(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉体と炉蓋とを備え、該炉体の内部で該炉蓋に装備されたバーナからの火炎により粉体の溶融処理を行う溶融処理装置であって、
前記炉蓋に、前記炉体内の溶融物の内部に挿入されて該溶融物中に撹拌ガスを吹き込むガス吹込ランスを装備してあり、
且つ前記炉体が製鋼用アーク炉の炉体であって、前記ガス吹込ランス及び前記バーナを装備した炉蓋が、該製鋼用アーク炉における製鋼操業用の炉蓋とは別途に用意された粉体の溶融処理用の炉蓋であることを特徴とする粉体の溶融処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記ガス吹込ランスが前記炉蓋に複数本それぞれ異なった位置に装備してあることを特徴とする粉体の溶融処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は製鋼時に発生するダスト等の粉体の溶融処理装置に関し、詳しくはアーク炉の炉体を利用した溶融処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アーク炉等の製鋼炉（以下アーク炉で説明する）を用いた製鋼においては、大気汚染防止のために集塵装置を設けてアーク炉からのダストを集塵することが行われている。
この製鋼排出物としてのダストは粒の細かい（例えば１〜５μｍ程度）粉体状であって、その成分としてFeO，Fe２O３（約６０％）や、ZnO（約２０％）を含んでいるものの、再利用が困難で従来そのまま廃却されていた。
【０００３】
しかしながら近年、廃却処分場の確保が次第に難しくなって来ており、また廃却に際しては廃却コストがかかる問題もある。
そこでかかる製鋼排出物としてのダストを溶融処理装置で溶融してスラグ化することが考えられている。
【０００４】
しかしながらその溶融処理装置として専用の溶融炉を用いると設備コストが高くなり、また溶融のためのエネルギーコストも高くなってイニシャルコスト及びランニングコストを合せた全体のコストが廃却コストに比べて著しく高いものになってしまう。
【０００５】
一方、都市ゴミの焼却場においては焼却炉内に燃え殻として残る主灰と、排ガス中から捕集される飛灰とが発生する。
これら主灰や飛灰についても、それらを溶融してスラグ化することが行われている。
その際に溶融処理装置として専用炉を用いた場合においても上記と同様の問題が生ずる。
【０００６】
そこで製鋼炉、例えばアーク炉を粉体溶融処理のための処理装置として用い、その炉蓋にバーナを設けてそのバーナからの火炎によりダストを溶融処理することが考えられ、実際に本出願人は先の特許願（特願２００２−０２２２８４）においてこれを提案している。
【０００７】
図４はその一例を示したものである。
図４（Ｂ）において２００はアーク炉で、２０２は炉体、２０４は炉蓋である。
炉蓋２０４には挿入孔２０６が設けられていて、挿入孔２０６に電極棒２０８が挿入され、その電極棒２０８と被熱物との間でアークを発生させ、そのアーク熱によって被熱物を加熱しこれを溶解する。
【０００８】
図４（Ａ）において、２１０はこのアーク炉２００を用いて構成した粉体の溶融処理装置で、炉蓋２０４の挿入孔２０６から電極棒２０８を抜き取り、そして何れかの挿入孔（ここでは図中真中の挿入孔）２０６にバーナ２１２を挿入して、そのバーナ２１２からの火炎によりダストを溶融処理する。
尚２１４は他の挿入孔２０６を閉鎖する盲栓である。
【０００９】
このようにした場合、既存のアーク炉２００をダストの溶融処理装置２１０として利用していることから、専用の溶融炉を用いる場合に比べて設備コストを安価に抑えることができる。
またアーク炉２００を用いた製鋼操業は通常電力コストの安価な夜間に行われており、昼間は一般にアーク炉２００は操業停止している。
【００１０】
しかるに上記によれば、昼間操業停止しているアーク炉２００を用いて粉体の溶融処理を行うことができ、既存のアーク炉２００を有効に活用できる利点が得られる。
またアーク炉２００は夜間の製鋼操業に備えて昼間操業停止している間予熱し保温しておくことが行われるが、上記によれば粉体の溶融処理によってその予熱を兼ねることができ、トータルとしてのエネルギーコストを安価に抑えることができるなどの利点が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのアーク炉を用いた粉体の溶融処理装置の場合溶融スラグの撹拌手段を備えておらず、そのため溶融したスラグが直ぐに固化してしまい、目的を必ずしも十分に果たすことができない問題があった。
詳しくは、この溶融処理装置２１０では一旦溶融したスラグが炉体２０２の耐火物への接触部分から固化して行き、バーナ２１２からの火炎により直接加熱される部分だけが局所的に溶融した状態となって、溶融スラグのプールを形成した状態となる。
【００１２】
例えば上記ダストを溶融処理してスラグ化することの目的の１つは、ダスト中に含まれている有害成分のZnを除去してダストを無害化し、また併せてダスト中からZnを回収してこれを資源として再利用を図ることにある。
【００１３】
ここでZnの分離は、炭素質物質を加えて溶融スラグ中のZnOを還元したときZnが金属蒸気となって溶融スラグ中から抜けて行くことを利用するものであるが、上記のように溶融スラグが直ぐに固化してしまうと溶融スラグ中のZnOが亜鉛蒸気となって十分に抜けて行かず、溶融スラグ中に多く残留してしまうのである。
これにより、ダストを溶融処理してスラグ化した場合においてZnを除去してこれを無害化すること、及びダスト中からZnを回収するという目的が十分に果たせなくなるのである。
【００１４】
この場合アーク炉２００における炉体２０２の炉底に吹込孔を設けてそこからN２ガス等の不活性ガスを撹拌ガスとして溶融スラグ中に吹き込むようにすることが考えられる。
しかしながらアーク炉２００は鉄スクラップ等の原料を溶解して製鋼することを本来の目的とするものであって、メンテナンスを頻繁に行わなければならないN２ガス等撹拌ガスの吹込孔をわざわざ炉底に作るということは、アーク炉２００における通常の製鋼操業に支障を来す問題が生じ、実際にはそうした手段を採用することは困難である。
【００１５】
以上はアーク炉を用いてダストを溶融処理する場合の問題であるが、ダスト以外の粉体を溶融処理するに際しても溶融物が直ぐに固化してしまうことによる不都合を生じる点で事情はほぼ同様である。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の粉体の溶融処理装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、炉体と炉蓋とを備え、該炉体の内部で該炉蓋に装備されたバーナからの火炎により粉体の溶融処理を行う溶融処理装置であって、前記炉蓋に、前記炉体内の溶融物の内部に挿入されて該溶融物中に撹拌ガスを吹き込むガス吹込ランスを装備してあり、且つ前記炉体が製鋼用アーク炉の炉体であって、前記ガス吹込ランス及び前記バーナを装備した炉蓋が、該製鋼用アーク炉における製鋼操業用の炉蓋とは別途に用意された粉体の溶融処理用の炉蓋であることを特徴とする。
【００１７】
請求項２のものは、請求項１において、前記ガス吹込ランスが前記炉蓋に複数本それぞれ異なった位置に装備してあることを特徴とする。
【００１８】
【作用及び発明の効果】
以上のように本発明は、バーナからの火炎により粉体の溶融処理を行う溶融処理装置において、溶融物の内部に挿入されて撹拌ガスを吹き込むガス吹込ランスを炉蓋に装備したもので、本発明によれば、ガス吹込ランスを通じての撹拌ガスの吹込みにより溶融物を撹拌した状態で粉体の溶融処理を行うことができ、従って撹拌不足によって溶融物が直ぐに固化してしまう問題を解決することができる。
【００１９】
また本発明では炉蓋にガス吹込ランスを装備して、そこから溶融物の内部に撹拌ガスを吹き込むようにしているため、前記のように炉底に吹込孔を設けてそこから撹拌ガスを溶融物中に吹き込む場合に生ずる面倒なメンテナンス作業を不要化できる利点が得られる。
【００２０】
本発明においては、上記炉蓋にガス吹込ランスと併せて粉体の溶融処理のためのバーナを装備しておく。
このようにしておけば、例えば炉体に挿入孔を設けてそこからバーナを挿入するような場合と異なり、炉体そのものは特に構造的な変更を加えなくても良く、単に炉蓋を炉体に被せるだけで粉体の溶融処理に必要な機能を持たせることができる。
【００２１】
本発明ではまた、粉体の溶融処理装置における炉体として製鋼用アーク炉の炉体を用い、そこに上記ガス吹込ランスをバーナとともに装備した、製鋼操業用の炉蓋とは別途に用意された炉蓋を被せて溶融処理装置を構成するもので、この発明によれば、製鋼操業用の既存の炉体をそのまま溶融処理装置の炉体として活用でき、設備コストを安価となすことができる。
また製鋼操業を行っていない間、これを用いて粉体の溶融処理を行うことで、次の製鋼操業に向けての炉体の予熱を兼用することができ、加熱のためのエネルギーコストも低減し得てイニシャルコスト及びランニングコストを含む全体のコストを低減することができる。
【００２２】
更に単に炉蓋を取り替えるだけで、通常のアーク炉を用いた製鋼操業から粉体の溶融処理操業への切替え又はその逆の切替えを素早く行うことができる。
【００２３】
本発明では、上記ガス吹込ランスを炉蓋に複数本それぞれ異なった位置に装備しておくことができる（請求項２）。
このようにしておくことで炉体内部の溶融スラグをより広範囲に亘って撹拌することができ、また撹拌の程度も各ガス吹込ランスごとに調整することができ、撹拌条件を最適に調整できる利点が得られる。
【００２４】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図２において１０はアーク炉で、１２は炉体、１４は炉蓋である。
炉蓋１４には挿入孔１６が設けられており、その挿入孔１６を通じて電極棒１８が炉体１２内部に向けて挿入されている。
炉蓋１４にはまた排気口２０が設けられていて、そこに排気ダクト２２が接続されている。
【００２５】
このアーク炉１０では鉄スクラップ等の原料を内部に装入して電極棒１８によりアークを発生させ、そのアーク熱によって原料を溶解する。
図中２４は溶鋼を表している。
【００２６】
図１はアーク炉１０における炉体１２を用いて粉体の溶融処理装置を構成した一例を示している。
同図において２８は粉体溶融のための専用の炉蓋であって、この例の溶融処理装置２６は、この炉蓋２８とアーク炉１０における炉体１２とで構成されている。
炉蓋２８には排気口２０が設けられていて、そこに排気ダクト２２が接続されている。
【００２７】
炉蓋２８の中心部には上向きに突出する形態でバーナ取付部３０が設けられており、そこに酸素バーナ（ここでは純酸素バーナ）３２が炉蓋２８を貫通する状態で取り付けられている。
またバーナ取付部３０にはパイロットバーナ３４が併せて取り付けられている。
【００２８】
図３は酸素バーナ３２の先端面の構成を示したもので、図示のようにこの酸素バーナ３２の先端面の中心部には燃料を噴出するための燃料噴出孔３６が設けられており、ここより燃料が噴出される。
更にこれを取り巻くようにして１次酸素を噴出するための酸素噴出孔３８ａがリング状に設けられている。
【００２９】
一方、最も外周側には２次酸素を噴出するための酸素噴出孔３８ｂが周方向に沿って所定間隔ごとに複数設けられており、これら酸素噴出孔３８ａ，３８ｂから１次酸素及び２次酸素が噴出されるようになっている。
他方これら酸素噴出孔３８ａと３８ｂとの間の位置には燃料噴出孔３６周りに円弧状をなす長孔形状の粉体噴出孔４０が設けられている。
【００３０】
図１（Ｂ）に示しているように酸素バーナ３２にはまた、燃料の流入口４２，１次酸素と２次酸素の流入口４４ａ，４４ｂ、粉体の流入口４６、更に冷却水の流入口４８と流出口５０とが設けられている。
酸素バーナ３２はこの流入口４８から流入した冷却水によって冷却されるようになっている。冷却後の水は流出口５０から外部に流出する。
【００３１】
図１（Ａ）に示しているように、炉蓋２８にはまたバーナ取付部３０を取り巻く位置において４箇所にランス取付部５２が上向きに突出する状態で設けられており、そこにガス吹込ランス５４が炉蓋２８を貫通する状態で取り付けられている。
これらガス吹込ランス５４は先端部が溶融スラグ（溶融物）５６内部に挿入される位置まで、詳しくは先端部のノズル５８が炉体１２における炉底近傍に位置するところまで炉体１２内部に上方から下向きに深く挿入されるようになっている。
尚これらガス吹込ランス５４はそれぞれ上下方向の取付位置が調整可能とされている。
【００３２】
これらガス吹込ランス５４は、先端部のノズル５８から溶融スラグ５６中にN２ガス等の不活性ガスを撹拌ガスとして吹き込み、これによって溶融スラグ５６を撹拌するもので、炉蓋２８の外側に突き出した上端部に撹拌ガスの流入口６０が、また冷却水の流入口６２と流出口６４とが設けられている。
即ちこれらガス吹込ランス５４はその内部が冷却水による冷却構造とされている。
尚図中６６は酸素バーナ３２からの火炎を表している。
【００３３】
本例において、通常のアーク炉操業即ち製鋼操業を行う際には、図２に示しているように炉体１２に炉蓋１４を被せた状態で電極棒１８によりアークを発生させ、そのアーク熱によって鉄スクラップ等の原料を溶解する。
このとき、粉体の溶融処理用に用いる炉蓋２８を受台６８の上に載せた状態で待機させておく。
尚このアーク炉１０による製鋼操業は通常電力コストの安い夜間において行われる。
【００３４】
一方粉体の溶融処理、この例では製鋼時に発生するダストの溶融処理を行う場合は、アーク炉１０の炉体１２から炉蓋１４を取り外し、替わりに受台６８に載せてある炉蓋２８を炉体１２に被せ、図１に示す溶融処理装置２６を構成する。
そして酸素バーナ３２から燃料を噴出するとともに酸素噴出孔３８ａ，３８ｂから１次酸素及び２次酸素を噴出して火炎６６を発生させ、そしてその火炎６６中に、酸素バーナ３２の粉体噴出孔４０から粉体、即ち製鋼時に発生するダストを噴出して火炎６６の熱によりこれを炉体１２内部で溶融させる。
【００３５】
このときガス吹込ランス５４を通じて撹拌ガスを供給し、そしてその先端部のノズル５８から撹拌ガスを溶融スラグ５６中に吹き込んで溶融スラグ５６を撹拌する。
即ちこの撹拌ガスによる溶融スラグ５６の撹拌を行いながら、酸素バーナ３２によってダストの溶融処理を行う。
【００３６】
尚、ダストの溶融処理に際して溶融スラグ５６への炭素質物質の供給を併せて行う。
この炭素質物質の供給は酸素バーナ３２を通じて行うこともできるし、或いはまた別の手段によって行うこともできる。
【００３７】
この炭素質物質の供給によってダスト中に含まれるZnOを還元し、これを亜鉛蒸気として溶融スラグ５６から分離し、更に再酸化によってZnOの粉末としてこれを回収することができる。
ここで炭素質物質としてコークス，黒鉛等殆ど炭素から成るものの外、石炭，ピッチ等若干の揮発性の可燃成分を含んだものその他を使用することができる。また炭素質物質は粉粒体の形で供給することができる。
【００３８】
但し酸素バーナ３２に炭素質物質を微粉の形で供給する場合には、炭素質物質が火炎６６中で燃えてしまって溶融スラグ５６に到達しないこともあるので、溶融スラグ５６に炭素質物質が届くような形態で酸素バーナ３２に供給するようにするのが良い。
尚ダストの組成は例えば以下のような組成である。
【００３９】
成分          重量％
SiO２            ５
CaO           ５
FeO         ５５
Al２O３          ３
C         １〜３
ZnO         ２０
【００４０】
尚、このダストとともに製鋼過程で発生する還元スラグの粉体をともに噴出して、ダストと還元スラグとを溶融し、それらを反応させるようにしても良い。
この還元スラグは一例として以下のような組成を有している。
成分          重量％
SiO２          ２５
CaO         ５０
FeO           １
Al２O３        １１
C           ＜１
ZnO         ＜１
【００４１】
尚還元スラグについては、粉体状で供給するのでなく溶融状態で炉体１２内部に投入することもできる。
【００４２】
以上のような本例の溶融処理装置２６によれば、溶融スラグ５６を撹拌した状態でダスト等粉体の溶融処理を行うことができ、撹拌不足によって溶融スラグ５６が直ぐに固化してしまう問題を解決することができる。
またガス吹込ランス５４から溶融スラグ５６中に撹拌ガスを吹き込んでいるので、炉底に吹込孔を設けてそこから撹拌ガスを溶融スラグ５６中に吹き込む場合に生ずる面倒なメンテナンス作業を不要化することができる。
【００４３】
更に炉体１２そのものに特に構造的な変更を加えなくても、単に炉蓋２８を炉体１２に被せるだけで粉体の溶融処理に必要な機能を持たせることができる。
【００４４】
また本例では、製鋼操業用の既存の炉体１２をそのまま溶融処理装置２６の炉体１２として活用していることから、設備コストを安価とすることができるとともに、製鋼操業を行っていない間粉体の溶融処理を行うことで、次の製鋼操業に向けての炉体１２の予熱を兼用することができ、加熱のためのエネルギーコストをも低減し得る。
【００４５】
また炉蓋２８を取り替えるだけで通常のアーク炉１０を用いた製鋼操業から粉体の溶融処理操業に若しくはその逆に切替えを素早く行うことができる。
加えてガス吹込ランス５４が炉蓋２８のそれぞれ異なった４箇所に装備してあるため、溶融スラグ５６をより広範囲に亘って撹拌することができ、また撹拌の程度も各ガス吹込ランス５４ごとに調整でき、撹拌条件を最適に調整できる。
【００４６】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば本発明は焼却炉で発生する主灰や飛灰その他の粉体を溶融処理するに際して適用することも可能であるなど、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例である粉体の溶融処理装置を示す図である。
【図２】  図１における溶融処理装置の炉蓋をアーク炉とともに示す図である。
【図３】  図１における酸素バーナの先端面の構成を示す図である。
【図４】  本出願人の出願に係る先願の発明の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  アーク炉
１２  炉体
１４，２８  炉蓋
２６  溶融処理装置
３２  酸素バーナ
５４  ガス吹込ランス
５６  溶融スラグ（溶融物）
６６  火炎
【図１】
0004165112.tif 000002
【図２】
0004165112.tif 000003
【図３】
0004165112.tif 000004
【図４】
0004165112.tif 000005