(57)【要約】【課題】廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を装入原料の一部として用いて、高効率でかつ設備負荷や爆発の発生等の問題を生じることなく溶解処理を行うことができる電気炉の操業方法を提供すること。【解決手段】炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入する電気炉１００により固体鉄源を主体とする装入物を溶解するにあたり、装入物の一部として、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を用い、廃棄自動車プレス体の装入量、電気炉の容量に応じて、装入物の装入回数、各回の装入量および廃棄自動車プレス体の割合、ならびに装入物の溶解時間を決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入する電気炉により固体鉄源を主体とする装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、
装入物の一部として、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を用い、
前記廃棄自動車プレス体の装入量、電気炉の容量に応じて、前記廃棄自動車プレス体の装入回数、各回の前記廃棄自動車プレス体の割合、ならびに装入物の溶解時間を決定することを特徴とする電気炉の操業方法。
【請求項２】
前記電気炉に装入可能な嵩条件、および電気炉操業において発生するＣＯガス量の許容値に基づいて、前記廃棄自動車プレス体の各回の装入可能限界量を求め、その装入可能限界量以下になるように前記廃棄自動車プレス体を装入することを特徴とする請求項１に記載の電気炉の操業方法。
【請求項３】
初回の装入において、前記廃棄自動車プレス体をほぼ装入可能限界量になるように装入することを特徴とする請求項２に記載の電気炉の操業方法。
【請求項４】
前記廃棄自動車プレス体の装入量が装入物全体の５質量％以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気炉の操業方法。
【請求項５】
前記廃棄自動車プレス体の装入量が装入物全体の１０質量％以上であることを特徴とする請求項４に記載の電気炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの通常の電気炉により固体鉄を主体とする装入物を溶解する電気炉の操業方法に関し、特に廃棄自動車を有効に利用することができる電気炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源のリサイクルおよび環境問題から、非金属・非鉄を含有する鉄鋼スクラップを炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの電気炉でアーク溶解するプロセスが増加している。そして、２００５年の自動車リサイクル法の施行を前に、廃棄自動車を電気炉の鉄源として積極的に利用することが試みられている。
【０００３】
廃棄自動車は、シート等の可燃分を多量に含んでおり、通常の鉄スクラップと比較して嵩密度が半分程度と嵩高いため、これをそのまま通常の電気炉に一定量以上装入しようとすると、装入段階で困難性をともない、また溶解性が悪く生産効率も低くなってしまう。また、廃棄車両に含まれる可燃分の大部分は炭素分であるため、装入原料として廃棄車両を装入する場合には、装入量によっては溶解時に多量のＣＯガス濃度が発生し、排ガス処理設備や集塵設備の負荷が大きくなってしまうほか、爆発の危険性も生じてしまう。
【０００４】
このため、従来、廃棄自動車からエンジン、バッテリーやタイヤおよび液体や銅配線等を取り外した後にプレスされたものを、シュレッダー処理し、その際に発生する、可燃分を含むシュレッダーダストを分離して鉄屑としたものが電気炉に供されている。一方、シュレッダーダストは、埋め立て処分されるかガス化溶融炉等で燃焼処理される（非特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、このような処理を行う場合には、シュレッダー処理自体のコストがかかる他、シュレッダーダストの埋め立て処分場所の不足から減容または燃焼処理が必須となっているため、多大のコストがかかり、トータルの処理コストが極めて高いものとなってしまう。
【非特許文献１】平成１４年度  シュレッダーダスト等廃棄物の処理技術等に関する調査研究報告書  平成１５年３月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を装入原料の一部として用いて、高効率でかつ設備負荷や爆発の発生等の問題を生じることなく溶解処理を行うことができる電気炉の操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの通常の電気炉は、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を直接装入することは、操業効率および設備負荷、さらには安全性の観点から困難であると考えられていたが、本発明者らが検討を重ねた結果、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体の装入量、電気炉の容量、操業条件に応じて、装入物の装入回数、各回の装入量、および装入物の溶解時間を決定するようにすれば、このような問題が解消されることを見出した。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（５）を提供するものである。
【０００９】
（１）炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入する電気炉により固体鉄源を主体とする装入物を溶解する電気炉の操業方法であって、
装入物の一部として、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を用い、前記廃棄自動車プレス体の装入量、電気炉の容量に応じて、前記廃棄自動車プレス体の装入回数、各回の前記廃棄自動車プレス体の割合、ならびに装入物の溶解時間を決定することを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１０】
（２）上記（１）の方法において、前記電気炉に装入可能な嵩条件、および電気炉操業において発生するＣＯガス量の許容値に基づいて、前記廃棄自動車プレス体の各回の装入可能限界量を求め、その装入可能限界量以下になるように前記廃棄自動車プレス体を装入することを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１１】
（３）上記（２）の方法において、初回の装入において、前記廃棄自動車プレス体をほぼ装入可能限界量になるように装入することを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１２】
（４）上記（１）〜（３）のいずれかの方法において、前記廃棄自動車プレス体の装入量が装入物全体の５質量％以上であることを特徴とする電気炉の操業方法。
【００１３】
（５）上記（４）の方法において、前記廃棄自動車プレス体の装入量が装入物全体の１０質量％以上であることを特徴とする電気炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電気炉の装入物の一部として、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を用いる場合に、この廃棄自動車プレス体の装入量、電気炉の容量に応じて、前記廃棄自動車プレス体の装入回数、各回の前記両プレス体の割合、ならびに溶解時間を決定することにより、高効率でかつ設備負荷や爆発の発生の危険性等の問題を生じることなく溶解処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態を実施するための設備を示す概略構成図である。この設備は、電気炉１００と、排ガス処理部２００と、ダスト回収部３００と、排ガス排出部４００とを有している。
【００１６】
電気炉１００は、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプのアーク溶解による通常電気炉であり、図２に模式的に示すように、鉄源が装入される炉本体１０１と、炉本体１０１の上部の開口を塞ぐ着脱自在の炉蓋１０２とを有している。炉蓋１０２の上方からは炉蓋１０２を貫通して炉本体１０１の中に垂直に１本の直流式アーク電極１０３が挿入されている。炉本体１０１の外周側底部にはアーク加熱により溶融した溶鋼１０８を出鋼するための出鋼口１０４が設けられており、炉本体１０１の出鋼口１０４とは反対側の側壁には、作業口１０５が設けられている。この作業口１０５は作業扉１０６にて開閉可能となっている。この作業口１０５より溶鋼１０８の上の溶融スラグ１０９を排出する。さらに、炉本体１０１の側壁から炉本体１０１の中へ、バーナー１０７が挿入されている。さらにまた、装入物中の炭素等を燃焼させるための酸素ガスを供給する酸素ランス１１０が作業口１０５から水平に挿入されるようになっている。なお、出鋼口１０４の下には、受鋼用の取鍋１１１が配置されるようになっている。
【００１７】
排ガス処理部２００は、電気炉１００で発生した排ガスを導くとともに、排ガスの燃焼を行うための２次エアー調整用の摺動管２０５を介して２次エアーを導いて、排ガス中の可燃性ガスを燃焼させて排ガスを昇温する燃焼塔２０１と、燃焼塔２０１の燃焼により昇温した排ガス冷却塔２０２を有している。これにより、後述するようにダイオキシン類等の有害物質を低減させることができる。電気炉１００の炉蓋１０２には集塵エルボ２０３が接続されており、集塵エルボ２０３が吸煙管２０４に接続されており、この吸煙管２０４と燃焼塔２０１とが接続されている。また、燃焼塔２０１と冷却塔２０２とはダクト２０６で接続されている。このダクト２０６には、ガス分析装置２０８が取り付けられている。
【００１８】
ガス分析装置２０８は、排ガス中のＣＯガス、ＣＯ２ガス、Ｏ２ガスの濃度が連続的に測定可能となっている。この種のガス分析装置としては市販の赤外線式分析装置を用いることができるが、これに限るものではない。
【００１９】
ダスト回収部３００は、バグフィルターからなる集塵機３０１を有しており、集塵機３０１はダクト３０２の他端に接続されている。集塵機３０１では、冷却塔２０２からダクト３０２を経て供給された排ガス中のダストが捕集され、回収される。ダクト３０２には建屋集塵系３０３が合流しており、工場内環境対策を同時に行うようになっている。また、ダクト３０２の前記合流部の上流側に直引系のブロアー３０４が設けられている。
【００２０】
排ガス排出部４００は、ブロアー４０１および排気塔４０２を有しており、ダストが除かれた排ガスがダクト４０３を経て排気塔４０２に至り大気に放出される。ブロアー４０１は、ダクト４０３に設けられており、排ガスを吸引し、排気塔４０２へと導く。
【００２１】
次に、本発明の電気炉の操業方法の一実施形態について説明する。
本実施形態においては、電気炉１００に装入する鉄源として、図１に示すように、通常用いる鉄スクラップ１２の他、解体した廃車両をシュレッダー処理を施さずにプレスした廃車プレス体、いわゆるＡプレス１１を用いる。
【００２２】
Ａプレスは、廃棄自動車からエンジン、バッテリー、燃料タンク、タイヤ、サスペンション、駆動軸等を取り外し、さらに鋼の品質劣化の原因となるＣｕを含む配線を取り外した上で、ガスおよび液体を抜き取り、ソフトプレスを経た後、二方または三方プレスにより三辺の和が３．５ｍ以内程度の立方体または直方体にしたものである。したがって、シートやプラスチックボード等、通常のシュレッダー処理においてはシュレッダーダストとして分離される可燃分が含まれている。
【００２３】
シュレッダーダストは、通常、１台の廃棄自動車７００ｋｇのうち２２５ｋｇ程度、すなわち３０質量％強含まれており、その成分の概略平均を表１に示す。表１に示すように、その中の６３質量％程度が可燃分またはガス成分であり、その中で炭素が４５質量％程度と大部分を占めている。したがって、Ａプレス全体では炭素分が１２．５質量％程度含まれている計算となる。また、Ａプレスはこのように多量の可燃分を含んでいるため、嵩密度が極めて低く、通常の鉄スクラップの嵩密度が０．６〜０．７Ｔ／ｍ３程度であるのに対して、Ａプレスは実質０．４Ｔ／ｍ３前後と低い値である。なお、Ａプレスを電気炉操業に用いる場合には、Ａプレスの品質が重要な要素であり、有害物質であるＣｕ等を極力低減したもの（精緻解体したもの）を用いることが好ましい。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
Ａプレスは上述したように嵩密度が低いため、電気炉に装入しにくく、装入されたとしても嵩高いため、溶解され難く、極めて効率が悪い。また、炭素分が多いため、装入量によっては溶解時に多量のＣＯガスが発生し、排ガス中のＣＯ濃度が急激に高くなって、排ガス処理設備や集塵設備の負荷が大きくなってしまうほか、爆発の危険性も生じる。
【００２６】
上述のようなＡプレスの装入性は、Ａプレスの装入量と電気炉の容量等によって決まり、これらに応じて極力効率的で最適なＡプレスの装入回数ならびに１回の装入の際のＡプレスの割合を選択する必要がある。また、溶解性やＣＯガス発生量はこれらに加えて溶解時間を適正化することによって適切なものとすることができる。
【００２７】
具体的な指針としては、以下の２つを挙げることができる。
（Ａ）Ａプレス装入により溶解性が低下するが、Ａプレスを装入しても十分に溶解するように、操業効率が大きく低下しない範囲で溶解時間を極力長くとる。
（Ｂ）Ａプレス装入にともなって、排ガス中のＣＯ濃度が急激に上昇しやすくなるため、反応時間を長く取りＣＯ発生時間を長くして２次反応を促進することにより、ＣＯ濃度の平均化を図る。
【００２８】
以上を考慮して、本実施形態では、前記廃棄自動車プレス体の装入量、電気炉の容量に応じて、装入物の装入回数、各回の装入量およびＡプレスの割合、ならびに装入物の溶解時間を決定する。
【００２９】
原料の装入においては、電気炉１００に装入可能な嵩条件、および電気炉操業において発生するＣＯガス量の許容値に基づいて、Ａプレスの各回の装入可能限界量を求め、その装入可能限界量以下になるようにＡプレスを装入することが好ましい。
【００３０】
以下、Ａプレス装入可能限界量の具体的な計算例について説明する。
Ａプレスのシュレッダーダスト成分中には炭素および水素が多く含まれており、したがって、操業により発生する排ガスにＣＯガスおよびＨ２ガスが含まれることとなるから排ガス中のＯガスおよびＨ２ガスの制約を考慮する必要がある。上述したように、Ａプレス中のシュレッダーダスト成分は３０質量％程度であるから、その中の炭素濃度をｘ、水素濃度をｙとすると、
Ｃ：０．３ｘ
Ｈ：０．３ｙ
となる。
【００３１】
そして、排ガス中のＣＯ量をＸ（Ｎｍ３）、Ｈ２量をＹ（Ｎｍ３）、集塵設備能力をＱ（Ｎｍ３／分）、流量制御率をβ、爆発限界濃度をＬとすると、以下の（１）式が成立する。
（Ｘ＋Ｙ）／Ｑ×β≦Ｌ    ……（１）
また、ＣＯ／（ＣＯ＋ＣＯ２）で表される排ガス中の未反応率をα、１回目の溶解時間をｔ（分）、１回目の溶解時間での４５０℃以上の時間をｔ１（分）、Ａプレス使用量をＷ（ｋｇ）とすると、以下の（２）、（３）式が成り立つ。
Ｘ＝｛Ｗ×ｘ×２２．４／１２×α×（ｔ１／ｔ）｝／ｔ１  ……（２）
Ｙ＝｛Ｗ×ｙ×２２．４／２×α×（ｔ１／ｔ）｝／ｔ１  ……（３）
【００３２】
表１よりｘの代表値は０．４５３、ｙの代表値は０．０５８となり、１５０Ｔ電気炉の操業を例にとると、Ｑを３０００Ｎｍ３／分、βを０．８０とし、実績値を考慮して、αを０．３０、ｔを２０分、ｔ１を１５分とすると、上記（１）〜（３）式から、Ａプレスの初回装入時の使用限界量Ｗｍａｘは、Ｗｍａｘ＝１７９１０ｋｇとなる。２回目装入（追加装入）の際には、溶解時間ｔ＝２５分とし、そのうちの４５０℃以上の時間ｔ２＝２５分として、後は同様に計算するとＷｍａｘ＝２２３２１ｋｇとなる。
【００３３】
また、上記具体的指針に加えて以下の点を考慮することが好ましい。
（Ｃ）炉内反応効率を高める観点から、ダスト回収部３００のバグフィルターからなる集塵機３０１の集塵風量の最適化を図る。具体的には、炉内内圧を適正負圧として引きすぎずに操業を行い、Ａプレスを極力多く使用可能とする。
（Ｄ）炉内容積に合わせ、初装入時の充填率を上げ、熱効率の最大を志向する。すなわち、初回の装入において、Ａプレスをほぼ装入可能限界量になるように装入し、その量を超えた場合に次回に装入する。
これらのうち、（Ｃ）は付加的な要件を規定するものであり、（Ｄ）は上記（Ａ）の指針に基づくものである。
【００３４】
実際の操業に際しては、以上を考慮して最適な条件を選択することが好ましいが、上記具体的指針（Ａ）を重点的に考慮した原料装入例は以下の表２のＮｏ．１〜３であり、（Ｂ）を考慮した原料装入例は以下の表２のＮｏ．４となる。
【００３５】
【表２】
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【００３６】
本発明において、Ａプレスの装入物全体に対する配合割合は特に限定されないが、装入性が悪化する傾向にある５質量％以上の場合に効果的である。より効果的なのは１０質量％以上である。
【００３７】
このようにして電気炉１００で操業した際に排ガスが発生するが、その排ガスは集塵エルボ２０３および吸煙管２０４を介して排ガス処理部２００に送られ、そこで処理される。上述のようにＡプレスを含む鉄源を装入して電気炉操業を行う際に排出される排ガスは、通常の電気炉操業よりＣＯ濃度および塩素濃度が高いものとなるため、排ガス処理部２００での処理および管理が重要となる。
【００３８】
具体的には、まず、排ガス中の塩素分がダイオキシン類等を形成しても速やかに分解するように燃焼室２０１で排ガスを燃焼させ、ダイオキシン類が分解する８００℃以上に排ガス温度を上昇させる。この場合に、排ガス中にはＡプレスに含まれる炭素に由来するＣＯが多いため、燃焼のために外部から与えるエネルギーは少なくて済む。その後、８００℃以上に昇温された排ガスは、ダクト２０６を経て冷却塔２０２に至り、２５０℃以下に急冷される。このように排ガスを急冷することによりダイオキシン類等の有害物質の再合成が防止される。このため、最終的に排ガス中のダイオキシン類等の有害物質の濃度を規制値以下にすることが可能となる。また、このように原料の炭素分が多い場合には、突発的に排ガス中のＣＯ濃度が著しく上昇して発火可能領域に至るおそれが皆無ではないので、ガス分析装置２０８により排ガス中のＣＯガス濃度等をモニタし、摺動管２０５の調整、直引系のブロアー３０４の回転数制御、ブロアー４０１の吸引力制御、アーク電極１０３への投入電力の調整等により、ＣＯガス濃度を管理することが必要である。また、ＣＯガス濃度が危険域に達した場合に通電を停止するような安全対策も重要である。
【００３９】
このようにして処理された排ガスは、ダクト３０２を経てダスト回収部３００へ至り、バグフィルターからなる集塵機３０１により排ガス中のダストが回収される。ダイオキシン類等の有害物質はダスト中に濃縮されており、ダストを除去した後の排ガス中にはダイオキシン類等の有害物質は基準値以下となっているので、ダクト４０３を経て排ガス排出部４００の排気塔４０２から大気中に排出される。
【００４０】
バグフィルターからなる集塵機３０１で回収されたダストには亜鉛等の非鉄金属が主成分であり有価物であるので、主に亜鉛回収を目的としてダスト処理工場にて還元焙焼工程等で処理される。
【００４１】
電気炉１００で１チャージの溶解中に作業口１０５から適正量の酸化スラグを排出した後、電気炉１００を図示しない傾動手段により傾動し、その中で得られた溶鋼１０８を出鋼口１０４からその下方に配置された取鍋１１１へ排出する。スラグは、冷却後、破砕・サイジングされ、路盤材等としてそのまま利用することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態においては、電気炉として直流アーク式のものを示したが、３本のアーク電極を設けた交流アーク式のものであってもよいことはいうまでもない。交流アーク式の電気炉の炉底に攪拌ガスを吹き込むためのガス吹き込みプラグを設けることもできる。また、電気炉の大きさや形状等も特に限定されない。
【実施例】
【００４３】
１５０Ｔ直流アーク式電気炉を用い、表３、４に示すＡプレスを含む装入物を、表３、４に示すような配合量で配合し、これらを２回に分けて装入した（初装入および追加装入）。なお、表３の例は上記表２のＮｏ．３に相当するもの、表４の例はＮｏ．４に相当するものであり、いずれもＡプレスの配合率は１０質量％である。
【００４４】
表３の操業においては、初装入分にＡプレス全量（１７．７Ｔ）を割り当て、表４の操業においては初装入分についてＡプレス１０．０Ｔ、追加装入にてＡプレス７．７Ｔを割り当てた。なお、初装入分は２０分間溶解を行い、追加装入後２５分間溶解を行った。
【００４５】
表３の操業では、溶解時間、および排ガス燃焼の最適化を図ることにより、Ａプレスの１回装入により熱効率良く安定した操業が実現された。
【００４６】
表４のように分割装入した場合には、集塵量を減じても安定した操業が可能であった。また、スクラップの選択については、初装入の嵩条件から、銘柄の選択の許容範囲が広く、本質的に溶解性の悪い重量スクラップの使用量減により、コスト面では有利であった。
【００４７】
【表３】
2005171267.tif 000005
【００４８】
【表４】
2005171267.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明したように、本発明によれば、炉本体と炉蓋とを有し、炉蓋を旋回させて原料をバケット装入するタイプの通常の電気炉の装入物の一部として、廃棄自動車を解体後シュレッダー処理を施さずにプレスした廃棄自動車プレス体を用いて、効率でかつ設備負荷や爆発の発生の危険性等の問題を生じることなく溶解処理を行うことができるので、高効率でかつ低コストで廃棄自動車等のリサイクルを促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態を実施するための設備を示す概略構成図。
【図２】電気炉の概略構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００５１】
１１……廃棄自動車プレス体（Ａプレス）
１２……鉄スクラップ
１００……電気炉
１０３……アーク電極
１０７……バーナー
２００……排ガス処理部
２０１……燃焼塔
２０２……冷却塔
２０５……摺動管
２０８……ガス分析装置
３００……ダスト回収部
３０１……集塵機
４００……排ガス排出部
４０１……ブロアー
４０２……排気塔
【図１】
2005171267.tif 000007
【図２】
2005171267.tif 000008