シュレッダーダストの再資源化方法
【課題】シュレッダーダストを製鉄・製鋼用炉における加炭材や助燃材などの添加材として利用可能にし、その燃焼速度を容易に調節できるシュレッダーダストの再資源化方法を提供する。
【解決手段】可燃物を含むシュレッダーダストに、燃焼速度制御剤をその含有率が３〜６０質量％となるように混合し、これを減容化して製鉄・製鋼用炉の添加材として使用する。燃焼速度制御剤は、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカから選択できる。減容化物のかさ比重を０．８〜１．５とする。
【解決手段】可燃物を含むシュレッダーダストに、燃焼速度制御剤をその含有率が３〜６０質量％となるように混合し、これを減容化して製鉄・製鋼用炉の添加材として使用する。燃焼速度制御剤は、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカから選択できる。減容化物のかさ比重を０．８〜１．５とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シュレッダーダストの再資源化方法、特にシュレッダーダストを製鉄・製鋼用炉において加炭材や補助燃料などの添加材として有効利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シュレッダーダスト（ＳＲ）とは、使用済の自動車や家電等から再利用可能な有用部品を取り外した後の廃棄物を破砕し、さらに有価金属類を回収した後に残る破砕廃棄物の総称である。シュレッダーダストは樹脂・繊維・ウレタン・ゴムなどの有機物（可燃物）を主体とし、ガラスや土砂、回収されなかった金属などの無機物も含む雑多な軽量混合物（通常かさ比重約０．２〜０．４程度）である。
【０００３】
従来、シュレッダーダストはその大部分がそのままあるいは減容化されて埋め立て処分されていた。しかし、処分場には限界があり、またリサイクルや環境保護の観点からもシュレッダーダストを有効利用することが望まれている。その一つとして、製鋼用電気炉で加炭材や助燃材として使用されるコークスや石炭などの代替として、シュレッダーダストを利用することが知られている。
【０００４】
シュレッダーダストは、そのまま炉内に投入すると燃焼速度が早すぎて燃焼反応が一度に集中してしまう。そうすると、燃焼熱によって排ガス温度が上昇したり、完全燃焼せずにＣＯガスのまま炉外（集塵機など）に排出されてしまう割合が高くなり、シュレッダーダストにより発生する熱が鉄スクラップや溶鋼の加熱に有効に利用されない、あるいは場合によっては、スクラップを溶解するための必要エネルギー量がシュレッダーダスト投入によりかえって増加することもあった。また、投入時に火炎の舞い上がりが大きくなり、温度が急激に上がるなど、設備にも過剰な負荷を与えてしまうという問題もあった。
【０００５】
このため、シュレッダーダストを減容固化して利用することが行われており、また、大小の固化物を成形してこれらを混合使用することにより燃焼速度を調節することも提案されている（例えば、特許文献１〜２）。
しかしながら、これらの方法によっても未だシュレッダーダストの有効利用という点で十分と言えるものではなかった。また、減容固化物を投入しようとする炉の規模や種類、操業方法等の条件が変わると、シュレッダーダストの最適な燃焼速度も異なることが多く、このような条件の変更に応じてその都度固化物のサイズを変えて燃焼速度を調節しようとすると、新たな減容固化設備が必要となってしまう。また、減容固化により燃焼速度を遅くするには固化物サイズを大きくする必要があるが、それにも限界があった。
【特許文献１】特開２００１−１１６２２６号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、シュレッダーダストを製鉄・製鋼用炉における加炭材や助燃材などの添加材として利用可能にし、その燃焼速度を容易に調節できるシュレッダーダストの再資源化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を達成するために本発明者らが鋭意検討を行った結果、シュレッダーダストに還元スラグなどを混合して減容化することにより、燃焼速度が容易に調節でき、製鉄・製鋼用炉において有効に利用できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明にかかるシュレッダーダストの再資源化方法は、可燃物を含むシュレッダーダストに、燃焼速度制御剤をその含有率が３〜６０質量％となるように混合し、これを減容化して製鉄・製鋼用炉の添加材として使用することを特徴とする。
本発明の方法において、燃焼速度制御剤が、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカから選ばれる少なくとも一つであることが好適である。
また、本発明の方法において、減容化物のかさ比重を０．８〜１．５とすることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シュレッダーダストに燃焼速度制御剤を混合することによって、既存の減容固化設備を利用して燃焼速度調節を容易に行うことができ、シュレッダーダストを製鉄・製鋼用炉添加材として有効利用できる。また、還元スラグは従来再利用が困難であったが、本発明によれば還元スラグを燃焼速度抑制剤として有効に活用し、酸化スラグ化させることにより再利用も可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
製鉄・製鋼用炉にシュレッダーダストを投入して処理する場合、シュレッダーダストに含まれる有機物の炭素分が加炭材として利用できること、及び有機物の燃焼により発生する熱量が鉄スクラップの溶解等に有効に利用されることが望まれるが、有機物の炭素分を加炭材として利用するため、及びシュレッダーダストが保有する熱量を有効に利用するためには、炉内でのシュレッダーダストの燃焼速度を適正に調節することが重要である。
本発明においては、シュレッダーダストに燃焼速度制御剤を混合することにより、シュレッダーダストの燃焼速度を調節する。
【００１０】
制御剤は、シュレッダーダストと抑制剤との混合物全体に対し３〜６０質量％となるようにシュレッダーダストに混合することが好適である。制御剤が少なすぎるとシュレッダーダストの燃焼速度抑制効果が発揮されず、シュレッダーダストの有機物の炭素分を加炭材化できないし、シュレッダーダスト投入による発生熱量が鉄スクラップの溶解等に有効に利用されない。一方、制御剤が多すぎるとシュレッダーダストの比率が小さくなりすぎて、シュレッダーダストの処理効率が悪くなる。また、減容化物中の有機物量が不足するために燃焼効率や着熱効率の低下を招く。
【００１１】
制御剤は、粉末状または顆粒状が好ましい。特に粉末はシュレッダーダストとの混合性がよく、燃焼速度制御効果が高い。
制御剤としては、炉内で発熱反応を起こさず、製鉄・製鋼において悪影響を及ぼさないもの、出来得れば滓化材や脱硫材として利用できるものが好適に使用できる。例えば、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカなどが挙げられるが、特に還元スラグが好適に使用できる。
【００１２】
還元スラグは、電気炉での還元精錬時に発生するスラグであるが、ＣａＯを主成分とするため、膨張崩壊性があり、その再利用が進んでいない。転炉スラグも還元スラグと同様な成分系であり、同じ問題を抱えている。本発明においては、還元スラグなどを制御剤として使用することができる。還元スラグ混合のシュレッダーダスト減容物を電気炉酸化精錬時に使用した場合、還元スラグは酸化スラグとして再生される。酸化スラグは還元スラグに比してＣａＯの割合が少なく品質安定性も高いので、アスファルト用骨材やコンクリート用骨材などとしてほぼ１００％近く再利用可能である。
よって、本発明はシュレッダーダストのみならず、還元スラグの再利用方法の一つとしても有用である。また、還元スラグはＣａＯを多く含むので、酸化精錬時に使用される石灰分の削減効果も期待できる。
【００１３】
シュレッダーダストに制御剤を混合した後、加圧等通常の方法により減容化する。減容化にあたっては、必要に応じて加熱してもよい。減容化することにより表面積が減少し、かさ比重が増加するため、さらに燃焼速度が抑制される。
減容化物のかさ比重は通常０．８〜１．５であるが、好ましくは１．０〜１．５、さらに好ましくは１．２〜１．４である。減容化物のサイズ、形状は特に制限されない。
【００１４】
このようにして得られた本発明のシュレッダーダスト減容化物は、製鉄・製鋼用炉の添加材として使用できる。特に、製鋼用電気炉における加炭材や助燃材として好適に使用できる。
本発明においては、シュレッダーダストを投入しようとする炉やその操業方法等の各種条件に応じて、制御剤の種類や比率を適宜選択することにより、既存の減容固化設備を用いてシュレッダーダスト減容化物の燃焼速度を容易に調節できる。
以下、本発明について具体例を挙げてさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
有用部品を取り除いた後の廃自動車や廃家電などの破砕物から、さらに有価金属類を選別除去した後のシュレッダーダスト（８０ｍｍ篩下、かさ比重約０．３、有機物含量約６０％）に還元スラグを混合し、これを加圧押出により減容固化して、直径約１１ｃｍ、長さ約２０ｃｍの添加材（かさ比重約１．３）を製造した。
得られた添加材を鉄スクラップとともに電気炉（ＥＦ）内に投入し、通常の操業方法で溶解を行った際の投入熱量と排出熱量との関係を調べた。
【００１６】
図１に、還元スラグ混合率が３０質量％の場合（試験例１）の投入熱量と排出熱量との関係を示す。
図１において、投入熱量とは、投入鉄スクラップ１Ｍｔ当たりの投入添加材の保有熱量（Ｍｃａｌ）である。また、排出熱量は、投入熱量のうち電気炉内で利用されずに炉外に排出された熱量（Ｍｃａｌ／Ｍｔ・投入鉄スクラップ）である。投入熱量＝排出熱量のラインは投入熱量が全く利用されていない、すなわち着熱効率＝０を示すラインである。投入熱量に対して排出熱量が少ないほど（直線の傾きが小さいほど）、添加材物の着熱効率が高いことを意味している。
【００１７】
図１からわかるように、試験例１の固化物を用いた場合、投入熱量の利用率は約４０％であった。これに対して、シュレッダーダストのみで減容固化も行わなかった場合（比較例１）には、投入熱量はほとんど利用されずに排出されてしまった。また、制御剤を使用せずにシュレッダーダストのみを減容固化した場合においても投入熱量の利用率は低かった。
【００１８】
下記表１は、（ａ）制御剤を配合せずに減容固化した場合と、（ｂ）制御剤を配合して減容固化した場合とで、電気炉の排ガス組成を比較した結果である。制御剤を配合することにより、排ガス温度が低下しただけでなく、ＣＯガス濃度も低下していることがわかる。ＣＯは未燃ガスであるから、この結果は制御剤を使用した場合の方がＣＯ＋１／２Ｏ２＝ＣＯ２で示される反応が電気炉内でより多く発生し、添加材の保有エネルギーが熱量として有効に利用できたことを示すものである。
【００１９】
（表１）
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
試験水準 排ガス温度（℃） ＣＯ２（％） ＣＯ（％） Ｏ２（％）
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
（ａ）抑制剤無配合 １，０１１ ７．２ １１．２ ５．２
（ｂ）抑制剤配合＊ ９６９ ９．８ ８．５ ４．６
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
＊抑制剤配合率：３０質量％
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の製造方法により得られた添加材（試験例１）あるいはシュレッダーダストのみ（比較例１）を電気炉に投入した際の、投入熱量に対する排出熱量の関係を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シュレッダーダストの再資源化方法、特にシュレッダーダストを製鉄・製鋼用炉において加炭材や補助燃料などの添加材として有効利用する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シュレッダーダスト（ＳＲ）とは、使用済の自動車や家電等から再利用可能な有用部品を取り外した後の廃棄物を破砕し、さらに有価金属類を回収した後に残る破砕廃棄物の総称である。シュレッダーダストは樹脂・繊維・ウレタン・ゴムなどの有機物（可燃物）を主体とし、ガラスや土砂、回収されなかった金属などの無機物も含む雑多な軽量混合物（通常かさ比重約０．２〜０．４程度）である。
【０００３】
従来、シュレッダーダストはその大部分がそのままあるいは減容化されて埋め立て処分されていた。しかし、処分場には限界があり、またリサイクルや環境保護の観点からもシュレッダーダストを有効利用することが望まれている。その一つとして、製鋼用電気炉で加炭材や助燃材として使用されるコークスや石炭などの代替として、シュレッダーダストを利用することが知られている。
【０００４】
シュレッダーダストは、そのまま炉内に投入すると燃焼速度が早すぎて燃焼反応が一度に集中してしまう。そうすると、燃焼熱によって排ガス温度が上昇したり、完全燃焼せずにＣＯガスのまま炉外（集塵機など）に排出されてしまう割合が高くなり、シュレッダーダストにより発生する熱が鉄スクラップや溶鋼の加熱に有効に利用されない、あるいは場合によっては、スクラップを溶解するための必要エネルギー量がシュレッダーダスト投入によりかえって増加することもあった。また、投入時に火炎の舞い上がりが大きくなり、温度が急激に上がるなど、設備にも過剰な負荷を与えてしまうという問題もあった。
【０００５】
このため、シュレッダーダストを減容固化して利用することが行われており、また、大小の固化物を成形してこれらを混合使用することにより燃焼速度を調節することも提案されている（例えば、特許文献１〜２）。
しかしながら、これらの方法によっても未だシュレッダーダストの有効利用という点で十分と言えるものではなかった。また、減容固化物を投入しようとする炉の規模や種類、操業方法等の条件が変わると、シュレッダーダストの最適な燃焼速度も異なることが多く、このような条件の変更に応じてその都度固化物のサイズを変えて燃焼速度を調節しようとすると、新たな減容固化設備が必要となってしまう。また、減容固化により燃焼速度を遅くするには固化物サイズを大きくする必要があるが、それにも限界があった。
【特許文献１】特開２００１−１１６２２６号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、シュレッダーダストを製鉄・製鋼用炉における加炭材や助燃材などの添加材として利用可能にし、その燃焼速度を容易に調節できるシュレッダーダストの再資源化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を達成するために本発明者らが鋭意検討を行った結果、シュレッダーダストに還元スラグなどを混合して減容化することにより、燃焼速度が容易に調節でき、製鉄・製鋼用炉において有効に利用できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明にかかるシュレッダーダストの再資源化方法は、可燃物を含むシュレッダーダストに、燃焼速度制御剤をその含有率が３〜６０質量％となるように混合し、これを減容化して製鉄・製鋼用炉の添加材として使用することを特徴とする。
本発明の方法において、燃焼速度制御剤が、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカから選ばれる少なくとも一つであることが好適である。
また、本発明の方法において、減容化物のかさ比重を０．８〜１．５とすることが好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、シュレッダーダストに燃焼速度制御剤を混合することによって、既存の減容固化設備を利用して燃焼速度調節を容易に行うことができ、シュレッダーダストを製鉄・製鋼用炉添加材として有効利用できる。また、還元スラグは従来再利用が困難であったが、本発明によれば還元スラグを燃焼速度抑制剤として有効に活用し、酸化スラグ化させることにより再利用も可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
製鉄・製鋼用炉にシュレッダーダストを投入して処理する場合、シュレッダーダストに含まれる有機物の炭素分が加炭材として利用できること、及び有機物の燃焼により発生する熱量が鉄スクラップの溶解等に有効に利用されることが望まれるが、有機物の炭素分を加炭材として利用するため、及びシュレッダーダストが保有する熱量を有効に利用するためには、炉内でのシュレッダーダストの燃焼速度を適正に調節することが重要である。
本発明においては、シュレッダーダストに燃焼速度制御剤を混合することにより、シュレッダーダストの燃焼速度を調節する。
【００１０】
制御剤は、シュレッダーダストと抑制剤との混合物全体に対し３〜６０質量％となるようにシュレッダーダストに混合することが好適である。制御剤が少なすぎるとシュレッダーダストの燃焼速度抑制効果が発揮されず、シュレッダーダストの有機物の炭素分を加炭材化できないし、シュレッダーダスト投入による発生熱量が鉄スクラップの溶解等に有効に利用されない。一方、制御剤が多すぎるとシュレッダーダストの比率が小さくなりすぎて、シュレッダーダストの処理効率が悪くなる。また、減容化物中の有機物量が不足するために燃焼効率や着熱効率の低下を招く。
【００１１】
制御剤は、粉末状または顆粒状が好ましい。特に粉末はシュレッダーダストとの混合性がよく、燃焼速度制御効果が高い。
制御剤としては、炉内で発熱反応を起こさず、製鉄・製鋼において悪影響を及ぼさないもの、出来得れば滓化材や脱硫材として利用できるものが好適に使用できる。例えば、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカなどが挙げられるが、特に還元スラグが好適に使用できる。
【００１２】
還元スラグは、電気炉での還元精錬時に発生するスラグであるが、ＣａＯを主成分とするため、膨張崩壊性があり、その再利用が進んでいない。転炉スラグも還元スラグと同様な成分系であり、同じ問題を抱えている。本発明においては、還元スラグなどを制御剤として使用することができる。還元スラグ混合のシュレッダーダスト減容物を電気炉酸化精錬時に使用した場合、還元スラグは酸化スラグとして再生される。酸化スラグは還元スラグに比してＣａＯの割合が少なく品質安定性も高いので、アスファルト用骨材やコンクリート用骨材などとしてほぼ１００％近く再利用可能である。
よって、本発明はシュレッダーダストのみならず、還元スラグの再利用方法の一つとしても有用である。また、還元スラグはＣａＯを多く含むので、酸化精錬時に使用される石灰分の削減効果も期待できる。
【００１３】
シュレッダーダストに制御剤を混合した後、加圧等通常の方法により減容化する。減容化にあたっては、必要に応じて加熱してもよい。減容化することにより表面積が減少し、かさ比重が増加するため、さらに燃焼速度が抑制される。
減容化物のかさ比重は通常０．８〜１．５であるが、好ましくは１．０〜１．５、さらに好ましくは１．２〜１．４である。減容化物のサイズ、形状は特に制限されない。
【００１４】
このようにして得られた本発明のシュレッダーダスト減容化物は、製鉄・製鋼用炉の添加材として使用できる。特に、製鋼用電気炉における加炭材や助燃材として好適に使用できる。
本発明においては、シュレッダーダストを投入しようとする炉やその操業方法等の各種条件に応じて、制御剤の種類や比率を適宜選択することにより、既存の減容固化設備を用いてシュレッダーダスト減容化物の燃焼速度を容易に調節できる。
以下、本発明について具体例を挙げてさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００１５】
有用部品を取り除いた後の廃自動車や廃家電などの破砕物から、さらに有価金属類を選別除去した後のシュレッダーダスト（８０ｍｍ篩下、かさ比重約０．３、有機物含量約６０％）に還元スラグを混合し、これを加圧押出により減容固化して、直径約１１ｃｍ、長さ約２０ｃｍの添加材（かさ比重約１．３）を製造した。
得られた添加材を鉄スクラップとともに電気炉（ＥＦ）内に投入し、通常の操業方法で溶解を行った際の投入熱量と排出熱量との関係を調べた。
【００１６】
図１に、還元スラグ混合率が３０質量％の場合（試験例１）の投入熱量と排出熱量との関係を示す。
図１において、投入熱量とは、投入鉄スクラップ１Ｍｔ当たりの投入添加材の保有熱量（Ｍｃａｌ）である。また、排出熱量は、投入熱量のうち電気炉内で利用されずに炉外に排出された熱量（Ｍｃａｌ／Ｍｔ・投入鉄スクラップ）である。投入熱量＝排出熱量のラインは投入熱量が全く利用されていない、すなわち着熱効率＝０を示すラインである。投入熱量に対して排出熱量が少ないほど（直線の傾きが小さいほど）、添加材物の着熱効率が高いことを意味している。
【００１７】
図１からわかるように、試験例１の固化物を用いた場合、投入熱量の利用率は約４０％であった。これに対して、シュレッダーダストのみで減容固化も行わなかった場合（比較例１）には、投入熱量はほとんど利用されずに排出されてしまった。また、制御剤を使用せずにシュレッダーダストのみを減容固化した場合においても投入熱量の利用率は低かった。
【００１８】
下記表１は、（ａ）制御剤を配合せずに減容固化した場合と、（ｂ）制御剤を配合して減容固化した場合とで、電気炉の排ガス組成を比較した結果である。制御剤を配合することにより、排ガス温度が低下しただけでなく、ＣＯガス濃度も低下していることがわかる。ＣＯは未燃ガスであるから、この結果は制御剤を使用した場合の方がＣＯ＋１／２Ｏ２＝ＣＯ２で示される反応が電気炉内でより多く発生し、添加材の保有エネルギーが熱量として有効に利用できたことを示すものである。
【００１９】
（表１）
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
試験水準 排ガス温度（℃） ＣＯ２（％） ＣＯ（％） Ｏ２（％）
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
（ａ）抑制剤無配合 １，０１１ ７．２ １１．２ ５．２
（ｂ）抑制剤配合＊ ９６９ ９．８ ８．５ ４．６
――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
＊抑制剤配合率：３０質量％
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の製造方法により得られた添加材（試験例１）あるいはシュレッダーダストのみ（比較例１）を電気炉に投入した際の、投入熱量に対する排出熱量の関係を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃物を含むシュレッダーダストに、燃焼速度制御剤をその含有率が３〜６０質量％となるように混合し、これを減容化して製鉄・製鋼用炉の添加材として使用することを特徴とするシュレッダーダストの再資源化方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、燃焼速度制御剤が、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカから選ばれる少なくとも一つであることを特徴とするシュレッダーダストの再資源化方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法において、減容化物のかさ比重を０．８〜１．５とすることを特徴とするシュレッダーダストの再資源化方法。
【請求項１】
可燃物を含むシュレッダーダストに、燃焼速度制御剤をその含有率が３〜６０質量％となるように混合し、これを減容化して製鉄・製鋼用炉の添加材として使用することを特徴とするシュレッダーダストの再資源化方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、燃焼速度制御剤が、還元スラグ、転炉スラグ、石灰、マグネシア、ドロマイト、シリカから選ばれる少なくとも一つであることを特徴とするシュレッダーダストの再資源化方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法において、減容化物のかさ比重を０．８〜１．５とすることを特徴とするシュレッダーダストの再資源化方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１２５４９８（Ｐ２００７−１２５４９８Ａ）
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２０４２１（Ｐ２００５−３２０４２１）
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月４日（２００５．１１．４）
【出願人】（０００１１０２５１）トピー工業株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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