JP3941701B2

JP3941701B2 - 製鋼方法

Info

Publication number: JP3941701B2
Application number: JP2003022186A
Authority: JP
Inventors: 健司坂; 正石突
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: JP2004232024A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば転炉や電気炉等の製鋼炉を用いた製鋼方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃棄物の最終処分地が減少するとともに地球環境の保護に対する意識が高まるなか、廃棄物のリサイクルや有効利用に関するニーズが急増している。その中で、木、紙、布、ゴム又はプラスチック等の可燃性廃棄物（本明細書では単に「可燃性廃棄物」という）に関しては様々な有効利用法が提案されている。
【０００３】
これまで、可燃性廃棄物を事前に成形して使用する技術が多数開示されている。例えば、可燃性廃棄物を成形した後に燃料として使用する例として、特許文献１には廃プラスチックを固体燃料として成形する発明が開示されている。また、製紙屑やプラスチック、さらには生活ゴミを成形してスラグフォーミング鎮静剤として利用する発明が、特許文献２、特許文献３さらには特許文献４等に開示されている。さらに、特許文献５には可燃ガスを回収するために可燃性廃棄物を予め成形してから非稼動の転炉に投入する発明が開示され、特許文献６には金属系原料とプラスチックをブリケット化して金属酸化物の効率的な還元剤として使用する発明が開示されている。
【０００４】
一方、可燃性廃棄物を事前に成形しないで使用する例も多数開示されている。例えば、特許文献７、特許文献８、特許文献９さらには特許文献10には、プラスチックを精錬中の溶湯に投入し熱源として活用する発明が開示されている。また、特許文献11には、廃木材や廃ベルトを所定の長さに切断した上で精錬中の熱源として使用する発明が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開2001−114929号公報
【特許文献２】
特開平９−310112号公報
【特許文献３】
特開2001−32007 号公報
【特許文献４】
特開平10−183218号公報
【特許文献５】
特開平11−241075号公報
【特許文献６】
特開2001−294947号公報
【特許文献７】
特開2001−294923号公報
【特許文献８】
特開2001−294927号公報
【特許文献９】
特開平10−140223号公報
【特許文献１０】
特開2002−53909 号公報
【特許文献１１】
特開2001−59110 号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
可燃性廃棄物が有するエネルギを有効に利用しようとする場合、可燃性廃棄物の事前成形を行うと、一般的に破砕、整粒、加熱さらには圧縮等の多くの工程を要し、その各工程で電力を中心とした多くのエネルギが必要であり、エネルギ損失が多い。また、フォーミング鎮静剤として利用する場合はそもそもエネルギ回収を目的としていないが、エネルギ収支の観点から見ると、最終的にエネルギを回収できない上、成形に使用されたエネルギの分は無駄になるため、エネルギ的観点からするとやはり最適な方法であるとは言い難い。
【０００７】
例えばプラスチックと紙とを破砕してから成形して固形燃料であるRPF にする場合、製品で得られるRPF の熱量は約6000Mcal/tonであるのに対し、製造工程で必要となる電力原単位は計算上最低240kwh/tである。これは原油換算で比較すると、RPF 発熱量の10％分に相当する。また、プラスチックが原料となっている成形体は殆どの場合、発生するプラスチックの発熱は製造工程での熱ロスとして大気中に放散されてしまうため、この分のエネルギも無駄である。
【０００８】
したがって、特許文献１、特許文献５さらには特許文献６等により開示された発明では、熱あるいはガスとして廃棄物含有エネルギを回収することはできるが、可燃性廃棄物の事前成形に必要なエネルギの分だけ全体として不可避的にエネルギ回収効率が悪化することとなるため、熱回収プロセスとしては決して良好なものであるとは言い難い。
【０００９】
また、精錬中の溶湯にプラスチック等を投入する特許文献７、特許文献８、特許文献９さらには特許文献10等により開示された発明では、プラスチック中の炭化水素を中心とする揮発分がガス化する際に体積膨張を伴って溶湯の吸熱反応を引き起こす。そのため、使用条件が適切でなければ、着熱メリットどころか吸熱反応による溶湯温度の低下を生じ、経済的に悪影響を及ぼしてしまう。上手く着熱させるためには有機物を溶湯中にＣ、Ｈとして溶融させるか、発生ガスを溶湯直上で二次燃焼させることが考えられるが、いずれの方法においても精錬プロセスにおける必要酸素量を増加させることとなるため、精錬時間が増加し生産能率が悪化してしまう。
【００１０】
また、特許文献11に記載された発明は、廃ベルトや廃木材を所定の長さに切断するだけの事前処理であるのでブリケットにするなどの事前成形に比べると無駄なエネルギ消費量は少なくて済む。しかし、特許文献11の特許請求の範囲にも明記されているように、この発明は吹錬中にべルトや木材が燃焼する熱を利用するものであるため、成分揮発時における溶湯吸熱ロスもしくは含有Ｃ増加による吹錬時間の延長等の問題は同様に生じる。また、特許文献11の図１にも例示されているように、廃ベルトや廃木材を溶銑より前に転炉内に装入する場合、まず廃ベルトのみを入れ、その廃ベルトが全て残存している段階で溶銑を装入するという方法を採用する。しかし、この方法では上述した吸熱ロスや時間ロスという問題を生じるばかりか、溶銑を装入し始めると同時に急激な燃焼反応が開始するため、段落番号0013に記載されているように溶銑装入時に激しい火炎が発生し、実操業上は安定的かつ連続的にこの発明を適用することは困難である。
【００１１】
また、特許文献５の段落番号0024にも、スクラップ装入シュートで可燃性廃棄物を転炉内に投入する方法についても記載されているが、やはり時間ロスや吹上げ等の問題を生じることから実用化は不可能であり、これが従来技術の限界であった。
【００１２】
なお、特許文献11には、待機炉により廃木材や廃ベルトを燃焼させる方法も開示されている。しかし、長時間一定の炉内温度を維持させるために燃焼を続けることは、耐火物のヒートショックを軽減するメリットはあるものの、高温を維持すればするほど放熱ロスが増えるため、トータルの熱収支を勘案すると熱的に決して得策ではない。
【００１３】
本発明の目的は、例えば転炉や電気炉等の製鋼炉を用いた製鋼方法を提供することであり、具体的には、可燃性廃棄物の保有熱量を最大限回収するための方法として成形などの事前プロセスを最小限とした上で、可燃性廃棄物の保有熱量を精錬プロセスの熱源として確実に利用するための方法を提供することであり、しかも稼動炉で生産効率を低下させることなく可燃性廃棄物を大量にかつクリーンに使用可能とするための方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、木、紙、布、ゴム又はプラスチックのうちの１種類以上を含むとともに、事前成形を行わずに１個当たり１００ｇ以上、又は１個当たり１００ｇ以下のものを連結して単重を１００ｇ以上とした可燃性廃棄物を、スクラップシュートにスクラップとともに混載してから、炉壁温度が６００℃以上である製鋼用転炉の内部にスクラップとともに装入することによって、該可燃性廃棄物を酸素を吹き込むこと無く燃焼させ、その燃焼熱を利用して該スクラップを昇熱した後に、該製鋼用転炉の内部に溶銑を装入することを特徴とする製鋼方法である。
【００１５】
この本発明にかかる製鋼方法では、可燃性廃棄物をスクラップとともに装入した時から０．８〜５分間経過した後に前記溶銑を装入することが望ましい。
【００１６】
また、これらの本発明にかかる製鋼方法では、可燃性廃棄物がスクラップとともに装入されてから溶銑が装入されるまでの間に、製鋼用転炉の炉振りを１往復以上行って熱回収効率を高めることが例示される。
【００１７】
また、これらの本発明にかかる製鋼方法では、可燃性廃棄物の重量をＷ（ｔｏｎ）とし、前記スクラップの重量をＳ（ｔｏｎ）とし、製鋼用転炉の内容積をＶ（ｍ^３）とし、製鋼用転炉の炉壁の温度をＴ（℃）とし、さらに投入指数Ｘ＝Ｓ^０．５Ｖ／Ｗ^３Ｔとしたときに、−１．５≦ＬｏｇＸ≦３．４を満たすようにして、操業することが望ましい。
【００１８】
また、これらの本発明にかかる製鋼方法では、製鋼用転炉の内部にスクラップとともに製鋼スラグを投入するとともに、可燃性廃棄物の重量をＷ（ｔｏｎ）とし、スクラップの重量をＳ（ｔｏｎ）とし、製鋼用転炉の内容積をＶ（ｍ^３）とし、製鋼用転炉の炉壁の温度をＴ（℃）とし、製鋼スラグの使用量をＵ（ｔｏｎ）とし、さらに投入指数Ｙ＝Ｓ^０．５（Ｕ＋１）Ｖ／Ｗ^３Ｔとしたときに、−１．５≦ＬｏｇＹ≦３．４を満たすようにして、操業することが望ましい。
【００１９】
さらに、これらの本発明にかかる製鋼方法では、炉壁温度が850 ℃以上であることが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる製鋼方法の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、略述すれば、製鋼炉の高温の炉内にスクラップを装入した後に溶銑を装入するという順序で操業する際に、スクラップとともに可燃性廃棄物を装入することによって可燃性廃棄物を燃焼させ、この燃焼熱によりスクラップを昇熱させることにより、引き続いて行われる溶銑の装入及び精錬工程において、熱負荷を低減するものである。
【００２２】
ここで、「製鋼炉」とは、転炉や電気炉等の炉を意味するが、その使用目的は通常の脱Ｐ、脱Ｃさらには昇熱を含む製鋼精錬工程でもよいし、あるいは転炉型溶銑予備処理を行う場合の脱Ｐ炉や脱Ｓ炉等であってもよい。
【００２３】
精錬炉に投入されるスクラップは、一般的に、一辺の長さが数10cm〜3m程度のものが多く、精錬炉へスクラップシュートを介して投入されることが多い。このため、このスクラップシュートを利用すれば、3m程度の大きさの可燃性廃棄物であれば事前成形することなく製鋼炉内に直接投入することが可能となり、事前成形に伴うエネルギロスをゼロもしくは最小限に抑制できる。そのスクラップシュートから投入した可燃性廃棄物の熱量が有効に回収されるためには可燃性廃棄物を溶銑装入前にその多くを燃焼させ、その燃焼熱を回収すればよい。それは通常揮発分を大量に含む可燃性廃棄物が溶湯に接触するとガス発生による吸熱作用を生じ、かえってエネルギ損失が増大するからである。
【００２４】
すなわち、本発明の特徴は、溶銑を装入する前に可燃性廃棄物の多くを燃焼させてしまい、その熱量の回収方法としてスクラップ昇熱をさせることである。スクラップ昇熱が好適であるのは、可燃性廃棄物を溶銑装入前に速やかに燃焼させるためには炉壁温度が高温である必要があり、炉壁が高温状態であると可燃性廃棄物の燃焼熱の着熱効率は既に高温の炉壁ではなく、常温で装入されるスクラップのほうがはるかによいからである。
【００２５】
より効率よく着熱させるためには、スクラップと可燃性廃棄物の同時投入が重要であることがわかった。また、より効果を高めるためにはスクラップ装入から溶銑装入までの時間を制限すること、廃棄物重量を一定重量以上にして炉壁に着地してから燃焼させるようにすること、転炉の場合は炉振りを行って可燃性廃棄物とスクラップとをしっかり混合すること等の要素条件も、重要である。
【００２６】
さらに重要な点は、スクラップとの同時投入の目的はスクラップ昇熱の効果を高めることのみならず、同時に投入されたスクラップ自身が可燃性廃棄物から発生するフレーム（火炎）の拡大を抑制するため、炉口からのフレーム吹き出しによる熱的損失を防止するだけではなく、安全を含めた操業安定性の点からもスクラップ同時投入が望ましいということを明確化した点である。
【００２７】
これらの新規な知見を応用し、本発明ではスクラップの増配合とともに可燃性廃棄物の投入量を増加できる関係を明らかにし、加えて炉壁温度と炉容積に応じた可燃性廃棄物の最適使用方法を求めた。さらに、フレーム抑制剤としては製鋼スラグがさらに最適であることを見出し、製鋼スラグの同時投入により可燃性廃棄物の使用量の拡大と安定操業とをともに図る。以下に、本発明をより具体的に説明する。
【００２８】
本発明における可燃性廃棄物とは、木、紙、布、プラスチック、ゴム等の可燃性廃棄物を含む。ここで、木はパレット、ベニヤ板、建築廃材さらには伐採木材等であり、紙は各事業所から排出される紙屑、工業用サンドペーパさらには製紙スラッジ等であり、布は衣服や濾布等であり、プラスチックはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセチレン、ポリビニルアルコールさらにはポリカーボネート等の廃プラスチックとして発生するものであり、ゴムはコンベアベルト等が例示される。
【００２９】
これらの廃棄物は、発熱量が3000〜10000kcal/kg程度保有しているものの、ＣやＨは揮発分として保有しているためそのまま高温の溶湯に浸漬すると、気化熱のみ奪いその多くは揮発してしまう。例えば、木の揮発成分は75％であり、プラスチックの揮発成分は80％という値が代表例である。
【００３０】
可燃性廃棄物を装入する製鋼炉の炉壁温度は、可燃性廃棄物を溶銑装入前に全部もしくはかなりの部分を燃焼させてしまうことが必要であり、可燃性廃棄物の発火温度は 300℃〜400 ℃程度のものが多いが発火点に近すぎると燃焼速度が遅く溶銑装入までに十分燃焼されないため、短時間の間に燃焼するために、600 ℃以上であることが望ましい。
【００３１】
スクラップを効率的に昇熱するには、可燃性廃棄物の発熱を直接吸収する必要がある。そのためには、スクラップと可燃性廃棄物の炉内投入に関して時間的及び位置的に近接していることが最も着熱効率が良好である。そのための方法として、スクラップと可燃性廃棄物はともに、望ましくは同時に装入することが望ましい。スクラップシュートを用いる場合には、スクラップシュートにスクラップと可燃性廃棄物を混載してから同時投入することが例示される。スクラップと可燃性廃棄物を投入後には可燃性廃棄物は速やかに着火してスクラップの昇熱材として寄与するため、その後に続く溶銑装入時の温度降下量を削減できる。
【００３２】
しかも、可燃性廃棄物をスクラップとともに装入すると、可燃性廃棄物のフレームを堰きとめる効果もあり、従来には問題になっていた可燃性廃棄物の炉口からのフレーム吹き出しを防止できる。このため、同時投入により可燃性廃棄物の多配合も可能となる。また、生産能率の点においてもスクラップと可燃性廃棄物を別々に投入すると、所要時間を相当要し生産能率が低下するが、同時投入することにより生産能率の低下が防止される。
【００３３】
図１(a) 〜図１(c) は、本発明にかかる製鋼方法を転炉１に適用した状況を模式的に示す説明図である。
まず、図１(a) に示すように、木、紙、布、ゴム又はプラスチックのうちの１種類以上を含む可燃性廃棄物４を、炉壁温度が600 ℃以上である転炉１の内部にスクラップ３とともにスクラップ装入シュート２から装入する。
【００３４】
次に、図１(b) に示すように、装入された可燃性廃棄物４の燃焼時のフレーム５から供給される燃焼熱を利用してこのスクラップ３を昇熱する。
そして、図１(c) に示すように、この転炉１の内部に溶銑搬送用鍋６から溶銑を装入する。
【００３５】
ここで、本発明では、製鋼炉の炉壁温度と同時投入の条件とを適正に管理すれば、可燃性廃棄物の熱量回収をより有効に作用させることができる。その効果のバラツキを少なくし、しかもより効果を増大させるための方法は、３つ考えられる。
【００３６】
一つは、スクラップと可燃性廃棄物を同時投入してから、次に溶銑を装入させるまでの間隔時間を0.8 分間以上５分間以下と限定する方法である。通常の操業では、この間隔時間は短ければ短いほうがよいが、本発明では、この時間が短過ぎると燃焼、すなわちスクラップの昇熱が十分進まない間に注銑が始まるため、効果が少ない。一方、この時間が長過ぎると放熱ロスが増加するため、やはり効果が減じる。これらのことから、安定的に効果を得るためには0.8 分間から５分間の間隔時間が最も望ましい。
【００３７】
次に、投入する可燃性廃棄物の形態は、１個あたりの重量が100g以上あることが望ましい。これは１個当りの重量が数グラム程度であると、高温の炉内から生じる上昇気流のために投入物が舞い上げられてしまう可能性があり、非効率である。また、数十グラムの重量であってもそれらが投入される時の燃焼サイトが多いと、投入と同時に、すなわち投入物が炉壁に着地する前に発生するフレームが大きくなり、製鋼炉の炉口から噴出することが多くなるため、やはり効率的ではない。装入後、炉壁に着地してから燃焼させるようにするためには、工業的に１個当り100g以上の重量があることが有効である。100g以上であれば重ければ重いほうが望ましく、例えば１個あたり３kgのベニヤ板や20kgの木製パレットなどは非常に適したものである。
【００３８】
可燃性廃棄物が１個あたり100g以下のものであれば、これらを連結して１ロットにして単重を100g以上とすればよい。例えば１枚数グラムの紙屑はそのままでは適用できないが、これらを数百枚束ねて単重100g以上のロットとすれば、本発明の製鋼方法による熱量回収が効果的となる。
【００３９】
また、廃プラスチックは、固形燃料のRPF やRDF に加工される場合には、例えば１ロット当り数kgのものを破砕、粉砕してから成形して数十ｇの固形燃料にするが、本発明の方法では、これらの破砕、粉砕工程を経ることなくそのまま熱源として投入できる。このため、事前の成形工程等が不要となり、プラスチックのライフサイクルで考えた場合、より有効な利用方法となる。
【００４０】
さらに、製鋼炉が転炉である場合には、熱量を回収するためにさらに効果がある方法として、スクラップ及び可燃性廃棄物を装入した後、転炉を炉振りすることが望ましい。炉振りとは、転炉を本来の炉垂直の状態から前後に30℃以上の角度で往復の傾転動作をさせる操作を意味する。この方法を行うには、一定の時間を要するものの、スクラップ装入から溶銑装入までの時間を確保する目的と類似するが、可燃性廃棄物の発熱量をスクラップに有効に着熱するために転炉を物理的に動かすことは、スクラップと可燃性廃棄物との均一混合の観点からも望ましく、均一に効率的に昇熱させるために非常に有効な方法である。この炉振りは、１回（１往復）させた場合に最も効果があり、それ以上の回数の炉振りによる効果は微増にとどまる。
【００４１】
可燃性廃棄物の使用量は、着熱効率の良否と投入時のフレーム発生等の操業要因から決められるべきであるが、これらの指針がないと可燃性廃棄物を投入した場合にある時は着熱効率がよく非常に役立つが、ある時には投入時のフレームが大き過ぎて操業支障をきたす、といったことが起こり得る。このため、連続的かつ安定的に本発明の方法をオンライン生産に適用するためには、投入量の範囲及び条件の規定が有効である。本発明では、かかる観点での指針を導くことに成功した。
【００４２】
製鋼炉の内容積をV(m³) 、炉内の炉壁温度をT(℃）、スクラップ投入量をS(ton)、可燃性廃棄物の投入量をW(ton)とし、さらに投入係数Ｘ＝S^0.5V/W³T とすると、−1.5 ≦ LogＸ≦3.4 を満たすように投入条件を調整すると、投入時のフレームの問題もなく、熱回収効率も良好な使用条件となる。
【００４３】
この投入係数Ｘは実験的に確かめられたものであるが、この物理的意味を考えてみると次のように考えられる。投入係数Ｘの分母（＝W³T)が可燃性廃棄物が燃焼した時に発生するフレームの大きさに影響する因子であり、投入係数Ｘの分子（＝S^0.5V)は製鋼炉内に発生フレームを閉じ込めるための因子である。
【００４４】
分母の可燃性廃棄物量であるW と炉壁温度T はその値が大きければ大きいほどフレームが大きくなり、フレームが製鋼炉の炉口から大きく噴出すると熱効率が悪くなる上、操業安全上も問題があるので工業生産的に不適となる。それぞれの因子はT は１乗に、W は３乗にそれぞれ相関を有する。このフレームを炉内に閉じ込めておくためには製鋼炉の内容積V が大きければ大きいほうがよく、フレームの大きさを減ずる効果のあるスクラップ量も多ければ多いほうがよい。それぞれの効果は１乗と (1/2)乗の相関をもつ。これらが所定の範囲内であれば、操業性及び着熱効率とも安定した効果が得られる。したがって、可燃性廃棄物の投入量が同じであっても、炉容積やスクラップ投入量や炉壁温度等の条件が異なれば、ある時は適正範囲となったりある時は不適正となる。この関係を利用すると、可燃性廃棄物の投入量を増やしたい時に、炉壁温度を下げたり、スクラップ投入量を増加させるという対応が可能になる。逆に、炉壁温度が高い時には可燃性廃棄物の投入量を抑制するという対応も可能となるなど、操業条件に応じた適正投入をすることによりメリットを享受できる。
【００４５】
また、上限値だけでなく下限値が規定されているのは可燃性廃棄物からの発熱量に対してスクラップ使用量が少な過ぎると、熱量の吸収物が相対的に少なくなり、着熱効率が相対的に低下するからである。
【００４６】
また、可燃性廃棄物とスクラップに加えて製鋼スラグを同時に投入する場合、製鋼スラグの使用量をU(ton)とし、投入係数Ｙ＝(S^0.5(U+1)V/W³T)とすると、−1.5 ≦ LogＹ≦3.4 を満足するように投入条件を調整すると適正である。
【００４７】
ここで、製鋼スラグは、転炉スラグ、炉下滓、脱炭処理スラグ、脱Ｐ処理スラグ、取鍋スラグなど溶銑予備処理から一次精錬、二次精錬、鋳造工程などの製鋼プロセスから発生するスラグであれば何種類でもよく、その投入量のみに依存する。製鋼スラグの使用量が分子に入る理由はスクラップと同様、フレームを抑制する効果があるからであると考えられる。影響度がスクラップ量の(0.5) 乗に対し、スラグ量の相関が１乗と効果が大きくなるのは、スラグはスクラップに比較してサイズが小さく砂状であるため、可燃性廃棄物を面積的に覆うカバー率が増加するため、より効果があるものと考えられる。したがって、可燃性廃棄物の使用量をより増加させたいにもかかわらず、スクラップ使用量をそれ以上増加できない時には製鋼スラグを配合させることが有効であることがわかる等、使用方法の利便性が大きく改善される。
【００４８】
この本発明にかかる製鋼方法では、事前に塩素系の廃棄物を除去ないしは良品選別しておくことにより、ダイオキシン等の有毒ガスの発生を防止できるが、炉壁温度850 ℃以上という高温状況に限定すれば、塩素含有の可燃性廃棄物の使用が可能となる。これは、ダイオキシンの生成は800 ℃以下での燃焼により起こるため、この温度域を超える温度域での使用に限定すれば、ダイオキシン等の有害ガスが発生することなく、塩素含有廃棄物からの熱源回収も容易となるからである。
【００４９】
このように、本実施の形態によれば、可燃性廃棄物の保有熱量を最大限回収するための方法として成形などの事前プロセスを最小限とした上で、可燃性廃棄物の保有熱量を精錬プロセスの熱源として確実に利用するための製鋼方法を提供することができ、しかも稼動炉で生産効率を低下させることなく可燃性廃棄物を大量にかつクリーンに使用可能とするための製鋼方法を提供することができる。
【００５０】
【実施例】
さらに、本発明を実施例を参照しながら詳細に説明する。
図２は、可燃性廃棄物の投入方法を変更した場合の着熱効率指数を比較して示すグラフである。着熱効率指数は、可燃性廃棄物を投入しなかった場合の通常操業時の熱影響をゼロとし、着熱による精錬プロセスでの熱負荷軽減代を定量化して指数化したものである。
【００５１】
着熱効率指数の定義は、一般的な昇熱材として用いられるコークス（Ｃ含有量＝85％、Ｃの燃焼熱はＣ→CO₂で7830kcal/kgC）は溶銑量当たり１kg/tonの投入で10℃の温度上昇効果があるが、そのコークスの発熱量と可燃性廃棄物の発熱量の比例関係として計算される溶銑昇熱量の値を１として相対関係を指数化し、着熱効率指数とした。
【００５２】
熱負荷軽減の効果は精錬プロセスでの冷却能増加（熱源となる炭材やシリコンが減少した分、あるいは鉄鉱石などの冷材投入量が増加した分）の形で顕在化する。
【００５３】
図２のグラフに示す結果は、 270トンの上底吹転炉を用いて可燃性廃棄物としては廃プラスチックを使用した場合である。
廃プラスチックを溶銑装入前に装入する本発明例と比較例１では、スクラップシュートから200 〜1000kgの範囲で投入した。また、本発明例では、スクラップ装入量を１ヒート当たり３〜35t までの範囲で投入した。一方、比較例では溶湯内に炉上ホッパーから直接装入した。
【００５４】
図２にグラフで示すように、本発明例での着熱効率指数は平均80％であり最小値でも40％の発熱量を示したのに対し、比較例１として実施したスクラップを事前投入しない場合には着熱効率が大きく低下した。さらに、比較例２では直熱効率の平均値はさらに低下した。さらに、比較例２では上限と下限の範囲のバラツキも大きかった。
【００５５】
この理由は、投入した可燃性廃棄物が全て揮発して溶湯から熱を奪った時には吸熱され、そのままCOガスあるいはH₂ガスとして系外に排出されればトータルとして熱的には悪化するためである。しかし、このCOガスやH₂ガスが溶湯表面直上で燃焼して発熱した場合には熱として回収されるため高位の熱回収効率となるが、その制御は難しいため、上限と下限のバラツキが大きくなるものと推定される。ただし、この方法の着熱効率の上限をみても本発明例の平均値並であることから、本発明例のほうが熱回収効率が明らかに優位であることがわかる。
【００５６】
また、図３は、 270トン転炉に可燃性廃棄物とスクラップとを同時に装入した場合の炉壁温度と着熱効率指数とを示すグラフである。
木でも紙でも炉壁温度が一定温度以上になると着熱効率が著しく上昇し、その温度は略600 ℃以上であると効果があることがわかる。これらの可燃性廃棄物の着火温度は600 ℃よりも低温であるが、溶銑装入までに燃焼を進展させスクラップに着熱させるには着火温度ぎりぎりよりもかなりの高温域での燃焼が効果的であるものと推定される。着火温度の付近で可燃性廃棄物を装入すると溶銑装入段階での廃棄物の残存量が増えるため、望ましくなかった。なお、紙は事業所から発生するコピー用紙などの廃紙を束ねたものと、工場の生産過程で発生する１m 四方以上のサンドペーパ等を用いた。
【００５７】
なお、これらの投入量は１ヒート当り100 〜1400kgの範囲とした。同時に投入したスクラップ量は20〜35トンの範囲であった。
また、同様の実験を廃プラスチックでも行い、その後の周辺部位からダイオキシン濃度を検出したが、塩素系のプラスチックを入れた場合、炉壁温度が 850℃以上の場合はダイオキシン発生は検出されなかった。
【００５８】
図４は、可燃性廃棄物とスクラップを同時に装入した後溶銑装入させるまでの時間を変更させた場合の着熱効率の影響を調べたグラフである。これは、270 トン転炉において木とゴムを投入して効果を確認した。
【００５９】
両者とも同様の傾向を示し、適切な時間は0.8 〜5.0 分間であることが確認できた。同時に投入したスクラップ量は２〜10トンの範囲であった。
図５は、投入する可燃性廃棄物の重量を変化させて着熱効率の影響を調べた結果を示すグラフである。１個当りの平均重量は、軽量の場合は木やプラスチックを破砕して製造し、数十kg以上の重いケースのテストは１個あたり10〜30kg程度ある木製パレットやプラスチック製ロール紙を鉄帯で結束することにより１個当りの重量を揃えた。この結果からわかるように、１個あたりの重量が軽すぎる場合には着熱効率が悪く１個当りの重量が100g以上あるのが効果的であることがわかった。なお、１個あたりの重量にはプラスマイナス30％程度のバラツキがあるが平均値を採用した。
【００６０】
図６は、可燃性廃棄物とスクラップを転炉に装入した後、溶銑装入前に炉振りを行った場合、炉振りの実施回数による着熱効率を比較して示すグラフである。ここでは、可燃性廃棄物として廃木材を使用した。炉振りとは、上述したように、転炉が直立の状態から30℃以上の角度で前後に傾動させることとし、１往復の動作を１回とカウントした。炉振り中には、炉内にあるスクラップと可燃性廃棄物が動いていることが音により確認でき、燃焼状態を示すフレームも炉振り中は大きめとなった。また、スクラップ装入から溶銑装入までの間隔時間は３〜５分間の条件で行った。
【００６１】
炉振りの効果によりスクラップの昇熱効果が促進されたと思われ、炉振りを１回以上行った場合は０回の場合よりも着熱効率が大幅に高まった。しかし、２回以上炉振りを行った場合の効果は若干の上昇傾向にとどまることから、生産能率の許容する範囲で炉振りの回数を決定すればよいことがわかる。
【００６２】
図７は、可燃性廃棄物の使用量W を横軸にとり、投入係数Ｘを縦軸にとった場合の両者の相関関係を示すグラフである。条件を変えるために製鋼炉は270 トン転炉と試験用の2 トン転炉を用いて、実験を行った。また、270 トン転炉では、レンガ積み直後の内容積が最小の時からレンガ溶損が進行し内容積が拡大した時のそれぞれの容積をV として投入指数Ｘ＝(S^0.5V/W³T) の計算に用いた。同時にスクラップの投入量および炉壁温度の条件を変化させて投入係数Ｘを変化させた。スクラップの使用量は0.01〜33トンまでの範囲で変化させた。
【００６３】
試験の結果、−1.5 ≦ LogＸ≦3.4 の範囲であるならば、操業上も問題なく着熱効率も良好であった。 LogＸ＜−1.5 であると炉口からのフレームが大きくなり、操業上支障があるととともに、そのための熱ロスが増えるため着熱効率も結果として悪化した。一方、3.4 ＜ LogＸの場合には、炉口からのフレーム吹き出しは殆どなかったが着熱効率はやはり低く、これは発熱量の割りにスクラップ量が少ないためであると考えられる。また、この図から可燃性廃棄物の投入量は同じでも、他の条件によって適正範囲に入るものと入らないものがある他、投入量が大きく異なっても LogＸの値は同じケースもある。このため、目標とする投入量を維持するために、他の条件を調整して最適な操業方針を選択できることがわかる。
【００６４】
図８は、図６に示す炉振り回数の影響に加えて、可燃性廃棄物とともにスクラップと製鋼スラグを同時投入した時の影響を投入指数Ｙ＝(S^0.5(U+1)V/W³T)により整理した結果を示すグラフである。
【００６５】
投入指数Ｘに比較してスラグ量をパラメータとして追加しているのが特徴である。この方法により種々の条件で着熱効率および操業状況を比較した場合の LogＹの適正範囲は LogＸと同様に、−1.5 ≦ LogＹ≦3.4 であった。
【００６６】
このことから、スラグ量が多ければ多いほど、可燃性廃棄物の使用増大には効果があることがわかった。なお、スラグの投入量は１ヒートあたり0.1 〜５トンまでの範囲で変化させた。
【００６７】
スクラップ投入後の製鋼炉内の目視観察においても、投入されたスラグはスクラップや可燃性廃棄物の上に覆い被さるように分散するため、フレームを減ずる効果があったものと推定される。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えば転炉や電気炉等の製鋼炉を用いて、可燃性廃棄物の保有熱量を最大限回収するための方法として成形などの事前プロセスを最小限とした上で、可燃性廃棄物の保有熱量を精錬プロセスの熱源として確実に利用するための方法を提供することができ、しかも稼動炉で生産効率を低下させることなく可燃性廃棄物を大量にかつクリーンに使用可能とするための方法を提供することができた。
【００６９】
すなわち、本発明によれば、可燃性廃棄物を事前成形のためのエネルギをかけることなく原形に近い状態で燃焼させて高レベルな熱回収が可能となった。しかも本発明は既存の設備を用いることができるため、設備的、操業的に容易であり応用範囲も広い。しかも、生産能力を悪化させることもないため工業生産的にも非常に有効な方法であり、その処理能力の潜在能力も大きい。
【００７０】
従来方法よりもエネルギ的に有利な可燃性廃棄物の新たなリサイクル方法を見出した本発明の意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) 〜図１(c) は、本発明にかかる製鋼方法を転炉に適用した状況を模式的に示す説明図である。
【図２】可燃性廃棄物の投入方法を変更した場合の着熱効率指数を比較して示すグラフである。
【図３】 270トン転炉に可燃性廃棄物とスクラップとを同時に装入した場合の炉壁温度と着熱効率とを示すグラフである。
【図４】可燃性廃棄物とスクラップを同時に装入した後溶銑装入させるまでの時間を変更させた場合の着熱効率の影響を調べたグラフである。
【図５】投入する可燃性廃棄物の重量を変化させて着熱効率の影響を調べた結果を示すグラフである。
【図６】可燃性廃棄物とスクラップを転炉に装入した後、溶銑装入前に炉振りを行った場合、炉振りの実施回数による着熱効率を比較して示すグラフである。
【図７】可燃性廃棄物の使用量を横軸にとり、投入係数を縦軸にとった場合の両者の相関関係を示すグラフである。
【図８】可燃性廃棄物とともにスクラップと製鋼スラグを同時投入した時の影響を投入指数Ｙ＝(S^0.5(U+1)V/W³T)により整理した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：転炉
２：スクラップ装入シュート
３：スクラップ
４：可燃性廃棄物
(4'：燃焼中もしくは一部未燃の可燃性廃棄物)
５：可燃性廃棄物燃焼時のフレーム
６：溶銑搬送用鍋
７：溶銑

Claims

木、紙、布、ゴム又はプラスチックのうちの１種類以上を含むとともに、事前成形を行わずに１個当たり１００ｇ以上、又は１個当たり１００ｇ以下のものを連結して単重を１００ｇ以上とした可燃性廃棄物を、スクラップシュートにスクラップとともに混載してから、炉壁温度が６００℃以上である製鋼用転炉の内部に前記スクラップとともに装入することによって、該可燃性廃棄物を酸素を吹き込むこと無く燃焼させ、その燃焼熱を利用して該スクラップを昇熱した後に、該製鋼用転炉の内部に溶銑を装入することを特徴とする製鋼方法。
前記可燃性廃棄物を前記スクラップとともに装入した時から０．８〜５分間経過した後に前記溶銑を装入する請求項１に記載された製鋼方法。
前記可燃性廃棄物が前記スクラップとともに装入されてから前記溶銑が装入されるまでの間に、前記製鋼用転炉の炉振りを１往復以上行って熱回収効率を高めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された製鋼方法。
前記可燃性廃棄物の重量をＷ（ｔｏｎ）とし、前記スクラップの重量をＳ（ｔｏｎ）とし、前記製鋼用転炉の内容積をＶ（ｍ^３）とし、前記製鋼用転炉の炉壁の温度をＴ（℃）とし、さらに投入指数Ｘ＝Ｓ^０．５Ｖ／Ｗ^３Ｔとしたときに、−１．５≦ＬｏｇＸ≦３．４を満たすようにして、操業する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された製鋼方法。
前記製鋼用転炉の内部に前記スクラップとともに製鋼スラグを投入するとともに、前記可燃性廃棄物の重量をＷ（ｔｏｎ）とし、前記スクラップの重量をＳ（ｔｏｎ）とし、前記製鋼用転炉の内容積をＶ（ｍ^３）とし、前記製鋼用転炉の炉壁の温度をＴ（℃）とし、前記製鋼スラグの使用量をＵ（ｔｏｎ）とし、さらに投入指数Ｙ＝Ｓ^０．５（Ｕ＋１）Ｖ／Ｗ^３Ｔとしたときに、−１．５≦ＬｏｇＹ≦３．４を満たすようにして、操業する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された製鋼方法。
前記炉壁温度が８５０℃以上である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された製鋼方法。