JP2001183074A - 溶融スラグの処理設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理能力が大きく、冷却されたスラグが容易
に剥離されると共に、冷却装置にかかる冷却負荷の変動
が低減され、安定した操業を行うことができる溶融スラ
グの冷却固化設備を提供すること。 【解決手段】 炉内に溶融物を滞留させながら溶融処理
を行う型式の溶融炉から排出される溶融スラグの処理設
備であって、その外周面上に溶融スラグを供給して付着
させるための一対の水冷ドラム２１ａ，２１ｂが外周面
を接して水平に配置され、この一対の水冷ドラム２１
ａ，２１ｂが何れも外周面を接した箇所が上方に向かう
方向に回転するように構成された溶融スラグ冷却装置２
０と、溶融スラグ冷却装置２０から排出されたスラグ６
２をガラス転移点を下回る温度範囲まで冷却するための
二次冷却装置３０ａ，３０ｂと、溶融炉１０から溶融ス
ラグ冷却装置２０へ供給する溶融スラグの流量調節機構
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は都市ごみなどの廃棄
物焼却残渣を溶融処理した際に排出される溶融スラグを
冷却して固化させる設備であって、特に、炉内に溶融物
を滞留させながら溶融処理を行う型式の溶融炉から排出
される溶融スラグの処理設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】廃棄物の溶融処理施設においては、発生
する溶融スラグをスラグ置き場へ搬送して徐冷したり、
水中に投入して急冷することにより溶融スラグを固化す
る処理が行われている。

【０００３】溶融スラグを急冷する処理においては、上
記のような直接冷却の他に、間接冷却による試みがなさ
れている。この間接冷却による急冷法については、冷却
された金属体の上に溶融スラグを供給して冷却する技術
の提案がなされており、その利点として、水分を含まな
いスラグが得られるため、セメント原料などに供する場
合に乾燥処理を必要としないことなどが挙げられてい
る。

【０００４】上記の間接冷却による急冷処理について
は、種々の技術が提案されているが、そのうち、冷却さ
れた回転体の上に溶融スラグを供給して冷却する方式の
技術がある。この技術においては、冷却されたロールや
ドラムなどの円筒状回転体の外周面上に溶融スラグを供
給して付着させ、冷却・固化されたスラグを剥離して排
出する操作が行われる。このような技術としては、例え
ば、特開平１０−２８７４５３号公報、特開昭６０−２
６４３４９号公報、特公昭６１−８９１２号公報に開示
された装置が示されている。

【０００５】特開平１０−２８７４５３号公報に記載さ
れている装置は、複数の水冷ロールが外周面を接して配
置されたものであって、廃棄物などの溶融炉から発生す
る溶融スラグを上記の水冷ロールの上に落下させ、複数
の水冷ロール上を順次転送しながら冷却・造粒する構成
になっている。

【０００６】特開昭６０−２６４３４９号公報に記載さ
れている装置は、冷却された２基のロールが水平方向に
間隔をあけて配置されており、２基のロールの間に溶融
スラグを供給するようになっている。この装置によれ
ば、２基のロールが互いに下側に向かって噛み合う状態
になるように反対方向に回転し、スラグが圧延されて下
方へ押し出される。次いで、押し出されたスラグは冷却
パネルの間を通過して再度冷却された後、破砕される。

【０００７】又、特公昭６１−８９１２号公報に記載さ
れている装置は、冷却された２基のドラムが外周面を接
して水平に配置されており、２基のドラムの間に溶融ス
ラグを供給するようになっている。この装置によれば、
２基のドラムが互いに付着した溶融スラグを上側へ持ち
上げるように反対方向に回転し、付着したスラグはドラ
ムの下端部に設けられたピンチロールで押圧され、さら
にカッターにより掻き取られて排出される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の技
術においては、次のような問題点がある。特開平１０−
２８７４５３号公報に記載されている装置においては、
溶融スラグを冷却する際に、同時に粒状化する構成にな
っているので、溶融スラグを滴下するように供給しなけ
ればならない。このため、水冷ロールの外周面が冷却面
として活用される度合いが非常に小さく、装置の処理能
力が小さい。

【０００９】特開昭６０−２６４３４９号公報に記載さ
れている装置においては、２基のロールの間隙からスラ
グが圧延されて下方へ押し出されるので、水冷ロールの
冷却面が最大でも外周面の１／４周分（９０°分）であ
り、ロールの外周面が冷却面として活用される度合いが
小さい。

【００１０】又、特公昭６１−８９１２号公報に記載さ
れている装置においては、ドラムに付着して冷却・固化
したスラグをピンチロールやカッターなどを使用して剥
離しなければならないので、ドラムの外周面に疵が発生
しやすい。そして、外周面に疵があるドラムを使用する
と、ドラムに付着したスラグが更に剥離しにくくなる。

【００１１】さらに、都市ごみなどの廃棄物焼却残渣を
溶融処理した際に排出される溶融スラグの処理におい
て、電気抵抗式溶融炉や電磁誘導式溶融炉などのよう
に、炉内に溶融物を滞留させながら溶融処理を行う型式
の溶融炉を使用した場合、溶融物の温度変動や組成変動
による粘性の変化、或いは炉壁付近に生成する固化層な
どの影響によって炉内に滞留している溶融スラグが定量
的に抜き出されないことがある。

【００１２】そして、流量変動が起こる状態で抜き出さ
れた溶融スラグを冷却装置へ供給していると、冷却装置
が過負荷になって異常状態になったり、スラグの固化が
不十分になったりするが、仮に、流量変動がなくても、
溶融スラグの温度変動があると、冷却装置の冷却負荷が
変わり、正常の状態での操業ができなくなることがあ
る。

【００１３】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、処理能力が大きく、冷却されたスラグが容易に剥離
されると共に、冷却装置にかかる冷却負荷の変動が低減
され、安定した操業を行うことができる溶融スラグの冷
却固化設備を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題は次の発明に
より解決される。

【００１５】第１の本発明は、冷却可能に構成され、そ
の外周面上に溶融スラグを供給して付着させるための一
対の円筒状回転体が外周面を接して水平に配置され、こ
の一対の円筒状回転体が何れも外周面を接した箇所が上
方に向かう方向に回転するように構成された溶融スラグ
冷却装置と、溶融スラグ冷却装置から排出されたスラグ
をガラス転移点を下回る温度範囲まで冷却するための二
次冷却装置と、溶融スラグ冷却装置へ供給する溶融スラ
グの流量調節機構を備えたことを特徴としている。

【００１６】第２の本発明は、第１の本発明において、
円筒状回転体に付着したスラグが離脱点に達した時点で
可塑性を有する状態に保持されるためのスラグ温度調整
機構を備えたことを特徴としている。

【００１７】円筒状回転体を用いる溶融スラグの冷却・
固化処理において、円筒状回転体からのスラグの剥離が
容易であることが、安定操業を行うための条件の一つで
ある。そこで、本発明者らが、円筒状回転体に付着した
スラグを容易に剥離させる条件を見出すために種々の試
験を行った結果、次のような知見を得た。すなわち、ス
ラグが十分に冷却されておらず、未だ可塑性を有する状
態においては、冷却された金属体とスラグとの付着度合
いは非常に小さい。そして、スラグが可塑性を有する状
態で付着している円筒状回転体を回転させ、スラグを離
脱点に到達させると、付着していたスラグはたやすく剥
離する。

【００１８】円筒状回転体に付着したスラグを可塑性を
有する状態に保持するためには、付着したスラグの外面
の温度をそのスラグの溶流点未満でかつガラス転移点を
超える範囲に保持し、スラグを冷却不十分の状態にす
る。スラグの温度が溶流点未満であれば、スラグが帯状
に成形された状態に保たれ、又スラグの温度がガラス転
移点を超える範囲であれば、スラグは可塑性を有する状
態に保たれる。なお、溶融スラグは発生源や被処理物の
種類によって組成が異なるので、溶流点及びガラス転移
点については、その組成における値を用いる必要があ
る。

【００１９】上記溶流点とは、ＪＩＳ（Ｋ２１５１）に
規定された方法によって測定される温度であって、現象
的には、固体スラグを加熱して昇温させたときに、最初
に溶融・流動が始まる温度を指すものとする。なお、こ
の温度状態におけるスラグの粘度は１０⁵ poise程度で
あると言われている。

【００２０】付着したスラグの温度管理はスラグの組成
によって異なるが、上限温度が１２００〜１３５０℃程
度の範囲、下限温度が６００〜１０００℃程度の範囲に
設定される。

【００２１】本発明においては、一対の円筒状回転体が
何れも外周面を接した箇所が、朝顔の外形を描くよう
に、上方に向かって回転するので、円筒状回転体に付着
したスラグは上昇して外側へ移動し、次いで、下降して
上記の外周面を接した箇所と同じ高さの位置（以下、離
脱点と言う）に達する。この位置において、スラグが可
塑性を有する温度に保持されていれば、円筒状回転体上
に形成されている帯状のスラグは自重によって円筒状回
転体から自然剥離し、垂れ下がって下降する。もしも、
スラグの温度が可塑性を有する温度を下回っている場合
には、帯状のスラグが円筒状回転体の曲率に合わせた形
状に固化して付着し、上記のような自然剥離が行われな
くなる。

【００２２】このため、離脱点におけるスラグを可塑性
を有する温度に保たせるために、付着したスラグの温度
を調整する機構と溶融スラグの供給量を調節する流量調
節機構を備えており、溶融スラグ供給流量の調節或いは
円筒状回転体の回転数変更が行われる。

【００２３】具体的に説明すると、本発明においては、
溶融スラグ冷却装置にかかる冷却負荷の変動が低減され
るようになっている。第一に、溶融スラグの流量調節機
構によって、溶融スラグが溶融炉から冷却装置へ定量的
に供給されるようになっており、負荷の平均化が図られ
ている。第二に、溶融スラグの温度変化による冷却負荷
の変動に備えて、円筒状回転体に付着したスラグの温度
を所定範囲に保たせるためのスラグ温度調整機構を設け
られており、溶融スラグの流量調節などが行われる。

【００２４】そして、前記のように、本発明において
は、スラグの冷却が、冷却された円筒状回転体を備えた
溶融スラグ冷却装置と二次冷却装置により２段階で行わ
れる。このため、円筒状回転体から剥離したスラグの温
度が変動しても、スラグを所定温度まで容易に降下させ
ることができる。そして、これにより負荷変動に対処す
ることができるので、装置の小型化を図ることができ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の設備に係る実施の
形態の一例を示す図である。この図において、１０は廃
棄物の焼却残渣を溶融処理する電気抵抗式溶融炉、２０
は溶融スラグ冷却装置、３０ａ，３０ｂは二次冷却装置
である。

【００２６】溶融炉１０は電気抵抗熱により溶融する炉
であって、焼却残渣の溶融物が炉内に滞留している間に
３層に分かれて分離された、溶融塩、溶融スラグ、溶融
メタルをそれぞれ抜き出すための、溶融塩排出口１１、
溶融スラグ排出口１２、溶融メタル排出口１３が設けら
れている。溶融スラグ排出口１２には排出流量を調節す
るための流量調節ゲート１４が設けられており、この流
量調節ゲート１４は制御器４０からの指示信号によって
駆動されるようになっている。１５は溶融炉へ装入する
焼却残渣の量を連続的に計量する計量コンベアであり、
この計量値は制御器４０へ送られる。１６は溶融炉全体
の重量を計量するためのロードセルであり、この計量値
は制御器４０へ送られる。制御器４０においては、これ
らの計量値と予め分析しておいた焼却残渣の成分組成に
基づいて溶融スラグの生成量が求められる。

【００２７】溶融スラグの排出は、原則として、定量的
に行われ、溶融スラグ冷却装置２０にかかる冷却負荷が
平均化されるようになっている。溶融スラグを連続排出
する場合には、溶融スラグの抜き出し量が生成量相当に
なるように、流量調節ゲート１４の開度が調節される。
又、間欠排出の場合には、炉内に貯留された溶融スラグ
が予め設定された流量或いは予め設定された時間で排出
されるように、流量調節ゲート１４の開度が調節され
る。ただし、溶融スラグの排出方法は上記の方法に限定
されるものではなく、溶融スラグの排出流量が調整でき
る機構による方法であればよい。

【００２８】溶融塩及び溶融メタルは、通常、間欠的に
排出される。ただし、これらの排出方法が間欠排出に限
定されるものではなく、連続排出であってもよい。

【００２９】溶融スラグ冷却装置２０は溶融炉１０から
排出された溶融スラグを円筒状回転体に付着させて冷却
する装置であって、円筒状回転体の一つとして水冷ドラ
ムが使用される。２１ａ，２１ｂは溶融スラグを付着さ
せて冷却するための金属製の水冷ドラムである。又、２
３は溶融炉の溶融スラグ排出口１２に接続されたスラグ
樋、６０は溶融炉から供給された溶融スラグ、６１は水
冷ドラム２１ａ，２１ｂに付着したスラグを示す。

【００３０】水冷ドラム２１ａ，２１ｂの内部には冷却
水の配管が組み込まれており、内壁を冷却するためのス
プレーノズルが多数設けられている。又、内部の下半分
の部分にはスプレーノズルから噴射された水が滞留する
ようになっており、下部においても冷却される構造にな
っている。回転軸２２ａ，２２ｂには冷却水の供給、排
水のための流路がそれぞれ設けられている。この２基の
水冷ドラム２１ａ，２１ｂは互いに外周面を接して水平
に配置されおり、図中に矢印で示すように、互いに反対
方向に回転し、何れも外周面を接した箇所が上方に向か
って上昇する方向に回転する。２４は２基の水冷ドラム
２１ａ，２１ｂの上に溶融スラグを貯えるための堰板で
あり、水冷ドラム２１ａ，２１ｂの両端部の外周面に接
して設けられている。

【００３１】４１は２基の水冷ドラム２１ａ，２１ｂの
上に貯えられた溶融スラグの液面を計測する超音波式の
液面計であり、この計測値は制御器４０へ送られる。液
面計４１は溶融スラグの液面が上下限レベルの設定値か
ら外れた際に、溶融炉の流量調節ゲート１４の開度を変
えて溶融スラグの供給量を調節し、異常状態にならない
ようにするために設けられている。

【００３２】又、４２は水冷ドラム２１ａ，２１ｂに付
着したスラグの表面温度を測定するための赤外線温度計
である。この温度計４２は離脱点Ｆの付近におけるスラ
グの温度測定が可能な位置に配置されている。温度計４
２の計測値は制御器４０へ送られる。そして、この温度
信号に基づいて、スラグの温度が所定範囲（可塑性を有
する温度範囲）になるように、制御器４０から水冷ドラ
ム２１ａ，２１ｂの駆動部（図示せず）へ指示信号が送
られ、水冷ドラム２１ａ，２１ｂの回転数が増減され
る。この回転数の増減によって、水冷ドラム２１ａ，２
１ｂによる溶融スラグの冷却量が調節される。さらに、
水冷ドラム２１ａ，２１ｂの回転数が上下限の設定値ま
で増減された場合には、溶融炉の流量調節ゲート１４の
開度が変えられて溶融スラグの供給量が調節され、水冷
ドラム２１ａ，２１ｂにかかる冷却負荷を増減させる操
作が行われる。

【００３３】なお、温度計４２は一方の水冷ドラム２１
ａ側にしか配置されていないが、２基の水冷ドラム２１
ａ，２１ｂに付着するスラグの量はほぼ同じであり、又
冷却量もほぼ同じであるので、２基の水冷ドラム２１
ａ，２１ｂに付着するスラグの温度はほぼ同じであるも
のと見なすことができる。

【００３４】二次冷却装置３０ａ，３０ｂは水冷ドラム
２１ａ，２１ｂから剥離したスラグ６２に冷却流体を吹
き付けて、スラグの温度をガラス転移点以下にし、以後
の処理工程に支障が生じない程度に冷却するものであ
る。冷却流体としては、水、空気などを使用することが
できるが、この実施の形態においては、水が使用され
る。３１ａ，３１ｂは流量計、３２ａ，３２ｂは水を微
細化して吹き付けるスプレーノズルである。

【００３５】二次冷却装置３０ａ，３０ｂにおいては、
温度計４２の計測値（二次冷却前の温度）に基づく制御
器４０からの信号が流量計３１ａ，３１ｂへ送られ、吹
き付ける水の流量が制御される。

【００３６】上記のように、この実施の形態における二
次冷却は、冷却流体として水を吹き付ける直接冷却であ
り、冷却効率が非常によいので、少量の水を吹き付ける
だけでスラグの温度を大幅に低下させることができる。
又、この冷却における冷却量の調節は吹き付け水の流量
変更によって行われ、水の流量を変えるだけで冷却量を
大幅に変化させることができる。このため、円筒状回転
体から剥離してきたスラグの温度が大幅に変動しても、
スラグを所定温度まで容易に降下させることができる。
上記のように、本発明は冷却された円筒状回転体により
帯状のスラグを形成させる間接冷却と冷却流体の吹き付
けによる直接冷却よりなる２方式が組み合わせられた構
成になっているので、溶融スラグの温度が変動したり、
溶融スラグの供給量が変動して冷却不十分の度合いが大
きいスラグが剥離してきても、冷却流体の吹き付けによ
り、これを冷却して固化させることができ、負荷変動に
対処することができる。

【００３７】５０ａ，５０ｂは水冷ドラム２１ａ，２１
ｂの下方に設けられた破砕機であり、水噴霧により冷却
されて固化したスラグを破砕する。

【００３８】５１は破砕されたスラグを篩い分け処理、
摩砕処理（丸み付け）などを行う工程へ搬送するための
コンベアである。

【００３９】なお、図１に示す実施の形態においては、
水冷ドラム２１ａ，２１ｂの回転数或いは溶融スラグの
供給流量が温度計４２により計測された温度に基づいて
制御されるように構成され、又、剥離されたスラグ６
２，６２に二次冷却装置３０ａ，３０ｂから吹き付ける
冷却流体の流量が温度計４２により計測された温度に基
づいて制御される構成になっているが、本発明において
は、必ずしも、水冷ドラムの回転数や冷却流体の流量を
自動調節するための制御機構を備えなければならない訳
ではない。又、溶融スラグの供給流量調節は、必ずし
も、温度計４２の計測値に基づく制御には限定されな
い。

【００４０】すなわち、水冷ドラム２１ａ，２１ｂの回
転数の変更は、溶融スラグの温度や供給流量が変動した
場合に、付着したスラグの冷却量を変えて、スラグを可
塑性を有する温度範囲に保つために行うものであるが、
前述のように、付着したスラグの温度はスラグの溶流点
〜ガラス転移点の範囲に管理されるので、その温度幅は
非常に広い。このため、供給される溶融スラグの温度変
動や流量変動があまり大きくない場合には、状況に応じ
て水冷ドラム２１ａ，２１ｂの回転数を手動で調節する
操作を行うことによっても、付着したスラグの温度を所
定の範囲に保つことができる。

【００４１】又、二次冷却装置３０ａ，３０ｂによるス
ラグの冷却は水冷ドラム２１ａ，２１ｂから剥離したス
ラグを急冷して固化させ、装置を小型化するために行う
操作であって、供給される溶融スラグの温度変動や流量
変動があまり大きくない場合には、状況に応じて冷却流
体の流量を手動で調節する操作を行ってもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、円筒状回転体に付着し
たスラグが離脱点に達した時点で、そのスラグを可塑性
を有する状態に保持するので、円筒状回転体に付着して
冷却されたスラグを極めて容易に剥離させて排出するこ
とができる。

【００４３】又、スラグの冷却が溶融スラグ冷却装置と
二次冷却装置により２段階に行われるので、処理能力が
大きく、負荷変動にも対処することができる。

【００４４】さらに、本発明によれば、溶融スラグの流
量調節機構及び円筒状回転体に付着したスラグの温度を
調整する機構が設けられているので、溶融スラグ冷却装
置にかかる冷却負荷の変動が低減され、安定した操業を
継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の設備に係る実施の形態の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１０ 電気抵抗式溶融炉 １１ 溶融塩排出口 １２ 溶融スラグ排出口 １３ 溶融メタル排出口 １４ 流量調節ゲート１４ １５ 計量コンベア １６ ロードセル ２０ 溶融スラグ冷却装置 ２１ａ，２１ｂ 水冷ドラム ２１ａ，２１ｂ 水冷ドラム ２２ａ，２２ｂ 水冷ドラムの回転軸 ２２ａ，２２ｂ 回転軸 ２３ スラグ樋 ２４ 溶融スラグを貯えるための堰板 ３０ａ，３０ｂ 二次冷却装置 ３１ａ，３１ｂ 流量計 ３２ａ，３２ｂ スプレーノズル ４０ 制御器 ４１ 液面計 ４２ 温度計 ６０ 溶融スラグ ６１ 付着したスラグ ６２ 剥離したスラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ２３Ｇ 5/00 １１５ Ｆ２３Ｊ 1/08 Ｆ２３Ｊ 1/00 Ｂ０９Ｂ 3/00 ＺＡＢ 1/08 ３０３Ｋ (72)発明者 平岡 英伸 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 渡辺 克夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 3K061 AA18 AA24 AB03 AC03 CA13 DA13 DA14 DB20 NB14 NB18 NB21 NB30 NC03 NC07 NC09 4D004 AA46 CA29 CA32 CB09 CB31 CB32 DA01 DA02 DA06 DA11 DA12 4G012 JK05 4K063 AA04 BA13 CA04 CA06 HA23 HA54 HA57 HA66

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内に溶融物を滞留させながら溶融処理
   を行う型式の溶融炉から排出される溶融スラグの処理設
   備において、冷却可能に構成され、その外周面上に溶融
   スラグを供給して付着させるための一対の円筒状回転体
   が外周面を接して水平に配置され、この一対の円筒状回
   転体が何れも外周面を接した箇所が上方に向かう方向に
   回転するように構成された溶融スラグ冷却装置と、溶融
   スラグ冷却装置から排出されたスラグをガラス転移点を
   下回る温度範囲まで冷却するための二次冷却装置と、溶
   融スラグ冷却装置へ供給する溶融スラグの流量調節機構
   を備えたことを特徴とする溶融スラグの処理設備。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の溶融スラグの処理設備
   において、円筒状回転体に付着したスラグが離脱点に達
   した時点で可塑性を有する状態に保持されるためのスラ
   グ温度調整機構を備えたことを特徴とする溶融スラグの
   処理設備。