(57)【要約】【課題】合成樹脂材を高炉等で大量に利用することを可能にするとともに、合成樹脂材の前処理コストを削減可能な、竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法を提供すること。【解決手段】熱風炉から送風した熱風を羽口から炉内に吹込む方式の竪型冶金炉において、前記熱風炉と前記羽口とを連結する熱風本管内に合成樹脂材を供給することで、該合成樹脂材の少なくとも一部を燃焼させて還元ガスとした後に前記竪型冶金炉内に吹込み、前記還元ガスを前記竪型冶金炉の還元材として利用することを特徴とする竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法を用いる。熱風本管の複数箇所から合成樹脂材を供給することが好ましい。【選択図】            図１
2005060717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱風炉から送風した熱風を羽口から炉内に吹込む方式の竪型冶金炉において、前記熱風炉と前記羽口とを連結する熱風本管内に合成樹脂材を供給することで、該合成樹脂材の少なくとも一部を燃焼させて還元ガスとした後に前記竪型冶金炉内に吹込み、前記還元ガスを前記竪型冶金炉の還元材として利用することを特徴とする竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法。
【請求項２】
熱風本管の複数箇所から合成樹脂材を供給することを特徴とする請求項１に記載の竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法に関し、特に高炉への廃棄プラスチックの吹込み方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業廃棄物や一般廃棄物としてプラスチック等の合成樹脂材が急増しており、その処理が大きな問題となっている。なかでも高分子系の炭化水素化合物であるプラスチックは燃焼時に発生する熱量が高く、焼却処理した場合に焼却炉を傷めるために大量処理が困難であり、その多くがごみ埋立地等に投棄されているのが現状である。しかし、プラスチック等の投棄は環境対策上好ましくなく、その大量処理方法の開発が切望されている。
【０００３】
このような状況の中で、プラスチック等の合成樹脂材を高炉等の補助還元剤として利用する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。この方法は、合成樹脂の粉砕物を羽口等から高炉内に還元剤として吹き込むもので、例えば特許文献１に記載の方法では、炉内に吹き込まれる合成樹脂粉砕物の実質的な条件として、粒径１〜１０ｍｍという条件が示されている。羽口から高炉内に合成樹脂材を吹込む際には、羽口に合成樹脂類を供給するための吹込みノズルの内径を３５ｍｍ前後までしか確保できないため、高炉に吹込む合成樹脂材の粒径は現実的にも１０ｍｍ以下程度とすることが適当である。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２２４３９４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特公昭５１−３３４９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高炉内では直径１．５〜２．０ｍのレースウェイと呼ばれる領域内しか酸素が存在しないため、合成樹脂材を高炉等で大量に利用するために羽口１本あたりから高炉内へ吹込む量を増加させると、すすの発生量の増加や、炉内の圧力損失の増加が起こり、結局コークスと代替できる合成樹脂材の割合が低下する（コークス置換率の低下）。したがって、高生産率（高出銑比）が求められる操業を行う場合には、送風量を増やしたり送風に酸素富化を行うこと等が必要となり、送風原単位が増加する。送風原単位の増加は、高出銑比で炉内ガス通過量の多い時には安定操業上好ましくなく、高炉の羽口から吹込む合成樹脂材の量を増加させて合成樹脂材の処理量を増やすことは困難である。
【０００７】
また、高炉に吹込む合成樹脂材の粒径を１０ｍｍ以下程度とするためには、あらかじめ破砕や造粒等の前処理が必要であり、コスト高である。
【０００８】
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、合成樹脂材を高炉等で大量に利用することを可能にするとともに、合成樹脂材の前処理コストを削減可能な、竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法を提供することにある。
【０００９】
【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）熱風炉から送風した熱風を羽口から炉内に吹込む方式の竪型冶金炉において、前記熱風炉と前記羽口とを連結する熱風本管内に合成樹脂材を供給することで、該合成樹脂材の少なくとも一部を燃焼させて還元ガスとした後に前記竪型冶金炉内に吹込み、前記還元ガスを前記竪型冶金炉の還元材として利用することを特徴とする竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法。
（２）熱風本管の複数箇所から合成樹脂材を供給することを特徴とする（１）に記載の竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、熱風炉から送風した熱風を羽口から炉内に吹込む方式の竪型冶金炉において、前記熱風炉と前記羽口とを連結する熱風本管内に合成樹脂材を供給することで、該合成樹脂材の少なくとも一部を燃焼させて還元ガスとした後に前記竪型冶金炉内に吹込み、前記還元ガスを前記竪型冶金炉の還元材として利用することを特徴とする。
【００１１】
従来技術のように合成樹脂材を羽口に供給して炉内に吹込む場合には、合成樹脂材がほぼ吹込まれたままの状態で炉内に供給されるため、供給量を増やすと不完全燃焼等の問題を引き起こすが、熱風本管内は高温で酸素濃度が高いため、熱風本管内に合成樹脂材を供給することで、合成樹脂材を完全燃焼させることが容易であり、完全燃焼後のガス、またはガスと合成樹脂材の未燃焼部分との混合体が炉内に吹込まれるため、炉内での合成樹脂材の不完全燃焼が防止される。
【００１２】
高炉の場合、羽口の手前の環状管と熱風炉の出口とを繋ぐ熱風本管内の温度は１２００℃程度の高温であり、酸素濃度は２１〜２６％であるので、熱風本管内に合成樹脂材を供給すると、容易に完全燃焼する。合成樹脂材の含有炭素分はＣＯ２に、含有水素分はＨ２Ｏになり、高炉内に吹込まれる熱風の温度を上昇させることができる。ＣＯ２はレースウェイ内でコークスによりＣＯに、Ｈ２ＯはＨ２とＣＯとに変換される。生成したＨ２とＣＯとは、半分程度が酸化鉄の還元に、残りの半分程度がそのまま炉頂より排出される。
【００１３】
また熱風本管は、高炉の場合例えば３０ｍほどの長さを有するので、熱風本管内を合成樹脂材が移動する時間が長くなるように吹込み位置を設定すれば、炉内に到達するまでの間に燃焼を十分に進行させることができる。
【００１４】
高炉の羽口とは異なり、熱風本管の配管直径は、例えば３ｍ程度であるので、合成樹脂材を熱風本管に供給するための供給ノズルの直径は、例えば１００ｍｍ程度に設定可能であり、供給ノズルの直径を十分に大きくすることできるので、供給する合成樹脂材の粒径を１０ｍｍ以下とする必要がない。熱風本管に供給する合成樹脂材の粒径は、合成樹脂材を熱風本管に供給する位置の羽口からの距離にも依存するが、概ね３０ｍｍ以下とすることが望ましい。３０ｍｍ以下であれば、供給された合成樹脂材を熱風本管の配管内で、ほぼ完全燃焼させることが可能である。
【００１５】
合成樹脂材の粒径を３０ｍｍ以下とするための前処理は、粗破砕程度で十分であり、特に造粒等の処理を行う必要もないため、１０ｍｍ以下の粒径にする場合に比べておよそ半分程度のコストで処理可能である。
【００１６】
また、本発明では、熱風本管の複数箇所から合成樹脂材を供給することが望ましい。複数箇所から合成樹脂材を供給することで、合成樹脂材を同時に多量に利用することが可能となる。熱風本管のより上流側（羽口からの距離が遠い位置）に合成樹脂材を供給するほど、熱風本管内を合成樹脂材が移動する時間が長くなり、合成樹脂材を十分に燃焼させることができるので、熱風本管が複数の合成樹脂材を供給する供給口を有すると、合成樹脂材の粒径に応じて、合成樹脂材が完全燃焼可能な供給口を選択して合成樹脂材を竪型冶金炉へ吹込むことも可能である。
【００１７】
したがって、合成樹脂材の粒径が大きいほど、該合成樹脂材の熱風本管への投入位置から羽口までの長さが長くなるように合成樹脂材を投入することが好ましい。大きな粒径の合成樹脂材は熱風本管の上流側に供給することで、熱風本管内を合成樹脂材が移動する時間が長くなり、完全燃焼させることができる。
【００１８】
より大量の合成樹脂材を高炉に供給したい場合や、熱風本管内での合成樹脂材の燃焼性が低い場合には、付加的にガス化炉を設けて合成樹脂材を燃焼させてガス化し、その燃焼ガスを高炉に吹込むことが望ましい。
【００１９】
熱風炉と高炉との間にガス化炉を設置し、純酸素または酸素を富化した熱風により合成樹脂材の少なくとも一部を燃焼させてガス化する。燃焼性を向上させ、ガス化を促進するために、コークス等の補助燃料を合成樹脂材と共にガス化炉に投入することが好ましい。合成樹脂材の燃焼ガスは再び熱風本管を経由して羽口より高炉内に吹込まれる。ガス化炉を経由することで、合成樹脂材を確実にガス化してから高炉内に吹き込むことが可能となる。
【００２０】
ガス化炉としては、たとえばシャフト炉等の竪型炉を用いることができる。合成樹脂材として廃棄プラスチック等を用いる場合は、ガス化溶融炉を用いることが好ましく、コークスを用いる方式のガス化溶融炉が特に好ましい。コークスを用いる方式のガス化溶融炉としては、例えば、竪型シャフト炉等の竪型炉で羽口を有するものであり、高さ方向に区分すると、上部から予熱・乾燥帯、熱分解帯、燃焼・溶融帯、またはフリーボード部、流動層部、移動層、コークス充填層等と区分されるもの等がある。炉内に合成樹脂材と共にコークスが投入されて、コークスの燃焼により合成樹脂材を燃焼・ガス化し、不燃物を含む乾留物は炉下部へと移動して燃焼・溶融するものである。ガス化炉を用いる場合も、特に燃焼させる合成樹脂材のサイズ等に制限はないので、特別な前処理等を行う必要はない。
【００２１】
合成樹脂材をガス化炉でガス化する際に発生する可燃性ガスは、その主成分がＣＯ、Ｈ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ４からなり、高炉操業におけるコークスの一部代替として用いることができる。発生する可燃性ガスの発熱量を高めるためにガス化炉に酸素ガスや水蒸気を適切な条件で吹込むことが望ましい。
【００２２】
また、他の実施形態として、合成樹脂材をガス化炉を用いて燃焼させ、発生した可燃性ガスを熱風炉に吹込み、熱風本管を通じて高炉に吹込むことも可能である。発生した可燃性ガスは送風機と熱風炉とを繋ぐ送風本管に送られ、熱風炉を通じて高炉内に吹込まれる。この場合、ＣＯ、Ｈ２、ＣＨ４は、熱風炉で燃焼して、
一旦、ＣＯ２、Ｈ２Ｏになるが、羽口先の赤熱コークスにより、再度ＣＯ、Ｈ２に変換され、還元剤として利用される。
【００２３】
図１は高炉の概略図であり、高炉において本発明を実施する場合の一実施形態を示す説明図である。
【００２４】
高炉１では、高炉１の炉頂から、鉄源として焼結鉱、塊鉱石およびペレットなどと、還元剤としてコークスを交互に層状に装入して操業する。羽口２からは、熱風炉３で１１５０〜１２５０℃に加熱し、湿分と酸素濃度を調整した空気を、吹き込む。４は送風機、５は送風本管である。羽口２の手前の環状管６と、熱風炉３とは熱風本管７で接続されている。熱風本管７は内径約２ｍであり、鉄管の内側が耐火煉瓦張りで構成されている。熱風は、高炉１内でコークスや微粉炭と反応して一酸化炭素と窒素の混合ガスとなり、炉頂から降下する原料と熱交換、反応しながら炉内を上昇し、炉頂から排出し、工場内の燃料として使用するために回収される。
【００２５】
上記のようにして操業される高炉において、供給装置を用いて廃棄プラスチック（合成樹脂材）を連続的に高炉に供給して、還元材として利用する。従来技術では羽口２（図中のＡの位置）より廃棄プラスチックを高炉１内に吹込むが、本発明では熱風本管７内に、例えばＢの位置より廃棄プラスチックを高炉１内に吹込むことを特徴とする。廃棄プラスチックは熱風本管７内で熱風により分解・燃焼しながら、熱風と共に移動して還元ガスとして高炉内に吹込まれる。廃棄プラスチックは熱風本管７内で分解・燃焼するので、煤の発生が抑制される。また、熱風本管７内で廃棄プラスチックが完全に分解・燃焼しない場合も、その残部がレースウェイ内で十分に分解・燃焼される量であれば、煤の発生は抑制される。廃棄プラスチックは、あらかじめ粒径３０ｍｍ程度に破砕して、脱塩素処理を施した後に熱風本管７内に供給する。従来技術よりも大きな粒径を有する廃棄プラスチックを、従来よりも多量に利用しても、煤の発生は抑制され、廃棄プラスチックのコークス置換率が低下することはない。また高炉から排出されるガスのＣＯとＨ２量が増えるので、製鉄所内の燃料ガスとしてより多くのガスが有効利用される。
【００２６】
熱風本管への廃棄プラスチックの投入は、例えば以下のような供給装置を用いて行うことができる。
【００２７】
図２は、図１のＢ位置における熱風本管の断面図である。あらかじめ所定の粒径に破砕処理された廃棄プラスチックを、ホッパに投入し、ホッパの下部より切り出し装置を用いて廃棄プラスチックを排出する。排出された廃棄プラスチックを、熱風本管７内に吹込むための吹込みノズル１１を、鉄管１２と耐火煉瓦１３を貫通して吹込みノズル先端が熱風本管の内部に位置するように取りつけて、熱風本管７内に廃棄プラスチックを供給する。吹込みノズル先端の廃棄プラスチックの出口付近は高温となるので、水冷を施すことが望ましい。吹込みノズルは１本とすることもできるが、複数の吹込みノズルを有する構成として、同時に複数箇所から熱風本管内に合成樹脂材を供給可能とすることが望ましい。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、合成樹脂材を高炉等で大量に利用することができる竪型冶金炉への合成樹脂材の吹込み方法が得られる。また、合成樹脂材の前処理コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉において本発明を実施する場合の一実施形態を示す説明図。
【図２】熱風本管の断面図。
【符号の説明】
１：高炉、
２：羽口、
３：熱風炉、
４：送風機、
５：送風本管、
６：環状管、
７：熱風本管、
１１：吹込みノズル、
１２：鉄管、
１３：耐火煉瓦
【図１】
2005060717.tif 000003
【図２】
2005060717.tif 000004