專利名稱：：金屬熔化爐及其熔化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種僅采用以氧或富氧空氣作為助燃性氣體的氧燃燒器將鐵、銅、鋁等廢料或生鐵塊等熔化的金屬熔化爐及其金屬熔化方法。
背景技術(shù)：
：使用以氧或富氧空氣作為助燃性氣體的氧燃燒器燃燒化石燃料，以其燃燒熱熔化鐵、銅，鋁等的廢料或粗錠的金屬熔化爐已為人所知。像使用這樣的氧燃燒器的熔化爐，在諸如日本國內(nèi)的《特表昭56-501810號公報(bào)》、《特開平1-215919號公報(bào)》、《特開平2-93012號公報(bào)》、《特開平5-271804號公報(bào)》和《特開平5-271807號公報(bào)》等中已有記載。這種熔化爐一般都具有用氧燃燒器將金屬原料熔化的熔化部和預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部，但上述《特表昭56-501810號公報(bào)》和上述《特開平1-215919號公報(bào)》所記載的金屬熔化爐，在熔化部的上方設(shè)置有通過可開閉的鐵格柵對裝料部分的金屬原料進(jìn)行預(yù)熱的預(yù)熱部。但是，在熔化部的上方如此設(shè)置鐵格柵的金屬熔化爐存在如下缺點(diǎn)；鐵格柵因受到高溫的烘烤則需用水等進(jìn)行冷卻，其結(jié)果，不僅水冷熱損失較大，而且，由于其工作環(huán)境的嚴(yán)酷性，會(huì)發(fā)生漏水或鐵格柵的開閉異常等故障。此外，前述《特開平5-271807號公報(bào)》記載的熔化爐為所謂的反射爐爐型，金屬原料穿過設(shè)在爐側(cè)壁的傾斜通道，在受到來自熔化部的排放廢氣的預(yù)熱的同時(shí)，靠重力投入到熔化部內(nèi)。不過，此時(shí)，由于排出的高溫廢氣有位于沿預(yù)熱部的傾斜通道的上部空間流動(dòng)的趨勢，則對沿著傾斜通路的下部空間下落的金屬材料難以充分預(yù)熱，此外，由于是靠自然下落來投入金屬原料的，所以，下落速度也難以控制。一般地講，在整體設(shè)有金屬原料預(yù)熱部的熔化爐中，金屬原料自預(yù)熱部向熔化部的投入速度對熱效率有很大影響。即，金屬原料的投入速度以與熔化部中的熔化速度大致相同的為宜，若原料的投入速度過快，則在熔化部的下部，未熔化的金屬將與熔化了的金屬共存，甚至還會(huì)發(fā)生由于爐底的熱損失而使已熔金屬再固化的現(xiàn)象。相反，若投入速度過慢，則投入金屬原料花費(fèi)的時(shí)間加長，使得消耗的能量超過標(biāo)準(zhǔn)。此外，當(dāng)金屬熔化爐將金屬原料熔化后，需將熔化部內(nèi)的熔融金屬出爐澆入澆包等內(nèi)，而對于較小型的熔化爐，則是將熔化爐整體傾斜，由設(shè)在熔化部一側(cè)的出爐口出爐的。但對于大型熔化爐，因存在爐體整體傾斜所需空間問題和驅(qū)動(dòng)裝置的大型化等問題，故在熔化部的底部設(shè)置出爐口使其自爐底出爐。因此，熔化部的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，不僅使制造成本上升，耐火材料的維護(hù)等方面所需要的成本也將提高。再有，這樣的金屬熔化爐一般要由大量的耐火材料所構(gòu)成，因損傷而導(dǎo)致的耐火材料的單位消耗量會(huì)影響熔化成本，所以在電爐中，除熔化金屬所接觸的爐下部之外均以水冷套實(shí)施水冷。這對于電爐的結(jié)構(gòu)來說，由于形成的爐壁大體垂直、爐頂位于距爐底部很高的位置上等原因，所以即使使用水冷套也可使其熱損失較少。此外，使用氧燃燒器熔化金屬的熔化爐，例如上述《特表昭56-501810號公報(bào)》所記載的金屬熔化爐也只是局部實(shí)施水冷，實(shí)施水冷的部分只是垂直的爐壁部分。像這樣，在對金屬熔化爐實(shí)施水冷時(shí)，限制在其對象部位。特別是在氧燃燒器的金屬熔化爐，即自熔化金屬的液面至頂部之間的距離較近的金屬熔化爐，由于熔化金屬的熱輻射和燃燒器的熱輻射很強(qiáng)烈，一旦實(shí)施水冷化，其熱損失很大，而不得不采用耐火材料。然而，使用耐火材料的場合，由于在金屬原料的熔化階段將受到很大的熱沖擊，故使耐火材料的損傷頻度增高，其結(jié)果，使耐火材料的單位消耗量增大，從而對熔化成本產(chǎn)生很大影響。此外，使氧燃燒器的插入口部分的制作和修理也極為麻煩。另外，使用氧燃燒器的金屬熔化爐，其氧燃燒器的安裝位置和火焰的噴出方向?qū)嵝室灿泻艽笥绊憽＜?，依靠氧燃燒器熔化金屬原料時(shí)，不僅可利用火焰進(jìn)行直接的且迅速的熔化，而且也利用燃燒氣體對金屬原料進(jìn)行預(yù)熱。因此，為了提高熱效率，則需要利用燃燒氣體進(jìn)行充分金屬原料預(yù)熱及迅速地利用高溫火焰將預(yù)熱后的金屬原料熔化，最重要的是使其熔化速度和預(yù)熱速度以及金屬原料自預(yù)熱部向熔化部的投入速度得到很好地平衡。例如，雖然使氧燃燒器的燃燒火焰的方向在某種程度上朝向爐底部方向可以提高熔化性能，但在實(shí)際的熔化爐中，為使燃燒火焰的方向朝向爐底部，但卻不可能將氧燃燒器以離鉛垂直線很近的急角(陡度)設(shè)置在爐壁上，由于存在燃燒器插入口制造上的問題和氧燃燒器的附屬部分與爐外壁之間的干涉等問題，則氧燃燒器的安裝角度造在爐側(cè)壁與水平線成10～20度的夾角范圍左右。因此，易在周邊部位產(chǎn)生死區(qū)，難以實(shí)現(xiàn)均勻加熱。另外，以設(shè)在由液面上方的氧燃燒器的燃燒火焰對金屬原料進(jìn)行熔化的場合，當(dāng)熔化部的金屬原料為初期的固態(tài)形狀時(shí)，有時(shí)當(dāng)被加熱物體還處于較低溫度的時(shí)候，這雖有利于傳熱，但在熔化中期之后的液態(tài)或固液共存狀態(tài)下，不僅可使被加熱物體變成高溫狀態(tài)，而且，所期望的可進(jìn)行限定的傳熱面積只限于熔液液體的上液面，這對傳熱極為不利。因此，改善該熔化中期之后的傳熱特性、提高僅用氧燃燒器熔化金屬原料時(shí)的效率是所需要解決的重要課題。為此，上述《特開平5-271804號公報(bào)》中，作為一種從燃燒器燃燒所形成的高溫火焰向被加熱物高效率地傳熱的方法，提出了以高速使氧燃燒器的燃燒火焰撞擊被加熱物這樣一種方案。但是，即使將火焰向被加熱物撞擊的條件最優(yōu)化，但由于熔化中期之后的液面變得較為平滑，故傳熱面積的增加受限制，由于與被加熱物撞擊之后被反射的氣體的溫度很高，所以將產(chǎn)生熱損失。因此，本發(fā)明的第1個(gè)目的是提供一種能夠?qū)⒆灶A(yù)熱部向熔化部投入的金屬原料的投入速度控制在最佳范圍內(nèi)的、并能夠僅以氧燃燒器將金屬原料高效率地熔化的金屬熔化爐。本發(fā)明的第2個(gè)目的是提供一種通過對金屬原料進(jìn)行高效率的預(yù)熱，從而能夠僅用氧燃燒器高效率地熔化金屬原料、并且能夠使熔化金屬的出爐變得容易的金屬熔化爐。本發(fā)明的第3個(gè)目的是提供一種能夠僅用氧燃燒器便可高效率地熔化金屬原料、并且對熱負(fù)荷大且設(shè)有氧燃燒器的插入口等的部分通過實(shí)施水冷而降低耐火材料的單位消費(fèi)量的金屬熔化爐。本發(fā)明的第4個(gè)目的是提供一種將金屬原料自預(yù)熱部向熔化部的投入速度控制在最佳范圍內(nèi)、并將氧燃燒器的燃燒火焰均衡地用于金屬原料的熔化與預(yù)熱上、并能夠高效率地熔化金屬原料的金屬熔化爐及金屬熔化方法。本發(fā)明的第5個(gè)目的是提供一種即使當(dāng)金屬原料的熔化在已進(jìn)行了一定程度的熔化中期之后，仍能夠使氧燃燒器的燃燒火焰的熱以高效地傳遞給熔化金屬、并且能夠僅以氧燃燒器的火焰，高效率地熔化金屬原料的金屬熔化方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的金屬熔化爐是一種以氧燃燒器的火焰來熔化金屬原料的熔化爐，在具有氧燃燒器的熔化部的上方設(shè)有預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部，并且，在熔化部與預(yù)熱部之間設(shè)有內(nèi)徑小于熔化部和預(yù)熱部的內(nèi)徑的頸縮部。這樣，通過在熔化部與預(yù)熱部之間設(shè)置頸縮部，便能夠?qū)υ陬A(yù)熱部預(yù)熱后向熔化部自然下落的原料的投入速度進(jìn)行控制，并能夠僅以氧燃燒器高效地熔化、處理各種金屬廢料或粗塊錠，并可使各種廢料以低成本得到再利用。特別是，由于將預(yù)熱部的截面面積與頸縮部的截面面積二者之間的關(guān)系設(shè)定在預(yù)熱部的截面面積為頸縮部截面面積的1.4～5倍、較為理想的為1.5～4倍的范圍內(nèi)，因此，可以最佳下落速度(投入速度)將金屬原料投進(jìn)熔化部內(nèi)。此外，由于預(yù)熱部的容積與熔化部的容積之間的關(guān)系將使金屬原料在預(yù)熱部的預(yù)熱狀況發(fā)生變化，加之，將預(yù)熱部的實(shí)際容積設(shè)定成熔化部的實(shí)際容積的0.4～3倍、較理想的為0.5～2倍的范圍內(nèi)，因此，即使是小規(guī)模的熔化爐，也能達(dá)到50％以上的高熱效率，并可得到優(yōu)異的熔化性能。加之，由于采用了將上述熔化部與上述預(yù)熱部以可以分開的形式設(shè)置在頸縮部或該頸縮部附近的結(jié)構(gòu)，因此，在出爐時(shí)，便可使熔化部與預(yù)熱部二者分離，而只傾斜熔化部便能出爐，不必傾斜整個(gè)爐體便能夠在有限的空間內(nèi)很容易地進(jìn)行出爐操作。因此，通過在熔化部的上方設(shè)置頸縮部及預(yù)熱部，盡管爐體增高也無需從爐底出爐，從而以最小限度的傾斜操作便可很容易地完成出爐。特別是，通過用碳系耐火材料作成的上述熔化部與上述預(yù)熱部之間的分離部或者采用在該分離部處設(shè)置水冷套，便能夠防止該分離部受到損傷。此外，上述熔化部的爐壁的上部以水冷套構(gòu)成，將從該爐壁的上部向頸縮部過渡的水冷套內(nèi)壁的角度設(shè)定在與水平面成20～60度的范圍內(nèi)，并采用將上述氧燃燒器貫通于上述水冷套的方式的設(shè)置，便可將因水冷而產(chǎn)生的熱損失抑制在最小范圍內(nèi)，并可高效率地進(jìn)行金屬熔化，與此同時(shí)，便可從該部分耐火材料的損傷問題中解脫出來，并使材料的單位消耗量大幅度降低，從而可降低熔化總成本。此外，在熔化部底面上設(shè)有一個(gè)圓則上述氧燃燒器的火焰噴出方向指向該圓內(nèi)，該圓的圓心位于自熔化部重心位置面向燃燒器安裝部位一側(cè)的靠近該重心位置與氧燃燒器安裝部位一側(cè)內(nèi)壁二者之間的距離的0.2倍的距離的點(diǎn)上，該圓的直徑被設(shè)定為由燃燒器安裝一側(cè)的熔化部內(nèi)壁處到與另一側(cè)的熔化部內(nèi)壁之間的距離的0.6倍，這樣，便可將金屬原料的熔化與預(yù)熱控制在最佳狀態(tài)，并能夠高效率地熔化各種金屬原料。當(dāng)使用多根氧燃燒器時(shí)，可通過適當(dāng)?shù)慕M合各氧燃燒器的火焰噴出方向，以謀求縮短熔化時(shí)間。此外，將上述氧燃燒器的安裝高度設(shè)定在距該氧燃燒器火焰噴出口下方的熔化部的容積為熔化部總?cè)莘e的0.35～0.9倍的位置處，從而能夠進(jìn)一步提高熱效率，并能夠在熔化熔點(diǎn)特別高的鐵等金屬原料時(shí)取得顯著效果。再有，通過使用偏心燃燒器替代上述氧燃燒器，并將其設(shè)置成能夠以燃燒器軸線為中心軸可以轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，便可根據(jù)金屬原料的熔化階段的情況相應(yīng)改變?nèi)紵鹧娴膰娚浞较颍郧‘?dāng)?shù)丶訜峤饘僭?，而且，也可以適當(dāng)?shù)馗淖冾A(yù)熱部中的預(yù)熱狀態(tài)，控制金屬原料自預(yù)熱部向熔化部落下的速度。還有，通過在上述熔化部的上部設(shè)置二次燃燒用氧氣噴嘴，便能夠使未燃燒的成分燃燒而提高熱效率。進(jìn)而，通過在上述熔化部的底部設(shè)置金屬熔液攪拌用噴嘴，可促進(jìn)金屬熔液的攪拌，使金屬熔液均勻受熱。其次，用氧燃燒器的火焰熔化本發(fā)明的金屬原料的第1金屬熔化方法是在具有氧燃燒器的熔化部的上方，設(shè)置預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部，與此同時(shí)，采用熔化部與預(yù)熱部之間設(shè)置內(nèi)徑小于熔化部和預(yù)熱部的內(nèi)徑的頸縮部的金屬熔化爐并且使用偏心燃燒器替代上述氧燃燒器，并使該偏心燃燒器根據(jù)上述金屬原料的熔化階段，以燃燒器的軸線為中心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。像這樣，通過使用在熔化部與預(yù)熱部之間設(shè)有具有合適內(nèi)徑的頸縮部的金屬熔化爐，便能夠由預(yù)熱部進(jìn)行預(yù)熱，并控制沿預(yù)熱部向熔化部下落的原料的投入速度，能夠以最佳的落下速度(投入速度)將金屬原料送入溶化部內(nèi)。而以偏心燃燒器替代上述氧燃燒器進(jìn)行使用，既可使燃燒火焰向爐底部方向噴吐，也能夠?qū)⒀跞紵鞯娜紵鹧婕叭己髿怏w高效率地用于金屬原料的熔化與預(yù)熱，從而實(shí)現(xiàn)熱效率的提高。此外，由于采用了轉(zhuǎn)動(dòng)偏心燃燒器來改變?nèi)紵鹧娴耐鲁龇较?，便能夠根?jù)金屬原料的熔化階段改變?nèi)紵鹧娴膰娡路较?，并可以均勻地加熱熔化部?nèi)的金屬，從而將金屬原料的熔化與預(yù)熱控制在最佳狀態(tài)。此外，本發(fā)明的第2種金屬熔化方法是在具有氧燃燒器的熔化部的上方設(shè)置預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部的同時(shí)，使用在熔化部與預(yù)熱部之間設(shè)置內(nèi)徑小于熔化部及預(yù)熱部內(nèi)徑的頸縮部的金屬熔化爐，并在上述金屬原料的熔化操作中將碳材投向金屬熔液液面上存在的熔渣之中，使該熔渣發(fā)泡。自氧燃燒器導(dǎo)入熔渣中的燃燒火焰與熔融金屬液面碰撞，使熔化金屬升溫后，在使熔渣內(nèi)部物理上升過程中，對熔渣邊攪拌邊加熱。此時(shí)，通過向熔渣投入碳材、使熔渣呈發(fā)泡狀態(tài)，使得熔渣的外觀體積增加，能將燃燒火焰的熱能有效地傳遞給熔渣，通過該熔渣，使金屬熔液高效率地升溫。由此，可實(shí)現(xiàn)熔化時(shí)間的縮短和熱效率的提高等，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率的提高和大幅度地降低作業(yè)成本。此外，通過將上述熔渣的堿度γ即γ＝(CaO)/(SiO2)控制在由所表示的相對于金屬熔液處理溫度T[℃]的范圍內(nèi)，使得在使熔渣發(fā)泡時(shí)，控制反應(yīng)氣體的發(fā)生形態(tài)和熔渣的物理性能，從而獲得穩(wěn)定的發(fā)泡狀態(tài)。本發(fā)是的金屬熔化爐的熔化部，由于是全爐中溫度最高的部位，并且，由于不可避免地要與高溫的燃燒氣體相接觸等原因，則須具有高溫下工作的優(yōu)異耐用性、耐氧化性及耐腐蝕性，因而，應(yīng)使用材質(zhì)為含氧化鎂成分的爐材。具體地說是氧化鎂、氧化鎂-碳系和氧化鎂-氧化鉻系等材料。此外，由于頸縮部與高溫燃燒氣體的接觸及承受金屬原料下落時(shí)的沖擊等原因，必須具有高溫工作環(huán)境下的優(yōu)異的耐用性、機(jī)械強(qiáng)度和抗磨損性能，故使用氧化鎂-氧化鉻系材質(zhì)的爐材。再有，預(yù)熱部與熔化部和頸縮部相比，其耐熱性可以低些，所以使用的是氧化鋁系材質(zhì)的爐材。此外，本發(fā)明中所使用的氧燃燒器是以氧或富氧空氣作為助燃性氣體，通過燃燒重油、煤油、微粉碳、丙烯和天然氣等化石燃料而形成高溫火焰的燃燒器。作為氧燃燒器，例如，雖可以使用日本國《特公平3-3122號公報(bào)》和《特公平7-43096號公報(bào)》所公開的氧燃燒器，但本發(fā)明并不受此限定，可根據(jù)燃燒的不同種類等因素，使用各種結(jié)構(gòu)的燃燒器。氧燃燒器與以空氣為助燃性氣體的燃燒器相比，具有所排出的廢氣的熱損失小和向爐內(nèi)輸送熱量高等優(yōu)點(diǎn)。此外，在本發(fā)明中使用偏心燃燒器作為氧燃燒器，它使燃燒器主體前端部的燃燒噴嘴噴出的燃燒火焰的噴出方向相對于燃燒器軸線有一傾斜角度。該燃燒器例如可使用日本國《實(shí)開昭59-103025號公報(bào)》所公開的燃燒器、即安裝在直管狀燃燒器主體的前端部的噴嘴的流體通路相對于燃燒器軸線傾斜規(guī)定角度的燃燒器，但本發(fā)明也可不受此限定，可根據(jù)燃燒種類等因素相應(yīng)地選用各種結(jié)構(gòu)的燃燒器。再有，偏心燃燒器的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，例如可使用上《實(shí)開昭59-103025號公報(bào)》所公開的具有旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的偏心式燃燒器，但本發(fā)明不受此限定，也可使用各種結(jié)構(gòu)的偏心燃燒器。圖1是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第1實(shí)施例的縱剖視圖。圖2是僅用氧燃燒器熔化鐵廢料時(shí)的典型的熔化特性曲線。圖3是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第2實(shí)施例的縱剖視圖。圖4是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第3實(shí)施例的縱剖視圖。圖5是展示圖4所示金屬熔化爐出爐時(shí)狀態(tài)的縱剖視圖。圖6是展示圖4所示金屬熔化爐的分離部的其他實(shí)施例的主要部分的縱剖視圖。圖7是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第4實(shí)施例的縱剖視圖。圖8是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第5實(shí)施例的縱剖視圖。圖9是用來說明圖8所示金屬熔化爐中的氧燃燒器的火焰噴出方向及安裝高度圖。圖10是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第6實(shí)施例的縱剖視圖。圖11是用來說明本發(fā)明的第2種金屬熔化方法時(shí)的金屬熔化爐實(shí)施例的縱剖視圖。圖12是顯示實(shí)施例1的測定結(jié)果圖。最佳實(shí)施例下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1是采用本發(fā)明的金屬熔化爐第1實(shí)施例的縱剖視圖。這種熔化爐是一種僅使用以氧氣或富氧空氣作為助燃性氣體的氧燃燒器21的燃燒熱將鐵、銅、鋁等廢料或粗塊錠等熔化再生的熔化爐。該熔化爐是由整體地將熔化部22設(shè)在下部、預(yù)熱部23設(shè)在上部，并且在熔化部22與預(yù)熱部23二者之間設(shè)有頸縮部24而構(gòu)成的。上述熔化部22具有與通常的金屬熔化爐、例如電爐等大體相同的內(nèi)部形狀，由含有重量比為5～20％的碳氧化鎂-碳系爐材制成。此外，在熔化部22的一側(cè)設(shè)有被溶化處理過的金屬熔液25的出爐口26。上述預(yù)熱部23的形狀呈大致的圓筒狀，由氧化鋁-硅石系爐材制成。此外，在預(yù)熱部23的上部開口處安裝有可拆裝的具有排氣口27的蓋體28。上述頸縮部24是為控制金屬原料29自預(yù)熱部23下落到熔化部22的下落速度而設(shè)置的，其內(nèi)徑比熔化部22及預(yù)熱部23的內(nèi)徑小。該頸縮部24是由含有重量比為10～30％的氧化鉻的氧化鎂-氧化鉻系爐材制成。該頸縮部24與大內(nèi)徑的熔化部22或預(yù)熱部23之間是由如圖所示的斜面30、31連接而形成的錐形。該部分雖也可以由曲面進(jìn)行連接，但對于內(nèi)部貼有耐火材料而構(gòu)成的爐來說，將會(huì)給耐火材料的內(nèi)貼作業(yè)帶來麻煩。若讓該斜面30、31趨于垂直，則將使?fàn)t的高度增加，若趨于水平，則會(huì)形成死區(qū)，使熱效率等降低，因此，正常情況下，將熔化部22的頂部(斜面30)設(shè)計(jì)成與水平線成20～60度角、將預(yù)熱部23的底部(斜面31)設(shè)計(jì)成20～70度角較為適宜。上述氧燃燒器21的設(shè)置是根據(jù)所需的熔化能力，將1根乃至多根氧燃燒器插入設(shè)置在熔化部22的周圍壁上的插入孔32中而設(shè)置的，其安裝位置可根據(jù)熔化部22的大小等因素設(shè)置在爐壁的垂直部或前述頂部的適當(dāng)位置處。此外，氧燃燒器21被設(shè)置在使其火焰噴出方向朝向熔化部22的底部的位置處，以便使下落到熔化部22內(nèi)的金屬原料29，在熔化部22的底部也可以熔化。通過圖中未示的路徑將重油、微粉碳等燃料和助燃性氣體而分別進(jìn)入上述氧燃燒器21中。僅以氧燃燒器熔化鐵廢料時(shí)的典型的熔化特性曲線示于圖2。圖2中，階段1是用來自燃燒器的燃燒氣體對填充于爐內(nèi)的廢料進(jìn)行預(yù)熱的階段，由于排出氣體的溫度低，金屬的表面面積大，故氧化速度最大。階段2是廢料幾乎全部熔化、爐下部殘留有少量未熔化部分的階段，燃燒氣體的熱量消耗在未熔化部分的熔化上、金屬熔液的溫度大致處于熔點(diǎn)附近。此時(shí)，爐的上部由于不存在廢料，排出氣體的溫度升高，而金屬的表面面積減小，故氧化速度降低。階段3是廢料完全熔化之后，使金屬熔液溫度升溫至高出熔點(diǎn)100℃的階段。在使金屬原料29按照圖2所示的這樣的熔化曲線熔化的金屬熔化爐中，通過在熔化部22的上方設(shè)置大小適當(dāng)?shù)念i縮部24，而無需再設(shè)置鐵格柵等，便可將金屬原料自預(yù)熱部23經(jīng)由頸縮部24下落到熔化部22的下落速度控制在最佳狀態(tài)，另外，也可在熔化部22的正上方設(shè)置預(yù)熱部23，便可以高效率地對階段1中的金屬原料29進(jìn)行預(yù)熱。也就是說，通過在熔化部22的上方，介于頸縮部24，連續(xù)設(shè)置預(yù)熱部23，便可以將自預(yù)熱部23下落到熔化部22中的原料量控制在最佳速度狀態(tài)，因此，即使不再設(shè)置象過去的鐵格柵那樣的控制原料投入量的機(jī)器，也能夠用結(jié)構(gòu)簡單的熔化爐對鐵、銅、鋁等的廢料和粗塊錠等高效率地進(jìn)行熔化處理，不僅使?fàn)t的結(jié)構(gòu)簡化，而且實(shí)現(xiàn)了降低制造成本和維修成本的目的，并提高了熱效率和縮短了熔化時(shí)間。具有上述結(jié)構(gòu)的金屬熔化爐中，頸縮部24的大小雖可以根據(jù)爐的處理能力和氧燃燒器的能力、金屬原料的種類、熔化部22及預(yù)熱部23的大小等情況適當(dāng)加以設(shè)定，但一般情況，較為理想的是將預(yù)熱部23的截面積設(shè)計(jì)成頸縮部24的截面積的1.4～5倍、而1.5～4倍的范圍最為適宜。假如，若預(yù)熱部23的截面積不足頸縮部24的截面積的1.4倍，則金屬原料的下落速度將過快，而失去設(shè)置頸縮部24的效果；相反，當(dāng)預(yù)熱部23的截面積超過頸縮部24的截面積的5倍時(shí)，金屬原料難以下落，而成為頸縮過度現(xiàn)象。此外，由于預(yù)熱部23的實(shí)質(zhì)性容積與熔化部22的實(shí)質(zhì)性容積之間的關(guān)系也會(huì)影響熔化能力，因此可將預(yù)熱部23的實(shí)質(zhì)性容積設(shè)定為熔化部22的實(shí)質(zhì)性容積的0.4～3倍、最好以在0.5～2倍的范圍內(nèi)為宜。例如，當(dāng)預(yù)熱部23的容積與熔化部22的容積相比過小的場合，將使大部分金屬原料未經(jīng)預(yù)熱而被直接熔化；相反，當(dāng)預(yù)熱部23的容積過大的場合，所投入的熱能的大部分將被消耗在預(yù)熱上。所以，無論何種場合均有使熱效率降低的趨勢。而上邊所說的實(shí)質(zhì)性容積是指在熔化處理開始之前將廢料等從預(yù)熱部23的上部開口投入時(shí)，與存在于熔化部22內(nèi)及預(yù)熱部23內(nèi)的該廢料的體積相當(dāng)?shù)娜莘e，該容積與由尺寸計(jì)算出的容積是不同的。圖3是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第2實(shí)施例的縱剖視圖。其中，對與第1實(shí)施例金屬熔化爐的結(jié)構(gòu)元素相同的部分采用相同的編號，其詳細(xì)說明省略。在與第1實(shí)施例的金屬熔化爐基本相同的第2實(shí)施例的金屬熔化爐中的熔化部22的上部，設(shè)置二次燃燒用氧氣噴嘴33，并在上述熔化部22的底部設(shè)置金屬熔液攪拌用噴嘴34。即，可以根據(jù)熔化部22的大小將二次燃燒用噴嘴33適當(dāng)?shù)卦O(shè)置在爐壁的垂直部分或上述頂部的位置上。該二次燃燒用氧氣噴嘴33的作用是向熔化部22內(nèi)吹入氧氣，在熔化時(shí)，使由金屬原料和輔助原料等產(chǎn)生的可燃成分進(jìn)行燃燒以提高熱效率。自二次燃燒用氧氣噴嘴吹入的氧氣量，可以采用聯(lián)機(jī)線上檢測排出氣體的成分等來進(jìn)行控制。此外，金屬熔液攪拌用噴嘴34，可通過插頭35和套管座36設(shè)置在熔化部22的底部的爐壁上。該金屬熔液攪拌用噴嘴34的作用是向金屬熔液內(nèi)吹入氣體，并通過攪拌金屬熔液，使金屬熔液均勻受熱。本實(shí)施例中使用的是單管型插頭，但也可以使用細(xì)管復(fù)合型插頭和燒瓷耐火物型插頭。圖4～圖6是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第3實(shí)施例的縱剖視圖。對與第1實(shí)施例金屬熔化爐的結(jié)構(gòu)元素相同的結(jié)構(gòu)元素采用相同的編號，其詳細(xì)說明省略。第3實(shí)施例的金屬熔化爐是在第1實(shí)施例的金屬熔化爐中的頸縮部24的中間部位設(shè)有將熔化部22與預(yù)熱部23二者分離的分離部37。本實(shí)施例由于設(shè)置該分離部37可將熔化部22與預(yù)熱部23二者分離，所以在將熔化部22內(nèi)的熔化金屬出爐時(shí)，如圖5所示，可將熔化部22與預(yù)熱部23分離而只通過傾斜熔化部22便可進(jìn)行出爐操作。因此，即使在熔化部22的上方經(jīng)頸縮部24設(shè)置預(yù)熱部23而使?fàn)t高增高的情況下，也無需傾斜整個(gè)爐體，也不必從爐底部出爐，所以，以很小的空間便可進(jìn)行出爐操作。另外，由于將上述分離部37設(shè)在內(nèi)徑較小的頸縮部24的附近，特別是通過設(shè)在了內(nèi)徑最小的頸縮部24處，從而能夠減少當(dāng)兩者分離時(shí)的由熔化部22散發(fā)的熱量。在這里，用來傾斜熔化部22的裝置，通常將作為重物的熔化部22支撐在其重心位置附近為宜，這種情況下，不能只是讓熔化部22傾斜。因此，在進(jìn)行上述出爐操作時(shí)，首先讓預(yù)熱部23及頸縮部24的分離部37以上的部分升高，使之與熔化部22分離，之后，才令傾斜裝置工作讓熔化部22傾斜。此外，也可以采用讓熔化部22及頸縮部24的分離部37以下的部分降低之后再傾斜的方式。此外，若將熔化部22的轉(zhuǎn)動(dòng)中心設(shè)定在恰當(dāng)位置上，可能只傾斜熔化部22就能夠進(jìn)行出爐，再有，也可以采用讓熔化部22或預(yù)熱部23沿水平方向移動(dòng)的方式進(jìn)行。這樣設(shè)置分離部37，雖然能夠在有限的空間內(nèi)容易地進(jìn)行出爐操作，但是，由于設(shè)置有分離部37的頸縮部24的位置是處在熔化過程中產(chǎn)生熔化金屬飛濺和熔渣容易附著的位置，因而，在將熔化部22與預(yù)熱部23彼此分離時(shí)，在附著物被扯離的同時(shí)有時(shí)也會(huì)損傷爐內(nèi)面的耐火材料。因此，分離部37以采用熔化金屬飛濺和爐渣難以附著并且不易發(fā)生損傷的結(jié)構(gòu)為宜。為此，圖4及圖5所示金屬熔化爐中的分離部37的部分是由濺沫和爐渣不易附著且不易損傷的耐火物碳系耐火材料(例如MgO-C)38制成的。在圖6所示金屬熔化爐中的分離部37的部分中設(shè)置有水冷套39。像這樣，由于采用了碳系耐火材料38和水冷套39，故能夠防止分離部37中的耐火材料產(chǎn)生損傷。圖7是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第4實(shí)施的縱剖視圖。與第1實(shí)施例金屬熔化爐中的結(jié)構(gòu)元素相同的結(jié)構(gòu)元素編上相同的編號，其詳細(xì)說明省略。在第4實(shí)施例的金屬熔化爐的第1實(shí)施例的金屬熔化爐中，熔化部22的爐壁的上部以水冷套40所構(gòu)成，由該爐壁的上部面向頸縮部24的水冷套的內(nèi)壁面(斜面30)的角度設(shè)定在與水平面成20～60度的范圍內(nèi)，同時(shí)，氧燃燒器21的設(shè)置是穿過上述水冷套40而進(jìn)行的。也可以用水冷管取代水冷套。即，熔化部22的爐壁的上部的頸縮部24及預(yù)熱部23的爐壁是由水冷套40形成的，熔融金屬所接觸的熔化部22的下部的爐壁由耐火材料制成。該水冷套40中的熔化部22的頂部(斜面30)是由熔化部22的圓周壁對著頸縮部24的內(nèi)圓周、以傾斜20～60度范圍內(nèi)的上升角收縮而形成的錐形，預(yù)熱部23的底部(斜邊31)對著頸縮部24的內(nèi)圓周，以向下收縮方式而形成了錐形體。上述頂部的下表面的上升角，對上述熔化部22中的熔融性能和熱效率、熱損失有很大影響，當(dāng)上升角選在20度～60度的范圍內(nèi)時(shí)，水冷的熱損失與熱效率處于平衡狀態(tài)，此時(shí)的操作，其效率最高。即是，當(dāng)上升角小于20度時(shí)，自氧燃燒器21的火焰和金屬熔融面向水冷套40的熱轉(zhuǎn)移將增大，使水冷的熱損失增加；當(dāng)上升角大于60度時(shí)，雖然水冷的熱損失減小，但自氧燃燒器21向金屬的熱轉(zhuǎn)移減少，結(jié)果使熱效率降低。因此，將上述頂部的上升角設(shè)定在20～60度范圍內(nèi)，便能夠在將熔化能力和熱效率的降低抑制在最小的狀態(tài)下實(shí)施水冷，并可以大幅度削減消耗在耐火材料上的成本，即使減掉熱效率降低導(dǎo)致的成本上揚(yáng)部分，仍能使總的金屬熔化成本降低。此外，算上因損壞的耐火材料的修理和更換所需的天數(shù)，而水冷套40幾乎無需修理，所以爐的運(yùn)轉(zhuǎn)率提高了。圖8及圖9是采用本發(fā)明的金屬熔化爐的第5實(shí)施例。圖8是該金屬熔化爐的縱剖視圖。圖9是說明氧燃燒器的火焰噴出方向及安裝高度用的圖。凡與第1實(shí)施例金屬熔化爐中的構(gòu)成組成元素相同的組成元素采用相同的編號，其詳細(xì)說明省略。第5實(shí)施例的金屬熔化爐是一種涉及在第1實(shí)施例的金屬熔化爐中，將氧燃燒器21安裝在最佳位置上的實(shí)施例。即，在該實(shí)施例中，上述氧燃燒器21的火焰噴出方向指向這樣的圓內(nèi)，該圓在熔化部底面上，其圓心位于自熔化部重心位置面向燃燒器安裝部位一側(cè)的靠近該重心位置與氧燃燒器安裝部位一側(cè)內(nèi)壁之間的距離的0.2倍的距離的點(diǎn)上，該圓的直徑被設(shè)定為自燃燒器安裝部位一側(cè)的熔化部內(nèi)壁處到與另外一側(cè)的熔化部內(nèi)壁處之間的距離的0.6倍。此外，氧燃燒器21的安裝高度被設(shè)定成自該氧燃燒器21的火焰吐出口以下的熔化部的容積為熔化部22總體容積的0.35～0.9倍。上述氧燃燒器21燃燒所形成的火焰與被加熱物(金屬原料和金屬熔液)撞擊的條件對加熱熔化的效率有很大影響，因此，在與被加熱物撞擊之前使其充分燃燒和提高火焰的動(dòng)能是重要的。例如，若將燃燒器噴射口的位置向下移動(dòng)過多，則火焰在接觸到被加熱物的燃燒率將降低，但如果為了提高燃燒率而將噴射口的位置抬得過高，則使接觸被加熱物時(shí)的火焰的動(dòng)能(撞擊速度)降低。此外，要增大動(dòng)能，除了燃燒氣體本身的數(shù)量、火焰與被加熱物之間的相對位置之外，燃燒器的設(shè)置角度(火焰的噴出角度)也很重要，若傾斜角度過小則動(dòng)能無法充分提高。另一方面，雖然傾斜角度越大，可使火焰的動(dòng)能越容易地傳遞到被加熱物上，并可有攪拌作用等促進(jìn)熔化的效果，但對于在熔化部22的上方設(shè)有預(yù)熱部23的這種形式的爐，由于有需要設(shè)置氧燃燒器21以避開通過與熔液的接觸而使燃燒器熔損的擔(dān)心和需要避開與爐體的干擾，故在熔化部22的金屬熔液的上方空間內(nèi)存在著可以設(shè)置氧燃燒器21的位置和界限。因此，氧燃燒器21的火焰噴出方向和安裝位置是根據(jù)熔化部22的形狀和大小等而設(shè)定的，如圖9所示，當(dāng)在熔化部22的底面上，熔化部重心位置O與氧燃燒器安裝部位A側(cè)的內(nèi)壁之間的距離為Ro、燃燒器安裝部位A側(cè)的內(nèi)壁與另一側(cè)(相對一側(cè))的內(nèi)壁之間的距離為Do時(shí)，所設(shè)定的氧燃燒器21的火焰噴出方向被設(shè)定在自熔化部重心O、靠近氧燃燒器安裝部位A側(cè)僅以上述距離Ro的0.2倍的距離R為中心的點(diǎn)上、即以上述距離Do的0.6倍為直徑D的圓內(nèi)的C點(diǎn)。這樣，便可使燃燒火焰與金屬撞擊的條件處于最適宜狀態(tài)。另外，當(dāng)將氧燃燒器21的安裝高度設(shè)定在自氧燃燒器21的噴射口以下的熔化部的容積為熔化部22的總?cè)莘e的0.35～0.9倍、最好為0.45～0.8倍范圍時(shí)，便可以以更高的效率熔化金屬原料。這里，當(dāng)熔化部22的底部略呈圓形，其直徑為Do、半徑為Ro的場合，氧燃燒器21的火焰噴出方向?yàn)閳AC的中心位置，該中心位置位于離開熔化部中心(與重心重合)靠近燃燒器安裝位置一側(cè)、即0.2Ro的點(diǎn)上，圓C的直徑為0.6Do。此外，例如，當(dāng)熔化部22為大致的圓筒形的場合，氧燃燒器21的噴射口(噴嘴前端部)的高度H相對于熔化部的高度Ho為0.35Ho～0.9Ho、最好選為0.45Ho～0.80Ho。但實(shí)際上，因熔化部22的底面和頂面形狀的不同而多少有所差異。圖10是采用本發(fā)明的金屬熔化爐之第6實(shí)施例的縱剖視圖。與第1實(shí)施例的金屬熔化爐中的組成元素相同的組成元素編上相同的編號，其詳細(xì)說明省略。在與第6實(shí)施例的金屬熔化爐相同的第1實(shí)施例的金屬熔化爐中，其氧燃燒器采用的是偏心式燃燒器41，該偏心燃燒器的設(shè)置是通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)42、以燃燒器軸線為中心可進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的。而偏心燃燒器41和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)42可以使用如前所述的、例如《實(shí)開昭59-103025號公報(bào)》所公開的燃燒器和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。像這樣，由于使用了偏心燃燒器，即使在對氧燃燒器的安裝角度受限制，如，當(dāng)安裝角度較小時(shí)，仍能夠使燃燒火焰的噴射方向以較大的角度對準(zhǔn)熔化部22的底部，所以，可使熔化部22的周圍部位不會(huì)產(chǎn)生死區(qū)而均勻地加熱。另一方面，就迅速將金屬原料熔化而言，燃燒器燃燒所形成的火焰與被加熱物撞擊的條件對加熱熔化的效率等有很大影響，使火焰與被加熱物碰撞之前使其進(jìn)行充分燃燒和增大火焰的動(dòng)能是很重要的。火焰與被加熱物碰撞之前的燃燒效率在距離過近時(shí)會(huì)降低，若為提高燃燒效率而加大距離時(shí)，碰撞速度將減小而使動(dòng)能降低。因此，要提高動(dòng)能，除了增加燃燒氣體本身的量之外，加大碰撞角度使之接近于垂直，也有利于提高向被加熱物傳遞熱量的效率。因此，通過使用上述偏心燃燒器41使燃燒火焰的吐出方向指向垂直方向，可在熔化初期，使自熔化部22至預(yù)熱部23呈塔形直接相連接著的金屬原料29的基礎(chǔ)部分的軟化熔融推遲，也可通過在某種程度上遲緩金屬原料29的落下時(shí)間而進(jìn)行充分預(yù)熱，與此同時(shí)，在熔化后期，由于碰撞時(shí)的燃燒火焰的動(dòng)能很容易傳遞給金屬熔液，靠對金屬熔液的攪拌作用等也可提高促進(jìn)熔化效果。此外，通過采用本發(fā)明的第1種金屬熔化方法，根據(jù)熔化過程的情況，以燃燒器軸線為軸，旋轉(zhuǎn)偏心燃燒器41來改變?nèi)紵鹧娴膰娚浞较?，便可提高均勻加熱的效果，并可對自預(yù)熱部23下落的金屬原料29的下落速度進(jìn)行控制。圖11是用來對本發(fā)明的第2種金屬熔化方法進(jìn)行說明的金屬熔化爐的實(shí)施例的縱剖視圖。與第1實(shí)施例的金屬熔化爐中的組成元素相同的組成元素標(biāo)上相同的編號，其詳細(xì)說明省略。本發(fā)明的第2種金屬熔化方法是采用圖11所示金屬熔化爐，并在金屬原料的熔化操作過程中，向存在于液面上的溶渣中投入碳材，使該熔渣發(fā)泡變成泡沫狀態(tài)的爐渣(泡狀渣)43，從而提高加熱效率。此外，將上述熔渣的堿度γ控制在相對于金屬熔液處理溫度T[℃]，表示在0.001T-0.6≤γ≤0.0025T-1的范圍內(nèi)，便可以獲得穩(wěn)定的泡沫狀態(tài)。即，在圖11所示金屬熔化爐中，每當(dāng)靠氧燃燒器21的燃燒火焰熔化金屬原料時(shí)，便可向熔化中期之后存在于熔化部22的液面上的熔渣內(nèi)投入碳材，使之成為泡狀渣43。這種熔渣的泡沫化形成，作為一種利用所形成的泡沫狀爐渣狀態(tài)的傳熱促進(jìn)法，正在研究利用鐵礦石熔化還原法的二次著熱技術(shù)等方法。該傳熱促進(jìn)法是這樣一種方法通過鐵礦石與碳材之間的一次反應(yīng)使其生成一氧化碳?xì)怏w，并讓該氣體與爐渣中或爐渣上方添加的氧氣進(jìn)行反應(yīng)，使其二次燃燒直至生成二氧化碳；在爐渣中進(jìn)行一次燃燒的場合，因生成反應(yīng)而溫度變高的二氧化碳?xì)怏w在泡狀爐渣溫度上升的過程中與爐渣進(jìn)行熱交換，使?fàn)t渣升溫。本發(fā)明可使該泡沫狀態(tài)下的傳熱效率更具效果，氧燃燒器21產(chǎn)生的高溫火焰進(jìn)到泡狀爐渣43中，并到達(dá)金屬熔液附近，并在直到自爐渣中鉆出為止的整個(gè)滯留時(shí)間里進(jìn)行傳熱，其結(jié)果，可使傳給爐渣的熱量大于上述二次燃燒的方法。通常，在以氧燃燒器的燃燒火焰熔化金屬原料的場合，氧燃燒器的火焰在與熔化金屬的液面撞擊而直接使金屬升溫之后，邊使存在于液面上的液態(tài)爐渣的溫度上升邊與爐渣進(jìn)行熱交換，在使?fàn)t渣升溫的同時(shí)，并使之循環(huán)流動(dòng)，并經(jīng)爐渣間接地使金屬升溫。燃燒氣體穿過爐渣層時(shí)的狀態(tài)對這種間接升溫有很大影響，雖然爐渣高度越高越為有利，但是必須避免由于爐渣量的增加給傳熱問題和耐火材料被熔損等方面帶來的不利于作業(yè)等問題。因此，向熔渣中投放碳材，以使?fàn)t渣中的鐵氧化物等還原成分與碳材產(chǎn)生連續(xù)性反應(yīng)、靠產(chǎn)生的氣體使?fàn)t渣成為發(fā)泡狀態(tài)，這樣，爐渣的外觀體積將增加，因此，既能夠提高燃燒氣體與泡狀爐渣43之間的熱交換效率，也能夠通過泡狀爐渣43間接地、高效地使金屬升溫。即，氧燃燒器21產(chǎn)生的燃燒火焰穿過泡狀爐渣43與金屬熔液碰撞而直接使金屬熔液升溫之后，在泡狀爐渣43中邊物理性地上升邊使?fàn)t渣升溫，由于爐渣因發(fā)泡而使其外觀體積增大，故使通過爐渣中的燃燒氣體的滯留時(shí)間變長，在能夠增加向爐渣傳熱的傳熱量的同時(shí)，也能夠進(jìn)行以燃燒氣體實(shí)現(xiàn)對爐渣的攪拌和有效地進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)金屬熔液。因此，既可高效率地將熱量由爐渣傳給金屬熔液，也可實(shí)現(xiàn)熔化時(shí)間的縮短和大幅度提高其熱效率。此外，因氧化鐵能被碳材所還原，故鐵材料的利用率也可提高。上述碳材可使用粉狀和顆粒狀的焦炭等，其添加量因爐渣的產(chǎn)生量、層厚等的不同而異，但一般來說，以每噸金屬原料取1～10kg的范圍為宜，若添加量過少則不能達(dá)到充分的發(fā)泡狀態(tài)，相反，若添加量過多則將加大碳材的成本。因此，為了獲得穩(wěn)定的發(fā)泡狀態(tài)，對反應(yīng)氣體的發(fā)生形態(tài)和爐渣的物理性能，即氣體產(chǎn)生的速度和氣泡直徑、爐渣的粘性和表面張力進(jìn)行恰當(dāng)?shù)乜刂剖欠浅Ｖ匾摹＠?，將熔渣中的可還原氧化物進(jìn)行還原而使之產(chǎn)生一氧化碳?xì)馀輹r(shí)，為了獲得微小的氣泡，則使用微細(xì)的碳材更為有效，而為了連續(xù)地獲得氣泡，實(shí)施連續(xù)地、適量地添加碳材是有效的。再有，在熔化金屬原料時(shí)，需要高效率地對金屬原料實(shí)施從固態(tài)開始經(jīng)固液共存狀態(tài)到變?yōu)橐簯B(tài)為止的加熱。而且，通過上述泡狀爐渣43對金屬熔液25進(jìn)行加熱時(shí)的金屬熔液的溫度，如以鐵為例，其溫度將因碳濃度等的不同而變化，具體變化大致在下述范圍內(nèi)，即從一部分鐵原料開始熔化變?yōu)槠交瑺顟B(tài)的約1000℃開始到可以出爐的1300～1600℃以上為止的溫度范圍內(nèi)。為了使?fàn)t渣的發(fā)泡狀態(tài)穩(wěn)定地保持在該溫度范圍內(nèi)曾進(jìn)行過各種研究，其結(jié)果表明，對爐渣的堿度根據(jù)其溫度相應(yīng)地進(jìn)行控制是有效的。即，將熔渣的堿度γ＝(CaO)/(SiO2)控制在相對于金屬熔液處理溫度T[℃]所表示的0.001T-0.6≤γ≤0.0025T-1的范圍內(nèi)，這樣，就能夠獲得穩(wěn)定的發(fā)泡狀態(tài)，也能夠?qū)⒀跞紵?1的燃燒火焰所具有的熱能高效率地傳遞給金屬熔液。另外，本發(fā)明并不限于上述各實(shí)施例，例如，將各實(shí)施例進(jìn)行組合也可以，這一點(diǎn)是勿庸置疑的。以下對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例1使用圖1所示結(jié)構(gòu)的金屬熔化爐，熔化鐵廢料1噸，進(jìn)行對頸縮部的效果進(jìn)行確認(rèn)的實(shí)驗(yàn)。熔化部由氧化鎂-碳(10％)、頸縮部由氧化鎂-氧化鉻(20％)、預(yù)熱部由氧化鋁-硅土(12％)分別形成。將熔化部的大小設(shè)為總高80cm、內(nèi)徑90cm不變。以該熔化部熔化1噸鐵時(shí)，液面高度約為22cm。此外，因熔化部的大小固定不變，故投入廢料時(shí)廢料所占預(yù)熱部及熔化部的容積，即預(yù)熱部的實(shí)際容積與熔化部的實(shí)際容積之間的比大致不變，此場合下約為1∶1。因此。當(dāng)將鐵廢料自預(yù)熱部的上部開口向爐內(nèi)投入后，預(yù)熱部與熔化部的內(nèi)部分別存有約500kg的廢料。在熔化部的傾斜的頂部、以相對于水平面傾斜約60度的狀態(tài)、面向爐底中心方向設(shè)置了三根氧燃燒器。并向各氧燃燒器供給作為燃料的微粉碳35kg/h，其助燃性氣體則以氧氣比1.0向氧燃燒器供給溫度約為600℃的高溫氧氣。微粉碳由空氣輸送。該氧燃燒器的火焰溫度的最高部位溫度約為2800℃，火焰長度為70cm。將預(yù)熱部的直徑(截面積)相對于頸縮部直徑(截面積)的比率作種種改變，以對1噸鐵廢料(大型料)進(jìn)行熔化處理，出爐溫度固定在1630℃，并對廢料的落下速度、熔化所需時(shí)間及熱效率分別進(jìn)行了測量。頸縮部內(nèi)圓周面在高度方向的尺寸定為約20cm。此外，將熔化部的頂面以約30度的傾斜角與頸縮部相連接，并將預(yù)熱部的底面傾斜成不使廢料滯留的程度與頸縮部相連接。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示在表1及圖12中。表1的實(shí)驗(yàn)序號8表示使用未設(shè)頸縮部的金屬熔化爐時(shí)的比較例。表中的熱效率可按下式求得η＝HY/Q式中，η熱效率H熔化每一噸金屬所需的熱容量Y熔化利用率Q熔化一噸金屬原料所需要的燃燒器的燃燒熱量另外，下落控制系統(tǒng)可按下式求得υ＝100T/t式中，υ下落控制系數(shù)t從燃燒開始起到投入金屬熔化爐的金屬原料全部下落到熔化部內(nèi)所需的時(shí)間T預(yù)熱部的截面積為頸縮部的截面積的1.5倍時(shí)的t由表1及圖12可知，在將預(yù)熱部的實(shí)際容積與熔化部的實(shí)際容積之比定為約1∶1的場合，熔化性能隨預(yù)熱部的截面積與頸縮部的截面積之比率的變化而變化。由此，得知廢料的下落控制系數(shù)、即廢料的下落速度對熔化性能有很大影響，當(dāng)預(yù)熱部的截面積為頸縮部的截面積的6倍時(shí)，廢料的下落速度變慢而趨于頸縮過度，相反，使之為1.2倍時(shí)，廢料的下落速度過快而熔化速度追之不及而成為頸縮不足狀態(tài)。由這些結(jié)果可知，當(dāng)預(yù)熱部的截面積相對于頸縮部的截面積在1.4倍至5倍的范圍內(nèi)時(shí)、特別是在1.5～4倍的范圍內(nèi)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)熔化時(shí)間的縮短與熱效率的提高，即可提高熔化能力。實(shí)施例2其次，將預(yù)熱部的截面積設(shè)定為頸縮部的截面積的1.5倍而不變時(shí)，改變預(yù)熱部的實(shí)際容積相對于熔化部的實(shí)質(zhì)性容積的比率、即改變各部中鐵廢料量的比例，并進(jìn)行了相同的實(shí)驗(yàn)。其結(jié)果示于表2。此外，將頸縮部視為頸熱部的一部分進(jìn)行計(jì)算。實(shí)施例3使用圖3所示結(jié)構(gòu)的金屬熔化爐，熔化鐵廢料1噸，自二次燃燒用氧氣噴嘴吹入二次燃燒用氧氣，以進(jìn)行確認(rèn)其效果的實(shí)驗(yàn)。除預(yù)熱部的截面積為頸縮部的截面積的1.4倍之外，其余與實(shí)施例1同。當(dāng)從二次燃燒用氧氣噴嘴吹入5Nm3/h的氧氣時(shí)，熱效率從47％提高到52％。此外，廢氣排放出的熱損失從53％降低到33％，爐內(nèi)的受熱量從47％提高到67％。實(shí)施例4使用圖7所示結(jié)構(gòu)的金屬熔化爐，熔化1噸鐵廢料，測量采用水冷套時(shí)的熱效率。除將氧燃燒器的安裝角度定為40度之外，其余與實(shí)施例2大體相同。于是，將熔化部的頂面的上升角(傾斜角)作種種改變，以分別測量各種改變時(shí)的水冷的熱損失系數(shù)、熔化時(shí)間及熱效率。此外，對熔化部整體以耐火物形成的場合也進(jìn)行了同樣的測量。其結(jié)果示于表3。水冷的熱損失系數(shù)是將上升角為30度時(shí)作為100的相對值。表3由表3所示結(jié)果可知，當(dāng)熔化部整體以耐火物形成、上升角為25度和30度的場合，即該部位無水冷的熱損失的場合，所投入的熱量有效地傳遞給熔融金屬時(shí)的比例，即熱效率為50～51％。相比之下，以水冷套實(shí)施水冷的場合，則隨上升角的改變，水冷的熱損失、熔化時(shí)間和熱效率將產(chǎn)生了差異?？梢钥吹街T如當(dāng)上升角過小時(shí)，因從熔融金屬接受的熱量多而水冷的熱損失增大這樣一種正常的變化趨勢。但是，熔化能力與該水冷的熱損失并不相關(guān)，可以看到，當(dāng)上升角在15度和20度之間、60度和70度之間變化時(shí)，熔化能力的差變大。由此，可作出如下判斷，即上升角在15度和20度之間變化時(shí)，水冷的熱損失影響較大，而在60度和70度之間變化時(shí)，由熔化部內(nèi)的燃燒廢氣的動(dòng)向所產(chǎn)生的影響較大。因此可以斷定使用水冷套以實(shí)現(xiàn)熔化部的水冷時(shí)，將頂部的上升角控制在20～60度范圍內(nèi)是恰當(dāng)?shù)?。此時(shí)的熱效率值雖比使用耐火材料時(shí)低4～8％，但仍可得到43～46％這一較好的性能。即，盡管熱效率降低了，若考慮耐火物的損傷，則總的金屬熔化成本便可降低。實(shí)施例5使用圖8所示結(jié)構(gòu)的金屬熔化爐，設(shè)置以重油為燃料、純氧為助燃性氣體的氧燃燒器三根，改變該氧燃燒器的設(shè)置位置和火焰的噴出方向，以對分別熔化鐵廢料(大型料)1噸、銅(粗錠)1噸和鋁廢料(廢窗框)400kg時(shí)的熱效率進(jìn)行了測量。設(shè)熔化部總高為70cm、內(nèi)徑90cm、頂面的上升角為30度。此外，重油的流量為三根燃燒器合計(jì)每小時(shí)90升。其它與實(shí)施例2大體相同。將各氧燃燒器的火焰的噴出方向朝向圖9的a、b、c、d、e、f、g、h和i時(shí)的熱效率分別示于表4。a～e為本發(fā)明的實(shí)施例，f～i為比較例。其中，表中填入“-”的部分未作測量。表4<tablesid="table4"num="004"><tablewidth="835">火焰方向鐵銅鋁abcdefghi49454744433938414059-58-54454342-575956--45-4141</table></tables>實(shí)施例6在總高120cm、內(nèi)徑160cm、且具有傾斜角為30度的頂面的熔化部中，設(shè)置與實(shí)施例5同樣的氧燃燒器6根，熔化鐵廢料(大型料)5噸并與實(shí)施例5同樣地測量了熱效率。其結(jié)果示于表5。而重油的流量為6根氧燃燒器的合計(jì)，即每小時(shí)400升。表5<tablesid="table5"num="005"><tablewidth="835">火焰方向acefghi熱效率54555141394142</table></tables>實(shí)施例7在實(shí)施例5和實(shí)施例6中，將氧燃燒器改為以微粉碳作燃料的氧燃燒器，對于1噸爐，微粉碳的供給量為每小時(shí)90kg，對于5噸爐為每小時(shí)400kg，此外，其他條件不變，測量熔化鐵廢料時(shí)的熱效率。其結(jié)果示于表6。表6實(shí)施例8在實(shí)施例5和實(shí)施例6中，改變氧燃燒器的安裝高度以測量熔化鐵廢料(大型料)時(shí)的熱效率。其結(jié)果示于表7。表中的比率是將熔化部的總?cè)莘e作為1時(shí)的氧燃燒器噴射口以下的熔化部容積的比例。表7上述實(shí)施例5～8中，為表明隨氧燃燒器火焰噴出方向的改變而產(chǎn)生的差別，將3根或6根氧燃燒器設(shè)定成使各氧燃燒器的火焰噴出方向指向相同基準(zhǔn)(a～i)，但在使用多根氧燃燒器時(shí)，也可以任意設(shè)定各燃燒器的火焰噴出方向。例如，使用3根氧燃燒器時(shí)，可以使各燃燒器的火焰噴出方向分別指向圖9中的a、b、c等位置，以便適當(dāng)?shù)亟M合實(shí)施，這種場合下，與將所有氧燃燒器的火焰噴出方向定為同一方向時(shí)相比，還能加強(qiáng)熔化后的攪拌使用(金屬熔液的紊流)，在熔化難熔性原料或金屬熔液不均勻性在的場合，還可以縮短熔化時(shí)間。實(shí)施例9使用圖10所示結(jié)構(gòu)的金屬熔化爐，分別測量熔化鐵廢料(大型料)1噸、銅廢料(純銅廢電線)和鋁廢料(廢窗框)400kg時(shí)的熱效率。由于受燃燒器附屬部分與爐體間干涉的制約，將氧燃燒器與水平線成15度角安裝在熔化部上。而后，就燃燒火焰吐出方向，在燃燒器軸線方向(0度)上的一般燃燒器、吐出方向相對于燃燒器軸線方向偏離25度的燃燒器以及偏離40度的燃燒器三種情況分別測量熱效率。此外，對于火焰噴出方向偏離40度的燃燒器，在從開始升溫起到金屬原料全部下落到熔化部內(nèi)為止的時(shí)間段內(nèi)，每3分鐘使燃燒器以軸線為軸、按右旋20度、0度和左旋20度的順序進(jìn)行反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并測量這種場合的熱效率。其結(jié)果示于表8中。而其他條件與實(shí)施例5大體相同實(shí)施例10作為氧燃燒器使用的是以微粉碳為燃料的燃燒器，其安裝角度為20度，對燃燒器燃燒火焰的葉出方向分別為0度、20度和40度時(shí)的熱效率與實(shí)施例9同樣地進(jìn)行測量。其結(jié)果示于表9<p>使用圖11所示結(jié)構(gòu)的金屬熔化爐，將重油作燃料、純氧作助燃性氣體的氧燃燒器與水平面成40度傾斜角設(shè)置三根，測量熔化鐵廢料(大型料)1噸時(shí)的熱效率。設(shè)熔化部全高70cm、內(nèi)徑90cm且頂面的上升角度為30度。而重油的流量為三根氧燃燒器的合計(jì)即每小時(shí)90升。每小時(shí)供氧180Nm3。其他與實(shí)施例2大體相同。分別測量預(yù)熱部中的原料下落到熔化部內(nèi)之后形成爐渣后所添加的碳材和以1630℃溫度出爐為止所需的時(shí)間(從原料下落到熔化部中起始的時(shí)間及全部熔化時(shí)間)、鐵的利用率和熱效率。所有碳材為含碳量90％以上的焦炭粉或顆粒，所用焦炭粉的粒度小于3mm，分別以每分鐘100g、200g和300g連續(xù)添加。所用焦炭顆粒的粒度為10～30mm，每5分鐘投入1kg。其結(jié)果(含未添加碳材的場合)示于表10。而出爐時(shí)的金屬熔液為含碳量0.03～0.07％的低碳鋼熔液。表10實(shí)施例12使用與實(shí)施例11相同的熔化爐，改變爐渣的堿度進(jìn)行熔化操作。所用金屬原料為生鐵粗錠與廢鋼搭配的原料1噸。這時(shí)，金屬熔液中的碳濃度越高開始熔化的溫度越低，出爐溫度也可越低。爐渣的堿度調(diào)整采用將焙燒的石灰與硅砂搭配的助熔劑進(jìn)行。碳材采用與實(shí)施例11相同的焦炭粉，并以每分鐘200g的比例連續(xù)添加。對各種堿度下發(fā)泡狀況進(jìn)行觀察的同時(shí)測量總?cè)刍瘯r(shí)間及熱效率。發(fā)泡是否良好的判定依據(jù)是，在原料落下后的處理過程中若發(fā)泡狀態(tài)保持在50％以上的時(shí)間，則認(rèn)為發(fā)泡穩(wěn)定。測量結(jié)果示于表11。權(quán)利要求1.一種以氧燃燒器熔化金屬原料的熔化爐，其特征是在設(shè)有氧燃燒器的熔化部的上方設(shè)置預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部，并且在熔化部與預(yù)熱部二者之間設(shè)置內(nèi)徑小于熔化部和預(yù)熱部內(nèi)徑的頸縮部。2.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，上述預(yù)熱部的截面面積在上述頸縮部的截面面積的1.4～5倍范圍內(nèi)。3.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，上述預(yù)熱部的實(shí)際容量在上述熔化部的實(shí)際容量的0.4～3倍范圍內(nèi)。4.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，上述熔化部與上述預(yù)熱部二者在上述頸縮部處或其附近能夠分離。5.如權(quán)利要求4所述的金屬熔化爐，其特征是，上述熔化部與上述預(yù)熱部二者的分離部由碳系耐火材料制成。6.如權(quán)利要求4所述的金屬熔化爐，其特征是，上述熔化部與預(yù)熱部二者的分離部上設(shè)有水冷套。7.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是上述熔化部爐壁的上部構(gòu)成水冷套，從該爐壁的上部朝向上述頸縮部的水冷套的內(nèi)壁面的角度設(shè)定在與水平面成20～60度的范圍內(nèi)，并且，上述氧燃燒器穿過上述水冷套設(shè)置。8.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，上述氧燃燒器的火焰噴出方向指向這樣的圓內(nèi)，該圓在熔化部底面上，其圓心位于自熔化部重心位置面向燃燒器安裝部位一側(cè)的靠近該重心位置與氧燃燒器安裝部一側(cè)內(nèi)壁二者之距離的0.2倍的距離的點(diǎn)上，該圓的直徑為熔化部的燃燒器安裝部位一側(cè)內(nèi)壁與另一側(cè)的熔化部內(nèi)壁之間的距離的0.6倍。9.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，上述氧燃燒器的安裝高度位于該氧燃燒器的火焰噴出口下的熔化部的容積為熔化部總?cè)莘e的0.35～0.9倍的位置上。10.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，使用偏心式燃燒器作為上述氧燃燒器，該偏心式燃燒器被設(shè)置成能夠繞燃燒器的軸線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。11.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，上述熔化部的上部設(shè)有二次燃燒用氧氣噴嘴。12.如權(quán)利要求1所述的金屬熔化爐，其特征是，上述熔化部的底部設(shè)有金屬熔液攪拌用噴嘴。13.一種以氧燃燒器的火焰熔化金屬原料的金屬熔化方法，其特征是，所使用金屬熔化爐，在具有氧燃燒器的熔化部的上方，設(shè)有預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部，并且在熔化部與預(yù)熱部二者之間設(shè)有內(nèi)徑小于熔化部和預(yù)熱部內(nèi)徑的頸縮部，并且使用偏心式燃燒器作為上述氧燃燒器，該偏心燃燒器可相應(yīng)于上述金屬原料在熔化階段的情況以燃燒器軸線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)。14.一種以氧燃燒器的火焰熔化金屬原料的金屬熔化方法，其特征是，所使用的金屬熔化爐，在具有氧燃燒器的熔化部的上方設(shè)有預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部，并且在熔化部與預(yù)熱部二者之間設(shè)有內(nèi)徑小于熔化部和預(yù)熱部內(nèi)徑的頸縮部，在熔化金屬原料的操作過程中向存在于金屬熔液液面上的熔渣中投入碳材，使該熔渣泡沫化。15.如權(quán)利要求14所述的金屬熔化方法，其特征是，將上述熔渣的堿度γ控制在相對于金屬熔液處理溫度T[℃]而示出的0.001T-0.6≤γ≤0.0025T-1的范圍內(nèi)。全文摘要能夠?qū)⒔饘僭献灶A(yù)熱部向熔化部投入的速度控制在最佳范圍內(nèi)、也能夠僅以氧燃燒器進(jìn)行高效率地熔化金屬原料的金屬熔化爐及金屬熔化方法。在金屬熔化爐中的具有氧燃燒器(21)的熔化部(22)的上方設(shè)有預(yù)熱金屬原料的預(yù)熱部(23)，并且在熔化部(22)與預(yù)熱部(23)之間設(shè)有內(nèi)徑小于熔化部(22)與預(yù)熱部(23)內(nèi)徑的頸縮部(24)。文檔編號C21C7/00GK1166198SQ96191153公開日1997年11月26日申請日期1996年8月7日優(yōu)先權(quán)日1995年8月8日發(fā)明者諏訪俊雄,小林伸明,五十嵐弘,飯野公夫,菊地良輝,山本康之申請人:日本酸素株式會(huì)社,日本鋼管株式會(huì)社