(57)【要約】【課題】竪型溶融炉の排ガスから、金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等の異物を、効率的に除去する。【解決手段】排ガス中の異物を除去する異物除去装置であって、（ａ）頂部開口を排ガス管に接続する截頭円錐型管、該管の底部開口に続く、内径が該底部開口の内径と同じ導管部、及び、該導管部の端部を閉じる底部からなり、かつ、上記導管部の底部側下部に異物排出口を備えるガス導入管、（ｂ）ガス導入管のガス侵入側内部に、中心軸をガス導入管の管軸に合せて配置した、底面の直径が、截頭円錐型管の頂部開口の内径と同じか、又は、該内径を超える円錐型障壁、及び、（ｃ）ガス導入管の底部に、管軸をガス導入管の管軸に合せ、かつ、ガス流方向で見て、異物排出口の上流側の端部より上流側に位置するように開口端を取り付けた、内径が、円錐型障壁の底面の直径を超えないガス導出管、からなることを特徴とする竪型溶融炉排ガスの異物除去装置。【選択図】図２
2012237535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の異物を除去する異物除去装置であって、
（ａ）頂部開口を排ガス管に接続する截頭円錐型管、該管の底部開口に続く、内径が該底部開口の内径と同じ導管部、及び、該導管部の端部を閉じる底部からなり、かつ、上記導管部の底部側下部に異物排出口を備えるガス導入管、
（ｂ）ガス導入管のガス侵入側内部に、中心軸をガス導入管の管軸に合せて配置した、底面の直径が、截頭円錐型管の頂部開口の内径と同じか、又は、該内径を超える円錐型障壁、及び、
（ｃ）ガス導入管の底部に、管軸をガス導入管の管軸に合せ、かつ、ガス流方向で見て、異物排出口の上流側の端部より上流側に位置するように開口端を取り付けた、内径が、円錐型障壁の底面の直径を超えないガス導出管、
からなることを特徴とする竪型溶融炉排ガスの異物除去装置。
【請求項２】
前記円錐型障壁の頂点が、截頭円錐型管の域内に位置し、かつ、該障壁の底面が、異物排出口導入部に達しない導管部の域内に位置することを特徴とする請求項１に記載の竪型溶融炉排ガスの異物処理装置。
【請求項３】
前記円錐型障壁の頂角が、前記截頭円錐型管の開き角と同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の竪型溶融炉排ガスの異物除去装置。
【請求項４】
前記截頭円錐型管が、排ガス管と接続する短管を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の竪型溶融炉排ガスの異物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス、特に、スクラップ及び鉄廃棄物等の鉄源を原料として銑鉄を製造する竪型溶融炉の炉頂から排出される排ガス中に混入している、金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等の異物を除去する異物除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋳物用の銑鉄の溶解に用いられる竪型溶融炉（通常、キュポラと呼ばれる炉）においては、原料として鋳物用銑鉄が用いられてきた。ここでは、原料の形状・品質が安定しており、本願発明が課題とする排ガスへの異物の混入の問題は想定され得なかった。
【０００３】
近年、竪型溶解炉が、総合製鉄所における鉄源供給変動に対する調整手段として適用されるに及んで、コスト、資源の安定供給の両面から竪型溶解炉にも種々の鉄源が使用されるようになった。具体的には、従来は電気炉でしか用いられなかったシュレッダー鉄屑や製鉄ダストの塊成鉱などである。
【０００４】
このような背景の下に、焼結プロセス鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の、金属化率が高く還元を必要としない鉄源の他に、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊（炭材含有率の高い塊成鉱）等の、金属化率が低く還元が必要な鉄源を用いる竪型溶融炉の操業方法が、いくつか提案されている（特許文献１〜６、参照）。
【０００５】
しかし、竪型溶融炉に投入する鉄源が多様化すると、炉頂から排出される排ガス中に、未溶融で混入する物質も多様化し、その含有量も増加する。特に、シュレッダー屑の使用にともない、排ガス中に、金属片、金属線、プラスチック片等の異物が大量に混入するに至った。これらの異物は、排ガス中に残留し、排ガス処理を阻害する。それ故、これらの異物を、効率的に除去する技術が求められている。
【０００６】
特許文献７には、廃棄物溶融炉から排出された排ガスを冷却する減温塔の下流に、排ガスを通過させるコークス充填槽と、このコークス充填槽から排出された排ガスを集塵処理するろ過式集塵機を配置した廃棄物溶融炉の排ガス処理装置が提案されているが、排ガス中に混入する上記異物に対する対策はとられていない。
【０００７】
近年、竪型溶融炉の操業においては、鉄源の多様化に伴い、排ガス中に混入する異物の種類及び量は増大し、排ガス処理を頻繁に阻害するので、異物を、排ガス処理の初期の段階で除去する技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０７−１０９５０８号公報
【特許文献２】特開平０９−０６１０５８号公報
【特許文献３】特開平０８−２０９２１１号公報
【特許文献４】特表平０１−５０１４０１号公報
【特許文献５】特開平１０−０３６９０６号公報
【特許文献６】特開平０９−２０３５８４号公報
【特許文献７】特開２００３−２８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、竪型溶融炉の操業において、鉄源の多様化に伴い、排ガス中に混入し、排ガス処理を頻繁に阻害する異物を、排ガス処理の初期の段階で除去する技術が求められていることを踏まえ、竪型溶融炉の排ガスから、金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等の異物を、効率的に除去することができる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述したように、金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等は、排ガス処理装置の故障や破損の原因となるので、排ガス処理の初期段階で除去する必要がある。また、プラスチック片は、悪臭を放つスカムの発生原因となるので、やはり、排ガス処理の初期段階で除去する必要がある。
【００１１】
本発明者らは、排ガス処理の初期の段階で異物を除去する手段について鋭意検討した。本発明は、上記検討結果に基づいてなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。
【００１２】
（１）排ガス中の異物を除去する異物除去装置であって、
（ａ）頂部開口を排ガス管に接続する截頭円錐型管、該管の底部開口に続く、内径が該底部開口の内径と同じ導管部、及び、該導管部の端部を閉じる底部からなり、かつ、上記導管部の底部側下部に異物排出口を備えるガス導入管、
（ｂ）ガス導入管のガス侵入側内部に、中心軸をガス導入管の管軸に合せて配置した、底面の直径が、截頭円錐型管の頂部開口の内径と同じか、又は、該内径を超える円錐型障壁、及び、
（ｃ）ガス導入管の底部に、管軸をガス導入管の管軸に合せ、かつ、ガス流方向で見て、異物排出口の上流側の端部より上流側に位置するように開口端を取り付けた、内径が、円錐型障壁の底面の直径を超えないガス導出管、
からなることを特徴とする竪型溶融炉排ガスの異物除去装置。
【００１３】
（２）前記円錐型障壁の頂点が、截頭円錐型管の域内に位置し、かつ、該障壁の底面が、異物排出口導入部に達しない導管部の域内に位置することを特徴とする前記（１）に記載の竪型溶融炉排ガスの異物処理装置。
【００１４】
（３）前記円錐型障壁の頂角が、前記截頭円錐型管の開き角と同じであることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の竪型溶融炉排ガスの異物除去装置。
【００１５】
（４）前記截頭円錐型管が、排ガス管と接続する短管を備えていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の竪型溶融炉排ガスの異物除去装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、竪型溶融炉の排ガスから、排ガス処理を阻害する異物（金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等）を、ほぼ除去することができる。それ故、その後の排ガス処理を、支障なく効率的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の排ガス処理設備の一部の態様を示す図である。
【図２】本発明の異物除去装置の断面構造を示す図である。
【図３】図２に示す異物除去装置の側断面構造を示す図である。（ａ）は、Ａ−Ａ断面構造を示し、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ断面構造を示す。
【図４】本発明の異物除去装置を組み込んだ排ガス処理設備を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に、従来の排ガス処理設備の一部を示す。除塵装置１３は、ガス冷却器５、吸引ファン７、及び、ミスト分離器８から構成されている。竪型溶融炉１で発生した排ガスは、排ガス吸引部２に連結する排ガス管路３を経て、ガス吸引口４から、ガス冷却器５内に吸引される。
【００２０】
排ガスは、ガス冷却器５内で、循環水路１０に連結する散水ノズル６からの散水６ａにより、除塵されるとともに冷却される。除塵、冷却後の排ガスは、排ガス管路３ａを通過する間、さらに、散水６ａを受け、吸引ファン７及びミスト分離器８で、微小塵が除去される。
【００２１】
ミスト分離器８の内部には排ガス中のミストと微小塵を捕集・除去するために空隙を有する樹脂製充填物２３を充填しており、この充填物を洗浄するために、常時、散水２４を行っている。また、充填物が汚れ、ミスト分離器８内の通気が阻害されることを監視するために、充填物の入側と出側の圧力差（差圧）２５を、常時、測定し、差圧が管理値を超えると、差圧異常として警報が発せられる。
【００２２】
微小塵及びミストが除去された排ガスは、排気口９から、そのまま大気中に燃焼放散９ａされるか、又は、他の装置（例えば、熱風炉）の燃料用ガス９ｂとして利用される。
【００２３】
散水で捕集された塵は、余剰水とともに、含塵排水として、ガス冷却器５の底部１１に溜まる。含塵排水は、塵が底部１１に沈殿しないように、常時、撹拌機１１ａで撹拌され、連続的に、排水路１２を経て、次ぎの浄化装置（図示なし）に送られる。
【００２４】
また、ミスト分離器８内の散水で捕集された塵とミストも含塵排水として、ミスト分離器８の底部から連絡排水路２６を経て、ガス冷却器５の底部１１に送られ、排水路１２を経て、次ぎの浄化装置（図示なし）に送られる。
【００２５】
しかし、散水による除塵能力には限界があり、図１に示す除塵装置１３では、排ガス処理を阻害する異物（金属片、金属片、粗粒ダスト、プラスチック片等）を、完璧に除去することはできない。そこで、本発明者らは、排ガス中の異物を、排ガス処理の初期の段階、例えば、除塵装置１３の前段で除去する手段を鋭意検討し、本発明に至った。
【００２６】
図２に、本発明の異物除去装置の断面構造の一例を示す。図３（ａ）に、図２に示す異物除去装置のＡ−Ａ断面構造を示し、図３（ｂ）に、同Ｂ−Ｂ断面構造を示す。
【００２７】
図２及び図３に示すように、異物除去装置の外側骨格構造をなすガス導入管１８が、排ガス管と接続する短管１４を備える截頭円錐型管１５、該管の端部に続く導管部１６、及び、導管部１６の端部を閉じる底部１７で構成されている。なお、短管１４を設けず、排ガス管を、直接、截頭円錐型管１５に接続してもよい。
【００２８】
ガス導入管１８の底部１７には、直径が、円錐型障壁１９の底面１９ｂの直径を超えないガス導出管２１が、管軸がガス導入管１８の管軸と一致するように取り付けられている。そして、ガス導入管１８の底部側下部には、異物排出口導入部２２ａを介して、異物排出口２２が設けられている。
【００２９】
ガス導入管１８のガス侵入側の内部には、円錐型障壁１９が、支持部材２０で、中心軸がガス導入管１８の管軸と一致するように配置されている（図３（ａ）、参照）。
【００３０】
円錐型障壁１９は、截頭円錐型管１５に流入してくる排ガスＧ0を、導管部１６の内周壁に押しやる作用をなす円錐型の部材であるので、底面の直径は、截頭円錐型管１５のガス入側の内径と同じ直径か、又は、該内径を超える直径とする必要がある。一方、過大な直径は通気抵抗の増加を招くので、截頭円錐型管ガス入側の内径の１．００〜1．０５倍とするのが好ましい。
【００３１】
円錐型障壁１９の頂角は、特に限定されるものではないが、図２に示すように、排ガスＧ0を、円滑に、排ガスＧ0’として導管部１６の内周壁に押しやることを考慮すれば、４５〜７０度が好ましい。過小な角度では、必要以上の長さの導管を要する一方、過大な角度では、ガスの円滑な流れを阻害する。また、通気抵抗の観点から、截頭円錐型管１５の開き角と同じであることが好ましい。
【００３２】
また、上記考慮点によれば、円錐型障壁１９の頂点１９ａは、截頭円錐型管１５の域内にあることが好ましい。頂角が截頭円錐型管１５の開き角と同じ円錐型障壁１９の頂点を、截頭円錐型管１５の域内に置くことにより、排ガスＧ0を、圧力損失なく、排ガスＧ0’として導管部１６の内周壁に押しやることができる。
【００３３】
また、円錐型障壁１９の底面１９ｂは、後述する異物の分離、排出を充分に達成するため、異物排出口導入部２２ａに達しない導管部１６の域内に置くことが好ましい。これにより、ガス導出管２１の開口端との間隔を適確に維持することができるので、排ガスＧ0’からの異物の分離を充分に達成することができるとともに、圧力損失を極力抑制して、異物分離後の排ガスＧ0’をガス導出管２１へ送り込むことができる。
【００３４】
導管部１６と円錐型障壁の底面１９ｂのクリアランスは、想定される異物の大きさを考慮して決定される。通常、それは、２００〜４００ｍｍとするのが適当である。ガス導出管２１の開口端は、異物排出口の上流側出口より上流側に位置する必要がある。これにより、異物の導出管への流入を防止できる。
【００３５】
截頭円錐型管、導管部、及び、底部からなるガス導入管、及び、該底部に取り付けるガス導出管、さらに、円錐型障壁の素材は、強度、耐熱性、及び、耐久性の点から、金属材料とし、その表面に耐火物を施工する。
【００３６】
ここで、図２に示す異物除去装置で、排ガス中の金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等の異物を除去できる理由について説明する。
【００３７】
排ガスは、除塵装置の吸引ファン（図１中７）で、右方向に吸引されているので、上記異物を含む排ガスＧ0が、左から、截頭円錐型管１５に侵入する。排ガスＧ0は、截頭円錐型管１５への侵入とほぼ同時に、円錐型障壁１９に衝突し、円錐型障壁１９の外周に沿って流れ、導管部１６の内周壁に押しやられる（図２中、Ｇ0’、参照）。
【００３８】
導管部１６の内周壁に押しやられ、排ガスＧ0’は、導管部１６と円錐型障壁１９の底辺との間の間隙を通過して、ガス導出管２１に流入する（図２中、Ｇ1、参照）が、この時、排ガスＧ0’に含まれている異物は、慣性力で直進する（図中、点線矢印、参照）。
【００３９】
即ち、異物を含む排ガスＧ0’が、導管部１６と円錐型障壁１９の底辺との間の間隙を通過する時、異物は、自己の慣性力で直進して、排ガスＧ0’から分離する。分離して直進する異物は、ガス導入管１８の底部１７に衝突して運動エネルギーを失って落下し、ガス導入管１８の下部に設けた異物排出口２２から排出される。
【００４０】
異物が分離した後の排ガスＧ0’は、排ガスＧ1となって、ガス導出管２１から、次の処理工程（例えば、図１中、除塵装置１３）に侵入する。なお、本発明の異物除去装置においては、排ガスＧ0が、導管部１６からガス導出管２１へ流れるだけで、異物が分離するので、排ガスの圧力損失が極めて小さい。
【００４１】
異物の中でも、金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等は、重量があり、慣性力が大きいので、図２に示す異物除去装置で、完璧に除去することができる。軽量のプラスチック小片や、細粒ダストは、排ガスＧ1に乗って、次の除塵装置に侵入することがあるが、小片、細粒であるので、次の散水による除塵で除去することができる。
【００４２】
ここで、図４に、本発明の異物除去装置を除塵装置の前段に組み込んだ排ガス処理設備の一態様を示す。なお、図４中、図１又は図２中のものと同じものは、図１と同じ符号（数字）を付した。図４に示すように、竪型溶融炉１の排ガス吸引部２と、ガス冷却器５のガス吸引口４を接続する排ガス管路３ａ、３ｂの途中に、異物除去装置１８が組み込まれている。
【００４３】
排ガス管路３ａから異物除去装置１８に吸引された排ガスは、ガス導出管２１から排ガス管路３ｂを経て、ガス吸引口４からガス冷却器５内に吸引される。この時、排ガス中の異物は、前述したように、ガス導入管１８の底部に衝突して落下し、異物排出口２２から排出される。
【００４４】
このように、本発明の異物除去装置を除塵装置の前段に組み込むことにより、排ガス処理を阻害する異物を、排ガス処理の初期段階で完璧に除去することができるので、その後の排ガス処理を、支障なく効率的に行なうことができる。
【００４５】
なお、図４に示す排ガス処理設備は、一例であって、本発明の異物除去装置は、竪型溶融炉の排ガス処理設備に限られるものではない。本発明の異物除去装置は、異物を含む排ガスを処理する設備として、広く利用できるものである。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件（寸法）は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件（寸法）を採用し得るものである。
【００４７】
（実施例）
肉厚１５０ｍｍの内面耐火物を施工した金属管を成形し、入側内径：１２００ｍｍで、出側内径：１７００ｍｍで、長さ：８５０ｍｍの截頭円錐型管と、内径：１７００ｍｍで、長さ：２３５０ｍｍの導管部からなり、下部に、内径：４００ｍｍの異物排出口を有し、内径：１２００ｍｍ、導管部への突き出し長さ：８５０ｍｍのガス導出管を有するガス導入管を作製した。
【００４８】
次いで、ガス導入管の内部に、頂角：６０°、高さ：１０４０ｍｍ、底面直径：１２００ｍｍの円錐型障壁を、中心軸が、ガス導入管の管軸に一致するように、支持部材で取りつけ、異物除去装置を製造した。
【００４９】
製造した異物除去装置を、竪型溶融炉の排ガスを処理する排ガス処理設備の除塵装置の前段に組み込んで、排ガス中の異物を除去した。その結果を、表１に示す。
【００５０】
【表１】
2012237535.tif 000003
【００５１】
表１に示すように、本発明の異物除去装置は、排ガス中の異物除去に顕著な効果を奏するものである。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
前述したように、本発明によれば、竪型溶融炉の排ガスから、排ガス処理を阻害する異物（金属片、金属線、粗粒ダスト、プラスチック片等）を完璧に除去することができるので、その後の排ガス処理を、支障なく効率的に行なうことができる。したがって、本発明は、鉄鋼産業や廃棄物処理産業において利用可能性が大きいものである。
【符号の説明】
【００５３】
１    竪型溶融炉
２    排ガス吸引部
３、３ａ、３ｂ    排ガス管路
４    ガス吸引口
５    ガス冷却器
６    散水ノズル
６ａ    散水
７    吸引ファン
８    ミスト分離器
９    排気口
９ａ    燃焼放散
９ｂ    燃料用ガス
１０    循環水路
１１    ガス冷却器の底部
１１ａ    撹拌機
１２    排水路
１３    除塵装置
１４    短管
１５    截頭円錐型管
１６    導管部
１７    ガス導入管の底部
１８    ガス導入管
１９    円錐型障壁
１９ａ    円錐型障壁の頂部
１９ｂ    円錐型障壁の底面
２０    支持部材
２１    ガス導出管
２２    異物排出口
２２ａ    異物排出口導入部
２３    樹脂製充填物
２４    ミスト分離器内散水
２５    充填物の入側と出側の圧力差（差圧）
２６    連絡排水路
Ｇ0、Ｇ0’、Ｇ1    排ガス
【図１】
2012237535.tif 000004
【図２】
2012237535.tif 000005
【図３】
2012237535.tif 000006
【図４】
2012237535.tif 000007