JPH02503306A - 溶解炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 溶　　解　　炉 本発明は鉱物綿用の金属溶解物を生産する炉に関するものである。

鉱物綿の生産においては、シリコンや金属酸化物炭酸塩、スラグが原料として使 用されている。ｊＸ料は炉内で溶解され、その溶解物は繊維化ユニットに供給さ れ、そこで金属溶解物は繊維組織とされる。繊維化の間、接合剤が加えられ、ま とまった形の永久生成物を生産するように熱処理によって繊維同士が固められる 。良質の生成物を生産するために、溶解物はいつも均質でありまた、溶解物の粘 度や炉から繊維化ユニー／　）への流れが一定であることが重要である。

最も普通に使用されるタイプの溶解炉は溶銑炉であり、そこには鉱物原料と石炭 の混合物が投入される。溶銑炉には、燃焼用の空気取入れ口が設けられており、 燃焼用空気は通常的５００℃に予め加熱されている。玄武岩や輝縁石のような鉱 石原料は約１２００℃の温度で溶解される。この溶解物は約１４５０℃で炉から 外へ流れ出るように炉内で過熱される。鉱物原料に石炭が混合されているので溶 解物は溶銑炉内では還元性雰囲気となる。排出される燃焼ガスは、典型的なもの で８〜１０％の未燃焼の一酸化炭素と少量の硫化水素と二酸化硫黄を含んでいる 。

この溶銑炉の重大な欠点は、はとんどの場合が環境上の理由によってガス浄化装 置を設置しなければならないことである。そのガス浄化装置は、灰を分離し、燃 焼ガスを再燃焼させまた、燃焼用の空気を予熱する装置である。そのようなガス 浄化装置や再燃焼は通常、溶解物用の溶銑炉そのものよりも複雑で高価なもので ある。また、石炭が投入される溶銑炉を使用する際に、還元性雰囲気を伴うこと 以外の欠点としては、原料の酸化鉄が金属鉄に還元されてしまい、そのため炉に は鉄をたたき落す装置を設けなければならないことがある。４時間ごとの鉄をた たき落す作業により約１５分間生産が中断する。

さらに、省エネルギーのため追加燃料として天然ガスを使用する溶銑炉が製造さ れておりそのため最大２５〜３０％の石炭がガスに置き換っている。しかしなが ら不完全燃焼やガスの浄化、鉄のたたき落しは必要であり、七の場合でも生産中 断は避けられない。

他のタイプの溶解装置としては、タンクタイプの溶解炉がある。ここでは溶解の ためのエネルギーは、３本の黒ｆｆｉ電極ニヨり交流１５０〜２００Ｖ、１００ ００〜２００００Ａの電流で供給される。電気炉では排出されるガスの量が通常 少ないので、ガス浄化の必要がなし１゜この環境的な利点に加えて、電気炉では 細かく区別されている原料選択の自由度が大きく、また溶銑炉に比べて、溶解物 の流れや温度がより均質である。しかしながらこの電気炉にもガス浄化装置付の 溶銑炉よりも４倍も高価な装置負担を強いられるという欠点がある。また、電気 炉では非常に手の込んだ高価なエネルギ一方式が必要となる。

さらに、ガラス工業で使われているものと似たタイプのガスあるいはオイルによ る加熱方式の溶解タンクが使用されており、モリブデン鉱の電極により５〜１０ ％のエネルギーの追加が可能である。ガス加熱式のタンクはタンクタイプの電気 炉よりいく分高めの装置負担となるが、溶解液溜は同じ容量で約２倍の面積とな る。ガスやオイルは簡単で使いやすい燃料という長所はあるものの、ガスやオイ ル加熱方式のタンクはわずか２〜３年という耐久上の限界があるという欠点があ り、再建費用は新造する場合の約３０〜４０％にのぼる。

以上述べてきた各種の炉はそれぞれに長所もあり、欠点もあり、理想通りのもの とは言えない、しかしながら、今日では主に硫黄による環境上の理由から電気あ るいはガス加熱方式の炉が用いられている。

上記のように後者の炉は費用の面で浄化装置付の溶銑炉よりも高価であるという 物事すべき欠点があり、また同時に週末の間や例えばｌあるいは２交代というよ うな、非連続操業の場合に柔軟に対応しにくいという欠点もある。溶銑炉はその 性質上わずか数百キログラムの溶解物しか入らないのに対し、タンク式の炉は数 十トンもの量を入れることができる０以上の理由により、溶銑炉は、生産時間を 大きく無駄にすることなく、炉を停止し、溶解物を非常に速く空にすることがで きる。その上、溶銑炉はｌあるいは２交代制でも通常１時間程度の、非常に短時 間で炉を立ち上げることができる。

一方、タンク式の炉の立ち上げは１〜３日かかる。柔軟に対応できないというこ とは非連続操業という見地からすると重要なことである。

ドイツ特許１３２６８８４では、溶銑炉タイプのガス加熱式の鉄溶解炉を開示し ている。そこでは、翰解は炉塔内で行われ、その底部には水冷の炉格子があり、 溶解される原料鉄と充填体を混合したセラミック黒鉛の台を保持している。そこ でゆっくりと溶解されて、溶解されたスラグと混合される。同時に溶解した鉄は 炭素処理される。

このような炉から取出した溶解鉄は約１３５０℃となっているが、鋳造するに適 当な温度にはさらに温度を上げることが求められ１通常側の誘導加熱炉によって 行われる。

本発明の目的は、鉱物綿のための金属溶解物を生産する炉を提供することにある 。これによって上記の既知の鉱物溶解炉の欠点は解消される。従って１本発明は 環境に悪影響を及ぼすことなく、溶解物が均質に流れ、また最終的な作業温度と 等しくなるような温度とし、十分に低価格な装置負担でさらに、非連続操業にも 対応しうる溶解炉に関するものである。

本発明の特徴は同封の特許請求の範囲より明らかである。

本発明は特に、鉱物原料を収容し予熱し、溶解する核となる垂直な炉塔を有する 溶解炉に関するものである。

その炉塔の底部には、水冷の炉格子が配置され、そこでは上記の原材料やセラミ ックの充填体が保持されている。さらに燃焼室が、炉塔より滴下する鉱物溶解物 を集め、過熱するための底部及び溶解物を流し出す流出口を有して、炉塔の下側 に配置されている。そして少なくとも１つのメインバーナーが燃焼室に配置され ている。このメインバーナーにはガス燃料でも液体燃料でも、又、粉末状の石炭 燃料を用いても良い。

上述のタイプの溶解炉はドイツ特許１３２Ｈ８４に開示されているが、この先行 例の溶解炉は専ら鉄の溶解炉として企画され使用されているものである。

従って本発明は上述の基本タイプの溶解炉に関連してはいるが、鉱物綿用の溶解 物を生産しやすいように発明に従って変更したものである。

セラミックの充填体は、下にある燃焼室からの熱せられた排出ガスに対し透過性 のある、すき間のあいた台であり、溶解される原料を保持し、溶解物は台に沿っ て下に流れ落ちながら表面積が拡大される。これは、溶解物とガスとの接触面を 拡大することで溶解物をまず初めに過熱するためである。充填体は、耐火性の鉱 物によってできており、鉱物溶解物に対して可能な限り耐える必要がある。これ に充てる溶解物に耐える材料としては１例えば炭化ケイ素や各種の酸化クロム化 合物、酸化アルミニウム等を含む材料である。その本体は排出ガスによって熱せ られまた、その上を流れ落ちる溶解物によって冷却される。同時に、その材料は 台のすき間をも維持しており、好ましくは直径１００〜２００■鵬の球状である 。

本発明の特徴として、燃焼室の底面即ち溶解液溜の表面が大きくとられていると いう点があげられる。ここでは交差する炉塔の面積より２０〜４００％大きくな っている。これより、溶解物の温度は、排出ガスが塔内を１６００℃で流れ上が る前に、炎からの熱によって約１４５０℃にさらに高めることができる。従って 炉内で溶解物が生産され、その溶解物を繊維化ユニットに直接導くことができる 。燃焼室の底面積が大きいということでさらに良いところは、溶解物が燃焼室の 壁に沿って流れ落ちることを防止したり、壁の材料が腐食を引起こすことを防止 するという点である。燃焼室の底面は、四角や六角、楕円１円形等様々な形状が 可能である。また。

燃焼室の壁面は垂直でも斜めであっても良い。

より好ましい例としては、溶解炉はメインバーナに加えて補助バーナを取り付け たものがあげられる。これらのバーナは水冷の炉格子の上に環状に配される。こ れらのバーナに使用される燃料には、天然ガスや液化ガスのようなガス燃料が用 いられ、補助バーナはむしろ冷たくできるだけ酸素濃度の高い空気で操作される 。補助バーナの働きは特に、確実で均質な溶解を行うことである。

これにより炉塔内で溶解物に孔があくのを避けることができる。補助バーナはま た、週末等に生産を中止する前に溶解物を排出するために重要である。補助バー ナに供給されるエネルギの量は必要なエネルギの総量の１５〜３０％の範囲が望 ましい、また、補助バーナの数は１０〜３０個が良い、なお炉塔及び燃焼室は、 適当な耐火性の内装材によって完全に内張すされている。

各種の鉱物やスラグ、混合物等が原料として使用されるが、その他に白雲石や石 灰石も加えられる。

原料の断片は４０〜８０１扉程度が良く、この断片と共に、積まれた原料は炉塔 内で灰フィルタの役割を果たす、従ってこのタイプの炉から出る灰の量はほとん ど他に灰フィルタを必要としない程に少ない。

原料は、排出ガスから原料の固まりに伝わった熱の対流によって、溶解温度の約 １２００℃に熱せられる。溶解は、中性かやや酸化性の雰囲気で行われる。従っ て未燃焼ガスが炉の外へ流れ出ることもない、また、原料の酸化鉄の還元が起こ ることもなく、従って炉内に石炭加熱の溶銑炉や黒鉛電極を備えた電気炉のよう に還元された鉄をたたき落す装置も必要とはならない。

燃焼室には、ｌ又は好ましくは複数の通常のタイプのメインバーナが設置されて いる。そこでは天然ガスや液化ガスのようなガス燃料やオイルのような液体燃料 が使われるのが良く、粉末状の石炭は使えない、燃焼温度をさらに高い温度とす るためにあらかじめ熱せられた燃焼用の空気が使用され、それには酸素ガスが混 合される。

なお、バーナは溶解液溜の表面に直接あたるようにする方が良い。

溶解炉には、既知のタイプ、例えばモリブデン鉱電極等の電極を通して電気エネ ルギによって溶解物を過熱する各種の装置が設けられている。炉の底部における 溶解物の過熱は、燃焼室において直接、プラズマのエネルギにより行われる。そ れによって、プラズマのエネルギは、炉のアーチ内の水冷電極から溶解物を通し て炉の底部の電極に通じる。

電極とプラズマによって供給される追加の電気エネルギはトータルの必要エネル ギの最大２０％に相当する。

溶解炉のエネルギの回復を改善するために、約７００〜８００℃の温度のある排 出ガスの排出ダクトに燃焼空気の予熱のために復熱装置を設けることができる。

本発明に係る炉の構造において重要な利点としては繊維化する過程において繊鱗 化されなかった固まった残りの溶解物を繊維化工程から移して、溶解液溜に直接 再供給することができるところがあげられる。この残りの溶解物の多くは高品質 のＪ［料であり、生産過程に戻すことは役に立つことである。溶銑炉を使ってい るときでは。

燻炭なしにはこれは不可能である。また、この炉構造においては、細かく区別さ れた付加原料を溶解液溜の表面に直接供給することができるということも利点と してあげられる。

発明の詳細は同封の図面を参照して以下に述べる。

第１図は１本発明に係る溶解炉の一実施例の垂直断面図。

第２図は、第１図のＡ−Ａ線に沿った水平断面の拡大図。

第３図は、本発明に係る溶解炉の第二の実施例の垂直断面図、 第４図は、第３図のＢ−Ｂ線に沿った燃焼室部分の垂直断面図、 第５図は、第３図と同じ溶解炉を上から見た上面図である。

第１図、第２図に示される炉は、４０〜８０層謬の適当な大きさの断片にされた 溶解される原料鉱石６を投入するための下側に燃焼室３を配した予熱、溶解用の 垂直の炉塔２を有している。原料鉱石６は炉塔２の頂部に設けられた水冷の供給 抗１に投入される。炉塔２の底部には水冷の炉格子５が備えられている。そこで は、直径１００〜２００１腸のセラミック製の球状の充填体４のすき間のあいた 台及び鉱石原料６を保持している。燃料としてガスやオイル、粉末状の石炭を使 用するメインバーナ９は、燃焼室３に環状に備えられている。炉塔２内の原料鉱 石６は予熱され、メインバーナ９の熱せられた排出ガスからの熱伝達によって溶 解温度に熱せられる。炉塔２から滴化した溶解物１４はさらに燃焼室の底部１１ で集められ、排出ガスやモリブデン鉱電極８によって供給されるエネルギによっ て使用温度に過熱される。また、溶解液溜７が上記の底ｌＢ１１内に構成される ように、燃焼室３の底部の上に適当な高さに設けられた流出口１２から溶解物１ ４はあふれ出る。モリブデン鉱電極８から溶解物を通る大電流によって溶解物は 運動状態となり、その結果として溶解物は均質化する。

メインバーナ９は、溶解液溜７の表面に対して直接向けられており、それにより 排出ガスが炉塔２内を約１６００℃で流れ上がる前に炎からの熱は溶解物に伝え られる。１ｈせられた排出ガスはダク）１３を通って炉塔２から排出される。熱 せられた排出ガス用の復熱装置１５は、メインバーナ９に使用される燃焼用の空 気の予熱のためにダク）１３内に設けられている。

燃料としてガスを使用する補助バーナｌＯは、水冷の炉格子５の上に環状に配さ れている。補助バーナｌＯは鉱石原料６の溶解に寄与しているのであるが、その 主たる働きは鉱石原料の溶解物に孔があくのを防止し、装置が停止している間に セラミック製の充填体４の台を浄化することである。

燃焼室の底１１１１はセラミックで内張すされている。

この内張りは、熱せられた溶解物にさらされており。

従って時々新しいものと交換しなければならないので。

底１８１１は新しく内張すされた他のものとすばやく交換できるように移動可能 に作られている。

また１本発明による溶解炉には例えば繊維化の残りかすを燃焼室に直接再供給す るための供給スクリュー１６を設けることもできる。

さらに、燃焼室３の底面積は４〜１０ｍ２が適当であり、また炉塔２との交差面 は時間当り約５トンの溶解能力のあるもので約３ｍ２である。

第３図〜第５図に示された炉は四角形の交差面を有する垂直の炉塔２°からなる ものである。炉塔２′はその底面に水冷の炉格子５′を備え、そこでは直径１０ ０〜２００薦■のセラミック製の球状の充填体４′によるすき間のあいた台を保 持している。鉱石原料６”は４０〜８０輸層の断片が良く、炉塔２°の頂部から 投入される（図示せず）、鉱石原料６°は予熱され、また燃焼室３°内に設けら れたバーナ１７〜２２から熱せられた排出ガスからの熱伝達によって溶解温度ま で加熱される。燃料としてガスやオイル、粉末状の石炭を使用しているバーナ１ ７〜２２は、直接溶解液溜７°の表面に向けられているので、炎からの熱は約１ ６００℃の温度で排出ガスが炉塔２°内を流れ上がる前に溶解物に伝達される。

溶解物の流出口１２′は、当該底部１１’内で溶解液溜７°を形成するように燃 焼室３゛の底面の上の適当な高さのところに配されている。底部１１°の内張り は特に、熱せられた溶解物にさらされ、時々交換しなければならないので、この 底部１１°は新しく内張すされたものとすばやく交換できるように移動可能に作 られている。

また、燃焼３°の表面積は４〜１０ｍ２が適当であり。

炉塔２′との交差面は時間当り約５トンの溶解能力のあるもので約３■２である 。

本発明の数ある好適な実施例のうち最適なものを上述したが１本発明に係る溶解 炉は特許請求の範囲の保護する範囲内において変更を加えることができるのはも ちろんである。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８第１項）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶解される原料６，６′の予熱及び溶解を行う炉塔２，２′と、原料６， ６′と同様にセラミック製の充填体４，４′の台を保持する、炉塔底部に設けら れた水冷の炉格子５，５′と、炉塔２，２′から滴下する溶解物１４を集めるた めの底部１１，１１′及び溶解物を流し出すための流出口１２，１２′を有する 炉塔２，２′の下側に設けられた燃焼室３，３′と、燃焼室３，３′内に設けら れた少なくとも１つのメインバーナ９，１７〜２２を備え、 鉱物綿の生産のために原料６，６′を溶解することに使用され、また燃焼室３， ３′の底面が炉塔交差面よりも大さいことを特徴とする溶解炉。
2. （２）炉格子５の上に補助バーナ１０を設けたことを特徴とする請求の範囲第１ 項記載の溶解炉。
3. （３）炉格子５，５′により保持されるセラミック製の充填体４，４′が酸化ア ルミニウムと接合された酸化クロムからなり、直径１００〜２００ｍｍであるこ とを特徴とする請求の範囲第１項あるいは第２項記載の溶解炉。
4. （４）燃焼室３，３′の底面、即ち溶解液溜７，７′の表面が炉塔２，２′の交 差面より２０〜４００％広いことを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項記載の 溶解炉。
5. （５）溶解物の流出口１２，１２′が溶解液溜７，７′を形成するように、燃焼 室の底面の上に適当な高さで設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項 〜第４項記載の溶解炉。
6. （６）燃焼室３の溶解物をさらに所要の作業温度まで過熱させるために、電極あ るいほプラズマ方式によりさらに電気エネルギを供給するための装置８を設けた ことを特徴とする請求の範囲第１項〜第５項記載の溶解炉。
7. （７）熱せられた排出ガスのダクト１３に、燃焼用の空気を予熱するための復熱 装置１５を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第６項記載の溶解炉。
8. （８）燃焼室の底部１１，１１′は、セラミックによって内張りされ、また移動 可能なように作られていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項記載の溶 解炉。
9. （９）繊維化工程の残りかすを直接、燃焼室へ再供給するための装置１６を設け たことを特徴とする請求の範囲第１項〜第８項記載の溶解炉。