(57)【要約】【課題】廃棄物の有効利用と、焼結鉱品質の低下を招くことなく、低コストで環境にやさしい焼結鉱の製造技術を確立することである。【解決手段】焼結鉱の製造に当たって、焼結原料中に混合する炭材として、粉コークス配合量の１２ｍａｓｓ％以下に相当する量の、下水汚泥を材料としてこれを乾留して得られる下水汚泥由来炭化物を用いて焼結操業を行う焼結鉱の製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結鉱の製造に当たって、焼結原料中に混合する炭材として、粉コークス配合量の１２ｍａｓｓ％以下に相当する量の、下水汚泥を材料としてこれを乾留して得られる下水汚泥由来炭化物を用いて焼結操業を行うことを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記下水汚泥由来炭化物は、まず焼結原料と混合し、その混合攪拌過程で細粒化し、その後、焼結原料とともに造粒することを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項３】
前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料の擬似粒子表面に、または粉コークスとともに、焼結原料の擬似粒子表面に、被覆して外装状態としたものを用いることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料とともに混合し造粒して得られる擬似粒子内に分散含有する内装状態としたものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料の擬似粒子表面に粉コークスを被覆して外装状態とした粒子内に、分散含有させて内装状態としたものを用いることを特徴とする請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項６】
前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料中に１８ｍａｓｓ％以下配合することを特徴とする請求項５に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項７】
前記下水汚泥由来炭化物は、３ｍｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項８】
前記下水汚泥由来炭化物は、６００℃以上で乾留して揮発分除去し、焼結鉱製造過程において擬似粒子の崩壊を防止できるように処理したものにすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の焼結鉱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉等の原料として用いられる焼結鉱の製造方法に関し、特に、焼結原料に加えられる炭化物に特徴を有する焼結鉱製造技術についての提案である。
【背景技術】
【０００２】
焼結鉱の一般的な製造工程では、焼結反応を導く加熱用燃料（凝結材）として、主に粉コークスおよび／または無煙炭等が用いられる。焼結機への装入原料は、主原料である鉄鉱石、副原料である石灰石等、加熱用燃料（凝結材）である粉コークスで構成され、これらを混合、造粒し、焼結機に装入した後、加熱燃焼して焼結鉱としている。例えば、下方吸引式焼結機、いわゆるＤＬ焼結機の場合、パレット上に装入された焼結原料充填層（以下、「装入層」という）の表層に点火し、空気を下方より吸引しながら燃焼させ、このときの燃焼熱で焼結原料を上層から下層にかけて順次に焼結する方法がとられる。
【０００３】
上述したように、焼結原料には、燃料として炭化物が混合されるが、その炭化物の種類に関して、近年、特許文献１〜３に開示されているような技術が提案されている。そのうち特許文献１は、ダイオキシン類や焼結灰発生の問題を生じることなく、ゴミを有効活用する提案である。この提案は、ごみ固形燃料である炭化物を、そのまま焼結原料混合装置に供給し、得られた混合焼結原料を焼結する方法である。また、特許文献２では、ごみ固形燃料である炭化物を水洗し、水洗後の炭化物を焼結原料混合装置に供給し、得られた混合焼結原料を焼結する方法を提案している。
【０００４】
ところで、上記特許文献１では、焼結原料中の粉コークス１００重量部に対して、ごみ固形燃料である炭化物を０．５〜２５重量部配合することとしている。それは、０．５重量部未満では、ごみ固形燃料である炭化物の定量切り出しが難しく、定量切り出し装置が複雑となり、逆に、２５重量部を超えて配合すると、ごみ固形燃料炭化物の燃焼性の面から焼結鉱強度の低下、焼結歩留りの低下を招くからである。
【０００５】
また、特許文献２で採用されている水洗処理したごみ固形燃料炭化物は、円滑な高炉操業を阻害すると共に、高炉炉内壁のれんが損傷の一因となるＮａ、Ｋ、Ｃｌを含有することから、使用可能量が焼結鉱１ｔ当たり１０ｋｇに制限され、焼結鉱製造時の粉コークス削減効果に限界がある。
【０００６】
また、特許文献３は、ごみ固形燃料炭化物に代えてバイオマス炭化物の利用が提案され、バイオマス炭化物を０．１〜９．０質量％含有し、残部が鉄鉱石、粉コークスその他副原料からなる焼結原料を用いて、下方吸引式焼結機で焼結鉱を製造する方法の提案である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１０９９３５号公報
【特許文献２】特開２０００−１０９３６号公報
【特許文献３】特開２００３-３８０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、一般的な焼結鉱の製造には、熱源として粉コークスを使用するのが普通である。これに対し、近年、特許文献１〜３のように、ごみ固形燃料からなる炭化物やバイオマス炭化物を使用する新提案があるが、これらの炭化物は、炭素とともに多くの灰分を含み、粉コークスに比べて粒径が不揃いで、発熱量が低く燃焼性に問題があって、利用が進んでいないのが実情である。
【０００９】
そこで、本発明では、粉コークス以外の各種の炭化物、中でも本来は廃棄物である下水汚泥に着目し、これを処理して得られる炭化物をエネルギー源として焼結を製造することにより、前記問題を解決するようにした。
即ち、本発明の目的は、廃棄物の有効利用と、焼結鉱品質の低下を招くことなく、低コストで環境にやさしい焼結鉱の製造技術を確立することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来技術が抱えている前記課題を解決することができ、上掲の目的を実現するため、本発明は、焼結鉱の製造に当たって、焼結原料中に混合する炭材として、粉コークス配合量の１２ｍａｓｓ％以下に相当する量の、下水汚泥を材料としてこれを乾留して得られる下水汚泥由来炭化物用いて焼結操業を行うことを特徴とする焼結鉱の製造方法を提案する。
【００１１】
本発明はまた、下記（１）〜（７）のような構成にすることが、より好ましい解決手段を提供することができる。
（１）前記下水汚泥由来炭化物は、まず焼結原料と混合し、その混合攪拌過程で細粒化し、その後、焼結原料とともに造粒する。
（２）前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料の擬似粒子表面に、または粉コークスとともに、焼結原料の擬似粒子表面に、被覆して外装状態としたものを用いる。
（３）前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料とともに混合し造粒して得られる擬似粒子内に分散含有する内装状態としたものを用いる。
（４）前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料の擬似粒子表面に粉コークスを被覆して外装状態とした粒子内に、分散含有させて内装状態としたものを用いる。
（５）前記下水汚泥由来炭化物は、焼結原料中に１８ｍａｓｓ％以下配合する。
（６）前記下水汚泥由来炭化物は、３ｍｍ以下のものを用いる。
（７）前記下水汚泥由来炭化物は、６００℃以上で乾留して揮発分除去し、焼結鉱製造過程において擬似粒子の崩壊を防止できるように処理したものにする。
【発明の効果】
【００１２】
前記のように構成される本発明によれば、焼結鉱製造時に使用される炭材、即ち凝結材として、下水汚泥を乾留して得られる下水汚泥由来炭化物を使用するようにしたので、廃棄物の有効利用を図ることができると共に、廃棄物量の減少につながることから、地球環境保護技術として有効である。
しかも、本発明によれば、利用する下水汚泥は微粒粒子であり、乾留後の炭化物粒子もまた粒径が小さく、それ故に、焼結原料中に均一に分散しやすく偏在することがないので、焼結鉱の品質低下を招くことがないと共に、焼結鉱製造コストを低下させる上で効果がある。
【００１３】
本発明によれば、下水汚泥由来炭化物を、焼結原料との混合攪拌過程で、一旦凝集させて粒径を大きくしたのち解砕細粒化させたものである場合、焼結原料中にほどよく分散して、いわゆる偏在するようなことがないので、焼結鉱品質の向上に寄与する。
【００１４】
本発明によれば、下水汚泥由来炭化物が、焼結原料の擬似粒子外層に外装化された場合、あるいは粉コークスとともに焼結原料の擬似粒子外層に外装化された場合、下水汚泥由来炭化物の燃焼性がよくなり、焼結鉱の強度等の品質向上に寄与する。
【００１５】
本発明によれば、下水汚泥由来炭化物は焼結原料造粒後の擬似粒子内に内装され、一方で粉コークスの方は焼結原料の擬似粒子の表面に外装化されたものを用いる場合、最高温度が燃焼性の良好な粉コークスにより保障されると同時に、擬似粒子内では、発熱量が粉コークスより低い下水汚泥由来炭化物の燃焼により、高温域保持時間の延長を図ることにつながることになる。それ故に、本発明によれば焼結鉱の強度を向上させることができ、発熱量の小さい下水汚泥由来炭化物を使用しても焼結鉱強度の低下などを招くことがなく、焼結鉱として求められる必要な品質の維持を図ることができる。
【００１６】
本発明によれば、下水汚泥由来炭化物と粉コークスとが略同じ粒径分布を示すことから、これらを併用することに伴う偏在の問題を生ずるおそれがなく、焼結鉱品質の維持に有効に作用する。
【００１７】
また、本発明によれば、ＤＬ焼結機のパレット上に装入された装入層の表層に点火し、下方に空気を吸引しなから燃焼させ、この燃焼熱で上層から下層にかけて順次に焼結を進行させる際に、下水汚泥由来炭化物から発生する揮発分が予め除去されているので、擬似粒子の崩壊がなく、下水汚泥由来炭化物を利用しても粒度や強度等の低下を招くことがなく良好な品質の焼結鉱を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】焼結鉱強度と下水汚泥由来炭化物量（対粉コークス）との関係を示すグラフである。
【図２】本発明製造方法の一例を示す略線図である。
【図３】本発明製造方法の一例を示す略線図である。
【図４】本発明製造方法の一例を示す略線図である。
【図５】焼結原料の擬似粒子構造を示す断面図である。
【図６】下水汚泥由来炭化物の配合が及ぼす高温保持時間の変化のもようを示すグラフである。
【図７】焼結工程の反応を説明するための略線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
一般に、製鉄業は、各種の炭材（コークス、石炭とくに無煙炭、石油、天然ガス等）を多量に消費する産業であるが、とりわけ微粉鉱石から焼結鉱を製造する工程では、焼結鉱１トンあたり約５０ｋｇの炭材を消費している。これを、日本の製鉄業全体で考えてると、粗鋼生産量が１億トンの場合で、焼結鉱の使用比率を８０％と仮定すれば、下記のとおり、約６４０万トンもの炭材を使う計算になる。
１億トン（粗鋼）×１．６（鉱石原単位）×０．８（焼結鉱使用比率）×５０ｋｇ／トン（炭材比）＝６４０万トン
【００２０】
ところで、本発明は、焼結鉱製造用熱源（凝結材）である炭材として、下水汚泥由来の炭化物を用いる点に特徴がある。下水汚泥は、既知のとおり、肥効成分や希少金属成分が含まれているだけでなく、その大半は炭素と有機分からなるものであって、これを脱水後、加熱乾留すると炭化物になることが知られている。
【００２１】
一般的な統計では、未利用下水汚泥の全国での発生量は、水分込みで約１０００万トン／年（含水率７５％）、絶乾状態では１０００×０．２５＝２５０万トンにも達する。本発明は、これを乾留（≧６００℃以上）とすることで水汚泥由来炭化物とし、焼結鉱製造時に必要となる炭化物、いわゆる凝結材の一部として粉コークスに代替して使用する方法である。
【００２２】
前記下水汚泥は、従来、化石燃料を熱源として焼却処分され、その焼却灰は最終処分場で埋立処分に付されていた。その他、この下水汚泥を炭化して利用すれば、利用した炭素量の分だけはＣＯ２排出量が抑制されるので、その価値は大きい。また、下水汚泥由来の炭化物は、カーボンニュートラルである特性を活かし、地球温暖化問題や、エネルギーリサイクル社会形成への重要なエネルギー源として位置づけられている。ここで、カーボンニュートラルとは、ＣＯ２に関して、地球規模で成長や固定の循環が成り立っていることから、炭化物使用に際してＣＯ２の排出量をカウントしなくてもよいという考え方をいう。
【００２３】
こうした下水汚泥由来炭化物については、従来、石炭火力発電所等において、石炭と共に混焼させる方式での利用が一般的である。ただし、この技術は、炭化物中の炭素ならびに熱源となる揮発成分などを有効に利用するため、乾留温度を低くし、さらに、炭化物に油などを付加して特殊バーナーを用いて燃焼させるなど、特殊な使い方のため、あまり普及していない。しかも、この場合、焼却灰が発生し、最終処分が必要となる。
【００２４】
この点、もし下水汚泥由来炭化物をそのままで利用することができるようになれば、その価値は大きい。発明者らは、このような背景の下で、焼結鉱の製造時に用いられる凝結材である粉コークスに着目した。従来から提案されている、前述のごみ固形燃料の炭化物、バイオマス炭化物等に比べ、この下水汚泥由来の炭化物は、炭素を主成分としていて灰分も少なく、発熱量も粉コークスに比べてそれほど遜色がなく燃焼性の問題が小さいので、これの利用価値は高い。
【００２５】
しかも、焼結鉱製造用炭化物として下水汚泥由来炭化物を見た場合、出発材料である下水汚泥は超微細粒子であり、乾留後の炭化物粒子もまた小さく、そして乾留後の成分構成は、６０〜７０ｍａｓｓ％が炭素、残部の３０〜４０ｍａｓｓ％が灰分である。ところが、この灰分の構成成分は、鉱滓成分であるＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３、ＣａＯなどで占められている。これは正しく鉄鉱石の非鉄分と同じ組成である。つまり、この下水汚泥由来炭化物は、炭素と鉱滓成分とからなるからこそ、これを焼結鉱製造時における凝結材（炭材）として使用することができるというだけでなく、むしろ焼結鉱製造用炭材として、正に打って付けの材料と言えるものになるのである。
【００２６】
その上、この下水汚泥由来炭化物は、表１に示すとおり、５ｍｍ未満のものが９３ｍａｓｓ％を占めると共に、３ｍｍ未満のものが７０ｍａｓｓ％を占める微細粒子によって構成されており、焼結原料用配合原料として、好適である。これは焼結原料の擬似粒子の表面に付着,被覆して外装材とする場合の他、該擬似粒子の中に混合分散させる内装材として用いる場合の、いずれの配合方法を採用する場合でも、好適な粒子構成と言える。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
この点、焼結鉱製造工程で使用される従来の無煙炭や粉コークスは、ロッドミルやボールミルで１〜３ｍｍの細粒に粉砕してから使用されるが、下水汚泥の場合、炭化炉で乾留されて下水汚泥由来炭化物となったときに、自動的に３ｍｍ以下が６９．６ｍａｓｓ％を占めるものであり、大半がそのままで利用できるのである。
【００２９】
また、この下水汚泥由来炭化物は、発明者らの研究によれば、これを粉コークスの一部として代替使用したとしても、図１に示すように、焼結鉱の品質、とくに強度の低下も、１２ｍａｓｓ％（対粉コークス比）以下の使用であれば全く問題ないことを確認している。従って、本発明では、焼結鉱を製造する際に、熱源として炭化物を焼結原料中に混合して焼結鉱を製造する方法において、その炭化物として下水汚泥を材料とする下水汚泥由来炭化物を粉コークスの代替炭化物とするとき、その下水汚泥由来炭化物を粉コークス使用量のうちの１２ｍａｓｓ％（内装）を超えない範囲内で使用する。
【００３０】
そして、この下水汚泥由来炭化物を焼結鉱製造のために使用するに際には、この下水汚泥由来炭化物を篩い分けして、３ｍｍ未満（３ｍｍ目篩下）のもののみを使用する場合の他、この下水汚泥由来炭化物の粒子が大きい場合でも、焼結原料中に添加して混合攪拌する時に解砕し、細粒化処理して加えれば、該下水汚泥炭由来化物は篩い分けすることなくそのまま使用することができる。
【００３１】
即ち、下水汚泥は基本的に微細粒子からなり、たとえ炭化した後も粒子径が細かいからであり、たとえ焼結原料との混合攪拌工程の中で凝集して粒径が３ｍｍ超の大きさになったとしても、解砕されて細粒化が進むからである。この点、ごみ固形燃料の炭化物やバイオマス炭化物は、もともと粒径が大きく、しかも緻密でない点で、下水汚泥由来炭化物に劣るものである。
【００３２】
本発明は、前述したように、焼結鉱製造時の凝結材として下水汚泥用炭化炉にて乾留し炭化させることにより得られる下水汚泥由来炭化物を使用する方法であり、これに着目した理由は、炭素分が多いのみならず、その形状が微粉鉄鉱石を塊状化する工程、即ち焼結工程において使用する、いわゆる粉コークスサイズに酷似していること、そして、無煙炭や粉コークスのように、粉砕して使用するのではなくいわゆるそのままで、あるいは焼結原料造粒時に十分解砕、細粒化が図れるという特徴を有するからである。
【００３３】
なお、発明者らの実験の結果によれば、この下水汚泥由来炭化物の使用量は、上述した（図１）ように、粉コークスに対して１２ｍａｓｓ％以内で置換すれば全く問題なく使用できることが判っている。ただし、この下水汚泥由来炭化物の使い方によっては、もっと多くを配合することができる。このような使い方としては、粉コークスについては、焼結原料擬似粒子の外層部分に配置し、一方、該下水汚泥由来炭化物については、焼結原料擬似粒子内に内在させてなる擬似粒子にした場合である。このような擬似粒子を使用して焼結操業を行うときは、粉コークスに対する比率が、１２ｍａｓｓ％を超え１８ｍａｓｓ％以下の場合でも焼結鉱の強度低下は見られなかった。従って、下水汚泥由来炭化物は、そのままの形で粉コークスとともに使用する時は、１２ｍａｓｓ％以下の置換量にとどまるのに対し、これを内装し、粉コークスを外装する使い方の場合は１８ｍａｓｓ％の置換量まで拡大できる。
【００３４】
焼結鉱製造時に使用される粉コークスと本発明において特徴的な下水汚泥炭由来炭化物の発熱量、サイズの比較を表２に示す。このように、下水汚泥由来炭化物は、粉コークスに比べて含有炭素量が若干低く、発熱量も若干低いが、１２ｍａｓｓ％以下なら粉コークスに置換して使用しても実際上は全く問題ない。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
次に、図２は、下水汚泥由来炭化物を篩い分けせずに使用する形態を示す説明図であって、この下水汚由来炭化物の使用に当たり、焼結原料と混合し、混合攪拌過程を経る中で該下水汚泥炭化物の細粒化、即ち、該下水汚泥炭化物の大きな粒子の解砕を図り、細粒化を促進した後で、焼結原料や粉コークスとともに造粒し、得られた造粒成形原料を焼結機に装入し、点火して焼結する各種の方法である。
【００３７】
まず、図２（ａ）については、混合攪拌ミキサー１での該下水汚泥由来炭化物中の大きな粒子を解砕し細粒化するとき、時間が不足するようであれば新たに、予備的な混合攪拌ミキサー１ａを追加して、解砕、細粒化能力を高めることが好ましい。即ち、焼結原料とともに添加された下水汚泥由来炭化物は、混合攪拌用ミキサー１ａを経たのち、さらに別の混合攪拌用ミキサー１において回転攪拌作用を受け、大きな粒子は、このときの回転攪拌作用によって解砕されて細粒化し、焼結原料中に均一に分散した状態となる。その後、粉コークスと共に、造粒ミキサー２に供給されて造粒され、焼結擬似粒子（成形焼結原料）となる。その後、焼結鉱製造のために焼結機に供給される。
【００３８】
図２（ｂ）は、解砕、細粒化の装置として、別に攪拌ミキサー３を利用する例であり、下水汚泥由来炭化物は、先ず、焼結原料とともに攪拌ミキサー３にて攪拌処理を受けて解砕、細粒化され、次いで、混合攪拌ミキサー１に供給される例である。その後は、図２（ａ）と同様に、造粒ミキサー２に供給して焼結擬似粒子とされ、その後、焼結鉱製造のために焼結機に供給される。
【００３９】
なお、前記攪拌ミキサー３としては、アイリッヒミキサー、レディゲミキサー、プロシェアミキサー、パドルミキサーの如き混合機または攪拌機である解砕機を使うことができる。また、造粒混合機であっても、混合用攪拌翼を高速側で使用するタイプのものであれば解砕、細粒化は可能である。
【００４０】
図２（ｃ）は、滞留時間が長時間である混合攪拌ミキサー４を使用する例であって、焼結原料とともに添加された下水汚泥由来炭化物は、この混合攪拌用ミキサー４で回転攪拌作用を受け、大きな粒子はこの回転攪拌作用による解砕、細粒化を受けることで、焼結原料中に均一に分散することになる．その後は、図２（ａ）、（ｂ）と同様に、造粒ミキサー２に造粒され、焼結原料ならびに下水汚泥由来炭化物等の混合物からなる焼結擬似粒子となった上で、焼結鉱製造のために焼結機のパレット上に供給される。
【００４１】
なお、従来の混合攪拌ミキサー１での装入原料の滞留時間が１２０秒以上、好ましくは１７０秒を超える機長を有するミキサーの使用は、下水汚泥由来炭化物中の大きな粒子を、解砕、細粒化する回転攪拌作用が強化されるため、前記混合攪拌ミキサ−１ａ、高速攪拌ミキサー３の使用は不要である。なお、粉コークスは、最初の段階（混合攪拌ミキサー）から加えてもよい。
【００４２】
前述したように、下水汚泥はもともと微細な粒子であり、たとえ炭化した後も粒子径は基本的には細いものになるが、たとえ粒子が凝集し粒子径が大きくなったとしても図２に示すような処理工程を経れば、細粒化したものが擬似粒子中に均一に分散されるので、下水汚泥由来炭化物を凝結材として使用しても焼結鉱の品質低下は起こらない。
【００４３】
なお、このような下水汚泥由来炭化物は、脱水後、炭化炉にて６００℃以上の温度で乾留処理することにより、焼結原料と混合して使用するときに揮発分の発生を伴わないようにすることが重要である。即ち、焼結擬似粒子（成形焼結原料）を焼結機のパレット上に装入し、充填層（焼結原料装入層）の表層に点火し、下方に空気を吸引しながら燃焼させて、このときに発生する燃焼熱で装入層の上層から下層に向けて順次に焼結を進行させる際、乾留不足のために多くの揮発分が残ると、焼結時に揮発ガスを発生して焼結擬似粒子の崩壊を招き、装入層とくに焼結層の通気性阻害を招くと共に、不均一通気による焼結鉱の品質低下、あるいは操業不能という結果を招く。この点、下水汚泥の乾留温度を６００℃以上とすればこの問題は解決される。即ち、下水汚泥を炭化炉で６００℃以上の温度で乾留処理すれば、揮発分が予め除去されているので、上述した焼結擬似粒子の崩壊を招くようなことがなく、該下水汚泥由来炭化物を使用しても焼結鉱の製品品質を粉コークスの使用時と同等のものを製造することができる。
【００４４】
なお、この下水汚泥由来炭化物を、凝結材として使用する場合に、粉コークスに比べて、発熱量が若干小さく、燃焼性の問題が懸念されるが、この点に関し、本発明では、次のよう使用形態をとることで解決が可能である。例えば、第１の形態は、下水汚由来炭化物を焼結原料の擬似粒子に対して、その表面に付着被覆させることで燃焼性の向上を図る方法である。図３は、この実施形態を説明する図である。この図に示すように、下水汚泥由来炭化物を、攪拌ミキサー３で解砕して細粒化したものを粉コークスとともに焼結原料の擬似粒子表面に付着させるのである。攪拌ミキサー３を使用しない場合、下水汚泥由来炭化物は、篩い分けして、３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下にして使用することが好ましい。
【００４５】
即ち、細粒化した下水汚泥由来炭化物、または細粒化した下水汚泥由来炭化物と粉コークスとを、焼結擬似粒子表面に外装化するため、造粒ミキサー２にて、焼結擬似粒子が造粒される造粒工程の後半、擬似粒子化が完了する領域、あるいは完了した領域において、該下水汚泥由来炭化物、または該下水汚泥由来炭化物と粉コークスとを、焼結原料の擬似粒子に後添加して、これらを外装化した状態の焼結擬似粒子を造粒成形するのである。こうした造粒焼結原料は、炭化物が擬似粒子内でいわゆる緩慢に燃焼するのとは異なり、表面に外装されているため燃焼性がよくなり、炭化物の発熱量は低くても、燃焼速度が速くなって燃焼効率が高くなるのである。なお、本発明で用いる下水汚泥由来炭化物は粒子が細かいため擬似粒子表面への付着も容易である。
【００４６】
次に、第２の使用形態としては、下水汚泥由来炭化物については、これをまず、焼結原料と混合し、造粒して擬似粒子内に内装（分散含有）した状態とし、一方で前記粉コークスについては、該焼結原料の擬似粒子外表面に付着させて外装した状態のものにするのである。この形態は、下水汚泥由来炭化物を、焼結原料と混合造粒して擬似粒子内に内装する一方で、粉コークスを焼結原料の擬似粒子の表面に外装した造粒焼結原料となることを意味している。
【００４７】
図４は、上述した２種の焼結擬似粒子、即ち、造粒（成形）焼結原料の製造工程例である。図４（ａ）において、焼結原料と下水汚泥由来炭化物は、混合攪拌ミキサー１ａおよび混合攪拌ミキサー１での回転攪拌作用を受け、大きな粒子は、この回転攪拌作用によって解砕されて細粒化し、焼結原料中に均一に分散する。その後、造粒ミキサー２に供給され、この造粒用ミキサー２にて焼結擬似粒子が製造される。この焼結擬似粒子の製造過程の後半、擬似粒子化が完了する領域、あるいは完了した領域において粉コークスを、造粒された焼結擬似粒子に加え、その表面に被覆させる。そのために、図４（ａ）の例では、粉コークスを造粒ミキサー２の後方から添加している。粉コークスを造粒ミキサー２後方から添加するには、これを造粒ミキサー２の後方から装入して添加してもよいし、散布するように添加してもよい。供給された粉コークスは、擬似粒子表面、すなわち焼結原料や下水汚泥由来炭化物の混合物からなる焼結擬似粒子の外層部分に、造粒ミキサー２の転動造粒作用により付着し、外装化される。こうして得られたものを焼結鉱製造のために焼結機に供給する。
【００４８】
粉コークスを、前記焼結擬似粒子の製造過程の後半、擬似粒子化が完了する領域、あるいは完了した領域で、焼結原料・下水汚泥由来炭化物の混合物からなる擬似粒子に添加する理由は、造粒ミキサー２では、この造粒ミキサー２の回転による転動作用により、造粒粒子の一部が崩壊する傾向があり、擬似粒子化が完了する前の領域での添加では擬似粒子内部に粉コークスが取り込まれ、いわゆる擬似粒子内に内装化されるためである。従って、擬似粒子化が完了する領域、あるいは完了した領域で添加して、造粒して形成された擬似粒子表面に付着させる、つまり、擬似粒子の表面に外装化するのである。
【００４９】
図４（ｂ）の例では、下水汚泥由来炭化物は、焼結原料とともに高速攪拌ミキサー３にて予め攪拌処理を受けて、解砕、細粒化させたのち、混合攪拌ミキサー１に供給され、その後、造粒ミキサー２に供給され、焼結原料・下水汚泥炭化物等の混合物である焼結擬似粒子が製造される。即ち、粉コークスは、焼結擬似粒子の製造過程の後半、擬似粒子化が完了する領域、あるいは完了した領域において、造粒ミキサー２の後方から焼結原料・下水汚泥炭化物等の混合物からなる擬似粒子に添加されることで、擬似粒子の外層部分に付着し、粉コークスが外装化された焼結擬似粒子となる。
【００５０】
図４（ｃ）も同様に、粉コークスは混合攪拌ミキサー４を経て、造粒ミキサー２に供給され、焼結原料・下水汚泥炭化物等の混合物からなる焼結擬似粒子が製造されるが、この焼結擬似粒子の製造過程の後半、擬似粒子化が完了する領域、あるいは完了した領域において、造粒ミキサー２の後方から、焼結原料・下水汚泥炭化物等の混合物からなる擬似粒子に添加され、該擬似粒子の外層に付着して、粉コークスが外装化された焼結擬似粒子となる。
【００５１】
次に、前記下水汚泥由来炭化物を、焼結原料と混合し造粒して予め擬似粒子内に内装し、一方で前記粉コークスについては、これを焼結原料の擬似粒子外層部分に外装する場合、図４（ｄ）に示すように、下水汚泥炭化物については、そのまま（粗粒を細粒化せず）、混合攪拌ミキサー１、造粒ミキサー２に供給して、その造粒ミキサー２にて焼結用擬似粒子を製造し、この造粒ミキサー２による焼結擬似粒子の製造過程の後半、擬似粒子化が完了する領域、あるいは完了した領域において初めて、粉コークスを、焼結原料・下水汚泥炭化物等の混合物からなる擬似粒子に添加して粉コークスを外装した焼結擬似粒子を製造するのは、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）同様である。
【００５２】
なお、図４（ｄ）に示す例で、前記下水汚泥由来炭化物に粗粒部分があっても、解砕、細粒化処理をせず、そのまま、混合攪拌ミキサー１、造粒用ミキサー２に供給できる理由は、前記下水汚泥由来炭化物の粗粒部分は、造粒ミキサー２において、前記下水汚泥由来炭化物の粗粒部分を核として焼結原料による擬似粒子が形成され、その擬似粒子外層に粉コークスが外装化できるためである。
【００５３】
本発明において用いられる、前記下水汚泥由来炭化物を用いた焼結原料擬似粒子について、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、前記下水汚泥由来炭化の微細粒子炭化物で構成される擬似粒子であり、焼結原料中、粗粒の粒子（粗粒の鉄鉱石あるいは粗粒の返鉱）を核鉱石として、その周囲に細粒の粒子および細粒の炭化物を付着被覆してなる擬似粒子であり、その表面、すなわち外装部分に粉コークスが被覆され外装化された擬似粒子の模式図である。この場合、前記下水汚泥由来炭化物に粗粒があっても、解砕、細粒化処理を施すと、この形態の擬似粒子となる。一方、図４（ｄ）に示す例では、解砕、細粒化処理をせず、そのまま、混合攪拌ミキサー１、造粒ミキサー２に供給しているが、そのとき粗粒炭化物は、図５（ｂ）に示すように、粗粒炭化物を核とする擬似粒子が形成される。即ち、粗粒炭化物を核炭化物として、その周囲に細粒の粒子および細粒の炭化物を付着形成した擬似粒子となり、その表面、即ち、粉コークスが外装化された形態の擬似粒子となる。
【００５４】
図５（ａ）、図５（ｂ）の焼結擬似粒子とも粉コークスをその外層に有するが、この場合、粉コークスの燃焼性に助けられて、該擬似粒子の焼結時最高温度は、この粉コークスの燃焼熱で確保される。この点、粉コークスに比べて発熱量が小さい下水汚泥由来炭化物側は、図５（ａ）、図５（ｂ）の擬似粒子とも焼結擬似粒子内部で遅効的に燃焼する。
【００５５】
図６は、これらの焼結擬似粒子を焼結するときの温度変化を示す。図中Ａは、粉コークスのみ使用したときの温度変化例であり、粉コークス使用量により、その最高温度と高温域保持時間が確保される。高温域保持時間ａ、ａ１、ａ２は、１２００℃以上の温度領域の滞留時間を示すもので、この高温域保持時間が確保できないと製造される焼結鉱強度ＳＩは低下する。また、最高温度が高いと焼結鉱中のカルシウムシリケートが増加し、焼結鉱の還元粉性ＲＤＩが悪化することも知られている。
【００５６】
通常、前記高温域保持時間や前記最高温度は、粉コークス使用量により調整することができ、図中Ａの粉コークス使用例においては、高温域保持時間ａでは、製造される焼結鉱強度が不足する。このとき、その高温域保持時間ａを、例えば、図中Ｂで示す高温域保持時間ａ１となるように粉コークスを増量して使用し、高温域保持時間ａ１を確保する。しかしながら、この場合、同時に粉コークスの増量に伴って最高温度の上昇が発生していた。一方、図中Ｃで示す例は、粉コークスをその外層に、そして焼結擬似粒子内に粉コークスよりも発熱量の小さい下水汚泥由来炭化物粒子内部に封じ込めたものである。この場合、下水汚泥由来炭化物の発熱量が低いため、最高温度に影響することなく、低い温度領域で粉コークスに続いて下水汚泥由来炭化物が燃焼するため、図中Ａ例からＣ例へと、最高温度未満の領域の裾野を拡大することになり、その裾野の拡大により、高温域保持時間ａを高温域保持時間ａ２とする、いわゆる高温域保持時間の延長効果をもたらすことになる。
【００５７】
これらの意味するところは、発熱量が低い下水汚泥由来炭化物を利用する場合、これを焼結擬似粒子内に封じ込める一方で、粉コークスを擬似粒子中の表面に外装すると、不必要に高温度になることなく高温域保持時間の延長をもたらして焼結鉱の強度向上をもたらすことができることを示しており、焼結鉱品質の低下は阻止される。また、下水汚泥由来炭化物を解砕、細粒化する処理、すなわち、細粒に加工する工程も省ける。
【００５８】
特に、焼結機による焼結時に最高温度の上昇を招くことなく高温域保持時間の延長を図ることができるため、図７に示すように、焼結過程において、最高温度を１３８０℃以下に抑えることができる。ひいてはカルシウムシリケートの生成を阻止し、カルシウムフェライト量の生成を助勢する。
【００５９】
このように、本発明によれば、下水汚泥由来炭化物を用いることで、カルシウムフェライトの生成を促し、焼結鉱強度の上昇を期待できるだけでなく、被還元性も向上する。表３に示すように、カルシウムシリケートの引張強度は９ＭＰａと低いが、カルシウムフェライトの引張強度は１０２ＭＰａと高く、カルシウムシリケートの約５倍超の引張強度を有し、また鉱物組成の上からも、焼結鉱品質の低下防止に寄与する。
【００６０】
【表３】
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【００６１】
なお、前述したように、焼結鉱品質への悪影響は解消されるが、下水汚泥由来炭化物中に５ｍｍ以上の粗粒がある擬似粒子では、焼結過程の下水汚泥由来炭化物燃焼後、擬似粒子内に空洞部が発生する危険がある。このように、空洞を有する擬似粒子が存在すると、焼結鉱強度の低下を招くので、本発明において、下水汚泥由来炭化物中の粗粒５ｍｍ以上は、３０ｍａｓｓ％以下、好ましくは２０ｍａｓｓ％以下の下水汚泥由来炭化物を使用することが望ましい。もちろん、こうした擬似粒子を解砕して細粒化する処理、篩い分けする場合は制約はない。
【００６２】
以下に、本発明の比較例と実施例を示す。また、これらの例示については、いずれも下水汚泥由来炭化物は、使用上限値を示しており、この値以下のとき、焼結鉱品質に影響を与えることはなかった。
【実施例】
【００６３】
（比較例１）
５０ｋｇ／ｔの粉コークスを凝結材（熱源）として、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。得られた焼結鉱の強度ＳＩは、８３〜８４の品質を有するものとして製造されていた。
【００６４】
（比較例２）
４２．５g／ｔの粉コークス、下水汚泥由来炭化物を７．５ｋｇ／tとして、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。得られた焼結鉱の強度ＳＩは、８２〜８３．５を示すものとして製造可能であったが、排鉱部において発塵が多く観察され、熱不足気味であった。
【００６５】
（実施例１）
４５ｋｇ／ｔの粉コークス、下水汚泥炭化物を５ｋｇ／ｔ（対コークス比：１１％）として、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。焼結鉱強度ＳＩは、８３〜８３．５の品質のものが得られた。
【００６６】
（実施例２）
下水汚泥由来炭化物を５ｋｇ／ｔとして使用する際、熱量がほぼ等価となるように４６．７ｋｇ／ｔの粉コークスを用い、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱強度ＳＩが８３〜８４を示す品質のものが製造できた。
【００６７】
（実施例３）
細粒化用として、滞留時間９０秒の長さを有するドラムミキサーを、混合攪拌（ドラム）ミキサーの上流側に追加設置して、焼結原料とともに下水汚泥由来炭化物を使用した。４５ｋｇ／ｔの粉コークスに対し、下水汚泥由来炭化物を５ｋｇ／ｔ配合し、日産１３，０００t規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱速度ＳＩが８３〜８４を示す品質のものが製造可能であった。
【００６８】
（実施例４）
攪拌ミキサーとして、アイリッヒミキサーを使って焼結原料とともに下水汚泥由来炭化物を一緒に解砕し、次いで、混合攪拌（ドラム）ミキサーに供給する形態をとった。この場合に、４５ｋｇ／ｔの粉コークスに対し、下水汚泥炭化物を５ｋｇ／ｔ配合して、日産１３．０００t規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱の強度ＳＩは８３〜８４を示す品質のものの製造が可能であった。実施例３、４とも品質は安定し、下水汚泥由来炭化物の使用に伴う諸問題（強度低下、歩留まり低下）は発生しなかった。また、実施例１に比べ焼結鉱強度が安定した。
【００６９】
（実施例５）
下水汚泥由来炭化物を３ｍｍ目の篩で篩い分けし、４５ｋｇ／ｔの粉コークスに対し、下水汚泥由来炭化物を５ｋｇ／ｔ配合して、焼結原料擬似粒子の表面に外装したものとして、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱の強度ＳＩが８３〜８４を示す品質のものが製造可能であった。実施例１〜４に比べ品質が安定し、下水汚泥由来炭化物使用に伴う諸問題（強度低下、歩留まり低下）も発生しなかった。
【００７０】
（実施例６）
攪拌ミキサーとして、アイリッヒミキサーを使って下水汚泥由来炭化物を解砕し、４５ｋｇ／ｔの粉コークスに対し、下水汚泥由来炭化物を５ｋｇ／ｔ配合して、焼結原料擬似粒子表面に外装したものを用い、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱強度ＳＩが８３〜８４の品質のものとして製造が可能であった。実施例１〜４に比べ品質は安定し、下水汚泥由来炭化物使用に伴う諸問題（強度低下、歩留まり低下）も発生しなかった。
【００７１】
（実施例７）
下水汚泥由来炭化物を３ｍｍの篩で篩い分けし、その篩い下である３ｍｍ以下の下水汚泥由来炭化物、あるいは、攪拌ミキサーとしてアイリッヒミキサーを使って下水汚泥由来炭化物を解砕処理した下水汚泥由来炭化物を、５ｋｇ／ｔの配合割合で、焼結原料擬似粒子表面に外装（付着）し、４５ｋｇ／ｔの粉コークスを焼結原料擬似粒子内に内装して、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱強度ＳＩが８３〜８４の品質のものが得られ、実施例１〜４に比べて品質が安定し、下水汚泥由来炭化物使用に伴う諸問題（強度低下、歩留まり低下）は発生しなかった。しかし、実施例５、６側に比べると品質のバラツキがあると判断された。
【００７２】
（実施例８）
４５ｋｇ／ｔの粉コークスを、焼結擬似粒子の外層に外装化すること、下水汚泥炭由来化物の５ｋｇ／ｔを該焼結原料擬似粒子内に内在させたものを用い、日産１３，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱の強度ＳＩは８４〜８５の品質のものが製造可能であった。この例の焼結鉱は、粉コークスのみを使用したものよりも焼結鉱の強度が向上した。
【００７３】
（比較例３）
５５ｋｇ／ｔの粉コークスを凝結（熱源材）として、日産１０，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例の焼結鉱の強度ＳＩは、８３〜８４を示すものが製造されていた。
【００７４】
（実施例９）
４５ｋｇ／ｔの粉コークスを、焼結擬似粒子の表面に外装化する一方、下水汚泥由来炭化物を９．９ｋｇ／ｔ焼結原料中に混合してなる擬似粒子内に内在させたものを用い、日産１０，０００ｔ規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱は強度ＳＩが８３〜８４のものが製造可能であった。即ち、粉コークスは、焼結原料擬似粒子外層に外装化すること、下水汚由来泥炭化物は、焼結原料擬似粒子内に内在させてなる擬似粒子として操業を行うとき、焼結鉱を製造する際の熱源として使用する粉コークスの１８ｍａｓｓ％に相当する使用量でも焼結鉱の強度低下は見られなかった。
【００７５】
（実施例１０）
前記下水汚泥由来炭化物を３ｍｍ目の篩にて篩い分けし、篩下の細粒下水汚泥由来炭化物を、４５ｋｇ／ｔの粉コークスに配合して、日産１３，０００t規模の焼結機において焼結鉱を製造した。この例では、焼結鉱強度ＳＩが８３〜８４の品質のものが製造可能であった。
【００７６】
なお、上記実施例１〜１０においては、下水オ製由来炭化物として、既知（特許第４００５５１５号、特許第２８７０６２７号）の「直接加熱式の揺動式炭化炉（耐火物内張りの炭化炉内に被炭化物が装入され、被炭化物への着火、被炭化物から発生する揮発ガスへの着火により、低酸素（１％以下）状態で乾留される）」にて製造された炭化物を用いた。
【００７７】
（比較例４）
間接加熱型炭化炉（容器内に被炭化物を収容し、その容器を外部から過熱して乾燥する方法）により乾留して製造した下水汚泥由来炭化物を使用したところ、焼結操業時、通気抵抗が急上昇して操業が困難となった。原因を追究したところ、焼結層の粉化量が増加し、通気抵抗の上昇を招いたことが判明した。さらに、焼結過程において擬似粒子の崩壊も起こっていた。また、例では焼結完了の表層部分に火炎の発生が見られ、炭化物から発生した揮発ガスの燃焼と考えられた。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明で採用する上述した技術、即ち、下水汚染由来炭化物は、単に、焼結鉱製造用熱源である炭材としての利用だけでなく、他の分野、鉄、非鉄等の地金の分野に限らず、一般の燃料として、化学工業や電気工業の分野においても利用することが可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１  混合攪拌ミキサー
１ａ  混合攪拌ミキサー
２  造粒ミキサー
３  攪拌ミキサー
４  混合攪拌ミキサー
【図１】
2011127184.tif 000006
【図２】
2011127184.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011127184.tif 000011
【図７】
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