高炉装入原料の製造方法及び高炉装入原料の製造装置
【課題】結晶水を含む鉄鉱石を高炉用原料とするためにプラスチックを浸透させるに当たって、鉄鉱石内のプラスチック含有量を従来よりも多く含有させて、その結果、鉄鉱石の高炉装入時の強度と被還元性を向上させることができる高炉装入原料の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】結晶水を含む鉄鉱石を加熱し、結晶水を熱分解除去して、鉄鉱石の内部に気孔を生成させる工程と、前記生成した鉄鉱石の内部の気孔に、溶融状態のプラスチックを浸透させて、プラスチックが浸透した鉄鉱石を製造する工程とを有する高炉装入原料の製造方法であって、前記溶融状態のプラスチックを浸透させる時の温度を、前記結晶水を熱分解除去するときの温度以下とすることを特徴とする高炉装入原料の製造方法。
【解決手段】結晶水を含む鉄鉱石を加熱し、結晶水を熱分解除去して、鉄鉱石の内部に気孔を生成させる工程と、前記生成した鉄鉱石の内部の気孔に、溶融状態のプラスチックを浸透させて、プラスチックが浸透した鉄鉱石を製造する工程とを有する高炉装入原料の製造方法であって、前記溶融状態のプラスチックを浸透させる時の温度を、前記結晶水を熱分解除去するときの温度以下とすることを特徴とする高炉装入原料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
結晶水を含む塊状の鉄鉱石の強度を向上させる高炉装入原料の製造方法に関する。さらに、結晶水を含む鉄鉱石の被還元性を向上させる高炉装入原料の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塊状の鉄鉱石は高炉装入原料として１０〜２０ｍａｓｓ％使用されることが多く、結晶水を含む塊状の鉄鉱石も使用されている。このとき塊状の鉄鉱石は高炉内での通気を良好に保つために通常は１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の粒径に篩い分けられて使用される。
結晶水を含む塊状の鉄鉱石を、溶融状態のプラスチックに浸漬させて、結晶水を熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に前記溶融状態のプラスチックを浸透させて、鉄鉱石の強度と被還元性を改善する方法が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
塊状の鉄鉱石に含まれる結晶水は、２００℃程度から分解をはじめて、鉄鉱石中から除去される。鉄鉱石に含まれる結晶水が分解して除去されるとき、鉄鉱石内部に亀裂が発生し、気孔量が多くなり、強度が低下する。
したがって、結晶水を含有する塊状の鉄鉱石が高炉に装入されて昇温され、鉄鉱石に含まれる結晶水が分解して除去されると、高炉内で鉄鉱石の強度が低下する。その結果、該鉄鉱石が高炉内で粉化し、高炉内のガスの通気性が阻害され、高炉操業が阻害される。
特に、結晶水を４ｍａｓｓ％以上含有する塊状の鉄鉱石、例えば豪州産の褐鉄鉱石は、結晶水が分解して除去された後の強度が大きく低下するので、結晶水を４ｍａｓｓ％以上含有する塊状の鉄鉱石の使用量を増やすと、高炉操業が阻害されると特許文献１に記載されている。ここで、結晶水の分析はカールフィッシャー法（ＪＩＳ Ｍ８２１１）によるものである。
【０００５】
特許文献１には、結晶水を含む塊状の鉄鉱石の還元粉化性と被還元性を改善する方法が記載されている。特許文献１に記載されている方法は、結晶水を含む塊状の鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解させる工程と、結晶水が熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックが浸透する工程とを、一つの処理槽で同時に進行させる方法である。
【０００６】
さらに、特許文献１には、鉄鉱石中の結晶水の加熱分解は、２００℃程度から始まって３００℃付近で活発になり、プラスチックの溶融は、その種類に依存するが１５０℃程度から始まり、プラスチックのガス化は４００℃程度から始まると記載されている。
すなわち、結晶水の熱分解と鉄鉱石へのプラスチックの浸透を一つの処理槽で同時に進行させるためには、その処理槽の温度を３００〜４００℃に制御する必要があると考えられる。
【０００７】
結晶水の分解速度を大きくして、結晶水を十分に熱分解するとともに処理時間を短くするためには３００℃よりもさらに高い温度にすることがより望ましい。一方、プラスチックのガス化量を抑制し、鉄鉱石中に浸透するプラスチック量を十分確保するとともに、プラスチックの利用効率を上げるためには、その処理槽の温度をガス化が始まる４００℃よりもさらに低い温度にすることがより望ましい。
【０００８】
しかしながら、結晶水を含む鉄鉱石を加熱する温度を高くすることと、プラスチックのガス化量を抑制するために温度を低くすることを、一つの処理槽で同時に達成することは困難である。
【０００９】
本発明は、結晶水を含む鉄鉱石を高炉用原料とするためにプラスチックを浸透させるに当たって、上記課題を解決し、鉄鉱石内のプラスチック含有量を従来よりも多く含有させて、その結果、鉄鉱石の高炉装入時の強度と被還元性を向上させることができる高炉装入原料の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）結晶水を含む鉄鉱石を加熱し、結晶水を熱分解除去して、鉄鉱石の内部に気孔を生成させる工程と、前記生成した鉄鉱石の内部の気孔に、溶融状態のプラスチックを浸透させて、プラスチックが浸透した鉄鉱石を製造する工程とを有する高炉装入原料の製造方法であって、前記溶融状態のプラスチックを浸透させる時の温度を、前記結晶水を熱分解除去するときの温度以下とすることを特徴とする高炉装入原料の製造方法。
【００１１】
（２）前記結晶水を含む鉄鉱石が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の粒径の塊状の鉄鉱石であることを特徴とする（１）記載の高炉装入原料の製造方法。
（３）前記結晶水を含む鉄鉱石中の結晶水の割合が４ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の高炉装入原料の製造方法。
（４）前記溶融状態のプラスチックの原料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、若しくはポリスチレン、又はこれらを含む混合物を用いることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（５）前記溶融状態のプラスチックの原料の一部又は全部として、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び、ポリスチレンのうちの１種又は２種以上を、加熱して熱分解したガスを冷却して得られる常温で固体または液体の生成物を用いることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（６）前記結晶水を熱分解除去するときの温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（７）前記溶融状態のプラスチックが、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱した後に得られるものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（８）前記溶融状態のプラスチックを浸透させるときの温度が２００〜３５０℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【００１２】
（９）（１）〜（８）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法に使用する高炉装入原料の製造装置であって、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱して溶融するプラスチック溶融槽と、結晶水を含む鉄鉱石を３５０〜５５０℃に加熱して結晶水を熱分解除去する鉄鉱石処理槽と、前記プラスチック溶融槽中の溶融状態のプラスチックを結晶水が熱分解除去された鉄鉱石が存在する前記鉄鉱石処理槽へ移送する溶融プラスチック移送管とを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高炉装入原料の製造方法、または製造装置を用いると、結晶水を含む鉄鉱石を高炉用原料とするためにプラスチックを浸透させるに当たって、鉄鉱石中のプラスチック含有量を従来よりも多くすることが可能となり、高炉の安定操業に必要な、結晶水を含む塊状の鉄鉱石の強度又は強度と被還元性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】：本発明に係る鉄鉱石処理プロセスの一例を示す図である。
【図２】：実施例１〜３における実験装置を示す図である。
【図３】：実施例４、比較例１における実験装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
結晶水を含有する鉄鉱石であっても、鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを浸透させることによって、鉄鉱石の強度を向上させることができ、さらに、浸透したプラスチック中の炭素分や水素分といった還元性成分によって、鉄鉱石の還元速度も大きくすることができる。
【００１６】
鉄鉱石の強度をより向上させ、鉄鉱石の還元速度をより大きくするためには、鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックをなるべく大量に浸透させることが望ましい。そこで本発明者等が鋭意検討した結果、従来技術のように鉄鉱石中の結晶水の除去とプラスチックの浸透を同時に行うのではなく、まず鉄鉱石を加熱して、鉄鉱石中の結晶水を除去し、鉄鉱石中に十分な気孔を生成させてから、次に、その気孔中に溶融状態のプラスチックを浸透させることが効果的であることを見出して本発明を為すに至った。
【００１７】
ここで、本発明で言うところの鉄鉱石とは、ペレットや焼結鉱とせずに高炉に直接装入する塊状の鉄鉱石のことである。この塊状の鉄鉱石は、通常は、篩い分けにより１０〜３０ｍｍの粒径に揃えられている。
【００１８】
結晶水を４ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石は高炉内での結晶水の熱分解で生じる強度低下による粉化がとくに大きいので、結晶水を４ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を前記の加熱処理をすることによって高炉内での鉄鉱石の粉化を抑制し粉化によって生じる高炉操業異常を回避する効果がとくに大きい。
【００１９】
プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンまたはこれらを含む混合物を用いることが可能で、使用済みの廃プラスチックもこれに含まれる。使用済みの廃プラスチックを使用することは経済的であり、かつ資源リサイクルを効率的に行うことが可能となる。
【００２０】
また、プラスチックとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンまたはこれらを含む混合物を加熱して熱分解により発生したガスを冷却して得られる常温で固体状または液体状の生成物を全量または一部混合して用いることも可能である。このようにして得られた常温で固体状または液体状の生成物は２００℃以上での溶融状態の粘性がきわめて低く、鉄鉱石内の微細な気孔にも良く浸透する。
鉄鉱石内に生成する気孔が微細であるときにはこのような熱分解により発生したガスを冷却して得られる固体状または液体状の生成物をプラスチックとして全量または一部混合して使用することが有効である。
【００２１】
鉄鉱石中の結晶水の加熱分解反応は高温であるほど活発なので、鉄鉱石中の結晶水を加熱分解する温度は高温であるほど望ましい。また、プラスチックのガス化反応も高温であるほど活発なので、プラスチックのガス化反応が緩慢な低い温度で加熱溶融することが望ましい。
【００２２】
鉄鉱石中の結晶水の加熱分解は、２００℃程度から始まり、３５０℃以上から鉄鉱石中の結晶水の加熱分解速度が大きくなるため、加熱処理時間を短くするためには３５０℃以上で鉄鉱石を処理することが望ましい。ただし、高温ほど鉄鉱石中の結晶水の加熱分解速度は大きくなるものの、５５０℃よりも高い温度に加熱することは、消費エネルギーが大きくなるにもかかわらず、温度上昇による結晶水の加熱分解速度増加の効果が小さくなるため、加熱温度は５５０℃以下にすることが望ましい。
【００２３】
一方、プラスチックのガス化温度は、その種類に依存するが４００℃程度であるため、ガス化があまり生じない３５０℃以下でプラスチックの溶融処理および鉄鉱石へのプラスチックの浸透処理を行うことが望ましい。ただし、プラスチックが溶融して容易に鉄鉱石中の気孔に浸透するためには、プラスチックを２００℃以上に加熱して溶融プラスチックの粘度を低下させることが望ましい。
【００２４】
鉄鉱石中の結晶水の加熱分解する温度を３５０℃以上、５５０℃以下にするとともに、プラスチックを溶融する温度を２００℃以上、３５０℃以下にするためには、一つの処理槽で結晶水の熱分解除去とプラスチックの溶融・浸透とを段階的に処理して温度を制御することも可能だが、一つの処理槽で段階的に処理するよりも、二つの処理槽に分けて、それぞれの処理槽で温度を制御して処理することが好ましい。
【００２５】
例えば、プラスチック溶融槽２と鉄鉱石処理槽４とからなる図１に示す鉄鉱石処理プロセスを構成して、プラスチック溶融槽２でプラスチックを加熱して溶融し、鉄鉱石処理槽４で結晶水を含む鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解除去し、プラスチック溶融槽２から溶融プラスチック搬送ポンプ７を用い溶融プラスチック搬送管９を通して溶融プラスチックを鉄鉱石処理槽４に装入して、あらかじめ鉄鉱石処理槽４で結晶水を熱分解除去した鉄鉱石中に生じた気孔に溶融状態のプラスチックを鉄鉱石処理槽４で浸透させることが効率的である。
また、その逆に、プラスチック溶融槽２の溶融プラスチック中に、結晶水が熱分解除去された気孔を有する鉄鉱石を投入して、気孔中に溶融状態のプラスチックを浸透させて処理することもできる。
【００２６】
なお、図１に示すプロセスでは、鉄鉱石処理槽４から揮発するガス状態のプラスチックはガス状プラスチック搬送管１１を通って温度制御されたプラスチック回収槽６で凝縮し液体状態で回収される。
プラスチック回収槽６で回収された溶融プラスチックは溶融プラスチック搬送ポンプ８により溶融プラスチック搬送管１０を通ってプラスチック溶融槽２に搬送される。プラスチック回収槽６から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管１３を通って回収や燃焼処理される。
プラスチック溶融槽２から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４７を通って回収や燃焼処理される。
その他、プラスチック原料は、プラスチック原料槽１からプラスチック溶融槽２に、また、鉄鉱石原料は、鉄鉱石原料槽３から鉄鉱石処理槽４にそれぞれ装入され、浸透処理後の鉄鉱石は、鉄鉱石成品槽５に回収される。
【００２７】
結晶水を熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを浸透させるときの鉄鉱石処理槽４内の温度は、プラスチックの粘性が十分に低くなる２００℃以上であることが望ましい。
また、はじめに鉄鉱石処理槽４で結晶水を含む鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解除去する温度よりも、つぎに鉄鉱石処理槽４で鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを浸透させる温度を高くすると、はじめに熱分解除去する過程で残存した結晶水がプラスチックを浸透させる過程でさらに熱分解して新たな亀裂が生じる。このように新たな亀裂発生とプラスチック浸透が同時に進行する場合、結晶水が分解して発生する蒸気によってプラスチックの浸透が妨げられる結果、新たに発生する亀裂に十分プラスチックが浸透しなくなる。
そのため、プラスチックを浸透させるときに新たな亀裂発生が生じないように、溶融状態のプラスチックを浸透させるときの鉄鉱石処理槽４内の温度は、はじめに結晶水を含む鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解除去するときの鉄鉱石処理槽４内の温度以下とする。
【００２８】
さらに、結晶水を熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを十分に浸透させて含有させるためには、鉄鉱石処理槽４内の温度を、プラスチックのガス化が活発に起きない３５０℃以下にすることが望ましい。
【００２９】
なお、プラスチック溶融槽２でプラスチックを加熱するときに発生するガスは、例えば、図１に示すように、ガス状プラスチック排出管１２を通って排出され、回収もしくは燃焼処理される。鉄鉱石処理槽４で鉄鉱石を加熱するときに発生するガスまたは溶融プラスチックを鉄鉱石に浸透させるときに発生するガスは、例えば、図１に示すように、ガス状プラスチック搬送管１１を通して、９０℃〜２００℃に保温されたプラスチック回収槽６に溶融状態のプラスチックとして回収されて、溶融プラスチック搬送ポンプ８を用い溶融プラスチック搬送管１０を通して溶融プラスチックをプラスチック溶融槽２に搬送する。プラスチック回収槽６の温度は、結晶水等に由来する水蒸気が凝縮しないように９０℃以上にすることが好ましく、またガス状プラスチックを凝縮させて効率良く回収する為には２００℃以下にすることが好ましい。
【００３０】
いったんガス化した後に凝縮回収されるプラスチックは９０℃〜２００℃で粘度の低い液体であり、溶融プラスチック搬送ポンプ８を用い溶融プラスチック搬送管１０を通してプラスチック溶融槽２に搬送することは、９０℃〜２００℃で可能である。プラスチック回収槽６で回収されないガスは、ガス状プラスチック排出管１３を通って排出され、回収もしくは燃焼処理される。鉄鉱石処理槽４で溶融プラスチックを鉄鉱石に浸透処理した後に鉄鉱石処理槽４に残留する過剰の溶融プラスチックは、鉄鉱石処理槽４から双方向に溶融プラスチックを搬送可能な溶融プラスチック搬送ポンプ７もしくは別途設置した溶融プラスチック搬送ポンプを用いて溶融プラスチック搬送管９を通してプラスチック溶融槽２に搬送される。
【実施例】
【００３１】
本発明の鉄鉱石の強度を向上させる高炉装入原料の製造方法、さらには被還元性を向上させる高炉装入原料の製造方法の実施例を以下に示す。
（実施例１）
図２に示す試験装置を用いて、結晶水を熱分解除去後の鉄鉱石にプラスチックを浸透させ、プラスチックを浸透させた鉄鉱石の強度と被還元性が、もとの結晶水を含む鉄鉱石よりも向上することを確認した。
鉄鉱石には結晶水を８ｍａｓｓ％含有した１５〜２０ｍｍ粒径の塊状の鉄鉱石を使用した。結晶水の分析はカールフィッシャー法（ＪＩＳ Ｍ８２１１）による。プラスチックには、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックを使用した。残りの成分はポリ塩化ビニル等のその他のプラスチック類と夾雑物である。
【００３２】
鉄鉱石の強度を評価する試験方法は、焼結鉱の還元粉化試験法によりＲＤＩ（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）として指数化する方法に準拠した。すなわち、還元ガス（ＣＯ＝３０ｖｏｌ％、Ｎ2＝７０ｖｏｌ％）により、１５〜２０ｍｍの大きさの試料５００ｇを、５５０℃で３０分間還元して冷却し、小型回転ドラムにて毎分３０回転で３０分間回転させたあとに篩い分けて、３ｍｍ以下の粉率で評価した。
【００３３】
鉄鉱石の被還元性を評価する試験方法は、鉄鉱石類の還元試験法（ＪＩＳ Ｍ ８７１３）に準拠した。ただし、この鉄鉱石類の還元試験法（ＪＩＳ Ｍ ８７１３）と異なる条件として、１５〜２０ｍｍの大きさの鉄鉱石試料を用いることとした。すなわち、還元ガス（ＣＯ＝３０ｖｏｌ％、Ｎ2＝７０ｖｏｌ％）により、１５〜２０ｍｍの大きさの試料５００ｇを、９００℃で１８０分間還元してその還元率を求めた。
【００３４】
図２に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３に装入する。ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入し、プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に装入する。
【００３５】
電気炉内に設置した鉄鉱石処理槽２３を５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽２３内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。電気炉内に設置したプラスチック溶融槽２２を２５０℃に加熱し、プラスチック溶融槽２２内の廃プラスチックを溶融状態にし、撹拌機３１でプラスチック溶融槽２２内の溶融プラスチックを撹拌した。
【００３６】
まず１つ目の操作として、プラスチック溶融槽２２内の２５０℃の溶融プラスチックを、溶融プラスチック搬送管４１を通して溶融プラスチック搬送ポンプ２８を用いて鉄鉱石処理槽２３に搬送した。次に２つ目の操作として、鉄鉱石処理槽２３内の溶融プラスチックを、溶融プラスチック搬送管４２を通して溶融プラスチック搬送ポンプ２９を用いてプラスチック溶融槽２２に搬送した。そして３つ目の操作として、廃プラスチックをプラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に装入した。この３段階の操作を鉄鉱石処理槽２３内の温度が３５０℃になるまで繰り返し、３５０℃で浸透処理を実施した。
【００３７】
鉄鉱石処理槽２３から揮発するガス状態のプラスチックはガス状プラスチック搬送管４３を通って１５０℃に温度制御されたプラスチック回収槽２４で凝縮し液体状態で回収される。
プラスチック回収槽２４で回収された溶融プラスチックは溶融プラスチック搬送ポンプ３０により溶融プラスチック搬送管４６を通ってプラスチック溶融槽２２に搬送される。プラスチック回収槽２４から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４４を通って室温に温度制御されたプラスチック回収槽２５で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りはプラスチック回収槽２５から揮発するので、これをガス状プラスチック排出管４５を通して燃焼放散装置に導いて処理する。
【００３８】
プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４７を通って室温に温度制御されたプラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りはプラスチック回収槽２６から揮発するので、これをガス状プラスチック排出管４８を通して燃焼放散装置に導いて処理する。
【００３９】
３５０℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽２３に残留している余剰の溶融プラスチックを、溶融プラスチック搬送管４２を通して溶融プラスチック搬送ポンプ２９を用いてプラスチック溶融槽２２に搬送する。実験終了時は、プラスチック溶融槽２２にある溶融プラスチックを溶融プラスチック受け槽２７に回収する。
【００４０】
鉄鉱石処理槽２３を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３から取出して、強度と被還元性を評価した。
処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石の評価結果とプラスチック浸透処理鉱石の評価結果を併せて表１に示す。
【００４１】
鉄鉱石中のプラスチック含有率の指標として、プラスチック浸透処理鉱石中の炭素（Ｃ）含有率（ｍａｓｓ％）は１０．４％であった。プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られた。このときの鉄鉱石処理槽を室温から５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽を３５０℃にして浸透処理するのに要した処理時間は４５分であった。
【００４２】
【表１】
【００４３】
プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に投入したプラスチック量に対する、プラスチック回収槽２５、プラスチック回収槽２６、及び溶融プラスチック受け槽２７で回収したプラスチックの回収率は７８％であった。
【００４４】
（実施例２）
図２に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入し、プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に実施例１と等しい重量を装入した。
【００４５】
鉄鉱石処理槽２３を３００℃に加熱し、鉄鉱石処理槽２３内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。プラスチック溶融槽２２を３００℃に加熱し、プラスチック溶融槽２２内の廃プラスチックを溶融状態にし、撹拌機３１で撹拌した。
プラスチック溶融槽２２内の３００℃の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、鉄鉱石処理槽２３に搬送し、鉄鉱石処理槽２３内の温度を３００℃にして浸透処理を実施した。
【００４６】
鉄鉱石処理槽２３から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２４で凝縮し液体状態で回収し、プラスチック溶融槽２２に搬送した。プラスチック回収槽２４から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２５で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
【００４７】
３００℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽２３に残留している余剰の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、プラスチック溶融槽２２に搬送し、実験終了時に、プラスチック溶融槽２２にある溶融プラスチックを溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
鉄鉱石処理槽２３を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石の強度と被還元性を、実施例１と同様に評価した。
評価結果を表２に示す。
【００４８】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られたが、実施例１の品質改善効果には及ばなかった。
実施例１の品質改善効果には及ばなかった原因は、鉄鉱石の結晶水が十分には熱分解除去されなかったため、亀裂の発生が少なくプラスチックの浸透量が少なかったことと、ＲＤＩ試験における５５０℃での還元のときに、残留している鉄鉱石の結晶水が熱分解除去され、新たな亀裂が発生して、鉄鉱石の強度が低下したためと考えられる。
【００４９】
【表２】
【００５０】
実施例１と同様の投入したプラスチック量に対する回収したプラスチックの回収率は７９％であった。
【００５１】
（実施例３）
図２に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入し、プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に実施例１と等しい重量を装入した。
【００５２】
鉄鉱石処理槽２３を４００℃に加熱し、鉄鉱石処理槽２３内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。プラスチック溶融槽２２を４００℃に加熱し、プラスチック溶融槽２２内の廃プラスチックを溶融状態にし、撹拌機３１で撹拌した。
【００５３】
プラスチック溶融槽２２内の４００℃の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、鉄鉱石処理槽２３に搬送し、鉄鉱石処理槽２３内の温度を４００℃にして浸透処理を実施した。
【００５４】
鉄鉱石処理槽２３から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２４で凝縮し液体状態で回収し、プラスチック溶融槽２２に搬送した。プラスチック回収槽２４から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２５で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
【００５５】
４００℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽２３に残留している余剰の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、プラスチック溶融槽２２に搬送し、実験終了時に、プラスチック溶融槽２２にある溶融プラスチックを溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
鉄鉱石処理槽２３を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石の強度と被還元性を、実施例１と同様に評価した。
評価結果を表３に示す。
【００５６】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られたが、実施例１の品質改善効果には及ばなかった。実施例１の品質改善効果には及ばなかった原因は、鉄鉱石処理槽２３内の浸透処理温度が高かったため、鉄鉱石中に浸透したプラスチックの一部がガス化する為、プラスチックの浸透量が少なくなったためと考えられる。
【００５７】
【表３】
【００５８】
実施例１と同様の投入したプラスチック量に対する回収したプラスチックの回収率は７０％であった。
この原因は、プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックの重量が増加し、かつプラスチック回収槽２６で回収されずにガス状プラスチック排出管４８から燃焼放散装置で処理されたガス状態のプラスチック量が増加したためと考えられる。
【００５９】
（実施例４）
図３に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例１で用いたプラスチック原料槽２１、鉄鉱石処理槽２３、プラスチック回収槽２６、及び溶融プラスチック受け槽２７と同じものを使用し、図３に示す試験装置を用いて、結晶水を含む鉄鉱石にプラスチックを浸透させ、プラスチックを浸透させた鉄鉱石の強度と被還元性を評価した。なお、この実施例では、実施例１の鉄鉱石処理槽２３を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’として使用した。
【００６０】
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入した。
【００６１】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’を５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。
【００６２】
次に、プラスチック原料槽２１からプラスチックを鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に装入した。鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’の加熱を中止して自然放冷による冷却と、電気炉による鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’の加熱を組み合わせて、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内の温度を３５０℃に制御して、３５０℃で鉄鉱石へのプラスチックの浸透処理を実施した。
【００６３】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４７を通って室温に温度制御されたプラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りはプラスチック回収槽２６から揮発するので、これをガス状プラスチック排出管４８を通して燃焼放散装置に導いて処理した。
３５０℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に残留している余剰の溶融プラスチックを、実験終了時に、を溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
【００６４】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石を、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から取出して、強度と被還元性を実施例１と同様に評価した。
評価結果を表４に示す。
【００６５】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇した。その品質改善効果は、実施例１とほぼ同等であった。しかしながら、このときの鉄鉱石処理槽を室温から５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽を３５０℃にして浸透処理するのに要した処理時間は１１５分であった。鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’のみで、結晶水の熱分解処理、プラスチックの溶融処理、及び鉱石へのプラスチックの浸透処理を実施するため、処理時間が長くなり、浸透処理の効率低下が生じた。
【００６６】
【表４】
【００６７】
（比較例１）
図３に基づき、結晶水を含む鉄鉱石にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例４で用いた、図３に示す試験装置を用いて、結晶水を含む鉄鉱石にプラスチックを浸透させ、プラスチックを浸透させた鉄鉱石の強度と被還元性を評価した。
【００６８】
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入した。
【００６９】
続いて、プラスチック原料槽２１からプラスチックを鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に装入し、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内の温度を４５０℃に制御して、４５０℃で鉄鉱石へのプラスチックの浸透処理を実施した。
【００７０】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例４と同様に、プラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
４５０℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に残留している余剰の溶融プラスチックを、実験終了時に、溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
【００７１】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から取出して、強度と被還元性を評価した。
評価結果を表５に示す。
【００７２】
【表５】
【００７３】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られたが、実施例１〜４の品質改善効果には及ばなかった。実施例１〜４の品質改善効果には及ばなかった原因は、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内で浸透処理されるさいに、同時に結晶水の熱分解が生じるため、鉄鉱石内から発生する結晶水の蒸気に邪魔されて、鉄鉱石中へのプラスチックの浸透が阻害されたためと考えられる。
【符号の説明】
【００７４】
１ プラスチック原料槽
２ プラスチック溶融槽
３ 鉄鉱石原料槽
４ 鉄鉱石処理槽
５ 鉄鉱石成品槽
６ プラスチック回収槽
７ 溶融プラスチック搬送ポンプ
８ 溶融プラスチック搬送ポンプ
９ 溶融プラスチック搬送管
10 溶融プラスチック搬送管
11 ガス状プラスチック搬送管
12 ガス状プラスチック排出管
13 ガス状プラスチック排出管
21 プラスチック原料槽
22 プラスチック溶融槽
23 鉄鉱石処理槽
23’ 鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽
24 プラスチック回収槽
25 プラスチック回収槽
26 プラスチック回収槽
27 溶融プラスチック受け槽
28 溶融プラスチック搬送ポンプ
29 溶融プラスチック搬送ポンプ
30 溶融プラスチック搬送ポンプ
31 撹拌機
41 溶融プラスチック搬送管
42 溶融プラスチック搬送管
43 ガス状プラスチック搬送管
44 ガス状プラスチック搬送管
45 ガス状プラスチック排出管
46 溶融プラスチック搬送管
47 ガス状プラスチック搬送管
48 ガス状プラスチック排出管
【技術分野】
【０００１】
結晶水を含む塊状の鉄鉱石の強度を向上させる高炉装入原料の製造方法に関する。さらに、結晶水を含む鉄鉱石の被還元性を向上させる高炉装入原料の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
塊状の鉄鉱石は高炉装入原料として１０〜２０ｍａｓｓ％使用されることが多く、結晶水を含む塊状の鉄鉱石も使用されている。このとき塊状の鉄鉱石は高炉内での通気を良好に保つために通常は１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の粒径に篩い分けられて使用される。
結晶水を含む塊状の鉄鉱石を、溶融状態のプラスチックに浸漬させて、結晶水を熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に前記溶融状態のプラスチックを浸透させて、鉄鉱石の強度と被還元性を改善する方法が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
塊状の鉄鉱石に含まれる結晶水は、２００℃程度から分解をはじめて、鉄鉱石中から除去される。鉄鉱石に含まれる結晶水が分解して除去されるとき、鉄鉱石内部に亀裂が発生し、気孔量が多くなり、強度が低下する。
したがって、結晶水を含有する塊状の鉄鉱石が高炉に装入されて昇温され、鉄鉱石に含まれる結晶水が分解して除去されると、高炉内で鉄鉱石の強度が低下する。その結果、該鉄鉱石が高炉内で粉化し、高炉内のガスの通気性が阻害され、高炉操業が阻害される。
特に、結晶水を４ｍａｓｓ％以上含有する塊状の鉄鉱石、例えば豪州産の褐鉄鉱石は、結晶水が分解して除去された後の強度が大きく低下するので、結晶水を４ｍａｓｓ％以上含有する塊状の鉄鉱石の使用量を増やすと、高炉操業が阻害されると特許文献１に記載されている。ここで、結晶水の分析はカールフィッシャー法（ＪＩＳ Ｍ８２１１）によるものである。
【０００５】
特許文献１には、結晶水を含む塊状の鉄鉱石の還元粉化性と被還元性を改善する方法が記載されている。特許文献１に記載されている方法は、結晶水を含む塊状の鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解させる工程と、結晶水が熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックが浸透する工程とを、一つの処理槽で同時に進行させる方法である。
【０００６】
さらに、特許文献１には、鉄鉱石中の結晶水の加熱分解は、２００℃程度から始まって３００℃付近で活発になり、プラスチックの溶融は、その種類に依存するが１５０℃程度から始まり、プラスチックのガス化は４００℃程度から始まると記載されている。
すなわち、結晶水の熱分解と鉄鉱石へのプラスチックの浸透を一つの処理槽で同時に進行させるためには、その処理槽の温度を３００〜４００℃に制御する必要があると考えられる。
【０００７】
結晶水の分解速度を大きくして、結晶水を十分に熱分解するとともに処理時間を短くするためには３００℃よりもさらに高い温度にすることがより望ましい。一方、プラスチックのガス化量を抑制し、鉄鉱石中に浸透するプラスチック量を十分確保するとともに、プラスチックの利用効率を上げるためには、その処理槽の温度をガス化が始まる４００℃よりもさらに低い温度にすることがより望ましい。
【０００８】
しかしながら、結晶水を含む鉄鉱石を加熱する温度を高くすることと、プラスチックのガス化量を抑制するために温度を低くすることを、一つの処理槽で同時に達成することは困難である。
【０００９】
本発明は、結晶水を含む鉄鉱石を高炉用原料とするためにプラスチックを浸透させるに当たって、上記課題を解決し、鉄鉱石内のプラスチック含有量を従来よりも多く含有させて、その結果、鉄鉱石の高炉装入時の強度と被還元性を向上させることができる高炉装入原料の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の要旨は以下の通りである。
（１）結晶水を含む鉄鉱石を加熱し、結晶水を熱分解除去して、鉄鉱石の内部に気孔を生成させる工程と、前記生成した鉄鉱石の内部の気孔に、溶融状態のプラスチックを浸透させて、プラスチックが浸透した鉄鉱石を製造する工程とを有する高炉装入原料の製造方法であって、前記溶融状態のプラスチックを浸透させる時の温度を、前記結晶水を熱分解除去するときの温度以下とすることを特徴とする高炉装入原料の製造方法。
【００１１】
（２）前記結晶水を含む鉄鉱石が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の粒径の塊状の鉄鉱石であることを特徴とする（１）記載の高炉装入原料の製造方法。
（３）前記結晶水を含む鉄鉱石中の結晶水の割合が４ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の高炉装入原料の製造方法。
（４）前記溶融状態のプラスチックの原料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、若しくはポリスチレン、又はこれらを含む混合物を用いることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（５）前記溶融状態のプラスチックの原料の一部又は全部として、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び、ポリスチレンのうちの１種又は２種以上を、加熱して熱分解したガスを冷却して得られる常温で固体または液体の生成物を用いることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（６）前記結晶水を熱分解除去するときの温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（７）前記溶融状態のプラスチックが、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱した後に得られるものであることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
（８）前記溶融状態のプラスチックを浸透させるときの温度が２００〜３５０℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【００１２】
（９）（１）〜（８）のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法に使用する高炉装入原料の製造装置であって、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱して溶融するプラスチック溶融槽と、結晶水を含む鉄鉱石を３５０〜５５０℃に加熱して結晶水を熱分解除去する鉄鉱石処理槽と、前記プラスチック溶融槽中の溶融状態のプラスチックを結晶水が熱分解除去された鉄鉱石が存在する前記鉄鉱石処理槽へ移送する溶融プラスチック移送管とを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高炉装入原料の製造方法、または製造装置を用いると、結晶水を含む鉄鉱石を高炉用原料とするためにプラスチックを浸透させるに当たって、鉄鉱石中のプラスチック含有量を従来よりも多くすることが可能となり、高炉の安定操業に必要な、結晶水を含む塊状の鉄鉱石の強度又は強度と被還元性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】：本発明に係る鉄鉱石処理プロセスの一例を示す図である。
【図２】：実施例１〜３における実験装置を示す図である。
【図３】：実施例４、比較例１における実験装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
結晶水を含有する鉄鉱石であっても、鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを浸透させることによって、鉄鉱石の強度を向上させることができ、さらに、浸透したプラスチック中の炭素分や水素分といった還元性成分によって、鉄鉱石の還元速度も大きくすることができる。
【００１６】
鉄鉱石の強度をより向上させ、鉄鉱石の還元速度をより大きくするためには、鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックをなるべく大量に浸透させることが望ましい。そこで本発明者等が鋭意検討した結果、従来技術のように鉄鉱石中の結晶水の除去とプラスチックの浸透を同時に行うのではなく、まず鉄鉱石を加熱して、鉄鉱石中の結晶水を除去し、鉄鉱石中に十分な気孔を生成させてから、次に、その気孔中に溶融状態のプラスチックを浸透させることが効果的であることを見出して本発明を為すに至った。
【００１７】
ここで、本発明で言うところの鉄鉱石とは、ペレットや焼結鉱とせずに高炉に直接装入する塊状の鉄鉱石のことである。この塊状の鉄鉱石は、通常は、篩い分けにより１０〜３０ｍｍの粒径に揃えられている。
【００１８】
結晶水を４ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石は高炉内での結晶水の熱分解で生じる強度低下による粉化がとくに大きいので、結晶水を４ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を前記の加熱処理をすることによって高炉内での鉄鉱石の粉化を抑制し粉化によって生じる高炉操業異常を回避する効果がとくに大きい。
【００１９】
プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンまたはこれらを含む混合物を用いることが可能で、使用済みの廃プラスチックもこれに含まれる。使用済みの廃プラスチックを使用することは経済的であり、かつ資源リサイクルを効率的に行うことが可能となる。
【００２０】
また、プラスチックとして、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンまたはこれらを含む混合物を加熱して熱分解により発生したガスを冷却して得られる常温で固体状または液体状の生成物を全量または一部混合して用いることも可能である。このようにして得られた常温で固体状または液体状の生成物は２００℃以上での溶融状態の粘性がきわめて低く、鉄鉱石内の微細な気孔にも良く浸透する。
鉄鉱石内に生成する気孔が微細であるときにはこのような熱分解により発生したガスを冷却して得られる固体状または液体状の生成物をプラスチックとして全量または一部混合して使用することが有効である。
【００２１】
鉄鉱石中の結晶水の加熱分解反応は高温であるほど活発なので、鉄鉱石中の結晶水を加熱分解する温度は高温であるほど望ましい。また、プラスチックのガス化反応も高温であるほど活発なので、プラスチックのガス化反応が緩慢な低い温度で加熱溶融することが望ましい。
【００２２】
鉄鉱石中の結晶水の加熱分解は、２００℃程度から始まり、３５０℃以上から鉄鉱石中の結晶水の加熱分解速度が大きくなるため、加熱処理時間を短くするためには３５０℃以上で鉄鉱石を処理することが望ましい。ただし、高温ほど鉄鉱石中の結晶水の加熱分解速度は大きくなるものの、５５０℃よりも高い温度に加熱することは、消費エネルギーが大きくなるにもかかわらず、温度上昇による結晶水の加熱分解速度増加の効果が小さくなるため、加熱温度は５５０℃以下にすることが望ましい。
【００２３】
一方、プラスチックのガス化温度は、その種類に依存するが４００℃程度であるため、ガス化があまり生じない３５０℃以下でプラスチックの溶融処理および鉄鉱石へのプラスチックの浸透処理を行うことが望ましい。ただし、プラスチックが溶融して容易に鉄鉱石中の気孔に浸透するためには、プラスチックを２００℃以上に加熱して溶融プラスチックの粘度を低下させることが望ましい。
【００２４】
鉄鉱石中の結晶水の加熱分解する温度を３５０℃以上、５５０℃以下にするとともに、プラスチックを溶融する温度を２００℃以上、３５０℃以下にするためには、一つの処理槽で結晶水の熱分解除去とプラスチックの溶融・浸透とを段階的に処理して温度を制御することも可能だが、一つの処理槽で段階的に処理するよりも、二つの処理槽に分けて、それぞれの処理槽で温度を制御して処理することが好ましい。
【００２５】
例えば、プラスチック溶融槽２と鉄鉱石処理槽４とからなる図１に示す鉄鉱石処理プロセスを構成して、プラスチック溶融槽２でプラスチックを加熱して溶融し、鉄鉱石処理槽４で結晶水を含む鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解除去し、プラスチック溶融槽２から溶融プラスチック搬送ポンプ７を用い溶融プラスチック搬送管９を通して溶融プラスチックを鉄鉱石処理槽４に装入して、あらかじめ鉄鉱石処理槽４で結晶水を熱分解除去した鉄鉱石中に生じた気孔に溶融状態のプラスチックを鉄鉱石処理槽４で浸透させることが効率的である。
また、その逆に、プラスチック溶融槽２の溶融プラスチック中に、結晶水が熱分解除去された気孔を有する鉄鉱石を投入して、気孔中に溶融状態のプラスチックを浸透させて処理することもできる。
【００２６】
なお、図１に示すプロセスでは、鉄鉱石処理槽４から揮発するガス状態のプラスチックはガス状プラスチック搬送管１１を通って温度制御されたプラスチック回収槽６で凝縮し液体状態で回収される。
プラスチック回収槽６で回収された溶融プラスチックは溶融プラスチック搬送ポンプ８により溶融プラスチック搬送管１０を通ってプラスチック溶融槽２に搬送される。プラスチック回収槽６から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管１３を通って回収や燃焼処理される。
プラスチック溶融槽２から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４７を通って回収や燃焼処理される。
その他、プラスチック原料は、プラスチック原料槽１からプラスチック溶融槽２に、また、鉄鉱石原料は、鉄鉱石原料槽３から鉄鉱石処理槽４にそれぞれ装入され、浸透処理後の鉄鉱石は、鉄鉱石成品槽５に回収される。
【００２７】
結晶水を熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを浸透させるときの鉄鉱石処理槽４内の温度は、プラスチックの粘性が十分に低くなる２００℃以上であることが望ましい。
また、はじめに鉄鉱石処理槽４で結晶水を含む鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解除去する温度よりも、つぎに鉄鉱石処理槽４で鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを浸透させる温度を高くすると、はじめに熱分解除去する過程で残存した結晶水がプラスチックを浸透させる過程でさらに熱分解して新たな亀裂が生じる。このように新たな亀裂発生とプラスチック浸透が同時に進行する場合、結晶水が分解して発生する蒸気によってプラスチックの浸透が妨げられる結果、新たに発生する亀裂に十分プラスチックが浸透しなくなる。
そのため、プラスチックを浸透させるときに新たな亀裂発生が生じないように、溶融状態のプラスチックを浸透させるときの鉄鉱石処理槽４内の温度は、はじめに結晶水を含む鉄鉱石を加熱して結晶水を熱分解除去するときの鉄鉱石処理槽４内の温度以下とする。
【００２８】
さらに、結晶水を熱分解除去して生じた鉄鉱石中の気孔に溶融状態のプラスチックを十分に浸透させて含有させるためには、鉄鉱石処理槽４内の温度を、プラスチックのガス化が活発に起きない３５０℃以下にすることが望ましい。
【００２９】
なお、プラスチック溶融槽２でプラスチックを加熱するときに発生するガスは、例えば、図１に示すように、ガス状プラスチック排出管１２を通って排出され、回収もしくは燃焼処理される。鉄鉱石処理槽４で鉄鉱石を加熱するときに発生するガスまたは溶融プラスチックを鉄鉱石に浸透させるときに発生するガスは、例えば、図１に示すように、ガス状プラスチック搬送管１１を通して、９０℃〜２００℃に保温されたプラスチック回収槽６に溶融状態のプラスチックとして回収されて、溶融プラスチック搬送ポンプ８を用い溶融プラスチック搬送管１０を通して溶融プラスチックをプラスチック溶融槽２に搬送する。プラスチック回収槽６の温度は、結晶水等に由来する水蒸気が凝縮しないように９０℃以上にすることが好ましく、またガス状プラスチックを凝縮させて効率良く回収する為には２００℃以下にすることが好ましい。
【００３０】
いったんガス化した後に凝縮回収されるプラスチックは９０℃〜２００℃で粘度の低い液体であり、溶融プラスチック搬送ポンプ８を用い溶融プラスチック搬送管１０を通してプラスチック溶融槽２に搬送することは、９０℃〜２００℃で可能である。プラスチック回収槽６で回収されないガスは、ガス状プラスチック排出管１３を通って排出され、回収もしくは燃焼処理される。鉄鉱石処理槽４で溶融プラスチックを鉄鉱石に浸透処理した後に鉄鉱石処理槽４に残留する過剰の溶融プラスチックは、鉄鉱石処理槽４から双方向に溶融プラスチックを搬送可能な溶融プラスチック搬送ポンプ７もしくは別途設置した溶融プラスチック搬送ポンプを用いて溶融プラスチック搬送管９を通してプラスチック溶融槽２に搬送される。
【実施例】
【００３１】
本発明の鉄鉱石の強度を向上させる高炉装入原料の製造方法、さらには被還元性を向上させる高炉装入原料の製造方法の実施例を以下に示す。
（実施例１）
図２に示す試験装置を用いて、結晶水を熱分解除去後の鉄鉱石にプラスチックを浸透させ、プラスチックを浸透させた鉄鉱石の強度と被還元性が、もとの結晶水を含む鉄鉱石よりも向上することを確認した。
鉄鉱石には結晶水を８ｍａｓｓ％含有した１５〜２０ｍｍ粒径の塊状の鉄鉱石を使用した。結晶水の分析はカールフィッシャー法（ＪＩＳ Ｍ８２１１）による。プラスチックには、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックを使用した。残りの成分はポリ塩化ビニル等のその他のプラスチック類と夾雑物である。
【００３２】
鉄鉱石の強度を評価する試験方法は、焼結鉱の還元粉化試験法によりＲＤＩ（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｅｘ）として指数化する方法に準拠した。すなわち、還元ガス（ＣＯ＝３０ｖｏｌ％、Ｎ2＝７０ｖｏｌ％）により、１５〜２０ｍｍの大きさの試料５００ｇを、５５０℃で３０分間還元して冷却し、小型回転ドラムにて毎分３０回転で３０分間回転させたあとに篩い分けて、３ｍｍ以下の粉率で評価した。
【００３３】
鉄鉱石の被還元性を評価する試験方法は、鉄鉱石類の還元試験法（ＪＩＳ Ｍ ８７１３）に準拠した。ただし、この鉄鉱石類の還元試験法（ＪＩＳ Ｍ ８７１３）と異なる条件として、１５〜２０ｍｍの大きさの鉄鉱石試料を用いることとした。すなわち、還元ガス（ＣＯ＝３０ｖｏｌ％、Ｎ2＝７０ｖｏｌ％）により、１５〜２０ｍｍの大きさの試料５００ｇを、９００℃で１８０分間還元してその還元率を求めた。
【００３４】
図２に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３に装入する。ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入し、プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に装入する。
【００３５】
電気炉内に設置した鉄鉱石処理槽２３を５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽２３内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。電気炉内に設置したプラスチック溶融槽２２を２５０℃に加熱し、プラスチック溶融槽２２内の廃プラスチックを溶融状態にし、撹拌機３１でプラスチック溶融槽２２内の溶融プラスチックを撹拌した。
【００３６】
まず１つ目の操作として、プラスチック溶融槽２２内の２５０℃の溶融プラスチックを、溶融プラスチック搬送管４１を通して溶融プラスチック搬送ポンプ２８を用いて鉄鉱石処理槽２３に搬送した。次に２つ目の操作として、鉄鉱石処理槽２３内の溶融プラスチックを、溶融プラスチック搬送管４２を通して溶融プラスチック搬送ポンプ２９を用いてプラスチック溶融槽２２に搬送した。そして３つ目の操作として、廃プラスチックをプラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に装入した。この３段階の操作を鉄鉱石処理槽２３内の温度が３５０℃になるまで繰り返し、３５０℃で浸透処理を実施した。
【００３７】
鉄鉱石処理槽２３から揮発するガス状態のプラスチックはガス状プラスチック搬送管４３を通って１５０℃に温度制御されたプラスチック回収槽２４で凝縮し液体状態で回収される。
プラスチック回収槽２４で回収された溶融プラスチックは溶融プラスチック搬送ポンプ３０により溶融プラスチック搬送管４６を通ってプラスチック溶融槽２２に搬送される。プラスチック回収槽２４から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４４を通って室温に温度制御されたプラスチック回収槽２５で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りはプラスチック回収槽２５から揮発するので、これをガス状プラスチック排出管４５を通して燃焼放散装置に導いて処理する。
【００３８】
プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４７を通って室温に温度制御されたプラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りはプラスチック回収槽２６から揮発するので、これをガス状プラスチック排出管４８を通して燃焼放散装置に導いて処理する。
【００３９】
３５０℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽２３に残留している余剰の溶融プラスチックを、溶融プラスチック搬送管４２を通して溶融プラスチック搬送ポンプ２９を用いてプラスチック溶融槽２２に搬送する。実験終了時は、プラスチック溶融槽２２にある溶融プラスチックを溶融プラスチック受け槽２７に回収する。
【００４０】
鉄鉱石処理槽２３を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３から取出して、強度と被還元性を評価した。
処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石の評価結果とプラスチック浸透処理鉱石の評価結果を併せて表１に示す。
【００４１】
鉄鉱石中のプラスチック含有率の指標として、プラスチック浸透処理鉱石中の炭素（Ｃ）含有率（ｍａｓｓ％）は１０．４％であった。プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られた。このときの鉄鉱石処理槽を室温から５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽を３５０℃にして浸透処理するのに要した処理時間は４５分であった。
【００４２】
【表１】
【００４３】
プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に投入したプラスチック量に対する、プラスチック回収槽２５、プラスチック回収槽２６、及び溶融プラスチック受け槽２７で回収したプラスチックの回収率は７８％であった。
【００４４】
（実施例２）
図２に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入し、プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に実施例１と等しい重量を装入した。
【００４５】
鉄鉱石処理槽２３を３００℃に加熱し、鉄鉱石処理槽２３内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。プラスチック溶融槽２２を３００℃に加熱し、プラスチック溶融槽２２内の廃プラスチックを溶融状態にし、撹拌機３１で撹拌した。
プラスチック溶融槽２２内の３００℃の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、鉄鉱石処理槽２３に搬送し、鉄鉱石処理槽２３内の温度を３００℃にして浸透処理を実施した。
【００４６】
鉄鉱石処理槽２３から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２４で凝縮し液体状態で回収し、プラスチック溶融槽２２に搬送した。プラスチック回収槽２４から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２５で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
【００４７】
３００℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽２３に残留している余剰の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、プラスチック溶融槽２２に搬送し、実験終了時に、プラスチック溶融槽２２にある溶融プラスチックを溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
鉄鉱石処理槽２３を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石の強度と被還元性を、実施例１と同様に評価した。
評価結果を表２に示す。
【００４８】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られたが、実施例１の品質改善効果には及ばなかった。
実施例１の品質改善効果には及ばなかった原因は、鉄鉱石の結晶水が十分には熱分解除去されなかったため、亀裂の発生が少なくプラスチックの浸透量が少なかったことと、ＲＤＩ試験における５５０℃での還元のときに、残留している鉄鉱石の結晶水が熱分解除去され、新たな亀裂が発生して、鉄鉱石の強度が低下したためと考えられる。
【００４９】
【表２】
【００５０】
実施例１と同様の投入したプラスチック量に対する回収したプラスチックの回収率は７９％であった。
【００５１】
（実施例３）
図２に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽２３に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入し、プラスチック原料槽２１からプラスチック溶融槽２２に実施例１と等しい重量を装入した。
【００５２】
鉄鉱石処理槽２３を４００℃に加熱し、鉄鉱石処理槽２３内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。プラスチック溶融槽２２を４００℃に加熱し、プラスチック溶融槽２２内の廃プラスチックを溶融状態にし、撹拌機３１で撹拌した。
【００５３】
プラスチック溶融槽２２内の４００℃の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、鉄鉱石処理槽２３に搬送し、鉄鉱石処理槽２３内の温度を４００℃にして浸透処理を実施した。
【００５４】
鉄鉱石処理槽２３から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２４で凝縮し液体状態で回収し、プラスチック溶融槽２２に搬送した。プラスチック回収槽２４から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２５で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例１と同様に、プラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
【００５５】
４００℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽２３に残留している余剰の溶融プラスチックを、実施例１と同様に、プラスチック溶融槽２２に搬送し、実験終了時に、プラスチック溶融槽２２にある溶融プラスチックを溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
鉄鉱石処理槽２３を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石の強度と被還元性を、実施例１と同様に評価した。
評価結果を表３に示す。
【００５６】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られたが、実施例１の品質改善効果には及ばなかった。実施例１の品質改善効果には及ばなかった原因は、鉄鉱石処理槽２３内の浸透処理温度が高かったため、鉄鉱石中に浸透したプラスチックの一部がガス化する為、プラスチックの浸透量が少なくなったためと考えられる。
【００５７】
【表３】
【００５８】
実施例１と同様の投入したプラスチック量に対する回収したプラスチックの回収率は７０％であった。
この原因は、プラスチック溶融槽２２から揮発するガス状態のプラスチックの重量が増加し、かつプラスチック回収槽２６で回収されずにガス状プラスチック排出管４８から燃焼放散装置で処理されたガス状態のプラスチック量が増加したためと考えられる。
【００５９】
（実施例４）
図３に基づき、結晶水を含む鉄鉱石を加熱処理した後にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例１で用いたプラスチック原料槽２１、鉄鉱石処理槽２３、プラスチック回収槽２６、及び溶融プラスチック受け槽２７と同じものを使用し、図３に示す試験装置を用いて、結晶水を含む鉄鉱石にプラスチックを浸透させ、プラスチックを浸透させた鉄鉱石の強度と被還元性を評価した。なお、この実施例では、実施例１の鉄鉱石処理槽２３を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’として使用した。
【００６０】
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入した。
【００６１】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’を５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内の鉄鉱石の結晶水を熱分解除去した。
【００６２】
次に、プラスチック原料槽２１からプラスチックを鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に装入した。鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’の加熱を中止して自然放冷による冷却と、電気炉による鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’の加熱を組み合わせて、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内の温度を３５０℃に制御して、３５０℃で鉄鉱石へのプラスチックの浸透処理を実施した。
【００６３】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から揮発するガス状態のプラスチックは、ガス状プラスチック搬送管４７を通って室温に温度制御されたプラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りはプラスチック回収槽２６から揮発するので、これをガス状プラスチック排出管４８を通して燃焼放散装置に導いて処理した。
３５０℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に残留している余剰の溶融プラスチックを、実験終了時に、を溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
【００６４】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石を、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から取出して、強度と被還元性を実施例１と同様に評価した。
評価結果を表４に示す。
【００６５】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇した。その品質改善効果は、実施例１とほぼ同等であった。しかしながら、このときの鉄鉱石処理槽を室温から５５０℃に加熱し、鉄鉱石処理槽を３５０℃にして浸透処理するのに要した処理時間は１１５分であった。鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’のみで、結晶水の熱分解処理、プラスチックの溶融処理、及び鉱石へのプラスチックの浸透処理を実施するため、処理時間が長くなり、浸透処理の効率低下が生じた。
【００６６】
【表４】
【００６７】
（比較例１）
図３に基づき、結晶水を含む鉄鉱石にプラスチックを浸透させる方法を説明する。
実施例４で用いた、図３に示す試験装置を用いて、結晶水を含む鉄鉱石にプラスチックを浸透させ、プラスチックを浸透させた鉄鉱石の強度と被還元性を評価した。
【００６８】
実施例１で用いた鉄鉱石と同じ種類の、結晶水を８ｍａｓｓ％含有した粒度１５〜２０ｍｍの塊状の鉄鉱石を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に、実施例１と等しい重量を装入した。実施例１で用いた廃プラスチックと同じ種類の、ポリエチレン２９ｍａｓｓ％、ポリプロピレン２４ｍａｓｓ％、およびポリスチレン２８％を含む廃プラスチックをプラスチック原料槽２１に装入した。
【００６９】
続いて、プラスチック原料槽２１からプラスチックを鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に装入し、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内の温度を４５０℃に制御して、４５０℃で鉄鉱石へのプラスチックの浸透処理を実施した。
【００７０】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から揮発するガス状態のプラスチックは、実施例４と同様に、プラスチック回収槽２６で、一部は凝縮し液体状態で回収され、残りは燃焼放散装置に導いて処理した。
４５０℃で浸透処理を実施した後に、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’に残留している余剰の溶融プラスチックを、実験終了時に、溶融プラスチック受け槽２７に回収した。
【００７１】
鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’を室温まで冷却した後に、プラスチックが浸透した鉄鉱石を鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’から取出して、強度と被還元性を評価した。
評価結果を表５に示す。
【００７２】
【表５】
【００７３】
プラスチック浸透処理鉱石は、処理前の結晶水を８ｍａｓｓ％含有した鉄鉱石よりも、ＲＤＩが低下し、還元率が上昇するという品質改善効果が得られたが、実施例１〜４の品質改善効果には及ばなかった。実施例１〜４の品質改善効果には及ばなかった原因は、鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽２３’内で浸透処理されるさいに、同時に結晶水の熱分解が生じるため、鉄鉱石内から発生する結晶水の蒸気に邪魔されて、鉄鉱石中へのプラスチックの浸透が阻害されたためと考えられる。
【符号の説明】
【００７４】
１ プラスチック原料槽
２ プラスチック溶融槽
３ 鉄鉱石原料槽
４ 鉄鉱石処理槽
５ 鉄鉱石成品槽
６ プラスチック回収槽
７ 溶融プラスチック搬送ポンプ
８ 溶融プラスチック搬送ポンプ
９ 溶融プラスチック搬送管
10 溶融プラスチック搬送管
11 ガス状プラスチック搬送管
12 ガス状プラスチック排出管
13 ガス状プラスチック排出管
21 プラスチック原料槽
22 プラスチック溶融槽
23 鉄鉱石処理槽
23’ 鉄鉱石処理槽兼プラスチック溶融槽
24 プラスチック回収槽
25 プラスチック回収槽
26 プラスチック回収槽
27 溶融プラスチック受け槽
28 溶融プラスチック搬送ポンプ
29 溶融プラスチック搬送ポンプ
30 溶融プラスチック搬送ポンプ
31 撹拌機
41 溶融プラスチック搬送管
42 溶融プラスチック搬送管
43 ガス状プラスチック搬送管
44 ガス状プラスチック搬送管
45 ガス状プラスチック排出管
46 溶融プラスチック搬送管
47 ガス状プラスチック搬送管
48 ガス状プラスチック排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶水を含む鉄鉱石を加熱し、結晶水を熱分解除去して、鉄鉱石の内部に気孔を生成させる工程と、前記生成した鉄鉱石の内部の気孔に、溶融状態のプラスチックを浸透させて、プラスチックが浸透した鉄鉱石を製造する工程とを有する高炉装入原料の製造方法であって、前記溶融状態のプラスチックを浸透させる時の温度を、前記結晶水を熱分解除去するときの温度以下とすることを特徴とする高炉装入原料の製造方法。
【請求項２】
前記結晶水を含む鉄鉱石が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の粒径の塊状の鉄鉱石であることを特徴とする請求項１記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項３】
前記結晶水を含む鉄鉱石中の結晶水の割合が４ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項４】
前記溶融状態のプラスチックの原料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、若しくはポリスチレン、又はこれらを含む混合物を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項５】
前記溶融状態のプラスチックの原料の一部又は全部として、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び、ポリスチレンのうちの１種又は２種以上を、加熱して熱分解したガスを冷却して得られる常温で固体または液体の生成物を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項６】
前記結晶水を熱分解除去するときの温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項７】
前記溶融状態のプラスチックが、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱した後に得られるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項８】
前記溶融状態のプラスチックを浸透させるときの温度が２００〜３５０℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法に使用する高炉装入原料の製造装置であって、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱して溶融するプラスチック溶融槽と、結晶水を含む鉄鉱石を３５０〜５５０℃に加熱して結晶水を熱分解除去する鉄鉱石処理槽と、前記プラスチック溶融槽中の溶融状態のプラスチックを結晶水が熱分解除去された鉄鉱石が存在する前記鉄鉱石処理槽へ移送する溶融プラスチック移送管とを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造装置。
【請求項１】
結晶水を含む鉄鉱石を加熱し、結晶水を熱分解除去して、鉄鉱石の内部に気孔を生成させる工程と、前記生成した鉄鉱石の内部の気孔に、溶融状態のプラスチックを浸透させて、プラスチックが浸透した鉄鉱石を製造する工程とを有する高炉装入原料の製造方法であって、前記溶融状態のプラスチックを浸透させる時の温度を、前記結晶水を熱分解除去するときの温度以下とすることを特徴とする高炉装入原料の製造方法。
【請求項２】
前記結晶水を含む鉄鉱石が１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の粒径の塊状の鉄鉱石であることを特徴とする請求項１記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項３】
前記結晶水を含む鉄鉱石中の結晶水の割合が４ｍａｓｓ％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項４】
前記溶融状態のプラスチックの原料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、若しくはポリスチレン、又はこれらを含む混合物を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項５】
前記溶融状態のプラスチックの原料の一部又は全部として、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び、ポリスチレンのうちの１種又は２種以上を、加熱して熱分解したガスを冷却して得られる常温で固体または液体の生成物を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項６】
前記結晶水を熱分解除去するときの温度が３５０〜５５０℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項７】
前記溶融状態のプラスチックが、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱した後に得られるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項８】
前記溶融状態のプラスチックを浸透させるときの温度が２００〜３５０℃であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造方法に使用する高炉装入原料の製造装置であって、プラスチックを２００〜３５０℃に加熱して溶融するプラスチック溶融槽と、結晶水を含む鉄鉱石を３５０〜５５０℃に加熱して結晶水を熱分解除去する鉄鉱石処理槽と、前記プラスチック溶融槽中の溶融状態のプラスチックを結晶水が熱分解除去された鉄鉱石が存在する前記鉄鉱石処理槽へ移送する溶融プラスチック移送管とを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の高炉装入原料の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２４６７４２（Ｐ２０１１−２４６７４２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８６２４（Ｐ２０１０−１１８６２４）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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