(57)【要約】本発明の排ガス処理方法では、電気炉で発生した排ガスをスラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給することによって前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ；前記燃焼後の排ガスを前記スラグ保持炉から排気管を経由して吸引装置まで導気し；前記排気管の途中に設けられた開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節し；前記開口部に設けられる開口面積変更手段を用いて、前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する。
2015012354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉から、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスにおける排ガス処理方法であって、
前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給することによって前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ；
前記燃焼後の排ガスを前記スラグ保持炉から排気管を経由して吸引装置まで導気し；
前記排気管の途中に設けられた開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節し；
前記開口部に設けられる開口面積変更手段を用いて、前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する；
ことを特徴とする、排ガス処理方法。
【請求項２】
さらに、前記開口部と前記吸引装置との間に設けられた外気導入口から前記排気管内に外気を導入することによって前記排気管内の排ガスを冷却することを特徴とする、請求項１に記載の排ガス処理方法。
【請求項３】
前記開口部と前記吸引装置との間における前記排気管内の排ガスの温度の変動に応じて前記外気導入口から導入される外気の流量を変更することを特徴とする、請求項２に記載の排ガス処理方法。
【請求項４】
製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉から、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスに用いられる排ガス処理設備であって、
前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と；
前記スラグ保持炉に接続された排気管と；
前記排気管を通じて前記スラグ保持炉内の排ガスを吸引する吸引装置と；
前記排気管の途中に設けられた開口部と；
前記電気炉の内圧を検出する圧力検出手段と；
前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する開口面積変更手段と；
を備え、
前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内で前記酸素含有ガスを用いて前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、該燃焼後の排ガスを前記排気管を経由して排気するとともに、前記開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節することを特徴とする、排ガス処理設備。
【請求項５】
前記開口面積変更手段は、前記排気管に周設され前記排気管の軸方向に沿って摺動することによって前記開口部の少なくとも一部を覆うことが可能なスリーブを含むことを特徴とする、請求項４に記載の排ガス処理設備。
【請求項６】
前記開口部と前記吸引装置との間の前記排気管に設けられる外気導入口をさらに備えることを特徴とする、請求項４または５に記載の排ガス処理設備。
【請求項７】
前記開口部と前記吸引装置との間における前記排気管内の排ガスの温度を検出する温度検出手段と；
前記検出された温度に応じて前記外気導入口から導入される外気の流量を制御する外気流量制御手段と；
をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の排ガス処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理方法および排ガス処理設備に関する。
本願は、２０１３年０７月２４日に、日本に出願された特願２０１３−１５３５３６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼工程において転炉等を用いて脱硫、脱燐または脱炭精錬により生成されるスラグ（製鋼スラグ）は、ＣａＯを大量に含んでいる。このため、製鋼スラグの膨張性は高く、且つ製鋼スラグの体積安定性は悪いので、従来では、セメント原料、骨材等として製鋼スラグを再利用することが制限されてきた。しかし、近年、資源のリサイクルの促進を図るために、製鋼スラグからＦｅやＰなどの有価物を分離回収するとともに、製鋼スラグを高品質のスラグに改質して再利用することが要求されている。そのため、従来では、各種のスラグ処理方法が提案されている。【０００３】
例えば、特許文献１には、溶解炉内の鉄鋼溶湯に鉄鋼スラグを加え、熱および還元材を加えて鉄鋼スラグを変成しつつ、鉄鋼スラグ中のＦｅ、ＭｎおよびＰを鉄鋼溶湯に移行させて変成スラグを得る第１工程と、鉄鋼溶湯中のＭｎおよびＰを酸化させて順次変成スラグに移行させ、高Ｍｎスラグ、高Ｐスラグを順次取り出す第２、第３工程とを含むスラグ処理方法が開示されている。【０００４】
特許文献２には、炭素含有率１．５ｗｔ％未満の鋼鉄浴に、酸化鉄含有率５ｗｔ％超の鉄鋼スラグを投入してから、炭素または炭素キャリアの導入により鋼鉄浴を炭化して炭素含有率２．０ｗｔ％超の鋼鉄浴を得て、その後に、鉄鋼スラグ中の酸化物を還元する方法が開示されている。この方法では、鉄鋼スラグを鋼鉄浴に投入する時に、鉄鋼スラグが鉄鋼浴と激しく反応して、鉄鋼スラグの発泡（スラグフォーミング）が発生したり、或いは炉から鉄鋼スラグが噴出（オーバーフロー）する場合がある。スラグフォーミング及びオーバーフローの発生を抑制するために、鉄鋼スラグを鋼鉄浴に投入する前に、鋼鉄浴の炭素含有率を低下させる。これにより、鉄鋼スラグを鋼鉄浴に投入する時に、鉄鋼スラグと鋼鉄浴との反応速度が低下する。上記のように、鉄鋼スラグと鋼鉄浴との反応速度が低下した状態で、鋼鉄浴の炭素含有率を上昇させた後、鉄鋼スラグの還元処理が行われる。【０００５】
また、非特許文献１には、電気炉内に製鋼スラグ粉、炭材粉およびスラグ改質材粉を装入し、スラグの還元試験を行った結果が開示されている。さらに、特許文献３には、開放型直流電気炉内で、非鉄精錬で発生した溶融スラグを炭素質還元材で還元して、溶融スラグを金属層とスラグ層に分離することにより、溶融スラグから有価金属を回収する方法が開示されている。【０００６】
また、特許文献４に開示された改質方法では、流動性の低い低温の製鋼スラグを溶融改質するために、容器内に収容された低流動性の製鋼スラグに改質材を添加または溶射する前（或いは後）に、製鋼スラグの表層を機械的に撹拌する。そして、加熱バーナーを用いて製鋼スラグと改質材との混合層を加熱して溶融スラグを得た後、その溶融スラグを容器から排出して凝固させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開昭５２−０３３８９７号公報
【特許文献２】日本国特表２００３−５２０８９９号公報
【特許文献３】オーストラリア特許ＡＵ−Ｂ−２０５５３／９５号明細書
【特許文献４】日本国特開２００５−１４６３５７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ  ２００３；３２：ｐ．７−１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載のスラグ処理方法では、転炉を用いて還元処理を行っているため、鉄鋼溶湯と鉄鋼スラグが強く撹拌されている。このため、鉄鋼スラグを鉄鋼浴湯に投入する時に鉄鋼溶湯の炭素濃度が高い場合、鉄鋼スラグが鉄鋼溶湯と接触することにより、鉄鋼スラグと鉄鋼浴湯との反応が促進されてスラグフォーミングが起こる。スラグフォーミングの発生を回避するために、炭素濃度が低い鉄鋼溶湯に鉄鋼スラグを投入した後、還元反応を促進するために、炭素を鉄鋼浴湯に投入して鉄鋼溶湯の炭素濃度を増加させる。そのため、バッチ処理を繰り返す必要がある。すなわち、必要な成分組成を有するスラグを得るために、複数回のバッチ処理（多数回のスラグ還元処理と、Ｍｎ、Ｐの酸化および取り出し処理）を繰り返す必要があるので、作業効率および生産性が低下する。【００１０】
同様に、特許文献２に記載のスラグ還元方法でも、転炉を用いて還元処理を行う。そのため、溶鉄中の炭素濃度を増減させて鉄鋼スラグの還元処理を行うために、脱炭昇熱と加炭還元というバッチ処理を繰り返す必要があるので、作業効率および生産性が低下する。【００１１】
一方、非特許文献１に記載の還元試験では、凝固した冷間の製鋼スラグの粉砕物が処理対象物である。特許文献３に記載の方法においても、凝固した冷間スラグが処理対象物である。冷間スラグの還元処理を行うためには、冷間スラグを加熱溶融させる工程が必要なので、そのような工程の追加に起因してエネルギー原単位が高くなる。【００１２】
以上のように、熱間の製鋼スラグをバッチ処理でリサイクルする従来方法（特許文献１、２）では、スラグ処理の作業効率および生産性が低いという問題があった。一方、冷間の製鋼スラグを加熱溶融させてリサイクルする従来方法（非特許文献１および特許文献３）では、スラグ処理に必要なエネルギー原単位が高くなるという問題があった。【００１３】
そこで、本願発明者らは、エネルギー原単位を低減するために、製鋼工程で生成された溶融状態の製鋼スラグ（以下、溶融スラグという）を凝固させることなく処理でき、かつ、作業効率および生産性を向上するために、溶融スラグの還元処理を連続的に実行できる方法について鋭意検討した。【００１４】
溶融スラグを電気炉内の溶鉄上に投入すれば、冷間スラグを加熱溶融させる場合よりもエネルギー原単位を抑制できる。しかし、溶融スラグを電気炉内の溶鉄上に投入する際、溶融スラグが溶鉄と急激に反応して突沸する現象（スラグフォーミング）が発生する。スラグフォーミングが激しく発生すると、溶融スラグが電気炉から溢れ出す現象（オーバーフロー）が発生する場合もある。従って、オーバーフローの発生を防止するために、その原因であるスラグフォーミングの発生を抑制する必要がある。【００１５】
還元炉（転炉等）では、溶融スラグと溶鉄間の反応により還元反応が促進され、溶鉄中のＣが溶融スラグ中のＦｅＯを還元する。そのため、還元力を向上させるためには、脱炭及び加炭を繰り返す必要があるので、作業効率が低下する。これに対し、電気炉での還元反応は、溶融スラグと溶鉄間の反応よりも、溶融スラグ中の鉄分（ＦｅＯ）と炭素分（Ｃ）との反応が支配的であることが分かった。それゆえ、電気炉を用いた場合、溶鉄中のＣ濃度が１．５質量％程度と低い場合であっても、加炭なしで、溶融スラグの還元処理を行うことが可能であり、作業効率を向上できることが判明した。従って、還元炉に代えて、電気炉を用いることは、溶融スラグの投入時におけるスラグフォーミングの発生を抑制する対策の一つとなると考えられる。【００１６】
しかし、電気炉内の溶鉄中のＣ濃度が高い場合も考えられる。そこで、本願発明者らは、この場合であっても、溶融スラグ投入時におけるスラグフォーミングの発生を抑制可能であり、かつ、脱炭及び加炭処理なしで、高い作業効率で溶融スラグを適切に還元処理できる方法について鋭意検討し、実験を重ねた。【００１７】
その結果、溶融スラグ投入時におけるスラグフォーミングの発生を抑制することで、オーバーフローの発生を防止するという観点から、以下の（ａ）及び（ｂ）に記載の方法を採用することが好適であることが判明した。
（ａ）流動性を有する高温の溶融スラグを、電気炉に直接投入するのではなく、電気炉に隣接配置されたスラグ保持炉に一旦保持する。そして、上記オーバーフローが発生しないように溶融スラグの注入量を調整しながら、スラグ保持炉から電気炉内に溶融スラグを徐々に注入する。
（ｂ）電気炉内の溶鉄層上に溶融スラグ層（好ましくは、不活性な還元スラグ層）を緩衝帯として予め形成しておき、その溶融スラグ層にスラグ保持炉から溶融スラグを注入する。【００１８】
このようにスラグ保持炉を用いて、溶融スラグの注入量を調整しながら電気炉内の溶融スラグ層上に溶融スラグを注入することで、溶融スラグの注入中に急激なスラグフォーミングが発生することを抑制できるとともに、脱炭及び加炭を行うことなく、電気炉において連続的に溶融スラグの還元処理を実行することが可能となる。【００１９】
ところで、上記の電気炉では、溶融スラグの還元処理に伴って、ＣＯ等を含む排ガスや粉塵が発生する。このような排ガスや粉塵の漏洩を防ぐために、電気炉の内圧は負圧に維持する必要がある。しかしながら、電気炉における排ガスの発生量は、例えば溶融スラグの注入量やスラグ還元処理の進行などに伴って変動する。従って、排ガスの排気量が一定である場合、排ガスの発生量が増加したときに電気炉の内圧が上昇し、負圧を維持できなくなる可能性がある。また、排ガスの発生量が減少すると電気炉の内圧が大きく低下し、過剰な粉塵が排気経路まで吸い込まれる可能性がある。これに対して、例えばダンパなどを用いて排ガスの排気量を調節することによって電気炉の内圧を調節することも考えられるが、排ガスの発生量に応じてダンパの開度を細かく制御することは必ずしも容易ではない。【００２０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、溶融スラグの還元処理を実行する電気炉における排ガスの発生量の変動に応じて電気炉の内圧を容易に調節することが可能な排ガス処理方法および排ガス処理設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下の手段を採用する。
（１）本発明の一態様に係る排ガス処理方法は、製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉から、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスにおける排ガス処理方法であって、前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給することによって前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、前記燃焼後の排ガスを前記スラグ保持炉から排気管を経由して吸引装置まで導気し、前記排気管の途中に設けられた開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節し、前記開口部に設けられる開口面積変更手段を用いて、前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する。【００２２】
（２）上記（１）に記載の排ガス処理方法において、さらに、前記開口部と前記吸引装置との間に設けられた外気導入口から前記排気管内に外気を導入することによって前記排気管内の排ガスを冷却してもよい。【００２３】
（３）上記（２）に記載の排ガス処理方法において、前記開口部と前記吸引装置との間における前記排気管内の排ガスの温度の変動に応じて前記外気導入口から導入される外気の流量を変更してもよい。【００２４】
（４）本発明の一態様に係る排ガス処理設備は、製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉から、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスに用いられる排ガス処理設備であって、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と、前記スラグ保持炉に接続された排気管と、前記排気管を通じて前記スラグ保持炉内の排ガスを吸引する吸引装置と、前記排気管の途中に設けられた開口部と、前記電気炉の内圧を検出する圧力検出手段と、前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する開口面積変更手段とを備え、前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内で前記酸素含有ガスを用いて前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、該燃焼後の排ガスを前記排気管を経由して排気するとともに、前記開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節する。【００２５】
（５）上記（４）に記載の排ガス処理設備において、前記開口面積変更手段が、前記排気管に周設され前記排気管の軸方向に沿って摺動することによって前記開口部の少なくとも一部を覆うことが可能なスリーブを含んでいてもよい。【００２６】
（６）上記（４）または（５）に記載の排ガス処理設備が、前記開口部と前記吸引装置との間の前記排気管に設けられる外気導入口をさらに備えていてもよい。【００２７】
（７）上記（６）に記載の排ガス処理設備が、前記開口部と前記吸引装置との間における前記排気管内の排ガスの温度を検出する温度検出手段と、前記検出された温度に応じて前記外気導入口から導入される外気の流量を制御する外気流量制御手段とをさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
上記態様によれば、溶融スラグの還元処理を実行する電気炉における排ガスの発生量の変動に応じて電気炉の内圧を容易に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るスラグ処理プロセスを示す工程図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るスラグ処理設備の全体構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るスラグ保持炉（保持姿勢）を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るスラグ保持炉（注入姿勢）を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る排ガス処理設備の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る排ガス処理設備の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における圧力指示制御器の制御方法の例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態における温度指示制御器の制御方法の例を示すフローチャートである。
【図９Ａ】本実施例のスラグ注入工程における排ガス発生量（電気炉１における排ガスｇ１の発生量）と経過時間との関係を示すグラフである。
【図９Ｂ】本実施例のスラグ注入工程におけるスリット幅（スリット５８の幅）と経過時間との関係を示すグラフである。
【図９Ｃ】本実施例のスラグ注入工程における電気炉１の内圧と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１０Ａ】本実施例のスラグ注入工程における排ガス温度（排ガスｇ３の温度）と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１０Ｂ】本実施例のスラグ注入工程におけるダンパ開度（ダンパ６５の開度）と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１１Ａ】本実施例の間隔工程における排ガス発生量（電気炉１における排ガスｇ１の発生量）と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１１Ｂ】本実施例の間隔工程におけるスリット幅（スリット５８の幅）と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１１Ｃ】本実施例の間隔工程における電気炉１の内圧と経過時間との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３１】
［１．第１の実施形態］
［１．１．スラグ処理プロセスの概要］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るスラグ処理プロセスの概要を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るスラグ処理プロセスを示す工程図である。
【００３２】
図１に示すように、製銑工程（Ｓ１）で高炉を用いて溶銑が製造され、製鋼工程（Ｓ２）で転炉等を用いて銑鉄が鋼に精錬される。この製鋼工程（Ｓ２）は、溶銑中の硫黄、燐、炭素等を除去する脱硫工程（Ｓ３）、脱燐工程（Ｓ４）、及び脱炭工程（Ｓ５）を含む。また、製鋼工程（Ｓ２）は、溶鋼中に残った水素等の気体や硫黄等を除去して成分調整を行う二次精錬工程（Ｓ６）と、連続鋳造機で溶鋼を鋳造する鋳造工程（Ｓ７）とを含む。
【００３３】
上記製鋼工程（Ｓ２）では、転炉内で、酸化カルシウムを主成分とするフラックスを用いて溶銑が精錬される。この際、転炉内に吹き込まれた酸素により溶銑中のＣ、Ｓｉ、Ｐ、Ｍｎ等が酸化されて酸化物が生成される。それらの酸化物が酸化カルシウムと結び付くことにより、スラグが生成される。また、脱硫工程（Ｓ３）、脱燐工程（Ｓ４）、及び脱炭工程（Ｓ５）では、それぞれ成分の異なるスラグ（脱硫スラグ、脱燐スラグ、脱炭スラグ）が生成される。
【００３４】
以下では、上記製鋼工程（Ｓ２）で生成されるスラグを製鋼スラグと総称する。製鋼スラグには、脱硫スラグ、脱燐スラグ、及び脱炭スラグも含まれる。また、以下では、高温の溶融状態にある製鋼スラグを溶融スラグと称し、同様に、溶融状態にある脱硫スラグ、脱炭スラグ、及び脱燐スラグを、それぞれ、溶融脱硫スラグ、溶融脱燐スラグ、及び溶融脱炭スラグと称する。
【００３５】
スラグ処理工程（Ｓ１０）では、上記製鋼工程（Ｓ２）で生成された溶融スラグを、転炉から電気炉に搬送し、電気炉内で連続的に還元溶融改質を行う。これにより、溶融スラグ中の有価物（Ｆｅ、Ｐ等の有価元素）を溶融スラグ層の下層である溶鉄層に回収する。この際、電気炉内では、溶融スラグ中のＦｅ、Ｐ等の酸化物の還元処理や、溶融スラグから粒鉄（鉄分）を分離する処理、溶融スラグの塩基度の調整処理などが行われる。
【００３６】
この結果、溶融スラグから分離された燐分等を含む高燐溶鉄が回収されるとともに、製鋼スラグである溶融スラグが還元及び改質されて、高炉スラグ相当の高品質の還元スラグが回収される。この還元スラグは、製鋼スラグと比べて低膨張性を有するため、セメント原料、細骨材、セラミック製品等に有効にリサイクルすることができる。
【００３７】
さらに、溶融スラグから回収された高燐溶鉄に対して脱燐処理（Ｓ１１）を施して、高燐溶鉄中のＰを酸化させて溶融スラグ中に移行させることで、高燐溶鉄が高燐酸スラグと溶鉄とに分離される。高燐酸スラグは、燐酸肥料や燐酸原料等としてリサイクルすることができる。また、溶鉄は、製鋼工程（Ｓ２）にリサイクルされ、転炉等に投入される。
【００３８】
なお、上記電気炉に収容する溶鉄として、高炉から出銑された溶銑を脱Ｓｉ処理した溶銑を用いると、高燐溶銑に対して脱燐処理（Ｓ１１）を施すことで、低珪素溶銑が得られるため、そのまま転炉へリサイクル可能である。
【００３９】
以上、本実施形態に係るスラグ処理プロセスの概要について説明した。本プロセスは、上記製鋼工程（Ｓ２）で生成される種々の溶融スラグのうち、溶融脱燐スラグを処理対象物として用いることが好ましい。溶融脱燐スラグは、溶融脱炭スラグよりも低温であるが、粒鉄や燐酸を多く含有している。このため、溶融脱燐スラグを、酸化処理ではなく、還元処理によって溶融改質することで、本プロセスによる有価元素（Ｆｅ、Ｐ等）の回収効率が高くなる。そこで、以下の説明では、主に溶融脱燐スラグを処理対象物として用いる例について説明する。しかし、本発明の溶融スラグとしては、溶融脱燐スラグに限定されず、溶融脱硫スラグ、溶融脱炭スラグ等、製鋼工程（Ｓ２）で発生する任意の製鋼スラグを使用することが可能である。
【００４０】
［１．２．スラグ処理設備の構成］
続いて、図２を参照して、上記スラグ処理プロセスを実現するためのスラグ処理設備について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係るスラグ処理設備の全体構成を示す模式図である。
【００４１】
図２に示すように、スラグ処理設備は、電気炉１と、電気炉１の斜め上方に配置されるスラグ保持炉２とを備える。また、スラグ保持炉２へ溶融スラグ４を投入するために、スラグ鍋３を用いており、このスラグ鍋３は製鋼工程（Ｓ２）で使用される転炉（図示せず）とスラグ保持炉２との間を往復移動することができる。転炉から排出された溶融スラグ４はスラグ鍋３に投入される。スラグ鍋３は、転炉からスラグ保持炉２まで溶融スラグ４を搬送した後、スラグ保持炉２内に溶融スラグ４を投入する。スラグ保持炉２は、溶融スラグ４を貯留して保持することもでき、その保持した溶融スラグ４を電気炉１に連続的または間欠的に注入する。
【００４２】
なお、スラグ保持炉２内に保持される溶融スラグ４は、完全に溶融状態にある必要はなく、スラグ保持炉２から電気炉１に注入可能な流動性を有していればよい。すなわち、溶融スラグ４の一部が溶融し、残部が凝固している場合であっても、全体として流動性を有していればよい。
【００４３】
電気炉１は、炭材等の還元材および改質材などの副原料を用いて、溶融スラグ４を還元及び改質する。電気炉１は、このように溶融スラグ４を溶融及び還元するための還元型の電気炉であり、例えば、固定式の直流電気炉から構成される。電気炉１の外殻は、炉底１１、炉壁１２及び炉蓋１３から構成されている。炉蓋１３には、スラグ保持炉２から溶融スラグ４を受け入れるためのスラグ注入口１４が形成されている。このように、電気炉１は、スラグ注入口１４を除いては密閉された構造となっており、炉内空間を保温できるようになっている。
【００４４】
電気炉１の中央には、上部電極１５と炉底電極１６が上下に対向配置されている。この上部電極１５と炉底電極１６との間に電圧を印加し、上部電極１５と炉底電極１６との間でアーク放電を発生させることで、溶融スラグ４を還元する。なお、図２に示すように、上部電極１５として中空電極を用いることにより、原料投入装置を別個に設置することなく、中空電極の内部を通じて副原料をアークスポットに投入可能となる。
【００４５】
電気炉１の炉壁１２には、還元スラグを排出するための出滓口１７と、溶鉄を排出するための出湯口１８とが設けられている。出滓口１７は、溶鉄層６上の溶融スラグ層５に対応する高さ位置に配置され、出湯口１８は、炉底側の溶鉄層６に対応する高さ位置に配置される。
【００４６】
また、図２では、電気炉１に原料供給装置３１、３２、３３がすべて設けられる場合を例示している。原料供給装置３１は、鉄スクラップ、直接還元鉄（ＤＲＩ）等の含鉄材料を電気炉１内に供給する場合に設けられる。また、原料供給装置３３は、鉄分を含有するダスト粉等の微粉状の含鉄材料（例えばＦｅＯ粉）を、上部電極１５（中空電極）を通じて電気炉１内に供給する場合に設けられる。これにより、電気炉１内でこれらの含鉄材料を溶融させてリサイクルできる。また、原料供給装置３２は、溶融スラグ４の還元処理に必要な還元材および改質材等の副原料を供給するために必要であり、ここでは上部電極１５を通じて電気炉１内に供給する場合について例示している。還元材としては、例えば、コークス粉、無煙炭粉、グラファイト粉などの微粉状の炭材が用いられる。また、改質材は、主に溶融スラグ４に含まれるＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯの濃度を調整するための副原料である。このような改質材として、例えば、珪砂、フライアッシュ、ＭｇＯ粉、廃耐火物粉などを使用できる。
【００４７】
引き続き図２を参照して、上記構成の電気炉１を用いた溶融スラグ４の還元処理について説明する。
【００４８】
まず、電気炉１内に、種湯として、相当量の溶鉄（例えば、高炉から搬送された溶銑）を溶鉄層６として予め収容しておく。溶鉄のＣ濃度は通常１．５質量％〜４．５質量％である。電気炉１において、溶鉄のＣ濃度（質量％）と、還元処理後の溶融スラグ４（還元スラグ）のトータルＦｅ濃度（Ｔ．Ｆｅ）（質量％）とは相関することが本発明者らの実験により確認されている。例えば、溶鉄のＣ濃度が３質量％を超えると、溶融スラグ４中の酸化物の還元が促進され、還元スラグのトータルＦｅ濃度を１質量％以下に低減できることができる。従って、還元スラグに要求されるトータルＦｅ濃度に応じて、溶鉄層６の溶鉄のＣ濃度を調整しておくことが好ましい。
【００４９】
次いで、電気炉１に電力を供給して連続稼働させた上で、電気炉１の還元処理能力（例えば、電気炉１に対する単位時間あたり電力供給量）に応じた量の溶融スラグ４を、スラグ保持炉２から電気炉１内に注入する。電気炉１内に注入された溶融スラグ４は、溶鉄層６上に溶融スラグ層５を形成する。さらに、上記還元材（炭材）や改質材等の副原料も、例えば、上部電極１５を通じて電気炉１内の溶融スラグ層５に連続的に投入する。また、電気炉１内では、溶鉄層６の温度が例えば１４００℃〜１５５０℃、溶融スラグ層５の温度が例えば１５００℃〜１６５０℃となるように制御される。この温度制御は、溶融スラグ４の供給量を調整することや、単位時間あたりの電力供給量が一定となる範囲内で電力供給量を調整することで実施できる。
【００５０】
この結果、電気炉１内で、上部電極１５と炉底電極１６との間に発生するアーク熱により、溶融スラグ層５中の溶融スラグ４の還元反応が進行する。この還元処理では、溶融スラグ４に含まれる酸化物（ＦｅＯ、Ｐ２Ｏ５等）が、溶融スラグ層５中の炭材のＣにより還元されて、Ｆｅ及びＰが生成される。これらＦｅ及びＰは、溶融スラグ層５から炉底側の溶鉄層６（溶鉄）に移行する。一方、余剰炭材のＣは溶鉄層６に移行せず、溶融スラグ層５中に懸濁する。また、上記還元処理では、溶融スラグ４中のスラグ成分が改質材により改質される。
【００５１】
上記の還元処理においては、電気炉１に注入された溶融スラグ４に含まれるＦｅＯは、溶鉄層６中の溶鉄に含まれるＣよりも、溶融スラグ層５中の炭材のＣと優先的に反応する（下記反応式（１）を参照）。
ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯ↑        …（１）
つまり、投入された炭材のＣは、溶鉄層６に移行せず溶融スラグ層５に懸濁するので、溶鉄層６と溶融スラグ層５の界面で、上記反応式（１）に基づく還元反応は起きにくい。このため、溶融スラグ層５の内部で、上記反応式（１）に基づく還元反応が優先的に進行し、この還元反応によって生成された還元鉄（Ｆｅ）は溶鉄層６に移行する。
【００５２】
このように、電気炉１による還元処理では、溶融スラグ層５中のＦｅＯと溶鉄層６中のＣとの反応よりも、溶融スラグ層５中のＦｅＯとＣとの反応の方が支配的である。従って、電気炉１内に溶融スラグ４を注入したときに、溶鉄層６上の溶融スラグ層５が、注入された溶融スラグ４と溶鉄層６の溶鉄との反応に対する緩衝帯となるので、溶融スラグ４が溶鉄と急激に反応することを抑制できる。
【００５３】
つまり、溶融スラグ４を、ＦｅＯ濃度の低い溶融スラグ層５に注入することにより、注入される溶融スラグ４のＦｅＯ濃度を希釈して低減できるとともに、注入される溶融スラグ４と溶鉄層６の溶鉄との直接的な接触を抑制できる。よって、スラグ保持炉２から電気炉１への溶融スラグ４の注入時に、溶融スラグ４が溶鉄と急激に反応することに起因する突沸現象（スラグフォーミング）を抑制でき、その結果、溶融スラグ４が電気炉１の外部に溢れ出す現象（オーバーフロー）を回避できる。
【００５４】
上記のようにして、電気炉１内の溶融スラグ層５に注入された溶融スラグ４に含まれる酸化物が還元処理されて、溶融スラグ４からＦｅ及びＰが溶鉄層６に回収されるとともに、溶融スラグ４のスラグ成分が改質される。従って、溶融スラグ４の注入後、還元処理が進行すれば、溶融スラグ層５の成分は、溶融スラグ４（製鋼スラグ）から還元スラグ（高炉スラグ相当の高品質スラグ）に徐々に改質されていく。還元スラグに改質された溶融スラグ層５は、よりＦｅＯ濃度の低い緩衝帯となるので、新たに溶融スラグ４をスラグ保持炉２から溶融スラグ層５に注入する際に、スラグフォーミングの発生をより確実に抑制できる。
【００５５】
また、上記還元処理が進行すれば、Ｆｅが溶鉄中に移行するため、溶鉄層６の層厚も徐々に増加していく。
なお、溶融スラグ層５の層厚は、緩衝帯としての機能を発現させるという観点から、１００ｍｍ〜６００ｍｍが好ましく、１００ｍｍ〜８００ｍｍがより好ましい。このため、溶融スラグ４を注入して溶融スラグ層５の層厚が所定の層厚に達した場合には、出滓口１７を開放して、溶融スラグ層５の還元スラグを電気炉１の外部に排出する。また、溶鉄層６の界面が出滓口１７に近づいた場合には、出湯口１８を開放して、溶鉄層６の溶鉄（例えば高Ｐ溶銑）を排出する。このように、電気炉１の出滓口１７から還元スラグが、間欠的に排出及び回収される。また、電気炉１の出湯口１８から溶鉄が、間欠的に排出及び回収される。これにより、電気炉１内では、溶融スラグ４の還元処理を、中断することなく継続することができる。
【００５６】
また、上記電気炉１の稼働中（すなわち、還元処理中）には、炭材のＣを用いて溶融スラグ４の酸化物を還元することにより、ＣＯおよびＨ２等を含む高温の排ガスが発生する。例えば、酸化鉄を還元する場合、上記反応式（１）に基づく還元反応により、ＣＯガスが生成される。この排ガスは、電気炉１のスラグ注入口１４を通じてスラグ保持炉２内に流入し、スラグ保持炉２内を排気経路として外部に排出される。このように、密閉型の電気炉１を用いると共に、スラグ保持炉２を排ガスの排気経路として利用することで、電気炉１内の雰囲気は、還元反応により生じるＣＯガスと、炭材（還元材）から生じるＨ２とを主成分とする還元雰囲気に維持される。従って、溶融スラグ層５の表面で酸化反応が発生することを防止できる。
【００５７】
［１．３．スラグ保持炉の構成］
次に、図３および図４を参照して、本実施形態に係るスラグ保持炉２の構成について詳述する。図３は、本実施形態に係るスラグ保持炉２（保持姿勢）を示す縦断面図である。図４は、本実施形態に係るスラグ保持炉２（注入姿勢）を示す縦断面図である。
【００５８】
図３に示すように、スラグ保持炉２は、耐熱性の容器であり、高温の溶融スラグ４を保持し、電気炉１に注入する機能を有する。このスラグ保持炉２は、溶融スラグ４を保持するとともに、電気炉１への溶融スラグ４の注入量を調整可能な構造であり、かつ、電気炉１で発生した排気ガスの排気経路としても機能する。スラグ保持炉２は、溶融スラグ４を貯留及び保持するためのスラグ保持炉本体２０（以下、炉本体２０という）と、炉本体２０内の溶融スラグ４を電気炉１に注入するための注ぎ口部２１とを備えている。
【００５９】
炉本体２０は、下部壁２２、側壁２３及び上部壁２４から構成された密閉型の容器であり、溶融スラグ４を貯留するための内部空間を有する。下部壁２２は、鉄皮２２ａおよびその外側の断熱材２２ｂと、鉄皮２２ａの内側の内張耐火物２２ｃとから構成されている。そのため、下部壁２２は、優れた強度および耐熱性を有する。なお、側壁２３及び上部壁２４の内面にも内張耐火物が施されている。
【００６０】
炉本体２０の炉蓋２７側の上部には、ガス排出口２５及びスラグ投入口２６が設けられている。ガス排出口２５は、上記電気炉１の排ガスを排出するための排気口であり、後述する排気管５５に接続される。排気管５５に接続されたブロワ５６などの吸引装置によって、スラグ保持炉２の内圧が負圧に維持される。スラグ投入口２６は、スラグ保持炉２の上方に設置されたスラグ鍋３から炉本体２０内に溶融スラグ４を投入するための開口である。このスラグ投入口２６には開閉式の炉蓋２７が設置されている。スラグ鍋３から炉本体２０へ溶融スラグ４が投入される時には、炉蓋２７が開放される。一方、スラグ鍋３から炉本体２０へ溶融スラグ４が投入されない間は、炉蓋２７が閉められてスラグ投入口２６が閉塞される。その結果、炉本体２０内へ外気が進入することを防ぐことができると共に、炉本体２０の内部温度を一定温度に維持することができる。
【００６１】
注ぎ口部２１は、炉本体２０の電気炉１側に設けられた筒状部分である。注ぎ口部２１の内部空間は、炉本体２０から電気炉１に溶融スラグ４を注入するためのスラグ注入路２８として使用される。注ぎ口部２１の先端部には、スラグ注入路２８と連通する注ぎ口２９が設けられている。スラグ保持炉２の上下方向におけるスラグ注入路２８の長さと、スラグ保持炉２の幅方向（図３の紙面垂直方向）におけるスラグ注入路２８の長さは、炉本体２０の内部空間と比べて、短くなっている。スラグ注入路２８は、注入方向前方に向かうにつれて下方に湾曲している。また、炉本体２０の内部空間も注ぎ口部２１側に向かうにつれて徐々に狭くなっている。炉本体２０および注ぎ口部２１の形状を上記のような形状に設定することで、炉本体２０内の溶融スラグ４を電気炉１に注入する際に、溶融スラグ４の注入量を正確に調整することができる。
【００６２】
スラグ保持炉２の注ぎ口部２１は、電気炉１のスラグ注入口１４に連結されている。図３及び図４に示すように、電気炉１のスラグ注入口１４は、スラグ保持炉２の注ぎ口部２１よりも大きい。すなわち、本実施形態では、注ぎ口部２１の外壁面とスラグ注入口１４の内壁面との間に隙間が存在する状態で、注ぎ口部２１の先端がスラグ注入口１４内に挿入された連結構造を採用している。なお、注ぎ口部２１とスラグ注入口１４との間の連結構造は、本実施形態に限定されず、注ぎ口部２１とスラグ注入口１４とがベローズ等によって気密に連結された連結構造、または、注ぎ口部２１とスラグ注入口１４との隙間に充填材が詰められた連結構造などを採用することができる。
【００６３】
上記のスラグ保持炉２の構造によると、炉蓋２７を閉めた状態で、ブロワ５６などの吸引装置（図５参照）を稼働させると、スラグ保持炉２の内圧が負圧になる。スラグ保持炉２の内圧が負圧の時、スラグ保持炉２は、電気炉１で発生した排ガスの排気経路として機能する。すなわち、電気炉１内の還元処理により発生したＣＯおよびＨ２等を含む排ガスは、図３の矢印で示すように、電気炉１のスラグ注入口１４およびスラグ保持炉２の注ぎ口部２１を通じて、内圧が負圧に維持されたスラグ保持炉２の炉本体２０内に流入する。スラグ保持炉２の内圧が負圧に維持されているため、電気炉１とスラグ保持炉２の連結部の隙間から外気が進入することはあっても、電気炉１内の排ガスが上記の隙間から外部に漏洩することはない。さらに、スラグ保持炉２内に流入した排ガスは、炉本体２０内を通じてガス排出口２５から排出される。このようにスラグ保持炉２から排出された排ガスは、後述する排ガス処理設備（図示せず）によって処理される。
【００６４】
また、スラグ保持炉２の炉本体２０の下部側には、傾動装置４０が設けられている。傾動装置４０は、スラグ保持炉２を注ぎ口部２１側に傾動させて、炉本体２０内の溶融スラグ４を注ぎ口部２１から電気炉１内に注入する機能を有する。この傾動装置４０は、シリンダ４１と、支持部材４２、４３と、傾動軸４４と、台車４５を備える。
【００６５】
シリンダ４１は、例えば油圧シリンダで構成され、スラグ保持炉２を傾動させるための動力を発生させる。シリンダ４１の上端は、炉本体２０の下部壁２２においてスラグ保持炉２を電気炉１側に傾動可能に離間した位置に連結されている。シリンダ４１の下端は、台車４５の上面に連結されている。傾動軸４４は、スラグ保持炉２の注ぎ口部２１の下方に設けられ、スラグ保持炉２の傾動動作の中心軸として機能する。支持部材４２、４３は、傾動軸４４周りに相互に回動可能に連結されている。支持部材４２の上端は、注ぎ口部２１の下部側に連結されている。支持部材４３の下端は、台車４５の上面に連結されている。これらのシリンダ４１と、支持部材４２及び４３と、傾動軸４４とによって、スラグ保持炉２が傾動可能に支持されている。
【００６６】
上記のような構造を有する傾動装置４０により、傾動軸４４を中心としてスラグ保持炉２を傾動させることにより、スラグ保持炉２の姿勢を、保持姿勢（図３）と注入姿勢（図４）とのいずれか一方に変化させることが可能である。スラグ保持炉２の姿勢が保持姿勢に維持されている場合、図３に示すように、溶融スラグ４がスラグ保持炉２から電気炉１に注入されることなく、炉本体２０内に保持される。一方、スラグ保持炉２の姿勢が注入姿勢に維持されている場合、図４に示すように、溶融スラグ４がスラグ保持炉２から電気炉１に注入される。
【００６７】
スラグ保持炉２の姿勢を保持姿勢から注入姿勢に変えるときには、シリンダ４１を伸張させて、炉本体２０の後部を持ち上げ、傾動軸４４を中心としてスラグ保持炉２を電気炉１側に傾動させる。これにより、図４に示すように、炉本体２０に対して注ぎ口部２１の位置が相対的に低くなるので、炉本体２０内に保持されている溶融スラグ４が、注ぎ口部２１側に向かって流動し、スラグ注入路２８を通じて注ぎ口２９から流下し、電気炉１内に注ぎ込まれる。このとき、シリンダ４１の伸張長さを制御して、スラグ保持炉２の傾動角度を調整することで、溶融スラグ４の注入量を調整することができる。
【００６８】
一方、スラグ保持炉２の姿勢を注入姿勢から保持姿勢に変えるときには、シリンダ４１を収縮させて、炉本体２０のシリンダ側の高さを保持姿勢の高さに戻す。これにより、図３に示すように、炉本体２０に対して注ぎ口部２１の位置が相対的に高くなり、炉本体２０内の溶融スラグ４の液面がスラグ注入路２８よりも低くなるので、溶融スラグ４が電気炉１へ注入されずに炉本体２０内に保持される。
【００６９】
また、台車４５は、傾動装置４０を移動可能に支持する。台車４５を用いてスラグ保持炉２を後退または前進させることで、スラグ保持炉２の検査、交換または補修等を容易に行うことが可能となる。
【００７０】
以上のように、傾動装置４０を用いてスラグ保持炉２を傾動させることで、溶融スラグ４を電気炉１に間欠的に注入したり、その注入量を調整したりすることが可能になる。電気炉１への溶融スラグ４の注入時には、注入された溶融スラグ４が電気炉１内の溶鉄と急激に反応してオーバーフローが発生しないように、傾動装置４０を用いて溶融スラグ４の注入量を適切に調整（すなわち、スラグ保持炉２の傾動角度を調整）しながら、溶融スラグ４を間欠的に注入することが好ましい。溶融スラグ４の注入時に、溶融スラグ４の注入速度が速すぎると、電気炉１内でスラグフォーミングが発生し、その結果、オーバーフローが発生する場合がある。この場合は、傾動装置４０によりスラグ保持炉２の傾動角度を小さくすることで、溶融スラグ４の注入を一時停止するか、または、溶融スラグ４の注入量を低下させることで、電気炉１内での溶融スラグ４と溶鉄との反応を抑制することが好ましい。
【００７１】
また、上記スラグ保持炉２による単位時間あたりの溶融スラグ４の注入量は、電気炉１の還元処理能力に応じて決定される。電気炉１の還元処理能力は、電気炉１に対する単位時間あたりの電力供給量、例えば、電気炉１の上部電極１５と炉底電極１６との間に電圧が印加されて電流が流れることによって消費される電力量に依存する。そこで、溶融スラグ４の還元処理に必要な電力原単位と、上部電極１５と炉底電極１６との間に印加される電圧と、それら電極間に流れる電流とによって計算される電力量に基づいて、単位時間あたりの溶融スラグ４の注入量を決定すればよい。
【００７２】
なお、図３および図４に示された酸素ガス供給ノズル５１については、排ガス処理設備の構成としてこの後詳しく説明する。
【００７３】
［１．４．排ガス処理設備の構成］
続いて、図５を参照して、上記スラグ処理設備に付帯する排ガス処理設備について説明する。図５は、本実施形態に係る排ガス処理設備の構成を示す模式図である。
【００７４】
図５に示すように、排ガス処理設備５０は、スラグ保持炉２に設置された酸素ガス供給ノズル５１と、スラグ保持炉２のガス排出口２５に接続された排気管５５と、排気管５５を通じてスラグ保持炉２内の排ガスを吸引するブロワ５６と、ブロワ５６を経た排気管５５の終点に設けられる集塵機５７とを備えている。なお、ブロワ５６は、本発明の実施形態における吸引装置の一例であり、他の実施形態ではブロワ５６以外の吸引装置が用いられてもよい。
【００７５】
上述のように、電気炉１内で酸化鉄の還元反応によって生成されたＣＯ等を含む排ガスｇ１は、電気炉１のスラグ注入口１４を通じてスラグ保持炉２内に導気される。酸素ガス供給ノズル５１は、スラグ保持炉２内に酸素ガスを供給する酸素供給手段である。これによって、スラグ保持炉２内で、下記反応式（２）に基づく燃焼（酸化反応）が生じ、ＣＯがＣＯ２に変化する。ここで、酸素ガス供給ノズル５１による酸素ガスの供給量を、電気炉１におけるＣＯガスの発生量に応じて適切に制御することにより、排ガスｇ１中の可燃性成分であるＣＯガスを完全燃焼させることができる。排ガスｇ１に含まれるＣＯガスの完全燃焼によって発生するＣＯ２ガスは、排ガスｇ２としてガス排出口２５から排気管５５内に排出される。
２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２      …（２）
【００７６】
本実施形態では、排ガスｇ１中のＣＯガスを完全燃焼させるために、スラグ保持炉２のガス排出口２５に近い排気管５５に分析計５２が設置されている。この分析計５２は、濃度指示制御器５３に接続されている。分析計５２は、排気管５５内の排ガスｇ２の成分を分析して、ＣＯ濃度とＯ２濃度とを算出する。濃度指示制御器５３は、分析計５２によって測定されたＣＯ濃度およびＯ２濃度に応じて、酸素ガス供給ノズル５１への酸素ガスの供給量を制御する。より具体的には、濃度指示制御器５３は、排気管５５内でのＣＯ濃度がほぼ０％となり、且つＯ２濃度が０％よりも大きく可能な限り０％に近い値になるように、酸素ガス供給ノズル５１への酸素ガスの供給量を弁５４などを用いて制御する。
【００７７】
例えば、分析計５２によって測定されたＣＯ濃度が０％よりも大きい場合、濃度指示制御器５３は酸素ガス供給ノズル５１への酸素ガスの供給量を増加させることにより、ＣＯガスをスラグ保持炉２内で完全燃焼させ、ＣＯガスが排気管５５内に流入することを防ぐ。また、分析計５２によって測定されたＯ２濃度が０％を大きく超えて所定の許容範囲を上回っている場合、濃度指示制御器５３は酸素ガス供給ノズル５１への酸素ガスの供給量を減少させることにより、過剰な酸素ガスの供給によってスラグ保持炉２が不必要に冷却されるのを防止する。例えば、Ｏ２濃度の許容範囲は５％以下に設定することが好ましい。
【００７８】
なお、スラグ保持炉２から電気炉１への溶融スラグ４の注入が開始される場合、または、注入される溶融スラグ４の量が増加する場合には、濃度指示制御器５３は、先行して酸素ガス供給ノズル５１への酸素ガスの供給量を増加させ、電気炉１で発生するＣＯガスの増加に備えてもよい。溶融スラグ４の注入量に関する情報は、例えばスラグ保持炉２の傾動角の制御によって溶融スラグ４の注入量を制御する制御手段（図示せず）から濃度指示制御器５３に提供されてもよい。また、濃度指示制御器５３に代えて、分析計５２の出力値及び溶融スラグ４の注入状況を監視しているオペレータが、酸素ガス供給ノズル５１を手動操作することによって、上記のような酸素ガスの供給量の制御を実行してもよい。
【００７９】
なお、酸素ガス供給ノズル５１から供給される酸素ガスは、本発明の実施形態における酸素含有ガスの一例である。酸素含有ガスは、酸素を含有しているガスであればよく、例えば、本実施形態のように酸素のみを含有する酸素ガスであってもよいし、酸素ガスと他のガス（例えば窒素ガス）との混合ガスであってもよい。
【００８０】
上述のように、電気炉１で発生した排ガスｇ１はスラグ保持炉２内に排出され、スラグ保持炉２内の排ガスｇ２は排気管５５を通じてブロワ５６によって吸引される。排気管５５の出口側でブロワ５６が十分な量の排ガスｇ３を吸引することによって、電気炉１の内圧は負圧になる。既に述べたように、ＣＯを含む排ガスｇ１及び粉塵の漏洩を防止しつつ、過剰な粉塵がスラグ保持炉２や排気管５５などの排気経路まで吸い込まれることを防ぐために、電気炉１の内圧は適切な範囲の負圧に維持されることが望ましい。ところが、電気炉１における排ガスｇ１の発生量は、溶融スラグ４の注入量や還元処理の進行などに伴って変化するため、排ガスｇ１の発生量に応じて電気炉１の内圧を調節する必要がある。
本実施形態では、上記のような条件下で電気炉１の内圧を適切な範囲の負圧に調節するための手段として、排気管５５の途中にスリット５８が設けられる。
【００８１】
スリット５８は、排気管５５の全周、または全周のうちの一部分がスリット状に切り欠かれることによって形成される開口部である。スリット５８において排気管５５内の排ガスｇ２は外気と接している。ブロワ５６によって排気管５５内は負圧に維持されているため、スリット５８を介して外気（図５における符号ａｉｒ１）が排気管５５内に流れ込む。従って、スリット５８の後段の排気管５５ｂでブロワ５６によって吸引される排ガスｇ３には、スラグ保持炉２から排出されてスリット５８の前段の排気管５５ａを流れてきた排ガスｇ２と、スリット５８から流入した外気ａｉｒ１とが含まれる。なお、スリット５８は、排気管５５内を負圧に維持することが可能な程度の、十分に小さい幅（開口面積）で形成される。
【００８２】
ここで、スリット５８から排気管５５内に流入する外気ａｉｒ１の流量は、排気管５５ａ内を流れてスリット５８に到達する排ガスｇ２の流量に対して相補的に変動することが、本発明者らの実験により確認されている。例えば、ブロワ５６による排ガスｇ３の吸気量が１００Ｎｍ３／ｈである場合、排ガスｇ２の流量が８０Ｎｍ３／ｈであれば、外気ａｉｒ１の流量は２０Ｎｍ３／ｈになる。また、同じ場合、排ガスｇ２の流量が７０Ｎｍ３／ｈであれば、外気ａｉｒ１の流量は３０Ｎｍ３／ｈになる。
【００８３】
このようなスリット５８の作用によって、電気炉１における排ガスｇ１の発生量が増加した場合には、排気管５５ａを流れる排ガスｇ２の流量も増加するため、スリット５８から流入する外気ａｉｒ１の流量は減少する。従って、ブロワ５６による排ガスｇ３の吸引力の多くが排ガスｇ２の吸引力としても作用する。その結果、電気炉１からの排ガスｇ１の排気能力を高く維持することができるので、ブロワ５６の吸引力が一定の条件であるにもかかわらず、排ガスｇ１の量が増加した場合に、電気炉１の内圧が上昇することを防ぐことができる。一方、電気炉１における排ガスｇ１の発生量が減少した場合には、排気管５５ａを流れる排ガスｇ２の流量も減少するため、スリット５８から流入する外気ａｉｒ１の流量は増加する。従って、ブロワ５６による排ガスｇ３の吸引力が排ガスｇ２と外気ａｉｒ１とに分散する。その結果、電気炉１からの排ガスｇ１の排気能力を抑制することができるので、ブロワ５６の吸引力が一定の条件であるにもかかわらず、排ガスｇ１の量が減少した場合に、電気炉１の内圧が低下することを防ぐことができる。上記のように、本実施形態に係る排ガス処理設備５０によると、電気炉１の内圧をほぼ一定の負圧に維持することができる。
【００８４】
これに対して、スリット５８に代えて、例えば排気管５５内にダンパを設置することによって、ブロワ５６による排ガスの吸気量を調節することも可能である。しかしながら、その場合、排ガスｇ１の発生量に応じてダンパの開度をきめ細かく調整するという煩雑な制御が必要になる。本実施形態では、排気管５５の途中にスリット５８のような開口部を設けて外気ａｉｒ１を導入することによって、ブロワ５６による排ガスｇ２の吸気量を一定に調節している。上述のように、スリット５８から流入する外気ａｉｒ１の流量は排ガスｇ２の流量に応じて自動的に調節されるため、スリット５８の開度をきめ細かく変更するという制御は不要である。
【００８５】
なお、上記の説明では、本発明の実施形態において排気管５５内に外気ａｉｒ１を導入する開口部の一例として、排気管５５の全周にわたって設けられるスリット５８を例示したが、開口部の例はスリット５８には限られない。例えば、他の実施形態では、開口部として、排気管５５の周面の一部、例えば全周の１／３や１／４などの範囲で、円形や矩形など任意の形状の孔が設けられてもよい。
【００８６】
［２．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る排ガス処理設備について説明する。なお、本実施形態の構成は、以下で説明する点を除いては上述した第１の実施形態と実質的に同一であるため、第１の実施形態と同一の構成要素については詳細な説明を省略する。
【００８７】
［２．１．排ガス処理設備の構成］
まず、図６を参照して、本実施形態に係る排ガス処理設備について説明する。図６は、本実施形態に係る排ガス処理設備の構成を示す模式図である。
【００８８】
図６に示すように、排ガス処理設備６０では、排気管５５の途中に、スリット５８とともにスリーブ６１が設けられる。スリーブ６１は、排気管５５に周設され、排気管５５の軸方向に沿って摺動することによってスリット５８の少なくとも一部を覆うことが可能である。スリーブ６１が摺動してスリット５８を覆うにつれてスリット５８の幅は狭くなり、スリット５８によって形成される開口部の面積は小さくなる。逆に、スリット５８を覆っていたスリーブ６１が摺動してスリット５８を開放するにつれてスリット５８の幅は広くなり、スリット５８によって形成される開口部の面積は大きくなる。このように、本実施形態では、スリーブ６１が、スリット５８によって形成される開口部の面積を変更する開口面積変更手段として機能する。
【００８９】
一例として、排気管５５の内径が７００ｍｍの場合、スリーブ６１がスリット５８を覆っている面積が最小であり、スリット５８が全開している場合（開度１００％）のスリット５８の幅は３００ｍｍ程度が例示できる。この状態から、スリーブ６１が摺動してスリット５８を徐々に覆うことによって、スリット５８の幅は、例えば、５０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲で調節される。なお、この例において、スリーブ６１と排気管５５ａの端部との間のクリアランスを確保するために、スリット５８の最小幅が０ｍｍではなく５０ｍｍに設定されている。しかしながら、他の実施形態では、スリーブ６１がスリット５８を完全に覆い、スリット５８の幅を０ｍｍに調節することが可能であってもよい。また、図６では、スリーブ６１が排気管５５ｂ側に設けられているが、スリーブ６１は排気管５５ａ側に設けられてもよい。
【００９０】
上記の第１の実施形態で説明したように、スリット５８を設けることによって、電気炉１における排ガスｇ１の発生量の変動に対応して電気炉１の内圧が調節される。ただし、第１の実施形態のようにスリット５８の幅が固定されている場合、対応可能な排ガスｇ１の発生量の変動幅には限界がある。例えば、ブロワ５６による排ガスｇ３の吸気量が１００Ｎｍ３／ｈである場合、第１の実施形態で説明したように排気管５５ａを流れる排ガスｇ２の流量が７０Ｎｍ３／ｈ〜８０Ｎｍ３／ｈ程度であれば、スリット５８の幅を変更することなく自動的に電気炉１の内圧をほぼ一定に維持することができると仮定する。この仮定において、排ガスｇ１の発生量がより大きく変動する場合（例えば、上記の仮定において、排ガスｇ１の発生量が大きく減少することに起因して、排ガスｇ２の流量が５０Ｎｍ３／ｈ程度に減少する場合）、スリット５８から流入する外気ａｉｒ１の流量は５０Ｎｍ３／ｈまでは増加しない。従って、排ガスｇ１の発生量が大きく変動する場合、ブロワ５６による排ガスｇ３の吸引力が排ガスｇ２に集中することに起因して、電気炉１からの排ガスｇ１の排気能力が過剰になり、電気炉１の内圧が必要以上に低下するという問題がある。
【００９１】
そこで、本実施形態では、スリーブ６１を摺動させることによって、上記のような場合にはスリット５８の幅を広げ、一時的により多くの外気ａｉｒ１（上記の例でいえば５０Ｎｍ３／ｈ程度）を流入させることによって、電気炉１の内圧が必要以上に低下するのを防止する。その後、排ガスｇ２の流量が例えば７０Ｎｍ３／ｈ〜８０Ｎｍ３／ｈ程度まで回復した場合には、再びスリーブ６１を摺動させてスリット５８の幅を狭め、スリット５８からの外気ａｉｒ１の流入を抑制する。その結果、電気炉１からの排ガスｇ１の排気能力が高く維持されるので、電気炉１の内圧が上昇するのを防止することができる。
【００９２】
本実施形態では、このようなスリット５８の幅の調節を実現するために、電気炉１に圧力計６２（圧力検出手段）が設置されている。圧力計６２は圧力指示制御器６３に接続されている。圧力計６２は、電気炉１の内圧を測定する。圧力指示制御器６３は、圧力計６２によって測定された電気炉１の内圧に応じてスリーブ６１を摺動させることによって、スリット５８の幅を制御する。より具体的には、圧力指示制御器６３は、電気炉１の内圧が高い場合には、駆動手段（図示せず）を制御することにより、スリーブ６１を摺動させてスリット５８の幅を狭める。その結果、電気炉１の内圧の上昇が抑制される。また、圧力指示制御器６３は、電気炉１の内圧が低い場合には、上記駆動手段を制御することにより、スリーブ６１を摺動させてスリット５８の幅を広げる。その結果、電気炉１の内圧の低下が抑制される。なお、圧力指示制御器６３によるスリーブ制御の詳細な例については後述する。
【００９３】
また、スラグ保持炉２から電気炉１への溶融スラグ４の注入が開始される場合、または、電気炉１に注入される溶融スラグ４の量が増加する場合、圧力指示制御器６３は、先行してスリーブ６１を摺動させてスリット５８の幅を狭めることにより、電気炉１で発生する排ガスｇ１の増加に備えてもよい。溶融スラグ４の注入量に関する情報は、例えばスラグ保持炉２の傾動角の制御によって溶融スラグ４の注入量を制御する制御手段（図示せず）から圧力指示制御器６３に提供される。あるいは、圧力指示制御器６３に代えて、圧力計６２の測定値及び溶融スラグ４の注入状況を監視するオペレータが、スリーブ６１を手動操作することによって、スリット５８の幅の調節が実行されてもよい。
【００９４】
さらに、排ガス処理設備６０では、スリット５８とブロワ５６との間の排気管５５ｂに外気導入口６４が設けられてもよい。ブロワ５６の吸引力によって排気管５５ｂ内は負圧に維持されているため、外気導入口６４からも外気（ａｉｒ２）が排気管５５ｂ内に流れ込む。この外気ａｉｒ２が排気管５５ｂを流れる排ガスｇ３と混合されることで、排ガスｇ３が冷却される。このような外気導入口６４の作用によって、ブロワ５６を介して集塵機５７に到達する排ガスｇ３の温度を適切な範囲まで低下させることができる。しかし、排気管５５ｂ内を流れる排ガスｇ３の温度は、電気炉１における排ガスｇ１の発生量及びスリット５８から流入する外気ａｉｒ１の流量などによって変動する。排ガスｇ３を適切な温度まで冷却するために必要な外気ａｉｒ２の量も、排ガスｇ１の発生量及び外気ａｉｒ１の流量などに起因して変動する。
【００９５】
そこで、外気導入口６４には、外気ａｉｒ２の流量を調節するためのダンパ６５が設けられている。排気管５５ｂのブロワ５６側の出口には、排気管５５ｂ内の排ガスｇ３の温度を検出する温度計６６（温度検出手段）が設けられている。ダンパ６５の開度は、温度計６６に接続された温度指示制御器６７によって制御される。ダンパ６５及び温度指示制御器６７は、排ガスｇ３の温度に応じて外気導入口６４から導入される外気ａｉｒ２の流量を制御する外気流量制御手段として機能する。より具体的には、温度指示制御器６７は、排気管５５ｂ内の排ガスｇ３の温度が高い場合には、ダンパ６５の開度が大きくなるように、ダンパ６５を制御する。その結果、外気ａｉｒ２の流量が増加するので、排ガスｇ３の冷却が促進される。また、温度指示制御器６７は、排ガスｇ３の温度が低い場合には、ダンパ６５の開度が小さくなるように、ダンパ６５を制御する。その結果、外気ａｉｒ２の流量が減少するので、排ガスｇ３の冷却が抑制される。あるいは、ダンパ６５を完全に閉じることにより、排気管５５ｂへの外気ａｉｒ２の流入を停止させてもよい。このように、外気ａｉｒ２を導入しなくても排ガスｇ３が十分に冷却されているような場合には、外気ａｉｒ２の流量を減少させて、排ガスｇ３の温度が再び高くなったときに外気ａｉｒ２を流入させて排ガスｇ３を冷却できるように備えておくことが好ましい。なお、温度指示制御器６７によるダンパ制御の詳細な例については後述する。
【００９６】
また、他の制御器と同様に、スラグ保持炉２から電気炉１への溶融スラグ４の注入が開始される場合、または、電気炉１に注入される溶融スラグ４の量が増加する場合、温度指示制御器６７は、先行してダンパ６５の開度を大きくすることにより、電気炉１で発生する排ガスｇ１の増加に備えてもよい。溶融スラグ４の注入量に関する情報は、例えばスラグ保持炉２の傾動角の制御によって溶融スラグ４の注入量を制御する制御手段（図示せず）から温度指示制御器６７に提供される。あるいは、温度指示制御器６７に代えて、温度計６６の測定値及び溶融スラグ４の注入状況を監視しているオペレータが、ダンパ６５を手動操作することによって、ダンパ６５の開度調節が実行されてもよい。
【００９７】
さらに、排ガス処理設備６０では、外気導入口６４が設けられている場合、ブロワ５６による吸引流量を調節するためのダンパ６８がブロワ５６の前段（上流側）に設けられていることが好ましい。ダンパ６８の開度は、温度計６６に接続された温度指示制御器６９によって制御される。より具体的には、温度指示制御器６９は、排気管５５ｂ内の排ガスｇ３の温度が上昇した場合にはダンパ６８の開度が大きくなるように、ダンパ６８を制御する。その結果、ブロワ５６による吸引流量が増加する。また、温度指示制御器６９は、排ガスｇ３の温度が低下した場合には、ダンパ６８の開度が小さくなるように、ダンパ６８を制御する。その結果、ブロワ５６による吸引流量が減少する。なお、図６では、温度指示制御器６７と温度指示制御器６９とが、個別に設置されている場合を例示したが、一つの制御器として一体的に統合されていてもよい。
【００９８】
すなわち、排ガスｇ３の温度が上昇した場合には、排ガスｇ３が膨張するため、単位容積あたりのガス質量が減少する。その結果、ブロワ５６への負荷が小さくなるので、ブロワ５６による吸引流量を増加させることができる。したがって、ダンパ６８の開度を大きくしてブロワ５６による吸引流量を増加させることが可能となる。
【００９９】
一方、排ガスｇ３の温度が低下した場合には、排ガスｇ３が収縮するため、単位容積あたりのガス質量が増加する。その結果、ブロワ５６への負荷が大きくなるので、ブロワ５６による吸引流量を減少させるために、ダンパ６８の開度を小さくしてブロワ５６による吸引流量を減少させることが重要である。
【０１００】
［２．２．制御方法の例］
（電気炉の内圧の制御）
図７は、本発明の第２の実施形態における圧力指示制御器６３の制御方法の例を示すフローチャートである。上述のように、圧力指示制御器６３は、圧力計６２によって測定された電気炉１の内圧に応じてスリーブ６１を摺動させ、スリット５８の幅を調節する。
【０１０１】
図７に示すように、まず、圧力指示制御器６３は、電気炉１の内圧が所定の上限値を上回るか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、電気炉１の内圧が上限値を上回る場合、圧力指示制御器６３は、スリーブ６１を摺動させて、スリット５８の幅を狭める（ステップＳ１０３）。これによって、スリット５８から流入する外気ａｉｒ１の流量が減少する。その結果、排ガスｇ１の排気能力が増強されるため、電気炉１の内圧が上限値を超えないように電気炉１の内圧を調整することができる。
【０１０２】
ステップＳ１０１において電気炉１の内圧が上限値を上回っていない場合、圧力指示制御器６３は、さらに、電気炉１の内圧が所定の下限値を下回るか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここで、電気炉１の内圧が下限値を下回る場合、圧力指示制御器６３は、スリーブ６１を摺動させて、スリット５８の幅を広げる（ステップＳ１０７）。これによって、スリット５８から流入する外気ａｉｒ１の流量が増加する。その結果、排ガスｇ１の排気能力が抑制されるため、電気炉１の内圧が下限値を下回らないように電気炉１の内圧を調整することができる。
【０１０３】
ステップＳ１０５において電気炉１の内圧が下限値を下回っていない場合、すなわち電気炉１の内圧が上限値と下限値との間の適切な範囲に維持されている場合、圧力指示制御器６３はスリーブ６１を固定し、スリット５８の幅を維持する。
【０１０４】
（排ガスを冷却するための外気量の制御）
図８は、本発明の第２の実施形態における温度指示制御器６７の制御方法の例を示すフローチャートである。上述のように、温度指示制御器６７は、温度計６６によって測定された排気管５５ｂ内の排ガスｇ３の温度に応じて外気導入口６４に設けられたダンパ６５の開度を調節する。
【０１０５】
図８に示すように、まず、温度指示制御器６７は、排ガスｇ３の温度が所定の上限値を上回るか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、排ガス温度が上限値を上回る場合、温度指示制御器６７は、ダンパ６５を開く（ステップＳ２０３）。これによって、外気導入口６４から流入する外気ａｉｒ２の流量が増加する。その結果、排ガスｇ３がより多くの外気ａｉｒ２によって冷却されるため、排ガスｇ３の温度が上限値を超えないように排ガスｇ３の温度を調整することができる。
【０１０６】
上述の通り、排ガスｇ３の温度が上昇していることを、温度計６６で検知した場合、温度指示制御器６９によるダンパ６８の制御によって、ブロワ５６の前段に設けられたダンパ６８の開度が大きくなる。つまり、ステップＳ２０１において排ガスｇ３の温度が上限値を上回ると判定された時点で、ダンパ６８の開度が大きくなる。
【０１０７】
また、ステップＳ２０３においてダンパ６５も開かれることで、排ガスｇ３は冷却される。すなわち、排ガスｇ３の温度が上昇していることを、温度計６６で検知した場合、温度指示制御器６７によるダンパ６５の制御によって、ダンパ６５の開度も大きくなる。なお、オペレータが温度計６６から得られた排ガスｇ３の温度測定結果に基づいて、ダンパ６５の開度が適切な値になるように、ダンパ６５を手動操作しても良い。
【０１０８】
ステップＳ２０１において排ガスｇ３の温度が上限値を上回っていない場合、温度指示制御器６７は、さらに、排ガスｇ３の温度が所定の下限値を下回るか否かを判定する（ステップＳ２０５）。ここで、排ガスｇ３の温度が下限値を下回る場合、温度指示制御器６７は、ダンパ６５を閉じる（ステップＳ２０７）。これによって、外気導入口６４から流入する外気ａｉｒ２の流量が減少する。その結果、排ガスｇ３を冷却する効果が小さくなるので、排ガスｇ３の温度が下限値を下回らないように排ガスｇ３の温度を調整することができる。
【０１０９】
ステップＳ２０５において排ガスｇ３の温度が下限値を下回っていない場合、すなわち排ガスｇ３の温度が上限値と下限値との間の適切な範囲に維持されている場合、温度指示制御器６７はダンパ６５の開度を維持する。
【０１１０】
上記のように、第２の実施形態では、スリット５８の幅の変更を可能にするスリーブ６１を設けることによって、排ガスｇ１の発生量の変動が大きい場合であっても、電気炉１の内圧を適切な値に調節することが可能になる。なお、第２の実施形態でも、排ガスｇ１の発生量の変動が小さい場合には、第１の実施形態と同様にスリット５８の幅を固定した状態で自動的に電気炉１の内圧を調整することが可能である。そのため、排ガスｇ１の発生量が大きく変動し、電気炉１の内圧が実際に上昇し始めた場合にのみ、スリーブ６１を摺動させてスリット５８の幅を変更してもよい。従って、例えばダンパなどを用いて排ガスの吸気量を調節する場合に比べれば、電気炉１の内圧の制御は格段に容易である。また、排ガスｇ１の発生量及びスリット５８からの外気ａｉｒ１の流量がさらに大きく変動しても、外気導入口６４に設けられたダンパ６５の開度を変更することによって適切な温度に冷却された排ガスｇ３を、ブロワ５６から集塵機５７へと排気することができる。
【０１１１】
なお、上記の第２の実施形態では開口面積変更手段として、排気管５５の全周にわたって設けられたスリット５８の幅を調節するスリーブ６１が例示されたが、開口面積変更手段の例はスリーブ６１には限られない。例えば、他の実施形態では、排気管５５の周面の一部、例えば全周の１／３や１／４の範囲で設けられた任意の形状の孔（開口部）の少なくとも一部を覆うスライド式の蓋が設けられてもよい。この蓋は、例えば、排気管５５の周方向、または排気管５５の軸方向にスライドすることによって、上記の孔を覆う割合を調節可能である。
【０１１２】
また、図６では濃度指示制御器５３、圧力指示制御器６３、温度指示制御器６７、および温度指示制御器６９がそれぞれ別々に図示されているが、これらの制御器が、例えばコンピュータを用いることによって、一つの制御器として一体的に統合されていてもよい。
また、スリット５８及びスリーブ６１は、可能な限り、排気管５５におけるスラグ保持炉２に近い位置に配置されていることが好ましい。これにより、電気炉１の内圧の制御応答性を向上させることができる。さらに、スリット５８が排気管５５におけるスラグ保持炉２に近い位置に配置されていれば、スラグ保持炉２から排気管５５に導入される排ガスｇ１が、高温のまま、スリット５８から排気管５５に導入される外気ａｉｒ１と混合される。その結果、排ガスｇ１に含まれる未燃焼ガスを、排気管５５の内部で燃焼させることができる。
また、複数のスリット５８を排気管５５に沿って設けてもよい。この場合、スリーブ６１の可動範囲を広げて、スリーブ６１の位置制御によって、複数のスリット５８の総開口面積を制御してもよい。または、複数のスリット５８のそれぞれに対してスリーブ６１を設けて、各スリーブ６１の位置制御によって、複数のスリット５８の総開口面積を制御してもよい。
【実施例】
【０１１３】
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した条件例にすぎず、本発明は以下の実施例の条件に限定されない。【０１１４】
本実施例では、電気炉１として、密閉型の直流電気炉を用いた。溶融スラグ４としては、転炉から排出された溶融状態の溶融スラグを用いた。溶融スラグ４を、流動性を有する溶融状態のままスラグ保持炉２に投入した。さらに、電気炉１内に、約１３０トンの銑鉄から形成された溶鉄層６と、その溶鉄層６上に、還元処理された溶融スラグ４（つまり還元スラグ）から形成された約２００ｍｍ厚みの溶融スラグ層５とが存在している条件下で、スラグ保持炉２から電気炉１内の溶融スラグ層５に溶融スラグ４を間欠的に注入した。より具体的には、スラグ保持炉２の姿勢を保持姿勢から注入姿勢へと変化させて、８．２トン〜８．５トンの溶融スラグ４を電気炉１内に注入する工程（スラグ注入工程）を実施する。そして、スラグ保持炉２の姿勢を保持姿勢に戻した後、１０分程度、保持姿勢を維持する工程（間隔工程）を実施する。上記のスラグ注入工程と間隔工程とを繰り返し実施することにより、電気炉１内で溶融スラグ４の還元処理を行った。この結果、スラグ注入中に急激なスラグフォーミングを発生させることなく、電気炉１において連続的かつ安定的に溶融スラグ４を還元処理することができた。【０１１５】
（スラグ注入工程）
図９Ａは、本実施例のスラグ注入工程における排ガス発生量（電気炉１における排ガスｇ１の発生量）と、経過時間との関係を示すグラフである。図９Ｂは、本実施例のスラグ注入工程におけるスリット幅（スリット５８の幅）と経過時間との関係を示すグラフである。図９Ｃは、本実施例のスラグ注入工程における電気炉１の内圧と経過時間との関係を示すグラフである。スラグ注入工程の初期段階では、還元反応が急速に進行するため、図９Ａに示すように、電気炉１における排ガスｇ１の発生量が処理の開始時点から時刻ｔ１まで増加し続けた。この結果、図９Ｃに示すように、時刻ｔ１の時点で電気炉１の内圧が所定の上限値（−１０Ｐａ）に達したため、圧力指示制御器６３がスリーブ６１を摺動させ、図９Ｂに示すようにスリット５８の幅（開度）を４０％から３０％へと狭めた。これによってスリット５８における外気ａｉｒ１の流入が抑制されるので、ブロワ５６による排ガスｇ１の排気能力が増強される。その結果、図９Ｃに示すように、時刻ｔ１以降、電気炉１の内圧は上限値から低下した後、ほぼ一定の値（−２０Ｐａ）に保たれた。このように、電気炉１の内圧が上限値に達するほどに排ガスｇ１の発生量が増加した場合、スリット５８の幅を４０％から３０％に変化させることにより、電気炉１の内圧を自動的にほぼ一定の値に調節することができた。【０１１６】
ところが、図９Ａに示すように、時刻ｔ１以降、電気炉１における排ガスｇ１の発生量は徐々に減少し始め、時刻ｔ２まで継続的に減少した。この結果、図９Ｃに示すように、電気炉１の内圧はほぼ一定に維持されていた値（−２０Ｐａ）から低下しはじめ、時刻ｔ２の時点で所定の下限値（−３０Ｐａ）に達した。そこで、圧力指示制御器６３は再びスリーブ６１を摺動させ、図９Ｂに示すように、スリット５８の幅（開度）を３０％から４０％へと再び広げた。これによってスリット５８における外気ａｉｒ１の流入が促進されるので、ブロワ５６による排ガスｇ１の排気能力が抑制される。その結果、図９Ｃに示すように、時刻ｔ２以降、電気炉１の内圧は下限値から上昇し、再びほぼ一定の値（−２０Ｐａ）に保たれた。このように、電気炉１の内圧が下限値に達するほどに排ガスｇ１の発生量が減少した場合、スリット５８の幅を３０％から４０％に変化させることで、電気炉１の内圧を自動的にほぼ一定の値に調節することができた。【０１１７】
図１０Ａは、本実施例のスラグ注入工程における排ガス温度（排ガスｇ３の温度）と、経過時間との関係を示すグラフである。図１０Ｂは、本実施例のスラグ注入工程におけるダンパ開度（ダンパ６５の開度）と経過時間との関係を示すグラフである。図９Ｂに示したように、本実施例のスラグ注入工程では、時刻ｔ１の時点でスリット５８の幅（開度）が４０％から３０％へと狭められた。この結果、排気管５５ｂを流れる排ガスｇ３に含まれる外気ａｉｒ１の割合が低下したため、図１０Ａに示すように、排ガスｇ３の温度は時刻ｔ１以降大きく上昇し、時刻ｔ３において所定の上限値（９０℃）に達した。そこで、図１０Ｂに示すように、温度指示制御器６７が、時刻ｔ３の時点でダンパ６５の開度を５０％から７０％へと変更した。これによって、外気導入口６４から流入する外気ａｉｒ２の流量が増加することに起因して、排ガスｇ３がより多くの外気ａｉｒ２によって冷却される。その結果、図１０Ａに示すように、時刻ｔ３以降、排ガスｇ３の温度は上限値から低下し、若干変動しつつも９０℃未満の適切な範囲に維持された。【０１１８】
ところが、上記の通り、時刻ｔ２の時点でスリット５８の幅が３０％から４０％へと再び広げられた。この結果、排ガスｇ３に含まれる外気ａｉｒ１の割合が増加した。つまり、排ガスｇ３は、スリット５８から流入した外気ａｉｒ１によってある程度冷却された後、外気導入口６４から流入した外気ａｉｒ２によってさらに冷却されるようになった。従って、図１０Ａに示すように、排ガスｇ３の温度は時刻ｔ２以降大きく低下し、時刻ｔ４において所定の下限値（７０℃）に達した。そこで、図１０Ｂに示すように、温度指示制御器６７が、時刻ｔ４の時点でダンパ６５の開度を７０％から５０％に戻した。これによって外気ａｉｒ２の流量が減少することに起因して、排ガスｇ３が過剰に冷却されなくなる。その結果、図１０Ａに示すように、時刻ｔ４以降、排ガスｇ３の温度は下限値から上昇し、再び７０℃〜９０℃の間の適切な範囲に維持された。【０１１９】
（スラグ注入の間隔工程）
図１１Ａは、本実施例の間隔工程における排ガス発生量（電気炉１における排ガスｇ１の発生量）と、経過時間との関係を示すグラフである。図１１Ｂは、本実施例の間隔工程におけるスリット幅（スリット５８の幅）と経過時間との関係を示すグラフである。図１１Ｃは、本実施例の間隔工程における電気炉１の内圧と経過時間との関係を示すグラフである。上記のスラグ注入工程の後、スラグ注入が休止される間隔工程では、電気炉１内での還元反応が安定化した。ただし、この間隔工程でも還元反応が完全に均一化されるわけではないため、図１１Ａに示すように、電気炉１における排ガスｇ１の発生量には若干の変動が発生した。これに対して、図１１Ｂに示すように、スリット５８の幅（開度）は４０％に固定されていた。それでも、図１１Ｃに示すように、圧力計６２によって測定される電気炉１の内圧は、−２０Ｐａでほぼ一定であった。なお、この間隔工程では、ダンパ６５の開度は５０％に維持されており、排ガスｇ３の温度も大きく変化することはなかったため、排ガスｇ３の温度とダンパ６５の開度との関係の図示は省略する。【０１２０】
以上の結果から、電気炉１における排ガスｇ１の発生量の変動が比較的大きい場合でも、電気炉１の内圧に応じてスリット５８の幅を変更することによって、電気炉１の内圧をほぼ一定に調整できることが実証された。また、スリット５８の幅の変更などが原因で、排気管５５ｂ内の排ガスｇ３の温度が変動した場合でも、ダンパ６５の開度を排ガスｇ３の温度に応じて変更することによって、温度をほぼ一定に調整できることが実証された。さらに、電気炉１での還元反応が安定しており、排ガス発生量の変動が比較的小さい場合には、スリット５８の幅を固定した状態で電気炉１の内圧をほぼ一定に調整できることが実証された。【０１２１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１２２】
１  電気炉
２  スラグ保持炉
３  スラグ鍋
４  溶融スラグ
５  溶融スラグ層
６  溶鉄層
１４  スラグ注入口
１５  上部電極
１６  炉底電極
１７  出滓口
１８  出湯口
５０，６０  排ガス処理設備
５１  酸素ガス供給ノズル
５２  分析計
５３  濃度指示制御器
５５  排気管
５６  ブロワ
５７  集塵機
５８  スリット
６１  スリーブ
６２  圧力計
６３  圧力指示制御器
６４  外気導入口
６５  ダンパ
６６  温度計
６７  温度指示制御器
ｇ１〜ｇ３  排ガス
【図１】
2015012354.tif 000003
【図３】
2015012354.tif 000004
【図４】
2015012354.tif 000005
【図５】
2015012354.tif 000006
【図６】
2015012354.tif 000007
【図７】
2015012354.tif 000008
【図８】
2015012354.tif 000009
【図９Ａ】
2015012354.tif 000010
【図９Ｂ】
2015012354.tif 000011
【図９Ｃ】
2015012354.tif 000012
【図１０Ａ】
2015012354.tif 000013
【図１０Ｂ】
2015012354.tif 000014
【図１１Ａ】
2015012354.tif 000015
【図１１Ｂ】
2015012354.tif 000016
【図１１Ｃ】
2015012354.tif 000017
【図２】
2015012354.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月17日(2016.11.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉とは別に設けられていて、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記スラグ保持炉から前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスにおける排ガス処理方法であって、
前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給することによって前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ；
前記燃焼後の排ガスを前記スラグ保持炉から排気管を経由して吸引装置まで導気し；
前記排気管の途中に設けられた開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節し；
前記開口部に設けられる開口面積変更手段を用いて、前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する；
ことを特徴とする、排ガス処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉とは別に設けられていて、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記スラグ保持炉から前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスに用いられる排ガス処理設備であって、
前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と；
前記スラグ保持炉に接続された排気管と；
前記排気管を通じて前記スラグ保持炉内の排ガスを吸引する吸引装置と；
前記排気管の途中に設けられた開口部と；
前記電気炉の内圧を検出する圧力検出手段と；
前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する開口面積変更手段と；
を備え、
前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内で前記酸素含有ガスを用いて前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、該燃焼後の排ガスを前記排気管を経由して排気するとともに、前記開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節することを特徴とする、排ガス処理設備。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下の手段を採用する。
（１）本発明の一態様に係る排ガス処理方法は、製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉とは別に設けられていて、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記スラグ保持炉から前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスにおける排ガス処理方法であって、前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給することによって前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、前記燃焼後の排ガスを前記スラグ保持炉から排気管を経由して吸引装置まで導気し、前記排気管の途中に設けられた開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節し、前記開口部に設けられる開口面積変更手段を用いて、前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
（４）本発明の一態様に係る排ガス処理設備は、製鋼工程で生成された溶融スラグをスラグ保持炉に投入し、前記スラグ保持炉とは別に設けられていて、溶鉄層と前記溶鉄層上に形成された溶融スラグ層とを収容する電気炉内に、前記スラグ保持炉から前記溶融スラグを注入し、前記電気炉にて前記溶融スラグを連続的に還元して、前記溶融スラグ中の有価物を前記溶鉄層中に回収するスラグ処理プロセスに用いられる排ガス処理設備であって、前記スラグ保持炉内に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段と、前記スラグ保持炉に接続された排気管と、前記排気管を通じて前記スラグ保持炉内の排ガスを吸引する吸引装置と、前記排気管の途中に設けられた開口部と、前記電気炉の内圧を検出する圧力検出手段と、前記電気炉の内圧の変動に応じて前記開口部の面積を変更する開口面積変更手段とを備え、前記電気炉で発生した排ガスを前記スラグ保持炉内に導気するとともに、前記スラグ保持炉内で前記酸素含有ガスを用いて前記排ガス中の可燃性成分を燃焼させ、該燃焼後の排ガスを前記排気管を経由して排気するとともに、前記開口部から前記排気管内に外気を導入することによって前記電気炉の内圧を調節する。
【国際調査報告】
2015012354.tif 000019
2015012354.tif 000020
2015012354.tif 000021