部材５０４を含むことができる。図５に示すように、袋５０２の上に形成された４つの取付部材５０４があるが、これはそのような例のひとつであることを意図しているだけである。袋５０２の一部として、取付部材の数はいくつであってもよい。装入材５０８を平らなワイヤ袋５０２の上に載せたら、取付部材５０４を持ち上げ、最終的に互いに結合するか互いに連結して装入材４０８を中に保持することができる。取付部材５０８を持ち上げる際、開放端５０６から袋５０２に装入材５０８を入れつづけてもよい。
【００４１】
図６を参照すると、あらかじめパックした装入物６００の異なる実施形態が示されている。ここで、あらかじめパックした装入物６００は、大箱のデザイン６０２の一部である。それぞれの場合において、大箱６０２は、装入材を入れるための開放端６０６を有する箱形である。大箱６０２を形成するのに用いられるワイヤ６１０または他の材料は、より小さな破片、ごみ、氷などを落とせるようにするために、開口部または溝６０８ができるように配置できる。これらの開口部または溝６０８は、大箱６０２の側面と底に設けることができる。大箱６０２は、これを強化するためのプレートコーナー構造体を有する鉄筋構造をさらに含むものであってもよい。
【００４２】
図４および図５と同様に、大箱６０２は、ホイストまたは他のリフト装置への取り外し可能な連結用に複数の取付部材６０４を含むことができる。さらに、装入材が入れられると、大箱６０２は、それらも装入物の一部を形成するという点で消耗品である。したがって、装入材を炉に投入する際、あらかじめパックした装入物６００全体（大箱６０２を含む）を溶融用として炉に投入することができる。これによって、より制御可能かつ効率的な装入および溶融プロセスが可能になり、従来のスクラップバケットを使用する場合の炉からのエネルギー損失と効率の悪さが抑えられる。上述したように、従来のスクラップバケットでは、スクラップ材で一杯になりすぎることが多いため、バケットは装入材を炉に入れて押しつぶすのに使用される。さらに、スクラップをバケットから炉に投入すると、装入材が自由落下して炉の中に入り、激しい反応を引き起こす可能性がある。本開示では、廃棄可能なあらかじめパックした装入物をクレーンで炉の上に持ち上げ、炉内にゆっくりと落とし、炉内に投入される装入物の反応を最小限に抑えることができる。このように、より一層制御された装入プロセスになる。
【００４３】
図４から図６には各々、あらかじめパックした異なる装入物の例が示されており、装入材の一部を形成するワイヤ袋、コンテナ、大箱などが示されている。そのため、袋、コンテナ、大箱などの材料は軟鋼であってもよく、その大きさについても、袋、コンテナ、大箱などが投入される炉によって変えることができる。また、それぞれの袋の大きさを、例えば、溶融サイクルに必要な装入量によって変えても構わない。さらに、それぞれの袋の大きさを、製鉄所などに出荷する際に、例えばあらかじめパックした装入物がより高密度でゴンドラまたは鉄道車両に収まるようにカスタマイズまたは最適化することも可能である。場合によっては、ワイヤ袋、コンテナまたは大箱が事務所や部屋と同じ大きさになることもある。１つの非限定的な例では、ワイヤ製の大箱が、１２フィート×１２フィート（約３６６ｃｍ四方）より大きく、側面の高さが少なくとも４フィート（約１２２ｃｍ）であってもよい。
【００４４】
一例では、プレートコーナー構造体と一緒に鉄筋構造で作られた大箱は、破片をふるい落とすがスクラップは大箱内に残せるようにする鉄筋間の隙間を含むことができる。大箱の別の例は１００％鉄筋構造で形成され、破片を鉄筋の隙間からふるい落とすがスクラップは大箱の中に残すことができる。
【００４５】
大箱および袋の製造材料は、スクラップ材の化学的および物理的特性と一致していてもよい。大箱および袋の大きさとデザインについては、炉の運転に関する製造業者の要件に合わせて変更することができる。大箱または袋は、スクラップバケットに直接装入したり、炉に直接装入したりするのに最適な用途に合う大きさにすることもできる。例えば、６フィート×６フィート×６フィート（一辺が約１８３ｃｍ）の大箱または袋には、約１６，０００ポンドの金属鋼装入物を収容することができる。
【００４６】
より小さな大箱または袋を利用して、コンベヤによって炉に装入できるため、スクラップバケットの充填と投入プロセスを排除できる。このような大箱または袋を用いる手法では、より一層確実に、炉に装入されるスクラップ材の品質を一定に保ち、ごみや破片がなく、他の金属不純物や非金属不純物がない状態にすることができる。
【００４７】
コンベヤまたはホイストは、それぞれのワイヤ袋または大箱の取付部材に取り外し可能に連結されるコネクタを含むように設計されてもよい。操作員は、必要に応じて、ワイヤ袋または大箱を炉に直接落とすようにコネクタを制御することができる。このデザインでは、このタイプの構造に合えば、従来のどのようなコネクタを使用しても構わない。
【００４８】
図７を参照すると、装入および溶融プロセス７００の一実施形態が示されている。プロセス７００は、プロセスを実行するための複数のブロックまたは工程を含む。第１のブロック７０２では、例えば、スクラップ置き場で、上述したような何らかの特徴に従ってスクラップ材などを分離することができる。これは、金属の種類、鉄と非鉄などによるものであっても構わない。例えば、鋼のグレードによっては銅などの残渣が許容される場合もあるが、許容されないグレードの鋼もある。スクラップ置き場では、上述した特徴に従って、スクラップ材を異なる山に分けることができる。
【００４９】
スクラップ材を分けたら、これを、上述して図４から図６に示したようなワイヤ袋、ワイヤロープのコンテナ、大箱などの廃棄可能なコンテナまたは消耗品のコンテナに入れることができる。分けられたスクラップ材とそれぞれのコンテナとの組み合わせは、ブロック７０４で、あらかじめパックした装入物を形成する。使用されるコンテナの大きさは、それが出荷される場所や所定の溶融操作に必要な装入物の大きさに依存する場合がある。ブロック７０４で、大きさの異なるコンテナを、スクラップを入れてあらかじめパックした装入物を形成するために保存するかスクラップ置き場に提供することができる。あらかじめパックした装入物ができたら、ゴンドラ、鉄道車両または他の輸送可能な手段（例えば、タンカー、トラックなど）に積載し、ブロック７０６で製鉄所または製鋼所に出荷することができる。あらかじめパックした装入物をゴンドラまたは鉄道車両に高密度で積載すると望ましく、ワイヤ袋、コンテナ、大箱などで、これを達成することができる。
【００５０】
製鉄所または製鋼所では、あらかじめパックした装入物をブロック７０８で降ろし、ブロック７１０で、クレーン、コンベヤまたは他の吊り上げ装置に取り外し可能に連結することができる。取付部材には、あらかじめパックした装入物との間の接続を解除することで、あらかじめパックした装入物をどの時点でも簡単に炉の中に投入することができるような方法で、コネクタを連結してもよい。例えば、ブロック７１２では、あらかじめパックした装入物を炉まで運び、クレーンまたはコンベヤで炉まで持ち上げることができる。ブロック７１４では、炉蓋を開くことができ、あらかじめパックした装入物を持ち上げるか上昇させ、炉の開放端の上に配置することができる。
【００５１】
次いで、クレーンまたはコンベヤ（または他の引揚装置）は、ブロック７１６で、廃棄可能であるか消耗品のワイヤ袋、バスケット、コンテナまたは大箱を含む、あらかじめパックした装入物を下げて溶湯に入れ、あらかじめパックした装入物を放すことができる。ブロック７１６であらかじめパックした装入物を溶湯中に投入後、蓋を閉じることができるように、クレーンまたはコンベヤを炉区域から出すことができる。蓋を閉じたら、ブロック７１８で、電極を下げて溶湯の中に入れ溶融プロセスにすることができる。溶融プロセスの間、あらかじめパックした装入物の一部を形成するワイヤ袋、バスケット、コンテナ、大箱などは、ブロック７２０において炉内で消費される。
【００５２】
場合によっては、ワイヤ袋、バスケット、コンテナ、大箱などを使用して、スクラップ置き場から製鋼所に装入物を移送することができ、製鋼所にきてから装入物を従来のスクラップバケットに移動させてもよい。この選択肢は依然として存在するが、スクラップバケットの代わりに廃棄可能なコンテナを使用すると、より効率的かつ生産的な溶融プロセスが実現する。いずれにしても、ワイヤ袋または他のコンテナを使用すると、破片、ごみ、氷、その他の汚染物を装入物から除去し、金属の不純物を減らしたり除去したりすることができる。これにより、体積で最大２５％のごみや破片がなくなるため、装入材の体積あたりの金属収率が高くなり、生産物１トンあたりのエネルギー消費量が低減される。
【００５３】
本開示の実施形態では、本明細書に記載のシステムを使用することにより生じ得る多くの節約と改善を提供することができる。例えば、本明細書に記載の実施形態では、使用中のスクラップに含まれる金属不純物が低減または除去されることで、仕様から外れる熱も排除される場合がある。その結果、誤った組成によるダウングレードまたはスクラップ処理時の熱に起因する利益の損失をなくすことができる。上述したように、ごみおよび破片は、鋼鉄と比較した場合、溶融に要する１トンあたりのエネルギーがかなり大きい。
【００５４】
本明細書に記載の実施形態では、操業施設における環境面で一層安全なスクラップ用の保存方法も提供することができる。さらに、スクラップバケットの継続的な使用によるものであろうと、より連続的な装入プロセスの実施によるものであろうと、スクラップ用の簡素化された装入方法を提供することができる。
【００５５】
本開示の原理を組み込んだ例示的な実施形態を本明細書に開示したが、本開示は、ここに開示の実施形態に限定されるものではない。代わりに、本開示は、その一般原則を使用して、開示内容のあらゆる変形例、用途または適用例を網羅することを意図している。さらに、本出願は、本開示が関連し、添付の特許請求の範囲内にある既知のまたは慣習的な慣行に含まれるような、本開示とは離れた内容も網羅することを意図している。
【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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【国際調査報告】
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