JP2880574B2 - 酸化物含有ダストの処理 - Google Patents
酸化物含有ダストの処理Info
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- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
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- H05H1/341—Arrangements for providing coaxial protecting fluids
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、酸化物含有ダストの処理、特に、限定はし
ないがスチールの加工において生じる廃棄物ダスト（wa
ste dust）の処理に関する。
ないがスチールの加工において生じる廃棄物ダスト（wa
ste dust）の処理に関する。
アーク炉およびアルゴン酸素脱炭容器（Argon Oxygen
Decarburization vessel）におけるステンレススチー
ルの溶融および精練中、装入物の１〜２％が、金属酸化
物を含む細かいヒューム（fume）、典型的には０〜20％
のCr2O3、０〜４％のNiO、０〜２％のMoO3、０〜50％の
Fe2o3またはすなわち40％のZnO、０〜10％のPbO、０〜2
0％おCdOを含み残部は脈石酸化物（gangue oxides）な
どである細かいヒュームに変わる。クロム、ニッケル、
モリブデンおよび亜鉛の価格が高いことは、それらの金
属を合金および凝縮金属として回収することを商業的に
強く奨励している。鉛、カドミウムおよび六価クロムの
地下水への浸出性故に、廃棄物ダストの処理のための規
制が次第に厳重になってきている。ダストは、危険廃棄
物として高いコストをかけてカプセル封じまたは管理さ
れた埋め立て地に輸送しなくてはならない。
Decarburization vessel）におけるステンレススチー
ルの溶融および精練中、装入物の１〜２％が、金属酸化
物を含む細かいヒューム（fume）、典型的には０〜20％
のCr2O3、０〜４％のNiO、０〜２％のMoO3、０〜50％の
Fe2o3またはすなわち40％のZnO、０〜10％のPbO、０〜2
0％おCdOを含み残部は脈石酸化物（gangue oxides）な
どである細かいヒュームに変わる。クロム、ニッケル、
モリブデンおよび亜鉛の価格が高いことは、それらの金
属を合金および凝縮金属として回収することを商業的に
強く奨励している。鉛、カドミウムおよび六価クロムの
地下水への浸出性故に、廃棄物ダストの処理のための規
制が次第に厳重になってきている。ダストは、危険廃棄
物として高いコストをかけてカプセル封じまたは管理さ
れた埋め立て地に輸送しなくてはならない。
ダストは非常に細かい（約80％が直径が８ミクロンよ
り小さい）ので、アーク炉に直接再循環させることがで
きない。ヒュームを凝集させ、それを過剰に還元剤と共
に炉に加えることができるが、これは費用効果がよくな
い。
り小さい）ので、アーク炉に直接再循環させることがで
きない。ヒュームを凝集させ、それを過剰に還元剤と共
に炉に加えることができるが、これは費用効果がよくな
い。
本発明の一つの目的は、プラズマアーク装置、および
金属酸化物、特に細かいダストを含む廃棄物の処理のた
めの効率的で費用効果のよい方法を提供することであ
る。特に、蒸発可能で導電性である金属酸化物を含む細
かいダストまたは他の粒子を精練するための方法および
プラズマアーク装置を提供することが本発明の目的であ
る。本発明で用いられる装置は、非常に高い温度、典型
的には約6000℃〜約20000℃のプラズマ状態をつくるた
めの密閉雰囲気において電極間にアークが発生する、い
わゆるプラズマアーク炉である。プラズマは、電子、イ
オン、ラジカルの活性種であってよく、原子状水素およ
び窒素のような発生期ガスが存在することができる。
金属酸化物、特に細かいダストを含む廃棄物の処理のた
めの効率的で費用効果のよい方法を提供することであ
る。特に、蒸発可能で導電性である金属酸化物を含む細
かいダストまたは他の粒子を精練するための方法および
プラズマアーク装置を提供することが本発明の目的であ
る。本発明で用いられる装置は、非常に高い温度、典型
的には約6000℃〜約20000℃のプラズマ状態をつくるた
めの密閉雰囲気において電極間にアークが発生する、い
わゆるプラズマアーク炉である。プラズマは、電子、イ
オン、ラジカルの活性種であってよく、原子状水素およ
び窒素のような発生期ガスが存在することができる。
本発明の第１の観点によれば、耐火性ライニングを有
し熱処理チャンバーを定める外側シェル、炉内にガスを
供給するための手段、該チャンバーの壁に設けられた固
定電極手段、および電極間にアークを発生させて該ガス
のプラズマを形成するためにチャンバーに出入りするよ
うにチャンバーの屋根（roof）に設けられた可動電極手
段を含んでなるものであって、可動電極手段が炭素質材
料を含んでなりガス状遮蔽手段により囲まれている、粒
状金属酸化物を精練するための炉が提供される。
し熱処理チャンバーを定める外側シェル、炉内にガスを
供給するための手段、該チャンバーの壁に設けられた固
定電極手段、および電極間にアークを発生させて該ガス
のプラズマを形成するためにチャンバーに出入りするよ
うにチャンバーの屋根（roof）に設けられた可動電極手
段を含んでなるものであって、可動電極手段が炭素質材
料を含んでなりガス状遮蔽手段により囲まれている、粒
状金属酸化物を精練するための炉が提供される。
本発明のもう１つの観点によれば、耐火性ライニング
を有し熱処理チャンバーを定める外側シェル、チャンバ
ーの内容物を加熱するためにプラズマガスを形成するた
めにチャンバーの屋根または壁に設けられた１またはそ
れ以上のプラズマトーチを含んでなり、ガス状遮蔽手段
がトーチの出口に隣接して存在する、粒状金属酸化物を
精練するための炉が提供される。
を有し熱処理チャンバーを定める外側シェル、チャンバ
ーの内容物を加熱するためにプラズマガスを形成するた
めにチャンバーの屋根または壁に設けられた１またはそ
れ以上のプラズマトーチを含んでなり、ガス状遮蔽手段
がトーチの出口に隣接して存在する、粒状金属酸化物を
精練するための炉が提供される。
我々の研究により、電気的手段により熱が発生する炉
において、蒸発可能で導電性である粒状金属酸化物が精
練されるとき、電気的に絶縁することを意図している炉
の部分において、蒸発した金属が凝縮または浸入する
（impregnate）ことが示された。凝縮金属部分は導電性
であるので、短絡および絶縁破壊につながる電気経路が
形成される。これは、それらの部分の寿命を短くしう
る。そのことは、そうでない場合よりもより頻繁に炉を
休止し修繕する必要があることを意味している。ガス状
遮蔽手段の主な機能は、可動電極手段からそのような粒
子を追い払い、可動手段が通過する開口に接している炉
の壁から可動電極手段を絶縁することである。
において、蒸発可能で導電性である粒状金属酸化物が精
練されるとき、電気的に絶縁することを意図している炉
の部分において、蒸発した金属が凝縮または浸入する
（impregnate）ことが示された。凝縮金属部分は導電性
であるので、短絡および絶縁破壊につながる電気経路が
形成される。これは、それらの部分の寿命を短くしう
る。そのことは、そうでない場合よりもより頻繁に炉を
休止し修繕する必要があることを意味している。ガス状
遮蔽手段の主な機能は、可動電極手段からそのような粒
子を追い払い、可動手段が通過する開口に接している炉
の壁から可動電極手段を絶縁することである。
好ましくは、遮蔽手段は、電極手段および溶湯の金属
に対して不活性であり、可動電極手段が炉に入る位置の
周辺領域を循環するガスを含んでなる。典型的には、ガ
スは窒素またはアルゴンであり、電極手段が通過する環
状間隙の周囲の屋根水平面において炉に導入される。
に対して不活性であり、可動電極手段が炉に入る位置の
周辺領域を循環するガスを含んでなる。典型的には、ガ
スは窒素またはアルゴンであり、電極手段が通過する環
状間隙の周囲の屋根水平面において炉に導入される。
蒸発した金属は通常、炉から凝縮器に送られ、炉内の
雰囲気は加圧下にある。この理由により、炉内の微圧
（slight pressure）を維持し大気を排除するのに充分
な圧力下に遮蔽ガスを導入しなければならない。空気は
炉内の意図するCO/CO2比に影響を与え、金属の再酸化を
招くので、大気の排除は特に重要となりうる。
雰囲気は加圧下にある。この理由により、炉内の微圧
（slight pressure）を維持し大気を排除するのに充分
な圧力下に遮蔽ガスを導入しなければならない。空気は
炉内の意図するCO/CO2比に影響を与え、金属の再酸化を
招くので、大気の排除は特に重要となりうる。
可動電極手段は、１またはそれ以上の電極を含んでよ
い。たとえば、１つのそのような電極が存在してよく、
それと固定電極手段により直流アークが発生する。固定
電極手段の数は変化してよく、好ましくは６つ存在す
る。３つの電極が炉の屋根および／または壁にあってよ
く、そこで交流のアークを発生させ、あるいは陰極およ
び陽極直流グラファイト電極を屋根または壁に設けても
よい。
い。たとえば、１つのそのような電極が存在してよく、
それと固定電極手段により直流アークが発生する。固定
電極手段の数は変化してよく、好ましくは６つ存在す
る。３つの電極が炉の屋根および／または壁にあってよ
く、そこで交流のアークを発生させ、あるいは陰極およ
び陽極直流グラファイト電極を屋根または壁に設けても
よい。
固定電極手段は、チャンバーの中心部または側壁に設
けられた１またはそれ以上の電極を含んでよい。
けられた１またはそれ以上の電極を含んでよい。
エネルギー入力がスラグの抵抗率に依存しておらず、 電極消費量が最少化され、 炉の側壁への供給材料の堆積をアークの長さを変える
ことにより制御することができる ので開放アークモード（open arc mode）が好ましい。
ことにより制御することができる ので開放アークモード（open arc mode）が好ましい。
直流プラズマシステムの利用は、屋根に１つの可動電
極手段しか必要としないので、溶湯に熱を伝える効率的
な手段を提供する。
極手段しか必要としないので、溶湯に熱を伝える効率的
な手段を提供する。
可動電極手段には、好ましくはプラズマガスを導入す
るための手段が設けられる。最も好ましくは、それは、
可動電極手段を貫ぬくように通常、軸方向に配され、そ
こを通ってプラズマガスが炉に移動する孔を含む。
るための手段が設けられる。最も好ましくは、それは、
可動電極手段を貫ぬくように通常、軸方向に配され、そ
こを通ってプラズマガスが炉に移動する孔を含む。
可動電極手段はグラファイトから形成することができ
る。特別の例は、予備焼成した、部分的にグラファイト
化した炭素、および多孔質グラファイトを含む。グラフ
ァイトは使用中に消費されるが、本発明の特徴は消費速
度が予想外に少ないことである。
る。特別の例は、予備焼成した、部分的にグラファイト
化した炭素、および多孔質グラファイトを含む。グラフ
ァイトは使用中に消費されるが、本発明の特徴は消費速
度が予想外に少ないことである。
可動電極は使用中に消費されるので、たとえば、ねじ
またはソケットに収められる雄ニップルにより端部どう
しが接続された長尺体として（in lengths）電極を形成
することが好ましい。好ましくは、前述したように、そ
の長尺体は、プラズマガス、典型的にはアルゴンまたは
窒素のための貫通孔を含み、その孔は、長尺物（lengt
h）の軸にまたは長尺物の軸からずれて存在してよい。
電極の自由端には、アークを発生させるための適当な電
気接続部および遮蔽ガスなどのための接続部が取り付け
られる。長尺体である電極の断面はいかなる形状であっ
てもよいが、円形が好ましい。
またはソケットに収められる雄ニップルにより端部どう
しが接続された長尺体として（in lengths）電極を形成
することが好ましい。好ましくは、前述したように、そ
の長尺体は、プラズマガス、典型的にはアルゴンまたは
窒素のための貫通孔を含み、その孔は、長尺物（lengt
h）の軸にまたは長尺物の軸からずれて存在してよい。
電極の自由端には、アークを発生させるための適当な電
気接続部および遮蔽ガスなどのための接続部が取り付け
られる。長尺体である電極の断面はいかなる形状であっ
てもよいが、円形が好ましい。
最も好ましくは、電極は、屋根に垂直に設けられたシ
リンダーまたは管内を移動し、その管の内壁と電極との
間には環状クリアランスが存在する。電極を整列させ、
空気の侵入ならびに蒸発した金属および遮蔽ガスの漏れ
を防止するために、クリアランスに充填材料が存在す
る。管には、外側水冷ジャケットシステムを設けること
ができる。
リンダーまたは管内を移動し、その管の内壁と電極との
間には環状クリアランスが存在する。電極を整列させ、
空気の侵入ならびに蒸発した金属および遮蔽ガスの漏れ
を防止するために、クリアランスに充填材料が存在す
る。管には、外側水冷ジャケットシステムを設けること
ができる。
電極の整列が乱れると、意図する経路からの遮蔽ガス
の漏れおよび空気の侵入がありうるので、電極が通過す
る屋根の環状間隙の軸に位置する経路に沿って移動する
ように電極が配されていることを、信頼性のある操作の
ために重要である。極端なばあい、蒸発した金属がシリ
ンダーに達し、そこで凝縮することがありうる。前記目
的のために、実質的に環状間隙の軸に、すなわち意図す
る移動経路に電極を保持するガイド手段により可動電極
が支持されていることが本発明の非常に好ましい特徴で
ある。最も好ましくは、環状間隙に隣接し可動電極の意
図する移動経路に平行である炉の屋根に設けられたマス
トの形状のクランプ手段により電極が保持され、電極手
段が導かれる。
の漏れおよび空気の侵入がありうるので、電極が通過す
る屋根の環状間隙の軸に位置する経路に沿って移動する
ように電極が配されていることを、信頼性のある操作の
ために重要である。極端なばあい、蒸発した金属がシリ
ンダーに達し、そこで凝縮することがありうる。前記目
的のために、実質的に環状間隙の軸に、すなわち意図す
る移動経路に電極を保持するガイド手段により可動電極
が支持されていることが本発明の非常に好ましい特徴で
ある。最も好ましくは、環状間隙に隣接し可動電極の意
図する移動経路に平行である炉の屋根に設けられたマス
トの形状のクランプ手段により電極が保持され、電極手
段が導かれる。
もう１つの観点において、本発明は耐火性ライニング
を有する熱処理チャンバーを定める外側シェル、ガスを
炉内に導入するための手段、チャンバーの壁に設けられ
た固定電極手段、および電極間にアークを発生させて前
記ガスのプラズマを形成するためにチャンバーに出入り
するように炉の屋根に設けられた可動電極手段を含んで
なり、好ましくはマストの形状のガイド手段が、可動電
極手段から短い距離をおいて存在し、可動電極を移動経
路を導くように配されている、材料の処理に用いるため
の炉を提供する。
を有する熱処理チャンバーを定める外側シェル、ガスを
炉内に導入するための手段、チャンバーの壁に設けられ
た固定電極手段、および電極間にアークを発生させて前
記ガスのプラズマを形成するためにチャンバーに出入り
するように炉の屋根に設けられた可動電極手段を含んで
なり、好ましくはマストの形状のガイド手段が、可動電
極手段から短い距離をおいて存在し、可動電極を移動経
路を導くように配されている、材料の処理に用いるため
の炉を提供する。
スラグおよび金属の温度が約1400〜1700℃、好ましく
は約1500℃であるように、プロセスが操作される。
は約1500℃であるように、プロセスが操作される。
本発明は、亜鉛、鉛、カドミウム、マグネシウムおよ
びマンガンのような金属の酸化物を含んでなるダストま
たはヒュームの精練において特に有用である。本発明に
より処理すべき廃棄物材料は、AODダストもしくはヒュ
ーム、EAFダストもしくはヒューム、または、ミルスケ
ールやプラズマカッティング（plasma cutting）のよう
な種々のスチールの処理もしくは他の冶金プロセスから
生じる材料のうちの任意の１種またはそれ以上のもので
あってよい。
びマンガンのような金属の酸化物を含んでなるダストま
たはヒュームの精練において特に有用である。本発明に
より処理すべき廃棄物材料は、AODダストもしくはヒュ
ーム、EAFダストもしくはヒューム、または、ミルスケ
ールやプラズマカッティング（plasma cutting）のよう
な種々のスチールの処理もしくは他の冶金プロセスから
生じる材料のうちの任意の１種またはそれ以上のもので
あってよい。
必要であれば、これらの材料は精練前に乾燥される。
酸化物を含む供給材料に炭素質還元剤（たとえば石炭）
およびフラックス（シリカ）がブレンドされ、プラズマ
アーク炉において精練されてFe、Cr、Ni、Mo、Ｃなどを
含む鉄合金がえられ、ILVAアーク炉に再循環される。
酸化物を含む供給材料に炭素質還元剤（たとえば石炭）
およびフラックス（シリカ）がブレンドされ、プラズマ
アーク炉において精練されてFe、Cr、Ni、Mo、Ｃなどを
含む鉄合金がえられ、ILVAアーク炉に再循環される。
たとえばCr2O3、Fe2O3、NiO、MoO3、ZnO、PbOなどの
還元のための化学量論量の石炭／コークスに、供給材料
がブレンドされる。供給材料中の脈石酸化物によって
は、少量のCaOまたはSiO2をブレンド物に添加してよ
い。
還元のための化学量論量の石炭／コークスに、供給材料
がブレンドされる。供給材料中の脈石酸化物によって
は、少量のCaOまたはSiO2をブレンド物に添加してよ
い。
我々の研究により、炉が、非凝集ヒュームを含むある
範囲の供給材料を受け入れること、炉へのエネルギー入
力が炉の雰囲気、酸素ポテンシャル（oxygen potentia
l）またはスラグ化学（slag chemistry）に依存しない
こと、炉が、合金要素酸化物（alloy element oxides）
の鉄合金への再生利用を最大にするように還元性炉条件
を維持すること、高いエネルギー密度により精練速度が
高くなり反応器の寸法が小さくなること、充分に溶融し
た浴によりある範囲のスラグ化学が用いられること、お
よび炉を迅速に開始および休止させうることにおいて、
EAFおよびAODヒュームを処理するために本発明の炉を用
いる大きな利点が存在することが示された。本発明は、
他の利点を提供する。たとえば、スラグが泡立ってグラ
ファイト電極を被覆する位置まで達しても、害が生じな
い。プラズマガスの消費が少なく、選択されたガスが比
較的廉価である。出力を容易に調節することができ、そ
れにしたがって電極の直径を変えることができる。
範囲の供給材料を受け入れること、炉へのエネルギー入
力が炉の雰囲気、酸素ポテンシャル（oxygen potentia
l）またはスラグ化学（slag chemistry）に依存しない
こと、炉が、合金要素酸化物（alloy element oxides）
の鉄合金への再生利用を最大にするように還元性炉条件
を維持すること、高いエネルギー密度により精練速度が
高くなり反応器の寸法が小さくなること、充分に溶融し
た浴によりある範囲のスラグ化学が用いられること、お
よび炉を迅速に開始および休止させうることにおいて、
EAFおよびAODヒュームを処理するために本発明の炉を用
いる大きな利点が存在することが示された。本発明は、
他の利点を提供する。たとえば、スラグが泡立ってグラ
ファイト電極を被覆する位置まで達しても、害が生じな
い。プラズマガスの消費が少なく、選択されたガスが比
較的廉価である。出力を容易に調節することができ、そ
れにしたがって電極の直径を変えることができる。
好ましくは、装入物は、密閉スクリューコンベヤー、
ロータリー弁またはロックホッパー（lock hopper）を
通って炉の屋根のポートを通って導入され、処理チャン
バー内の溶融スラグ浴に落下し、そこで溶融し、金属酸
化物が下記反応にしたがって炭素または一酸化炭素によ
りカーボサーミカリー（carbothermically）に還元され
て鉄合金または蒸発した金属になる： M2O3＋3C ＝2M＋3CO M2O3＋3CO＝2M＋3CO2 3CO2＋3C ＝6CO もう１つの観点において、本発明は、（ｉ）耐火性ラ
イニングを有し熱処理チャンバーを定める外側シェル、
該チャンバーの壁に設けられた固定電極手段および電極
間にアークを発生させるためにチャンバーに出入りする
ように屋根に設けられた可動電極手段を含んでなるもの
であって、可動電極手段が炭素質材料を含んでなりガス
状遮蔽手段により囲まれている炉の熱処理チャンバー
に、酸化物、フラックス剤（fluxing agent）および還
元剤を供給し、（ii）可動電極と固定電極との間にアー
クを発生させ、（iii）炉のライニングから蒸発した金
属を追い出すために遮蔽ガスを供給することを含んでな
る金属酸化物を精練する方法を提供する。
ロータリー弁またはロックホッパー（lock hopper）を
通って炉の屋根のポートを通って導入され、処理チャン
バー内の溶融スラグ浴に落下し、そこで溶融し、金属酸
化物が下記反応にしたがって炭素または一酸化炭素によ
りカーボサーミカリー（carbothermically）に還元され
て鉄合金または蒸発した金属になる： M2O3＋3C ＝2M＋3CO M2O3＋3CO＝2M＋3CO2 3CO2＋3C ＝6CO もう１つの観点において、本発明は、（ｉ）耐火性ラ
イニングを有し熱処理チャンバーを定める外側シェル、
該チャンバーの壁に設けられた固定電極手段および電極
間にアークを発生させるためにチャンバーに出入りする
ように屋根に設けられた可動電極手段を含んでなるもの
であって、可動電極手段が炭素質材料を含んでなりガス
状遮蔽手段により囲まれている炉の熱処理チャンバー
に、酸化物、フラックス剤（fluxing agent）および還
元剤を供給し、（ii）可動電極と固定電極との間にアー
クを発生させ、（iii）炉のライニングから蒸発した金
属を追い出すために遮蔽ガスを供給することを含んでな
る金属酸化物を精練する方法を提供する。
精練後、合金を取鍋に、続いて鋳塊鋳型に流し込み
（tapped）、スラグをスラグポットに入れる。毒性のな
いケイ酸カルシウムの重金属非含有スラグは埋立て材
（landfill）として処理することができる。一酸化炭
素、水素および揮発性金属を含む炉からの排ガスは、燃
焼チャンバー内でプロセス空気（process air）と一緒
に燃焼され、冷却され、大気に排出される前にバグハウ
スフィルター（baghouse fileter）内で脱じんされる。
（tapped）、スラグをスラグポットに入れる。毒性のな
いケイ酸カルシウムの重金属非含有スラグは埋立て材
（landfill）として処理することができる。一酸化炭
素、水素および揮発性金属を含む炉からの排ガスは、燃
焼チャンバー内でプロセス空気（process air）と一緒
に燃焼され、冷却され、大気に排出される前にバグハウ
スフィルター（baghouse fileter）内で脱じんされる。
本発明がよく理解されるように、添付の図面のみを参
照して本発明を実施例により説明する。
照して本発明を実施例により説明する。
図１は、１つの形状の炉の垂直断面図である。
図２は、拡大して描かれた図１の細部である。
図３は、図１の炉の屋根の上にマストへの電極の接続
部の部分的な平面図である。
部の部分的な平面図である。
この装置は、熱処理チャンバーＣを定める内側耐火性
レンガライニング３を有する圧延スチール製の外側シェ
ル２から形成されている炉を含んでなる。内側ライニン
グはマグネシアレンガを含んでなる。炉１は、外側が水
冷される取り外し可能な屋根４を有し、内側耐火性ライ
ニングを有する。入口ポート５（１つを示す）が屋根４
に存在し、図示しない密閉スクリューフィーダーが含ま
れる。図示しない凝縮器を介してバグハウスに蒸発した
金属および排ガスを送るための出口６が屋根４に存在す
る。炉は、排ガスポートを除いて完全に密閉されてお
り、約25Paの内圧下に操作される。金属陽極７、たとえ
ばステンレススチールが、炉の中心部から熱処理チャン
バーＣに延びている。典型的には６つのそのような陽極
が存在する。炉の屋根４は、鋳造耐火性ライニング９、
たとえばクロム結合板状アルミナを有する金属シェル８
から形成されている。屋根４の頂上の中心部に貫通孔10
が存在する。単一の直流グラファイト電極Ｅが孔10を貫
いて延びている。電極Ｅは直径が約30cmであり、孔10は
直径が約80cmである。電極Ｅは、プラズマガスの通過の
ために図示しない軸方向貫通孔を有する。孔は直径が約
10mmであり、ガスは窒素またはアルゴンである。電極Ｅ
は、たとえば図示しないネジ接続により端部どうしが接
続されている多くの長尺物電極からなる。電極は孔10と
比べて直径が小さく、環状間隙には交換可能な耐火性イ
ンサート11が充填されている。インサート11は、構成要
素である垂れ下がり管（depending tube）11Bを有する
上側環状ディスク11Aを含んでなる。ディスク11Aは孔10
のリムに載置されている。管11Bは電極Ｅと比べて内径
が大きい。管11Bは、屋根４の耐火性ライニングの深さ
にわたって延びており、下方端が外側に広がっている。
ディスク11Aは、外側耐火性ディスク12の周面内に置か
れている。ディスク12の頂点にはくぼみがあり、プレー
ト14がくぼみに受けられており、その間には水平なセラ
ミック繊維ブランケットシール14が存在している。電極
Ｅの回りにおいてプレート13上にシリンダー15が設けら
れている。シリンダーの内径は電極Ｅより大きく、環状
クリアランスに耐火性カラー16が取り付けられている。
シリンダーの上端部においてカラー16の上にセラミック
繊維製グランドパッキングマス（gland packing mass）
17が存在し、パッキングおよびカラーに圧力をかけるた
めにシリンダー15の上側に圧力調節システム18が存在す
る。水冷ジャケット19がシリンダー15の外側壁を形成す
る。遮蔽ガス、たとえば窒素が内側を通過するようにシ
リンダー15の周囲においてプレート13にパイプ20が接続
されており、遮蔽ガスはシール14を通って、管11Bの内
側と電極Ｅとの間の環状クリアランスに入り、クリアラ
ンスはガスパージプレナムＰをなす。
レンガライニング３を有する圧延スチール製の外側シェ
ル２から形成されている炉を含んでなる。内側ライニン
グはマグネシアレンガを含んでなる。炉１は、外側が水
冷される取り外し可能な屋根４を有し、内側耐火性ライ
ニングを有する。入口ポート５（１つを示す）が屋根４
に存在し、図示しない密閉スクリューフィーダーが含ま
れる。図示しない凝縮器を介してバグハウスに蒸発した
金属および排ガスを送るための出口６が屋根４に存在す
る。炉は、排ガスポートを除いて完全に密閉されてお
り、約25Paの内圧下に操作される。金属陽極７、たとえ
ばステンレススチールが、炉の中心部から熱処理チャン
バーＣに延びている。典型的には６つのそのような陽極
が存在する。炉の屋根４は、鋳造耐火性ライニング９、
たとえばクロム結合板状アルミナを有する金属シェル８
から形成されている。屋根４の頂上の中心部に貫通孔10
が存在する。単一の直流グラファイト電極Ｅが孔10を貫
いて延びている。電極Ｅは直径が約30cmであり、孔10は
直径が約80cmである。電極Ｅは、プラズマガスの通過の
ために図示しない軸方向貫通孔を有する。孔は直径が約
10mmであり、ガスは窒素またはアルゴンである。電極Ｅ
は、たとえば図示しないネジ接続により端部どうしが接
続されている多くの長尺物電極からなる。電極は孔10と
比べて直径が小さく、環状間隙には交換可能な耐火性イ
ンサート11が充填されている。インサート11は、構成要
素である垂れ下がり管（depending tube）11Bを有する
上側環状ディスク11Aを含んでなる。ディスク11Aは孔10
のリムに載置されている。管11Bは電極Ｅと比べて内径
が大きい。管11Bは、屋根４の耐火性ライニングの深さ
にわたって延びており、下方端が外側に広がっている。
ディスク11Aは、外側耐火性ディスク12の周面内に置か
れている。ディスク12の頂点にはくぼみがあり、プレー
ト14がくぼみに受けられており、その間には水平なセラ
ミック繊維ブランケットシール14が存在している。電極
Ｅの回りにおいてプレート13上にシリンダー15が設けら
れている。シリンダーの内径は電極Ｅより大きく、環状
クリアランスに耐火性カラー16が取り付けられている。
シリンダーの上端部においてカラー16の上にセラミック
繊維製グランドパッキングマス（gland packing mass）
17が存在し、パッキングおよびカラーに圧力をかけるた
めにシリンダー15の上側に圧力調節システム18が存在す
る。水冷ジャケット19がシリンダー15の外側壁を形成す
る。遮蔽ガス、たとえば窒素が内側を通過するようにシ
リンダー15の周囲においてプレート13にパイプ20が接続
されており、遮蔽ガスはシール14を通って、管11Bの内
側と電極Ｅとの間の環状クリアランスに入り、クリアラ
ンスはガスパージプレナムＰをなす。
貫通孔10から短い距離をおいた位置においてプレート
30Aを貫通するボルトによりマスト30が屋根にボルト止
めされている。プレート30Aの高さは調節することがで
きる。マスト30の断面は四角形である。短いアーム31
は、マスト30に受けとめられている１つの端部に四角い
カラー32を有し、他端には電極Ｅにかみあうクランプシ
ステム33を有する。図３に最もよく示されているよう
に、クランプシステム33は、そこから２つのスチール側
壁35が延びている後方壁34を有する。側壁35の端部に
は、クランププレート37が取り付けられるロッド36が存
在している。プレート37をロッド36に固定するためにハ
ンドル38が存在している。電極に電力を供給するために
後方壁34上に銅コネクター39が存在する。３つの造形さ
れた銅電極インターフェイスブロック40が存在し、２つ
は後方壁34および側壁35のコーナーに存在し、第３のも
のはプレート37の内側壁に存在する。パーツを電気絶縁
するためにグラスファイバーエポキシ絶縁材料のブロッ
クが存在する。電極Ｅはクランプシステム33によりマス
ト30に保持され、使用中に、所望により下方または上方
に動かされる。マストの正確な設置およびアーム31の短
い長さ故に、電極Ｅは、ほとんどまたはまったくずれる
ことなく所望の移動経路をたどるように導かれうる。
30Aを貫通するボルトによりマスト30が屋根にボルト止
めされている。プレート30Aの高さは調節することがで
きる。マスト30の断面は四角形である。短いアーム31
は、マスト30に受けとめられている１つの端部に四角い
カラー32を有し、他端には電極Ｅにかみあうクランプシ
ステム33を有する。図３に最もよく示されているよう
に、クランプシステム33は、そこから２つのスチール側
壁35が延びている後方壁34を有する。側壁35の端部に
は、クランププレート37が取り付けられるロッド36が存
在している。プレート37をロッド36に固定するためにハ
ンドル38が存在している。電極に電力を供給するために
後方壁34上に銅コネクター39が存在する。３つの造形さ
れた銅電極インターフェイスブロック40が存在し、２つ
は後方壁34および側壁35のコーナーに存在し、第３のも
のはプレート37の内側壁に存在する。パーツを電気絶縁
するためにグラスファイバーエポキシ絶縁材料のブロッ
クが存在する。電極Ｅはクランプシステム33によりマス
ト30に保持され、使用中に、所望により下方または上方
に動かされる。マストの正確な設置およびアーム31の短
い長さ故に、電極Ｅは、ほとんどまたはまったくずれる
ことなく所望の移動経路をたどるように導かれうる。
使用中、処理すべき廃棄物、たとえばAODヒュームダ
ストまたは冶金廃棄物、フラックス剤、たとえばケイ
砂、および炭素還元剤が、入口ポート５を通して炉に装
入される。電極Ｅは使用状態において下方に移動する。
カーボサーミック還元（carbothermic reduction）のた
めのエネルギーを提供するためにアークが発生させられ
る。遮蔽ガスがパイプ20を通ってプレナムに入る。スラ
グの温度は約1400℃〜約1600℃に達する。電極は、アー
クの長さを予め定められた水準に維持するために必要に
より上方または下方に動かされる。金属酸化物は還元さ
れて、チャンバーの床に落下する鉄合金と、最上部に浮
かぶスラグになる。蒸発した金属粒子は、遮蔽ガスの流
れにより屋根の耐火性ライニングから吹き飛ばされ、そ
の中の導電性金属が凝縮することおよび金属がシリンダ
ーに入ることが防止される。図示しな流出口（tap hol
e）を通して液状金属およびスラグが別々に流出される
ばあいがある。液状金属は約1500℃で流出される。蒸発
した金属は排気管６を通して図示しないバグハウスに送
られて、収集される。プロセスの終了時において、生成
物はいずれも毒性が少ないまたはない鉄合金およびスラ
グであり、それらはスチール製造プロセスにおいて直接
使用することができる。個々のパーツの存在は、必要な
ばあいの容易な交換を可能にし、導電経路が短い。
ストまたは冶金廃棄物、フラックス剤、たとえばケイ
砂、および炭素還元剤が、入口ポート５を通して炉に装
入される。電極Ｅは使用状態において下方に移動する。
カーボサーミック還元（carbothermic reduction）のた
めのエネルギーを提供するためにアークが発生させられ
る。遮蔽ガスがパイプ20を通ってプレナムに入る。スラ
グの温度は約1400℃〜約1600℃に達する。電極は、アー
クの長さを予め定められた水準に維持するために必要に
より上方または下方に動かされる。金属酸化物は還元さ
れて、チャンバーの床に落下する鉄合金と、最上部に浮
かぶスラグになる。蒸発した金属粒子は、遮蔽ガスの流
れにより屋根の耐火性ライニングから吹き飛ばされ、そ
の中の導電性金属が凝縮することおよび金属がシリンダ
ーに入ることが防止される。図示しな流出口（tap hol
e）を通して液状金属およびスラグが別々に流出される
ばあいがある。液状金属は約1500℃で流出される。蒸発
した金属は排気管６を通して図示しないバグハウスに送
られて、収集される。プロセスの終了時において、生成
物はいずれも毒性が少ないまたはない鉄合金およびスラ
グであり、それらはスチール製造プロセスにおいて直接
使用することができる。個々のパーツの存在は、必要な
ばあいの容易な交換を可能にし、導電経路が短い。
本発明をつぎの実施例によりさらに説明するが、特記
しない限り部は重量部である。
しない限り部は重量部である。
実施例１ 図１の炉において、AODダストと、フラックス剤とし
ての２％のSiO2および炭素還元剤としての18％の無煙炭
とを混合することにより表Ｉに示す細かいダストを還元
した。えられた結果を表Ｉに示す。その結果から、生成
されたスラグが毒性でなく特定の環境においてゴミとし
て捨てることが許容されること、およびFe、CrおよびNi
の回収率が高いことが明らかである。
ての２％のSiO2および炭素還元剤としての18％の無煙炭
とを混合することにより表Ｉに示す細かいダストを還元
した。えられた結果を表Ｉに示す。その結果から、生成
されたスラグが毒性でなく特定の環境においてゴミとし
て捨てることが許容されること、およびFe、CrおよびNi
の回収率が高いことが明らかである。
実施例２ 図１の炉を用いて、フラックス剤を２％のSiO2および
還元剤を18％の無煙炭としてAODダストを処理した。電
極を水冷しプラズマを用いた。電極を遮蔽し、炉内にお
ける蒸発した金属の凝縮を防止し、および大気を排除す
るために用いたガスは流速0.4m3／分のアルゴンであっ
た。プラズマガスはアルゴンであった。
還元剤を18％の無煙炭としてAODダストを処理した。電
極を水冷しプラズマを用いた。電極を遮蔽し、炉内にお
ける蒸発した金属の凝縮を防止し、および大気を排除す
るために用いたガスは流速0.4m3／分のアルゴンであっ
た。プラズマガスはアルゴンであった。
本発明は示した態様に限定されない。たとえば、交流
アークのために複数の電極をたとえば円形状に配置して
よい。処理した材料は廃棄物ダストである必要はない。
装入物と生成物との割合が示したものから変化してよ
い。炉は補助冷却手段を有してよい。電極は、示したよ
うに床と屋根である必要はない。
アークのために複数の電極をたとえば円形状に配置して
よい。処理した材料は廃棄物ダストである必要はない。
装入物と生成物との割合が示したものから変化してよ
い。炉は補助冷却手段を有してよい。電極は、示したよ
うに床と屋根である必要はない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 マルチサーブ インターナショナル ピ ーエルシー イギリス国、エスダブリュ14 ４エヌビ ー、ロンドン、リージェント ストリー ト 33、ピカディリー ハウス （番地 なし) (74)上記１名の代理人 弁理士 朝日奈 宗太 （外２ 名） (72)発明者 カウ、ピーター マルコルム イギリス国、エスエヌ６ ８エルエック ス、ウィルトシャー、アッシュベリー、 ベリクロフト、ニュー コッテジズ ３ 審査官 丸山 英行 (56)参考文献 特開 平３−236191（ＪＰ，Ａ) 米国特許3697660（ＵＳ，Ａ) 米国特許4082914（ＵＳ，Ａ) 欧州公開71351（ＥＰ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05B 7/00 - 7/22
Claims (8)
- 【請求項１】耐火性ライニング（３）を有し熱処理チャ
ンバー（Ｃ）を定める外側シェル（２）、チャンバー
（Ｃ）内にガスを供給するための手段、該チャンバーの
壁に設けられた固定電極手段（７）、および電極（Ｅ、
７）間にアークを発生させて該ガスのプラズマを形成す
るためにチャンバー（Ｃ）に出入りするように炉の屋根
（４）に設けられた可動電極手段（Ｅ）を含んでなる粒
状金属酸化物を精練するための炉（１）であって、可動
電極手段をなす各可動電極（Ｅ）が通過する炉の屋根
（４）にある開口（10）と可動電極手段（Ｅ）との間の
環状クリアランス内に交換可能な耐火インサート（11）
が設けられていることを特徴とする炉。 - 【請求項２】インサート（11）が、開口（10）の周囲に
おいて屋根（４）に設けられたディスク（12）内に載置
され、垂れ下がり管（11B）を有するディスク（11A）を
含んでなる請求項１記載の炉。 - 【請求項３】各可動電極（Ｅ）が炉の屋根（４）に設け
られたシリンダー（15）を通過し、該シリンダーは該シ
リンダーの内壁とそれぞれの電極との間に環状クリアラ
ンスが存在するような寸法であり、該クリアランスに耐
火性材料（16、17）が存在する請求項１または２記載の
炉。 - 【請求項４】各可動電極手段（Ｅ）に通常平行であって
該手段（Ｅ）から短い距離をおいて屋根（４）に設けら
れたガイド手段（30）から延びているクランプ手段（3
3）により各可動電極（Ｅ）が挟まれて、可動電極
（Ｅ）がその移動経路を導かれる請求項１、２または３
記載の炉。 - 【請求項５】クランプ手段（33）が、可動電極（Ｅ）に
電力を供給するための電気的接続部（39、40）を含む請
求項４記載の炉。 - 【請求項６】蒸発可能な金属の粒状酸化物を精練する方
法であって、 （ｉ）耐火性ライニングを有し熱処理チャンバー（Ｃ）
を定める外側シェル（２）、該チャンバーの壁に設けら
れた固定電極手段（７）および電極（Ｅ、７）間にアー
クを発生させるためにチャンバーに出入りするようにチ
ャンバーの屋根（４）に設けられた可動電極手段（Ｅ）
を含んでなるものであって、可動電極手段（Ｅ）が炭素
質材料を含んでなりガス状遮蔽手段（Ｐ）により囲まれ
ている炉（１）の熱処理チャンバー（Ｃ）に、酸化物、
フラックス剤および還元剤ならびにプラズマにすること
のできるガスを供給し、 （ii）可動電極（Ｅ）と固定電極（７）との間にアーク
を発生させることにより該ガスをプラズマにして該金属
酸化物をカーボサーミカリーに精練し、 （iii）炉のライニングから蒸発した金属を追い出すた
めに遮蔽ガスを供給する ことを含んでなる方法。 - 【請求項７】プラズマにされるガスがアルゴンまたは窒
素である請求項６記載の方法。 - 【請求項８】チャンバー（Ｃ）内の雰囲気を加圧状態、
約25Paに維持する請求項６または７記載の方法。
Applications Claiming Priority (4)
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| US3834895A (en) * | 1973-04-11 | 1974-09-10 | Park Ohio Industries Inc | Method of reclaiming iron from ferrous dust |
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1993
- 1993-02-19 US US08/045,342 patent/US5368627A/en not_active Expired - Lifetime
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