(57)【要約】【課題】廃プラスチックを有効に利用しつつ、原料充填層の通気性を向上させることができる焼結鉱の製造方法を提供する。【解決手段】原料充填層４の下層部４ｂに廃プラスチック粉体１４を混合するとともに、焼結機１の排ガスの一部を焼結機１の移動パレット２上に循環する。これにより、原料充填層４の通気性を向上させるとともに、廃プラスチック粉体１４が気化したガスを原料充填層４内に戻し燃料として有効に利用することができる。【選択図】        図１
2004244677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部吸引式の焼結機による焼結鉱の製造方法において、原料充填層の下層部に廃プラスチック粉体を添加混合することを特徴とする焼結鉱の製造方法。
【請求項２】
前記下層部の層厚が前記原料充填層の層厚の１／２以下である請求項１に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項３】
前記焼結機の排ガスのうち、前記廃プラスチック粉体の気化ガスを含む排ガスの少なくとも一部を前記焼結機の移動パレット上に循環する請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項４】
前記原料充填層に添加する廃プラスチック粉体の燃焼発熱量に相当する分だけ前記原料充填層中の固体燃料の配合量を減じる請求項３に記載の焼結鉱の製造方法。
【請求項５】
下記式で定義される、固体燃料の廃プラスチック粉体による置換率ＲＦを１０〜５０％とする請求項４に記載の焼結鉱の製造方法。
式  ＲＦ（％）＝ＱＰ／（ＱＦ＋ＱＰ）×１００
ここに、ＱＰは前記原料充填層に添加される廃プラスチック粉体の低位発熱量であり、ＱＦは前記原料充填層中の固体燃料の低位発熱量である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下部吸引式の焼結機により焼結鉱を製造する焼結鉱製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉原料として用いられる焼結鉱は、一般には以下のような方法で製造されている。まず、１０ｍｍ程度以下の粉鉱石に石灰石等のＣａＯ含有副原料、硅石、蛇紋岩等のＳｉＯ２含有副原料、及び粉コークス等の固体燃料を混合し、さらにこれに適量の水分を加えて造粒する。この造粒物をドワイトロイド式焼結機の移動パレット上に適切な充填層厚になるように充填し、充填層表層部の固体燃料に着火する。着火後は、下方から空気を吸引しながら固体燃料を燃焼させ、その燃焼熱により造粒物を溶融焼結させて焼結ケーキとする。この焼結ケーキは破砕後に粒度調整し、粒径３ｍｍ程度以上の焼結鉱製品を得る。
【０００３】
したがって、焼成時の充填層の通気性は、焼結鉱の生産性を左右する重要な因子である。
【０００４】
ところで、焼結反応が進行する過程により充填層は、湿潤帯、予熱帯（乾燥帯）、赤熱帯（焼結帯）、冷却帯の４つに分けられるが、中でも予熱帯〜赤熱帯において通気性は大きく悪化し、焼成全体に大きな影響を与えていることが知られている。その理由は、主として、上部での焼結、燃焼ガスによる水分の蒸発と、固体燃料の燃焼に伴う急激な温度上昇によるガス線速の増加と、予熱された配合原料に燃焼熱が加わり配合原料が溶融することによる多量のカルシウムフェライト系融液が生成することに伴う一時的な通気孔の閉塞が原因であると考えられる。
【０００５】
また、近年の良質鉱石の産出量の減少にともない、ゲーサイト（Ｆｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）を多く含有する、いわゆる高結晶水鉱石の使用量が次第に増加する傾向にある。この鉱石は多量（通常、４質量％程度以上）の結晶水を含有しているのが特徴であり、焼結鉱製造用原料として多量に使用すると、結晶水を除去するために消費熱量が増大するだけでなく、焼成時の水分の蒸発と固体燃料の燃焼による急激な温度上昇に伴うガス線速の増加と、多量のカルシウムフェライト系融液が生成する。このため、充填層の通気性がさらに悪化し、製品焼結鉱の強度や焼結歩留、生産性が低下する問題がある。
【０００６】
〔従来技術１〕
そこで、本発明者らは、上記問題を解決する手段として、床敷鉱層の上面から原料充填層の層厚の１／２までの原料充填層の一部または全部に床敷鉱を混合して焼結鉱を製造する方法を提案した。この方法は、予熱帯〜赤熱帯において十分な通気性を確保できるため、原料充填層全体の通気性が改善され、安定した品質の焼結鉱を高生産性で生産できるものである（特許文献１参照）。
【０００７】
一方、焼結鉱製造プロセスにおいて、産業廃棄物である廃プラスチックを処理するとともに有効利用すべく、種々の提案がなされている。
【０００８】
〔従来技術２〕
例えば、粗充填材として発泡スチロールなどを焼結原料に添加混合することにより、充填層の通気性を改善する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００９】
しかし、この方法では、粗充填材としての発泡スチロールなどを原料充填層全体に添加混合しているため、焼結過程において、赤熱帯の下層側の約３００〜８００℃の温度域で発泡スチロールなどが順次気化する。そして、気化したガスは下方の予熱帯、湿潤帯に移動して急激に温度が低下して液化し、原料充填層内に順次固化する。このため、粗充填材を添加して原料充填層を粗充填にした効果が減殺されてしまい、期待しうる通気性の改善効果が得られない問題がある。
【００１０】
〔従来技術３〕
また、廃プラスチックを原料充填層の上に装入ないし噴射して点火炉で点火し、下方吸引焼結することにより、廃プラスチックを気化・燃焼させて焼結歩留を向上させる方法が開示されている（特許文献３、４参照）。
【００１１】
この方法では、原料充填層上方で廃プラスチックを気化させ、そのガスを原料充填層内に吸引される前に燃焼させてしまうため、上記従来技術２のような液化や固化の問題はなくなるが、原料充填層内には上記従来技術１の床敷鉱や従来技術２の粗充填材などのような粗粒が存在しないため、原料充填層の通気性の改善効果は期待できない。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１０―７２６２７号公報
【特許文献２】
特開昭５９―１６６６３２号公報
【特許文献３】
特開平８―１６５５２６号公報
【特許文献４】
特開平８―２５３８２４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、原料充填層の通気性を向上させるという課題と、廃プラスチックを有効利用するという課題とを同時に解決する方法については、いまだ実用的な方法は見当たらない。
【００１４】
そこで、本発明は、廃プラスチックを有効に利用しつつ、原料充填層の通気性を向上させることができる焼結鉱の製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、下部吸引式の焼結機による焼結鉱の製造方法において、原料充填層の下層部に廃プラスチック粉体を混合することを特徴とする焼結鉱の製造方法である。
【００１６】
請求項２に係る発明は、前記下層部の層厚が原料充填層の層厚の１／２以下である請求項１に記載の焼結鉱の製造方法である。
【００１７】
請求項３に係る発明は、前記焼結機の排ガスのうち、前記廃プラスチック粉体の気化ガスを含む排ガスの少なくとも一部を前記焼結機の移動パレット上に循環する請求項１または２に記載の焼結鉱の製造方法である。
【００１８】
請求項４に係る発明は、前記原料充填層に添加する廃プラスチック粉体の燃焼発熱量に相当する分だけ前記原料充填層中の固体燃料の配合量を減じる請求項３に記載の焼結鉱の製造方法である。
【００１９】
請求項５に係る発明は、下記式（１）で定義される、固体燃料の廃プラスチック粉体による置換率ＲＦを１０〜５０％とする請求項４に記載の焼結鉱の製造方法である。
式（１）：  ＲＦ（％）＝ＱＰ／（ＱＦ＋ＱＰ）×１００
ここに、ＱＰは前記原料充填層に添加される廃プラスチック粉体の低位発熱量であり、ＱＦは前記原料充填層中の固体燃料の低位発熱量である。
【００２０】
（作用）
原料充填層の下層部に廃プラスチック粉体を添加したことにより、当該下層部が粗充填の構造となる。また、廃プラスチック粉体を原料充填層の下層部のみに添加したことによりプラスチック粉体の気化ガスが液化・固化する問題は生じない。すなわち、赤熱帯の下層側で気化したガスは下方の予熱帯、湿潤帯に移動して冷却され一旦液化される。しかし、焼結の進行によりすぐに赤熱帯が降下してきて再度加熱されて気化するため、実質上固化する間もなく原料充填層を通過して焼結機から排ガスとともに除去される。したがって、原料充填層の粗充填構造が維持され、通気性が向上する。
【００２１】
プラスチック粉体を添加する下層部の層厚は、原料充填層の層厚の１／２以下とすることが好ましい。プラスチック粉体を１／２を超えて添加すると、元々比較的通気性が良好な上層部の通気性がさらに上昇し、固体燃料の燃焼熱が焼結反応に寄与することなく下部へ伝達してしまい、かえって未焼成部が増加し、その結果として焼結歩留の低下を招くからである。
【００２２】
廃プラスチック粉体を気化したガス（以下、単に「気化ガス」ともいう。）は炭化水素などカロリーを有する成分で構成されている。したがって、焼結機から排出された、気化ガスを含む排ガスは、当該焼結機の移動パレット上に循環することが好ましい。これにより、気化ガスを含んだ排ガスは原料充填層内に吸引され、赤熱層を通過する際に気化ガスが燃焼し、その燃焼熱は焼結反応に有効に利用される。
【００２３】
廃プラスチック粉体を原料充填層に添加する量に見合う燃焼発熱量（低位発熱量）の分だけ、固体燃料の配合量を減じること（すなわち、総燃焼発熱量を一定として固体燃料の一部を廃プラスチック粉体に置換すること）が好ましい。上記のように廃プラスチック粉体由来の気化ガスを焼結機の移動パレット上に循環することにより、廃プラスチック粉体が元来有する燃焼発熱量（低位発熱量）を全部焼結反応に利用することができるからである。
【００２４】
廃プラスチック粉体を固体燃料の一部と置き換える割合（以下、「固体燃料置換率」という。）ＲＦは、小さすぎると原料充填層の通気性の向上効果が少なく、大きすぎると原料充填層の通気性の上昇が過剰となるとともに廃プラスチック粉体の気化が不十分となり原料充填層内に一部残留するため、後述の実施例２で示すようにかえって焼結鉱の強度（焼結歩留）が低下する。このため、固体燃料置換率ＲＦは１０〜５０％とすることが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の焼結鉱の製造方法の実施に係る下方吸引式焼結機の概略を示すフロー図である。本実施の形態では、排ガス循環方式の焼結機を用いた例について説明する。焼結機１は、駆動機によってエンドレスに移動する移動パレット２、焼結原料１６を移動パレット２上に積み付けるための原料供給装置３、積み付けられた焼結原料１６（原料充填層４）の表面の粉コークスに着火するための点火炉５、移動パレット２の下方に焼結機機長にわたって連設され、下向きの吸気によって移動パレット２上の原料充填層４の粉コークスを燃焼させるための風箱群６および循環ガスを移動パレット２の上方へ供給するための循環ガスフード７を備えている。
【００２７】
風箱群６は、焼結機前部域の風箱群としての第１風箱群６Ａ、焼結機中部域の風箱群としての第２風箱群６Ｂ、および焼結機後部域の風箱群としての第３風箱群６Ｃの３つに分割されている。
【００２８】
循環ガスフード７は、排ガスを移動パレット２上の原料充填層４へ導くためのものであり、点火炉５入口を起点にして焼結機機長の略１０％の位置から略８０％の位置に至る焼結機部分における移動パレット２の上方に配設されている。したがって、第１風箱群６Ａについては、点火炉排ガスを吸引する風箱群と循環ガスフード７からの循環ガスを吸引する風箱群とに分かれており、符号８は第１風箱群６Ａからの低温ガスを循環ガスダクト１１Ａを介して循環ガスフード７に循環するための低温ガス循環用排風機である。また、第３風箱群６Ｃについては、空気を吸引する風箱群のみで構成されており、符号９は第３風箱群６Ｃからの高温ガスを循環ガスダクト１１Ｂを介して循環ガスフード７に循環するための高温ガス循環用排風機である。なお、循環ガスダクト１１Ａと１１Ｂは途中で結合された後、さらに複数の小さいダクトに分けられて循環ガスフード７全体に接続されており、前記低温ガスと前記高温ガスを混合して循環ガスフード７全体へほぼ均一に導入する。符号１０は第２風箱群６Ｂからの排ガスを集塵機１２で清浄化した後、煙突１３で大気へ放出するための主排風機である。
【００２９】
焼結原料１６は、廃プラスチック粉体１４を添加する量に見合う燃焼発熱量（低位発熱量）の分だけ固体燃料である粉コークスの添加量を減じた配合とした。配合後、ドラムミキサーで水やバインダーとともに転動造粒して水分６〜７質量％（外数）で平均粒径３〜４ｍｍの粒子としたものを用いた。この造粒後の焼結原料１６を原料供給装置３で移動パレット２上に積み付ける。この際、廃プラスチック粉体１４を、原料供給装置３とは別途設けた廃プラスチック粉体供給装置１５を用いて原料充填層４の下層部４ｂに添加混合する。廃プラスチック粉体供給装置１５としては、例えば前記従来技術１の床敷鉱を原料充填層の下層部に添加混合するための混合装置（切出装置と落下シュートからなる）と同様な形式のものとすればよい（特許文献１の図３および段落［００２４］参照）。廃プラスチック粉体１４の添加量は切出装置１５ａを用いて調節し、原料充填層４に添加する下層部４ｂの領域（層厚）は落下シュート１５ｂの傾斜角度や先端位置などで調節すればよい。
【００３０】
なお、廃プラスチック粉体１４の原料充填層４の下層部４ｂへの添加は、上記の方法に代えて、以下の方法で行ってもよい。すなわち、焼結原料４を２系統に分けてそれぞれ別に造粒し、その一方にのみ廃プラスチック粉体１４を添加混合して移動パレット２上に装入し下層部４ｂとした後、その下層部４ｂの上に、他方の廃プラスチック粉体１４を添加しないで造粒した焼結原料４を装入して上層部４ａとしてもよい。この添加方法を用いる場合、造粒系統が余分に必要となるものの、下層部４ｂへの廃プラスチック粉体１４の添加量に応じて上層部４ａと下層部４ｂの固体燃料の配合量を互いに独立して調整できるため、より均一な焼成が可能となる。
【００３１】
ここに、廃プラスチック粉体１４とは、自動車や電気機器などの廃棄物処分時に出る合成樹脂、飲料ボトル、食品包装物、電線被覆材等の破砕物などをいう。原料充填層４に添加する廃プラスチック粉体１４の粒径は、小さすぎるとかえって通気性を阻害し、大きすぎると気化しきれずに原料充填層４内に残留して焼結鉱の強度低下を招いてしまうため、０．５〜３０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００３２】
廃プラスチック粉体１４を添加する下層部４ｂの領域（層厚）は、原料充填層４の層厚の１／２以下とすればよいが、赤熱帯１７で気化したガスが移動パレット２上に確実に循環されてその燃焼熱が有効利用されるように、第３風箱群６Ｃに相当する位置で原料充填層４内を赤熱帯１７の先端（図１では赤熱帯１７の下側）が通過する範囲程度とすることがさらに好ましい。これにより、移動パレット２上に充填された原料充填層４が第１風箱群６Ａおよび第２風箱群６Ｂの範囲を通過する際には、原料充填層４内の赤熱帯１７は廃プラスチック粉体１４を添加した領域（下層部４ｂ）には到達していないため、廃プラスチック粉体１４は気化されない。このため、気化ガスの液化・固化が起こることがなく原料充填層４の下層部４ｂの通気性が高く維持される。そして、原料充填層４が第３風箱群６Ｃの範囲に到達した際に初めて廃プラスチック粉体１４が気化し始めるが、第３風箱群６Ｃの範囲では、下層部４ｂまで赤熱帯１７が降下してきているため排ガス温度は高温（最高４６０℃程度）となり、炭化水素等からなる気化ガスの液化は起こらない（もしくは、気化ガスが赤熱帯１７より下方の原料充填層内で一旦液化してもすぐにその部分に赤熱帯１７が降下してくるため、再度気化されてしまう）。このため、気化ガスは排ガス中にガスの状態で含有されたまま移動パレット５上の循環ガスフード７内に循環される。循環ガスフード７内に導入された気化ガスは循環排ガスとともに原料充填層４内に吸引され、赤熱帯１７を通過する際に循環排ガス中の酸素によって燃焼される。この燃焼熱は焼結反応に有効に用いられ、赤熱帯１７を通過した後の排ガスは第２風箱群６Ｂを介して大気へ放出される。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、排ガス循環方式の焼結機についてのみ説明を行ったが、本発明は、従来の排ガスを循環しない下方吸引式の焼結機（ＤＬ焼結機）に対しても適用できるものである。すなわち、排ガスを循環しない場合には、気化ガスの燃焼熱が焼結反応に利用されないまま大気中に放出されてしまうため、上記実施の形態よりは固体燃料原単位が劣るものの、原料充填層の下層部の通気性は上記実施の形態と同様に確保されるため、生産性は向上する。ただし、炭化水素などからなる気化ガスが排ガス中に含まれたまま大気中に放出されるため、廃プラスチック粉体の添加量は制限される。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
本発明の効果を確認するため、以下の焼結鍋試験を実施した。焼結鍋試験は、内径１００ｍｍ×高さ３３０ｍｍの焼結鍋試験装置を用いて負圧３．５ｋＰａ（一定）、空気吸引の条件で実施した。表１に本試験に用いた焼結原料の化学成分を示す。この焼結原料を表２の配合条件で配合し、混合造粒して焼結原料を作製した。なお、焼結原料中の粉コークスの配合率は廃プラスチック粉体の添加量に応じて変更し、粉コークスと廃プラスチック粉体の合計の低位発熱量（総燃焼発熱量）が常に一定となるようにした。廃プラスチック粉体としては、粒径２．０〜４．０ｍｍ（平均粒径：約３ｍｍ）のポリエチレンを用いた。
【００３５】
従来の廃プラスチック粉体を添加しない焼結鉱製造法と比較するため、まず、上記焼結原料のみを焼結鍋に充填して焼成を行った（比較例１）。
【００３６】
次に、廃プラスチック粉体の添加量を全焼結原料（焼結原料に廃プラスチック粉体を添加したもの［乾量基準］）に対して０．３質量％［固体燃料置換率１４．３％］（一定）として、廃プラスチック粉体を添加する領域（層厚）を、原料充填層の下端からその層厚の２０〜１００％の範囲で変更し、その各々について焼成を行った。
【００３７】
図２は、上記焼結鍋試験の結果を、［廃プラスチック粉体を添加する層厚］／［原料充填層の層厚］と焼結時間との関係で表したものである。ここに、焼結時間は点火から火落ち（焼結完了）までの所要時間である。廃プラスチック粉体を添加しない比較例１の結果を一点鎖線で、廃プラスチック粉体を添加した場合の結果を実線で示す。一点鎖線と実線との比較より、廃プラスチック粉体を添加するだけでも焼結時間が短縮されるのが分かる。さらに、廃プラスチック粉体を添加した場合、実線で示すように、［廃プラスチック粉体を添加する層厚］／［原料充填層の層厚］が５０％以下になると急激に焼結時間が短縮され、生産性の向上効果が顕著に現れることがわかった。
【００３８】
【表１】
2004244677.tif 000003
【００３９】
【表２】
2004244677.tif 000004
【００４０】
（実施例２）
本実施例では、空気吸引の条件でなく、排ガス循環の条件で焼結鍋試験を実施した。また、廃プラスチック粉体を添加する領域（層厚）を原料充填層の下端からその層厚の２０％（一定）とし、廃プラスチック粉体の添加量を、全焼結原料（焼結原料に廃プラスチック粉体を添加したもの［乾量基準］）に対して０〜１．５質量％の範囲で変更した。そして、焼結鍋試験において排ガス循環方式の焼結機をシミュレートするため、以下の操作を行った。すなわち、あらかじめ上記実施例１などで焼結鍋試験を実施した際に測定しておいた、排ガス中の炭化水素などの気化ガスの濃度に基づいて、本実施例における循環排ガスの組成を予測し、ボンベガスなどを混合することにより吸引ガス組成を調整した。なお、本実施例において対象とした排ガス循環の方式は、上記実施の形態と同様の、焼結反応後期（焼結時間の約８０〜１００％）の排ガスを焼結反応前期〜中期（焼結時間の約１０〜８０％）の部分に循環させる方式である。その他の原料配合条件などは上記実施例１と同様とした。
【００４１】
図３は、上記焼結鍋試験の結果を、固体燃料置換率と焼結歩留との関係で表したものである。図３に示すように、固体燃料置換率の上昇とともに焼結歩留は上昇するが、固体燃料置換率が約３０％で焼結歩留は最高となり、さらに固体燃料置換率を上昇させると焼結歩留は低下する傾向を示すことがわかった。この理由は以下のように推察される。すなわち、固体燃料を廃プラスチック粉体で置換していくと一定の置換率（固体置換率）までは原料充填層の下層部の通気性が改善されたことにより原料充填層全体の均一焼成が可能となり、その結果焼結鉱の強度（焼結歩留）が向上する。しかし、それ以上廃プラスチック粉体で置換すると、原料充填層の通気性が過剰となり特に上層部の焼結反応の時間が不足するとともに、廃プラスチック粉体の気化が不十分となり下層部に廃プラスチック粉体が一部残留してしまうため、かえって焼結鉱の強度（焼結歩留）が低下する。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、廃プラスチックを有効に利用しつつ、原料充填層の通気性を向上させることができる焼結鉱の製造方法を提供できる。その結果、廃プラスチックの安価な処理と焼結鉱の生産性および焼結歩留の向上の両立を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に係る下方吸引式焼結機の概略を示すフロー図である。
【図２】［廃プラスチック粉体を添加する層厚］／［原料充填層の層厚］と焼結時間との関係を示すグラフ図である。
【図３】固体燃料置換率と焼結歩留との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…焼結機
２…移動パレット
３…原料供給装置
４…原料充填層
４ａ…上層部
４ａ…下層部
５…点火炉
６…風箱群
７…循環ガスフード
１４…廃プラスチック粉体
１５…廃プラスチック粉体供給装置
１５ａ…切出装置
１５ｂ…落下シュート
１６…焼結原料
１７…赤熱帯
【図１】
2004244677.tif 000005
【図２】
2004244677.tif 000006
【図３】
2004244677.tif 000007