(57)【要約】【課題】廃棄物である廃木材を高炉内で高効率に処理する廃木材処理方法を提供すること。【解決手段】高炉羽口部から、廃木材とプラスチックと微粉炭とからなる補助燃料と、熱風とを高炉内に吹込む高炉における廃木材の処理方法であって、前記廃木材と前記プラスチックとを混合して該プラスチックの少なくとも一部を溶融固化させることで木材とプラスチックとを含有する造粒物を製造し、少なくとも前記微粉炭の一部が前記造粒物の表面に付着するように前記造粒物と前記微粉炭とを混合して混合物とし、該混合物を前記熱風中に投入して羽口より高炉内に吹込むことを特徴とする、高炉における廃木材処理方法を用いる。また、前記造粒物と微粉炭との混合を、前記補助燃料用吹込みランス内または該補助燃料用吹込みランスに連設された配管内で行う高炉における廃木材処理方法を用いる。【選択図】            図１
2004183005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉羽口部から、廃木材とプラスチックと微粉炭とからなる補助燃料と、熱風とを高炉内に吹込む高炉における廃木材の処理方法であって、前記廃木材と前記プラスチックとを混合して該プラスチックの少なくとも一部を溶融固化させることで木材とプラスチックとを含有する造粒物を製造し、少なくとも前記微粉炭の一部が前記造粒物の表面に付着するように前記造粒物と前記微粉炭とを混合して混合物とし、該混合物を前記熱風中に投入して羽口より高炉内に吹込むことを特徴とする、高炉における廃木材処理方法。
【請求項２】
補助燃料用吹込みランスの先端部を、高炉羽口部に連設されたブローパイプの内部または羽口内部に設置し、木材とプラスチックとを含有する造粒物と微粉炭との混合を、前記補助燃料用吹込みランス内または該補助燃料用吹込みランスに連設された配管内で行い、該補助燃料用吹込みランスより前記造粒物と前記微粉炭とを吹込むことを特徴とする、請求項１に記載の高炉における廃木材処理方法。
【請求項３】
廃木材とプラスチックと微粉炭とからなる補助燃料のうち、廃木材とプラスチックとの合計量の混合割合が、補助燃料の４０ｍａｓｓ％以上７０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高炉における廃木材処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設現場等で発生する木材等の廃棄物を、送風羽口を介して高炉に吹込み、処理する、高炉における廃木材処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設現場等において発生する大量の廃木材は、通常、その一部は燃料用材、製紙用材、または、動物の飼料等として再利用されるが、大部分は埋立地等に投棄されているのが現状である。しかし近年、埋立て処理が許容限界に達しつつあり、環境対策上好ましい廃木材の大量処理技術の開発が望まれている。
【０００３】
高炉操業においてはコークスを主な燃料としてきたが、近年、羽口からの補助燃料の吹込みが盛んに行われている。補助燃料吹込みは、高価なコークスの使用量低減に寄与すると共に、コークス炉の稼働率減少によるコークス炉の寿命延長にもつながり、その結果として溶銑コストを低下させうる手段として注目されている。通常、補助燃料としては、重油、石炭等の化石燃料が吹込まれてきたが、近年は、都市ごみあるいは産業廃棄物中に混在する使用済みプラスチックの吹込みも実施されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
このような背景のもと、廃木材等を高炉において処理する方法も試みられている。即ち、廃木材を、高炉の送風羽口から吹込んで廃木材を大量に処理しようとする方法である。
【０００５】
しかしながら、補助燃料吹込みに用いられる微粉炭が主として数１０μｍ以下と微細であるのに比較して、一般に廃木材は粒度が大きく、且つ着火性が悪いため、高炉羽口から吹込まれた場合、未燃のまま羽口前方の燃焼帯（レースウェイ）に入り、高炉炉芯部分に侵入し、その結果、炉内におけるガスの通気性及び溶銑滓の通気性を妨げる傾向がある。従って、高炉羽口から多量に廃木材を吹込むと、高炉の生産性を低下させる恐れがある。このような問題を解決するために、廃木材と廃プラスチックを混合し、高炉に装入する処理方法、および、廃木材と廃プラスチックを混合し、混合した廃木材と廃プラスチックをすりつぶし、押出し工程を含む造粒機によって、表面が溶融固化した粒状体として、燃焼性、気送性を高め、高炉に装入する処理方法、廃木材を平均粒径１０〜１００μｍに粉砕して、微粉炭と混合して燃焼性、気送性を高め、高炉に吹込む処理方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０９−１３７９２６号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２００２−２０７７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２によれば、廃棄物である廃木材の大量処理と有効利用ができ、高炉の燃料コストの低減が可能である。しかし、廃木材と廃プラスチックを造粒し、その造粒物を高炉に吹込む場合には、造粒物の性状により、廃木材の燃焼・ガス化率は大きく左右される。また、木材と微粉炭とを同時に高炉に吹込むだけでは、木材を高効率に燃焼、ガス化させて処理することは困難である。
【０００９】
したがって本発明は、このような従来技術の課題を解決し、廃棄物である廃木材を高炉内で高効率に処理する廃木材処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
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）高炉羽口部から、廃木材とプラスチックと微粉炭とからなる補助燃料と、熱風とを高炉内に吹込む高炉における廃木材の処理方法であって、前記廃木材と前記プラスチックとを混合して該プラスチックの少なくとも一部を溶融固化させることで木材とプラスチックとを含有する造粒物を製造し、少なくとも前記微粉炭の一部が前記造粒物の表面に付着するように前記造粒物と前記微粉炭とを混合して混合物とし、該混合物を前記熱風中に投入して羽口より高炉内に吹込むことを特徴とする、高炉における廃木材処理方法。
（２）補助燃料用吹込みランスの先端部を、高炉羽口部に連設されたブローパイプの内部または羽口内部に設置し、木材とプラスチックとを含有する造粒物と、微粉炭との混合を前記補助燃料用吹込みランス内または該補助燃料用吹込みランスに連設された配管内で行い、該補助燃料用吹込みランスより前記造粒物と前記微粉炭とを吹込むことを特徴とする、（１）に記載の高炉における廃木材処理方法。
（３）廃木材とプラスチックと微粉炭とからなる補助燃料のうち、廃木材とプラスチックとの合計量の混合割合が、補助燃料の４０ｍａｓｓ％以上７０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（１）または（２）に記載の高炉における廃木材処理方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、高炉羽口から吹込むための廃木材、廃木材と廃プラスチックの造粒物の燃焼試験を繰り返し、詳細な検討を重ねた。その結果、以下の知見を得た。
【００１２】
知見１：高炉内部へ吹込みランスを通して熱風中に吹込まれた廃木材は、低熱伝導性、付着水分の影響により、ブローパイプ内での着火・燃焼は進行せず、大部分はレースウェイ内部での燃焼消費である。燃焼・ガス化性向上のためレースウェイの滞在時間を延長する手段として、粒径の拡大手段が考えられるが、廃木材は繊維質であるために、粗粒に粉砕した場合、針状の破砕物となる。そのため、搬送性が悪く、吹込みには適さない。
【００１３】
知見２：高炉のレースウェイ内において燃焼率を向上させるために、廃木材と廃プラスチックとを混合した原料を、圧縮押出し工程を含むリングダイ式造粒機によって、所定の範囲内の強度および粒径に制御した、廃プラスチックを含む表面が溶融固化した塊性化物を製造すると、成型された造粒物は、溶融しない木材が圧密されて中心部を形成し、溶融する成分が表面に溶融固化された状態となり、その結果、高炉に吹込むと、高燃焼・ガス化率を達成し得る。しかし、造粒物の強度または粒径の両方を制御することは難しく、レースウェイ内に到達することが出来なかったり、レースウェイ内に到達することが出来たとしても、熱風中を飛翔中に分裂・崩壊して、燃焼率が低下する場合がある。即ち、廃木材、廃プラスチックの混合造粒物は、原料の性状を制御することが困難で、燃焼性の高い高強度造粒物を安定的に供給することは難しく、高燃焼・ガス化率の達成は困難である。
【００１４】
知見３：微粉炭と共に吹込まれた造粒物の燃焼性は、先ず吹込まれた微粉炭が燃焼し、その燃焼熱が送風空気（熱風）を更に加熱して高温場を形成し、こうして高温に加熱された送風空気によって加熱されるという過程に支配されている。しかし、微粉炭と造粒物とをそれぞれの配管を通じて気体搬送により炉内へ吹込むという方法では、元来良好な燃焼性を持つ微粉炭の燃焼熱を、造粒物に効率良く伝えることが出来ない。従って、微粉炭の燃焼熱を造粒物に直接、効率良く与えることができれば、造粒物の燃焼・ガス化性を向上させることができる。
【００１５】
以上の知見から、本発明者らは、微粉炭の燃焼熱により直接、廃木材とプラスチックの造粒物を加熱する方法として、造粒物の表面に微粉炭を付着させ、ランスから羽口を通して炉内に吹込むことが効果的であるとの着想を得て、検討と実験を繰り返して本発明を完成した。
【００１６】
本発明の廃木材処理技術は、高炉羽口部から、廃木材とプラスチックと微粉炭とからなる補助燃料と、熱風とを高炉内に吹込む高炉における廃木材の処理方法であって、前記廃木材と前記プラスチックとを混合して該プラスチックの少なくとも一部を溶融固化させることで木材とプラスチックとを含有する造粒物を製造し、少なくとも前記微粉炭の一部が前記造粒物の表面に付着するように前記造粒物と前記微粉炭とを混合して混合物とし、該混合物を前記熱風中に投入して羽口より高炉内に吹込むことを特徴とする、高炉における廃木材処理方法である。
【００１７】
微粉炭の付着により廃木材とプラスチックの造粒物の燃焼・ガス化率が向上することを、図面に基づいて説明する。図１は、吹込み補助燃料の混合方法を、単独吹込とした場合と、事前混合とした場合の相違による造粒物の燃焼・ガス化率の影響を示したグラフである。図１において事前混合とは、吹込み配管を流通する以前に、ホッパー等の内部で造粒物と微粉炭とを混合し、その混合物１を図２（ａ）に示すように同一の配管である補助燃料吹込み用ランス４よりブローパイプ５内に吹込み、熱風２と共に羽口６より高炉３内に吹込む方法を意味する。一方、単独吹込みとは、図２（ｂ）に示すとおり、造粒物７と微粉炭８とをそれぞれ異なる補助燃料吹込み用ランス４から吹込む方法を意味する。また、燃焼・ガス化率とは、燃焼前の木材とプラスチック中に存在するＣ（カーボン）とＨのうち、燃焼およびガス化反応により、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２に変化したＣとＨの割合である。
図１によれば、事前混合時の造粒物の燃焼・ガス化率は、単独吹込み時に比べ全体として高い値となることが分かる。特に、造粒物の混合割合が造粒物と微粉炭の吹込み量の合計量の４０ｍａｓｓ％以上７０ｍａｓｓ％以下の領域で、事前混合による木材の燃焼・ガス化率の向上効果が大きい。
【００１８】
また、図２（ｃ）に示すように、造粒物７と微粉炭８とを吹込み直前の配管である補助燃料吹込み用ランス４内で、合流させ、混合することも効果的である。また、補助燃料用吹込みランスに連設された配管内で混合することも同様に効果的である。図２（ｃ）に示すような配管混合した場合の造粒物の燃焼・ガス化率への影響を、図３に示す。図３によれば、配管混合した場合も、事前混合した場合と同程度の造粒物の高燃焼・ガス化率を得ることが可能であることが分かる。
【００１９】
次に、本発明の一実施形態を詳細に説明する。廃木材とプラスチックの造粒物と、微粉炭とを攪拌型混合機により混合して、表面に微粉炭が付着した造粒物と、造粒物に付着していない微粉炭との混合物とする。その混合物を貯留容器に一時貯留し、貯留容器から搬送路で気体搬送して混合流体を形成させ、高炉のブローパイプ内を流れている熱風中に、適切な吹込みランスの先端から噴射する。熱風中に吹込まれた造粒物は、表面に付着した微粉炭が、吹込み直後に燃焼し、急激な発熱現象を起こす。造粒物はこの燃焼熱を吸収し、急激に昇温し、着火・燃焼性が向上する。その結果、造粒物の燃焼・ガス化率が高くなる。
【００２０】
また、本発明の他の実施形態を示す。高炉羽口部から微粉炭を付着させた廃木材と廃プラスチックからなる造粒物を吹込む操業形態を設備的に無理なく得るために、先ず、微粉炭と造粒物とをそれぞれの貯留容器から異なる搬送路で気体搬送して、それぞれの混合流体を形成させ、次いで両方の混合流体を合流させることにより、微粉炭と造粒物との両方の粒子が同一搬送流体内を移動する、新しい混合流体を形成させる。こうして合流後の新しい混合流体内、即ち合流体内で、微粉炭を造粒物の表面に衝突・付着させる。そして、高炉のブローパイプ内を流れている熱風中に、適切な吹込みランスの先端から、微粉炭と造粒物とを含んだ上記合流体を噴射する。
【００２１】
本発明は、熱風により羽口から高炉内に吹込まれる以前に、廃木材とプラスチックとの造粒物と、微粉炭を混合し、造粒物の表面に微粉炭を付着させて、高炉に吹込む方法である。従って、造粒物と微粉炭の混合方法については、羽口内部の、またはブローパイプ内の熱風に吹込まれる以前に混合されていればよく、混合機、ホッパー内、専用の混合槽、吹込み用配管内等、任意の場所で混合することができる。混合により、微粉炭を造粒物の表面に強固に付着させることができる。
【００２２】
本発明で用いる廃木材は、平均粒度が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。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。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。
【００２３】
廃木材とプラスチックの造粒物は、例えば、孔型から廃木材とプラスチックの混合物を押出す押出し工程を含む造粒機によって、廃プラスチックを含む表面が溶融固化した造粒物として製造することができる。成型された造粒物が、溶融しない木材が圧密されて中心部を形成し、溶融するプラスチック成分が表面に溶融固化された状態であると、搬送性が向上するので好ましい。プラスチックとしては、大量処理の要請のある廃プラスチックを用いることが望ましく、フィルム状の廃プラスチックを用いて造粒物を成形すると、表面に凹凸ができやすく、微粉炭の付着量が多くなるので特に好ましい。
【００２４】
廃木材とプラスチックの造粒物は、平均粒径を１〜１５ｍｍの範囲とすることが、燃焼性の観点から望ましい。通常、粒径が数１０μｍ以下を主体とする微粉炭を表面に付着させるのにも好適な大きさである。
【００２５】
さらに、廃木材とプラスチックとの造粒物と、微粉炭の混合物からなる補助燃料を高炉に吹込む際に、造粒物を補助燃料全体（造粒物と微粉炭との合計量）の４０ｍａｓｓ％以上７０ｍａｓｓ％以下の範囲で混合することが好ましい。４０ｍａｓｓ％未満では、造粒物の処理量が少なくなり廃木材の処理量が減少し、混合吹込みによる造粒物の燃焼・ガス化率向上の効果が低下する傾向がある。また７０ｍａｓｓ％以上でも、混合吹込みによる廃木材を含む造粒物の燃焼・ガス化率向上が低下する傾向がある。
【００２６】
【実施例】
本発明方法を、実施例によって更に詳細に説明する。
【００２７】
［実施例１］廃木材と廃プラスチックとを３０：７０の質量混合比で混合し、孔型の径６ｍｍのリングダイ式造粒機を用いて孔型から廃木材と廃プラスチックの混合物をひも状に押出し、約１０ｍｍごとに切断して、直径約８ｍｍ、長さ約１０ｍｍの造粒物を製造した。造粒物と微粉炭とを５０：５０の混合比でホッパー内で混合し、そして気送供給設備を経て、操業中の高炉羽口からの吹込を、１日間実施した。このときの高炉操業条件は次のとおりであった。
出銑量：９０００ｔ．ｐｉｇ／日
送風量：７２００Ｎｍ３／ｈｒ
酸素富化：４．１％
コークス比：４４０ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
微粉炭吹込み量１２０ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
処理した廃木材と廃プラスチックとの造粒物の吹込み量：１０ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
造粒物吹込みにより、コークスの使用量を減らして、高炉の燃料コストを低減できた。本操業条件を、高炉内現象の数学モデルにより解析すると、廃木材を含む造粒物は、９５％以上の燃焼・ガス化率を示した。更に操業条件を変更し、造粒物と微粉炭との配合割合を４０：６０〜７０：３０まで変化させたが、高炉の操業自体に全く支障は生じなかった。
【００２８】
［実施例２］廃木材と廃プラスチックとを５０：５０の混合比で混合し、孔径６ｍｍのリングダイ式造粒機を用いて実施例１と同様に造粒物を製造し、その造粒物と微粉炭とをそれぞれの貯留ホッパーから異なる搬送路で気体搬送して、それぞれの混合流体を形成させ、ランス直前の配管部において両方の混合流体を合流させることにより、微粉炭と造粒物との両方の粒子が移動する、新しい混合流体を形成させ、そして、高炉のブローパイプ内を流れている熱風中に、造粒物吹込みが可能な径の大きな吹込みランスの先端から噴射し、高炉内に１日間吹込んだ。造粒物と微粉炭とのそれぞれの吹込み量比は７０：３０の混合比とした。
このときの高炉操業条件は次のとおりであった。
出銑量：９０００ｔ．ｐｉｇ／日
送風量：７３００Ｎｍ３／ｈｒ
酸素富化：３．８％
コークス比：４４５ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
微粉炭吹込み量１１５ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
処理された廃木材と廃プラスチックとの造粒物の吹込み量：１５ｋｇ／ｔ．ｐｉｇ
上述した造粒物の炉内吹込みを１日間実施した。
【００２９】
廃木材を含む造粒物は、９２％の燃焼・ガス化率を示した。更に操業条件を変更し、廃木材と微粉炭との配合割合を４０：６０〜７０：３０まで変化させたが、高炉の操業自体にも全く支障は生じなかった。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、木材を含む造粒物を高燃焼・ガス化率で高炉で処理することが可能である。このため高炉の燃料コストを低減でき、廃木材と廃プラスチックを有効に効率的に処理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】造粒物と微粉炭とを補助燃料として吹込む場合の、造粒物の混合割合による、造粒物の燃焼・ガス化率の変化示す図である。
【図２】（ａ）造粒物と微粉炭とを同一のランスから吹込む方法の模式図である。（ｂ）造粒物と微粉炭を異なるランスから吹込む方法の模式図である。（ｃ）造粒物と微粉炭を配管内で混合して一つのランスから吹込む方法の模式図である。
【図３】配管混合吹込み時の、造粒物の混合割合による、造粒物の燃焼・ガス化率の変化を示す図である。
【符号の説明】
１：造粒物と微粉炭との混合物、
２：熱風、
３：高炉炉内、
４：補助燃料吹込み用ランス、
５：ブローパイプ、
６：羽口、
７  造粒物、
８  微粉炭
【図１】
2004183005.tif 000003
【図２】
2004183005.tif 000004
【図３】
2004183005.tif 000005