JP4741302B2 - 溶鉱炉用固形燃料 - Google Patents

Description

本発明は、一般ごみや産業廃棄物等のうちの可燃性廃棄物の炭化処理により生成された炭化物を利用した溶鉱炉用固形燃料に関する。

近年、一般ごみや産業廃棄物等から選別回収した可燃性の廃棄物をより有効に利用するために、可燃性廃棄物を焼却処分せずに炭化処理して炭化物を製造する技術が開発され、一部で実施されるようになってきている。この炭化物の製造工程では、通常、一般廃棄物等から分離された可燃性廃棄物を細かく粉砕してロータリーキルン等の炭化炉で炭化した後、水洗等により含有塩素分を取り除いて乾燥することにより、粉状の炭化物を生成している。

そして、上記の可燃性廃棄物から製造された粉状炭化物の利用方法の一つとして、炭化物を粉状のまま、あるいは固形物に成形して、高炉やキュポラ等の溶鉱炉で主燃料のコークスに代わる安価な燃料として使用することが行われている（例えば、特許文献１、２参照。）。

しかしながら、可燃性廃棄物の炭化物をコークスの代用品として溶鉱炉に供給する場合は、その固定炭素量がコークスに比べて少ないため炉全体の発熱量が不足しやすいし、大きさや形状がコークスと同程度でないと、鉄鉱石等の原料とともに供給したときに棚吊り等の不具合が生じたり、炉内で原料等の隙間が閉塞して羽口より吹き込んだ熱風が上方にうまく流れなかったりする等、炉内の状態が不安定になりやすいという問題があった。
特開２０００−１３０９４７号公報 特開２０００−２８３４０４号公報

本発明の課題は、可燃性廃棄物から製造された炭化物を含み、コークスの代用品として溶鉱炉に供給しても炉の内部状態を悪化させるおそれの少ない溶鉱炉用固形燃料を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、可燃性廃棄物から製造された炭化物と、この炭化物以外のカーボン源と、バインダー（粘結剤）とを混合し、溶鉱炉に供給されるコークスに相当する大きさに成形して溶鉱炉用固形燃料とした。

すなわち、溶鉱炉用固形燃料を構成する材料として、可燃性廃棄物の炭化物だけでなく、それ以外のカーボン源を適量加えることにより、必要とされる発熱量を確保できるだけの固定炭素量が含まれるようにし、さらにバインダーを加えてコークスと同程度の大きさに成形することにより、鉄鉱石等の原料と同時に溶鉱炉に供給したときにもその形状が維持され、炉の内部状態に悪影響を与えないようにしたのである。

上記の構成において、固形燃料の組成は、可燃性廃棄物の炭化物を１０〜３０ｗｔ％含み、かつこの炭化物とそれ以外のカーボン源とを合わせて８５〜９５ｗｔ％含むようにするとよい。ここで、炭化物の下限は、確実にコスト削減を達成できるように設定した。そして、炭化物の上限、および炭化物とそれ以外のカーボン源の合計の下限を上記のように設定すれば、燃料として必要な発熱量を確実に確保することができる。さらに、炉供給時に圧壊されないだけの強度を確保するには、炭化物とそれ以外のカーボン源の合計の上限を上記のように設定して、適量のバインダーが含まれるようにすることが望ましい。

また、この固形燃料を供給する溶鉱炉がキュポラの場合には、固形燃料を平面視で一辺が４０〜７０ｍｍの矩形で縦断面が扁円形の豆炭状に成形するようにすれば、成形しやすく強度も確保しやすい。

本発明の溶鉱炉用固形燃料は、上述したように、可燃性廃棄物から製造された炭化物と、この炭化物以外のカーボン源と、バインダーとを混合して、溶鉱炉に供給されるコークスに相当する大きさに成形したものであるから、必要な発熱量を確保しやすく、しかも、鉄鉱石等の原料と同時に炉に供給したときにもコークスと同程度の大きさが維持され、炉内の棚吊りや熱風の流れの悪化を引き起こすこともない。従って、コークスの代用品として使用することにより、溶鉱炉の内部状態を悪化させることなく、炉の燃料コストの削減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を説明する。この溶鉱炉用固形燃料１は、廃棄物炭化処理設備において可燃性廃棄物の炭化処理により生成された平均粒径５０〜１００μｍの粉状炭化物を、この炭化物以外のカーボン源およびバインダーと混合したもので、キュポラを対象として、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視で一辺Ｌが４０〜７０ｍｍの矩形で縦断面が扁円形の豆炭状に成形されている。

前記炭化物以外のカーボン源としては、コークス粉、無煙炭、土壌黒鉛のうちの１種類、あるいは２種類以上の混合物を使用することができる。これらの主原料に黒鉛粉や電極くずを配合して使用してもよい。また、前記バインダーとしては、デンプンやＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）等の有機バインダーと、ベントナイト、木節粘土、水ガラス、セメント等の無機バインダーとを混合したものを使用するとよい。

ここで、カーボン源およびバインダーの原料として最適なものを選定するとともに、これらと前記炭化物の混合比率を適切に設定するために、種々の組成の試料を作製して発熱量や冷間および熱間での圧壊強度を調査した。このとき、炭化物の比率は、キュポラの燃料コストを効果的に削減できるよう２０ｗｔ％以上とした。調査の結果、燃料として必要な発熱量を確保するには、固定炭素量の少ない炭化物の比率を３０ｗｔ％以下に抑えつつ、炭化物とそれ以外のカーボン源とを合わせて８５ｗｔ％以上とするのが好ましいことがわかった。また、圧壊強度の面からは、上記のように炭化物の比率を３０ｗｔ％以下としたうえで、バインダーの比率を５ｗｔ％以上（好ましくは１０ｗｔ％以上）とする、すなわち炭化物とそれ以外のカーボン源の合計を９５ｗｔ％以下（好ましくは９０ｗｔ％以下）とするとよいこともわかった。表１に、好ましい組成の例を示す。

次に、表１に示した例のうちでも最も冷間および熱間での強度の高かった組成のもの（Ｎｏ．２）を、コークスを主燃料とするキュポラに供給し、コークス削減効果を確認する実験を行った。実験は、キュポラの操業開始から１０バッチ（１バッチの原料投入量は約３トン）程度の運転を行って炉の状態が安定してから、上記の組成の固形燃料の投入を開始し、炉の状態を見ながら固形燃料とコークスの投入量を変えていった。また、このときに生じた余剰のＣＯガスの量に応じて、キュポラの補助燃料であるコークス粉の吹込量や、キュポラに供給される熱風を予熱する燃焼炉のＬＮＧの使用量も調整するようにした。その結果を表２に示す。なお、表２において、固形燃料の供給量はコークス比に換算して示し、コークス粉吹込量およびＬＮＧ使用量は、比較例（通常操業）の場合を１００とし、それに対する割合で示している。

表２からわかるように、表１のＮｏ．２の組成の固形燃料を２．０〜３．０％供給することにより、その１／２程度のコークス比を削減できることが確認された。また、余剰のＣＯガスの発生により、コークス粉や燃焼炉のＬＮＧの使用量が削減できることもわかった。しかも、各実施例を通して炉の内部状態は安定しており、出銑された溶湯の炭素量や出銑温度も通常操業時と変わらず、鋳鉄の製品としての品質にも問題はなかった。

なお、上述した実施形態では、固形燃料の形状を、成形性や強度を考慮して図１のような豆炭状としたが、成形が簡単で必要な強度が得られればどのような形状でもよく、球形や立方体等とすることもできる。また、その大きさは、成形時の乾燥時間短縮および強度の確保の観点から、平面視で一辺が４０〜７０ｍｍの矩形のものとしたが、棚吊りの防止を重視して、こぶし大程度としてもよい。

また、本発明の固形燃料は、実施形態のようなキュポラに限らず、高炉等、他のコークスを主燃料とする溶鉱炉にも使用することができる。

ａは実施形態の固形燃料の外観斜視図、ｂはａの縦断面図

符号の説明

１ 固形燃料

Claims (1)

1. 可燃性廃棄物の炭化処理により生成された炭化物を含み、前記炭化物を除く部分が前記炭化物以外のカーボン源とバインダーとからなり、コークスを主燃料とする溶鉱炉であるキュポラに供給され、コークスの代用品として使用される溶鉱炉用固形燃料であって、
   前記炭化物を１０〜３０ｗｔ％含み、かつ前記炭化物とそれ以外のカーボン源とを合わせて８５〜９５ｗｔ％含み、前記炭化物以外のカーボン源がコークス粉および無煙炭からなり、前記バインダーがデンプン、ベントナイトおよび木節粘土からなり、平面視で一辺が４０〜７０ｍｍの矩形で縦断面が扁円形の豆炭形状に成形されていることを特徴とする溶鉱炉用固形燃料。
   

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