電気製錬炉
【課題】ＺｎＯ含有量が多い酸化物からなる原料を溶融還元する場合であっても、火炎噴き出し現象の発生を極小化して安全に且つ効率よく所望の溶湯を得ることができる酸化物原料溶融・還元用の電気製錬炉を提供する。
【解決手段】炉本体１２と、炉蓋１４と、下流端が前記炉蓋１４に開設された原料投入口１４ａに嵌挿された投原管１６と、炉蓋１４を上下方向に貫通して配置された電極１８と、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２とを備えた電気製錬炉１０であって、炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃには、排ガス出口１４ｃから炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退し、炉本体１２内に形成された酸化物原料の棚ｔを打撃する棚落とし装置２０が設けられると共に、ロストルダンパー４２には、ロストルダンパー４２の開度を遠隔操作するロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられていることを特徴とする。
【解決手段】炉本体１２と、炉蓋１４と、下流端が前記炉蓋１４に開設された原料投入口１４ａに嵌挿された投原管１６と、炉蓋１４を上下方向に貫通して配置された電極１８と、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２とを備えた電気製錬炉１０であって、炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃには、排ガス出口１４ｃから炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退し、炉本体１２内に形成された酸化物原料の棚ｔを打撃する棚落とし装置２０が設けられると共に、ロストルダンパー４２には、ロストルダンパー４２の開度を遠隔操作するロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼副生物の溶融、還元に使用される電気製錬炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源などの観点から、製鋼工程で発生する製鋼ダスト、焼鈍工程で発生するスケール、及び酸洗工程で発生する廃酸スラッジ等を原料(酸化物原料)として用い、これをブリケット状に成形した材料(以下、単に「ブリケット」とも云う。)を電気製錬炉で溶融還元してＮｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ等の有価金属を回収することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、このような有価金属の回収に用いられる従来の電気製錬炉１を示す概略図である。この図が示すように電気製錬炉１は、大略、炉本体３、炉蓋４、投原管５及び電極７で構成されている。
【０００４】
炉本体３は、被加熱物であるブリケットｍが供給され且つ溶融される上部開口容器であり、この炉本体３の上部開口を密閉する炉蓋４には、ブリケットｍなどの原料を投入するための投原管５の下流端が嵌挿されている。また、この炉本体３には、炉蓋４を貫通し、その先端が炉本体３内に配置されると共に、電極昇降装置９によって昇降可能に支持された黒鉛からなる複数の電極７が取り付けられている。そして、この電極７に電力を供給することによって炉本体３内の電極７を通してブリケットｍに電流が流れてジュール熱が発生し、該ブリケットｍを加熱溶融するようになっている。
【０００５】
この電気製錬炉１を用いて製鋼ダスト、スケール及び廃酸スラッジ等の酸化物からなる原料のブリケットｍから有価金属を回収する際には、当該ブリケットｍに必要に応じて炭材や、生成スラグの流動性を調整する調整材(例えば石灰など)を配合した後、これらを炉本体３内に投入して加熱する。すると、ブリケットｍを構成する酸化物原料が溶融すると共にブリケットｍに内在する或いは炭材として添加されたＣ(炭素)によって還元され、メタル分とスラグ分とに分離し、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ等の有価金属が回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４０１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の電気製錬炉１では、炉蓋４に嵌挿されている投原管５の内部は、原料が常に充填された状態になっている。即ち、炉内原料層は投原管５の下端まであり、電気加熱により原料が溶融して体積が減少した分だけ炉上の原料ホッパーＨより投原管５を介して常に原料が補充される構造となっている。従って、炉内原料層の厚みは、炉内への投原管５の挿入長さに依存し、炉内状況に応じて変化させることは出来ない。
【０００８】
ところで、酸化物からなる原料のブリケットｍを溶融還元する際に、ある頻度で溶湯Ｓの突沸現象が発生する。特に、ブリケットｍ中のＺｎＯ(酸化亜鉛)含有量が多い場合には、以下のようなメカニズムで火炎噴き出し現象が起こり易くなる。
【０００９】
すなわち、ブリケットｍ中のＺｎＯは、Ｃで還元されるとＺｎとなり９００℃程度で蒸発する。すると、蒸発したＺｎが炉本体３内の空気中の酸素によって再び酸化されてＺｎＯになると共に、炉本体３内の上部に存在するブリケットｍに付着して固化する。
【００１０】
ここで、炉蓋４の天井部に開設された排ガス出口４ａの近傍では、周囲の２次空気取込口(図示せず)から取り入れた空気中の酸素によって再び酸化されたＺｎＯがブリケットｍに付着して固化する際に、隣接するブリケットｍ同士を接合させて、原料層内に棚ｔを形成させる。
【００１１】
そして、このブリケットｍとＺｎＯとからなる棚ｔが或る大きさにまで成長し自重に耐えられなくなって溶湯Ｓ中に落下すると、Ｃによる急激な還元反応によってＣＯ(一酸化炭素)が発生すると共に、ブリケットｍの残留水分が急激に気化して溶湯Ｓ内で小爆発が起こり、２次空気取込口から火炎が噴き出すようになる。
【００１２】
このような火炎噴き出し現象が起こると、電気製錬炉１周辺の作業環境が危険に曝されるようになるのに加え、炉本体３や炉蓋４が損傷すると共に、回収される有価金属の配合割合や歩留まりにも変化が生じるようになるという問題もあった。
【００１３】
ここで、従来の電気製錬炉１では、炉本体３内に挿入された投原管５の挿入長さが短いと、炉内原料層が厚くなる結果、当該原料層の上下での温度差が大きくなり、棚ｔが成長しやすくなる。一方、棚ｔの成長を抑制する為には投原管５の挿入長さを長くすればよいが、そうすると、炉内原料層が薄くなる結果、当該原料層上面まで高温となり、エネルギーロスが大きくなるだけでなく、投原管５の先端部が高温に曝され、投原管５の寿命が著しく短くなる。従って、最良の操業形態としては、棚ｔが成長した際には炉内原料層を薄くして棚ｔの成長を抑え、操業が安定している時は炉内原料層を厚くし、エネルギーロスや耐火物への負荷を抑制することが望ましいのであるが、従来の電気製錬炉１では、このような操業中に炉内原料層の厚みを変化させることは出来なかった。
【００１４】
なお、整備などのために炉本体３内への原料供給をストップさせたり、逆に、供給をスタートさせる際には、投原管５の中間部に設けられたロストルダンパー５ａ（図３参照）を操業員が手動で開閉操作することが可能になっている。しかし、操業中に原料供給量を制御して火炎噴き出し現象を抑える目的で、ロストルダンパー５ａを操作することは危険であり、安全上問題であった。そのため、従来、上記火炎噴き出し現象を回避する方法としては、例えば、原料中のＺｎＯ含有量を制限する等の対策が行なわれていたが、この方法は、投入原料の前処理のため、コストアップになるという問題があった。
【００１５】
それゆえに、本発明の主たる課題は、ＺｎＯ含有量が多い酸化物からなる原料を溶融還元する場合であっても、火炎噴き出し現象の発生を極小化して安全に且つ効率よく所望の溶湯を得ることができる酸化物原料の溶融・還元用の電気製錬炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載した発明は、
（ａ）内部で酸化物原料を溶融させる炉本体１２と、前記炉本体１２の上部を閉塞するように設けられた炉蓋１４と、下流端が前記炉蓋１４に開設された原料投入口１４ａに嵌挿され、前記炉本体１２内に酸化物原料を導入する投原管１６と、前記炉蓋１４を上下方向に貫通して配置された電極１８とを備えた電気製錬炉１０であって、
（ｂ）前記炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃには、前記排ガス出口１４ｃから前記炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退し、前記炉本体１２内に形成された酸化物原料の棚ｔを打撃する棚落とし装置２０が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明では、炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃの近傍に、該排ガス出口１４ｃから炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退する棚落とし装置２０が設けられているので、ＺｎＯ含有量が多い酸化物原料を溶融還元する際、排ガス出口１４ｃの近傍に形成される酸化物原料の棚ｔ(図３参照)が自重で溶湯Ｓ中に落下して火炎噴き出し現象を生じさせる大きさに成長する前に、当該棚ｔを溶湯Ｓ中に叩き落して安全に溶融させることができる。
【００１８】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の電気製錬炉１０において、
（ｃ）前記投原管１６の中間部にロストルダンパー４２が設けられると共に、
（ｄ）前記ロストルダンパー４２には、当該ロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作して、前記炉本体１２内に形成される酸化物原料の棚ｔの成長を抑制するように、前記炉本体１２内へと投入される酸化物原料の量を自在にコントロールするロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられている
ことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明では、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２に、当該ロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作するロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられているので、操業中にロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作して炉本体１２内に投入する酸化物原料の供給量を制御し、炉内原料層の厚みを自在にコントロールすることができる。このように炉内原料層の厚みをコントロールすることで、該原料層の温度を棚ｔが生成しにくい温度にして、棚ｔの成長を抑えることができると共に、仮に火炎噴き出し現象が生じたとしても、ロストルダンパー４２を遠隔から閉操作して炉本体１２内に投入する酸化物原料を絞り、火炎噴き出し現象を抑えることができる。なお、このようなロストルダンパー遠隔操作装置２２を設けることによって、操業員が炉上のロストルダンパー４２の所まで出向いて当該ダンパー４２を手動操作する必要がないので、火炎噴き出し現象が生じた場合であっても極めて安全にロストルダンパー４２を操作することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電気製錬炉の火炎噴き出し現象を極小化することができるので、電気製錬炉周辺の作業環境が危険に曝されることや、炉本体が損傷するのを効果的に抑制することが出来ると共に、溶湯中に回収される有価金属の配合割合や歩留まりに変化が生じるのを低減することができる。
【００２１】
したがって、ＺｎＯ含有量が多い酸化物からなる原料を溶融還元する場合であっても、火炎噴き出し現象の発生を極小化して安全に且つ効率よく所望の溶湯を得ることができる酸化物原料の溶融・還元用の電気製錬炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例の電気製錬炉の概要を示す構成図である。
【図２】棚落とし装置の一例を示す斜視図である。
【図３】従来の電気製錬炉の概要を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は、本発明における一実施例の電気製錬炉１０の概要を示す構成図である。この図が示すように、本実施例の電気製錬炉１０は、大略、炉本体１２,炉蓋１４，投原管１６(及びこれに付帯するロストルダンパー４２)，電極１８，棚落とし装置２０及びロストルダンパー遠隔操作装置２２で構成されている。
【００２４】
炉本体１２は、カーボンスタンプなどの耐火物２４で構成され、その内部で酸化物原料を溶融させて溶湯Ｓを得る上部開口容器である。この炉本体１２の炉底部側壁には、該側壁を貫通して炉本体１２内で溶融させた酸化物原料の溶湯Ｓを取り出すための出湯路１２ａが設けられており、出湯路１２ａの側壁外面側の開口部分、すなわちタップ口１２ｂには、当該タップ口１２ｂを開閉するタップ口開閉装置２５が取り付けられている。また、タップ口１２ｂの上方には、タップ口１２ｂから溶湯Ｓを吐出させる際に生じるダストを取り除くためのタップ口集塵機２６が取り付けられており、このタップ口集塵機２６には、ダンパー２８を介して図示しないサイクロン集塵機や有害ガス除去装置などが接続されている。さらに、炉本体１２の炉底外面には、空冷ジャケット１２ｃが取り付けられており、空冷ファンＦから送給される空気によって炉底が冷却されるようになっている。そして、この炉本体１２の上部は、炉蓋１４によって密閉されている。
【００２５】
なお、図１中の符号３０ａ及び３０ｂは、タップ口１２ｂから取り出された溶湯Ｓを案内する出湯樋であり、符号３２は取鍋、符号３４はスラグ受けである。また、符号３６ａは炉本体１２の炉底の温度を計測する熱電対であり、符号３６ｂは、炉本体１２の側壁の温度を計測する熱電対である。
【００２６】
炉蓋１４は、ステンレスなどの金属で形成された外皮１４ａの内側をアルミナ系耐火物などの耐火物３８で被覆して形成された蓋体である。
【００２７】
この炉蓋１４の略中央部には、１又は複数の原料投入孔１４ａが開設されており、この原料投入孔１４ａのそれぞれに後述する投原管１６の下流端が嵌挿されている。また、炉蓋１４の略中央部における原料投入孔１４ａ近傍の位置には、後述する電極１８が挿通される１又は複数の電極挿通孔１４ｂが開設されている。さらに、炉蓋１４の外周部には、１又は複数の排ガス出口１４ｃや点検口兼２次空気取込口(図示せず)が開設されており、このうち排ガス出口１４ｃには、フランジなどの取付手段を介してＴ管継手４０が取り付けられている。なお、図１中の符号３６ｃは、炉蓋１４が取り付けられた炉本体１２の内部空間上部の温度を計測する熱電対である。
【００２８】
そして、炉本体１２に取り付けられた炉蓋１４の上方には、予め有価金属の配合割合が所定のものとなるように調整されたブリケットｍなどの酸化物原料を貯える原料ホッパーＨが１又は複数設置されている。この各原料ホッパーＨには、原料ホッパーＨ内に貯えた酸化物原料の重量変化を検出するロードセル４１が取り付けられており、このロードセル４１が検出した原料ホッパーＨ内の重量変化の検出信号は、図示しない信号線を介して後述する制御手段６４へと与えられるようになっている。
【００２９】
投原管１６は、原料ホッパーＨに貯えられたブリケットｍなどの酸化物原料を炉本体１２内へと案内するための配管であり、上述したようにその下流端が炉蓋１４に設けられた原料投入孔１４ａに嵌挿されている。
【００３０】
この投原管１６の中間部分には、投原管１６の内部を横切るように設置された複数のシャフト(図示せず)を出し入れすることによって投原管１６の内部を通過させ炉本体１２内に投入する原料金属の量を制御するロストルダンパー４２が取り付けられている。
【００３１】
電極１８は、主として黒鉛によって構成され、炉本体１２内に投入された酸化物原料を加熱溶融するために、供給された電力により、酸化物原料に高温のジュール熱を発生させるものである。この電極１８は、電極昇降装置４２によって昇降可能に支持されると共に、その先端が炉蓋１４に設けられた電極挿通孔１４ｂに挿入され炉本体１２内に配置されるようになっている。
【００３２】
ここで、電極１８に供給される電力として三相交流を使用する場合には、この電極１８が３本設けられることになる。一方、電力として直流のものを使用する場合には、この電極１８が１又は複数本設けられると共に、炉本体１２の炉底に図示しない底部電極が設けられることになる。
【００３３】
棚落とし装置２０は、ＺｎＯ含有量が多い酸化物原料を溶融還元する際に排ガス出口１４ｃ近傍に生じる酸化物原料の棚を打撃して溶湯Ｓ内に叩き落す装置であり、図２に示すように、大略、支持フレーム４４，ガイドレール４６，打撃シャフト４８及び駆動装置５０などで構成されている。
【００３４】
支持フレーム４４は、炉蓋１４近傍の天井面やラックなどに吊設されてガイドレール４６を支持するものであり、その下端部には、ガイドレール４６が連結されるガイドレール連結部材５２の一端が揺動可能に取り付けられている。
【００３５】
ガイドレール４６は、打撃シャフト４８をその進退方向に案内する水平断面略Ｈ字状のレール部材で、その長手方向一端(図２における下端)の背面側(図２における手前側)がガイドレール連結部材５２の他端に軸着されている。また、ガイドレール４６の長手方向一端の正面側(図２における奥側)には、打撃シャフト４８が挿通され、該打撃シャフト４８の進退をガイドするガイドセル５４が取り付けられると共に、ガイドレール４６の長手方向他端(図２における上端)には、駆動装置５０が取り付けられている。そして、このガイドレール４６の背面中間部に設けられた中間連結部５６とガイドレール連結部材５２とがガイドセル左右シリンダー５８によってリンク結合されており、これによりガイドレール４６(更に云えば打撃シャフト４８の軸)がガイドレール連結部５２の揺動方向と交差する方向に左右１０°ずつ揺動できるようになっている。
【００３６】
打撃シャフト４８は、ステンレスなどの金属材料で構成された棒状の部材で、その下端側がガイドセル５４に挿通されると共に、その上端側が後述する駆動装置５０のエアブレーカー６０を介してガイドレール４６の正面側に取り付けられている。
【００３７】
駆動装置５０は、打撃シャフト４８をガイドレール４６に沿って進退駆動させる装置で、ガイドレール４６の正面側にて該ガイドレール４６に沿って移動可能に取り付けられ且つ前記打撃シャフト４８の上端が接続されると共に、該打撃シャフト４８に打撃力を与えるエアブレーカー６０と、打撃シャフト４８と共にガイドレール４６下端側に移動したエアブレーカー６０を図示しないチェーンフィードによりホームポジションであるガイドレール４６の上端側へと引き上げるエアフィードモーター６２とを有する。
【００３８】
以上のように構成された棚落とし装置２０は、図１に示すように、炉蓋１４の排ガス出口１４ｃの近傍に配置され、打撃シャフト４８がＴ管継手４０の上部開口４０ａから排ガス出口１４ｃを通過して炉本体１２内へと進入するように設置される。なお、Ｔ管継手４０の側面開口４０ｂは、排ガスの通流路(図示せず)に接続されている。
【００３９】
ロストルダンパー遠隔操作装置２２は、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作するためのもので、ロストルダンパー４２を開閉操作するエアシリンダー２２ａを有する。このエアシリンダー２２ａには、信号線Ｌ１等を介して遠隔に設置した制御手段６４から所定の制御信号等が与えられるようになっており、当該信号等によってエアシリンダー２２ａが所定の動作を行ないロストルダンパー４２が開閉操作される。
【００４０】
なお、この制御手段６４には、信号線Ｌ２等を介して棚落とし装置２０にも所定の制御信号等が与えられるようになっている。つまり、棚落とし装置２０もロストルダンパー４２と同様に制御手段６４によって遠隔操作できるようになっている。
【００４１】
次に、以上のように構成された電気製錬炉１０の作用について説明する。電気製錬炉１０を用いて製鋼ダスト、スケール及び廃酸スラッジ等の酸化物からなる酸化物原料を溶融還元して有価金属を回収する際には、まず始めに前記酸化物原料を図示しないブリケット製造装置に投入し、該原料のブリケットｍを造粒する。このブリケットｍには必要に応じて炭材や生成スラグの流動性を調整する調整材を配合した後、これらを炉本体１２内に投入する。
【００４２】
続いて、電極１８に電力を投入してジュール熱を発生させ、ブリケットｍを加熱する。炉本体１２内を概ね１５００℃程度の高温まで加熱することにより、ブリケットｍを構成する酸化物原料が溶融すると共にブリケットｍに内在する或いは炭材として添加されたＣ(炭素)によって還元され、メタル分とスラグ分とに分離し、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ等の有価金属が回収される。
【００４３】
ここで、本実施例の電気製錬炉１０では、炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃの近傍に、該排ガス出口１４ｃから炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退する棚落とし装置２０が設けられているので、ＺｎＯ含有量が多い酸化物原料を溶融還元する際、冷気の入り口となる排ガス出口１４ｃの近傍に形成される酸化物原料の棚ｔが自重で溶湯Ｓ中に落下して火炎噴き出し現象を生じさせる大きさに成長する前に、当該棚ｔを溶湯Ｓ中に叩き落として安全に溶融させることができる。
【００４４】
また、炉上の原料ホッパーＨにはロードセル４１が設置されており、該原料ホッパーＨ内の原料の重量変化を検出することができる。そして、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２に、ロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作するロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられているので、原料ホッパーＨ内の酸化物原料の重量を見ながらロストルダンパー４２を遠隔操作することにより、炉内原料層の厚みを自在にコントロールすることができる。このように炉内原料層の厚みをコントロールすることで、該原料層の温度を棚ｔが生成しにくい温度にして、棚ｔの成長を抑えるとともに、仮に火炎噴き出し現象が生じたとしても、ロストルダンパー４２を遠隔から閉操作して炉本体１２内に投入する酸化物原料を絞り、火炎噴き出し現象を抑えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…電気製錬炉
１２…炉本体
１４…炉蓋
１６…投原管
１８…電極
２０…棚落とし装置
２２…ロストルダンパー遠隔操作装置
２２ａ…エアシリンダー
４２…ロストルダンパー
４４…支持フレーム
４６…ガイドレール
４８…打撃シャフト
５０…駆動装置
ｍ…ブリケット
Ｓ…溶湯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼副生物の溶融、還元に使用される電気製錬炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源などの観点から、製鋼工程で発生する製鋼ダスト、焼鈍工程で発生するスケール、及び酸洗工程で発生する廃酸スラッジ等を原料(酸化物原料)として用い、これをブリケット状に成形した材料(以下、単に「ブリケット」とも云う。)を電気製錬炉で溶融還元してＮｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ等の有価金属を回収することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、このような有価金属の回収に用いられる従来の電気製錬炉１を示す概略図である。この図が示すように電気製錬炉１は、大略、炉本体３、炉蓋４、投原管５及び電極７で構成されている。
【０００４】
炉本体３は、被加熱物であるブリケットｍが供給され且つ溶融される上部開口容器であり、この炉本体３の上部開口を密閉する炉蓋４には、ブリケットｍなどの原料を投入するための投原管５の下流端が嵌挿されている。また、この炉本体３には、炉蓋４を貫通し、その先端が炉本体３内に配置されると共に、電極昇降装置９によって昇降可能に支持された黒鉛からなる複数の電極７が取り付けられている。そして、この電極７に電力を供給することによって炉本体３内の電極７を通してブリケットｍに電流が流れてジュール熱が発生し、該ブリケットｍを加熱溶融するようになっている。
【０００５】
この電気製錬炉１を用いて製鋼ダスト、スケール及び廃酸スラッジ等の酸化物からなる原料のブリケットｍから有価金属を回収する際には、当該ブリケットｍに必要に応じて炭材や、生成スラグの流動性を調整する調整材(例えば石灰など)を配合した後、これらを炉本体３内に投入して加熱する。すると、ブリケットｍを構成する酸化物原料が溶融すると共にブリケットｍに内在する或いは炭材として添加されたＣ(炭素)によって還元され、メタル分とスラグ分とに分離し、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ等の有価金属が回収される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４０１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の電気製錬炉１では、炉蓋４に嵌挿されている投原管５の内部は、原料が常に充填された状態になっている。即ち、炉内原料層は投原管５の下端まであり、電気加熱により原料が溶融して体積が減少した分だけ炉上の原料ホッパーＨより投原管５を介して常に原料が補充される構造となっている。従って、炉内原料層の厚みは、炉内への投原管５の挿入長さに依存し、炉内状況に応じて変化させることは出来ない。
【０００８】
ところで、酸化物からなる原料のブリケットｍを溶融還元する際に、ある頻度で溶湯Ｓの突沸現象が発生する。特に、ブリケットｍ中のＺｎＯ(酸化亜鉛)含有量が多い場合には、以下のようなメカニズムで火炎噴き出し現象が起こり易くなる。
【０００９】
すなわち、ブリケットｍ中のＺｎＯは、Ｃで還元されるとＺｎとなり９００℃程度で蒸発する。すると、蒸発したＺｎが炉本体３内の空気中の酸素によって再び酸化されてＺｎＯになると共に、炉本体３内の上部に存在するブリケットｍに付着して固化する。
【００１０】
ここで、炉蓋４の天井部に開設された排ガス出口４ａの近傍では、周囲の２次空気取込口(図示せず)から取り入れた空気中の酸素によって再び酸化されたＺｎＯがブリケットｍに付着して固化する際に、隣接するブリケットｍ同士を接合させて、原料層内に棚ｔを形成させる。
【００１１】
そして、このブリケットｍとＺｎＯとからなる棚ｔが或る大きさにまで成長し自重に耐えられなくなって溶湯Ｓ中に落下すると、Ｃによる急激な還元反応によってＣＯ(一酸化炭素)が発生すると共に、ブリケットｍの残留水分が急激に気化して溶湯Ｓ内で小爆発が起こり、２次空気取込口から火炎が噴き出すようになる。
【００１２】
このような火炎噴き出し現象が起こると、電気製錬炉１周辺の作業環境が危険に曝されるようになるのに加え、炉本体３や炉蓋４が損傷すると共に、回収される有価金属の配合割合や歩留まりにも変化が生じるようになるという問題もあった。
【００１３】
ここで、従来の電気製錬炉１では、炉本体３内に挿入された投原管５の挿入長さが短いと、炉内原料層が厚くなる結果、当該原料層の上下での温度差が大きくなり、棚ｔが成長しやすくなる。一方、棚ｔの成長を抑制する為には投原管５の挿入長さを長くすればよいが、そうすると、炉内原料層が薄くなる結果、当該原料層上面まで高温となり、エネルギーロスが大きくなるだけでなく、投原管５の先端部が高温に曝され、投原管５の寿命が著しく短くなる。従って、最良の操業形態としては、棚ｔが成長した際には炉内原料層を薄くして棚ｔの成長を抑え、操業が安定している時は炉内原料層を厚くし、エネルギーロスや耐火物への負荷を抑制することが望ましいのであるが、従来の電気製錬炉１では、このような操業中に炉内原料層の厚みを変化させることは出来なかった。
【００１４】
なお、整備などのために炉本体３内への原料供給をストップさせたり、逆に、供給をスタートさせる際には、投原管５の中間部に設けられたロストルダンパー５ａ（図３参照）を操業員が手動で開閉操作することが可能になっている。しかし、操業中に原料供給量を制御して火炎噴き出し現象を抑える目的で、ロストルダンパー５ａを操作することは危険であり、安全上問題であった。そのため、従来、上記火炎噴き出し現象を回避する方法としては、例えば、原料中のＺｎＯ含有量を制限する等の対策が行なわれていたが、この方法は、投入原料の前処理のため、コストアップになるという問題があった。
【００１５】
それゆえに、本発明の主たる課題は、ＺｎＯ含有量が多い酸化物からなる原料を溶融還元する場合であっても、火炎噴き出し現象の発生を極小化して安全に且つ効率よく所望の溶湯を得ることができる酸化物原料の溶融・還元用の電気製錬炉を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載した発明は、
（ａ）内部で酸化物原料を溶融させる炉本体１２と、前記炉本体１２の上部を閉塞するように設けられた炉蓋１４と、下流端が前記炉蓋１４に開設された原料投入口１４ａに嵌挿され、前記炉本体１２内に酸化物原料を導入する投原管１６と、前記炉蓋１４を上下方向に貫通して配置された電極１８とを備えた電気製錬炉１０であって、
（ｂ）前記炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃには、前記排ガス出口１４ｃから前記炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退し、前記炉本体１２内に形成された酸化物原料の棚ｔを打撃する棚落とし装置２０が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１７】
この発明では、炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃの近傍に、該排ガス出口１４ｃから炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退する棚落とし装置２０が設けられているので、ＺｎＯ含有量が多い酸化物原料を溶融還元する際、排ガス出口１４ｃの近傍に形成される酸化物原料の棚ｔ(図３参照)が自重で溶湯Ｓ中に落下して火炎噴き出し現象を生じさせる大きさに成長する前に、当該棚ｔを溶湯Ｓ中に叩き落して安全に溶融させることができる。
【００１８】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の電気製錬炉１０において、
（ｃ）前記投原管１６の中間部にロストルダンパー４２が設けられると共に、
（ｄ）前記ロストルダンパー４２には、当該ロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作して、前記炉本体１２内に形成される酸化物原料の棚ｔの成長を抑制するように、前記炉本体１２内へと投入される酸化物原料の量を自在にコントロールするロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられている
ことを特徴とするものである。
【００１９】
この発明では、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２に、当該ロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作するロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられているので、操業中にロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作して炉本体１２内に投入する酸化物原料の供給量を制御し、炉内原料層の厚みを自在にコントロールすることができる。このように炉内原料層の厚みをコントロールすることで、該原料層の温度を棚ｔが生成しにくい温度にして、棚ｔの成長を抑えることができると共に、仮に火炎噴き出し現象が生じたとしても、ロストルダンパー４２を遠隔から閉操作して炉本体１２内に投入する酸化物原料を絞り、火炎噴き出し現象を抑えることができる。なお、このようなロストルダンパー遠隔操作装置２２を設けることによって、操業員が炉上のロストルダンパー４２の所まで出向いて当該ダンパー４２を手動操作する必要がないので、火炎噴き出し現象が生じた場合であっても極めて安全にロストルダンパー４２を操作することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電気製錬炉の火炎噴き出し現象を極小化することができるので、電気製錬炉周辺の作業環境が危険に曝されることや、炉本体が損傷するのを効果的に抑制することが出来ると共に、溶湯中に回収される有価金属の配合割合や歩留まりに変化が生じるのを低減することができる。
【００２１】
したがって、ＺｎＯ含有量が多い酸化物からなる原料を溶融還元する場合であっても、火炎噴き出し現象の発生を極小化して安全に且つ効率よく所望の溶湯を得ることができる酸化物原料の溶融・還元用の電気製錬炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例の電気製錬炉の概要を示す構成図である。
【図２】棚落とし装置の一例を示す斜視図である。
【図３】従来の電気製錬炉の概要を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。図１は、本発明における一実施例の電気製錬炉１０の概要を示す構成図である。この図が示すように、本実施例の電気製錬炉１０は、大略、炉本体１２,炉蓋１４，投原管１６(及びこれに付帯するロストルダンパー４２)，電極１８，棚落とし装置２０及びロストルダンパー遠隔操作装置２２で構成されている。
【００２４】
炉本体１２は、カーボンスタンプなどの耐火物２４で構成され、その内部で酸化物原料を溶融させて溶湯Ｓを得る上部開口容器である。この炉本体１２の炉底部側壁には、該側壁を貫通して炉本体１２内で溶融させた酸化物原料の溶湯Ｓを取り出すための出湯路１２ａが設けられており、出湯路１２ａの側壁外面側の開口部分、すなわちタップ口１２ｂには、当該タップ口１２ｂを開閉するタップ口開閉装置２５が取り付けられている。また、タップ口１２ｂの上方には、タップ口１２ｂから溶湯Ｓを吐出させる際に生じるダストを取り除くためのタップ口集塵機２６が取り付けられており、このタップ口集塵機２６には、ダンパー２８を介して図示しないサイクロン集塵機や有害ガス除去装置などが接続されている。さらに、炉本体１２の炉底外面には、空冷ジャケット１２ｃが取り付けられており、空冷ファンＦから送給される空気によって炉底が冷却されるようになっている。そして、この炉本体１２の上部は、炉蓋１４によって密閉されている。
【００２５】
なお、図１中の符号３０ａ及び３０ｂは、タップ口１２ｂから取り出された溶湯Ｓを案内する出湯樋であり、符号３２は取鍋、符号３４はスラグ受けである。また、符号３６ａは炉本体１２の炉底の温度を計測する熱電対であり、符号３６ｂは、炉本体１２の側壁の温度を計測する熱電対である。
【００２６】
炉蓋１４は、ステンレスなどの金属で形成された外皮１４ａの内側をアルミナ系耐火物などの耐火物３８で被覆して形成された蓋体である。
【００２７】
この炉蓋１４の略中央部には、１又は複数の原料投入孔１４ａが開設されており、この原料投入孔１４ａのそれぞれに後述する投原管１６の下流端が嵌挿されている。また、炉蓋１４の略中央部における原料投入孔１４ａ近傍の位置には、後述する電極１８が挿通される１又は複数の電極挿通孔１４ｂが開設されている。さらに、炉蓋１４の外周部には、１又は複数の排ガス出口１４ｃや点検口兼２次空気取込口(図示せず)が開設されており、このうち排ガス出口１４ｃには、フランジなどの取付手段を介してＴ管継手４０が取り付けられている。なお、図１中の符号３６ｃは、炉蓋１４が取り付けられた炉本体１２の内部空間上部の温度を計測する熱電対である。
【００２８】
そして、炉本体１２に取り付けられた炉蓋１４の上方には、予め有価金属の配合割合が所定のものとなるように調整されたブリケットｍなどの酸化物原料を貯える原料ホッパーＨが１又は複数設置されている。この各原料ホッパーＨには、原料ホッパーＨ内に貯えた酸化物原料の重量変化を検出するロードセル４１が取り付けられており、このロードセル４１が検出した原料ホッパーＨ内の重量変化の検出信号は、図示しない信号線を介して後述する制御手段６４へと与えられるようになっている。
【００２９】
投原管１６は、原料ホッパーＨに貯えられたブリケットｍなどの酸化物原料を炉本体１２内へと案内するための配管であり、上述したようにその下流端が炉蓋１４に設けられた原料投入孔１４ａに嵌挿されている。
【００３０】
この投原管１６の中間部分には、投原管１６の内部を横切るように設置された複数のシャフト(図示せず)を出し入れすることによって投原管１６の内部を通過させ炉本体１２内に投入する原料金属の量を制御するロストルダンパー４２が取り付けられている。
【００３１】
電極１８は、主として黒鉛によって構成され、炉本体１２内に投入された酸化物原料を加熱溶融するために、供給された電力により、酸化物原料に高温のジュール熱を発生させるものである。この電極１８は、電極昇降装置４２によって昇降可能に支持されると共に、その先端が炉蓋１４に設けられた電極挿通孔１４ｂに挿入され炉本体１２内に配置されるようになっている。
【００３２】
ここで、電極１８に供給される電力として三相交流を使用する場合には、この電極１８が３本設けられることになる。一方、電力として直流のものを使用する場合には、この電極１８が１又は複数本設けられると共に、炉本体１２の炉底に図示しない底部電極が設けられることになる。
【００３３】
棚落とし装置２０は、ＺｎＯ含有量が多い酸化物原料を溶融還元する際に排ガス出口１４ｃ近傍に生じる酸化物原料の棚を打撃して溶湯Ｓ内に叩き落す装置であり、図２に示すように、大略、支持フレーム４４，ガイドレール４６，打撃シャフト４８及び駆動装置５０などで構成されている。
【００３４】
支持フレーム４４は、炉蓋１４近傍の天井面やラックなどに吊設されてガイドレール４６を支持するものであり、その下端部には、ガイドレール４６が連結されるガイドレール連結部材５２の一端が揺動可能に取り付けられている。
【００３５】
ガイドレール４６は、打撃シャフト４８をその進退方向に案内する水平断面略Ｈ字状のレール部材で、その長手方向一端(図２における下端)の背面側(図２における手前側)がガイドレール連結部材５２の他端に軸着されている。また、ガイドレール４６の長手方向一端の正面側(図２における奥側)には、打撃シャフト４８が挿通され、該打撃シャフト４８の進退をガイドするガイドセル５４が取り付けられると共に、ガイドレール４６の長手方向他端(図２における上端)には、駆動装置５０が取り付けられている。そして、このガイドレール４６の背面中間部に設けられた中間連結部５６とガイドレール連結部材５２とがガイドセル左右シリンダー５８によってリンク結合されており、これによりガイドレール４６(更に云えば打撃シャフト４８の軸)がガイドレール連結部５２の揺動方向と交差する方向に左右１０°ずつ揺動できるようになっている。
【００３６】
打撃シャフト４８は、ステンレスなどの金属材料で構成された棒状の部材で、その下端側がガイドセル５４に挿通されると共に、その上端側が後述する駆動装置５０のエアブレーカー６０を介してガイドレール４６の正面側に取り付けられている。
【００３７】
駆動装置５０は、打撃シャフト４８をガイドレール４６に沿って進退駆動させる装置で、ガイドレール４６の正面側にて該ガイドレール４６に沿って移動可能に取り付けられ且つ前記打撃シャフト４８の上端が接続されると共に、該打撃シャフト４８に打撃力を与えるエアブレーカー６０と、打撃シャフト４８と共にガイドレール４６下端側に移動したエアブレーカー６０を図示しないチェーンフィードによりホームポジションであるガイドレール４６の上端側へと引き上げるエアフィードモーター６２とを有する。
【００３８】
以上のように構成された棚落とし装置２０は、図１に示すように、炉蓋１４の排ガス出口１４ｃの近傍に配置され、打撃シャフト４８がＴ管継手４０の上部開口４０ａから排ガス出口１４ｃを通過して炉本体１２内へと進入するように設置される。なお、Ｔ管継手４０の側面開口４０ｂは、排ガスの通流路(図示せず)に接続されている。
【００３９】
ロストルダンパー遠隔操作装置２２は、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作するためのもので、ロストルダンパー４２を開閉操作するエアシリンダー２２ａを有する。このエアシリンダー２２ａには、信号線Ｌ１等を介して遠隔に設置した制御手段６４から所定の制御信号等が与えられるようになっており、当該信号等によってエアシリンダー２２ａが所定の動作を行ないロストルダンパー４２が開閉操作される。
【００４０】
なお、この制御手段６４には、信号線Ｌ２等を介して棚落とし装置２０にも所定の制御信号等が与えられるようになっている。つまり、棚落とし装置２０もロストルダンパー４２と同様に制御手段６４によって遠隔操作できるようになっている。
【００４１】
次に、以上のように構成された電気製錬炉１０の作用について説明する。電気製錬炉１０を用いて製鋼ダスト、スケール及び廃酸スラッジ等の酸化物からなる酸化物原料を溶融還元して有価金属を回収する際には、まず始めに前記酸化物原料を図示しないブリケット製造装置に投入し、該原料のブリケットｍを造粒する。このブリケットｍには必要に応じて炭材や生成スラグの流動性を調整する調整材を配合した後、これらを炉本体１２内に投入する。
【００４２】
続いて、電極１８に電力を投入してジュール熱を発生させ、ブリケットｍを加熱する。炉本体１２内を概ね１５００℃程度の高温まで加熱することにより、ブリケットｍを構成する酸化物原料が溶融すると共にブリケットｍに内在する或いは炭材として添加されたＣ(炭素)によって還元され、メタル分とスラグ分とに分離し、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｍｎ等の有価金属が回収される。
【００４３】
ここで、本実施例の電気製錬炉１０では、炉蓋１４に開設された排ガス出口１４ｃの近傍に、該排ガス出口１４ｃから炉本体１２内へ向けて打撃シャフト４８が進退する棚落とし装置２０が設けられているので、ＺｎＯ含有量が多い酸化物原料を溶融還元する際、冷気の入り口となる排ガス出口１４ｃの近傍に形成される酸化物原料の棚ｔが自重で溶湯Ｓ中に落下して火炎噴き出し現象を生じさせる大きさに成長する前に、当該棚ｔを溶湯Ｓ中に叩き落として安全に溶融させることができる。
【００４４】
また、炉上の原料ホッパーＨにはロードセル４１が設置されており、該原料ホッパーＨ内の原料の重量変化を検出することができる。そして、投原管１６の中間部に設けられたロストルダンパー４２に、ロストルダンパー４２の開閉を遠隔操作するロストルダンパー遠隔操作装置２２が取り付けられているので、原料ホッパーＨ内の酸化物原料の重量を見ながらロストルダンパー４２を遠隔操作することにより、炉内原料層の厚みを自在にコントロールすることができる。このように炉内原料層の厚みをコントロールすることで、該原料層の温度を棚ｔが生成しにくい温度にして、棚ｔの成長を抑えるとともに、仮に火炎噴き出し現象が生じたとしても、ロストルダンパー４２を遠隔から閉操作して炉本体１２内に投入する酸化物原料を絞り、火炎噴き出し現象を抑えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…電気製錬炉
１２…炉本体
１４…炉蓋
１６…投原管
１８…電極
２０…棚落とし装置
２２…ロストルダンパー遠隔操作装置
２２ａ…エアシリンダー
４２…ロストルダンパー
４４…支持フレーム
４６…ガイドレール
４８…打撃シャフト
５０…駆動装置
ｍ…ブリケット
Ｓ…溶湯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部で酸化物原料を溶融させる炉本体と、前記炉本体の上部を閉塞するように設けられた炉蓋と、下流端が前記炉蓋に開設された原料投入口に嵌挿され、前記炉本体内に酸化物原料を導入する投原管と、前記炉蓋を上下方向に貫通して配置された電極とを備えた電気製錬炉であって、
前記炉蓋に開設された排ガス出口には、炉本体内へ向けて打撃シャフトが進退し、炉本体内に形成された酸化物原料の棚を打撃する棚落とし装置が設けられていることを特徴とする電気製錬炉。
【請求項２】
前記投原管の中間部にロストルダンパーが設けられると共に、
前記ロストルダンパーには、当該ロストルダンパーの開閉を遠隔操作して、前記炉本体内に形成される酸化物原料の棚の成長を抑制するように、前記炉本体内へと投入される酸化物原料の量を自在にコントロールするロストルダンパー遠隔操作装置が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の電気製錬炉。
【請求項１】
内部で酸化物原料を溶融させる炉本体と、前記炉本体の上部を閉塞するように設けられた炉蓋と、下流端が前記炉蓋に開設された原料投入口に嵌挿され、前記炉本体内に酸化物原料を導入する投原管と、前記炉蓋を上下方向に貫通して配置された電極とを備えた電気製錬炉であって、
前記炉蓋に開設された排ガス出口には、炉本体内へ向けて打撃シャフトが進退し、炉本体内に形成された酸化物原料の棚を打撃する棚落とし装置が設けられていることを特徴とする電気製錬炉。
【請求項２】
前記投原管の中間部にロストルダンパーが設けられると共に、
前記ロストルダンパーには、当該ロストルダンパーの開閉を遠隔操作して、前記炉本体内に形成される酸化物原料の棚の成長を抑制するように、前記炉本体内へと投入される酸化物原料の量を自在にコントロールするロストルダンパー遠隔操作装置が取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の電気製錬炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２７０９６３（Ｐ２０１０−２７０９６３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３１０７（Ｐ２００９−１２３１０７）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５９１０８５１２３）日本金属工業株式会社 (24)
【出願人】（３９１０５１３２６）ヤマモトロックマシン株式会社 (17)
【出願人】（０００２１７５８３）株式会社タナベ (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【出願人】（５９１０８５１２３）日本金属工業株式会社 (24)
【出願人】（３９１０５１３２６）ヤマモトロックマシン株式会社 (17)
【出願人】（０００２１７５８３）株式会社タナベ (11)
【Ｆターム（参考）】
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