JP2004026548A - スラグの冷却方法およびスラグ生成設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】十分な圧縮強度を確保でき、短時間に冷却できて生産性がよい。
【解決手段】成分調整するか、ベースメタル上で溶融するプラズマ式溶融炉を使用し、溶融スラグのＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とし、溶融スラグＭＳを一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂ間に導入して板状に成形し冷却することにより、無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に対応した冷却速度で８００℃まで冷却して、結晶析出点を通過させ、板状スラグの結晶化度を１０％以上とする。
【選択図】 図１
【解決手段】成分調整するか、ベースメタル上で溶融するプラズマ式溶融炉を使用し、溶融スラグのＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とし、溶融スラグＭＳを一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂ間に導入して板状に成形し冷却することにより、無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に対応した冷却速度で８００℃まで冷却して、結晶析出点を通過させ、板状スラグの結晶化度を１０％以上とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉から排出されるスラグの冷却方法およびスラグ生成設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、灰溶融炉から排出される溶融スラグは、直接冷却水中に投入して冷却することにより水砕スラグを生成するものがあり、また溶融スラグをバケットなどに収容して自然空冷するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水冷により生成される水砕スラグは、熱応力による割れのために細粒となり、またガラス質状の非結晶質であるため、圧縮強度が小さいという問題があった。このため、たとえば道路用アスファルトの骨材として使用する場合、水砕スラグには細粒が多く、規格上許容される粒度分布の範囲が狭い。また圧縮強度が低いために添加できる量が限られ、歩留まりが悪く有効利用されにくいという問題があった。
【０００４】
一方、自然空冷されるスラグは、結晶質で圧縮強度は十分であるが、固化に長時間を要するため、広い空冷エリアが必要で、生産性が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、十分な圧縮強度を確保できるとともに、短時間に冷却できて生産性が高い溶融スラグの冷却方法およびスラグ生成設備を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、溶融スラグを一対の冷却用無端回動体の間に導入して板状に成形し冷却するに際し、前記無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、冷却用無端回動体間を通過させることにより、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に対応した冷却速度で８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、板状スラグの結晶化度を１０％以上とするものである。
【０００７】
上記構成によれば、灰を成分の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、板状スラグの板厚に対応して、冷却速度を制御することにより、板状スラグにに結晶化度１０％以上で析出させることができる。したがって、板状スラグにアスファルトの骨材として必要な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷に比較して冷却に要する時間や空冷エリアを大幅に減縮することができ、生産性を向上させることができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、灰を加熱溶融する溶融炉と、対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体の間に、前記溶融炉から溶融スラグを導入して板状スラグに成形し冷却するスラグ冷却装置と、前記灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に基づいて、スラグの冷却速度を制御するスラグ生成制御装置とを具備し、前記板状スラグの結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【０００９】
上記構成によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを冷却用無端回動体により連続して冷却成形することができ、冷却用無端回動体により灰の塩基度と板厚に対応した冷却速度で溶融スラグを板状に圧延形成することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、これによりアスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。したがって、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、広い空冷エリアも不要で、生産性を向上することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るスラグ生成設備の実施の形態を図１〜図１６に基づいて説明する。
【００１１】
図１に示すように、このスラグ生成設備は、たとえば溶融炉（図ではプラズマ式）２１から連続して排出される溶融スラグＭＳをスラグ冷却装置１に導入し、スラグ冷却装置１の冷却用無端回動体の一例である一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂにより冷却して少なくとも表面が固化された板状スラグＣＳに成形し、その冷却速度を水冷に比べて十分に遅くしてスラグの結晶化度を１０〜７０％に高め、板状スラグＣＳの一軸圧縮強度を、アスファルトなどの骨材として使用可能な９８０×１０４Ｐａ以上（１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上）に高めるもので、自然空冷に比べて大幅な冷却時間の短縮を図り、生産性を高めることができるものである。
【００１２】
灰溶融炉２１は、たとえばプラズマ式電気炉が採用され、炉本体２２の一端側に灰投入口２３が形成されるとともに、他端側にスラグ排出口２４が形成されている。灰投入口２３には、灰ホッパ２５の灰Ａを所定量ずつ炉本体２２内に供給する灰プッシャー２６が配置されている。
【００１３】
この炉本体２２の底部にはベースメタルＢＭが収容配置され、炉本体２の天部には、昇降位置調整自在な複数の電極（陰電極および陽電極）２８が昇降自在に垂下されており、炉本体２２および電極２８に形成されたガス供給孔２９から不活性ガス（たとえば窒素ガス）を炉本体２２内に充填されて不活性ガス（酸素不足）雰囲気に保持し、電源装置３０から供給された電流により、電極２８とベースメタルＢＭとの間にプラズマアークを発生させ、ベースメタルＢＭ上の灰Ａを加熱溶融して溶融スラグＭＳを生成する。スラグ排出口２４には、一定量を越えた溶融スラグＭＳをオーバーフローさせて排出する堰部３１が設けられ、スラグ排出口２４から溶融スラグＭＳをほぼ連続して滴下排出するように構成されている。なお、プラズマアークを停止後、炉本体２２を傾けてスラグ排出口２４から溶融スラグＭＳを滴下排出するものであってもよい。
【００１４】
スラグ冷却装置１は、図１〜図３に示すように、基台フレーム３上に溶融炉２１のスラグ排出口２４側下位と外側上位に水平方向の前後一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂがロール軸受４Ａ，４Ｂを介して回転自在に配置されている。そして外側上位側の可動ロール軸受４Ｂが手前側の固定ロール軸受４Ａに対して接近離間自在に構成され、固定ロール軸受４Ａに支持された固定冷却用ロール２Ａと可動ロール軸受４Ｂに支持された可動冷却用ロール２Ｂが配置される。可動冷却用ロール２Ｂの可動ロール軸受４Ｂに、たとえば駆動源をコイルばねやエアシリンダなどからなる付勢機構を有するロール付勢装置を設置してもよいが、ここでは可動冷却用ロール２Ｂの自重と冷却水（冷却流体）の重量を利用して、固定冷却用ロール２Ａ側に付勢するように構成されており、その加圧力は、ウェイトなどを使用することでたとえば９．８×１０５〜９．８×１０６Ｐａ（１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２）の範囲で調整可能となっている。そして、両冷却用ロール２，２は、ロール回転駆動装置（電動または油圧モータ）６により、チェーンとスプロケット、分配ギヤなどからなる連動機構７を介して対抗部（成形隙間部）が下方に移動するように相対方向に同期速度で回転駆動される。
【００１５】
前記冷却用ロール２Ａ，２Ａは同一構造で、ガイド堰２０と冷却手段８を具備している。この冷却手段８は大型の灰溶融炉２１から連続的に溶融スラグＭＳが供給されるような大規模な設備に適したもので、図２に示すように、回転軸２ｂからロール本体２ａ内に冷却流体（冷却水または冷却空気）を供給排出する冷却用流路８ａ，８ｂ，８ｃが形成されており、冷却流体は一方のロータリジョイント８ｄからの回転軸２ｂの冷却用流路８ｂを介してロール本体２ａ内に供給され、回転軸２ｂの冷却用流路８ｃからロータリジョイント８ｅを介して排出される。
【００１６】
なお、冷却手段８の他の実施の形態として、図１７に示すように、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの外周面に、外部エアノズル１６から冷却エアを吹き付ける冷却手段１８Ａや、図１８に示すように、冷却用ロール２の外周面に、外部冷却水ノズル１７から冷却水を吹き付ける冷却手段１８Ｂであってもよい。１９は冷却用ロール２の表面に付着した水滴を除去するスクレーパである。
【００１７】
また上記冷却用ロール２，２は、スラグと接触する外周材を鋼製としたが、少なくともスラグと接触する外周材を、鋼製の熱伝導率に比較して１／１０程度の低い熱伝導率でかつ耐熱性で機械的強度を有する材質により形成して、冷却時間を長くすることもできる。たとえばこのような材質として、カーボンやセラミックスが採用可能で、図１９に示すように、中実のカーボン製またはセラミックス製のロール２Ｃや、図２０に示すように、鋼製ロール軸２ａの外周部にカーボン製またはセラミックス製の外筒２ｂを外嵌固定した複合ロール２Ｄとなる。
【００１８】
スラグ冷却装置１の冷却用ロール２Ａ，２Ｂ出口側には、成形されて下方に排出される板状スラグＣＳを受け止めるスチールコンベヤ１２が配置され、板状スラグＣＳがスチールコンベヤ１２上で折れ曲がって破断される。なお、必要に応じてスチールコンベヤ１２の上方に所定長さで板状の板状スラグＣＳを強制的に破断させる破断装置１１や切断装置を設けてもよい。
【００１９】
スチールコンベヤ９により搬送された板状スラグＣＳの破断片はトレイ１３に投入され、後工程で破砕機により粉砕されてアスファルトなどの骨材として再利用される。
【００２０】
冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口には、板状スラグＣＳの板厚を検出するスラグ厚み検出センサ（板厚検出手段）Ｓｔと、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口の板状スラグＣＳの温度（表面温度）を検出する第１温度センサ（高温部温度検出手段）Ｔ１が配置されている。またスチールコンベヤ９の出口近傍には、８００℃前後まで冷却された板状スラグＣＳの温度を検出する第２温度センサ（低温部温度検出手段）Ｔ２が配設されている。スラグ生成制御装置５１には、前記厚み検出センサＳｔの検出値に基づいて、ロール回転駆動装置６の回転速度を制御し目的の板厚の板状スラグＣＳを成形するスラグ厚み制御部５２と、灰の成分中の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）およびスラグ厚み検出センサＳｔにより検出される板状スラグＣＳに基づいて、適正な冷却速度となるように流量制御弁５３ａ，５３ｂを制御し、冷却用ロール２Ａ，２Ｂに供給する冷却水の流量を調整する冷却速度制御部５４と、予め実験されて測定され操作器５１から入力された板状スラグＣＳの板厚と塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）に対応する冷却速度との計測データを保存するメモリ５５とを具備し、板状スラグＣＳの冷却速度は、第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２の検出値に基づいてフイードバックされ、適正な冷却速度となるように構成されている。
【００２１】
なお、第１温度センサＴ１は冷却用ロール２，２の入口の溶融スラグＭＳの温度を検出するものであってもよい。
上記構成において、溶融炉１から冷却用ロール２Ａ，２Ｂ上に、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳが供給され、溶融スラグＭＳが冷却用ロール２Ａ，２Ｂにより両面から冷却されるとともに板状の固化スラグ（板状スラグ）ＣＳが成形される。さらに冷却用ロール２Ａ，２Ｂから排出された板状スラグＣＳは、破断されスチールコンベヤ１２に搭載され、スチールコンベヤ１２のベルト上で空冷されて８００℃まで冷却される。なお、ここでいう冷却速度は、冷却用ロール２Ａ，２Ｂによる直接冷却と、排出後の空冷との平均冷却速度である。そして、この時の灰の成分は、予め検査されて操作器５１からスラグ生成制御装置５１のメモリ５５に入力されており、スラグ生成制御装置５１では、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、スラグ厚み検出センサＳｔにより検出される板状スラグＣＳの板厚に対応して、流量制御弁５３ａ，５３ｂを制御し冷却用ロール２Ａ，２Ｂに供給する冷却水の流量を調整して冷却し、結晶析出点を通過させる。これにより得られる板状スラグＣＳは、図４に示すように、結晶化度が１０〜７０％の範囲で、一軸圧縮強度が９８０〜６３７０×１０４Ｐａ（１００〜６５０ｋｇｆ／ｃｍ２）の板状スラグＣＳを得ることができる。
【００２２】
またここで、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、スラグ厚み検出センサＳｔの検出値に基づいて冷却速度制御部５４により制御される冷却速度は表１の通りである。
【００２３】
【表１】
なお、結晶化度の上限を設定したのは、冷却に要する時間が長いと製造ラインが長くなり、また破砕時の破砕動力が大きくなって、生産の能率の低下につながるためである。
【００２４】
（実験例１）
灰を溶融炉１で加熱溶融し、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳを１５ｒ．ｐ．ｍ（回転速度：２．０４ｃｍ／ｓ）で回転される外径２６０ｍｍの鋼製冷却用ロールに導入して圧延し、板状スラグＣＳを形成した。この時の可動冷却用ロール２Ｂによる自重による加圧力は、９８×１０４Ｐａ（１０ｋｇ／ｃｍ２）であった。
【００２５】
▲１▼．ここで、塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）が０．８５の灰では、冷却速度３℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図５に示す。この図５のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１０．０％であった。
【００２６】
▲２▼．塩基度が１．０の灰では、冷却速度８℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図６に示す。この図６のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１５．０％であった。
【００２７】
▲３▼．塩基度が１．２の灰では、冷却速度１５℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図７に示す。この図７のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１９．８％であった。
【００２８】
▲４▼．塩基度が１．４の灰では、冷却速度３０℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図８に示す。この図８のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は３０．５％であった。
【００２９】
なお、上記Ｘ線回折分析図から結晶化度を算出する場合には、Ｘ線強度の３本の最大ピーク値を合計して合計ピーク値を求め、結晶化度が１００％の３本のピーク値を合計して飽和ピーク値を求め、結晶化度＝合計ピーク値／飽和ピーク値×１００（％）により求めている。また結晶化度と一軸圧縮強度との関係は図４に示す通りである。
【００３０】
以上のように、板厚１ｍｍ未満の板状スラグを成形した場合、多数のサンプリングにより表１に示すように下記の点が判明した。
塩基度が０．９未満では、冷却速度が３℃／分を越えると、結晶化度が１０．０％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６７．５％以上となる上限の冷却速度は１℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３℃／分〜１℃／分の範囲となる。
【００３１】
塩基度が０．９以上１．１未満では、冷却速度が８℃／分を越えると、結晶化度が１０．５％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６９％以上となる上限の冷却速度は３℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、８℃／分〜３℃／分の範囲となる。
【００３２】
塩基度が１．１以上１．３未満では、冷却速度が１５℃／分を越えると、結晶化度が１０．２％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６７．８％以上となる冷却速度は８℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１５℃／分〜８℃／分の範囲となる。
【００３３】
塩基度が１．３以上では、冷却速度が３０℃／分を越えると、結晶化度が１０．４％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６４．９％以上となる冷却速度は１５℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３０℃／分〜１５℃／分の範囲となる。
【００３４】
（実験例２）
同様にして板厚２．０ｍｍの板状スラグＣＳを形成した。
▲１▼．ここで、塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）が０．８５の灰では、冷却速度５℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図９に示す。この図９のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は２１．３％であった。
【００３５】
▲２▼．塩基度が１．０の灰では、冷却速度１５℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１０に示す。この図１０のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１３．０％であった。
【００３６】
▲３▼．塩基度が１．２の灰では、冷却速度３０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１１に示す。この図１１のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は２０．０％であった。
【００３７】
▲４▼．塩基度が１．４の灰では、冷却速度６０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１２に示す。この図１２のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は３１．９％であった。
【００３８】
以上のように板厚１〜２．５ｍｍ未満の板状スラグを成形した場合、多数のサンプリングにより、表１に示すように、下記の点が判明した。
塩基度が０．９未満では、冷却速度が５℃／分を越えると、結晶化度が１０．５％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６６．６％以上となる上限の冷却速度は１℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、５℃／分〜１℃／分の範囲となる。
【００３９】
塩基度が０．９以上１．１未満では、冷却速度が１５℃／分を越えると、結晶化度が１１．０％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６９．０％以上となる上限の冷却速度は５℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１５℃／分〜５℃／分の範囲となる。
【００４０】
塩基度が１．１以上１．３未満では、冷却速度が３０℃／分を越えると、結晶化度が１０．７％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６７．８％以上となる上限の冷却速度は１５℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３０℃／分〜１５℃／分の範囲となる。
【００４１】
塩基度が１．３以上では、冷却速度が６０℃／分を越えると、結晶化度が１０．６％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６８．６％以上となる上限の冷却速度は３０℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、６０℃／分〜３０℃／分の範囲となる。
【００４２】
（実験例３）
同様にして板厚３ｍｍの板状スラグＣＳを形成した。
▲１▼．ここで、塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）が０．８５の灰では、冷却速度１０℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図１３に示す。この図１３のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１２．８％であった。
【００４３】
▲２▼．塩基度が１．０の灰では、冷却速度３０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１４に示す。この図１４のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１１．２％であった。
【００４４】
▲３▼．塩基度が１．２の灰では、冷却速度５０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１５に示す。この図１５のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は３３．０％であった。
【００４５】
▲４▼．塩基度が１．４の灰では、冷却速度１００℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１６に示す。この図１６のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１６．３％であった。
【００４６】
ここで板厚２．５〜４．０ｍｍ未満の板状スラグを成形した場合、多数のサンプリングにより、表１に示すように、下記の点が判明した。
塩基度が０．９未満では、冷却速度が１０℃／分を越えると、結晶化度が１０．１％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６８．２％以上となる上限の冷却速度は１℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１０℃／分〜１℃／分の範囲となる。
【００４７】
塩基度が０．９以上１．１未満では、冷却速度が３０℃／分を越えると、結晶化度が１１．１％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６９．８％以上となる上限の冷却速度は１０℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３０℃／分〜１０℃／分の範囲となる。
【００４８】
塩基度が１．１以上１．３未満では、冷却速度が５０℃／分を越えると、結晶化度が１０．３％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が７０．０％以上となる上限の冷却速度は３０／分であり、したがって適正な冷却速度は、５０℃／分〜３０℃／分の範囲となる。
【００４９】
塩基度が１．３以上では、冷却速度が１００℃／分を越えると、結晶化度が１０．６％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が７０．０％以上となる上限の冷却速度は５０℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１００℃／分〜５０℃／分の範囲となる。
【００５０】
なお、上記試験により適正な冷却速度で冷却されて得られた各サンプルは、有害物質の溶出試験にも合格して無害であるのが確認された。
上記実施の形態によれば、９００℃〜１２００の溶融スラグＭＳを板状スラグＣＳに圧延形成するとともに、その板厚と灰の成分中の塩基度に対応した冷却速度で８００℃まで冷却して、結晶析出点を通過させることにより、１０％以上で部分結晶化された板状スラグＣＳを効率良く製造することができ、道路用アスファルトの骨材として必要な一軸圧縮強度以上の強度を確保することができる。したがって、自然空冷のように、広いスペースも不要で、短時間に固化スラグを生成することができ、生産効率がよい。
【００５１】
また板状スラグＣＳを成形するに際して、スラグ厚み検出センサＳｔで検出された板厚と、予めメモリ５５に記録された板厚と塩基度のデータに基づいて、冷却速度制御部５４により冷却用ロール２Ａ，２Ｂへの冷却水の供給制御を行うことで、適正な冷却速度で板状スラグＣＳを冷却成形することができる。そしてスラグ厚み検出センサＳｔによる板状スラグＣＳの板厚の検出値に基づいて、スラグ厚み制御部５２により、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの回転速度を制御して板厚を制御することができるので、溶融スラグＭＳの排出量の変動があっても、板状スラグＣＳの板厚を安定させることができ、冷却速度制御部５４による冷却制御を高精度で安定して行うことができる。さらに第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２により高温部の板状スラグＣＳの温度と、冷却後の板状スラグＣＳの温度とに基づいて、冷却速度をフイードバック制御するので、冷却速度の制御を高精度で行うことができ、安定した品質の板状スラグを製造することができる。
【００５２】
図２１は冷却用無端回動体と冷却手段の他の実施の形態を示すもので、冷却用ロール２，２に代えて、上下一対の回転体４１，４２を前後２組配置し、上下の回転体４１，４２間にそれぞれ鋼製ベルト（無端回動体）４３を巻張したものである。これにより、鋼製ベルト４３の間に溶融スラグＭＳを挟み込んで形状を保持した状態で冷却しつつ板状に成形することができ、溶融スラグを凝固させつつ板形状を十分に保持して徐冷することができる。また冷却手段１８Ｃとして、溶融スラグＭＳを挟み込んだ搬送側や戻り側の鋼製ベルト４３に冷却水や冷却エアを吹き付ける冷却ノズル４４が配置される。
【００５３】
なお、溶融炉は、抵抗炉やアーク炉、自己熱溶融式焼却炉であっても同様である。
【００５４】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、灰を成分の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、板状スラグの板厚に対応して、冷却速度を制御することにより、板状スラグにに結晶化度１０％以上で析出させることができる。したがって、板状スラグにアスファルトの骨材として必要な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷に比較して冷却に要する時間や空冷エリアを大幅に減縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００５５】
請求項３記載の発明は、灰を加熱溶融する溶融炉と、対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体の間に、前記溶融炉から溶融スラグを導入して板状スラグに成形し冷却するスラグ冷却装置と、前記灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に基づいて、スラグの冷却速度を制御するスラグ生成制御装置とを具備し、前記板状スラグの結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【００５６】
上記構成によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを冷却用無端回動体により連続して冷却成形することができ、冷却用無端回動体により灰の塩基度と板厚に対応した冷却速度で溶融スラグを板状に圧延形成することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、これによりアスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。したがって、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、広い空冷エリアも不要で、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスラグ生成設備の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】同冷却用ロールを示す平面半断面図である。
【図３】同冷却用ロールの駆動装置を示す側面図である。
【図４】板状スラグの結晶化率と一軸圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図５】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度０．８５、冷却速度３℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図６】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度１．０、冷却速度８℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図７】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度１．２、冷却速度１５℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図８】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度１．４、冷却速度３０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図９】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度０．８５、冷却速度５℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１０】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度１．０、冷却速度１５℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１１】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度１．２、冷却速度３０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１２】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度１．４、冷却速度６０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１３】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度０．８５、冷却速度１０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１４】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度１．０、冷却速度３０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１５】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度１．２、冷却速度５０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１６】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度１．４、冷却速度１００℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１７】同冷却装置の第２の冷却手段を示す側面図である。
【図１８】同冷却装置の第３の冷却手段を示す側面図である。
【図１９】同冷却装置の他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図２０】同冷却装置のさらに他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図２１】同冷却装置の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
Ａ 灰
ＭＳ 溶融スラグ
ＣＳ 板状スラグ
ＢＭ ベースメタル
１ スラグ冷却装置
２ 冷却用ロール
４Ａ 固定軸受
４Ｂ 可動軸受
５ ロール付勢装置
６ ロール回転駆動装置
７ 連動機構
８ 冷却手段
９ 温度センサ
１０ スラグ冷却制御装置
１１ 破断装置
１２ スチールコンベヤ
１８Ａ 冷却手段
１８Ｂ 冷却手段
２０ ガイド堰
２１ 灰溶融炉
２７ 調整材添加装置
４１，４２ 回転体
４３ 鋼製ベルト
４４ 冷却ノズル
Ｔ１ 第１温度センサ
Ｔ２ 第２温度センサ
Ｓｔ スラグ厚みセンサ
５０ スラグ生成制御装置
５１ 操作部
５２ スラグ厚み制御部
５３ａ，５３ｂ 流量制御弁
５４ 冷却速度制御部
５５ メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉から排出されるスラグの冷却方法およびスラグ生成設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、灰溶融炉から排出される溶融スラグは、直接冷却水中に投入して冷却することにより水砕スラグを生成するものがあり、また溶融スラグをバケットなどに収容して自然空冷するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水冷により生成される水砕スラグは、熱応力による割れのために細粒となり、またガラス質状の非結晶質であるため、圧縮強度が小さいという問題があった。このため、たとえば道路用アスファルトの骨材として使用する場合、水砕スラグには細粒が多く、規格上許容される粒度分布の範囲が狭い。また圧縮強度が低いために添加できる量が限られ、歩留まりが悪く有効利用されにくいという問題があった。
【０００４】
一方、自然空冷されるスラグは、結晶質で圧縮強度は十分であるが、固化に長時間を要するため、広い空冷エリアが必要で、生産性が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、十分な圧縮強度を確保できるとともに、短時間に冷却できて生産性が高い溶融スラグの冷却方法およびスラグ生成設備を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、溶融スラグを一対の冷却用無端回動体の間に導入して板状に成形し冷却するに際し、前記無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、冷却用無端回動体間を通過させることにより、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に対応した冷却速度で８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、板状スラグの結晶化度を１０％以上とするものである。
【０００７】
上記構成によれば、灰を成分の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、板状スラグの板厚に対応して、冷却速度を制御することにより、板状スラグにに結晶化度１０％以上で析出させることができる。したがって、板状スラグにアスファルトの骨材として必要な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷に比較して冷却に要する時間や空冷エリアを大幅に減縮することができ、生産性を向上させることができる。
【０００８】
請求項３記載の発明は、灰を加熱溶融する溶融炉と、対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体の間に、前記溶融炉から溶融スラグを導入して板状スラグに成形し冷却するスラグ冷却装置と、前記灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に基づいて、スラグの冷却速度を制御するスラグ生成制御装置とを具備し、前記板状スラグの結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【０００９】
上記構成によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを冷却用無端回動体により連続して冷却成形することができ、冷却用無端回動体により灰の塩基度と板厚に対応した冷却速度で溶融スラグを板状に圧延形成することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、これによりアスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。したがって、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、広い空冷エリアも不要で、生産性を向上することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るスラグ生成設備の実施の形態を図１〜図１６に基づいて説明する。
【００１１】
図１に示すように、このスラグ生成設備は、たとえば溶融炉（図ではプラズマ式）２１から連続して排出される溶融スラグＭＳをスラグ冷却装置１に導入し、スラグ冷却装置１の冷却用無端回動体の一例である一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂにより冷却して少なくとも表面が固化された板状スラグＣＳに成形し、その冷却速度を水冷に比べて十分に遅くしてスラグの結晶化度を１０〜７０％に高め、板状スラグＣＳの一軸圧縮強度を、アスファルトなどの骨材として使用可能な９８０×１０４Ｐａ以上（１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上）に高めるもので、自然空冷に比べて大幅な冷却時間の短縮を図り、生産性を高めることができるものである。
【００１２】
灰溶融炉２１は、たとえばプラズマ式電気炉が採用され、炉本体２２の一端側に灰投入口２３が形成されるとともに、他端側にスラグ排出口２４が形成されている。灰投入口２３には、灰ホッパ２５の灰Ａを所定量ずつ炉本体２２内に供給する灰プッシャー２６が配置されている。
【００１３】
この炉本体２２の底部にはベースメタルＢＭが収容配置され、炉本体２の天部には、昇降位置調整自在な複数の電極（陰電極および陽電極）２８が昇降自在に垂下されており、炉本体２２および電極２８に形成されたガス供給孔２９から不活性ガス（たとえば窒素ガス）を炉本体２２内に充填されて不活性ガス（酸素不足）雰囲気に保持し、電源装置３０から供給された電流により、電極２８とベースメタルＢＭとの間にプラズマアークを発生させ、ベースメタルＢＭ上の灰Ａを加熱溶融して溶融スラグＭＳを生成する。スラグ排出口２４には、一定量を越えた溶融スラグＭＳをオーバーフローさせて排出する堰部３１が設けられ、スラグ排出口２４から溶融スラグＭＳをほぼ連続して滴下排出するように構成されている。なお、プラズマアークを停止後、炉本体２２を傾けてスラグ排出口２４から溶融スラグＭＳを滴下排出するものであってもよい。
【００１４】
スラグ冷却装置１は、図１〜図３に示すように、基台フレーム３上に溶融炉２１のスラグ排出口２４側下位と外側上位に水平方向の前後一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂがロール軸受４Ａ，４Ｂを介して回転自在に配置されている。そして外側上位側の可動ロール軸受４Ｂが手前側の固定ロール軸受４Ａに対して接近離間自在に構成され、固定ロール軸受４Ａに支持された固定冷却用ロール２Ａと可動ロール軸受４Ｂに支持された可動冷却用ロール２Ｂが配置される。可動冷却用ロール２Ｂの可動ロール軸受４Ｂに、たとえば駆動源をコイルばねやエアシリンダなどからなる付勢機構を有するロール付勢装置を設置してもよいが、ここでは可動冷却用ロール２Ｂの自重と冷却水（冷却流体）の重量を利用して、固定冷却用ロール２Ａ側に付勢するように構成されており、その加圧力は、ウェイトなどを使用することでたとえば９．８×１０５〜９．８×１０６Ｐａ（１０〜１００ｋｇ／ｃｍ２）の範囲で調整可能となっている。そして、両冷却用ロール２，２は、ロール回転駆動装置（電動または油圧モータ）６により、チェーンとスプロケット、分配ギヤなどからなる連動機構７を介して対抗部（成形隙間部）が下方に移動するように相対方向に同期速度で回転駆動される。
【００１５】
前記冷却用ロール２Ａ，２Ａは同一構造で、ガイド堰２０と冷却手段８を具備している。この冷却手段８は大型の灰溶融炉２１から連続的に溶融スラグＭＳが供給されるような大規模な設備に適したもので、図２に示すように、回転軸２ｂからロール本体２ａ内に冷却流体（冷却水または冷却空気）を供給排出する冷却用流路８ａ，８ｂ，８ｃが形成されており、冷却流体は一方のロータリジョイント８ｄからの回転軸２ｂの冷却用流路８ｂを介してロール本体２ａ内に供給され、回転軸２ｂの冷却用流路８ｃからロータリジョイント８ｅを介して排出される。
【００１６】
なお、冷却手段８の他の実施の形態として、図１７に示すように、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの外周面に、外部エアノズル１６から冷却エアを吹き付ける冷却手段１８Ａや、図１８に示すように、冷却用ロール２の外周面に、外部冷却水ノズル１７から冷却水を吹き付ける冷却手段１８Ｂであってもよい。１９は冷却用ロール２の表面に付着した水滴を除去するスクレーパである。
【００１７】
また上記冷却用ロール２，２は、スラグと接触する外周材を鋼製としたが、少なくともスラグと接触する外周材を、鋼製の熱伝導率に比較して１／１０程度の低い熱伝導率でかつ耐熱性で機械的強度を有する材質により形成して、冷却時間を長くすることもできる。たとえばこのような材質として、カーボンやセラミックスが採用可能で、図１９に示すように、中実のカーボン製またはセラミックス製のロール２Ｃや、図２０に示すように、鋼製ロール軸２ａの外周部にカーボン製またはセラミックス製の外筒２ｂを外嵌固定した複合ロール２Ｄとなる。
【００１８】
スラグ冷却装置１の冷却用ロール２Ａ，２Ｂ出口側には、成形されて下方に排出される板状スラグＣＳを受け止めるスチールコンベヤ１２が配置され、板状スラグＣＳがスチールコンベヤ１２上で折れ曲がって破断される。なお、必要に応じてスチールコンベヤ１２の上方に所定長さで板状の板状スラグＣＳを強制的に破断させる破断装置１１や切断装置を設けてもよい。
【００１９】
スチールコンベヤ９により搬送された板状スラグＣＳの破断片はトレイ１３に投入され、後工程で破砕機により粉砕されてアスファルトなどの骨材として再利用される。
【００２０】
冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口には、板状スラグＣＳの板厚を検出するスラグ厚み検出センサ（板厚検出手段）Ｓｔと、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口の板状スラグＣＳの温度（表面温度）を検出する第１温度センサ（高温部温度検出手段）Ｔ１が配置されている。またスチールコンベヤ９の出口近傍には、８００℃前後まで冷却された板状スラグＣＳの温度を検出する第２温度センサ（低温部温度検出手段）Ｔ２が配設されている。スラグ生成制御装置５１には、前記厚み検出センサＳｔの検出値に基づいて、ロール回転駆動装置６の回転速度を制御し目的の板厚の板状スラグＣＳを成形するスラグ厚み制御部５２と、灰の成分中の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）およびスラグ厚み検出センサＳｔにより検出される板状スラグＣＳに基づいて、適正な冷却速度となるように流量制御弁５３ａ，５３ｂを制御し、冷却用ロール２Ａ，２Ｂに供給する冷却水の流量を調整する冷却速度制御部５４と、予め実験されて測定され操作器５１から入力された板状スラグＣＳの板厚と塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）に対応する冷却速度との計測データを保存するメモリ５５とを具備し、板状スラグＣＳの冷却速度は、第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２の検出値に基づいてフイードバックされ、適正な冷却速度となるように構成されている。
【００２１】
なお、第１温度センサＴ１は冷却用ロール２，２の入口の溶融スラグＭＳの温度を検出するものであってもよい。
上記構成において、溶融炉１から冷却用ロール２Ａ，２Ｂ上に、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳが供給され、溶融スラグＭＳが冷却用ロール２Ａ，２Ｂにより両面から冷却されるとともに板状の固化スラグ（板状スラグ）ＣＳが成形される。さらに冷却用ロール２Ａ，２Ｂから排出された板状スラグＣＳは、破断されスチールコンベヤ１２に搭載され、スチールコンベヤ１２のベルト上で空冷されて８００℃まで冷却される。なお、ここでいう冷却速度は、冷却用ロール２Ａ，２Ｂによる直接冷却と、排出後の空冷との平均冷却速度である。そして、この時の灰の成分は、予め検査されて操作器５１からスラグ生成制御装置５１のメモリ５５に入力されており、スラグ生成制御装置５１では、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、スラグ厚み検出センサＳｔにより検出される板状スラグＣＳの板厚に対応して、流量制御弁５３ａ，５３ｂを制御し冷却用ロール２Ａ，２Ｂに供給する冷却水の流量を調整して冷却し、結晶析出点を通過させる。これにより得られる板状スラグＣＳは、図４に示すように、結晶化度が１０〜７０％の範囲で、一軸圧縮強度が９８０〜６３７０×１０４Ｐａ（１００〜６５０ｋｇｆ／ｃｍ２）の板状スラグＣＳを得ることができる。
【００２２】
またここで、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、スラグ厚み検出センサＳｔの検出値に基づいて冷却速度制御部５４により制御される冷却速度は表１の通りである。
【００２３】
【表１】
【００２４】
（実験例１）
灰を溶融炉１で加熱溶融し、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳを１５ｒ．ｐ．ｍ（回転速度：２．０４ｃｍ／ｓ）で回転される外径２６０ｍｍの鋼製冷却用ロールに導入して圧延し、板状スラグＣＳを形成した。この時の可動冷却用ロール２Ｂによる自重による加圧力は、９８×１０４Ｐａ（１０ｋｇ／ｃｍ２）であった。
【００２５】
▲１▼．ここで、塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）が０．８５の灰では、冷却速度３℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図５に示す。この図５のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１０．０％であった。
【００２６】
▲２▼．塩基度が１．０の灰では、冷却速度８℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図６に示す。この図６のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１５．０％であった。
【００２７】
▲３▼．塩基度が１．２の灰では、冷却速度１５℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図７に示す。この図７のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１９．８％であった。
【００２８】
▲４▼．塩基度が１．４の灰では、冷却速度３０℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図８に示す。この図８のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は３０．５％であった。
【００２９】
なお、上記Ｘ線回折分析図から結晶化度を算出する場合には、Ｘ線強度の３本の最大ピーク値を合計して合計ピーク値を求め、結晶化度が１００％の３本のピーク値を合計して飽和ピーク値を求め、結晶化度＝合計ピーク値／飽和ピーク値×１００（％）により求めている。また結晶化度と一軸圧縮強度との関係は図４に示す通りである。
【００３０】
以上のように、板厚１ｍｍ未満の板状スラグを成形した場合、多数のサンプリングにより表１に示すように下記の点が判明した。
塩基度が０．９未満では、冷却速度が３℃／分を越えると、結晶化度が１０．０％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６７．５％以上となる上限の冷却速度は１℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３℃／分〜１℃／分の範囲となる。
【００３１】
塩基度が０．９以上１．１未満では、冷却速度が８℃／分を越えると、結晶化度が１０．５％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６９％以上となる上限の冷却速度は３℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、８℃／分〜３℃／分の範囲となる。
【００３２】
塩基度が１．１以上１．３未満では、冷却速度が１５℃／分を越えると、結晶化度が１０．２％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６７．８％以上となる冷却速度は８℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１５℃／分〜８℃／分の範囲となる。
【００３３】
塩基度が１．３以上では、冷却速度が３０℃／分を越えると、結晶化度が１０．４％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６４．９％以上となる冷却速度は１５℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３０℃／分〜１５℃／分の範囲となる。
【００３４】
（実験例２）
同様にして板厚２．０ｍｍの板状スラグＣＳを形成した。
▲１▼．ここで、塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）が０．８５の灰では、冷却速度５℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図９に示す。この図９のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は２１．３％であった。
【００３５】
▲２▼．塩基度が１．０の灰では、冷却速度１５℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１０に示す。この図１０のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１３．０％であった。
【００３６】
▲３▼．塩基度が１．２の灰では、冷却速度３０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１１に示す。この図１１のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は２０．０％であった。
【００３７】
▲４▼．塩基度が１．４の灰では、冷却速度６０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１２に示す。この図１２のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は３１．９％であった。
【００３８】
以上のように板厚１〜２．５ｍｍ未満の板状スラグを成形した場合、多数のサンプリングにより、表１に示すように、下記の点が判明した。
塩基度が０．９未満では、冷却速度が５℃／分を越えると、結晶化度が１０．５％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６６．６％以上となる上限の冷却速度は１℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、５℃／分〜１℃／分の範囲となる。
【００３９】
塩基度が０．９以上１．１未満では、冷却速度が１５℃／分を越えると、結晶化度が１１．０％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６９．０％以上となる上限の冷却速度は５℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１５℃／分〜５℃／分の範囲となる。
【００４０】
塩基度が１．１以上１．３未満では、冷却速度が３０℃／分を越えると、結晶化度が１０．７％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６７．８％以上となる上限の冷却速度は１５℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３０℃／分〜１５℃／分の範囲となる。
【００４１】
塩基度が１．３以上では、冷却速度が６０℃／分を越えると、結晶化度が１０．６％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６８．６％以上となる上限の冷却速度は３０℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、６０℃／分〜３０℃／分の範囲となる。
【００４２】
（実験例３）
同様にして板厚３ｍｍの板状スラグＣＳを形成した。
▲１▼．ここで、塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）が０．８５の灰では、冷却速度１０℃／分で冷却して板状スラグを形成した。この板状スラグのＸ線回折分析図を図１３に示す。この図１３のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１２．８％であった。
【００４３】
▲２▼．塩基度が１．０の灰では、冷却速度３０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１４に示す。この図１４のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１１．２％であった。
【００４４】
▲３▼．塩基度が１．２の灰では、冷却速度５０℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１５に示す。この図１５のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は３３．０％であった。
【００４５】
▲４▼．塩基度が１．４の灰では、冷却速度１００℃／分で冷却して板状スラグを形成し、この板状スラグのＸ線回折分析図を図１６に示す。この図１６のＸ線回折分析図にはそれぞれピークが検出されており、結晶化度は１６．３％であった。
【００４６】
ここで板厚２．５〜４．０ｍｍ未満の板状スラグを成形した場合、多数のサンプリングにより、表１に示すように、下記の点が判明した。
塩基度が０．９未満では、冷却速度が１０℃／分を越えると、結晶化度が１０．１％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６８．２％以上となる上限の冷却速度は１℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１０℃／分〜１℃／分の範囲となる。
【００４７】
塩基度が０．９以上１．１未満では、冷却速度が３０℃／分を越えると、結晶化度が１１．１％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が６９．８％以上となる上限の冷却速度は１０℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、３０℃／分〜１０℃／分の範囲となる。
【００４８】
塩基度が１．１以上１．３未満では、冷却速度が５０℃／分を越えると、結晶化度が１０．３％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が７０．０％以上となる上限の冷却速度は３０／分であり、したがって適正な冷却速度は、５０℃／分〜３０℃／分の範囲となる。
【００４９】
塩基度が１．３以上では、冷却速度が１００℃／分を越えると、結晶化度が１０．６％未満となってアスファルトの骨材に適した圧縮強度が得られないことがわかった。また結晶化度が７０．０％以上となる上限の冷却速度は５０℃／分であり、したがって適正な冷却速度は、１００℃／分〜５０℃／分の範囲となる。
【００５０】
なお、上記試験により適正な冷却速度で冷却されて得られた各サンプルは、有害物質の溶出試験にも合格して無害であるのが確認された。
上記実施の形態によれば、９００℃〜１２００の溶融スラグＭＳを板状スラグＣＳに圧延形成するとともに、その板厚と灰の成分中の塩基度に対応した冷却速度で８００℃まで冷却して、結晶析出点を通過させることにより、１０％以上で部分結晶化された板状スラグＣＳを効率良く製造することができ、道路用アスファルトの骨材として必要な一軸圧縮強度以上の強度を確保することができる。したがって、自然空冷のように、広いスペースも不要で、短時間に固化スラグを生成することができ、生産効率がよい。
【００５１】
また板状スラグＣＳを成形するに際して、スラグ厚み検出センサＳｔで検出された板厚と、予めメモリ５５に記録された板厚と塩基度のデータに基づいて、冷却速度制御部５４により冷却用ロール２Ａ，２Ｂへの冷却水の供給制御を行うことで、適正な冷却速度で板状スラグＣＳを冷却成形することができる。そしてスラグ厚み検出センサＳｔによる板状スラグＣＳの板厚の検出値に基づいて、スラグ厚み制御部５２により、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの回転速度を制御して板厚を制御することができるので、溶融スラグＭＳの排出量の変動があっても、板状スラグＣＳの板厚を安定させることができ、冷却速度制御部５４による冷却制御を高精度で安定して行うことができる。さらに第１温度センサＴ１と第２温度センサＴ２により高温部の板状スラグＣＳの温度と、冷却後の板状スラグＣＳの温度とに基づいて、冷却速度をフイードバック制御するので、冷却速度の制御を高精度で行うことができ、安定した品質の板状スラグを製造することができる。
【００５２】
図２１は冷却用無端回動体と冷却手段の他の実施の形態を示すもので、冷却用ロール２，２に代えて、上下一対の回転体４１，４２を前後２組配置し、上下の回転体４１，４２間にそれぞれ鋼製ベルト（無端回動体）４３を巻張したものである。これにより、鋼製ベルト４３の間に溶融スラグＭＳを挟み込んで形状を保持した状態で冷却しつつ板状に成形することができ、溶融スラグを凝固させつつ板形状を十分に保持して徐冷することができる。また冷却手段１８Ｃとして、溶融スラグＭＳを挟み込んだ搬送側や戻り側の鋼製ベルト４３に冷却水や冷却エアを吹き付ける冷却ノズル４４が配置される。
【００５３】
なお、溶融炉は、抵抗炉やアーク炉、自己熱溶融式焼却炉であっても同様である。
【００５４】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、灰を成分の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と、板状スラグの板厚に対応して、冷却速度を制御することにより、板状スラグにに結晶化度１０％以上で析出させることができる。したがって、板状スラグにアスファルトの骨材として必要な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷に比較して冷却に要する時間や空冷エリアを大幅に減縮することができ、生産性を向上させることができる。
【００５５】
請求項３記載の発明は、灰を加熱溶融する溶融炉と、対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体の間に、前記溶融炉から溶融スラグを導入して板状スラグに成形し冷却するスラグ冷却装置と、前記灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に基づいて、スラグの冷却速度を制御するスラグ生成制御装置とを具備し、前記板状スラグの結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【００５６】
上記構成によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを冷却用無端回動体により連続して冷却成形することができ、冷却用無端回動体により灰の塩基度と板厚に対応した冷却速度で溶融スラグを板状に圧延形成することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、これによりアスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。したがって、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、広い空冷エリアも不要で、生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスラグ生成設備の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】同冷却用ロールを示す平面半断面図である。
【図３】同冷却用ロールの駆動装置を示す側面図である。
【図４】板状スラグの結晶化率と一軸圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図５】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度０．８５、冷却速度３℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図６】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度１．０、冷却速度８℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図７】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度１．２、冷却速度１５℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図８】実験例１において板厚０．８ｍｍ、塩基度１．４、冷却速度３０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図９】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度０．８５、冷却速度５℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１０】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度１．０、冷却速度１５℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１１】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度１．２、冷却速度３０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１２】実験例２において板厚２ｍｍ、塩基度１．４、冷却速度６０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１３】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度０．８５、冷却速度１０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１４】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度１．０、冷却速度３０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１５】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度１．２、冷却速度５０℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１６】実験例３において板厚３ｍｍ、塩基度１．４、冷却速度１００℃／分で成形された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１７】同冷却装置の第２の冷却手段を示す側面図である。
【図１８】同冷却装置の第３の冷却手段を示す側面図である。
【図１９】同冷却装置の他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図２０】同冷却装置のさらに他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図２１】同冷却装置の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
Ａ 灰
ＭＳ 溶融スラグ
ＣＳ 板状スラグ
ＢＭ ベースメタル
１ スラグ冷却装置
２ 冷却用ロール
４Ａ 固定軸受
４Ｂ 可動軸受
５ ロール付勢装置
６ ロール回転駆動装置
７ 連動機構
８ 冷却手段
９ 温度センサ
１０ スラグ冷却制御装置
１１ 破断装置
１２ スチールコンベヤ
１８Ａ 冷却手段
１８Ｂ 冷却手段
２０ ガイド堰
２１ 灰溶融炉
２７ 調整材添加装置
４１，４２ 回転体
４３ 鋼製ベルト
４４ 冷却ノズル
Ｔ１ 第１温度センサ
Ｔ２ 第２温度センサ
Ｓｔ スラグ厚みセンサ
５０ スラグ生成制御装置
５１ 操作部
５２ スラグ厚み制御部
５３ａ，５３ｂ 流量制御弁
５４ 冷却速度制御部
５５ メモリ
Claims (5)
- 溶融スラグを一対の冷却用無端回動体の間に導入して板状に成形し冷却するに際し、
前記無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、冷却用無端回動体間を通過させることにより、灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に対応した冷却速度で８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、板状スラグの結晶化度を１０％以上とする
ことを特徴とするスラグの冷却方法。 - 板状スラグの板厚が１ｍｍ未満の場合、
塩基度が０．９未満では、３℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が０．９以上１．１未満では、８℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が１．１以上１．３未満では、１５℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が１．３以上では、３０℃／分以下の冷却速度で冷却し、
板状スラグの板厚が１ｍｍ以上２．５ｍｍ未満の場合、
塩基度が０．９未満では、５℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が０．９以上１．１未満では、１５℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が１．１以上１．３未満では、３０℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が１．３以上では、６０℃／分以下の冷却速度で冷却し、
板状スラグの板厚が２．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の場合、
塩基度が０．９未満では、１０℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が０．９以上１．１未満では、３０℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が１．１以上１．３未満では、５０℃／分以下の冷却速度で冷却し、
塩基度が１．３以上では、１００℃／分以下の冷却速度で冷却する
ことを特徴とする請求項１記載のスラグの冷却方法。 - 灰を加熱溶融する溶融炉と、
対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体の間に、前記溶融炉から溶融スラグを導入して板状スラグに成形し冷却するスラグ冷却装置と、
前記灰の塩基度ＣａＯ（ｗｔ％）／ＳｉＯ２（ｗｔ％）と板状スラグの板厚に基づいて、スラグの冷却速度を制御するスラグ生成制御装置とを具備し、
前記板状スラグの結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成した
ことを特徴とするスラグ生成設備。 - 冷却用無端回動体の出口に、板状スラグの板厚を計測するスラグ厚みセンサを設け、
スラグ生成制御装置に、前記スラグ厚みセンサの検出値と灰の塩基度に基づいて前記冷却用無端回動体への冷却流体の供給量を制御しスラグの冷却速度を制御する冷却速度制御部を設けた
ことを特徴とする請求項３記載のスラグ生成設備。 - スラグ生成制御装置に、板状スラグの板厚を測定するスラグ厚みセンサの検出値に基づいて、冷却用無端回動体の移動速度を制御するスラグ厚み制御部を設けた
ことを特徴とする請求項４記載のスラグ生成設備。
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