JPS6144707A

JPS6144707A - 炭化カルシウムの製造方法及びその装置

Info

Publication number: JPS6144707A
Application number: JP60170983A
Authority: JP
Inventors: ヨアヒム・エーベリンク; ペーター・フリードリツヒ; ヘルベルト・イエカツト; バルター・ルクシヤイダー; エルンスト・リークラー; エルンスト・ツアイツエク; バルター・アヒライトネル; フエルデイナント・ヤレーマ
Original assignee: Voestalpine AG; SKW Trostberg AG
Current assignee: Voestalpine AG; Evonik Operations GmbH
Priority date: 1984-08-03
Filing date: 1985-08-01
Publication date: 1986-03-04
Also published as: ZA855475B; EP0171385B1; AT380462B; ATA250884A; JPH0251842B2; US4644557A; NO853074L; DD237155A5; EP0171385A1; DE3562763D1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、その上部カバーを貫通するプラズマバーナ手
段とその底部に設けた対向電極とに電気エネルギーを導
入することによりプラズマアーク（プラズマトーチ）を
生成し、そのプラズマチークつまりプラズマトーチの周
囲に酸化カルシウムと炭素含有物質との混合装入材料を
集中的に導入し、その内壁上に固形装入材料からなる保
護堤を形成した高炉内で炭化カルシウムを製造する方法
およびその方法を実施する高炉装置に関する。

技術背景 ■焼された石灰と炭素化合物等から、低い電気式高炉内
で炭化カルシウムを製造するための目下のところ優れた
技法は、大部分は電気抵抗と、混合物を通してのガスの
流通状態とを充分良好に維持し、且つ溶解した炭化カル
シウムを問題なく抽出することを保証するために、例え
ば高価な等級の塊コークス及び／又は無煙炭のような高
品質の原材料と余分な石灰とが必要であるという欠点を
有している。この従来法の他の問題点は、電極が上方か
ら装入材料及び溶解炉床内に浸漬されていることに基因
して、装入材料と炉内ガスとの間で僅かな熱交換しか生
じないという点にある。

そのため、例えば高炉内で、プラズマバーナの助けのち
とに炭化カルシウムを製造することが試みられている（
ケミカル　アブストラクト（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ａｂｓ
ｔｒａｃＬｓ、：９５　　；　２１３　７６３２．　１
９８１年）。

プラズマバーすによる炭化カルシウムの製造に伴う欠点
は、高温のプロセス温度でカルシウムの大部分が蒸発し
、高温のプロセスガスとともに高温のプラズマ領域から
逃げてしまうことである（Ｇ、Ｗ　　ヒアリ（Ｈｅａｌ
ｙ）、プロン−ディング　オブ　エレクトリック　ファ
ーネス　コンファレンス（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ
　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｆｕｒｎａｃｅ　Ｃｏｎｆｅｒ−
ｅｎｃｅ）　１９６５年、６３〜６７頁参照）。粗粒体
装入材料を充填するとともに比較的多量のプラズマガス
を使用し、且つ比較的低温のプラズマ温度のもとで稼動
すれば、確かに損失を低く維持することができるが、こ
の場合多量のガスを循環させるとともに該ガスを適当な
前処理によって清浄化する必要があり、それによって工
程が不経済になる。

一般的には、米国特許第３４０４０７８号におけるよう
に、例えば粉末状の充填要素を含む流体層内で、ガスの
熱量を利用することも好ましくはない。なぜなら、例え
ばマグネシウムのような反応しやすい要素が多量に酸化
物の形態になるからである。

東独国特許第１４９８５３号においては、粉末状の石灰
とコークスをプラズマジェットに吹き込んで炭化カルシ
ウムを製造し、その後消煙し且つ微粒体生産物を分離す
る方法が記述されている。

この方法は炭化カルシウムの収量が低くかつ熱損失が高
いことにより高電流が要求されるために不経済的なもの
である。また、これは東独国特許第１４９８５４号の方
法におけると同様、従来の電気低たて型炉から得られる
溶融炭化カルシウムをプラズマジェットを介して熱的な
後処理を施すことにより８０％以上の純度とするもので
ある。よって、電気低たて型炉内において大量の炭化カ
ルシウムは非常に余分な石灰から製造され、またカーボ
ンの未反応部分は高密度の電気エネルギーを消費するこ
とによってはじめて反応させることができるに過ぎない
からである。

解決しようとする課題本発明は、従来の炭化カルシウムの製造方法における上
述の難点及び不充分点を取り除くことを目的とする。す
なわち、本発明の目的はプラズマバーナを使用すること
によって安全に稼動しうる方法を堤供することである。

この方法によれば粗粒体装入材料要素および微粒体装入
要素の双方が使用されるとともに炭化カルシウムの収量
を増大しかつ消費エネルギーの利用効率を高めることが
できる。

光匪ｑ構底上記目的は、混合装入材料を粗粒体部分と微粒体部分と
に分離して使用する方法によって達成される。上記粗粒
体部分の平均粒子サイズは１〜１５０ｍｍ、好ましくは
３〜１００ｍｍとされ、微粒体部分の平均粒子サイズは
０．０．００１〜１５ｍｍ、好ましくは０００１〜６Ｉ
ＩＩＩ１１とされる。この場合、装入材料の粗粒体部分
は炉壁と炉カバーとの間の環状間隙を通して導入するよ
うにして炉壁の周囲に可動保護堤を形成し、該微粒体部
分をプラズマアークと保護堤との間の空間に導入し、反
応の際に生じるプロセスガスを粗粒体部分からなる保護
堤と環状間隙とを通して排出するようにされる。

このようにして、炭化カルシウムの収量が増大するとと
もに熱損失が低減させられ、これらのことは経済的な工
程とするのに不可欠の必須条件でもある。

好ましくは、５〜９５重量パーセントの反応に必要な炭
素量を粗粒体部分として導入する。炭素物質としては、
かつ炭及び／又は石炭及び／又は無煙炭及び／又はかつ
炭コークス及び／又は石炭コークス及び／又は石油コー
クスがとりわけ好適である。酸化カルシウム含有物質に
ついて言えば、それらの合成物は、例えば■焼された石
灰のように酸化カルシウムを含むもの及び例えば炭酸カ
ルシウムや水酸化カルシウムのように一般的なプロセス
温度で反応して酸化カルシウムになるものの双方を意味
する。

混合装入材料の粗粒体部分によって形成される炉内壁の
保護堤は逆円錐形をしており、主とじて耐火的に裏張り
された炉壁をプラズマアークの放射から保護する役目を
する。

微粒体部分はその量とその組成に関して粗粒体部分とは
独立的に炉に供給される。この供給は炉カバーを貫通し
て伸びる１又は数本のパイプによって行うようにしても
よい。

好ましくは、微粒体部分はプラズマバーナ手段を冠状に
取り囲む複数のパイプ又は炉カバーに設けた環状間隙を
通して導入する。この方法において、プラズマトーチを
微粒体部分によって一様に包囲し、このような形態の粉
末ベールによって大部分の放射熱を吸収することができ
る。微粒体部分は品質的に特別な要件が要求されること
もなく、また、例えば塊状の石灰も高炉への輸送時に微
粒体石灰の形態で使用することができ、したがって経済
的な理由から微粒体部分の割合をできるだけ高くするこ
とが望ましい。

本発明の方法によれば、好ましくは最大限９０重量パー
セントの混合装入材料を微粒体部分として導入すること
ができる。微粒体原料の流量を大きくしかつその詰まり
を防止するようにした好適な実施例において、微粒体部
分に不活性ガス、好ましくはプロセスガスを吹き込むよ
うにすることができる。

本発明の他の好ましい実施例において、炭化カルシウム
は高炉の底部から液体の形態で連続的に抽出される。

また、本発明は耐火的に裏張りされた炉壁、上部カバー
（該カバーを通してプラズマバーナ手段及び充填手段が
案内される）およびその底部に設けた対向電極を備えた
高炉装置に関するものである。

プラズマバーナ手段は、大抵１〜数個、例えば３個の陰
極からなり、該陰極は上部カバーを通して炉内部に伸延
するとともに耐火材料で裏張りされている。通常の様式
において、各陰極は着火装置を備えるとともに炉内部か
ら引き抜けるように垂直方向へ移動可能とすることがで
きる。いわゆる移動プラズマア−り用の対向電極は実質
的に恒久的に陽極として機能し、水又はエアによって冷
却される。

上記の方法を実施するｔこめの本発明の高炉において、
炉壁の上縁部と上部カバーとの間に環状の炉蓋で覆った
環状間隙を設けるとともに炉壁を底部に向けて次第に細
くなる逆円錐形の炉タブを形成したことを特徴とする。

このように、炉タブを逆円錐形とすることにより抽出路
を極めて短くして問題なく炉を空にする（液状炭化カル
シウムを抽出する）ことができるという利点がある。

底部の直径と炉壁の上縁部の直径との比は、ｌ：２〜ｌ
　・　！０、好ましくはＩ　：２〜ｌ　・５とすると好
都合である。したがって、炉壁と炉の底部との間の傾斜
角は１００〜＋５０’、好ましくは１２０〜１３０°と
される。

炉内部を向いた上部カバーの下端に耐摩耗性材料、好ま
しくは炭化ケイ素からなる保護挿入体を設けると有利で
ある。

好ましい実施例において、粗粒体部分の供給手段は炉蓋
を通して気密状態にして案内される。

また、少なく、とも１つのＣＯ含有プロセスガス用排出
ダクトが上記炉蓋を貫通するようにするとよい。炭化カ
ルシウムの製造中に生じるプロセスガスは粗粒体部分か
らなる保護環及び環状間隙を流通するようにし、最後に
排出ダクトを介して外部に排出し、そこで通常の方法で
浄化して更に処理する。逆流原理にしたがってプロセス
ガスを案内することにより蒸発したカルシウムによる熱
及び収量損失の大部分を防止することができる。

他の好ましい実施例においては、炉蓋を上部カバーに固
定し、必要により該炉蓋に水冷手段を設けるとともに炉
タブの移動を邪魔しないように炉壁外面に設けた封止手
段を介して該炉蓋を炉内部に対し水封止するようにする
。

炉の底部は、グラファイトに豊む材料で裏張りして、対
向電極つまり陽極としての役割を負わせることが好まし
い。傾斜した炉壁の耐火裏張りは、数層、つまり金属製
外殻の直内方に位置する絶縁（シャモット）レンガと、
好ましくは炉内部に向けて使用される、炭素又はグラフ
ァイトに豊む材料からなっている。

他の好適な実施例においては、炉タブを油圧機構によっ
て、軸方向と半径方向及び／又は水平方向の双方に移動
可能となるように据え付ける。これらの−又は両方向の
移動により、炉壁に沿って積載された粗粒体部分は流動
性を維持し、殻となって炉壁を覆ったり固まること、つ
まり炉の運転障害が解消される。

プラズマバーナ手段は１〜３のプラズマバーナから形成
することが好ましい。即ち、垂直な炉の軸に沿って１つ
のプラズマバーナを設ける代わりに数個、例えば３つの
バーナを、好ましくは炉の軸から等距離だけ隔てて案内
するようにする。この場合、微粒体部分はプラズマアー
クと保護堤との間に形成された空間に導入することが重
要なことである。これには、とりわけ、上部カバーを通
して案内される微粒体部分装入手段がプラズマア−ナ手
段を冠状に取り囲む３〜６つのパイプ又は円環状ギャッ
プを形成するようにすると好都合である。

寒饗牲以下、添付図面を参照しながら、本発明を、本発明に係
る高炉の一実施例によって、より詳細に説明する。

耐火的に裏張りされた炉壁Ｉは、高炉の底部２に向けて
次第に細くなる逆円錐形状を有し、その上縁部の直径が
ｄｌとなっている。底部２は、傾斜した炉壁ｌとともに
炉タブを構成する。高炉の底部２には、例えば銅製の水
冷された底部電極、つまり陽極３を設けている。図示の
実施例において、その直径がｄ、で示される底部２は、
グラファイトに豊む電気伝導材料からなり、従って底部
２はそれ自体が広い領域を有する電極を成す。その抽出
用開口４は底部２を横方向に貫通して抽出タブ４°に連
続する。また、この抽出タブ４°　も銅製のものとして
水冷され、炉壁ｌの外部に設けられる。高炉において図
示しない支持構造物で懸架される上部カバー５を通して
、１つの中央に配置されたプラズマバーナ６からなるプ
ラズマバーナ手段を案内する。

また、上部カバー５を通してプラズマバーナ６を冠状に
取り囲む混合装入材料の微粒体部分８用の６つの装入パ
イプ７を案内する。プラズマバーナ６とパイプ７は、封
止手段により、炉内部に対してシールすることができる
。

上部カバー５の直径としては、その直径がｄ。

の炉壁ｌの上縁部と上部カバー５との間に環状の間隙９
が存在するような値を選択しており、この環状間隙を通
して混合装入材料の粗粒体部分を導入して、高炉の内壁
に可動保護堤１１を形成する。

環状間隙９を、上部カバー５に固定した環状の炉Ｍ１２
で覆うとともに炉蓋１２を通して粗粒体部分１０を供給
する気密供給手段１３を案内し、シールは封止手段１４
によって行う。

炉蓋１２の外周部は、炉壁ｌの外面に取り付けた封水手
段１５内に達しており、それにより、炉内にエアが入る
ことを防止する。炉カバー５の下部には、通過する混合
装入材料によって生じる摩損を低減させるために耐摩耗
性材料からなる保護挿入体１６が設けられる。

又、−酸化炭素を含有するプロセスガスを排出する排出
ダクト１７が炉蓋１２を貫通している。

炉タブは油圧機構１８によって軸方向へ移動可能である
。なお、炉タブを水平方向へ移動させる手段を設けても
良い。

炉壁１の上縁部の直径は例えば３．６０ｍ、カバー５の
直径は２．４０ｍとすることができる。

その場合、環状間隙の幅は０．６０ｍとなる。

高炉が上述のような大きさを有する場合、油圧機構１８
は炉タブを約０．５用程度持ち上げ可能に設計すると好
都合である。

プラズマアーク１９の着火は、例えば余分に充填した酸
素と炭素を燃焼させて通常の方法により反応領域と炉の
底部２を余熱して行なわれる。その後、給電しつつプラ
ズマバーナ６を通して供給されるプラズマガスによって
所望の出力に調整される。プラズマガスとして、−酸化
炭素、水素または、好ましくはアルゴン等の不活性ガス
のようにこの目的に適合する任意のガスを使用すること
ができる。

プラズマバーナの着火及び粗粒体部分と微粒体部分とか
らなる装入材料を供給した後、炭化カルシウムを生成す
る反応は２０００〜２５００℃で生じ、溶融炭化カルシ
ウム２０は炉の底部２に集まる。溶融炭化カルシウムの
取り出しを炉の底部で連続的又は非連続的に行う。

反応の際に生じる一酸化炭素を含何したプロセスガスは
矢印２１の方向に沿って可動保護堤１１を通して流れ、
少なくとも１つの排出ダクト１７を通して高炉から離去
する。

本発明の主要な利点は、高炉を極めて安全に稼動しうろ
こと、熱損失が少ないこと、炭化カルシウムの生産量が
多くかつ純度が高い（最大９５％）ことである。

１・・炉壁、２・底部、３・対向電極、５　・」―部カ
バー、６・・・プラズマバーナ、８・微粒体部分、９・
・環状間隙、ｌＯ・・粗粒体部分、１１・・・可動保護堤、１９・・
プラズマアーク。

第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高炉の上部カバーを貫通するプラズマバーナ手段
と該高炉の底部に設けた対向電極とを介して電気エネル
ギーを導入することによりプラズマアークを発生させる
一方、該プラズマアークの周囲に酸化カルシウムと炭素
含有物質の混合装入材料を集中的に導入して当該高炉の
内壁に各固形装入材料成分から保護堤部を形成しつつ当
該高炉内で炭化カルシウムを製造するにあたり、上記混合装入材料は粗粒体部分と微粒体部分とに分離し
て使用し、該粗粒体部分の平均粒子サイズは１〜１５０
ｍｍ、好ましくは３〜１００ｍｍとする一方、該微粒体
部分の平均粒子サイズは０．００１〜１５ｍｍ、好まし
くは０．００１〜６ｍｍとし、上記粗粒体部分を炉壁と
炉カバーとの間の環状間隙から導入して当該炉壁に沿っ
て可動保護堤を形成するとともに、上記微粒体部分を上
記プラズマアークと上記保護堤間の空間に導入し、反応
部に生じるプロセスガスは上記粗粒体保護堤部と環状間
隙とを通すことを特徴とする炭化カルシウムの製造方法
。
（２）プラズマバーナ手段を冠状に取り囲む複数のパイ
プ又は炉カバーに設けた環状間隙を通して微粒体部分を
導入する特許請求の範囲第１項に記載の方法。
（３）５〜９５重量％の反応に必要な炭素量を粗粒体部
分として導入する特許請求の範囲第１項又は第２項に記
載の方法。
（４）最大限９０重量パーセントの混合装入材料を微粒
体部分として導入する特許請求の範囲第１項から第３項
のいずれかに記載の方法。
（５）微粒体部分に不活性ガスを吹き込むようにした特
許請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載の方法
。
（６）炭化カルシウムを高炉の底部から液体の形態で連
続的に抽出する特許請求の範囲第１項から第５項のいず
れかに記載の方法。
（７）耐火的に裏張りされた炉壁、プラズマバーナ手段
及び充填手段が案内される上部カバーおよび炉の底部に
設けた対向電極を備え、プラズマバーナ手段と対向電極
を介して電気エネルギーを導入することによりプラズマ
アークを発生させ、そのプラズマアークの周囲に酸化カ
ルシウムと炭素含有物質との混合装入材料を集中的に導
入し、上記混合装入材料を粗粒体部分と微粒体部分とに
分離して使用し、該粗粒体部分の平均粒子サイズを１〜
１５０ｍｍ、好ましくは３〜１００ｍｍとするとともに
該微粒体部分の平均粒子サイズを０．００１〜１５ｍｍ
、好ましくは０．００１〜６ｍｍとし、上記粗粒体部分
を炉壁と炉カバーとの間の環状間隙から導入して炉壁の
周囲に可動保護堤を形成し、上記微粒体部分をプラズマ
アークと保護堤の間の空間に導入し、反応に際して生じ
るプロセスガスを粗粒体保護堤と環状間隙とを通しつつ
炭化カルシウムを製造する高炉装置において、上記炉壁の上縁部と上部カバーとの間に環状の炉蓋で覆
われる環状間隙を設け、該炉壁を底部に向けて次第に細
くなる逆円錐形の炉タブを形成したことを特徴とする装
置。
（８）底部の直径と炉壁の上縁部の直径との比を１：２
〜１；１０、好ましくは１：２〜１：５とした特許請求
の範囲第７項に記載の装置。
（９）炉内方を向いた上部カバーの底部に、耐摩耗性材
料からなる保護挿入体を設けた特許請求の範囲第７項又
は第８項に記載の装置。
（１０）粗粒体部分の供給手段が炉蓋を介して気密状に
案内された特許請求の範囲第７項から第９項のいずれか
に記載の装置。
（１１）ＣＯを含有するプロセスガスを排出する少なく
とも１つの排出ダクトが炉蓋を貫通するようにした特許
請求の範囲第７項から第１０項のいずれかに記載の装置
。
（１２）炉蓋を上部カバーに固定し、該炉蓋に必要に応
じて水冷手段を装備する一方、該炉蓋を炉壁外面の封止
手段を介して炉内部に対しシールするようにした特許請
求の範囲第７項から１１項のいずれかに記載の装置。
（１３）炉の底部をグラファイトに豊む材料で裏張りし
て対向電極とした特許請求の範囲第７項から第１２項の
いずれかに記載の装置。
（１４）炉タブを油圧機構によって軸方向及び半径方向
及び／又は水平方向の移動可能に据え付けるようにした
特許請求の範囲第７項から第１３項のいずれかに記載の
装置。
（１５）プラズマバーナ手段が１〜３個のプラズマバー
ナから構成した特許請求の範囲第７項から第１４項のい
ずれかに記載の装置。
（１６）上部カバーを介して案内される微粒体部分充填
手段がプラズマバーナ手段を冠状に取り囲む３〜６個の
パイプ又は環状間隙とした特許請求の範囲第７項から第
１５項のいずれかに記載の装置。