JP2015178913A - Slag heat recovering device, slag heat recovering method, and heat generating method - Google Patents

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正貴 加藤
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正貴 加藤
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Yuji Yamada
祐司 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for recovering heat as high-temperature water from high-temperature slag generated in refining metal.SOLUTION: A slag heat recovering device 250 is composed of a charging portion 22 for high-temperature slag 21, a water tank portion 23 for reserving water, a slag discharging portion 210, and a heat exchanging portion 25. The charging portion 22 is inclined, the discharging portion 210 has a screw conveyor 29, and the heat exchanging portion 25 is disposed at an upper part in the vertical direction, of the water tank portion 23. The high-temperature slag 21 has a temperature of 800°C or more, and its grain size is 2-8 mm. The charging portion 22 has an inclined face of an inclination angle of 20-55 degrees. The high-temperature slag 21 is charged into water along the inclined face, the slag 28 after cooling is discharged, and steam 24 generated in charging the slag 21 into the water is recovered and made to exchange heat with water 27C to obtain hot water 27.

Description

本発明はスラグ熱回収装置およびスラグ熱回収方法に係り、特に、800℃以上の高温スラグからその熱エネルギーを回収し、90℃以上の高温水をつくるための装置と方法に関する。   The present invention relates to a slag heat recovery device and a slag heat recovery method, and more particularly to an apparatus and method for recovering thermal energy from high temperature slag of 800 ° C. or higher to produce high temperature water of 90 ° C. or higher.

鉄鋼またはニッケルなどの金属製錬工程における高炉または電気炉において、還元反応にて溶融金属とその副産物である溶融スラグが生成されるが、そのスラグの温度は1500℃近い高温の状態にあり(鉄鋼またはフェロニッケルの場合)、莫大な熱エネルギーを有した状態で大気中に排出されている。近年の省エネルギー化の動きや化石燃料の価格高騰を考慮すると、その熱エネルギーを回収し、低温の熱需要の熱源として利用することが望まれる。熱回収することで、90℃以上の高温水を製造することができれば、暖房や冷房、給湯、発電など広範な用途に利用することができるので、高温スラグからの熱回収は省エネルギー対策として、経済的に非常に有用となる。   In a blast furnace or electric furnace in a metal smelting process such as steel or nickel, molten metal and molten slag as a by-product are generated by a reduction reaction, and the temperature of the slag is in a high temperature state close to 1500 ° C (steel and steel). (In the case of ferronickel), it is discharged into the atmosphere with enormous heat energy. Considering recent energy saving trends and rising fossil fuel prices, it is desirable to recover the thermal energy and use it as a heat source for low-temperature heat demand. If high-temperature water of 90 ° C or higher can be produced by heat recovery, it can be used for a wide range of applications such as heating, cooling, hot water supply, and power generation. Heat recovery from high-temperature slag is an economical measure. Very useful.

スラグからの熱回収方法は、高炉スラグを中心に多数提案されているが、たとえば、(a)溶融スラグから得られる蒸気と水を直接接触させて高温水の形で熱回収する方法(特許文献1参照)、(b)高温スラグとガスを直接接触させることで500℃以上の高温ガスをつくるスラグの顕熱回収方法(特許文献2参照)がある。このうち(a)の方法は、スラグと水を直接接触させることで蒸気を発生させ、その蒸気と水を直接接触させることで90〜95℃のお湯とし、そのお湯を熱源として水と熱交換させる方法である。また(b)の方法は、500℃以上の高温ガス生成装置に加え、その高温ガスをお湯に替えるための設備を用いる技術である。   A number of methods for recovering heat from slag have been proposed centering on blast furnace slag. For example, (a) a method of recovering heat in the form of high-temperature water by directly contacting steam obtained from molten slag with water (Patent Document) 1) and (b) a slag sensible heat recovery method (see Patent Document 2) that produces high-temperature gas of 500 ° C. or higher by directly contacting high-temperature slag with gas. Among these methods, the method (a) generates steam by bringing slag and water into direct contact with each other, makes the steam and water directly contact with each other to form hot water of 90 to 95 ° C., and uses the hot water as a heat source to exchange heat with water. It is a method to make it. The method (b) is a technique that uses equipment for replacing the hot gas with hot water in addition to the hot gas generator of 500 ° C. or higher.

特開平5−296673号公報JP-A-5-296673 特開2012−1418号公報JP 2012-1418 A

さて、(a)の方法では、回収される水の温度が90℃を超えることはない。さらに、たとえ最初に得られる90〜95℃のお湯を直接利用することにしたとしても、ここで開示されている水砕槽2にはスラグの微粉が混じることが避けられないため、直接接触式熱交換器8にも微粉が入り込むこととなり、再利用しにくく、実用性がない。   In the method (a), the temperature of the recovered water does not exceed 90 ° C. Furthermore, even if it is decided to directly use the 90-95 ° C. hot water obtained first, it is unavoidable that the pulverized slag 2 disclosed here is mixed with fine slag powder. Fine powder will also enter the heat exchanger 8, making it difficult to reuse and not practical.

また、(b)の方法では、上述のとおり500℃以上の高温ガス生成装置に加えて、その高温ガスをお湯に替えるための設備が必要となるため、90℃以上のお湯をつくろうとする場合には設備投資が多大なものとなり、これも利用は困難である。このように高温スラグの熱エネルギー回収方法は種々検討されてきているものの、いずれも、熱回収により得られる温水の温度やスラグ微粉の混入、設備コストなどの問題があり、大いに改善の余地のあるものだった。   In addition, in the method (b), in addition to the high temperature gas generator of 500 ° C. or higher as described above, equipment for replacing the high temperature gas with hot water is required. However, the capital investment is huge and it is difficult to use it. As described above, although various methods for recovering thermal energy of high-temperature slag have been studied, all have problems such as the temperature of hot water obtained by heat recovery, mixing of fine slag powder, and equipment costs, and there is much room for improvement. It was a thing.

本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術における熱回収により得られる温水温度の低さ、スラグ微粉の混入、設備コスト等の問題を解消し、特に800℃以上の高温スラグからその熱エネルギーを回収して90℃以上の高温水を得ることのできる、スラグ熱回収装置、スラグ熱回収方法および熱製造方法を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to solve the problems such as low temperature of hot water obtained by heat recovery in the prior art, mixing of slag fine powder, equipment cost, etc., especially from high temperature slag of 800 ° C. or higher. It is to provide a slag heat recovery device, a slag heat recovery method and a heat production method capable of recovering water and obtaining high temperature water of 90 ° C. or higher.

上記課題について検討した結果、本願発明者は、高温スラグを投入する傾斜した投入部・水槽部・スクリューコンベアを備えたスラグ排出部およびスラグ熱交換部から構成される熱回収装置によって課題解決可能であることを見出し、これを基礎として本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。   As a result of examining the above problems, the inventor of the present application can solve the problem by a heat recovery apparatus configured by a slag discharge unit and a slag heat exchange unit provided with an inclined charging unit, a water tank unit, a screw conveyor for charging high-temperature slag. The present invention has been found, and the present invention has been completed based on this. That is, the invention claimed in the present application, or at least the disclosed invention, as means for solving the above-described problems is as follows.

〔1〕 金属製錬において発生するスラグの供給口である投入部、該投入部に連設されスラグの投入先である水槽部、該水槽部に連設されたスラグ排出用の排出部、および熱交換部から構成されるスラグ熱回収装置であって、該投入部には傾斜が設けられており、該排出部には熱回収後のスラグを連続的に排出するための連続排出手段が備えられており、該熱交換部は該水槽部において発生する蒸気または熱水から熱を回収することを特徴とする、スラグ熱回収装置。
〔2〕 前記熱交換部では媒体に水を用い、90℃以上の温水を得られることを特徴とする、〔1〕に記載のスラグ熱回収装置。
[1] A charging part that is a supply port for slag generated in metal smelting, a water tank part that is connected to the charging part and that is a destination of slag, a discharge part for discharging slag that is connected to the water tank part, and A slag heat recovery device comprising a heat exchanging section, wherein the charging section is provided with an inclination, and the discharge section is provided with a continuous discharge means for continuously discharging the slag after heat recovery. The slag heat recovery device is characterized in that the heat exchange unit recovers heat from steam or hot water generated in the water tank unit.
[2] The slag heat recovery device according to [1], wherein water is used as a medium in the heat exchange unit to obtain hot water of 90 ° C. or higher.

〔3〕 前記水槽部に貯留するスラグ量を略一定とすべく、前記投入部におけるスラグ供給量および前記排出部における同排出量を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする、〔1〕または〔2〕に記載のスラグ熱回収装置。   [3] In order to make the amount of slag stored in the water tank portion substantially constant, adjusting means for adjusting the slag supply amount in the charging portion and the discharge amount in the discharge portion is provided, The slag heat recovery device according to [1] or [2].

〔4〕 前記投入部に設けられた斜面は傾斜角20°以上55°以下であることを特徴とする、〔1〕ないし〔3〕のいずれかに記載のスラグ熱回収装置。
〔5〕 前記熱交換部は前記水槽部の上方に設けられていることを特徴とする、〔1〕ないし〔4〕のいずれかに記載のスラグ熱回収装置。
[4] The slag heat recovery device according to any one of [1] to [3], wherein the slope provided in the charging portion has an inclination angle of 20 ° to 55 °.
[5] The slag heat recovery device according to any one of [1] to [4], wherein the heat exchange unit is provided above the water tank unit.

〔6〕 前記熱交換部は少なくともその一部が前記水槽部内に設けられていることを特徴とする、〔1〕ないし〔4〕のいずれかに記載のスラグ熱回収装置。
〔7〕 前記水槽部から発生する蒸気による爆発を防止するための排気構造が設けられていることを特徴とする、〔5〕または〔6〕に記載のスラグ熱回収装置。
[6] The slag heat recovery device according to any one of [1] to [4], wherein at least a part of the heat exchange unit is provided in the water tank unit.
[7] The slag heat recovery device according to [5] or [6], wherein an exhaust structure for preventing an explosion due to steam generated from the water tank is provided.

〔8〕 〔1〕ないし〔7〕のいずれかに記載のスラグ熱回収装置を用い、前記投入部からスラグを前記水槽部に投入し、これにより発生した蒸気または熱水と前記熱交換部内の媒体との間で熱交換させることにより熱回収する、スラグ熱回収方法。
〔9〕 投入するスラグは少なくとも下記(A)、(B)いずれかの条件を満たすものであることを特徴とする、〔8〕に記載のスラグ熱回収方法。
(A)800℃以上 (B)粒度8mm以下
[8] Using the slag heat recovery device according to any one of [1] to [7], slag is introduced into the water tank part from the introduction part, and steam or hot water generated thereby and the heat exchange part in the heat exchange part A slag heat recovery method for recovering heat by exchanging heat with a medium.
[9] The slag heat recovery method according to [8], wherein the slag to be fed satisfies at least one of the following conditions (A) and (B).
(A) 800 ° C or more (B) Particle size 8mm or less

〔10〕 用いるスラグ熱回収装置はその前記熱交換部が水を媒体とするものでありかつ前記水槽部の上方に設けられた構成とし、該水槽部に溜めた水の水面−該熱交換部間距離を30mm以上50mm以下、該熱交換部内への水供給量を5リットル/min以下、投入時のスラグ温度を800℃以上とした場合に、90℃以上の温水を生成可能であることを特徴とする、〔8〕または〔9〕に記載のスラグ熱回収方法。
〔11〕 金属製錬において発生するスラグを用い、スラグを水中に投入し、これにより発生する蒸気または熱水と熱交換媒体との間で熱交換させることにより行う熱製造方法であって、用いるスラグは少なくとも下記(A)、(B)いずれかの条件を満たすものであることを特徴とする、スラグからの熱製造方法。
(A)800℃以上 (B)粒度8mm以下
[10] The slag heat recovery device to be used has a structure in which the heat exchanging section uses water as a medium and is provided above the water tank section, and the water level stored in the water tank section-the heat exchanging section When the distance is 30 mm or more and 50 mm or less, the amount of water supplied into the heat exchange unit is 5 liters / min or less, and the slag temperature at the time of charging is 800 ° C. or more, it is possible to generate hot water of 90 ° C. or more. The slag heat recovery method according to [8] or [9], which is characterized.
[11] A heat production method that uses slag generated in metal smelting, throws the slag into water, and exchanges heat between the steam or hot water generated thereby and the heat exchange medium. The method for producing heat from slag, wherein the slag satisfies at least one of the following conditions (A) and (B):
(A) 800 ° C or more (B) Particle size 8mm or less

本発明のスラグ熱回収装置、スラグ熱回収方法および熱製造方法は上述のように構成されるため、これによれば、従来技術の問題点であった得られる温水温度の低さ、スラグ微粉の混入、また設備コストの高さ等を解消することができる。   Since the slag heat recovery device, the slag heat recovery method, and the heat production method of the present invention are configured as described above, according to this, the low hot water temperature obtained, which is a problem of the prior art, the slag fine powder Mixing and high equipment costs can be eliminated.

特に、800℃以上の高温スラグからその熱エネルギーを回収して、常温の水から90℃以上の高温水を得ることができる。暖房や給湯、発電に使用可能である他、ヒートポンプを利用することによって冷水を作り出せるため、冷房に使用することもでき、多用途に応用可能な発明である。   In particular, the thermal energy can be recovered from high-temperature slag of 800 ° C. or higher, and high-temperature water of 90 ° C. or higher can be obtained from normal temperature water. In addition to being usable for heating, hot water supply, and power generation, cold water can be created by using a heat pump, so it can also be used for cooling and is an invention that can be applied to many purposes.

本発明スラグ熱回収装置の基本構成を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally the basic composition of this invention slag heat recovery apparatus. 本発明スラグ熱回収装置の実施例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the Example of this invention slag heat recovery apparatus. 本発明スラグ熱回収装置の別の基本構成を概念的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows notionally another basic composition of this invention slag heat recovery apparatus.

本発明について、さらに詳細に説明する。
図1は、本発明スラグ熱回収装置の基本構成を概念的に示す説明図である。図示するように本スラグ熱回収装置50は、金属製錬において発生するスラグの供給口である投入部2、投入部2に連設されスラグの投入先である水槽部3、水槽部3に連設されたスラグ排出用の排出部10、および熱交換部5を備え、投入部2には傾斜が設けられており、排出部10には熱回収後のスラグを連続的に排出するためのスクリューコンベアまたはその他の連続排出手段9が備えられていることを、主たる構成とする。
The present invention will be described in further detail.
FIG. 1 is an explanatory view conceptually showing the basic structure of the slag heat recovery apparatus of the present invention. As shown in the figure, the slag heat recovery device 50 is connected to the charging unit 2 that is a supply port of slag generated in metal smelting, the water tank unit 3 that is connected to the charging unit 2 and that is the destination of slag, and the water tank unit 3. The slag discharge unit 10 and the heat exchange unit 5 are provided, the charging unit 2 is inclined, and the discharge unit 10 has a screw for continuously discharging the slag after heat recovery. The main configuration is that a conveyor or other continuous discharge means 9 is provided.

かかる構成により本スラグ熱回収装置50では、金属製錬において発生する高温のスラグは投入部2から供給され、投入部2の傾斜面を滑り落ちてこれに連設された水槽部3内に投入され、これにより水槽部3では蒸気や熱水が発生し、これらの蒸気または熱水の熱は熱交換部5によって回収され、熱回収後のスラグは排出部10の連続排出手段9によって水槽部3から排出される。   With this configuration, in the present slag heat recovery device 50, the high-temperature slag generated in metal smelting is supplied from the charging unit 2, and slides down the inclined surface of the charging unit 2 and enters the water tank unit 3 connected thereto. As a result, steam and hot water are generated in the water tank section 3, and the heat of these steam or hot water is recovered by the heat exchange section 5, and the slag after the heat recovery is stored in the water tank section by the continuous discharge means 9 of the discharge section 10. 3 is discharged.

熱交換部5は熱媒体供給部30から熱媒体を供給され、これに回収した熱を移し、熱供給部40に供する。つまり本スラグ熱回収装置50では、投入部2からスラグを水槽部3に投入し、これにより発生した蒸気または熱水と熱交換部5内の媒体との間で熱交換させることにより、熱回収(熱製造)がなされる。   The heat exchange unit 5 is supplied with a heat medium from the heat medium supply unit 30, transfers the recovered heat to the heat medium, and supplies the heat to the heat supply unit 40. That is, in the present slag heat recovery device 50, the slag is supplied from the input unit 2 to the water tank unit 3, and heat is exchanged between the steam or hot water generated thereby and the medium in the heat exchange unit 5, thereby recovering heat. (Thermal production) is performed.

本発明スラグ熱回収装置50において、熱交換部5に用いる媒体としては、熱媒体に適した流体であれば限定なく用いることができる。水は、熱媒体としての機能を十分に備えかつ実用性も十分であり、本発明に最適の媒体である。本装置50では、常温の水を用いて90℃以上の温水を得ることができる。したがって以下の説明では、水を媒体として用いる場合に限定する。   In the slag heat recovery device 50 of the present invention, the medium used for the heat exchange unit 5 can be used without limitation as long as it is a fluid suitable for the heat medium. Water has a sufficient function as a heat medium and has sufficient practicality, and is an optimal medium for the present invention. In this apparatus 50, warm water of 90 ° C. or higher can be obtained using normal temperature water. Therefore, the following description is limited to the case where water is used as a medium.

本スラグ熱回収装置50において投入部2に傾斜を設ける理由は、重力を利用して高温スラグを水槽部に効率よく投入するためであるが、斜面の角度は、傾斜角20°以上55°以下とすることが望ましい。20°未満では後述するスラグ粒の最適サイズであるところの2〜8mmの粒度を持ったスラグが効率よく落ちていかないため、90℃以上の温水が得られない。また、55°を超えると、スラグが水槽部3の水中に勢いよく投入され、水が飛び出て危険であることと、水槽部3中の水量が一時的に減少し、90℃以上の温水とするために必要な蒸気量が得られず、好ましくない。   In the present slag heat recovery apparatus 50, the reason why the charging section 2 is inclined is to efficiently input high temperature slag into the water tank section using gravity, but the angle of the inclined surface is 20 ° or more and 55 ° or less. Is desirable. If it is less than 20 °, slag having a particle size of 2 to 8 mm, which is the optimum size of slag particles described later, does not efficiently fall, so that hot water of 90 ° C. or higher cannot be obtained. Moreover, if it exceeds 55 degrees, slag will be thrown into the water of the water tank part 3 vigorously, water will jump out and it will be dangerous, and the amount of water in the water tank part 3 will decrease temporarily, This is not preferable because the amount of steam necessary for the production is not obtained.

排出部10の連続排出手段9としては、スクリューコンベアが最適である。これは、連続的にスラグを排出するのに最も信頼性があり、かつ装置構成をコンパクトにできるからである。もっとも、スクリューコンベアの代わりに、ベルトコンベアやバケットコンベアのような連続的排出機器を用いることも、本発明からは除外されない。   As the continuous discharge means 9 of the discharge unit 10, a screw conveyor is optimal. This is because it is the most reliable for discharging slag continuously and the apparatus configuration can be made compact. However, it is not excluded from the present invention to use a continuous discharge device such as a belt conveyor or a bucket conveyor instead of the screw conveyor.

本スラグ熱回収装置50の熱交換部5は、水槽部3の上方に設けられたものとすることができる。この場合、水槽部3の真上ではなく斜め上であっても「上方」に該当するが、水槽部3の鉛直方向上方に位置させることが、最も望ましい。水槽部3から発生した蒸気は鉛直上方に上がるため、熱交換部5を水槽部3の上方、殊に鉛直方向上方に位置させることによって、熱交換部3はこれを直に受け、内部を流通する媒体すなわち水は、効率よく熱を奪うことができる。   The heat exchange part 5 of the slag heat recovery device 50 can be provided above the water tank part 3. In this case, even if it is not directly above the water tank unit 3 but obliquely above, it corresponds to “upward”, but it is most desirable to be positioned above the water tank unit 3 in the vertical direction. Since the steam generated from the water tank part 3 rises vertically upward, the heat exchange part 3 receives this directly by circulating the inside by placing the heat exchange part 5 above the water tank part 3, particularly in the vertical direction. The medium to be used, that is, water, can efficiently take heat away.

なお、かかる構成の場合、水槽部3から発生する水蒸気による爆発を防止するための排気構造を設けることが推奨される。具体的には、熱交換部5と水槽部3の間に蒸気を逃がす隙間を設ければよい。もっとも排気構造はこれに限定されず、たとえば、通常は閉じていて蒸気による圧力上昇が生じた場合のみ開いて外部に蒸気を逃がす開閉式の扉であってもよい。また、かかる排気構造の箇所に別途熱交換部を追加で設置し、外部へ逃げる蒸気からの熱回収を行うこととしてもよい。   In the case of such a configuration, it is recommended to provide an exhaust structure for preventing explosion due to water vapor generated from the water tank section 3. Specifically, a gap for releasing the steam may be provided between the heat exchange unit 5 and the water tank unit 3. However, the exhaust structure is not limited to this. For example, the exhaust structure may be an open / close door that is normally closed and opens only when the pressure rises due to the steam and allows the steam to escape to the outside. Further, a separate heat exchange unit may be additionally installed at the exhaust structure, and heat recovery from the steam escaping to the outside may be performed.

本装置50において用いるスラグは、少なくとも記(A)800℃以上、(B)粒度8mm以下、少なくともいずれかの条件を満たすことが推奨される。温度の推奨下限を800℃とするのは、鉄鋼およびニッケル製錬から排出される溶融スラグの温度は約1500℃、銅製錬の場合は約1200℃であり、その温度からある程度冷めて取り扱いがしやすく、かつ熱エネルギーが大きい温度だからである。なお、温度は表面温度を基準としており、熱回収装置に投入する直前のスラグを接触式または放射率を調整した放射温度計で測定した値でもよい。   It is recommended that the slag used in the apparatus 50 satisfy at least one of the conditions (A) 800 ° C. or higher, (B) particle size 8 mm or less. The recommended lower limit of the temperature is 800 ° C. The temperature of the molten slag discharged from steel and nickel smelting is about 1500 ° C. In the case of copper smelting, it is about 1200 ° C. This is because the temperature is easy and the heat energy is large. The temperature is based on the surface temperature, and may be a value obtained by measuring the slag immediately before being introduced into the heat recovery apparatus with a contact type or a radiation thermometer with adjusted emissivity.

また、推奨粒度を8mm以下としたのは、8mmを超えると比表面積が小さくなって熱回収効率が落ちるためである。なお、粒度範囲をさらに2mm以上8mm以下と限定することもできる。これは、粒度2mm未満のスラグでは、細かすぎて投入部2で塊ができてしまって必ずしもスムーズに滑らない場合があること、および水槽部3内の水中から必ずしもうまく排出できない場合があるからである。   The reason why the recommended particle size is 8 mm or less is that when the particle size exceeds 8 mm, the specific surface area decreases and the heat recovery efficiency decreases. The particle size range can be further limited to 2 mm or more and 8 mm or less. This is because a slag having a particle size of less than 2 mm is too fine to form a lump in the charging unit 2 and does not always slide smoothly, and may not necessarily drain well from the water in the water tank unit 3. is there.

図2は、本発明スラグ熱回収装置の実施例を示す説明図である。本スラグ熱回収装置250では、凝固した固体のスラグであって800℃以上の高温スラグ21を用いる。これを、連続的にあるいは断続的に投入部22に入れる。投入部22は投入する口と滑り落ちる斜面から構成されており、鉄鋼材料と耐火煉瓦等により熱歪みや高温酸化が生じにくい素材から構成することができる。投入部22の傾斜により、スラグ21は重力で下方に落ち、一定の水量で水が溜まっている水槽部23に入り、水の温度を上げ蒸気へと変化させる。   FIG. 2 is an explanatory view showing an embodiment of the slag heat recovery apparatus of the present invention. In the present slag heat recovery apparatus 250, a high-temperature slag 21 that is a solidified slag and is 800 ° C. or higher is used. This is continuously or intermittently inserted into the input unit 22. The input part 22 is comprised from the inlet and the slope which slides down, and can be comprised from the raw material which a heat distortion and high temperature oxidation do not produce easily with a steel material, a refractory brick, etc. Due to the inclination of the charging unit 22, the slag 21 falls downward due to gravity, enters the water tank unit 23 where water is accumulated with a constant amount of water, raises the temperature of the water, and changes it to steam.

水槽部23には、高温スラグ21が投入されることで蒸発した水を補給できるように水管が設置されており、さらに水量を一定に保つためにフロートや液面センサ212が取り付けられている。液面センサ212の信号が送られることで補給されるべき補給水211の量が制御され、水管から水槽部23への補給がなされるよう構成されている。なお水槽部23は、腐食を防ぐために、たとえばステンレス鋼やFRP製とすればよい。なお、水槽部23内にも、スラグを自動的にスクリューコンベア29まで搬送するための適宜の自動搬送手段を設けることとしてもよい。   The water tank 23 is provided with a water pipe so that water that has evaporated by the introduction of the high-temperature slag 21 can be replenished, and a float and a liquid level sensor 212 are attached to keep the amount of water constant. The amount of the replenishing water 211 to be replenished is controlled by sending a signal from the liquid level sensor 212, and replenishment from the water pipe to the water tank unit 23 is performed. In addition, what is necessary is just to make the water tank part 23 from stainless steel or FRP, for example, in order to prevent corrosion. In addition, it is good also as providing the appropriate automatic conveyance means for conveying slag to the screw conveyor 29 automatically also in the water tank part 23. FIG.

水槽部23で発生した蒸気24は上方に設置した熱交換部25に接し、熱交換部25内に流れている水27Cを加温する。高温水蒸気の有する熱エネルギーが熱交換部25にて効率よく取り込まれ、内部を流れる水27Cに伝えられることにより、その温度を90℃以上の高温水(湯)27Hとすることができる。   The steam 24 generated in the water tank unit 23 is in contact with the heat exchange unit 25 installed above, and heats the water 27 </ b> C flowing in the heat exchange unit 25. The heat energy possessed by the high-temperature steam is efficiently taken in by the heat exchanging unit 25 and transmitted to the water 27C flowing through the inside, whereby the temperature can be changed to high-temperature water (hot water) 27H of 90 ° C. or higher.

熱交換部25の内部には、外部から水を供給する口と、より長い時間、滞留して熱交換できるように設けられた水管と、その水の出口が設けられている。熱交換部25の下方に蒸気が直接触れ、内部を流れている水がその熱を奪い、温水として出口から排出される。したがって熱交換部25の材質には、熱伝導性と耐腐食性の高いものが要求されるため、金、銀、銅、アルミニウムまたはその合金を用いることがが望ましい。   Inside the heat exchanging section 25, there are provided a port for supplying water from the outside, a water pipe provided so as to stay for a longer time and exchange heat, and an outlet for the water. Steam directly touches the lower part of the heat exchanging section 25, and the water flowing inside takes the heat and is discharged as hot water from the outlet. Therefore, since the material of the heat exchanging portion 25 is required to have high thermal conductivity and high corrosion resistance, it is desirable to use gold, silver, copper, aluminum or an alloy thereof.

なお、熱交換部25と水槽部23の間には蒸気を逃がす隙間26が設けられている。これにより、水蒸気爆発等を防ぐことができる。   A gap 26 for releasing steam is provided between the heat exchange unit 25 and the water tank unit 23. Thereby, a steam explosion etc. can be prevented.

熱交換を行った後のスラグ28は、水槽部23に挿入設置されたスクリューコンベア29により外部へ排出され、ストックされる。ここでは、スクリューコンベア29と熱を奪われて冷めたスラグを溜めるストック部分とを合わせて排出部210とする。なお、スラグを溜める部分には水が溜まるため、材質は耐腐食性の高いもの、たとえばステンレスまたはFRP等を用いることが望ましい。   The slag 28 after the heat exchange is discharged to the outside by a screw conveyor 29 inserted and installed in the water tank 23 and stocked. Here, the screw conveyor 29 and the stock portion that collects the slag cooled by heat are combined to form the discharge unit 210. In addition, since water accumulates in the portion where the slag is accumulated, it is desirable to use a material having high corrosion resistance, such as stainless steel or FRP.

本装置250では、水槽部23に貯留するスラグ量を略一定とすべく、投入部22におけるスラグ供給量および排出部210における同排出量を調整する調整手段を設けた構成とすることができる。これにより、水槽部23に投入されるスラグ21の量は一定となり、発生する蒸気24、熱交換されて加温された水27Hの温度も一定にすることが可能である。つまり、スラグ投入量とスクリューコンベアによる排出量を調整することで、熱回収量を調整することが可能である。   The apparatus 250 may be configured to include an adjusting unit that adjusts the slag supply amount in the input unit 22 and the discharge amount in the discharge unit 210 so that the slag amount stored in the water tank unit 23 is substantially constant. Thereby, the quantity of the slag 21 thrown into the water tank unit 23 becomes constant, and the temperature of the generated steam 24 and the water 27H heated by heat exchange can be made constant. That is, the amount of heat recovery can be adjusted by adjusting the amount of slag input and the amount discharged by the screw conveyor.

なお本装置250では、水槽部23内には外部から補給水211が供給され、その水量はフロートまたは液面センサ212を取り付けるなどによりほぼ一定になるように制御するものとする。   In this apparatus 250, makeup water 211 is supplied from the outside into the water tank section 23, and the amount of water is controlled to be substantially constant by attaching a float or a liquid level sensor 212.

本装置250において、水槽部23に溜めた水の水面−該熱交換部間距離を30mm以上50mm以下、熱交換部25内への水27C供給量を5リットル/min以下、投入時のスラグ温度を800℃以上とすることで、90℃以上の温水を得ることが可能である。   In this apparatus 250, the distance between the water surface of the water stored in the water tank 23 and the heat exchange part is 30 mm or more and 50 mm or less, the supply amount of water 27C into the heat exchange part 25 is 5 liters / min or less, and the slag temperature at the time of charging By setting the temperature to 800 ° C. or higher, hot water of 90 ° C. or higher can be obtained.

図3は、本発明スラグ熱回収装置の別の基本構成を概念的に示す説明図である。図示するように本スラグ熱回収装置350は、熱交換部35の少なくとも一部が水槽部33内に位置するように設けた構成としてもよい。つまり本発明のスラグ熱回収装置は、必ずしも、熱交換部が図1等で示したような水槽部の鉛直上方に水から離して設置された構成をとることに限定されず、本図のように、水槽部33内に設置され水に浸されている構成をとることもできる。   FIG. 3 is an explanatory view conceptually showing another basic configuration of the slag heat recovery apparatus of the present invention. As shown in the figure, the slag heat recovery device 350 may be configured so that at least a part of the heat exchanging unit 35 is located in the water tank unit 33. That is, the slag heat recovery apparatus of the present invention is not necessarily limited to the configuration in which the heat exchange unit is installed away from the water vertically above the water tank unit as shown in FIG. In addition, it is possible to adopt a configuration in which the water tank 33 is installed and immersed in water.

むしろ、気体である蒸気よりも液体である水から熱回収した方が、熱伝達の点で効率が高まるといえる。なお、この場合でも、水槽部33からは水蒸気が発生し得るため、爆発を防止するための適宜の排気構造を設けることが推奨される。   Rather, it can be said that efficiency is higher in terms of heat transfer when heat is recovered from water that is liquid than vapor that is gas. Even in this case, since water vapor can be generated from the water tank section 33, it is recommended to provide an appropriate exhaust structure for preventing explosion.

以下、本発明を実施例によってさらに説明するが、本発明がかかる実施例に限定されるものではない。
<1.装置>
前出図2に示す構造のスラグ熱回収装置を製作した。基本的にSUS304ステンレス鋼を用い、投入部のみ耐火煉瓦で補強した。熱交換部はアルミニウム合金を用いた。水槽部内、熱交換部内を流れる水には水道水を用いた。水道水の温度は、15〜20℃であった。水槽部内には液面センサを取り付け、一定の水量になるように制御した。なお水槽の容積は0.07m、水槽内の貯水量は0.05mに設定した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to this Example.
<1. Device>
A slag heat recovery device having the structure shown in FIG. 2 was manufactured. SUS304 stainless steel was basically used, and only the input part was reinforced with refractory bricks. The heat exchange part used the aluminum alloy. Tap water was used as the water flowing in the water tank and heat exchanger. The temperature of tap water was 15-20 ° C. A liquid level sensor was installed in the water tank to control the amount of water to be constant. Note the volume of the water tank is 0.07 m 3, water volume in the water tank was set to 0.05 m 3.

<2.条件について(その1)>
スラグは15kg/minで投入し、ほぼ同じ量が排出されるようにスクリューコンベアの回転速度を調整した。スラグ熱回収装置に投入する際のスラグの温度ならびに粒度、および投入時の傾斜角度の各条件による熱回収効果を、回収後の最高水温計測によって評価した。投入時のスラグ温度(スラグ投入温度)計測はスラグ表面の放射温度計測により、スラグ粒度は排出後のスラグのふるい分けにより、熱回収後の水温はサーミスタ温度計により、それぞれ測定した。表1に、各実施例ならびに比較例における条件および測定結果を示す。
<2. Conditions (Part 1)>
Slag was introduced at 15 kg / min, and the rotational speed of the screw conveyor was adjusted so that almost the same amount was discharged. The heat recovery effect under each condition of the temperature and particle size of the slag at the time of charging into the slag heat recovery device and the inclination angle at the time of charging was evaluated by measuring the maximum water temperature after recovery. The slag temperature at the time of charging (slag charging temperature) was measured by measuring the slag surface radiation temperature, the slag particle size was measured by screening the slag after discharge, and the water temperature after heat recovery was measured by a thermistor thermometer. Table 1 shows the conditions and measurement results in each example and comparative example.

Figure 2015178913
Figure 2015178913

実施例1〜4は本発明に基づく例である。いずれも、スラグ投入温度は800℃以上で、スラグ粒度が2〜8mm、投入部の傾斜角度が20〜55度であり、本発明が規定する条件の範囲内であるため、熱回収後の水温は目標の90℃以上を達成することができた。   Examples 1-4 are examples based on the present invention. In any case, the slag charging temperature is 800 ° C. or more, the slag particle size is 2 to 8 mm, the tilting angle of the charging part is 20 to 55 degrees, and is within the range defined by the present invention. Was able to achieve the target of 90 ° C. or higher.

比較例1は、スラグ投入温度が800℃未満のために回収熱量が小さく、熱回収後の水温が90℃に達しなかった。   In Comparative Example 1, since the slag charging temperature was less than 800 ° C, the amount of recovered heat was small, and the water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C.

比較例2は、スラグ粒度が2mm未満であって細か過ぎたために、投入部22で塊ができてしまい、スムーズに滑らなかった。そのため、投入部22でスラグが冷めてしまい、熱回収後の水温を90℃以上にすることができなかった。   In Comparative Example 2, since the slag particle size was less than 2 mm and was too fine, a lump was formed at the charging portion 22 and did not slide smoothly. For this reason, the slag is cooled by the charging unit 22, and the water temperature after heat recovery cannot be set to 90 ° C. or higher.

比較例3は、スラグ粒度が8mmを超えるため比表面積が小さく、熱回収するには時間がかかってしまって熱回収効率が落ちたこと、さらには、スラグ粒1個あたりの体積が大きいために水槽部23でのスラグ密度が小さくなったことが相俟って、結果的に熱回収後の水温が90℃に達しなかった。   In Comparative Example 3, since the slag particle size exceeds 8 mm, the specific surface area is small, heat recovery takes time and heat recovery efficiency is reduced, and furthermore, the volume per slag particle is large. Combined with the decrease in the slag density in the water tank 23, the water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C.

比較例4は、投入部22の傾斜角度が20度未満であり、2〜8mmの粒度を持ったスラグが効率よく落ちていかず、投入部22で冷めてしまったために、熱回収後の水温が90℃に達しなかった。   In Comparative Example 4, the tilt angle of the charging unit 22 is less than 20 degrees, and the slag having a particle size of 2 to 8 mm has not dropped efficiently, and has cooled down by the charging unit 22, so the water temperature after heat recovery is It did not reach 90 ° C.

比較例5は、投入部22の傾斜角度が55度を超えるためにスラグが水槽部23の水中に勢いよく投入されてしまい、水が隙間26から飛び出て危険であった。さらに、水槽部23中の水量が一時的に減少するため十分な水蒸気量が得られず、また、常温である補給水の追加補給量が多くなって水温が上がりにくくなったこともあり、結果的に熱回収後の水温が90℃に達しなかった。   In Comparative Example 5, since the inclination angle of the charging unit 22 exceeds 55 degrees, the slag was poured into the water of the water tank unit 23 vigorously, and the water jumped out of the gap 26 and was dangerous. Furthermore, since the amount of water in the water tank portion 23 temporarily decreases, a sufficient amount of water vapor cannot be obtained, and the amount of additional replenishment water at room temperature increases, making it difficult to raise the water temperature. In particular, the water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C.

<3.条件について(その2)>
2.の実験によって、90℃以上の高温水を得るための条件の一部を実証することができたので、これらの結果に基づいてさらに確認実験を進めた。すなわち、粒度が2〜8mmで800〜1000℃のスラグを用い、投入部22の傾斜角度を45度とした状態で、スラグ投入量(投入速度)、水槽部23と熱交換部25との距離、熱交換部25たる熱交換器内の冷却水量、の各条件による熱回収効果を、回収後の最高水温計測によって評価した。表2に、各実施例ならびに比較例における条件および測定結果を示す。
<3. Conditions (Part 2)>
2. As a result of this experiment, it was possible to demonstrate part of the conditions for obtaining high-temperature water of 90 ° C. or higher, and further confirmation experiments were carried out based on these results. That is, in a state where the particle size is 2 to 8 mm and 800 to 1000 ° C. is used, and the inclination angle of the charging unit 22 is 45 degrees, the slag charging amount (charging speed), the distance between the water tank unit 23 and the heat exchange unit 25 The heat recovery effect under each condition of the amount of cooling water in the heat exchanger serving as the heat exchanger 25 was evaluated by measuring the maximum water temperature after recovery. Table 2 shows the conditions and measurement results in each example and comparative example.

Figure 2015178913
Figure 2015178913

実施例5〜8は本発明に基づく例であり、いずれも、水槽部23との距離が30〜50mm、冷却水量が4〜5リットル/minであり、本発明が規定する条件の範囲内であるため、熱回収後の水温は目標の90℃以上を達成することができた。なお本実験においては、十分な熱回収を得るためのスラグ投入量(投入速度)条件として、12〜18kg/minが適していた。   Examples 5-8 are examples based on this invention, and all are 30-50 mm in distance with the water tank part 23, the amount of cooling water is 4-5 liters / min, and within the range of the conditions prescribed | regulated by this invention. Therefore, the water temperature after heat recovery was able to achieve the target of 90 ° C or higher. In this experiment, 12-18 kg / min was suitable as a slag input amount (input speed) condition for obtaining sufficient heat recovery.

比較例6は、スラグ投入量が7kg/min未満であったが、発生熱量が小さく、熱回収後の水温が90℃に達しなかった。投入量が少な過ぎたものと考えられる。   In Comparative Example 6, the amount of slag input was less than 7 kg / min, but the amount of generated heat was small, and the water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C. It is thought that the input amount was too small.

比較例7は、水槽部23との距離が30mm未満のために、蒸気24と共にスラグも熱交換部25に衝突し、熱交換部25が損傷してしまったために効率よく熱交換が行われず、熱回収後の水温が90℃に達しなかった。さらに、隙間26が小さくなり、水蒸気が急激に排出されて危険であった。   In Comparative Example 7, because the distance to the water tank unit 23 is less than 30 mm, the slag also collides with the heat exchange unit 25 together with the steam 24, and the heat exchange unit 25 is damaged, so heat exchange is not performed efficiently. The water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C. Further, the gap 26 is reduced, and water vapor is rapidly discharged, which is dangerous.

比較例8は、水槽部23との距離が50mmを超えるために、蒸気24による熱交換部25の加熱が行われず、熱回収後の水温が90℃に達しなかった。   In Comparative Example 8, since the distance to the water tank unit 23 exceeded 50 mm, the heat exchange unit 25 was not heated by the steam 24, and the water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C.

比較例9は、冷却水量が5リットル/minを超え、水量が多過ぎたために熱交換部25から効率良く熱回収を行えず、熱回収後の水温が90℃に達しなかった。   In Comparative Example 9, the amount of cooling water exceeded 5 liters / min, and the amount of water was too large, so heat could not be efficiently recovered from the heat exchanging unit 25, and the water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C.

比較例10は、スラグ投入量が18kg/minを超えるために、スラグが勢いよく水槽部23の水中に投入され、水が隙間26から飛び出て危険であった。さらに、水槽部23中の水量が一時的に減少するため十分な水蒸気量が得られず、また、常温である補給水の追加補給量が多くなって水温が上がりにくくなったこともあり、結果的に熱回収後の水温が90℃に達しなかった。   In Comparative Example 10, since the amount of slag input exceeded 18 kg / min, the slag was vigorously charged into the water in the water tank 23, and the water jumped out of the gap 26 and was dangerous. Furthermore, since the amount of water in the water tank portion 23 temporarily decreases, a sufficient amount of water vapor cannot be obtained, and the amount of additional replenishment water at room temperature increases, making it difficult to raise the water temperature. In particular, the water temperature after heat recovery did not reach 90 ° C.

本発明のスラグ熱回収装置、スラグ熱回収方法および熱製造方法によれば、高温スラグの熱エネルギーを回収して、高温水を得ることができる。暖房、給湯、発電、冷房など多用途に応用可能であり、非常に実用性の高い発明である。したがって、金属精錬・エネルギー・空調設備・環境その他関連する産業分野において、利用性の高い発明である。   According to the slag heat recovery device, the slag heat recovery method, and the heat production method of the present invention, high temperature water can be obtained by recovering the thermal energy of the high temperature slag. This invention can be applied to various uses such as heating, hot water supply, power generation, and cooling, and is a highly practical invention. Therefore, the invention is highly useful in metal refining, energy, air conditioning equipment, environment and other related industrial fields.

2、22、32…投入部
3、23、33…水槽部
5、25、35…熱交換部
9、39…連続排出手段
10、210、310…排出部
21…高温状態のスラグ
24…蒸気
26…蒸気逃がし用隙間
27C…水
27H…高温水(湯)
28…熱交換後のスラグ
29…スクリューコンベア
211…補給水
212…液面センサ
30、330…熱媒体供給部
40、340…熱供給部
50、250、350…スラグ熱回収装置
2, 22, 32 ... charging unit 3, 23, 33 ... water tank unit 5, 25, 35 ... heat exchange unit 9, 39 ... continuous discharging means 10, 210, 310 ... discharging unit 21 ... high temperature slag 24 ... steam 26 ... Steam escape clearance 27C ... Water 27H ... Hot water (hot water)
28 ... Slag 29 after heat exchange ... Screw conveyor 211 ... Makeup water 212 ... Liquid level sensor 30, 330 ... Heat medium supply unit 40, 340 ... Heat supply unit 50, 250, 350 ... Slag heat recovery device

Claims (11)

金属製錬において発生するスラグの供給口である投入部、該投入部に連設されスラグの投入先である水槽部、該水槽部に連設されたスラグ排出用の排出部、および熱交換部から構成されるスラグ熱回収装置であって、該投入部には傾斜が設けられており、該排出部には熱回収後のスラグを連続的に排出するための連続排出手段が備えられており、該熱交換部は該水槽部において発生する蒸気または熱水から熱を回収することを特徴とする、スラグ熱回収装置。 An input part that is a supply port for slag generated in metal smelting, a water tank part that is connected to the input part and that is a destination of slag, a discharge part for discharging slag that is connected to the water tank part, and a heat exchange part The slag heat recovery device is composed of a slant in the charging part, and the discharge part is provided with continuous discharge means for continuously discharging the slag after heat recovery The slag heat recovery device is characterized in that the heat exchange unit recovers heat from steam or hot water generated in the water tank unit. 前記熱交換部では媒体に水を用い、90℃以上の温水を得られることを特徴とする、請求項1に記載のスラグ熱回収装置。 The slag heat recovery apparatus according to claim 1, wherein the heat exchange unit uses water as a medium to obtain hot water of 90 ° C. or higher. 前記水槽部に貯留するスラグ量を略一定とすべく、前記投入部におけるスラグ供給量および前記排出部における同排出量を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする、請求項1または2に記載のスラグ熱回収装置。 The adjusting means is provided for adjusting the slag supply amount in the charging portion and the discharge amount in the discharge portion so that the slag amount stored in the water tank portion is substantially constant. 2. The slag heat recovery device according to 2. 前記投入部に設けられた斜面は傾斜角20°以上55°以下であることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載のスラグ熱回収装置。 The slag heat recovery apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the slope provided in the charging portion has an inclination angle of 20 ° to 55 °. 前記熱交換部は前記水槽部の上方に設けられていることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載のスラグ熱回収装置。 The slag heat recovery device according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat exchange part is provided above the water tank part. 前記熱交換部は少なくともその一部が前記水槽部内に設けられていることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載のスラグ熱回収装置。 The slag heat recovery device according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the heat exchange part is provided in the water tank part. 前記水槽部から発生する蒸気による爆発を防止するための排気構造が設けられていることを特徴とする、請求項5または6に記載のスラグ熱回収装置。 The slag heat recovery apparatus according to claim 5 or 6, further comprising an exhaust structure for preventing an explosion caused by steam generated from the water tank section. 請求項1ないし7のいずれかに記載のスラグ熱回収装置を用い、前記投入部からスラグを前記水槽部に投入し、これにより発生した蒸気または熱水と前記熱交換部内の媒体との間で熱交換させることにより熱回収する、スラグ熱回収方法。 The slag heat recovery device according to any one of claims 1 to 7, wherein slag is introduced into the water tank part from the introduction part, and between the generated steam or hot water and the medium in the heat exchange part. A slag heat recovery method that recovers heat by heat exchange. 投入するスラグは少なくとも下記(A)、(B)いずれかの条件を満たすものであることを特徴とする、請求項8に記載のスラグ熱回収方法。
(A)800℃以上 (B)粒度8mm以下
The slag heat recovery method according to claim 8, wherein the slag to be fed satisfies at least one of the following conditions (A) and (B).
(A) 800 ° C or more (B) Particle size 8mm or less
用いるスラグ熱回収装置はその前記熱交換部が水を媒体とするものでありかつ前記水槽部の上方に設けられた構成とし、該水槽部に溜めた水の水面−該熱交換部間距離を30mm以上50mm以下、該熱交換部内への水供給量を5リットル/min以下、投入時のスラグ温度を800℃以上とした場合に、90℃以上の温水を生成可能であることを特徴とする、請求項8または9に記載のスラグ熱回収方法。 The slag heat recovery device to be used has a structure in which the heat exchanging section uses water as a medium and is provided above the water tank section, and sets the distance between the water surface stored in the water tank section and the heat exchange section. 30 mm or more and 50 mm or less, when the amount of water supplied into the heat exchange section is 5 liters / min or less and the slag temperature at the time of charging is 800 ° C. or more, hot water of 90 ° C. or more can be generated. The slag heat recovery method according to claim 8 or 9. 金属製錬において発生するスラグを用い、スラグを水中に投入し、これにより発生する蒸気または熱水と熱交換媒体との間で熱交換させることにより行う熱製造方法であって、用いるスラグは少なくとも下記(A)、(B)いずれかの条件を満たすものであることを特徴とする、スラグからの熱製造方法。
(A)800℃以上 (B)粒度8mm以下
A heat production method that uses slag generated in metal smelting, throws the slag into water, and performs heat exchange between the steam or hot water generated thereby and the heat exchange medium, and the slag used is at least A method for producing heat from slag, which satisfies any of the following conditions (A) and (B):
(A) 800 ° C or more (B) Particle size 8mm or less
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