JP2015533933A - 乾式スラグ造粒システム及び方法 - Google Patents

Abstract

乾式スラグ造粒システムは、回転式微粒化造粒機（５）及びタンディッシュ（３）を備え、このタンディッシュは、送出出口（４）、オーバーフロー出口（７）、及び一式の可動マウント（８ａ、８ｂ）を備える。この装置は、少なくとも１つのタンディッシュ重量センサ（９）、造粒機駆動モータ電力センサ（１３）、造粒機駆動モータ電流センサ、及び造粒機駆動モータ速度センサ（１２）をさらに備える。コントローラ（１４）がセンサのうちの少なくとも１つから測定値を受け取り、受け取られた測定値に従って可動マウント上のタンディッシュの傾斜角、又は造粒機の回転速度を制御する。可動マウントはタンディッシュの、第１の実質的に鉛直な方向と、第２の実質的に水平な方向と、の間の全ての方向での動きを可能にする。

Description

本発明は、粒状化されたガラス質のスラグを作製するための乾式スラグ造粒システム、特に回転式微粒化造粒機に関する。

スラグ物質は例えば、鉄のような金属ベース、チタン酸化物のような金属酸化物、金属生産工程の副産物として生成されたスラグのような非金属、又はこれらの混合物等のいずれのタイプであってよい。金属生産工程から生じるスラグの例においては、ブラスト炉のスラグが炉からタップされた際に、スラグの流れは変わりやすく、結果的に流量に短期的なピークを生じる場合があり、全体として一般的には増加傾向を有する。典型的なブラスト炉においては、大きな流量は６〜１２トン／分となる場合があり、造粒機の能力を凌駕し、造粒機の損傷及び稼働の休止の可能性を有する。熱回収機構に結合されたシステムでは、熱回収機構がスラグの（すなわち熱の）供給におけるピーク及び谷に容易に対処することができないので、特に問題となる。

この問題は、湿式のスラグ造粒が過剰な水の供給の使用を含み、熱回収のための設備を含まないので、不規則な流量に対してそれほど敏感ではないことから、湿式のスラグ造粒に対しては関連しない。乾式スラグ造粒は十分に発達した技術ではなく、安定した流れに対する必要性に関する問題は現在まで取り組まれていなかった。

本発明の第１の観点によれば、乾式スラグ造粒システムは回転式微粒化造粒機と、タンディッシュとを備え、造粒機はカップ又はディスクを備え、タンディッシュは、送出出口、オーバーフロー出口、及び一式の可動なマウントを備え、装置は、少なくとも１つのタンディッシュ重量センサ、造粒機の駆動モータ用電力センサ、造粒機の駆動モータ用電流センサ、及び造粒機の駆動モータ用速度センサをさらに備え、装置はまた、センサのうちの少なくとも１つから測定値を受け取り、受け取られた測定値に従って、可動なマウント上のタンディッシュの傾斜角又は造粒機の回転速度を制御するためのコントローラをさらに備え、可動なマウントは、略鉛直な第１の方向と略水平な第２の方向との間のすべての方向へのタンディッシュの動きを可能にする。

本発明はスラグの流れを安定化させ、それによって使用される造粒機と熱回収システムとのより良く最適化された設計を可能にする。

第１の方向では、タンディッシュは事実上、最大に傾斜されており、スラグはほとんど貯蔵されることなくタンディッシュに流入し、流出する。第２の方向では、タンディッシュは事実上、最小の傾斜を有し、得られる貯蔵容量は最大である。この貯蔵が使用し尽くされたらすぐに、さらなるスラグの流れはオーバーフロー出口から流出する。

好ましくは、可動なマウントはロードセルをさらに備える。

好ましくは、システムが、造粒機に結合した熱回収システムをさらに備える。

本発明の第２の観点では、回転式微粒化造粒機と、タンディッシュと、を備える乾式スラグ造粒システムを稼働させる方法であって、タンディッシュが送出出口、オーバーフロー出口、及び一式の可動なマウントを有する、方法が、スラグをタンディッシュに供給するステップと；タンディッシュの重量、造粒機駆動モータの電力、造粒機駆動モータの電流、及び造粒機駆動モータ速度のうちの少なくとも１つを測定するステップと；測定値に従ってタンディッシュの傾斜角を可動なマウントによって制御するステップと、を備え、タンディッシュの傾斜角は、略鉛直な第１の方向と略水平な第２の方向との間のいずれかの方向へタンディッシュを動かすことによって変化する。

好ましくは、測定された電力が電力の閾値を超えた際には、タンディッシュは第２の方向に向かって動かされる。

典型的には、タンディッシュを第２の方法に向かって動かすことは、貯蔵バッファの大きさを増加させ、タンディッシュを第１の方法に向かって動かすことは、貯蔵バッファの大きさを減少させる。

好ましくは、スラグが第２の方向における貯蔵バッファを一杯にした際には、さらなるスラグはオーバーフロー出口を通じて排出される。

好ましくは、測定された速度が速度の閾値を超えた際には、タンディッシュは第２の方向へ動かされる。

好ましくは、造粒機駆動モータの速度が、速度の予め決められた範囲に入らない場合には、駆動モータの速度が変更されて、速度は範囲内に戻される。

好ましくは、測定された駆動モータの電力又は電流が、電力又は電流の予め決められた範囲に入らない場合には、駆動モータの電力又は電流が変更されて、駆動モータの電力又は電流は範囲内に戻される。

好ましくは、測定された重量が、重量の予め決められた範囲に入らない場合には、造粒機の回転速度が変更される。

好ましくは、測定された速度が、速度の閾値を超えた際には、造粒機への電力がおとされる。

好ましくは、測定された重量が、重量に対する安全閾値を超えた際には、タンディッシュは傾転されて、スラグがスラグオーバーフロー出口を通じてスラグピットへ排出される。

乾式スラグ造粒システム及び稼働の方法の例が添付の図面を参照して以下に記載される。

本発明による乾式スラグ造粒システムの例を図示する図である。 図１のシステムの稼働の１つの特徴を図示する図である。 図１のシステムの稼働の別の特徴を図示する図である。 図１のシステムの稼働のための制御プロセスを図示するフローダイアグラムである。

ブラスト炉の操業中、溶融物質の流れの流量と方向とは、様々な高さのサンドダム（ｓａｎｄ ｄａｍ）を使用して制御することができる。この場合、要求される量を超えるスラグの流量は開放型スラグピットへと逸らされる。しかし、乾式スラグ造粒における効率的な熱回収のためには、炉からの流れが減少した際、若しくはスラグのタップ期間の終わりには、後の造粒のためにピークの流れを貯蔵することが好都合である。

出口オリフィスをその基体の近傍に有して下流の流れを制御する中間貯蔵容器を使用することができる。この場合、中間容器は排出オリフィスに取り付けられたスラグポットとすることができ、貯蔵用に必要な容積を提供するのに十分な高さであることを必要とする。容器が満杯である場合、オリフィスを通じた流量は増加するが、流量はスラグの深さの二乗根の関数であるので、下流の装置へのスラグ流量のばらつきは大きく減じられる。貯蔵容積が限られているので、スラグピットへのオーバーフローが準備される。

中間容器の欠点は高さへの要求である。多くのブラスト炉設備では、スラグを容器の頂部中に注ぎ、基底において、造粒機の頂部中に排出可能とするのに十分な高さを得ることができない場合がある。

図１は、本発明によるスラグ造粒システムの一実施形態を示す。スラグ１は（図示しない）ブラスト炉の出滓口（ｔａｐｈｏｌｅ）からスラグランナー２に沿って流れ、溶融スラグはタンディッシュ３に受け取られる。タンディッシュは送出出口４を有し、この送出出口４は回転式微粒化造粒機６の、回転軸１６の周りに回転する回転ディスク５上にスラグを排出し、タンディッシュはオーバーフロー出口７をさらに有して過剰のスラグをスラグピットに導く。ディスクは平坦、又は凹面、すなわちカップ状若しくは皿状、とすることができる。タンディッシュ３は可動なマウント８ａ、８ｂ上に取り付けられており、マウント８ａ、８ｂはこの例ではロードセル９を備えるように図示されている。可動なマウント８ａの少なくとも１つには駆動機構１０が設けられて、可動なマウント８ｂの１つ以上を通じて延びる枢動軸１５の回りにタンディッシュを枢動させてタンディッシュ３を傾転することを可能とし、それによって、タンディッシュが満杯となっている場合における過剰なスラグ流量での運転中に、スラグはオーバーフロー出口７に向かって流れる。通常運転中にはタンディッシュは傾転可能であり、それによってタンディッシュの傾斜角を変化させることができる。極端な１つの場合において、タンディッシュは図１に示されるように略水平の方向を有し、そこではタンディッシュは貯蔵機能を有し、傾斜はされていない。別の極端な１つの場合、傾斜角は（図示されていない）略垂直な方向まで９０度動かされ、そこではスラグの流れは、実質的な量が受け取られてタンディッシュ中に貯蔵されることなく、送出出口を通じて回転するディスク上に直接流れる。傾斜角は、水平及び垂直な方向という、これら極端な２つの方向の間のいずれかの値を取ることができる。

造粒装置６はディスク５を回転させる駆動モータ１１をさらに備え、システムには駆動モータ電力センサ１３又は電流センサが備えられ、駆動モータ電力センサ１３又は電流センサはコントローラ１４に結合している。また、コントローラはロードセル９からの信号を受け取る。また、駆動モータ速度センサ１２を設けることもできる。

（図示されない）タンディッシュシステムのさらなる特徴は、スラグの表面温度を維持するとともにタンディッシュ中のスラグスカルの生成を排除するためのフード及びブラスト炉ガスバーナである。

図２は、タンディッシュの重量がスラグの鋳造時間とともに変化する際に、ディスク又はカップが回転する速度が、コントローラ１４によって受け取られたデータに応じてどのように自動的に選択されるかを示している。タンディッシュがその最少重量にある、又はその最少重量近傍にある際には、ディスク５の回転速度は第１の値、通常は略８００ｒｐｍに設定される。スラグがタンディッシュ中に流入するにつれて、重量は、ロードセル９によって検知される重量が予め決められた最大許容安全値２０に到達するまで増加する。最大値に達すると、コントローラがディスクの速度を所定の量、この例では１００ｒｐｍだけ増加させ、造粒機が処理するスラグの流量を増加させる。ディスクの速度がすでにその最大許容値に到達していた場合には、コントローラはタンディッシュを傾転させ、それによって過剰なスラグをオーバーフロー出口からスラグピットへ流出させる。回転速度の増加の効果は、スラグの内側への流れが変化しないと仮定すると、タンディッシュの重量がその速度に対する最少許容値２１に到達するまで再度タンディッシュの重量を徐々に減少させ、それによって、コントローラが予め決められた所定の量だけディスクの速度を減少させるということである。

図３は、電力を選択する目的のための、回転するカップの駆動電力に対する速度の変化を示している。作動中の駆動モータに対する最大の速度及び電力の設定は、相対的値が最適化されるべきであることを意味している。速度の電力に対する関係は好ましくは目標とされる作動領域２２にあるが、それらが、測定された速度が電力に対して高い領域２３中に外れる場合には、コントローラは速度を減少させ、この関係が測定された電力が速度に対して高い場合には、コントローラは速度を増加させて速度の電力に対する関係を目標とする領域２２に戻す。コントローラはこれをタンディッシュの重量における変化のデータと組み合わせて、パラメータそれぞれを最適化するか、又は他のいずれの変更も許容範囲にない場合にはオーバーフローを使用させる。

本発明のシステムの稼働方法が図４のフローダイアグラムに図示されている。この例は、すべてのパラメータ、すなわち、タンディッシュの重量、モータの電力又は電流、及びモータ速度が測定可能であるとともに可変であることを仮定しているが、システムは、たった一つしか測定可能であるか又は可変であるパラメータしか入手できない場合であっても、依然として稼働させることができる。始めに、タンディッシュは最大傾転状態（３０）、すなわち垂直方向に設定され、（可変である場合には）要求されるカップ速度が設定（３１）されるか又は（速度が固定されている場合には）モータが始動される。制御システム１４は以下のように作動する。タンディッシュの重量が読み取られる（３２）。この重量が安全作動限界内にある場合（３３、３４）には、カップのモータの消費電力又は電流が読み取られる（３５）。測定されたモータの電力／電流（３４）が通常作動領域にあって、高すぎない（３６，３７）か、低すぎない（４０、４７）場合には、タンディッシュの傾転は変化させない（４８）。測定されたモータの電力／電流が高い（３８）場合には、このことはスラグの流量が造粒機に対する設計流量を超えて増加したことを示している。タンディッシュは傾転されていない状態とされ（３９）、すなわちより水平である方向に動かされて、過剰なスラグはタンディッシュ中に流入させることができる。モータの電力／電流が低すぎる（４１）場合、システムは、タンディッシュが完全には傾転されていないことをチェックし（４２）、もしタンディッシュが完全に傾転されていなければ（４３）、タンディッシュを傾転し（４５）て、スラグの流量および電力／電流を増加させる。もしタンディッシュがすでに最大限に傾転されていれば（４４）、この方向が維持される（４６）。タンディッシュが満杯となり、炉からのスラグ流れが設計流量以上に維持されている場合には、さらなる速度の帯域がチェック（５０）され（５１）、さらなる速度の帯域がある場合にはディスクの速度が増加される。速度を増加させるさらなる速度の帯域がない（５０）場合（５２）には、タンディッシュ中のスラグの深さは、スラグが堰を越えてオーバーフロー出口、スラグランナーの中へ、そしてスラグピットへ流れるまで増加する。造粒機へのスラグの流れは、通常のスラグの深さとオーバーフロー時のスラグの深さとの差が比較的小さいので、ほぼ一定に維持される。図１の例に図示されている構成では、オーバーフローが生じている間は造粒機へのスラグの流れは妨害されないが、スラグは両出口４、７を通じて同時に排出される。

熱回収システムの詳細は記載されていないが、溶融スラグが造粒機チャンバ内の回転するカップに供給されると、カップは、スラグが最小のスラグウールの生成を有する滴に変換される速度で回転する。スラグの滴は、冷却された壁に衝突する前に、飛行中に冷却され、スラグをさらに冷却する空気流に入り、最終的に粒状化されたスラグの空冷された固定床中に静止し、この固定床から、一定の速度で排出される。空気の流速は、空気が造粒チャンバから約６００℃で出るように制御される。この加熱された空気は必要に応じて様々な方法に使用することができる。熱い空気は工程での使用に先立って原材料を予備加熱する、又は乾燥するために使用することができる。熱い空気は、蒸気が生成されるボイラー／熱交換機を通じて流すことができる。蒸気は次いで発電に使用することができる。記載されたシステムのさらなる利益は、生産された、粒状化されたブラスト炉のスラグがガラス状であり、ポルトランドセメントの代替として使用することができることである。

本発明は、傾斜するタンディッシュの使用によって造粒装置へのスラグの流れを調節することができ、このタンディッシュはオーバーフロー設備を有する貯蔵バッファとして作用し、造粒機を固定されたスラグの最大流量で、又は速度制御された状態で稼働させることを可能にする。ブラスト炉からのスラグの流量が造粒機の設計流量未満である場合、タンディッシュはその最大傾転状態で稼働され、スラグはタンディッシュ内の狭いスラグランナーにそってタンディッシュに流入し、流出する。カップの駆動モータの電力消費・電流消費によって特定されるように、スラグの流量が造粒機の設計流量を超える場合には、タンディッシュは傾転されていない状態に戻り、過剰なスラグのための貯蔵容積を徐々に広げる。タンディッシュがその最も水平な位置において満杯になる場合には、スラグはタンディッシュの中の深さを増加させることができないので、スラグピットへ流れる。工程の制御は、流れにおけるすべての不規則性にもかかわらず、ハンドリングと貯蔵を可能にする。造粒装置へのスラグの流れの最適化は、熱回収システムへの安定なスループットを提供するので、上述したように、本発明のシステムを熱回収システムとともに使用するのに好適なものとする。また、このことは、ピークフローを処理する必要がないので小型の造粒機と熱回収システムとが可能であることを意味する。

１ スラグ
２ スラグランナー
３ タンディッシュ
４ 送出出口
５ ディスク
６ 回転式微粒化造粒機
７ オーバーフロー出口
８ａ、８ｂ マウント
９ タンディッシュ重量センサ、ロードセル
１０ 駆動機構
１１ 駆動モータ
１２ 駆動モータ速度センサ
１３ 駆動モータ電力センサ
１４ コントローラ、制御システム
１５ 枢動軸
２０ 最大許容安全置
２１ 最少許容値

Claims (13)

1. 回転式微粒化造粒機と、タンディッシュと、を備える乾式スラグ造粒システムであって、
   前記造粒機は、カップ又はディスクを備え、
   前記タンディッシュは、送出出口、オーバーフロー出口、及び一式の可動なマウントを備え、
   前記装置は、タンディッシュ重量センサ、造粒機駆動モータ電力センサ、造粒機駆動モータ電流センサ、及び造粒機駆動モータ速度センサのうちの少なくとも１つをさらに備え、
   前記装置は、前記センサのうちの少なくとも１つからの測定値を受け取り、前記可動なマウント上の前記タンディッシュの傾斜角又は前記造粒機の回転速度を受け取られた前記測定値に従って制御するコントローラをさらに備え、
   前記可動なマウントは、前記タンディッシュの、略垂直な第１の方向と略水平な第２の方向との間の全ての方向への動きを可能にする、乾式スラグ造粒システム。
2. 前記可動なマウントは、ロードセルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の乾式スラグ造粒システム。
3. 前記システムが前記造粒機に結合した熱回収システムをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の乾式スラグ造粒システム。
4. 回転式微粒化造粒機と、タンディッシュと、を備える乾式スラグ造粒システムを稼働させる方法であって、
   前記タンディッシュは、送出出口、オーバーフロー出口、及び一式の可動なマウントを備える乾式スラグ造粒システムを稼働させる方法において、
   前記方法が、
   スラグを前記タンディッシュに供給するステップと、
   タンディッシュ重量、造粒機駆動モータ電力、造粒機駆動モータ電流、及び造粒機駆動モータ速度のうちの少なくとも１つを測定するステップと、
   測定された測定値に従って、前記可動なマウントの手段によって前記タンディッシュの傾斜角を制御するステップと、
   を備え、
   前記タンディッシュの前記傾斜角が、前記タンディッシュを、略垂直な第１の方向と、略水平な第２の方向との間のいずれかの方向に動かすことによって変化する、乾式スラグ造粒システムを稼働させる方法。
5. 測定された電力が電力に対する閾値を超える場合に、前記タンディッシュを前記第２の方向に向かって動かすステップを備える請求項４に記載の方法。
6. 前記タンディッシュを前記第２の方向に向かって動かすステップが、貯蔵バッファの大きさを増加させ、前記タンディッシュを前記第１の方向に向かって動かすステップが、貯蔵バッファの大きさを減少させることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
7. 前記第２の方向において、スラグが前記貯蔵バッファを満杯にした際に、さらなるスラグは前記オーバーフロー出口を通じて排出されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
8. 測定された前記速度が速度に対する閾値を超える場合に、前記タンディッシュを前記第２の方向に向かって動かすステップを備える請求項４に記載の方法。
9. 測定された前記造粒機駆動モータの速度が、速度に対して前以て決められた範囲に入らない場合に、前記駆動モータの速度を変更して前記範囲内に戻すステップを備える請求項４に記載の方法。
10. 測定された前記駆動モータの電力又は電流が、電力又は電流に対して前以て決められた範囲に入らない場合に、前記駆動モータの電力又は電流を変更して前記範囲内に戻すステップを備える請求項４に記載の方法。
11. 測定された前記重量が、重量に対して前以て決められた範囲に入らない場合に、前記造粒機の回転速度を変更するステップを備える請求項４に記載の方法。
12. 測定された速度が、速度に対する閾値を超える際に、前記造粒機への電力を下げるステップを備える請求項４に記載の方法。
13. 測定された重量が、重量に対する安全閾値を超える際に、前記タンディッシュを傾転させてスラグを、前記スラグオーバーフロー出口を通じてスラグピットへ排出するステップを備える請求項４に記載の方法。

Images