JPS6232246B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は冶金方法およびその装置、詳しく
は、プラズマ溶融炉の蓋体もしくは炉体の側壁を
貫通して案内せしめたプラズマバーナと底部電極
との間に自由燃焼プラズマ炎を発起せしめる一
方、該プラズマ炎領域に装入された溶剤および反
応材料を溶融して溶融冶金処理および／又は還元
冶金処理する、冶金方法およびその装置に関す
る。

一般に、この種の冶金方法においてプラズマガ
スとして、アルゴン、窒素、ヘリウムあるいは水
素を用いることが知られている。これ等のガスは
異なつた電位傾度（Ｅ＝Ｖ・cm^-1）を有し、アル
ゴンは最も低く、水素は最も高い電位傾度を有す
る。プラズマ炎は電位傾度に応じた長さで形成さ
れ、即ち、他の条件が同一の下ではより低い電位
傾度を有するガスにより形成されるプラズマ炎は
より長いものになることを意味する。電圧を約
800Vとしかつプラズマガスとしてアルゴンを用
いると、そのプラズマ炎は約１ｍ程度の長さを有
する一方、プラズマガスとして水素を用いかつ電
圧および電流密度を同じ程度とすると、そのプラ
ズマ炎は僅か約10cm程度の長さとなる。

エネルギーキヤリヤーとしてプラズマ炎を用い
て溶融および還元処理を行うとき、プラズマバー
ナの口部の近くにプラズマ炎のエネルギー密度の
最大部が生じ、このためプラズマ炎から放出され
る放射エネルギーを所望の方法で利用することが
できない。プラズマジエツトは口部から遠ざかる
につれて扇状に拡げられ、したがつてその放射エ
ネルギーが弱くなる。これは連続的に放出される
エネルギー強度が口部からの距離に応じて低下す
るからである。したがつて、溶融処理時、特に、
粗い装入原材料を溶融して液（湯）だめを形成す
る際、浴へ供給されるエネルギーが次第に減少す
る一方、不都合なことに多くのエネルギーが炉体
の内壁に放散されるようになる。その結果、アー
クがより短くなるとともに放出エネルギーが電圧
の低下とともに低減するため、それに伴つてプラ
ズマバーナの作用効果が低下する。

この発明は上述の種々の不都合点を除去するこ
とを目的とし、溶融しあるいは反応させようとす
る装入材料へのエネルギーの供給を増大せしめる
方法およびその実行手段を提供し、よつて熱効率
および当該処理動作（Kinetics）を改善しようと
するものである。この発明は、異なつた電位傾度
を有する種々のガスを含有するプラズマ炎を形成
することにより、プラズマ炎の長さおよび当該浴
へのプラズマ炎の放射エネルギーの投入量を制御
し、特に、当該浴へのプラズマ炎の放射エネルギ
ーの供給を増大させることにある。

したがつて、この発明の方法は、原理的に、元
のプラズマガスと異なる付加ガス流を自由燃焼プ
ラズマ炎内に射出して溶融反応浴へのエネルギー
の投入が増大するように制御しかつその温度を制
御するものである。

好ましい実施例において、当該プラズマ炉の底
部に設けた穿孔煉瓦あるいはノズルを介して溶融
された原材料の湯だめ表面と斜交するように指向
せしめたプラズマ炎の衝撃面、即ちプラズマポツ
トと出会うように付加ガス流が送給される。

それとも、たとえば、各プラズマバーナと同心
状に配列された複数のチユーブ又は炉壁を横方向
に貫通するように案内せしめた複数のジエツトパ
イプを介して当該プラズマ炎内に付加ガス流を、
その内容を種々に変化させて射出し、このように
して該プラズマ炎のガス組成を種々に変えるよう
にしてもよい。

この発明において、付加ガス流に微粒状融剤お
よび反応材料を懸濁して反応浴に供給するように
してもよい。微粒状融剤および反応材料として、
石灰、鉄合金用鉱石、石炭あるいは鉄酸化物含有
材料が用いられる。

この発明の他の実施例において、溶融しあるい
は反応させようとする装入材料に、ガス発生材
料、例えば、COガス化用の石炭が添加され、そ
の発生したCOがプラズマガスと混合される。付
加ガス流を導入する位置に応じて、たとえば、口
部では純粋なアルゴンから成り、当該プラズマ炎
の中央部ではアルゴンとCOとの混合ガスから成
り、当該浴表面上では純粋のCOから成る帯域が
形成される。COの電位の傾きは、既に知らされ
ているように、同条件下でアルゴンの電位の傾き
の約３〜４倍であり、ヘリウムの電位の傾きと略
同じ程度のものである。これ等の特性に基づき、
800Vで約１ｍの長さを有するプラズマ炎を全電
力で約25cmに短縮させるとともに該プラズマ炎に
おけるエネルギーの最大放射領域を当該浴に近づ
けることが出来、よつて当該浴へプラズマ炎の放
射エネルギーを効率良く供給することが出来る。

この発明の方法において、付加ガス流として、
例えば、H₂、N₂、O₂又はCO₂等を用いることが
出来る。これらのガスはArが電圧傾度８（Ｖ／
cm）を有するに対し次のような電圧傾度（Ｖ／
cm）を有する：N₂；20、He；30、H₂；100、
CO；40 付加ガス流はその電圧傾度に応じて当該ガスが
付加されたプラズマ炎の長さを短縮する。

融剤として石炭を用いると、放射されたプラズ
マ炎のエネルギーが良好な方法で利用できるばか
りでなく、同時に酸素を存在させあるいは導入す
ることによつて石炭燃焼エネルギーを利用するこ
とができる。

更に、この発明は、上記方法を実行するための
装置を含み、この装置は、その蓋体あるいは側壁
を貫通して複数のプラズマバーナを案内するとと
もにその底部に対向電極を配置した炉体を有し、
プラズマ炎のプラズマスポツト領域に付加ガス流
を供給する手段を設けたことに特徴がある。

好ましい実施例において、各付加ガス流を供給
するため、炉底部、好ましくはプラズマ炎の衝撃
面（プラズマスポツト）のほぼ垂直下方の炉底部
に穿孔煉瓦あるいはノズルが設けられる。

さらに、液だめ表面の領域に水平に指向せしめ
られたガス流用の入口を設けると有利である。

また、好ましくは、各プラズマ炎の長さを制御
するために各プラズマバーナを長手方向に移動可
能とする。

以下に、この発明を、実施例を示す添付図面と
ともに説明する。

第１図において、耐火材により内張りされた炉
体１がガス排出ダクト３を含有する耐火材により
内張された蓋体２で被覆されている。４つのプラ
ズマバーナ４が横方向に炉壁を貫通して案内され
ており、これ等のバーナは軸方向に移動可能に装
着台５に装着されるとともに、該装着台５により
ピボツト運動可能とさている。この炉の底部には
対向電極６が設けられている。

各プラズマバーナにより生起したプラズマ炎は
符号７で示し、装入材料の溶融後、浴９における
各衝撃面（プラズマスポツト）は符号８で示す。
その浴９の垂直下方に穿孔煉瓦１０が設けられ、
各煉瓦１０を通して、装入材料の溶融時に付加ガ
ス流が導入される。さらに、液だめ表面領域に水
平方向に指向せしめられた付加ガス流用の入口部
１１が設けられる。この入口部１１は適宜に設け
られ、タツプ１２を介して溶融材料を鋳込む際に
現存するスラグを出来る限り注出、あるいは炉の
扉を介してスラグの注出を容易に行えるようにな
つている。

この発明に係る方法は、以下の実施例にしたが
つてさらに詳細に説明する。

500Kgのフエロマンガン粒体（76％マンガン、
残余：石炭、鉄）が容積１m³の溶融炉に装入さ
れ、該溶融炉の蓋体の中央部にプラズマバーナが
案内されている。このプラズマバーナはアルゴン
と一緒に作用するようにされ、その供給ガス量は
１m³／時であつた。供給エネルギーは電圧280V
で300KWであつた。その炎の長さは32cmであつ
た。総消費エネルギーは750KW時／トンであつ
た。

同じ組成の原料を用いて原材料の装入が繰り返
し行なわれる一方、空気に懸濁した石炭微粉体が
鋼ランスを介して炉内に吹込まれた；この場合、
炎の長さが20cmに低減しかつ全電圧が320Vと高
くなつた。溶融処理の最終段階でのCO含率は炉
空間において60％より高かつた。所要溶融エネル
ギーは600KW時／トンに低減した。このことは
当該装入原料への投入エネルギーが可成り改善さ
れ、すなわち当該炉壁への熱伝達が低減したこと
を意味する。

第１図および第２図の装置を用いて密度1.7ト
ン／m³を有する鋼スクラツプが溶融され、即ち、
30トンのこのスクラツプが当該炉に装入された。
溶融開始時に４本のプラズマバーナがアルゴンと
一緒に、アーク電圧600Vで14MW（メガワツ
ト）をもつて作動させられた。溶融開始時および
溶融初期に当該プラズマ炎の長さが１ｍとされか
つ炎の先端はスクラツプ内に到達した。液だめ
（湯だめ）の形成後、したがつて、その表面の還
元後、底部の穿孔煉瓦を介してCOが供給されか
つ各プラズマ炎が該液だめに向けて長手軸方向に
移動させられ、各炎は同一の出力を保持してその
長さが30cmに低減した。420KW時／トンのエネ
ルギー投入量が達成された。一方、COを供給せ
ずに行なつたところ、総消費エネルギー（溶融エ
ネルギー消費量）は470KW時／トンであつた。

下記の組成のLD―ダスト200Kgが容積250を
有する炉内に装入された： Fe（総量）＝40.8％、Fe（金属）＝0.8％、FeO
＝3.90％、Fe₂O₃＝52.9％、Zn＝1.35％。

この炉は、炉の蓋体を貫通して１本の中央プラ
ズマバーナが案内され、その中央プラズマバーナ
はアルゴンと一緒に電圧250V、出力200KW時を
もつて作動させられた。上記ダストがコンベアウ
オームを介して連続的に供給されて落下方式でプ
ラズマ炎の放射領域内に導入された。供給量は30
Kg／時であつた。また、同時に、石炭・コーク
ス・木炭等の燃え殻（Breeze）が落下方式でプ
ラズマ炎領域内に連続的に15Kg／時の量をもつて
供給された。この場合、当該バーナの口部ではア
ルゴンから成るプラズマガスが形成される一方、
形成された液だめの衝撃部ではCOから成るプラ
ズマガスが生成された。6.5時間の反応期間が経
過した後、次のような組成の溶融反応生成物が得
られた：Fe（総量）＝88.5％、Fe（金属）＝82.2
％、FeO＝1.0％、Fe₂O₃＝7.85％、Zn＝0.04％。
当該処理の金属化率は93％であつた。

この種の処理に対する一般の所要総エネルギー
は約3000KW時／トンであるが、この発明により
約2500KW時／トンに低減した。

この実施例において、一般の場合よりも少量の
アルゴンを供給することにより種々の帯域を形成
できた。

この実施例においては、さらに、LD―ダスト
の脱亜鉛化を達成することが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る炉の垂直断面図、第２
図は、第１図の炉の蓋体を取り外した状態の平面
図である。 １……炉体、２……蓋体、３……ガス排出ダク
ト、４……プラズマバーナ、５……装着台、６…
…対向電極、７……（プラズマ）炎、８……衝撃
面（プラズマスポツト）、９……浴、１０……穿
孔煉瓦、１１……入口部、１２……タツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プラズマ溶融炉の蓋体もしくは炉体の側壁を
   貫通して案内せしめたプラズマバーナと底部電極
   との間に自由燃焼プラズマ炎を発生せしめ、該プ
   ラズマ炎の領域内に装入された融剤および反応材
   料を溶融して溶融冶金処理および／又は還元冶金
   処理を行うにあたり、 上記自由燃焼プラズマ炎内に元のプラズマガス
   と異なつた付加ガス流を射出せしめて溶融反応浴
   へのエネルギーの供給を増大せしめかつその温度
   を制御することを特徴とする冶金方法。 ２ プラズマ溶融炉の炉底部側から付加ガス流を
   供給し、該付加ガス流を、溶融された原材料から
   成る液だめ表面と斜交するように指向せしめたプ
   ラズマ炎のプラズマスポツトと出会わせる特許請
   求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 微粒状融剤および反応材料を付加ガス流に懸
   濁せしめかつ反応浴に供給せしめる特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ４ 微粒状融剤および反応材料が石灰、鉄合金用
   鉱石、石炭、あるいは鉄酸化物含有材料である特
   許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５ プラズマ溶融炉の蓋体又は側壁を貫通して複
   数のプラズマバーナを案内せしめる一方、炉底部
   に対向電極を設けた、溶融冶金処理および／又は
   還元冶金処理を行う冶金装置において、 プラズマ炎のプラズマスポツトのほぼ垂直下方
   の炉底部に穿孔煉瓦又はノズルを設け、該穿孔煉
   瓦又はノズルを介して付加ガス流を送給するよう
   にしたことを特徴とする冶金装置。 ６ 液だめ領域内に水平に指向せしめたガス流用
   入口部を設けた特許請求の範囲第５項に記載の装
   置。 ７ プラズマバーナを、その長手軸方向に移動可
   能にしてプラズマ炎の長さを制御する特許請求の
   範囲第５項又は第６項に記載の装置。