JP5970354B2 - 溶融スラグの還元処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、製鋼工程で発生する溶融スラグを還元し、含まれている有価成分を回収する場合に使用する溶融スラグの還元処理装置に関する。

鋼の製鋼工程においては、多量のスラグが発生し、このスラグには再利用できる有価物が含まれている。近年、あらゆる分野において、資源のリサイクル化が推進されているが、これら有価物の低コストでの再資源化が望まれている。溶融スラグの再資源化方法として、溶融スラグを還元炉に直接投入して処理する方法が特許文献１に開示されている。

特許文献１は、溶融スラグを還元炉内にある多量の溶鉄上に直接投入すると、両者の反応によりスラグの発泡又は噴出（スラグのフォーミング現象）が生ずるため、これを防止するために予め溶鉄の炭素含有量を０．５質量％程度に低くした後、処理しようとする溶融スラグを投入し、その後、炭素等を投入して炭素含有量を元の２．５質量％超にし、溶融スラグの処理を行うものである。
このような処理に使用する従来例に係る溶融スラグの還元処理装置においては還元炉に取鍋から直に溶融スラグを投入している。

特表２００３−５２０８９９号公報

しかしながら、特許文献１記載の溶融スラグの処理については以下のような問題があった。
（１）上記した還元炉への溶融スラグの装入は、バッチ処理式であり、溶融スラグ投入時のスラグのフォーミングを防止するため、予め還元炉内にある多量の溶鉄の炭素含有量を０．５質量％程度に低くし、スラグ投入後、炭素含有率を上昇させて溶融スラグを還元処理しているので、溶融スラグより有価物を回収することは可能であるが、処理工程が多く、溶融スラグの還元処理の生産性が極めて低いという問題がある。
（２）また、特許文献１には、還元炉（スラグ処理炉）及び装入装置（スラグ装入炉）についての詳細な開示がなく、更には、如何にして連続処理に近づけて、溶融スラグの処理を効率的に行うかの開示はない。
（３）更に、溶融スラグを溶鉄に投入すると、還元に伴い一酸化炭素を含む高温のガスが発生するが、還元炉から出た後のガスの処理についての記載が特許文献１には開示されていない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、溶融スラグの処理を行うに当たり、スラグ装入炉から、有価物を含む溶融スラグをスラグ処理炉内に徐々に投入して、スラグの処理効率を上昇させることを第１の目的とし、処理中にスラグ処理炉で発生するガスを有効に回収すると共に、スラグ装入炉内に溜まった溶融スラグを加熱し、省エネ化を図ることを第２の目的とする溶融スラグの還元処理装置を提供する。

前記目的に沿う本発明に係る溶融スラグの還元処理装置は、一方にスラグ投入口を、他方に注ぎ口ダクトを備え、前記スラグ投入口から入れられた溶融スラグを貯留保持可能なスラグ装入炉と、前記注ぎ口ダクトから注がれた前記溶融スラグを装入口ダクトから受けるスラグ処理炉とを有する溶融スラグの還元処理装置であって、
前記スラグ装入炉は、前記スラグ処理炉に隣接して、傾動中心を基準として傾動可能に配置され、前記注ぎ口ダクト及び前記装入口ダクトは側面視して円弧状となって、その曲率中心が前記スラグ装入炉の傾動中心にあり、前記スラグ装入炉の傾動によって、前記注ぎ口ダクトが前記装入口ダクトに隙間を有して嵌入可能であって、前記スラグ装入炉内の溶融スラグは前記スラグ処理炉内に投入される。

本発明に係る溶融スラグの還元処理装置において、前記注ぎ口ダクトの周囲で、該注ぎ口ダクトと前記装入口ダクトの間又は前記装入口ダクトの入口端部には、該注ぎ口ダクトと該装入口ダクトの隙間を塞ぐガスシール材が設けられているのが好ましい。

本発明に係る溶融スラグの還元処理装置において、前記装入口ダクトは前記スラグ処理炉の炉蓋に設けられているのが好ましい。

また、本発明に係る溶融スラグの還元処理装置において、前記スラグ装入炉に設けられている排ガスダクトは、前記スラグ装入炉のガス排出口に基部が接続されて該スラグ装入炉の傾動に従って可動する可動ダクトと、該スラグ装入炉の傾動中心に配置されている固定ダクトとを有し、前記可動ダクトの先部は、軸心が前記スラグ装入炉の傾動中心に一致し、前記スラグ装入炉が傾動しても軸心が同一位置にある直線部からなり、該直線部が前記固定ダクトに回動接続手段を介して連結されているのが好ましい。

本発明においては、スラグ装入炉（保持装置）は、スラグ処理炉（還元炉）に傾動可能に配置され、注ぎ口ダクト及び装入口ダクトは側面視して円弧状となって、その曲率中心がスラグ装入炉の傾動中心にあって、注ぎ口ダクトが装入口ダクトに隙間を有して嵌入可能としているので、以下の効果を有する。

（１）スラグ装入炉とスラグ処理炉が一体構造となって連続し、スラグ装入炉の傾動によって、少量ずつ有価物を含む溶融スラグをスラグ処理炉に連続投入することが可能となり、スラグのフォーミングが抑制されるので、スラグ処理炉内の溶鉄の炭素含有量を一時的に減らす処理を行う必要がなく、溶融スラグの還元処理の生産性が向上する。

（２）また、スラグ装入炉を傾転させる時、スラグ装入炉に設けた注ぎ口ダクトとスラグ処理炉に設けた装入口ダクトとの隙間が一定となり、設けられるガスシール材の構造が容易となり、大気とのシール性も向上する。

（３）そして、スラグ装入炉に設けられている排ガスダクトが、スラグ装入炉のガス排出口に基部が接続されている可動ダクトと、スラグ装入炉の傾動中心に配置されている固定ダクトとを有し、可動ダクトの先部が固定ダクトに回動接続手段を介して連結されている場合は、スラグ処理炉から発生する一酸化炭素を含むガスをスラグ装入炉内で燃焼させることにより、スラグ装入炉内の溶融スラグが予熱されて高温状態を保持でき、全体の熱効率が向上する。

（４）また、スラグ装入炉に設けられている排ガスダクトの可動ダクトが回動接続手段を介して固定ダクトに接続されていることによって、可動ダクト及び固定ダクトを円滑に接続でき、特別に屈曲可能な配管（例えば、蛇腹ホース）を使用しなくて済み、また、スラグ装入炉の傾動角度に関係なく連続してスラグ処理炉（還元炉）からの排ガスの吸引が可能となった。

本発明の一実施の形態に係る溶融スラグの還元処理装置の断面図である。 図１のＡ部の部分拡大図である。 （Ａ）は図１における矢視Ｂ−Ｂ’断面図、（Ｂ）は図３（Ａ）におけるＣ部の拡大図である。 （Ａ）は図１における矢視Ｄ−Ｄ’断面図、（Ｂ）は同部分拡大図、（Ｃ）は本発明の他の実施の形態に係る溶融スラグの還元処理装置の一部説明図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る溶融スラグの還元処理装置１０は、有価物（例えば、鉄、マンガン、リン等）を含む溶融スラグ２１を溜めるスラグ装入炉１１と、加熱源１２を有し、スラグ装入炉１１からの溶融スラグ２１を受けてスラグ処理反応を行うスラグ処理炉１３とを有している。以下、これらについて詳しく説明する。

スラグ処理炉１３は、容器本体１５が従来の処理炉と同一で外側は鉄皮、内部は耐火物（必要に応じて断熱レンガ及び耐火レンガを積層又はキャスタブルにより打ち込み）によって構成され、円錐状又は円錐台状の炉蓋１６が容器本体１５に被さっている。炉蓋１６の一部には、軸心ｍ１が部分円弧状に曲がった装入口ダクト１７が設けられている。この装入口ダクト１７は断面矩形で、その円弧角αは、例えば２０〜４０度となって、その円弧の中心Ｐ１はスラグ装入炉１１の前側部で、スラグ装入炉１１の底部３０ａ又は底部３０ａより低い位置にある。

炉蓋１６は、例えば、外側は鉄皮（鉄製ダクト）で構成され、内側は断熱材又は耐火物によって覆われている。スラグ処理炉１３は電気炉によって構成され、溶融スラグ２１の加熱源１２としては、例えば直流電源を用いる一本の電極、三相交流を用いる隙間を有して配置された３本の電極等があり、炉蓋１６の頂部からスラグ処理炉１３内に装入されている。

スラグ処理炉１３の側部には高さを変えて、出滓口１９と出銑口２０が設けられ、所定のレベルを超えた溶融スラグ２１と溶鉄２２がそれぞれ排出されるようになっている。なお、当然のことながら、出滓口１９及び出銑口２０にはこれらの排出を止める栓をすることもできる。

このスラグ処理炉１３に隣接して、スラグ装入炉１１が中心Ｐ１を基準として傾動可能に配置されている。即ち、スラグ装入炉１１の容器本体２４の下部には支持部材２５を有し、前記した中心Ｐ１に軸心を合わせて配置された回動軸２６によってスラグ装入炉１１の前側部が支持されて、スラグ装入炉１１の後ろ側には、傾動手段の一例である１又は複数本の電動式（あるいは油圧式）シリンダ２７が設けられている。

スラグ装入炉１１は、前側に注ぎ口ダクト２８が設けられている。この注ぎ口ダクト２８は、装入口ダクト１７と同様、その軸心ｍ２が円弧状となって、この円弧の中心は装入口ダクト１７の円弧の軸心ｍ１と同一となる中心Ｐ１にある。従って、軸心ｍ１と軸心ｍ２は同一円弧曲線となる。

そして、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように断面矩形となった装入口ダクト１７及び注ぎ口ダクト２８は側面視して円弧状となって、その曲率中心がスラグ装入炉１１の傾動中心Ｐ１にある。また、注ぎ口ダクト２８は、図２に示すように、装入口ダクト１７に隙間３０を有して遊嵌し、スラグ装入炉１１を傾動することによって、注ぎ口ダクト２８が装入ダクト１７に嵌入し、これによって、スラグ装入炉１１内の溶融スラグ２１がスラグ処理炉１３内に徐々に投入できるようになっている。なお、隙間３０の部分は、装入口ダクト１７の入口側端部に設けられたガスシール材３１でカバーされている。矩形状となった注ぎ口ダクト２８は軸心ｍ２の円周方向に同一の断面を有するので、スラグ装入炉１１の傾斜角度が変わっても確実にガスシール材３１によるシールが可能となる。なお、ガスシール材は装入口ダクトの周囲で注ぎ口ダクトと装入口ダクトの間を塞ぐようにしてもよい。

この実施の形態ではスラグ装入炉１１は前後方向に長く、底部３０ａは前側に徐々に上り傾斜となって、後ろ側にスラグ溜まり３１ａが形成されている。スラグ装入炉１１の容器本体２４は、取鍋と同様、外側は鉄皮で内部は耐火物で覆われている。

注ぎ口ダクト２８は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、断面矩形の樋部２８ａを有し、樋部２８ａは、外側に水冷パイプ（又は水冷ジャケット）３１ｂを内側に耐火物３２をそれぞれ有し、水冷パイプ３１ｂの外側は耐火物３４で覆われ、平滑面となっている。なお、容器本体２４の外側を水冷パイプ（又は水冷ジャケット）で内側を耐火物で構成することもできる。

図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、注ぎ口ダクト２８の主要部となる樋部２８ａ及びカバー部材２８ｂは、同一曲率中心を有する円弧状となっている。そして、スラグ装入炉１１の後ろ側上部には、開閉可能な蓋３５を有するスラグ投入口３６が設けられている。

一方、スラグ装入炉１１の後ろ側上部には、排ガスダクト３７が設けられている。この排ガスダクト３７は可動ダクト４３と固定ダクト４４とを備え、可動ダクト４３は基部がスラグ装入炉１１のガス排出口に連結され、図１、図３（Ａ）に示すように、３カ所（即ち、複数）の直交部３８〜４０を有して、回動軸２６の軸心（即ち、中心Ｐ１）に一致する直線部４２に連結されている。

排ガスダクト３７は、以上のような構成となって、スラグ装入炉１１の傾動に従って、可動する可動ダクト４３を形成している。可動ダクト４３の直線部４２の軸心の位置は、スラグ装入炉１１の傾動によっても変わらず同一位置にあって、図３（Ｂ）に示すように、スラグ装入炉１１の傾動中心（回動軸２６の軸）に配置された固定ダクト４４に回動接続手段４５を介して接続されている。

回動接続手段４５は、直線部４２（可動ダクト４３の先部）の端部に設けられているフランジ４６と、固定ダクト４４の端部に軸方向に進退可能に設けられている水冷パイプ構造体からなるスリーブ４７とを有し、スリーブ４７の端部がフランジ４６に当接又は近接することによって、可動ダクト４３を固定ダクト４４に接続している。

なお、この排ガスダクト３７は、スラグ処理炉１３から発生する高温のガスを、装入口ダクト１７、注ぎ口ダクト２８を介してスラグ装入炉１１に導き、内部の溶融スラグ２１を加熱し、スラグ装入炉１１から外部に逃がす役目を有している。
また、固定ダクト４４の基端には、ファン（図示しない）が接続され、排ガスダクト３７、スラグ装入炉１１、及びスラグ処理炉１３の内部を負圧、又は負圧近傍にするのが好ましく、これによって排ガスの漏洩を防止できる。

従って、この溶融スラグの還元処理装置１０の使用にあっては、まずスラグ処理炉１３に一定量の溶鉄２２を電気等の加熱手段を用いて生成する。

次に、スラグ装入炉１１内に処理しようとする溶融スラグ２１を取鍋等を用いて、スラグ投入口３６から入れ、蓋３５を閉じる。スラグ処理炉１３は加熱手段によって常時溶融スラグ２１及び溶鉄２２を加熱しておく。スラグ処理炉１３から発生する一酸化炭素を含んだ高温のガスは、装入口ダクト１７及び注ぎ口ダクト２８を介してスラグ装入炉１１内で燃焼され、スラグ装入炉１１内の溶融スラグ２１が加熱される。

この状態で、電動式（あるいは油圧式）シリンダ２７を徐々に延ばすとスラグ装入炉１１が傾き、注ぎ口ダクト２８から装入口ダクト１７を介して溶融スラグ２１が徐々にスラグ処理炉１３内に投入される。スラグ処理炉１３では溶融スラグ２１が還元されて、鉄、マンガン、リン等の有価物を回収できる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、前記実施の形態において、装入口ダクト及び注ぎ口ダクトは断面矩形であったが、図４（Ｃ）に示すように、断面円形のダクト４８とすることもできる。

１０：溶融スラグの還元処理装置、１１：スラグ装入炉、１２：加熱源、１３：スラグ処理炉、１５：容器本体、１６：炉蓋、１７：装入口ダクト、１９：出滓口、２０：出銑口、２１：溶融スラグ、２２：溶鉄、２４：容器本体、２５：支持部材、２６：回動軸、２７：電動式（あるいは油圧式）シリンダ、２８：注ぎ口ダクト、２８ａ：樋部、２８ｂ：カバー部材、３０：隙間、３０ａ：底部、３１：ガスシール材、３１ａ：スラグ溜まり、３１ｂ：水冷パイプ、３２、３４：耐火物、３５：蓋、３６：スラグ投入口、３７：排ガスダクト、３８〜４０：直交部、４２：直線部、４３：可動ダクト、４４：固定ダクト、４５：回動接続手段、４６：フランジ、４７：スリーブ、４８：ダクト

Claims (4)

1. 一方にスラグ投入口を、他方に注ぎ口ダクトを備え、前記スラグ投入口から入れられた溶融スラグを貯留保持可能なスラグ装入炉と、前記注ぎ口ダクトから注がれた前記溶融スラグを装入口ダクトから受けるスラグ処理炉とを有する溶融スラグの還元処理装置であって、
   前記スラグ装入炉は、前記スラグ処理炉に隣接して、傾動中心を基準として傾動可能に配置され、前記注ぎ口ダクト及び前記装入口ダクトは側面視して円弧状となって、その曲率中心が前記スラグ装入炉の傾動中心にあり、前記スラグ装入炉の傾動によって、前記注ぎ口ダクトが前記装入口ダクトに隙間を有して嵌入可能であって、前記スラグ装入炉内の溶融スラグは前記スラグ処理炉内に投入されることを特徴とする溶融スラグの還元処理装置。
2. 請求項１記載の溶融スラグの還元処理装置において、前記注ぎ口ダクトの周囲で、該注ぎ口ダクトと前記装入口ダクトの間又は前記装入口ダクトの入口端部には、該注ぎ口ダクトと該装入口ダクトの隙間を塞ぐガスシール材が設けられていることを特徴とする溶融スラグの還元処理装置。
3. 請求項１又は２記載の溶融スラグの還元処理装置において、前記装入口ダクトは前記スラグ処理炉の炉蓋に設けられていることを特徴とする溶融スラグの還元処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１記載の溶融スラグの還元処理装置において、前記スラグ装入炉に設けられている排ガスダクトは、前記スラグ装入炉のガス排出口に基部が接続されて該スラグ装入炉の傾動に従って可動する可動ダクトと、該スラグ装入炉の傾動中心に配置されている固定ダクトとを有し、前記可動ダクトの先部は、軸心が前記スラグ装入炉の傾動中心に一致し、前記スラグ装入炉が傾動しても軸心が同一位置にある直線部からなり、該直線部が前記固定ダクトに回動接続手段を介して連結されていることを特徴とする溶融スラグの還元処理装置。

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