(57)【要約】      （修正有）【課題】使用済みプラスチックを炉に吹込む場合に燃焼性が向上する、強度の高い炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物およびその製造方法を提供し、これらを用いた使用済みプラスチックの炉吹き込み方法を提供する。【解決手段】使用済みプラスチックを炉吹き込み原料として用いる竪型炉の操業において、セメント４と、使用済みプラスチック２とを混合して造粒した粒状物１０または、高炉スラグと、使用済みプラスチックとを混合して造粒した粒状物を炉内に吹き込む。粒状物の製造は全周に複数のダイス孔６が貫設されたリングダイ５の孔から圧縮押出して行なうのが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用済みプラスチックを炉吹き込み原料として用いる竪型炉の操業において、セメントと、使用済みプラスチックとを混合して造粒した粒状物を炉内に吹き込むことを特徴とする使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
【請求項２】
使用済みプラスチックを炉吹き込み原料として用いる竪型炉の操業において、高炉スラグと、使用済みプラスチックとを混合して造粒した粒状物を炉内に吹き込むことを特徴とする使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
【請求項３】
全周に複数のダイス孔が貫設されたリングダイの孔から圧縮押出しされて造粒された粒状物を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
【請求項４】
粒状物と同時にまたは交互に微粉炭を炉吹き込み原料として用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
【請求項５】
さらに、可燃性の繊維状物質を混合して造粒することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
【請求項６】
セメントおよび／または高炉スラグを含有することを特徴とする炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物。
【請求項７】
さらに、可燃性の繊維状物質を含有することを特徴とする請求項６に記載の炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物。
【請求項８】
セメントおよび／または高炉スラグと、使用済みプラスチックと、水とを混合して使用済みプラスチックの少なくとも一部を溶融させて造粒することを特徴とする請求項６に記載の炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物の製造方法。
【請求項９】
セメントおよび／または高炉スラグと、使用済みプラスチックと、水と、可燃性の繊維状物質とを混合して使用済みプラスチックの少なくとも一部を溶融させて造粒することを特徴とする請求項７に記載の炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般廃棄物や産業廃棄物としてのプラスチック系廃棄物である使用済みプラスチックを高炉やスクラップ溶解炉等の竪型炉の吹き込み原料に用いる、使用済みプラスチックの炉吹き込み方法および炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークスや微粉炭の代替原料として利用するために、使用済みプラスチックを高炉等の竪型炉に羽口から吹き込む技術が知られている。使用済みプラスチックの粒状物を空気輸送して羽口から吹込むことで、使用済みプラスチックをコークス代替品として有効にリサイクル利用することが可能である。
【０００３】
使用済みプラスチックの発生量は年々増加しており、より多量にリサイクル利用することが望まれている。また、高炉等で用いる場合は、製鉄コスト削減のためにも使用済みプラスチックの利用率を高めることが望ましい。
【０００４】
一方で、使用済みプラスチックは微粉炭等に比較して燃焼性が劣るという問題があり、使用済みプラスチックを多量に炉に吹きこむ場合に良好なガス化を確実にするために、例えば、酸素を炉風に加える技術（例えば、特許文献１参照。）や、使用済みプラスチックと微粉炭とを混合して炉に吹き込む技術（例えば、特許文献２参照。）が知られている。また、炉のレースウエイ内における燃焼率を向上させるために、炉に吹き込むプラスチック粒状物の強度や粒径の制御が重要であることが知られている（例えば、特許文献３参照。）。レースウエイとは、高炉等の竪型炉において熱風を吹き込む羽口先に形成される高温のガスが旋回している燃焼空間である。特許文献３によれば、プラスチック粒状物の強度をレースウエイ内において崩壊しない所定の圧縮強度以上に、粒径を所定の粒径以上にすることで燃焼率が向上するとされている。
【特許文献１】特許第３２２４３９４号公報
【特許文献２】特開平８−７３９０９号公報
【特許文献３】特開２００１−２２０５８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラスチック粒状物は、例えば圧縮押出し工程を有する造粒機を用いて製造する場合の製造条件を調整すること等で、ある程度は高強度化が可能である。しかし、より一層燃焼性を向上させるためには、従来以上の強度を有するプラスチック粒状物を炉に吹きこむことが望ましい。
【０００６】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、使用済みプラスチックを炉に吹込む場合に燃焼性が向上する、強度の高い炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物およびその製造方法を提供し、これらを用いた使用済みプラスチックの炉吹き込み方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）使用済みプラスチックを炉吹き込み原料として用いる竪型炉の操業において、セメントと、使用済みプラスチックとを混合して造粒した粒状物を炉内に吹き込むことを特徴とする使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
（２）使用済みプラスチックを炉吹き込み原料として用いる竪型炉の操業において、高炉スラグと、使用済みプラスチックとを混合して造粒した粒状物を炉内に吹き込むことを特徴とする使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
（３）全周に複数のダイス孔が貫設されたリングダイの孔から圧縮押出しされて造粒された粒状物を用いることを特徴とする（１）または（２）に記載の使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
（４）粒状物と同時にまたは交互に微粉炭を炉吹き込み原料として用いることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
（５）さらに、可燃性の繊維状物質を混合して造粒することを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の使用済みプラスチックの炉吹き込み方法。
（６）セメントおよび／または高炉スラグを含有することを特徴とする炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物。
（７）さらに、可燃性の繊維状物質を含有することを特徴とする（６）に記載の炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物。
（８）セメントおよび／または高炉スラグと、使用済みプラスチックと、水とを混合して使用済みプラスチックの少なくとも一部を溶融させて造粒することを特徴とする（６）に記載の炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物の製造方法。
（９）セメントおよび／または高炉スラグと、使用済みプラスチックと、水と、可燃性の繊維状物質とを混合して使用済みプラスチックの少なくとも一部を溶融させて造粒することを特徴とする（７）に記載の炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、使用済みプラスチックを炉の吹込み原料として利用する際の燃焼性を向上させることができる。このため、コークス代替として使用済みプラスチックを多量に炉に吹込むことが可能となり、使用済みプラスチックのコークスに対する置換率が増加して、製鉄コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ね、使用済みプラスチックを炉吹き込み原料として用いる竪型炉の操業において、使用済みプラスチック粒状物の強度を向上させるために、セメントと、使用済みプラスチックとを混合して造粒した粒状物を用いることで本発明を完成した。尚、本発明は燃焼ガスの吹込みにより炉内にレースウエイが形成されるあらゆる炉に適用可能であり、高炉の他に、スクラップ溶解炉、キューポラ、ガス化溶融炉等の様々な竪型炉に用いることができる。
【００１０】
セメントは、使用済みプラスチックと混合することで化学的結合によりプラスチック同士を接着するバインダー効果を発揮し、使用済みプラスチック粒状物の強度を向上させる。セメントは高温状態でも強度を有するため、プラスチック粒状物はレースウエイ内においてもある程度の強度を保持するものとなる。これによりプラスチック粒状物が炉内のレースウエイに滞留する時間が増加して燃焼性が向上する。使用済みプラスチックには通常水分が含有されているので、セメントと水とが反応して上記の効果を有するが、使用済みプラスチックの水分含有量が少ない場合や、水を全く含有していない場合には、別途水を添加する必要がある。
【００１１】
セメントは架橋反応を有し、使用済みプラスチック中に含有される無機物と結合する。また、硬化する際には発熱反応であるため、使用済みプラスチックに混合・造粒した際に、プラスチックが一部溶融し、その粒子の強度を高めることができる。使用済みプラスチック中に含まれる灰分はシリカ、アルミナが多く塩基度が低いことから、これにもともと塩基度の高いセメントを混合することで使用済みプラスチック中の灰分の塩基度を高め、融点を降下させることができる点で好適である。セメントとしては、普通ポルトランドセメント（普通、早強、超早強等）、混合セメント（高炉、フライアッシュ、シリカ）等を用いることが可能であり、養生期間を考慮して任意のセメントを用いることができる。
【００１２】
セメントと同様の効果を有する物質として、ＣａＯ、ＭｇＯなど水和反応を起こす物質を用いることができる。例えば、高炉スラグ、高炉微粉末スラグ、フライアッシュを用いることも可能である。
【００１３】
本発明の効果をより一層高めるために、さらに可燃性の繊維状物質を混合して造粒することが望ましい。可燃性の繊維状物質としては、例えば細長く破砕された木材が好適に使用できる。繊維状物質がプラスチック粒状物の空隙部分に充填され、また繊維状物質がプラスチックを貫通してプラスチック片同士を結合する効果も有し、セメント等によるバインダー効果との相互作用で、プラスチック粒状物の強度がより向上する。また、プラスチックよりも着火性の良好な繊維状物質を選択することで、プラスチック粒状物の強度と同時に、燃焼性も向上させることが可能である。
【００１４】
可燃性の繊維状物質として木材を用いる場合、木材は平均粒径が１〜１５ｍｍの範囲となる粉粒体ないし細片状に破砕したものを用いることが好ましい。特に廃木材を用いることが望ましい。廃木材は通常の破砕処理で平均粒度が１〜１５ｍｍの範囲となるように調整することが容易であり、安価で、大量処理の要請があるためである。廃木材は乾燥した、水分含有量の少ないものを用いることが好ましい。
【００１５】
本発明で炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物として用いるのに好適な粒状物は、上記のようにセメントおよび／または高炉スラグを含有するものである。さらに、可燃性の繊維状物質を含有することが好ましい。
【００１６】
上記のような使用済みプラスチック粒状物は、セメントと、水と、使用済みプラスチックとを混合して使用済みプラスチックの少なくとも一部を溶融させて造粒することが好ましい。セメントと使用済みプラスチックとを混合後に水を添加することが、セメントを事前に使用済みプラスチック中に分散させることができるので望ましい。尚、使用済みプラスチックの水分含有量が十分である場合には水の添加を省略することができる。以下に本発明の使用済みプラスチック粒状物の製造方法を詳しく説明する。
【００１７】
使用済みプラスチックを高炉の吹き込み原料として使用する場合、これを空気輸送により高炉羽口に供給して炉内に吹き込むために、従来より使用済みプラスチックは空気輸送や羽口からの吹き込みに適した一定の粒度と嵩密度を有する粒状物に予め加工されて使用されていた。したがって、使用済みプラスチックとセメントとを混合した粒状物は、通常使用済みプラスチックを造粒する際に用いる公知の方法を用いて製造すれば良く、例えば以下の（ａ）〜（ｃ）のような造粒方法を用いることができる。（ａ）〜（ｃ）の方法は、特にフィルム状の使用済みプラスチックの造粒に好適である。いずれの方法を用いる場合にも、事前に使用済みプラスチックを造粒処理に適当なサイズに破砕し、洗浄し、除去可能な異物は除去することが望ましい。
【００１８】
（ａ）圧縮成型造粒方法：使用済みプラスチックを、全周に複数のダイス孔が貫設されたリングダイの孔から圧縮押出しして造粒する。たとえば、全周に複数のダイス孔が貫設されたリングダイと、このリングダイの内側にリングダイ内周面と接するようにして回転自在に配置された転動ローラとを備えた圧縮成型装置を用いるものであり、リングダイの内部に投入された使用済みプラスチックを、転動ローラによってリングダイ内周面との間で圧縮・圧潰しつつリングダイのダイス孔に押し込み、ダイス孔内を通過してリングダイ外面側に押し出されたプラスチック成型物を切断又はリングダイ外面から掻き落とすことにより、炉吹き込み原料となる粒状プラスチック成型物を得るものである。主としてダイス孔内において使用済みプラスチックの少なくとも一部が摩擦熱によって半溶融又は溶融化し、その後固化することによりプラスチック成型物（粒状物）が得られる。
【００１９】
圧縮成型造粒方法で用いる造粒装置としては、たとえば、全周に複数のダイス孔が貫設され、装置本体に回転可能に支持されるとともに駆動装置により回転駆動するリングダイと、装置本体に回転自在に支持されるとともに、前記リングダイの内側にリングダイ内周面と接するようにして配置される１又は２以上の転動ローラとを備えたものが知られており、使用済みプラスチックを、前記転動ローラによってリングダイ内周面との間で圧縮・圧潰しつつリングダイのダイス孔内に押し込み造粒する。
【００２０】
圧縮成型造粒方法で用いる造粒装置の一例の概略図を図１に示す。このプラスチック圧縮成型装置は、全周に複数のダイス孔６が貫設されたリングダイ５と、このリングダイ５の内側にリングダイ内周面と接するようにして回転自在に配置された転動ローラ７ａ，７ｂと、リングダイ５の外側に配置されたカッター８とを備えている。
【００２１】
前記リングダイ５は適当な幅を有するリング体により構成され、図示しない装置本体に回転可能に支持されるとともに、同じく図示しない駆動装置により回転駆動する。このリングダイ５の周方向及び幅方向には複数のダイス孔６が設けられている。これらのダイス孔６は、リングダイ５の径方向に沿ってリングダイ５の内側（内周面）と外側（外周面）間を貫通して設けられている。ダイス孔６の孔径（直径）は造粒すべき粒状プラスチック成型物の大きさ（径）に応じて決められるが、通常３〜１５ｍｍ程度である。また、ダイス孔６の長さ（リングタイ５の厚さ）は通常３０〜１５０ｍｍ程度である。
【００２２】
前記転動ローラ７ａ，７ｂは装置本体に回転自在に支持されるとともに、リングダイ５の内側に１８０°対向した状態に配置されている。これら転動ローラ７ａ，７ｂは無駆動のフリーのローラ体であり、リングダイ５の内周面と接しているためその内周面との摩擦によりリングダイ５の回転に伴って回転する。なお、この転動ローラ７の数は任意であり、１個又は３個以上設けてもよい。
【００２３】
前記カッター８は、その刃先がリングダイ５の外周面に接するか又は外周面の近傍に位置するように設けられ、前記ダイス孔６からリングダイ５の外側に棒状に押し出されるプラスチック成型物を適当な長さに切断する（又はリングダイ外周面から掻き落す）ものである。
【００２４】
以上のようなプラスチック圧縮成型装置では、リングダイ５が図中矢印方向に回転駆動し、これに随伴して転動ローラ７ａ，７ｂも回転している状態で、投入口９からリングダイ５の内部に使用済みプラスチック２とセメント４が同時に投入され、この投入された使用済みプラスチック２とセメント４は、リングダイ５内で混合され、転動ローラ７ａ，７ｂによってリングダイ５内周面との間で圧縮・圧潰されつつリングダイ５のダイス孔６内に押し込まれる。ダイス孔６内に押し込まれた使用済みプラスチック２とセメント４の混合物は、ダイス孔内を通過してリングダイ５の外面側に棒状に成型された状態で順次押し出され、このプラスチック成型物１０が前記カッター８により適当な長さに切断されることにより、粒状プラスチック成型物が得られる。
【００２５】
セメントの混合方法としては、別途混合器を設置し、事前に使用済みプラスチックとセメントとを混合してもよい。また、セメントの粒度は、リング体と転動ローラの間隙を通過するものであればよく、リングダイ内で粉砕されるものであれば問題ないが、造粒に支障をきたさないためには平均粒度が１ｍｍ以下程度であることが好ましい。
【００２６】
圧縮成型造粒方法により得られる粒状プラスチック成型物は、通常は外側（ダイス孔との接触面）は溶融または半溶融状態であるが、内部のプラスチックはほとんど溶融しておらず、その部分の強度は低い傾向がある。しかしセメントを添加した場合には、使用済みプラスチックの隙間にセメントが充填されるために、従来の使用済みプラスチックのみを造粒したものに較べて高強度を有する。これにより燃焼性が向上するうえに、造粒後のハンドリングや空気輸送の際に崩壊する割合が極めて少なく、このため空気輸送用の配管などでの詰まりが適切に防止できる。そして、竪型炉内に吹き込まれた際にも、セメントによるプラスチック同士の接着効果は持続し、レースウエイ内から瞬時に飛散することなくレースウエイ内の滞留時間が増加して、使用済みプラスチックの燃焼性が向上する。圧縮成型造粒方法は、粒状物内部のプラスチックがほとんど溶融しておらず、他の造粒方法に比較して造粒したプラスチック粒状物の強度が低いので、セメント添加による強度向上効果が非常に大きい。
【００２７】
（ｂ）半溶融造粒方法：使用済みプラスチックを回転する破砕刃などにより破砕すると同時に撹拌しつつ、その摩擦熱又は外部加熱によってプラスチックを半溶融又は溶融させた後、水の噴霧よって冷却することで粒状プラスチックに造粒する方法である。この造粒方法はバッチ処理であるため処理効率（生産性）が低く、冷却に水を使用するため事後の乾燥工程が必要である、処理条件やプラスチック投入量によって得られる粒状プラスチックの粒度にバラツキを生じやすい、などの欠点がある。使用済みプラスチックとセメントとを回転する破砕刃を備えた装置内に投入する、または事前に使用済みプラスチックとセメントとを混合して装置内に投入し、従来と同様に粒状物を製造できる。セメントの粒度は、（ａ）に用いる場合よりも粗粒のものでも好適に使用できる。
【００２８】
（ｃ）溶融押出し造粒方法：使用済みプラスチックを押出し成型機等を用いて溶融混練した後、ダイス孔等から線状に押出して冷却し、長さ方向で適当な長さに切断することで粒状化する。使用済みプラスチックとセメントとを押出し装置内に投入する、または事前に使用済みプラスチックとセメントとを混合して押出し装置内に投入して、使用済みプラスチックとセメントとを混合した粒状物を製造する。セメントの粒度は、（ａ）に用いる場合よりも粗粒のものでも好適に使用できる。
【００２９】
例えば上記（ａ）〜（ｃ）の造粒方法を用いてセメントとともに造粒した使用済みプラスチックの粒状物を、空気輸送により竪型炉の羽口に供給して炉内に吹きこむ。炉内に吹きこまれた従来よりも高強度を有する粒状物は、炉内での燃焼性が向上する。
【００３０】
さらに可燃性の繊維状物質を混合する場合には、上記の製造方法においてセメントおよび／または高炉スラグと、使用済みプラスチックと、水と、可燃性の繊維状物質とを混合して使用済みプラスチックの少なくとも一部を溶融させて造粒することが望ましい。
【実施例１】
【００３１】
図１に示したものと同様の造粒装置（リングダイ造粒装置）を用いて使用済みプラスチックと、セメントと水とを混合して粒状物を製造した。リングダイ造粒装置は、リングダイ内径８４０ｍｍ、幅２４０ｍｍ、リングダイ厚み（ダイス長さ）６０ｍｍ、転動ローラ径４０５ｍｍで、ダイス径６ｍｍの穴１万個のものを用いた。
【００３２】
使用した使用済みプラスチックは一般家庭からの廃棄物であり、複数種類のプラスチックと異物とが混合された状態で、ポリエチレン３２％、ポリプロピレン３１％、ポリスチレン２２％、その他（紙など）１５％であった。表１に使用済みプラスチックの化学組成を示す。また、使用済みプラスチックの灰分組成を表２に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
【表２】
2006124823.tif 000004
【００３５】
本発明例として使用済みプラスチック１．５ｔ／ｈに対して、普通ポルトランドセメント（粒度１ｍｍ以下）を７５ｋｇ／ｈ（使用済みプラスチックに対して外数として５ｍａｓｓ％の割合）で供給した。また、水は使用済みプラスチックに対して外数として１０ｍａｓｓ％、２０ｍａｓｓ％の割合で混合した。水は使用済みプラスチックとセメントとを混合後に添加した（Ｎｏ．１、２）。
【００３６】
次に、セメントの替わりに高炉スラグ（粒度１ｍｍ以下）を用いた以外はセメントを用いた場合と同様の方法により粒状物（粒状プラスチック）を製造した。高炉スラグは使用済みプラスチックに対して外数として５ｍａｓｓ％、１０ｍａｓｓ％の割合で混合し、水についても使用済みプラスチックに対して外数として１０ｍａｓｓ％、２０ｍａｓｓ％の割合で変化させて混合した（Ｎｏ．３、４、５）。
【００３７】
さらに、比較例として水を使用済みプラスチックに対して外数として７ｍａｓｓ％添加して上記と同様にして粒状物を製造した（Ｎｏ．６）。
【００３８】
各粒状物の製造条件を表３に示す。
【００３９】
【表３】
2006124823.tif 000005
【００４０】
得られたプラスチック粒状物（Ｎｏ．１〜６）について１０００℃で熱処理後、ロガ試験を行い、粉率を測定することで粒子強度を評価した。粒状物は直径７ｍｍ、長さ２０ｍｍの円柱形状とした。ドラム回転数は１００回転／分で２分間とし、粒径５．６ｍｍ未満の粉体のうち、粒径１ｍｍ未満、粒径１ｍｍ以上２．８ｍｍ未満、粒径２．８ｍｍ以上５．６ｍｍ未満のものの割合を測定した。結果を図２に示す。
【００４１】
図２によれば、比較例に比べて、本発明例では粉率が低下することが分かる。低強度のプラスチック粒状物ほど粉化しやすいため、本発明の使用済みプラスチック粒状物が高強度を有することが分かった。
【実施例２】
【００４２】
実施例１のＮｏ．１の粒状物と同様にして、さらに廃木材を平均粒径１０ｍｍ程度の細片状に破砕して、使用済みプラスチックと、セメントと水と共に混合して粒状物を製造した。廃木材の添加率を０、６６、５０、３４ｍａｓｓ％と変化させて強度を測定して、比較した。強度は下記（ｚ）式で示す粒子の平均強度指数を用いた。
σ=Σσiωi・・・・・・（ｚ）
ここで、σ：平均強度指数（ｋｇ／ｍｍ）、σi：径ｄiの粒子に垂直な荷重、または円筒状粒子の場合は長さｄiの粒子の側面に垂直な荷重（速度２ｍｍ／ｍｉｎ一定）を加えたときの荷重（ｋｇ）と偏位（ｍｍ）との比（ｋｇ／ｍｍ）、ωi：径または長さｄiの粒子の質量分率である。
【００４３】
測定結果を図３に示す。図３において強度は廃木材の添加率を０ｍａｓｓ％とした時の強度を１００とした相対強度で示した。木材の添加により強度が上昇することが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】圧縮成型造粒方法で用いる造粒装置の一例の概略図（リングダイ造粒装置）。
【図２】粉率の変化を示すグラフ。
【図３】木材添加による強度の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４５】
２    使用済みプラスチック
４    セメント
５    リングダイ
６    ダイス孔
７ａ、７ｂ    転動ローラ
８    カッター
９    投入口
１０    プラスチック成型物
【図１】
2006124823.tif 000006
【図２】
2006124823.tif 000007
【図３】
2006124823.tif 000008