利用電爐制造鐵水的方法與流程

本發明涉及在具備輔助燃燒器的電爐中將鐵類廢料熔化并制造鐵水的方法。

背景技術：

在使用電爐熔化鐵類廢料的情況下，雖然電極周邊的鐵類廢料迅速熔化，但遠離電極的場所、即位于冷點的鐵類廢料的熔化較慢，因此爐內的鐵類廢料熔化速度產生不均勻。因此，爐內整體的操作時間被冷點的鐵類廢料的熔化速度限制。

因此，為了消除這種鐵類廢料的熔化速度的不均勻性，使爐內整體的鐵類廢料以較好的平衡進行熔化，采用了在冷點的位置設置輔助燃燒器，利用該輔助燃燒器對位于冷點的鐵類廢料進行預熱、切斷、熔化的方法。

作為這樣的輔助燃燒器，例如在專利文獻1中記載了一種為了從中心部噴出不燃物的飛散用以及鐵類廢料的切割用氧氣，而從該氧氣的外周部噴出燃料、進而從該燃料的外周部噴出燃燒用氧氣而設為三重管構造的燃燒器，并提出了一種為了加快從中心部噴出的氧氣的速度而在中心部的氧氣噴出管的前端設置縮窄部、為了對從最外周噴出的燃燒用氧氣賦予旋轉力而在由燃料噴出管與燃燒用氧氣噴出管形成的環狀空間中設置有旋轉葉片的電爐用高速純氧輔助燃燒器。

即使將專利文獻1所記載的燃燒器作為輔助燃燒器而使用，在電爐的操作中，也會由于鐵類廢料的裝入、追加裝入、熔化而導致輔助燃燒器與鐵類廢料的距離變化。一般來說，在操作開始以及追加裝入初期，輔助燃燒器與鐵類廢料的距離較小，隨著鐵類廢料的熔化的進展，該距離變大。因此，為了高效地運用輔助燃燒器，重要的是根據輔助燃燒器與鐵類廢料的距離來調整燃燒器火焰的長度。

因此，在專利文獻2中，示出了一種能夠使中心部的切割用氧氣供給量與燃燒用的氧氣供給量之比變化來調整火焰的長度的輔助燃燒器。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平10－9524號公報

專利文獻2：日本特開2012－172867號公報

技術實現要素：

發明將要解決的課題

通過使用專利文獻2所記載的技術，能夠使用輔助燃燒器而高效地對鐵類廢料進行預熱、熔化。但是，不僅必須使用切割用氧、且燃燒器形狀變得復雜，還需要伴隨著氧使用量的增加而增強氧制造裝置，存在初期投資變大這一問題。另外，由于燃燒用氧氣的量在化學計量上取決于燃料使用量，因此也存在操作條件受到限制這一問題。

因此，本發明的目的在于，提供如下一種鐵水的制造方法：解決以上那種現有技術的課題，在利用具備輔助燃燒器的電爐將鐵類廢料熔化而獲得鐵水的方法中，不會產生使用專利文獻2的技術時的問題，能夠利用輔助燃燒器高效地對鐵類廢料進行加熱或者熔化。

用于解決課題的手段

本發明人們著眼于輔助燃燒器所使用的燃料，獲得通過分開使用不同種類的燃料而調整燃燒器火焰的長度的構思，反復進行了研究。其結果，本發明人們發現，由于燃料的起燃溫度、燃燒速度的不同導致火焰長度產生差異，因此，通過使用起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的兩種以上的燃料，并改變該兩種以上的燃料的比例，能夠任意地調整火焰長度。

本發明基于這種見解而完成，以以下內容為主旨。

[1]一種利用電爐制造鐵水的方法，是在具備輔助燃燒器的電爐中將鐵類廢料熔化，而獲得鐵水的方法，作為輔助燃燒器的燃料，使用起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的兩種以上的燃料，根據輔助燃燒器和欲利用該輔助燃燒器加熱或者熔化的鐵類廢料之間的距離，改變所述兩種以上的燃料的比例。

[2]在所述[1]的制造方法中，使用氣體燃料、液體燃料、固體燃料中的兩種以上的燃料。

[3]在所述[2]的制造方法中，至少使用氣體燃料與固體燃料。

[4]在所述[1]～[3]中任一項的制造方法中，使用如下輔助燃燒器：具有呈同芯狀配置的多個噴射管，從中心的噴射管噴射固體燃料，從其外側的噴射管噴射氣體燃料，從更外側的噴射管噴射助燃氣體。

[5]在所述[1]～[3]中任一項的制造方法中，使用如下輔助燃燒器：具有呈同芯狀配置的多個噴射管，從中心的噴射管噴射切割用氧，從其外側的噴射管噴射固體燃料，從更外側的噴射管噴射氣體燃料，從進一步外側的噴射管噴射助燃氣體。

[6]一種電爐，其用于將鐵類廢料熔化而獲得鐵水，具備如下輔助燃燒器：具有呈同芯狀配置的多個噴射管，從中心的噴射管噴射固體燃料，從其外側的噴射管噴射氣體燃料，從更外側的噴射管噴射助燃氣體。

[7]一種電爐，其用于將鐵類廢料熔化而獲得鐵水，具備如下輔助燃燒器：具有呈同芯狀配置的多個噴射管，從中心的噴射管噴射切割用氧，從其外側的噴射管噴射固體燃料，從更外側的噴射管噴射氣體燃料，從進一步外側的噴射管噴射助燃氣體。

發明效果

根據本發明，使用輔助燃燒器將電爐內的鐵類廢料加熱或熔化時，使用起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的兩種以上的燃料，并根據輔助燃燒器與欲利用該輔助燃燒器加熱或者熔化的鐵類廢料之間的距離，改變所述兩種以上的燃料的比例，從而能夠任意地調整輔助燃燒器的火焰長度，并能夠高效地將鐵類廢料加熱或者熔化。因此，能夠減少電力使用量，并且縮短操作時間。

附圖說明

圖1是表示在本發明中使用的輔助燃燒器的一個例子的局部剖面側視圖。

圖2是圖1的a部的放大剖面圖。

圖3是沿著圖1的iii-iii線的剖面圖。

圖4是沿著圖1的iv-iv線的剖面圖。

圖5是示意地表示本發明法的實施狀況的一個例子的說明圖。

圖6是表示在使用氣體燃料(lpg)與固體燃料(細粉碳)作為輔助燃燒器的燃料，而改變它們的比例而測定火焰溫度的試驗中，調查燃料中的固體燃料比例與火焰溫度的關系而得的結果的圖。

具體實施方式

本發明是一種在具備輔助燃燒器的電爐中將鐵類廢料(以下，為了便于說明，簡稱為“廢料”)熔化而獲得鐵水的方法，作為輔助燃燒器的燃料，使用起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的兩種以上的燃料，根據輔助燃燒器與欲利用該輔助燃燒器加熱或者熔化的廢料之間的距離，改變兩種以上的燃料的比例。

由于使用于輔助燃燒器的燃料的起燃溫度、燃燒速度的不同，使得火焰長度產生差異。因此，通過使用起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的兩種以上的燃料，并改變該兩種以上的燃料的比例，能夠任意地調整輔助燃燒器的火焰長度(與燃燒器分離某一距離的位置處的火焰溫度)。

作為燃燒所需的要素，可列舉可燃性物質、氧、溫度(火源)這三個要素。另外，作為可燃性物質的狀態，燃燒的容易程度為氣體、液體、固體這樣的排序。這是因為，如果是氣體狀態，則可燃性物質與氧以及溫度(火源)的混合較為容易，燃燒可持續進行(連鎖反應)。

在使用輔助燃燒器、作為可燃性物質使氣體燃燒的情況下，雖然取決于氧濃度、流速、燃燒器火嘴形狀，但一般來說，氣體在從燃燒器前端噴射之后就立即燃燒。與此相對，在使用以煤為代表的固體燃料作為可燃性物質的情況下，難以使其如氣體那樣迅速燃燒。這是因為煤的起燃溫度約為400～600℃、需要維持該起燃溫度并需要升溫至起燃溫度的升溫時間。升溫至起燃溫度的升溫時間取決于粒徑(比表面積)，如果使粒子細化，則能夠縮短起燃時間。但是，難以使固體的燃燒比氣體的燃燒更加迅速。

本發明利用所述那種燃料的起燃溫度的差異或燃燒速度的差異，控制輔助燃燒器的火焰長度。

首先，對使用起燃溫度不同的兩種以上的燃料作為輔助燃燒器的燃料的情況進行說明。

作為起燃溫度大不相同的燃料，可列舉相(氣相、液相、固相)不同的燃料彼此的組合。即，從氣體燃料、液體燃料、固體燃料中選擇的兩種以上的燃料的組合。此外，這些燃料的起燃溫度一般為固體燃料＞液體燃料＞氣體燃料。

以下，說明在輔助燃燒器中使用氣體燃料與固體燃料、作為氣體燃料使用lng(液化天然氣)、作為固體燃料使用煤(細粉碳)、作為助燃氣體使用純氧的情況。

在作為輔助燃燒器的燃料使用lng與煤的情況下，通過lng與純氧的燃燒制成煤的起燃溫度以上的燃燒場，將煤送入該燃燒場，從而使溫度上升至起燃溫度，引發煤的燃燒(氣化→起燃)。伴隨著煤的溫度上升所需的熱量，火焰溫度降低，但在引發煤的起燃的區域，溫度上升。

因此，在輔助燃燒器中產生的火焰，在lng的比例高于煤時，距燃燒器前端較近的位置成為高溫(即，成為較短的火焰)，但在煤的比例高于lng時，由于煤的吸熱之后的發熱，在距燃燒器前端較遠的位置也會成為高溫(即，成為較長的火焰)。因此，通過改變lng與煤的比例，能夠控制火焰長度(與燃燒器分離某一距離的位置處的火焰溫度)。

以上那種原理在起燃溫度不同的其他燃料彼此的組合中也是妥當的。例如，在氣體燃料(例如lng等)與液體燃料(例如重油、燈油等)的組合中，也是若相比于液體燃料提高氣體燃料的比例，則成為較短的火焰，若相比于氣體燃料提高液體燃料的比例，則成為較長的火焰。另外，在液體燃料(例如重油、燈油等)與固體燃料(例如煤等)的組合中，也是若相比于固體燃料提高液體燃料的比例，則成為較短的火焰，若相比于液體燃料提高固體燃料的比例，則成為較長的火焰。

接下來，說明使用燃燒速度不同的兩種以上的燃料作為輔助燃燒器的燃料的情況。

作為燃燒速度大不相同的燃料，雖然也包含在所述起燃溫度不同的燃料的組合的一部分(例如，氣體燃料與固體燃料、氣體燃料與液體燃料的組合)中，但除此之外，可列舉同為氣體燃料彼此的lng與氫的組合等。此外，燃燒器中的燃料的燃燒速度指的是燃料與燃料的供給方向反向地燃燒的速度。另外，相不同的燃料的燃燒速度一般為氣體燃料＞液體燃料＞固體燃料。

此時，在燃燒速度大的燃料(例如lng等的氣體燃料)的比例高于燃燒速度小的燃料(例如煤等固體燃料)時，距燃燒器前端較近的位置成為高溫(即，成為較短的火焰)，但在燃燒速度小的燃料的比例高于燃燒速度大的燃料時，在距燃燒器前端較遠的位置也會成為高溫(即，成為較長的火焰)。因此，通過改變兩燃料的比例，能夠控制火焰長度(與燃燒器分離某一距離的位置處的火焰溫度)。

在電爐的操作中，由于廢料的裝入、追加裝入、熔化，導致輔助燃燒器與廢料的距離變化。一般來說，輔助燃燒器與廢料的距離在操作開始時、追加裝入初期較小，隨著廢料的熔化的進展而變大。這是因為，起初，從距輔助燃燒器較近的廢料起按順序熔化，因此隨著廢料的熔化的進展，未熔化的廢料與輔助燃燒器之間的距離變大。因此，在本發明中，作為輔助燃燒器的燃料，使用起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的兩種以上的燃料，根據輔助燃燒器與欲利用該輔助燃燒器加熱或者熔化的廢料之間的距離，改變兩種以上的燃料的比例，從而調整(變更)輔助燃燒器的火焰長度，且設為無論廢料與輔助燃燒器的距離如何，輔助燃燒器的火焰都到達廢料。例如，在使用氣體燃料與固體燃料或者液體燃料作為燃料的情況下，當輔助燃燒器與廢料的距離較小時，提高氣體燃料的比例而縮短火焰長度，當輔助燃燒器與廢料的距離較大時，提高固體燃料或者液體燃料的比例而加長火焰長度。由此，能夠高效地將廢料加熱或者熔化。

此外，在本發明中，在一次裝料的操作，根據輔助燃燒器與廢料的距離改變兩種以上的燃料的比例，但包含在該操作中暫時僅使用(供給)一種燃料的情況。例如，包含如下情況：使用氣體燃料與固體燃料，使兩燃料的比例在氣體燃料：大于0％且100％以下(例如10～100％)、固體燃料：0％以上且小于100％(例如0～90％)的范圍變化。此外，在本發明中，燃料的比例(％)是能量基準的比例。例如，在固體燃料比例90％、氣體燃料比例10％這一情況下，假設輸出為1000mcal/h的話，則投入其之中900mcal/h的固體燃料、100mcal/h的氣體燃料。

在本發明中，關于能夠使用于輔助燃燒器的燃料，作為氣體燃料，可列舉lpg(液化石油氣體)、lng(液化天然氣)、氫、煉鋼廠中副生的氣體(c氣體、b氣體等)、它們之中兩種以上的混合氣體等，能夠使用它們之中一種以上。另外，作為液體燃料，可列舉重油、燈油等，能夠使用它們之中一種以上。另外，作為固體燃料，可列舉煤(細粉碳)、塑料(粒狀或者粉狀物。包含廢棄塑料)等，能夠使用它們之中一種以上。

因此，在本發明中，若例示使用于輔助燃燒器的起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的燃料的組合，則能夠列舉氣體燃料(例如lng、lpg、氫、煉鋼廠中副生的氣體、它們之中兩種以上的混合氣體中的一種以上)與固體燃料(例如煤、塑料中的一種以上)的組合，氣體燃料(例如lng、lpg、氫、煉鋼廠中副生的氣體、它們之中兩種以上的混合氣體中的一種以上)與液體燃料(例如重油、燈油中的一種以上)的組合，液體燃料(例如重油，燈油中的一種以上)與固體燃料(例如煤、塑料中的一種以上)的組合，氣體燃料(lng、lpg中的一種以上)與氣體燃料(氫)的組合等。

另外，在本發明中，也可以在輔助燃燒器中使用起燃溫度或者/以及燃燒速度不同的3種以上的燃料。

在本發明法中，雖然需要掌握輔助燃燒器與廢料的距離，但例如可以在輔助燃燒器設置激光距離計，并利用該激光距離計測定直至廢料的距離。另外，能夠利用監視相機通過排渣口等窗觀察爐內的狀況，根據電爐的構造的不同，能夠通過該監視相機下的爐內觀察，掌握直至廢料的距離。另外，有時可從操作數據獲得在掌握距離方面有用的信息。

此外，作為輔助燃燒器的助燃氣體，可以使用純氧(工業用氧)、富氧空氣、空氣中的某一方，但在使廢料熔化的情況下，優選的是使用純氧。

圖1～圖4示出在本發明中使用的輔助燃燒器的一個例子，圖1是局部剖面側視圖，圖2是圖1的a部的放大剖面圖，圖3是沿著圖1的iii-iii線的剖面圖，圖4是沿著圖1的iv-iv線的剖面圖。

在該輔助燃燒器中，燃料以及助燃氣體供給用的主體部分采用了將3個管體配置成同芯狀的三層管構造。即，該三層管構造由中央部的第一燃料噴射管1、配置于其外側的第二燃料噴射管2、配置于其外側的助燃氣體噴射管3構成。第一燃料噴射管1的內部構成了燃料流路10，第二燃料噴射管2與第一燃料噴射管1之間的空間部構成了燃料流路20，助燃氣體噴射管3與第二燃料噴射管2之間的空間部構成了助燃氣體流路30。

另外，在助燃氣體噴射管3的外側，以同芯狀配置有用于形成冷卻水用流路的管體4與管體5，在管體4與管體5之間的空間部中構成冷卻水用流路50(往路)，在管體4與助燃氣體噴射管3之間的空間部中構成冷卻水用流路40(復路)，這些冷卻水用流路40、50在燃燒器前端部側連通13。

在燃燒器的前端部，安裝有具有圓錐狀(圓錐面狀)的內周面60的前端部件6，第一燃料噴射管1的前端在該內周面60的中心部開口，構成了噴射孔12。另外，在前端部件6形成有沿內周面60的周向隔開間隔地開口，而連通于燃料流路20的多個噴射孔22，而且，在其外側，形成有沿內周面60的周向隔開間隔地開口，而連通于助燃氣體流路30的多個噴射孔32。

在燃燒器后端側，在管體5設有用于向冷卻水用流路50(去路)供給冷卻水的供給口51。同樣，在管體4設有用于從冷卻水用流路40(回路)排出冷卻水的排水口41。同樣，在助燃氣體噴射管3設有用于向助燃氣體流路30供給助燃氣體的供給口31。同樣，在第二燃料噴射管2設有用于向燃料流路20供給燃料的供給口21。同樣，在第一燃料噴射管1設有用于向燃料流路10供給燃料的供給口11。

此外，也可以在助燃氣體流路30內設有用于對助燃氣體賦予旋轉流的旋轉葉片。通過對助燃氣體賦予旋轉流，能夠促進噴射的助燃氣體與燃料的混合。

此外，在本實施方式中，在封堵第二燃料噴射管2、助燃氣體噴射管3的前端地設置的前端部件6設有多個噴射孔22、噴射孔32，但也可以分別開放第二燃料噴射管2、助燃氣體噴射管3的前端，并將該開放前端部設為噴射孔22、噴射孔32(均為環狀的噴射孔)。

另外，作為其他實施方式，也可以在第一燃料噴射管1的內側設置氧供給管，并從該中心部的氧供給管噴射切割用氧氣。

在使用以上那種輔助燃燒器實施本發明法的情況下，例如從第一燃料噴射管1(燃料流路10)中將空氣、氮氣作為輸送氣體而供給固體燃料(細粉碳等)，從第二燃料噴射管2(燃料流路20)供給氣體燃料(lpg或者lng等)，從助燃氣體噴射管3(助燃氣體流路30)供給純氧等助燃氣體。然后，從噴射孔12噴射固體燃料，從噴射孔22噴射氣體燃料，從噴射孔32噴射助燃氣體，將它們混合而產生燃燒。此時，根據燃燒器前端與廢料的距離而改變固體燃料與氣體燃料的供給比例，從而能夠調整火焰長度。因此，無論燃燒器前端與廢料的距離如何，都能夠高效地且適當地將廢料熔化或者加熱。

此外，也可以向第一燃料噴射管1(燃料流路10)與第二燃料噴射管2(燃料流路20)供給與所述不同的組合的燃料(例如，之前列舉的那種固體燃料與液體燃料的組合、液體燃料與氣體燃料的組合等)。

圖5示意地示出本發明法的實施狀況的一個例子(電爐的半徑方向上的縱剖面)，7是爐體，8是電極，9是輔助燃燒器，x是廢料。輔助燃燒器9以適當的俯角設置。這樣的輔助燃燒器9通常設置有多個，以便能夠將電爐內的所謂的冷點所在的廢料加熱或者熔化。

實施例

在圖1～圖4所示的構造的輔助燃燒器中，使用起燃溫度不同的兩種燃料，進行了燃燒器火焰溫度的測定。燃燒器的輸出為30mcal/h。

作為燃料，使用了lpg(氣體燃料)與細粉碳(固體燃料)。作為細粉碳，使用發熱量為6200kcal/kg、粒度為d(90)＝100μm的褐煤，細粉碳輸送用的氮氣的流量為1.2nm³/h。

在試驗中，將固體燃料比例設為10％以及50％，使用光纖溫度計以及r型熱電偶測定了距燃燒器前端為0.2m以及0.4m處的火焰溫度。

將燃料中的固體燃料比例與火焰溫度的關系表示在圖6中。在氣體燃料(lpg)比例較高的條件下，作為燃燒器附近的0.2m位置處的火焰溫度為高溫，但在0.4m位置產生了急劇的溫度降低。即，火焰長度較短。另一方面，在固體燃料(細粉碳)比例較高的條件下，雖然作為燃燒器附近的0.2m位置處的火焰溫度與氣體燃料(lpg)100％相比為低溫，但在0.4m位置也幾乎未產生溫度降低。即，火焰長度較長。可認為在燃燒器附近，氣體燃料(lpg)優先地燃燒，在其火焰內高溫化了的固體燃料(細粉碳)在0.4m位置開始燃燒，維持了溫度。

在該試驗中，雖然在燃燒器輸出的關系上將固體燃料(細粉碳)比例設為50％以下，但通過設為高輸出，火焰也變大，也能夠提高固體燃料(細粉碳)比例，因此在實機的電爐中，明顯能夠通過改變氣體燃料與固體燃料的比例而任意地調整火焰長度(與燃燒器分離某一距離的位置處的火焰溫度)。

具體而言，在電爐的一般的操作(一次裝料的操作)中進行2～3次左右的廢料裝入。電爐的操作在初次裝入廢料之后、通過通電開始、輔助燃燒器使用開始而開始。操作開始時的狀態具有使前次操作的鐵水殘留一部分(液體殘留)且在下部存在金屬熔液的情況、使前次操作的鐵水全部流出且爐內為空的情況，但操作方法沒有很大差異。廢料裝入初期，是體積密度較高且在電爐內的整體填充有廢料的狀況。因此，處于輔助燃燒器前端部與廢料的距離較近的狀態。廢料裝入初期的輔助燃燒器前端部與廢料的距離約為0.5m。這是為了防止輔助燃燒器前端部與廢料的距離過近的話、廢料熔化時產生的噴濺熔接于輔助燃燒器。另外，輔助燃燒器前端部高度的位置雖然也取決于爐的特性，但一般是距廢料熔化滴落后的液面高度為1m以上的上方。

若操作得以進展，則從與鐵水接觸的下部、電極附近、輔助燃燒器附近的廢料起進行熔化。輔助燃燒器附近的廢料在廢料裝入初期伴隨著熔化而使得位于上部的廢料下落，且始終具有約0.5m的距離，但若上部的廢料消失，則與廢料之間的距離變遠。若與廢料之間的距離變遠，則不能將輔助燃燒器的熱量高效地供給到廢料，因此以往有時也進行使輔助燃燒器停止的操作。與此相對，在應用了本發明的操作中，例如在圖1～圖4所示的輔助燃燒器中使用lng－細粉碳，在廢料較近時提高lng的比例而以較短的火焰熔化廢料，在熔化進展而與廢料之間的距離變遠時，提高細粉碳的比例，從而以較長的火焰熔化廢料。由此，能夠高效地熔化更多的廢料，從而能夠實現操作時間的縮短以及電力消耗率的減少。通過約2～3次的廢料裝入，使得輔助燃燒器與廢料的距離變化，因此通過每次都適當地使lng與細粉碳的比例變化，能夠高效地使廢料熔化。

關于廢料與輔助燃燒器的距離，如之前敘述那樣，能夠通過安裝于輔助燃燒器的激光距離計來測定，另外，有時從排渣口等窗進行觀察，或從操作數據獲得有用的信息。

另外，即使在廢料全部熔化滴落、成為平坦路徑(日文：フラットバス)的狀態時，也能夠通過提高細粉碳的比例而使火焰長度成為最大限度狀態、從而使輔助燃燒器的火焰到達鐵水。

附圖標記說明

1第一燃料噴射管

2第二燃料噴射管

3助燃氣體噴射管

4、5管體

6前端部件

7爐體

8電極

9輔助燃燒器

10、20燃料流路

11、21、31、51供給口

12、22、32噴射孔

13連通部

30助燃氣體流路

40、50冷卻水用流路

41排水口

60內周面

x鐵類廢料