(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）鋼鉄を含む粉砕された炭素含有有機材料から鋼鉄を除去及び分離し、前記鋼鉄を含まない炭素含有有機材料製品を生成するステップと、
（ｉｉ）ステップ（ｉ）で生成された、前記製品をフェロアロイ製品の下で電気アーク炉に装入するステップとを含むものであって、
前記製品は、鋼鉄を含まない粉砕された炭素含有有機材料であることを特徴とする電気アーク炉中でフェロアロイを製造するための方法。
【請求項２】
前記炭素含有有機材料が、
ゴム材料、または、
鋼鉄補強ポリマー複合材料から得たポリマーである請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料が、材料の切り裂き、細断、削り取り、磨砕または崩壊のうちの１つ以上によって粉砕される、請求１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記材料が、１ｍｍ未満の粒径を生成するように粉砕される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
鋼鉄を除去するステップが、前記粉砕された炭素含有有機材料を磁場にかけて、粉砕した生成物の残渣から鋼鉄を磁気的に除去することを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記炭素含有有機材料の源がタイヤである、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記炭素含有有機材料が、その他の炭素源と共に炉に装入される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記その他の炭素源が、石炭、コークス、炭素チャー、チャコールまたはグラファイトである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記炭素含有有機材料およびその他の炭素源が、１：１、３：７、１：４、または、１：９の概算重量比率で炉に装入される、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記炭素含有有機材料が、廃棄材料である、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電気アーク炉中でのフェロアロイを製造するための方法であって、ＥＡＦ燃焼効率を高めるために鋼鉄を除去した炭素含有有機材料を前記炉に装入することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
（ｉ）鋼鉄を含む粉砕された炭素含有有機材料から鋼鉄を除去するステップ、及び、
（ｉｉ）ステップ（ｉ）で生成された、前記粉砕された炭素含有有機材料を前記炉に装入するステップと
を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
炉にフェロアロイのための供給原料を装入するステップと、
炉中で前記供給原料を加熱して溶融状態にするステップと、
鋼鉄を除去して分離した、粉砕された炭素含有有機材料を炉に装入するステップと
を含む、電気アーク炉中でフェロアロイを製造する方法。
【請求項１４】
前記材料が、切り裂き、細断、削り取り、磨砕、または、崩壊のうちの１つ以上によって粉砕された、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記炭素含有有機材料が、その他の炭素源および／または前記供給原料と共に炉に装入される、請求項１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記その他の炭素源が、石炭、コークス、炭素チャー、チャコールまたはグラファイトである、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電気アーク炉（ＥＡＦ）におけるフェロアロイ（鋼鉄など）を製造するための改良された方法を開示する。この方法は、ＥＡＦ法の燃焼効率を高めることのできる添加剤を使用する。この添加剤は、スラグフォーミング剤、還元剤、燃料および／または加炭剤として機能することもできる。
【背景技術】
【０００２】
国際的に、プラスチックの処分とプラスチックおよびゴム（タイヤなど）の廃棄生成物の処分に関する問題が増えている。同時に世界の鋼鉄産業は、例えば燃料（一般的にコークス）の消費を削減することによって、その環境に対する影響を最小化しなければならないという圧力に直面している。
【０００３】
米国特許第５，５５４，２０７号および日本国公開特許第２００４−０５２００２号は、それぞれ電気アーク炉（ＥＡＦ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ａｒｃ  ｆｕｒｎａｃｅ）の廃棄ダストを廃棄プラスチックと混合して固体を形成し、この固体を次いでＥＡＦに加える方法を開示している。一方、（本願の出願人に対する）国際公開公報２００６／０２４０６９号は、塊状化していない炭素含有ポリマーをＥＡＦに加える方法を教示している。
【０００４】
溶鉱炉において、代替燃料としておよびＣＯ２排出を削減するために、プラスチックを装入することが提案されている。さらに、米国特許第４，１７５，９４９号は、使い古した空気タイヤを切断して溶鉱炉に装入し、コークスの一部と置き換えることを開示している。
【０００５】
米国特許第５，３２２，５４４号は、スクラップ金属およびスクラップ自動車タイヤを使用して鋼鉄を溶融する方法を開示している。この方法では、スクラップ金属と丸ごとのスクラップゴムタイヤを電気アーク炉中に入れ、丸ごとのスクラップゴムタイヤを空気または酸素で燃焼させることにより、スクラップ金属を溶融するための熱の補助源を提供している。この特許文書は、燃焼を調節するために、丸ごとのスクラップゴムタイヤが好ましいことを教示している（すなわち、もし細かく刻んだスクラップゴムタイヤを使用したならば、燃焼が急速に起こり過ぎて、望ましくない量の熱が生じ、またルーフを元に戻せる前に噴煙がＥＡＦから逃げてしまう恐れがある）。一方、米国特許第４，１７５，９４９号は、炉に装入する前にタイヤをばらばらに分解することを教示しており、これは溶鉱炉中では、過剰の燃焼と高熱が受け入れられること（場合によっては過剰の燃焼と高熱が望ましいこと）が理由である。
【０００６】
米国特許出願公開第２００３／００６６３８７号は、電気アーク炉中でスクラップ金属とスクラップゴムを使用して鋼鉄を溶融する方法を開示している。この方法においては、スクラップ金属とスクラップゴム（これは丸ごとでも、細かく刻んでもまたは荒く刻んでもよい）を一緒にして電気アーク炉中に入れ、ゴムを酸素または天然ガスを使用して燃焼する。この特許文書は、ゴムタイヤのスチールベルトをゴムのスクラップに含めることができ、このスチールベルトは電気アーク炉中の溶融鋼鉄の一部となることを教示している。この特許文書は、燃焼速度を管理するために丸ごとのスクラップゴムタイヤが好ましいことも教示している。
【０００７】
手短に言えば、従来技術の教示によると、スクラップゴムタイヤを炉に導入すると、タイヤ中に存在する鋼鉄も導入されるが、これによる鋼鉄の添加は、炉に供給する鋼鉄を増し、かつ有害とみなされないという点で、有益であるということになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来技術の教示に反し、第１態様においては、
（ｉ）鋼鉄を含む炭素含有有機材料から鋼鉄を除去するステップと、
（ｉｉ）ステップ（ｉ）から得た炭素含有有機材料生成物を炉に装入するステップと
を含む、電気アーク炉中でフェロアロイを製造するための方法が提供される。
【０００９】
ＥＡＦ法において、ＥＡＦに装入された炭素含有有機材料から放出される揮発性物質がＥＡＦの燃焼効率を向上させる役割を果たすことが観察されている。（ｉ）の生成物は、より良好にＥＡＦ法の燃焼効率を向上させることができるが、これはもしも鋼鉄が除去されなかったならば燃焼効率が比例的に低下するという理由による。これは、炭素含有有機材料から放出される揮発性物質の割合が低下することによる。有機材料の割合が大きくなれば、放出される揮発性物質の割合も大きくなる。
【００１０】
燃焼効率が向上するのは、鋼鉄が、多くの炭素含有有機材料、特にポリマーおよびゴムよりも炭素含有量が相対的に低いということにもよる。
【００１１】
さらに、有機材料から放出される揮発性物質は、鋼鉄に比較して、向上した表面積効果をもたらし、これもまた燃焼効率を改良する。
【００１２】
鋼鉄を含まないことで、（ｉ）の生成物は、スラグフォーミング剤として改良された機能を有することもできる（すなわち、鋼鉄含有材料に比較してＥＡＦ中で良好なスラグフォーミングを起こす）。電気アーク炉において、スラグフォーミングが増大すると、溶融金属浴をより良く覆い隠し、金属浴の熱をより良く保持（すなわち、断熱）して、ＥＡＦにおける電力消費の著しい削減をもたらす。
【００１３】
さらに、鋼鉄を含まないことで、（ｉ）の生成物は、ＥＡＦ中でのフェロアロイの製造において還元剤として、燃料および／または加炭剤として改良された機能を有することもできる。この点で、（ｉ）の生成物は、炉の供給原料に含まれるかおよび／または金属加工中に発生する金属酸化物の還元を良好に引き起こすことができ、および／または向上した方法で燃料の供給源として、または製造された最終フェロアロイ中の鉄と共に存在する炭素の量を増加させる向上した加炭剤として作用することができる。例えば、電気アーク炉において、主要な燃料供給源は電力である。
【００１４】
したがって、（ｉ）の生成物は、ＥＡＦの燃焼およびエネルギー効率を高めることができ（結果として電力の使用を減らす）、コークスおよび石炭などの伝統的な炭素源の消費（それ故コスト）を減らすことができ、無煙炭およびグラファイトなどの高価なＥＡＦ加炭剤を置き換えるかまたは使用を減らすこともできる。
【００１５】
一形態において、炭素含有有機材料はゴム材料であるが、これは産業での利用において、かかる材料が鋼鉄によって補強される可能性が高いことが理由である（例えば、鋼鉄含有タイヤ）。しかしながら、炭素含有有機材料は、鋼鉄補強ポリマー複合材料（複合材料の比較的新しい種類）において見られるようなポリマーを包含することもできる。かかるポリマー複合材料は、熱硬化性およびセメント混合樹脂ベースのポリマーを使用することができ、構造物および建設用途に使用される。
【００１６】
本明細書において「ゴム」という用語を使用する場合は、合成ゴムおよび天然由来のゴム材料の両方を含むことを意図している。合成ゴム材料には、イソプレン（２−メチル−１，３−ブタジエン）、１，３−ブタジエン、クロロプレン（２−クロロ−１，３−ブタジエン）、およびイソブチレン（メチルプロペン）などのモノマーの重合から由来するポリマーが含まれる。天然ゴム材料は、パラゴムノキＨｅｖｅａ  ｂｒａｓｉｌｉｅｎｓｉｓ（トウダイグサ科）からの天然ラテックス、ならびにイチジク（Ｆｉｃｕｓ  ｅｌａｓｔｉｃａ）、ユーホルビア、および通常のセイヨウタンポポなどのラテックスを含む植物から由来する。
【００１７】
本明細書において「フェロアロイ」という用語を使用する場合は、広範囲な鉄−炭素合金（鋼鉄を含む）、およびフェロクロム、フェロクロムシリコン、フェロマンガン、フェロシリコンマンガン、フェロシリコン、マグネシウムフェロシリコン、フェロモリブデン、フェロニッケル、フェロチタン、フェロホスホラス、フェロタングステン、フェロバナジウム、フェロジルコニウムなどを含むその他の鉄−炭素および／または鉄系合金を含むことを意図している。
【００１８】
本明細書において「鋼鉄」という用語を使用する場合（すなわち、鋼鉄を含む有機材料に関して使用する場合）は、標準的な鋼鉄合金、（上記で定義した）フェロアロイ、およびかかる鋼鉄または鋼鉄合金をある割合でまたは混合して（それが多くても少なくても）含有するその他の金属材料を含むことを意図している。
【００１９】
一形態において、炭素含有有機材料から鋼鉄を除去するステップ（ｉ）は
（ａ）鋼鉄を含む炭素含有有機材料を粉砕するステップと、
（ｂ）（ａ）の生成物から鋼鉄を分離するステップとを含む。
【００２０】
ステップ（ａ）の粉砕は、材料の切り裂き、細断、削り取り、磨砕または崩壊の１つまたは複数を含むことができる。例えば、材料が約１ｍｍ未満の粒径を生成するように粉砕することができる。プラスチックおよびタイヤの粉砕に使用される市販の装置を使用してもよい。
【００２１】
ステップ（ｂ）の分離は、粉砕した（ａ）の生成物を（例えば、市販の磁気選別機中で）磁場にかけて、鋼鉄を粉砕した生成物の残渣から磁気的に除去することもできる。
【００２２】
このようにして、ＥＡＦに装入する材料を最適に粉砕し、燃焼する準備のできた形態にすることができる。
【００２３】
最も典型的な形態では、炭素含有有機材料源はタイヤであり、現代のタイヤはほとんどの場合強度を増すためおよび補強のために鋼鉄を含んでいる。タイヤは、どの車種からのタイヤでもよい。それ故ステップ（ｉ）において、この方法はＥＡＦに装入する前にタイヤから鋼鉄を除去することを含んでいる。タイヤは、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブチルゴム、およびクロロプレンゴムなど、様々な種類のゴムから作られていることにも留意されたい。スチレン−ブタジエンゴムが最も一般的な合成ゴムであり、タイヤ製造のために最も広範囲に使用されている。
【００２４】
炉に装入されるとき、炭素含有有機材料は、少なくとも部分的に燃焼して炭素質残留物を生成することもできる。これが燃焼するとき、有機材料は燃料として作用することができる。炭素質残留物は、次いで酸化されてスラグフォーミングを起こすことができる。炭素質残留物は、付加的に還元剤または加炭剤として機能することもできる。したがって、炉に装入する炭素含有有機材料は、スラグフォーミングの前駆物質として機能することもできる。また、したがって、炭素含有有機材料は、同様に加炭剤の前駆物質または還元剤の前駆物質として機能することもできる。
【００２５】
ステップ（ｉｉ）において、炭素含有有機材料は、炉に装入される唯一の添加物とすることもできるが、一形態において有機材料はその他の炭素源と共に炉に装入される。このその他の炭素源は、それ自身が燃焼して燃料として作用することもできる。これはまたスラグフォーミングに寄与することもでき、還元剤または加炭剤として機能することもできる。このその他の炭素源は、石炭、コークス、炭素チャー、チャコールまたはグラファイトとすることができる。
【００２６】
一例として、炭素含有有機材料およびその他の炭素源は、１：１、３：７、１：４、１：９など様々な概算重量比率で炉に装入することができる。同様に、最終的に選択される比率は、特定の炉の特性に関して決定することもできる。
【００２７】
一形態において、炭素含有有機材料は廃棄材料である。廃棄材料を炉に装入することは、炉に装入されなければ環境上の問題をもたらすので、廃棄材料を処分する有効な手段を提供する。
【００２８】
一形態において、炭素含有有機材料は、Ｃ、Ｈを含み、場合により含み得るのはＯの原子だけである。炭素含有有機材料には、その他の元素（例えばＮ、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、ハロゲンなど）が存在することもあるが、これらその他の元素はフェロアロイ製造を妨害し、および／または汚染物質、環境汚染物質、有害ガスなどを発生することがある。したがって、炭素含有有機材料を注意深く選択することによって、有害ガスおよびその他の弊害のあるまたは有害な生成物の形成を避けることができる。
【００２９】
第２の態様において、電気アーク炉中でのフェロアロイ製造において、ＥＡＦの燃焼効率を高めるために鋼鉄を除去した炭素含有有機材料の使用が提供される。
【００３０】
炭素含有有機材料の使用は、第１の態様の方法によるフェロアロイの製造において可能である。
【００３１】
第３の態様において、電気アーク炉中でフェロアロイを製造する方法が提供され、この方法は、
−  フェロアロイのための供給原料を炉に装入するステップと、
−  炉中で供給原料を加熱して溶融状態にするステップと、
−  鋼鉄が除去された炭素含有有機材料を炉に装入するステップとを含む。
【００３２】
炭素含有有機材料は、炉中で燃焼して溶融合金／供給原料に対して熱エネルギーを放出し、スラグにフォーミングを生じさせる物質を生成するような形態で装入することができる。この点に関して、炭素含有有機材料は第１の態様に従って粉砕することができる。
【００３３】
炭素含有有機材料は、追加の作用剤と共に装入することができる。追加の作用剤は、第１の態様で定義したその他の炭素源とすることもできる。
【００３４】
炭素含有有機材料は、供給原料と共に炉に装入することもできる。例えば、炉は供給原料および炭素含有有機材料が装入されたときに既に加熱しておくことができる（すなわち、連続式炉運転様式）。
【００３５】
第３の態様の方法は、他の点では第１の態様で定義した通りとしてよい。
【００３６】
第４の態様において、電気アーク炉中でフェロアロイを製造するための方法が提供され、この方法は
（ｉ）タイヤを粉砕するステップと、
（ｉｉ）炉にステップ（ｉ）から得た生成物を装入するステップとを含む。
【００３７】
第４の態様において、タイヤは切り裂き、細断、削り取り、磨砕または崩壊の１つまたは複数によって粉砕することができる。一般的に、タイヤは約１ｍｍ以下の粒径を生成するように粉砕される。
【００３８】
タイヤは、粉砕され装入する前に、タイヤに存在する鋼鉄を除去する分離ステップを受けることもできる。
【００３９】
第５の態様において、炭素含有供給原料を使用するフェロアロイ製造炉中のゴムのリサイクル可能性を決定するためのシステムが提供される。
このシステムは、
−  ゴムの燃焼能力を反映する、ゴムのパラメータの値を導き出すステップと、
−  このパラメータを、１つまたは複数のその他のゴム、ポリマーおよび／または非有機系炭素源から導き出された１つまたは複数のパラメータ値と比較するステップと、
−  これらパラメータ値から、範囲または尺度を導き出すステップとを含む。
【００４０】
一形態において、このパラメータは、炉中の燃焼中に生成されるエネルギーの量（例えば、発熱量）とすることができる。
【００４１】
要約において定義するフェロアロイを製造するための方法の範囲に含まれる可能性のあるその他の実施形態にもかかわらず、本方法の特定実施形態を、例示のみの目的で、添付の図面を参照にしてここに説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１において説明するような電気アーク炉を模擬するために設置した落下式管状炉（ＤＴＦ：ｄｒｏｐ  ｔｕｂｅ  ｆｕｒｎａｃｅ）の概略図である。
【図２】燃焼効率に対する（コークスとの炉添加物の混合物における）ポリプロピレンの重量％含有量の影響について、図１のＤＴＦを使用して導き出した値のプロット図である。燃焼効率に対する（コークスとの炉添加物の混合物における）タイヤゴムの重量％含有量の影響について、図１のＤＴＦを使用して導き出した値のプロット図である。
【図３ａ】図１の落下式管状炉における反応前および反応後それぞれにおける、コークスと、７０％コークスおよび３０％ポリプロピレン混合物に関する炭素質残留物のＸＲＤスペクトル図である。
【図３ｂ】図１の落下式管状炉における反応前および反応後それぞれにおける、コークスと、７０％コークスおよび３０％タイヤゴム（ＳＢＲ）混合物に関する炭素質残留物のＸＲＤスペクトル図である。
【図４】図１の落下式管状炉における７０％コークスと３０％タイヤゴム（ＳＢＲ）との混合物に関する反応後のＸＲＤパターン図（ピーク解析）である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
広範囲に及ぶＥＡＦ鋼鉄製造の研究で、ＥＡＦ製鋼における炭素含有有機材料、具体的にはポリマーを使用すると、以下のものを得られることに注目した。
−  補助燃料または補助エネルギー源。非常に高い温度で操業されている炉の内部では、ポリマーの鎖が分断される。これらポリマー分断生成物は、鎖の長さが短い炭化水素であり、これらは容易に燃焼してＣＯおよびＨ２を発生する。燃焼反応中に放出された熱は、補助エネルギーとして利用することができる。
−  炭素源。コークス／プラスチック混合物が燃え尽きた後の炭素質残留物は、有効なスラグフォーミングを提供することができる。
【００４４】
意外な展開で、ゴム（例えば、廃棄またはスクラップタイヤからのゴム）をＥＡＦ鋼鉄製造に導入できると仮定した。ＥＡＦ鋼鉄製造に使用されている高温において、ゴムは一旦炉に導入されたならば燃焼し（したがって燃料として作用し）、炭素質残留物を生成すると推量した。しかしながら、例えばゴムタイヤ中の鋼鉄の存在は、この効果を損なう可能性があるので、鋼鉄を含まないゴム（すなわち、炉に装入する前に鋼鉄はゴムから除去してある）について調査を行った。その後、鋼鉄を含まないその他の炭素含有ポリマー（例えば、廃棄鋼鉄補強ポリマー複合材料から由来するもの）も、フェロアロイの電気アークによる製造に導入することができ、ここでもまた炭素質残留物生成物を生成することができると推論した。
【００４５】
さらに、炭素質残留物生成物が次にＥＡＦ鋼鉄製造においてスラグフォーミングを起こすことができること、場合によっては（例えば、その他のフェロアロイの製造において）還元剤として機能する可能性があること、場合によっては加炭剤としても機能する可能性があることが観察された。
【００４６】
炭素質残留物の構造的特徴付けを、落下式管状炉（図１に示す、ＥＡＦにおいて経験すると予想される運転条件を模擬したもの）へ導入した様々なコークス−プラスチック混合物およびコークス−ゴム混合物について行い、燃焼効率を観察した。結果を図２に示す。
【００４７】
炭素質残留物が、その後ＥＡＦ中で液体スラグのフォーミングをもたらすこと、溶融フェロアロイ中で還元能力および／または向上した炭素溶解作用を有する可能性があることを解明するための分析も実施した。構造的特徴付けの結果を図３および図４に示す。
【実施例】
【００４８】
フェロアロイを製造するための方法の非限定的実施例を次に説明する。
【実施例１】
【００４９】
実験の詳細な記述
まず、コークス、ポリプロピレンおよびゴムのサンプル（後の２つは鋼鉄を含まない）の分析結果を、表１に要約してある。
【００５０】
【表Ａ】
0005439364.tif 000002
【００５１】
【表Ｂ】
0005439364.tif 000003
【００５２】
燃焼試験は、市販の冶金コークスを用いて実施した。ポリプロピレンおよびタイヤ（スチレンブタジエンゴム）のサンプルは、産業界から入手した。両方のポリマー材料は、ジョウクラッシャーおよび振動グラインダー中で粉砕し、１．０ｍｍ未満の粒径とした。調査したコークス／ポリプロピレンおよびコークス／ゴムの混合物の配合は、７０：３０、８０：２０および９０：１０であった。
【００５３】
次いで燃焼反応を落下式管状炉（ＤＴＦ：ｄｒｏｐ  ｔｕｂｅ  ｆｕｒｎａｃｅ）中で実施した。ＤＴＦの概略図を図１に示す。
【００５４】
運転パラメータは、試験を繰り返して微調整して条件を最適化した。使用した炉の運転条件を表２に記載する。
【００５５】
【表Ｃ】
0005439364.tif 000004
【００５６】
炭素質残留物粒子をＤＴＦの底部で収集し、ＬＥＣＯ分析器を用いて炭素含有量を分析した。
【００５７】
コークス、コークス／ゴムおよびコークス／ポリプロピレンの混合物のＸＲＤパターンについても、Ｓｉｅｍｅｎｓ社のＤ５０００  Ｐｏｗｄｅｒ  ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｅｒを用いて調査した。
【００５８】
結果および考案
コークス、コークスとＰＰおよびゴムとの様々な比率における混合物の燃焼効率を、以下の式により計算した。
【００５９】
【数１】
0005439364.tif 000005
式中、
Ａ０およびＡｉは、燃焼する前と後の灰の含有量であり、
Ｃ０およびＣｉは、ＤＴＦ中で燃焼する前と後の炭素含有量を表す。
【００６０】
コークス、コークス／ゴム混合物およびコークス／ＰＰ混合物の燃焼効率の結果が得られ、これら結果を図２に一括して示す。
【００６１】
プラスチックおよびゴムの性質の分析
ポリプロピレンプラスチックおよびゴムは、表１における分析から分かるように、比較的高い発熱量を有しているので、潜在的な補助燃料として機能することができた。観察されたポリプロピレンおよびゴムの有益な性質としては、これらの揮発性物質（燃焼中に放出される）および炭素含有量があった。分析によって、プラスチックおよびゴムの向上した揮発性物質および低い含水量も確認されている。
【００６２】
ポリプロピレンついては、いかなる大きな基も含まない単一の主鎖を有する一般的な廃熱可塑性プラスチックであり、それ故容易に鎖の分断機構を経て、炭素および水素の源である極めて反応性に富む基を生ずることに注目した。
【００６３】
ポリプロピレンの反復単位は以下の通りである。
【００６４】
【化１】
0005439364.tif 000006
【００６５】
ポリプロピレンの熱分解および熱酸化分解については、重合反応の逆であるラジカル連鎖機構であることに注目した。熱酸化分解は、炭素−炭素結合の分解時に極めて反応性に富む遊離基を生み出した。それ故、ラジカル連鎖が分解反応を始動し、伝播反応を通して進行した。
【００６６】
スチレン−ブタジエンについては、１，３−ブタジエンおよびスチレンがそれぞれ３対１の比率で混合したコポリマーであることに注目した。ＳＢゴム（ＳＢＲ）の反復単位は以下の通りである。
【００６７】
【化２】
0005439364.tif 000007
【００６８】
高温におけるゴム分解の機構および動力学は２段階で起こった。温度が３９０℃に達するまで、重量損失および質量分解に変化は無かった。分解の第１段階は３９０℃〜５２０℃の温度範囲で起こり、ここでは８５％までのかなりの重量損失が観察され、この温度範囲で主要な分解が起こったことを証明している。分解の第２段階は６２０℃〜７２０℃で起こり、この領域での重量損失は５．４％であった。したがって、ゴムは５５０℃前後においてかなりの揮発成分の除去が起こり、揮発性物質を放出すると予想した。
【００６９】
燃焼反応
揮発成分除去反応である燃焼反応において、ポリマー性製品（ポリプロピレンまたはＳＢゴム（ＳＢＲ：ＳＢ  Ｒｕｂｂｅｒ））は、主にこれらの単量体、二量体および三量体の単位へと分解すると予想した。
【００７０】
図２に示す燃焼効率を参照すると、ポリプロピレン／ＳＢＲの含有量が増加すると燃焼効率が向上することが分かり、コークス対ポリプロピレン／ＳＢＲの比率は７０：３０の配合が最も高い燃焼効率を有していることが観察された。
【００７１】
ポリプロピレンの燃焼において、６００℃に達した後により多くの酸素を含有する生成物が観察された。この生成物は、主に枝分かれしたメチルエチルケトン（ＣＨ３ＣＯＲ）型であった。炭素原子の数が、Ｃ３からＣ１５までの、３の倍数単位である化合物もまた広く存在していた。いずれの場合も、より高いＥＡＦの温度（１０００℃超）においては、ケトンはあまり発生しなくなり、ＣＯ２およびＣＯの量が増加した。それ故、ポリプロピレン鎖は酸化的に分解し、最初は主鎖に酸素原子を有する小さな化合物へと分解され、次いでこれが極端な温度ではより単純な炭化水素および炭素へと分解されると予想した。
【００７２】
ＳＢゴムの燃焼反応の検討において、以前に実施したガスクロマトグラフィー質量スペクトル分析の研究は、４−フェニルシクロヘキサン、４−ビニルシクロヘキサン、スチレン、エチルベンゼン、メチルベンゼンおよびメチルスチレンなどの低分子量化合物の形成を示した。以前の熱分解研究において、最高温度は７００℃であった。したがって、７００℃の温度はゴムが低級炭化水素になるのに十分であり、この炭化水素はさらなる高温においてより単純な炭素源へとさらに分解されると推論された。ＤＴＦ内部の温度は１２００℃であったので、ポリマー鎖の分解は保証され、これによってコークス／ゴム混合物の燃焼効率が向上した。
【００７３】
ゴムおよびポリプロピレンいずれの場合も、炉の高温（１２００℃）が、ポリマー鎖の炭化水素への分解を保証し、これらが比較的迅速な燃焼に利用できるようにした。ゴムの燃焼効率が、ポリプロピレンの燃焼効率より若干高いが、これはゴムがポリプロピレンのように酸素含有化合物を通して転換されるのではなくて、巨大分子がより小さな分子量の化合物へ直接転換されることによるものであろう。
【００７４】
コークス、７０：３０配合のコークスとポリプロピレン／ＳＢＲ混合物に関する燃焼反応前後のＸＲＤスペクトルを図３に示すが、図３は具体的に（ａ）燃焼前後のコークスとポリプロピレンの７０：３０混合物、（ｂ）燃焼前後のコークスとＳＢＲの７０：３０混合物のＸＲＤスペクトルを示している。１００％コークスの燃焼前後におけるスペクトルも比較のために示してある。
【００７５】
ポリプロピレン混合物の場合、１５〜２５°の角度領域における特性ピークにより、ポリマー介在物に起因する非晶質成分が含まれていることが明らかになった。燃え尽きたサンプルのＸＲＤパターンからは、これら非晶質成分の著しい減少が認められる。したがって、ポリプロピレン部分は燃焼中に揮発性物質を放出すると予想した。それにもかかわらず、燃焼後のサンプルのパターンにおいても小さなピークが依然として残存しており、プラスチックからの炭素系物質の残留物が残されていることを示している。
【００７６】
図４に示すＸＲＤスペクトルは、燃焼後のコークス／ゴムを含有するサンプルについて行われたピーク解析を図示している。これは、炭素質および灰の残留物の存在を示している。
燃焼反応後に得られた混合物のクリスタリット寸法を、やはり同じ条件の下で燃焼したコークスのそれと比較している（表３）。これらの結果から、燃焼後のコークス／ゴムおよびコークス／ポリプロピレンいずれの場合も、ポリマーからの固体残留物の存在をこれらのサンプルが依然として示すことが判る（図３）。これは、混合物の燃焼効率が改良されても（図２）、ポリマーは燃焼反応において完全には消費されないことを示している。
【００７７】
クリスタリット寸法（Ｌｃ）の測定を行い（以下の表３に示す）、混合物の残存サンプル中に存在する炭素はコークスおよびポリマー両方を起源とすることが示された。これは以下のように理解できる。コークス／ゴム残留物が略１８ÅのＬｃを有しているのに対して、コークスのＬｃは略２０Åであり、これはコークスに比べると平均して規則配列が少ない炭素残留物の存在を示している。コークス／ポリプロピレン残留物は、略２２ÅのＬｃ値を有している。
【００７８】
これら分析により、総体的な炭素ピークおよび関連したＬｃ値によって表されるように、残留物が、ポリマー材料の炭素への転換に起因するポリマー材料の一部の残物を含んでいることが明らかにされた。これらＬｃ値は、コークスのＬｃ値とは異なっており、これは、燃焼後に残された炭素質残留物がコークスおよびポリマー材料の両方を起源とすることを示している。これら残留物は、さらにスラグフォーミングの研究に使用された。廃棄ポリマー残物の存在が、スラグフォーミングに著しい影響を有していた。本研究は、このようにして有機廃棄物をＥＡＦ製鋼のためのエネルギー資源および炭素資源として利用することの理解を確立した。
【００７９】
【表Ｄ】
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【００８０】
結論
有機廃棄物、すなわちプラスチックまたはゴムを、ＥＡＦ製鋼のための資源として利用する可能性について、コークス／有機廃棄物混合物の燃焼効率を決定することによって調査した。冶金コークス／ＳＢゴムの混合物および冶金コークス／ポリプロピレンプラスチックの混合物は、コークス単独よりも良好な燃焼効率を示した。燃焼後の残物はいくらかの炭素残留物を含有しており、これはまたスラグフォーミングのために利用することができる。
【００８１】
燃焼結果およびスラグフォーミングの研究に基づき、有機廃棄物をＥＡＦ製鋼において使用し、冶金コークスの使用と置き換えることが、向上した燃焼効率によって可能となった。燃焼効率およびスラグフォーミングの研究結果は、これら廃棄材料がＥＡＦ製鋼のための貴重なエネルギー資源および炭素資源であることを表していた。
【実施例２】
【００８２】
発明者は、ゴムのフェロアロイ製造におけるその再利用の適合性およびその他の非溶鉱炉型炉における可燃性燃料としての適合性を表す指標を考案し提案した。この指標は、ゴムに関するグリーン指標（Green Index for Rubber）（または「ＧＩＲ」指標）と呼ばれるものであった。発明者は、この指標はＧＩＲ指標としても知られているが、一般的な感覚においてゴムのリサイクル可能性に関連して使用することもできると考えた。
【００８３】
この方法において、一般社会が、例えば製鋼などのフェロアロイ製造におけるゴムのリサイクル能力を認識できる機構を確立することができた。
【００８４】
最終的に発明者は、次いでＧＩＲ指標は、関連したＧＩＲＳ指標（ここで「Ｓ」は、製鋼において使用するためのプラスチックの適合性（suitability）を表す）の開発によって構築できると推量した。
【００８５】
一般的に、この実験は、ＥＡＦを使用した鋼鉄以外のフェロアロイの製造に関して、ゴムが炉に装入できること、燃料として燃焼できること、ならびにゴムがスラグフォーミングに有用な炭素質残留物を形成し、金属酸化物の還元および溶融金属（例えば鉄）の加炭を起こすことができることも示した。
【００８６】
加えて、この実験は再加熱炉などに関して、例えば天然ガスなどその他の燃料の補助として、さらには燃料として燃焼させるために、ゴムを炉に装入することができることも示した。これは、鋼鉄形成運転における再加熱炉などの炉において使用される高い温度（１０００℃超）において特にそうであった。
【００８７】
したがって、社会における莫大な量の廃棄プラスチックを利用し消費する有効な手段が提供される。
【００８８】
幾つかの特定の実施形態が記述されているが、フェロアロイを製造するための方法は、多くのその他の形態において具体化できることが認識されなければならない。
【００８９】
これ以降のおよび先行する記述における特許請求範囲において、明示された文言または必要な含意により文脈によって別の意味を表すことを要求される場合を除き、「含む（comprise）」という言葉あるいは「含む（comprises）」または「含んでいる（comprising）」などのこの言葉の変形体は、包括的な意味、すなわち記述された特徴の存在を特定しているが、様々な実施形態におけるさらなる特性の存在または追加を排除するものではない、という意味で使用される。
【００９０】
従来技術の文書に対する本明細書での参照は、この文書がオーストラリアまたは他の場所における当業者の共有する一般知識の一部を形成することを承認するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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