JP2021116213A - 粒状凝固スラグの製造方法およびその製造設備列 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
ここで、前記「凝固域」とは溶融スラグが凝固した部分であり、前記「凝固スラグ」とは前記溶融スラグが凝固後の、前記凝固域および前記固形スラグからなる前記鋳型内の鋳片を意味する。
前記固液スラグ混合凝固設備にて作製される凝固スラグを破砕して粒状凝固スラグを作製するスラグ破砕設備と、
を備える、粒状凝固スラグの製造設備列。
以下に、この粒状凝固スラグの製造方法に用いる、種々の製造設備列を参照して、詳しく説明する。
すなわち、本発明の第1の実施形態について、図1を参照して詳しく説明する。図1は、本発明の方法に用いる製造設備列を示し、図中の符号1は鋳型であり、該鋳型1内に固形スラグS1を供給する固形スラグ供給装置2および、溶融スラグS2を供給する溶融スラグ供給装置3からなる、固液スラグ混合凝固設備4と、この固液スラグ混合凝固設備4にて作製される凝固スラグSを破砕して粒状凝固スラグSgを作製するスラグ破砕設備5とを備える。
或いは、図2に示す別の製造設備列を用いる、第2の実施形態として示すとおり、鋳型1に、溶融スラグ供給装置3から溶融スラグS2を供給したのち、固形スラグ供給装置2から固形スラグS1を供給し、前記鋳型1内において溶融スラグS2の凝固を行う、手順でもよい。
また、図3に示すように、上記した図2の手順において、固形スラグS1および溶融スラグS2をそれぞれ供給した後に、圧下装置6を用いて、固形スラグS1を前記鋳型1の底部に向かって押し込む、操作を加えることが、以下の点で有利である。すなわち、溶融スラグS2を鋳型1で凝固させる際、溶融スラグS2の温度が非常に高温であるため、溶融スラグS2の表面が大気により急冷されて凝固層が形成される。鋳型1に供給された溶融スラグS2の表面に凝固層が形成される前に固形スラグS1の供給が完了していれば問題はないが、固形スラグS1の供給に先立って凝固層が形成されてしまうと、固形スラグS1の自重のみで固形スラグS1を鋳型1内に装入することが難しくなる。そのため、第3実施形態では、図3に示すように、固形スラグ供給装置2の下流側に圧下装置6を設け、鋳型1内に溶融スラグS2を供給した後に、鋳型1内に固形スラグS1を供給し、更に前記圧下装置6により固形スラグS1を鋳型1の底部方向へ圧下することによって、固形スラグS1を確実に鋳型1内の溶融スラグS2層内に装入する。なお、溶融スラグS2表面の凝固層が成長するに従い固形スラグS1の押し込みが難しくなるため、前記圧下装置6による固形スラグS1の圧下を凝固層が成長する前の比較的早い段階で実施できるように、前記圧下装置6は、固形スラグ供給装置2に近接して配置することが望ましい。
第4の実施形態は、上記した第1から第3の実施形態のいずれかによって破砕された粒状凝固スラグSgを用いて熱回収を行う、スラグ熱の熱回収設備を付帯する形態である。すなわち、図5に示すように、前記固液スラグ混合凝固設備4で凝固させた凝固スラグSは熱間でも容易に破砕可能であるため、前記スラグ破砕設備5を、図示のような回転体7に凝固スラグSを落下させて熱間で破砕する熱間破砕設備として、熱間破砕により高温の粒状凝固スラグSgを製造する。そして、高温の粒状凝固スラグSgを熱回収設備8へ装入してスラグ充填槽8a内に粒状凝固スラグSgを充填し、このスラグ充填槽8a内に空気等の冷却ガス8bを供給して粒状凝固スラグSgの保有熱の熱回収を行う。得られた熱回収ガス8cは、例えば製鉄所の各工程へ供給し、溶融スラグの保有熱の有効活用が図られる。また、熱回収後の粒状凝固スラグSgは、熱回収設備8から排出されたのち、製品スラグとして路盤材や骨材として出荷される。
図6に示す、第5の実施形態は、上記した第1から第3の実施形態のいずれかによって破砕された粒状凝固スラグSgに水蒸気を供給して蒸気エージングを行うための水蒸気供給装置9を付帯する形態である。すなわち、熱間破砕後の粒状凝固スラグSgをスラグ安定化処理設備10に装入し、このスラグ安定化処理設備10内に水蒸気供給装置9から水蒸気を供給する。粒状凝固スラグSgは総表面積が大きいため、スラグ内部への水蒸気の浸透効率が高く、効率的な蒸気エージング処理が可能である。そこで、前記スラグ破砕設備5を用いて破砕した粒状凝固スラグSgに水蒸気を供給して、以下の式(1)を主反応とする蒸気エージング処理を行う。かくして得られる製品スラグは、蒸気エージング処理によって膨張反応済のものとなり、路盤材や骨材として出荷することが可能になる。
CaO + H2O → Ca(OH)2 …(1)
図7に示す、第6の実施形態は、前記スラグ破砕設備にて破砕した粒状凝固スラグSgに炭酸ガスを供給して炭酸化処理を行うための炭酸ガス供給装置11を付帯する形態である。すなわち、熱間破砕後の粒状凝固スラグSgをスラグ安定化処理設備10に装入し、このスラグ安定化処理設備10内に炭酸ガス供給装置11から炭酸ガスを供給する。粒状凝固スラグは総表面積が大きいため、炭酸ガスについても水蒸気の場合と同様に、スラグ内部への炭酸ガスの浸透効率が高く、効率的な炭酸化処理が可能である。そこで、前記スラグ破砕設備5を用いて破砕した粒状凝固スラグSgに炭酸ガスを供給して、以下の式(2)を主反応とする炭酸化処理を行う。かくして得られる製品スラグは、炭酸化処理によって膨張反応済のものとなり、路盤材や骨材として出荷することが可能になる。
CaO + CO2 → CaCO3 (2)
第7実施形態として、前記熱回収設備8に、前記水蒸気供給装置9および炭酸ガス供給装置11の両方または何れか1つを組み込む形態とすることが可能である。すなわち、高温の粒状凝固スラグSgは1000℃程度の高温で熱回収設備8へ装入される。ここで、スラグの蒸気エージング処理および炭酸化処理について、平衡論上では、蒸気エージング処理におけるf−CaOの水和膨張は580℃以下、炭酸化処理におけるf−CaOの炭酸化は898℃以下において進行するため、蒸気エージング処理または炭酸化処理に先立って熱回収を行い、スラグ温度が十分に低下した後に、蒸気エージング処理および/または炭酸化処理に切り替えることが有利である。これらの処理方法の切り替えを、同じスラグ充填槽8a(図5参照)内にて行うことが好ましく、そのためには、前記熱回収設備8に、前記水蒸気供給装置9および炭酸ガス供給装置11の両方または何れか1つを組み込むことが好ましい。このような設備について特に図示はしないが、図5において、冷却ガス8bの供給を、空気、水蒸気および炭酸ガスに切換弁などにて選択できるように構成すればよい。以上の第7実施形態では、スラグ熱回収の進行度に応じて、例えば熱回収のための空気供給から蒸気エージングのための水蒸気供給への切り替えが可能となる。
第8実施形態として、前記第4実施形態の熱回収設備8の下流側に、前記水蒸気供給装置9および炭酸ガス供給装置11の両方または何れか1つを設置する形態とすることも可能である。すなわち、図5に示した第4実施形態において、熱回収設備8のスラグ充填槽8a内の粒状凝固スラグSgは、冷却ガス8bの流通方向に温度分布を有するため、十分な時間をかけて熱回収を行うケース以外では、スラグ充填槽8a内の温度は均一にはならない。例えば、装入直後の1000℃程度の高温の凝固スラグと、熱回収終了後の100℃以下程度の低温の凝固スラグとが混在するようなスラグ充填槽になると、熱回収設備8内で蒸気エージング処理および炭酸化処理を行う際に、処理効果が何れも不均一になる可能性がある。そこで、熱回収設備8の下流側に、水蒸気供給装置9および炭酸ガス供給装置11の両方または何れか1つを、熱回収設備8と独立させて設け、熱回収設備8で所定温度まで凝固スラグを冷却した後に、熱回収後の凝固スラグを排出し、この排出スラグを、図6または図7に示したスラグ安定化処理設備10装入した後、水蒸気供給装置9および炭酸ガス供給装置11による、蒸気エージング処理および/または炭酸化処理を行うことが有効になる。
図8に示す、第9実施形態は、前記スラグ破砕設備5の下流側に、前記粒状凝固スラグSgから所定粒度の凝固スラグSgを分級するためのスラグ分級装置12と、前記分級装置12により分級した凝固スラグの全部または一部を、前記固液スラグ混合凝固設備4の固形スラグ供給装置2まで搬送するためのスラグ搬送路13を設けた、形態である。すなわち、分級装置12において、前記鋳型1に供給する固形スラグとして適した粒度の凝固スラグSgを選別することを目的として、篩目を用いた篩分法などにより凝固スラグSgの分級を行うものである。ここで分級された凝固スラグは、その全部または一部を、固液スラグ混合凝固設備4の固形スラグ供給装置2における固形スラグS1として再利用する。
上記した熱回収設備8、水蒸気供給装置9、炭酸ガス供給装置11および分級装置12の全てを、前記固液スラグ混合凝固設備4およびスラグ破砕設備5に付帯することも可能である。例えば、図9に示すように、スラグ破砕設備5の出側に、熱回収設備8、分級装置12、水蒸気供給装置9および炭酸ガス供給装置11を順に配置した、製造設備列とすることが可能である。この実施形態によれば、上記した熱回収設備8、水蒸気供給装置9、炭酸ガス供給装置11および分級装置12のそれぞれの作用効果を併せ持つことができるのは勿論である。
本実験では、予め粒子径5〜40mmの固形スラグを粒子径ごとに篩分けしたものを用意して、長さ250mm×幅250mm×高さ50mmの鉄製鋳型内に、固形スラグを単層または複層となるように敷き詰めた後、高周波溶解炉にて1600℃で溶融させた製鋼スラグを、該鋳型内で溶融スラグ深さが40mmになるまで供給し、固液混合凝固を行った。そして、溶融スラグ凝固開始から3分以上経過した後、固液混合凝固スラグを鋳型から取り出し、鋳型と接触していた側を上側として、表面目視観察により凝固スラグ表面の亀裂発生有無を確認した。次に、固液混合凝固スラグの表面をハンマーで軽く5回殴打して凝固スラグの破砕性を評価した。この凝固スラグの破砕性については、ハンマーによる殴打後の固形スラグと凝固スラグとの剥離性の良否により評価した。その結果を表2に示す。
2 固形スラグ供給装置
3 溶融スラグ供給装置
4 固液スラグ混合凝固設備
5 スラグ破砕設備
8 熱回収設備
9 水蒸気供給装置
11 炭酸ガス供給装置
12 分級装置
13 搬送路
S1 固形スラグ
S2 溶融スラグ
S 凝固スラグ
Sg 粒状凝固スラグ
Claims (15)
- 鋳型内に、溶融スラグおよび固形スラグのいずれか一方を供給してから前記溶融スラグおよび固形スラグのいずれか他方を供給し、前記鋳型内において前記固形スラグ相互間の隙間を前記溶融スラグで満たした状態にて前記溶融スラグの凝固を進行させて該凝固域および/または固形スラグに亀裂を導入し、該凝固後の凝固スラグを前記鋳型から取り出し粒状に破砕する、粒状凝固スラグの製造方法。
- 前記溶融スラグおよび固形スラグのいずれか他方を供給した後、前記固形スラグを前記鋳型の底部に向かって押し込む、請求項1に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
- 前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して熱回収処理を行う、請求項1または2に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
- 前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して蒸気エージング処理を行う、請求項1から3のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造方法。
- 前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して炭酸化処理を行う、請求項1から4のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造方法。
- 前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグを分級して選別した、粒状凝固スラグを前記固形スラグとして供給する、請求項1から5のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造方法。
- 鋳型、該鋳型内に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給装置および、前記鋳型内に固形スラグを供給する固形スラグ供給装置を有する固液スラグ混合凝固設備と、
前記固液スラグ混合凝固設備にて作製される凝固スラグを破砕して粒状凝固スラグを作製するスラグ破砕設備と、
を備える、粒状凝固スラグの製造設備列。 - 前記固液スラグ混合凝固設備は、前記溶融スラグおよび固形スラグが供給された前記鋳型に対して前記固形スラグの押し込みを行う圧下装置を有する、請求項7に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
- 前記鋳型は、底部に複数の隆起部を有する、請求項7または8に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
- 前記スラグ破砕設備は、前記凝固スラグに衝突による衝撃力を与えて該凝固スラグを破砕する回転体を有する、請求項7から9のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
- 前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグの顕熱を回収するスラグ熱回収設備を有する、請求項7から10のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
- 前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに水蒸気を供給して蒸気エージングを行う水蒸気供給装置を有する、請求項7から11のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
- 前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに炭酸ガスを供給して炭酸化処理を行う炭酸ガス供給装置を有する、請求項7から12のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
- 前記熱回収設備の下流側に、前記水蒸気供給装置および炭酸ガス供給装置のいずれか一方または両方を配置する請求項12または13に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
- 前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグを粒度に応じて分級する分級装置を有し、前記分級装置と前記固形スラグ供給装置との間に、前記分級後の粒状凝固スラグを前記固形スラグ供給装置へ搬送するための搬送路を有する、請求項7から14のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
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