JP4184905B2 - スクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入方法および装入装置 - Google Patents

スクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入方法および装入装置 Download PDF

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本発明は、廃棄車両から生じる多量のスクラップを、炉口からフレームや黒煙等を噴出させることなく大量に溶融処理することができるスクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入方法および装入装置に関するものである。
従来から、省資源化の一環として廃棄車両から生じるスクラップを転炉あるいは予備処理炉へ装入して再利用することが一般的に行われている。この場合、廃棄車両内には燃料や各種オイル等の揮発性液体、ゴム、プラスチック等が含まれており、これを溶銑中に装入すると揮発した可燃ガスが燃焼することに加えて、プラスチック等が熱分解して発生したガスも燃焼するため、フレームや黒煙が炉前側へ大量に噴出することとなる。この結果、クレーンや建て屋が延焼する危険性が生じ、一度に大量の廃棄車両スクラップを炉内に装入することはできないという問題点があった。
そこで、例えば特許文献１に示されるように、爆発防止を目的に揮発性液体を事前に抜き取ったスクラップとして転炉に装入する転炉繰業方法や、特許文献２に示されるように、廃棄車両の所望個所を破砕・切断し温度の異なる複数の加熱域を有する連続加熱炉において揮発成分や樹脂成分を順次分離回収する方法が提案されている。しかしながら、前者の場合、揮発性液体を完全に抜き取ることは難しいうえにコストもかかり、またプラスチック等も含まれているため大量のスクラップを炉内に装入するとフレームや黒煙が噴出するという問題点があった。一方、後者の場合、スクラップの破砕・切断にコストおよび時間がかかるとともに、そのための処理設備の費用が高くつくという問題点があった。
特開平８−１４３９２９号公報 特開平５−１７１３０５号公報
本発明が解決しようとする課題は、廃棄車両から生じるスクラップを事前に揮発性液体やプラスチック等を分離しなくても一度に大量に溶融処理可能とすることであり、またスクラップを炉内に装入した際に炉口からフレームや黒煙等の噴出を完全に防止することである。
上記の課題を解決するためになされた本発明は、揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉あるいは予備処理炉に装入する際、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉あるいは予備処理炉に装入する際に、炉口上方部から炉口に向けてガス温度を２５０℃以下まで低減して黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するように体積の縮小および運動量の抑制を行うに十分な量の冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うことを特徴とするスクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入方法を第１の発明とする。また、第１の発明に炉口上方部から炉前側に向けて不活性ガスを吹き付け炉前側と炉口上側空間とを遮断することを組み合わせた方法を第２の発明とする。
また、揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉あるいは予備処理炉に装入する装置、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉あるいは予備処理炉に装入する装置であって、炉口上方部に、炉口に向けてガス温度を２５０℃以下まで低減して黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するように体積の縮小および運動量の抑制を行うに十分な量の冷却水を散水する散水ヘッダーおよび／またはミストを噴霧するミスト発生器を設けたことを特徴とするスクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入装置を第３の発明とする。
また、第３の発明に炉口上方部から炉前側に向けて不活性ガスを吹き付け炉前側と炉口上側空間とを遮断するガスヘッダーを組み合わせた装入装置を第４の発明とする。
本発明は、スクラップや溶銑を転炉あるいは予備処理炉に装入する際に、炉口上方部から炉口に向けて冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うことで、または不活性ガスの吹き付けを行うことで炉口からフレームや黒煙等が噴出するのを確実に防止することができ、またスクラップから揮発性液体やプラスチック等を事前に除去処理しておかなくても一度に多量のスクラップを溶融処理できることとなる。
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。図面は、溶銑を廃棄車両のスクラップが入った転炉に装入する場合を示すものであり、図１は装置の全体図、図２は装置の要部の斜視図である。図において、１は転炉、２は溶銑鍋、３は転炉２の上方部に設置された装入フード、４は該装入フードと後段に設置してあるバグフィルタ（図示せず）を連結するダクト、５は転炉１の背面側に設けられた炉まわりフードである。
そして本発明では、転炉１の炉口上方部に、炉口に向けて冷却水を散水する散水ヘッダー１０が設けられている（第３の発明）。なお、散水ヘッダー１０にかえてミストを噴霧するミスト発生器（図示せず）を設けることや、散水ヘッダー１０とミスト発生器を併設することも可能である。また、図示のものでは前記散水ヘッダー１０に加え、炉口に向けて不活性ガスを吹き付けるガスヘッダー１１を併設したものとなっている（第４の発明）。
更には、炉口側面側に散水配管や不活性ガス配管を配置して炉口に向けて散水あるいはガス噴出できるように、散水ヘッダー１０あるいはガスヘッダー１１を設けた構造（図示せず）とすることも可能である。一般的には上部装入フードでガスを吸引しているため、上部散水配管の熱負荷が高く配管の寿命が短くなることも考えられるが、熱負荷の少ない炉口側面側に散水配管や不活性ガス配管を配置し炉口に向けて散水あるいはガスの噴出ができる構造とすれば、炉口からのフレームや黒煙の噴出防止効果を確保しつつ配管寿命の延長が可能となる利点がある。
なお、図において１０ａは水配管、１１ａは不活性ガス（実施例ではＮ２ガス）の配管である。また、１２は散水ヘッダー１０の散水量を制御するためのシーケンサ、１３はガスヘッダー１１のガス供給量を制御するためのシーケンサ、１４はダクト４内のガス温度を測定するサーモセンサである。
上記のような装置を用いて本発明では、廃棄車両から生じるスクラップを溶銑が入った転炉１（あるいは予備処理炉でもよい）に装入する際、または溶銑をスクラップが入った転炉１（あるいは予備処理炉）に装入する際に、炉口上方部から炉口に向けて冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行う点に特徴的構成を有する。即ち、従来の発想では転炉１に対して散水するということは常識では考えられないことであるが、本発明者は炉口に向けて冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うことにより、炉口からフレームや黒煙等が噴出するのを的確に防止できることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
つまり、炉口に向けて冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うことにより、以下の作用を奏する。
（ａ）炉口から噴出するガス温度を急速に低減する。これにより、黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するとともに、クレーンや建て屋の延焼を防止する。また、同時に８００℃以上あったガスを２５０℃以下まで一気に急冷するのでダイオキシンが再合成するのを防止する。
（ｂ）炉口から噴出するガス温度を低減してガス体積を縮小する。これにより、黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止する。
（ｃ）炉口から噴出するガスの運動量を抑制する。これにより、黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するとともに、クレーンや建て屋の延焼を防止する。
また、スクラップを溶銑が入った転炉１（あるいは予備処理炉でもよい）に装入する際、または溶銑をスクラップが入った転炉１（予備処理炉でもよい）に装入する際に、炉口上方部から炉前側に向けてＮ２ガス等の不活性ガスの吹き付けを行うこともできる。即ち、不活性ガスの吹き付けることでエアカーテンを形成して炉前側と炉側空間を遮断し、これにより、黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するとともに、８００℃以上あったガスを２５０℃以下まで一気に急冷するのでダイオキシンが再合成するのを防止する。この不活性ガスの吹き込み量は、スクラップや溶銑の装入中は少量（例えば、２０〜３０Ｎｍ３／ｍｉｎ）で、装入直後は多量（例えば、６０〜８０Ｎｍ３／ｍｉｎ）となるように制御することが好ましい。
なお、不活性ガスを吹き付けるガスヘッダー１１としては、パイプに炉口に向けて一定ピッチのガス噴出部を設けたものが使用できるが、図３に示されるように、パイプ１５に例えば５０ｍｍピッチにガス噴出ノズル１５ａを設けておき、更に各々のガス噴出ノズル１５ａ、１５ａ間にそれよりも小径のガス噴出ノズル１５ｂを設けて、ガス噴出ノズル１５ａ、１５ａ間のガスカーテン膜の切れ目が生じないようにしておくことが好ましい。
第２の発明は、前記第１の発明と不活性ガスの吹き付けを組み合わせたものである。即ち、炉口上方部から炉口に向けて冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うとともに、炉口上方部から炉前側に向けて不活性ガスを吹き付け炉前側と炉口上側空間とを遮断する点に特徴的構成を有する。これにより、それぞれの効果を合わせて発揮し、より確実に黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するとともに、クレーンや建て屋の延焼を防止し、更には、８００℃以上あったガスを２５０℃以下まで一気に急冷するのでダイオキシンが再合成するのを防止する。
また、揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉１（あるいは予備処理炉でもよい）に装入する際、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉１（あるいは予備処理炉）に装入する際に、炉口上方部から炉口に向けてガス温度を低減して体積の縮小および運動量の抑制を行うに十分な量の冷却水の散水および／またはミストの噴霧を、炉の後段に設置してある集塵機と連結するダクト内のバグフィルタ直前のガス温度がガス露点温度以上で、かつバグフィルタ焼損温度以下となるように制御しつつ行うのが好ましい。
これは、冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うことでバグフィルタが濡れるおそれがあり、一方、ガス温度が高くなるとバグフィルタが焼損するおそれがある。そこで、本発明者はこれを防止する方法につき研究したところ、図４のグラフに示されるように、集塵機と連結するダクト４内のガス温度とバグフィルタ前のガス温度の関係は明確な相関関係があることが確認できた。従って、直接にバグフィルタ前のガス温度を測定しなくても、ダクト４内のガス温度の計測値をもとに散水量および／またはミスト噴霧量を制御すれば、バグフィルタ濡れおよび焼損防止が可能となることを見出し、本発明ではダクト４内のガス温度がガス露点温度以上で、かつバグフィルタ焼損温度以下となるように冷却水の散水量および／またはミストの噴霧量を制御することとした。なお、図５は装入フード３の吸引風量：３０００Ｎｍ３／ｍｉｎとした場合のダクト４内のガス温度と蒸気含量上限の関係を示すグラフである。
更に、揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉１（あるいは予備処理炉でもよい）に装入する際、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉（あるいは予備処理炉）に装入する際に、炉前側と炉口上側空間とを遮断するために炉口上方部から不活性ガスの吹き込みを、溶銑装入中は不活性ガス量を絞っておき、溶銑装入が終了し溶銑鍋が炉口から離れるタイミングで不活性ガス量を増加させるように制御しつつ行うのが好ましい。
これは、溶銑装入中は溶銑鍋２が炉口を塞ぐ蓋の役目を果たすため不活性ガスの吹き込み量は少量（例えば、２０Ｎｍ３／ｍｉｎ）でよく、溶銑装入が終了し溶銑鍋２が炉口から離れると蓋がなくなり、その分の面積を余分にシールする必要があるため不活性ガス量を増加（例えば、８０Ｎｍ３／ｍｉｎ）させるのである。更に、溶銑装入中に多量の不活性ガスを吹き込むと炉口から噴出したガスを溶銑鍋２の下側へ押し出し、鍋下面に沿ってフレームまたは黒煙が噴出するおそれがあり好ましくない。また具体的な制御方法としては、図１に示されるように、不活性ガス配管を少流量と大流量の２系統に分割しておき、それぞれに設けた少流量側制御弁１７と大流量側制御弁１６のいずれかを開くことにより不活性ガスの吹き込み量を制御することができる。この制御弁の開閉操作は、例えば炉トラニオン傾斜角からの検出値に基づいたり、オペレータの目視確認により行うことができる。
本発明の対象とするスクラップは、揮発成分や樹脂成分を事前に分離したものではなく品質が劣り安価なもので、高温排ガス発生量は揮発成分や樹脂成分を分離したスクラップに比べて約５倍程度であり、従来は炉内へ装入することができなかったものである。図６は散水量とダクト内排ガス温度の関係を示すグラフであるが、ダクト４内のガス温度の上限を６５０℃とすると、約９００Ｌ／ｍｉｎの散水を行えば安価なスクラップを３．５ｔ／チャージ装入しても十分に処理できることが確認できた。参考までに、図７に散水量と冷却後排ガス体積の関係を示すが、本発明により散水処理した場合は排ガス体積が急激に縮小していることが確認できた。
以上の説明からも明らかなように、本発明は基本的にはスクラップを溶銑が入った転炉に装入する際、または溶銑をスクラップが入った転炉に装入する際に、炉口上方部から炉口に向けて冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うことにより、廃棄車両のスクラップを、炉口からフレームや黒煙等を噴出させることなく一度に大量に溶融処理することができることとなる。また、転炉だけでなく、予備処理炉に装入する際にも同様の効果を得ることができる。
本発明の実施の形態を示す装置の全体図である。 装置の要部を示す斜視図である。 ガスヘッダーを示す正面図である。 ダクト内のガス温度とバグフィルタ前のガス温度の関係を示すグラフである。 ダクト内のガス温度と蒸気含量上限の関係を示すグラフである。 散水量とダクト内排ガス温度の関係を示すグラフである。 散水量と冷却後排ガス体積の関係を示すグラフである。
符号の説明
１ 転炉
２ 溶銑鍋
３ 装入フード
４ 連結ダクト
５ 炉まわりフード
１０ 散水ヘッダー
１１ ガスヘッダー
１２ シーケンサ
１３ シーケンサ
１６ 大流量側制御弁
１７ 少流量側制御弁

Claims (4)

  1. 揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉あるいは予備処理炉に装入する際、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉あるいは予備処理炉に装入する際に、炉口上方部から炉口に向けてガス温度を２５０℃以下まで低減して黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するように体積の縮小および運動量の抑制を行うに十分な量の冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うことを特徴とするスクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入方法。
  2. 揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉あるいは予備処理炉に装入する際、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉あるいは予備処理炉に装入する際に、炉口上方部から炉口に向けてガス温度を２５０℃以下まで低減して黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するように体積の縮小および運動量の抑制を行うに十分な量の冷却水の散水および／またはミストの噴霧を行うとともに、炉口上方部から炉前側に向けて不活性ガスを吹き付け炉前側と炉口上側空間とを遮断することを特徴とするスクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入方法。
  3. 揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉あるいは予備処理炉に装入する装置、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉あるいは予備処理炉に装入する装置であって、炉口上方部に、炉口に向けてガス温度を２５０℃以下まで低減して黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するように体積の縮小および運動量の抑制を行うに十分な量の冷却水を散水する散水ヘッダーおよび／またはミストを噴霧するミスト発生器を設けたことを特徴とするスクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入装置。
  4. 揮発成分や樹脂成分が事前に分離されていないスクラップを溶銑が入った転炉あるいは予備処理炉に装入する装置、または溶銑を前記のスクラップが入った転炉あるいは予備処理炉に装入する装置であって、炉口上方部に、炉口に向けてガス温度を２５０℃以下まで低減して黒煙が炉前側へ噴出・漏洩することを防止するように体積の縮小および運動量の抑制を行うに十分な量の冷却水を散水する散水ヘッダーおよび／またはミストを噴霧するミスト発生器と、炉前側に向けて不活性ガスを吹き付け炉前側と炉口上側空間とを遮断するガスヘッダーを設けたことを特徴とするスクラップまたは溶銑の転炉あるいは予備処理炉への装入装置。
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