JP2000039118A - 還元溶融スラグ生成用サイドチャージ式直流電気溶融炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉粒状原料の装入を運転中も可能にして常時
フォーミングスラグを生成させるサブマージドアーク電
気溶融を実現し、還元溶融中に発生するＣＯガスを粉粒
体層から意図的に抜き出させやすくすること。 【解決手段】 一本の可動マイナス電極棒６と、カーボ
ン質耐火物７で形成した炉底に広がるように埋設された
炉底プラス電極体８とを設ける。溶融スラグ４を覆うよ
うに形成されるフォーミングスラグ層１１の上に原料２
を炉側から可動マイナス電極棒６に向けて押し込むため
のサイドチャージ口１２が、同一高さ位置の面内に等角
度で二または三か所炉壁に設置される。サイドチャージ
口１２から原料２を押し出すプッシャ１５が、ロータリ
フィーダ１９によって層高に応じて調整された量の原料
を炉内に供給する。押し出された原料の層厚を意図的に
なだらかに減少させ、原料のゆきわたらない薄層部か
ら、ＣＯガス等を抜け出させやすくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は還元溶融スラグ生成
用サイドチャージ式直流電気溶融炉に係り、詳しくは、
焼却灰や汚泥乾燥粉等さらには石炭飛灰や焼却飛灰等の
粉粒状原料を溶融すると共に、その原料に含まれる重金
属類を溶融しまた還元可能な酸化物を溶融還元し、金属
を可及的に含まない溶融スラグを生成することができる
ようにした電気炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近では資源のリサイクル化が進み、各
種廃棄物等の焼却灰や飛灰を溶融して生成されたスラグ
から建築資材等を再生する試みが多方面でなされるよう
になってきている。この場合、再生品には無害化処理が
充分に施されていることが再資源化に欠かせない。

【０００３】溶融スラグを生成する装置の代表例として
は、電気溶融炉，旋回溶融炉，コークス燃焼還元溶融炉
や表面溶融炉等がある。それらの炉のうち、本出願人
は、電気抵抗の大きい粉粒体を溶融すると導電性が比較
的高くなるという特性を利用しつつ、ジュール熱によっ
て還元溶融するようにしたサブマージドアーク電気炉が
好適であることを、特開平９−１９６５７３号公報にお
いて説明した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般の電気
炉に原料を装入（チャージ）する場合、炉蓋をあけて炉
体内へ落としこむといった操作がなされるが、装入物が
粉粒体である場合は飛散を防止しておくために、炉蓋に
原料供給用のシュートやスクリューコンベア式のフィー
ダが取りつけられる。いずれも炉蓋に二基もしくは三基
設けられ、炉蓋を通して流落する粉粒体ができるだけ炉
内全面に広がるようにしている。

【０００５】これは粉粒体を炉内に均一に分布させるこ
とによって、炉内全体で一様な溶融を実現しようとする
意図に外ならない。しかし、粉粒体の還元溶融の進行状
態を炉運転中に観察することは不可能に近く、装入され
た粉粒体層が所望外に厚くなるといった事態が発生す
る。この場合、甚だしくは、溶融していない粉粒体層の
一部に低融点物が溶融集合して塊状化するといったこと
が起こり、一様な還元溶融反応が阻害されることもあ
る。

【０００６】サブマージドアーク直流電気溶融炉におい
ては還元性雰囲気で溶融するので、粉粒体に含まれる金
属酸化物との反応によりＣＯガスの生じることは避けら
れない。このＣＯガスは溶融スラグ上にフォーミングス
ラグ層を形成するうえで欠くことのできないものである
が、これが溶融スラグや粉粒体中に滞留すると還元溶融
が阻害される。

【０００７】上記したごとくスクリューコンベア式フィ
ーダやシュートを介して炉蓋から粉粒体を落としこむ場
合、意図することなく粉粒層厚の薄い箇所が生じるの
で、その箇所からＣＯガスを抜くことができる。しか
し、積極的に薄層部を所望部位に形成させることは不可
能に近く、ガス抜きをするにおいての調整操作が容易で
ない。

【０００８】炉蓋から落としこむ場合には粉粒体が炉内
で飛散し、電極の周囲を狙って粉粒体を供給することも
難しくなる。装入量が多くなりすぎ粉粒体層が全体的に
厚くなる場合には、アークの飛ぶ箇所の電極の周囲から
ＣＯガスが抜け出ることになる。これによって溶融すべ
き粉粒体と電極との安定した接触が阻害され、電気抵抗
熱による溶融が妨げられる。

【０００９】また、粉粒体中に滞留する間に集積したＣ
Ｏガスが浮上する場合に、比重の小さな粉粒体層をかき
乱したり攪乱を与えることになり、電気伝導度の低い粉
粒体を効率よくしかも静かに還元溶融することができる
状態を維持することができなくなるといったことも起こ
る。

【００１０】本発明は上記の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、粉粒状原料の装入を運転中も可能にし
て常時フォーミングスラグを生成させるサブマージドア
ーク電気溶融を実現すること、その際に発生するＣＯガ
スを粉粒体層から意図的に抜き出させやすくして安定し
た還元溶融反応を助長できるようにすること、また、炉
床での広範囲にわたる溶融を電気抵抗ジュール熱によっ
て可能にするために、同一電位レベルを広く保っておく
ことができる還元溶融スラグ生成用サイドチャージ式直
流電気溶融炉を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、炉体中央で昇
降する垂直な一本の可動マイナス電極棒と、カーボン質
耐火物で形成した炉底に広がるように埋設されて直流電
力を供給する炉底プラス電極体とを備え、還元剤の配合
された粉粒状原料から還元容易な金属酸化物を溶融還元
して溶融銑鉄を生成すると共に、金属を可及的に含まな
い溶融スラグを生成して溶融銑鉄の上に滞留させること
ができるようになっており、溶融スラグを排出するため
の出滓口が溶融銑鉄を排出するための出銑口よりも高い
位置に設けられているサブマージドアーク直流電気溶融
炉に適用される。その特徴とするところは、図１を参照
して、溶融スラグ４を覆うように形成されるフォーミン
グスラグ層１１の上に原料２を炉側から可動マイナス電
極棒６に向けて押し込むためのサイドチャージ口１２が
炉壁に設けられていることである。

【００１２】サイドチャージ口１２は同一高さ位置の面
内に等角度で二または三か所設けられていればよい（図
３および図４を参照）。そのサイドチャージ口１２は、
炉壁を貫通し横に長い矩形状の開口を有したステンレス
スティール製ボックス１４で形成され、そのボックス内
に原料２を押し出すプッシャ１５が進退可能に設けられ
る。

【００１３】サイドチャージ口１２に連なる原料供給装
置には、図１に示すごとく、ロータリフィーダ１９が設
けられると共にプッシャ１５に押出し力検出器２１が取
りつけられ、押出し力検出器によって検出されたプッシ
ャに作用する負荷に応じて、ロータリフィーダ１９の原
料切り出し速度を調整するコントローラ２２を設けるよ
うにしておくとよい。

【００１４】炉底プラス電極体８は、図５に示すよう
に、炉壁の耐火物に埋設される垂直姿勢の棒状給電体２
３とその給電体と一体をなして炉底のカーボン質耐火物
７（図１または図２を参照）に埋設される円盤状電極２
４，２４とを有し、その電極の中心部に可動マイナス電
極棒６の直径（図６を参照）と同等もしくはそれより大
きい円状孔２５を設け、かつ鉄製の突起２６を円盤上面
に多数立設しておくことが好ましい。

【００１５】図１に戻って、出滓口９は、炉内に形成さ
れる溶融スラグ層の最下部近傍となるように配置され、
その出滓口に連通し溶融スラグ層を所望高さに保ってお
くことができるように、溶融スラグ４を溢流させる前炉
２７（図１を参照）が加熱用電極２８を有して炉側に設
けられる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の電気溶融炉によれば、溶融スラ
グを覆うように形成されるフォーミングスラグ層上に原
料を炉側のサイドチャージ口から可動マイナス電極棒に
向けて押し込むようにしているので、押し出されて広が
る原料の層厚を意図的になだらかに減少させ、それによ
って生じた薄層部から還元反応により発生したＣＯガス
やその他のガスを抜け出させやすくすることができる。
これと炉底プラス電極体による炉床に広がる略同一の電
位レベルとによって、比重が小さく電気伝導度の低い粉
粒状原料を効率よくしかも静かに還元溶融することがで
きる。金属酸化物は溶融銑鉄化して回収され、その再資
源化も可能となる。

【００１７】溶融スラグはフォーミングスラグの形成に
よる電気抵抗熱（ジュール熱）によって効率よく加熱さ
れ、ガス含有量の極めて少ない溶融スラグが得られる。
その溶融スラグでは不純物や還元容易な金属成分は除去
されており、化学的に安定し無害化されたリサイクル品
を製造するにふさわしいスラグを得ることができる。溶
融炉は一本の可動マイナス電極棒を備えた直流電気炉で
あり、炉床に広く形成された導電部分によって広範囲な
加熱と安定したアークの発生が実現され、電気炉の運転
制御も容易なものとなる。フォーミングスラグの生成は
電力伝達効率の向上を促し、電気炉の電力原単位の低減
もなされる。原料が炉運転中も炉内に可及的に分散して
装入され、可動マイナス電極棒の周りに堆積する原料に
よりサブマージドアーク溶融を維持することができる。

【００１８】サイドチャージ口は、同一高さ位置の面内
に等角度で二または三か所設けておけば充分であり、薄
層部の形成を確保しやすくなる。

【００１９】サイドチャージ口が炉壁を水平に貫通する
ステンレススティール製ボックスで形成しておけば、還
元雰囲気にあることとあいまってサイドチャージ通路の
長期の安定を確保しておくことができる。そのサイドチ
ャージ口を横に長い矩形状断面を有したボックスとしプ
ッシャを内蔵しているので、粉粒状原料を炉中心に向け
て所望量を押し出すことが容易となると共に原料を略扇
形に広げて堆積させることができ、したがって、薄層部
の形成も促進される。

【００２０】サイドチャージ口に連なる原料供給装置に
ロータリフィーダが設けられ、プッシャに押出し力検出
器を取りつけておけば、押出し力検出器によって検出さ
れたプッシャに作用する負荷に応じて、ロータリフィー
ダの原料切り出し速度をコントローラによって調整する
ことができ、適量の原料を供給しつつ電気溶融炉の自動
化運転性が飛躍的に向上する。

【００２１】炉底プラス電極体を、炉壁の耐火物に埋設
される垂直姿勢の棒状給電体とその給電体と一体をなし
て炉底の耐火物に埋設される円盤状電極とで構成し、電
極の中心部には可動マイナス電極棒の直径と同等もしく
はそれより大きい円状孔が設けられると共に、鉄製の突
起が円盤上面に多数立設されていると、炉底プラス電極
体と炉底のカーボンス質耐火物との密着を図った導電性
の高い炉床が形成される。そして、電流が可動マイナス
電極棒に短絡することを回避して、粉粒状原料の還元溶
融に適した裾野の広い円錐状の電気の流れが実現され
る。

【００２２】出滓口を炉内に形成される溶融スラグ層の
最下部近傍となるように設置しておき、出滓口に連通し
溶融スラグ層を所望高さに保っておくことができるよう
に溶融スラグを溢流させる前炉が加熱用電極を有して炉
側に設けられていると、前炉には清澄な溶融スラグを導
出させ、かつ連続して溶融スラグを後工程へ供給するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る還元溶融ス
ラグ生成用サイドチャージ式直流電気溶融炉を、図面を
参照して詳細に説明する。図１は、ごみや産業廃棄物等
の焼却灰や下水汚泥乾燥粉等さらには各種飛灰を粉粒状
原料とし、それを溶融させたスラグからコンクリート用
人工骨材等のリサイクル品を製造するために使用される
電気溶融炉の一例を示す断面図である。

【００２４】この炉１は、コークスブリーズ等の還元剤
の配合された粉粒状原料２から還元容易な金属酸化物を
溶融還元しまた重金属類を溶融して溶融銑鉄３を生成す
ると共に、金属を可及的に含まない溶融スラグ４を生成
し、それを溶融銑鉄３の上に滞留させるようにしている
ものである。

【００２５】その炉体中央には、炉蓋５を通して昇降す
る垂直な一本の可動マイナス電極棒６が備えられてい
る。炉底はカーボン質耐火物７で形成され、その炉底に
広がるように埋設されて直流電力を供給する炉底プラス
電極体８が、図２にも示されるように配置される。な
お、溶融スラグ４を排出するための出滓口９が溶融銑鉄
３を排出するための出銑口１０よりも高い位置の炉壁に
設けられいる。

【００２６】炉底プラス電極体８は円板状の電極であっ
て炉体の下方から給電される形式でよいが、炉底に略一
様な電位レベルを形成させるために可能なかぎり面積の
大きいものが好ましい。この炉底プラス電極体８はカー
ボン質耐火物７で覆われているので炉底には広い導電性
部分を形成しておくことができる。これによって、炉底
の全体から可動マイナス電極棒６の先端部に向けて裾野
の広い円錐状をなす電気の流れが形成され、円錐内およ
びその近傍のスラグや原料がジュール熱によって静かに
溶融されるようになる。

【００２７】このような電気溶融炉１の炉壁には、溶融
スラグ４を覆うように形成されるフォーミングスラグ層
１１上に原料２を炉側から可動マイナス電極棒６に向け
て水平に押し込むためのサイドチャージ口１２が設けら
れる。このサイドチャージ口は、炉体の同一高さ位置の
面内において等角度、すなわち例えば１８０度隔てて図
３に示すように二か所設けられる。

【００２８】このように炉をサイドチャージ式直流電気
溶融炉としておけば、対向する二つのサイドチャージ口
１２，１２から押し出されて扇状に広がる原料２の層厚
が可動マイナス電極棒６の周囲で厚くなる一方、対向す
る粉粒体層の境界部分で薄くかつ不均一となり、還元反
応により発生したＣＯガスをその薄層部１３から抜け出
させやすくしておくことができる。

【００２９】言うまでもなく、ＣＯガスが炉周縁部の薄
層部１３やその周部から抜け出しやすくなるので、可動
マイナス電極棒６の周囲では原料２との接触が維持され
るだけでなく、厚層部における粉粒体原料がＣＯガスの
浮上によってかき乱されたり攪乱されることは抑制され
る。これによって比重の極めて低い粉粒状原料を静かな
状態に維持して還元溶融することができるようになる。

【００３０】なお、図４のように１２０度の角度をおい
てサイドチャージ口１２を三つ設けることもできるが、
四つ以上となると薄層部１３を意図的に形成させること
が容易でないので、せいぜい三つまでとしておけばよ
い。

【００３１】ところで、そのサイドチャージ口１２は、
図１と図３とから分かるように、炉壁を水平に貫通する
横に長い矩形状開口を有したステンレススティール製ボ
ックス１４で形成されている。このボックス内には、空
圧などの流体圧を利用したシリンダ式アクチュエータに
よって原料を押し出すプッシャ１５が進退可能に設けら
れる。

【００３２】粉粒状原料を供給する装置は、炉上ビン１
６、装入シュート１７、原料量調整用ホッパ１８、ロー
タリフィーダ１９、中間バルブ２０およびプッシャ１５
とからなる。プッシャはサイドチャージ口１２に連なる
ロータリフィーダ１９の下方に設けられ、そのプッシャ
にかかる押出し力の反力を検出する検出器２１が例えば
プッシャを駆動する流体圧回路や歪の発生するコネクテ
ィングロッド等に取りつけられる。加えて、ロータリフ
ィーダ１９の回転速度すなわち原料切り出し速度を制御
するコントローラ２２も設けられている。

【００３３】その押出し力検出器２１が流体圧回路に作
用する圧力値を常時検出しており、その大きさでもって
プッシャに作用する負荷が間接的に知らされる。負荷が
高ければサイドチャージ口１２の周辺には原料層が厚い
ことを教えることになり、その検出値の大小に応じて原
料の装入量を減らすことができるように、ロータリフィ
ーダ１９の原料切り出し速度が調整されるようになって
いる。

【００３４】ところで、上記した炉底プラス電極体８
は、図５の（ａ）に示すようなものを二つ設け、これで
もって全体として一つの電極体とすることもできる。す
なわち一つの電極体においては、図５の（ｂ）のよう
に、炉壁の耐火物に埋設される垂直姿勢の棒状給電体２
３と、この給電体と一体をなして炉底の耐火物に埋設さ
れる半円盤状電極２４とを有して、横から見るとＬ字状
としておく。

【００３５】このような二つの電極体８Ａ，８Ｂで図６
のように一つの炉底プラス電極体８を構成するにおい
て、その円盤状電極の中心部には二点鎖線で示す可動マ
イナス電極棒６の直径と同等もしくは破線のようにそれ
より大きい円状孔２５が設けられる。加えて、その上面
に鉄製の突起２６を多数立設しておく。

【００３６】もう少し詳しく述べると、半円盤状電極２
４は、炉体の鉄皮に沿うように延びる円弧形部２４Ａ
と、その円弧形部の内方に広がる鉄板で形成されたウエ
ブ部２４Ｂとからなる。したがって、それぞれの電極体
のウエブ部の炉体中心部位は、半円弧状切欠き２５Ａ，
２５Ｂが形成されることになる。そして、突起２６はウ
エブ部の上面に溶接等によって固定される。

【００３７】突起２６は短い鉄棒でよいが、数の多いこ
とが好ましい。これは炉底プラス電極体と炉底に形成さ
れるカーボン質耐火物７（図２を参照）との接触面積の
拡大を図ると共に、相互の密着を高めるためである。な
お、炉体が大きい場合には、炉床面を平面矢視で三分割
以上とするような部分円弧形のウエブ部を持った三つ以
上の電極体から構成してもよい。いずれにしても、炉底
プラス電極体の大部分は導電性を確保するために純鉄が
採用される。

【００３８】電気溶融炉１としては以上のような構成で
もよいが、次に述べる前炉を設けておくことが、溶融ス
ラグを排出するうえで極めて好ましい。図１を参照し
て、炉側外に溶融スラグ４を溜める器状の補助的な炉が
前炉２７として設けられる。この炉は電気炉内の溶融ス
ラグ４のレベルを一定に保たせ、還元溶融条件を常時同
一にしておくこと、清澄な溶融スラグだけを排出させる
ことができるようにすること、リサイクル品を製造する
ための次工程すなわちスラグを鋳造する設備等へ温度低
下のない溶融スラグを簡単に供給できるようにすること
を大きな目的としている。

【００３９】そのために、まず溶融スラグ４の出滓口９
は、図示したごとく炉内に形成される溶融スラグ層の最
下部近傍となるように設置されている。そして、この出
滓口が可及的に簡単とした構造の前炉２７の底部に連通
される。このように、前炉２７が溶融スラグ層の最下部
近傍に設けた出滓口９と連通していると、溶融銑鉄３よ
り少し上に滞留して時間をかけて還元溶融が完全になさ
れた金属分を含まない鉱物質の溶融スラグを前炉に流出
させることができる。

【００４０】前炉の器部２７Ａの高さは電気炉１内の溶
融スラグ４を所望高さに保っておくことができるよう
に、すなわち所望高さを越えると溶融スラグ４を溢流さ
せることができる高さに設定される。したがって、電気
炉１で順次生成された溶融スラグに等しい量が前炉から
連続して排出されることになる。

【００４１】このようになっていると、コンクリート用
の人工骨材等を製造する設備の連続運転が実現され、こ
こでは詳しく述べないが（例えば特開平１０−１６７７
８３号公報を参照）、溶融スラグを連続的に鋳造すると
共にその鋳造スラグを熱い状態で簡単に所望サイズに破
砕することができる。しかも、その破砕においては冷却
スラグを破砕するときのように大きい動力を要したり、
ガラス破片のように尖ったものとならないようにしてお
くことができる。

【００４２】なお、器部２７Ａには蓋体２７Ｂが被せら
れるが、これに一対の加熱用電極２８が設けられ、前炉
２７に入った溶融スラグ４の冷却を流出するまでの間に
防止しておくことができるようになっている。一方のタ
ングステン電極２８Ａは蓋体２７Ｂに固定され、その下
半部は溶融スラグに浸漬されているが、他方のタングス
テン電極２８Ｂは昇降可能であって、加熱量を制御でき
るように配慮されている。

【００４３】このような構成のサイドチャージ式直流電
気溶融炉によれば、以下のようにして粉粒状原料を還元
溶融して、リサイクル品に供することができる無害化さ
れたスラグを生成することができる。まず、電気溶融炉
１の一例の内部構造の組み立てから説明する。

【００４４】図２を参照して、炉体の円筒状をした鉄皮
１ｎの内面にライニング１ｐを張りつけ、炉底にはライ
ニング１ｐの上にカーボンスタンピング層７Ａを形成す
る。そして、炉底プラス電極体８の半円盤状電極２４を
置いて、再度カーボンスタンピングしておく。これによ
って、ウエブ部２４Ｂの上面に設けた多数の短い鉄棒２
６がウエブ部とカーボンスタンピング層７Ａとの一体性
を高め、炉床の導電性が向上する。

【００４５】このカーボンスタンピング層の上面と炉壁
の内面には多数の黒鉛ブロック７Ｂが配置され、これに
よってカーボン質耐火物７が形成される。カーボンスタ
ンピング層と黒鉛ブロックで覆われた炉床の全体に、導
電性部分を形成することができる。なお、半円状切欠き
２５Ａ，２５Ｂ（図６を参照）は炉底プラス電極体８か
ら可動マイナス電極棒６への電流の短絡を抑制するの
で、広い領域で原料が均一に加熱されるようになる。

【００４６】一方、炉体に設置される炉底プラス電極体
８の棒状給電体２３は０．０２％Ｃといった純鉄バーで
あるが、炉蓋に近いこともあって酸化を抑制しておく必
要がある。そのために、図２に簡略化して示すごとく、
内部には冷却水を流通させる往路２３ａとその内方の復
路２３ｂとが形成される。なお、炉蓋５は中央に可動マ
イナス電極棒６が挿通する孔と排気通路２９（図１を参
照）を備えるのみでよいが、炉体から適宜離反させるこ
とができるようになっている。

【００４７】炉を操業をしている場合について、以下に
説明する。図２を参照して、炉底プラス電極体８によ
り、炉床に滞留する溶融銑鉄３とカーボン質耐火物７と
によって、炉床に広い導電域が形成される。原料層を貫
通する可動マイナス電極棒６の先端が溶融スラグ層に浸
漬している状態で、炉床面に略一様な電位レベルが形成
されると、電気の流れが破線で示すように円錐状とな
る。その円錐領域の内部や近傍にある原料がジュール熱
によって溶解される。円錐領域内に存在する既に生成さ
れた溶融スラグ４も加熱され、その脱ガスも図られる。
なお、可動マイナス電極棒６を上昇させて電圧を上げれ
ば電力供給が増大するので、円錐状の電流分布を一層拡
大させることができる。

【００４８】原料２中に予め混入された粉コークスによ
る導電作用および電気伝導度の低い粉粒状原料の加熱溶
融作用によって、比重の小さい原料が熱効率よくかつ均
一に還元溶融される。還元反応により発生したＣＯガス
により、溶融体の表層部にフォーミングスラグ層１１が
形成される。電極間に発生するアークは、原料２やフォ
ーミングスラグ層に常時覆われた状態（サブマージド状
態）となる。フォーミングスラグの生成によりアークが
極めて少なくなるので、アークによる溶融体の攪乱も抑
えられる。

【００４９】フォーミングスラグ層１１の表面に集積さ
れた灼熱コークス３０に電気が流れるので、原料２で覆
われるフォーミングスラグ層の表面で還元反応が静かに
かつ大きく進行する。含有金属酸化物の大部分を占める
ＦｅＯから還元された鉄や他の金属は、液滴となって炉
床へ落ちる。このような溶融方式は、可動電極がプラス
であり炉底電極がマイナスの「金属電解」方式とは異な
るので、可動電極であるマイナス電極棒は細くてよい。
しかも、電力伝達効率が向上し、電力消費も著しく節減
される。本電気炉による溶融方式は、金属溶解や酸化性
雰囲気での燃焼加熱ではなく、還元性雰囲気における電
気抵抗加熱となる。

【００５０】ちなみに、垂直な棒状給電体２３は、炉底
の還元性雰囲気を保つことに寄与する。すなわち、棒状
給電体は垂直な姿勢であって長いために、この給電体と
ライニング１ｐの僅かな隙間に外気が侵入したとして
も、炉体の熱で侵入空気は上昇し、炉底への外気の侵入
が可及的に防止される。

【００５１】このようにして、炉壁のライニング１ｐに
埋め込まれた長い給電体２３は炉底プラス電極体８の酸
化を防止する。カーボン質耐火物７の焼損も回避され、
炉の長期にわたる連続運転が実現される。炉床はカーボ
ン物質で覆われているので還元性雰囲気に保たれ、その
結果、溶融スラグが炉床や出滓口９（図１を参照）の近
傍のライニングを侵蝕することもない。炉底プラス電極
体８が高温になっても酸化することはないが、その一
方、棒状給電体２３は炉内温度が高くなると酸化するお
それがあるので、上記したようにして水冷される。

【００５２】通常の直流電気炉の運転制御は、交流電気
炉のそれよりも容易であることは、よく知られている。
しかし、直流電気炉では単相交流電気炉の場合と同様
に、アークは局部的に発生する。炉底プラス電極体８を
採用した直流電気炉は、運転の制御性の良さと、炉底の
広範囲な領域をカバーする給電効果により、炉内での均
一な還元溶融処理を実現することができる。

【００５３】本発明に係る電気溶融炉は直流であり、か
つ、可動マイナス電極棒が一本である。これは後述する
ごとく粉粒状原料をサイドチャージ口から装入すること
を可能にするものである。すなわち、電極が三本設けら
れているような形式の炉であれば、サイドチャージした
場合に原料が全部の電極棒の周囲にゆきわたらなくなる
が、一本であるから原料粉粒層の厚みが電極棒近傍にお
いて不均一になることも可及的に少なくなる。

【００５４】このようなサイドチャージ式のサブマージ
ドアーク直流抵抗炉では原料２が溶融されることによ
り、溶融スラグ４が生成される。同時に、原料中のＦｅ
系酸化物がフォーミングスラグ層において還元され、Ｃ
が３．０％以上、Ｓｉが４％ないし８％の溶融銑鉄３も
生成される。原料に含まれる他の重金属類Ｃｒ，Ｎｉ，
Ｃｏ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｏ等および還元可能なＰ₂ Ｏ₅ や
Ａｓ酸化物等を還元して生じた元素Ｐ，Ａｓ等は溶銑滴
に溶け込む。

【００５５】溶銑滴がフォーミングスラグ層や溶融スラ
グ層中を落下し、比重の重い溶融銑鉄３が炉底に貯溜さ
れる。この溶融銑鉄は例えば鋳物用原料銑等として利用
することができ、廃棄物からの金属資源の回収が実現さ
れる。なお、銑鉄中のＳｉが増えるとＣを析出させる性
質があるので、高Ｓｉの溶融銑鉄は炉底のカーボン質耐
火物７を侵蝕することもない。

【００５６】比重の小さな溶融スラグ４は重金属類等を
可及的に含まず、１，５００℃前後に維持されて溶融銑
鉄３の上方に滞留する。その滞留時間を十分に確保すれ
ば、溶融スラグ４が脱泡され、ガス含有率が極めて低く
なる。この溶融スラグは純粋なスラグであるので、この
スラグを凝固させれば、重金属類や有害物質が溶出する
ことのない人工砂利等を得ることができる。

【００５７】溶融スラグはその層高ヘッドを利用して出
滓されるが、溶融スラグをスラグ凝固設備に移す際の降
温を防止しておく必要のある場合が多い。また、効率の
よい還元溶融作用を維持するためには、還元溶融炉内の
スラグレベルを保っておくことが望ましい。加えて、よ
り一層純粋なスラグを出滓するためには、溶融スラグ層
の最下部からスラグを抜き出すことが好ましい。

【００５８】上記の要求を満たすために前炉２７（図１
を参照）が出滓口９に連なって設けられることは前述し
たとおりである。電気炉内の溶融スラグ４が増大する
と、前炉２７内の溶融スラグが溢れ出る。出滓口９は溶
融スラグ層の最下部に設けられるので、前炉２７へはガ
スを可及的に含まない純粋なスラグが導出される。そし
て、器部２７Ａ内の溶融スラグは加熱用電極によって保
温される。

【００５９】前炉２７からは連続してスラグが排出され
るが、炉体の規模によってはそれを間歇的に出滓したい
場合、仮想線で示した出滓栓９ａを出滓口９から、例え
ば３時間毎に抜けばよい。なお、前炉２７に水冷壁を備
えておけば、電気炉の鉄皮１ｎに簡単に取り付けること
ができるだけでなく、水冷壁に溶融スラグの一部を付着
凝固させて、ライニングを自然に形成させることができ
る利点がある。

【００６０】以上のような操業の間に原料が溶融してス
ラグ化すると、フォーミングスラグ層１１上の粉粒状原
料２が減少する。そのために原料がサイドチャージ口１
２から補給される。各サイドチャージ口から炉内に装入
された原料は可動マイナス電極棒６に向かって略扇状に
広がる。もちろん、原料はサラサラした粉粒状であるゆ
えに崩れて末広がりとなった先端部分では層厚が薄くな
る。

【００６１】サイドチャージ口１２が二か所に設けられ
ている場合には図３の（ａ）のように薄層部１３が二か
所生じる。原料の装入量は通常層厚部で５０ｍｍないし
１００ｍｍ程度となるように制御されるので、薄層部１
３では０ないし２０ｍｍ程度となる。

【００６２】原料２は事前に乾燥されているが、僅かな
揮発性物質やガスが残存する場合がある。原料を混在す
る粉コークスによって還元溶融すると、原料中の残留ガ
ス、揮発性物質の燃焼ガス、さらには還元反応により生
成されたＣＯが炉排ガスとして排出される。この排ガス
量は一般の電気炉の場合よりも少ないが、これを原料堆
積層から円滑に排気しなければ静かな還元溶融が維持さ
れなくなる。しかし、上記したように意図的に薄層部１
３が形成されているので、その部分を介して放出するこ
とができる。その排ガスは炉蓋５の排気通路２９を経て
排ガス処理装置に導出される。

【００６３】原料が還元溶融されてもサブマージドアー
ク状態を維持させるべく、原料がサイドチャージ口１２
（図３を参照）を通して可動マイナス電極棒６の周囲に
次々と追加装入される。このとき、プッシャ１５（図１
を参照）に標準より大きな押し出し圧が作用すれば、そ
の圧力信号を受けてコントローラ２２がロータリフィー
ダ１９による切り出し量を減少させる。切り出された原
料は一旦中間バルブ２０上に蓄えられ、プッシャ１５が
退避しているときにステンレススティール製ボックス１
４に落とされる。これによって炉内の原料層厚の増大は
抑制され、また薄層部１３も確保される。

【００６４】炉床に溜まった溶融銑鉄３は意図的に少量
を残して、出銑口１０から一日または二日ごとに図示し
ない取鍋等に出湯される。原料はほとんど揮発分や水分
を含まず、還元溶融時に多量の水蒸気を発生させること
がなく、揮発性物質の燃焼による燃焼ガスが大量に発生
することもない。したがって、静かな還元溶融が実現さ
れること、粉粒状の原料が特に６５０℃ないし８５０℃
に予熱されている場合には流動性が極めてよいことか
ら、プッシャによるサイドチャージ方式よる適量の原料
供給とあいまって、炉操業の無人化や自動運転化が実現
される。

【００６５】出滓口９から直接もしくは前炉２７を経て
溶融銑鉄３とは独立して出滓された溶融スラグ４は清澄
なものであり、以後の固化操作さらには破砕や熱処理操
作に適したように加工しやすくなり、それによって再生
されたリサイクル品も金属類を含まない鉱物質となる。
このように天然石や砂に極めて近い無害化の図られた人
工岩石等を得ることができる。その一方で金属資源が回
収され、廃棄物の利用度が著しく高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る還元溶融スラグ生成用サイドチ
ャージ式直流電気溶融炉の断面図。

【図２】 図１のII−II線矢視断面図。

【図３】 図１中の III部矢視断面図。

【図４】 図３に代わる図１の III部矢視相当箇所の異
なる例の断面図。

【図５】 炉底プラス電極体を示し、（ａ）は半割れ構
造の斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＶ−Ｖ線矢視図。

【図６】 炉底プラス電極体の全体的平面図。

【符号の説明】

１…電気溶融炉、２…粉粒状原料、３…溶融銑鉄、４…
溶融スラグ、６…可動マイナス電極棒、７…カーボン質
耐火物、８，８Ａ，８Ｂ…炉底プラス電極体、９…出滓
口、１０…出銑口、１１…フォーミングスラグ層、１２
…サイドチャージ口、１３…薄層部、１４…ステンレス
スティール製ボックス、１５…プッシャ、１９…ロータ
リフィーダ、２１…押出し力検出器、２２…コントロー
ラ、２３…棒状給電体、２４…円盤状電極（半円盤状電
極）、２５…円状孔、２６…突起、２７…前炉、２８，
２８Ａ，２８Ｂ…加熱用タングステン電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２７Ｄ 11/10 Ｆ２７Ｄ 11/10 Ｈ０５Ｂ 7/18 Ｈ０５Ｂ 7/18 Ａ Ｆターム(参考） 3K061 AA18 AA23 AB03 AC02 AC03 CA08 CA12 DB04 DB11 DB19 DB20 3K084 AA02 4K045 AA04 BA07 CA05 CA06 DA06 DA07 RA01 RB02 RC02 RC10 RC11 4K063 AA04 BA13 CA06 FA55 FA64

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体中央で昇降する垂直な一本の可動マ
   イナス電極棒と、カーボン質耐火物で形成した炉底に広
   がるように埋設されて直流電力を供給する炉底プラス電
   極体とを備え、還元剤の配合された粉粒状原料から還元
   容易な金属酸化物を溶融還元して溶融銑鉄を生成すると
   共に、金属を可及的に含まない溶融スラグを生成して前
   記溶融銑鉄上に滞留させることができるようになってお
   り、前記溶融スラグを排出するための出滓口が前記溶融
   銑鉄を排出するための出銑口よりも高い位置に設けられ
   ているサブマージドアーク直流電気溶融炉において、 溶融スラグを覆うように形成されるフォーミングスラグ
   層上に原料を炉側から前記可動マイナス電極棒に向けて
   押し込むためのサイドチャージ口が炉壁に設けられてい
   ることを特徴とする還元溶融スラグ生成用サイドチャー
   ジ式直流電気溶融炉。
2. 【請求項２】 前記サイドチャージ口は、同一高さ位置
   の面内に等角度で二または三か所設けられていることを
   特徴とする請求項１に記載された還元溶融スラグ生成用
   サイドチャージ式直流電気溶融炉。
3. 【請求項３】 前記サイドチャージ口は、炉壁を貫通し
   横に長い矩形状の開口を有したステンレススティール製
   ボックスで形成され、該ボックス内には、原料を押し出
   すプッシャが進退可能に設けられていることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載された還元溶融スラグ
   生成用サイドチャージ式直流電気溶融炉。
4. 【請求項４】 前記サイドチャージ口に連なる原料供給
   装置にはロータリフィーダが設けられると共に前記プッ
   シャには押出し力検出器が取りつけられ、該押出し力検
   出器によって検出されたプッシャに作用する負荷に応じ
   て、前記ロータリフィーダの原料切り出し速度を調整す
   るコントローラが設けられていることを特徴とする請求
   項１ないし請求項３のいずれか一項に記載された還元溶
   融スラグ生成用サイドチャージ式直流電気溶融炉。
5. 【請求項５】 前記炉底プラス電極体は、炉壁の耐火物
   に埋設される垂直姿勢の棒状給電体と該給電体と一体を
   なして炉底のカーボン質耐火物に埋設される円盤状電極
   とを有し、該電極の中心部には前記可動マイナス電極棒
   の直径と同等もしくはそれより大きい円状孔が設けられ
   ると共に、鉄製の突起が円盤上面に多数立設されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一
   項に記載された還元溶融スラグ生成用サイドチャージ式
   直流電気溶融炉。
6. 【請求項６】 前記出滓口は炉内に形成される溶融スラ
   グ層の最下部近傍となるように配置され、該出滓口に連
   通し前記溶融スラグ層を所望高さに保っておくことがで
   きるように溶融スラグを溢流させる前炉が加熱用電極を
   有して炉側に設けられていることを特徴とする請求項１
   ないし請求項５のいずれか一項に記載された還元溶融ス
   ラグ生成用サイドチャージ式直流電気溶融炉。