JPH0137675B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、総対的に、金属を融解するための方
法及び装置に関し、より特定的には、粒状金属及
び／又は高品位結晶質鉱石を融解するための方法
及び装置に関する。

本発明は、金属、特にワイヤ及びケーブルを製
造する際に導体として使用され得る金属であつ
て、ワイヤ、ケーブルあるいは電子装置の形状に
すでになつているものを再利用することによつて
達成される環境的及び経済的恩恵をもたらすこと
を目的としてなされた。スクラツプワイヤ、スク
ラツプケーブル及びスクラツプ電子装置のような
スクラツプは、それらが比較的純粋なるが故に、
需要がある。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 金属は、米国特許第3309947号、第3724189号、
第3858776号、第3936922号、第3977277号及び第
4083096号に開示されている、絶縁体を剥離・破
壊するための種々の方法により、絶縁ワイヤ及び
絶縁ケーブルのスクラツプから回収されて来た。
米国特許第3975208号明細書は、化学溶剤によつ
て、絶縁ワイヤ及び絶縁ケーブルのスクラツプか
ら、ハロゲン化ビニール及び金属を選択的に回収
するための方法を開示している。これらの金属回
収方法は、各々の方法が、限定された種類のケー
ブル及びワイヤからしか金属を回収することがで
きないため、柔軟性がない。例えば、スクラツプ
ワイヤ及びスクラツプケーブルの短かい不規則な
小片の絶縁体の剥離あるいは破壊は経済的に実施
可能性がなく、又、化学溶剤法は、特定の種類の
絶縁体を有するケーブル及びワイヤに限定されて
いる。多種多様なスクラツプワイヤ及びスクラツ
プケーブルに付随しているこの非柔軟性は、製造
業の多くに、スクラツプを細片あるいは粒状化
し、且つ、機械的分離工程により、細片化された
スクラツプの種々のサイズ、長さ及び成分を、絶
縁体の粒子と金属の粒子とに分離することを余儀
なくしており、かくて、実質的に高純度の粒子状
供給材料がもたらされる。

一旦分離されると、金属粒体あるいは金属粒子
は、新しい製品へと再利用されるべく、融解且つ
精錬されなければならない。高品位結晶質鉱石と
同様に、粒状化工程によつて回収された粒状金
属、並びに削り屑、穴あけ屑、切屑及び旋削屑の
ような他の型の粒状金属は、米国特許第2436124
号、第3664828号及び第3614079号に開示されてい
るような、反射製錬炉内において通常は融解され
る。何故ならば、そのような供給材料を垂直高炉
内で処理するのが困難であるからである。かく
て、本発明までは、粒状金属を融解する際に使用
され得る方法は、高エネルギーを消費する反射炉
か、あるいは在来の垂直高炉において極めて少量
の粒状金属を大量の金属片と混合するかのいずれ
かに制限されていた。

融解及び製錬用の高炉は、金属融解技術におい
ては公知である。従来技術の高炉において粒状ス
クラツプを融解する際に遭遇する、最も深刻な問
題の１つは、冷却状態の金属の半固体塊が炉床上
に形成されることであり、この半固体塊はタツプ
口を詰まらせ且つバーナーを塞ぐ。高炉において
は、前記装入物は、金属を融解させるに充分な緩
慢な速度で炉内を降下し、そして、タツプ口より
運び出されなければならない。というのは、金属
は、余りにも迅速に炉内を通過すると融解せず、
その代わり、冷却状態で炉床に達して炉床上に半
固体塊を形成し、この結果、上述の望ましからぬ
結果が生ずる。米国特許第2283163号は、金属ス
クラツプを融解させるための垂直高炉を開示して
おり、この垂直高炉は、該炉の別の領域に別個に
伝達される熱の内の過剰の熱を収集するための拡
大された下側部分を有しており、ここで、スクラ
ツプ金属の実際の融解が行われる。米国特許第
2283163号は、更に、炉胸内のスクラツプ金属を
予備加熱する間、もし、かなりの量のコークスあ
るいは鉱石が装入物の中に含まれていない場合に
は、炉が詰まるのを防止するため、装入物の金属
が互いに接着しないように注意しなければならな
いということを教示している。所望しない酸素を
除去するための、ガス密閉型垂直高炉における制
御された燃焼が、米国特許第3199977号に開示さ
れている。他の垂直高炉が、米国特許第3715203
号及び第3788623号に開示されているが、米国特
許第2283163号と同様に、これらの炉のいずれも、
コークスのような他の要素と混合されることのな
い、大量の粒状スクラツプ金属あるいは高品位結
晶質鉱石を融解することはできない。本発明は、
塊状の銅の粒子とその混合物とからもつぱら成つ
ている装入物は勿論、溶剤あるいは燃料を意図的
に混合することなしに、かなりの量の、300メツ
シユほどの細かい銅の粉鉱を含有するスクラツプ
装入物をも融解することができる垂直高炉を提供
することにより、上記の課題を解決する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、炉内が詰まることなく、粒状金属及
び／又は高品位結晶質鉱石を融解するための新規
な多室垂直高炉に関する。粒状金属スクラツプ、
高品位結晶質鉱石あるいはそれらの組合せは、炉
の頂部における予備加熱室内へと装入され、そこ
で冷たい装入物は対流によつて加熱される。もし
供給材料の粒子サイズが、「清掃な銅」（湿式冶金
によつて生成される銅沈澱物）における場合のよ
うに、余りにも小さすぎるならば、装入金属は、
煙道ガスによつて、炉の頂部から運び出されると
いうことに留意する必要がある。従つて、装入物
の粒子の最小のサイズが、煙道ガスによつて炉内
に生成される上昇気流に打ち克つだけの充分な質
量を有する粒子のサイズに限定されるということ
が指摘されなければならない。

予備加熱室の下方には焼結室があり、ここで、
予備加熱された金属粒子は、炉の耐火壁内に配設
されている複数のバーナーであつて、熱を半径方
向内方に向けるものによつて装入金属の融点より
も僅かに低い温度にまで加熱されることにより、
焼結する。この焼結室においては、粒状金属の塊
は、装入物の緊密さのため、及び装入物の体積に
対する表面積の割合が大きいため、融解しない
が、その代わり、金属の融解温度より極く僅かに
低い温度を有する凝集性の柱状塊を形成する。こ
の凝集性の柱状塊は、炉の壁に付着することはな
い。何故ならば、壁は耐火材で覆われており、そ
して、粒状金属が固まつて凝集性の柱状塊になる
時、この塊は、空隙を排除しつつ焼結する際に収
縮して炉壁から僅かに離隔するからである。

焼結室の下方には、焼結室よりも、直径が大で
あり且つ高さが低い融解室がある。金属装入物
は、直径方向に拡径された融解室に入る前に、融
解室の高さよりも高い柱状塊へと焼結しているの
で、焼結室内で形成された金属の柱状塊は、炉を
降下する際に融解室の中心部にとどまらざるをえ
なくなり、かくて、柱状塊の周りに管状の融解空
間が効果的に形成される。融解室の耐火壁の周囲
で且つ内部における、対称的に間隔を置いて設け
られているバーナーは、焼結した柱状塊に接する
管状融解空間に熱を向ける。この時、火炎は、融
解室の底部におけるタツプ口に直接対向する点か
らこのタツプ口に向けて、金属の焼結柱の両側を
対称的に流れる。この接線方向に流れる火炎は、
金属の焼結柱を、その外面から中心に向けて融解
する。焼結柱が融解すると、その融解した部分
は、連続的に降下する焼結した装入物によつて取
つて代わられる。融解した金属は、融解室内の炉
床（好適には、焼結柱を連結的に支持しつつ、こ
の焼結柱の底面の融解を促進するマルチプル・レ
ベル炉床であつて、本発明の譲受人によつて1979
年10月25日に出願された米国特許出願第088263号
に開示されている型のもの）を流下し、タツプ口
を通つて炉から流出する。なお、「マルチプル・
レベル炉床」とは、床面が水平面ではなく、融解
した金属を出口に向けて流下させるべく、傾斜及
び／又は湾曲している床面を有する炉床のことで
ある。

かくて、本発明の主要な目的は、粗砕機によつ
て再利用スクラツプから回収された粒状金属、機
械加工作業のようなスクラツプ源から回収された
粒状金属、湿式冶金工程による銅沈澱物、高品位
結晶質鉱石、標準的な大きい金属装入片あるいは
それらの任意の組合せを、炉内が詰まることなく
融解するための改良された垂直高炉を提供するこ
とである。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。なお、図中、同じ部分には同じ参照符
号が付されている。

粒状金属は、図示しない装入装置によつて本発
明の頂部内に重力装入される。第１図より明らか
なように、炉１０は、銅３０と融解室１６とに分
かれている。胴３０の最上部は予備加熱室１１で
あり、ここにおいて、冷たい装入物１２が、焼結
室１５及び融解室１６に配設されているバーナー
１３及び１４からの対流によつて加熱される。炉
の中央部分は焼結室１５であり、ここにおいて、
降下して来る予備加熱された装入物１２の温度
は、融解室のバーナー１４からの対流により、及
び装入物の焼結した柱状塊１７を形成するための
焼結室のバーナー１３からの熱を直接加えること
により、装入金属の融解温度より極く僅かに低い
温度まで、管理された状態で上昇させられる。粒
状金属の装入物１２の緊密さ、装入物の体積に対
する表面積の大きな割合及び焼結室のバーナー１
３の動作管理のために、装入物は融解せずに焼結
する。何故ならば、装入物１２は、装入物の金属
の液相線温度よりも極く僅かに低い温度にまでに
しか加熱されないからであり、かくて、融解室１
６において融解されるところの凝集性の柱状塊１
７が形成される。柱状塊１７は、炉内を通つて炉
の底部に通じる、装入物１２の粒子の通路を遮断
し、かくて、融解していない金属から成る半固体
の塊が炉床２１上に無秩序に形成されるのが防止
される。従来の高炉内で粒状スクラツプを融解す
る際に遭遇する最も深刻な問題の一つは、タツプ
口を詰まらせ且つバーナーを塞ぐところの、冷却
した状態の金属の半固体塊が、炉床上に無秩序に
形成されるということである。しかし、本発明に
係る炉１０は融解室１６を備えており、この融解
室１６は、装入物の柱状塊１７を無秩序にではな
く管理された状態即ち秩序を保つた状態で受容
し、そして、タツプ口１９を清浄に保ちつつ且つ
バーナー１４を塞ぐことなく、柱状塊１７を融解
させる。炉１０が作動している間、装入物は、炉
１０の内壁２２に付着しない。何故ならば、内壁
２２は耐火物で覆われており、且つ、装入物は、
空〓を排除しつつ焼結する際、即ち固まつて凝集
性の柱状塊１７となる時に収縮し、内壁２２から
僅かに離隔するからである。

焼結室１５の下方には融解室１６があり、この
融解室は、そのすぐ上方にある焼結室１５より大
きい直径と低い高さとを有している。一般的に、
胴３０は、約2.5〜約6.0フイート、好ましくは約
4.5フイートの直径を有している。融解室１６の
直径は、胴３０の直径の約1.2倍〜約1.9倍でなけ
ればならない。融解室１６の直径と胴３０の直径
の好適な割合は、約1.5対１である。また、融解
室の直径と胴の直径の割合は、胴３０の直径に対
して逆に変化するということが理解されるべきで
ある。即ち、胴３０の直径が大きくなればなるほ
ど、胴３０の直径に対する融解室の直径の割合は
小さくなる。従つて、胴３０から融解室１６への
直径の増加は、最小で約１フイート、最大で約２
フイートでなければならない。初期動作即ち始動
の間、装入物１２は、無秩序にではなく、管理さ
れた状態で炉床２１に到達し、そして、柱状塊１
７となるところの半固体の塊即ち焼結した柱状塊
の、無秩序ではない管理された形成を開始すべ
く、予備加熱される。融解室１６の幅は、燃焼用
の空間１８であつて、柱状塊１７の融解を開始す
るためのものを、その柱状塊の周囲にもたらす一
方、タツプ口１９を清浄に保ち、且つ柱状塊１７
によつてバーナー１４が塞がれるのを防止する。
その後、柱状塊１７は、胴３０を降下し、焼結室
１５の内径にほぼ等しい直径を有する柱状塊１７
として焼結室１５を出、融解室１６に入り、炉床
２１上に載る。炉床２１は、好ましくはマルチ・
レベル炉床、即ち床面が傾斜している炉床であ
り、この炉床２１は、柱状塊１７の周面の融解に
加えて、その底面の融解を促進すると同時に、焼
結した柱状塊１７を連続的に支持する。横方向の
支持は、焼結室１５の壁２２によつて維持され、
管状の加熱空間１８は、融解室１６の壁３１と柱
状塊１７の周囲との間に形成される。この空間１
８内に、融解室１６の内側の周囲に間隔を置いて
設けられ且つ半径方向に整合させられている多数
のバーナー１４からの熱が向けられる。バーナー
１４は、次のように配置されている。即ち、そこ
で燃焼した燃料が、金属の柱状塊１７と接線方向
に接触する火炎であつて、タツプ口１９に直接対
向する点からこのタツプ口に向けて、柱状塊１７
の周囲であつて管状の空間１８内に対称的に流れ
る火炎を生成するよう、バーナー１４は配置され
ている。火炎のこの対称的な接線方向の適用は、
金属の柱状塊１７を、その外面から内部に向かつ
て融解する。柱状塊１７の融解した部分は、炉１
０が動作している間、柱状塊１７の一部に取つて
代わられ、この柱状塊は、焼結室１５で連続的に
焼結され、焼結室１５から融解室１６内に重力供
給される。溶融金属２０は、溶融金属の流れをタ
ツプ口１９に向けるところの炉床２１に流下す
る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、粒状金属、銅
沈澱物、高品位結晶質鉱石、金属装入片あるいは
それらの任意の組合せを、炉内が詰まることなく
融解することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好適な実施例の断面図であ
る。第２図は、第１図のＡ―Ａ線に沿う、融解室
の拡大断面図である。 １０…炉、１１…予備加熱室、１２…装入物、
１３，１４…バーナー、１５…焼結室、１６…融
解室、１７…柱状塊、１９…タツプ口、２１…炉
床、３０…胴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 銅装入物に燃料や溶剤を加えなくても内部に
   詰りを生じない銅溶融用垂直高炉であつて、 円筒状融解室の上に垂直に装着される円筒状胴
   部であつて、該円筒状融解室は該円筒状胴部の直
   径よりも大きい直径を有しており、該円筒状胴部
   は、周囲温度の銅の重力装入物を受け入れて予備
   加熱する円筒状予備加熱室と、該円筒状予備加熱
   室及び前記円筒状融解室の間に配置されている焼
   結室であつて、予備加熱された銅装入物を、銅の
   融解温度より僅かに低い銅の焼結温度まで加熱す
   るものとに分けられており、もつて、銅は、該焼
   結室を通過する際に凝集性の柱状塊を形成するも
   のと、 予備加熱された銅装入物に熱を接線方向に直接
   加えるバーナー手段を有する前記円筒状融解室で
   あつて、該円筒状融解室は、前記凝集性の柱状塊
   を前記焼結室から受け入れ、該柱状塊を、それに
   接線方向の熱を直接加えることによつてその周縁
   部から内部に向けて連続的に融解するものと、 前記凝集性の柱状塊が融解した際、溶解銅を前
   記円筒状融解室から集めて排出させる排出手段
   と、を具備する銅溶融用垂直高炉。 ２ 前記円筒状胴部が、上側の予備加熱室と下側
   の焼結室とから成つており、該予備加熱室は、当
   該垂直高炉が作動している間、当該円筒状胴部内
   に銅を重力装入してそれを周囲温度より高い温度
   まで予備加熱する手段を有しており、該焼結室
   は、耐火材で形成されている内壁と、該内壁に間
   隔を置いて設けられている開口と、該開口内に下
   向きに配設されているバーナー手段であつて、銅
   を、その融解温度よりも僅かに低い温度まで加熱
   するものとを具備しており、もつて、銅が焼結し
   て前記焼結室における当該円筒状胴部の直径より
   も僅かに小さい直径を有する凝集性の柱状塊が形
   成される特許請求の範囲第１項記載の銅溶融用垂
   直高炉。 ３ 前記円筒状融解室が、耐火材で形成されてい
   る内壁と、該内壁の少なくとも270度に亘つて間
   隔を置いて設けられている複数の開口であつて、
   それらの中心が、当該円筒状融解室から溶融銅を
   排出させる前記排出手段に対向する、該内壁の部
   分に置かれているものと、該開口内に配設されて
   いる下向きのバーナー手段であつて、前記柱状塊
   の周縁部に接線方向に火炎を当てて該柱状塊をそ
   の外部から内部へと融解するものと、該柱状塊を
   支持し、その急速な融解を促進し、溶融銅を排出
   するための前記排出手段によつて前記円筒状融解
   室から運び出されるべき溶融銅を集めるための炉
   床とを具備する特許請求の範囲第１項記載の銅溶
   融用垂直高炉。 ４ 前記円筒状融解室が、溶融銅を排出する前記
   排出手段の上方に位置させられている、耐火材で
   覆われている当該円筒状融解室の内壁内の開口
   と、該開口内に配設されている下向きのバーナー
   手段であつて、前記柱状塊の周縁部に火炎を当て
   るものとを更に含む特許請求の範囲第３項記載の
   銅溶融用垂直高炉。 ５ 前記円筒状融解室の最大直径が、約1.2対１
   〜1.9対１の割合で前記円筒状胴部の直径よりも
   大きい特許請求の範囲第１項記載の銅溶融用垂直
   高炉。 ６ 前記円筒状融解室の最大直径と前記円筒状胴
   部の直径の割合が、該円筒状胴部の直径に対して
   逆に変化する特許請求の範囲第５項記載の銅溶融
   用垂直高炉。 ７ 直径が変化する融解室であつて、該融解室の
   直径が、前記円筒状胴部に対する該融解室の直径
   が最大になるまで、前記炉床に近付くにつれて大
   きくなるものを有する特許請求の範囲第６項記載
   の銅溶融用垂直高炉。 ８ 前記炉床が、マルチプル・レベル炉床である
   特許請求の範囲第３項記載の銅溶融用垂直高炉。 ９ 円筒状融解室の上に垂直に装着される円筒状
   胴部であつて、該円筒状胴部は、周囲温度の銅の
   重力装入物を受け入れて予備加熱する円筒状予備
   加熱室と、該円筒状予備加熱室及び前記円筒状融
   解室の間に配置されている焼結室であつて、予備
   加熱された銅装入物を、銅の融解温度より僅かに
   低い銅の焼結温度まで加熱するものとに分けられ
   ており、もつて、銅は、該焼結室を通過する際に
   凝集性の柱状塊を形成するものと、バーナー手段
   を有する前記円筒状融解室であつて、該円筒状融
   解室は、前記凝集性の柱状塊を前記焼結室から連
   続的に受け入れ、該柱状塊をその周縁部から内部
   に向けて連続的に融解するものと、前記凝集性の
   柱状塊が融解した際、溶解銅を前記円筒状融解室
   から集めて排出させる排出手段とを具備する銅溶
   融用垂直高炉であつて、銅装入物に燃料や溶剤を
   加えなくても内部に詰りを生じないものを稼働す
   る方法であつて、 (a) 前記円筒状胴部に銅を導入し、 (b) 上側の円筒状予備加熱室で周囲より高い温度
   まで銅を予備加熱し、 (c) 銅を、間隔を置いて設けられている複数のバ
   ーナー手段であつて、銅に接線方向の熱を直接
   加えるものの間を通過させて前記柱状塊をその
   外部から内部へと融解し、 (d) 融解した銅を集めて溶融銅プールを形成し、 (e) 前記円筒状融解室から前記溶融銅プールを排
   出する、 方法。 １０ 前記銅装入物の少なくとも10％が、300メ
   ツシユの篩を通過する特許請求の範囲第９項記載
   の方法。