(57)【要約】【課題】系外に出るダストを極めて少なくする、竪型シャフトキュポラや高炉のような溶融炉に関するものである。【解決手段】溶銑床２と鉱滓床３を有する炉床１の上部を囲繞する炉腹４とその上部にシャフト５を設けた竪型シャフトキュポラや高炉のような溶融炉であって、炉下部に、その上下方向に空気を送り込む３段以上の羽口７を設け、かつそれらの羽口７のうちの１段の羽口が炉の底に位置する底羽口であり、シャフト内径を炉床の径の２倍以上にして、前記羽口７より上方に形成した鉄鉱石とコークスとの層の上方のシャフト内部に、ダストを沈降捕集する大きな空槽25を形成することを特徴とする。【選択図】図３
2004101178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　溶銑床と鉱滓床を有する炉床の上部を囲繞する炉腹とその上部にシャフトを設けた竪型シャフトキュポラや高炉のような溶融炉において、
　炉下部に、その上下方向に空気を送り込む３段以上の羽口を設け、かつそれらの羽口のうちの１段の羽口が炉の底に位置する底羽口であり、シャフト内径を炉床の径の２倍以上にして、前記羽口より上方に形成した鉄鉱石とコークスとの層の上方のシャフト内部に、ダストを沈降捕集する大きな空槽を形成することを特徴とする溶融炉。
【請求項２】
　底羽口は、突起ノズルレンガ羽口構造を有する請求項1記載の溶融炉。
【請求項３】
　底羽口は、多孔質レンガ羽口構造を有する請求項1記載の溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、鉄鉱石を溶融して銑鉄を取り出す竪型シャフトキュポラや高炉のような溶融炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　従来の高炉溶融炉としては、図５に示すように、耐火性レンガを敷きつめた炉床１を形成し、その上部は溶解した銑鉄が集まるように溶銑床２を設け、その上部には鉱滓を分離する鉱滓床３を設けてあり、それらを囲繞して耐火性レンガで形成した炉腹４を設け、その上部には一体として耐火性レンガを積み上げてシャフト５を形成し、これらの周囲は鉄板６で包囲され保護されている。
【０００３】
　炉壁には熱風を送り込む羽口７が同じレベルに数十カ所開いており、炉内ではレースウエイ８を通して熱が渡るように形成されている。ここから吹き込まれた高温の熱風は、多段層９Ａになった鉄鉱石原料とコークス（例えば２５層づつ）の間を通り燃焼ガスとなり鉄鉱石を還元させ、溶解して銑鉄を下に落として取り出すとともに、ガスは炉頂１０から高炉ガス上昇管１１に集められる。また、鉱滓も系外に取り出す構造になっている。
【０００４】
　鉄鉱石、コークス、石灰石などの原料９の装入はベルトコンベアー１２で上部の炉頂１０に運ばれ、ホッパー１３に投入され、外部の信号により大ベル１４により、一定周期で常に原料装入表面１５まで補給されていく。炉内温度は、下部ほど高く、最高域のレースウェイ近くでは約２，０００℃の高温になっている。
【０００５】
　１６は高炉支柱、１７は熱風管、１８はガス灰ダスト沈降装置、１９は出銑口、２０はそこから出た銑鉄を運ぶトーピードカー、２１は鉱滓の出口、２２は鉱滓車、２３は熱風環状管である。
【０００６】
　尚、図６（Ａ）は従来例の１段羽口の場合の同一レベルの炉底の温度分布を示すものであり、図６（Ｂ）は２段羽口の場合の同一レベルの炉底の温度分布を示すものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
　従来の高炉ではシャフト内部に鉄鉱石とコークスの多段層が詰まっており、羽口より供給された空気はレースウエイの所でコークスを燃焼させて約２，０００℃の高温の一酸化炭素と炭酸ガスとの混合ガスとなり、上部の多段層を通過しながら炉頂から排出されるが、原料充填層を通過するときに微粉をガスが浮遊させ、ガスとともに炉頂からガス灰ダスト沈降装置（ダストキャッチャー）に運ばれる。
【０００８】
　そのため、ガス灰ダスト沈降装置はなくてはならないもので、またそのガス清浄の精度も高くなければならないものであるから、設備コストも高くつくという問題点があった。
【０００９】
　従って、原料に微粉が含まれているとそれだけ多くダストとしてガスに浮遊され、排出されてくるという問題点もあった。このために微粉の多い原料には、焼結鉱とするかペレット加工するという処理が不可欠ということもあった。
【００１０】
　また、羽口レベルが通常１段レベルなので、即ち羽口からの送風温度と送風湿度によって形成されるレースウエイという燃焼帯が同一レベルの１段のみであるため、炉底高さ方向で温度差が大きくなるという欠点があった。炉底での炉熱温度コントロール制御が不安定であった。
【００１１】
　更に、羽口を２段にするという提案もあるが、レースウエイとの関連に乏しいもので期待された効果は発揮しないものであった。特に炉底部分まで十分な高温が伝達されないことがあった。
【００１２】
　本発明は、上記の問題点に鑑み、出来るだけ微粉などのダストを炉内から出すことのないような溶融炉を提供し、シャフト内部でダストキャッチャーの役目も持たせるようにしたものである。
【００１３】
　従って、微粉から粒状の原料まで用いても、炉頂から排出するダストの少ない画期的な溶融炉を提供するもので、別途独立のダストキャッチャーを設置したり、大型化することなく、設備コストも安くするものである。また、その結果としては排出されたダストの産業廃棄物の量を少なくするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
　上記目的を解決するために、本発明の溶融炉は、溶銑床と鉱滓床を有する炉床の上部を囲繞する炉腹とその上部にシャフトを設けた竪型シャフトキュポラや高炉のような溶融炉であって、炉下部に、その上下方向に空気を送り込む３段以上の羽口を設け、かつそれらの羽口のうちの１段の羽口が炉の底に位置する底羽口であり、シャフト内径を炉床の径の２倍以上にして、前記羽口より上方に形成した鉄鉱石とコークスとの層の上方のシャフト内部に、ダストを沈降捕集する大きな空槽を形成することにある。
【００１５】
　原料層の表面を炉下部に設けた羽口より上部（朝顔）の方で且つ出来るだけシャフトの下方に位置せしめ、シャフト内径を炉床の径の２倍以上にしてシャフト上部に空槽を出来るだけ大きく設けて、シャフト内部は空槽として上昇する空槽ガス速度を低下ならしめてこの空槽内でダストを沈降捕集するものである。更に羽口レベルを３段以上設定することにより、炉底の上下方向に安定した燃焼を得られることが出来る。
【００１６】
　加えて、底羽口は、突起ノズルレンガ羽口構造又は多孔質レンガ羽口構造を有することが好ましい。
【００１７】
　また、本発明では、系外にダストを出さないので、微粉の多い原料でも焼結鉱加工やペレット加工することなく、そのまま用いる構成になっている。
【発明の効果】
【００１８】
　本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１９】
　従来のような同一レベルの１段羽口、２段羽口で生成されるレースウエイや、上中下３段羽口で生成されるレースウエイは、炉底高さ方向で温度差が大きくなるため、溶融された溶銑鉄やスラグが炉の底に下降する間に低下し、炉の底で凝固して出銑口や出滓口から円滑に排出できない、いわゆる糞詰まり現象となる。この場合は炉の生産操業の上で重大な問題となる。
【００２０】
　本発明では、３段羽口で生成される高温のレースウエイが３段となり、しかも、１段の羽口が底羽口であるので、炉の底の温度を全体に高温均一化することができ、これまでのような炉底に到達するまでに溶銑鉄や溶融スラグが凝固することが皆無となり、炉の生産操業が大きく安定する。
【００２１】
　特に３段羽口レベルの場合、炉底の温度状況や溶銑鉄並びに溶融スラグの温度によって上段および中段の羽口ならびに下段の羽口（底羽口）のそれぞれから衝風される空気の、（１）温度を上げたり下げたり、（２）酸素富化を上げたり下げたり、また（３）温度を上げたり下げたり、して高温の均一な溶銑鉄温度と溶融スラグ温度にコントロールすることが可能となる。
【００２２】
　また、微粉などが排出しにくい構成になっているから、微粉状の鉄鉱石のほか、転炉ダスト、電気炉ダスト、含油の圧延スケール粉などの鉄鋼ダストでも用いることが出来るという利点があり、今まで微粉状の多い原料の場合には焼結鉱やペレット加工していた手間も省略することができる。
【００２３】
　鉄鉱業の中で産業廃棄物として発生する、転炉ダスト、電気炉ダスト、含油の圧延スケール粉などの鉄鋼ダストも高炉に入れて処理できる。このように各種ダストを処理できることは資源のリサイクルにも大いに利点がある。
【００２４】
　更に自動車や冷蔵庫などの電気品のシュレッダー低級屑やシュレッダーダストの産業廃棄物もこの本発明の溶融炉を用いてリサイクル資源として利用可能となる。即ち、シャフト上部の空間部（空槽）での低ガス流速によってシュレッダーのダスト粒子がシャフト炉外へ飛散することを防止でき、また炉頂部の高温（１０００℃）が亜鉛などの金属をガス化させて分離できると共に、この高温がダイオキシンやＰＣＢの分解を促進し無公害なガスにすることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
　本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
　図３は、本発明に従う代表的な溶融炉の主要部であるシャフトの下部（炉床１および炉腹４）の構成の一例を示したものである。
　図３に示す主要部を有する溶融炉は、図１に示す溶融炉と同様に、炉床１が耐火性レンガを載置して形成され、その上部には溶融された銑鉄の溜まる溶銑床２と鉱滓床３が形成されるよう炉腹４が囲繞し、炉腹４の上部には、耐火性レンガを積み上げた構造のシャフト５があり、この高炉全体を鉄板６などで囲繞して強化保護している。
【００２７】
　また、鉄鉱石、コークス、石灰石等の原料９は、原料装入ベルトコンベアー１２で高炉の炉頂１０から投入される。１３は指示信号に従って鉄鉱石、コークス、石灰石を順次投入していく投入ホッパーである。
【００２８】
　そして、本発明の主な特徴は、炉下部に、その上下方向に空気を送り込む３段以上の羽口、図４では３段の羽口７を設け、かつそれらの羽口のうちの下段である１段の羽口を、図３に示すように炉の底に位置する底羽口とするとともに、シャフト内径を炉床の径の２倍以上にして、前記羽口より上方に形成した鉄鉱石とコークスとの層の上方のシャフト内部に、ダストを沈降捕集する大きな空槽２５を形成することにある。
【００２９】
　すなわち、シャフト内径を炉床の径の２倍以上にして、シャフト上部に大きな空槽２５を設けることにより、シャフト内部は空槽２５として上昇する空槽ガス速度を低下ならしめてこの空槽２５内でダストを沈降捕集し、ダストの系外への排出を有効に抑制することができ、また、炉下部に、その上下方向に空気を送り込む３段以上の羽口７を設け、かつそれらの羽口のうちの１段の羽口を、炉の底に位置する底羽口とすることにより、炉の底にもレースウエイを生成させ、底の温度を高温化するとともに、炉の底の温度分布を全体に高温均一化するように安定した燃焼を得ることができる。
【００３０】
　２４は炉内での原料鉄鉱石とコークスの層で最下段の位置は羽口７の上方部に形成されており、原料層の表面である最上段の上方はシャフト内において空槽２５が形成され、これが微粉ダストの沈降槽となる。
【００３１】
　炉壁に開口された数十カ所の羽口７（例えばこの場合上段６箇所、中段６箇所、下段（炉の底）６箇所の３段に設定）から熱風を送り込むと、炉内ではレースウエイ８を通して完全に熱が行き渡るように形成されている。ここから吹き込まれた高温の熱風は、段層になった原料鉄鉱石とコークスの間を通り鉄鉱石を還元させるとともに溶解して銑鉄を下に落として取り出す。
【００３２】
　また、溜まった鉱滓も系外に取り出す構造になっている。炉内上部に大きな空槽２５があり、鉄鉱石とコークスの段層は数段程度と少ないので、燃焼ガスの速度は従来の燃焼ガスの速度よりも約１／３〜１／１０以下となり、ダストを炉外に吹き上げることがない。すなわち、炉頂に達しないで浮遊循環して、下部原料層内に沈降する。
【００３３】
　図２は、上下方向に３段羽口を設けたときの羽口部の温度分布模型的拡大図であり、この場合、３段（上中下系統）それぞれに送風空気量のコントロール弁（図示していない）をつけ、炉底の上中下の熱が高さ方向で低いところには多くの空気量を送るようにそれぞれ制御できるようになっている。
【００３４】
　これによれば、炉底での温度が、図６（Ａ）に示すように１段羽口の場合や、図６（Ｂ）に示すように２段羽口の場合に比べると均一化されているものの、炉の底の温度分布の均一化が十分に図られているとはいえない。
【００３５】
　本発明では、羽口のうちの下段である１段の羽口を、図３に示すように炉の底に位置する底羽口とすることによって、炉の底にもレースウエイを生成させ、底の温度を高温化することができ、この結果、図２に示す上下方向だけに３段羽口を設けた場合に比べて、炉の底の温度分布を全体に高温均一化することを可能にしたのである。この場合、特殊な炉底レンガ構造とレンガ質によって成る底羽口によって、炉の底にも高温のレースウエイを生成させて炉底の高温の温度分布をより一層均一に安定化させる事ができる。
【００３６】
　図４（Ａ）および（Ｂ）は、底羽口部分の一部断面図を示し、例えば、図４（Ａ）は突起ノズルレンガ羽口構造方式であり、炉底から耐火レンガから成る突起ノズル３１を形成し、比重の高い溶銑鉄が底羽口の内に流れ込まないようにした、新しい技術の構造である。図４（Ｂ）は多孔質レンガ羽口構造方式であり、炉底レンガの底羽口部分を多孔質な特殊なレンガ材質３２により築造し、その多孔質なレンガを空気が通過し、その上部に高温のレースウエイを形成させて成るものである。
【００３７】
　本発明では、ダストの大部分を構成する微粉のものやペレットフィードと称する粉鉄鉱石のままでも使用できるし、焼結鉱加工やペレット加工したものを含めても使用できる。また、羽口の上中下系統のそれぞれに、（１）送風温度コントロール、（２）酸素富化コントロール、（３）送風湿度（ｇ／Ｎｍ３）コントロールを設けて炉内にレースウエイを形成することも可能である。また、これらのレースウエイはコークスとの燃焼において生じるように設計されている。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
　本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３９】
　従来のような同一レベルの１段羽口、２段羽口で生成されるレースウエイや、上中下３段羽口で生成されるレースウエイは、炉底高さ方向で温度差が大きくなるため、溶融された溶銑鉄やスラグが炉の底に下降する間に低下し、炉の底で凝固して出銑口や出滓口から円滑に排出できない、いわゆる糞詰まり現象となる。この場合は炉の生産操業の上で重大な問題となる。
【００４０】
　本発明では、３段羽口で生成される高温のレースウエイが３段となり、しかも、１段の羽口が底羽口であるので、炉の底の温度を全体に高温均一化することができ、これまでのような炉底に到達するまでに溶銑鉄や溶融スラグが凝固することが皆無となり、炉の生産操業が大きく安定する。
【００４１】
　特に３段羽口レベルの場合、炉底の温度状況や溶銑鉄並びに溶融スラグの温度によって上段および中段の羽口ならびに下段の羽口（底羽口）のそれぞれから衝風される空気の、（１）温度を上げたり下げたり、（２）酸素富化を上げたり下げたり、また（３）温度を上げたり下げたり、して高温の均一な溶銑鉄温度と溶融スラグ温度にコントロールすることが可能となる。
【００４２】
　また、微粉などが排出しにくい構成になっているから、微粉状の鉄鉱石のほか、転炉ダスト、電気炉ダスト、含油の圧延スケール粉などの鉄鋼ダストでも用いることが出来るという利点があり、今まで微粉状の多い原料の場合には焼結鉱やペレット加工していた手間も省略することができる。
【００４３】
　鉄鉱業の中で産業廃棄物として発生する、転炉ダスト、電気炉ダスト、含油の圧延スケール粉などの鉄鋼ダストも高炉に入れて処理できる。このように各種ダストを処理できることは資源のリサイクルにも大いに利点がある。
【００４４】
　更に自動車や冷蔵庫などの電気品のシュレッダー低級屑やシュレッダーダストの産業廃棄物もこの本発明の溶融炉を用いてリサイクル資源として利用可能となる。即ち、シャフト上部の空間部（空槽）での低ガス流速によってシュレッダーのダスト粒子がシャフト炉外へ飛散することを防止でき、また炉頂部の高温（１０００℃）が亜鉛などの金属をガス化させて分離できると共に、この高温がダイオキシンやＰＣＢの分解を促進し無公害なガスにすることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】参考例の竪型シャフト高炉の模型的部分断面図である。
【図２】上中下３段羽口を設けた場合の炉底の温度分布模型的拡大図である。
【図３】本発明に従う３段羽口（内、１段は底羽口）の一部断面図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）はともに本発明に従う他の底羽口部分の要部断面図である。
【図５】従来の一般的な竪型シャフト高炉の模型的部分断面図である。
【図６】（Ａ）は従来の１段羽口の場合、（Ｂ）は従来の２段羽口の場合の炉底の温度分布図である。
【符号の説明】
【００４６】
　１　炉床
　２　溶銑床
　３　鉱滓床
　４　炉腹
　５　シャフト
　７　羽口
　８　レースウエイ
　９　原料
　１５　原料装入表面
　２４　炉内での原料鉄鉱石とコークスの層
　２５　空槽
【図１】
2004101178.tif 000003
【図２】
2004101178.tif 000004
【図３】
2004101178.tif 000005
【図４】
2004101178.tif 000006
【図５】
2004101178.tif 000007
【図６】
2004101178.tif 000008