(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉底部に出銑口および底吹き羽口、下部側壁に１次羽口、該１次羽口の上部側壁に２次羽口、炉上部に開口部を有する筒型炉を使用し、炉底部から１次羽口位置までコークス充填層を形成させ、該コークス充填層の上に鉄原料とコークスとを装入し、前記１次羽口から吹き込む酸素含有ガスにより装入されたコークスを燃焼させて高温ガスを発生させ、該高温ガスを前記２次羽口より吹き込む酸素含有ガスにより２次燃焼し鉄原料を溶解し、得られた溶銑およびスラグを前記出銑口より排出し、前記開口部から排出ガスを排出する溶銑の製造方法において、前記コークス充填層の上の鉄原料である鉄スクラップ中部充填層とコークスであるコークス中部充填層の層高さを調整することで、開口部における排出ガスの温度を８００℃以上とし、回収された排出ガスを冷却速度１６０℃／Ｓ以上で１００℃以下に急冷し、排ガス中のダイオキシン濃度を0.01 ng-TEQ/m3以下とすることを特徴とする溶銑の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄スクラップ等の鉄原料から溶銑を製造する方法に関し、特に筒型炉から排出されるダイオキシンの低減方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄スクラップのリサイクルは、資源の有効活用という視点に加え、地球環境問題の重要事項の一つである二酸化炭素発生量低減対策としても期待されている。また、近年における我が国の鉄スクラップ発生量は毎年１００万トン程度の増加基調にあり、今後もその傾向は続くものと見込まれている。従って、来るべき鉄スクラップ余剰時代に対応する鉄スクラップのリサイクル技術の開発が急務と考えられる。
【０００３】
本出願人は、既に例えば特許第２５６０６６７号公報に、筒型炉の炉上部から鉄原料とコークスとを装入し、羽口から吹き込む酸素含有ガスにより装入されたコークスを燃焼させて高温ガスを発生させ、その高温ガスの顕熱で鉄原料を溶解し、得られた溶銑およびスラグを炉底部出銑口より排出し、炉上部の炉口部から排出するガスを回収する溶銑を製造する方法を提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方最近、大気汚染防止法施行例改正（１９９７年１２月１日）により製鋼用電気炉に関して新設電気炉で0.5 ng-TEQ/m3(標準状態）以下のダイオキシン排出基準が設けられており、今後、益々環境規制が厳しくなると予測される。
【０００５】
本出願人が提案した前記鉄スクラップ等の鉄原料から溶銑を製造する技術では、排出ガス中のダイオキシン濃度は0.1 ng-TEQ/m3(標準状態）以下に低減可能であるが、更に望ましい0.01 ng-TEQ/m3 (標準状態）以下に安定して達成できる技術が望まれている。
【０００６】
その方策として、炉から排出されたガスを燃焼炉等で高温に再燃焼後、急冷する方法が考えられる。しかし、この方法では、設備費とランニングコストが割高になるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、簡易な方法で排出ガス中のダイオキシン濃度を0.01ng-TEQ/m3(標準状態）以下に安定して低下できる鉄スクラップの溶解方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、排出ガス中のダイオキシン濃度を0.01ng-TEQ/m3(標準状態）以下に安定して低下できる方法について試験を行ったところ下記の知見を得た。
【０００９】
図１は、筒型炉の排出ガス温度とダイオキシン濃度との関係を示すグラフである。
なお、ダイオキシン濃度は、各排出ガス温度から１００℃以下に急冷した後の濃度を示す。
【００１０】
ここで、急冷するという意味は、排出ガスの冷却速度が１６０℃／Ｓ以上をいう。
同図に示すように、排出ガスの温度を８００℃以上とし、１００℃以下に急冷することで、ダイオキシン濃度は、0.01ng-TEQ/m3(標準状態）以下に安定して低減できることが分かった。
【００１１】
１００℃以下に急冷すると良い理由は、ダイオキシンの前駆体の再合成を十分に抑制できるからと推定できる。
本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、その要旨は、「炉底部に出銑口および底吹き羽口、下部側壁に１次羽口、該１次羽口の上部側壁に２次羽口、炉上部に開口部を有する筒型炉を使用し、炉底部から１次羽口位置までコークス充填層を形成させ、該コークス充填層の上に鉄原料とコークスとを装入し、前記１次羽口から吹き込む酸素含有ガスにより装入されたコークスを燃焼させて高温ガスを発生させ、該高温ガスを前記２次羽口より吹き込む酸素含有ガスにより２次燃焼し鉄原料を溶解し、得られた溶銑およびスラグを前記出銑口より排出し、前記開口部から排出ガスを排出する溶銑の製造方法において、前記コークス充填層の上の鉄原料である鉄スクラップ中部充填層とコークスであるコークス中部充填層の層高さを調整することで、開口部における排出ガスの温度を８００℃以上とし、回収された排出ガスを冷却速度１６０℃／Ｓ以上で１００℃以下に急冷し、排ガス中のダイオキシン濃度を0.01 ng-TEQ/m3以下とすることを特徴とする溶銑の製造方法」である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明をより明確に説明するため、本出願人が先に提案した方法を行う装置の１例について説明する。
【００１３】
図２は、本出願人が先に提案した方法を行う装置の１例を示す筒型炉である。同図に示すように、筒型炉１は、炉上部に炉内ガスの排出と原料の装入を行うための開口部２、炉壁下部に支燃性ガス（酸素含有ガス）と必要に応じて燃料を吹き込む１次羽口３、その上部側壁に支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込む２次羽口４、炉底部に支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込む底吹き羽口５および溶銑とスラグ９を排出する出銑口６を備えている。
【００１４】
上記筒型炉１を用いて溶銑を製造するには、まず炉内下部にコークス下部充填層７Ａを、その上にコークス中部充填層７Ｂと鉄スクラップ中部充填層８Ｂを形成させる。
【００１５】
また、コークス下部充填層７Ａに底吹き羽口５および１次羽口３から支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込んで下記（１）式の反応を進行させ、その反応熱によってコークス下部充填層７Ａを高温に保つ。
【００１６】
Ｃ  ＋  １／２Ｏ2 →  ＣＯ  ＋29,400Kcal/kmol・C       …（１）
上記（１）式で発生したＣＯガスは、鉄スクラップ中部充填層８Ｂで２次羽口４から吹き込まれる支燃性ガスと下記（２）式の反応すなわち２次燃焼を起こす。
【００１７】
ＣＯ  ＋  １／２Ｏ2 →  ＣＯ2 ＋67,590Kcal/kmol・C     …（２）
この２次燃焼による反応熱は、鉄スクラップの溶解熱として利用される。
溶解した鉄スクラップは、高温・強還元雰囲気に保持されたコークス下部充填層７Ａに滴下して溶銑となり、炉底部に溜まる。
【００１８】
使用する２次羽口４は、１段でもよいが複数段にしてもよい。
一方、コークス中部充填層７Ｂは、荷下がりにともなって降下し、コークス下部充填層７Ａに移動する。
【００１９】
炉底部に溜まった溶銑およびスラグ９は、炉底部の出銑口６から、連続的にまたは間欠的に排出される。
消失したコークスおよび鉄スクラップを補給するため、コークス上部充填層７Ｃおよび鉄スクラップ上部充填層８Ｃを形成するように装入される。
【００２０】
消失したコークスおよび鉄スクラップを補給する操作を繰り返し行うことで、高生産性でかつ高い燃料利用効率で溶銑を製造することができる。
図３は、本発明を行う装置例を示す筒型炉である。
【００２１】
同図に示すように、筒型炉１は、炉上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部２、炉壁下部に支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込む１次羽口３、その上部側壁に支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込む２次羽口４、炉底部に支燃性ガスと必要に応じて燃料を吹き込む底吹き羽口５および溶銑とスラグ９を排出する出銑口６を備えている。
【００２２】
上記筒型炉１を用いて溶銑を製造するには、まず炉内下部にコークス下部充填層７Ａを、その上にコークス中部充填層７Ｂと鉄スクラップ中部充填層８Ｂを形成させることでコークス下部充填層７Ａ、鉄スクラップ中部充填層８Ｂおよびコークス中部充填層７Ｂから構成される原料層の高さを低位に保持して、筒型炉からの排出ガス温度を８００℃以上となるように調整する。
【００２３】
なお、原料層の高さを低位に保持するという効果は、上記補給された鉄スクラップ中部充填層８Ｂおよびコークス中部充填層７Ｂと炉内のガスとの熱交換時間を短くするということである。
【００２４】
上記充填層とガスとの熱交換量が低減されることにより、排出ガスを予想外の高温にすることができる。
すなわち、原料層の高さを低位に保持すると、排出ガス温度を８００℃以上に調整できるのは、上記補給された鉄スクラップ中部充填層８Ｂおよびコークス中部充填層７Ｂと炉内のガスとの熱交換時間を抑えているので、原料とガスとの熱交換速度が律速となり、コークスおよび鉄スクラップの加熱用の熱源としての２次燃焼反応熱を抑制することができるからである。
【００２５】
図４は、炉内から排出された排出ガスの処理方法例を示す概念図である。
筒型炉からの排出ガス温度を８００℃以上に調整された排出ガスは、ガス排出通路１０を通って回収され、例えば湿式集塵機１１に導かれ、湿式集塵機内の冷却媒（例えば水）により１００℃以下に急冷されるとともにダストが除去され、ＣＯおよびＨ2 を含有するガスがガス回収配管１２へ導かれる。湿式集塵機１１は、排出ガスの急冷と除塵ができる方式であれば方式は問わないが、好ましい冷却媒は水である。
【００２６】
【実施例】
使用した炉は、図３に示す筒型炉であり、炉寸法は炉底から炉口までの高さ３. ６ｍ、炉口径１３６０mm、炉床径１４００mm、内容積６. ９ｍ3である。
【００２７】
１次羽口は、炉底から１. ０ｍの位置で円周方向に４本、２次羽口は、炉底から１. ６ｍと２. ２ｍの位置に２段、各６本、底吹き羽口は、炉底部に２本設置した。炉壁下部には、出銑口が設けられている。
【００２８】
排出ガス処理設備は、前記図４に図示したように筒型炉の開口部の上部にあるガス排出通路、湿式集塵機およびガス回収配管から構成され、湿式集塵機内で水冷・除塵されたガスはダイオキシン濃度を測定後大気へ放散した。
【００２９】
表１に操業条件と試験結果を示す。
【００３０】
【表１】
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なお、同表に示す従来例は、筒型炉の開口部における排出ガス温度が４００℃であり、そのまま湿式集塵で水冷・除塵した場合である。
【００３１】
また、本発明例は、鉄スクラップ溶解操作中、筒型炉の原料層の高さを低位に保持して筒型炉の開口部における排出ガス温度を９５０℃に高く維持し、そのまま湿式集塵で水冷・除塵し、排出ガス温度を冷却速度２００℃／Ｓで１００℃以下に下げた場合である。
【００３２】
同表に示すように、従来例においても、ダイオキシン濃度は、0.1 ng-TEQ/m3（標準状態）と低いが、本発明例によれば、ダイオキシン濃度は、0.001 ng-TEQ/m3(標準状態）と更に低い濃度を達成できた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の鉄スクラップの溶解方法により、排出ガス中のダイオキシン濃度を0.01 ng-TEQ/ m3(標準状態）以下に安定して低下できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】筒型炉の排出ガス温度とダイオキシン濃度との関係を示すグラフである。
【図２】従来法の溶銑の製造方法を説明するための筒型炉の構成例を示す概念図である。
【図３】本発明の溶銑の製造方法を説明するための筒型炉の構成例を示す概念図である。
【図４】本発明に使用する排出ガス処理設備の構成例を示す概念図である。
【符号の説明】
１：筒型炉、
２：開口部、
３：一次羽口、
４：二次羽口、
５：底吹き羽口、
６：出銑口、
７Ａ：コークス下部充填層、
７Ｂ：コークス中部充填層、
７Ｃ：コークス上部充填層、
８Ｂ：鉄スクラップ中部充填層、
８Ｃ：鉄スクラップ上部充填層、
９：溶銑およびスラグ、
１０：排出ガス通路、
１１：湿式集塵機、
１２：排出ガス回収管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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