(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円筒形状であり、その中心軸が水平に対し上流から下流に向かって低くなるように傾斜して回転され、その上流開口端の投入部から回収可能金属含有廃棄物と還元剤とを投入するとともに燃焼ガスを導入し、当該回収可能金属含有廃棄物を乾燥、金属の還元及び溶融し、溶融金属と溶融スラグの排出を順次行なう高温還元溶融ロータリーキルンと、溶融金属及び溶融スラグ取出し口が設けてあり、前記高温還元溶融ロータリーキルンから排出される排ガスを燃焼する２次燃焼室と、前記２次燃焼室の溶融金属及び溶融スラグ取出し口に近接して配置されている電気炉とを備え、前記溶融金属及び溶融スラグ取出し口から排出される溶融金属及び溶融スラグを前記電気炉にホットチャージすることを特徴とする製鉄所発生廃棄物の処理システム。
【請求項２】
前記電気炉から排出される電炉ガスを前記２次燃焼室に導入して当該電炉ガス中の廃棄物質を燃焼処理することを特徴とする請求項１に記載の製鉄所発生廃棄物の処理システム。
【請求項３】
前記電気炉から排出される電炉ガスの熱エネルギーを利用して前記２次燃焼室後段の廃熱ボイラで飽和蒸気を生成し、当該飽和蒸気を取り入れてスーパーヒーターで過熱蒸気を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の製鉄所発生廃棄物の処理システム。
【請求項４】
前記溶融金属が溶融炭化鉄であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の製鉄所発生廃棄物の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は製鉄所発生廃棄物の処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄鉱石粉、製銑または製鋼ダスト、電炉ダスト、圧延スラッジ、酸洗スラッジ等のＦｅ含有廃棄物、例えば、ステンレス鋼スクラップ等のＮｉ含有廃棄物及び例えば、亜鉛めっき鋼板スクラップ等のＺｎ含有廃棄物を含む回収可能金属含有廃棄物をリサイクルする技術として、出願人らは特開平８−３３０５０５号の特許出願において、高温還元溶融ロータリーキルンの上流から下流へ回収可能金属含有廃棄物を移動させる間に、回収可能金属含有廃棄物中の金属酸化物を還元し金属あるいは合金を得、さらに、当該金属あるいは合金を溶解し、当該高温還元溶融ロータリーキルンの下流において、溶融金属あるいは合金を回収する製鉄所発生廃棄物の再資源化方法及びその装置を提案している。
【０００３】
当該特許出願に係る高温還元溶融ロータリーキルンは、次のような、構成要件を備えている。
１）長さＬと内径Ｄとの比がＬ／Ｄ≦５である。
２）その中心軸は水平に対し１〜２度傾斜している。
３）投入口から回収可能金属含有廃棄物及び還元剤を投入するとともに当該投入口側からバーナーで加熱される。いわゆる並流タイプである。
４）バーナーによって、高温還元溶融ロータリーキルンの内部は鉄の融点以上に加熱されている。
５）高温還元溶融ロータリーキルンの排出端は、２次燃焼室に連結されている。６）さらに、投入口からスラグ生成物質を投入してもよい。そして、当該特許出願に係る高温還元溶融ロータリーキルンによって、従来、埋め立てていた回収可能金属含有廃棄物を容易に処理することができ、かつ、高品位の金属あるいは合金を経済的に回収することができるようになった。さらに、高温還元溶融ロータリーキルンは比較的小型でトラブルが生じにくく、ほとんど修理することなく長時間運転することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の高温還元溶融ロータリーキルンは、約１２００℃以上に加熱されるが、排出される排ガスは高温のままであり、エネルギーロスが大きいという問題がある。また、回収可能金属含有廃棄物の処理・回収のトータルのコストをさらに引き下げる必要がある。
【０００５】
よって、本発明の目的は、エネルギーを有効利用して、トータルのコストを低減することができる製鉄所発生廃棄物の処理システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、中空円筒形状であり、その中心軸が水平に対し上流から下流に向かって低くなるように傾斜して回転され、その上流開口端の投入部から回収可能金属含有廃棄物と還元剤とを投入するとともに燃焼ガスを導入し、回収可能金属含有廃棄物を乾燥、金属の還元及び溶融し、溶融金属と溶融スラグの排出を順次行なう高温還元溶融ロータリーキルンと、溶融金属及び溶融スラグ取出し口が設けてあり、この高温還元溶融ロータリーキルンから排出される排ガスを燃焼する２次燃焼室と、２次燃焼室の溶融金属及び溶融スラグ取出し口に近接して配置されている電気炉とを備え、溶融金属及び溶融スラグ取出し口から排出される溶融金属及び溶融スラグを電気炉にホットチャージすることを特徴とする製鉄所発生廃棄物の処理システムを提供する。
【０００７】
また、本発明の製鉄所発生廃棄物の処理システムにおいては、電気炉から排出される電炉ガスを２次燃焼室に導入して当該電炉ガス中の廃棄物質を燃焼処理し、電気炉から排出される電炉ガスの熱エネルギーを利用して前記２次燃焼室後段の廃熱ボイラで飽和蒸気を生成し、飽和蒸気を取り入れてスーパーヒーターで過熱蒸気を生成することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る製鉄所発生廃棄物の処理システムの実施形態について、添付図面を参照して、詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施形態の製鉄所発生廃棄物の処理システムの概略図である。鉄鉱石粉、製銑または製鋼ダスト、電炉ダスト、圧延スラッジ、酸洗スラッジ、ステンレス鋼スクラップ、亜鉛めっき鋼板スクラップ等の回収可能金属含有廃棄物と微粉炭、コークス粉等の還元剤とを公知の乾式または湿式混合法で混合する。乾式処理によって得られたものは、直接にロータリーキルンに投入するか、あるいは、別途湿式法で得た脱水ケーキ等とさらに混合した後にロータリーキルンに投入される。一方、湿式処理によって得られたものは、脱水し脱水ケーキとして、これを直接にロータリーキルンに投入するか、あるいは、微粉炭等とさらに混合した後にロータリーキルンに投入される。紙屑、木屑、プラスチック廃棄物、パルプ屑、パルプ残滓、廃油等は、副次燃料兼副次還元剤として利用することができ、微粉炭、コークス粉等の還元剤と同様に、回収可能金属含有廃棄物と混合して混合した後にロータリーキルンに投入されたり、混合が困難な場合には直接にロータリーキルンに投入される。鉄や鉄合金の回収率を高めるために、焼却灰等のスラグ生成物質をロータリーキルンに投入するのが好ましい。
【００１０】
ロータリーキルンの投入部は、加熱用バーナーによって５００〜７００℃に加熱されている。ロータリーキルンを加熱するために、空気予熱機の廃熱が有効利用されている。ロータリーキルンに空気予熱機から供給される廃熱は１８５℃で３２０００Ｎｍ３／ｈである。
【００１１】
上記の簡単に前処理された脱水ケーキ状の回収可能金属含有廃棄物と還元剤または副次還元剤との混合物は、ロータリーキルンの投入部において、昇温され、乾燥され、下流へ向かって移動する（乾燥工程）。なお、当該混合物は予め造粒化されていても良い。
【００１２】
乾燥工程の次の還元工程においては、回収可能金属含有廃棄物中の鉄、ニッケル、クロム、亜鉛、鉛等の酸化物が、還元剤または副次還元剤によって、還元される。還元工程の混合物はロータリーキルンの底部に溜りベッドをなしており、還元工程のベッドの温度は約１０００℃〜１２００℃に達している。ベッド中で、気−固反応の態様で、還元反応が
開始し、ほぼ完了する。すなわち、還元剤または副次還元剤の炭素は、一部が直接に固体の金属酸化物と反応し、あるいは、大部分は、炭素から生成される一酸化炭素ガスが固体の金属酸化物と反応する。還元生成物は、固体還元鉄、固体フェロニッケル合金、溶融亜鉛、溶融鉛、溶融カドミウムなどである。
【００１３】
溶融亜鉛、溶融鉛、溶融カドミウムは沸点が低いので、優先的に蒸発する。気体状の亜鉛等は、還元性のベッドの上方の酸化性雰囲気の空間へ移動し、この酸化性雰囲気中で亜鉛等は酸化され酸化亜鉛等の微粉末が生成される。この酸化亜鉛等の微粉末は排ガスとともにロータリーキルンから出て、２次燃焼室、廃熱ボイラ、急冷塔を通って、バグフィルタによって補収される。
【００１４】
一方、還元鉄、フェロニッケルはベッド中に残る。また、還元反応後に残存する一酸化炭素ガスは、ベッド上方で燃焼しベッドやロータリーキルン内壁の加熱に寄与する。この
一酸化炭素の燃焼炎はベッドを還元性雰囲気に維持するのにも寄与している。
【００１５】
還元工程の次の溶融工程においては、混合物が１２００℃以上に加熱されており、還元鉄は炭素を取り込みながら溶融し、ほぼ炭素飽和組成の溶融炭化鉄、すなわち、銑鉄に近い組成が得られる。この溶融炭化鉄にはニッケル、クロム等も溶け込まれている。また、混合物中に焼却灰等のスラグ生成物質が含まれている場合には、溶融スラグも得られ、比重の差から、溶融スラグは溶融金属の上部に浮いて別々の層をなしている。溶融スラグ中には多量のクロム、若干量の鉄、若干量のニッケルが取り込まれている。
【００１６】
溶融金属及び溶融スラグは、１２５０〜１３００℃に保持されたロータリーキルンの排出部へ向かってに送られる。溶融スラグは溶融金属の表面を覆い、溶融金属が酸化されるのを防止するものである。溶融金属及び溶融スラグは、ロータリーキルンの排出部から落下し、２次燃焼室の下端の溶融金属及び溶融スラグ取り出し口の直下に配置した受け鍋の中に収容される。受け鍋の中においても、比重差により溶融スラグは溶融金属の上に浮かび、溶融金属の表面を覆い、溶融金属が酸化されるのを防止する。
【００１７】
受け鍋中の溶融金属及び溶融スラグは、約１２７５℃であり、近接されている電気炉に高温のままで充填される。溶融炭化鉄は電気炉の主原料である鉄スクラップとともに溶解されるものであるが、鉄スクラップは２０℃から約８００℃に予加熱された後に、電気炉で溶解され始めるのであるが、本実施態様では既に約１２７５℃である溶融炭化鉄を用いるのであるから、電気炉の操業からみると、原料の予加熱を一部省略でき、操業コストを低減するすることができる。
【００１８】
ロータリーキルンから排出される溶融金属及び溶融スラグの処理能力は、電気炉１基当たり、溶融金属が年間４００００トンであり、溶融スラグが年間１２０００トンである。
【００１９】
２次燃焼室は直立円筒状であり、その下端には溶融金属及び溶融スラグ取り出し口が設けてあり、ロータリーキルンの下流開口端の排出部と接合するための接合口が設けてある。２次燃焼室２の内部には燃料油バーナーが設けてあり、２次燃焼室の内部を加熱している。２次燃焼室を加熱するために、空気予熱機の廃熱が有効利用されている。２次燃焼室に空気予熱機に供給される廃熱は、１８５℃で２９０００Ｎｍ３／ｈである。さらに、２次燃焼室の側面には、廃油ランスが設けてあり、その上方には空気導入口２０５及び廃液ランス２０６が設けてある。２次燃焼室中の雰囲気温度は、ほぼ１３５１℃に保たれている。
【００２０】
２次燃焼室から排出される排ガスは９６３℃であり７５０００Ｎｍ３／ｈに保たれている。当該排ガス中にはハロゲン元素が混入されている可能性が高いので、管壁温度を約４５０℃以下に保つように規制される。約４５０℃以上とすると、金属管ダクトの腐食が著しくなり、正常運転ができなくなる。
【００２１】
廃熱ボイラには、２次燃焼室からの排ガス、水及び空気が導入されて、２７６℃で６０ｋｇ／ｃｍ２Ｇの飽和蒸気が３７７００トン／ｈ生成され、従来は捨てられていた２次燃焼室からの排ガス中の熱エネルギーは有効に利用されるようになった。当該飽和蒸気はスーパーヒーターに導入され、廃熱ボイラからの残りの排ガスは１９０℃で７５５００Ｎｍ３／ｈであるが、急冷塔へ送出される。
【００２２】
急冷塔において、冷却噴霧水によって廃熱ボイラ排ガスは洗浄され冷却され室温程度となる。その後に、空気予熱器からの１９０℃の空気は、当該冷却された廃熱ボイラ排ガスに混合され、１９０℃で１０００００Ｎｍ３／ｈとなり、バグフィルタへ送り込まれる。
【００２３】
上記のように処理された廃熱ボイラ排ガスからは、バグフィルタによって、固体のダスト１８０００トン／年の量を回収したが、その７０％は酸化亜鉛粉末であった。濾過後の気体１０２０００Ｎｍ３／ｈは煙突から放出される。
【００２４】
一方、Ａ重油、燃焼空気とともに前記の飽和蒸気は、スーパーヒーターに導入され、４２５℃で５８ｋｇ／ｃｍ２Ｇの過熱蒸気が３６０００ｋｇ／ｈ生成された。この過熱蒸気の一部は、空気予熱器の前段の蒸気式空気予熱器に供給されるが、大部分は発電タービンへ供給され８０００ｋＷ相当の電力を発電することができた。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からの鉄回収の概略図である。鉄を含有する回収可能金属含有廃棄物をロータリーキルンに投入すると、還元、溶融されて、溶融金属及び溶融スラグが排出されるとともに、粉末が排ガス中に飛散する。鉄は、溶融金属中に９４％、スラグ中に３％、そして、飛灰中に３％含まれる。すなわち、回収可能金属含有廃棄物中のほぼ全量が回収されるが、溶融炭化鉄として、その９４％を回収することができる。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からの亜鉛、鉛、カドミウム回収の概略図である。亜鉛、鉛、カドミウムを含有する回収可能金属含有廃棄物をロータリーキルンに投入すると、還元、溶融されて、溶融金属及び溶融スラグが排出されるとともに、溶融状態の亜鉛、鉛、カドミウムは、優先的に蒸発し、酸化性ガス雰囲気中で酸化され粉末が生成し、排ガス中に飛散する。亜鉛、鉛、カドミウムは、溶融金属中に１％、スラグ中に１％、そして、飛灰中に９８％含まれる。すなわち、回収可能金属含有廃棄物中のほぼ全量が回収されるが、酸化粉末として、その９８％を回収することができる。一方、溶融金属中には亜鉛等が微量溶解している品位の高い炭化鉄やフェロニッケルが得られる。一方、得られた酸化亜鉛等の粉末は純度が高く非鉄製錬所に高価で売ることができる。
【００２７】
図４は、本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からのニッケル回収の概略図である。ニッケルを含有する回収可能金属含有廃棄物をロータリーキルンに投入すると、還元、溶融されて、溶融金属及び溶融スラグが排出されるとともに、粉末が排ガス中に飛散する。ニッケルは、溶融金属中に９５％、スラグ中に４％、そして、飛灰中に１％含まれる。すなわち、回収可能金属含有廃棄物中のほぼ全量が回収されるが、溶融フェロニッケルとして、その９５％を回収することができる。
【００２８】
図５は、本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からのクロム回収の概略図である。クロムを含有する回収可能金属含有廃棄物をロータリーキルンに投入する
と、還元、溶融されて、溶融金属及び溶融スラグが排出されるとともに、粉末が排ガス中に飛散する。クロムは、溶融金属中に４７％、スラグ中に５０％、そして、飛灰中に３％含まれる。すなわち、回収可能金属含有廃棄物中のほぼ全量が回収されるが、溶融スラグとして、その大部分を除去することができる。
【００２９】
【発明の効果】
第１及び第２の本発明に係る製鉄所発生廃棄物の処理システムによれば、従来は捨てられていた２次燃焼炉からの排ガスを使用して蒸気を発生し、蒸気タービンによって発電しているので、エネルギーを有効活用することができる。さらに、発電した電力を電気炉や製鉄所の他の設備に利用することにより製鉄所のコスト低減に寄与することができる。また、電力会社に売電することにより収入を得ることができる。
【００３０】
第２の本発明に係る製鉄所発生廃棄物の処理システムによれば、電気炉に溶融炭化鉄をホットチャージすることができるので、投入原料の予熱が不要となり操業コストが低減される。当該システムで得られる電力を使用して電気炉を運転すれば、さらに、操業コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の製鉄所発生廃棄物の処理システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からの鉄回収の概略図である。
【図３】本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からの亜鉛、鉛、カドミウム回収の概略図である。
【図４】本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からのニッケル回収の概略図である。
【図５】本発明の実施形態における回収可能金属含有廃棄物からのクロム鉄回収の概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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