JP2007284761A - 溶融高炉スラグからの熱回収装置及び熱回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融高炉スラグからの熱回収において、スラグ粒の再融着を防止しつつ溶融高炉スラグの保有する熱を高温ガスとして回収する。
【解決手段】溶融高炉スラグからの熱回収装置として、外部から冷却される回転筒と、該回転筒入口に設置されて流下する溶融高炉スラグを粒滴化する回転ドラムと、該回転筒内の下部に設置されて該粒滴化後に該回転筒下部に堆積する高炉スラグの温度を測定する温度センサーと、該回転筒内の上方に設置されて該温度センサーの温度により該回転筒内への水の噴霧量を制御する水スプレーノズルと、該回転筒出口に設置されて該堆積後に排出される高炉スラグと回転筒からの排ガスを分離する固気分離装置と、分離後の高炉スラグの顕熱を回収する熱交換装置とを有するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融高炉スラグが保有する熱を回収するための溶融スラグの熱回収装置および熱回収方法に関し、更に詳しくは、熱回収過程における高熱スラグ粒子の再融着を防止する装置及び方法に関わる。

高炉から出銑される溶銑からスキンマー等により比重分離されて溶融状態にある溶融高炉スラグを、冷却処理して高炉スラグ粒が製造されている。溶融高炉スラグの処理方法として、溶融高炉スラグを大量の水で急冷してスラグ粒を製造する水砕による処理方法と、流下する溶融高炉スラグに機械的な打撃を加えて粒滴化し、冷却してスラグ粒を製造する乾式造粒法による処理方法がある。

水砕による処理方法では、溶融高炉スラグの保有する熱が低温の温水として回収され有効に利用することができないのに対して、乾式造粒法による処理方法では、溶融高炉スラグの保有する熱をガスによって熱交換し、高温ガスにより熱回収することができる。

例えば、特許文献１に開示されている発明は、流下する溶融高炉スラグにジェットエアーを吹き付けて粒滴化する造粒機を備えた造粒槽とスラグ粒冷却槽との間に保熱槽を設け、粒滴化後の半溶融状態の高炉スラグを保熱槽に導き、高炉スラグ粒と熱交換させるとともに、結晶質スラグ粒を製造する方法を提案したものである。しかし、スラグの冷却がガスとの熱交換のみで行われる方式では、冷却速度が不足し粒子同士の再融着が起こり、大径・異形の粒子となりコンクリート細骨材としての利用が不可能となる問題があった。

乾式造粒法によるスラグ処理においてスラグ粒が再融着する問題を解決するために、特許文献２では霧状に水を噴霧した回転ドラム中にスラグを飛翔させて冷却を行う方法が提案されている。特許文献３ではこの方法において、排気温度を測定し水噴霧量を制御する方法が提案されている。しかし、排気温度では局所的にスラグ粒子温度が高い個所を検知できず、再融着を完全に防止できないという問題があった。

特開昭６３−２１１１０号公報 特開昭６４−５２６３６号公報 特開平１−１１１７５４号公報

そこで、本発明は上記問題点を解消し、スラグ粒の再融着を防止しつつ溶融高炉スラグの保有する熱を、高温ガスの顕熱として回収する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の（１）〜（６）の手段を特徴とする。
（１）外部から冷却される回転筒と、該回転筒入口に設置されて流下する溶融高炉スラグを粒滴化して回転筒内に投入する回転ドラムと、該回転筒内の下部に設置され、回転筒下部に堆積する固化後の高炉スラグの温度を測定する温度センサーと、該回転筒内の上方に設置され、該温度センサーの測定した温度により該回転筒内への水の噴霧量を調節できる水スプレーノズルと、該回転筒出口に設置され、排出される高炉スラグと排ガスを分離する固気分離装置と、分離後の高炉スラグの顕熱を回収する熱交換装置を有することを特徴とする溶融高炉スラグからの熱回収装置。
（２）前記水スプレーノズル及び前記温度センサーが、前記回転筒の長手方向に複数設置され、該各々の温度センサーの検出温度に応じて、該各々の水スプレーノズルの水噴霧量を独立して制御できることを特徴とする（１）記載の溶融高炉スラグからの熱回収装置。
（３）前記熱交換装置は、前段の前記分離後の高炉スラグと導入する空気との間で熱交換する熱交換器と、後段の該熱交換後の空気の顕熱を回収する廃熱ボイラからなることを特徴とする（１）又は（２）の溶融高炉スラグからの熱回収装置。
（４）（１）〜（３）の何れかに記載の熱回収装置を使用した溶融高炉スラグからの熱回収方法であって、溶融高炉スラグを前記回転ドラムに流下させて粒滴化して前記回転筒内に投入し、水スプレーノズルから水を噴霧して粒滴化した高炉スラグを固化し、回転筒内の下部に堆積した固化後の高炉スラグの温度を前記温度センサーで測定して、該温度が所定の温度になるように前記水スプレーノズルの水の噴霧量を調整し、生じる排ガスと固化後の高炉スラグを分離し、分離後の高炉スラグの顕熱を前記熱交換装置により回収することを特徴とする高炉スラグからの熱回収方法。
（５）前記所定の温度が３５０℃以上９５０℃以下であることを特徴とする（４）記載の高炉スラグからの熱回収方法。
（６）前記回転筒の長手方向に複数設置される水スプレーノズルの水噴霧量を、該回転筒の入口に近い側から出口に近い側にかけて低減し、且つ前記複数設置された温度センサーの測定値に応じて調整することを特徴とする（４）又は（５）の高炉スラグからの熱回収方法。

本発明の溶融高炉スラグからの熱回収装置及び熱回収方法によれば、スラグ粒の再融着を防止しつつ溶融高炉スラグの保有する熱を高温ガスの顕熱として回収することを可能とするものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る溶融高炉スラグからの熱回収設備の１例を示す。図２は、本発明に係る溶融高炉スラグからの熱回収設備のうち、溶融高炉スラグ鍋１から固気分離装置10までの装置構成の１例を示す。

水冷等により外面を冷却されながら回転する回転筒２の入口に、溶融高炉スラグ鍋１より流下される溶融高炉スラグを表面に設置した羽根板に当てて飛翔させると共に粒滴化し、粒滴化した高炉スラグを回転筒２内に投入するための回転ドラム５（回転ドラム造粒機とも言う）を単数又は複数設置し（図では２台）、回転筒２の上部には、飛翔して粒滴化した溶融高炉スラグを水噴霧により冷却して固化するための水スプレーノズル７を単数又は複数設置する。水スプレーノズル７は水を噴射する一流体ノズルでも、空気等の気体と水を噴射する二流体ノズルでも良い。

回転筒２の出口には、固化後に回転筒２の下部に落下した粒状の高炉スラグと雰囲気ガス（高炉スラグの顕熱により蒸発した水蒸気、及び侵入空気等）とを分離する固気分離装置１０を設置し、その下部には分離された粒状の高炉スラグを受ける高炉スラグ受け１１を設置する。

高炉スラグ受け１１とその後方に設置する熱交換装置１５とは、断熱材を張り込んだバケットコンベア１２で接続し、粒状の高炉スラグを移送する。なおコンベア１２はスクリューコンベアやベルトコンベアでも良く、形式は特に限定されるものではない。コンベア１２は断熱構造とし、スラグ粒から顕熱が失われることを防止する。

熱交換装置１５は、前段の熱交換器３と後段の廃熱ボイラ４によって構成される。熱交換器３には、コンベア１２により移送されてくる粒状の高炉スラグと直接接触して熱交換させる熱交換ガスを送風するためのブロア１３が付帯設備として設置される。熱交換器３は流動層、移動層などの固体と気体の接触面積が大きい形式の熱交換器が望ましい。粒状の高炉スラグとの熱交換により高温化した熱交換ガスを蒸気として熱回収する設備が、廃熱ボイラ４である。

さらに、回転筒２の下部に流下し堆積した粒状の高炉スラグ温度を測定するための温度センサー８を単数又は複数配置し（図では３箇所）、回転筒２内の下部に長手方向に渡って堆積して出口に向かって移動している高炉スラグ粒の温度を把握できるよう構成している。温度センサー８は熱電対等、直接物温を測定し信号として取り出せる機器で構成する。温度センサー８は複数設置することが望ましい。

溶融高炉スラグは1400℃以上の高温で本発明の装置に導入され、回転ドラム造粒機５の羽根板に衝突して空中に飛翔すると共に表面張力で球形の粒滴となり、飛翔中に雰囲気ガスおよび水スプレーノズル７からの噴霧水によって冷却され固化する。

このとき、噴霧水量が過小であれば固化せず溶融状態のスラグ粒が互いに融着し、コンクリート細骨材としての利用が不可能となる。

逆に噴霧水量が過大であれば、粒子の顕熱の大部分が水の顕熱及び蒸発潜熱に移動し、高炉スラグの保有する顕熱が大幅に減少して熱回収が困難となる。また、噴霧水量が多すぎる場合は、溶融状態の高炉スラグと多量の水が接触してスラグ粒子が発泡して多孔質となり、高炉スラグは吸水率が高く強度も低くなってしまいコンクリート細骨材として使用できなくなる問題もある。

高炉スラグの再融着限界温度は950℃付近であり、回転筒２に落下する粒子の温度が950℃以下となるよう水スプレーノズル７からの噴霧水量を設定することで再融着させずに粒子を回収することができる。回転筒下部のスラグ粒温度は投入スラグ量の変動によって上下するため、確実に再融着を防ぐためには粒子の温度を800℃以下とすることが望ましい。また、３５０℃を下回る温度まで低下すると回収可能な熱量が少なくなりすぎるため、３５０℃以上に設定することが好ましい。更に好ましくは、６００℃以上である。

スラグ粒温度計８より発信される温度データが、再融着限界温度以下の所定の設定温度範囲となるように水スプレーノズル７の水量を調節し、制御することで、必要最小限の水量で融着防止効果を発揮させることができる。

すなわち、制御対象を回転筒４の下部に堆積する粒状の高炉スラグ温度とし、検出器を温度センサー８とし、制御装置を水スプレーノズル７として、検出値の温度が目標とする所定の温度又は温度範囲となるようにスプレー水量調節器９を作動させて水噴霧量を調整するフィードバック制御を行うものである。

回転ドラム造粒機５に近い粒状の高炉スラグは、飛翔時間が短いため雰囲気ガスによる冷却がなされず、温度が高くなる傾向にある。そこで、回転ドラム造粒機５に近いスプレーノズル７の水量が多くなるよう制御することで、粒子の再融着を防ぐことができる。すなわち、回転筒４の長手方向（粒状の高炉スラグが移動する方向、回転筒４の入口から出口方向）に、水スプレーノズル７を複数設置し、入口に近い側の水噴霧量程多くなるように噴霧量に勾配を付けて制御することが望ましい。更に、スラグ粒温度計８についても回転筒４の長手方向に複数設置してそれぞれの測定温度に応じて水スプレーノズル７の水噴霧量を制御することは、長手方向の温度の偏りによる融着をより確実に防止できることから更に望ましい。

以下、本発明の実施例を説明するが、実施例で採用した条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するための一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。

本発明で得られた熱回収方法により、スラグ粒子の製造を行った。
図３に、本発明の実施例と、特許文献３記載の従来法でスプレーノズル７の噴霧水量調節を行った比較例の、噴霧水量とスラグ粒子温度を示す。
実施例の設備は回転筒４の長さ5000mm、径2800mm、回転ドラム造粒機５のドラム径680mm、羽根板の高さ150mm、溶融スラグの投入流量30T/Hである。
本発明の実施例では、温度センサー８を回転筒４の長手方向３箇所に設置し、それぞれの位置に対応する回転筒４の上部に水スプレーノズル７を３箇所設置し、噴霧水量をそれぞれ個別に制御した。
従来法の比較例では、水スプレーノズル７を実施例と同様に３箇所設置したが、噴霧水量は排気温度のみで制御し、スプレーノズル７の噴霧水量は全て等量とした。

噴霧水量を個別に制御しない従来法では回転ドラム造粒機５に近い位置でスラグ粒の温度が下がらず、950℃を超えて再融着が発生したのに対し、本発明の方法では回転ドラム造粒機５に近いスプレーノズル７の水量が多くなるよう制御することで全ての位置でスラグ粒温度が950℃を下回り、再融着を防止できた。

図４に、本発明の実施例で製造した高炉スラグ粒子と、従来法の比較例で製造した高炉スラグ粒子との粒度分布を示す。従来法の比較例では熱負荷の高い個所で融着が生じたために粗粒が多いのに対し、本発明の実施例では融着が生じず、粒度分布がより細かい粒子とすることができた。実施例では粒度分布及び強度においても細骨材に適したスラグ粒子を製造することができた。
このように、回転筒２内部の熱負荷の高い個所を集中して冷却することにより、再融着を防ぎつつ熱交換器での回収熱量を最大化することが可能となった。

本発明の溶融高炉スラグからの熱回収設備を示した概略図である。 本発明の熱回収設備の内、溶融高炉スラグ鍋１から固気分離装置１０の範囲を表した図である。 本発明の実施例と、従来法で水スプレーノズルの噴霧水量調整を行った比較例の、噴霧水量とスラグ粒子温度を示した図である。 本発明の実施例で製造したスラグ粒子と、従来法の比較例で製造したスラグ粒子との粒度分布を示した図である。

符号の説明

１ 溶融高炉スラグ鍋
２ 回転筒
３ 熱交換器
４ 廃熱ボイラ
５ 回転ドラム（回転ドラム造粒機）
６ 外冷水ノズル
７ 水スプレーノズル
８ 温度センサー
９ スプレー水量調節器
10 固気分離装置
11 高炉スラグ受け
12 コンベア
13 ブロア
14 熱回収後の高炉スラグ
15 熱交換装置（熱交換器3及び廃熱ボイラ4）

Claims (6)

1. 外部から冷却される回転筒と、該回転筒入口に設置されて流下する溶融高炉スラグを粒滴化して回転筒内に投入する回転ドラムと、該回転筒内の下部に設置され、回転筒下部に堆積する固化後の高炉スラグの温度を測定する温度センサーと、該回転筒内の上方に設置され、該温度センサーの測定した温度により該回転筒内への水の噴霧量を調整できる水スプレーノズルと、該回転筒出口に設置され、排出される高炉スラグと排ガスを分離する固気分離装置と、分離後の高炉スラグの顕熱を回収する熱交換装置とを有することを特徴とする溶融高炉スラグからの熱回収装置。
2. 前記水スプレーノズル及び前記温度センサーが、前記回転筒の長手方向に複数設置され、該各々の温度センサーの検出温度に応じて、該各々の水スプレーノズルの水噴霧量を独立して制御できることを特徴とする請求項１記載の溶融高炉スラグからの熱回収装置。
3. 前記熱交換装置は、前記分離後の高炉スラグと導入する空気との間で熱交換する前段の熱交換器と、該熱交換後の空気の顕熱を回収する後段の廃熱ボイラからなることを特徴とする請求項１又は２記載の溶融高炉スラグからの熱回収装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の熱回収装置を使用した溶融高炉スラグからの熱回収方法であって、溶融高炉スラグを前記回転ドラムに流下させて粒滴化して前記回転筒内に投入し、水スプレーノズルから水を噴霧して粒滴化した高炉スラグを固化し、回転筒内の下部に堆積した固化後の高炉スラグの温度を前記温度センサーで測定して、該温度が所定の温度になるように前記水スプレーノズルの水の噴霧量を調整し、生じる排ガスと固化後の高炉スラグを分離し、分離後の高炉スラグの顕熱を前記熱交換装置により回収することを特徴とする高炉スラグからの熱回収方法。
5. 前記所定の温度が３５０℃以上９５０℃以下であることを特徴とする請求項４記載の高炉スラグからの熱回収方法。
6. 前記回転筒の長手方向に複数設置される水スプレーノズルの水噴霧量を、該回転筒の入口に近い側から出口に近い側にかけて低減し、且つ前記複数設置された温度センサーの測定値に応じて調整することを特徴とする請求項４又は５記載の高炉スラグからの熱回収方法。

Images