(57)【要約】【課題】廃棄自動車のような炭素分を含む装入物を電気炉で溶解する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、固体鉄源を主体とし炭素分を含む装入物を溶解するにあたり、電気炉１００から排出された排ガス中のＣＯをガス分析装置２０８でモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業を行う。【選択図】図１
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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、固体鉄源を主体とし炭素分を含む装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、
前記電気炉から排出された排ガス中のＣＯをモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業を行うことを特徴とする電気炉の操業方法。
【請求項２】
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、固体鉄源を主体とし炭素分を含む装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、
前記電気炉から排出された排ガスを燃焼室に導いて燃焼させ、燃焼後の排ガス中のＣＯをモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業条件を制御することを特徴とする電気炉の操業方法。
【請求項３】
前記操業条件は、前記電気炉に吹き込む酸素分の量、前記燃焼室に導かれる排ガスに供給される酸素分の量、排気量、アーク電極に供給される電力のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の電気炉の操業方法。
【請求項４】
前記モニタされたＣＯ濃度が１０％以上になった時点で、操業を停止することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気炉の操業方法。
【請求項５】
前記装入物の炭素含有割合が０．７質量％以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気炉の操業方法。
【請求項６】
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プレス体を用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項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炭素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装入すると、ＣＯガス濃度が高い排ガスが発生し、場合によっては爆発事故の危険性が生じてしまう。
【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炭素分を含む装入物を電気炉で溶解する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バッチ式の通常電気炉は、廃棄自動車等の炭素分を多量に含んだ鉄源が装入されて装入物が炭素分を含んだものとなると、操業時に発生する排気ガスのＣＯ濃度が高くなり、場合によっては爆発事故の危険性が生じてしまう。そこで本発明者らが検討した結果、電気炉から排出された排ガス中のＣＯをモニタし、排ガス中のＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業を行うことにより、より好ましくは、電気炉から排出された排ガスを燃焼室に導いて燃焼させ、燃焼後の排ガス中のＣＯをモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業条件を制御することにより、排ガス中のＣＯ割合を確実に爆発限界よりも低いものとすることができ、爆発の危険性をともなわずに、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で炭素分を含む装入物を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）〜（６）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、固体鉄源を主体とし炭素分を含む装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、前記電気炉から排出された排ガス中のＣＯをモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業を行うことを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１０】
（２）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、固体鉄源を主体とし炭素分を含む装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、前記電気炉から排出された排ガスを燃焼室に導いて燃焼させ、燃焼後の排ガス中のＣＯをモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業条件を制御することを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１１】
（３）上記（２）の方法において、前記操業条件は、前記電気炉に吹き込む酸素分の量、前記燃焼室に導かれる排ガスに供給される酸素分の量、排気量、アーク電極に供給される電力のうち少なくとも１つであることを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの方法において、前記モニタされたＣＯ濃度が１０％以上になった時点で、操業を停止することを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１３】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかの方法において、前記装入物の炭素含有割合が０．７質量％以上であることを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１４】
（６）上記（１）〜（５）のいずれかの方法において、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プレス体を用いることを特徴とする電気炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電気炉から排出された排ガス中のＣＯをモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業を行うので、炭素分を含有する装入物を用いても爆発の危険性をともなわずに操業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。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。
【００１８】
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。このダクト２０６には、ガス分析装置２０８が取り付けられている。
【００１９】
ガス分析装置２０８は、排ガス中のＣＯガス、ＣＯ２ガス、Ｏ２ガスの濃度が連続的に測定可能となっている。この種のガス分析装置としては市販の赤外線式分析装置を用いることができるが、これに限るものではない。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
シュレッダーダストは、通常、１台の廃棄自動車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、その中で炭素が４５質量％程度と大部分を占めている。したがって、Ａプレス全体では炭素分が１２．５質量％程度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。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
Ａプレスは上述したように炭素分を多く含んでいるため電気炉１００への装入物は当然のことながら炭素分を含んだものとなる。このような炭素分を相当量含んだ装入物を電気炉１００内でアークにより加熱・溶解する際には、電気炉１００内でバーナー１０７や酸素ランス１１０から供給される酸素および電気炉１００内の空気中の酸素によりＣＯが大量に発生する。このＣＯのうちの多くは電気炉１００内に供給される酸素、および摺動管２０５を介して導入される２次エアー中の酸素により燃焼してＣＯ２ガスとなるが、操業条件によってはＣＯガスの燃焼が不十分となり、排ガス中のＣＯガスの割合が突発的に上昇することが懸念される。
【００２７】
そこで本実施形態では、電気炉１００から排ガス処理部２００の燃焼室２０１を経てダクト２０６に排出された排ガス中のＣＯガス、ＣＯ２ガス、Ｏ２ガスの濃度ガスを、ガス分析装置２０８により測定する。ガス分析装置２０８は、上述したように排ガス中のガス濃度を連続的にほぼリアルタイムで測定可能となっており、操業中のガス濃度をモニタしてガス濃度の変化を把握することができる。
【００２８】
本実施形態では、上述のように操業中に排ガスのガス濃度を連続的にモニタして、操業中のＣＯガス濃度が１０％以上にならないようにする。排ガス中のＣＯガス濃度の爆発限界は約１２．５％であるから、このようにＣＯガス濃度を管理することにより、爆発の危険性を確実に回避することができる。
【００２９】
具体的には、ＣＯガス濃度が１０％に達したことを計測した時点で、通電を停止し、操業を停止するようにする。この場合に、安全回路を設けておき、ガス分析装置２０８が計測したＣＯガス濃度が１０％に達した時点で自動的に操業が停止するようにすることが好ましい。
【００３０】
また、排ガス中のＣＯガス濃度は操業条件によって変化するので、操業条件を制御することにより、排ガス中のＣＯガス濃度が１０％以上となることを未然に防止することができる。このような操業条件としては、電気炉１００に吹き込む酸素分の量、燃焼室２０１に導かれる排ガスに供給される酸素分の量、排気量、アーク電極１０３に供給される電力のうち少なくとも１つを挙げることができる。電気炉１００に吹き込む酸素分の量は、バーナー１０７への空気の供給量、酸素ランス１１０からの酸素ガスの供給量等を調整することにより制御することができ、燃焼室２０１に導かれる排ガスに供給される酸素分の量は、摺動管２０５による２次エアーの供給量、燃焼室２０１におけるバーナー（図示せず）へのエアーの供給量等を調整することにより制御することができ、排気量は、ブロアー４０１自体の排気量等を調整することにより制御することができる。具体的には、例えば、ガス分析装置２０８が排ガス中のＣＯガス濃度が１０％より低い所定の濃度より高くなったことを検出した時点で、適宜のコントローラにより、電気炉１００または燃焼室２０１への酸素分供給量を増加させる指令を与えれば、排ガスのＣＯガス濃度が減少してそれが１０％以上になることが阻止される。
【００３１】
また、このようなガス分析装置２０８によるガス濃度の計測値を利用して、ガス濃度が適切になるように、上記操業条件を制御するようにすることもできる。このようにすることにより、排ガス組成の変動を抑えて、常に適切な条件で操業を継続することが可能となる。
【００３２】
排ガス中のＣＯガス濃度が１０％を超えるおそれは、装入物中の炭素分の量が０．７質量％以上のときにより高くなる。これは、Ａプレスを用いる場合には、３０質量％程度含まれるシュレッダーダスト成分のうちの炭素分が４５質量％程度であるから、Ａプレスを５質量％程度以上装入する場合に相当する。したがって、排ガス中のＣＯガス濃度をモニタする効果は、装入物中の炭素分が０．７質量％以上、すなわちＡプレスに換算して５質量％程度以上の場合により高いものとなり、１．４質量％以上、すなわちＡプレスに換算して１０質量％程度以上の場合にさらに高いものとなる。
【００３３】
Ａプレスを用いて電気炉１００で操業した場合には、装入物中には炭素分の他、塩素分も相当量含まれることとなるため、排ガス処理部２００にて有毒な塩素化合物であるダイオキシン類等の発生を極力抑える必要がある。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与えるエネルギーは少なくて済む。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
以上のように、ガス分析装置２０８を設けて、排ガス中のＣＯガス濃度を十分に管理して、排ガス処理部２００から排出される排ガス中のＣＯガス濃度を１０％以下に管理ないしは制御することにより、炭素分を含有するＡプレスを直接バッチ式の電気炉に装入して操業しても、爆発の危険性をともなわずに操業を行うことができる。
【００３８】
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、炭素分を含む鉄源として、解体した廃車両をシュレッダー処理を施さずにプレスした廃車プレス体、いわゆるＡプレスを用いたが、これに限るものではなく、家電プレス体等の他の炭素分含有鉄源を用いた場合でも有効である。また、ガス分析装置はＣＯ濃度を測定することができればよく、上記実施形態のように必ずしもＣＯ２ガスやＯ２ガスが測定できるものでなくてもよく、ガス分析装置の設置位置も上記実施形態のものに限るものではない。さらに、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。
【実施例】
【００３９】
１５０Ｔ直流アーク式電気炉を用い、装入物として、通常の鉄スクラップ（ダライ粉等を含む）とＡプレスとをそれぞれ１４７Ｔおよび２６Ｔ用いて操業を行った。Ａプレスの割合は１５質量％であり、装入原料全体の炭素分は約２．１質量％であった。操業は、最初に通常の鉄スクラップ等８５ＴとＡプレス１５Ｔを電気炉に装入し、図３に示す通電条件およびバーナー・酸素ランス条件で行った。本操業では、溶解１は、バーナーからの酸素流量６０〜７０ｍ３／分、酸素ランスからの酸素流量１００〜１２０ｍ３／分の酸素使用条件、および定格の７０〜８０％の集塵条件で行い、溶解２は、溶解１と同様の酸素流量条件、および定格の８０％の集塵条件で行った。溶解時間は、溶解１では１４分、溶解２では２７分とし、１２分精錬後出鋼を行った。なお、この際のブロアーの定格の排気量は２００℃−８０００ｍ３／分であった。
【００４０】
この条件で操業を行っている間、排ガス温度を測定し、さらに赤外線式ＣＯ２−ＣＯ−Ｏ２分析装置（横河電機社製  ＥＡＳ６６５４）により、排ガス中のＣＯ２ガス、ＣＯガス、Ｏ２ガスの濃度を測定した。これらの結果を図４に示す。図４に示すように、第２段階の溶解においてＣＯガス濃度が１０％近くまで上昇したが、操業条件の調整によりＣＯガス濃度が低下し、一度も１０％に達することがなかった。そのため、安定的に操業を継続することができた。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、本発明によれば、電気炉から排出された排ガス中のＣＯをモニタし、ＣＯ濃度が１０％以上にならないように操業を行うので、装入物中に炭素分を含んでいても常に爆発の危険性をともなわずに操業を行うことができる。したがって、Ａプレスを直接電気炉に入れて操業することが可能となり、高効率でかつ低コストで廃棄自動車等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】
【００４２】
【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】本発明の実施例を説明するためのチャート。
【図４】操業中の排ガス温度と排ガス中のＣＯガス等の濃度の推移を示す図。
【符号の説明】
【００４３】
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
２０８……ガス分析装置
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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