JP3935989B2

JP3935989B2 - DC electric melting furnace for reducing molten slag production

Info

Publication number: JP3935989B2
Application number: JP02615396A
Authority: JP
Inventors: 清高井
Original assignee: ラサ商事株式会社
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2016-01-18
Also published as: JPH09196573A

Description

【０００１】
本発明は還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉に係り、詳しくは、溶融すべき焼却灰や下水汚泥乾燥粉から酸化物を溶融還元して溶融銑鉄と溶融スラグを生成させるべく、溶融スラグがいまだ溶融していない原料によって覆われている状態で、電気アークと電気抵抗ジュール熱とによってスラグを溶融するサブマージドアーク電気溶融炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭から出るごみや産業廃棄物は焼却され下水汚泥等は乾燥粉とされることによって減容化され、埋立地等に廃棄される。しかし、投棄地の容量にも限界があり、ごみ等のより一層の減容化や再資源化の努力が払われるようになってきている。最近では資源のリサイクル化の研究が進み、堆肥化や有価物の回収も行われるようになっている。このようなごみの再資源化には無害化処理が重要である。特に注目を浴びるようになっているごみ焼却灰や下水汚泥乾燥粉、産業廃棄物焼却灰等（以下焼却灰という）の溶融スラグから建築資材等を再生する場合も同様に、再資源化や無害化処理が欠かせない。
【０００３】
焼却灰を１，５００℃以上の温度で溶融すると、焼却灰中の可燃物が燃焼することによってダイオキシンは完全に分解され、重金属類はガラス質のスラグ中に閉じ込められ、焼却灰は１／３以下に減容される。なぜなら、焼却灰を溶融すると焼却灰中の無機分は融液となり、特開平３−２７５１３３号公報に記載されているように、その融液を冷却すると固化スラグとなるからである。
【０００４】
焼却灰等の溶融スラグは路盤材や建築土木用骨材として使用されたり、成形することによってタイルや装飾品として使用される。建築資材や装飾品等には無害性や化学的安定性が要求される。溶融スラグを固化させて無害化・化学的安定化した人工骨材を製造する方法や装置が種々提案されている。溶融スラグの生成する装置の代表的なものとして、電気溶融炉，旋回溶融炉，コークス燃焼還元溶融炉，表面溶融炉等の炉を使用するものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
焼却灰は常温時に電気抵抗が大きいので、焼却灰から溶融スラグを生成するための電気炉の通電が困難となる難点がある。しかし、焼却灰は高温になると電気抵抗が減少し、焼却灰が溶融すると導電性は比較的高くなる特性を有している。焼却灰に電流を流すと焼却灰の電気抵抗によって発生するジュール熱が、焼却灰の溶融を助長する。ジュール熱によって焼却灰を溶融する電気炉として、後述するサブマージドアーク電気炉がある。
【０００６】
電気炉で焼却灰をアーク溶融させる場合、炉内に下ろされた人造黒鉛電極に適当な電圧をかけると、電極棒の先端から焼却灰や焼却灰の溶融スラグに向けて電気アークが飛ぶ。これによって、他の電極棒や予め形成しておいたベースメタルとの間に電気回路が形成される。焼却灰をアーク加熱することによって溶融スラグを生成する電気炉が、特開平４−３５４５７８号公報に記載されている。この種の電気炉において、一般的にアーク放電は３，０００℃ないし５，０００℃の非常に高温でかつ高速である。アークが周囲のガスを引き込みながら焼却灰やスラグと衝突することによって、焼却灰や焼却灰の溶融スラグの熱伝導性は高くなるので、焼却灰中の不燃物や金属類も短時間に溶融する。このような溶融法では焼却灰の組成にかかわらず塩基度調整や融点降下用の副資材が不要であり、焼却灰の高い減容化も実現される。
【０００７】
従来から使用されている電気炉の出滓口は常に開口しており、出滓口近傍の部分の損傷が甚だしく、数ケ月の運転後には一ケ月位の電気炉補修のための運転休止期間が必要となる。また、溶融スラグは連続的に排出されるので、スラグ中の酸化鉄含有量を４％ないし３０％に調整したり、溶融スラグを大気に曝すことになり、溶融スラグが酸化性雰囲気に置かれる。このような運転法は通常の電気製鋼法の域をでないものとなっている。これに対して、前記したサブマージドアーク電気炉では、炉内の溶融スラグがいまだ溶融していない焼却灰によって覆われるので、電気アークと電気抵抗ジュール熱とによってスラグを溶融することができる。
【０００８】
電気溶融法以外の前述した旋回溶融炉等を用いた溶融法においては、燃焼ガス中で焼却灰を溶融するため、流出スラグ中に多量のガスが含まれる。一方、サブマージドアーク電気溶融法では溶融スラグ中へのガスの混入がほとんどなく、脱泡処理が必要ないという利点がある。そのサブマージドアーク炉から排出されたスラグから人工骨材を製造するとき、溶融スラグは水冷されたり空冷される。溶融スラグが急激に冷却されるので、天然岩石とは異質なスラグ塊が生成される。従って、このような固化スラグは建築資材としての良質なコンクリート用人工骨材とはなり難く、固化スラグは非晶質（ガラス質）のままで使用することが可能な路盤材や緑農地化の資材として利用できるにすぎない。
【０００９】
溶融スラグを天然岩石に近似したものとするためには、スラグを結晶化させてスラグ組織の強化を図らなければならない。特開平４−１３２６４２号公報には溶融スラグの冷却速度を幾つかの温度域ごとに変える制御方法が開示され、特開平３−２７５５３９号公報には溶融スラグの成分調整と冷却速度の制御によって結晶化スラグを生成させる方法が開示されている。これらの方法は鉱物学的に疑問がある。さらに、固化スラグ中に有害物質や金属成分を封じ込めることによってスラグの安全性を確保しようとしているので、固化スラグ中に含有される重金属類がいずれは溶出する可能性があり、スラグの無害化は十分でない。加えて、焼却灰中の金属資源の回収がなされず、焼却灰の完全な再資源化が阻まれる。
【００１０】
電気炉は単相や三相の交流電気炉や直流の電気炉がある。このような電気炉では、運転中に装入原料から発生する有害ガスを外気と遮断するための炉蓋が必要である。焼却灰等の原料を運転中順次追加装入してサブマージドアーク電気溶融法を実現するためには、炉蓋に装入孔を設けて気密式の粉粒状原料の装入を可能にしておくと共に、装入された粉粒体の均一な分散を図る必要がある。
【００１１】
三相交流電気炉においては三本の固定された電極が存在するので、電極下に形成される溶融ゾーンは電極ごとに異なったものとなりやすく、装入された焼却灰の溶融のバランスをとることが容易でない。比重の小さい電気伝導度の低い粉粒物を原料とした場合に要求される穏やかな還元溶融は実現されにくく、焼却灰を炉内で均一に溶融させることが容易でない。
【００１２】
単相交流電気炉では常に交流電力が往復するので、原料の加熱が局部的となる傾向にある。それゆえ、比重が小さく電気伝導度の低い粉粒物を静かに還元溶融することができなく、溶融に多大の時間を要したり原料を均一に溶融しにくい。直流電気炉の運転制御は交流電気炉の運転制御よりもシンプルであるという利点がある。しかし、炉体に固定した導電体に対してアークが発生するので、局部加熱となりやすいことは単相交流電気炉の場合と同じである。それゆえ、可能なかぎり炉床広く給電して大きい溶融ゾーンを形成させることにより、静かで均一な焼却灰の溶融を達成することができる構造の直流電気炉の出現が望まれる。
【００１３】
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、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の直流電気溶融炉を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融すべき原料から酸化物を溶融還元して溶融銑鉄と溶融スラグを生成させるべく、溶融スラグがいまだ溶融していない原料によって覆われている状態で、電気アークと電気抵抗ジュール熱とによってスラグを溶融するサブマージドアーク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、一本の可動電極８が炉蓋１ａの中央を挿通して垂直に配置される一方、炉壁および炉底に沿い炉側方から見るとＬ字状をなし、直流電力を供給するため炉底に沿って炉体中心に向かう水平部分２５ｂを有したＬ形電極２５が複数本配置される。Ｌ形電極２５は純鉄製であって、その垂直部分２５ａの内部には冷却水が流通する冷却水通路２６ａ，２６ｂが形成される。炉底には冷却水通路の形成されない水平部分２５ｂを覆うようにカーボン粉２７を配して突き固めたカーボンスタンプ２８が施される。そして、そのカーボンスタンプ２８上および垂直部分２５ａを覆う絶縁耐火物１ｎの内方に、黒鉛ブロック２９が設置されていることである。
【００１５】
図３に示すように、炉蓋１ａには複数の原料装入孔２２が設けられると共に、その原料装入孔２２から原料７を炉体１ｂ内に供給する原料装入装置４０が設置されている。
【００１６】
図２にあるように、Ｌ形電極２５の水平部分２５ｂは真直状となっていることである。
【００１７】
図７の（ａ）を参照して、Ｌ形電極２５の水平部分２５ｂは、炉体１ｂの鉄皮に沿うように延びる円弧形部２５ｍと、その円弧形部２５ｍの内方に広がる鉄板で形成されたウエブ２５ｎとを備えるようにしておくとよい。
【００１８】
ウエブ２５ｎの上面には鉄製の突起２５ｐが複数立設されていることが好ましい。
【００１９】
ウエブ２５ｎの炉体中心部位は、可動電極８の直径と同等もしくはそれより大きい円弧状切欠き２５ｒが形成されている。
【００２０】
図７の（ｂ）に示すように、水平部分２５ｂを平面矢視で半円形としておくとよい。
【００２１】
図９の（ａ）を参照して、水平部分２５ｂ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としておけばよい。
【００２２】
図１に示すように、原料装入装置４０はスクリューフィーダ２１としておけばよい。
【００２３】
図５に示すように、原料装入装置４０を密閉型シュート４１としておいてもよい。
【００２４】
密閉型シュート４１の上下に延びる途中に原料レベル検出器４２が設けられ、その原料検出器４２が密閉型シュート４１内での原料７の停滞を検出すると密閉型シュート４１への原料７の送給を停止させる原料定量切出装置４３が、その密閉型シュート４１に連なる原料貯蔵ビン３２に設けられていることである。
【００２５】
可動電極８を、自焼成電極としておくことが好ましい。
【００２６】
図１を参照して、炉体１ｂの上部位には、外気を炉蓋１ａ下で堆積する原料７の上方へ供給する空気導入管３５が挿設される。
【００２７】
炉体１ｂの上部位には、原料７の予熱および炉体１ｂ内で発生した悪臭物質や未燃ガスを、空気導入管３５により導入された外気を用いて燃焼させるための補助バーナ３６が、その先端を炉体１ｂの接線方向となるように配置される。そして、可動電極８の炉蓋１ａから突出している部分を取り囲む排煙フード３７が炉蓋１ａに取り付けられていることである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の電気溶融炉によれば、炉床を広く略同一の電位レベルにしておくことができ、比重が小さく電気伝導度の低い焼却灰等の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、再資源化も可能となる。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。その溶融スラグには不純物や還元容易な金属成分は除去されており、結晶化させることにより化学的に安定し無害化された緻密なコンクリート用人工骨材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、可動電極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。また、Ｌ形電極の採用により、水平部分への外気の侵入が可及的に抑制されてその酸化が防止でき、Ｌ形電極の寿命を長く保つことができる。さらに、水平部分を覆うカーボンスタンプが侵入空気によって焼損することもなく、炉の長期にわたる運転が実現される。
【００２９】
炉蓋に複数の原料装入孔が設けられていると、原料装入装置を介して原料が炉運転中も炉内に可及的に分散して装入され、可動電極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。
【００３０】
Ｌ形電極の水平部分が真直状であると電極の全体形状がシンプルとなり、炉体に配置しやすくなる。
【００３１】
Ｌ形電極の水平部分が炉体鉄皮に沿うように延びる円弧形部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とを備えていると、炉床に広い導電域が形成され、炉内での均一な加熱が実現される。
【００３２】
ウエブの上面に鉄製の突起が複数立設されていると、Ｌ形電極の水平部分とその水平部分をカーボン粉で覆って突き固めたカーボンスタンプとの一体性が高められ、炉床の導電性が可及的に向上する。
【００３３】
ウエブの炉体中心部位は、前記可動電極の直径と同等もしくはそれより大きい円弧状切欠きが形成されていると、Ｌ形電極から可動電極への電流のショートパスが抑制されて炉内でのより一層均一な加熱が可能となる。
【００３４】
Ｌ形電極の水平部分を平面矢視で半円形としておくと、小さい炉体の場合には、Ｌ形電極の設置個数を少なくしておくことができる。
【００３５】
Ｌ形電極の水平部分を、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としておくならば、炉体が大きい場合にも炉床に均一な導電性を発現させやすくなる。
【００３６】
原料装入装置としてスクリューフィーダを用いると、運転中も粉粒体原料を気密的に装入して可動電極を常時原料で覆っておくことができ、サブマージドアーク溶融の状態を維持しておくことができる。
【００３７】
原料装入装置に密閉型シュートを採用する場合も、原料の気密的な装入が可能となってサブマージドアーク溶融の維持が実現される。このシュートの採用によれば、原料をホットチャージすることもでき、炉内での原料の分散がより一層容易となり、かつ、電力原単位の大幅な改善も可能となる。
【００３８】
密閉型シュートに原料レベル検出器を設置しておくと、密閉型シュートへの原料の送給を停止させることができる。シュート内での原料の過剰な堆積を回避して、シュートの荷重負担は軽減され、また、短期間のうちに損耗するのが解消される。
【００３９】
ゼーダベルグ電極は酸化物の少ない焼却灰等の溶融にも十分使用することができ、人造黒鉛電極よりも安価であって電極原単位の低減が図られる。
【００４０】
炉体の上部位に空気導入管を挿入しておけば、炉内に外気の導入がなされ、未燃ガスや悪臭物質が燃焼され、炉排ガスの無害化が促進される。
【００４１】
空気導入管に補助バーナを臨ませると、未燃ガス等の燃焼の促進と共に原料の予熱も実現され、電力原単位の低減が可能となる。その排ガスは排煙フードから排気され、炉外に漏出するのが防止される。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明である「還元溶融スラグ生成用の直流電気溶融炉」を詳細に説明する。図６は、ごみの焼却灰や下水汚泥乾燥粉等を溶融させたスラグからコンクリート用人工骨材を製造する装置に電気溶融炉を適用した設備例である。この設備には、電気溶融炉１のほかにスラグブロック成形鋳型１０と熱処理炉１４とが備えられる。このような骨材製造設備で使用される電気溶融炉は、ごみ焼却灰や下水汚泥乾燥粉または産業廃棄物焼却灰等（以下焼却灰という）にコークスブリーズが配合された原料から、還元容易な金属分を溶融還元して溶融銑鉄２を生成すると共に、ガス含有量が極めて少ない溶融スラグ４を生成することができるようになっている。
【００４３】
この電気溶融炉１はサブマージドアーク電気溶融法による還元溶融機能を有する直流電気炉であり、その主たる構成は、図１に示すように、黒鉛ブロック２９で形成された炉壁および炉底の内部に複数本のＬ形電極２５を埋め込んだ炉体１ｂと、炉運転中も粉粒状原料７を気密的に装入できる原料装入装置４０の接続された炉蓋１ａとからなる。
【００４４】
炉蓋１ａにはその中央で昇降する可動電極８が配置される。炉体１ｂには、図６に示すように、溶湯溜め部３の溶融銑鉄２を意図的に少し残して排出する出銑口３ａが設けられる。溶融銑鉄２の上部に滞留した溶融スラグ４を排出する出滓口５ａも炉体に設けられ、出滓栓５ｂを抜いて後続工程で必要な量を短時間のうちに流出させることができる。出滓栓５ｂにガス供給孔５ｃを設けるなら、溶融処理中に出滓口５ａの近傍の溶融スラグ４を攪拌するためのガスを送ることができ、出滓時のスラグ閉塞を防止することができる。
【００４５】
図１を参照して、炉体１ｂの鉄皮内面に耐火物１ｍが積層され、炉底にはカーボン粉を配して突き固めたカーボンスタンプ２８が形成され、そのカーボンスタンプ上および絶縁耐火物１ｎの内方に上記した黒鉛ブロック２９が配置されている。一方、炉蓋１ａは中央に可動電極８が昇降する孔を備え、その可動電極８から半径方向に異なる位置で開口する複数の原料装入孔２２，２２が設けられている。この原料装入孔２２からスクリューフィーダ２１によって供給された原料７が炉体内に装入されるようになっている。
【００４６】
炉体１ｂに設けられる電極として、０．０２％Ｃの純鉄鍛造バーであって炉側方から見るとＬ字状をなすＬ形電極２５が例えば図２の（ｂ）に示すように４本使用される。この電極２５は、図１に示すように炉壁に埋設される垂直部分２５ａと炉底に配置される水平部分２５ｂからなる。垂直部分２５ａは図２の（ａ）に仮想線で示すように断面が略正方形であり、この垂直部分２５ａの中に冷却水を流通させる往路２６ａとその内方に設けられた復路２６ｂとが形成される。
【００４７】
Ｌ形電極２５の水平部分２５ｂは仮想線で示すように断面の幅が狭い長方形であり、図２の（ｂ）に示すように、炉底に沿い炉体中心に向かって真直状に延びて配置される。この水平部分２５ｂは図１に示すようにカーボン粉２７で覆われる。カーボン粉は、炉床を形成するブロックを配置するための平坦面を出しやすくすると共に導電性を高めるためにスタンピングされる。このように、Ｌ形電極の水平部分が真直状であると電極の全体形状がシンプルとなり、炉体に設置しやすくなる。
【００４８】
炉床に滞留する溶融銑鉄２と黒鉛ブロック２９とカーボンスタンプ２８によって、炉床に広く導電性のある部分が形成される。複数本のＬ形電極２５から給電されて可動電極８との間に印加される電圧が炉床部全体で均一にかかりやすくなる。炉床面に略同一の電位レベルが形成されると、焼却灰に配合されたコークスブリーズによる導電作用および比重が小さい電気伝導度の低い粉粒状焼却灰の還元溶融に必要な静かな加熱溶融作用により、原料の迅速で一様な溶融が実現される。後述するフォーミングスラグの形成による電力伝達効率の向上に起因して電力消費も著しく低減される。
【００４９】
炉蓋１ａには可動電極８が挿入されるが、投入される焼却灰にはＦｅ系酸化物等の還元すべき酸化物の含有量が少ないのが一般的であり、電極の消耗量は少ない。そこで、人造黒鉛電極よりも操作が容易で安価な自焼成のあるゼーダベルグ電極を採用しておくことができる。これによって、電極消費に伴うコストを著しく低下させることができる。ゼーダベルグ電極はフェロアロイ等の生成に使用されるものであるが、薄い鉄製の筒体に詳細は省くがカーボンペーストを内装したものであり、通電するとそれ自体が発生する抵抗熱によって自焼し固化するものである。このようなゼーダベルグ電極は公知であるが、サブマージドアーク溶融のための直流電気炉においては現在まで使用された例がない。
【００５０】
電気溶融炉においては、炉床近くにカーボン物質が存在するので還元性雰囲気が保たれ、Ｌ形電極２５の水平部分２５ｂが高温状態に置かれても酸化するおそれはない。一方、垂直部分２５ａでは炉内温度が高くなると空気と接触して酸化するおそれがあるので、上記のように水冷されている。Ｌ形電極２５はフレキシブル導線３０を経て炉周に配置したコーベル銅板３１と接続されるので、炉体の熱膨張の影響を受けることなく電気回路を維持しておくことができる。
【００５１】
図３のように炉蓋１ａには装入用の長孔２２が形成される。図４に示す貯蔵ビン３２の下方のホッパ３３に連なるスクリューフィーダ２１の先端で揺動できるシュート２１ａが図３に示した長孔２２に臨まされる。シュート２１ａおよび長孔２２の近傍を覆うフード２１ｂ（図３では仮想線で示されている）により、コークスブリーズを配合した粉粒体の原料が外部へ飛散しないように装入される。各原料装入孔２２を可動電極８から異なった半径方向位置に存在させるなら、シュート２１ａの首振り動作によって原料が炉体内で分散され、可動電極８の周囲が原料によって覆われやすくなる。図３に仮想線で表した二つのスクリューフィーダ２１Ａ，２１Ａを使用して１２０度間隔の三つのスクリューフィーダが配置される場合、長孔の半径方向位置が互いに異なっていると、原料が一層広くかつ均一に投入される。
【００５２】
通常の直流電気炉の運転制御は交流電気炉の運転制御よりもシンプルである。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の及ぶ範囲が局部的となる。Ｌ形電極を採用した電気炉は、通常の直流電気炉における運転の制御性の良さおよびＬ形電極の採用による炉床からの広範囲な領域をカバーする給電性の向上により、炉内での均一な溶融処理が実現されるという機能的に優れた利点を備える。
【００５３】
原料が下水汚泥乾燥粉を含む場合、その乾燥粉中の蛋白質系物質の存在により炉内で加熱される際に悪臭が発生する。焼却灰の場合でも、堆積する原料の上方空間には、原料の溶融過程で発生したＣＯガスが存在する。その悪臭物質や未燃ガスを燃焼させるため、図１に示した炉体上部には空気導入管３５の複数本が放射状に設置される。炉内の温度上昇に伴う圧力ドラフトが生じると、吸入された外気によって臭気分やＣＯガスが自然発火して燃焼される。仮想線で示した補助バーナ３６を配置しておけば、その燃焼はより一層促進される。
【００５４】
補助バーナ３６の火炎が空気導入管３５の導出口に臨み、かつ、円形の炉体に対して火炎が接線方向となるようにしておくと、炉内での旋回流の発生を促して燃焼効率が上がると共に、装入されている原料の予熱にも寄与する。補助バーナによりエネルギの供給量は増加するが、未燃ガスを燃焼させる程度であるので全体的には無視できる量である。それにもかかわらず、上記のように原料を予熱できることにより電力消費が節減され、電力原単位の低減も図られる。排ガスは可動電極８の周囲から排煙フード３７を経て集塵機に送られる。
【００５５】
以下に本発明のサブマージドアーク直流電気炉１を適用したコンクリート用人工骨材の製造設備の稼働例を説明する。この設備によって焼却灰を還元溶融する工程と、共晶凝固による一次再結晶の工程と、非晶質部分の熱処理による二次再結晶の工程とにより、ガス含有率の極めて低い組織の緻密な良質のコンクリート用人工骨材としての人工岩石が合成される。
【００５６】
焼却灰に予めコークスブリーズを配合した粉粒状の原料７が、図１に示したスクリューフィーダ２１，２１と電気溶融炉１の炉蓋１ａの原料装入孔２２を通して、炉体１ｂに降ろされた可動電極８を覆うように供給される。焼却灰を還元溶融精錬すると、ＳｉＯ₂，ＣａＯ，Ａｌ₂Ｏ₃を主成分とする溶融スラグが生成される。溶融スラグがＭｇＯを５重量％ないし２０重量％（以下％と表示する）までの範囲における目標％もしくはそれに極めて近似した含有％を有して共晶凝固現象を発現しやすくなるように、フェロニッケル製錬滓もしくは橄欖石等が、焼却灰を溶融する間にその他の造滓材と共に焼却灰に添加される。
【００５７】
溶融スラグのＭｇＯの目標含有％を５％ないし２０％までの範囲に選定している理由は、次のとおりである。ＭｇＯを５％以下にするとＭｇＯの成分調整域が極めて小さくなる。一方、ＭｇＯを２０％より大きくするとスラグの溶融温度が高くなって溶解エネルギが増大する。ＭｇＯを焼却灰に添加すると共に必要に応じて若干量の石灰石等が加えられる。この石灰石等を加えることにより、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯの四元系相平衡状態における共晶点もしくはそれに可能な限り近似した点で共晶凝固する組成が得られるように、溶融スラグが成分調整される。
【００５８】
可動電極８に電流を流し、原料７をサブマージドアーク電気溶融によって２時間ないし３時間溶融還元する。約１，５００℃の熱によって可燃物が燃焼しダイオキシンは分解され、有害なＺｎ等の低沸点物質はガス化して排出される。焼却灰の粉粒体は比重が小さくかつ電気伝導度も低いにもかかわらず、原料中にコークスブリーズが配合されているので、そのカーボンにより原料７の導電性が向上され、焼却灰が溶融される。
【００５９】
電気溶融炉１では焼却灰中のＦｅ系酸化物を還元して溶融銑鉄２が生成され、その溶融銑鉄が溶湯溜め部３に貯溜される。他の重金属類Ｃｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｏ等および還元可能なＰ₂Ｏ₅やＡｓ酸化物等は元素Ｐ，Ａｓ等に還元され、これらの元素は溶融銑鉄２に溶解される。重金属類等を可能な限り含まない溶融スラグ４が生成され、溶融スラグ４は軽いのでそれが溶融銑鉄２の上部に滞留する。溶融スラグの滞留時間を十分に確保すると脱泡が進行し、ガス含有率が極めて低い溶融スラグ４となる。還元反応によって発生するＣＯガスは、スラグのフォーミングを促進する。溶融スラグ４上にフォーミングスラグ１８が形成され、フォーミングスラグと原料層との境界にカーボン浮遊層１９が発生する。
【００６０】
炉体１ｂに降ろされた可動電極８の下部位は、カーボン浮遊層１９で覆われたフォーミングスラグ１８に臨む位置となるように制御される。電極の下端から発生したアークは常時原料７やフォーミングスラグ１８に覆われたサブマージドアークとなる。カーボン浮遊層１９で発生するアークにより原料７が加熱されるだけでなく、フォーミングスラグ１８から溶融銑鉄２に至る間で発生する電気抵抗ジュール熱によって原料が効率よく溶融される。このフォーミングスラグ１８の生成によりアークの発生は極めて少ない。電気抵抗ジュール熱による溶融製錬は飛躍的に高い電力伝達効率を示し、電力原単位が低減する。
【００６１】
焼却灰が還元溶融されると、サブマージドアーク状態を維持させるために、原料７がスクリューフィーダ２１から炉蓋１ａを経て可動電極８の周囲に逐次追加供給される。図６に示すように、炉床に溜まった溶融銑鉄２は意図的に少量を残して、出銑口３ａから１日ないし２日ごとに溶湯受鍋２３に出湯され、鉄源材として別途利用される。
【００６２】
溶融スラグ４は溶融銑鉄化した金属成分等を含まず、溶融スラグの主成分がＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＣａＯ，ＭｇＯとなる。サブマージドアーク溶融法の採用によって溶融スラグが溶融銑鉄２上に長時間滞留されるので、溶融スラグはガスをほとんど含まない状態となる。従って、爾後的に溶融スラグに脱泡処理を施す必要がなくなる。溶融スラグ４は出滓口５ａから排出される。出滓栓５ｂを抜いて例えば２時間ごとに２０分という短時間のうちに排出される。それゆえ、生成された溶融スラグを少しずつ連続的に排出する場合に比較して、出滓時の溶融スラグ４からの熱エネルギの放散量も可能な限り抑制される。
【００６３】
コンベア１１により矢印２０方向へ移動するスラグブロック成形鋳型１０に、高い熱エネルギを保有した溶融スラグ４から熱放散を抑制するように、短時間のうちに溶融スラグがスラグ受け樋９を通して注入される。成形鋳型１０は断熱性耐火物で構成されており、移動している間の溶融スラグの急激な冷却は防止される。ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯの四元系相平衡状態における共晶点もしくはそれに可能な限り近似した点で共晶凝固した鋳造スラグ４Ａが鋳造される。
【００６４】
例えば、溶融スラグに含まれるＣａＯが５％ないし３６％、ＳｉＯ₂が３８％ないし５５％、Ａｌ₂Ｏ₃が１０％ないし２５％、ＭｇＯが５％ないし２０％である場合、溶融スラグの共晶点は１，３００℃以下である。１，５００℃以上の溶融スラグはスラグブロック成形鋳型１０内において１，３００℃以下まで液状で降温する。溶融スラグが共晶点の温度になると一斉に全組成の析出が開始し、「相律」に基づいて全組成が再結晶するまで温度が保持される。スラグの温度が低下することのない再結晶中は鋳型１０が移動しているコンベア１１上にある。再結晶が完了しスラグが降温しはじめた時点で鋳型１０が反転部に到達するようにコンベア１１の移動速度および搬送距離が定められている。一次再結晶した鋳造スラグ４Ａは、脱型された時点でも高温を保っている。
【００６５】
一次再結晶した鋳造スラグ４Ａは凝固している。しかし、鋳造スラグは現実には９５％ないし９７％の再結晶であり、残余は非晶質であって細かいガラスが点在する。一次再結晶した鋳造スラグは比較的小さな力を掛けるだけで砕け、その破片は尖ったものとなりやすい。成形鋳型１０から脱型した鋳造スラグ４Ａは、シュート１３を経て直ちに二点鎖線のように持ち上げられた熱処理炉１４の回転炉体１５Ａに装入される。
【００６６】
回転炉体１５Ａの内部は加熱バーナ１６Ａによって予め加熱されている。回転炉体１５Ａに所定量の鋳造スラグ４Ａが投入されるとシュート１３は退避し、回転炉体１５Ａが実線の位置に降ろされ、前後のタイヤ１５ｔによって支持された回転炉体１５Ａは、ギヤー１５ｍ，リングギヤー１５ｎの駆動によって矢印１７の方向へ１ｒｐｍ程度の速度でゆっくりと回転する。加熱バーナ１６Ａから火炎１６ａを発生させ、耐火壁１５ａが加熱されると共に鋳造スラグ４Ａの堆積表層が保温される。炉体１５Ａの回転によって堆積した鋳造スラグ４Ａの下方へ回り込んだ裏張り耐火壁１５ａに触れたり火炎に直接触れた鋳造スラグ４Ａは、例えば９００℃の均一な温度雰囲気に２時間または１，２００℃の温度雰囲気に１時間保持される。
【００６７】
鋳造スラグ４Ａが回転炉体１５Ａに装入されるとき、その表層が８００℃ないし９００℃程度まで降温している。しかし、鋳造スラグの内部は１，１００℃ないし１，２００℃の高温である。加熱バーナ１６Ａによって得られた１，０００℃の雰囲気中でスラグの内部熱が外表に向けて伝導し、残余の非晶質部分の再結晶化が表層部に至るまで達成される。この二次再結晶の際に鋳造時に生じたスラグの内部歪も除去され、ガス含有率の極めて低い組織の緻密な再結晶した人工岩石が生成される。
【００６８】
所定の時間が経過すると加熱バーナ１６Ａを止める。回転炉体１５Ａを破線のように持ち上げて、回転炉体をトラニオン軸１５ｂを中心に傾動する。装入口１５ｃを下方に向けると、天然岩石に極めて近い固化スラグ２４が排出される。非晶質部分を含まない固化スラグは極めて硬く、固化スラグを破砕しても角が余り立たず、破砕面に少しの凹凸を呈する程度の均質なものとなる。コンクリート用人工骨材として使用する場合には、固化スラグは適当なサイズに破砕される。
【００６９】
このようにして得られた人工岩石２４は、電気溶融炉１において還元容易な金属分が除去されており、ガス含有量も極めて少なくなっている。電気溶融炉で溶融スラグに付与された熱エネルギは、「相律」による温度保持作用が貢献して途中での熱消失が少ない状態で熱処理工程まで迅速に持ち込まれ、再結晶のための熱エネルギ消費量も大幅に低減される。
【００７０】
以上の説明から分かるように、焼却灰等を還元溶融することによって溶融銑鉄と溶融スラグが生成される。溶融スラグにはＦｅ系酸化物ならびにその他の重金属類や還元可能な酸化物類が可能な限り少なくなり、重金属類の溶出しない無害化された良質のコンクリート用人工骨材が製造される。還元溶融中に生成された溶融銑鉄は別途利用できるので、金属資源の回収が図られる。
【００７１】
ＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃の三元系の場合には、共晶点の範囲が限定される。ＭｇＯを添加して四元系に改質すると共晶点の範囲は拡大され、四元系相平衡状態で共晶凝固可能な溶融スラグが得られる。ＭｇＯを添加することによって溶融スラグの流動性も改善され、ＣａＯを過剰に添加することなくスラグ融点を低下させることができる。したがって、溶融スラグから人工岩石を合成する工程における溶融スラグの取り扱いが容易となる。生成された合成岩石は消化性を伴うことなく、合成岩石の長期間の化学的安定性や機械的強度が確保される。共晶凝固した一次再結晶スラグを熱処理することによって、僅かな残余非晶質部分が二次再結晶されるので、天然岩石に極めて近似した人工岩石が合成される。
【００７２】
焼却灰にはコークスブリーズが配合されて原料の導電性が高くなり、原料の溶融化が促進されると共にカーボンによる原料の還元が実現される。焼却灰は還元性雰囲気で溶融されるので、溶融スラグが炉床部や出滓部近傍の耐火物を侵蝕させることもなく、炉の耐用期間は長くなる。加えて、コークスブリーズはフォーミングスラグの発生を促し、電力伝達効率の向上による電力原単位の低減に大きく寄与する。溶融スラグは溶融銑鉄上に長時間滞留されるので、滞留中の自然脱泡作用によってガス含有率が極めて低くなる。従って、溶融スラグの爾後的な脱泡操作が不要となる。
【００７３】
溶融スラグは所定時間ごとの短時間出滓と鋳型への迅速な鋳込みにより、その操作の間での溶融スラグの保有熱エネルギの消散が可能な限り抑制される。一次再結晶に消費したエネルギの大部分は二次再結晶に利用される。それゆえ、固化スラグを小粒化しなくても、エネルギ消費を低減して再結晶のための加熱エネルギ量が低減する。
【００７４】
上記の説明において、極めて細かい粉体である焼却灰に予めコークスブリーズを配合した粉粒状の原料を電気溶融炉に装入している。この操作に代えて、ＭｇＯが５％ないし２０％までの範囲における目標％もしくはそれに極めて近似した含有％の溶融スラグとなるように粉状のフェロニッケル製錬滓もしくは橄欖石等や他の副原料を混入させた後に、原料をペレタイザーを用いてペレットとする場合には、原料を炉体に装入するときの取扱が容易となる。このように原料を造粒する段階でＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＭｇＯの四元系相平衡状態における共晶点もしくはそれに可能な限り近似した点で共晶凝固させることができる組成を有した溶融スラグが得られように原料を予め成分調整しておいてもよい。
【００７５】
電気溶融炉に装入される原料が焼却灰をすでに溶融してスラグ化したものであるなら、そのスラグを電気溶融炉で還元溶融するに先だち、焼却灰の固化スラグと共にコークスブリーズやＭｇＯ添加材ならびに副原料を電気溶融炉に装入するようにしてもよい。また、予め焼却灰の固化スラグにコークスブリーズ，ＭｇＯ添加材，副原料を配合しておいたうえで装入するか、それらをペレットにした後に装入するということもできる。
【００７６】
サブマージドアーク溶融炉１は直流電気炉であり、炉の構造が簡単でコントロールもしやすく、また、電気エネルギの供給も安定する。交流電気炉は一般に大容量に適しており、しかも、電極間でアークの発生する方向に偏りが生じたり不安定であり、また、炉内装入物の堆積表層のみを加熱する傾向にあり、均一な加熱状態が得られにくい。しかし、Ｌ形電極を採用した本電気炉においては、通常の直流電気炉における制御性の良さと、炉床からの広範囲な領域をカバーする給電性の向上とにより、炉内での均一な溶融処理を実現することができる。さらには、粉粒状原料を常時装入することができるスクリューフィーダにより、サブマージドアーク溶融法による電気炉運転が維持される。
【００７７】
図５は、スクリューフィーダに代えて密閉型シュート４１を原料装入装置４０のために採用した例である。２つの密閉型シュート４１，４１は可動電極８から異なった半径方向距離にあるそれぞれの原料装入孔２２，２２に接続され、炉蓋１ａを介して気密的に装入することができる。したがって、各シュート４１の先端のアウトレットパイプ４１ａを揺動させれば、焼却灰等が炉体内に分散して装入される。焼却灰等の原料が常温から８０℃程度までなら、シュートとしてフレキシブルな布製の筒体を使用することができる。
【００７８】
上記した常温の原料の場合のみならずホットチャージにおいても、以下のような自動供給制御装置を設けておくことが好ましい。図５において、密閉型シュート４１の下方部位に原料レベル検出器４２が設けられると共に、貯蔵ビン３２には原料定量切出装置４３が設置される。原料がシュート４１内に大量に堆積して炉体１ｂに流れ出なくなると、原料レベル検出器４２が原料の停滞を検出する。その検出信号が原料定量切出装置４３の制御装置に入力されると原料の切り出しが停止され、密閉型シュート４１への原料の送給がなくなり、シュート内での原料の過剰な堆積が防止される。これによって長いシュート４１の無用なふらつきや消耗が抑制される。原料レベル検出器は粉粒体が落下する空間に配置された短い水平な振動板であればよく、振動の有無で原料の停滞もしくは原料の流落を検出することができる。原料レベル検出器４２がシュート内に原料の停滞していないことを検出すると、原料定量切出装置４３が作動され、炉体に原料が装入される。
【００７９】
ところで、前述したＬ形電極２５の垂直部分２５ａの下端に一体化した水平部分２５ｂは直流電力を供給するためのものであるが、図７の（ａ）に示したように、水平部分２５ｂが、炉体の鉄皮に沿うように延びる円弧形部２５ｍと、その円弧形部２５ｍの主として内方へ広がる鉄板で形成されたウエブ２５ｎとを備えたものとしておいてもよい。円弧形部が平面矢視で略半円形であると、二つのウエブ２５ｎ，２５ｎによって円い炉床に広く導電性部分を形成でき、炉内での均一な加熱が実現される。もちろん、Ｌ形電極の設置個数が少なくなることから小さい炉体に適したものとなる。
【００８０】
上記したウエブ２５ｎの上面には断面が丸または角状の短い鉄製の突起２５ｐが多数立設され、そのウエブ２５ｎの炉体中心部位は図７の（ｂ）中に仮想線で示す可動電極８の直径と略同等もしくはそれより大きい実線もしくは破線で表した円弧状切欠き２５ｒが形成されている。溶接等によってウエブ２５ｎに取り付けられた鉄棒２５ｐはカーボンスタンプ２８（図８を参照）との一体性を高め、炉床の導電性を可及的に向上させる。円弧状切欠き２５ｒはＬ形電極２５から可動電極８への電流のショートパスを抑制して、炉内でのより一層均一な加熱を実現する。
【００８１】
上記したＬ形電極２５は図７の（ｂ）のごとく、その垂直部分２５ａが水平部分２５ｂの一端に設けられ、図８に示すように電気溶融炉１に設置したときには垂直部分２５ａ，２５ａを近接して配置してそれぞれのフレキシブル導線３０，３０を炉壁のほぼ一箇所に集め、炉周での給電線を一まとめにしておくことができ、出銑や出滓操作，炉体の保守作業の妨げとなるのを回避できる。なお、図７の（ｂ）中に仮想線で示したように垂直部分２５ａを円弧形部２５ｍの中央に配置しておいてもよい。
【００８２】
炉体が大きい場合には、Ｌ形電極２５の水平部分２５ｂを平面矢視で略半円形とするよりも、図９の（ａ），（ｂ）のように、平面矢視で炉床が三分割や四分割となるような部分円弧形としておけば、炉床に均一な導電域を発現させやすくなり、均等な電圧分布が炉床に与えられる。なお、図７の（ａ）に表しているように、ウエブ２５ｎが円弧形部２５ｍの外方に少し延出されていても差し支えない。
【００８３】
ちなみに、炉底に電極を配置しておけば十分であるにもかかわらずＬ形電極２５を採用し、それを炉壁と炉底とに沿うようにしているのは以下の理由による。炉底に配置した電極をフレキシブル導線と接続するために図１に示す水平部分２５ｂの先端を例えば真っ直ぐに延長し垂直部分２５ａを無くすと、耐火物に覆われる延長部分がＬ形電極２５の垂直部分２５ａの長さに比べて著しく短くなる。したがって、延長部分と耐火物との僅かな隙間から極めて僅かといえども外気が侵入するおそれがある。一方、本Ｌ形電極を採用すると、水平部分２５ｂへの外気の侵入が可及的に抑制される。
【００８４】
すなわち、外気が垂直部分２５ａの上部から侵入しようとしても炉体の保有する熱で侵入空気は上昇し、水平部分２５ｂに至ることがなくなる。その結果、水平部分２５ｂの酸化が防止され、電極２５の寿命を長く保つことができる。さらに、水平部分２５ｂを覆うカーボンスタンプ２８が侵入空気によって焼損することもなく、炉の長期にわたる運転が実現される。このことから分かるように、Ｌ形電極２５は完全なＬ字状である必要はないが、水平部分２５ｂからは少なくとも垂直もしくは傾斜して上方に延びる部分を有した形状となっていて、水平部分２５ｂの近傍を還元性雰囲気に保っておくことが好ましいからである。
【００８５】
ところで、Ｌ形電極２５とフレキシブル導線３０との接続を図１０の（ａ）や（ｂ）のようにしておくとよい。まず、垂直部分２５ａの上端部に鉄箱５０を溶接しておき、溶融したはんだ５１を鉄箱５０に貯えた状態でフレキシブル導線３０の接続された銅板片５２の一部を没入させ、はんだを凝固させればはんだと垂直部分２５ａとの密着が完全となり、Ｌ形電極２５への通電性を高めておくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したサブマージドアーク直流電気溶融炉の断面図。
【図２】（ａ）はＬ形電極の拡大断面図であり、（ｂ）は図１中のII−II線矢視図。
【図３】図１の平面矢視図。
【図４】直流電気溶融炉の全体概略構成図。
【図５】密閉型シュートを採用した電気溶融炉の全体図。
【図６】焼却灰から溶融スラグを生成し、結晶化したコンクリート用人工骨材を製造する設備の一例の全体図。
【図７】（ａ）はＬ形電極の他例の斜視図、（ｂ）は炉底に配置される二つのＬ形電極の平面図。
【図８】ウエブを備えた二つのＬ形電極を炉底に設置した電気溶融炉の断面図。
【図９】（ａ）は炉床面を平面矢視で三分割とした部分円弧形の水平部分を有するＬ形電極を使用した場合の炉底への配置図、（ｂ）は炉床面を平面矢視で四分割とした部分円弧形の水平部分を有するＬ形電極を使用した場合の炉底への配置図。
【図１０】（ａ）は垂直部分の上端にはんだ接続部を形成したＬ形電極の全体図、（ｂ）は垂直部分の上端部拡大斜視図。
【符号の説明】
１…電気溶融炉（サブマージドアーク直流電気炉）、１ａ…炉蓋、１ｂ…炉体、１ｎ…絶縁耐火物、２…溶融銑鉄、４…溶融スラグ、７…原料、８…可動電極、２１，２１Ａ…スクリューフィーダ、２２…原料装入孔（長孔）、２５…Ｌ形電極、２５ａ…垂直部分、２５ｂ…水平部分、２５ｍ…円弧形部、２５ｎ…ウエブ、２５ｐ…突起（鉄棒）、２５ｒ…円弧状切欠き、２６ａ…往路（冷却水通路）、２６ｂ…復路（冷却水通路）、２７…カーボン粉、２８…カーボンスタンプ、２９…黒鉛ブロック、３２…貯蔵ビン、３５…空気導入管、３６…補助バーナ、３７…排煙フード、４０…原料装入装置、４１…密閉型シュート、４２…原料レベル検出器、４３…原料定量切出装置。[0001]
The present invention relates to a DC electric melting furnace for producing reduced molten slag, and more specifically, in order to produce molten pig iron and molten slag by melting and reducing oxides from incinerated ash and sewage sludge dry powder to be melted, The present invention relates to a submerged arc electric melting furnace in which slag is melted by an electric arc and electric resistance Joule heat in a state covered with a raw material that has not yet been melted.
[0002]
[Prior art]
Garbage and industrial waste from households are incinerated, and sewage sludge is reduced to dry powder to be disposed of in landfills. However, the capacity of dumped land is also limited, and efforts are being made to further reduce and recycle waste. Recently, research on recycling of resources has progressed, and composting and recovery of valuable resources are also being carried out. Detoxification treatment is important for recycling such waste. Similarly, when building materials are recycled from molten slag such as waste incineration ash, sewage sludge dry powder, industrial waste incineration ash (hereinafter referred to as incineration ash), which has been attracting particular attention, it is similarly recycled and harmless. Processing is indispensable.
[0003]
When the incinerated ash is melted at a temperature of 1,500 ° C. or higher, the combustibles in the incinerated ash are burned to completely decompose dioxins, the heavy metals are confined in the glassy slag, and the incinerated ash is 1/3 The volume is reduced to the following. This is because when the incineration ash is melted, the inorganic content in the incineration ash becomes a melt, and as described in JP-A-3-275133, the melt becomes a solidified slag.
[0004]
Molten slag such as incineration ash is used as a roadbed material or an aggregate for building civil engineering, or is used as a tile or decoration by molding. Harmlessness and chemical stability are required for building materials and decorations. Various methods and apparatuses have been proposed for producing a detoxified and chemically stabilized artificial aggregate by solidifying molten slag. As a typical apparatus for generating molten slag, there is an apparatus that uses a furnace such as an electric melting furnace, a swirl melting furnace, a coke combustion reduction melting furnace, and a surface melting furnace.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since incinerated ash has a large electric resistance at room temperature, there is a difficulty that it is difficult to energize an electric furnace for generating molten slag from incinerated ash. However, the incineration ash has a characteristic that the electrical resistance decreases when the temperature becomes high, and the conductivity becomes relatively high when the incineration ash melts. When an electric current is passed through the incineration ash, Joule heat generated by the electric resistance of the incineration ash promotes melting of the incineration ash. As an electric furnace for melting the incinerated ash by Joule heat, there is a submerged arc electric furnace described later.
[0006]
When the incinerated ash is arc-melted in an electric furnace, when an appropriate voltage is applied to the artificial graphite electrode lowered in the furnace, an electric arc flies from the tip of the electrode rod toward the incinerated ash or molten slag of the incinerated ash. As a result, an electric circuit is formed between the other electrode rods and a previously formed base metal. Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-354578 discloses an electric furnace that generates molten slag by arc-heating incineration ash. In this type of electric furnace, arc discharge is generally very high temperature and high speed of 3,000 ° C to 5,000 ° C. When the arc draws in the surrounding gas and collides with incineration ash and slag, the thermal conductivity of the incineration ash and incineration ash slag increases, so incombustibles and metals in the incineration ash also melt in a short time. . Such a melting method does not require a secondary material for adjusting the basicity or lowering the melting point regardless of the composition of the incinerated ash, and can achieve a high volume reduction of the incinerated ash.
[0007]
The exit of the electric furnace that has been used in the past is always open, and the area near the exit is severely damaged, and after several months of operation, there is an outage period for repairing the electric furnace for about a month. Necessary. In addition, since the molten slag is continuously discharged, the iron oxide content in the slag is adjusted to 4% to 30%, or the molten slag is exposed to the atmosphere, and the molten slag is placed in an oxidizing atmosphere. . Such an operation method does not fall within the range of a normal electric steelmaking method. On the other hand, in the submerged arc electric furnace described above, the molten slag in the furnace is covered with the incinerated ash that has not yet been melted, so that the slag can be melted by the electric arc and the electric resistance Joule heat.
[0008]
In the melting method using the above-described swirl melting furnace other than the electric melting method, the incinerated ash is melted in the combustion gas, so that a large amount of gas is contained in the outflow slag. On the other hand, the submerged arc electric melting method has an advantage that almost no gas is mixed into the molten slag and no defoaming treatment is required. When producing an artificial aggregate from slag discharged from the submerged arc furnace, the molten slag is cooled with water or air. Since the molten slag is rapidly cooled, a slag lump that is different from natural rock is generated. Therefore, such solidified slag is unlikely to be a good quality artificial aggregate for concrete as a building material, and solidified slag can be used as a roadbed material or green farmland that can be used in an amorphous (glassy) state. It can only be used as a material.
[0009]
In order to make the molten slag approximate to natural rock, the slag structure must be strengthened by crystallizing the slag. Japanese Patent Laid-Open No. 4-132642 discloses a control method for changing the cooling rate of the molten slag for several temperature ranges, and Japanese Patent Laid-Open No. 3-275539 discloses a crystal by adjusting the component of the molten slag and controlling the cooling rate. A method for producing a modified slag is disclosed. These methods are questionable mineralogically. Furthermore, since we are trying to ensure the safety of slag by containing toxic substances and metal components in the solidified slag, the heavy metals contained in the solidified slag may eventually elute. not enough. In addition, the metal resources in the incineration ash are not recovered, and the complete recycling of the incineration ash is prevented.
[0010]
There are single-phase and three-phase AC electric furnaces and DC electric furnaces. In such an electric furnace, a furnace lid is required to block harmful gas generated from the charged raw material during operation from outside air. In order to realize the submerged arc electric melting method by sequentially charging raw materials such as incinerated ash during operation, a charging hole is provided in the furnace lid to allow charging of airtight granular raw materials. At the same time, it is necessary to uniformly disperse the charged particles.
[0011]
In a three-phase AC electric furnace, there are three fixed electrodes, so the melting zone formed under the electrodes tends to be different for each electrode, and the melting of the charged incineration ash must be balanced. Is not easy. The mild reductive melting that is required when using a granular material having a small specific gravity and a low electrical conductivity is difficult to achieve, and it is not easy to uniformly melt the incinerated ash in the furnace.
[0012]
In the single-phase AC electric furnace, the AC power always reciprocates, so the heating of the raw material tends to be localized. Therefore, it is difficult to quietly reduce and melt a granular material having a low specific gravity and low electrical conductivity, and it takes a long time for melting or it is difficult to uniformly melt the raw material. The operation control of the DC electric furnace has an advantage that it is simpler than the operation control of the AC electric furnace. However, since an arc is generated with respect to the conductor fixed to the furnace body, local heating tends to be the same as in the case of a single-phase AC electric furnace. Therefore, it is desired that a DC electric furnace having a structure capable of achieving a quiet and uniform melting of the incineration ash by supplying power as wide as possible to the hearth to form a large melting zone is desired.
[0013]
The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to realize submerged arc electric melting that enables the charging of granular raw materials during operation and always generates forming slag, and the hearth. It is to provide a direct current electric melting furnace for producing reduced molten slag, which can keep the same potential level wide in order to enable wide range melting at the same temperature by electric resistance Joule heat.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an electric arc and an electric resistance Joule heat in a state where the molten slag is covered by an unmelted raw material in order to melt and reduce the oxide from the raw material to be melted to produce molten pig iron and molten slag. And is applied to a submerged arc electric melting furnace for melting slag. The feature is that referring to FIG. 1, when one movable electrode 8 is inserted vertically through the center of the furnace lid 1a, it is viewed from the furnace side along the furnace wall and the furnace bottom. A plurality of L-shaped electrodes 25 having an L-shape and having a horizontal portion 25b toward the center of the furnace body along the furnace bottom for supplying DC power are arranged. The L-shaped electrode 25 is made of pure iron, and cooling water passages 26a and 26b through which cooling water flows are formed inside the vertical portion 25a. The bottom of the furnace is provided with a carbon stamp 28 in which carbon powder 27 is disposed and hardened so as to cover a horizontal portion 25b where no cooling water passage is formed. And the graphite block 29 is installed in the inside of the insulated refractory 1n which covers the carbon stamp 28 and the vertical part 25a.
[0015]
As shown in FIG. 3, a plurality of raw material charging holes 22 are provided in the furnace lid 1a, and a raw material charging device 40 for supplying the raw material 7 from the raw material charging holes 22 into the furnace body 1b is installed. Yes.
[0016]
As shown in FIG. 2, the horizontal portion 25b of the L-shaped electrode 25 is straight.
[0017]
Referring to FIG. 7A, the horizontal portion 25b of the L-shaped electrode 25 extends to the inside of the arc-shaped portion 25m and the arc-shaped portion 25m extending along the iron skin of the furnace body 1b. It is preferable to provide a web 25n formed of an iron plate.
[0018]
It is preferable that a plurality of iron protrusions 25p are erected on the upper surface of the web 25n.
[0019]
An arc-shaped notch 25r that is equal to or larger than the diameter of the movable electrode 8 is formed at the center of the furnace body of the web 25n.
[0020]
As shown in FIG. 7B, the horizontal portion 25b may be semicircular when viewed from above.
[0021]
Referring to (a) of FIG. 9, the horizontal portion 25b may be formed in a partial arc shape such that the hearth surface is divided into three or more parts in a plane arrow view.
[0022]
As shown in FIG. 1, the raw material charging device 40 may be a screw feeder 21.
[0023]
As shown in FIG. 5, the raw material charging device 40 may be a closed chute 41.
[0024]
A raw material level detector 42 is provided midway extending up and down the closed chute 41, and when the raw material detector 42 detects the stagnation of the raw material 7 in the closed chute 41, the feed of the raw material 7 to the closed chute 41 is performed. The raw material fixed quantity cutting device 43 for stopping is provided in the raw material storage bin 32 connected to the closed chute 41.
[0025]
The movable electrode 8 is preferably a self-baking electrode.
[0026]
Referring to FIG. 1, an air introduction pipe 35 that supplies outside air to the upper side of the raw material 7 that accumulates under the furnace lid 1 a is inserted in the upper part of the furnace body 1 b.
[0027]
In the upper part of the furnace body 1b, there is an auxiliary burner 36 for preheating the raw material 7 and malodorous substances and unburned gas generated in the furnace body 1b by using the outside air introduced by the air introduction pipe 35. The tip is arranged so as to be in the tangential direction of the furnace body 1b. And the smoke exhaust hood 37 surrounding the part which protrudes from the furnace lid 1a of the movable electrode 8 is attached to the furnace lid 1a.
[0028]
【The invention's effect】
According to the electric melting furnace of the present invention, the hearth can be kept broadly at substantially the same potential level, and raw materials such as incinerated ash having a small specific gravity and low electrical conductivity can be efficiently and quietly reduced and melted. it can. The metal oxide is recovered by melting pig iron and can be recycled. The molten slag is efficiently heated by the electric resistance Joule heat generated by forming the forming slag, and a molten slag having an extremely small gas content is obtained. Impurities and easily reduced metal components have been removed from the molten slag, and by crystallization, a slag suitable for producing a chemically stabilized and detoxified concrete aggregate for concrete can be obtained. . The melting furnace is a direct current electric furnace, and a wide range of heating and stable arc generation are realized by a conductive part widely formed in the hearth, and the operation control of the electric furnace becomes easy. The generation of forming slag promotes the improvement of power transmission efficiency and also reduces the electric power consumption of the electric furnace. The raw material is dispersed and charged as much as possible in the furnace even during the operation of the furnace, and the submerged arc melting can be maintained by the raw material deposited around the movable electrode. Further, by adopting the L-shaped electrode, the intrusion of outside air into the horizontal portion is suppressed as much as possible, and the oxidation can be prevented, and the life of the L-shaped electrode can be kept long. Furthermore, the carbon stamp covering the horizontal part is not burned by the intruding air, and the furnace can be operated for a long time.
[0029]
When a plurality of raw material charging holes are provided in the furnace lid, the raw material is dispersed and charged as much as possible in the furnace through the raw material charging device and is deposited around the movable electrode. Submerged arc melting can be maintained by the raw material.
[0030]
If the horizontal portion of the L-shaped electrode is straight, the overall shape of the electrode becomes simple and it is easy to place it in the furnace body.
[0031]
When the horizontal portion of the L-shaped electrode includes an arc-shaped portion extending along the furnace core and a web formed of an iron plate extending inwardly of the arc-shaped portion, a wide conductive area in the hearth Is formed, and uniform heating in the furnace is realized.
[0032]
When multiple iron protrusions are erected on the upper surface of the web, the integrity of the horizontal portion of the L-shaped electrode and the carbon stamp that is covered with carbon powder and solidified is enhanced, and the conductivity of the hearth Will improve as much as possible.
[0033]
If a circular arc cutout is formed at the center of the furnace body of the web that is equal to or larger than the diameter of the movable electrode, the short path of current from the L-shaped electrode to the movable electrode is suppressed, and Even more uniform heating is possible.
[0034]
If the horizontal portion of the L-shaped electrode is semicircular when viewed in a plan view, the number of L-shaped electrodes can be reduced in the case of a small furnace body.
[0035]
If the horizontal part of the L-shaped electrode has a partial arc shape so that the hearth surface is divided into three or more parts as seen in a plane arrow, even if the furnace body is large, it is easy to develop uniform conductivity in the hearth. Become.
[0036]
When a screw feeder is used as the raw material charging device, the granular material can be charged in an airtight manner even during operation so that the movable electrode can be covered with the raw material at all times, and the state of submerged arc melting is maintained. be able to.
[0037]
Even when a closed chute is used for the raw material charging apparatus, the raw material can be hermetically charged, and the maintenance of submerged arc melting can be realized. By adopting this chute, the raw material can be hot-charged, the dispersion of the raw material in the furnace can be further facilitated, and the power consumption can be greatly improved.
[0038]
If the raw material level detector is installed in the closed chute, the supply of the raw material to the closed chute can be stopped. By avoiding excessive accumulation of raw materials in the chute, the load on the chute is reduced, and wear out in a short period is eliminated.
[0039]
The Soedaberg electrode can be sufficiently used for melting incinerated ash and the like with a small amount of oxide, is cheaper than an artificial graphite electrode, and can reduce the electrode basic unit.
[0040]
If an air introduction tube is inserted in the upper part of the furnace body, outside air is introduced into the furnace, unburned gas and malodorous substances are burned, and detoxification of the furnace exhaust gas is promoted.
[0041]
When the auxiliary burner is exposed to the air introduction pipe, the combustion of unburned gas and the like is promoted and the preheating of the raw material is realized, and the power consumption can be reduced. The exhaust gas is exhausted from the smoke hood and is prevented from leaking out of the furnace.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
With reference to the drawings, the “DC electric melting furnace for producing reduced molten slag” according to the present invention will be described in detail. FIG. 6 is an example of equipment in which an electric melting furnace is applied to an apparatus for producing an artificial aggregate for concrete from slag obtained by melting waste incineration ash, dried sewage sludge powder, or the like. This equipment includes a slag block molding mold 10 and a heat treatment furnace 14 in addition to the electric melting furnace 1. Electric melting furnaces used in such aggregate production facilities are easy to reduce from raw materials in which coke breeze is blended with waste incineration ash, sewage sludge dry powder or industrial waste incineration ash (hereinafter referred to as incineration ash). While melting and reducing the metal content to produce molten pig iron 2, it is possible to produce molten slag 4 having a very low gas content.
[0043]
This electric melting furnace 1 is a direct current electric furnace having a reduction melting function by a submerged arc electric melting method, and its main configuration is the interior of the furnace wall and the furnace bottom formed by the graphite block 29 as shown in FIG. A furnace body 1b in which a plurality of L-shaped electrodes 25 are embedded, and a furnace lid 1a to which a raw material charging apparatus 40 capable of airtightly charging the granular raw material 7 during the furnace operation is connected.
[0044]
A movable electrode 8 that moves up and down in the center of the furnace lid 1a is disposed. As shown in FIG. 6, the furnace body 1 b is provided with a tap outlet 3 a for intentionally leaving a small amount of molten pig iron 2 in the molten metal reservoir 3. An outlet 5a for discharging the molten slag 4 staying at the upper part of the molten pig iron 2 is also provided in the furnace body, and the outlet plug 5b can be pulled out to allow a necessary amount to flow out in a subsequent process. If the gas supply hole 5c is provided in the tap tap 5b, a gas for stirring the molten slag 4 in the vicinity of the tap port 5a can be sent during the melting process, and slag blockage at the time of tap out can be prevented. it can.
[0045]
Referring to FIG. 1, a refractory 1m is laminated on the inner surface of the iron shell of furnace body 1b, and a carbon stamp 28 is formed on the bottom of the furnace by placing and compacting carbon powder. The above-described graphite block 29 is arranged inside 1n. On the other hand, the furnace lid 1a has a hole through which the movable electrode 8 moves up and down in the center, and is provided with a plurality of raw material charging holes 22, 22 that open from the movable electrode 8 at different positions in the radial direction. The raw material 7 supplied by the screw feeder 21 from the raw material charging hole 22 is charged into the furnace body.
[0046]
As an electrode provided in the furnace body 1b, an L-shaped electrode 25 which is a 0.02% C pure iron forged bar and has an L shape when viewed from the furnace side is, for example, as shown in FIG. Used book. As shown in FIG. 1, the electrode 25 includes a vertical portion 25a embedded in the furnace wall and a horizontal portion 25b disposed on the furnace bottom. The vertical portion 25a has a substantially square cross section as indicated by the phantom line in FIG. 2A, and an outward path 26a through which the cooling water flows and a return path 26b provided inside the vertical portion 25a. It is formed.
[0047]
The horizontal portion 25b of the L-shaped electrode 25 has a rectangular shape with a narrow cross section as shown by an imaginary line, and extends straight along the furnace bottom toward the furnace body center as shown in FIG. Be placed. The horizontal portion 25b is covered with carbon powder 27 as shown in FIG. The carbon powder is stamped to make it easier to provide a flat surface for arranging the blocks forming the hearth and to increase conductivity. Thus, when the horizontal portion of the L-shaped electrode is straight, the overall shape of the electrode becomes simple and it is easy to install it in the furnace body.
[0048]
Due to the molten pig iron 2, the graphite block 29 and the carbon stamp 28 staying in the hearth, a wide conductive portion is formed in the hearth. The voltage supplied from the plurality of L-shaped electrodes 25 and applied to the movable electrode 8 is easily applied uniformly over the entire hearth. When approximately the same potential level is formed on the hearth surface, the conductive action by the coke breeze blended with the incineration ash and the quiet heating and melting action necessary for the reductive melting of the granular incineration ash with low specific gravity and low electrical conductivity As a result, rapid and uniform melting of the raw material is realized. Power consumption is significantly reduced due to the improvement of power transmission efficiency due to the formation of forming slugs to be described later.
[0049]
Although the movable electrode 8 is inserted into the furnace lid 1a, the incinerated ash to be charged generally has a low content of oxides to be reduced, such as Fe-based oxides, and the consumption of the electrodes is small. . Therefore, it is possible to employ a Zedaberg electrode with self-firing that is easier to operate and cheaper than an artificial graphite electrode. As a result, the cost associated with electrode consumption can be significantly reduced. The Zedaberg electrode is used for the production of ferroalloys, etc., but it is a thin steel cylinder with a carbon paste built in, although details are omitted. Is. Such a Soederberg electrode is known, but there has been no example of use to date in a DC electric furnace for submerged arc melting.
[0050]
In the electric melting furnace, since the carbon material is present near the hearth, a reducing atmosphere is maintained, and there is no possibility of oxidation even when the horizontal portion 25b of the L-shaped electrode 25 is placed in a high temperature state. On the other hand, the vertical portion 25a is cooled with water as described above, since it may be oxidized by contact with air when the furnace temperature increases. Since the L-shaped electrode 25 is connected to the corbel copper plate 31 disposed on the periphery of the furnace via the flexible conductor 30, it is possible to maintain an electric circuit without being affected by the thermal expansion of the furnace body.
[0051]
As shown in FIG. 3, a long hole 22 for charging is formed in the furnace lid 1a. A chute 21a that can swing at the tip of the screw feeder 21 connected to the hopper 33 below the storage bin 32 shown in FIG. 4 faces the elongated hole 22 shown in FIG. A hood 21b (shown in phantom lines in FIG. 3) that covers the vicinity of the chute 21a and the long hole 22 is charged so that the raw material of the powdered body containing the coke breeze is not scattered outside. If each raw material charging hole 22 is present at a different radial position from the movable electrode 8, the raw material is dispersed in the furnace body by the swinging motion of the chute 21a, and the periphery of the movable electrode 8 is easily covered with the raw material. When three screw feeders with an interval of 120 degrees are arranged using the two screw feeders 21A, 21A represented by phantom lines in FIG. 3, if the radial positions of the long holes are different from each other, the raw material becomes wider. And evenly charged.
[0052]
Normal DC electric furnace operation control is simpler than AC electric furnace operation control. However, in the DC electric furnace, the range covered by the arc is localized as in the case of the single-phase AC electric furnace. An electric furnace employing an L-shaped electrode is uniform in the furnace due to the good controllability of operation in a normal DC electric furnace and the improvement of power supply covering a wide area from the hearth by employing the L-shaped electrode. It has the functionally superior advantage that a proper melting process is realized.
[0053]
When the raw material contains sewage sludge dry powder, a bad odor is generated when it is heated in the furnace due to the presence of the protein-based substance in the dry powder. Even in the case of incineration ash, CO gas generated in the melting process of the raw material exists in the upper space of the raw material to be deposited. In order to burn the malodorous substance and the unburned gas, a plurality of air introduction pipes 35 are installed radially on the upper part of the furnace shown in FIG. When the pressure draft accompanying the temperature rise in the furnace occurs, the odor and CO gas are spontaneously ignited and burned by the inhaled outside air. If the auxiliary burner 36 shown by the phantom line is arranged, the combustion is further promoted.
[0054]
If the flame of the auxiliary burner 36 faces the outlet of the air introduction pipe 35 and the flame is tangential to the circular furnace body, the generation of swirling flow in the furnace is promoted, and the combustion efficiency As it increases, it also contributes to the preheating of the charged raw materials. Although the amount of energy supplied by the auxiliary burner increases, it is an amount that can be ignored as a whole because it burns unburned gas. Nevertheless, since the raw material can be preheated as described above, power consumption is reduced, and the power consumption can be reduced. The exhaust gas is sent from the periphery of the movable electrode 8 to the dust collector through the smoke hood 37.
[0055]
Below, the operation example of the manufacturing equipment of the artificial aggregate for concrete to which the submerged arc direct current electric furnace 1 of this invention is applied is demonstrated. With this equipment, the incinerated ash is reduced and melted, the primary recrystallization process by eutectic solidification, and the secondary recrystallization process by heat treatment of the amorphous part. Synthetic rocks are synthesized as artificial aggregates for concrete.
[0056]
A granular raw material 7 in which coke breeze is premixed with incinerated ash is lowered to the furnace body 1b through the screw feeders 21 and 21 and the raw material charging hole 22 of the furnace lid 1a of the electric melting furnace 1 shown in FIG. It is supplied so as to cover the movable electrode 8. When the incinerated ash is reduced and melted and refined, SiO ₂ , CaO, Al ₂ O _Three A molten slag containing as a main component is generated. Ferronickel so that the molten slag has a target% in the range of 5% to 20% by weight (hereinafter referred to as%) of MgO or a content% that is very close to it and easily develops eutectic solidification phenomenon. Smelting slag or meteorite is added to the incineration ash together with other slagging materials while melting the incineration ash.
[0057]
The reason why the target content% of MgO in the molten slag is selected in the range of 5% to 20% is as follows. When MgO is 5% or less, the component adjustment range of MgO becomes extremely small. On the other hand, when MgO is made larger than 20%, the melting temperature of the slag increases and the melting energy increases. While adding MgO to the incineration ash, a small amount of limestone or the like is added as necessary. By adding this limestone etc., CaO-SiO ₂ -Al ₂ O _Three The composition of the molten slag is adjusted so as to obtain a composition that eutectic solidifies at the eutectic point in the quaternary phase equilibrium state of MgO or as close as possible to the eutectic point.
[0058]
An electric current is passed through the movable electrode 8 to melt and reduce the raw material 7 by submerged arc electric melting for 2 to 3 hours. Combustible materials are combusted by heat of about 1,500 ° C., dioxins are decomposed, and harmful low-boiling substances such as Zn are gasified and discharged. Despite the small specific gravity and low electrical conductivity of the incinerated ash powder, since the coke breeze is blended in the raw material, the carbon improves the conductivity of the raw material 7 and melts the incinerated ash. The
[0059]
In the electric melting furnace 1, the Fe-based oxide in the incinerated ash is reduced to produce molten pig iron 2, and the molten pig iron is stored in the molten metal reservoir 3. Other heavy metals Cr, Ni, Co, Cu, Mn, Mo, etc. and reducible P ₂ O _Five And As oxides are reduced to the elements P, As, etc., and these elements are dissolved in the molten pig iron 2. Molten slag 4 containing as little heavy metal as possible is generated, and since molten slag 4 is light, it stays on top of molten pig iron 2. When a sufficient residence time of the molten slag is ensured, defoaming proceeds and the molten slag 4 has a very low gas content. The CO gas generated by the reduction reaction promotes slag forming. A forming slag 18 is formed on the molten slag 4 and a carbon floating layer 19 is generated at the boundary between the forming slag and the raw material layer.
[0060]
The lower part of the movable electrode 8 lowered to the furnace body 1 b is controlled to be a position facing the forming slag 18 covered with the carbon floating layer 19. The arc generated from the lower end of the electrode is always a submerged arc covered with the raw material 7 and the forming slag 18. The raw material 7 is not only heated by the arc generated in the carbon floating layer 19, but the raw material is efficiently melted by the electric resistance Joule heat generated from the forming slag 18 to the molten pig iron 2. Due to the formation of the forming slag 18, the generation of arcs is extremely small. Smelting and smelting with electric resistance Joule heat shows dramatically high power transfer efficiency, and the power intensity is reduced.
[0061]
When the incinerated ash is reduced and melted, the raw material 7 is additionally supplied sequentially around the movable electrode 8 from the screw feeder 21 through the furnace lid 1a in order to maintain the submerged arc state. As shown in FIG. 6, the molten pig iron 2 collected in the hearth is intentionally left in a small amount and discharged from the tap outlet 3a to the molten metal receiving pan 23 every one or two days, and is separately used as an iron source material. Is done.
[0062]
The molten slag 4 does not contain a molten pig iron metal component, etc., and the main component of the molten slag is SiO. ₂ , Al ₂ O _Three , CaO, MgO. Since the molten slag is retained on the molten pig iron 2 for a long time by adopting the submerged arc melting method, the molten slag is almost free of gas. Therefore, it is no longer necessary to defoam the molten slag afterwards. The molten slag 4 is discharged from the outlet 5a. For example, every 2 hours, the tap 5b is removed and discharged in a short time of 20 minutes. Therefore, compared to the case where the generated molten slag is continuously discharged little by little, the amount of heat energy dissipated from the molten slag 4 at the time of tapping is suppressed as much as possible.
[0063]
In a short time, molten slag is injected into the slag block molding mold 10 moving in the direction of the arrow 20 by the conveyor 11 through the slag receiving rod 9 so as to suppress heat dissipation from the molten slag 4 having high thermal energy. . The mold 10 is made of a heat-insulating refractory, and rapid cooling of the molten slag while moving is prevented. CaO-SiO ₂ -Al ₂ O _Three -Cast slag 4A which is eutectic solidified at the eutectic point in the quaternary phase equilibrium state of MgO or a point as close to it as possible is cast.
[0064]
For example, CaO contained in molten slag is 5% to 36%, SiO ₂ 38% to 55%, Al ₂ O _Three Is 10% to 25% and MgO is 5% to 20%, the eutectic point of the molten slag is 1,300 ° C. or lower. The molten slag having a temperature of 1,500 ° C. or higher falls in a liquid state to 1,300 ° C. or lower in the slag block molding mold 10. When the molten slag reaches the temperature of the eutectic point, precipitation of the entire composition starts all at once, and the temperature is maintained until the entire composition is recrystallized based on the “phase rule”. During recrystallization where the slag temperature does not drop, the mold 10 is on the conveyor 11 on which it is moving. The moving speed and conveying distance of the conveyor 11 are determined so that the mold 10 reaches the reversal part when the recrystallization is completed and the slag starts to cool down. The cast slag 4A subjected to primary recrystallization maintains a high temperature even when it is demolded.
[0065]
The primary recrystallized cast slag 4A is solidified. However, the cast slag is actually 95% to 97% recrystallized, the remainder is amorphous and is dotted with fine glass. The primary recrystallized cast slag is crushed by applying a relatively small force, and the fragments tend to be sharp. The cast slag 4A demolded from the molding mold 10 is immediately inserted into the rotary furnace body 15A of the heat treatment furnace 14 lifted like a two-dot chain line through the chute 13.
[0066]
The interior of the rotary furnace body 15A is preheated by a heating burner 16A. When a predetermined amount of cast slag 4A is put into the rotary furnace body 15A, the chute 13 is retracted, the rotary furnace body 15A is lowered to the position of the solid line, and the rotary furnace body 15A supported by the front and rear tires 15t has a gear 15m. , The ring gear 15n is driven to rotate slowly in the direction of arrow 17 at a speed of about 1 rpm. The flame 16a is generated from the heating burner 16A, the fire wall 15a is heated, and the deposition surface layer of the cast slag 4A is kept warm. The cast slag 4A that has touched the refractory wall 15a wrapping downward from the cast slag 4A deposited by the rotation of the furnace body 15A or directly touched the flame is, for example, in a uniform temperature atmosphere of 900 ° C. for 2 hours or 1,200. It is kept in a temperature atmosphere of 1 ° C. for 1 hour.
[0067]
When the casting slag 4A is charged into the rotary furnace body 15A, the temperature of the surface layer is lowered to about 800 ° C. to 900 ° C. However, the inside of the cast slag is at a high temperature of 1,100 ° C. to 1,200 ° C. The internal heat of the slag is conducted toward the outer surface in an atmosphere of 1,000 ° C. obtained by the heating burner 16A, and recrystallization of the remaining amorphous portion is achieved until the surface layer portion is reached. The internal strain of the slag generated during casting during the secondary recrystallization is also removed, and a dense recrystallized artificial rock having a structure with a very low gas content is generated.
[0068]
When a predetermined time elapses, the heating burner 16A is stopped. The rotary furnace body 15A is lifted as shown by a broken line, and the rotary furnace body is tilted about the trunnion shaft 15b. When the loading port 15c is directed downward, the solidified slag 24 very close to natural rock is discharged. Solidified slag that does not contain an amorphous part is extremely hard, and even if the solidified slag is crushed, the corners do not stand up so much that the crushed surface has a slight irregularity. When used as an artificial aggregate for concrete, the solidified slag is crushed to an appropriate size.
[0069]
The artificial rock 24 thus obtained has a metal content that is easily reduced in the electric melting furnace 1 removed, and the gas content is extremely low. The heat energy applied to the molten slag in the electric melting furnace is brought quickly to the heat treatment process with a small amount of heat loss during the process due to the contribution of the temperature holding action by “phase rule”, and the heat energy for recrystallization. Consumption is also greatly reduced.
[0070]
As can be seen from the above description, molten pig iron and molten slag are generated by reducing and melting incineration ash and the like. In the molten slag, Fe-based oxides and other heavy metals and reducible oxides are reduced as much as possible, and a detoxified high-quality concrete artificial aggregate that does not elute heavy metals is manufactured. Since the molten pig iron produced during reductive melting can be used separately, metal resources can be recovered.
[0071]
CaO-SiO ₂ -Al ₂ O _Three In the case of the ternary system, the range of the eutectic point is limited. When MgO is added to modify the quaternary system, the range of the eutectic point is expanded, and a molten slag capable of eutectic solidification in a quaternary phase equilibrium state is obtained. By adding MgO, the fluidity of the molten slag is also improved, and the slag melting point can be lowered without excessive addition of CaO. Therefore, it becomes easy to handle the molten slag in the process of synthesizing the artificial rock from the molten slag. The synthetic rock produced is not digestible, and the long-term chemical stability and mechanical strength of the synthetic rock are ensured. By heat treating the eutectic solidified primary recrystallized slag, a small amount of the remaining amorphous part is secondarily recrystallized, so that artificial rock very close to natural rock is synthesized.
[0072]
Coke breeze is blended in the incinerated ash to increase the conductivity of the raw material, so that melting of the raw material is promoted and reduction of the raw material by carbon is realized. Since the incinerated ash is melted in a reducing atmosphere, the molten slag does not corrode the refractory in the vicinity of the hearth part or the tapping part, and the useful life of the furnace becomes long. In addition, coke breeze promotes the generation of forming slag and greatly contributes to the reduction of the power consumption rate by improving the power transmission efficiency. Since the molten slag stays on the molten pig iron for a long time, the gas content becomes extremely low due to the natural defoaming action during the stay. Therefore, the subsequent defoaming operation of the molten slag becomes unnecessary.
[0073]
The molten slag is suppressed as much as possible by dissipating the retained heat energy of the molten slag during the operation by short-time extraction every predetermined time and rapid casting into the mold. Most of the energy consumed for the primary recrystallization is used for the secondary recrystallization. Therefore, even if the solidified slag is not reduced in size, the energy consumption is reduced and the amount of heating energy for recrystallization is reduced.
[0074]
In the above description, a granular raw material in which coke breeze is blended in advance with incineration ash, which is an extremely fine powder, is charged into an electric melting furnace. Instead of this operation, powdered ferronickel smelting or fluorinated slag or meteorite, or other auxiliary raw materials so that the molten slag of MgO is the target% in the range of 5% to 20% or a content% very close to it is obtained. When the raw material is made into pellets using a pelletizer after mixing, the handling when the raw material is charged into the furnace body becomes easy. Thus, at the stage of granulating the raw material, CaO-SiO ₂ -Al ₂ O _Three Even if the raw materials are pre-adjusted so that a molten slag having a composition capable of eutectic solidification can be obtained at the eutectic point in the quaternary phase equilibrium state of MgO or as close as possible to the eutectic point. Good.
[0075]
If the raw material charged into the electric melting furnace is already made by melting incineration ash into slag, the coke breeze or MgO additive material together with the solidified slag of the incineration ash before reducing and melting the slag in the electric melting furnace In addition, the auxiliary material may be charged into the electric melting furnace. It can also be said that the coke breeze, the MgO additive, and the auxiliary material are mixed in advance in the solidified slag of the incinerated ash, or are charged after being pelletized.
[0076]
The submerged arc melting furnace 1 is a direct current electric furnace, the furnace structure is simple and easy to control, and the supply of electric energy is stable. An AC electric furnace is generally suitable for a large capacity, and is uneven or unstable in the direction of arc generation between the electrodes, and tends to heat only the deposition surface layer of the furnace interior, uniform. It is difficult to obtain a proper heating state. However, in this electric furnace employing L-shaped electrodes, uniform melting in the furnace is possible due to the good controllability of ordinary DC electric furnaces and the improvement of power supply covering a wide area from the hearth. Processing can be realized. Furthermore, the electric furnace operation by the submerged arc melting method is maintained by the screw feeder capable of always charging the granular raw material.
[0077]
FIG. 5 shows an example in which a closed chute 41 is used for the raw material charging device 40 instead of the screw feeder. The two sealed chutes 41 and 41 are connected to the raw material charging holes 22 and 22 at different radial distances from the movable electrode 8 and can be hermetically charged through the furnace lid 1a. Therefore, if the outlet pipe 41a at the tip of each chute 41 is swung, incineration ash and the like are dispersed and charged in the furnace. If the raw material such as incineration ash is from room temperature to about 80 ° C., a flexible cloth cylinder can be used as a chute.
[0078]
It is preferable to provide the following automatic supply control apparatus not only in the case of the above-mentioned normal temperature raw material but also in hot charging. In FIG. 5, a raw material level detector 42 is provided at a lower portion of the closed chute 41, and a raw material quantitative cutout device 43 is installed in the storage bin 32. When a large amount of raw material accumulates in the chute 41 and does not flow into the furnace body 1b, the raw material level detector 42 detects the stagnation of the raw material. When the detection signal is input to the control device of the raw material quantitative cutting device 43, the cutting of the raw material is stopped, the raw material is not fed to the closed chute 41, and excessive deposition of the raw material in the chute is prevented. The This suppresses unnecessary wobbling and wear of the long chute 41. The raw material level detector may be a short horizontal diaphragm arranged in a space where the powder particles fall, and can detect the stagnation of the raw material or the flow of the raw material with or without vibration. When the raw material level detector 42 detects that the raw material has not stagnated in the chute, the raw material quantitative cutting device 43 is activated and the raw material is charged into the furnace body.
[0079]
Incidentally, the horizontal portion 25b integrated with the lower end of the vertical portion 25a of the L-shaped electrode 25 described above is for supplying DC power, but as shown in FIG. The arc-shaped portion 25m extending along the iron skin of the furnace body and the web 25n formed of an iron plate extending mainly inward of the arc-shaped portion 25m may be provided. When the arc-shaped portion is substantially semicircular when viewed from the plane, a wide conductive portion can be formed on the round hearth by the two webs 25n and 25n, and uniform heating in the furnace is realized. Of course, since the number of L-shaped electrodes is reduced, it is suitable for a small furnace body.
[0080]
A large number of short iron projections 25p having a round or square cross section are erected on the upper surface of the web 25n described above, and the central portion of the furnace body of the web 25n is a movable electrode 8 indicated by an imaginary line in FIG. 7B. An arc-shaped notch 25r represented by a solid line or a broken line that is substantially equal to or larger than the diameter is formed. The iron bar 25p attached to the web 25n by welding or the like improves the integrity with the carbon stamp 28 (see FIG. 8), and improves the conductivity of the hearth as much as possible. The arc-shaped notch 25r suppresses a short path of current from the L-shaped electrode 25 to the movable electrode 8 and realizes more uniform heating in the furnace.
[0081]
As shown in FIG. 7B, the L-shaped electrode 25 has a vertical portion 25a provided at one end of the horizontal portion 25b. When the L-shaped electrode 25 is installed in the electric melting furnace 1 as shown in FIG. The flexible conductors 30 and 30 are arranged close to each other and gathered at almost one place on the furnace wall, and the power supply lines around the furnace can be gathered together. It can avoid obstructing work. It should be noted that the vertical portion 25a may be arranged at the center of the arc-shaped portion 25m as indicated by the phantom line in FIG.
[0082]
When the furnace body is large, the hearth can be seen in the plane arrow view as shown in FIGS. 9A and 9B, rather than making the horizontal portion 25b of the L-shaped electrode 25 substantially semicircular in the plane arrow view. If the partial arc shape is divided into three or four, it becomes easy to develop a uniform conductive area in the hearth, and a uniform voltage distribution is given to the hearth. Note that, as shown in FIG. 7A, the web 25n may extend slightly outside the arc-shaped portion 25m.
[0083]
Incidentally, the L-shaped electrode 25 is adopted in spite of the fact that it is sufficient to place the electrode on the furnace bottom, and it is arranged along the furnace wall and the furnace bottom for the following reason. If the tip of the horizontal portion 25b shown in FIG. 1 is extended straight and the vertical portion 25a is eliminated in order to connect the electrode disposed on the furnace bottom to the flexible conductor, the extended portion covered with the refractory is the vertical portion of the L-shaped electrode 25. The length is significantly shorter than the length of the portion 25a. Accordingly, there is a risk that outside air may enter even though the gap is very small from the slight gap between the extension portion and the refractory. On the other hand, when this L-shaped electrode is adopted, the intrusion of outside air into the horizontal portion 25b is suppressed as much as possible.
[0084]
That is, even if outside air tries to enter from the upper part of the vertical part 25a, the intruding air rises due to the heat held by the furnace body and does not reach the horizontal part 25b. As a result, oxidation of the horizontal portion 25b is prevented, and the life of the electrode 25 can be kept long. Furthermore, the carbon stamp 28 covering the horizontal portion 25b is not burned by the intruding air, and the operation of the furnace for a long time is realized. As can be seen from this, the L-shaped electrode 25 does not need to be completely L-shaped, but has a shape having at least a part extending vertically upward or inclined from the horizontal part 25b. This is because it is preferable to keep the vicinity of 25b in a reducing atmosphere.
[0085]
By the way, the connection between the L-shaped electrode 25 and the flexible conductive wire 30 may be set as shown in FIGS. First, the iron box 50 is welded to the upper end portion of the vertical portion 25a, and a part of the copper plate piece 52 to which the flexible conductor 30 is connected is immersed in a state where the molten solder 51 is stored in the iron box 50, and solder is applied. If solidified, the close contact between the solder and the vertical portion 25a becomes complete, and the conductivity to the L-shaped electrode 25 can be enhanced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a submerged arc DC electric melting furnace to which the present invention is applied.
2A is an enlarged cross-sectional view of an L-shaped electrode, and FIG. 2B is a view taken along the line II-II in FIG.
3 is a plan arrow view of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is an overall schematic configuration diagram of a DC electric melting furnace.
FIG. 5 is an overall view of an electric melting furnace employing a closed chute.
FIG. 6 is an overall view of an example of a facility for producing molten slag from incinerated ash and producing crystallized artificial aggregate for concrete.
7A is a perspective view of another example of an L-shaped electrode, and FIG. 7B is a plan view of two L-shaped electrodes arranged on the furnace bottom.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an electric melting furnace in which two L-shaped electrodes provided with a web are installed at the furnace bottom.
FIG. 9A is a layout diagram to the furnace bottom when an L-shaped electrode having a partial arc-shaped horizontal portion obtained by dividing the hearth surface into three sections as viewed in a plane arrow, and FIG. The layout figure to the furnace bottom at the time of using the L-shaped electrode which has the partial arc-shaped horizontal part which divided the surface into four by plane arrow view.
10A is an overall view of an L-shaped electrode in which a solder connection portion is formed at the upper end of a vertical portion, and FIG. 10B is an enlarged perspective view of the upper end portion of the vertical portion.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric melting furnace (submerged arc direct current electric furnace), 1a ... Furnace lid, 1b ... Furnace body, 1n ... Insulating refractory material, 2 ... Molten pig iron, 4 ... Molten slag, 7 ... Raw material, 8 ... Movable electrode, 21 , 21A ... Screw feeder, 22 ... Raw material charging hole (long hole), 25 ... L-shaped electrode, 25a ... Vertical portion, 25b ... Horizontal portion, 25m ... Arc-shaped portion, 25n ... Web, 25p ... Projection (iron bar) , 25r ... arc-shaped notch, 26a ... forward path (cooling water passage), 26b ... return path (cooling water passage), 27 ... carbon powder, 28 ... carbon stamp, 29 ... graphite block, 32 ... storage bottle, 35 ... air introduction Pipe 36, auxiliary burner 37, smoke hood, 40 ... raw material charging device, 41 ... closed chute, 42 ... raw material level detector, 43 ... raw material quantitative cutting device.

Claims

In order to melt and reduce the oxide from the raw material to be melted to produce molten pig iron and molten slag, the slag is generated by the electric arc and the electric resistance Joule heat in a state where the molten slag is covered by the raw material that has not yet been melted. In the melting submerged arc electric melting furnace,
A single movable electrode is inserted vertically through the center of the furnace lid, while being L-shaped when viewed from the furnace side along the furnace wall and bottom, along the bottom of the furnace to supply DC power. A plurality of L-shaped electrodes having a horizontal portion toward the furnace body center,
The L-shaped electrode is made of pure iron, and a cooling water passage through which the cooling water flows is formed inside the vertical portion,
On the bottom of the furnace, a carbon stamp is placed and hardened by arranging carbon powder so as to cover the horizontal part where the cooling water passage is not formed,
A direct current electric melting furnace for reducing molten slag generation, characterized in that a graphite block is installed on the carbon stamp and on the inside of an insulating refractory covering the vertical portion.

2. The furnace lid according to claim 1, wherein a plurality of raw material charging holes are provided in the furnace lid, and a raw material charging device for supplying the raw materials into the furnace body from the raw material charging holes is installed. DC electric melting furnace for reducing molten slag production.

The DC electric melting furnace for reducing molten slag generation according to claim 1 or 2, wherein a horizontal portion of the L-shaped electrode is straight.

The horizontal portion of the L-shaped electrode includes an arc-shaped portion extending along an iron skin of a furnace body, and a web formed of an iron plate extending inward of the arc-shaped portion. A direct current electric melting furnace for reducing molten slag generation according to claim 1 or 2.

5. The direct current electric melting furnace for generating reduced molten slag according to claim 4, wherein a plurality of iron protrusions are erected on the upper surface of the web.

5. The DC electric melting for reducing molten slag generation according to claim 4, wherein an arc-shaped notch that is equal to or larger than a diameter of the movable electrode is formed in a center portion of the furnace body of the web. Furnace.

5. The DC electric melting furnace for generating reduced molten slag according to claim 4, wherein the horizontal portion is semicircular when viewed in a plane.

5. The DC electric melting furnace for reducing molten slag generation according to claim 4, wherein the horizontal portion has a partial arc shape in which the hearth surface is divided into three or more parts in a plane arrow view. .

9. The direct current electric melting furnace for producing reduced molten slag according to claim 1, wherein the raw material charging device is a screw feeder.

10. The direct current electric melting furnace for producing reduced molten slag according to claim 1, wherein the raw material charging device is a closed chute.

A raw material level detector is provided in the middle part of the sealed chute extending vertically, and when the raw material level detector detects a stagnation of the raw material in the closed chute, the raw material is fed to the sealed chute. The direct current electricity for reducing molten slag generation according to any one of claims 1 to 10, wherein a raw material quantitative cutting device to be stopped is provided in a raw material storage bottle connected to the closed chute. Melting furnace.

12. The DC electric melting furnace for generating reduced molten slag according to claim 1, wherein the movable electrode is a self-baking electrode.

13. An air introduction pipe for supplying outside air to the upper part of the raw material deposited under the furnace lid is inserted in an upper part of the furnace body, according to any one of claims 1 to 12. DC electric melting furnace for reducing molten slag production.

In the upper part of the furnace body, an auxiliary burner for preheating the raw materials and burning malodorous substances and unburned gas generated in the furnace body using the outside air introduced by the air introduction pipe, the tip of the furnace burner It is arranged so that it is in the tangential direction of the body,
The direct current electric melting furnace for reducing melting slag generation according to claim 13, wherein a flue gas hood surrounding a portion protruding from the furnace lid of the movable electrode is attached to the furnace lid.