JP4184453B2

JP4184453B2 - 廃棄物を処理する銑鉄製造法

Info

Publication number: JP4184453B2
Application number: JP04405496A
Authority: JP
Inventors: 誠章内藤; 乃光今野; 照彦国分; 康司小原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2016-02-07
Also published as: JPH09209017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直方向に多段の羽口を有する竪型炉を用い、自己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物屑等を鉄源として銑鉄を製造するとともに、都市ゴミあるいは産業廃棄物等を熱分解かつ溶融処理する方法に係り、熱効率良く、低燃料比にて廃棄物を処理しながら、銑鉄を連続的に溶製するものであり、生産性並びに経済性を高めた銑鉄製造法である。
【０００２】
【従来の技術】
未還元鉱石から銑鉄を製造する方法は、これまでに種々開発されてきたが、今日でも高炉法がその代表的な方法となっている。この高炉法の場合、炉頂から装入された原料は、降下していく間に、上方に向かって流れる高温ガスによって十分に予熱され、還元性雰囲気に保たれている炉内で、ＣＯガスによる６０％以上の還元率まで間接還元される。
【０００３】
しかし、高炉とその付帯設備は、老朽化すると、それらの修復や再建に莫大な費用がかかる。また、高炉法では、未還元鉱石の還元を行うために、羽口前でのコークスを燃焼させる。これは、原材料を昇熱、溶解するための熱源を供給するだけでなく、η_co＝０、すなわちＣＯ還元ガスの生成が主目的である。
しかしながら、還元鉄や鉄屑、あるいは自己還元性鉱塊等を使用する場合には、羽口部で還元ガスを生成させる必要性が殆どなくなり、羽口前で得られるコークスの燃焼熱は、原燃料の昇熱や溶解のために活用することが効率的とされている。
【０００４】
一方、高炉法に代わる還元溶解炉として、特表平１−５０１４０号公報に、２次羽口（下から２段目の羽口）を有する高炉と、高炉の直径より大きな直径を備え、１次羽口（下から１段目の羽口）を有する炉床とからなる銑鉄製造装置が開示されている。この装置では炉頂部から燃料は添加せずに鉱石類のみを装入し、燃料は高炉と炉床の結合部に設けられた装入口、すなわち１次羽口の上方から燃料ベッド上に直接添加する構造となっている。この装置において主原料となる自己還元性鉱塊は、炉床部でベッドコークスと接触反応し、吸熱反応である溶融還元を生じる。
従って、２次羽口における燃焼によって生じる下記▲１▼式の反応熱を装入した鉱石類の予熱、加熱、溶解に利用することになる。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ₂＝ＣＯ₂＋６７５９０kcal／kmoltＣＯ・・・▲１▼
【０００５】
しかしながら、本発明者らが、その内容について詳細な解析と十分な検討を行った結果、炉床径≧１ｍの大型炉を用いて、長時間の連続操業を行った場合、時間の経過とともにベッドコークスが溶銑に対する浸炭によって消費され、ついには消失して、連続操業が不可能になることが判明した。
しかし、炉床径＜１ｍの小型炉では、高炉と炉床の結合部から燃料を別装入するとその燃料が燃焼して熱源となるだけでなく、ベッドコークス層を形成する可能性があり、連続操業の可能性をある程度見込めることが実験により明らかになった。これは、炉床径の大きな炉では、高炉上部から装入される鉱石類により炉壁に向かう応力が発生するため、別装入する燃料が内部へ移動してベッドコークスを補填することは力学上不可能であることによる。
このことは炉床径をパラメーターとする数多くの実験から確認した。
【０００６】
また、η_co＞３０％の酸化度の高いガス組成でかつ温度が１０００℃以上の環境下で予備還元率の低い鉱石類を使用する場合には、Ｆｅ−Ｃ−Ｏ平衡状態図からも明らかなように、ＦｅＯまでの還元で反応が停滞し、ＦｅＯからＦｅへの還元は溶融還元で行われるため、ベッドコークスの消費量は、浸炭による消費に加えて更に増加する。ところが炉床径の大きな炉の場合には、ベッドコークスの補給が行われないため、ベッドコークスが消失すると、もはや溶融還元は起こらない。そのかわり、融液が炉床と高炉の結合部の肩のところにある隙間部に充満するため、ガスの通気不良を招来し、溶解不能に至って、操業不能に陥る。
【０００７】
一方、特表平１−５０１４０１号公報には、高炉と炉床の結合部から装入する燃料の別装入口と１次羽口部の位置が具体的に明記されていないが、該公報の図２から判断すると、隣合う別装入口の中心角の真ん中の方向に１次羽口が設置されている。小型炉の場合、１次羽口部でコークスが燃焼して消費されると、炉中心から炉周辺部にわたっての原燃料がスムーズに降下するため、燃料の別装入口と１次羽口の相対位置関係について、特にこだわる必要はないと思われる。
しかし、大型炉については、本発明者らが試験操業を行ったところ、隣り合う別装入口の中心角の真ん中の方向に１次羽口が設置されている場合には、別装入された燃料がスムーズには降下せず、降下不能となるケースも数多くあった。
これは１次羽口部で燃焼したコークスに代わり、炉上部から降下してきた鉱石類が置きかわったためであり、この場合には送風によって鉱石を冷却することとなって、鉱石は溶融できずに操業不能に至った。
【０００８】
さて、都市ゴミあるいは産業廃棄物の処理に関しては、コークスベッド式ゴミ溶融炉がある。この場合には、文献［志垣政信：廃棄物の燃焼技術、ｐ５０（１９９５）オーム社］によれば、燃料コークスとして、１００〜１５０ｍｍの大径コークスが必要である。都市ゴミや産業廃棄物は、大径コークス及び石灰石とともにゴミ溶融炉の炉頂部から装入され、乾燥及び乾留工程を経る過程で、乾留残渣、タール、乾留ガス、及び水蒸気に分解し、そのうちタール、乾留ガス、及び水蒸気は炉頂部から排出される。これら炉頂部から排出されたタール、ガス、水蒸気、及びダストはその後の燃焼室で完全燃焼するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
コークスベッド式ゴミ溶融炉では、コークス燃焼後に生じる吸熱反応のソルーションロス反応を極力抑制し、コークスの燃焼熱を最大限、廃棄物残渣の溶融に活用するために、粒度１００〜１５０ｍｍの鋳物用大径コークスが使用されている。
しかし、鋳物用大径コークスは高価であることから、燃料費削減のために、小粒度のコークスを使用しようとすると、ソルーションロス反応速度が大きくなる。その結果、コークスの燃焼効率が低下し、ガス発生量が多くなるとともに、廃棄物残渣の溶融に向けられる熱量が減少して、安定した操業は困難になる。
また、炉頂部から排出されたタール、ガス、及びダストは全て燃焼室に導かれ、ここで完全燃焼させるようになっているが、資源化リサイクル、すなわち有用物の回収という点からすると、完全燃焼させることでその排熱を回収できるだけであり、炉頂部から排出されるタール、ガス、及びダストを燃料として利用してはいない。
【００１０】
本発明は、自己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物屑等を主原料とし、廃棄物を燃料として有効活用する銑鉄製造方法であって、連続操業が可能で、しかも効率が良く、さらには、安価な細粒コークスを使用でき、また、廃棄物の乾留過程で生成する塩素分などの不純物が多く含まれたタール、ガス等を装置内で燃焼させて、廃棄物を熱源として活用することにより、高価な大径コークスの使用量低減を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
炉床部及びシャフト部の壁面高さ方向に３段の羽口を有する竪型炉であって、シャフト上部には、主成分として、自己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物屑のうちの１種又は２種以上を含有する鉄源と鋳物用大径コークスの装入口Ａを有し、炉床部に対するベットコークスの補給手段として炉床部の下から２段目の羽口（＝２次羽口）の直上に高炉用細粒コークスと廃棄物の装入口Ｂを有する銑鉄製造装置を用い、装入口Ｂから、鋳物用大径コークスに代って使用する高炉用細粒コークスと廃棄物を混合して装入することを特徴とする廃棄物を処理する銑鉄製造法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、竪型炉１の炉床部およびシャフト部の壁面に、例えば炉の高さ方向に３段の羽口を配設した炉を用いる場合について、図２のように下から１段目の羽口２と２段目の羽口３の間の領域もしくは図１のように、下から２段目の羽口と３段目の羽口４の間の領域に固体燃料用の装入口５を設けることが炉内反応効率を向上させる上で、有効なことを説明する。
なお、図中６は鉄源（自己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物屑）、コークスの装入口である。
【００１３】
固体燃料を全量、シャフト上部から装入する場合には、炉下部から上昇するガスによって固体燃料が予熱され、また上昇するガス中のＣＯ₂と固体燃料とが反応して、吸熱反応である下記▲２▼式のソルーションロス反応が生じる結果、排ガスη_coが低下する。それに対して、下から１段目の羽口の直上もしくは下から２段目の羽口の直上から固体燃料を装入する場合には、シャフト部あるいは炉床部に直接、常温の固体燃料が装入されるため、予熱時間が短くなる結果、反応距離も短くなって、▲２▼式のソルーションロス反応を低減することができる。
特に下から１段目の羽口と２段目の羽口の間の領域から、固体燃料を装入する場合にはその効果が顕著である。
Ｃ＋ＣＯ₂=２ＣＯ−３８２００kcal／kmolt／Ｃ・・・▲２▼
【００１４】
すなわち、１段目の羽口部では固体燃料と酸素による燃焼反応によって下記▲３▼式の発熱反応に引き続いて▲２▼式の吸熱反応が進行するのに対し、１段目よりも上段の羽口では、１段目の羽口部で生成したＣＯガスを▲１▼式の反応によって完全燃焼させ、その際の発熱をシャフト上部から装入された鉱石類の予熱、加熱、溶解に利用できる。
Ｃ＋Ｏ₂＝ＣＯ₂＋９７０００kcal／kmolt／Ｃ・・・▲３▼
また、２次羽口の直上から、固体燃料を装入する方法は、１次羽口直上から固体燃料を装入する方法に比較してソルーションロス反応の反応距離が長くなるため、炉内の反応効率は落ちるが、炉床部に対するベッドコークス補給の１手段としては有効である。
【００１５】
次に、固体燃料用の装入口を羽口直上に設置することが必要な理由を説明する。固体燃料用の装入口５と羽口の位置が対応していない場合、炉床径≧１ｍの炉では、羽口部で燃焼して消費された固体燃料の位置に主原料である鉱石類が頻繁に降下し、別装入の固体燃料は降下しないために、操業不能に陥るケースが多々見られた。これに対して、固体燃料用の装入口を羽口の直上に設置した場合には、固体燃料はスムーズに降下し、羽口部での燃焼消費量に応じた固体燃料の補給が行われた。すなわち、羽口前には必ず固体燃料が存在して連続的に円滑な燃焼反応が生じ、さらには、スムーズに固体燃料が降下することで固体燃料の昇温速度は低く抑えられ、前記▲２▼式のソルーションロス反応が低減する結果、羽口部での理論燃焼温度が上昇し、鉱石類の溶解を効率的に行えるようになった。
【００１６】
このことによって、別装入する固体燃料として、鋳物用大径コークスに代わり、高炉用コークスのような細粒コークスを使用しても、羽口奥における炉内反応効率η_coを高く維持することができる。
そこで、廃棄物を１次羽口の直上もしくは２次羽口の直上の装入口から装入することが望ましい事を説明する。
１次羽口の直上もしくは２次羽口の直上から、細粒コークスに廃棄物を混入して装入すると、羽口の直上で廃棄物は急激に昇温するため、乾燥した廃棄物が熱分解する過程で生成するタール、ガス、カーボンダストをそのまま続けて羽口部において燃焼させることが可能となる。その結果、溶融炉の炉頂から微粉ダストが飛散することはなくなり、排ガス中のタール分も微量となる。
【００１７】
羽口部で、タールが燃焼する過程で、タール中の塩素は分解し、塩化水素もしくは塩素ガスとなるが、塩素ガスについては石灰石と反応して石灰中に固定されることとなり、塩化水素などの無機塩素については炉頂から排出される際に、水洗処理もしくはアルカリ水洗処理にて無害化処理が可能なため、溶融炉炉頂排ガス中の塩素濃度は低くなる。
これによって、炉頂排ガスは燃料として再利用が可能となる。また、２次羽口部で燃焼する乾留生成物のタール、ガス、微粉ダストも燃料として活用されることになるから、装入コークス量の低減を図ることが可能となる。
【００１８】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。１次羽口６本、２次羽口６本、３次羽口４本、２次羽口と３次羽口の間の領域で各２次羽口の直上に固体燃料装入口を有する炉床径１２００ｍｍ、有効高さ４６００ｍｍの溶解炉を使用し、表１に示すような条件で還元鉄と鋳物屑の溶解操業を行っているときに、廃棄物を２次羽口の直上にある固体燃料装入口から装入した。１次羽口、２次羽口、３次羽口はいずれも常温送風とし、また、１次羽口からの送風における酸素富化率は１２％で、１次羽口送風量：２次羽口送風量：３次羽口送風量＝２：４：１である。表１を見ると、炉頂部から原燃料を全量装入する比較例１と比べて、小粒度のコークスを２次羽口の直上の固体燃料装入口からも装入した実施例１は、コークス比を上昇させずに、小粒度のコークスを多量に使用して、溶融処理が可能なことを示している。
これにより、高価な鋳物用大径コークスの使用量を低減できることが明らかとなった。
【００１９】
また、実施例１の条件で、廃棄物を炉頂部から装入するようにした比較例２に対して、廃棄物を２次羽口の直上から細粒コークスと混合して装入する実施例２は、溶融炉から排出されるタール及びガス中の塩素濃度が低く、この排ガスは再利用可能なレベルにあることがわかる。さらに、タールなどの乾留生成物は羽口部で燃焼するため、溶融炉炉頂部から排出されるタールが減少していることもわかる。
【００２０】

【００２１】
【発明の効果】
本発明では、廃棄物を溶融処理するに当たって、小粒度のコークスと廃棄物の装入口を下部の羽口の直上とすることにより、安価なコークスを利用することができる上に、乾留生成物のタールやガスを燃料として利用できるので工業的に価値が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法による廃棄物処理が可能な溶銑製造装置で、下から２段目の羽口と下から３段目の羽口の間の領域に固体燃料用の装入口を設けた概略説明図。
【図２】本発明の方法による廃棄物処理が可能な溶銑製造装置で、下から１段目の羽口と下から２段目の羽口の間の領域に固体燃料用の装入口を設けた概略説明図。
【符号の説明】
１竪型炉
２１段目の羽口
３２段目の羽口
４３段目の羽口
５固体燃料用の装入口
６鉄源（自己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物屑）、コークスの装入口

Claims

炉床部及びシャフト部の壁面高さ方向に３段の羽口を有する竪型炉であって、シャフト上部には、主成分として、自己還元性鉱塊、還元鉄、鉄屑、鋳物屑のうちの１種又は２種以上を含有する鉄源と鋳物用大径コークスの装入口Ａを有し、炉床部に対するベットコークスの補給手段として炉床部の下から２段目の羽口（＝２次羽口）の直上に高炉用細粒コークスと廃棄物の装入口Ｂを有する銑鉄製造装置を用い、装入口Ｂから、鋳物用大径コークスに代って使用する高炉用細粒コークスと廃棄物を混合して装入することを特徴とする廃棄物を処理する銑鉄製造法。