JPH09264671A

JPH09264671A - 還元溶融炉

Info

Publication number: JPH09264671A
Application number: JP7342196A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujii; 岳藤井; Michio Futagawa; 道夫二川; Naohisa Tatsumi; 尚久辰巳; Yuji Goto; 勇次後藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-10-07
Anticipated expiration: 2016-03-28
Also published as: JP4245195B2

Abstract

(57)【要約】【課題】得られる還元物の製品品質に優れ、運転が容
易・迅速な還元溶融炉を得る。【解決手段】炭素系可燃物質からなる充填層７を形成
するとともに、充填層７に処理対象物を上部より投入
し、充填層７で還元溶融された還元溶融物を下部より取
り出し可能な還元溶融炉を構成するに、充填層７の下側
に、充填層７を下方より支持する支持部６を設け、この
支持部６の下側に空燃比を調節可能なバーナ８を備えた
燃焼室３を設け、還元溶融物が貯留する燃焼室下部から
処理対象物の還元物並びに溶融物を取り出し可能に構成
し、充填層７の支持部側部位に、酸素含有ガスを供給可
能な羽口１１を設け、燃焼室内の燃焼空間に、還元溶融
物に対する処理材を投入可能な還元溶融物処理材投入口
１２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属還元技術並び
に廃棄物処理技術に関すものであり、炉内に、炭素系可
燃物質からなる充填層を形成するとともに、この充填層
に処理対象物を投入し、充填層で還元溶融して、還元溶
融物を下部より取り出し可能に構成される還元溶融炉に
関する。

【０００２】

【従来の技術】このような還元溶融炉としては、所謂、
キュポラ型の還元溶融炉が知られている。このような還
元溶融炉にあっては、図２に示すように、炉内に炭素系
可燃物質からなる充填層を形成し、この充填層を高温還
元状態として、処理対象物の還元溶融が行われる。炉の
運転にあたっては、炉頂部近傍から還元処理対象物、還
元促進材等が投入され、充填層を処理物が通過する際
に、処理がされ、炉底部から還元溶融物が取り出され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなキュホラ型の炉にあっては、以下のような問題が
あった。即ち、従来型の炉においては、コークス等の固
体燃料のみを熱源、還元雰囲気形成源として利用するた
め、還元溶融に必要な温度並びに還元雰囲気の制御を安
定しておこなうことが比較的難しい。従って、炉の運転
に熟練した運転員が必要とされ、熟練運転員を育生する
ための時間、費用が過大になっていた。一方、熟練度の
低い運転員では、炉の運転が難しく、炉から得られる還
元溶融物の品質が安定しないという問題があった。さら
に、炉内の温度管理については、固体燃料を高温化させ
るため、多分に酸素含有ガスを充填層近傍に取り付けた
羽口から供給しておこなう必要があったため、羽口付近
は酸化雰囲気となり炉内の各部によって不均一な還元溶
融ゾーンが形成されるという問題があった。また、還元
促進材を処理対象物とともに炉上部から投入していたた
め、充填層を通過する時間が長くなり、炉下部から取り
出された製品が不良品であった場合、短時間で製品不良
を解決する手段を取ることが困難であった。従って、本
発明の目的は、上記のような問題を解決することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明による請求項１に係わる、炭素系可燃物質から
なる充填層を形成するとともに、この充填層に処理対象
物を投入し、充填層で還元溶融された還元溶融物を下部
より取り出し可能な還元溶融炉の特徴構成は、以下のと
おりである。〔構成〕即ち、充填層の下側に、この充填層を下方より
支持する支持部を還元溶融物が滴下可能な状態で設け、
支持部の下側に空燃比を調節可能なバーナを備えた燃焼
室を設け、還元溶融物が貯留する燃焼室下部から前記処
理対象物の還元溶融物を取り出し可能に構成するととも
に、充填層の支持部側部位に、酸素含有ガスを供給可能
な羽口を設けて、還元溶融炉を構成するのである。〔作用〕本願の還元溶融炉においては、処理対象物が充
填層に投入され、従来の炉と同様に充填層において還元
溶融される。ここで、充填層の下側にはバーナを備えた
燃焼室が設けられており、この燃焼室に於けるバーナの
燃焼及び炭素系可燃物質の燃焼により、溶融に必要な熱
が主に供給される。この場合、炭素系可燃物質は、充填
層の保形の用及び温度維持程度の役割を果たす。さら
に、充填層の還元雰囲気状態は、燃焼室に設けられるバ
ーナに於ける燃焼制御と羽口から供給される燃焼用酸素
の量との関係に主に支配されるが、この羽口からの酸素
供給量の炉運転に果たす役割は従来より軽減される。即
ち、バーナに於ける空燃比等を適切に制御することによ
り、比較的容易に還元状態を形成することが可能とな
る。即ち、炉の熱的制御及び還元雰囲気制御が容易とな
る。充填層で還元溶融された還元溶融物は、支持部を滴
下し、燃焼室内に侵入して、燃焼室底部に貯留され、炉
内から取り出される。さて、この構造の還元溶融炉にあ
っては、以上の理由から、従来のように、熟練した運転
員による運転を必要とすることが少なくなる。さらに、
炭素系可燃物質の消費量を低減化できる。また、本願の
構造にあっては、燃焼室内にバーナからの燃焼炎が形成
されることにより、還元溶融物が貯留する燃焼室底部を
比較的高温に長時間、安定して維持することが可能とな
る。従って、後述するように製品品質の制御が容易とな
る。一方、バーナからの熱では溶融に必要な熱量が十分
に得られない場合もあり得る。さらに、支持部を構成す
る場合に、この支持部を冷却構造を備えたもの（例えば
水管等の冷却管）から構成することとなるが、このよう
な場合、支持部付近の温度が低下することも考えられ
る。従って、本願の還元溶融炉にあっては、充填層の支
持部側部位に、酸素含有ガスを供給可能な羽口を設け
る。そして、この羽口から、充填層内に於ける還元状態
を阻害しない程度の酸素を炭素系可燃物質から形成され
る充填層に向けて供給する。このようにすると、支持部
近傍に於ける温度低下、溶融不良の問題を適宜制御する
ことができる。さらに、このような羽口を別途設けるこ
とにより、炭素系可燃物質で形成された充填層内の温度
や雰囲気の制御が容易となり、処理対象物の処理条件と
して欠かせない充填層高さの制御をすることも可能とな
る。

【０００５】上記の目的を達成するための本発明による
請求項２に係わる、炭素系可燃物質からなる充填層を形
成するとともに、この充填層に処理対象物を投入し、充
填層で還元溶融された還元溶融物を下部より取り出し可
能な還元溶融炉の特徴構成は、以下のとおりである。〔構成〕即ち、充填層の下側に、この充填層を下方より
支持する支持部を還元溶融物が滴下可能な状態で設け、
この支持部の下側に空燃比を調節可能なバーナを備えた
燃焼室を設け、還元溶融物が貯留する燃焼室下部から処
理対象物の還元物並びに溶融物を取り出し可能に構成
し、燃焼室内の燃焼空間に、還元溶融物に対する処理材
を投入可能な還元溶融物処理材投入口を設けるのであ
る。〔作用〕この還元溶融炉に於ける主な処理構造は、先に
説明したものと同様である。そして、上記の構造に加え
て、燃焼室には、還元溶融物処理材投入口が設けられ
る。この投入口からは、還元溶融物に対する処理材が投
入されるのであるが、このような処理材としては、還元
促進材、燃焼室内に存する酸素と結合する材料、還元溶
融物の流動性を調整する流動性調整材等を投入すること
ができる。そして、比較的高温（例えば１０００℃程
度）に維持できる、燃焼室底部に溜まった溶融還元物
を、この高温下で良好に比較的長時間反応させて、還元
溶融物を所望の状態として、取り出すことができる。

【０００６】〔構成・作用・効果〕ここで、前記処理材
が、前記還元溶融物に対する還元促進材である場合に
は、還元溶融物に直接的に還元促進材を投入することが
できるようになり、処理対象物の還元溶融物に対するさ
らなる還元処理を温度、ガス雰囲気並びに時間を、適切
に制御した状態で行うことが可能となり、良い品質の製
品を効率よく且つ容易に得ることができるようになる。
さらに、還元不足により製品品質に不良品が発生した場
合、直接還元溶融物に処理材を投入することにより、迅
速な対応が可能となる。この点、従来構造にあっては、
充填層より上部から投入される還元促進材が、炉底部に
至って始めて効果を発揮するため、タイムラグが大き
く、品質制御が難しいという大きな問題点を改良てき
る。

【０００７】〔構成・作用・効果〕さらにここで、前記
処理材が、還元溶融物表面に浮遊して燃焼室内に存する
酸素と結合する材料である場合には、以下のような作
用、効果を奏することができる。本願の還元溶融炉にあ
っては、燃焼室にバーナを備えるため、いかに還元状態
を得るといっても、このバーナの燃焼のために酸素が燃
焼室内に供給される。この酸素は、燃焼室下部に貯留さ
れている還元溶融物に対しては、その酸化作用を及ぼす
こととなりやすい。しかしながら、前記処理材として、
燃焼室内に存する酸素と結合する材料（例えば、溶融処
理物表面に浮遊できるコークス粉）を投入すようにして
おくと、このような酸素と還元溶融物との接触が抑制さ
れ、安定した還元物を得ることができる。

【０００８】〔構成・作用・効果〕さらにここで、前記
処理材が、還元溶融物の流動性を調整する流動性調整材
であると、流動性調整材の投入量を調整することによ
り、還元溶融物の流動性を調整して、炉からの取り出し
を容易、迅速におこなうことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本願の還元溶融炉１の構成を図面
に基づいて説明する。図１には、本願の還元溶融炉１の
縦断面図が示されている。図示するように、本願の還元
溶融炉１は、充填層形成用の縦型筒状の充填層形成部２
と、この充填層形成部２の下部に設けられる燃焼室３と
を主な機能部位として構成されている。図示するよう
に、炉頂部には、処理対象物、還元促進材さらには溶融
物の流動性を調整するための流動性調整材を投入可能な
材料投入口４が設けられている。さらに、この材料投入
口４の近傍で、これとは別に、排ガス放出用の煙道５
が、水平方向に延出されている。さて、前述の充填層形
成部２と燃焼室３の間は、複数の水管６が所定の間隔で
炉を水平方向に横断して配設されており、この水管６の
上部に、炭素系可燃物質である塊状のコークスを投入す
ることにより、所定高さのコークスの充填層７を形成で
きるように構成されている。従って、これら水管６は支
持部として構成されており、充填層７で溶融され還元溶
融物は、この水管間を滴下して、燃焼室３に落下可能と
なっている。

【００１０】さて、前述の燃焼室３は、充填層７に対し
て、下面全面に亘ってその断面積が大きな縦型筒状の空
間として構成されており、この燃焼室３に、空燃比を調
節可能なバーナ８（都市ガスバーナ）が備えられてい
る。また、この燃焼室３の底部は、還元溶融物の貯留部
として構成されており、炉外９と接続される還元溶融物
導出部１０を備えることにより、還元溶融炉１におい
て、燃焼室下部から処理対象物の還元物並びに溶融物を
取り出し可能に構成されている。さらに、前述の充填層
形成部２にあって、その水管側位置にあたる支持部側部
位に、燃焼用酸素含有ガスを供給可能な羽口１１が設け
られている。この羽口１１の取付位置は、充填層７の断
面直径をＤとして、水管配設位置から１／５〜２Ｄの距
離にある位置である。但し、この羽口１１の位置は、Ｄ
との関係のみから決定されるものではなく、運転状態に
あっては、この羽口１１位置より上部側に所定高さ以上
の充填層が形成されることは当然であり、この充填層高
さの半分以下程度が好ましい。また、燃焼室内の燃焼空
間に、還元溶融物に対する処理材を、投入可能な還元溶
融物処理材投入口１２が複数個設けられている。以上
が、還元溶融炉１の概略構成である。

【００１１】以下、この還元溶融炉１の運転状態につい
て説明する。運転にあたっては、前記充填層形成部２に
コークスの充填層７が、運転前段階で形成される。燃焼
室内のバーナ８を運転した状態で、充填層７は、赤熱高
温状態に維持される。ここで、処理対象物の投入直前
で、炉への燃焼用酸素含有ガスの供給量（羽口１１及び
バーナ８を介するもの）を調節して、炉内を還元雰囲気
状態に維持する。そして、還元溶融処理する処理対象物
である非鉄金属酸化物（例えば酸化鉛）を材料投入口４
から投入する。この時、処理対象物に対して重量比約１
〜１０％のコークスを合わせて投入する。この状態にお
いて、充填層７に取り付けた羽口１１から予熱した空気
を、投入した前記コークスの必要空気量に対して、０．
３〜１．０の範囲で供給を行い、充填層７の温度、雰囲
気並びに充填高さを制御する。投入した処理対象物は、
充填層内で燃焼室３から送られてきた高温の還元ガスや
前述した充填層７に供給され空気とコークスとの反応に
より発生した高温の還元ガスにより、還元溶融され水管
６を通過して、液体として燃焼室内に滴下する。この還
元物並びに溶融物は、バーナ８によって高温に保持され
た燃焼室内の炉底に溜まる。さらに、この炉底に溜られ
た還元物から硫黄等の不純物を取り除くため、還元促進
材である鉄の塊を、還元溶融物処理材投入口１２から投
入する。この処理材の投入間隔は、炉底部の滞留時間か
ら算出し、投入量は炉に投入する処理対象物量当たり約
０．５％〜３％の範囲でおこなう。そして、還元溶融物
導出部１０から還元溶融物を連続取り出しする。

【００１２】〔別実施の形態〕上記の実施の形態にあっ
ては、還元処理される材料としては、これが酸化鉛であ
る例を示したが、還元処理する材料以外、例えば多くの
材料から構成されるものの不純物除去などにも使用でき
る。具体的には、銅、アルミニウム、錫等をも対象とす
ることができる。さらに、上記の実施の形態にあって
は、燃焼用酸素含有ガスの供給用羽口を炉上下方向で一
段のみ備える構成としたが、これは複数段備えることが
好ましい。さらに、上記の還元溶融物処理材投入口から
投入される処理材としては、これを、還元促進材（鉄）
としたが、こういった材料としては処理対象物との関係
でコークス等も利用できる。さらに、この他、還元溶融
物表面に浮遊して燃焼室内に存する酸素と結合する材料
（コークス粉、プラスチック廃棄物等）、還元溶融物の
流動性を調整する流動性調整材（酸化カルシウム、二酸
化珪素等）としてもよい。さらに、支持部を構成する部
材としては、冷却管としての前述の水管等、所謂、冷却
機構を備えた部材を採用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の還元溶融炉の縦断面図

【図２】従来のキュポラ型の還元溶融炉の縦断面図

【符号の説明】

３燃焼室６支持部（水管）７充填層８バーナ１１羽口１２還元溶融物処理材投入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者後藤勇次大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素系可燃物質からなる充填層を形成す
るとともに、前記充填層に処理対象物を投入し、前記充
填層で還元溶融された還元溶融物を下部より取り出し可
能な還元溶融炉であって、前記充填層の下側に、前記充填層を下方より支持する支
持部を前記還元溶融物が滴下可能な状態で設け、前記支
持部の下側に空燃比を調節可能なバーナを備えた燃焼室
を設け、前記還元溶融物が貯留する燃焼室下部から前記
処理対象物の還元溶融物を取り出し可能に構成され、前記充填層の前記支持部側部位に、酸素含有ガスを供給
可能な羽口を設けた還元溶融炉。
【請求項２】炭素系可燃物質からなる充填層を形成す
るとともに、前記充填層に処理対象物を投入し、前記充
填層で還元溶融された還元溶融物を下部より取り出し可
能な還元溶融炉であって、前記充填層の下側に、前記充填層を下方より支持する支
持部を前記還元溶融物が滴下可能な状態で設け、前記支
持部の下側に空燃比を調節可能なバーナを備えた燃焼室
を設け、前記還元溶融物が貯留する燃焼室下部から前記
処理対象物の還元溶融物を取り出し可能に構成され、前記燃焼室内の燃焼空間に、前記還元溶融物に対する処
理材を投入可能な還元溶融物処理材投入口を設けた還元
溶融炉。
【請求項３】前記処理材が、前記還元溶融物に対する
還元促進材である請求項２記載の還元溶融炉。
【請求項４】前記処理材が、前記還元溶融物表面に浮
遊して前記燃焼室内に存する酸素と結合する材料である
請求項２記載の還元溶融炉。
【請求項５】前記処理材が、前記還元溶融物の流動性
を調整する流動性調整材である請求項２記載の還元溶融
炉。