(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素系可燃物質からなる充填層を形成するとともに、前記充填層に処理対象物を投入し、前記充填層で還元溶融された還元溶融物を下部より取り出し可能な還元溶融炉であって、
前記充填層の下側に、前記充填層を下方より支持する支持部を前記還元溶融物が滴下可能な状態で設け、前記支持部の下側に酸素含有ガスの空燃比を調節可能なバーナを備えた燃焼室を設け、前記還元溶融物が貯留する燃焼室下部から前記処理対象物の還元溶融物を取り出し可能に構成され、
前記充填層において前記支持部から前記炭素系可燃物質が充填された充填層高さの半分以下の部位である前記支持部側の部位に、酸素含有ガスを供給可能な羽口を設けて、前記バーナと前記羽口から供給される酸素含有ガスの供給量を調節して、前記充填層及び前記燃焼室を還元雰囲気状態に維持可能であるとともに、
前記燃焼室内の燃焼空間に、前記還元溶融物に対する処理材を投入可能な還元溶融物処理材投入口を設けた還元溶融炉。
【請求項２】
前記処理材が、前記還元溶融物に対する還元促進材である請求項１記載の還元溶融炉。
【請求項３】
前記処理材が、前記還元溶融物表面に浮遊して前記燃焼室内に存する酸素と結合する材料である請求項１記載の還元溶融炉。
【請求項４】
前記処理材が、前記還元溶融物の流動性を調整する流動性調整材である請求項１記載の還元溶融炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属還元技術並びに廃棄物処理技術に関すものであり、炉内に、炭素系可燃物質からなる充填層を形成するとともに、この充填層に処理対象物を投入し、充填層で還元溶融して、還元溶融物を下部より取り出し可能に構成される還元溶融炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような還元溶融炉としては、所謂、キュポラ型の還元溶融炉が知られている。このような還元溶融炉にあっては、図２に示すように、炉内に炭素系可燃物質からなる充填層を形成し、この充填層を高温還元状態として、処理対象物の還元溶融が行われる。炉の運転にあたっては、炉頂部近傍から還元処理対象物、還元促進材等が投入され、充填層を処理物が通過する際に、処理がされ、炉底部から還元溶融物が取り出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなキュポラ型の炉にあっては、以下のような問題があった。即ち、従来型の炉においては、コークス等の固体燃料のみを熱源、還元雰囲気形成源として利用するため、還元溶融に必要な温度並びに還元雰囲気の制御を安定しておこなうことが比較的難しい。従って、炉の運転に熟練した運転員が必要とされ、熟練運転員を育生するための時間、費用が過大になっていた。一方、熟練度の低い運転員では、炉の運転が難しく、炉から得られる還元溶融物の品質が安定しないという問題があった。
さらに、炉内の温度管理については、固体燃料を高温化させるため、多分に酸素含有ガスを充填層近傍に取り付けた羽口から供給しておこなう必要があったため、羽口付近は酸化雰囲気となり炉内の各部によって不均一な還元溶融ゾーンが形成されるという問題があった。
また、還元促進材を処理対象物とともに炉上部から投入していたため、充填層を通過する時間が長くなり、炉下部から取り出された製品が不良品であった場合、短時間で製品不良を解決する手段を取ることが困難であった。
従って、本発明の目的は、上記のような問題を解決することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による請求項１に係わる、炭素系可燃物質からなる充填層を形成するとともに、この充填層に処理対象物を投入し、充填層で還元溶融された還元溶融物を下部より取り出し可能な還元溶融炉の特徴構成は、以下のとおりである。
〔構成〕
即ち、充填層の下側に、この充填層を下方より支持する支持部を還元溶融物が滴下可能な状態で設け、支持部の下側に酸素含有ガスの空燃比を調節可能なバーナを備えた燃焼室を設け、還元溶融物が貯留する燃焼室下部から前記処理対象物の還元溶融物を取り出し可能に構成され、前記充填層において前記支持部から前記炭素系可燃物質が充填された充填層高さの半分以下の部位である前記支持部側の部位に、酸素含有ガスを供給可能な羽口を設けて、バーナと羽口から供給される酸素含有ガスの供給量を調節して、充填層及び燃焼室を還元雰囲気状態に維持可能であるとともに、燃焼室内の燃焼空間に、還元溶融物に対する処理材を投入可能な還元溶融物処理材投入口を設けて還元溶融炉を構成するのである。
〔作用〕
本願の還元溶融炉においては、処理対象物が充填層に投入され、従来の炉と同様に充填層において還元溶融される。ここで、充填層の下側にはバーナを備えた燃焼室が設けられており、この燃焼室に於けるバーナの燃焼及び炭素系可燃物質の燃焼により、溶融に必要な熱が主に供給される。この場合、炭素系可燃物質は、充填層の保形の用及び温度維持程度の役割を果たす。さらに、充填層の還元雰囲気状態は、燃焼室に設けられるバーナに於ける燃焼制御と羽口から供給される燃焼用酸素の量との関係に主に支配されるが、この羽口からの酸素供給量の炉運転に果たす役割は従来より軽減される。即ち、バーナに於ける空燃比等を適切に制御することにより、比較的容易に還元状態を形成することが可能となる。
即ち、炉の熱的制御及び還元雰囲気制御が容易となる。
充填層で還元溶融された還元溶融物は、支持部を滴下し、燃焼室内に侵入して、燃焼室底部に貯留され、炉内から取り出される。
さて、この構造の還元溶融炉にあっては、以上の理由から、従来のように、熟練した運転員による運転を必要とすることが少なくなる。さらに、炭素系可燃物質の消費量を低減化できる。
また、本願の構造にあっては、燃焼室内にバーナからの燃焼炎が形成されることにより、還元溶融物が貯留する燃焼室底部を比較的高温に長時間、安定して維持することが可能となる。従って、後述するように製品品質の制御が容易となる。
一方、バーナからの熱では溶融に必要な熱量が十分に得られない場合もあり得る。さらに、支持部を構成する場合に、この支持部を冷却構造を備えたもの（例えば水管等の冷却管）から構成することとなるが、このような場合、支持部付近の温度が低下することも考えられる。従って、本願の還元溶融炉にあっては、充填層の支持部側の部位に、酸素含有ガスを供給可能な羽口を設ける。この羽口の取付位置である上記支持部側の部位は、充填層において支持部から炭素系可燃物質が充填された充填層高さの半分以下の部位である。そして、この羽口から、充填層内に於ける還元状態を阻害しない程度の酸素を炭素系可燃物質から形成される充填層に向けて供給する。このようにすると、支持部近傍に於ける温度低下、溶融不良の問題を適宜制御することができる。
さらに、このような羽口を別途設けることにより、炭素系可燃物質で形成された充填層内の温度や雰囲気の制御が容易となり、処理対象物の処理条件として欠かせない充填層高さの制御をすることも可能となる。
そして、還元溶融物処理材投入口からは、還元溶融物に対する処理材が投入されるのであるが、このような処理材としては、還元促進材、燃焼室内に存する酸素と結合する材料、還元溶融物の流動性を調整する流動性調整材等を投入することができる。
そして、比較的高温（例えば１０００℃程度）に維持できる、燃焼室底部に溜まった溶融還元物を、この高温下で良好に比較的長時間反応させて、還元溶融物を所望の状態として、取り出すことができる。
【０００５】
〔構成・作用・効果〕
ここで、前記処理材が、前記還元溶融物に対する還元促進材である場合には、還元溶融物に直接的に還元促進材を投入することができるようになり、処理対象物の還元溶融物に対するさらなる還元処理を温度、ガス雰囲気並びに時間を、適切に制御した状態で行うことが可能となり、良い品質の製品を効率よく且つ容易に得ることができるようになる。
さらに、還元不足により製品品質に不良品が発生した場合、直接還元溶融物に処理材を投入することにより、迅速な対応が可能となる。この点、従来構造にあっては、充填層より上部から投入される還元促進材が、炉底部に至って始めて効果を発揮するため、タイムラグが大きく、品質制御が難しいという大きな問題点を改良できる。
【０００６】
〔構成・作用・効果〕
さらにここで、前記処理材が、還元溶融物表面に浮遊して燃焼室内に存する酸素と結合する材料である場合には、以下のような作用、効果を奏することができる。
本願の還元溶融炉にあっては、燃焼室にバーナを備えるため、いかに還元状態を得るといっても、このバーナの燃焼のために酸素が燃焼室内に供給される。この酸素は、燃焼室下部に貯留されている還元溶融物に対しては、その酸化作用を及ぼすこととなりやすい。しかしながら、前記処理材として、燃焼室内に存する酸素と結合する材料（例えば、溶融処理物表面に浮遊できるコークス粉）を投入するようにしておくと、このような酸素と還元溶融物との接触が抑制され、安定した還元物を得ることができる。
【０００７】
〔構成・作用・効果〕
さらにここで、前記処理材が、還元溶融物の流動性を調整する流動性調整材であると、流動性調整材の投入量を調整することにより、還元溶融物の流動性を調整して、炉からの取り出しを容易、迅速におこなうことができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願の還元溶融炉１の構成を図面に基づいて説明する。
図１には、本願の還元溶融炉１の縦断面図が示されている。
図示するように、本願の還元溶融炉１は、充填層形成用の縦型筒状の充填層形成部２と、この充填層形成部２の下部に設けられる燃焼室３とを主な機能部位として構成されている。図示するように、炉頂部には、処理対象物、還元促進材さらには溶融物の流動性を調整するための流動性調整材を投入可能な材料投入口４が設けられている。さらに、この材料投入口４の近傍で、これとは別に、排ガス放出用の煙道５が、水平方向に延出されている。
さて、前述の充填層形成部２と燃焼室３の間は、複数の水管６が所定の間隔で炉を水平方向に横断して配設されており、この水管６の上部に、炭素系可燃物質である塊状のコークスを投入することにより、所定高さのコークスの充填層７を形成できるように構成されている。従って、これら水管６は支持部として構成されており、充填層７で溶融され還元溶融物は、この水管間を滴下して、燃焼室３に落下可能となっている。
【０００９】
さて、前述の燃焼室３は、充填層７に対して、下面全面に亘ってその断面積が大きな縦型筒状の空間として構成されており、この燃焼室３に、空燃比を調節可能なバーナ８（都市ガスバーナ）が備えられている。また、この燃焼室３の底部は、還元溶融物の貯留部として構成されており、炉外９と接続される還元溶融物導出部１０を備えることにより、還元溶融炉１において、燃焼室下部から処理対象物の還元物並びに溶融物を取り出し可能に構成されている。
さらに、前述の充填層形成部２にあって、その水管側位置にあたる支持部側の部位に、燃焼用酸素含有ガスを供給可能な羽口１１が設けられている。この羽口１１の取付位置は、充填層７の断面直径をＤとして、水管配設位置から１／５〜２Ｄの距離にある位置である。但し、この羽口１１の位置は、Ｄとの関係のみから決定されるものではなく、運転状態にあっては、この羽口１１位置より上部側に所定高さ以上の充填層が形成されることは当然であり、この充填層高さの半分以下程度である。
また、燃焼室内の燃焼空間に、還元溶融物に対する処理材を、投入可能な還元溶融物処理材投入口１２が複数個設けられている。
以上が、還元溶融炉１の概略構成である。
【００１０】
以下、この還元溶融炉１の運転状態について説明する。
運転にあたっては、前記充填層形成部２にコークスの充填層７が、運転前段階で形成される。燃焼室内のバーナ８を運転した状態で、充填層７は、赤熱高温状態に維持される。ここで、処理対象物の投入直前で、炉への燃焼用酸素含有ガスの供給量（羽口１１及びバーナ８を介するもの）を調節して、炉内を還元雰囲気状態に維持する。
そして、還元溶融処理する処理対象物である非鉄金属酸化物（例えば酸化鉛）を材料投入口４から投入する。この時、処理対象物に対して重量比約１〜１０％のコークスを合わせて投入する。この状態において、充填層７に取り付けた羽口１１から予熱した空気を、投入した前記コークスの必要空気量に対して、０．３〜１．０の範囲で供給を行い、充填層７の温度、雰囲気並びに充填高さを制御する。
投入した処理対象物は、充填層内で燃焼室３から送られてきた高温の還元ガスや前述した充填層７に供給され空気とコークスとの反応により発生した高温の還元ガスにより、還元溶融され水管６を通過して、液体として燃焼室内に滴下する。
この還元物並びに溶融物は、バーナ８によって高温に保持された燃焼室内の炉底に溜まる。
さらに、この炉底に溜られた還元物から硫黄等の不純物を取り除くため、還元促進材である鉄の塊を、還元溶融物処理材投入口１２から投入する。この処理材の投入間隔は、炉底部の滞留時間から算出し、投入量は炉に投入する処理対象物量当たり約０．５％〜３％の範囲でおこなう。
そして、還元溶融物導出部１０から還元溶融物を連続取り出しする。
【００１１】
〔別実施の形態〕
上記の実施の形態にあっては、還元処理される材料としては、これが酸化鉛である例を示したが、還元処理する材料以外、例えば多くの材料から構成されるものの不純物除去などにも使用できる。具体的には、銅、アルミニウム、錫等をも対象とすることができる。
さらに、上記の実施の形態にあっては、燃焼用酸素含有ガスの供給用羽口を炉上下方向で一段のみ備える構成としたが、これは複数段備えることが好ましい。
さらに、上記の還元溶融物処理材投入口から投入される処理材としては、これを、還元促進材（鉄）としたが、こういった材料としては処理対象物との関係でコークス等も利用できる。さらに、この他、還元溶融物表面に浮遊して燃焼室内に存する酸素と結合する材料（コークス粉、プラスチック廃棄物等）、還元溶融物の流動性を調整する流動性調整材（酸化カルシウム、二酸化珪素等）としてもよい。
さらに、支持部を構成する部材としては、冷却管としての前述の水管等、所謂、冷却機構を備えた部材を採用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の還元溶融炉の縦断面図
【図２】従来のキュポラ型の還元溶融炉の縦断面図
【符号の説明】
３    燃焼室
６    支持部（水管）
７    充填層
８    バーナ
１１  羽口
１２  還元溶融物処理材投入口
【図１】
0004245195.tif 000002
【図２】
0004245195.tif 000003