JP2004238233A - 風砕スラグおよびその製造方法および風砕スラグの製造設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶融状態のスラグLにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器3に導き、当該冷却器3内で、粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、冷却器3内に霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却し、冷却器3の底部から風砕スラグとして回収容器7に排出する。また、冷却器3内および回収容器7で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄スラグやごみ溶融スラグ等の溶融状態のスラグを主に気体により冷却して所定粒度に形成される風砕スラグおよびその製造方法および風砕スラグの製造設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
高炉スラグは、高炉内で鉄鉱石を還元溶解して銑鉄を製造する際に、銑鉄1トン当たり300kgも副生されるため、その資源化や熱回収は製鉄業界にとって大きな課題となっている。
【0003】
このような高炉スラグは、溶融状態のスラグに高圧水を供給することにより粉砕するとともに冷却凝固して形成される水砕スラグと、溶融状態のスラグを大気中で冷却して塊状に形成される徐冷スラグと、溶融状態のスラグに高圧空気を供給して急冷することにより粒状に形成される風砕スラグとに分類される。
【0004】
これらの中で、風砕スラグは、水砕スラグよりも形状性が良く、多方面の用途に適用可能な材料として注目されており、その製造過程で顕熱の回収も可能であることから、その製造方法について種々検討されている。
【0005】
例えば、特許文献1には、スプレー拡散ノズル近に溶滓樋の先端を位置せしめて、溶滓を粒滓器内に送入できるようにし、粒滓器内に送入された溶滓をスプレー拡散ノズルから噴出される高圧冷流体にて粉粒滓化して粒滓器内で高温粉粒体である風砕スラグを得るとともに、その際に生成された高温ガスから粒滓器内に設けられた熱交換器により熱を回収する技術が開示されている。
【0006】
また、特許文献2には、密閉構造の処理タンク内に冷却水を貯溜するとともにスラグ受を設け、スラグ受に溶融スラグを供給してスラグ受の先端に設けられた溢流口から溢流する溶融スラグに圧縮空気を注入し、これにより粒状化したスラグを処理タンク内の冷却水中へ落下させ冷却してスラグペレットを得、その際に気化した水を外部に取り出して顕熱を回収する技術が開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開昭52−27095号公報
【特許文献2】
特開昭53−144491号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1の技術は、基本的に気体のみを吹き付けて粒滓器と称する風洞設備内で溶融スラグを冷却するため風洞設備として大型のものが必要であり、広い用地を必要し、また、そのため、既存設備の付帯設備として新設することは困難である。
【0009】
また、上記特許文献2の技術は、装置自体はコンパクトであるが、小型の処理タンクを用いるためスラグの融着を防止するために圧縮空気の注入量が小さくならざるを得ず、溶融スラグのボタ落ちが多く、コンクリート細骨材等に適した細粒状スラグが得難い。また、高温スラグを冷却水に落下させた際に発生する水蒸気から顕熱を回収するので熱回収効率が悪い。
【0010】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、コンパクトな設備で細粒の風砕スラグを得ることができる風砕スラグの製造方法、およびそのようにして得られる風砕スラグ、ならびにそのような方法を実現可能な風砕スラグの製造設備を提供することを目的とする。
【0011】
また、上記に加えて熱回収効率が高い風砕スラグの製造方法、およびそのようにして得られる風砕スラグ、ならびにそのような方法を実現可能な風砕スラグの製造設備を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第1発明は、溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して前記粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして排出・回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法を提供する。
【0013】
第2発明は、溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして回収容器に排出し、前記冷却器内および前記回収容器で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法を提供する。
【0014】
第3発明は、上記第2発明において、前記冷却器から排出された風砕スラグは、700〜900℃であることを特徴とする風砕スラグの製造方法を提供する。
【0015】
第4発明は、上記第1発明から第3発明に係る方法を用いて製造された風砕スラグを提供する。
【0016】
第5発明は、流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段とを具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備を提供する。
【0017】
第6発明は、流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段と、前記冷却器から排出された風砕スラグを回収する回収容器と、前記冷却器内および前記回収容器内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収する熱源回収手段とを具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備を提供する。
【0018】
第7発明は、上記第6発明において、前記冷却器は、風砕スラグを700〜900℃まで冷却してから排出することを特徴とする風砕スラグの製造設備を提供する。
【0019】
本発明によれば、ガス流により溶融状態のスラグを粒状化した後、冷却器で粒状化後のスラグを旋回させ、かつ霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却するので、風砕スラグの融着が防止され、このため溶融状態のスラグを高速で吹き飛ばすことが可能となり、コンパクトな装置でありながら細粒の風砕スラグを得ることができる。
【0020】
また、冷却器内および回収容器内の2カ所において高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収し、しかもこれらを熱源として直接回収するので、一旦冷却水を蒸発させる等の熱が不要であり、効率良く熱回収を行うことができる。この場合に、冷却器から排出される風砕スラグの温度を700〜900℃とすることにより、スラグ粒子の融着が生じない範囲で特に高効率で熱回収を行うことができる。
【0021】
本発明において適用されるスラグとしては、高炉スラグが好適であるが、これに限るものではなく、転炉等から発生する製鋼スラグ等の他の製鉄スラグにも適用可能であるし、製鉄スラグに限らず、ごみ溶融スラグ等、他のスラグであってもよい。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図1は、本発明の風砕スラグの製造方法を実施するための設備の一例を示す断面図である。この風砕スラグの製造設備は、容器20から注入された溶融状態のスラグ(以下、溶融スラグという)Lを一旦貯留し、その流出口1aから溶融スラグを流下させるタンディッシュ1と、タンディッシュ1から流下した溶融スラグに圧力ガス、典型的には圧力空気を吹き付けるノズル2と、圧力ガスが吹き付けられることにより風砕されて粒状化したスラグ(風砕スラグ)Sを冷却するとともに固気分離のためのコーン形状を有する冷却器3とを備えている。
【0023】
冷却器3は、コーン型を有する本体部3aと、本体部3aの上部に設けられた風砕スラグSを導入する導入部3bと、本体部3aの底部に設けられた筒状をなす排出部3cとを有している。冷却器3の導入部3bには、水を噴霧する噴霧ノズル4が複数設置されている。また、本体部3aの側壁には水およびガスの混合体を噴霧する水/ガス噴霧ノズル5が複数設置されている。そして、導入部3bから圧力ガスのガス流とともに本体部3aに達した風砕スラグSはその中で旋回しながら落下可能となっている。
【0024】
冷却器3内には、その中で生じた高温水蒸気またはその他の高温ガスおよび風砕スラグのうち微粒のものを排出するための排気管6が冷却器3内の下部中央から垂直上方にその外側まで延出するように挿入されている。なお、排気管6の途中にはバグフィルタ(図示せず)が設けられており、微粒の風砕スラグをトラップ可能となっている。なお、バグフィルタでトラップされた微粒の風砕スラグは、冷却器3から排出される風砕スラグに戻してもよいし、別に利用してもよい。
【0025】
冷却器3の下方には冷却器3と離隔した位置に、風砕スラグSを回収するとともに回収した風砕スラグSを二次冷却する回収容器7が設けられている。回収容器7の風砕スラグ入口部には、開閉扉8が設けられており、また回収容器7の側面下部には風砕スラグ排出用の開閉ゲート9が設けられている。また、回収容器7の上面には、回収容器7内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガスを排出する排気管10が接続されている。この回収容器7の底部の全面には多数の孔が設けられており、これらの孔には回収容器7内の風砕スラグSを冷却するためのガス、例えば空気を吐出するガス吐出配管11が接続されている。また、回収容器7には開閉ゲート9から風砕スラグSを掻き出すための掻き出し棒13が備え付けられている。掻き出し棒13は、風砕スラグSを掻き出す機能に加え、熱回収および冷却効率を上げるため、回収容器7内に貯留された風砕スラグの上面をならす機能も有する。回収容器7から回収されるガスの温度を一定に近くするためには、回収容器7内で風砕スラグを薄き均一に広げ、短いサイクルで掻き出すのがよい。
【0026】
ガス冷却器3から排出された風砕スラグSはベルトコンベア14により回収容器7の上方に搬送され、装入口16から回収容器7の中に装入される。なお、符号15は保温カバーである。冷却容器3と回収容器7とを連続させ、これらの間のベルトコンベアとして風砕スラグを相当量蓄積可能なものを用いれば、半連続運転およびバッチ式運転の両方に対応可能である。
【0027】
上記排気管6および10は熱回収設備12に接続されており、冷却器3および回収容器7から排出された高温水蒸気およびその他の高温ガスが熱源として回収され、熱が取り出されるようになっている。
【0028】
このように構成される風砕スラグの製造設備においては、まず、容器20からタンディッシュ1に溶融スラグLを注入し、タンディッシュ1に貯留された溶融スラグLをその流出口1aから流下させ、流下した溶融スラグLにノズル2から圧力ガス、典型的には圧力空気を吹き付け、粒状化した風砕スラグSとするとともに、冷却器3に導入する。
【0029】
冷却器3の導入部3bにおいては、風砕スラグSに噴霧ノズル4から水を噴霧する。これにより風砕スラグは1000〜1200℃程度に冷却される。冷却器3の導入部3bから本体部3aに入った風砕スラグは、水/ガス噴霧ノズル5から噴霧された水およびガスの混合体が供給されながら、ノズル2からのガス流や水/ガス噴霧ノズル5からの噴出流等によりコーン型の本体部3aの内壁に沿ってサイクロン状に旋回しつつ落下し、排出部3cから排出され、ベルトコンベア14により回収容器7に搬送される。この場合に風砕スラグは、水/ガス噴霧ノズル5から噴霧された水およびガスの混合体により冷却されるとともにサイクロン状に旋回するため、冷却器3の内壁に風砕スラグが融着することが回避される。この場合に、冷却器3から排出される風砕スラグの温度は900℃以下が好ましい。900℃以下であれば回収容器7内での風砕スラグの融着が防止され、所望の細粒を得ることができる。その際の温度は低くてもよいが、あまり低すぎると次工程の熱回収の効率が低下するため、冷却器3から排出される風砕スラグの温度は700〜900℃の範囲が好ましい。一方、冷却器3内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガス(高温空気等)は排気管6を通って熱回収設備12に導かれ、有効利用が図られる。
【0030】
回収容器7に所定量の風砕スラグSが貯留された段階で、開閉扉8を閉め、回収容器7内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガス(高温空気等)を配管10から熱回収設備12へ導く。そして、回収容器7内の風砕スラグSをガス吐出配管11から吐出したガスにより輸送可能な温度まで冷却した後、掻き出し棒13により開閉ゲート9を開にした状態で回収容器7から排出し、適宜の手段で輸送する。
【0031】
このように、ガス流により溶融スラグを風砕して粒状化するので、水砕スラグのような角張った形状とならず、ほぼ球径の形状性の良好なものとすることができ、その後、冷却器3で粒状化後のスラグを旋回させ、かつ水および気体を噴霧して風砕スラグを冷却するので、冷却中に風砕スラグの融着が生じず、そのため溶融スラグを高速で吹き飛ばすことができる。したがって、コンパクトであるにもかかわらず細粒の風砕スラグを得ることができる。
【0032】
また、冷却器3内および回収容器7内の両方において高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として直接回収するので極めて効率良く熱回収を行うことができる。また、冷却器3から排出される風砕スラグSの温度を700〜900℃とすることにより、スラグ粒子の融着が生じない範囲で高効率で熱回収を行うことができる。
【0033】
なお、上記設備においては、冷却器3から排出された風砕スラグSをベルトコンベア14により回収容器7に搬送し、そこで熱回収用の高温水蒸気等の供給・排気および二次冷却を行うようにしたが、冷却器3から回収容器7に直接に風砕スラグSを落下させるようにしてもよい。
【0034】
次に、他の実施形態について説明する。
図2は、他の風砕スラグの製造設備の回収容器部分を示す断面図である。ここでは、冷却器3の下方に上記回収容器7とほぼ同様の構造を有する回収容器7′を設けている。この回収容器7′はその上壁に水を散布する給水ノズル21を複数有し、かつガス吐出配管11からCO2ガスを供給する点のみが回収容器7と異なっている。このように風砕スラグSに水を散布し、かつCO2ガスを吹き込むことにより、風砕スラグSが冷却されるとともに、風砕スラグ粒子の表面に、CO2と水により生成された炭酸水が接触し、これによって、スラグ中の酸化カルシウムが炭酸化され、風砕スラグの表面は炭酸カルシウム皮膜で覆われた状態となる。風砕スラグは、水の存在下でゆるやかに水和反応が進行し、固結する特性を有するため、経時的に固結してコンクリート細骨材等として用いる場合に支障をきたす場合があるが、このように炭酸化処理を行って炭酸カルシウムの皮膜を形成することにより水和反応が抑制され、固結が抑制される。
【0035】
この場合にも回収容器7′に供給される風砕スラグの温度は900℃以下とすることが好ましい。900℃を超えるとスラグ同士の融着が生じるとともに、炭酸カルシウム皮膜が二酸化炭素と酸化カルシウムに分解してしまうからである。
【0036】
なお、水とCO2ガスとを用いる代わりに、炭酸水を散布してもよい。また、炭酸水に限らず、炭酸含有物質であれば用いることができ、二酸化炭素、炭酸水、各種炭酸塩を含むガスや水溶液、CO2を含む工場排ガスなどが挙げられる。ただし、ガス状のものよりも水分を含むものが望ましい。これは、炭酸カルシウムがカルシウムイオンとして、二酸化炭素が炭酸イオンとして溶液中に溶け込むことにより炭酸化反応が進行するからである。水分を添加したときに炭酸化反応が進行するメカニズムは、水分と高温スラグが接触することにより、接触面のスラグ表面が冷却され、スラグからのカルシウムイオンが水に溶解し、水中には二酸化炭素から炭酸イオンも溶け込むため、これらが反応して炭酸カルシウムがスラグ表面に生成することが挙げられる。水は短時間でスラグ内部の熱により熱せられて水蒸気となり、スラグ表面から離れてしまうが、高温であるため反応速度が大きく、上記状況で極めて速やかに炭酸化が進行する。また、この実施形態においても、冷却器3から回収容器7′に直接に風砕スラグSを落下させるようにしてもよい。
【0037】
なお、風砕スラグSの原料となる溶融スラグLとしては、高炉スラグが好適であるが、これに限るものではなく、製鋼段階で転炉、電気炉、混銑車等で発生したスラグや、脱珪スラグ、脱硫スラグ、脱燐スラグ等の溶銑予備処理スラグを含む製鋼スラグ等、他の製鉄スラグであってもよいし、製鉄スラグに限らず、ごみ溶融スラグ等、他のスラグであってもよい。
【0038】
【実施例】
製鉄スラグとして高炉スラグを用い、図1に示す設備により、風砕スラグを製造した。タンディッシュ1からの溶融スラグの流下速度を0.4t/minとし、ノズル2から240Nm3/minの速度で圧力空気を流下している溶融スラグに吹き付けた。冷却器3として高さ9m、最大直径3mのものを用い、噴霧ノズル4から水を噴霧して本体部3aの入口部での風砕スラグ温度を低下させた。また、水/ガス噴霧ノズル5から水およびガスの混合体を噴霧することにより、冷却器3の出口では風砕スラグの温度が約850℃であった。また、排気管6から排気される高温水蒸気および高温空気の温度は200〜450℃であった。回収容器7では、空気を100Nm3/minの流量で回収された風砕スラグSに供給して風砕スラグSを約200℃まで冷却し開閉ゲート9から排出した。このとき排気管10から排出される高温水蒸気および高温空気の温度は200〜700℃であった。得られた風砕スラグは、平均粒径が0.5〜1.5mmの細粒であり、粒子形状はほぼ球形であった。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、最初に水を用いずガス流により溶融状態のスラグを粒状化するので、スラグ形状を良好に保つことができ、その後、冷却器で粒状化後のスラグを旋回させ、かつ霧状または蒸気状の水を供給して粒状化された製鉄スラグを冷却するので、風砕スラグの融着が防止され、このため溶融状態の製鉄スラグを高速で吹き飛ばすことが可能となり、コンパクトな装置でありながら細粒の風砕スラグを得ることができる。このように、得られた風砕スラグは、形状性が良好でかつ細粒であるため、コンクリート細骨材、建材、路盤材、環境材等に好適であり、極めて利用価値が高い。
【0040】
また、冷却器内および回収容器内で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として直接回収するので、一旦冷却水を蒸発させる等の熱が不要であり、効率良く熱回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の風砕スラグの製造方法を実施するための設備の一例を示す断面図。
【図2】他の風砕スラグの製造設備の回収容器部分を示す断面図。
【符号の説明】
1;タンディッシュ
2;ノズル
3;冷却器
4;噴霧ノズル
5;水/ガス噴霧ノズル
6,10;排気管
7;回収容器
12;熱回収設備
L;溶融スラグ
S;風砕スラグ
Claims (7)
- 溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して前記粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして排出・回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法。
- 溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして回収容器に排出し、前記冷却器内および前記回収容器で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法。
- 前記冷却器から排出された風砕スラグは、700〜900℃であることを特徴とする請求項2に記載の風砕スラグの製造方法。
- 請求項1から請求項3のいずれかの方法を用いて製造された風砕スラグ。
- 流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、
粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、
前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段と
を具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備。 - 流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、
粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、
前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段と、
前記冷却器から排出された風砕スラグを回収する回収容器と、
前記冷却器内および前記回収容器内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収する熱源回収手段と
を具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備。 - 前記冷却器は、風砕スラグを700〜900℃まで冷却してから排出することを特徴とする請求項6に記載の風砕スラグの製造設備。
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