JP2000130947A

JP2000130947A - 炭化装置により炭素化した材料を燃料とする堅型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉

Info

Publication number: JP2000130947A
Application number: JP34483398A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kume; 正一久米; Chuichi Onishi; 忠一大西; Kazutaka Miyatake; 和孝宮武; Reijiro Takahashi; 礼二郎高橋; Tomohiro Akiyama; 友宏秋山
Original assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-12
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: JP3597714B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高価な資源である石炭に頼ることなく、廃
棄される一般ゴミや産業廃棄物を有効に再資源すること
によって、安価な製造コストとなる画期的な「炭素・カ
ーボン・ガス化―高炉」法を提供する。【解決手段】炭素・カーボン・ガス化装置プロセスを高
炉に直結させる、即ち「炭素・カーボン・ガス化―高
炉」法のプロセスとして、石炭のコークス炉による高価
なコークスの使用の軽減を図る方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鉱石を溶融して
銑鉄を取り出す堅型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高炉溶融炉としては、図２に示す
ように、耐火性レンガを敷きつめた炉床１を形成し、そ
の上部は溶解した銑鉄が集まるように熔銑床２を設け、
その上部には鉱滓を分離する鉱滓床３を設けてあり、そ
れらを囲繞して耐火性レンガで形成した炉腹４を設け、
その上部には一体として耐火性レンガを積み上げてシャ
フト５を形成し、これらの周囲は鉄板６で包囲され保護
されている。炉壁には熱風を送り込む羽口７が数十カ所
開いており、炉内ではレースウエイ８を通して完全に熱
が行き渡るように形成されている。ここから吹き込まれ
た高温の熱風は、多段層９Ａになった鉄鉱石原料とコー
クス（例えば２５層ずつ）の間を通り燃焼ガスとなり鉄
鉱石を還元させ、溶解して銑鉄を下に落として取り出す
とともに、ガスは炉頂１０から高炉ガス上昇管１１に集
められる。また、鉱滓も系外に取り出す構造になってい
る。鉄鉱石、コークス、石灰石などの原料９の装入はベ
ルトコンベアー１２で上部の炉頂１０に運ばれ、ホッパ
ー１３に投入され、外部の信号により大ベル１４によ
り、一定周期で常に原料装入表面１５まで補給されてい
く。炉内温度は、下部ほど高く、最高域では約２，００
０℃の高温になっている。１６は高炉支柱、１７は熱風
管、１８はガス灰ダスト沈降装置、１９は出銑口、２０
はそこから出た銑鉄を運ぶトーピードカー、２１は鉱滓
の出口、２２は鉱滓車、２３は熱風環状管である。堅型
シャフトキュポラ・高炉・溶融炉はコークスを主原料と
し、補助的に恒温ガス、電気などを用いて加熱し、操業
されている。燃料としてのコークスは投入される燃料お
よび製錬原料や副資材の重量に耐える強さを持たねばな
らず、また、炉内のガス流が確保されるだけの空隙を必
要とする。したがって、必要な強度を燃焼温度である高
温でも確保でき、破砕されてガス流を阻害しない形状を
保つ必要がある。このため、コークスは高価な粘結炭を
素材に製造されることが多く、高価につく欠点を持つ。
発明者らは、金属屑やそのダスト類あるいは金属成分含
有廃棄物の有効な再資源化技術の検討過程において、炭
素・カーボンが小型高炉溶融炉においてはコークス代替
の有効な燃料として活用できることを見いだし、燃料費
の節減が可能であることを認めた。高炉溶融炉内に炭素
化した材料または炭素化が可能な材料を投入し、その燃
焼エネルギーを活用することは従来から一部において行
われてきたが、燃焼エネルギーの確保および炉内のガス
流路の確保の観点から大量に投入することは行われてお
らず、投入量は１０重量％未満で、多くは数重量％であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の高炉では原料は
鉄鉱石あるいは金属酸化物とコークスである。コークス
は昇温のための燃料となり、また還元用のガスＣＯとな
る。高炉のシャフト内部では、この鉄鉱石あるいは金属
酸化物の層とコークスの層とが、レア・バイ・レアの層
状になって、上から下部まで多段に詰まっている。羽口
より供給された空気あるいは酸素は、レース・ウェイの
ところでこのコークスを燃焼させて、約２０００℃の高
温の一酸化炭素と炭酸ガスとの混合となり、炉の下部の
鉄鉱石を高温で溶かしつつ、その上の層の鉄鉱石を昇温
し、かつ、還元して炉の上部の炉頂より排出される。こ
のコークスは、コークス炉において粘結性の高価な石炭
を主体に製造されたものでコークスそのものが高価であ
ると同時に、鉄鋼業を中心に製造されており、一般には
入手しにくいという問題がある。

【０００４】本発明は上記の知見にもとづいてなされた
ものである。一般の高炉溶融炉ではシャフト内部に鉄鉱
石とコークスの多段層が詰まっており、羽口より供給さ
れた空気はレースウエイの所でコークスを燃焼させて約
２０００℃の高温の一酸化炭素と炭酸ガスとの混合ガス
となり、これにより鉄鉱石や金属屑などを溶融還元さ
せ、炉の下部から溶融物として銑鉄や金属溶融物を取り
出す。また、同様の機構により廃棄物などの焼却・溶融
処理も行われる。本発明では、燃料であるコークスの代
替として炭化装置により製造され炭素化された材料、す
なわち炭素・カーボンを用いることを目的とする。炭素
・カーボンはコークスと同成分である炭素を多く含むた
めコークスと同等の燃焼熱および還元ガスの発生が可能
で、コークスに代えてこれと同等の燃料として使用する
ことが可能である。炭素・カーボンは炭化装置を用いる
ことによって安価かつ容易に製造することができ、その
原料としては廃木材、廃プラスチック材、一般の生ゴミ
といった廃棄物も利用でき、これらを用いることでより
一層安価な材料が得られ、燃料費の節減を図ることが可
能になる。廃棄物などを炭素化の原料として利用するこ
とは廃棄物の減量、再資源化、有効活用に貢献し、環境
保全に役立つとともに、高炉溶融炉の燃料費を低減して
安価な操業を可能にする効果を持つ。炭素・カーボンは
一般に粉体状であるかあるいは容易に粉砕されるような
性状を持っている。これを高炉溶融炉の燃焼として活用
するには、炉内圧力が常圧に近いような小型高炉溶融炉
では粉体状のままでも可能であるが、炉内圧力を高くす
る必要が生じる大型高炉溶融炉になるほど強度と形状の
保持が必要となるので、顆粒状への成形、団鉱処理など
を必要とすることが多くなる。この成形に必要な経費を
低減し、コークスを用いた場合よりも安価な運用をなす
には、適用される高炉溶融炉の炉容積は概ね１００リュ
ーベ以下の規模であることが望ましい。適用範囲を１０
０リューベ以下の小規模高炉溶融炉に限ることにより、
従来可能であった量よりも多量の炭素・カーボンを燃料
として投入することが可能となり、安価な操業が可能と
なる。また、廃棄物などを炭素化の原料とすることが可
能であることは有用資源の消費を抑制し、廃棄物などの
再資源化法を提供するとともに、一層安価な小型高炉溶
融炉の操業法を提供する。

【０００５】従って、コークスを使用するプロセスで
は、このコークスの使用が経済的に高価であるという問
題と、入手の流通性では、一般的に難しいという問題を
もっていた。

【０００６】本発明は、上記の問題点に鑑み、石炭から
製造するコークスの代わりに、一般ゴミや産業廃棄物か
ら炭素・カーボンと還元ガスを製造する炭素・カーボン
・ガス化プロセスを設け、その炭素・カーボン・ガス化
プロセスと高炉を直列に組み合わせた「炭素・カーボン
・ガス化―高炉」法プロセスという画期的な方法を提供
するものである。この「炭素・カーボン・ガス化―高
炉」法プロセスは、従来の如く、石炭によるコークスの
みに頼った従来の高炉プロセスと較べてそのコークス量
の使用を炭素・カーボンへの代替によって大幅に少なく
出来る、もしくは、全量を炭素・カーボン・ガス化から
得られる炭素・カーボンとガスによって、まかなうとい
う全量代替する事が出来る。

【０００７】よって、本発明の目的は高価な資源である
石炭に頼ることなく、廃棄される一般ゴミや産業廃棄物
を有効に再資源することによって、安価な製造コストを
提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに、炭素・カーボン・ガス化装置プロセスを高炉に直
結させる、即ち「炭素・カーボン・ガス化―高炉」法の
プロセスとして、石炭のコークス炉による高価なコーク
スの使用の軽減を図る。すなわち、高炉溶融炉の燃料と
して炭素・カーボンを用いることを第一の特徴とする。
使用燃料の２０重量％以上の炭素・カーボンを用いるこ
とを第二の特徴とする。また、炭素・カーボンに含まれ
る炭素分が２５重量％以上であり、その他の可燃成分と
併せて７０重量％以上の全可燃成分を含む炭素・カーボ
ンを用いることを第三の特徴とする。

【０００９】炭素・カーボン・ガス化装置プロセスには
連続式とバッチ式とが有り、本発明においては、どちら
の装置プロセスでもかまわない。

【００１０】炭素・カーボン・ガス化装置プロセスでは
少しの石炭を使用する事が有るが、使用する原料の大部
分は石炭以外の資源を用いる。

【００１１】大部分の石炭以外の使用する炭素・カーボ
ン・ガス化原料資源には主として有機系の資源である
が、無機系資源と混合したものでも可能である。特に、
価格を下げるという経済性から、未活用な資源、即ち一
般ゴミや産業廃棄物を炭素・カーボン・ガス化の原料と
して使用するとより効果的である。

【００１２】本発明において、炭素化に用いられる装置
は通常使用されている装置であればよい。本発明におい
て、高炉溶融炉に使用される炭素・カーボンの比率は使
用燃料全体の２０重量％以上であることが望ましい。２
０重量％未満では燃料経費の節減効果がなく、適切でな
い。本発明において、使用される炭素・カーボンに含ま
れる炭素分は少なくとも２５重量％以上であり、その他
の可燃成分と併せて７０重量％以上の全可燃成分を含む
ものであることが必要である。炭素含有量が２５％未満
である場合には燃焼効率が不足し、全可燃成分が７０重
量％未満である場合には燃焼燃料が不足するので望まし
くない。使用される炭素・カーボンは炭素含有量が２５
重量％以上であればよく、未炭化成分や金属化合物など
の無機物質を含んでいてもよい。ただし、炭素以外の可
燃成分を併せると７０重量％以上であることが必要であ
る。本発明において、使用される炭素・カーボンは、高
炉溶融炉が正常に運用できる特性と形態範囲を持ってお
ればよく、必要に応じて団鉱、顆粒状、粉体状のいずれ
でも利用できる。これらは通常用いられる装置と方法に
より必要な強度特性を持つように成形されればよい。た
だし、粉体状あるいは容易に粉砕されるような性状で得
られる炭素・カーボンを素材として用いるため、高炉溶
融炉の運用に必要な強度特性とガス流路確保の観点なら
びに経済性の観点から、適用される高炉溶融炉の炉容積
は１００リューベ以下に限られる。１００リューベを超
える炉容積を持つ高炉溶融炉にあっては、炉内圧力に耐
えうる強度と形状を与える経費が高くなり、経済性的で
ない。本発明における高炉溶融炉の適用に当たっては、
焼却溶融を目的とするかあるいは還元精錬を目的とする
かなどの目的に応じて、コークス、重油、可燃ガス、電
力などの通常用いられる熱源や石灰石などの副資材を併
用することができる。高炉溶融炉の使用目的に応じて熱
効率、焼却・溶融効率、還元効率などを高めるため、炭
素・カーボンとコークス、可燃物、処理対象物質、製錬
原料、副資材などを混合・混錬したものを利用すること
もできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例にも
とずき、図面を参照して説明する。図１に、バッチ式の
炭素・カーボン・ガス化装置プロセスを示す。図中、原
料投入口１より装入された炭素・カーボン・ガス化の原
料は、装置の底に入り、昇温される。昇温された原料は
１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、
３５０℃へと上昇し、それぞれのこの温度帯で化学反応
の必要な時間を保留され、更に４００℃、４５０℃へ昇
温され、この温度帯でも炭素・カーボン化に必要な時間
を保留されて、炭素・カーボン・ガス化となる。生成し
たガス２は排気孔３を通過して、一部はガスタンク４
に、他方は高炉５に送られる。高炉に送られたガスは高
炉シャフト６もしくは羽口７より吹き込まれて、燃焼ガ
スの代替としてあるいは金属酸化物の還元用のガスとし
て利用される。炭素・カーボン・ガス化装置プロセスの
残留物８は、ほとんどが炭素・カーボンと金属もしくは
金属酸化物である。これらは炭素・カーボン系９と金属
系１０に分別されて、金属もしくは金属酸化物は高炉の
原料として高炉の炉頂口より装入され、炉内で還元溶融
精錬されて、再資源される。一方、炭素・カーボンはそ
のままでもしくはブリケットマシンで団鉱されて、コー
クスの代替として、これもまた高炉の炉頂口より装入さ
れる。装入された炭素・カーボンは、コークス１１の代
替として、羽口からの空気１２もしくは酸素１３と燃焼
して約２０００℃の高温の還元ガスとなる。

【００１４】また、炭素・カーボン・ガス化装置プロセ
スから生成した炭素・カーボンは粉として、粉体輸送に
より、高炉の羽口もしくはシャフトに吹き込まれ、コー
クスの燃料の代替として、また還元ガスの代替として使
用することもできる。

【００１５】炉容積１０リューベの高炉溶融炉におい
て、従来のコークスを燃料とする方法と炭素・カーボン
を用いた場合との比較を

【表１】に示す。コークスを燃料とした場合、大型高炉溶融炉と
小型高炉溶融炉とでは熱効率や放熱特性の差異によって
燃料費は小型の方が若干高くつく。炭素・カーボンを燃
料として用いた場合には、およそ２０重量％以上の使用
で大型高炉溶融炉と同等かそれ以上の燃費節減が可能で
ある。炭素化率がおよそ２５重量％以上で全可燃成分が
およそ７０重量％以上であれば、コークスを用いた大型
高炉溶融炉と同等かそれ以上の燃費節減が可能である。
炭素化に必要な経費の多くは加熱エネルギー費であり、
その費用と炭化後の形成に必要な経費を加算しても、本
発明による炭素・カーボンの燃料としての経済価値はコ
ークスのみを使用する場合に較べて勝る。炭素化の原料
に廃棄物を利用すれば原料費が低減できるのでより一層
の経済効果を発揮する。

【００１６】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、コークス
等の高価な燃料を多く使用しないでも、炭素・カーボン
をコークス同等の燃料として使用することにより、安価
な高炉溶融炉の操業が可能となる。炭素・カーボンの原
料としては廃棄物なども利用できるので、より安価な燃
料として利用できるとともに、廃棄物の処理や再利用に
も貢献できる。高炉溶融炉は２０００℃程度の高温で操
業されるので、炭素・カーボンに未炭化物や無機物質が
含まれていても高温で分解燃焼されるとともに、無害化
が図れるので、炭素・カーボンの成分的な制約はなく、
応用範囲が広い。

【００１７】

【表２】は、本発明による炭素・カーボンを用いて高炉を操業し
たデータと従来のコークスを用いて高炉を操業したデー
タを比較したものである。操業性、生産性またできた銑
鉄やスラグにも差異が無く、コークスの代替として、炭
素・カーボン・ガス化装置プロセスから生成した炭素・
カーボンが有効に活用できるという本発明が実証され
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例のバッチ式カーボン・ガス化装
置プロセスを高炉に直結させた「炭素・カーボン・ガス
化一高炉」法プロセスの模型的部分断面図である。

【図２】従来の一般的な堅型シャフト高炉の模型的部分
断面図である。

【符号の説明】

１炉床２溶銑床３鉱滓床４炉複５シャフト７羽口８レースウエイ９原料１５原料装入表面Ｈ羽口から炉頂の装入原料表面までの高さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者秋山友宏宮城県仙台市青葉区赤坂２−１−19 Ｆターム(参考） 4K012 BA04 CB01 4K045 AA02 BA02 BA10 GC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭から製造するコークスの代わりに一
般ゴミや産業廃棄物から炭素・カーボンと還元ガスを製
造する炭素・カーボン・ガス化プロセスを設け、その炭
素・カーボン・ガス化プロセスと高炉を直列に組み合わ
せた「炭素・カーボン・ガス化―高炉」法プロセスとい
う画期的な方法。
【請求項２】溶銑床、鉱滓床を形成するように炉床の
上部を囲繞する炉腹と、その上部にシャフトを設けた堅
型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉において、炭素・カ
ーボンを燃料として用いることにより、その燃焼発熱に
よって投入原料を焼却・溶融、もしくは、製錬原料を溶
融・還元し銑鉄または金属合金を取り出すことを特徴と
する堅型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉法。
【請求項３】使用する全燃料の２０重量％以上の炭素
・カーボンを用いることを特徴とする請求項２記載の堅
型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉法。
【請求項４】炭素・カーボンに含まれる炭素分が少な
くとも２５重量％以上あり、その他の可燃成分と併せて
７０重量％以上の全可燃成分を含む炭素・カーボンを用
いることを特徴とする請求項２および請求項３記載の堅
型シャフトキュポラ・高炉・溶融炉法。