(57)【要約】      （修正有）【課題】廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレス処理した可燃分を多量に含む原料を用いて装入原料中の炭素および水素が増加しても、高効率で溶解処理を行うことができる電気炉の操業方法を提供すること。【解決手段】炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入する電気炉１００により固体鉄源を主体とする装入物を溶解するにあたり、装入物中の炭素および水素の割合が１質量％以上であり、アーク電極１０３によるアークとバーナー１０７を併用して装入物中の固体鉄源を溶解する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入する電気炉により固体鉄源を主体とする装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、
装入物中の炭素および水素の割合が１質量％以上であり、アークとバーナーを併用して装入物中の固体鉄源を溶解することを特徴とする電気炉の操業方法。
【請求項２】
前記装入物の一部として、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスしたものを用いることを特徴とする請求項１に記載の電気炉の操業方法。
【請求項３】
前記電気炉は、側壁の周方向に沿って複数のバーナーが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの通常の電気炉により固体鉄を主体とする装入物を溶解する電気炉の操業方法に関し、特に廃棄自動車を有効に利用することができる電気炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源のリサイクルおよび環境問題から、非金属・非鉄を含有する鉄鋼スクラップを炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの電気炉でアーク溶解するプロセスが増加している。そして、２００５年の自動車リサイクル法の施行を前に、廃棄自動車を電気炉の鉄源として積極的に利用することが試みられている。
【０００３】
廃棄自動車はシート等の可燃分を多量に含んでおり、これをそのまま炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの通常の電気炉に一定量以上装入すると、装入原料中の炭素および水素分が増加し、集塵機の負荷が大きくなるとともに、発生ガス量が大きく変動および増大し、スクラップ銘柄ごとの溶解特性の差が顕著になり、不均一溶解を助長する。
【０００４】
このため、従来、廃棄自動車からエンジン、バッテリーやタイヤおよび液体や銅配線等を取り外した後にプレスされたものを、シュレッダー処理し、その際に発生する、可燃分を含むシュレッダーダストを分離して鉄屑としたものが電気炉に供されている。一方、シュレッダーダストは、埋め立て処分されるかガス化溶融炉等で燃焼処理される（非特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、このような処理を行う場合には、シュレッダー処理自体のコストがかかる他、シュレッダーダストの埋め立て処分場所の不足から減容または燃焼処理が必須となっているため、多大のコストがかかり、トータルの処理コストが極めて高いものとなってしまう。
【非特許文献１】平成１４年度  シュレッダーダスト等廃棄物の処理技術等に関する調査研究報告書  平成１５年３月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、廃棄自動車のような原料すなわち炭素および水素が多い原料が増加しても、高効率で溶解処理を行うことができる電気炉の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
アークによって固体鉄を溶融する、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの通常電気炉は、廃棄自動車等の非金属分を多量に含んだ鉄源を用いて装入原料中の炭素および水素が増加すると、集塵機の負荷が大きくなるとともに、発生ガス量が大きく変動および増大し、スクラップ銘柄ごとの溶解特性の差が顕著になり、不均一溶解を助長する。これに対して本発明者らが検討を重ねた結果、アークの他にバーナーを用いることにより、装入原料中の炭素および水素を直接燃焼させることができ、炭素および水素の割合が装入原料の１％以上であってもエネルギー効率良く溶解可能なことを見出した。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（３）を提供するものである。
【０００９】
（１）炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入する電気炉により固体鉄源を主体とする装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、
装入物中の炭素および水素の割合が１質量％以上であり、アークとバーナーを併用して装入物中の固体鉄源を溶解することを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１０】
（２）上記（１）の方法において、前記装入物の一部として、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスしたものを用いることを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）の方法において、前記電気炉は、側壁の周方向に沿って複数のバーナーが配置されていることを特徴とする電気炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、バッチ式電気炉により固体鉄源を主体とする装入物を溶解する際に、装入物中の炭素および水素の割合が１質量％以上で、アークとバーナーを併用して装入物中の固体鉄源を溶解するので、バーナーにより装入物中の炭素および水素を燃焼させて昇温させることができ、鉄源をエネルギー効率良く溶解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態を実施するための設備を示す概略構成図である。この設備は、電気炉１００と、排ガス処理部２００と、ダスト回収部３００と、排ガス排出部４００とを有している。
【００１４】
電気炉１００は、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプのアーク溶解による通常電気炉であり、図２に模式的に示すように、鉄源が装入される炉本体１０１と、炉本体１０１の上部の開口を塞ぐ着脱自在の炉蓋１０２とを有している。炉蓋１０２の上方からは炉蓋１０２を貫通して炉本体１０１の中に垂直に１本の直流式アーク電極１０３が挿入されている。炉本体１０１の外周側底部にはアーク加熱により溶融した溶鋼１０８を出鋼するための出鋼口１０４が設けられており、炉本体１０１の出鋼口１０４とは反対側の側壁には、作業口１０５が設けられている。この作業口１０５は作業扉１０６にて開閉可能となっている。この作業口１０５より溶鋼１０８の上の溶融スラグ１０９を排出する。さらに、炉本体１０１の側壁から炉本体１０１の中へ、バーナー１０７が挿入されている。バーナー１０７は、図３の水平断面図に示すように、炉本体１０１の側壁の周方向に沿って４本配置されている。さらにまた、装入物中の炭素等を燃焼させるための酸素ガスを供給する酸素ランス１１０が作業口１０５から水平に挿入されるようになっている。なお、出鋼口１０４の下には、受鋼用の取鍋１１１が配置されるようになっている。
【００１５】
排ガス処理部２００は、電気炉１００で発生した排ガスを導くとともに、排ガスの燃焼を行うための２次エアー調整用の摺動管２０５を介して２次エアーを導いて、排ガス中の可燃性ガスを燃焼させて排ガスを昇温する燃焼塔２０１と、燃焼塔２０１の燃焼により昇温した排ガス冷却塔２０２を有している。これにより、後述するようにダイオキシン類等の有害物質を低減させることができる。電気炉１００の炉蓋１０２には集塵エルボ２０３が接続されており、集塵エルボ２０３が吸煙管２０４に接続されており、この吸煙管２０４と燃焼塔２０１とが接続されている。また、燃焼塔２０１と冷却塔２０２とはダクト２０６で接続されている。
【００１６】
ダスト回収部３００は、バグフィルターからなる集塵機３０１を有しており、集塵機３０１はダクト３０２の他端に接続されている。集塵機３０１では、冷却塔２０２からダクト３０２を経て供給された排ガス中のダストが捕集され、回収される。ダクト３０２には建屋集塵系３０３が合流しており、工場内環境対策を同時に行うようになっている。また、ダクト３０２の前記合流部の上流側に直引系のブロアー３０４が設けられている。
【００１７】
排ガス排出部４００は、ブロアー４０１および排気塔４０２を有しており、ダストが除かれた排ガスがダクト４０３を経て排気塔４０２に至り大気に放出される。ブロアー４０１は、ダクト４０３に設けられており、排ガスを吸引し、排気塔４０２へと導く。
【００１８】
次に、本発明の電気炉の操業方法の一実施形態について説明する。
本実施形態においては、電気炉１００に装入する鉄源として、図２に示すように、通常用いる鉄スクラップ等１２の他、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体、いわゆるＡプレス１１を用いる。
【００１９】
Ａプレスは、廃棄自動車からエンジン、バッテリー、燃料タンク、タイヤ、サスペンション、駆動軸等を取り外し、さらに鋼の品質劣化の原因となるＣｕを含む配線を取り外した上で、ガスおよび液体を抜き取り、ソフトプレスを経た後、二方または三方プレスにより三辺の和が３．５ｍ以内程度の立方体または直方体にしたものである。したがって、シートやプラスチックボード等、通常のシュレッダー処理においてはシュレッダーダストとして分離される可燃分が含まれている。
【００２０】
シュレッダーダストは、通常、１台の廃自動車７００ｋｇのうち２２５ｋｇ程度、すなわち３０質量％強含まれており、その成分の概略平均を表１に示す。表１に示すように、その中の６３質量％程度が可燃分またはガス成分であり、その中で炭素および水素がそれぞれ４５質量％および６質量％程度と大部分を占めている。したがって、Ａプレス全体では可燃物が１５質量％以上含まれている計算となる。また、Ａプレスを電気炉操業に用いる場合には、Ａプレスの品質が重要な要素であり、有害物質であるＣｕ等を極力低減したもの（精緻解体したもの）を用いることが好ましい。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
Ａプレスは上述したように炭素および水素を多く含んでおり、その装入量が多くなって炭素および水素が装入物全体の１質量％を超えた場合には、ガス発生や不均一溶解が顕著となり、かつＡプレス中のシュレッダーダスト成分の断熱効果によりアーク輻射熱およびガス燃焼熱では熱の伝達が十分に行えなくなって、鉄源を効率良く加熱・溶解することが困難となる。
【００２３】
そこで、本実施形態では、電気炉１００への装入物の一部としてＡプレスを用い、炭素および水素の割合が装入物全体の１質量％を超えた場合に、アークの他にバーナー１０７を併用する。これにより装入物内の炭素および水素を燃焼させることができ、アークによる熱に加えて、その燃焼熱により装入物の昇温が可能であるので、炭素および水素が１質量％以上含まれているのにもかかわらず、装入物中の鉄源を溶解させる際のエネルギー効率の悪化を軽減することができる。もちろん、炭素および水素の割合が１質量％未満の場合でもバーナー１０７を用いることができるが、１質量％を超えた場合にこのような効果を有効に発揮させることができる。このようなアーク電極１０３とバーナー１０７とを併用した溶解によるエネルギー効率の悪化を軽減する効果は、炭素および水素の割合が２質量％以上、さらには３質量％以上の場合により高まる。
【００２４】
バーナーは１本のみでも効果があるが、図３に示すように、電気炉１００の側壁の周方向に沿って複数本設けることにより、炭素および水素の燃焼効率を高めることができ、エネルギー効率を一層高めることができる。
【００２５】
このようにＡプレスを電気炉に装入してエネルギー効率良く固体鉄源の溶解処理を行うことができるので、従来行っていたシュレッダー処理を行うことなく低コストで廃棄自動車を有効利用することができる。
【００２６】
このようにして電気炉１００で操業した際に排ガスが発生するが、その排ガスは集塵エルボ２０３および吸煙管２０４を介して排ガス処理部２００に送られ、そこで処理される。上述のようにＡプレスを含む鉄源を装入して電気炉操業を行う際に排出される排ガスは、通常の電気炉操業よりＣＯ濃度および塩素濃度が高いものとなるため、排ガス処理部２００での処理および管理が重要となる。
【００２７】
具体的には、まず、排ガス中の塩素分がダイオキシン類等を形成しても速やかに分解するように燃焼室２０１で排ガスを燃焼させ、ダイオキシン類が分解する８００℃以上に排ガス温度を上昇させる。この場合に、排ガス中にはＡプレスに含まれる炭素に由来するＣＯが多いため、燃焼のために外部からの燃料源は必要としない。その後、８００℃以上に昇温された排ガスは、ダクト２０６を経て冷却塔２０２に至り、２５０℃以下に急冷される。このように排ガスを急冷することによりダイオキシン類等の有害物質の再合成が防止される。このため、最終的に排ガス中のダイオキシン類等の有害物質の濃度を規制値以下にすることが可能となる。また、このように原料の炭素分が多い場合には、突発的に排ガス中のＣＯ濃度が著しく上昇して発火可能領域に至るおそれが皆無ではないので、ガス分析装置２０８により排ガス中のＣＯガス濃度等をモニタし、摺動管２０５の調整、直引系のブロアー３０４の回転数制御、ブロアー４０１の吸引力制御、アーク電極１０３への投入電力の調整等により、ＣＯガス濃度を管理することが必要である。また、ＣＯガス濃度が危険域に達した場合にアーク電極１０３への電力供給を停止するような安全対策も重要である。
【００２８】
このようにして処理された排ガスは、ダクト３０２を経てダスト回収部３００へ至り、バグフィルターからなる集塵機３０１により排ガス中のダストが回収される。ダイオキシン類等の有害物質はダスト中に濃縮されており、ダストを除去した後の排ガス中にはダイオキシン類等の有害物質は基準値以下となっているので、ダクト４０３を経て排ガス排出部４００の排気塔４０２から大気中に排出される。
【００２９】
バグフィルターからなる集塵機３０１で回収されたダストには亜鉛等の非鉄金属が主成分であり有価物であるので、主に亜鉛回収を目的としてダスト処理工場にて還元焙焼工程等で処理される。
【００３０】
電気炉１００で１チャージの溶解中に作業口１０５から適正量の酸化スラグを排出した後、電気炉１００を図示しない傾動手段により傾動し、その中で得られた溶鋼１０８を出鋼口１０４からその下方に配置された取鍋１１１へ排出する。スラグは、冷却後、破砕・サイジングされ、路盤材等としてそのまま利用することができる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態においては、炭素および水素を含む装入物として、解体した廃自動車をシュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体、いわゆるＡプレスを用いたが、これに限るものではなく、炭素および水素の割合が装入物の１質量％以上となるようなものであれば、家電プレス体等の他の炭素および水素を含む鉄源を用いた場合でも有効である。また、電気炉として直流アーク式のものを示したが、３本のアーク電極を設けた交流アーク式のものであってもよいことはいうまでもない。交流アーク式の電気炉の炉底に攪拌ガスを吹き込むためのガス吹き込みプラグを設けることもできる。さらに、バーナーの配置も特に限定されるものではなく、電気炉の大きさや形状等も特に限定されない。
【実施例】
【００３２】
図２、３に示すような構造を有する、容積２３０ｍ３、内径７２００ｍの１５０Ｔ直流アーク式電気炉に、表２に示すＡプレスを含む配合の装入物を装入して操業を行った。Ａプレスの配合率は１０質量％程度であり、装入物全体に占める炭素および水素の割合を１．５質量％程度とした。装入物の装入回数は２回とした。
【００３３】
操業は、図３に示すようにバーナーを配置して、図４に示す操業パターンにて行った。バーナーは、溶解１にて８〜１２分、溶解２にて２０〜２５分、図中に示す６０〜７０ｍ３／分の酸素流量にて使用した。本バーナーからの酸素の使用は、従来の酸素ランスのみの操業と比較し、バーナー方式での酸素分散使用により、酸素のエネルギー変換効率が上がり、排ガス風量の適宜制御と相まって、Ａプレス使用による炭素および水素の影響を与えることなく、装入量１７２Ｔに対し、１５４Ｔの良塊量（ビレット、ブルーム等）を得た。なお、集塵風量は溶解１では定格の７０〜８０％、溶解２では定格の８０％とした。
【００３４】
比較のため、バーナーを用いずに操業を行い、バーナー有りの場合と酸素原単位および電力原単位を比較した。その結果を図５に示す。図５に示すように、バーナーを用いることにより、酸素原単位が３ｍ３／Ｔ上昇し、電力原単位が１８ｋＷｈ／Ｔ減少した。つまり、バーナーを用いることにより、酸素効率が高まり、炭素および水素分による電力原単位の上昇を抑制しつつ溶解可能なことが確認された。また、Ａプレスの品位を把握し、原料配合を選択することにより、製品の品位には全く影響がなかった。
【００３５】
以上のことから、通常の電気炉に比較的多量のＡプレスを装入し、装入物に占める炭素および水素の割合が１質量％以上となっても実操業が十分に可能であることが確認された。
【００３６】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの通常の電気炉において、廃棄車両のような可燃分を多量に含む原料を用いて装入原料中の炭素および水素が増加しても、能率低下を抑制しつつかつコスト上昇を最小限に抑えた操業が可能となる。したがって、高効率でかつ低コストで廃棄自動車のリサイクルを促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態を実施するための設備を示す概略構成図。
【図２】電気炉の概略構造を示す断面図。
【図３】電気炉を示す水平断面図。
【図４】本発明の実施例の操業を説明するためのチャート。
【図５】バーナーを用いた場合と用いない場合との酸素原単位および電力原単位を比較して示すグラフ。
【符号の説明】
【００３９】
１１……廃棄自動車プレス体（Ａプレス）
１２……鉄スクラップ
１００……電気炉
１０３……アーク電極
１０７……バーナー
２００……排ガス処理部
２０１……燃焼塔
２０２……冷却塔
２０５……摺動管
３００……ダスト回収部
３０１……集塵機
４００……排ガス排出部
４０１……ブロアー
４０２……排気塔
【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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