冷铁源的熔解精炼炉以及熔解精炼炉的操作方法与流程

本发明涉及一种冷铁源的熔解精炼炉及熔解精炼炉的操作方法。

本申请基于2016年3月31日在日本申请的专利申请2016-073420号要求优先权，并且在此援引其内容。

背景技术：

在各种生产工艺中使用燃烧器，该燃烧器在喷出含氧助燃性流体(例如，氧、空气及富氧空气等)的同时，使燃料燃烧以加热被加热物。例如，在电气炉制钢工艺中，在电气炉内加热铁屑等的原料以使其熔化时，有时在原料中产生所谓冷点的低温部位，在该低温部位难以熔化原料。因此，通过使用燃烧器，能够提高原料的加热效率，并且降低用于原料熔化的用电量，削减熔化成本。

另外，已知如下的情况：通过助燃性流体使一部分原料氧化及熔化以促进切断，从而能够进一步提高对原料的加热效率。此外，已知通过供给助燃性流体，能够促进未燃烧流体(一氧化碳等)的燃烧。

如此，在操作电气炉时，根据电气炉内的原料冷铁源的熔解状况及未燃烧流体的产生量，优化助燃性流体的吹入量，以期削减吹入的助燃性流体的消耗量及抑制原料的过氧化(提高生产率)。

例如，在专利文献1中公开了为了提高利用助燃性流体进行二次燃烧时的加热效率，利用预先高温预热后的氧气的提炼炉。另外，在专利文献2中公开了使用氧燃烧器喷枪来高效地熔解冷铁源的熔解提炼炉。

专利文献1：日本专利公开2000-337776号公报

专利文献2：日本专利第4050195号公报

然而，实际上在专利文献1及专利文献2所公开的电气炉的操作方法中，希望通过改善助燃性流体的电力量或耗电量的效率而进一步提高效率。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而提出的，其课题是在使用氧燃烧器喷枪的冷铁源熔解精炼炉的操作或精炼时提高其效率。

为了解决这种课题，本发明提供以下的熔解精炼炉。

(1)一种熔解熔炼炉，具备向炉内的冷铁源喷出含氧助燃性流体和燃料流体的氧燃烧器喷枪，所述熔解熔炼炉具备：

贯通炉壁而设置的贯通孔；

设置于所述贯通孔中的一个以上的氧燃烧器喷枪；和

用于测量所述炉内的温度的温度计，

所述氧燃烧器喷枪具有与炉内连通的一个以上的开口，

所述温度计设置于所述开口中的任一开口上。

(2)根据(1)所述的熔解精炼炉，

以贯通比所述贯通孔更靠上方的所述炉壁的方式设置有一个以上的助燃性流体供给孔，该助燃性流体供给孔用于向所述炉内供给二次燃烧用含氧助燃性流体。

(3)根据(1)或(2)所述的熔解精炼炉，

以贯通比所述贯通孔更靠下方的所述炉壁的方式设置有一个以上的碳源供给孔，该碳源供给孔用于向所述炉内供给碳源。

(4)根据(1)至(3)中的任一项所述的熔解精炼炉，进一步具备：

为了从所述炉内排出废气而设置的废气排出路径；和

设置于所述废气排出路径上的废气分析装置，用于测量包含在所述废气中的成分的浓度及所述废气的流量中的至少一种。

(5)根据(4)所述的熔解精炼炉，

进一步具备控制装置，所述控制装置从所述温度计接收炉内温度的测量值，从所述废气分析装置接收成分浓度及流量的测量值，并且解析这些测量值后，发送用于控制向所述炉内供给的助燃性流体、燃料流体及碳源的供给量的控制信号。

另外，为了解决这种问题，本发明提供以下的熔解精炼炉的操作方法。

(6)一种熔解精炼炉的操作方法，该操作方法为通过使用氧燃烧器喷枪向炉内的冷铁源喷出含氧助燃性流体和燃料流体而熔解及精炼所述冷铁源的炉的操作方法，其中，

通过设置于氧燃烧器喷枪的温度计来测量炉内温度，

基于所述炉内温度的测量值，控制向所述炉内供给的助燃性流体及燃料流体的供给量。

(7)一种熔解精炼炉的操作方法，该操作方法为通过使用氧燃烧器喷枪向炉内的冷铁源喷出含氧助燃性流体和燃料流体而熔解及精炼所述冷铁源的炉的操作方法，其中，

通过设置于氧燃烧器喷枪的温度计来测量炉内温度，并且，

测量包含在从炉内排出的废气中的成分浓度及所述废气的流量，

基于所述炉内温度、成分浓度及流量，控制向所述炉内供给的助燃性流体、燃料流体及碳源的供给量。

本发明的熔解精炼炉及其操作方法在进行使用氧燃烧器喷枪的冷铁源熔解精炼炉的操作或精炼时，能够提高其效率。

附图说明

图1是表示作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉结构的系统图。

图2是放大作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉的炉壁附近后的剖视图。

图3是放大作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉的炉壁附近后的俯视图。

图4是表示能够应用于作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉的氧燃烧器喷枪结构的剖面示意图。

图5是放大作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉的设置有助燃性流体供给孔5A的炉壁2A附近后的剖视图。

图6是放大作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉的设置有助燃性流体供给孔5A的炉壁2A附近后的俯视图。

图7是放大作为应用本发明的另一实施方式的熔解精炼炉的炉壁附近后的俯视图。

具体实施方式

下面，使用附图，对作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉及其操作方法进行详细说明。此外，关于以下说明中使用的附图，为了易于理解特征，为方便起见有时放大表示特征部分，各结构要素的尺寸比率等并不一定与实际相同。

首先，对作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉结构的一例进行说明。

图1是表示包含作为应用本发明的一实施方式的熔解精炼炉2在内的运转系统1结构的系统图。如图1所示，运转系统1大致构造为具备本实施方式的熔解精炼炉2、从上述熔解精炼炉2排出的废气的分析单元(后述)、向上述熔解精炼炉2供给的各种供给量的控制单元(后述)、以及与上述分析单元及上述控制单元电连接的操纵单元(控制装置)14。

图2是放大本实施方式的熔解精炼炉2的炉壁2A附近后的剖视图。另外，图3是放大本实施方式的熔解精炼炉2的炉壁2A附近后的俯视图。

如图1～图3所示，本实施方式的熔解精炼炉2为通过电极3来熔解及精炼炉内的冷铁源的电气炉。另外，在熔解精炼炉(以下，还简称为“电气炉”)2上，以贯通炉壁2A的方式设置有贯通孔4A、助燃性流体供给孔5A及碳源供给孔6A。另外，在贯通孔4A中插入有氧燃烧器喷枪4。

图4是表示能够应用于本实施方式的熔解精炼炉2的氧燃烧器喷枪4的结构的剖面示意图。如图4所示，在本实施方式的氧燃烧器喷枪4的中央设置有用于供给含氧助燃性流体的助燃性流体供给管18，在该助燃性流体供给管18的外周，以同心圆状设置有用于供给燃料流体的燃料流体供给管19及助燃性流体供给管20，并且在该燃性流体供给管20的外周设置有回流式水冷套管21。

此外，也可以在燃料流体供给管19的外周设置回流式水冷套管21，而不设置助燃性流体供给管20。在设置有助燃性流体供给管20的情况下，能够通过调整助燃性流体供给管18及20的氧流量比来调整火焰长度。

助燃性流体供给管18从基端侧18A到前端侧18B具有：粗径部18a，具有恒定的内径；狭道部18b，该狭道部18b的内径小于粗径部18a的内径；扩宽部18c，内径从狭道部18b朝向前端侧18B逐渐变大；和直动部18d，具有大致恒定的内径。

另外，在助燃性流体供给管18的基端侧18A安装有辐射温度计22，以便掌握电气炉2内的冷铁源的温度。就辐射温度计22而言，由于需要测量冷铁源熔化下落时的温度，因此优选安装能够测量600℃～2000℃左右的温度域的温度计。作为这种辐射温度计，具体而言，例如可列举千野株式会社(株式会社チノー)制的“IR-SA”等。

当在助燃性流体供给管18上设置辐射温度计22时，为了防止向该助燃性流体供给管18供给的助燃性气体的泄漏并且确保测量视野，优选在基端侧18A上设置利用耐压玻璃等的隔壁23。另外，由于设置氧燃烧器喷枪4的环境容易成为高温，因此优选利用空冷或水冷套管来保护辐射温度计22。

另外，如图1所示，氧燃烧器喷枪4与控制单元15连接，该控制单元15用于控制向氧燃烧器喷枪4供给的燃料流体及助燃性流体的供给量。另外，设置于氧燃烧器喷枪4上的辐射温度计22与控制单元15电连接。此外，控制单元15与操纵单元14电连接。因此，辐射温度计22经由控制单元15与操纵单元14电连接，能够向操纵单元14发送炉内温度的测量值的记录。另一方面，操纵单元14能够对控制单元15发送控制信号。

如图2及图3所示，在比插入有氧燃烧器喷枪4的贯通孔4A更靠上方的炉壁2A上，设置有一个以上的助燃性流体供给孔5A，该助燃性流体供给孔5A用于向电气炉2内供给二次燃烧用含氧助燃性流体。另外，在该助燃性流体供给孔5A中插入有助燃性气体供给用喷枪5。

图5是放大本实施方式的设置有助燃性流体供给孔5A的炉壁2A附近后的剖视图。另外，图6是放大本实施方式的设置有助燃性流体供给孔5A的炉壁2A附近后的俯视图。

如图5所示，在剖面观察炉壁2A时，助燃性流体供给孔5A的形状优选设置为从炉壁2A的外周侧朝向内周侧以角度α扩径。由此，喷枪5能够沿上下方向自由改变助燃性流体的吹出方向。另外，如图6所示，从炉内俯视观察炉壁2A时，助燃性流体供给孔5A的形状优选设置为左右方向的间隙大于上下方向的间隙的形状(例如，赛道状)。由此，喷枪5能够沿左右方向自由改变助燃性流体的吹出方向。

另外，在喷枪5的用于供给含氧助燃性流体的助燃性流体供给管(未图示)的外周设置有回流式水冷套管24。由此，只要在电气炉2的炉壁2A上具有适当的开口(贯通孔)，则也能够自由地设置在耐火物壁及水冷壁中的任一种上。

另外，由于也能够自由改变喷枪5的吹出方向，因此能够根据电气炉2内的废气流动，使吹出方向与能够最大限度地发挥二次燃烧效果的方向一致。

另外，如图1所示，喷枪5与助燃性流体控制单元16连接，该助燃性流体控制单元16用于控制向喷枪5供给的助燃性流体的供给量。此外，助燃性流体控制单元16与操纵单元14电连接。另一方面，操纵单元14能够对助燃性流体控制单元16发送控制信号。

如图2及图3所示，在比插入有氧燃烧器喷枪4的贯通孔4A更靠下方的炉壁2A上，设置有用于向电气炉2内吹入(供给)碳源等的一个以上的碳源供给孔6A。另外，在碳源供给孔6A中插入有碳源供给用喷枪6。经由该碳源供给孔6A，向电气炉2内供给由运送用气体(氮、空气、富氧空气、氧等)运送来的碳源。由此，通过使吹入的碳源与含在钢水中的过剩氧在钢水中进行反应，以产生CO气体，从而使炉渣起泡，形成所谓的炉渣泡沫化状态。由此，由于熔渣使电气炉2的电弧成为埋弧状态，因此能够提高电弧的能量效率。

另外，如图1所示，喷枪6与碳源控制单元17连接，该碳源控制单元17用于控制向喷枪6供给的碳源的供给量。此外，碳源控制单元17与操纵单元14电连接。另一方面，操纵单元14能够对碳源控制单元17发送控制信号。

如图1所示，在用于从电气炉2中排出废气的废气排出路径7上，设置有废气分析装置11和废气流量测量装置12。在此，由于从电气炉2产生的废气中包含较多的灰尘，因此在分析废气时，对上述灰尘的前处理较为重要。因此，在废气分析装置11的一次侧，设置有用于去除废气中的灰尘的过滤单元10和用于抽吸废气的抽样单元(未图示)。另外，废气分析装置11及废气流量测量装置12与操纵单元14电连接，能够向操纵单元14发送分析结果(成分分析结果及流量值)的记录。

在废气排出路径7中设置有用于废气抽样的探针。该探针具体由废气抽样管8和皮托管9这两个管构造，其中，废气抽样管8用于分析CO、CO2、H2、O2、N2等废气成分，该皮托管9用于测量废气流量。虽然上述两根探针在电气炉2的操作过程中连续抽吸废气，但为了防止因废气中的灰尘导致的闭塞，利用吹扫单元13定期吹扫。

另外，由于上述探针被插入到高温的废气中，因此虽然由耐热性高的合金或陶瓷来构造上述探针，但如果考虑因高温氧化导致的损耗或因热冲击导致的破损等，则优选具有回流式水冷套管。

如上所述，在本实施方式的运转系统1中，通过废气抽样管8、皮托管9、过滤单元10、废气分析装置11、废气流量测量装置12及吹扫单元13来构造分析单元。另外，在本实施方式的运转系统1中，通过控制单元15、助燃性流体控制单元16及碳源控制单元17来构造控制单元。

接着，对本实施方式的熔解精炼炉(电气炉)2的操作方法(即，运转系统1的运转方法)的一例进行说明。

具体而言，首先，在作为原料的冷铁源被插入到电气炉2内的情况下，通过设置于氧燃烧器喷枪4的向炉内开口的助燃性流体供给管18的基端侧18A的辐射温度计22，来间接测量炉内的温度，其中，该氧燃烧器喷枪4被设置为贯通电气炉2的炉壁2A。由于在刚开始操作之后判断为炉内温度“低”，因此向氧燃烧器喷枪4的控制单元15发送该信号，开始氧燃烧器喷枪4的运转(燃烧)。

此时，同时利用废气分析装置11来测量电气炉2内产生的废气的流量及包含的未燃烧流体的浓度，并且通过从助燃性流体供给孔5A向炉内吹入未燃烧流体的燃烧所需要的氧等助燃性气体并使之燃烧。由此产生燃烧热，并且加热冷铁源。此外，通过与未燃性流体的产生量相应地控制助燃性气体的流量，从而助燃性气体的流量能够不会过于不足地吹入到炉内。

接着，如果投入的冷铁源熔解，则通过辐射温度计22判断为炉内温度“高”，因此通过将该信号发送给氧燃烧器喷枪4的控制单元15，停止氧燃烧器喷枪4的运转(燃烧)。

此时，为了去除钢水中的碳，还能够通过从氧燃烧器喷枪4向钢水吹入氧而进行脱碳。同时，还能够通过向碳源控制单元17发送运转信号，从碳源供给孔6A向炉内供给碳源，从而形成造渣状态。

如以上说明那样，根据本实施方式的熔解精炼炉(电气炉)2及其操作方法，在进行使用氧燃烧器喷枪4的冷铁源熔解精炼炉的操作或精炼时，能够提高其效率。

另外，根据本实施方式的熔解精炼炉(电气炉)2，使用氧燃烧器喷枪4向炉内的冷铁源喷出含氧助燃性流体和燃料流体，从而熔解及精炼该冷铁源。由于为了设置能够间接测量炉内温度的温度计，该氧燃烧器喷枪4具有贯通炉内的开口，因此能够经由上述开口确认炉内的冷铁源的加热及熔解状况。

另外，根据本实施方式的熔解精炼炉(电气炉)2，在贯通孔4A上方的炉壁2A上设置有用于向炉内吹入二次燃烧用含氧助燃性流体的助燃性流体供给孔5A。通过从该助燃性流体供给孔5A向炉内喷出氧，使冷铁源的加热及熔解时产生的未燃烧流体(CO、H2等)燃烧，并且能够利用该热量来加热冷铁源。

另外，根据本实施方式的熔解精炼炉(电气炉)2，在贯通孔4A下方的炉壁2A上设置有用于向炉内吹入碳源的碳源供给孔6A，该碳源供给孔6A能够作为精炼期的碳源投入口来发挥功能。由此，在熔解精炼工序中，能够将炉保持在密闭状态，因此能够高效地进行冷铁源的加热及熔解。

另外，根据包含本实施方式的熔解精炼炉(电气炉)2的运转系统1，在设置有氧燃烧器喷枪4的电气炉2的废气排出路径7上，设置有用于测量CO、CO2、H2、O2及N2的浓度的废气分析装置11和用于测量气体流量的废气流量测量装置12，从而能够掌握在熔解精炼工序中从炉内产生的未燃烧流体的浓度及流量。

另外，基于由上述温度计22测量的炉内温度，能够观察炉内的冷铁源的加热及熔解状况的同时，能够适当地控制上述氧燃烧器喷枪4的燃烧状态(点火、灭火及流量调整)、从上述助燃性流体供给孔5A向炉内吹入的助燃性流体的流量、以及向炉内供给的碳源的供给量。

另外，能够基于废气分析装置11的测量值，与炉内的未燃烧流体的产生状况(量及浓度)吻合地，适当地控制从上述氧燃烧器喷枪4及上述助燃性流体供给孔5A向炉内吹入的助燃性流体的流量及向炉内供给的碳源的供给量。

此外，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。例如，在上述实施方式的熔解精炼炉2中，以在氧燃烧器喷枪4所插入的贯通孔4A的上方设置有一个助燃性流体供给孔5A的结构为一例进行了说明，但并不限定于此。例如，如图7所示，也可为在氧燃烧器喷枪4所插入的贯通孔4A的上方设置有两个助燃性流体供给孔5A的结构。

另外，在上述实施方式的熔解精炼炉2中，以作为用于测量炉内温度的温度计使用辐射温度计22的结构为一例进行了说明，但只要是能够间接测量炉内温度的温度计，则并不限定于此。具体而言，例如也可以使用红外线热象仪(热像仪(サーモビューア))或双色温度计等。

另外，在上述实施方式的熔解精炼炉2中，以将辐射温度计22设置于氧燃烧器喷枪4中央的助燃性流体供给管18的结构为一例进行了说明，但只要无需在炉壁2A上重新设置贯通孔，并且能够确保测量视野的位置，则并不限定于此。具体而言，例如也可以是辐射温度计22设置于燃料流体供给管19或助燃性流体供给管20的一部分的结构。

产业上的可利用性

根据本发明的熔解精炼炉及其操作方法，在进行使用氧燃烧器喷枪的冷铁源熔解精炼炉的操作及精炼时，能够提高其效率。

附图标记说明

1 运转系统 8 废气采样管

2 熔解精炼炉(电气炉) 9 皮托管

2A 炉壁 10 过滤单元

3 电极 11 废气分析装置

4 氧燃烧器喷枪 12 废气流量测量装置

4A 贯通孔 13 吹扫单元

5、6 喷枪 14 操纵单元(控制装置)

5A 助燃性流体供给孔 15 流量调节单元

6A 碳源供给孔 16 助燃性流体流量控制单元

7 废气排出路径 17 碳源供给单元