WO1996030709A1

WO1996030709A1 - Procede et dispositif de prechauffage et de fusion de ferraille

Info

Publication number: WO1996030709A1
Application number: PCT/JP1996/000804
Authority: WO
Inventors: Hiroyuki Katayama; Kenro Sato; Akio Kasama; Yasushi Okumura; Yoji Demoto; Shinya Kitamura; Toshiya Harada
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1996-10-03
Also published as: EP0772015A1; ZA962533B; KR100223515B1; EP0772015B1; US5889810A; EP0772015A4; DE69613316T2; DE69613316D1

Description

明細書スクラップの予熱 · 溶解装置およびその方法技 ίτ分 ¾h

本発明は、スクラップの予熱 · 溶解装置およびその方法に関するものであり、特に溶解炉に連設したシャフト炉および回転炉によりスクラップを予熱した後、溶解炉へ供給しアーク加熱または上吹き酸素によつて溶解するスクラッブの予熱 ·溶解装置およびその方法に関するものである。背景技術

鑲の電気炉精鍊または転炉精練においては、鉄源としてのスクラップを事前に予熱または何らかの事前加熱をするためには多大の熱エネルギーを要する。このため、加熱を実施するとしても操業コスト的にはメリットが小さく、かつそのための加熱装置を設けるにも多大の設備費用が必要となる。最近では、資源のリサイクルの観点から、スクラップの鉄源としての位置付けがこれまで以上に重要性を增してきた。スクラップのリサイクルを効率よく行うために、その鉄源として有効に活用でき、かつ省エネルギー化の観点からも有利とするために、溶解精鍊に要するトータルの熱エネルギーをできるだけ低減し、かつコスト的にも有利な予熱 · 溶解技術の開発が望まれている。

この分野の公知技術では、スクラップ溶解の公知文献として、 " 電気炉" （日本鉄鋼協会発行、第 27, 28回白石記念講座「普通鋼電気炉のストラテジィ一」、平成 6年 1 1月）に、スクラップ溶解は高い消費電力を要し操業コストがアップする。これはフラットバス化 ( 溶け落ち時）以降の熱効率の低下によるとの記載がある。また、転炉型スクラップ溶解方法としては、 " 鉄と鋼" vo l . 78 ( 1992 ) , P. 520 (日本鉄鋼協会発行）に、多量の排ガスを処理するためには建設コストが増大し、かつ精鍊後は溶銑であるため、後工程に転炉が必要との報告がある。米国特許 Να 4852858 には、シャフト状の原料収納容器を金厲精鍊炉の上部に設け、精鍊炉の排ガスによつて原料を予熱する方法が開示されている。しかし、この技術では予熱条件を一定に制御することは難しく精鍊条件のバラツキが大きくなり易い。その結果として製品品質の安定化は充分に得られ難い。また、別のシャフト型予熱炉として、特公平 6 - 46145 号公報に、高い熱効率が得られるが、炉下部では高温ガスにさらされるためスクラッブ同士が緻着を起こし、この触着したスクラップを酸素切断する必要が生ずる。さらに、水冷火格子を設けた場合には、火格子の稼動空間を確保するため充塡率が低下し熱効率が低下することが開示されている。

スクラップ予熱用の口一夕リーキルンについては、特開平 6 - 22 8662号公報に、常に回転することによりスクラップを移動させるため融着しにくいが、スクラップ充填率が低いため熱効率が低下することが開示されている。他方、通常では有機物を含まないスクラップを加熱しているが、このための事前処理（選別）が必要となりコストが高くなつている。今後、スクラップ予熱における重要な問題は塩化ビニール等の有機物を含むスクラップの予熱時に発生するダィォキシンを排出時に処理することである。これを達成すればスクラップの活用において非常に有利となる。このための予熱時の排ガス処理装置および方法の開発が望まれている。発明の開示上記のように従来の、スクラップの予熱における問題点は、シャフト型のスクラップ予熱装置を備えた溶解炉では、スクラップの予熱装置内での融着が生じ、溶解炉内へのスクラップの投入が円滑に行われないことであり、また、ロータリーキルンにおいては充填率が低いため熱効率が低いことである。また、従来の溶解炉における問題点は、電気炉では溶け落ち以降の熱効率が低いことで、転炉型では多量の排ガス処理が必要となることと、溶銑が製造されるため次工程で脱炭炉が必要となることである。

本発明は、かかる現状に鑑みて、安価に溶鋼を製造することができる効率的なスクラッブの溶解脱炭できるスクラップの予熱 ' 溶解装匱および方法を提供することにある。

また、スクラップの溶解に際しては、スクラップ中に混入した塩化ビニール等に起因するダイォキシンが排出されるおそれがあり、環境汚染の問題が生じるおそれがあるが、このスクラップの加熱時に排出されるダイォキシンを充分に処理可能とする排ガス処理技術を達成する有機物を含むスクラップの予熱 · 溶解装置および方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明の要旨は以下のとおりである。

( 1 ) 予熱したスクラップを主原料とする溶解炉と、前記溶解炉から発生する排ガスを導入してスクラップを予熱する予熱装置と、予熱後の排ガスを処理する排ガス処理装置を有するスクラップの予熱 • 溶解装置において、前記予熱装置がシャフト炉であって、かつ前記シャフト炉の炉底側に回転炉を独立に連設して、前記シャフト炉から払い出されるスクラップを一定速度で該回転炉内を移送させた後、前記スクラップ溶解炉に投入することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解装置。

( 2 ) 前記シャフト炉の炉底側に、前記シャフト炉から払い出され PC / 9 るスクラップを前記回転炉に押し込むプッシヤーを設けたことを特徴とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熱，溶解装置。

( 3 ) 前記シャフト炉の炉底側に、前記シャフト炉から払い出されるスクラップを前記回転炉に供給する火格子を設けたことを特徴とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

( 4 ) 前記溶解炉に、酸素導入手段としてランスまたは羽口を有することを特徴とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

( 5 ) 前記溶解炉が、電気炉であることを特徴とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

( 6 ) 前記溶解炉が、酸素上吹き転炉であることを特徴とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熱 ·溶解装置。

( 7 ) 前記排ガス処理装置が、排ガス中のダイォキシンを分解させる燃焼塔、燃焼排ガスを冷却するための冷却塔、および集塵機を有することを特徽とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熟 · 溶解装置

( 8 ) 前記集塵機が、乾式集塵機であることを特徴とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

( 9 ) 前記排ガス処理装置は、さらに前記予熱装置の排ガスを直接処理するために、前記予熱装置装置が冷却塔を介して集塵機に直接連通する排ガス経路を有することを特徴とする（ 1 ) に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

(10) ( 1 ) において、さらに前記溶解炉の排ガスを直接処理するために、前記溶解炉が排ガス処理装置に直接連通する排ガス経路を有することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解装置。

(11) 溶解炉で予熱したスクラップを主原料として溶解し溶鉄を得る際に発生する排ガスを予熱用ガスとして利用し、かつ予熱後の排ガスを処理するスクラップの予熱方法において、溶解炉に連接した回転炉と、前記回転炉に連接したシャフト炉に上方側からスクラップを装入し、下方側から排ガスを供耠し、前記シャフト炉で下方側出口温度がスクラッブ表面の溶着を生じる温度未満の温度域に保持しながら予熱して、その後回転炉に一定速度で搬送しながら、前記回転炉の出口の温度がスクラップ表面の溶着を生ずる温度以上の温度域に保持しながら順次予熱して、前記溶解炉に供給することを特徽とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

( 12) ( 1 1 )において、予熱後の排ガスの処理として、燃焼塔における温度が 800°C以上、 COガス濃度が 500ppm以下になるように排ガスを燃焼して加熱し、さらに冷却後の排ガス温度を結露のない 1 5 0 〜 2 0 0 °Cの範囲とし、かつ冷却速度を 8 0 0 °C Z秒以上で水冷却することを特徼とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

( 13) ( 11 )において、予熱後の排ガスの処理として、予熱炉から排出される排ガスを冷却塔にて、 1 0 0 °C以下に冷却した後、集塵機に導入することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

( 14) ( 1 1 )から（13)のいずれかにおいて、全スクラップ量の 30〜70 %をシャフト炉で前チャージの排ガスによって予熱したものを使用し、これを溶解炉へ山積みした後、電極を挿入して溶解を開始し、その後残量のスクラップを回転炉から連続的に溶解炉へ装入することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

( 15) ( 1 1 )から（14)のいずれかにおいて、スクラップを山積み後、電極で溶解を開始し、フラットバス化する時点、あるいはスクラップの山が見えなくなる 40 %溶解の時点で、電極を炉外へ引出し、その代わりにランスまたは羽口から吹酸を開始し、炭材を添加しながら残りの固体スクラップを溶解した後、前記炭材の投入を止め、継続して酸素吹酸により脱炭して溶鋼を製造することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。 ( 16) ( 1 1 )または（13)から（1 5)のいずれかにおいて、ダイォキシンを含有する 100 て以下のスクラップを 1300°C以上に保たれたスクラップ溶解炉に投入し、排ガスを未燃焼状態で回収することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

( 17) ( 1 1 )から（16)のいずれかにおいて、排ガス処理装置の集塵機前のダスト濃度を 40〜400 g / Nm ³ とすることを特徴とするスクラッブの予熱 · 溶解方法。図面の簡単な説明

第 1 図は本発明のスクラップの予熱 · 溶解装置の全体を示すフ口一図である。

第 2図は本発明の予熱装匿を示す概要図である。

第 3図は本発明の装置の排ガス循環系を示す説明図である。

第 4図は本発明の装置の他の排ガス循環系を示す説明図である。第 5図は本発明の装置の実施例における予熱 ·溶解装置における排ガス処理経路を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

第 1 図に本発明を実施するためのスクラップ予熱，溶解装置の一例を示す。溶解炉炉体 1 は耐火物 2で内張りされ、炉の上部から揷入される電極 4、もしくは酸素含有ガス上吹きランス 3が設けられている。炉底には底吹き羽口 5 と炉底電極 6が設置される。炉上部には、溶解炉から発生する排ガスを導入してスクラップを予熱する予熱装置として回転炉 7 とシャフト炉 8が直列に配置されている。スクラップはスクラップ投入孔 9 より、シャフト炉 8で予熱後、回転炉 7 を経由して溶解炉 1 へ投入されるものと、スクラップ投入孔 10より、回転炉 7 に装入され溶解炉 1 へ投入されるものとに分割することができる。また、スクラップ投入孔 1 1より予熱炉を経ずに溶解炉へ投入することもできる。排ガス中 COは、回転炉入り口 A、シャフト炉入り口 Bで空気を取り込み燃焼させることができる。予熱装置を経た排ガスは、経路 1 6系統では、燃焼塔 12で空気を取り込み燃焼させた後冷却塔 13で冷却され、もしくは経路 1 7系統では、燃焼塔 12および冷却塔 1 3を通らずに乾式集塵機 1 4で集塵された後、煙突 15より大気放散される。

燃焼塔においては、温度が 800 以上、 COが 1 %以下になるように排ガスを燃焼加熱することでダイォキシンを完全燃焼分解させることができる。 800てよりも低い場合には反応速度が遅く分解が充分に進まず、 COが 1 %より高い場合には燃焼が不十分のため分解が充分に進まない。

操業は、全スクラップ量の 30〜 70 %に相当するスクラップをシャフト炉 8 に装人した状態で前チャージの操業を行い予熱し、前チヤ一ジ出鋼後、回転炉 7を経由し溶解炉 1へ山積みした後、電極 4を挿入して溶解を開始する。その後、シャフト炉 8 にはスクラップ投入孔 9 より次チャージで用いるスクラップを装入し予熱するとともに、回転炉 7のスクラップ投入孔 1 0、もしくは、溶解炉 1 のスクラップ投入孔 1 1より、残量のスクラップを連続的に溶解炉へ装入する o

また、スクラップを山積み後、電極 4で溶解を開始し、フラットバス化するか、あるいはスクラップの山が溶湯により見えなくなつて電極周囲が固体スクラップで覆われなくなった後、電極 4を炉外に引出し、代わりに上吹きランス 3を挿入し吹酸を開始し、炭材を添加しながら残りの固体スクラップを溶解した後、炭材の投入をやめ、さらに酸素吹酸により脱炭して溶鋼を製造する。

第 2図は本発明装置の実施態様の一例を示す。図において符号 8 はスクラップ予熱用シャフト炉、符号 1 は酸素含有ガスを上吹きする上部ランスを備えたスクラップ溶解炉、符号 7 はシャフト炉 8 とスクラップ溶解炉 1 との間に設けられた回転炉、例えばロータリーキルンである。

シャフト炉 8内に充填されたスクラップは、スクラップ溶解炉 1 から発生したガスをロータリーキルンを経て、あるいは経ることなく同シャフト炉内に導入することによって予熱される。第 3図は本発明装置の排ガス循環系の実施態様の一例を示す図である。スクラップの経路 2 2 に対向する排ガスの経路 2 3 は、シャフト炉 8 においては符号 2 7から、ロータリーキルン 7 においては符号 2 4〜 2 6から燃焼用空気が供給され完全燃焼される。また、第 4図は本発明装置の排ガス循環系の他の実施態様の一例を示す図である。この循環系では、スクラップの経路 2 2 に対して排ガス 2 3 は、ロータリーキルン 7やシャフト炉 8を経由せずに、直接、ガスクーラーを経て集塵機に供給されるものである。すなわち、溶解炉 1 からの発生ガスは第 3図に示す如くロータリ一キルン 7 を通って完全燃焼後にシャフト炉 8内に導入されるか、あるいは第 4図に示すように、スクラップ溶解炉 1 から直接に、ガスクーラーを経て集塵機に導入される。第 5図は本発明を実施するための予熱 · 溶解装置における予熱後の排ガスおよび溶解炉の排ガスを直接処理するための排ガス処理経路を示す説明図である。

この図で排ガス処理経路として、仕切り弁 3 6、 3 8、 3 9および 4 1 を開とし、仕切り弁 3 7 、 4 0および 4 2を閉として、燃焼、冷却することでダイォキシンを分解する経路とした場合には、スクラップはスクラップホッパー 2 8 と 2 9 との両方から供給する場合と、シャッター 3 1 を閉じてスクラップホッパー 2 9のみから供給する場合がある。また、排ガス処理経路として、仕切り弁 3 7 、 3 8、 4 0および 4 2を開とし、仕切り弁 3 6、 3 9および 4 1 を閉として、冷却後ダイォキシンを吸着したダストを集塵する経路とした場合には、スクラップはシャッター 3 1 を閉じてスクラップホッパー 2 9のみから供給する。あるいは、スクラップホッパー 3 0 から直接溶解炉へ供給する。

さらに、ダスト濃度が低い場合には、乾式 2次集塵機 4 4において、粉石炭、粉石灰等を吹き込み排ガス中ダスト濃度を高めることもできる。ここで、ダスト濃度とは、溶解炉、予熱炉から発生するダストと吹き込まれた粉体との合計の濃度である。

次に、排ガス処理経路として、仕切り弁 3 6、 3 8、 4 0および

4 2を開とし、仕切り弁 3 7、 3 9および 4 1 を閉として、冷却後ダイォキシンを吸着したダストを集塵する経路とした場合には、スクラップはスクラップホッパー 2 8 と 2 9 との両方から供給する場合と、シャッター 3 1 を閉じてスクラップホッパー 2 9のみから供耠する場合がある。この場合の仕切り弁 3 6の前の排ガス温度は 5 0 0 °C以上である必要がある。この場合も、ダスト濃度が低い場合には、乾式 2次集塵機 4 4 において、粉石炭、粉石灰等を吹き込み排ガス中ダスト濃度を高めることもできる。この場合のダスト濃度は、前述の溶解炉、予熱炉から発生するダストと吹き込まれた粉体との合計の濃度である。

なお、第 5図では、符号 32、 33はシャッターを、符号 34、 35はフードと溶解炉を、符号 43は乾式 1 次集塵機、符号 45は排ガス冷却塔、符号 46は I . D. F. ( 吸出し送風機）をそれぞれ示す。

また、必要に応じて、シャフト炉の下側の符号 20にはプッシヤーまたは火格子を設けるのが好ましい。このプッシャ一または火格子はシャフト炉から回転炉へスクラップを順次かつ円滑に払い出すため、回転炉内でのスクラップの停滞を防止するために用いられる。本発明において、予熱装置にシャフト型の炉を用いる理由は、予熱効率が既存の予熱炉の中で最も高いからである。また、シャフト炉と溶解炉の間に回転炉を設ける理由は、スクラップ溶解炉からの発生ガスの燃焼空間の確保によりシャフト炉下部温度を低く抑えた上で、スクラップ予熱最高温度を融着の生じる 800 °C以上にできるようにするためである。

スクラップ溶解炉としては、転炉、電気炉のいずれをも用いることができる。転炉の場合には、多量の排ガスが発生するためにガス顕熱で充分な予熱が可能なため、ガス中に C Oを残したまま回収することができる。また、電気炉の場合には、排ガス量が少ないため予熱工程でほぼ完全に C 0 ₂ まで燃焼させることになるが、排ガス設備が小さいため設備投资額が少ないというメリットがある。

スクラップ予熱炉に装入されるスクラップの大きさはシャフト炉または回転炉の内径の 1 / 3以下とする。下限はシャフト炉の通気性確保が制約条件であり、粒径約 30ππηとする。

本発明において用いる精鍊炉は、好ましくは電気炉と転炉との兼用型の精鍊炉であって、スクラップを電極によるアーク加熱で溶解でき、アーク加熱でスクラップを溶解して得られた溶鉄を、酸素吹鍊により脱炭して溶鋼を製造する工程を実施できるものである。

電極で山積スクラップを溶解している時の電力効率は 95 %以上であるが、溶解が進んで電極下端が液体に接触し、未溶解スクラップが該液体（溶鋼）上面より下にしか存在しなくなると、電力効率は 45 %以下になってしまうことが確かめられたので、固体スクラップと電極が直接接触している間は電力を、直接接触しなくなったら酸素と化石燃料を使うということで、トータルのエネルギー効率の改善を図るものである。

さらに、これを改良して、予めスクラップを平坦に山積みにした状態で電力で溶解すると、初め電極に接触していた部分が溶解し、山積みスクラップの真中だけ孔を掘るように溶かされてボーリング状態になり、この状態で少なくともスクラップの 40 %が溶解するように電力で溶解する。かくしてスクラップの 40 %以上が溶解して得られた溶湯が融点以上の温度の顕熱を有すれば、酸素と化石燃料による溶解に移行しても、特に本出願人が提案した多量スラグ溶解法

(特開平 2 — 14 151 1号公報）により短時間で溶解できる。ちなみに、この溶解法のエネルギー効率を従来法と比較してみると、約 20 % 改善されることが確かめられた。

本発明において、スクラップ溶触炉の温度を 1300 以上に保つ理由は、ダイォキシンの沸点が 1300。Cより低いためであり、瞬時にこの温度に加熱すれば熱分解されるため、 1300 以上と規定した。

また、本発明において、集塵機前のダスト濃度を 40〜400 g / Nm ³ とした理由は、 40 g / Nm ³ 未満では熱分解により生成したダイォキシンを完全に吸着するには不十分な濃度であり、一方ダスト濃度が余り高過ぎると、溶融装置の集塵系の負荷が大きくなるとともに、環境汚染の問題もあることから、 400 g Z Nm ³ 程度の濃度が限界であるから、濃度の上限を 400 g _ Nm ³ と規定した。

溶解炉からの排ガスの温度は 1300〜2500°Cであるが、高温側はもつとい場合ちめる o

排ガス中のダストがダイォキシンを吸着するメカニズムは、もともと揮発分有機物であるから、これが高温のダスト鉄粉末に吸着する。なお、有機物の一部は溶解したり、ダスト中の成分と結合反応するものもあると考えられ、塩素は Hと結合して H C 1となる。

ダイォキシンを含む排ガス中には、塩化ビニール等に起因する有機物ガスが同時に含まれる。有機物の種類としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、ナフタリン、ホスゲン等が複数結合したものである。これらは、ダイォキシンと沸点が近いために、本発明によりダイォキシンを除去する過程で同時に除去することができる。実施例

実施例 1

2 0 トン上吹き転炉の上部水冷フードに連結して、内直径 1 . 5 m、長さ 8 m、傾斜角度 6. 5度の円筒型回転炉（ロータリーキルン）を設置し、さらに、回転炉上部に連結して、内直径 1 . 5 m、充填雇高さ 3. 5 mのシャフト炉を設置した。転炉で底吹きガス援拌しつつ上吹きランスより約 1 5 0 0 Nm³/Hrの速度で酸素を溶銑に吹き付けるとともに、コークスを連続的に添加し、コークスの燃焼熱でスクラップを溶解した。発生した C Oを 5 0〜 6 0 %含む排ガスは、上部水冷フードを経由して回転炉へと導かれ、 C Oガスの一部は回転炉入口で空気により C 0₂ まで燃焼されてスクラップを余熱した。

回転炉の回転数は約 2. 5 r p mで、スクラップの転炉への投人速度は約 2 0 ton/Hrとした。シャフト炉下部には一定量の予熱スクラップを切り出すための火格子と、それを回転炉へ送り出すプッシヤーとを設置した。転炉投入直前のスクラップ平均温度は 7 0 0〜 1 0 0 0 °C、シャフト炉出側のスクラップ平均温度は 3 0 0〜 6 0 o °cであった。この結果、転炉の炭材原単位は、予熱を実施しない場合に約 1 7 5 kg/tであつたのに対して、約 1 2 0 kg八となつた。実施例 2

2 0 トン電気炉に連結して、内直径 1 . 5 m、長さ 8 m、傾斜角度 6. 5度の円筒型回転炉（ロータリーキルン）を設置し、さらに、回転炉上部に連結して、内直径 1 . 5 m、充填層高さ 3. 5 mのシャフト炉を設置した。電気炉では、電気加熱するとともに、羽口および外部から挿入したランスより約 5 0 0 Nm³/Hrの速度で酸素を溶銑に吹き付けるとともに、微粉炭約 7 0 kg八を連続的に添加し、電氮加熱と炭材の燃焼熱でスクラッブを溶解した。発生した C Oを 5 0〜 6 0 %含む排ガスは、上部水冷フードを経由して回転炉へと導かれ、 C 0ガスの一部は回転炉入口で空気により C 0₂ まで燃焼されてスクラップを予熱した。

回転炉の回転数は約 2. 5 r p mで、スクラップの電気炉への投入速度は約 2 0 ton/Hrとした。シャフト炉下部には一定量の予熱スクラップを切り出すための火格子と、それを回転炉へ送り出すブッシヤーとを設置した。電気炉投入直前のスクラッブ平均温度は 5 0 0〜 8 0 0で、シャフト炉出側のスクラップ平均温度は 2 0 0〜 4 0 0 °Cであった。この結果、電気炉の電力原単位は、予熱を実施しない場合に約 3 9 0 kWH/t であったのに対して、約 2 0 0 kWH/t となった。

実施例 3

実施例 2 と同様に 2 0 トン電気炉に連結して円筒型回転炉（口一タリーキルン）を設置し、さらに、回転炉上部に連結してシャフト炉を設置した。電気炉では、電気加熱するとともに、羽口および外部から挿入したランスより約 5 0 0 Nm³/Hrの速度で酸素を溶銑に吹き付けるとともに、微粉炭約 7 0 kg/tを連続的に添加し、電気加熱と炭材の燃焼熱でスクラップを溶解した。発生した C Oを 5 0 〜 6 0 %含む排ガスは、上部水冷フードを経由して回転炉へと導かれ、 C Oガスの一部は回転炉入口で空気により C 0₂ まで燃焼されてスクラップを余熱し、さらに、シャフト炉へと導かれた。

シャフト炉入口で空気により C Oの一部は C 0₂ まで燃焼されてスクラップを予熱した。スクラップの内、約半量は直接、回転炉へ投入され 4 0 0〜 6 0 0 に予熱されつつ、連続的に溶解炉へと供給された。残量はシャフト炉へ装入され、電気炉操業中、常に、回転炉を経由して供給される排ガスにより 4 0 0〜 6 0 0 °Cに予熱された後、次チャージの操業開始直前に回転炉を経由して電気炉へ装入された。

スクラップの溶解速度は約 2 0 t on/H rであつたが、電力原単位は、予熱を実施しない場合に約 3 9 0 kWH/ t であったのに対して、約 2 0 0 kWH/ t となった。

実施例 4

2 0 トン電気炉の上部水冷フードに連結して円筒型回転炉を設置し、さらに、回転炉上部に連結してシャフト炉を設置した。電気炉では、電気加熱するとともに、羽口および外部から挿入したランスより約 5 0 0 Nm ³ /H rの速度で酸素を溶銑に吹き付けるとともに、微粉炭を連続的に添加し、電気加熱と炭材の燃焼熱でスクラップを溶解した。スクラップはシャフト炉、または回転炉へ供給されて連続的に水冷フードより電気炉へと供給された。発生した排ガスは、上部水冷フードの側面に設けられた排ガス吸引孔より吸引されガスク一ラーを経由して集塵機へと導かれた。

実施例 5

1 00 トン電気炉において、予熱したスクラップを 100 トン山積み後、直流電極を上から挿入し、造滓後、固体スクラップの溶解を開始した。固体スクラップの山の頂上部位が溶解 · 滴下して電気炉内底部に溶湯が溜まった。固体のスクラップの溶解量の増大につれてスクラップの山の高さが減少し、それに合わせて電極を降下していつた。固体スクラップのうち 60 %程度が溶湯になり、溶湯表面が次第に上昇して固体スクラップの山が溶湯表面下になつた時点で、電極を炉外上方に抜き出し、代わりに上方から送酸ランスを挿入して lOOOONm³ Zhで送酸し、炭材を炉肩部から 40kg添加した。この酸素と炭材の燃焼により溶湯は加熱され、溶湯中底部に溶け残っていた固体スクラップは完全に溶解した。その後、炭材の投入を止め、送酸を継続した桔果、炭素濃度 0.03%の溶鋼が製造できた。

実施例 6

前記実施例 5記載の方法において、 100トン電気炉の底部の中心を深くして、深くなつた底部に比較的小サイズの予熱したスクラッブ 50トン、周囲に大サイズのスクラップ 50トンを平たい山状に積んだ後、同様な操業を行った。

固体スクラップの内 55%程度が溶湯になつた時点で、電極を炉外上方に抜き出し、代わりに底吹き羽口および横吹き羽口から合計で 2500NBJ³ Zhで送酸し、微粉炭を横吹き羽口から 40kg添加した。酸素と炭材の燃焼により溶湯は加熱され、溶湯中底部に溶け残っていた固体スクラップは完全に溶解した。その後、炭材の投入を止め、送酸を継続した結果、炭素濃度 0.03%の溶鋼が 30分で製造できた。実施例 7

150 トン電気炉の底部の中心を深くし、深くなつた底部に比較的小サイズの予熱したスクラップ 100トン、周囲に大サイズのスクラッブ 50トンを平たく積んだ後、造滓して溶解操業を行った。

固体スクラップの内 40%程度が溶湯になった時点で、電極を炉外上方に抜き出し、代わりに吹酸ランスを上方から溶解炉内に挿入して溶湯表面に吹酸して FeOを生成させると同時に昇温し、底吹き羽口および横吹き羽口から合計で 100kgの微粉炭を添加した。溶け残つていた固体スクラップは完全に溶解した結果、炭素濃度 0.03%の溶鋼が 30分で製造できた。

実施例 8

同形状で炉底に 280mm 0 x 2 ビレットの炉底電極を有する 150 卜ン精鍊炉を 2つと、それらで共有する 1 つのトランス容量 100MVAの電源および 3Omin 0の電極 1 本と、送酸量 25000 Nm VH の能力の上吹き酸素ランス 1本を用いてスクラップ溶解 · 脱炭を行った。

精鍊炉 Aに電極を挿入してスクラップ溶解を行い、精鍊炉 Bでは先に溶解した溶銑にランスを用いて送酸して炭素濃度 3. 5 %から 0. 1 %まで、脱炭、脱りん（0. 05X →0. 01 ¾ P ) した。精鍊炉 Aの溶解が完了した時点で、電極を精鍊炉 Bに移し、精鍊炉 Bのランスを精鍊炉 Aに移した。これを 20分タップで交互に繰り返し操業した結果、 450 トン/ Hの溶鋼生産速度が得られた。

実施例 9

鉄系スクラップを予熱炉において溶着しない温度範囲の 8 0 0 X に連統的に予熱しながら、炉内温度を 1 3 0 0 °Cに保った溶解炉内に投入し、上吹きランスにより酸素を 1 5 0 0 0 Nm VH 吹いて、石炭を 1 3 0 k g Z t —メタルで投入してスクラップを 1 0 0 t / H で溶解する実験を行って、ダイォキシン成分を意図的に生成させ、本実験の効果を確認した。

予熱炉におけるスクラップの予熱は、溶解炉で発生する高温排ガスを予熱炉に導入して、さらに C 0ガス成分を着火燃焼（二次燃焼 ) させて行った。

予熱炉から排出される排ガスを、燃焼塔に導入して、導入口で排ガスを着火させて 8 0 0 °Cに加熱して、排ガス中のダイォキシン成分を熱分解し、ダストに吸着されるようにした。その後、水噴霧冷却塔により排ガスを 1 5 0 〜 2 0 0 °Cの範囲に急冷してダイォキシン成分の再晶出しないようにした。その温度のまま排ガスを乾式集塵機に通して、バグフィルタ一により分解したダイォキシン成分を吸着したダストを捕集した。

溶解時の炉内二次燃焼率をエネルギー効率から 6 0 %に保って溶解操業を行った。燃焼塔においては二次燃焼率 6 0 %の排ガスを排ガス導入口（燃焼塔の底部に配した）に設置した着火バーナーにより燃焼させて排ガス中の C O %を 5 O p p mにした。この時の燃焼熱により排ガスを 8 0 0てにまで加熱した。

その後、燃焼塔に隣接、連結した水噴霧冷却塔において、水を排ガスに噴霧し、排ガスを 1 5 0て Z秒の冷却速度で冷却すると共に、集塵機での結露を防止するため冷却後の排ガス温度を 1 5 0 に維持した。 1 5 0 に維持しながら排ガスを乾式濂過式集塵機に導入してダスト集塵した。燃焼塔は水冷却塔との間に、排ガスの熱を回収する熱回収設備を設置して、全体プロセスのエネルギー効率を改善してもよいが、この熱回収プロセスを介することにより、燃焼塔出側から熱回収設備を介して水冷却塔出側にいたる範囲の総合的な冷却速度が 8 0 0 〜 1 0 0 0 0 秒の範囲に入らない場合には、ダイォキシン濃度の削減効率が劣化（再生成が増大） · するので好ましくない。

溶解炉内に投入するスクラップの全体量に対する塩化ビニール量 (ダイォキシン成分の発生源）含有率を変化させることにより、予熱炉内で発生する排ガス中のダイォキシン濃度を 5 0〜 2 0 0 ng-T EQ/Nm³の間で変化させるために、シュレツグー屑および重量屑の混合率を 2 0〜 6 0 %、および 0 〜 6 0 %の間で変化させて実験を行つた。

この結果、本発明の燃焼塔および水冷却塔を使用しない場合には、乾式集塵機前の排ガス中のダイォキシン濃度が 1 0 0 ng- TEQ/Nm³ のとき、乾式集塵機通過後の排ガス中のダイォキシン濃度は 5 ng-T EQ/Nm³と 2 0分の 1 にとどまった。

これに対して、本発明の燃焼塔および水冷却塔を使用した場合には、燃焼塔の排ガス導入口における排ガス中のダイォキシン濃度がシュレッダー屑配合率 2 0 %かつ重量屑配合率 6 0 %の時に 5 0 ng -TEQ/Nm³の時、乾式集塵機通過後の排ガス中のダイォキシン濃度は 0 . 1 ng- TEQ/Nm³と 5 0 0分の 1 にまで削減できた。

さらに、燃焼塔の燃焼温度を 1 0 0 0 °Cに上げ、かつ冷却速度を 2 0 0 0 °Cノ秒にまで向上させた結果、燃焼塔の排ガス導入口における排ガス中のダイォキシン濃度がシュレッダー屑配合率 6 0 %の時に 2 0 0 ng- TEQ/Nm³の時、乾式集塵機通過後の排ガス中のダイォキシン濃度は 0 . 1 ng-TEQ/Nm³と 2 0 0 0分の 1 にまで削減できた o

実施例 10

予熱炉から 5 0 0 〜 6 0 0 °Cで排ガスを出し、冷却塔では 1 0 0 て以下で低い方がよいが、好ましくは 8 0 °C、さらに好ましくは 5 0 °Cにまで急冷した。

冷却方法は、間接冷却とし、排ガスの通路に水を循環する細管（ 1 0 mm以下）を張り巡らすか、排ガス通路を鉄鋼製にして外側に水をかけるなどの手段で行う。間接冷却のメリットは、直接冷却の場合に必要となる冷却水の中に溶解したダイォキシン成分の除去処理を省略できることである。

実施例 11

予熱プロセスを持たない溶解炉を用いて、炉内温度を 1300。Cに保つた溶解炉内にスクラップを直接投入しながら、上吹きランスにより酸素を 15000Nm³ 吹いて、石炭を 130kgZ T— メタルで投人してスクラップを 100TZHで溶解すると共に、排ガスを乾式集塵機により捕集した。集塵機前のダスト濃度を 40 g /Nm³ とした。

この結果、集塵機通過前にダイォキシンをダストに吸着させることが可能となり、集塵機により該ダストを集塵濾過した。

実施例 12 予熱プロセスを持たない溶解炉を用いて、炉内温度を 1500°Cに保つた溶解炉内にスクラップを直接投入しながら、上吹きランスにより酸素を lOOOONm³ 吹いて、石炭を 120kgZ T—メタルで投入してスクラップを 100T/Hで溶解すると共に、排ガスを乾式集塵機により捕集した。また、集塵機前のダスト濃度を 200 g /Nm³ とした。

この結果、集塵機通過前にダイォキシンをダス卜に吸着させることが可能となり、集塵機により該ダストを集塵濂過した。

比較例

スクラップを事前に 800で以上に予熱するプロセスを有する溶解炉内で、上吹きランスにより酸素を lOOONm³ ZH吹いて、石炭を 2 0kg /Tーメタルで投入するとともに、電極からアーク加熱することで、スクラップを 100TZHで溶解すると共に、排出ガスを乾式集塵機により捕集した。ダストの発生量は集塵機前の排ガス中の濃度で 15g ZNm³ であつた。

この結果、集塵機通過前にダイォキシンをダス卜に十分に吸着させることができなかったため、さらに、燃焼塔で完全燃焼させ、冷却塔で急冷させる処理を実施した。

実施例 13

予熱炉から出た排ガスの温度が 5 0 0 °C以上であったので、燃焼塔を省略（設置しないで）しても、熱分解したダイォキシン成分を排ガス中のダストに吸着できた。そこで予熱炉から排ガスを直接冷却塔に導入した。冷却塔では、 9 0 0 °CZ秒の冷却速度で間接冷却を行い、排ガス温度を 5 0 0 °Cから 5 0 °Cにまで 0 . 5秒で急冷した。これにより、熱分解したダイォキシン成分を排ガス中のダストに吸着させることができた。

これらのダストを、乾式濾過式集塵機のバグフィルターで濾過し実施例 14

通常では、予熱炉でダイォキシン成分は生成 · 検出されるが、特殊な場合には溶解炉（ 1 3 0 0 °C以上）においても排ガス中に、すでにダイォキシン成分が存在する場合があった。本実施例では、これを防止するために排ガス処理設備と溶解炉を直接連結としたものである。本実施例では、溶解炉と排ガス処理設備とを直接連結して、高いダイォキシン成分を含有した高温排ガスを冷却塔で急冷し、再生成を防止しながらダストに吸着させて濂過集塵した。

溶解炉から排ガスを直接冷却塔に導入した。冷却塔では、 9 0 0

°C Z秒の冷却速度で間接冷却を行い、排ガス温度を 5 0 0 °Cから 5 0 °Cにまで 0 . 5秒で急冷した。これにより、熱分解したダイォキシン成分を排ガス中のダス卜に吸着させることができた。

一方、予熱炉では、外側から壁を通して間接予熱する方式でスクラップを予熱した。産業上の利用可能性

以上の実施例の説明からも明らかなように、本発明によれば省ェネルギー、省資源化を達成し、高効率でスクラップ予熱 · 溶解 · 脱炭を実施することができるので、産業上に及ぼす効果はきわめて大きい。

Claims

請求の範囲

1 . 予熱したスクラップを主原料とする溶解炉と、該溶解炉から発生する排ガスを導入してスクラッブを予熱する予熱装置と、予熟後の排ガスを処理する排ガス処理装匱を有するスクラップの予熱 · 溶解装置において、該予熱装置がシャフト炉であって、かつ該シャフト炉の炉底側に回転炉を独立に連設して、該シャフト炉から払い出されるスクラップを一定速度で該回転炉内を移送させた後、該スクラップ溶解炉に投入することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解装置。

2 . 前記シャフト炉の炉底側に、該シャフト炉から払い出されるスクラッブを前記回転炉に押し込むブッシヤーを設けたことを特徴とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

3 . 前記シャフト炉の炉底側に、該シャフト炉から払い出されるスクラップを前記回転炉に供給する火格子を設けたことを特徵とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

4 . 前記溶解炉に、酸素導入手段としてランスまたは羽口を有することを特徴とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 ' 溶解装置。

5 . 前記溶解炉が、電気炉であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

6 . 前記溶解炉が、酸素上吹き転炉であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

7 . 前記排ガス処理装置が、排ガス中のダイォキシンを分解させる燃焼塔、燃焼排ガスを冷却するための冷却塔、および集塵機を有することを特徴とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 · 溶解装置。

8 . 前記集塵機が、乾式集塵機であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 ·溶解装置。

9 . 前記排ガス処理装置は、さらに前記予熱装置の排ガスを直接処理するために、前記予熱装置が冷却塔を介して集塵機に直接連通する排ガス経路を有することを特徴とする請求の範囲 1 に記載のスクラップの予熱 · 溶解装匱。

10. 請求の範囲 1 において、さらに前記溶解炉の排ガスを直接処理するために、前記溶解炉が排ガス処理装置に直接連通する排ガス経路を有することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解装置。

1 1. 溶解炉で予熱したスクラップを主原料として溶解し溶鉄を得る際に発生する排ガスを予熱用ガスとして利用し、かつ予熱後の排ガスを処理するスクラップの予熱方法において、溶解炉に連接した回転炉と、該回転炉に連接したシャフト炉に上方側からスクラップを装入し、下方側から排ガスを供給し、該シャフト炉で下方側出口温度がスクラップ表面の溶着を生じる温度未満の温度域に保持しながら予熱して、その後回転炉に一定速度で搬送しながら、該回転炉の出口の温度がスクラップ表面の溶着を生ずる温度以上の温度域に保持しながら順次予熱して、該溶解炉に供給することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

12. 請求の範囲 1 1において、予熱後の排ガスの処理として、燃焼塔における温度が 800 °C以上、 COガス濃度が 500 p pm以下になるように排ガスを燃焼して加熱し、さらに冷却後の排ガス温度を結露のない 1 5 0〜 2 0 0 °Cの範囲とし、かつ冷却速度を 8 0 0 °C /秒以上で水冷却することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

1 3. 請求の範囲 1 1において、予熱後の排ガスの処理として、予熱炉から排出される排ガスを冷却塔にて、 1 0 0 °C以下に冷却した後、集塵機に導入することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法

14. 請求の範囲 1 1から 13のいずれかにおいて、全スクラップ量の 30〜70 %をシャフト炉で前チャ一ジの排ガスによつて予熱したものを使用し、これを溶解炉へ山積みした後、電極を挿入して溶解を開始し、その後残量のスクラップを回転炉から連続的に溶解炉へ装入することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

15. 請求の範囲 1 1から 14のいずれかにおいて、スクラップを山積み後、電極で溶解を開始し、フラットバス化する時点、あるいはスクラップの山が見えなくなる 40 %溶解の時点で、電極を炉外へ引出し、その代わりにランスまたは羽口から吹酸を開始し、炭材を添加しながら残りの固体スクラップを溶解した後、該炭材の投入を止め、継続して酸素吹酸により脱炭して溶網を製造することを特徴とするスクラップの予熱 ·溶解方法。

16. 請求の範囲 1 1または 13から 15のいずれかにおいて、ダイォキシンを含有する 100 °C以下のスクラップを 1300°C以上に保たれたスクラップ溶解炉に投入し、排ガスを未燃焼状態で回収することを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。

17. 請求の範囲 1 1から 16のいずれかにおいて、排ガス処理装置の集塵機前のダスト濃度を 40〜400 g / Nm ³ とすることを特徴とするスクラップの予熱 · 溶解方法。