JP6252446B2 - 製鉄原料の製造方法および鉄系含油スラッジの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄と油分を含む鉄系含油スラッジを焙焼し、油分を燃焼除去し、油分が除去された鉄を含むスラッジを製鉄原料化する製鉄原料の製造方法および鉄系含油スラッジの処理方法に関する。

製鉄所においては、鉄鉱石をコークス等で還元して溶銑とし、その溶銑を精錬して鋼として、各種の鉄鋼製品を製造しているが、鉄鋼製品を製造する際、油分を含む鉄を主成分とする各種のスラッジやダストが発生する。例えば、圧延工程においては、摩擦係数を低減して圧延負荷を軽減したり、圧延機の潤滑性を確保し、損耗等を防止したりするために、種々の圧延潤滑油や作動油、グリース等が使用されており、これらの油分と鉄を含む鉄系含油スラッジ（以下、単に「含油スラッジ」ともいう）が多量に発生する。

含油スラッジ中に含まれる油分の濃度は、発生工程や圧延機の種類等によっても異なるが、高いものでは１０ｍａｓｓ％以上となるものもある。従来より、含油スラッジを焼結原料や転炉製鋼原料として再利用することが望まれていた。しかしながら、焼結原料として用いる場合には、含油スラッジをそのまま造粒原料の一部に用いて造粒し、擬似粒子の焼結原料として焼結機に装入するが、焼結原料中に含まれる油分が気化すると、焼結機の付属設備である電気集塵機やバグフィルターにおいて目詰まりや火災などの事故の原因となる。

また含油スラッジを転炉製鋼原料として用いる場合には、粒度が細かく粉塵としての飛散が多くなるため、別途ブリケット化あるいはペレット化することが必要となり、コストが嵩むこと、また油分を含有するため転炉に装入時に発煙が発生する、あるいは注銑時に蒸気爆発するなどの問題が起こる恐れがある。

以上のように、含油スラッジを再利用する際には、操業面で悪影響を及ぼすという問題がある。そのため、含油スラッジは、そのままでは製鉄原料として再利用することが難しいため、従来、産業廃棄物として埋め立てに用いて処理していた。

しかし、含油スラッジ中には多量の鉄分が含まれている。そこで、油分を除去（脱水・分離、焙焼等）し、鉄源として再利用することが検討されている。

例えば、特許文献１には、並流式回転キルン型燃焼炉を使用した含油スラッジの処理方法であって、該燃焼炉の炉内で含油スラッジ中の油分が蒸発する地点に油分を燃焼するのに必要な空気または酸素を富化した空気を強制的に吹き込むとともに、該燃焼炉の出側の排ガス中酸素濃度を０．１〜５体積％に制御し、さらに含油スラッジの投入口の炉内の内壁面温度を４００℃以上とした条件下で油分を燃焼除去し、油分の除去されたスラッジを非酸化条件下で冷却することを特徴とする含油スラッジの処理技術が開示されている。

また、特許文献２には、含油スラッジに高圧流体を吹き付けるなどして、１〜１０mmの小塊状にして分散させ、高温のロータリーキルン内で含油スラッジを焼却する方法が提案されている。

特開平１０−１６９９５７号公報 特開平８−１２１７３６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、スラッジの水分濃度、油分濃度、含有される油分の性状（沸点等）が異なるため、空気あるいは酸素を富化した空気の吹き込み位置を油分の性状に応じて設定する必要があり、処理が複雑となるという問題がある。

特許文献２に開示された技術では、スラッジを１〜１０mmに分散させるために高圧流体を吹き付ける設備が必要であり、また、スラッジが含有水分の少ない粘土状である場合には、分散させるのが困難であるという問題がある。

また、特許文献１および２では、さらに以下のような問題を有している。

まず、含油スラッジ中の油分を焙焼により除去する際の油分の除去過程について説明する。焙焼炉に供給された含油スラッジは、燃料（一般的に重油）の燃焼により、昇温され、油分の沸点以上の温度に達した段階でスラッジから油分が揮発する。揮発した油分は焙焼炉内空間で、過剰の空気により燃焼し、CO₂あるいはH₂Oとなる。

焙焼炉内は、燃料の燃焼ガスおよび過剰空気雰囲気であり、焙焼炉条件にもよるが、燃料の燃焼ガスおよび過剰空気雰囲気の焙焼炉内滞留時間は数十秒である。この数十秒以内に含油スラッジの油分を燃焼する必要があるが、この油分には種々の性状（圧延潤滑油や作動油、グリース等）のものがあり、高沸点油分も存在し、この滞留時間内には完全に燃焼しないものもある。また、製鉄所で発生する含油スラッジには油分濃度が高いものも発生することから、焙焼炉の温度を高温化する方法があるが、高温化する場合には燃料（重油、再生油、副生ガス（以下、重油等とする））が増加するという問題もある。

本発明は、このような問題点に対してなされたものであり、簡易な処理で、鉄系含油スラッジの性状に関わらず処理可能であり、かつ、焙焼炉で使用する重油等の量を低減させることができる含油スラッジの処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］ 鉄と油分を含む鉄系含油スラッジを焙焼し、油分を燃焼除去し、油分が除去された鉄を含むスラッジを製鉄原料化する製鉄原料の製造方法において、鉄系含油スラッジを焙焼する際に、廃プラスチックを燃料として用いる製鉄原料の製造方法。
［２］ 廃プラスチックを造粒して焙焼炉の燃料に用いる［１］に記載の製鉄原料の製造方法。
［３］ 廃プラスチックを破砕し、重油と混合し、スラリー状として焙焼炉の燃料に用いる［１］に記載の製鉄原料の製造方法。
［４］ 廃プラスチックを破砕し、重油と加熱混合し、液状として焙焼炉の燃料に用いる［１］に記載の製鉄原料の製造方法。
［５］ 廃プラスチック造粒物を気流輸送して焙焼炉の燃料に用いる［２］に記載の製鉄原料の製造方法。
［６］ 鉄と油分を含む鉄系含油スラッジを焙焼し、油分を燃焼除去し、油分が除去された鉄を含むスラッジを製鉄原料化する鉄系含油スラッジの処理方法において、鉄系含油スラッジを焙焼する際に、廃プラスチックを燃料として用いる鉄系含油スラッジの処理方法。

本発明によれば、簡易な処理で、鉄系含油スラッジの性状に関わらず処理可能であり、かつ、焙焼炉で使用する重油等の量を低減させることができる。

本発明の実施の形態１に係る鉄系含油スラッジの処理方法に用いられる処理設備を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る鉄系含油スラッジの処理方法を示すフロー図である。 本発明の鉄系含油スラッジに用いられる廃プラスチックの造粒機の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る鉄系含油スラッジの処理方法に用いられる処理設備を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る鉄系含油スラッジの処理方法を示すフロー図である。 本発明の実施の形態３に係る鉄系含油スラッジの処理方法を示すフロー図である。

発明者らは、上記の課題を解決する方法について鋭意検討を重ねた結果、高価な燃料（重油等）を削減するために、燃料として廃プラスチックを重油等とともに供給することで、含油スラッジ中の油分を効率よく燃焼処理する方法を想到した。

廃プラスチックとは、一般家庭からゴミとして排出されるプラスチック製品や、工場等でのプラスチックの製造・加工時に生じる屑や不良品（産業廃棄物）等であり、プラスチック以外の異物（金属、紙、その他の無機物および有機物）が付着もしくは混入しているプラスチック類を含むものである。このような異物は重油に溶解しないことから、事前に風力選別、磁力選別等で除去する必要がある。

また、プラスチックとは、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロイド等のＣ、Ｈ、Ｏを主体としたプラスチックである。塩化ビニルが混入している場合には、塩素も含有される。

本発明者らは、廃プラスチックの供給方法についてさらに検討し、以下の実施の形態１〜３に係る含油スラッジの処理方法を想到した。

図１は、本発明の実施の形態１に係る含油スラッジの処理方法に用いられる含油スラッジの処理設備を示す図である。

実施の形態１では、廃プラスチックが図示しない造粒機により造粒されて、焙焼炉４に供給されることを特徴としている。

含油スラッジは、ホッパ１から投入され、含油スラッジ供給装置２を介して焙焼炉４に供給される。焙焼炉４には、燃焼用空気と重油が混合されて供給される。重油は、重油供給装置３によって供給される。また、焙焼炉４には、廃プラスチックが供給される。実施の形態１では、廃プラスチックは、造粒されてプラスチック成型物２１（後述する）として焙焼炉４に供給される。焙焼炉４では、含油スラッジとプラスチック成型物２１が転動しながら燃焼し、焙焼炉４の底部を移動する。

焙焼炉４の出側に設けられたフード５の下方から、焙焼後の油分が除去されたスラッジがコンベヤ１２を介して排出される。フード５の上方からは、高温の排ガスが排出される。高温の排ガスは、排ガス管６を介して排ガス処理装置７に送られる。高温の排ガスは、排ガス処理装置７に送られる前に、冷却用空気により冷却される。

排ガス処理装置７は、サイクロン集塵機８と電気集塵機９からなる。サイクロン集塵機８は、旋廻気流により高温の排ガスに含まれるダストを分離する。電気集塵機９は、静電気力より高温の排ガスに含まれるダストを分離する。サイクロン集塵機８と電気集塵機９によって回収されたダストは、回収ホッパ１３に回収される。

ダストが除去された排ガスは、ブロア１０によって煙突１１から排出される。

図２は、本発明の実施の形態１に係る含油スラッジの処理方法を示すフロー図である。

含油スラッジは、焙焼炉４に供給される。それと同時に、焙焼炉４には、含油スラッジ中の油分を揮発・燃焼させるための燃料として、燃焼用空気、重油および廃プラスチックが供給される。これにより、焙焼炉４において含油スラッジが焙焼される。

廃プラスチックは、所定の粒径に破砕された後、予め磁選、風選等を用いた異物除去と水による洗浄等を行ない、プラスチック以外の異物を可能な限り除去した後に、造粒機（図示せず）により粒状に造粒され、プラスチック成型物２１として、焙焼炉４に供給される。

焙焼炉４では、重油と廃プラスチックの燃焼により高温の燃焼ガスが発生し、含油スラッジに含まれる油分が、昇温されて揮発し、炉内の過剰酸素により燃焼する。

焙焼炉４のキルン出口より、油分が除去されたスラッジが排出されるとともに、高温の排ガス（重油等燃料の燃焼ガス、油分の燃焼ガス、過剰空気、未燃焼油分、ダスト等）が排出される。

高温の排ガスは、サイクロン集塵機８などの排ガス処理装置７に供給される。この排ガスは高温であるため、排ガス処理装置７に供給される前に、設備保護の観点から、冷却用空気が混合される。排ガス処理装置７では、排ガス中の微粒ダストが除去される。

廃プラスチックの造粒方法は、公知の方法を用いれば良く、例えば以下に示す圧縮成型方式の廃プラスチックの造粒機を用いることができる。圧縮成型方式の廃プラスチックの造粒機は、特にフィルム状の廃プラスチックの造粒に好適である。

図３は、本発明の実施の形態１に係る含油スラッジの処理方法に用いられる廃プラスチックの造粒機の一例を示す図である。

この廃プラスチックの造粒機（圧縮成型装置）は、全周に複数のダイス孔１６が貫設されたリングダイ１７と、このリングダイ１７の内側にリングダイ内周面と接するようにして回転自在に配置された転動ローラ１８と、リングダイ１７の外側に配置されたカッター１９とを備えている。

リングダイ１７は、適当な幅を有するリング体により構成され、図示しない装置本体に回転可能に支持されるとともに、同じく図示しない駆動装置により回転駆動する。リングダイ１７の周方向及び幅方向には複数のダイス孔１６が設けられている。これらのダイス孔１６は、リングダイ１７の径方向に、リングダイ１７の内側（内周面）と外側（外周面）間を貫通して設けられている。ダイス孔１６の孔径（直径）は造粒すべきプラスチック成型物２１の大きさ（径）に応じて決められるが、通常２〜１５ｍｍ程度である。また、ダイス孔１６の長さ（リングダイ１７の厚み）は通常３０〜１５０ｍｍ程度である。

カッター１９は、その刃先がリングダイ１７の外周面に接するか又は外周面の近傍に位置するように設けられ、ダイス孔１６からリングダイ１７の外側に棒状に押し出されるプラスチック成型物２１を適当な長さに切断する（又はリングダイ外周面から掻き落す）ものである。

このような造粒機では、リングダイ１７が図中矢印方向に回転駆動し、これに随伴して転動ローラ１８も矢印方向に回転している状態で、投入口２０からリングダイ１７の内部にプラスチック成型物２１が投入される。投入されたプラスチック成型物２１は、リングダイ１７内で混合され、転動ローラ１８によってリングダイ１７の内周面との間で圧縮・圧潰されつつリングダイ１７のダイス孔１６内に押し込まれる。

ダイス孔１６内に押し込まれたプラスチック成型物２１は、ダイス孔１６内を通過してリングダイ１７の外面側に棒状に成型された状態で順次押し出される。このプラスチック成型物２１がカッター１９により適当な長さに切断されることにより、円柱形状のプラスチック成型物２１が得られる。２２は、プラスチック成型物２１の排出口である。

主としてダイス孔１６内においてプラスチック成型物２１の少なくとも一部が摩擦熱によって半溶融又は溶融化し、その後固化することによりプラスチック成型物２１が得られる。

上記のような造粒機により製造されたプラスチック成型物２１（廃プラスチック）を、燃料の一部として利用することができる。具体的には、通常の気流輸送方式により、ランスあるいは専用バーナを用いて焙焼炉４にプラスチック成型物２１を吹き込めばよい。また、プラスチック成型物２１を含油ダストと混合して供給してもよい。

次に、本発明の実施の形態１に係る含油スラッジの処理方法の効果について説明する。プラスチック成型物２１（廃プラスチック）の燃焼速度は、重油等に比較して遅い。そのため、焙焼炉４では、重油等がまず燃焼し、その燃焼熱によりプラスチック成型物２１の燃焼が開始する。プラスチック成型物２１は固体であるために、焙焼炉４で転動しつつ移動する含油スラッジとともに移動しながら燃焼する。プラスチック成型物２１は、含油スラッジに隣接しながら燃焼するため、プラスチック成型物２１の燃焼熱を直接含油スラッジに伝えることができる。

また、プラスチック成型物２１は、重油等に比較して含油スラッジとの伝熱率が高く、含油スラッジからの揮発分の揮発を促進し、揮発分の燃焼を加速することができる。そのため、含油スラッジに含まれる油分を効率的に燃焼させることができる。これにより、焙焼炉４で消費される高価な重油等の量を低減することができる。また、本発明では、含油スラッジに含まれる油分を効率的に燃焼させることができるため、回収スラッジ中の含油濃度を低減することができ、廃棄される回収スラッジの環境負荷を低減させることができる。

また、本発明は、スラッジの水分濃度、油分濃度、含有される油分の性状（沸点等）に応じて、プラスチック成型物２１を供給する位置を設定する必要がなく、処理が従来に比べて簡易である。

さらに、本発明は、プラスチック成型物２１の燃焼熱を直接スラッジに伝達することができるため、スラッジが含有水分の少ない粘土状である場合等にも適用することができる。

図４は、本発明の実施の形態２に係る含油スラッジの処理方法に用いられる処理設備を示す図である。

図１との違いは、図１の処理設備に加えて、破砕機１４と混合機１５が設けられている点にある。なお、図１の処理設備と同一構成については、同一符号を付すことによりその説明を省略する。

実施の形態２に係る含油スラッジの処理方法の特徴は、破砕された廃プラスチックが重油と混合されてスラリー状で焙焼炉に供給される点にある。

図４に示すように、廃プラスチックは、重油との混合をよくするために破砕機１４により所定の粒径に破砕される。混合機１５には、所定の粒径に破砕された廃プラスチックと重油が供給され、混合される。廃プラスチックが混合された重油は、スラリー状で焙焼炉４に供給される。

なお、重油と廃プラスチックのスラリー状の混合物は粘度が高くなる。そのため、混合物の粘度を、混合物を焙焼炉４に供給するポンプ等に供給可能な粘度に下げる必要がある。そのため、混合物の輸送配管を加熱し、混合物の粘度を下げることが好ましい。

スラリー状で廃プラスチックを供給する場合には、供給するポンプ能力に依存するが、廃プラスチックは、破砕機１４により数ｍｍ程度に粉砕したほうが好ましい。破砕機１４はせん断方式の破砕機であればよく、１軸あるいは２軸方式であればよい。混合機１５は、限定されるものではなく、通常使用されている攪拌機が設置されたものを利用することができる。混合方法は、重油と廃プラスチックが十分に混合されれば、どのような方法を用いてもよい。

図５は、本発明の実施の形態２に係る鉄系含油スラッジの処理方法を示すフロー図である。

実施の形態２では、廃プラスチックを造粒せずに、重油と混合してスラリー状にして焙焼炉４に供給する。なお、他の処理は、実施の形態１と略同一である。

次に、本発明の実施の形態２に係る含油スラッジの処理方法の効果について説明する。重油と廃プラスチックのスラリー状の混合物は、焙焼炉４において、まず重油が揮発燃焼し、その後に廃プラスチックが燃焼する。実施の形態２では、実施の形態１の廃プラスチック造粒物ほどの伝熱率は得られないが、重油と廃プラスチックの混合物が含油スラッジとともに焙焼炉４を移動することから、含油スラッジに直接燃焼熱を伝熱することができるため、実施の形態１と略同様の効果が得られる。

図６は、本発明の実施の形態３に係る含油スラッジの処理方法を示すフロー図である。実施の形態３では、廃プラスチックを重油と加熱混合することにより、廃プラスチックを重油との混合物を液状として焙焼炉４に供給することを特徴としている。なお、実施の形態３に係る含油スラッジの処理方法を実施する設備については、図４の混合機１５に加熱機能を付加しただけであるので、その説明を省略する。

廃プラスチックは石油から製造されたものであるため、重油との相溶性は高いが、実施の形態３では、さらに、混合機１５（図４）を加熱して、廃プラスチックを重油内に積極的に溶解させ、廃プラスチックを重油の混合物を液状にする。加熱する温度は、重油成分の沸点以下および廃プラスチックの分解する温度以下が好ましく、具体的には、１００℃以上、２５０℃以下であればよい。２５０℃以上に加温すると、廃プラスチックに含まれる塩化ビニル成分が分解して、塩化水素が発生するため好ましくない。

なお、本発明の実施の形態２と同様に、混合物の粘度を下げるため、混合物の輸送配管を加熱し、混合物の粘度を下げることが好ましい。

本発明の効果を立証するために実験を行った。実験に用いた焙焼炉は、ロータリーキルン方式であり、内径３．９m、長さ１６mである。廃プラスチックは、粗破砕機により５０mm以下に破砕した後、さらに他の破砕機により１０ｍｍに破砕して用いた。用いた含油スラッジは、製鉄所で発生するスラッジであり、その組成を表１に示す。

廃プラスチックは一般家庭から収集されたのち分別されたものである。用いた廃プラスチックの組成を表２に示す。

重油は再生油を用いた。再生油の発熱量は、40.2MJ/kgである。

実験結果を表３に示す。

（本発明例１〜３）
本発明例１〜３は、実施の形態１に相当している。本発明例１〜３では、図３に示す廃プラスチック造粒装置により、プラスチック造粒物を製造し、気流輸送装置を用いて焙焼炉内に供給し、含油スラッジを焙焼した。

（本発明例４〜６）
本発明例４〜６は、実施の形態３に相当している。本発明例４〜６では、１０ｍｍ以下に破砕された廃プラスチックを再生油と１５０℃で加熱混合し、液状として焙焼炉に供給した。他の処理については、実施の形態１と同様である。

（本発明例７〜９）
本発明例７〜９は、実施の形態２に相当している。本発明例７〜９は、１０ｍｍ以下に破砕された廃プラスチック、再生油と常温で混合して、スラリー状として焙焼炉に供給した。他の処理については、実施の形態１と同様である。

（比較例１、２）
比較例１、２では、焙焼炉に廃プラスチックを供給しなかった。比較例１、２では、再生油のみを燃料として用い、含油スラッジを焙焼した。

表３に示すように、本発明例１〜９では、比較例１および２に比べ、含油スラッジ供給速度に対する再生油供給速度が遅いことが分かる。

また、表３に示すように、同じ含油スラッジ供給速度の本発明例と比較例を比較すると、本発明は、廃プラスチックを燃料として用いることで、比較例に対して、再生油使用量を削減できることが分かる。また、再生油のみを燃料として含油スラッジを焙焼する比較例１および２と比べて、本発明例１〜９では、回収スラッジ中の油分濃度が低減できていることが分かる。

また、さらには、本発明例１〜９では、排ガス処理回収ダスト中、煙突下回収ダスト中の油分濃度も低減できることが分かる。

１ ホッパ
２ 含油スラッジ供給装置
３ 重油供給装置
４ 焙焼炉
５ フード
６ 排ガス管
７ 排ガス処理装置
８ サイクロン集塵機
９ 電気集塵機
１０ ブロア
１１ 煙突
１２ コンベア
１３ 回収ホッパ
１４ 破砕機
１５ 混合機
１６ ダイス孔
１７ リングダイ
１８ 転動ローラ
１９ カッター
２０ 投入口
２１ プラスチック成型物
２２ 排出口

Claims (4)

1. 鉄と油分を含む鉄系含油スラッジを焙焼し、油分を燃焼除去し、油分が除去された鉄を含むスラッジを製鉄原料化する製鉄原料の製造方法において、鉄系含油スラッジを焙焼する際に、造粒した廃プラスチックと重油を燃料として用いる製鉄原料の製造方法。
2. 鉄と油分を含む鉄系含油スラッジを焙焼し、油分を燃焼除去し、油分が除去された鉄を含むスラッジを製鉄原料化する製鉄原料の製造方法において、鉄系含油スラッジを焙焼する際に、廃プラスチックを破砕し、重油と混合し、スラリー状として焙焼炉の燃料に用いる製鉄原料の製造方法。
3. 廃プラスチック造粒物を気流輸送して焙焼炉の燃料に用いる請求項１に記載の製鉄原料の製造方法。
4. 鉄と油分を含む鉄系含油スラッジを焙焼し、油分を燃焼除去し、油分が除去された鉄を含むスラッジを製鉄原料化する鉄系含油スラッジの処理方法において、鉄系含油スラッジを焙焼する際に、造粒した廃プラスチックと重油を燃料として用いる鉄系含油スラッジの処理方法。

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