(57)【要約】【課題】  バイオマス資源である下水汚泥を有効に活用して高炉を効率良く操業することができる高炉の操業方法を提供すること。【解決手段】  高炉中に還元剤として下水汚泥を添加し、下水汚泥中の炭素および水素により鉄鉱石の還元処理を行うようにした。  下水汚泥の添加方法としては、下水汚泥を脱水・乾燥処理あるいは炭化処理後、更に粉砕処理して微粉化したものを、高炉の羽口より吹き込み添加する方法や、下水汚泥を脱水・乾燥処理あるいは炭化処理して造粒固化したものを高炉の炉頂あるいは羽口より添加する方法を採用することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉中に還元剤として下水汚泥を添加し、下水汚泥中の炭素および水素により鉄鉱石の還元処理を行うことを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項２】
下水汚泥が、下水汚泥を脱水・乾燥処理あるいは炭化処理後、更に粉砕処理して微粉化したものであり、これを高炉の羽口より吹き込み添加する請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項３】
下水汚泥が、下水汚泥を脱水・乾燥処理あるいは炭化処理して造粒固化したものであり、これを高炉の炉頂あるいは羽口より添加する請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項４】
還元剤として、下水汚泥と石炭系還元剤の混合物を用いる請求項１〜３のいずれかに記載の高炉の操業方法。
【請求項５】
下水汚泥を、石炭系還元剤に対する発熱量比と設備の許容補填率を基準に算出した配合率で含有させた混合物を用いる請求項４に記載の高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥を有効に活用した高炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、製鉄工場では高炉の操業に際して鉄鉱石（酸化鉄）の還元剤として化石燃料を主体とした石炭系還元剤を使用するのが普通であり、具体的にはコークスを還元剤として使用している。しかしながら、コークスの製造には比較的高品位の石炭を使用しなければならず、またその製造には多量のエネルギー消費を伴う等の問題点があった。
【０００３】
一方、鉄鋼業界においても地球温暖化の防止、ＣＯ２ガス排出の抑制、化石燃料使用量の削減等、地球環境問題の観点から製鉄インフラ技術を活用した代替資源の有効利用について種々検討されるようになってきた。例えば、特許文献１に示されるように、廃棄物たるプラスチック等の合成樹脂類を高炉の吹き込み燃料として供給する試み等がなされている。
また、鉄鋼産業は国の基盤産業である点から高い安定性を求められているとともに、高度な製鉄インフラ技術の活用も求められており、従って、様々な生産工程部署における代替資源の有効利用等を期待され、そのひとつとして地球環境への負荷が少ないと言われているバイオマス資源についても着目し、更なる研究を進めているのが現状である。
【特許文献１】特開平９−１３７９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記のような問題点を解決して、バイオマス資源である下水汚泥を有効に活用して高炉を効率良く操業することができる高炉の操業方法を提供することを目的として完成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するためになされた本発明の高炉の操業方法は、高炉中に還元剤として下水汚泥を添加し、下水汚泥中の炭素および水素により鉄鉱石の還元処理を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明では、高炉中に還元剤として下水汚泥を添加し、下水汚泥中の炭素および水素により鉄鉱石の還元処理を行うことで、従来の石炭系還元剤と同程度に鉄鉱石の還元処理を行うことが可能となり、更にはバイオマス資源の有効利用も促進可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい形態を示す。
本発明では、高炉中に還元剤として下水汚泥を添加し、下水汚泥中の炭素および水素により鉄鉱石の還元処理を行う点に特徴を有する高炉の操業方法である。
即ち、従来は鉄鉱石の還元剤として石炭系還元剤（具体的にはコークス、微粉化した石炭類）を用いるのが普通であったが、本発明者はバイオマス資源の有効利用について鋭意研究した結果、うまく処理すれば下水汚泥によっても鉄鉱石の還元処理を的確に行えることを見出し、その実用化に成功したのである。
【０００８】
本発明でいう下水汚泥とは、例えば、下水汚泥を脱水処理して脱水汚泥とした後、更に乾燥処理あるいは炭化処理し、これらを粉砕して得られる微粉化汚泥や、同様に造粒固化したものをいう。
また、下水汚泥を高炉内へ添加する方法としては、図１に示されるように、前記微粉化汚泥を高炉の羽口より吹き込み添加する方法や、造粒固化したものを貯留し、定量ずつ切り出して高炉の炉頂あるいは羽口より添加する方法を用いることができる。
【０００９】
下水汚泥としては一般的な下水汚泥を使用することができるが、特に高分子凝集剤で処理した汚泥の場合は固形分中の有機物量が多く、このため炭素および水素も多量に存在しており、これらを還元剤として用いることができるので好ましい。また、脱水汚泥とは常法に従い水分含有量が約７５〜８５％程度まで脱水処理して得た汚泥をいい、乾燥処理した汚泥とはこの脱水汚泥を、更に乾燥処理を施し水分含有量を低減させた汚泥をいう。この乾燥処理した汚泥は、一般的には、水分含有量が約３０％以下、好ましくは１０％以下となるまで乾燥処理して得た汚泥をいう。また、脱水汚泥をより高温で炭化処理して得られたものを炭化汚泥という。また、造粒固化したものとは、例えば３ｍｍφ×１０ｍｍ程度の棒状体、あるいは１〜５ｍｍφ程度の粒状体をいう。
なお、下水汚泥中の約８０％は有機物であり、この内の炭素および水素が還元剤として使用に供される。また約２０％の残部はシリカやアルミナ等の無機物であり、スラグとして回収利用される。
【００１０】
また、微粉化汚泥とは下水汚泥を粉砕機により粉砕処理して得た微粒子状の汚泥をいう。一例として、図２に示されるような、既存のＰＣＩ（Pulverzed Coal Injection）設備を利用して微粉化汚泥を高炉の羽口より吹き込み添加する場合について説明する。
このＰＣＩ設備は、従来の還元剤である石炭を微粉化して高炉の羽口より吹き込み添加する装置であり、受入ホッパーより石炭バンカーへ供給された乾燥汚泥は、粉砕機により熱風炉燃焼排ガスとともに乾燥・粉砕されて微粉化汚泥とされる。この微粉化汚泥はバグフィルターを介してリザーバタンクへ供給され、次いでフィードタンクに分配された後、レシーバタンクより圧縮窒素および空気とともに高炉の羽口へ導かれ、吹込み配管により微粉化汚泥が高炉内へ添加される。
なお後述するように、微粉化汚泥だけでなく、従来の還元剤である石炭もこのＰＣＩ設備により同時に微粉化処理されて、所定の配合率で混合した還元剤として供給することもできる。
【００１１】
本発明では、高炉の羽口より吹き込み添加する場合において、還元剤として従来の還元剤である石炭系還元剤に替え、全てを下水汚泥とすることもできるが、下水汚泥と石炭系還元剤を所定の配合率で調整した混合物を用いることもできる。
この場合、還元剤中における下水汚泥の配合量は、下記の式で算出される下水汚泥の石炭発熱量に対する発熱量比と、設備の許容補填率を基準に算出することができる。
発熱量比＝下水汚泥発熱量／石炭系還元剤発熱量
許容補填率＝（上限吹込み量−石炭系還元剤基準吹込み量）／石炭系還元剤基準
吹込み量
これは下水汚泥の添加による高炉の熱低下を生じない範囲で操業する必要があるので、そのような操業条件につき研究した結果、本発明者は上記の発熱量比と許容補填率に応じて最適配合率を設定できることを見出したことに基くものである。
【００１２】
許容補填率が５％、１０％、１５％、２０％の場合における発熱量比と汚泥配合率の関係を理論上算出した結果は［表１］に示すとおりであった。このうち、許容補填率１０％の場合の汚泥配合率と発熱量比の関係を図３のグラフに示した。
このグラフより、例えば、許容補填率が１０％の場合、発熱量比が０．２５未満では下水汚泥の配合率０〜１２％未満、発熱量比が０．２５〜０・７５未満では下水汚泥の配合率１２〜３６％未満、発熱量比が０．７５以上では下水汚泥の配合率３６〜１００％を上限として調整すれば適正な操業ができることとなる。
図３中に乾燥汚泥ならびに炭化汚泥での調整範囲例を示した。乾燥汚泥に比べて炭化汚泥では発熱量が高いことから配合率の上限が高くでき、より石炭系還元剤の使用量の低減が図れる。
【００１３】
【表１】
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【実施例１】
【００１４】
微粉化した石炭のみを、ＰＣＩ設備から高炉に平均５０ｔ／ｈで吹き込んでいる操業条件下（許容補填率：約３％）で、下水乾燥汚泥を石炭に混合後、高炉への吹き込みを実施した。石炭（約１０ｍｍφ）とペレットチップ状乾燥汚泥（３ｍｍφ×１０ｍｍ、対石炭発熱量比約０．４）を重量比９５：５でＰＣＩ石炭貯留・切出し設備に別々に搬送投入し、ＰＣＩ粉砕設備を利用して、約２１０℃で乾燥させながら混合粉砕し微粉化した（粒径約１００μｍ）。その後、混合微粉化物を貯留し、吹込み設備から約０．７５ＭＰａの圧力で搬送用空気約３３００Ｎｍ３／ｈとともに高炉羽口部へ約５２ｔ／ｈのペースで２４時間吹き込んだところ、汚泥混合による設備的・操業的問題は生じず、石炭のみを吹き込む場合と比較して石炭使用量を約１ｔ／ｈ低減できた。
【実施例２】
【００１５】
微粉化した石炭のみを、ＰＣＩ設備から高炉に平均５０ｔ／ｈで吹き込んでいる操業条件下（許容補填率：約６％）で、下水炭化汚泥を石炭に混合後、高炉への吹き込みを実施した。石炭（約１０ｍｍφ）と炭化汚泥（１〜５ｍｍφ、対石炭発熱量比約０．５）を重量比９０：１０でＰＣＩ石炭貯留・切出し設備に別々に搬送投入し、ＰＣＩ粉砕設備を利用して、約２００℃で乾燥させながら混合粉砕し微粉化した（粒径約１１０μｍ）。その後、混合微粉化物を貯留し、吹込み設備から約０．７８ＭＰａの圧力で搬送用空気約３３００Ｎｍ３／ｈとともに高炉羽口部へ約５３ｔ／ｈのペースで２４時間吹き込んだところ、汚泥混合による設備的・操業的問題は生じず、石炭のみを吹き込む場合と比較して石炭使用量を約３ｔ／ｈ低減できた。
【００１６】
以上の説明からも明らかなように、本発明は高炉中に還元剤として下水乾燥汚泥を添加し、下水乾燥汚泥中の炭素および水素により鉄鉱石の還元処理を行うことにより、従来の石炭系還元剤の使用を低減するとともに、バイオマス資源の有効利用も大いに促進することができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略正面図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す正面図である。
【図３】汚泥配合率と発熱量比の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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