JP2008013784A - 高温スラグ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発塵問題を生ずることがなく、冷却工程で強アルカリ水を発生させることがなく、冷却に長時間を必要とせず、スラグを有価物として回収することができる高温スラグの冷却装置を提供する。
【解決手段】炉から排出された高温のスラグを一次冷却する多数の冷却ボックス２と、所定温度まで冷却されたスラグを分別を目的とした搬送ボックス４ａでホッパー９まで搬送する搬送装置４と、ホッパー９から供給されたスラグを移送しつつスラグに冷却風を接触させて二次冷却する乾式冷却装置５とからなる。乾式冷却装置５としては、振動流動層型冷却装置や回転型冷却装置を使用することができる。乾式冷却装置５の後段に分級装置６を直結することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鋼工程や溶銑予備処理工程において発生する高温のスラグの冷却装置に関するものである。

製鋼工程や溶銑予備処理工程から、1200℃〜1600℃の高温スラグが大量に発生する。通常はこれらの高温スラグをスラグヤードに排出し、散水により冷却しているが、冷却効率が悪いために冷却に長時間を要している。このため大量のスラグを冷却するには、広大な面積を必要としている。またスラグ表面から粉塵や水蒸気が発生するため、これを防止するためには集塵に莫大な費用を要するうえに、集水配管が閉塞し易く、冷却水の排水処理にも費用がかかる等の問題がある。

一方、スラグの再資源化の観点からは、微粉部分に含まれる未反応CaOが、スラグを土木材料として使用した場合、水と反応して強アルカリを生じ、水質への悪影響が懸念される。またスラグを路盤材あるいは海洋用途に使用する場合には白濁を生じるので、中和処理が必要になる。さらにこの強アルカリ水により集水配管が腐食することがあるうえ、こうして生じた強アルカリ水を中和する必要が生じる。

なお特許文献１には、溶融状態の製鋼スラグを浅底広皿上に注入して散水による一次冷却を行い、次に排滓台車内で散水による二次冷却を行い、更に貯水ピットに浸漬する製鋼スラグの安定化処理方法が開示されている。しかしこの方法はスラグを水中に浸漬するため、上記した強アルカリ水の問題がある。

また特許文献２には、製鋼スラグをスラグ容器に入れて徐冷し、得られたα´−Ca_２SiO₄を大量に含むスラグ大塊を破砕してスラグ小塊とし、これを急速冷却することによりα´−Ca_２SiO₄をγ−Ca_２SiO₄に変態させてスラグを粉化させることが記載されている。しかしこの方法はγ−Ca_２SiO₄を多量に析出可能なステンレススラグに対してのみ有効な方法であり、一般の製鋼工程から発生するスラグには適用することができない。しかも特許文献２の実施例に記載されているように、徐冷のために２４時間にもわたる冷却時間を要するため、生産性が低いという問題もある。
特公平５−４２３８０号公報 特開２００３−２４７７８６号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、スラグヤード方式のような発塵や強アルカリ水の発生がなく、冷却に長時間を必要とせず、スラグを有価物として回収することができる高温スラグの冷却装置を提供することを目的とするものである。
具体的には、転炉スラグのみならず、固相率の高い溶銑予備処理スラグの冷却を効果的に、かつ自由水の生成しない条件下での冷却により、冷却面積や集塵機容量の縮小と、強アルカリ水の生成を皆無とすること、強アルカリ水の生成に起因する中和処理や機器の腐食問題を解決することを目的とする。
また、処理後スラグに含まれる未反応CaOを炭酸ガスにて中和することにより、従来、冷却後に行っていた炭酸化処理工程を省略ないし簡略化し、海洋や地盤に使用しても白濁あるいは強アルカリ水を発生させないことを目的とする。
さらに、分級を行うことにより、CaOを多量に含む篩下は精錬助剤として炉へリサイクルし、カルシウムシリケートやP₂O₅を多量に含む篩上は、海洋の環境修復材や珪酸質・燐酸質肥料として利用することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、炉から排出された高温のスラグを一次冷却する多数の冷却ボックスと、所定温度まで冷却されたスラグをホッパーまで搬送する搬送装置と、ホッパーから供給されたスラグを移送しつつスラグに冷却風を接触させて二次冷却する乾式冷却装置とを備えたことを特徴とするものである。なお、一次冷却におけるスラグ温度は700〜1000℃程度にするのが望ましい。次に、一次冷却から二次冷却に移行する際には、大塊・大地金を取り除くことが望ましい。これは二次冷却設備の摩耗を防ぎ、ランニングコスト、設備費を安価にでき、かつ冷却の所要量を低減できるからである。

なお、冷却ボックスがその側方にスラグ及びスラグ中地金の掻き出し装置を備えたものであり、スラグとの接触により蒸発する水量、例えばスラグ１トン当たり300kg以下の水量の散水装置を備えた鉄製ボックスであることが好ましい。また、一次冷却から二次冷却への搬送装置が、スラグと地金や大塊とを分別する複数種類の搬送ボックスからなることが好ましい。なお、搬送ボックスの冷却時間短縮上は浅くした方がよいが、単位時間あたりの処理量が多い場合には、必要な面積、即ち必要なボックスの数が増え、集塵が必要な面積が増えて設備費、ランニングコストの増加を招くので、搬送ボックスの深さはこれらの点を勘案して最適値を設定するのが肝要である。
乾式冷却装置は、振動整流板の下方より冷却風を吹き込んで振動整流板上でスラグを流動させることにより、冷却しつつ出口側に移送する振動流動層型冷却装置あるいは、筒型の回転シェルの内部で、スラグに撹拌を与え、かつ出口側に移送しつつ、回転シェルの中心付近に設けられた吹込主管を経て、斜め下方に向いた吹込枝管の先端からスラグに冷却風を接触させる回転型冷却装置であることが好ましい。なお、二次冷却の冷却風配管に炭酸ガスを含む燃焼排ガス配管を接続することができ、乾式冷却装置の後段に、冷却されたスラグの分級装置が直結されていることが好ましい。

本発明の高温スラグの冷却装置によれば、炉から排出された高温のスラグを、冷却ボックスによる一時冷却と乾式冷却装置による二次冷却とにより熱間状態から冷却するが、その間にスラグが水中に浸漬されたり自由水を発生させない範囲での水冷却であるため、スラグ中のCaOが冷却水中に溶出することがなく、従来のように強アルカリ水が発生することがない。このためスラグ全体がアルカリ性となってしまうことがなく、スラグを有価物として回収することができるうえ、強アルカリ水によって装置が腐食したり強アルカリ水の処理費用がかかることもない。スラグを700℃以上の高温度で直接乾式冷却装置に装入する装置であると、温度自体が高いことのみならず、スラグに不可避的に混入する地金により部材への熱負荷が大きいので劣化が早く、保守時間、費用が増大するという問題が生ずるが、本発明によればこれらの問題を解消することができる。また、従来のヤード処理に比べ、冷却効率が高くなるので、処理面積を大幅に小さくすることが可能になり、集塵機の設備費用は著しく抑えられるという効果を奏する。

また段落０００３で述べたように、自由水にスラグが水没してしまう従来の方法であると、スラグの微粉部分に存在する未反応CaO分が水に溶解する、あるいは高粘性の泥のようなスラリー状となって、スラグ粒子全体に付着してしまい、本来未反応CaOのほとんど含まれない例えば2mm超の粗粒部にCa(OH)₂として付着するので、全体が高アルカリの発生源となってしまうが、本発明のごとく自由水を発生させない範囲での冷却装置を用いるとこうしたことがなく、分級を行うのみで、その篩下に未反応CaOを分離し得る。なお分級点は、対象とするスラグの実態に合った粒径を選定すればよい。また、分級後のリサイクル、リユースの目的によっては、分級点を何段階か複数設定することも可能である。また本発明の高温スラグの冷却装置によれば、高温のスラグの冷却は冷却ボックスと乾式冷却装置との内部で行われるので、従来のように発塵防止のために多額の費用が発生することはなく、しかも冷却を迅速に行うことができる。

図１は本発明の実施形態の説明図であり、１は炉から排出された高温のスラグを貯留するスラグパン、２はその側方に配置された一次冷却用の冷却ボックス、３はスラグパン１の搬送用の天井クレーン、４はスラグの搬送装置であって、スラグ搬送用の搬送ボックス４ａと地金・大塊スラグ搬送用の搬送ボックス４ｂを備えている。５は二次冷却用の乾式冷却装置、６は乾式冷却装置５の後段に配置されたスラグの分級装置である。

スラグは製鋼スラグまたは溶銑予備処理スラグであり、製鋼スラグには転炉吹錬スラグ、溶銑脱リンスラグ、溶銑脱硫スラグなどが含まれる。これらの製鋼スラグまたは溶銑予備処理スラグ中には、溶銑中に吹き込まれたCaOの微粉末（７５μm前後）の一部が未反応のf-CaOとして含有されている。なお、炉から排出される温度はスラグの種類により異なるが、製鋼スラグでは1400〜1600℃で液状であり、溶銑予備処理スラグでは1200〜1400℃で液状、固化状、及び半溶融状態である混合体である。

スラグパン１の側方には、一次冷却用の多数の冷却ボックス２が配置されている。冷却ボックス２は大型の鉄製ボックスである。冷却ボックス２は下方が開放され通気している架台上に固定されている。炉から排出された高温スラグは、天井クレーン３によりスラグパン１から冷却ボックス２に装入される。次に冷却ボックス２の側方に配置された油圧ショベル等の掻き出し装置７によって高温スラグは均一な厚さに掻き均されるとともに、大きな塊や地金が取り除かれ、地金・大塊スラグ搬送用の搬送ボックス４ｂに入れられる。なお、冷却ボックス２及び搬送装置４の上方や側方には集塵や蒸気排出のための捕集フード及び集塵機が併設されている。

高温スラグは薄く平らに掻き均されることで、鉄板への吸熱速度と大気への放熱速度がきわめて大きく、容易に降温される。20〜60分の冷却にて高温スラグは溶融状態を脱して固体スラグとなる。固化後、掻き出し装置７で掻き出される際に、スラグは前記の冷却効果と相俟って割れて高温の塊・粉状体となってスラグ搬送用の搬送ボックス４ａに移される。この他に、補完的冷却手段として冷却ボックス２の上方には散水ノズル８が設置されており、冷却水を噴霧してスラグを補完冷却する。この冷却は、噴霧した冷却水が瞬時に蒸発してスラグから気化熱を奪い、自由水の状態で残留しないようにすることが必要であり、条件を満たす水量はスラグ１トン当たり300kg以下である。自由水を発生させるとスラグからのアルカリ溶出の問題が生ずるので好ましくない。この一次冷却によって、スラグ温度を800〜1200℃程度にまで降下させる。

搬送ボックス４ａ、４ｂの搬送装置４は走行、昇降、傾転の機能を有する自走台車である。一次冷却されたスラグの入った搬送ボックス４ａを移動させ乾式冷却装置５のホッパー９まで水平搬送したうえ、搬送ボックス４ａを上昇、傾斜させてスラグをホッパー９内に注入する。また、同自走台車は平台車とし、冷却装置５に昇降、傾転の機能を有するクレーンなどの移載装置を併設してもよい。さらに搬送装置を省略して、一次冷却と二次冷却を上下に接続し、中間に大塊や地金を分別する機能、例えばグリズリーや篩や磁選機を設置した形式のものもよい。

乾式冷却装置５は冷却水を使用せずにスラグを200℃以下にまで二次冷却を行うための装置である。図１に示す第１の実施形態では、乾式冷却装置５は振動を付与した流動層型冷却装置である。その詳細は図２、図３に示すとおりであり、細長い本体１０の内部にほぼ全長にわたって振動整流板１１が設けられており、スラグはホッパー９から振動整流板１１の端部に供給される。この振動整流板１１は適宜の駆動手段により振動され、スラグを出口１２側に移送して行く。また振動整流板１１の下方には給気口１３から冷却空気が供給され、振動整流板１１に形成された多数の整流孔から上方に噴出してスラグを流動させる。

このようにスラグは流動状態で冷却風と接触するために冷却効率がよく、さらに振動によって冷却効率が高まるため、単なるロータリー型の高温スラグ処理装置に比較して２〜５倍の冷却能力を有する。スラグはこの乾式冷却装置５の内部で急速に冷却されつつ急冷に伴う熱応力と振動とによって破砕され、200℃以下にまで二次冷却される。なお、内部で発生する粉塵は本体１０の天井部の排気口１４から吸引ファンにより吸引され、集塵機１５で集塵される。このように水を使用せずに乾式冷却を行うので、アルカリ水が発生することはない。

上記した第１の実施形態では、乾式冷却装置５は振動を付与した流動層型冷却装置であったが、図４以下に示す第２の実施形態では、乾式冷却装置５として回転型冷却装置が使用されている。その詳細は図５、図６に示すとおりであり、ロータリーキルンのように傾斜した筒型の回転シェル１６の中心に吹込主管１７を貫通させ、この吹込主管１７から斜め下方に多数の吹込枝管１８をタコの足のように突出させた構造のものである。なお、回転シェル１６は必ずしも円筒型に限定されるものではなく、多角形や円錐、角錐でも適用できる。また吹込枝管１８はタコ足状にせず、連続型のベッダー管や吹込主管１７にスリットを開けたものでもよい。

ホッパー９から回転シェル１６の内部に供給されたスラグは回転シェル１６の回転に伴ってその内周面に沿って転がりながら出口１９側に移動して行くが、図６に示すように吹込枝管１８の先端はスラグに浸漬あるいは近接の状態にてスラグに冷却風を接触あるいは吹き込む。このためスラグは効率よく冷却され、急冷に伴う熱応力と振動とによって破砕され、200℃以下にまで二次冷却されて出口１９から取り出される。この第２の実施形態でもスラグが水と接触することはないので、従来のようなアルカリ水の発生はない。また、蒸発する範囲での散水を併用することにより冷却能を増すこともできる。なお回転シェル１６の外側に散水しても、スラグと水とが接触しないため差し支えない。

いずれの実施形態でも、乾式冷却装置５の冷却媒体はファン２０によって送風される冷却風のみならず、炭酸ガスを含む燃焼排ガスの利用や水または湿分を添加することも可能である。図１に示すように、炭酸ガスを含む燃焼排ガス配管などのガス供給配管２１を冷却風配管に接続した冷却設備としてもよい。

実施形態においては、乾式冷却装置５の後段に分級装置６が設置されており、乾式冷却装置５内で粉砕されたスラグを分級して、コンベヤ２２とコンベヤ２３に排出する。ここでは篩目を２mmに設定し、２mm以上の粗大粒と２mm未満の微小粒とに分級しているが、篩目の設定はスラグの用途に応じて適宜変更可能である。スラグ中に残留しているCaOは乾式冷却され破砕されたスラグ中には微細粒子として分散しているため、分級するとCaOは微小粒側に集中し、粗大粒側にはほとんど含まれない。このため、CaO含有率の低い粗大粒と、CaO含有率の高い微小粒とを得ることが可能となる。

得られた粗大粒は未反応のf-CaOの含有率が低いので、例えば漁礁や海洋の土壌改良資材として使用可能である。また従来はスラグを路盤材として使用する際にはエージング処理を要していたが、本発明によって得られた粗大粒のスラグはf-CaOの含有率が低いので、エージングレスまたはエージング期間の短縮を図ることが可能となる。一方、微小粒のスラグ中には多くのCaOが含まれているため、肥料として活用することができる。さらに溶銑脱リンスラグには燐酸分が含まれるが、前段落に記載のCaOと同様に燐酸分が高まり、燐酸肥料として使用することが可能となる。

このように本発明の高温スラグ処理装置によれば、スラグ冷却を冷却ボックス２及び乾式冷却装置５の内部で行うため、従来のスラグヤード方式のような発塵問題を生ずることがない。また冷却によって排水を生じることがない。よって処理工程で強アルカリ水を生成させることがなく、装置の腐食や冷却水配管の付着閉塞も生じない。また強制冷却方式を採用しているので処理に長時間を必要としない。しかも分級を行えば、f-CaOやP₂O₅の含有率の高いスラグと低いスラグとに分離して取り出せるので、それぞれのスラグを有価物として活用することが可能となる。さらに従来のスラグ処理装置は、高温状態のスラグと長時間接触することから、装置の熱変形や摩耗が大きく、修繕の費用が嵩むといった問題があったが、本発明のスラグ処理装置はスラグとの接触時間が短くて済むため、修繕費高の問題も解決される。

なお、段落００１３に記載した冷却ボックス２は冷却時間短縮の面から浅くした方がよいが、単位時間当たりの処理量が多い場合には、必要な面積、あるいはボックスの数が増えて専有面積が増え、発塵防止に必要な集塵面積も増えて設備費、ランニングコストが高くなるので、これらを勘案して厚みやボックス数を選定する。また冷却ボックス２は冷却性能を高めるために、ボックスの下方は開放状態とし通気を良好に維持する他に、水冷や下方からの冷却を行うことが有効である。

本発明の第１の実施形態を示す説明図である。 振動流動層型冷却装置の長手方向の断面図である。 振動流動層型冷却装置の横面図である。 本発明の第２の実施形態を示す説明図である。 回転型冷却装置の長手方向の断面図である。 回転型冷却装置の横面図である。

符号の説明

１ スラグパン
２ 冷却ボックス
３ 天井クレーン
４ 搬送装置
４ａ スラグ搬送用の搬送ボックス
４ｂ 地金・大塊スラグ搬送用の搬送ボックス
５ 乾式冷却装置
６ 分級装置
７ 掻き出し装置
８ 散水ノズル
９ ホッパー
１０ 本体
１１ 振動整流板
１２ 出口
１３ 給気口
１４ 排気口
１５ 集塵機
１６ 回転シェル
１７ 吹込主管
１８ 吹込枝管
１９ 出口
２０ ファン
２１ ガス供給配管
２２ コンベヤ
２３ コンベヤ

Claims (8)

1. 炉から排出された高温のスラグを一次冷却する多数の冷却ボックスと、所定温度まで冷却されたスラグをホッパーまで搬送する搬送装置と、ホッパーから供給されたスラグを移送しつつスラグに冷却風を接触させて二次冷却する乾式冷却装置とを備えたことを特徴とする高温スラグ処理装置。
2. 冷却ボックスが、その側方にスラグ及びスラグ中地金の掻き出し装置を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の高温スラグ処理装置。
3. 冷却ボックスが、スラグとの接触により蒸発する水量の散水装置を備えた鉄製ボックスであることを特徴とする請求項１記載の高温スラグ処理装置。
4. 一次冷却から二次冷却への搬送装置が、スラグと地金や大塊とを分別する複数種類の搬送ボックスからなることを特徴とする請求項１記載の高温スラグ処理装置。
5. 乾式冷却装置が、振動整流板の下方より冷却風を吹き込んで振動整流板上でスラグを流動させることにより、冷却しつつ出口側に移送する振動流動層型冷却装置であることを特徴とする請求項１記載の高温スラグ処理装置。
6. 乾式冷却装置が、筒型の回転シェルの内部で、スラグに撹拌を与え、かつ出口側に移送しつつ、回転シェルの中心付近に設けられた吹込主管を経て、斜め下方に向いた吹込枝管の先端からスラグに冷却風を接触させる回転型冷却装置であることを特徴とする請求項１記載の高温スラグ処理装置。
7. 二次冷却の冷却風配管に炭酸ガスを含む燃焼排ガス配管を接続したことを特徴とする請求項１記載の高温スラグ処理装置。
8. 乾式冷却装置の後段に、冷却されたスラグの分級装置が直結されていることを特徴とする請求項１記載の高温スラグ処理装置。

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