JP2009051719A - 溶融スラグの冷却処理装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する1対の冷却ドラム1を備え、該1対の冷却ドラム1の上方に各々堰2を設け、これら1対の冷却ドラム1の上部外周面間と1対の堰2間にスラグ液溜まり部Aを形成し、各堰2と冷却ドラム1間には、スラグ液溜まり部A内の溶融スラグが押し出される開口3を形成する。スラグ液溜まり部Aでの溶融スラグの滞留時間を長くできるので、溶融スラグの冷却を効果的に促進させることができ、適切に冷却された厚肉のスラグを開口3から押し出すことができる。
【選択図】図1
Description
一方、高炉スラグやごみ焼却灰溶融スラグなどの溶融スラグを冷却処理するための装置として、双ドラム方式のスラグ冷却処理装置が知られている(例えば、特許文献1など)。このスラグ冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する1対の冷却ドラムを備えており、この1対の冷却ドラムの上部外周面間に上方から溶融スラグが供給され、スラグ液溜まりが形成される。このスラグ液溜まりから、回転する冷却ドラムの表面に付着することで溶融スラグが持ち出され、この溶融スラグは冷却ドラム面に付着した状態で適度な凝固状態(例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態)まで冷却された後、所定のドラム回転位置において自重により冷却ドラム面から剥離し、回収手段に回収される。
また、本発明の他の目的は、そのような冷却処理装置を用いた溶融スラグの冷却処理方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、そのような冷却処理方法を用いたスラグ製品の製造方法を提供することにある。
[1]水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する1対の冷却ドラム(1)を備えた溶融スラグの冷却処理装置において、
1対の冷却ドラム(1)の上方に各々堰(2)を設け、これら1対の冷却ドラム(1)の上部外周面間と1対の堰(2)間にスラグ液溜まり部(A)を形成し、各堰(2)と冷却ドラム(1)間には、スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグが押し出される開口(3)を有することを特徴とする溶融スラグの冷却処理装置。
[3]上記[1]または[2]の冷却処理装置において、スラグ液溜まり部(A)内に流体を吹き込むための流体供給手段(5)を有することを特徴とする溶融スラグの冷却処理装置。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかの冷却処理装置において、冷却ドラム(1)から剥離したスラグを冷却するための冷却手段を有することを特徴とする溶融スラグの冷却処理装置。
[6]上記[5]の冷却処理方法において、開口(3)から厚さ5mm以上の板状のスラグが押し出されることを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
[7]上記[5]または[6]の冷却処理方法において、スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグに粉体を添加することを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
[8]上記[5]〜[7]のいずれかの冷却処理方法において、スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグ中に流体を吹き込むことを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
(i)冷却ドラム(1)および/または堰(2)内を通過する冷媒から熱回収を行う。
(ii)冷却ドラム(1)で冷却されたスラグを、さらに冷媒と接触させ冷却し、該冷媒から熱回収を行う。
(iii)スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグ中に流体を吹き込む場合、吹き込まれた流体を回収し、該流体から熱回収を行う。
[11]上記[10]の製造方法において、粗骨材となるスラグ製品を得ることを特徴とするスラグ製品の製造方法。
なお、本発明において、堰(2)と冷却ドラム(1)間の開口(3)は、堰(2)や冷却ドラム(1)の外面形状などによっては、間欠的に形成される(すなわち、堰(2)と冷却ドラム(1)間が間欠的に開口する)場合があり、この場合には、スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグは開口(3)から不連続状に押し出されることになる。
また、本発明によるスラグ製品の製造方法によれば、上記のような冷却処理方法を用いることにより、所望の粒度を有するスラグ製品を低コストに安定して製造することができる。
この溶融スラグの冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する1対の冷却ドラム1a,1bを備えている。この冷却ドラム1a,1bは、駆動装置(図示せず)により上記の回転方向に回転駆動する。なお、冷却ドラム1a,1bは、操業条件に応じて回転数を制御できるようにすることが好ましい。
前記冷却ドラム1a,1bの内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構(図示せず)が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部と冷媒排出部がドラム軸の各端部に各々設けられている。なお、冷媒には一般に水(冷却水)が用いられるが、他の流体(液体または気体)を用いてもよい。
本発明は、厚さ5mm以上、好ましくは20mm以上のスラグ凝固体が得られるようにすることを狙いとしているため、開口3の幅(厚さ)は5mm以上、好ましくは20mm以上とすることが望ましい。また、堰体2a,2bの上下方向位置を調整可能とすることにより、開口3の幅(厚さ)を可変とすることが好ましい。
また、前記冷却ドラム1a,1bおよび堰体2a,2bの幅方向の両端側には、スラグ液溜まり部Aの両端を塞ぐための堰板8が、冷却ドラム1a,1bおよび堰体2a,2bの端面に接するようにして設けられている。この堰板8は、適当な支持部材を介して装置本体(基体)に支持される。
なお、溶融スラグの粘性や供給量・供給形態などからして、溶融スラグが冷却ドラム1a,1b間の幅方向両端から流出するおそれがない場合には、上記堰板8は設けなくてもよい。
各冷却ドラム1a,1bの側方(外側)には、冷却されて冷却ドラム面から剥離したスラグSxを受け取り、搬送するための搬送コンベア6が配置されている。冷却ドラム1a,1bの表面に付着して冷却されるスラグは、冷却ドラム面がドラム下方側に回り込み始める回転位置において自重により冷却ドラム面から剥離するので、本実施形態の搬送コンベア6は、このようして剥離するスラグSxを受けられるような高さ位置に配置されている。なお、冷却ドラム面から剥離したスラグSxを搬送コンベア6にガイドするためのガイド部材を設けてもよい。
なお、搬送コンベア6を設けることなく、冷却ドラム1a,1bとスラグバケット7間にシュートを設け、冷却ドラム1a,1bから剥離したスラグSxを、このシュートを介してスラグバケット7に装入するようにしてもよい。
また、本実施形態の冷却ドラム1a,1bは表面が平滑な円筒体であるが、必ずしもこれに限定されるものではなく、溝などの凹凸を有していてもよい。
なお、スラグSxを搬送コンベア6からスラグバケット7などに払い出す際には、必要に応じて、スラグSxを適当な手段で粗破砕してもよい。
なお、図1の実施形態において、堰体2a,2bが特別な内部冷却機構を有していない場合には、開口3から押し出されるスラグSxは、通常、冷却ドラム1a,1bに接する側の下面と両側端面が凝固し、上面側は溶融または半溶融状態であるが、押し出されるスラグSxがこの程度の凝固状態であれば特に問題はない。
通常、冷却ドラム1a,1bによる冷却が完了した直後のスラグSxは、上記のような適度な凝固状態にあるが、未だ可塑性を有しているので、冷却ドラム面から剥離し、搬送コンベア6に受け取られるスラグSxは板状の連続体である。ただし、スラグSxの厚さや凝固の程度によっては、冷却ドラム面から剥離し、搬送コンベア6に受け取られる間に板状スラグの連続体が千切れることもあるが、特に問題はない。
この実施形態では、冷却ドラム1a,1bの上部に設ける1対の堰2を、下部外周面が反スラグ液溜まり部A方向に回転する回転方向を有する冷却ドラム2xa,2xbで構成したものである。
冷却ドラム1a,1bと同様、前記冷却ドラム2xa,2xbの内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構(図示せず)が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部と冷媒排出部がドラム軸の各端部に各々設けられている。なお、冷媒には一般に水(冷却水)が用いられるが、他の流体(液体または気体)を用いてもよい。
図1の実施形態と同様、開口3の幅(厚さ)は5mm以上、好ましくは20mm以上とすることが望ましい。また、冷却ドラム2xa,2xbの上下方向位置を調整可能とすることにより、開口3の幅(厚さ)を可変とすることが好ましい。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図1の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本発明では、開口3から押し出されるスラグSxの厚さとは、図1に示すような冷却ドラム径方向でのスラグの最大厚みtと定義する。そして、押し出されるスラグSxの形状が板状以外の場合にも、上記定義によるスラグSxの厚さが5mm以上、好ましくは20mm以上であることが望ましい。
本発明において開口3から押し出される厚肉のスラグSxは、通常、片面または両面の表層のみが凝固し、内部は溶融または半溶融状態にある。そして、開口3から押し出された直後における凝固表層部は、冷却ドラムで急冷されたことによりガラス質またはこれに近い組織となるが、その後、内部の未凝固スラグの熱によって復熱することで結晶質に変化する。したがって、本発明によれば、ガラス質の少ない厚肉のスラグ凝固体を得ることができる。
(イ)ドラム周方向の環状溝
(ロ)ドラム周方向で間隔的に設けられる凹部
冷却ドラム2xa,2xbの外周面を冷却ドラム1a,1bの外周面に当接させることで、上記(イ)または/および(ロ)により孔型状の開口3が形成され、この孔型状の開口3からスラグSxが押し出されるようにしたものである。
本実施形態では、環状溝20で形成される複数の孔型状の開口3から柱状のスラグSxが押し出される。
なお、冷却ドラム2xa,2xbの外周面ではなく、冷却ドラム1a,1bの外周面に複数の環状溝をドラム長手方向で間隔的に形成し、この環状溝により孔型状の開口3が形成されるようにしてもよい。
本実施形態では、環状溝10と環状溝21が合わさって形成される複数の孔型状の開口3から柱状のスラグSxが押し出される。
なお、図9では、環状溝22の底面に形成される凹凸を省略してあるが、底面の凸部位置を仮想線で示してある。
さらに、冷却ドラム2xa,2xbの外周面ではなく、冷却ドラム1a,1bの外周面に複数の環状溝(或いは上記のようなドラム周方向で間隔的に形成される溝状または穴状の凹部)をドラム長手方向で間隔的に形成し、この環状溝などにより孔型状の開口3が形成されるようにしてもよい。
なお、図11〜図13では、環状溝11と環状溝23の底面に形成される凹凸を省略してあるが、底面の凸部位置を仮想線で示してある。
また、図10〜図13の実施形態のような環状溝11と環状溝23の代わりに、溝状または穴状の凹部をドラム周方向で間隔的に形成してもよく、この場合には、その凹部により間欠的に開口3が形成され、この開口3から塊状のスラグSxが押し出されることになる。
本実施形態では、凹部12と凹部24が合わさって間欠的に形成される複数の開口3を通じて塊状のスラグSxが押し出される。
なお、冷却ドラム1a,1bと冷却ドラム2xa,2xbのうち、いずれか一方のドラムを平滑な円筒体で構成し、他方のドラムの外周面にだけ凹部12,24を形成するようにしてもよい。
開口3から押し出された直後のスラグSxを塊状スラグに加工する方法としては、クラッシャーなどの破砕装置で破砕してもよいし、剪断装置で剪断してもよい。
冷却ドラム1a,1bを冷却するために、冷却ドラム内にさきに述べたような内部冷却機構を設ける代わりに、或いはそのような内部冷却機構に加えて、冷却ドラム1a,1bの下部外周面に冷却用流体を吹き付けるドラム冷却手段を設けてもよい。この冷却手段は、例えば、冷却ドラム1a,1bの下部外周面に水や空気などの冷却用流体を吹き付けるノズルなどにより構成できる。また、冷却ドラム2xa,2xbについても、冷却ドラム内にさきに述べたような内部冷却機構を設ける代わりに、或いはそのような内部冷却機構に加えて、冷却ドラム2xa,2xbの外周面に冷却用流体を吹き付けるドラム冷却手段を設けてもよい。この冷却手段も、例えば、冷却ドラム2xa,2xbの外周面に水や空気などの冷却用流体を吹き付けるノズルなどにより構成できる。
また、冷却ドラム1a,1bから剥離したスラグSxを、冷却ドラム1a,1bと搬送コンベア6間または搬送コンベア6上で冷却する冷却手段を設けてもよい。この冷却手段は、例えば、スラグSxに水や空気などの冷却用流体を吹き付けるノズルなどにより構成できる。このような冷却手段を有する実施形態は、図21に示してあるので、後に詳述する。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図2の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
スラグ液溜まり部Aに流体を供給する方法としては、上記実施形態以外に、例えば、堰板8に流体供給手段を設け、この流体供給手段からスラグ液溜まり部A内に流体を供給する方法、スラグ液溜まり部Aの上方から流体吹込手段によりスラグ液溜まり部A中に流体を吹き込む方法、などの方法を採用できる。
上記(a)の溶融スラグの温度調整では、通常、流体の供給により溶融スラグの温度を低下させる。流体としては、例えば、空気、窒素ガス、水蒸気などを用いることができる。
上記(b)のスラグの改質については、例えば、スラグ中のf-CaO量の低減を目的とする場合には、空気、酸素富化空気、酸素ガスなどの酸素または酸素含有ガスを用いることができる。このようなガスを溶融スラグに供給するとスラグ中のFeOが酸化され、これがf-CaOと結びついて2CaO・Fe2O3を形成するので、スラグ中のf-CaO量が低下し、得られたスラグ凝固体を路盤材などに使用した場合の水和膨張が抑制できる。
また、水蒸気(水)と天然ガスやコークス炉ガスなどの炭化水素系成分含有ガスをスラグ液溜まりA内に同時に供給することにより、水蒸気改質反応が生じ、この改質反応の吸熱にスラグの顕熱が供給されるため溶融スラグの冷却を促進できるとともに、反応により生成するガス(水素リッチガス)を可燃性ガスとして回収ないし熱回収することができる。炭化水素系成分含有ガスとして、例えばメタンガスを用いた場合、CH4+H2O→CO+3H2の反応が生じる。
上記(a)の溶融スラグの温度調整では、粉体の供給により溶融スラグの温度を低下させる。
上記(c)については、本発明法で冷却されたスラグを破砕処理または/および磨砕処理した際に生じたスラグ粉を添加すれば、製品歩留まりを向上させることができる。
(i)冷却ドラム1a,1bおよび/または堰2(好ましくは冷却ドラム2xa,2xb)内を通過する冷媒から熱回収を行う。
(ii)冷却ドラム1a,1bで冷却したスラグSxを、さらに冷媒(例えば、蒸気、水、空気など)と接触させて冷却し、この冷媒を回収することで熱回収を行う。この方法では、基本的に閉鎖空間でスラグに冷媒を接触させた後、スラグと熱交換した冷媒を回収する。例えば、(a)冷却ドラム1a,1bから剥離したスラグSxを搬送手段で搬送しつつ冷媒と接触させ、この冷媒から熱回収を行う方法、(b)冷却ドラム1a,1bから剥離したスラグSxを冷媒が供給される冷却用容器または冷却装置(すなわち、冷媒とスラグとの熱交換を行う容器または装置)にて冷却し、前記冷媒から熱回収を行う方法、など種々の方法を採ることができる。
(iii)スラグ液溜まり部A内の溶融スラグS中に流体を吹き込む場合、吹き込まれた流体を回収し、この流体から熱回収を行う。
前記(ii)の(a)の形態では、例えば、図1、図2、図16の実施形態の搬送コンベア6をトンネルで覆い、このトンネル内部に冷媒を流すことでスラグを冷却し、その冷媒から熱回収を行う。
前記(ii)の(b)の形態では、例えば、冷媒が供給される冷却用容器内にスラグを収容して冷却し、前記冷媒から熱回収を行う。冷却用容器としては、例えば、図1、図2、図16の実施形態のスラグバケット7を用いることができ、このような冷却用容器を通過する冷媒から熱回収を行う。また、スクリューフィーダーやロータリーキルンなどの冷却装置にスラグを装入し、それらの内部に空気などの冷媒を供給してスラグを冷却し、その冷媒から熱回収を行うこともできる。
前記(i)〜(iii)のいずれの場合も、熱回収設備(図示せず)において冷媒や気体から熱回収を行う。回収された熱は、例えば、原料乾燥用熱源、燃料乾燥用蒸気の熱源など、様々な熱源として利用することができる。
前記(ii)の(b)の形態では、冷却用容器または冷却装置で冷却されるスラグは、顕熱回収の効率の面からは粒径がある程度小さい方が好ましく、この点では、さきに挙げた図4〜図15に示すような実施形態で冷却処理されたものが好ましい。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図2、図8,9の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図2および図17の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図2および図17の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
以上述べた図15〜図19の実施形態において、冷却処理装置としては、図1〜図15のいずれの実施形態のものを用いてもよい。
なお、その他の装置構成と冷却処理形態は、図2および図16の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
なお、この図20の実施形態は、さきに述べた、水蒸気(水)と天然ガスやコークス炉ガスなどの炭化水素系成分含有ガスをスラグ液溜まりA内に同時に供給する場合に特に適している。
図21のその他の装置構成と冷却処理形態は、図2の実施形態と同様であるので、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
所定のスラグ液溜まりAが形成されたところで、前記間隔(開口3の幅)を所定の距離に調整することにより、安定して厚みの厚いスラグSxを得ることができる。
また、スラグ液溜まりAの液面高さ検知手段を設けておけば、溶融スラグ受け入れ量が変化した場合に、スラグ液溜まりAの液面高さを一定に制御できるように冷却ドラム1a,1bの回転数を変更することにより、安定して一定の厚みのスラグSxを得ることができる。
・冷却ドラム1a,1b:外径400mm×長さ(ドラム幅方向での長さ)1000mm、水冷式
・冷却ドラム2xa,2xb:外径400mm×長さ(ドラム幅方向での長さ)1000mm、水冷式
・冷却ドラム1a,1b−冷却ドラム2xa,2xb間の隙間(開口3):8mm
・冷却ドラム1a,1bおよび冷却ドラム2xa,2xbの回転速度:4rpm
2 堰
2a,2b 堰体
2xa,2xb 冷却ドラム
3 開口
4 スラグ樋
5 流体吹込手段
6 搬送コンベア
7 スラグバケット
8 堰板
9 部材
10,11 環状溝
12 凹部
13 破砕装置
14 冷却用容器
15 スクリューフィーダー
16 タンデッシュ
17 フード
18 ガス排出管
20,21,22,23 環状溝
24 凹部
30 スラグ鍋
31 タンディッシュ
32,32a 冷媒供給手段
40 冷媒流路
41a,41b 冷媒通路
200a,200b ドラム軸
80 フランジ
100 外周面
A スラグ液溜まり部
S 溶融スラグ
Sx スラグ
Claims (11)
- 水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する1対の冷却ドラム(1)を備えた溶融スラグの冷却処理装置において、
1対の冷却ドラム(1)の上方に各々堰(2)を設け、これら1対の冷却ドラム(1)の上部外周面間と1対の堰(2)間にスラグ液溜まり部(A)を形成し、各堰(2)と冷却ドラム(1)間には、スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグが押し出される開口(3)を有することを特徴とする溶融スラグの冷却処理装置。 - 堰(2)が、下部外周面が反スラグ液溜まり部(A)方向に回転する回転方向を有する冷却ドラム(2x)からなることを特徴とする請求項1に記載の溶融スラグの冷却処理装置。
- スラグ液溜まり部(A)内に流体を吹き込むための流体供給手段(5)を有することを特徴とする請求項1または2に記載の溶融スラグの冷却処理装置。
- 冷却ドラム(1)から剥離したスラグを冷却するための冷却手段を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の溶融スラグの冷却処理装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の冷却処理装置を用いた溶融スラグの冷却処理方法であって、開口(3)からスラグが押し出されることを特徴とする溶融スラグの冷却処理方法。
- 開口(3)から厚さ5mm以上の板状のスラグが押し出されることを特徴とする請求項5に記載の溶融スラグの冷却処理方法。
- スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグに粉体を添加することを特徴とする請求項5または6に記載の溶融スラグの冷却処理方法。
- スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグ中に流体を吹き込むことを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の溶融スラグの冷却処理方法。
- 下記(i)〜(iii)のうちの少なくとも1つの熱回収を行うことを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の溶融スラグの冷却処理方法。
(i)冷却ドラム(1)および/または堰(2)内を通過する冷媒から熱回収を行う。
(ii)冷却ドラム(1)で冷却されたスラグを、さらに冷媒と接触させ冷却し、該冷媒から熱回収を行う。
(iii)スラグ液溜まり部(A)内の溶融スラグ中に流体を吹き込む場合、吹き込まれた流体を回収し、該流体から熱回収を行う。 - 請求項5〜9のいずれかに記載の冷却処理方法で冷却され、凝固したスラグを破砕処理または/および磨砕処理して粒状のスラグ製品を得ることを特徴とするスラグ製品の製造方法。
- 粗骨材となるスラグ製品を得ることを特徴とする請求項10に記載のスラグ製品の製造方法。
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