JPH11209805A - 竪型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 系外に出るダストを極めて少なくする、竪型
シャフトキュポラ・高炉・溶融炉法を提供する。 【解決手段】 炉下部に設けた羽口より上方部に鉄鉱石
原料とコークスとの層をシャフト下方に形成し、シャフ
ト内部に空槽を形成して成るように構成し、該高炉内に
他の系統からの排ガスを導入して処理することからなる
方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鉱石を溶融して
銑鉄を取り出す竪型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高炉溶融炉としては、図６に示す
ように、耐火性レンガを敷きつめた炉床１を形成し、そ
の上部は溶解した銑鉄が集まるように溶銑床２を設け、
その上部には鉱滓を分離する鉱滓床３を設けてあり、そ
れらを囲繞して耐火性レンガで形成した炉腹４を設け、
その上部には一体として耐火性レンガを積み上げてシャ
フト５を形成し、これらの周囲は鉄板６で包囲され保護
されている。炉壁には熱風を送り込む羽口７が数十カ所
開いており、炉内ではレースウエイ８を通して完全に熱
が行き渡るように形成されている。ここから吹き込まれ
た高温の熱風は、多段層９Ａになった鉄鉱石原料とコー
クス（例えば２５層づつ）の間を通り燃焼ガスとなり鉄
鉱石を還元させ、溶解して銑鉄を下に落として取り出す
とともに、ガスは炉頂１０から高炉ガス上昇管１１に集
められる。また、鉱滓も系外に取り出す構造になってい
る。鉄鉱石、コークス、石灰石などの原料９の装入はベ
ルトコンベアー１２で上部の炉頂１０に運ばれ、ホッパ
ー１３に投入され、外部の信号により大ベル１４によ
り、一定周期で常に原料装入表面１５まで補給されてい
く。炉内温度は、下部ほど高く、レースウェイの最高域
では約２，０００℃の高温になっている。１６は高炉支
柱、１７は熱風管、１８はガス灰ダスト沈降装置、１９
は出銑口、２０はそこから出た銑鉄を運ぶトーピードカ
ー、２１は鉱滓の出口、２２は鉱滓車、２３は熱風環状
管である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の高炉ではシャフ
ト内部に鉄鉱石とコークスの多段層が詰まっており、羽
口より供給された空気はレースウエイの所でコークスを
燃焼させて約２，０００℃の高温の一酸化炭素と炭酸ガ
スとの混合ガスとなり、上部の多段層を通過しながら炉
頂から排出されるが、原料充填層を通過するときに微粉
をガスが浮遊させ、ガスとともに炉頂からガス灰ダスト
沈降装置（ダストキャッチャー）に運ばれる。そのため
ガス灰ダスト沈降装置はなくてはならないもので、また
そのガス清浄の精度も高くなければならないものである
から、設備コストも高くつくという問題点があった。ま
た、シャフト炉の炉上部にまで原料を投入するので、炉
頂の原料やガスの温度は、図７の炉内温度分布に示して
いるように、中心部で２００℃から６００℃、中間部で
１００℃から３００℃、炉壁で１００℃から６００℃に
なり、低温度の分布となっている。同様にごみ焼却炉、
ごみ溶融炉、ごみ溶融高炉などもこれまでごみや産業廃
棄物をシャフトの炉頂部まで投入する方法のため、上述
と同じく炉上部のごみの温度や上昇し排出されるガスも
炉の中心部では２００℃から６００℃、中間で１００℃
から３００℃、炉壁では１００℃から６００℃になり、
ダイオキシン発生の原因となる欠陥を有することがわか
った。

【０００４】従って、この温度はダイオキシンの発生し
易い領域のため、ガスとガスとともに浮遊して排出され
る原料やごみダストにもダイオキシンが生成され、炉の
外に飛び出すという問題点もあった。

【０００５】本発明は、上記の問題点に鑑み、出来るだ
け微粉などのダストを炉内から飛び出すことのないよう
な溶融炉・高炉を提供し、シャフト内部でダストキャッ
チャーの役目も持たせるようにさせるとともに、更に投
入した原料やごみの表面レベルと２０００℃の高温の羽
口・レースウェイとの距離高さを短くすることにより、
原料やごみの表面は投入されると同時に１０００℃の高
温に急速昇音させる方法にすることにより、ダイオキシ
ンの生成することが無く、またダイオキシンが生成して
も原料やごみの表面程度と炉頂部の空間は１０００℃の
高温のためダイオキシンが分解される特徴をも有する。
更に本発明であるこの空間と高温空間は、他の炉、例え
ばダイオキシンを発生する鉄鉱の電気炉やダイオキシン
を発生するごみ焼却炉と組み合わせてダイオキシンの無
いシステムにする。即ち、電気炉の排ガスやごみ焼却炉
などの他の炉の排ガスを導入して組み合わせてシステム
をも提供し得るものである。その結果、溶融銑鉄を単に
得るだけでなく、電気炉やゴミ焼却炉その他溶融炉など
で発生するガスの排ダストやダイオキシンなどの有害物
をも高温で熱処理できるということを見いだした。これ
は産業廃棄物を処理する上で画期的な方法を提供するも
のである。その上、微粉から粒状のものまで用いても、
炉頂から排出するダストの少ない画期的な方法であるか
ら、別途独立のダストキャッチャーを設置したり、大型
化することなく、またダイオキシンなど有害組成の除去
装置を設置することなく、設備コストも安くするもので
ある。また、その結果としては排出されたダストやダイ
オキシンなど有害物などの産業廃棄物の量を少なくする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、原料層を炉下部に設けた羽口より上部（朝顔）の方
で且つ出来るだけシャフトの下方に位置せしめ、シャフ
ト上部に空槽を出来るだけ多く設けて、この中に他の系
統で発生した排出ガスを挿入し、シャフト内部は空槽と
して空槽ガス速度を低下ならしめ、一緒に燃焼させてこ
の空槽内でダストを沈降捕集したり、またダイオキシン
など有害物を分解し正常化せしめるものである。

【０００７】また、系外にダストを出さないので、ごみ
焼却炉の灰やダイオキシンに汚染された土壌などの微粉
のままで溶融することが可能で、微粉のものでも焼結鉱
加工やペレット加工したものでも、一緒に処理できる構
成になっている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例にも
とづき図面を参照して説明する。図１において、炉床１
は耐火性レンガを載置して形成され、その上部には溶融
された銑鉄の溜まる溶銑床２と鉱滓床３が形成されるよ
う炉腹４が囲繞し、炉腹４の上部には、耐火性レンガを
積み上げた構造のシャフト５があり、この高炉全体を鉄
板６などで囲繞して強化保護している。鉄鉱石、コーク
ス、石灰石等９は原料装入ベルトコンベアー１２で高炉
の炉頂１０から投入される。１３は指示信号に従って鉄
鉱石、コークス、石灰石を順次投入していく投入ホッパ
ーである。２４は炉内での原料鉄鉱石とコークスの層で
最下段の位置は羽口７の上方部に形成されており、最上
段の上方にはシャフト内に空槽２５が形成され、これが
微粉ダストの沈降槽となる。

【０００９】炉壁に開口された数十カ所の羽口７から熱
風を送り込むと、炉内ではレースウエイ８を通して完全
に熱が行き渡るように形成されている。ここから吹き込
まれた高温の熱風は、段層になった原料鉄鉱石とコーク
スの間を通り鉄鉱石を還元させるとともに溶解して銑鉄
を下に落として取り出す。また、溜まった鉱滓も系外に
取り出す構造になっている。炉内上部に大きな空槽２５
があり、鉄鉱石とコークスの段層は数段程度と少ないの
で、燃焼ガスの速度は従来の燃焼ガスの速度よりも約１
／３〜１／１０以下となり、ダストを吹き上げることが
ない。すなわち、炉頂に達しない。また、原料やごみな
どの表面レベルと高温の羽口レースウェイとの距離が近
いため原料、ごみが投入後、直ちに１０００℃以上の高
温となる。

【００１０】図２は本発明によるシャフトの炉頂部にお
ける温度分布（半径方向）を示したもので、半径方向に
おける炉頂部のガス、ごみ、原料の温度は、従来の場
合、前述の通り１００℃から６００℃の低い温度領域で
且つばらつきがあり、ダイオキシンを発生させる可能性
が強い。これに対し、本発明での半径方向における炉頂
部の温度は中心部で１１００℃から１２００℃で、中間
部で１１００℃で、炉壁で１０００℃になってダイオキ
シンが発生しない温度領域になっており、ダイオキシン
の無い無公害なダストとガスになる。

【００１１】このことを利用してごみ焼却炉のダイオキ
シンを含んだ排ガスや他の電気炉や転炉などで生じた有
害な排ガスをこの高炉に導いて一緒に燃焼させ高温分解
することができる。２７はシャフトに排ガスを導入する
パイプであり、２８は羽口部に導入するパイプである。
排ガスの微粉の大きさやダイオキシンなど有害物の組成
により羽口から吹き込むか又はシャフトに吹き込むか、
あるいは両方から吹き込むかを決定すればよい。比較的
軽いものは羽口から、比較的重いもの、粒状物はシャフ
ト内へ導く構成とする。

【００１２】図３は本発明の他実施例であり、シャフト
径を炉床径より大きくしたものである。形状は図１と少
し異にするが、基本は一緒であり、シャフト径を大きく
して空間槽２５を設け、燃焼ガスの速度は従来の燃焼ガ
スの速度よりも約１／３〜１／１０以下となり、ダスト
を吹き上げることがない。すなわち、炉頂に達しない。
これらから、全体としての設計の概算ができる。

【００１３】従来であればダストの大部分を構成する微
粉のものやごみ焼却炉の灰やダイオキシンに汚染された
土壌あるいはペレットフィードと称する粉鉄鉱石のまま
でも使用できるし、焼結鉱加工やペレット加工したもの
を含めても使用できる。

【００１４】図４は本発明一実施例と電気炉との組み合
わせを示した系統図であり、電気炉３１で発生したガス
中の有害なダストや灰をパイプ３２で高炉のシャフト５
に挿入するようにしたものである。またごみ焼却炉の灰
もパイプを通って挿入させ溶融させる。また、ダイオキ
シンなどの有害なダストや灰を羽口部の空気に噴入させ
てレースウェイの超高温でダイオキシンなどの有害物を
いっきに分解し溶融させることを可能とする。

【００１５】図５は本発明他実施例として、ごみ焼却炉
との組み合わせを示した系統図である。ごみ焼却炉４１
内で燃焼とともに発生した排出ガスあるいは灰はパイプ
４４により高炉の羽口７からシャフト内の空槽に送ら
れ、高炉内の高温度で鉄鉱石等と一緒に燃焼される。

【００１６】また、ごみ焼却炉４１内で残った固形のガ
ス灰ダスト５２はシャフト内の空槽へパイプ４５を通し
て直接ブロー（図示しない）されるか、又は運搬機（図
示しない）で運び、鉄鉱石原料等と一緒に炉頂上から投
下される。尚、この系統では排熱利用システムとして、
高炉の排熱をパイプ５１を通して熱交換機４２に送り、
この中で系外から水を供給して水蒸気としてパイプ４７
を通して熱利用器４８にて発電、温水プール、地域暖房
などに利用できる。４３は熱交換機の温度調節器、４９
は系外への排出パイプ、５０はごみピット（図示しな
い）からの投入系路を示す。

【００１７】従来のキュポラ・高炉・溶融炉の次工程に
ガス沈降槽やガス清浄装置があり、このため、この流れ
においてガス温度が２００〜３５０℃になるプロセスが
あると、ダイオキシンが増幅再生され重大な問題となる
ことがわかった。また、従来の次工程ではエネルギー回
収のため「ガス燃焼−ボイラ」装置を設けるため、この
ボイラの熱回収の後工程では温度が下がり、ダイオキシ
ンが増幅再生されるという問題があった。

【００１８】図６は、ダイオキシンなどの有害ガスの発
生顕著な場合の対策として構成される、本発明他実施例
の系統図を示し、キュポラ高炉５の炉頂から排ガスを温
度調節ガス温急冷装置６０にパイプ６１で繋げたもので
ある。シャフト空槽の高温約８００℃以上を生かし、こ
の約８００℃以上高温によるダイオキシンの分解を完全
ならしめ、そのダイオキシン分解高温ガスを温度調節ガ
ス温急冷装置６０で８００℃以上から２００℃以下に急
冷することによって、ダイオキシンの再生を防ぐことを
特徴とする。急冷としては、例えば、水の強制散水によ
る方法などでコントロールする。尚、温度調節ガス温急
冷装置６０で処理されたガスはパイプ６２を経て煙突６
３から大気中に排出される。その他は図５と同じ構成を
示す。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００２０】ごみ焼却炉のガス灰や排ガスの処理、また
電気炉などのダスト処理や排ガス処理に有効で、従来の
ような大がかりなガス灰の処理やダスト沈降装置など必
要とせず、設備コストを安価とすることが出来る。

【００２１】また、微粉などが排出しにくい構成になっ
ているから、微粉状の鉄鉱石のほか、転炉ダスト、電気
炉ダスト、含油の圧延スケール粉などの鉄鋼ダストでも
用いることが出来るという利点があり、今まで微粉状の
多い原料の場合には焼結鉱やペレット加工していた手間
も省略することができる。

【００２２】鉄鉱業の中で産業廃棄物として発生する、
転炉ダスト、電気炉ダスト、含油の圧延スケール粉など
の鉄鋼ダストも高炉に入れて処理できる。このように各
種ダストを処理できることは資源のリサイクルにも大い
に利点がある。

【００２３】また、ごみ焼却炉と組み合わせると、焼却
中に生じる排ガスを高炉内にて高温分解出来るので、ダ
イオキシンなど有害組成を除去する装置を設置すること
なく、設備コストも安くするものである。また、その結
果としては排出されたダイオキシンのダストやダイオキ
シンの灰またダイオキシンなど有害物は高温でダイオキ
シンを分解させるので、産業廃棄物の量を極力少なくす
ることが出来る。

【００２４】更にシュレッダー低級屑やシュレッダーダ
ストの産業廃棄物もこの本発明の溶融炉法を用いてリサ
イクル資源として利用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の竪型シャフト高炉の模型的部
分断面図である。

【図２】本発明における炉頂部の温度分布（半径方向）
図である。

【図３】本発明他実施例の竪型シャフト高炉の模型的部
分断面図である。

【図４】本発明一実施例と電気炉との組み合わせを示し
た系統図である。

【図５】本発明一実施例とごみ焼却炉との組み合わせを
示した系統図である。

【図６】本発明他実施例の温度調節ガス温急冷装置との
組み合わせ系統図である。

【図７】従来の一般的な竪型シャフト高炉の模型的部分
断面図である。

【図８】従来における炉頂部の温度分布（半径方向）図
である。

【符号の説明】

１ 炉床 ２ 溶銑床 ３ 鉱滓床 ４ 炉腹 ５ シャフト ７ 羽口 ８ レースウエイ ９ 原料 ２４ 炉内での原料鉄鉱石とコークスの層 ２５ 空槽 ２７ 排ガスのシャフトへの導入パイプ ２８ 排ガスの羽口部への導入パイプ ３１ 電気炉 ４１ ごみ焼却炉 ４２ 熱交換機 ４４ 排出ガスパイプ ６０ 温度調節ガス温急冷装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶銑床、鉱滓床を形成するよう炉床の上
   部を囲繞する炉腹とその上部にシャフトを設けた竪型シ
   ャフトキュポラ・高炉・溶融炉から成り、炉下部に設け
   た羽口より上方部に鉄鉱石原料とコークスとの層を形成
   し、シャフト内部は空槽として高温度にて鉄鉱石原料を
   溶融して銑鉄を取り出す竪型シャフトキュポラ・高炉・
   溶融炉法において、少なくとも前記シャフト空槽内また
   は羽口部に他の排出ダストまたは排出ガスを挿入して処
   理することを特徴とする竪型シャフトキュポラ・高炉・
   溶融炉法。