JP2009204231A - 溶融高炉スラグからの熱回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スラグ粒子の再融着を防止しつつ、溶融高炉スラグの保有する顕熱を高温ガスとしてより多く回収することを可能とする装置を提供する。
【解決手段】溶融高炉スラグを粒滴化する粒化ドラム５と、前記粒滴化した溶融高炉スラグに水を噴霧する水噴霧ノズル７と、水噴霧により冷却固化された高炉スラグ粒子を後方から排出する回転筒２と、前記排出された高炉スラグ粒子の顕熱を回収する熱交換装置と、前記回転筒から排出された高炉スラグ粒子を前記熱交換装置まで搬送するコンベアとを備えた溶融高炉スラグからの熱回収装置であって、前記回転筒には、長手方向の途中に１段以上の粒子排出孔１７を前記回転筒の周方向に複数設け、更に、前記排出孔から落下した前記高炉スラグ粒子を、前記コンベアまで搬送する粒子搬送装置１６を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶融高炉スラグが保有する顕熱を回収するための溶融高炉スラグの熱回収装置に関し、更に詳しくは、溶融高炉スラグを冷却固化する際に、高熱なスラグ粒子の再融着を抑制可能な溶融高炉スラグの熱回収装置に関わる。

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するためにはエネルギー・コストを要する粉砕工程が必要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筒（ロータリーフード）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。

図１に回転ドラムによる乾式造粒法を用いた処理方法の一例を示す。回転ドラム造粒機５を単独で設置すると、飛翔距離にばらつきがあり、一定割合の粒子が十分冷却されないまま造粒機の近くに落下して融着を生じる可能性がある。これを防止する為、図１の例では２段の造粒機を設置し、飛翔距離が短い粒子を再飛翔させている。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

このような問題に対して、再融着を抑制する方法として、回転筒内の下部に温度センサーを設置し、回転筒下部に堆積する高炉スラグの温度を測定し水噴霧量を制御する方法が考えられる。これにより回転筒下部において局所的にスラグ粒子温度が高くなることを防止し、融着を低減することが可能となる。ただし、この方法においても、回転筒に早く落下したスラグ粒子は壁面で急速に冷却されるのに対し、回転筒内部を飛翔するスラグ粒子は冷却が遅く、温度差が生じる。このため、回収粒子温度を高く設定すると飛翔するスラグ粒子の温度が再融着限界温度より高くなり、落下時に回転筒の底部に堆積した粒子と融着を起こす可能性があった。一方、融着を防ぐ為に回収粒子温度を低く設定すると回収熱量が減少する可能性があった。

そこで、本発明は、スラグ粒子の再融着を防止しつつ溶融高炉スラグの保有する顕熱をより多く回収することを可能とする溶融高炉スラグからの熱回収装置を提供することを目的としている。

本発明の要旨は、次の通りである。
（１）溶融高炉スラグを当てて飛翔させて粒滴化する放射状羽根を外周に有し、且つ回転する粒化ドラムと、前記粒滴化した溶融高炉スラグに水を噴霧する水噴霧ノズルと、前記水噴霧ノズルを内部に備えると共に水噴霧により冷却固化された高炉スラグ粒子を排出する回転筒と、前記排出された高炉スラグ粒子の顕熱を回収する熱交換装置と、前記回転筒から排出された高炉スラグ粒子を前記熱交換装置まで搬送するコンベアと、を備えた溶融高炉スラグからの熱回収装置であって、前記回転筒には、長手方向の途中に１段以上の粒子排出孔を前記回転筒の周方向に複数設け、更に、前記粒子排出孔から前記回転筒の外部へ落下した前記高炉スラグ粒子を、前記コンベアまで搬送する粒子搬送装置を設けたことを特徴とする、溶融高炉スラグからの熱回収装置。
（２）前記回転筒の長手方向における前記粒子排出孔の前記高炉スラグ粒子の移動方向下流側に、前記回転筒の底部を移動する前記高炉スラグ粒子が前記熱回収装置後段側へ移動することを阻止する堰を、前記回転筒の内周に沿って設けたことを特徴とする、（１）記載の溶融高炉スラグからの熱回収装置。

本発明の溶融高炉スラグからの熱回収装置は、スラグ粒子の再融着を防止しつつ溶融高炉スラグの保有する熱をより多く回収することを可能とするものである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２は、本発明の一実施形態に係る溶融高炉スラグからの熱回収方法を適用したスラグ顕熱回収設備の一例を示す。図３は、本発明の一実施形態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までの装置構成の一例を示す。図４は、本発明の一実施形態に係る溶融高炉スラグからの熱回収設備のうち、回転筒２の構造の一例を示す。

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回転ドラム造粒機５表面に設置した羽根板６に当てて飛翔させると共に粒滴化するための回転ドラム造粒機５を単数又は複数設置し（図では２台）、回転筒２の上部には、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噴霧ノズル７を単数又は複数設置する。水噴霧ノズル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、コンベア１２で接続し、粒状の高炉スラグを移送する。コンベア１２は断熱材を張り込んだバケットコンベアを想定しているが、スクリューコンベアやベルトコンベアでも良く、形式は特に規定するものではない。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。

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噴霧ノズル７からの噴霧水によって冷却され固化する。

回転筒２の中途には、周状にスラグ排出孔１７を設け、回転筒２の底部に堆積した粒子がスラグ排出孔１７より落下し、粒子搬送装置１６を介して高炉スラグ受け１１に収集されるよう構成してある。スラグ排出孔１７は回転筒２の中途に１段（列）以上設けられる。スラグ排出孔１７の形状は図では円周方向を長辺とする長方形であるが、スラグ粒子の排出を妨げない形状であれば良く、特に規定しない。スラグ排出孔１７の円周方向の開口率は、広いほど回転筒２の後段に通過する粒子が少なくなるため好ましいが、幅を広く取りすぎると回転筒２が強度不足により屈曲する恐れがあり、これを防止するため（スラグ排出孔１７の円周方向の開口幅）×（スラグ排出孔１７の個数）÷（回転筒２の周長）が０．８以下となる条件が好ましい。一方、スラグ排出孔１７の開口率の下限は、キルンの回転数や傾斜角度によっても異なるため、一概に決めることはできないが、スラグ排出孔１７の開口を、幅２００〜３００ｍｍ×長さ２００〜３００ｍｍの長方形としたとき、後段に通過する粒子が多くならないように（例えば、２割未満、好ましくは１割未満）、適宜設定すればよい。スラグ排出孔１７の円周方向の開口幅としては、１００ｍｍ程度の融着塊が発生した場合でも排出できるよう、２００〜３００ｍｍ程度が好ましく、この幅で十分な開口率が確保できるよう、スラグ排出孔１７の個数を決定する。スラグ排出孔１７の長手方向の開口幅も同様に２００〜３００ｍｍ程度が好ましく、広すぎる開口幅は強度が確保できなくなるため好ましくない。粒子搬送装置１６は振動フィーダを使用することができるが、スクリューコンベアやバケットコンベアでも良く、形式は特に規定するものではない。

スラグ排出孔１７の作用により、飛距離が短く回転筒２上段側に落下したスラグ粒子は、回転筒２の後端まで移動することなく短い距離を移動した後中途より排出され高炉スラグ受け１１に回収される。そのためスラグ粒子は回転筒２と接触する時間が短くなり、過度に冷却されずに熱交換器３に導入される。これにより、高炉スラグからより多くの熱を回収できる効果が得られる。また、スラグ排出孔１７の作用により、回転筒２の底部に堆積するスラグ粒子が少なくなり、飛翔中に十分冷却されないまま落下するスラグ粒子が底部のスラグ粒子と接触して融着する割合が少なくなる。これにより、スラグの融着を低減する効果が得られる。

回転ドラム造粒機５を単基で設置すると、飛翔距離にばらつきがあり、一定割合の粒子が十分冷却されないまま造粒機の近くに落下して融着を生じる可能性がある。これを防止する為、２基の造粒機を設置し、飛翔距離が短い粒子を再飛翔させる構成が取られる。本発明を適用した回転筒２では、スラグ排出孔１７を設けることで飛翔距離の短い粒子でも融着を低減させることが出来、造粒機の数を減らして設備のコストを下げる効果が見込める。

図５は、本発明の他の実施形態に係る溶融高炉スラグからの熱回収設備のうち、回転筒２の構造の一例を示す。本実施形態では、スラグ粒子排出孔１７の装置出口側に回転筒２の周に沿って堰８を設置してある。スラグ排出孔１７に到達した粒子が粒子排出孔１７を乗り越えずに確実に装置後段側（装置出口側）に排出され、熱回収量増加や融着防止の効果がより発揮される。堰８の高さは、回転筒２の底部に堆積するスラグ粒子の厚み以上が好ましく、スラグ粒子の厚みの１．５倍以上がより好ましく、回転筒２の寸法および溶融高炉スラグの処理量より決定される。一方、堰８の高さの上限に関しては、堰８の高さが高くなりすぎると、堰８に遮られて後段へ飛散する粒子の割合が少なくなり、一段目の開口部から排出される粒子の量が多くなり過ぎて、開口部付近に滞留して融着を起こす可能性があるため、回転筒２の半径の１／２以下が好ましく、より好ましくは１／５以下である。

以上説明したように、本発明により、スラグ粒子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ことが可能となる。

図３の装置を使用した本発明の実施例１、２と、図１の装置を使用した従来技術の比較例とで、溶融高炉スラグの造粒試験を行い、排出された高炉スラグ粒子の温度を固気分離装置１０の出口で測定した。

図６に、本発明の実施例１、２と、スラグ排出孔を持たない比較例の、水／スラグ比とスラグ粒子温度の関係を示す。水／スラグ比とは、噴霧水量［Ｔ／Ｈｒ］を溶融スラグ投入流量［Ｔ／Ｈｒ］で割った値である。

実施例の設備は回転筒２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１０Ｔ／Ｈｒである。ドラム内噴霧ノズル７の噴霧水量は、熱負荷の高い装置入口側で多く、装置入口側で少なくなるよう設定している。

本発明の実施例１では、回転筒２の中途１ヶ所（装置出口より２５００ｍｍ）および後端部１ヶ所（装置出口より４００ｍｍ）の位置に排出孔を設けた。排出孔の形状は３００ｍｍ×２００ｍｍの長方形で、回転筒２の周に沿って２０ヶ所配置した。排出孔周囲に堰は設けなかった。

本発明の実施例２では、実施例１と同様の位置・形状の排出孔の他、それぞれの排出孔の後端に高さ５０ｍｍの堰を設けた。

従来法の比較例では、回転筒２の排出孔は後端部の１箇所のみとした。排出孔の形状は実施例１と同一である。

従来法では回転筒２への抜熱によりスラグ粒温度が低下したのに対し、本発明の方法では中途の排出孔から排出したスラグ粒子を水スプレーに晒さずスラグ受けに搬出することで、粒子の温度低下を抑制できた。また、実施例１では、一部のスラグ粒子が中途の排出孔を乗り越えて、後端部の排出孔より排出されたが、排出孔の後端に堰を設けた実施例２では、中途の排出孔でより確実に高温スラグ粒子が回収されるため、効果的に粒子の温度低下が抑制された。

図７に、本発明の実施例と従来法の比較例の粒子融着状況の比較を示す。ここでは、回収粒子中の９．５ｍｍ以上の径を有する粒子を融着塊とし、その重量割合を融着率としている。従来法の比較例では、回転筒２の底部に堆積したスラグ粒子の上に冷却不足のスラグ粒子が落下して融着が生じたために融着率が高くなったのに対し、本発明の実施例では回転筒２の底部に堆積するスラグ粒子が減少した結果融着が抑制され、粒度調整工程の負荷を低減させることができた。また、排出孔の後端に堰を設けた実施例２では、堰の効果によりスラグ粒子が排出孔において確実に排出され、回転筒２の底部に堆積するスラグ粒子がより少なくなり、一層融着が抑制された。

このように、回転筒２の中途にスラグ排出孔１７を設けることにより、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。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

従来の溶融高炉スラグからの熱回収方法を適用した熱回収設備概略図である。 本発明の一実施形態の溶融高炉スラグからの熱回収方法を適用した熱回収設備概略図である。 本発明の一実施形態に関わる溶融高炉スラグからの熱回収設備の内、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。 本発明の一実施形態に係る溶融高炉スラグからの熱回収設備のうち、回転筒２の構造の一例を示した図である。 本発明の他の実施形態に係る溶融高炉スラグからの熱回収設備のうち、回転筒２の構造の一例を示した図である。 本発明の方法および従来法における水／スラグ比とスラグ粒子温度の関係の一例を示した図である。 本発明の方法と従来法により製造したスラグ粒子の水／スラグ比と融着率の関係の一例を示した図である。

符号の説明

１ 溶融高炉スラグ鍋
２ 回転筒
３ 熱交換器
４ ボイラ
５ 回転ドラム造粒機
６ 羽根板
７ 水噴霧ノズル
８ 堰
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）
１６ 粒子搬送装置
１７ スラグ排出孔

Claims (2)

1. 溶融高炉スラグを当てて飛翔させて粒滴化する放射状羽根を外周に有し、且つ回転する粒化ドラムと、
   前記粒滴化した溶融高炉スラグに水を噴霧する水噴霧ノズルと、
   前記水噴霧ノズルを内部に備えると共に水噴霧により冷却固化された高炉スラグ粒子を排出する回転筒と、
   前記排出された高炉スラグ粒子の顕熱を回収する熱交換装置と、
   前記回転筒から排出された高炉スラグ粒子を前記熱交換装置まで搬送するコンベアと、
   を備えた溶融高炉スラグからの熱回収装置であって、
   前記回転筒には、長手方向の途中に１段以上の粒子排出孔を前記回転筒の周方向に複数設け、
   更に、前記粒子排出孔から前記回転筒の外部へ落下した前記高炉スラグ粒子を、前記コンベアまで搬送する粒子搬送装置を設けたことを特徴とする、溶融高炉スラグからの熱回収装置。
2. 前記回転筒の長手方向における前記粒子排出孔の前記高炉スラグ粒子の移動方向下流側に、前記回転筒の底部を移動する前記高炉スラグ粒子が前記熱回収装置後段側へ移動することを阻止する堰を、前記回転筒の内周に沿って設けたことを特徴とする、請求項１記載の溶融高炉スラグからの熱回収装置。
   
   
   

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