利用电炉制造铁水的方法与流程

本发明涉及在具备辅助燃烧器的电炉中将铁类废料熔化并制造铁水的方法。

背景技术：

在使用电炉熔化铁类废料的情况下，虽然电极周边的铁类废料迅速熔化，但远离电极的场所、即位于冷点的铁类废料的熔化较慢，因此炉内的铁类废料熔化速度产生不均匀。因此，炉内整体的操作时间被冷点的铁类废料的熔化速度限制。

因此，为了消除这种铁类废料的熔化速度的不均匀性，使炉内整体的铁类废料以较好的平衡进行熔化，采用了在冷点的位置设置辅助燃烧器，利用该辅助燃烧器对位于冷点的铁类废料进行预热、切断、熔化的方法。

作为这样的辅助燃烧器，例如在专利文献1中记载了一种为了从中心部喷出不燃物的飞散用以及铁类废料的切割用氧气，而从该氧气的外周部喷出燃料、进而从该燃料的外周部喷出燃烧用氧气而设为三重管构造的燃烧器，并提出了一种为了加快从中心部喷出的氧气的速度而在中心部的氧气喷出管的前端设置缩窄部、为了对从最外周喷出的燃烧用氧气赋予旋转力而在由燃料喷出管与燃烧用氧气喷出管形成的环状空间中设置有旋转叶片的电炉用高速纯氧辅助燃烧器。

即使将专利文献1所记载的燃烧器作为辅助燃烧器而使用，在电炉的操作中，也会由于铁类废料的装入、追加装入、熔化而导致辅助燃烧器与铁类废料的距离变化。一般来说，在操作开始以及追加装入初期，辅助燃烧器与铁类废料的距离较小，随着铁类废料的熔化的进展，该距离变大。因此，为了高效地运用辅助燃烧器，重要的是根据辅助燃烧器与铁类废料的距离来调整燃烧器火焰的长度。

因此，在专利文献2中，示出了一种能够使中心部的切割用氧气供给量与燃烧用的氧气供给量之比变化来调整火焰的长度的辅助燃烧器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10－9524号公报

专利文献2：日本特开2012－172867号公报

技术实现要素：

发明将要解决的课题

通过使用专利文献2所记载的技术，能够使用辅助燃烧器而高效地对铁类废料进行预热、熔化。但是，不仅必须使用切割用氧、且燃烧器形状变得复杂，还需要伴随着氧使用量的增加而增强氧制造装置，存在初期投资变大这一问题。另外，由于燃烧用氧气的量在化学计量上取决于燃料使用量，因此也存在操作条件受到限制这一问题。

因此，本发明的目的在于，提供如下一种铁水的制造方法：解决以上那种现有技术的课题，在利用具备辅助燃烧器的电炉将铁类废料熔化而获得铁水的方法中，不会产生使用专利文献2的技术时的问题，能够利用辅助燃烧器高效地对铁类废料进行加热或者熔化。

用于解决课题的手段

本发明人们着眼于辅助燃烧器所使用的燃料，获得通过分开使用不同种类的燃料而调整燃烧器火焰的长度的构思，反复进行了研究。其结果，本发明人们发现，由于燃料的起燃温度、燃烧速度的不同导致火焰长度产生差异，因此，通过使用起燃温度或者/以及燃烧速度不同的两种以上的燃料，并改变该两种以上的燃料的比例，能够任意地调整火焰长度。

本发明基于这种见解而完成，以以下内容为主旨。

[1]一种利用电炉制造铁水的方法，是在具备辅助燃烧器的电炉中将铁类废料熔化，而获得铁水的方法，作为辅助燃烧器的燃料，使用起燃温度或者/以及燃烧速度不同的两种以上的燃料，根据辅助燃烧器和欲利用该辅助燃烧器加热或者熔化的铁类废料之间的距离，改变所述两种以上的燃料的比例。

[2]在所述[1]的制造方法中，使用气体燃料、液体燃料、固体燃料中的两种以上的燃料。

[3]在所述[2]的制造方法中，至少使用气体燃料与固体燃料。

[4]在所述[1]～[3]中任一项的制造方法中，使用如下辅助燃烧器：具有呈同芯状配置的多个喷射管，从中心的喷射管喷射固体燃料，从其外侧的喷射管喷射气体燃料，从更外侧的喷射管喷射助燃气体。

[5]在所述[1]～[3]中任一项的制造方法中，使用如下辅助燃烧器：具有呈同芯状配置的多个喷射管，从中心的喷射管喷射切割用氧，从其外侧的喷射管喷射固体燃料，从更外侧的喷射管喷射气体燃料，从进一步外侧的喷射管喷射助燃气体。

[6]一种电炉，其用于将铁类废料熔化而获得铁水，具备如下辅助燃烧器：具有呈同芯状配置的多个喷射管，从中心的喷射管喷射固体燃料，从其外侧的喷射管喷射气体燃料，从更外侧的喷射管喷射助燃气体。

[7]一种电炉，其用于将铁类废料熔化而获得铁水，具备如下辅助燃烧器：具有呈同芯状配置的多个喷射管，从中心的喷射管喷射切割用氧，从其外侧的喷射管喷射固体燃料，从更外侧的喷射管喷射气体燃料，从进一步外侧的喷射管喷射助燃气体。

发明效果

根据本发明，使用辅助燃烧器将电炉内的铁类废料加热或熔化时，使用起燃温度或者/以及燃烧速度不同的两种以上的燃料，并根据辅助燃烧器与欲利用该辅助燃烧器加热或者熔化的铁类废料之间的距离，改变所述两种以上的燃料的比例，从而能够任意地调整辅助燃烧器的火焰长度，并能够高效地将铁类废料加热或者熔化。因此，能够减少电力使用量，并且缩短操作时间。

附图说明

图1是表示在本发明中使用的辅助燃烧器的一个例子的局部剖面侧视图。

图2是图1的a部的放大剖面图。

图3是沿着图1的iii-iii线的剖面图。

图4是沿着图1的iv-iv线的剖面图。

图5是示意地表示本发明法的实施状况的一个例子的说明图。

图6是表示在使用气体燃料(lpg)与固体燃料(细粉碳)作为辅助燃烧器的燃料，而改变它们的比例而测定火焰温度的试验中，调查燃料中的固体燃料比例与火焰温度的关系而得的结果的图。

具体实施方式

本发明是一种在具备辅助燃烧器的电炉中将铁类废料(以下，为了便于说明，简称为“废料”)熔化而获得铁水的方法，作为辅助燃烧器的燃料，使用起燃温度或者/以及燃烧速度不同的两种以上的燃料，根据辅助燃烧器与欲利用该辅助燃烧器加热或者熔化的废料之间的距离，改变两种以上的燃料的比例。

由于使用于辅助燃烧器的燃料的起燃温度、燃烧速度的不同，使得火焰长度产生差异。因此，通过使用起燃温度或者/以及燃烧速度不同的两种以上的燃料，并改变该两种以上的燃料的比例，能够任意地调整辅助燃烧器的火焰长度(与燃烧器分离某一距离的位置处的火焰温度)。

作为燃烧所需的要素，可列举可燃性物质、氧、温度(火源)这三个要素。另外，作为可燃性物质的状态，燃烧的容易程度为气体、液体、固体这样的排序。这是因为，如果是气体状态，则可燃性物质与氧以及温度(火源)的混合较为容易，燃烧可持续进行(连锁反应)。

在使用辅助燃烧器、作为可燃性物质使气体燃烧的情况下，虽然取决于氧浓度、流速、燃烧器火嘴形状，但一般来说，气体在从燃烧器前端喷射之后就立即燃烧。与此相对，在使用以煤为代表的固体燃料作为可燃性物质的情况下，难以使其如气体那样迅速燃烧。这是因为煤的起燃温度约为400～600℃、需要维持该起燃温度并需要升温至起燃温度的升温时间。升温至起燃温度的升温时间取决于粒径(比表面积)，如果使粒子细化，则能够缩短起燃时间。但是，难以使固体的燃烧比气体的燃烧更加迅速。

本发明利用所述那种燃料的起燃温度的差异或燃烧速度的差异，控制辅助燃烧器的火焰长度。

首先，对使用起燃温度不同的两种以上的燃料作为辅助燃烧器的燃料的情况进行说明。

作为起燃温度大不相同的燃料，可列举相(气相、液相、固相)不同的燃料彼此的组合。即，从气体燃料、液体燃料、固体燃料中选择的两种以上的燃料的组合。此外，这些燃料的起燃温度一般为固体燃料＞液体燃料＞气体燃料。

以下，说明在辅助燃烧器中使用气体燃料与固体燃料、作为气体燃料使用lng(液化天然气)、作为固体燃料使用煤(细粉碳)、作为助燃气体使用纯氧的情况。

在作为辅助燃烧器的燃料使用lng与煤的情况下，通过lng与纯氧的燃烧制成煤的起燃温度以上的燃烧场，将煤送入该燃烧场，从而使温度上升至起燃温度，引发煤的燃烧(气化→起燃)。伴随着煤的温度上升所需的热量，火焰温度降低，但在引发煤的起燃的区域，温度上升。

因此，在辅助燃烧器中产生的火焰，在lng的比例高于煤时，距燃烧器前端较近的位置成为高温(即，成为较短的火焰)，但在煤的比例高于lng时，由于煤的吸热之后的发热，在距燃烧器前端较远的位置也会成为高温(即，成为较长的火焰)。因此，通过改变lng与煤的比例，能够控制火焰长度(与燃烧器分离某一距离的位置处的火焰温度)。

以上那种原理在起燃温度不同的其他燃料彼此的组合中也是妥当的。例如，在气体燃料(例如lng等)与液体燃料(例如重油、灯油等)的组合中，也是若相比于液体燃料提高气体燃料的比例，则成为较短的火焰，若相比于气体燃料提高液体燃料的比例，则成为较长的火焰。另外，在液体燃料(例如重油、灯油等)与固体燃料(例如煤等)的组合中，也是若相比于固体燃料提高液体燃料的比例，则成为较短的火焰，若相比于液体燃料提高固体燃料的比例，则成为较长的火焰。

接下来，说明使用燃烧速度不同的两种以上的燃料作为辅助燃烧器的燃料的情况。

作为燃烧速度大不相同的燃料，虽然也包含在所述起燃温度不同的燃料的组合的一部分(例如，气体燃料与固体燃料、气体燃料与液体燃料的组合)中，但除此之外，可列举同为气体燃料彼此的lng与氢的组合等。此外，燃烧器中的燃料的燃烧速度指的是燃料与燃料的供给方向反向地燃烧的速度。另外，相不同的燃料的燃烧速度一般为气体燃料＞液体燃料＞固体燃料。

此时，在燃烧速度大的燃料(例如lng等的气体燃料)的比例高于燃烧速度小的燃料(例如煤等固体燃料)时，距燃烧器前端较近的位置成为高温(即，成为较短的火焰)，但在燃烧速度小的燃料的比例高于燃烧速度大的燃料时，在距燃烧器前端较远的位置也会成为高温(即，成为较长的火焰)。因此，通过改变两燃料的比例，能够控制火焰长度(与燃烧器分离某一距离的位置处的火焰温度)。

在电炉的操作中，由于废料的装入、追加装入、熔化，导致辅助燃烧器与废料的距离变化。一般来说，辅助燃烧器与废料的距离在操作开始时、追加装入初期较小，随着废料的熔化的进展而变大。这是因为，起初，从距辅助燃烧器较近的废料起按顺序熔化，因此随着废料的熔化的进展，未熔化的废料与辅助燃烧器之间的距离变大。因此，在本发明中，作为辅助燃烧器的燃料，使用起燃温度或者/以及燃烧速度不同的两种以上的燃料，根据辅助燃烧器与欲利用该辅助燃烧器加热或者熔化的废料之间的距离，改变两种以上的燃料的比例，从而调整(变更)辅助燃烧器的火焰长度，且设为无论废料与辅助燃烧器的距离如何，辅助燃烧器的火焰都到达废料。例如，在使用气体燃料与固体燃料或者液体燃料作为燃料的情况下，当辅助燃烧器与废料的距离较小时，提高气体燃料的比例而缩短火焰长度，当辅助燃烧器与废料的距离较大时，提高固体燃料或者液体燃料的比例而加长火焰长度。由此，能够高效地将废料加热或者熔化。

此外，在本发明中，在一次装料的操作，根据辅助燃烧器与废料的距离改变两种以上的燃料的比例，但包含在该操作中暂时仅使用(供给)一种燃料的情况。例如，包含如下情况：使用气体燃料与固体燃料，使两燃料的比例在气体燃料：大于0％且100％以下(例如10～100％)、固体燃料：0％以上且小于100％(例如0～90％)的范围变化。此外，在本发明中，燃料的比例(％)是能量基准的比例。例如，在固体燃料比例90％、气体燃料比例10％这一情况下，假设输出为1000mcal/h的话，则投入其之中900mcal/h的固体燃料、100mcal/h的气体燃料。

在本发明中，关于能够使用于辅助燃烧器的燃料，作为气体燃料，可列举lpg(液化石油气体)、lng(液化天然气)、氢、炼钢厂中副生的气体(c气体、b气体等)、它们之中两种以上的混合气体等，能够使用它们之中一种以上。另外，作为液体燃料，可列举重油、灯油等，能够使用它们之中一种以上。另外，作为固体燃料，可列举煤(细粉碳)、塑料(粒状或者粉状物。包含废弃塑料)等，能够使用它们之中一种以上。

因此，在本发明中，若例示使用于辅助燃烧器的起燃温度或者/以及燃烧速度不同的燃料的组合，则能够列举气体燃料(例如lng、lpg、氢、炼钢厂中副生的气体、它们之中两种以上的混合气体中的一种以上)与固体燃料(例如煤、塑料中的一种以上)的组合，气体燃料(例如lng、lpg、氢、炼钢厂中副生的气体、它们之中两种以上的混合气体中的一种以上)与液体燃料(例如重油、灯油中的一种以上)的组合，液体燃料(例如重油，灯油中的一种以上)与固体燃料(例如煤、塑料中的一种以上)的组合，气体燃料(lng、lpg中的一种以上)与气体燃料(氢)的组合等。

另外，在本发明中，也可以在辅助燃烧器中使用起燃温度或者/以及燃烧速度不同的3种以上的燃料。

在本发明法中，虽然需要掌握辅助燃烧器与废料的距离，但例如可以在辅助燃烧器设置激光距离计，并利用该激光距离计测定直至废料的距离。另外，能够利用监视相机通过排渣口等窗观察炉内的状况，根据电炉的构造的不同，能够通过该监视相机下的炉内观察，掌握直至废料的距离。另外，有时可从操作数据获得在掌握距离方面有用的信息。

此外，作为辅助燃烧器的助燃气体，可以使用纯氧(工业用氧)、富氧空气、空气中的某一方，但在使废料熔化的情况下，优选的是使用纯氧。

图1～图4示出在本发明中使用的辅助燃烧器的一个例子，图1是局部剖面侧视图，图2是图1的a部的放大剖面图，图3是沿着图1的iii-iii线的剖面图，图4是沿着图1的iv-iv线的剖面图。

在该辅助燃烧器中，燃料以及助燃气体供给用的主体部分采用了将3个管体配置成同芯状的三层管构造。即，该三层管构造由中央部的第一燃料喷射管1、配置于其外侧的第二燃料喷射管2、配置于其外侧的助燃气体喷射管3构成。第一燃料喷射管1的内部构成了燃料流路10，第二燃料喷射管2与第一燃料喷射管1之间的空间部构成了燃料流路20，助燃气体喷射管3与第二燃料喷射管2之间的空间部构成了助燃气体流路30。

另外，在助燃气体喷射管3的外侧，以同芯状配置有用于形成冷却水用流路的管体4与管体5，在管体4与管体5之间的空间部中构成冷却水用流路50(往路)，在管体4与助燃气体喷射管3之间的空间部中构成冷却水用流路40(复路)，这些冷却水用流路40、50在燃烧器前端部侧连通13。

在燃烧器的前端部，安装有具有圆锥状(圆锥面状)的内周面60的前端部件6，第一燃料喷射管1的前端在该内周面60的中心部开口，构成了喷射孔12。另外，在前端部件6形成有沿内周面60的周向隔开间隔地开口，而连通于燃料流路20的多个喷射孔22，而且，在其外侧，形成有沿内周面60的周向隔开间隔地开口，而连通于助燃气体流路30的多个喷射孔32。

在燃烧器后端侧，在管体5设有用于向冷却水用流路50(去路)供给冷却水的供给口51。同样，在管体4设有用于从冷却水用流路40(回路)排出冷却水的排水口41。同样，在助燃气体喷射管3设有用于向助燃气体流路30供给助燃气体的供给口31。同样，在第二燃料喷射管2设有用于向燃料流路20供给燃料的供给口21。同样，在第一燃料喷射管1设有用于向燃料流路10供给燃料的供给口11。

此外，也可以在助燃气体流路30内设有用于对助燃气体赋予旋转流的旋转叶片。通过对助燃气体赋予旋转流，能够促进喷射的助燃气体与燃料的混合。

此外，在本实施方式中，在封堵第二燃料喷射管2、助燃气体喷射管3的前端地设置的前端部件6设有多个喷射孔22、喷射孔32，但也可以分别开放第二燃料喷射管2、助燃气体喷射管3的前端，并将该开放前端部设为喷射孔22、喷射孔32(均为环状的喷射孔)。

另外，作为其他实施方式，也可以在第一燃料喷射管1的内侧设置氧供给管，并从该中心部的氧供给管喷射切割用氧气。

在使用以上那种辅助燃烧器实施本发明法的情况下，例如从第一燃料喷射管1(燃料流路10)中将空气、氮气作为输送气体而供给固体燃料(细粉碳等)，从第二燃料喷射管2(燃料流路20)供给气体燃料(lpg或者lng等)，从助燃气体喷射管3(助燃气体流路30)供给纯氧等助燃气体。然后，从喷射孔12喷射固体燃料，从喷射孔22喷射气体燃料，从喷射孔32喷射助燃气体，将它们混合而产生燃烧。此时，根据燃烧器前端与废料的距离而改变固体燃料与气体燃料的供给比例，从而能够调整火焰长度。因此，无论燃烧器前端与废料的距离如何，都能够高效地且适当地将废料熔化或者加热。

此外，也可以向第一燃料喷射管1(燃料流路10)与第二燃料喷射管2(燃料流路20)供给与所述不同的组合的燃料(例如，之前列举的那种固体燃料与液体燃料的组合、液体燃料与气体燃料的组合等)。

图5示意地示出本发明法的实施状况的一个例子(电炉的半径方向上的纵剖面)，7是炉体，8是电极，9是辅助燃烧器，x是废料。辅助燃烧器9以适当的俯角设置。这样的辅助燃烧器9通常设置有多个，以便能够将电炉内的所谓的冷点所在的废料加热或者熔化。

实施例

在图1～图4所示的构造的辅助燃烧器中，使用起燃温度不同的两种燃料，进行了燃烧器火焰温度的测定。燃烧器的输出为30mcal/h。

作为燃料，使用了lpg(气体燃料)与细粉碳(固体燃料)。作为细粉碳，使用发热量为6200kcal/kg、粒度为d(90)＝100μm的褐煤，细粉碳输送用的氮气的流量为1.2nm³/h。

在试验中，将固体燃料比例设为10％以及50％，使用光纤温度计以及r型热电偶测定了距燃烧器前端为0.2m以及0.4m处的火焰温度。

将燃料中的固体燃料比例与火焰温度的关系表示在图6中。在气体燃料(lpg)比例较高的条件下，作为燃烧器附近的0.2m位置处的火焰温度为高温，但在0.4m位置产生了急剧的温度降低。即，火焰长度较短。另一方面，在固体燃料(细粉碳)比例较高的条件下，虽然作为燃烧器附近的0.2m位置处的火焰温度与气体燃料(lpg)100％相比为低温，但在0.4m位置也几乎未产生温度降低。即，火焰长度较长。可认为在燃烧器附近，气体燃料(lpg)优先地燃烧，在其火焰内高温化了的固体燃料(细粉碳)在0.4m位置开始燃烧，维持了温度。

在该试验中，虽然在燃烧器输出的关系上将固体燃料(细粉碳)比例设为50％以下，但通过设为高输出，火焰也变大，也能够提高固体燃料(细粉碳)比例，因此在实机的电炉中，明显能够通过改变气体燃料与固体燃料的比例而任意地调整火焰长度(与燃烧器分离某一距离的位置处的火焰温度)。

具体而言，在电炉的一般的操作(一次装料的操作)中进行2～3次左右的废料装入。电炉的操作在初次装入废料之后、通过通电开始、辅助燃烧器使用开始而开始。操作开始时的状态具有使前次操作的铁水残留一部分(液体残留)且在下部存在金属熔液的情况、使前次操作的铁水全部流出且炉内为空的情况，但操作方法没有很大差异。废料装入初期，是体积密度较高且在电炉内的整体填充有废料的状况。因此，处于辅助燃烧器前端部与废料的距离较近的状态。废料装入初期的辅助燃烧器前端部与废料的距离约为0.5m。这是为了防止辅助燃烧器前端部与废料的距离过近的话、废料熔化时产生的喷溅熔接于辅助燃烧器。另外，辅助燃烧器前端部高度的位置虽然也取决于炉的特性，但一般是距废料熔化滴落后的液面高度为1m以上的上方。

若操作得以进展，则从与铁水接触的下部、电极附近、辅助燃烧器附近的废料起进行熔化。辅助燃烧器附近的废料在废料装入初期伴随着熔化而使得位于上部的废料下落，且始终具有约0.5m的距离，但若上部的废料消失，则与废料之间的距离变远。若与废料之间的距离变远，则不能将辅助燃烧器的热量高效地供给到废料，因此以往有时也进行使辅助燃烧器停止的操作。与此相对，在应用了本发明的操作中，例如在图1～图4所示的辅助燃烧器中使用lng－细粉碳，在废料较近时提高lng的比例而以较短的火焰熔化废料，在熔化进展而与废料之间的距离变远时，提高细粉碳的比例，从而以较长的火焰熔化废料。由此，能够高效地熔化更多的废料，从而能够实现操作时间的缩短以及电力消耗率的减少。通过约2～3次的废料装入，使得辅助燃烧器与废料的距离变化，因此通过每次都适当地使lng与细粉碳的比例变化，能够高效地使废料熔化。

关于废料与辅助燃烧器的距离，如之前叙述那样，能够通过安装于辅助燃烧器的激光距离计来测定，另外，有时从排渣口等窗进行观察，或从操作数据获得有用的信息。

另外，即使在废料全部熔化滴落、成为平坦路径(日文：フラットバス)的状态时，也能够通过提高细粉碳的比例而使火焰长度成为最大限度状态、从而使辅助燃烧器的火焰到达铁水。

附图标记说明

1第一燃料喷射管

2第二燃料喷射管

3助燃气体喷射管

4、5管体

6前端部件

7炉体

8电极

9辅助燃烧器

10、20燃料流路

11、21、31、51供给口

12、22、32喷射孔

13连通部

30助燃气体流路

40、50冷却水用流路

41排水口

60内周面

x铁类废料