(57)【要約】【課題】Ａプレスなどの発煙物を含むスクラップを、フレームや黒煙の噴出を防止しつつ、既存の精錬炉において溶融することができる精錬炉におけるスクラップ溶融方法を提供する。【解決手段】精錬炉１にスクラップ１を装入したうえで鍋５から溶鉄を注入するにあたり、発煙物を含むスクラップ１の表面を予め鉄板製のラッピング材２で包むことにより、溶鉄の注入開始時に溶鉄がスクラップ１と接触する時間を遅延させ、集塵手段６が有効に機能するまでの時間を経過した後に溶鉄をスクラップ１と接触させる。これにより、溶鉄の注入時におけるフレームや黒煙の発生を防止することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉にスクラップを装入したうえで鍋から溶鉄を注入する精錬炉におけるスクラップ溶融方法において、発煙物を含むスクラップの表面を予め鉄板製のラッピング材で包むことにより、溶鉄の注入時におけるフレーム及び黒煙の発生を防止することを特徴とする精錬炉におけるスクラップ溶融方法。
【請求項２】
ラッピング材の溶解時間T1が、溶鉄の注入開始から集塵手段が有効に作用するまでの時間T2よりも長くなるようにラッピング材の厚さを設定することを特徴とする請求項１記載の精錬炉におけるスクラップ溶融方法。
【請求項３】
ラッピング材の溶解時間T1を、ラッピング厚さt、ラッピング材溶解速度vから以下の式に従い計算することを特徴とする請求項２記載の精錬炉におけるスクラップ溶融方法。
T1＝t/v
【請求項４】
ラッピング材溶解速度v(m/s)を、溶鉄装入時のラッピング材と溶鉄間の熱伝達係数h(W/m2・K)、溶鉄温度Tm(K)、溶鉄カーボンCm(mass％）から以下の式に従い計算することを特徴とする請求項３記載の精錬炉におけるスクラップ溶融方法。
v＝h×5.45×10-9+Tm×2.50×10-7+Cm×8.33×10-6-4.41×10-4
【請求項５】
溶鉄装入開始から集塵が有効に機能するまでの時間T2を、発煙物の発生ガス量V、精錬炉に付帯する集塵設備の最大集塵能力C、時間に依存する集塵能力係数α(T)から以下の式に従い計算することを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の精錬炉におけるスクラップ溶融方法。
V＝α(T)C
【請求項６】
ラッピング材のカーボン濃度を1.0質量％以下とすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の精錬炉におけるスクラップ溶融方法。
【請求項７】
ラッピング材厚さを30mm以下とすることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の精錬炉におけるスクラップ溶融方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、市場から回収された各種スクラップを精錬炉に投入して金属資源として再利用することと、廃棄物処理を、同時にまたはそれぞれ単独で行う際の精錬炉におけるスクラップ溶融方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
精錬炉に金属スクラップを装入して溶融し金属資源のリサイクルを行うことは広く行われている。しかし良質のスクラップについては集荷が頭打ちである。一方、大量生産されて現在その処理が問題となっている廃自動車については、本年から自動車リサイクル法が施行されたこととも関連して、廃自動車をそのままプレスし、精錬炉内で溶融する全部リサイクルが注目されている。また、精錬炉は高温であるため、有機物の燃焼時に有毒ガスが発生しにくく、廃棄物処理の方法として有用である。
【０００３】
ところが廃自動車をそのままプレスしたいわゆるＡプレスの中には、樹脂、塗料、ゴム等の有機物や水分が混入しているため、溶鉄と接触した際にこれらがガス化し、大きなフレーム及び黒煙を発生する。また廃棄物についても同様である。そこで特許文献１に示すように有機物や水分を予め取り除くことが提案されているが、スクラップをプレスする前段階でこの作業を行わねばならず、実際には完全に取り除くことは容易ではない。
【０００４】
なお、精錬炉におけるスクラップの溶融は、予め精錬炉内にスクラップを装入した後、クレーンで吊り下げた鍋から溶鉄を注入する方法で行われる。精錬炉の開口部上方には集塵手段が設置されており、フレーム及び黒煙を吸引する構造となっている。しかし注入の初期には鍋の傾斜角度が浅いので、鍋と集塵手段との間隙が大きく、この間隙から大きなフレーム及び黒煙が上方に吹き上げ、クレーンや建屋を焦がすおそれがある。また黒煙は工場内部や周辺の環境悪化をも引き起こす。もちろん集塵手段の増強により対応することも可能であるが、莫大な設備費用を要することとなる。
【特許文献１】特開平１０−３３０８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は、自動車スクラップなどの発煙物を含むスクラップを、フレームや黒煙の噴出を防止しつつ、既存の精錬炉において溶融することができる精錬炉におけるスクラップ溶融方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、精錬炉にスクラップを装入したうえで鍋から溶鉄を注入する精錬炉におけるスクラップ溶融方法において、発煙物を含むスクラップの表面を予め鉄板製のラッピング材で包むことにより、溶鉄の注入時におけるフレーム及び黒煙の発生を防止することを特徴とするものである。
【０００７】
なお、ラッピング材の溶解時間T1が、溶鉄の注入開始から集塵手段が有効に作用するまでの時間T2よりも長くなるようにラッピング材の厚さを設定することが好ましく、ラッピング材の溶解時間T1を、ラッピング材溶解速度vからT1＝t/vの式に従い計算することが好ましい。またラッピング材溶解速度v(m/s)を、溶鉄装入時のラッピング材と溶鉄間の熱伝達係数h(W/m2・K)、溶鉄温度Tm(K)、溶鉄カーボンCm(mass％）から以下の式に従い計算することが好ましい。
v＝h×5.45×10-9+Tm×2.50×10-7+Cm×8.33×10-6-4.41×10-4
【０００８】
また、溶鉄装入開始から集塵が有効に機能するまでの時間T2を、発煙物の発生ガス量V、精錬炉に付帯する集塵設備の最大集塵能力C、時間に依存する集塵能力係数α(T)からV＝α(T)Cの式に従い計算することが好ましく、ラッピング材のカーボン濃度を1.0質量％以下とし、ラッピング材厚さを30mm以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発煙物を含むスクラップの表面を予め鉄板製のラッピング材で包むことにより、溶鉄の注入開始時に溶鉄がスクラップと直ちに接触せず、ラッピング材が溶融した後にはじめて溶鉄が発煙物と接触するようにしておく。このため鍋の傾斜角度が浅い注入の初期にはフレームや黒煙はほとんど発生せず、鍋の傾斜角度が大きくなって鍋と集塵手段との間隙が狭くなった後にフレーム及び黒煙が発生し始めるので、集塵手段によりこれらを十分に吸引することが可能となる。このためクレーンや建屋をフレーム及び黒煙から守ることができ、建屋の内部環境及び周辺屋外環境を悪化させることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１に示すように、本発明では発煙物を含むスクラップ１の表面を予め鉄板製のラッピング材２で包む。ここで発煙物を含むスクラップの代表的なものは自動車屑をプレスしたＡプレスであるが、自販機プレス屑、JISに規定されるH2〜H4グレードの市中屑などの発煙物を含むスクラップであってもよい。発煙物とは樹脂、塗料、ゴム等の有機物を意味するが、水分を含むスクラップも溶鉄と接触するとフレームを生ずるので、発煙物を含むスクラップに含まれるものとする。なお、スクラップ１は必ずしもプレスされている必要はなく、また必ずしも鉄分を含む必要はない。
【００１１】
ラッピング材２としては鉄板が用いられる。図１に示すように複数枚の鉄板を折り曲げてスクラップ１の表面を包み、最後に全体をプレスして直方体状とすることが好ましいが、各ラッピング材２は図示されたような１枚の鉄板である必要はなく、多数枚の屑鉄板をプレス金型内に投入し、その中心にスクラップ１を置いてプレスすることにより外周をラッピングすることがより実用的である。ラッピング材２による被覆率はできるだけ高い方がよく、９０％以上とすることが好ましい。なお、ラッピング材２に求められる性状については後述する。
【００１２】
ラッピング材２により被覆された発煙物を含むスクラップ１は、図２のように精錬炉３内に装入したうえ、クレーン４により吊り下げられた鍋５から溶鉄を注入する。図２に示される溶鉄の注入開始時には鍋５の傾斜角度が小さいので、鍋５の口部と精錬炉３上の集塵手段６との間隙が大きく、従来は図４に示すようにフレームや黒煙Fがクレーン４に向かって吹き上げていた。しかし本発明ではスクラップ１の表面はラッピング材２により被覆されているので、溶鉄の注入開始時には溶鉄が発煙物を含むスクラップ１と直接接触することはなく、フレームや黒煙は発生しない。
【００１３】
その後、鍋５の傾斜角度を徐々に大きくしながら溶鉄の注入が継続される。図２から図３への移行時間は例えば３０秒程度であり、この間にラッピング材２は溶解して溶鉄が発煙物を含むスクラップ１と接触してフレームや黒煙Fが発生し始める。しかし図３の状態に至ると、鍋５の口部と精錬炉３上の集塵手段６との間隙は小さくなるので、フレームや黒煙Fは集塵手段６により吸引され、クレーン４を焦がしたり周囲に黒煙が放出されたりすることはない。
【００１４】
図示の実施形態では精錬炉３は転炉であるが、スクラップ１を溶鉄に溶解できる設備であればよく、転炉型溶銑予備処理炉、電気炉などであってもよい。また溶鉄は溶銑、溶鋼、擬似溶銑（カーボン濃度が高くシリコン濃度が低い溶鉄）のいずれであってもよい。さらに集塵手段６としては、転炉の排ガス回収設備（ＯＧ設備）など、付帯効果として集塵を行える吸気設備を用いることもできる。
【００１５】
上記のようにラッピング材２は溶鉄と発煙物を含むスクラップ１との接触開始タイミングを遅らせる役割を持つので、以下の通りの性状を持つことが好ましい。まず、ラッピング材２の溶解時間T1が、溶鉄の注入開始から集塵手段６が有効に作用するまでの時間T2よりも長くなるようにラッピング材２の厚さを設定することが好ましい。上記の例ではT2は約３０秒であるが、設備により相違することはいうまでもない。なおラッピング材２の厚さはラッピング材２の全体厚さであり、二重にラッピングした場合には各鉄板の厚さの合計値である。
【００１６】
ラッピング材の溶解時間T1は、ラッピング厚さt、ラッピング材溶解速度vから、T1＝t/vの式に従い計算することができる。ここでラッピング材溶解速度v（m/s）は、溶鉄装入時のラッピング材２と溶鉄間の熱伝達係数h(W/m2・K)、溶鉄温度Tm(K)、溶鉄カーボンCm(質量％)から以下の式に従い計算することができる。
v＝h×5.45×10-9+Tm×2.50×10-7+Cm×8.33×10-6-4.41×10-4
【００１７】
また、溶鉄装入開始から集塵が有効に機能するまでの時間T2は、発煙物の発生ガス量V、最大集塵能力C、時間に依存する集塵能力係数α(T)から、V＝α(T)Cの式に従い計算することができる。α(T)は設備により相違する。一例を図示すると図５のようになり、溶鉄装入開始から集塵が有効に機能するまでの時間T2は図５中のＡ点で表される。
【００１８】
以上のようにして必要なラッピング材２の厚さを計算することができるが、ラッピング材２の厚さを計算値よりも厚くしても差し支えない。しかしラッピング材２の厚さを厚くするとラッピングのコストが増加するので、最大でも30mm以下とすることが好ましく、通常の操業条件では１〜５mmとすれば十分である。また、ラッピング材２のカーボン濃度が高いと溶鉄に容易に溶解してしまうため、カーボン濃度は1.0質量％以下とすることが好ましい。
【００１９】
本発明によれば集塵手段６の増強を必要とせず、発煙物を含むスクラップ１を精錬炉３で溶解する際のフレーム及び黒煙の吹き上がりを確実に防止することができる。このためＡプレスなどの発煙物を含むスクラップの金属資源としてのリサイクルや、廃棄物処理を行ううえで効果的である。
【実施例】
【００２０】
0.7トンの自動車屑の周囲を0.2トンの鉄板によりラッピングした。平均ラッピング厚みは４mmであり、被覆率は95％である。これを容量が290トンの転炉型溶銑予備処理炉に1個装入し、さらに発煙物質を含まない鉄屑44トンも装入した。その後、1350℃でカーボン濃度が4.3％の溶銑245トンを鍋から転炉型溶銑予備処理炉に注入し、フレーム等の吹き出しによる漏洩粉塵量と設備熱負荷とを測定した。
【００２１】
また比較例１として、発煙物質を含まない鉄屑45トンのみを装入して同様に溶銑245トンを注入し、漏洩粉塵量と設備熱負荷とを測定した。さらに比較例２として、実施例と同一条件であるがラッピングを省略した場合についても、同様に漏洩粉塵量と設備熱負荷とを測定した。
【００２２】
これらの実施例、比較例１、比較例２についての漏洩粉塵量と設備熱負荷とを、図６、図７のグラフに示す。何れも縦軸は比較例１を基準とした指数である。ラッピングを行わずに自動車屑を溶融すると、発煙物質を含まない鉄屑を溶融する場合の２倍近い漏洩粉塵及び設備熱負荷が発生するが、本発明によれば漏洩粉塵及び設備熱負荷を発煙物質を含まない鉄屑を溶融する場合と同一レベルに抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】スクラップの表面をラッピングする手順の説明図である。
【図２】溶鉄の注入初期の様子を示す断面図である。
【図３】溶鉄の注入末期の様子を示す断面図である。
【図４】ラッピングしない場合の問題を示す断面図である。
【図５】集塵能力の時間的変化を示すグラフである。
【図６】実施例と比較例における漏洩粉塵指数のグラフである。
【図７】実施例と比較例における設備熱負荷指数のグラフである。
【符号の説明】
【００２４】
１  発煙物を含むスクラップ
２  ラッピング材
３  精錬炉
４  クレーン
５  鍋
６  集塵手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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