JP2007254863A - 有機性廃棄物を利用した焼結物、および、その焼結物の製造方法、ならびに、精錬処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結炉での熱エネルギー面での自由度を高めて高炉での処理に際してのコークスの使用量を減少し、有機性廃棄物を利用して精錬処理を行う上で燃料費を安価にできる焼結物を提供する。
【解決手段】高温加熱用の炭化装置１に、一般ごみ、下水汚泥、産業廃棄物などの酸化カルシウムを含有する有機性廃棄物を投入し、燃焼装置３からの燃焼排ガス、更には、焼却施設や自家発電設備で発生した排ガスなどを炭化装置１に供給し、有機物を温度４００〜７００℃で蒸し焼きして炭化物を得る。炭化装置１で得られた炭化物と鉄鉱石の粉鉱石を、高温加熱用の外熱型焼結炉４に供給し、燃焼装置３からの燃焼排ガスなどの熱風によって外部から９００℃以上で加熱処理し、炭化物と酸化カルシウムの混合物と鉄鉱石の粉鉱石とを焼き固め、炭化物と焼結鉱とが混合した焼結物を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般ごみ、産業廃棄物、下水汚泥といった酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を利用した焼結物、および、その焼結物の製造方法、ならびに、精錬処理方法に関する。

有機性廃棄物の処理については社会的関心が高く、従来、高炉用焼結鉱の製造に利用するものが知られている。
すなわち、都市ごみ、家庭ごみ、産業廃棄物、一般廃棄物、シュレッダーダストなどのごみから、ガラス、陶磁器類、金属類を除去し、その後、得られた可燃物を主体とするごみを、破砕もしくは粉砕してから乾燥する。その乾燥後のごみを再度破砕もしくは粉砕した後、脱塩素剤、水分除去剤、固化剤を必要に応じて添加した後に、例えば、外形がクレヨン状のごみ固形燃料を製造する。そのごみ固形燃料を炭化工程に搬送し、炭化装置で乾留してごみ固形燃料の炭化物を製造し、その炭化物を製鉄所の焼結工場に輸送し、焼結機で使用する粉コークスの代替として用いるように構成されている（特許文献１参照）。
特開２０００−１０９９３５号公報

しかしながら、従来例の場合、焼結時の粉コークスの代替とするために、焼結処理を点火炉で行い、その焼結処理の際にごみ固形燃料の炭化物を燃焼させてしまうものであり、高炉での還元処理に際しては、得られた焼結物に新たに多量のコークスを加える必要があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１および２に係る発明は、焼結炉での熱エネルギー面での自由度を高めて高炉での処理に際してのコークスの使用量を減少し、有機性廃棄物を利用して精錬処理を行う上で燃料費を安価にできる焼結物を提供できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、焼結物を安価に製造できるようにすることを目的とする。また、請求項４に係る発明は、銑鉄を安価に製造できるようにすることを目的とし、請求項５に係る発明は、リン含有鋼を安価に製造できるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明の有機性廃棄物を利用した焼結物は、上述のような目的を達成するために、
酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理して生成させた炭化物と酸化カルシウムとの混合物と、鉄鉱石の粉鉱石とが焼き固めて生成されて成ることを特徴としている。
酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物の代表的なものとしては、雑多な一般ごみ、生活排水を処理した下水汚泥、産業廃棄物などが挙げられるが、酸化カルシウムを含む有機性物質、酸化カルシウムを含む無機物質と有機性物質の混合物、または、酸化カルシウムを含む有機性物質と有機性物質の混合物など、酸化カルシウムと有機性成分を含む物質、または、酸化カルシウムを含む物質（有機性物質を含む）と有機性成分を含む物質の混合物であっても良い。
酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理して生成させた炭化物とは、酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理、ガス化処理または熱分解した後の炭化物のことをいう。

（作用・効果）
請求項１に係る発明の有機性廃棄物を利用した焼結物の構成によれば、有機性廃棄物を炭化処理して生成させた混合物中の酸化カルシウムが焼結の際にガラス相を形成し、それを焼結剤に利用して鉄鉱石の粉鉱石を造粒して焼き固めることができる。
したがって、焼結の際に、外部からの加熱によって焼き固め、炭化物を燃焼させないから、その炭化物を高炉での処理に際しての燃料として利用することができるとともに、炭化物中の炭素が鉄鉱石中の酸素と結合して二酸化炭素となることで還元剤として利用でき、焼結処理において、従来のような粉コークスやその代替品としての炭化物を用いずに、各種処理で発生する可燃性ガスや、都市ガスなどの外部燃料、更には排熱を利用するなど、各種の加熱熱源を用いることができ、焼結処理での熱エネルギー面での自由度を高めるとともに炭化物を高炉での燃料および還元剤として利用し、高炉での処理に際してのコークスの使用量を減少し、有機性廃棄物を利用して精錬処理を行う上で燃料費を安価にできる焼結物を提供できる。

また、請求項２に係る発明の有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法は、前述のような目的を達成するために、
酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理して炭化物と酸化カルシウムとの混合物を生成させ、前記混合物と鉄鉱石の粉鉱石とを外熱型焼結炉で焼き固めるように構成する。

（作用・効果）
請求項２に係る発明の有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法の構成によれば、有機性廃棄物を炭化処理して生成させた混合物中の酸化カルシウムが外熱型焼結炉での焼結の際にガラス相を形成し、それを焼結剤に利用して鉄鉱石の粉鉱石を造粒して焼き固めることができる。
したがって、焼結の際に、外部からの加熱によって焼き固め、炭化物を燃焼させないから、その炭化物を高炉での処理に際しての燃料として利用することができるとともに、炭化物中の炭素が鉄鉱石中の酸素と結合して二酸化炭素となることで還元剤として利用でき、焼結処理において、従来のような粉コークスやその代替品としての炭化物を用いずに、各種処理で発生する可燃性ガスや、都市ガスなどの外部燃料、更には排熱を利用するなど、外熱型焼結炉で各種の加熱熱源を用いることができ、焼結処理での熱エネルギー面での自由度を高めるとともに炭化物を高炉での燃料および還元剤として利用し、高炉での処理に際してのコークスの使用量を減少し、有機性廃棄物を利用して精錬処理を行う上で燃料費を安価にできる焼結物を提供できる。

また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項２に記載の有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法において、
炭化処理で発生する未燃炭素のガス成分を外熱型焼結炉の加熱熱源の燃料として用いるように構成する。

（作用・効果）
請求項３に係る発明の有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法の構成によれば、炭化処理で発生する未燃炭素のガス成分を外熱型焼結炉の加熱熱源の燃料に利用するから、外熱型焼結炉に使用する専用の燃料の消費量を低減でき、焼結物を安価に製造できる。

また、請求項４に係る発明の精錬処理方法は、前述のような目的を達成するために、
酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理して炭化物と酸化カルシウムとの第１の混合物を生成させ、前記第１の混合物と鉄鉱石の粉鉱石とを外熱型焼結炉で加熱処理して炭化物と焼結鉱との第２の混合物を生成させ、前記第２の混合物とコークスとを高炉で加熱処理して銑鉄を製造するように構成する。

（作用・効果）
請求項４に係る発明の精錬処理方法の構成によれば、有機性廃棄物を炭化処理して生成させた第１の混合物中の酸化カルシウムが外熱型焼結炉での焼結の際にガラス相を形成し、それを焼結剤に利用して鉄鉱石の粉鉱石を造粒して焼き固めることができる。その鉄鉱石の粉鉱石を造粒して焼き固めた焼結鉱と炭化物とから成る第２の混合物とコークスとを高炉で加熱処理し、焼結処理で燃焼させなかった炭化物を高炉で精錬時のコークスの代替品に利用して、炭化物およびコークス中の炭素により酸化鉄を還元し、銑鉄を製造することができる。
したがって、焼結の際に、外部からの加熱によって焼き固め、炭化物を燃焼させないから、その炭化物を高炉での処理に際しての燃料として利用することができるとともに、炭化物中の炭素が鉄鉱石中の酸素と結合して二酸化炭素となることで還元剤として利用でき、焼結処理において、従来のような粉コークスやその代替品としての炭化物を用いずに、各種処理で発生する可燃性ガスや、都市ガスなどの外部燃料、更には排熱を利用するなど、外熱型焼結炉で各種の加熱熱源を用いることができ、焼結処理での熱エネルギー面での自由度を高めるとともに炭化物を高炉での燃料および還元剤として利用し、高炉での処理に際してのコークスの使用量を減少でき、有機性廃棄物を有効利用して、銑鉄を安価に製造できる。

また、請求項５に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項４に記載の精錬処理方法において、
第１の混合物が、下水汚泥を炭化処理した下水汚泥炭化物と、下水汚泥以外の有機性廃棄物を炭化処理した炭化物とから成り、前記下水汚泥炭化物の含有量を調整するように構成する。

（作用・効果）
請求項５に係る発明の精錬処理方法の構成によれば、下水汚泥を炭化処理した下水汚泥炭化物に含まれるリン酸を有効利用し、その含有量を調整することでリン含有鋼の製造に対応することができる。
したがって、リン含有鋼を製造する上で、リンを使用せずに済み、あるいは、使用するにしても使用量を低減でき、リン含有鋼を安価に製造できる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の有機性廃棄物を利用した焼結物によれば、有機性廃棄物を炭化処理して生成させた混合物中の酸化カルシウムが焼結の際にガラス相を形成し、それを焼結剤に利用して鉄鉱石の粉鉱石を造粒して焼き固めることができる。
したがって、焼結の際に、外部からの加熱によって焼き固め、炭化物を燃焼させないから、その炭化物を高炉での処理に際しての燃料として利用することができるとともに、炭化物中の炭素が鉄鉱石中の酸素と結合して二酸化炭素となることで還元剤として利用でき、焼結処理において、従来のような粉コークスやその代替品としての炭化物を用いずに、各種処理で発生する可燃性ガスや、都市ガスなどの外部燃料、更には排熱を利用するなど、各種の加熱熱源を用いることができ、焼結処理での熱エネルギー面での自由度を高めるとともに炭化物を高炉での燃料および還元剤として利用し、高炉での処理に際してのコークスの使用量を減少し、有機性廃棄物を利用して精錬処理を行う上で燃料費を安価にできる焼結物を提供できる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法および精錬処理方法を示す実施例のフローシートであり、ロータリーキルンなどの高温加熱用の炭化装置１に、乾燥装置２と燃焼装置３とが接続されている。乾燥装置２には、雑多な一般ごみ、生活排水を処理した下水汚泥、産業廃棄物などの酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物が投入され、その乾燥後の有機性廃棄物が炭化装置１に投入されるようになっている。

燃焼装置３には、都市ガス等の外部燃料、廃棄物焼却施設で発生した可燃性ガス、炭化装置１での炭化処理で発生する未燃炭素のガス成分、外熱型焼結炉４で発生する未燃炭素のガス成分、下水処理場で発生した消化ガスなどが供給され、空気予熱器５を介して供給される燃焼用空気とによって燃焼されるように構成されている。燃焼装置３からの燃焼排ガス、更には、焼却施設や自家発電設備で発生した排ガスなどが、炭化装置１および外熱型焼結炉４での加熱処理における熱源および雰囲気ガスとして炭化装置１および外熱型焼結炉４に供給されるようになっている。

炭化装置１には、廃棄物焼却施設で発生した可燃性ガス、炭化処理で発生した可燃性ガスの燃焼設備（上記燃焼装置３をも含む）で発生した蒸気や自家発電設備の廃熱回収用ボイラからの蒸気などが供給され、酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を温度４００〜７００℃で蒸し焼き（炭化処理）し、揮発成分を放出して炭化物と酸化カルシウムとの混合物（請求項４の第１の混合物に相当する）が得られるように構成されている。

空気予熱器５には、自家発電設備で発生した排ガスの一部、更には、炭化装置１および外熱型焼結炉４で発生した廃熱などが供給され、各種の排熱によって、炭化処理における燃焼排ガス生成用の燃焼装置３に対する燃焼用空気を加熱するように構成されている。

炭化装置１で得られた炭化物と酸化カルシウムとの混合物と、鉄鉱石の粉鉱石とが、ロータリーキルンなどの高温加熱用の外熱型焼結炉４に供給されるようになっている。外熱型焼結炉４では、燃焼装置３からの燃焼排ガスなどの熱風によって外部から９００℃以上で加熱処理し、炭化物と酸化カルシウムの混合物と鉄鉱石の粉鉱石とを焼き固め、炭化物と焼結鉱とが混合した焼結物（請求項４の第２の混合物に相当する）を生成するように構成されている。以上の構成までが、本発明の焼結物の製造方法に相当する。

外熱型焼結炉４で生成された炭化物と焼結鉱との混合物である焼結物と、コークスとが高炉に供給され、高炉において、１０００〜１２００℃の熱風を吹き込むことにより、炭化物およびコークス中の炭素と熱風とが反応して還元ガスが生成され、還元ガスが焼結鉱中の酸素と反応し、二酸化炭素となることで、還元溶融が進み、銑鉄を製造するように構成されている。同時に酸化カルシウム等はスラグとなり、炉床部（図示せず）から炉外に排出される。

空気予熱器５を経た排ガスは、排ガス処理装置６に供給され、脱硫や脱硝処理などの無害化処理を施されるとともに塵埃を集塵装置（図示せず）で回収した後に、煙突７により大気中に放出されるようになっている。

上述した酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物として、下水汚泥を例にして、その原料、炭化物および焼結物の組成（いずれも重量％である）を挙げれば、次表の（ａ）に示す通りである。また、一般ごみを例にして、その炭化物および焼結物の組成（いずれも重量％である）を挙げれば、次表の（ｂ）に示す通りである。

通常、下水汚泥等の含水率の高い物質は、炭化物とするための加熱処理をする前処理として、脱水処理とその後の乾燥処理等が行なわれ、この前処理によって含水率を４０％以下にしてから加熱処理される。表中の下水汚泥を例にとると、脱水処理で含水率８０％の脱水ケーキにした後、乾燥処理によって含水率３０％の乾燥汚泥にし、その後、これを原料として加熱処理で炭化物を得ている。
また、一般ごみで、厨芥ごみ等の含水率５０〜８０％の原料にあっては、乾燥処理によって含水率を４０％以下に低下させた後、加熱処理で炭化物を得るようにされる。
表中において、炭化物および焼結物中におけるカルシウムは主として酸化カルシウムある。

以上の構成により、酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化装置１で炭化処理して炭化物と酸化カルシウムとの混合物を生成させ、その混合物と鉄鉱石の粉鉱石とを外熱型焼結炉４で加熱処理して炭化物と焼結鉱とが混合した焼結物を製造し、更に、その焼結物とコークスとを高炉で加熱処理して銑鉄を製造できるようになっている。

上述のように、酸化カルシウムの濃度が高い一般ごみを炭化処理した炭化物を焼結剤として用いることで、ケイ酸や酸化アルミニウムの含有量が高い焼結鉱でも融液の流動性が維持され、これまで需要の低かったケイ酸および酸化アルミニウムの含有量の高い微粉鉄鉱石も製鋼材料として利用することが可能となる利点を有している。

例えば、鉄鉱石の粉鉱石１００トンに対し、約５トン以上の酸化カルシウムがあれば融液の流動性を確保でき、ケイ酸および酸化アルミニウムが存在しても一定の製品歩留を確保することができる。
有機性廃棄物を炭化処理して得られた炭化物１０トン中には、上記表から明らかなように、多い場合に約１トンの酸化カルシウムが含有しており、鉄鉱石の粉鉱石１００トンに対し、約５０トンの炭化物があれば有用な焼結物を得ることができる。

一般的な鉄鋼の精錬処理方法である高炉法では、銑鉄１００トンを製造するために、約１０トンのコークスが消費される。焼結物の炭化物５０トン中に存在する炭素は１０〜５０重量％であり、この炭素を燃料および還元剤として消費することで、投入するコークスの量を削減できる。特に、鉄鉱石の粉鉱石を酸化カルシウムのみで焼結した後コークスを点火する方法では、焼結鉱が鉱石のみで構成されるために熱量が低くなり、その結果、歩留が低下する問題点があるのに対し、炭化物を焼結剤に用いることで、歩留の向上も期待できる。

具体的な配合の割合として、酸化カルシウムが５〜３０重量％となることが望ましい。５重量％未満の場合、造粒が抑制され、焼結剤として十分に機能せず、一方、３０重量％を超えると、焼結鉱の熱量が低下し、歩留を低下させるからである。
５〜３０重量％であれば、ケイ酸および酸化アルミニウムは共に鉄酸化物粒子間の結合相を増加させるため、酸化カルシウムのみで焼結させる場合に懸念される、還元粉化性を抑えることができる。
一般ごみの焼結物中の酸化カルシウムは５〜２０重量％程度と予想されるので、鉄鉱石の粉鉱石１００トンに対して配合する焼結物は２０〜１００トンとなる。

また、リン酸を豊富に含有する下水汚泥炭化物を下水汚泥以外の有機性廃棄物を炭化処理した炭化物に一定量含有させ、焼結物中のリン酸含有率を０．０１〜０．１重量％とすることで、伸びを維持したまま一定の強度を確保できるリン含有鋼を製造することができる。また、炭化処理温度を１０００〜１４００℃とすることで、リン酸を黄リンとして回収できるので、炭化処理によりリン酸含有量を調整することも可能である。

本発明に係る有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法および精錬処理を示す実施例のフローシートである。

符号の説明

１…炭化装置
４…外熱型焼結炉

Claims (5)

1. 酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理して生成させた炭化物と酸化カルシウムとの混合物と、鉄鉱石の粉鉱石とが焼き固めて生成されて成ることを特徴とする有機性廃棄物を利用した焼結物。
2. 酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理して炭化物と酸化カルシウムとの混合物を生成させ、前記混合物と鉄鉱石の粉鉱石とを外熱型焼結炉で焼き固めることを特徴とする有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法。
3. 請求項２に記載の有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法において、
   炭化処理で発生する未燃炭素のガス成分を外熱型焼結炉の加熱熱源の燃料として用いるものである有機性廃棄物を利用した焼結物の製造方法。
4. 酸化カルシウムを含んだ有機性廃棄物を炭化処理して炭化物と酸化カルシウムとの第１の混合物を生成させ、前記第１の混合物と鉄鉱石の粉鉱石とを外熱型焼結炉で加熱処理して炭化物と焼結鉱との第２の混合物を生成させ、前記第２の混合物とコークスとを高炉で加熱処理して銑鉄を製造することを特徴とする精錬処理方法。
5. 請求項４に記載の精錬処理方法において、
   第１の混合物が、下水汚泥を炭化処理した下水汚泥炭化物と、下水汚泥以外の有機性廃棄物を炭化処理した炭化物とから成り、前記下水汚泥炭化物の含有量を調整するものである精錬処理方法。
   
   

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