JP3941526B2 - 廃棄物粉体の溶融処理方法及びこれに用いる溶融設備 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は廃棄物粉体の溶融処理方法及びこれに用いる溶融設備に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
電気炉を用いた製鋼においては、大気汚染防止のために集塵装置を設けて電気炉からのダストを集塵することが行われている。
この製鋼排出物としてのダストは粒の細かい(例えば1〜5μm程度)粉体状であって、その成分としてFeO,Fe2O3(約60%)や、ZnO(約15%)を含んでいるものの、再利用が困難で従来そのまま廃却されていた。
【0003】
しかしながら近年、廃却処分場の確保が次第に難しくなって来ており、また廃却に際しては廃却コストがかかる問題もある。
そこでかかる製鋼排出物としてのダストを溶融設備で溶融してスラグ化することが考えられている。
【0004】
しかしながらその溶融設備として専用の溶融炉を用いると設備コストが高くなり、また溶融のためのエネルギーコストも高くなってイニシャルコスト及びランニングコストを合せた全体のコストが廃却コストに比べて著しく高いものになってしまう。
【0005】
一方、都市ゴミの焼却場においては焼却炉内に燃え殻として残る主灰と、排ガス中から捕集される飛灰とが発生する。
これら主灰や飛灰についても、それらを溶融してスラグ化することが行われている。
その際に溶融設備として専用炉を用いた場合においても上記と同様の問題が生ずる。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃棄物粉体の溶融処理方法及びこれに用いる溶融設備は、このような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項1は廃棄物粉体の溶融処理方法に関するもので、電気炉で溶解した溶鋼を受ける取鍋に、蓋体及び該蓋体を貫通するバーナを着脱可能に設け、該溶鋼を受けるべく待機状態の該取鍋を廃棄物粉体の溶融設備の炉体に用いて、該バーナからの火炎中に該廃棄物粉体を供給して該取鍋内で溶融処理すると同時に、該溶融処理によって該取鍋を予熱処理することを特徴とする。
【0007】
請求項2は溶融設備に関するもので、炉体としての取鍋と、該取鍋の上端開口を閉鎖するための蓋体と、該蓋体を貫通して設けられ、火炎により廃棄物粉体を溶融させるバーナと、該取鍋の内壁内側に嵌入状態に挿入される水冷内筒と、を有していることを特徴とする。
【0008】
請求項3は溶融設備に関するもので、請求項2において、前記水冷内筒が前記バーナとともに昇降可能となしてあることを特徴とする。
【0009】
請求項4は溶融設備に関するもので、前記蓋体と取鍋との間をシールするシール部材が設けられているとともに、該蓋体が前記水冷内筒及びバーナとともに昇降可能となしてあり、該シール部材がそれら蓋体,水冷内筒及びバーナの昇降とともに伸縮可能となしてあることを特徴とする。
【0010】
【作用及び発明の効果】
上記のように請求項1の廃棄物粉体の溶融処理方法は、電気炉で溶解した溶鋼を受ける取鍋を、溶鋼を受けるべく待機中において廃棄物粉体の溶融設備の炉体として用い、その取鍋に蓋体及びバーナを着脱可能に設けて、取鍋内で廃棄物粉体を溶融処理すると同時に、その溶融処理によって取鍋を予熱処理するものである。
この溶融処理方法は既存の取鍋を炉体として用いるために、専用の炉体を製作して廃棄物粉体を溶融処理する場合と比して、設備コストを安価に抑えることができる。
【0011】
ところで、電気炉からの溶鋼を受ける取鍋は電気炉における鋼の溶解操業中に、即ち電気炉からの溶鋼を受けるべく待機中に予熱をしておくことが必要である。
この場合において、本発明ではその待機中にある取鍋を用いて廃棄物粉体の溶融処理を行うことで、その溶融処理により待機中の取鍋を同時に予熱処理することができる。即ち溶融処理によって待機中の取鍋の予熱処理を兼用させることができる。
従って従来必要とされていた待機中の取鍋の予熱のためのエネルギーを削減することができる。
【0012】
また更にその溶融処理をするに際しても、その取鍋は電気炉からの溶鋼を受けることによって予め高温状態としておくことができるため、つまり高温状態にある取鍋を用いて溶融処理を行うことができるため、廃棄物粉体の溶融処理に際して必要な熱エネルギーも少なくて済み、電気炉における鋼の溶解操業,取鍋を用いた廃棄物粉体の溶融処理操業全体を通じて必要な熱エネルギーを少なくでき、ランニングコストを低減することができる。
【0013】
ところで、取鍋内において廃棄物粉体をバーナの火炎にて溶融処理する際、取鍋の内壁の耐火材が火炎に曝されて溶損し、その寿命が短くなる問題が生じる。
ここにおいて請求項2は取鍋を炉体として用いた溶融設備において、取鍋の内壁内側に嵌入状態に挿入される水冷内筒を設けたもので、この請求項2の溶融設備にあっては、水冷内筒によって取鍋の内壁の耐火材をバーナの火炎から保護することができる。
【0014】
これにより取鍋の内壁の耐火材の溶損を抑制することができ、耐火材の寿命を効果的に延長せしめることができる。
この場合においてその水冷内筒は、バーナとともに昇降可能となしておくことができる(請求項3)。
取鍋内の廃棄物粉体の溶融スラグ表面は、廃棄物粉体の溶融に伴って次第に上昇して行く。このときバーナが位置固定であると火炎の先端と溶融スラグ表面との距離が漸次接近し、火炎が溶融スラグ表面にて取鍋の内壁に向い広がり易くなる。
そしてこれにより取鍋の内壁の耐火材がバーナからの火炎で強く加熱されるようになって溶損が促進されてしまう。
従って内壁の耐火材の溶損を抑制する上で、溶融スラグ表面と火炎の先端との間の距離を適正な一定距離に保っておくことが重要である。
【0015】
ここにおいて請求項3に従い水冷内筒及びバーナを昇降可能となしておけば、溶融スラグ表面の上昇に伴って水冷内筒及びバーナを上昇させることで火炎の先端と溶融スラグ表面との間の距離を常に適正な一定距離に保つことが可能となり、廃棄物粉体の溶融を安定して行い得るとともに、取鍋の内壁の耐火材の溶損を可及的に少なく抑えることが可能となる。
【0016】
また水冷内筒及びバーナを廃棄物粉体の溶融に伴って上昇させることで、取鍋の内容積を廃棄物粉体の溶融のために十分に活用できるようになる。
即ち、水冷内筒及びバーナが位置固定に設けてあると、取鍋における溶融スラグの貯留量がすぐに限界に達してしまい、それ以上溶融処理を続行できなくなってしまう。
【0017】
しかるに請求項3に従って水冷内筒及びバーナを昇降可能となしておいた場合、溶融スラグ表面の上昇に伴って水冷内筒及びバーナを上昇させることで、取鍋の内容積ほぼ一杯まで溶融スラグを貯留すること、即ちそのレベルに達するまで溶融処理を継続可能となり、1回の溶融処理で多量の廃棄物粉体の溶融処理を行うことができるようになる。
【0018】
この場合において蓋体と取鍋との間をシールするシール部材を、蓋体,水冷内筒及びバーナの昇降とともに伸縮可能となしておくことができる(請求項4)。
このようにすることで、シール部材によるシールを確保しつつ蓋体,水冷内筒及びバーナを上昇させて行くことができる。
【0019】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図1において、10はアーク炉(電気炉)であって、この例の鋼の生産ラインにあっては、このアーク炉10において鋼の溶解を行い、その後溶鋼を取鍋12で受けて鋳造工程に搬送し、そこで鋳造を行う。
【0020】
従来、取鍋12は不使用時においてバーナにより温められ保温状態で待機させられるが、本例ではその待機中において、この取鍋12を廃棄物粉体(ここでは製鋼時に発生するダスト。以下ダストを例として説明する)の溶融設備14として用い、ダストを溶融処理する。
そして鋼の生産ラインにおける溶鋼の出鋼の際に、同じ取鍋12を用いてアーク炉10からの溶鋼を受け、鋳造工程へと搬送し鋳造を行う。
【0021】
図2に上記溶融設備14の構成が具体的に示してある。
同図に示しているようにこの溶融設備14は、取鍋12を炉体として用い、その上端開口を閉鎖する蓋体16と、蓋体16を縦向き(上下向き)に貫通するバーナ(ここでは純酸素バーナ)18とが着脱可能に設けてある。
【0022】
図3はバーナ18の先端面の構成を示したもので、図示のようにこのバーナ18の先端面の中心部には燃料を噴出するための燃料噴出孔20が設けられており、ここより燃料が噴出される。
更にこれを取り巻くようにして1次酸素を噴出するための酸素噴出孔22aがリング状に設けられている。
【0023】
一方最も外周側には2次酸素を噴出するための酸素噴出孔22bが周方向に沿って所定間隔ごとに複数設けられており、これら酸素噴出孔22a,22bより、1次酸素及び2次酸素が噴出されるようになっている。
他方、これら酸素噴出孔22aと22bとの間の位置には燃料噴出孔20周りに円弧状をなす長孔形状の粉体噴出孔24が設けられている。
【0024】
この例の溶融設備14では、燃料噴出孔20から燃料を噴出するとともに、酸素噴出孔22a,22bから1次酸素及び2次酸素を噴出して火炎を発生させ、そしてその火炎中に、バーナ18の粉体噴出孔24からダストの粉体を噴出して、火炎の熱によりこれを取鍋12内で溶融させスラグ化する。
【0025】
因みに以下にダストの組成の例が示してある。
成分 重量%
SiO2 5
CaO 5
FeO 55
Al2O3 3
C 1〜3
ZnO 20
【0026】
尚、このダストとともに製鋼過程で発生する還元スラグの粉体をともに噴出して、ダストと還元スラグとを溶融し、それらを反応させるようにしても良い。
この還元スラグは一例として以下のような組成を有している。
成分 重量%
SiO2 25
CaO 50
FeO 1
Al2O3 11
C <1
ZnO <1
【0027】
尚、還元スラグについては粉体状で供給するのでなく、溶融状態で取鍋12内に投入しておくこともできる。
【0028】
図2において、26は排ガスの吸引ダクトであり、28,30はそれぞれ燃焼塔,冷却塔であり、32は吸引ブロア、34は集塵機である。
尚取鍋12の炉底にはバブリング孔36が設けてある。
本例ではこのバブリング孔36からN2ガス等の撹拌ガスを噴出して、取鍋12内の溶融スラグを撹拌させる。
このようなバブリングによる撹拌によって、溶融スラグが固まるのを防止することができる。
尚図2において38は台車である。
【0029】
以上のような本例の溶融処理方法では、本来他の目的で用いられている既存の取鍋12を、その不使用時にダスト溶融のための炉体として用いるので、専用の炉体を製作してダストを溶融処理する場合に比べて設備コストを安価に抑えることができる。
【0030】
その溶融処理によって待機中の取鍋12の予熱を併せて行うことができるため、従来必要とされていた待機中の取鍋12の予熱エネルギーを削減することができる。
【0031】
更に溶融処理をするに際しても、アーク炉10からの溶鋼を受けることによって高温状態にある取鍋12を用いることができるため、ダストの溶融処理に際して必要な熱エネルギーも少なくて済み、アーク炉10における鋼の溶解操業,取鍋12を用いたダストの溶融処理操業全体を通じて必要な熱エネルギーを少なくすることができる。
【0032】
図4は溶融設備14の他の例を示している。
図示のようにこの例は、取鍋12の内壁内側に嵌入状態に挿入される水冷内筒40を備えたものである。
ここで水冷内筒40は、取鍋12から上側に突き出した上部40aと円筒形状をなす下部40bとを有しており、その上部40aが蓋体16の一部を成している。
【0033】
図4の部分拡大図に示しているように、この水冷内筒40の内部には水路42が形成されており、その水路42を流通する冷却水によって水冷内筒40自体が冷却されるようになっている。
尚、水冷内筒40の内部にはその水路42に突き出す形でじゃま板44が設けてあり、そのじゃま板44によって水路42内の冷却水により水冷内筒40が効率高く冷却される。
尚図4において、46は蓋体16と取鍋12との間をシールするシール部材である。
【0034】
この溶融設備14にあっては、水冷内筒40が設けてあるため、取鍋12の内壁の耐火材をバーナ18の火炎から保護することができ、耐火材の溶損を抑制し得て耐火材の寿命を延長せしめることができる。
【0035】
図5は溶融設備14の更に他の実施例を示したもので、この例は、水冷内筒40及び蓋体16をバーナ18とともに昇降可能に設け、且つそれらをウインチ48によって昇降駆動するようになしたものである。
この例ではまた、併せてシール部材50を例えば蛇腹形状とするなどして上下に伸縮可能に構成してある。
【0036】
この例では、ダストの溶融処理に伴い溶融スラグ表面が上昇するのにつれて、水冷内筒40及び蓋体16をバーナ18とともに上昇させて行く。
これによりバーナ18からの火炎の先端と溶融スラグ表面との間の距離を常に適正な一定距離に保つことができ、ダストの溶融処理を安定して行い得るとともに、取鍋12の内壁の耐火材の溶損を可及的に少なく抑えることができる。
【0037】
また併せて取鍋12内にほぼ一杯まで溶融スラグを貯留することができるため、つまりそのレベルに達するまで1回の溶融処理を継続して行うことができるため、取鍋12の内容積を十分に活用することができる。
その際、この例ではシール部材50が伸縮可能となしてあるため、かかるシール部材50によるシールを確保しつつ、水冷内筒40及びバーナ18を上昇させて行くことができる。
【0038】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示である。
例えば上例では、アーク炉10からの溶鋼を取鍋12で受けてこれを鋳造工程へと搬送する場合を例として説明したが、溶鋼を受けた取鍋12を取鍋精錬装置へと搬送して、そこで取鍋精錬を行うに際しても適用可能なものである。
また上記実施例では製鋼時に発生するダストを溶融する場合を例として説明したが、その他焼却炉で発生する主灰や飛灰を溶融処理するに際して適用することも可能であるなど、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態,態様で構成実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例方法の説明図である。
【図2】図1における溶融設備の具体的構成を示す図である。
【図3】図2におけるバーナの先端面の構成を示す図である。
【図4】本発明の他の実施例の溶融設備を示す図である。
【図5】本発明の更に他の実施例の溶融設備を示す図である。
【符号の説明】
10 アーク炉(電気炉)
12 取鍋
14 溶融設備
16 蓋体
18 バーナ
40 水冷内筒
46,50 シール部材
Claims (4)
- 電気炉で溶解した溶鋼を受ける取鍋に、蓋体及び該蓋体を貫通するバーナを着脱可能に設け、該溶鋼を受けるべく待機状態の該取鍋を廃棄物粉体の溶融設備の炉体に用いて、該バーナからの火炎中に該廃棄物粉体を供給して該取鍋内で溶融処理すると同時に、該溶融処理によって該取鍋を予熱処理することを特徴とする廃棄物粉体の溶融処理方法。
- 炉体としての取鍋と、該取鍋の上端開口を閉鎖するための蓋体と、該蓋体を貫通して設けられ、火炎により廃棄物粉体を溶融させるバーナと、該取鍋の内壁内側に嵌入状態に挿入される水冷内筒と、を有していることを特徴とする廃棄物粉体の溶融設備。
- 請求項2において、前記水冷内筒が前記バーナとともに昇降可能となしてあることを特徴とする廃棄物粉体の溶融設備。
- 請求項2において、前記蓋体と取鍋との間をシールするシール部材が設けられているとともに、該蓋体が前記水冷内筒及びバーナとともに昇降可能となしてあり、該シール部材がそれら蓋体,水冷内筒及びバーナの昇降とともに伸縮可能となしてあることを特徴とする廃棄物粉体の溶融設備。
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