JPWO2006082658A1 - 塊状物及び塊状物の生産方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】取り扱いが容易であり、しかも様々の形態の磁性体材料を用いることができ、また塊状物及び塊状物の生産方法を提供すること。【解決手段】ブリケット３２は、プラスチックの廃棄物３３に鉄粉３２を混入した円柱体４１の外周を、プラスチックの廃棄物３３を溶融後に固化した外皮体４２で覆ったような構造となる。これにより、取り扱いが容易であり、しかも様々の形態の磁性体材料を用いることができ、また塊状物及び塊状物の生産方法を提供することができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、例えば電気炉の原材料兼エネルギー源として用いられる塊状物及びこのような塊状物の生産方法に関する。
プラスチックの廃棄物を電気炉などの溶解炉の熱源として用いる試みが行われている。しかし、プラスチックの廃棄物は嵩比重が低いことから、例えば製鋼工場への運搬時において取り扱いが非常に不便である。また、製鋼工場等においては金属スクラップを溶解炉へ搬送する手段としてリフティングマグネットが常用されているが、プラスチックの廃棄物にはリフティングマグネットが使用できず、この点においても取り扱いに問題がある。
特許文献１には、プラスチックの廃棄物をプレスを用いて圧縮成形し、これを廃ドラム缶などの磁性金属材で囲繞し、その囲繞物を圧縮して一体化する技術が開示されている。この技術は、上記の問題点を解決するものである。
特開２００１−３５５０２５号公報（段落番号０００６、図１参照）
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、磁性金属材としては現実には廃ドラム缶などのようなものに限定されており、例えば切削加工屑などの鉄粉を磁性金属材として直接用いることができない、という問題がある。
また、圧縮成形の工程は連続処理や無人化が困難であり、この点においてもプレスを用いた圧縮成形工程を伴う特許文献１の技術には問題があった。特に、この種のリサイクルの分野においては損益の分岐点が非常に厳しく、連続処理や無人化の要請は極めて強い。
本発明は、このような事情に基づきなされたもので、取り扱いが容易であり、しかも様々の形態の磁性体材料を用いることができる塊状物及び塊状物の生産方法を提供することを目的としている。
本発明の別の目的は、連続処理や工程の無人化を図ることができる塊状物及び塊状物の生産方法を提供することにある。
本発明は、プラスチックや鉄などの廃棄物の有効利用を本来の目的としているが、それには上記のような課題がある。そして、本発明に係る塊状物は、上記の課題を解決するため、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を５０重量％〜７０重量％（より好ましくは５５重量％〜６５重量％、更に好ましくは６０重量％（この場合、例えばプラスチックの廃棄物は４０重量％））程度の割合で混入して一体化したことを特徴とするものである。
磁性体材料としては、例えば鉄、ニッケル、コバルトなどがあるが、磁性体材料として粉状態又は粒状態の鉄を用いることが好ましい形態である。粉状態又は粒状態の鉄には、例えば機械加工の際に発生する切削屑等が含まれる。鉄として、例えば酸化鉄が好適であるが、勿論、純鉄、還元鉄、アトマイズ鉄等も含まれる。
プラスチックの廃棄物に鉄粉を混入して一体化した塊状物は、例えば電気炉の原材料兼エネルギー源として用いることができる。この塊状物を電気炉に投入することによって、プラスチックの廃棄物はその助燃効果によりエネルギー源として用いられる。加えて、プラスチックの廃棄物は酸化鉄から純鉄に還元する材料として用いられることになる。混入された鉄粉は電気炉における鉄の材料それ自体となるが、鉄粉が５０重量％以上の割合で混入されていることで、リフティングマグネットによりハンドリングすることが可能となり、取り扱いが非常に容易になる。一方、鉄粉が７０重量％を越えると、塊状物による助燃効果及び還元効果が薄れることになる。
ここで、プラスチックの廃棄物には、例えば自動車のダッシュボードからペットボトルまで、様々な種別のものを混合することが可能である。例えば、硬質プラスチックと軟質プラスチックとを混合するようにしてもよい。このように硬質プラスチックと軟質プラスチックとを混合するようにしたことで、特に磁性体材料とプラスチックの廃棄物とを混合する工程におけるプラスチックの廃棄物の取り扱いが容易になる。
すなわち、磁性体材料とプラスチックの廃棄物とを混合する工程ではこれらが例えば２軸スクリュー押し出し成形機に投入されるが、軟質プラスチックだけでは嵩張ることから２軸スクリュー押し出し成形機の投入口への投入作業が非常に遣り難い、つまり作業性が悪いのに対して、硬質プラスチックと軟質プラスチックとを混合することによって、このような投入作業が遣り易くなり、作業性が向上する。
本発明に係る塊状物は、前記プラスチックの廃棄物を溶融して固化した外皮により覆われた領域を有することを特徴とするものである。例えば、円柱状の塊状物の外周部を該領域により覆うようにすることが好ましい形態である。典型的な形態からみると、本発明に係る塊状物は、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入した円柱体と、この円柱体の外周に設けられ、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入し、プラスチックの廃棄物を溶融して固化した外皮体とを具備するものである。
プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入して一体化する場合には、プラスチックの廃棄物全体を溶融してバインダとして用いることが考えられるが、これでは溶融のために多大なエネルギーを要することになる。一方、プラスチックの廃棄物を溶融しないと、たとえこれを一旦圧縮したとしても嵩が張る元の状態に戻ってしまい、取り扱いが困難となる。これに対して、本発明では、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入した円柱体が外皮体によって包まれたような状態になっているので、円柱体内のプラスチックを溶融させることはなく有形性を保つことができる。従って、溶融のために要するエネルギーを小さくすることができ、しかも嵩が張る状態に戻るようなことはなくなる。
本発明に係る塊状物は、例えば２軸スクリュー押し出し成形機の先端に押し出しヘッドを設けた押し出し成形によって形成することが可能である。その場合に、押し出しヘッドの温度を例えば電熱ヒータによって１６０℃〜２００℃程度、より好ましくは１８０℃程度に加熱することで、ヘッドから押し出される塊状物の表面に上記の外皮体を連続的に形成することが可能である。
このように本発明の係る塊状物は、押し出し成形によって形成することが可能であることから、つまりプレスを用いた圧縮成形工程を伴うことはなくなることから、連続処理や工程の無人化を図ることができるようになる。
なお、ヘッドの温度が１６０℃よりも低いと塊状物が溶融せず、また２００℃を超えると塊状物全体が溶融してしまい、エネルギーの無駄であり、しかも押し出し時に円柱形状が維持できなくなり、例えば蜷局を巻いたような形状になってしまうこともあり、取り扱いが不便になるおそれがある。
本発明に係る塊状物には、例えば粉末のアルミニウムを混入するようにしても構わない。アルミニウムを混入することによって例えばアルミニウムが電気炉中の酸化金属を還元するテルミット反応を起こす。この反応では高い熱量が発生するので、この高い熱量を利用することにより、助燃効果を高めることができる。
本発明に係る塊状物の生産方法は、押し出し成形により、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入して一体化する工程と、前記押し出し成形に用いられる押し出しヘッドを１６０℃〜２００℃で加熱する工程とを具備することを特徴とするものである。
押し出しヘッドの加熱温度は１８０℃程度がより好ましい形態である。
本発明の生産方法によれば、プレス等による圧縮成形を伴わないことから、連続処理や工程の無人化を図ることができるようになる。
本発明により生産された塊状物は、例えば、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入した円柱体と、この円柱体の外周に設けられ、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入し、プラスチックの廃棄物を溶融して固化した外皮体とを具備するものである。
本発明によれば、取り扱いが容易であり、しかも様々の形態の磁性体材料を用いることができ、また連続処理や工程の無人化を図ることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る塊状物としてのブリケットを押し出し成形するシステムの構成を示す図である。
図１に示すように、このシステム１は、２軸スクリュー押し出し成形機１０と、この２軸スクリュー押し出し成形機１０に投入される原材料３１を搬送するための第１のベルトコンベア２１と、２軸スクリュー押し出し成形機１０により押し出されて成形されたブリケット３２を搬送するための第２のベルトコンベア２２とを備えるものである。第２のベルトコンベア２２の下流端には、この第２のベルトコンベア２２により搬送されたブリケット３２を収容するための容器２３が配置されている。
図２は上記の２軸スクリュー押し出し成形機１０の構成を示す図である。
図２に示すように、２軸スクリュー押し出し成形機１０は、筐体１１内に一対の粉砕混練用スクリュー１２、１３を配置して構成される。これらスクリュー１２、１３は、互いに噛み合うように近接して配置されて、回転駆動部１４により同一回転方向に回転駆動されるようになっている。
筐体１１の上面部でスクリュー１２、１３の上流側には、原材料３１を投入するための投入口１５が設けられている。この投入口１５の上方には、第１のベルトコンベア２１の下流端が配置され、第１のベルトコンベア２１により搬送される原材料が順次投入口１５を介して２軸スクリュー押し出し成形機１０に投入されるようになっている。
スクリュー１２、１３の下流側における筐体１１の端面には、押し出しヘッド１６が取り付けられている。この押し出しヘッド１６により押し出される押し出し物は、その自重により折れて所定の長さのブリケット３２として下方に落下し、その下に配置された第２のベルトコンベア２２に載り、容器２３まで搬送され、そして収容される。
上記の押し出しヘッド１６には、当該押し出しヘッド１６を加熱するための電熱ヒータ１７と、当該押し出しヘッド１６の温度を計測するための熱伝対１８とが取り付けられている。制御装置１９は、熱伝対１８により計測しつつ、押し出しヘッド１６の温度が所望の温度となるように電熱ヒータ１７に供給される電力を制御する。
２軸スクリュー押し出し成形機１０に投入される原材料３１は、図３に示すように、プラスチックの廃棄物３３と鉄粉３４とを混合したものである。プラスチックの廃棄物３３は、例えば自動車のダッシュボードなどの硬質プラスチックの廃棄物３５と例えばペットボトルなどの軟質プラスチックの廃棄物３６とを混合したものである。硬質プラスチックは例えば一般の熱硬化性樹脂の他にスチロール樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン等が含まれる。一方、軟質プラスチックは例えばポリエチレン、ポリスチレン等が含まれる。
硬質プラスチックの廃棄物３５と軟質プラスチックの廃棄物３６とを混合するようにしたことで、特にプラスチック廃棄物の２軸スクリュー押し出し成形機１０への投入作業が非常に遣り易くなる。すなわち、軟質プラスチックの廃棄物だけを投入しようとすると、当該廃棄物を第１のベルトコンベア２１により搬送するときに舞ってしまうことがあり、また２軸スクリュー押し出し成形機１０内での当該廃棄物のスクリューへの食い込みも非常に悪くなるからである。
また、鉄粉３４は、例えば５０重量％〜７０重量％、より好ましくは５５重量％〜６５重量％、更に好ましくは６０重量％程度の割合でプラスチックの廃棄物３３に混合される。
プラスチックの廃棄物３３に鉄粉３４を混入して一体化したブリケット３２は、例えば電気炉３６における原材料３７兼エネルギー源３８として用いることができる。すなわち、このブリケット３２を電気炉３６に投入することによって、プラスチックの廃棄物３３はその助燃効果によりエネルギー源３８として用いられる。加えて、プラスチックの廃棄物３３は酸化鉄から純鉄に還元する材料３９として用いられることになる。しかも、混入された鉄粉３４は電気炉３６における鉄の材料それ自体となる。
本実施形態に係るブリケット３２には、鉄粉３４が５０重量％以上の割合で混入されていることで、リフティングマグネットによりハンドリングすることが可能となり、取り扱いが非常に容易になる。すなわち、製鋼工場等においては金属スクラップを電気炉へ搬送する手段としてリフティングマグネットが常用されており、本実施形態に係るブリケット３２はリフティングマグネットにより電気炉３６に搬送することが可能になるからである。例えば、本実施形態のシステム１において、ブリケット３２が容器２３に収容されると、この容器２３はトラックなどによって製鋼工場に搬送される。製鋼工場では、この容器２３は電気炉の近くまで搬送され、容器２３内のブリケット３２はリフティングマグネットによって電気炉に直接投入される。
本発明に係る２軸スクリュー押し出し成形機１０においては、押し出しヘッド１６の温度を制御することが非常に重要である。具体的には、押し出しヘッド１６の温度を例えば電熱ヒータ１７によって１６０℃〜２００℃程度、より好ましくは１８０℃程度に加熱することがポイントである。
図４はこのような温度に制御された押し出しヘッド１６から押し出されて成形されたブリケット３２の断面図である。
図４に示すように、このブリケット３２は、プラスチックの廃棄物３３に鉄粉３４を混入した円柱体４１の外周を、プラスチックの廃棄物３３を上記ヘッド１６により溶融されて大気中で固化した外皮体４２で覆ったような構造となる。
このような構造のブリケット３２は、プラスチックの廃棄物３３に鉄粉３４を混入した円柱体４１が外皮体４２によって包まれたような状態になっているので、円柱体４１内のプラスチックを溶融させることはなく、つまりブリケット３２全体を溶融させることなく、有形性を保つことができる。従って、このブリケット３２は、溶融のために要するエネルギーを小さくすることができ、しかも嵩が張る状態に戻るようなことはなくなる。
このように本実施形態に係るシステム１では、ブリケット３２を直接的に押し出し成形によって形成することが可能であることから、つまりプレスを用いた圧縮成形工程を伴うことはなくなることから、連続処理や工程の無人化を図ることができるようになる。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。
この実施形態においては、図５に示すように、プラスチックの廃棄物５２と鉄粉５３とアルミニウム５４とを混合した原材料を、上記の実施形態のシステム１における２軸スクリュー押し出し成形機１０に投入している。従って、この実施形態に係るブリケット５１は、プラスチックの廃棄物５２に鉄粉５３及びアルミニウム５４を混入して一体化したものとなっている。アルミニウムとしては、粉状態や粒状態のものを用いることが好ましい形態である。
本実施形態では、ブリケット５１にアルミニウム５４を混入することによって例えばアルミニウムが電気炉中の酸化金属を還元するテルミット反応（Ｆｅ２Ｏ３＋２Ａｌ→２Ｆｅ＋Ａｌ２Ｏ３）を起こす。この反応では高い熱量が発生するので、この高い熱量を利用することにより、助燃効果をより高めることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
上記の実施形態に係るブリケットに、石灰、アルミニウムドロス、石炭、コークス及び蛍石から選ばれる一つ又は二つ以上の助剤を混合して一体化してもよい。
石炭には生石灰、消石灰、石灰石が含まれる。これらは通常、粉粒体として用いる。石灰は脱リン及び脱硫剤となり、またアルミニウムドロス、石炭及びコークスは脱酸素剤となり、更に螢石はスラグを流動化させる溶剤となる。これらはいずれも、製鋼用助剤としての役目を担う。
従って、例えば、金属スクラップを電気炉へ投入して、初装→溶解→追装→溶解→出鋼の手順で製鋼する場合、前記したブリケットを、金属スクラップの初装時及び／又は追装時に炉内へ投入すると、該ブリケットはその外部から逐次燃焼するため爆発的に燃焼することはなく、この際にプラスチックの廃棄物が熱源或は炭素源となり、助剤が精錬剤となる。
よって、炉や関連設備及びそれらの操業に支障をきたさない安全な熱源或は炭素源として、プラスチックの廃棄物の有効利用と金属材料の溶解及び精錬における熱源或は炭素源コストの削減とを同時に図ることができるのである。
ブリケットと助剤との混合割合は特に制限されないが、これらのブリケット炉や関連設備及びそれらの操業に支障をきたさないより安全なものとするためには、助剤を１０重量％〜５０重量％の割合で混合するのが好ましい。
また、上記実施形態に係るブリケットに石灰と水とを混合し、その混合物を固化して一体化してもよい。
この場合も、炉や関連設備及びそれらの操業に支障をきたさない安全な熱源或は炭素源として、プラスチックの廃棄物の有効利用と金属材料の溶解及び精錬における熱源或は炭素源コストの削減とを同時に図ることができる。
また、上述した実施形態では、押し出し機の例として２軸スクリュー押し出し成形機を挙げて説明したが、別の形態の押し出し機であっても勿論構わない。
本発明の一実施形態に係る塊状物としてのブリケットを押し出し成形するシステムの構成を示す斜視図である。 図１に示した２軸スクリュー押し出し成形機の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るブリケットの原材料とブリケットとその利用性との関係を示した図である。 本発明の一実施形態に係るブリケットの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るブリケットの原材料とブリケットとその利用性との関係を示した図である。
符号の説明
１ システム
１０ ２軸スクリュー押し出し成形機
１６ 押し出しヘッド
１７ 電熱ヒータ
３２ ブリケット
３３ プラスチックの廃棄物
３４ 鉄粉
３５ 硬質プラスチックの廃棄物
３６ 軟質プラスチックの廃棄物
４１ 円柱体
４２ 外皮体
本発明に係る塊状物の生産方法は、押し出し成形により、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入して一体化する工程と、前記押し出し成形に用いられる押し出しヘッドを１６０℃〜２００℃で加熱する工程とを具備することを特徴とするものである。また、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入して一体化する工程と、前記一体化工程により一体化された前記プラスチックの廃棄物と磁性体材料との混合物を押し出し成形しながらその表面を加熱する工程とを具備することを特徴とするものである。さらに、前記プラスチックの廃棄物は、硬質プラスチックと軟質プラスチックとが混合されていることを特徴とするものである。また、前記加熱工程は、前記押し出し成形に用いられる押し出しヘッドを１６０℃〜２００℃で加熱することを特徴とするものである。さらに、前記押し出しヘッドの内径は、押し出し方向の途中までは当該押し出し方向に進むにしたがって小さくなっており、前記途中から先は同じ内径となっていることを特徴とするものである。また、前記押し出しヘッドは、当該押し出しヘッドを加熱するための電熱ヒータと、当該押し出しヘッドの温度を計測するための熱電対とが設けられており、前記加熱工程は、前記熱電対により前記押し出しヘッドの温度を計測し、当該押し出しヘッドの温度を前記１６０℃〜２００℃の温度となるように制御装置により制御するものであることを特徴とするものである。
上記の押し出しヘッド１６には、当該押し出しヘッド１６を加熱するための電熱ヒータ１７と、当該押し出しヘッド１６の温度を計測するための熱電対１８とが取り付けられている。制御装置１９は、熱電対１８により計測しつつ、押し出しヘッド１６の温度が所望の温度となるように電熱ヒータ１７に供給される電力を制御する。



Claims (11)

  1. プラスチックの廃棄物に磁性体材料を５０重量％〜７０重量％の割合で混入して一体化したことを特徴とする塊状物。
  2. 前記磁性体材料が粉状態又は粒状態の鉄であることを特徴とする請求項１に記載の塊状物。
  3. 前記プラスチックの廃棄物には、硬質プラスチックと軟質プラスチックとが混合されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の塊状物。
  4. 前記プラスチックの廃棄物を溶融して固化した外皮により覆われた領域を有することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の塊状物。
  5. アルミニウムが混入されていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の塊状物。
  6. プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入して一体化し、前記プラスチックの廃棄物を溶融して固化した外皮により覆われた領域を設けたことを特徴とする塊状物。
  7. プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入した円柱体と、
    前記円柱体の外周に設けられ、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入し、プラスチックの廃棄物を溶融して固化した外皮体と
    を具備することを特徴とする塊状物。
  8. プラスチックの廃棄物に磁性体材料及びアルミニウムを混入して一体化したことを特徴とする塊状物。
  9. 請求項１から請求項８のちいずれか１項に記載の塊状物を溶解炉に投入して鉄を生産することを特徴とする鉄の生産方法。
  10. 押し出し成形により、プラスチックの廃棄物に磁性体材料を混入して一体化する工程と、
    前記押し出し成形に用いられる押し出しヘッドを１６０℃〜２００℃で加熱する工程と
    を具備することを特徴とする塊状物の生産方法。
  11. 請求項１０に記載の生産方法により生産された塊状物。
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