(57)【要約】【課題】使用済みプラスチックを多量に炉に吹込む場合でも、炉の通気性を悪化させることの無い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。これにより使用済みプラスチックのコークスに対する置換率を増加させた炉の操業を可能とすること。また、前記の炉吹き込み方法に用いるのに好適な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すること。【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、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質と、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を用いる。灰分の融点を低下させる物質の少なくとも一部が、ＣａＯ源および／またはＭｇＯ源であることが好ましい。【選択図】図１
2006152331.tif 000002
【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、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質と、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】
灰分の融点を低下させる物質の少なくとも一部が、ＣａＯ源および／またはＭｇＯ源であることを特徴とする請求項１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】
使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質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６】
使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質と、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を特徴とする請求項５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。
【特許文献１】特許第３２２４３９４号公報
【特許文献２】特開８−７３９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
使用済みプラスチックをより多量に高炉等でリサイクル利用するためには、使用済みプラスチックの燃焼性を確保するだけでなく、炉の安定操業を維持した上で、使用済みプラスチックのコークスに対する置換率を高めることが重要である。しかし、本発明者らは、使用済みプラスチックの高炉への吹き込み量を増やすと、燃焼性の問題の他に炉の通気性が悪化するという問題点を見出した。すなわち、炉の通気性が悪化して送風圧が上昇するので、通気性確保のためにコークス比を増加させる操業を行う必要が生じ、結局はコークスに対する使用済みプラスチックの置換率が低下する。コークス比を増加させる操業を行うと、燃料原単位が増加して、生産性も低下する。したがって、このような条件下で使用済みプラスチックの高炉への吹き込み量を増加させることは、高炉の操業上は好ましくない。特許文献１、特許文献２等に記載の技術を用いれば、使用済みプラスチックの燃焼性向上を対象とする場合にはそれなりの効果があるが、使用済みプラスチックを高炉に多量に吹きこむことで発生する炉の通気性が悪化する問題には対応できない。
【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多量に炉に吹込む場合でも、炉の通気性を悪化させることの無い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り、これにより使用済みプラスチックのコークスに対する置換率を増加させた炉の操業を可能とすることである。
【０００７】
また本発明の他の目的は、前記の炉吹き込み方法に用いるのに好適な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することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記の課題を解決すべく実験と検討を重ねた結果、以下のような事実を見出した。
【０００９】
使用済みプラスチックは廃棄物であるため、有機物以外にも無機物が、例えば、食品袋の内面にラミネートされているアルミ箔や、プラスチック中の充填材（ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＣａＯ等）などが含まれている。このような無機物を含有する使用済みプラスチックを高炉に吹き込んだ場合、高炉内で燃焼して、その残渣が灰分（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＣａＯ等）となる。本願で燃焼により生成する灰分とは、酸化物が主体であって、使用済みプラスチックに含まれている異物が酸化した燃焼残渣と、もともと使用済みプラスチックに含まれている酸化物との、混合物である。灰分は炉内でスラグ化するがスラグ化する際に、高融点であるため高粘性のスラグとなる。この高粘性スラグによりレースウェイの端部に難流動性の層が形成されて炉の通気性が悪化している。
【００１０】
炉の通気性が悪化する機構を図１を用いて説明する。図１は高炉下部の羽口付近の断面の概略図であり、図１に示すように、羽口１から使用済みプラスチック２が多量に吹き込まれた場合に、羽口１前方に形成されるレースウェイ３の端部（奥の部分）に、レースウェイ３内で高速に燃焼して生成した、使用済みプラスチック２中に含まれる異物に由来するＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を主体とする灰分量が増加して、レースウェイ３の端部に生成されるスラグの融点や粘性が増加して、シェル４と呼ばれる難流動性層を形成する。このシェル４の存在により炉心部への送風が遮られ、ガスが流れ難くなり、送風圧が上昇して生産性が低下する。また、炉心部への送風が遮られるので、炉壁部分を通って上部へ通過するガス流れ（周辺流）が増加してヒートロスが増え、これにより燃料比が上昇する。
【００１１】
このようにして形成されたシェルの成分組成を調べたところ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＣａＯを主体とするものであり、例えば図２のＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯの３元系状態図に点Ａで示すように、融点が１７００℃を超えるものであった。微粉炭を同時に吹きこんだ場合にはさらに高融点となり、シェルの成分は１７００℃程度以上の高融点を有するものである。
【００１２】
したがって、上記のような成分を有するシェルの融点を低下させてシェル形成を防止するために、または形成されたシェルを溶融させるためには、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯの３元系物質の融点が低下するような物質を添加することが効果的であると考えらる。
【００１３】
シェルが形成される問題は、高炉への微粉炭吹き込み時にも発生しており、ＣａＯ系、ＭｇＯ系のフラックスの微粉末を造滓剤として添加してこれを解決する技術が知られているが、実際にＣａＯ系、ＭｇＯ系のフラックスの微粉末を羽口から吹き込むと、羽口から吹き込まれた粉体の慣性力が小さいために粉体の多くはレースウェイ端部のシェルまで到達することなく、ガス流れに追随してレースウェイ外部へ飛散してしまい、シェルと同化させることは困難であった。また、シェルを除去する目的で微粉末の造滓剤を多量に吹き込むと、使用済みプラスチックの燃焼性が著しく阻害される上に、炉下部全域においてスラグ量が増加するので、高炉の通気性および通液性が阻害される恐れがある。従って、吹き込むべき粉状造滓剤は、羽口から吹き込まれた後、レースウェイ端部のシェルまで達する慣性力を備えた粒度を有する必要がある。
【００１４】
そこで本発明では、シェルの融点を低下させる物質、すなわち使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質を、使用済みプラスチックと混合して造粒して造粒物を製造して、使用済みプラスチックとシェルの融点を低下させる物質とを一体化して炉に吹き込むことを検討して、これによりシェルの発生を抑制して、炉の通気性の悪化を防止できることを見出した。
【００１５】
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、そ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、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質と、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）灰分の融点を低下させる物質の少なくとも一部が、ＣａＯ源および／またはＭｇＯ源であることを特徴とする（１）に記載の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）使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質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。
（６）使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質と、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を特徴とする（５）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】
【００１６】
本発明によれば、炉の通気性を悪化させること無く、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。また通気性の改善により炉の周辺流の強化が緩和されるので、ヒートロスも減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明では炉内で生成するシェルの融点を低下させる物質を、使用済みプラスチックとともに混合して造粒した造粒物を炉の吹きこみ原料として使用する。シェルは炉内物質、例えば炉内に吹きこまれた微粉炭等に由来する成分も含むものであるが、主として使用済みプラスチックに含まれている無機物に由来して高温の炉内で主に燃焼により生成した酸化物を主とする燃焼残渣で形成されている。
【００１８】
したがって、シェルの融点を低下させる物質として使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させることが可能な物質を用いれば良く、灰分との共存下において、灰分と反応して元の灰分の融点よりも融点を低下させる成分を含有する物質を用いるものとする。使用済みプラスチックと、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させることが可能な物質とを混合して造粒して粒状物とし、該粒状物を炉の吹きこみ原料として利用する。
【００１９】
使用済みプラスチックに含有されている、灰分を生成する無機物の主成分はＡｌ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2であるために、使用済みプラスチックに混合する使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質としては、少なくともその一部が、ＣａＯ源および／またはＭｇＯ源であることが好ましい。ＣａＯ源とは、ＣａＯを含有する物質、もしくはＣａＣＯ等の炉内でＣａＯを生成するＣａＯ生成源となる物質であり、ＭｇＯ源とは、ＭｇＯを含有する物質、もしくは炉内でＭｇＯを生成するＭｇＯ生成源となる物質である。
【００２０】
使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質としては、ドロマイト、蛇紋岩、カンラン石、石灰石、生石灰等のＣａＯやＭｇＯを主成分とする塩基性物質（媒溶剤、焼結鉱など）を用いることが好ましい。製造したプラスチック粒状物の貯蔵安定性の点からは、石灰石を用いることが特に好ましい。
【００２１】
また、使用済みプラスチックと、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質とを混合する際には、混合物の灰分の融点が、１７００℃未満となるように混合することが望ましい。好ましくは１６５０℃以下である。融点は、たとえばその組成から状態図を用いて求めることができる。灰分の融点を低下させる物質として石灰石を用いる場合は、３ｍａｓｓ％以上の添加で融点を１６５０℃以下とすることができる。また、混合物の灰分の融点が高炉スラグ程度、例えば、１６００℃以下となるように、または、混合物の灰分の粘度が通常の高炉スラグの粘度（例えば、１５００℃で０．３５ＰａＳ）程度となるように混合することがより望ましい。炉に吹きこむ使用済みプラスチック中の灰分の組成を測定すると、その粘度を計算して推定することができるので、計算結果に基づいて混合量を決定できる。通常の高炉スラグの粘度程度まで低下しない場合でも、炉内に形成されるシェルが小さくなれば充分に効果がある。
【００２２】
使用済みプラスチックと混合して造粒する、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質として例えば石灰石を用いた場合、粒状物の３ｍａｓｓ％程度石灰石を添加すると図２のＢ、粒状物の７ｍａｓｓ％程度石灰石を添加すると図２のＣ、粒状物の１２ｍａｓｓ％程度石灰石を添加すると図２のＤとなり、石灰石の添加につれて使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点が低下する。
【００２３】
使用済みプラスチックと混合して造粒する物質は、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させることにより、粘性を低下させるものであれば、炉の操業を妨げない限り任意の物質を用いることが可能であるが、造粒時に使用済みプラスチックと混合する際の均一混合の容易さと、炉内に吹きこまれた際の反応性から、粉体であることが望ましく、１ｍｍ程度以下の粒度が主であるものを用いることが望ましい。
【００２４】
炉に吹きこむ使用済みプラスチックの粒状物は、炉に吹き込まれた際にレースウェイ外部に飛散してしまわない程度の粒度を有する必要があり、粒径が１ｍｍ程度以上とすることが望ましい。粒状物の粒径が小さすぎると、竪型炉の羽口から吹き込まれた後、レースウェイ端部のシェルまで到達できない場合がある。
【００２５】
次に、使用済みプラスチックと使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点低下物質とを混合した粒状物の製造方法について説明する。
【００２６】
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使用済みプラスチック灰分の融点低下物質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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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３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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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１１と灰分の融点を低下させる物質１２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１１と灰分の融点を低下させる物質１２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１１と灰分の融点を低下させる物質１２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。
【００３４】
灰分の融点を低下させる物質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灰分の融点を低下させる物質とを混合してもよい。また、灰分の融点を低下させる物質の粒度は、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。
【００３５】
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灰分の融点を低下させる物質とダイス孔との摩擦が大であり、使用済みプラスチックの隙間に灰分の融点を低下させる物質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ため、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、粒状プラスチックに混合した灰分の融点を低下させる物質が、レースウェイ端部のシェルと同化し、その粘度を低下させ炉内の通気性を改善させる。
【００３６】
（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灰分の融点を低下させる物質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灰分の融点を低下させる物質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。灰分の融点を低下させる物質の粒度は、（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。
【００３７】
（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灰分の融点を低下させる物質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灰分の融点を低下させる物質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使用済みプラスチック灰分の融点低下物質とを混合した粒状物を製造する。灰分の融点を低下させる物質の粒度は、（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。
【００３８】
例えば上記（ａ）〜（ｃ）の造粒方法を用いて灰分の融点を低下させる物質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粒状物は通常の使用済みプラスチックの粒状物と同様に炉内で燃焼し、使用済みプラスチックが含有していた無機物と灰分の融点を低下させる物質とに由来するスラグが発生する。しかし前記スラグは比較的融点が低く、粘性が低いため炉内でシェルを形成し難く、炉の通気性を悪化させることがない。このため、従来よりも多量の使用済みプラスチックを炉内に吹きこんでも操業は安定したままで、コークス比を低下させることができる。また、既に炉内に生成しているシェルの成分組成を変化させて低粘性化させることで、炉の通気性を改善する。炉壁側を通じてガス流れが生じる周辺流が強まる傾向が、炉の中心部の通気性が確保されることで緩和されて、ヒートロスが減少するので、生産性が向上する。
【００３９】
さらに、灰分の融点を低下させる物質とともに造粒した使用済みプラスチック粒状物を高炉内に吹き込むと、溶銑中のＳｉ濃度が低下する効果を有することも見出された。溶銑中のＳｉ濃度が低下する理由は以下のように考えられる。従来は、シェルが存在するために（Ａ）炉心部の通気性が悪化して炉下部の炉周辺部のガス温度が上昇し、（Ｂ）溶銑の滴下が炉周辺部で多くなる傾向を有する。すなわち、（Ａ）によりＳｉＯ2→ＳｉＯ反応が促進され、炉周辺部のＳｉＯガス生成速度が高くなり、ＳｉＯガス濃度が高くなると同時に、（Ｂ）の結果、炉周辺部に偏流化した溶銑との間で、ＳｉＯ＋Ｃ（溶銑中）→Ｓｉ（溶銑中）＋ＣＯの反応が活発となり、溶銑中のＳｉ濃度が上昇する。これに対して本発明方法を用いるとシェルの生成が抑制されて、（Ａ’）炉心部の通気性が改善されるので、炉周辺部でのガス温度が上昇することがなくＳｉＯガス生成が抑制され、（Ｂ’）溶銑の滴下も平均化されるので、溶銑中のＳｉ濃度が上昇することなく低Ｓｉ銑が得られる。以上のように本発明方法を用いれば、使用済みプラスチック粒状物を通常の方法を用いて高炉内に吹き込む場合と比較して、溶銑中のＳｉ濃度を低下させることができる。
【００４０】
また、微粉炭吹きこみを行う竪型炉の操業の際にも、シェルの生成により通気性が悪化するが、本発明方法を用いて使用済みプラスチック粒状物を吹き込むことで、シェルを除去して炉の通気性を改善できる。したがって微粉炭と使用済みプラスチックの両方を吹き込む炉の操業の際には、本発明方法は非常に効果的であり、従来よりも炉の通気性を改善できるのでコークス比を下げて操業することが可能となり、生産性が非常に向上する。微粉炭吹込みを行う場合には、炉内に形成されるシェルの成分組成が微粉炭吹き込みを行わない場合とは若干異なるが、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質を用いる本発明方法を持ち入れば十分に効果がある。また、シェルの除去により炉の通気性が改善されることで、上記と同様に溶銑中のＳｉ濃度が低下する効果が得られるので、通常の微粉炭吹込み操業において溶銑中のＳｉ濃度を低下させる方法として、本発明を用いることも有効である。
【００４１】
上記のように、本発明を用いれば微粉炭に由来して生成したシェルの除去、および／または微粉炭に由来するシェルの生成をも防止できるので、微粉炭吹きこみを行う高炉の操業に本発明を用いれば、従来以上に溶銑中のＳｉ濃度を低下させることができると同時に、使用済みプラスチックの有効利用もできるため、この点でも非常に効果的である。
【００４２】
したがって、以上のような本発明方法を実施する際に用いるのに最適な炉吹き込み用使用済みプラスチック粒状物は、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質を含有する使用済みプラスチック粒状物である。また、このような粒状物を製造するためには、使用済みプラスチックの燃焼により生成する灰分の融点を低下させる物質と、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望ましい。このためには上記の（ａ）〜（ｃ）の方法を用いることが好適である。
【実施例１】
【００４３】
図３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、灰分の融点を低下させる物質である石灰石とを混合して粒状物を製造した。
【００４４】
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、表２に使用済みプラスチック中の灰分の組成を示す。
【００４５】
【表１】
2006152331.tif 000003
【００４６】
【表２】
2006152331.tif 000004
【００４７】
石灰石は粒度１ｍｍ以下の粉末であり、使用済みプラスチックに対する石灰石の混合量は以下のようにして決定した。
【００４８】
表２に示した化学組成の物質の１５００℃における粘度を計算したところ（シェルを形成するスラグの粘度に相当）、約８．７ＰａＳであった。図４に使用済みプラスチックに灰分の融点を低下させる物質として石灰石を外数で配合した時の配合率と粘度の関係を示す。通常の高炉スラグ（ＣａＯ／ＳｉＯ2＝１．２５）の粘度は１５００℃において０．３〜０．４ＰａＳであることから、使用済みプラスチックに石灰石を２ｍａｓｓ％程度配合すれば高炉スラグ粘度と等しくなることが分かるが、充分な効果を確認するために本実施例では６．７ｍａｓｓ％配合とし、使用済みプラスチック１．５ｔ／ｈに対しての粉状の石灰石を１００ｋｇ／ｈの速度で供給して造粒した。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１万個であり、直径約６ｍｍ、長さ約１０〜２０ｍｍの円筒形の粒状物を製造した。粒状物の強度を粒子の平均強度指数で評価したところ、石灰石を添加しない場合は約１００Ｎ／ｍｍであった強度が、２００〜３００Ｎ／ｍｍに上昇した。強度が増加すると燃焼性が向上することが知られており、石灰石の添加により付随的に燃焼性も向上した。なお、平均強度指数は、径の長さに分布を持つ粒状物について、各径の粒状物について、粒子に垂直な荷重、または円筒状粒子の場合は粒子の長さ方向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）に質量分率を掛け算したものの総和で定義する。
【００４９】
次に、使用済みプラスチックと混合する灰分の融点を低下させる物質として粉状（粒度約１ｍｍ以下）の焼結鉱（返鉱）を用いた以外は石灰石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。焼結鉱の組成はＦｅ2Ｏ3：７５．１％、ＦｅＯ：６．９％、ＣａＯ：９．７％、ＳｉＯ２：４．６％、Ａｌ２Ｏ３：１．８％であった。図４に使用済みプラスチックに造滓剤として焼結鉱を外数で配合した場合の配合率と粘度の関係を併せて示す。焼結鉱を用いた場合も石灰石（ＣａＣＯ3）の場合とほぼ同様の粘度変化を示し、本実施例でも焼結鉱を外数で６．７ｍａｓｓ％配合して使用済みプラスチックの粒状物を製造した。
【００５０】
さらに、比較例として灰分の融点を低下させる物質を配合していない、使用済みプラスチックのみからなる従来の粒状物も製造した。
【００５１】
得られた粒状物について粒子強度測定および図５に示す燃焼試験装置を用いて燃焼試験を実施した。得られた石灰石および焼結鉱を配合した粒状プラスチックの強度は１９６Ｎ／ｍｍであり、灰分の融点を低下させる物質の配合無しのものに比較して、粒子強度の増加が認められた。
【００５２】
燃焼試験装置では、高炉と同様の条件において燃焼試験を行うことが可能であり、送風温度：１２００℃、送風量：３５０Ｎｍ3／ｈ、送風中酸素濃度：２１％、粒状プラスチック吹き込み量：２１ｋｇ／ｈで粒状プラスチック吹きこみ試験を行った後、レースウェイ末端のシェルを採取して、分析した。灰分の融点を低下させる物質を配合していない粒状プラスチックの時に採取したシェル組成から融点は約１７５０℃であり、石灰石および焼結鉱を配合した場合のシェル組成からの融点は約１５５０℃であり、粘度の低下が確認された。粒状物の燃焼率は１００％であった。
【実施例２】
【００５３】
図３に示したものと同様のリングダイ造粒装置を用いて使用済みプラスチックと石灰石（ＣａＯ分が５７．４％）とを混合して造粒し、この粒状物をコークスの代替品として羽口から吹きこみ、高炉の操業を行った。石灰石の粒度は１ｍｍ以下のものを用い、使用済みプラスチックに対する石灰石の混合量は、石灰石を全体の３ｍａｓｓ％（内数）となるようにした。
【００５４】
高炉の羽口より上記の粒状物の吹きこみを開始したところ、通気性は徐々に改善され、送風圧力が減少したので次の日にはコークスの装入量を減らしてコークス比を下げて操業を行うことができた。また、ヒートロスも低下した。
【実施例３】
【００５５】
図３に示したものと同様の造粒装置（リングダイ造粒装置）を用いて表１に示す使用済みプラスチックと、灰分の融点を低下させる物質である石灰石とを混合して粒状物を製造した。図６に本実施例に用いた石灰石の粒度分布を、表３に使用済みプラスチックの組成のうち灰分の組成、比較のための微粉炭中の灰分の組成、石灰石組成、を示す。使用済みプラスチック１．０ｔ／ｈに対して添加する石灰石の割合を変化させて造粒を行い、石灰石（ＣａＣｏ3）配合率の異なるプラスチック粒状物を製造した。ダイス径７ｍｍのものを用いた以外は、実施例１と同様にして粒状物の製造を行なった。
【００５６】
【表３】
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【００５７】
製造した粒状物の強度を平均強度指数として測定したところ、図７に示す結果が得られた。図７によれば、石灰石を添加しない場合の強度（平均１１０Ｎ／ｍｍ）に比較して、石灰石（ＣａＣｏ3）を配合した場合は２〜２．５倍の強度を示した。
【００５８】
さらに、製造した粒状物の
燃焼特性、通気性を、図５に示す燃焼試験装置を用いて評価した。試験条件は、
送風温度：１２００℃、
送風量：３５０Ｎｍ3／ｈ（送風中酸素濃度：２１％）、
粒状プラスチック吹き込み量：
２１ｋｇ／ｈ（石灰石配合０ｍａｓｓ％、３ｍａｓｓ％、６ｍａｓｓ％、１２ｍａｓｓ％）、
微粉炭吹き込み量：２１ｋｇ／ｈとした。
【００５９】
通気性は、燃焼試験装置の送風圧力の時間的な推移を測定することで評価した。図８にその測定結果を示す。
石灰石添加０ｍａｓｓ％では粒状プラスチックの吹き込みが長時間になるに従い、圧力上昇が認められ、石灰石を添加した粒状プラスチックを吹き込んだ場合は圧力上昇はほとんど認められなかった。石灰石を添加しない場合はレースウェイ端部に生成されるシェルが成長しており、レースウェイシェルの生成により圧力が上昇したと考えられる。
【実施例４】
【００６０】
実施例３と同様にして、プラスチック粒状物の石灰石含有量が５ｍａｓｓ％になるように石灰石添加量を調整し、１．０ｔ／ｈの処理速度の造粒装置を用いて、４．０ｔ／ｈで粒状物を製造した。また、実施例３と同様にして、プラスチック粒状物の石灰石含有量が０ｍａｓｓ％の粒状物も製造した。得られた粒状物を内容積３２２３ｍ3の高炉に吹き込み試験を行った。図９にコークス原単位（コークス比）、プラスチック吹き込み原単位（プラスチック比）、高炉炉下部通気性（高炉炉下部通気指数）、溶銑中Ｓｉ濃度の時間的推移をそれぞれ示す。プラスチック粒状物は、まず石灰石含有量が０ｍａｓｓ％の粒状物の吹き込みを行い、試験開始後３４日目から石灰石含有量が５ｍａｓｓ％の粒状物の吹き込みを行なった。標準的な高炉の操業条件は、
送風温度：１１８０℃、
送風量：９８１Ｎｍ3／ｔ（酸素富加：４．５ｖｏｌ％）、
出銑比：２．１４ｔ／ｍ3／ｄ、
微粉炭比：１３７ｋｇ／ｔ、
送風湿分：３４ｇ／Ｎｍ3
、羽口先速度：２１０ｍ／ｓ、
羽口先理論燃焼温度：２２５０℃
であった（単位は溶銑１ｔ当たりの原単位）。
【００６１】
高炉下部通気抵抗指数は高炉下部の圧損を示す指標であり、高炉下部通気抵抗指数が大であるほど圧力損失が大であることを示す。高炉下部通気抵抗指数（Ｋｌ）は以下の式（ｄ）より算出する。
Ｋｌ＝（Ｐblast2−Ｐ42）×１０6／Ｖbosh・・・（ｄ）
ここでＰblast、Ｐ4はそれぞれ送風圧、シャフト４段圧力（Ｋｇ／ｃｍ2）、Ｖboshはボッシュガス量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）である。
図９によれば、石灰石を添加しないプラスチック粒状物の吹き込みを行なうと、高炉下部通気抵抗指数が次第に増加し、コークス比が増加することが分かる。プラスチック粒状物の吹き込み量を減らすことにより、すなわちプラスチック比を下げることで高炉下部通気抵抗指数を低下させることができる。したがって、通気性を悪化させずにプラスチック粒状物を安定して吹き込むことは困難であった。これに対して石灰石添加プラスチック粒状物の吹き込みを開始した３４日目以降は、炉下部通気抵抗指数が低下し、コークス比の低減が確認された。したがってプラスチック粒状物の吹き込み量を減らす必要はなく、プラスチック粒状物を安定して吹き込むことが可能となった。また、石灰石添加プラスチック粒状物の吹き込みにより、溶銑中のＳｉ濃度が低減する効果があることが明らかとなった。
【００６２】
図１０に石灰石を添加しないプラスチック粒状物の吹き込みを行なった場合と、石灰石を添加したプラスチック粒状物の吹き込みを行なった場合の炉口部の炉半径方向のガス利用率（ηＣＯ：ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ2））分布の差を、図１１に温度分布の差を示す。石灰石添加無しに比較して、添加した場合は炉壁側ガス利用率が向上し、炉壁側の温度が低下した。石灰石を添加したプラスチック粒状物の吹き込みを行なった場合はシェルの形成が抑制されて炉心部の通気性が良好となり、周辺へのガス流れが軽減され、ヒートロスが低減されたためと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】高炉下部の羽口付近の断面の概略図。
【図２】ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯの３元系状態図。
【図３】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４】石灰石と焼結鉱の、使用済みプラスチックに対する配合率と粘度の関係を示すグラフ。
【図５】燃焼試験装置の概略図。
【図６】実施例３で用いた石灰石の粒度分布を示すグラフ。
【図７】プラスチック粒状物の平均強度指数と石灰石配合率の関係を示すグラフ。
【図８】プラスチック粒状物吹き込み時の送風圧力の時間変化を示すグラフ。
【図９】プラスチック粒状物吹き込み時の高炉の操業推移を示すグラフ。
【図１０】高炉炉口部の炉半径方向のガス利用率を示すグラフ。
【図１１】高炉炉口部の炉半径方向の温度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６４】
１    羽口
２    使用済みプラスチック
３    レースウェイ
４    シェル
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
１１    使用済みプラスチック
１２    灰分の融点を低下させる物質
Ａ    使用済みプラスチックで形成されたシェルの組成
Ｂ    粒状物の３ｍａｓｓ％程度石灰石を添加した場合の燃焼により生成した灰分の組成
Ｃ    粒状物の７ｍａｓｓ％程度石灰石を添加した場合の燃焼により生成した灰分の組成
Ｄ    粒状物の１２ｍａｓｓ％程度石灰石を添加した場合の燃焼により生成した灰分の組成
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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