(57)【要約】【課題】エネルギ効率の良い、しかも作業環境の悪化や歩留まりの低下のない金属珪素の製造装置を提供する。【解決手段】炉内へ供給した原料の珪石を加熱溶融し、還元材で還元して、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させるようにした金属珪素の製造装置において、炉体にバーナを下向きで取付け、該バーナに珪石の粉状物を気体搬送により供給するようにし、該バーナを下向きで燃焼させつつその火炎中に該珪石の粉状物を下向きで供給して溶融するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内へ供給した原料の珪石を加熱溶融し、還元材で還元して、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させるようにした金属珪素の製造装置において、炉体にバーナが下向きで取付けられており、該バーナには珪石の粉状物が気体搬送により供給されるようになっていて、該バーナを下向きで燃焼させつつその火炎中に該珪石の粉状物を下向きで供給して溶融するようにして成ることを特徴とする金属珪素の製造装置。
【請求項２】
バーナが酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されるようにした酸素バーナである請求項１記載の金属珪素の製造装置。
【請求項３】
バーナが、中心部から外周部に向かい、燃料供給ノズル、一次支燃ガス供給ノズル、珪石の粉状物供給ノズル、二次支燃ガス供給ノズル及び冷却水用ジャケットの順でこれらを同心円状に有するものである請求項１又は２記載の金属珪素の製造装置。
【請求項４】
炉体に排気手段が接続されており、該排気手段により炉内を真空雰囲気にするようにした請求項１〜３のいずれか一つの項記載の金属珪素の製造装置。
【請求項５】
炉体に送気手段が接続されており、該送気手段により炉内の溶融物を撹拌するようにした請求項１〜４のいずれか一つの項記載の金属珪素の製造装置。
【請求項６】
炉体に誘導加熱手段及び／又はアーク加熱手段が装備されており、これらの誘導加熱手段及び／又はアーク加熱手段により炉内の溶融物を加熱しつつ、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させるようにした請求項１〜６のいずれか一つの項記載の金属珪素の製造装置。
【請求項７】
炉体が炉本体部と該炉本体部に被着される蓋体部とに分割されており、該蓋体部は少なくとも二つ装備され且つ該炉本体部と該蓋体部はいずれか一方又は双方が移動可能に装備されていて、少なくとも二つ装備された蓋体部のうちでいずれか一つの蓋体部にバーナが下向きで取付けられ、また炉本体部に誘導加熱手段が装備された請求項６記載の金属珪素の製造装置。
【請求項８】
炉体が炉本体部と該炉本体部に被着される蓋体部とに分割されており、該蓋体部は少なくとも二つ装備され且つ該炉本体部と該蓋体部はいずれか一方又は双方が移動可能に装備されていて、少なくとも二つ装備された蓋体部のうちでいずれか一つの蓋体部にバーナが下向きで取付けられ、また他のいずれか一つの蓋体部にアーク加熱手段が装備された請求項６記載の金属珪素の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属珪素の製造装置に関する。炉内へ供給した原料の珪石を加熱溶融し、還元材で還元して、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させることが行なわれる。本発明は、かかる金属珪素の生成に使用される金属珪素の製造装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、前記のような金属珪素の製造装置として、アーク炉内へ原料の珪石及び還元材の炭材を供給し、アーク熱で該珪石を溶融しつつ、該炭材で還元して、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、かかる従来の金属珪素の製造装置には、アーク炉内へ原料として珪石の塊状物を供給し、アーク熱で溶融するため、エネルギ効率が悪いという問題がある。アーク炉内へ原料として珪石の粉状物を供給すると、膨大な量の粉塵の発生及び排出による作業環境の悪化及び歩留まりの低下を生じるので、これらを防止するために実際のところは、アーク炉内へ原料として珪石の塊状物を供給しているのである。
【特許文献１】特開昭６３−１４７８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明が解決しようとする課題は、エネルギ効率の良い、しかも作業環境の悪化や歩留まりの低下のない金属珪素の製造装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記の課題を解決する本発明は、炉内へ供給した原料の珪石を加熱溶融し、還元材で還元して、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させるようにした金属珪素の製造装置において、炉体にバーナが下向きで取付けられており、該バーナには珪石の粉状物が気体搬送により供給されるようになっていて、該バーナを下向きで燃焼させつつその火炎中に該珪石の粉状物を下向きで供給して溶融するようにして成ることを特徴とする金属珪素の製造装置に係る。
【０００５】
本発明に係る金属珪素の製造装置も、炉内へ供給した原料の珪石を加熱溶融し、還元材で還元して、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させるようになっている。本発明に係る金属珪素の製造装置は、炉体にバーナが下向きで取付けられており、該バーナには珪石の粉状物が気体搬送により供給されるようになっていて、該バーナを下向きで燃焼させつつその火炎中に該珪石の粉状物を下向きで供給して溶融するようになっている。本発明に係る金属珪素の製造装置では、原料として珪石の粉状物を用い、下向きで燃焼させたバーナの火炎中にかかる珪石の粉状物を気体搬送により下向きで供給し、供給するとほぼ同時に溶融するようになっているのである。したがって本発明に係る金属珪素の製造装置によると、エネルギ効率が良く、しかも作業環境の悪化や歩留まりの低下もない。
【０００６】
本発明に係る金属珪素の製造装置において、炉体は一体型のものでもよいが、炉本体部と該炉本体部に着脱可能に被着された蓋体部とを備えるものが好ましい。この場合、前記のバーナは蓋体部に下向きで取付けられており、かかる蓋体部には通常、排気口が設けられ、また必要に応じて還元材の供給口が設けられている。バーナは空気を支燃ガスとする普通のバーナでもよいが、酸素富化ガスを支燃ガスとする酸素バーナが好ましく、酸素濃度９０容量％以上のガスを支燃ガスとする酸素バーナがより好ましい。より高温の火炎を下向きで燃焼させることができるため、かかる火炎中に下向きで供給する珪石の粉状物をより確実に且つ瞬時に溶融することができ、また炉内に生成する溶融物を加熱してＳｉＯ２から金属珪素を生成させるときの還元エネルギ源としても利用することができるからである。
【０００７】
バーナそれ自体は、公知のものを適用でき、例えば特開平８−３１２９３８号公報、特開２０００−５５３４０号公報、特開２０００−１０３６５６号公報等に記載されているような酸素バーナを適用できる。なかでもバーナとしては、中心部から外周部に向かい、燃料供給ノズル、一次支燃ガス供給ノズル、珪石の粉状物供給ノズル、二次支燃ガス供給ノズル及び冷却用ジャケットの順でこれらを同心円状に有するものが好ましい。またかかるバーナはこれに昇降手段を設け、該昇降手段の作動によりその先端部と炉内の溶融物の湯面との間の距離を可変となるようにするのが好ましい。バーナの燃焼量を調節するだけでなく、バーナの先端部と炉内の溶融物の湯面との間の距離をも変えることによって、炉内の溶融物の加熱をより自在に制御できるようになるからである。
【０００８】
炉体の排気口、好ましくは前記した蓋体部の排気口には、排気系が接続されている。排気系それ自体は特に制限されず、公知のものを適用でき、例えば冷却機構、該冷却機構の下流側に接続された集塵装置及び該集塵装置の下流側に接続された吸引ファン等を備えるものを適用できる。かかる排気系には、それから延長又は分岐して、例えば真空ポンプを備える排気手段を接続し、かかる排気手段により炉内を真空雰囲気にできるようにするのが好ましい。炉内に生成する溶融物からの脱気を促しつつ、ＳｉＯ２から金属珪素への還元反応を真空雰囲気で行ない、より高純度の金属珪素を得るためである。
【０００９】
また炉体にはアルゴンガスや窒素ガス等の不活性ガスの送気手段を接続し、該送気手段により炉内の溶融物を撹拌できるようにするのが好ましい。かかる送気手段は、前記した炉本体部の炉底壁や炉側壁下部に設けた羽口に接続することもできるし、前記した蓋体部から炉内へと挿入した送気管に接続することもできる。炉体に還元材の供給口を設ける場合、例えば前記した蓋体部に還元材の供給口を設ける場合、かかる還元材の供給口には、木炭、石炭、コークス等の還元材の供給系を接続する。炉内へ供給する還元材は、以上のような固形状のものでもよいが、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４等のガス状のものが好ましい。かかる還元性ガスは、前記の送気手段を介して、撹拌用の不活性ガスと共に、又は撹拌用の不活性ガスに代えて炉内へ供給することができる。
【００１０】
本発明に係る金属珪素の製造装置でも、炉内の溶融物を還元材で還元し、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させる還元反応は吸熱反応であるので、これに必要な相応の還元エネルギを補給することが求められる。かかる還元エネルギは前記したバーナの燃焼によっても補給することはできるが、より確実に且つ充分な還元エネルギを補給して、ＳｉＯ２から金属珪素の生成を促すためには、バーナの他に、誘導加熱手段及び／又はアーク加熱手段を装備するのが好ましい。誘導加熱手段それ自体は公知のものを適用でき、例えば前記した炉本体部の外周に高周波誘導加熱用のコイルを設け、該コイルに電源設備を接続したものが適用できる。またアーク加熱手段それ自体も公知のものを適用でき、例えば前記した蓋体部から炉内へ三相交流のアーク電極を挿入し、該アーク電極は昇降旋回装置で支持して、該アーク電極に電源設備を接続したものが適用できる。
【００１１】
本発明に係る金属珪素の製造装置において、前記したように炉体は一体型のものでもよいが、炉本体部と該炉本体部に着脱可能に被着された蓋体部とを備えるものが好ましい。この場合、炉体が炉本体部と該炉本体部に着脱可能に被着される蓋体部とに分割されており、かかる蓋体部は少なくとも二つ装備され且つ炉本体部とこれらの蓋体部はいずれか一方又は双方が移動可能に装備されていて、少なくとも二つ装備された蓋体部のうちでいずれか一つの蓋体部に前記したバーナが下向きで取付けられ、また炉本体部に前記した誘導加熱手段が装備されたものがより好ましい。また炉体が炉本体部と該炉本体部に着脱可能に被着される蓋体部とに分割されており、かかる蓋体部は少なくとも二つ装備され且つ炉本体部とこれらの蓋体部はいずれか一方又は双方が移動可能に装備されていて、少なくとも二つ装備された蓋体部のうちでいずれか一つの蓋体部に前記したバーナが下向きで取付けられ、また他のいずれか一つの蓋体部にアーク加熱手段が装備されたものがより好ましい。
【００１２】
蓋体部を少なくとも二つ装備する前記した金属珪素の製造装置では、バーナが下向きで取付けられた蓋体部を炉本体部に被着した状態で、原料である珪石の粉状物を供給すると同時に溶融し、また他の蓋体部を炉本体部に被着した状態で、かかる炉本体部に装備されている誘導加熱手段又はかかる他の蓋体部に装備されているアーク加熱手段により還元エネルギを補給して、溶融状態のＳｉＯ２から金属珪素を生成させるようになっている。言い替えれば、珪石から金属珪素を製造するに際して、溶融と還元とを別々に行なうようになっているのであり、これによって金属珪素をより効率的に且つ高純度で得ることができるようになっているのである。
【００１３】
蓋体部を少なくとも二つ装備する以上説明した金属珪素の製造装置でも、いずれも前記したように、更に他の蓋体部を炉本体部に被着した状態で、かかる更に他の蓋体部に接続した排気手段により炉内を真空雰囲気にすることができ、またいずれかの蓋体部又は炉本体部に接続した送気手段により炉内の溶融物を撹拌することができ、かかる送気手段により還元性ガスを送って還元材の供給と撹拌とを兼用させることもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る金属珪素の製造装置によると、ＳｉＯ２から金属珪素を製造するに際して、エネルギ効率が良く、しかも作業環境の悪化や歩留まりの低下もない。
【実施例】
【００１５】
図１は本発明に係る金属珪素の製造装置を一部縦断面で例示する全体図である。炉本体部１１に蓋体部２１が着脱可能に被着されている。炉本体部１１の外周には高周波誘導加熱用のコイル３１が設けられており、コイル３１は図示しない電源設備に接続されている。蓋体部２１には還元材の供給口４１及び排気口５１が設けられており、酸素バーナ６１が下向きで取付けられている。
【００１６】
炉本体部１１の側壁下部には図示しない溶融物の排出口が設けられており、この排出口は栓材で封鎖されていて、この栓材を取り除くことにより、また必要に応じて図示しない傾動機構で炉本体部１１を傾動させることにより、炉本体部１１内の溶融物を炉外へ排出するようになっている。また炉本体部１１にはその側壁下部に設けられた羽口９１と羽口９１に接続された撹拌用の不活性ガス供給源９１ａとを備える送気手段が接続されている。還元材の供給口４１にはコンベア４１ａ、コンベア４１ａに接続されたロータリバルブ４１ｂ、ロータリバルブ４１ｂに接続されたホッパ４１ｃを備える還元材の供給系４１ｄが接続されている。排気口５１には冷却機構５１ａ、冷却機構５１ａに接続された集塵装置５１ｂ、集塵装置５１ｂに接続された吸引ファン５１ｃを備える排気系５１ｄが接続されている。
【００１７】
酸素バーナ６１はシリンダ機構７１を介して蓋体部２１に下向きで取付けられており、昇降可能となっていて、その先端部と炉内の溶融物の湯面との間の距離が可変となっている。図２は酸素バーナ６１の先端部の構造を示す拡大底面図であるが、酸素バーナ６１は、中心部から外周部に向かい、燃料供給ノズル６１ａ、一次支燃ガス供給ノズル６１ｂ、珪石の粉状物供給ノズル６１ｃ、二次支燃ガス供給ノズル６１ｄ及び冷却用ジャケット６１ｅの順でこれらを同心円状に有している。酸素バーナ６１には酸素ガス供給源７１ａから燃焼制御ユニット７１ｂを介して酸素濃度９０容量％以上の支燃ガスが供給されるようになっており、また燃料タンク７１ｃから燃焼制御ユニット７１ｂを介して燃料ガスが供給されるようになっている。更に酸素バーナ６１には珪石の粉状物が気体搬送で供給されるように気体搬送系７１ｄが接続されている。気体搬送系７１ｄの上流側にはコンプレッサ７１ｅが接続されており、その途中に定量供給装置７１ｆが接続されていて、定量供給装置７１ｆに珪石の粉状物の貯留用のホッパ７１ｇが接続されている。
【００１８】
図１の金属珪素の製造装置では、前記したように酸素バーナ６１を下向きで燃焼させ、その火炎中に珪石の粉状物を気体搬送系７１ｄを介して気体搬送により下向きで供給し、溶融する。その一方で還元材の供給口４１から還元材を供給し、炉内の溶融物と供給した還元材とを羽口９１から送る活性ガスにより撹拌しつつ、炉内の溶融物を還元材で還元して、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させる。還元に必要な還元エネルギは、コイル３１へ通電して炉内の溶融物を誘導加熱することにより補給し、またかかる溶融及び還元の際に発生する排ガスは排気系５１ｄで処理する。
【００１９】
図３は本発明に係る他の金属珪素の製造装置を一部縦断面で例示する全体図である。図３の金属珪素の製造装置は、炉本体部１２と、炉本体部１２に着脱可能に被着される二つの蓋体部２２，２３とを備えている。炉本体部１２は台車８１上に載置されて移動可能となっており、二つの蓋体部２２，２３は図示しないリフトで吊下げられて支持されるようになっている。二つの蓋体部２２，２３のうちで蓋体部２２は炉本体部１２に被着されている。他の蓋体部２３からは送気管９２が挿入されており、送気管９２は還元性ガス供給源に接続されている。図３中、３２は高周波誘導加熱用のコイル、５２，５３は排気口、６２は酸素バーナ、７２はシリンダ機構で、これらは図１の金属珪素の製造装置における該当部分と同じ構成になっている。
【００２０】
図３の金属珪素の製造装置では、前記したように酸素バーナ６２を下向きで燃焼させ、その火炎中に珪石の粉状物を気体搬送により下向きで供給して溶融する。この段階でも、コイル３２へ通電することにより、炉内の溶融物を補助的に誘導加熱することもできる。次に、酸素バーナ６２の燃焼を停止した状態で、蓋体部２２を図示しないリフトで吊上げ、炉本体部１２を台車８１で所定位置まで移動し、ここで蓋体部２３を図示しないリフトで吊下げて炉本体部１２に被着する（炉本体部１２を破線で示す図３中の右側の状態）。コイル３２へ通電することにより炉内の溶融物を誘導加熱しつつ、言い替えれば必要な還元エネルギを充分に補給しつつ、送気管９２から炉内の溶融物中へ還元性ガスを送って、炉内の溶融物を撹拌しつつ還元し、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させる。
【００２１】
図４は本発明に係る更に他の金属珪素の製造装置を一部縦断面で例示する全体図である。図４の金属珪素の製造装置は、炉本体部１３と、炉本体部１３に着脱可能に被着される三つの蓋体部２４〜２６とを備えている。炉本体部１３は台車８２上に載置されて移動可能となっており、他の二つの蓋体部２５，２６は図示しないリフトで吊下げられて支持されている。三つの蓋体部２４〜２６のうちで蓋体部２４は炉本体部１３に被着されている。図４の中央に位置する他の蓋体部２５からは三相交流のアーク電極９３が挿入されており、アーク電極９３は図示しない昇降旋回装置に支持されていて、電源設備へと接続されている。またこの蓋体部２５からは送気管９４が挿入されており、送気管９４は図示しない還元性ガス供給源に接続されている。更に図４の右側に位置する他の蓋体部２６の排気口５６には先端に真空ポンプ９５を備える排気手段が接続されている。図４中、５４，５５は排気口、６３は酸素バーナ、７３はシリンダ機構で、これらは図１の金属珪素の製造装置における該当部分と同じ構成になっている。
【００２２】
図４の金属珪素の製造装置では、前記したように酸素バーナ６３を下向きで燃焼させ、その火炎中に珪石の粉状物を気体搬送により下向きで供給して溶融する。次に、酸素バーナ６３の燃焼を停止した状態で、蓋体部２４を図示しないリフトで吊上げ、炉本体部１３を台車８２で所定位置まで移動し、ここで蓋体部２５を図示しないリフトで吊下げて炉本体部１３に被着する（炉本体部１３を破線で示す図４中の中央の状態）。ここでアーク電極９３へ通電することにより炉内の溶融物をアーク加熱しつつ、言い替えれば必要な還元エネルギを充分に補給しつつ、送気管９４から炉内の溶融物中へ還元性ガスを送って、炉内の溶融物を撹拌しつつ還元し、ＳｉＯ２から金属珪素を生成させる。引き続き、蓋体部２５を図示しないリフトで吊上げ、炉本体部１３を台車８２で所定位置まで移動し、ここで蓋体部２６を図示しないリフトで吊下げて炉本体部１３に被着する（炉本体部１３を破線で示す図４中の右側の状態）。ここで真空ポンプ９５を作動させ、炉内を真空雰囲気にして、炉内の溶融物からの脱気を促す。尚、図３及び図４では炉本体部が移動するようになっているが、蓋体部を移動するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る金属珪素の製造装置を一部縦断面で例示する全体図。
【図２】図１の酸素バーナの先端部の構造を示す拡大底面図。
【図３】本発明に係る他の金属珪素の製造装置を一部縦断面で例示する全体図。
【図４】本発明に係る更に他の金属珪素の製造装置を一部縦断面で例示する全体図。
【符号の説明】
【００２４】
１１〜１３  炉本体部
２１〜２６  蓋体部
３１，３２  高周波誘導加熱用のコイル
４１        還元材の供給口
５１〜５６  排気口
６１〜６３  酸素バーナ
６１ａ      燃料供給ノズル
６１ｂ      一次支燃ガス供給ノズル
６１ｃ      珪石の粉状物の供給ノズル
６１ｄ      二次支燃ガス供給ノズル
６１ｅ      冷却水用ジャケット
７１ｄ      気体搬送系
８１，８２  台車
９１        羽口
９１ａ      撹拌用の不活性ガス供給源
９２，９４  送気管
９２ａ      還元性ガス供給源
９３        アーク電極
９５        真空ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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