JPH0251842B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、その上部カバーを貫通するプラズマ
バーナ手段とその底部に設けた対向電極とに電気
エネルギーを導入することによりプラズマアーク
（プラズマトーチ）を生成し、そのプラズマアー
クつまりプラズマトーチの周囲に酸化カルシウム
と炭素含有物質との混合装入材料を導入し、その
内壁面に沿つて固形装入材料からなる保護堤を形
成しつつ炉内で炭化カルシウムを製造する方法お
よびその装置に関する。

技術背景 〓焼された石灰と炭素化合物等から、低い電気
式高炉内で炭化カルシウムを製造するための目下
のところ優れた技法は、大部分は電気抵抗と、混
合物を通してのガスの流通状態とを充分良好に維
持し、且つ溶解した炭化カルシウムを問題なく抽
出することを保証するために、例えば高価な等級
の塊コークス及び／又は無煙炭のような高品質の
原材料と余分な石灰とが必要であるという欠点を
有している。この従来法の他の問題点は、電極が
上方から装入材料及び溶解炉床内に浸漬されてい
ることに基因して、装入材料と炉内ガスとの間で
僅かな熱交換しか生じないという点にある。

そのため、例えば高炉内で、プラズマバーナの
助けのもとに炭化カルシウムを製造することが試
みられている（ケミカル アブストラクト
（Chemical Abstracts）95；213 7632、1981年）。

プラズマバーナによる炭化カルシウムの製造に
伴う欠点は、高温で処理されたカルシウム蒸気の
大部分が蒸発し、高温のプロセスガスとともに高
温のプラズマ領域から逃げてしまうことである
（G.W.ヒアリ（Healy）、プロシーデイング オ
ブ エレクトリツク フアーネス コンフアレン
ス（Proceeding of Electric Furnace Confer−
ence）1965年、63〜67頁参照）。粗粒体装入材料
を充填するとともに比較的多量のプラズマガスを
使用し、且つ比較的低温のプラズマ温度のもとで
稼動すれば、確かに損失を低く維持することがで
きるが、この場合多量のガスを循環させるととも
に該ガスを適当な前処理によつて清浄化する必要
があり、それによつて工程が不経済になる。

一般的には、米国特許第3404078号におけるよ
うに、例えば粉末状の充填要素を含む流体層内
で、ガスの熱量を利用することも好ましくはな
い。なぜなら、例えばマグネシウムのような反応
しやすい要素が多量に酸化物の形態になるからで
ある。

東独国特許第149853号においては、粉末状の石
灰とコークスをプラズマジエツトに吹き込んで炭
化カルシウムを製造し、その後消炎し且つ微粒体
生産物を分離する方法が記述されている。この方
法は炭化カルシウムの収量が低くかつ熱損失が高
いことにより高電流が要求されるために不経済的
なものである。また、これは東独国特許第149854
号の方法におけると同様、従来の電気低たて型炉
から得られる溶融炭化カルシウムをプラズマジエ
ツトを介して熱的な後処理を施すことにより80％
以上の純度とするものである。よつて、電気低た
て型炉内において大量の炭化カルシウムは非常に
余分な石灰から製造され、またカーボンの未反応
部分は高密度の電気エネルギーを消費することに
よつてはじめて反応させることができるに過ぎな
いからである。

解決しようとする課題 本発明は、従来の炭化カルシウムの製造方法に
おける上述の難点及び不充分点を取り除くことを
目的とする。すなわち、本発明の目的は装入材料
の粗粒体部分及び微粒体部分の双方と一緒にプラ
ズマバーナを用いることによつて操業が安全に行
え、炭化カルシウムの収率が高くかつ消費エネル
ギーの利用効率が高い炭化カルシウム製造方法及
び装置を提供することにある。

発明の構成 上記目的は、混合物装入材料を粗粒体部分と微
粒体部分とに区分して使用することによつて達成
される。上記粗粒体部分の平均粒子サイズは１〜
150mm、好ましくは３〜100mmとされ、微粒体部分
の平均粒子サイズは0.001〜15mm、好ましくは
0.001〜６mmとされる。この場合、装入材料の粗
粒体部分は炉壁と炉カバーとの間の環状間隙を通
して導入され、これにより炉壁の周囲に可動保護
堤を形成し、該微粒体部分をプラズマアークと保
護堤との間の空間に導入し、反応の際に生じるプ
ロセスガスを粗粒体部分からなる保護堤と環状間
隙とを通して排出するようにされる。

このようにして、炭化カルシウムの収量が増大
するとともに熱損失が低減させられ、これらのこ
とは経済的な工程とするのに不可欠の必須条件で
もある。

好ましくは、炭化カルシウム生成反応に必要な
炭素量５〜95重量％を装入材料の粗粒体部分でも
つて導入する。炭素物質としては、かつ炭及び／
又は石炭及び／又は無煙炭及び／又はかつ炭コー
クス及び／又は石炭コークス及び／又は石油コー
クスがとりわけ好適である。酸化カルシウム含有
物質について言えば、それらの合成物は、例えば
〓焼された石灰のように酸化カルシウムを含むも
の及び例えば炭酸カルシウムや水酸化カルシウム
のように一般的なプロセス温度で反応して酸化カ
ルシウムになるものの双方を意味する。

混入装入材料の粗粒体部分によつて形成される
炉内壁の保護堤は逆円錐形をしており、主として
耐火的に裏張りされた炉壁をプラズマアークの放
射から保護する役目をする。

微粒体部分はその量とその組成に関して粗粒体
部分とは独立的に炉に供給される。この供給は炉
カバーを貫通して伸びる１又は数本のパイプによ
つて行うようにしてもよい。

好ましくは、微粒体部分は炉カバーにプラズマ
バーナ手段を取り囲んで冠状に設けた複数のパイ
プ又は環状間隙を通して導入する。この方法にお
いて、プラズマトーチを微粒体部分によつて一様
に包囲し、このような形態の粉末ベールによつて
大部分の放射熱を吸収することができる。微粒体
部分は品質的に特別な要件が要求されることもな
く、また、例えば塊状の石灰も高炉への輸送時に
微粒体石灰の形態で使用することができ、したが
つて経済的な理由から微粒体部分の割合をできる
だけ高くすることが望ましい。

本発明の方法によれば、混合物装入材料のうち
好ましくは最大限90重量％を微粒体部分として導
入するようにする。微粒体原料の流量を大きくし
かつその詰まりを防止するようにした好適な実施
例において、微粒体部分に不活性ガス、好ましく
はプロセスガスを吹き込むようにすることができ
る。

本発明の他の好ましい実施例において、炭化カ
ルシウムは高炉の底部から液体の形態で連続的に
抽出される。

また、本発明は耐火的に裏張りされた炉壁、上
部カバー（該カバーを通してプラズマバーナ手段
及び材料装入手段が案内される）及び炉底部に設
けた対向電極を備えた炭化カルシウム製造装置に
関するものである。

プラズマバーナ手段は、大抵１〜数個、例えば
３個の陰極からなり、該陰極は耐火材料で裏張り
された炉カバーを略垂直に挿通して炉内部に延び
ている。通常の様式において、各陰極は着火装置
を備えるとともに炉内部から引き抜けるように垂
直方向へ移動可能とすることができる。いわゆる
移動プラズマアーク用の対向電極は実質的に恒久
的に陽極として機能し、水又はエアによつて冷却
される。

上記の方法を実施するための本発明の装置にお
いて、炉壁の上方部と炉カバーの周縁部間に環状
間〓を設けるとともに該環状間〓を覆う炉フード
を設け、上記炉壁が底部に向けて次第に細くなる
逆円錐台の形の炉タブを形成したことを特徴とす
る。このように、炉タブを逆円錐形とすることに
より抽出路を極めて短くして問題なく炉を空にす
る（液状炭化カルシウムを抽出する）ことができ
るという利点がある。

底部の直径と炉壁の上縁部の直径との比は、
１：２〜１：10、好ましくは１：２〜１：５とす
ると好都合である。したがつて、炉壁と炉の底部
との間の傾斜角は100〜150゜、好ましくは120〜
130゜とされる。

炉内方を向いた上部カバーの下端に耐摩耗性材
料、好ましくは炭化ケイ素からなる保護挿入体を
設けると有利である。

好ましい実施例において、粗粒体部分の供給手
段は炉蓋を通して気密状態にして案内される。

また、少なくとも１つのCO含有プロセスガス
用排出ダクトが上記炉蓋を貫通するようにすると
よい。炭化カルシウムの製造中に生じるプロセス
ガスは粗粒体部分からなる保護堤及び環状間隙を
流通するようにし、最後に排出ダクトを介して外
部に排出し、そこで通常の方法で浄化して更に処
理する。向流原理にしたがつてプロセスガスを案
内することにより蒸発したカルシウムによる熱及
び収量損失の大部分を防止することができる。

他の好ましい実施例においては、炉蓋を上部カ
バーに固定し、必要により該炉蓋に水冷手段を設
けるとともに炉タブの移動を邪魔しないように炉
壁外面に設けた封止手段を介して該炉蓋を炉内部
に対し水封止するようにする。

炉の底部は、グラフアイトに豊む材料で裏張り
して、対向電極つまり陽極としての役割を負わせ
ることが好ましい。傾斜した炉壁の耐火裏張り
は、数層、つまり金属製外殻の直内方に位置する
絶縁（シヤモツト）レンガと、好ましくは炉内部
に向けて使用される、炭素又はグラフアイトに富
む材料からなつている。

他の好適な実施例においては、炉タブを油圧機
構によつて、軸方向と半径方向及び／又は水平方
向の双方に移動可能となるように据え付ける。こ
れらの一又は両方向の移動により、炉壁に沿つて
積載された粗粒体部分は流動性を維持し、殻とな
つて炉壁を覆つたり固まること、つまり炉の運転
障害が解消される。

プラズマバーナ手段は１〜３のプラズマバーナ
から形成することが好ましい。即ち、炉の垂直軸
に沿つて１つのプラズマバーナを設ける代わりに
数個、例えば３つのバーナを、好ましくは炉軸か
ら等距離だけ隔てて案内するようにする。この場
合、微粒体部分はプラズマアークと保護堤との間
に形成された空間に導入することが重要なことで
ある。これには、とりわけ、上部カバーを通して
案内される微粒体部分装入手段がプラズマバーナ
手段を冠状に取り囲む３〜６つのパイプ又は円環
状ギヤツプを形成するようにすると好都合であ
る。

実施例 以下、添付図面を参照しながら、本発明を、本
発明に係る高炉の一実施例によつて、より詳細に
説明する。

耐火的に裏張りされた炉壁１は、高炉の底部２
に向けて次第に細くなる逆円錐形状を有し、その
上縁部の直径がd₁となつている。底部２は、傾斜
した炉壁１とともに炉タブを構成する。高炉の底
部２には、例えば銅製の水冷された底部電極、つ
まり陽極３を設けている。図示の実施例におい
て、その直径がd₂で示される底部２は、グラフア
イトに豊む電気伝導材料からなり、従つて底部２
はそれ自体が広い領域を有する電極を成す。その
注出用開口４は底部２を横方向に貫通して注出タ
ブ４′に連続する。また、この注出タブ４′も銅製
のものとして水冷され、炉壁１の外部に設けられ
る。高炉において図示しない支持構造物で懸架さ
れる上部カバー５を通して、１つの中央に配置さ
れたプラズマバーナ６からなるプラズマバーナ手
段を案内する。

また、上部カバー５を通してプラズマバーナ６
を冠状に取り囲む混合装入材料の微粒体部分８用
の６つの装入パイプ７を案内する。プラズマバー
ナ６とパイプ７は、封止手段により、炉内部に対
してシールすることができる。

上部カバー５の直径としては、その直径がd₁の
炉壁１の上縁部と上部カバー５との間に環状の間
隙９が存在するように値を選択しており、この環
状間隙を通して混合装入材料の粗粒体部分を導入
して、高炉の内壁に可動保護堤１１を形成する。
環状間隙９を、上部カバー５に固定した環状の炉
フード１２で覆うとともに炉フード１２を通して
粗粒体部分１０を供給する気密供給手段１３を案
内し、シールは封止手段１４によつて行う。

炉フード１２の外周部は、炉壁１の外面に取り
付けた水封止手段１５内に達しており、それによ
り、炉内にエアが入ることを防止する。炉カバー
５の下部には、通過する混合装入材料によつて生
じる摩損を低減させるために耐摩耗性材料からな
る保護挿入体１６が設けられる。

又、一酸化炭素を含有するプロセスガスを排出
する排出ダクト１７が炉フード１２を貫通してい
る。炉タブは油圧機構１８によつて軸方向へ移動
可能である。なお、炉タブを水平方向へ移動させ
る手段を設けても良い。

炉壁１の上縁部の直径は例えば3.60ｍ、カバー
５の直径は2.40ｍとすることができる。その場
合、環状間隙の幅は0.60ｍとなる。

高炉が上述のような大きさを有する場合、油圧
機構１８は炉タブを約0.5ｍ程度持ち上げ可能に
設計すると好都合である。

プラズマアーク１９の着火は、例えば余分に充
填した酸素と炭素を燃焼させて通常の方法により
反応領域と炉の底部２を余熱して行なわれる。そ
の後、給電しつつプラズマバーナ６を通して供給
されるプラズマガスによつて所望の出力に調整さ
れる。プラズマガスとして、一酸化炭素、水素ま
たは、好ましくはアルゴン等の不活性ガスのよう
にこの目的に適合する任意のガスを使用すること
ができる。

プラズマバーナの着火及び粗粒体部分と微粒体
部分とからなる装入材料を供給した後、炭化カル
シウムを生成する反応は2000〜2500℃で生じ、溶
融炭化カルシウム２０は炉の底部２に集まる。溶
融炭化カルシウムの取り出しを炉の底部で連続的
又は非連続的に行う。

反応の際に生じる一酸化炭素を含有したプロセ
スガスは矢印２１の方向に沿つて可動保護堤１１
を通して流れ、少なくとも１つの排出ダクト１７
を通して高炉から離去する。

本発明の主要な利点は、高炉を極めて安全に稼
動しうること、熱損失が少ないこと、炭化カルシ
ウムの生産量が多くかつ純度が高い（最大95％）
ことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る高炉の断面図である。 １……炉壁、２……底部、３……対向電極、５
……上部カバー、６……プラズマバーナ、８……
微粒体部分、９……環状間隙、１０……粗粒体部
分、１１……可動保護堤、１９……プラズマアー
ク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高炉頂部の炉カバーを貫通して炉底部に向け
   て設けたプラズマバーナ手段と該炉底部に設けた
   対向電極間に電気エネルギーを導入してプラズマ
   アーク又はプラズマ炎を発生させ、該プラズマア
   ークの周辺に酸化カルシウムと炭素含有物質との
   混合物装入材料を導入して該固形混合物装入材料
   により当該高炉の内壁に対する保護堤部を形成し
   つつ炉内で炭化カルシウムを製造するにあたり、 上記混合物装入材料を平均粒子サイズ0.001〜
   15mm、好ましくは0.001〜６mmの微粒体部分と、
   平均粒子サイズ１〜150mm、好ましくは３〜100mm
   の粗粒体部分とに区分し、 上記粗粒体部分を炉壁と炉カバー間に形成した
   環状間〓から導入して当該炉壁内面に沿つて下方
   に移動する可動保護堤を形成せしめる一方、上記
   微粒体部分を上記プラズマアークと可動保護堤間
   の空間部に導入し、 反応部で生じたプロセスガスを上記粗粒体可動
   保護堤部を流通させるとともに上記炉カバー周囲
   の環状間〓から炉外部に排出することを特徴とす
   る炭化カルシウムの製造方法。 ２ 炉カバーにプラズマバーナ手段を取り囲んで
   花冠状に設けた複数のパイプ又は環状間〓部を介
   して混合物装入材料の微粒体部分を炉内に導入す
   る、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 炭化カルシウム生成反応に必要な炭素量５〜
   95重量％を混合物装入材料の粗粒体部分をもつて
   炉内に導入する、特許請求の範囲第１項又は第２
   項に記載の方法。 ４ 混合物装入材料の最大限90重量％を、微粒体
   部分をもつて炉内に導入する、特許請求の範囲第
   １項から第３項のいずれかに記載の方法。 ５ 混合物装入材料の微粒体部分を不活性ガスと
   一緒に炉内に吹き込む、特許請求の範囲第１項〜
   第４項のいずれかに記載の方法。 ６ 高炉の底部から炭化カルシウムを液体の形態
   で連続的に注出する、特許請求の範囲第１項〜第
   ５項のいずれかに記載の方法。 ７ 耐火材で裏張りされた炉壁、炉頂部の炉カバ
   ー、該炉カバーを挿通して案内されるプラズマバ
   ーナ手段及び材料装入手段、並びに炉底部に配置
   した対向電極を有し、上記プラズマバーナ手段と
   対向電極間に電気エネルギーを導入してプラズマ
   アーク又はプラズマ炎を発生させ、該プラズマア
   ークの周囲に酸化カルシウムと炭素含有物質との
   混合物装入材料を導入して該固形混合物装入材料
   により当該高炉の内壁に対する保護堤を形成しつ
   つ炉内で炭化カルシウムを製造する装置におい
   て、 上記炉壁の上方部と炉カバーの周縁部間に環状
   間〓を設けるとともに該環状間〓を覆う炉フード
   を設け、 上記炉壁により底部に向けて次第に細くなる逆
   円錐台形の炉タブを形成したことを特徴とする装
   置。 ８ 炉底部の直径と炉頂部の直径との比が１：２
   〜１：10、好ましくは１：２〜１：５とした、特
   許請求の範囲第７項に記載の装置。 ９ 炉カバーの炉内に向けた底部に、耐摩耗性材
   料、好ましくは炭化珪素で形成した保護挿入体を
   取り付けた特許請求の範囲第７項又は第８項に記
   載の装置。 １０ 炉フードに混合物装入材料の粗粒体部分供
   給手段を気密状に挿通して設けた、特許請求の範
   囲第７項〜第９項のいずれかに記載の装置。 １１ 炉フードに少なくとも１つのCO含有プロ
   セスガス排出ダクトを連通させた、特許請求の範
   囲第７項〜第１０項のいずれかに記載の装置。 １２ 炉カバーに固定した炉フードに必要に応じ
   て水冷手段を装備するとともに、該炉フードを炉
   壁外部に設けた水封止手段を介して炉内部に対し
   封止した、特許請求の範囲第７項〜１１項のいず
   れかに記載の装置。 １３ 炉底部をグラフアイトに豊む材料で裏張り
   し、該裏張り部分を対向電極とした、特許請求の
   範囲第７項〜第１２項のいずれかに記載の装置。 １４ 更に、炉体に油圧機構を設け、該油圧機構
   により当該炉槽を軸方向及び半径方向及び／又は
   水平方向に変位可能とした特許請求の範囲第７項
   から第１３項のいずれかに記載の装置。 １５ プラズマバーナ手段を１〜３つのプラズマ
   バーナで構成した、特許請求の範囲第７項〜第１
   ４項のいずれかに記載の装置。 １６ 炉カバーを介して案内される混合物装入材
   料の微粒体部分装入手段がプラズマバーナ手段を
   冠状に取り囲む３〜６つのパイプ又は環状間〓と
   して設計された、特許請求の範囲第７項〜第１５
   項のいずれかに記載の装置。