(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端面の中央に開口した燃料供給孔と、該燃料供給孔の外側に開口したリング形状の一次酸素供給スリットと、該一次酸素供給スリットの外側に環状に配列して開口した複数の楕円形状の長孔からなるダスト及び還元スラグ供給孔と、該ダスト及び還元スラグ供給孔の外側に環状に配列して開口した複数の丸孔からなる二次酸素供給孔とを有する製鋼排出物処理用バーナー。
【請求項２】
先端面の中央に開口した燃料供給孔と、該燃料供給孔の外側に開口したリング形状の一次酸素供給スリットと、該一次酸素供給スリットの外側に環状に配列して開口した複数の丸孔からなる二次酸素供給孔と、該二次酸素供給孔の外側に環状に配列して開口した複数の楕円形状の長孔からなるダスト及び還元スラグ供給孔とを有する製鋼排出物処理用バーナー。
【請求項３】
先端面の中央に開口したダスト及び還元スラグ供給孔と、該ダスト及び還元スラグ供給孔の外側に開口したガス燃料供給孔と、該ガス燃料供給孔の外側に開口したリング形状の一次酸素供給スリットと、該一次酸素供給スリットの外側に環状に配列して開口した複数の丸孔からなる二次酸素供給孔とを有する製鋼排出物処理用バーナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、製鋼の際に排出されてほとんど利用価値がないために廃棄されているダストと、同じく製鋼の際に排出されてほとんど利用価値がないために廃棄されている還元スラグを有効利用するのに適した製鋼排出物処理用バーナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼材スクラップ等の製鋼原料の溶解に際しては、電気炉が用いられることが多く、このような電気炉を用いた製鋼作業においても、炉容量の大型化，高電力  （ＵＨＰ）化，水冷ボックスの採用，脱ガス法（ＤＨ法，ＲＨ法）や取鍋精錬の併用，直流炉の導入などといった幅広い面での改良がなされてきている。
【０００３】
このような電気炉等を用いた製鋼作業において、大気汚染防止のために直接式や建屋式などの集塵装置が設置されており、この集塵装置からは製鋼排出物であるダストが排出される。同じく、このような電気炉等を用いた製鋼作業において、炉に投入された鋼材スクラップ等は、溶解期，酸化期，除滓，還元期を経て出鋼されるが、この間において、同じく、製鋼排出物である酸化スラグおよび還元スラグが排出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような製鋼排出物のうち、ダストは、ＺｎＯ含有量が多い（例えば、約１０〜２５重量％）ものの、殆んど再活用されていないのが実情である。また、このダストは、Ｆｅ酸化物としてＦｅ含有量が多い（例えば、ＦｅＯ，Ｆｅ２Ｏ３として約５０〜６０重量％）ものとなっており、このＦｅ酸化物を還元してＦｅとして回収することもできなくはないものの、経済的でないというのが実情である。
【０００５】
一方、酸化スラグは、例えば、アスファルト舗装道路の路盤材として再利用されているが、還元スラグは、成分中にＣａＯ含有量が多く、このＣａＯは水分と反応して、ＣａＯ（生石灰）＋Ｈ２Ｏ（水）→Ｃａ（ＯＨ）２（消石灰）へと変化することにより体積は約２倍に膨張するため、この還元スラグをそのまま路盤材として使用したときには、日数を経るにつれて雨水等との反応が進行することにより体積膨張してアスファルト舗装面を持ち上げてしまうこととなるので好ましくない。
【０００６】
したがって、還元スラグを路盤材として使用する場合には、工場敷地等において長期間にわたって雨水にさらしたり、貯水池に浸漬させたり、蒸気と接触させたりするいわゆるエージング処理を行って体積が膨張したＣａ（ＯＨ）２に変えておく必要があるが、このようなエージング作業は長日数を必要としたり、蓄積するための広い用地を必要としたりしてあまり好ましいものではなかった。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題にかんがみてなされたものであって、製鋼排出物であるダストと、同じく製鋼排出物である還元スラグとを同時に再利用することを可能とする製鋼排出物処理用バーナーを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる製鋼排出物処理用バーナーは、製鋼排出物であるダストと同じく製鋼排出物である還元スラグを高温フレーム中に供給して酸化スラグに溶製するもので、請求項１の発明は、先端面の中央に開口した燃料供給孔と、該燃料供給孔の外側に開口したリング形状の一次酸素供給スリットと、該一次酸素供給スリットの外側に環状に配列して開口した複数の楕円形状の長孔からなるダスト及び還元スラグ供給孔と、該ダスト及び還元スラグ供給孔の外側に環状に配列して開口した複数の丸孔からなる二次酸素供給孔とを有する構成であり、請求項２の発明は、先端面の中央に開口した燃料供給孔と、該燃料供給孔の外側に開口したリング形状の一次酸素供給スリットと、該一次酸素供給スリットの外側に環状に配列して開口した複数の丸孔からなる二次酸素供給孔と、該二次酸素供給孔の外側に環状に配列して開口した複数の楕円形状の長孔からなるダスト及び還元スラグ供給孔とを有する構成であり、請求項３の発明は、先端面の中央に開口したダスト及び還元スラグ供給孔と、該ダスト及び還元スラグ供給孔の外側に開口したガス燃料供給孔と、該ガス燃料供給孔の外側に開口したリング形状の一次酸素供給スリットと、該一次酸素供給スリットの外側に環状に配列して開口した複数の丸孔からなる二次酸素供給孔とを有する構成である。
【０００９】
本発明に係わる製鋼排出物処理用バーナーは、上述した構成によって、バーナー先端に形成される高温フレーム中に供給されたダストと還元スラグとが溶融混合されることとなって酸化スラグが得られることとなり、また、容器内の溶融還元スラグにダストが混合溶融されることとなって酸化スラグが得られることとなり、この酸化スラグはエージング処理することなくアスファルト舗装道路の路盤材として使用しうるものとなることから、製鋼排出物であって従来は産業廃棄物として処理されていたダストと、同じく製鋼排出物であってこれも又産業廃棄物として処理されていた還元スラグの両方共が同時に有効活用され得る。
【００１０】
【実施例】
図２は、本発明に係わる製鋼排出物処理用バーナーを用いて製鋼排出物を処理する一実施例を示すもので、置台１上に処理容器２が載置してあるとともに、処理容器２の樋３の下方にはスラグパン（又は、水槽）４が設置してある。
【００１１】
処理容器２の上部には蓋２ａが被せてあるとともに、製鋼排出物処理用バーナーである酸素バーナー（この実施例では、純酸素バーナー）５が蓋２ａを貫通して設置されている。この酸素バーナー５には、配管６を通して燃料７が送給されるととともに、配管８，９を通してそれぞれ酸素（一次酸素１０ａ，二次酸素１０ｂ）１０が送給されるようになっていて、この酸素１０によって燃料７が燃焼することにより、酸素バーナー５の先端から高温フレーム１１が出るようになっている。
【００１２】
また、酸素バーナー５には、配管１２（１２ａ）を通して、ダストホッパー１３内にある粉末状のダスト１４が供給されるようになっており、この際、ダスト１４の供給は、配管１５より送り込まれる搬送ガス（この実施例では、空気）１６の流れによって行われるようになっている。同じく酸素バーナー５には、配管１２（１２ｂ）を通して、スラグホッパー１７内にある粉末状の還元スラグ１８が供給されるようになっており、この際、還元スラグ１８の供給は、配管１９より送り込まれる搬送ガス（この実施例では、空気）２０の流れによって行われるようになっている。さらに、酸素バーナー５の内部には、この酸素バーナー５の外套を冷却するために配管２１を通して冷却水２２を流すようになっている。
【００１３】
図１は、酸素バーナー５の先端面を示す図であって、先端面の中央に開口した燃料供給孔５ａと、該燃料供給孔５ａの外側に開口したリング形状の一次酸素供給スリット５ｂと、該一次酸素供給スリット５ｂの外側に環状に配列して開口した複数の楕円形状の長孔５ｃからなるダスト及び還元スラグ供給孔５ｄと、該ダスト及び還元スラグ供給孔５ｄの外側に環状に配列して開口した複数の丸孔５ｅからなる二次酸素供給孔５ｆとを有している。
【００１４】
そして、前記中央の燃料供給孔５ａより、加圧されて噴霧状態となった燃料７が供給され、燃料供給孔５ａ外側の一次酸素供給スリット５ｂから一次酸素１０（１０ａ）が供給されるとともに、最も外側の二次酸素供給孔５ｆから二次酸素１０（１０ｂ）が供給されるようになっている。また、ダスト及び還元スラグ供給孔５ｄからは、搬送ガス１６，２０と共に粉末状のダスト１４及び還元スラグ１８が供給されるようになっている。なお、図１には示されていないが、前述したように、酸素バーナー５の外側部分には冷却水２２が流れる水冷構造となっている。
【００１５】
ここで使用する酸素バーナー５において、ダスト及び還元スラグ供給孔５ｄの位置は、特定の位置である必要はなく、図４に示す如く、粉体を供給する長孔５ｃが酸素バーナー５の一番外側に形成してあってもよく、また、燃料７がガスである場合には噴霧する必要がないので、粉体を供給する孔を最も中心部分に形成してその外側から燃料７および酸素１０（１０ａ，１０ｂ）が供給されるような構造としても良い。
【００１６】
また、図２において、各ダストホッパー１３及びスラグホッパー１７には、流量調節を行うことが可能であるバルブないしはロータリフィーダ１３ａ，１７ａが設けてあり、ダスト１４及び還元スラグ１８の供給量を調節することができるようになっている。
【００１７】
さらに、スラグパン（または、水槽）４の上方には、樋３から溶融スラグ２５と共に排出される排ガス２６を集めるための集塵ダクト２７が設置してあり、この集塵ダクト２７を通して二次ダスト中の高ＺｎＯダストが回収されるようになっている。
【００１８】
このような図２に示す製鋼排出物の処理設備において、燃料７を酸素１０により燃焼させて、図１に示す構成の酸素バーナー５の先端より高温フレーム１１を発生させた。
【００１９】
ここで使用した燃料７は灯油であり、供給した一次酸素１０（１０ａ）と二次酸素１０（１０ｂ）との合計量は、灯油が完全燃焼するのに必要な理論酸素量（すなわち、酸素比１．０）とした。また、搬送ガス１６，２０である空気の量は、灯油の完全燃焼に必要な理論酸素量の５％の酸素を含有する空気量とした。したがって、このときの高温フレーム１１中における灯油に対する酸素比は１．０５であり、若干の酸素過剰状態としている。
【００２０】
このような状態で、製鋼排出物である表１に示す主要成分のダスト１４と、同じく製鋼排出物である表１に示す主要成分の還元スラグ１８とを１：０（ダストのみを溶融），１：１，１：３の３種類の供給割合となるように、それぞれバルブないしはロータリフィーダ１３ａ，１７ａの開度ないしは回転速度及び搬送ガス１６，２０の流量を調整して、高温フレーム１１中に供給し、高温フレーム１１でダスト１４及び還元スラグ１８を溶融混合し、容器２の底部および樋３を通ってスラグパン４に流すことによって、表２に示す主要成分の酸化スラグ２９として回収した。また、スラグパン４の代わりに水槽を用いたときには、ガラス状流動体の表面張力によって粒状の酸化スラグを得ることが可能であった。さらに、このとき集塵ダクト２７を通して回収した二次ダスト中のＺｎＯ濃度は、同じく表２に示すものであった。
【００２１】
【表１】
0003584434.tif 000002
【００２２】
【表２】
0003584434.tif 000003
【００２３】
このようにして得た酸化スラグは、そのままないしは従来の還元スラグよりも軽微なエージング処理によって、アスファルト舗装道路の路盤材等として使用可能であり、また、高ＺｎＯ二次ダストはＺｎ原料として再利用可能であった。
【００２４】
また、別の実施例として、上記実施例とは以下の点だけが異なる実施例について述べる。この実施例は、供給する一次酸素１０（１０ａ）と二次酸素１０（１０ｂ）の合計量を燃料７が完全燃焼するのに必要な理論酸素量の９５％以下に抑えて供給する。
【００２５】
この場合、高温フレーム１１中の酸素比は１．０以下となり、酸素不足のためにＣＯガスが発生する。このＣＯガスは、高温フレーム１１中でＺｎＯと下記の通り反応し、Ｚｎガスを発生させる。
【００２６】
ＺｎＯ＋ＣＯ→Ｚｎ（ガス）＋ＣＯ２
【００２７】
したがって、排ガス中にＺｎガスが多く存在することになり、これが集塵ダクト２７中で再酸化することによって、二次ダスト中のＺｎＯ濃度が増加する傾向がみられる。この傾向は、ＺｎＯの回収にとっては有利である。
【００２８】
一例として、供給する一次酸素１０（１０ａ）と二次酸素１０（１０ｂ）の合計量を理論酸素量の８５％にした場合、二次ダスト中のＺｎＯ濃度は表２に示した値より７〜２％上昇した。ただし、この場合、完全燃焼ではないため、高温フレーム１１の温度および高温フレーム１１中の発熱量が低下し、燃料を多く使用する結果になり、酸化スラグを得る方法としては経済的に不利であった。
【００２９】
図３は、図１に示す構成の製鋼排出物処理用バーナーを用いた製鋼排出物の処理のさらに他の実施例を示すものであって、取鍋３２の底部に溶融還元スラグ４８があり、この取鍋３２の上には蓋３２ａが被せてあるとともに、酸素バーナー３５が蓋３２ａを貫通して設置されている。この酸素バーナー３５には、配管３６を通して燃料３７が送給されるとともに、配管３８，３９を通してそれぞれ酸素（一次酸素４０ａ，二次酸素４０ｂ）４０が送給されるようになっていて、これら酸素４０によって燃料３７が燃焼することにより、酸素バーナー３５の先端から高温フレーム４１が出るようになっている。
【００３０】
また、酸素バーナー３５には、配管４２を通して、ダストホッパー４３内にある粉末状のダスト４４が供給されるようになっており、この際、ダスト４４の供給は、配管４５より送り込まれる搬送ガス４６の流れによって行われるようになっている。さらに、酸素バーナー３５の内部には、この酸素バーナー３５の外套を冷却するために配管５１を通して冷却水５２を流すようになっている。
【００３１】
そして、ダストホッパー４３には、流量調節が可能であるようにしたバルブないしはロータリフィーダ４３ａが設けてあり、ダスト４４の供給量を調節することができるようになっている。また、蓋３２ａには、集塵ダクト５７が接続してある。
【００３２】
このような図３に示す製鋼排出物の処理設備において、燃料３７を酸素４０により燃焼させて、酸素バーナー３５の先端より高温フレーム４１を発生させた状態とし、製鋼排出物であるダスト４４を高温フレーム４１中に供給し、溶融状態のダストを取鍋３２内の溶融還元スラグ４８中に混合溶融し、その後、取鍋３１を傾動させることによって、酸化スラグ（５９）として回収する。
【００３３】
このとき、溶融状態の酸化スラグ（５９）を水槽中に落すことによって、ガラス状物質の表面張力により粒状の酸化スラグを得ることが可能であり、また、高ＺｎＯ濃度の二次ダストは集塵ダクト５７を通してＺｎ原料として回収した。
【００３４】
このようにして得た酸化スラグ（５９）も、そのままないしは従来の還元スラグよりも軽微なエージング処理によって、アスファルト舗装道路の路盤材等として使用可能であり、また、高ＺｎＯ二次ダストはＺｎ原料として再利用することが可能であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係わる製鋼排出物処理用バーナーは、該バーナーで形成される高温フレーム中に製鋼排出物であるダストと同じく製鋼排出物である還元スラグを供給する構成としたから、ダスト及び還元スラグは酸化スラグに溶製し、あるいは、ダストが容器内の溶融還元スラグ中に供給されて酸化スラグに溶製するので、この酸化スラグは、例えば、アスファルト舗装道路の路盤材等として使用することが可能となり、産業廃棄物とされているダスト及び還元スラグを同時に有効利用することが可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製鋼排出物処理用バーナーの一実施例を示す先端面を示す図である。
【図２】図１の実施例に係わる製鋼排出物処理用バーナーによる製鋼排出物の処理の一例を示す説明図である。
【図３】同じく製鋼排出物の処理の他の例を示す説明図である。
【図４】本発明の製鋼排出物処理用バーナーの他の実施例の先端面を示す図である。
【符号の説明】
５，３５…酸素バーナー、５ａ…燃料供給孔、５ｂ…一次酸素供給スリット、５ｄ…複数の楕円形状の長孔５ｃからなるダスト及び還元スラグ供給孔、５ｆ…複数の丸孔５ｅからなる二次酸素供給孔
【図１】
0003584434.tif 000004
【図２】
0003584434.tif 000005
【図３】
0003584434.tif 000006
【図４】
0003584434.tif 000007