JP3695504B2 - 溶融スラグの結晶化物製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼却灰等の廃棄物を溶融処理して溶融スラグとした後、熱処理により結晶化して溶融スラグの結晶化物を得る製造装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物等の最終処分場の逼迫により、焼却灰の溶融処理によりスラグとして減容化し、天然石等の代替物として有効利用が計られてる。しかし、溶融スラグは、ガラス質であり有効利用するには強度が不足しており、溶融スラグに熱処理を施して結晶化して得られる結晶化物に、天然石と同等の物理的、化学的性質をもたせることとしている。溶融スラグの結晶化物には、下記２通りの製造方法がある。
（１）再加熱法
１３００〜１４００℃の溶融スラグを一旦約７００℃のガラス転移温度以下に下げた後、再び１０００〜１２００℃に加熱して結晶を析出させる製造方法で、例えば特開平６−３２９４２３号公報記載のものがある。
（２）徐冷法
１３００〜１４００℃の溶融スラグを徐々に冷却して結晶を析出させる製造方法で、例えば容器に受けて徐冷する実用新案登録第３００２５１７号公報記載のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記（１）の再加熱法では、１３００〜１４００℃の溶融スラグを一旦温度を下げた後、再び加熱するので熱経済性に課題を有していた。又前記（２）の徐冷法では、溶融スラグの保有熱を利用しているので、熱的経済性には問題ないが、スラグ受け容器の消耗が激しいので多数用意するかその消耗対策が必要で、ランニングコストアップとなり、又容器とスラグとの剥離性についての課題を有していた。これに対して、本発明は徐冷法により熱的経済性を確保した上で、スラグ受けの消耗及び剥離性についての課題を克服した溶融スラグの結晶化物製造装置を得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を得るため、請求項１の発明にあっては、結晶化炉内を通り上流側より下流側に移動している熱処理コンベア上に敷詰められているマット状又はシート状の受け砂上に溶融炉から取入れた溶融スラグを下流側の徐冷ゾーンの通過時に前記受け砂によって徐冷及び結晶化して結晶化物と砂との結晶混合物を得、前記結晶混合物を熱処理コンベアの下流端側において篩分して篩下の砂を前記受け砂として回収し篩上を結晶化物として排出する溶融スラグの結晶化物製造装置において、結晶化炉の周囲を二重ジャケット構造とし、かつ、結晶化炉の上流下端部に断面下向きに凸形の堰を固設した溶融スラグの結晶化物製造装置により解決した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。以下において、溶融スラグを供給する溶融炉側を上流側又は後、生成された結晶化物の排出側を下流側又は前とし、本発明の溶融スラグの結晶化物製造装置は単に「製造装置」と略称して説明する。図１は、本発明の製造装置の一例を示す一部断面の概略正面図である。図２は、図１の製造装置に堰を用いた他例を示す概略側断面図である。図３は、図２の他例の受け砂と溶融スラグとを示す概略側断面図である。
【０００６】
図１において、本発明の製造装置１は、結晶化炉２と、熱処理コンベア７と、砂供給ホッパー８と、篩９と、砂供給回収コンベア１０と、受け砂１２ａとを有している。結晶化炉２は周囲を耐火断熱材で囲繞された二重のジャケット構造とされ、上方の溶融炉５からの排ガスを天井部に開口した熱風入口３から供給し周囲のジャケット部を通過加熱して天井部に開口した熱風出口４から排出可能としている。又結晶化炉２の後寄り天井部には開口した溶融スラグ取入口６が設けられ通常上方に設置されている溶融炉５から落下する溶融スラグ１５が結晶化炉２内に取入れ可能とされている。熱処理コンベア７は、結晶化炉２本体の下方前後に水平方向に渡って通過し上流側及び下流側が結晶化炉２から突出して配設された金属製で、上面Ｘ及び下面Ｙ水平方向に移動可能なコンベアであって、耐熱性のスチールベルト又はエプロン等のコンベアが好ましい。砂供給ホッパー８は、タワー形状で下端は結晶化炉２外の熱処理コンベア７の上流側に、上端は砂供給回収コンベア１０の砂供給口１０ａに連結するように通常上下に配置されている。篩９は、金属製で熱処理コンベア７の下流端の下方で結晶化物と砂の混ざった結晶混合物１８の落下位置に水平方向に配設されている。砂回収コンベア１０は、篩９の下方で篩下の落下位置に開口されている回収砂取入口１０ｅから水平ダクト１０ｂ、垂直ダクト１０ｃ及び砂供給口１０ａによって略Ｃ字形に形成されたダクト状空間内に移動循環可能なバッケットコンベア１０ｄが配設されている。バッケットコンベア１０ｄの移動方向は、水平ダクト１０ｂ及び砂供給口１０ａ内では上面Ｘ及び下面Ｙの水平方向で、垂直ダクト１０ｃ内では後面上りＵ及び前面下りＤの垂直方向である。このバッケットコンベア１０ｄの移動形状は上記略Ｃ字形に限定されず、結晶化炉２及び砂供給ホッパー８との関係位置によって例えばＳ字形など適宜選択可能である。砂回収コンベア１０の型式はバッケットに限らず、チェーンコンベア、振動コンベア、スクリューコンベア又はこれらの組合わせ等でもよく、配置等により適宜選択される。受け砂１２ａは、熱処理コンベア７上にマット状又はシート状に敷詰められ、本例では表面は結晶化炉２の平面状の上流下端部１１によってフラットに均らされている。上記構成により、砂供給ホッパー８から下方に供給された砂１２は熱処理コンベア７上にマット状又はシート状受け砂１２ａとして敷詰められて上流側より下流側へ移動可能とされている。又篩９で篩分けされた篩下はバッケットコンベア１０ｄによって移送循環され、砂供給口１０ａに到達して砂供給ホッパー８から熱処理コンベア７の上流側に落下可能とされている。
【０００７】
以下において、好ましい選択的構成要素について説明する。図１に示す受け砂１２ａの表面はフラットであるが、図２に示す他例では結晶化炉２の上流下端部１１に、概略側断面図で示す下向きに頂点をもった三角形の堰１４が両側の炉壁１３、１３間渡って固設され、熱処理コンベア７上にある堰１４を通過して下流側に移動した受け砂１２ｂの表面は堰１４によって掻かれて下向きに頂点をもった断面略一定の三角形の凹部１２ｃに成形可能とされている。ここの堰１４の形状は、下向きに頂点をもった三角形に限定されず、例えばＵ字形、半円その他の弧状、台形又はそれらの組合わせ等で、少なくとも下方に向かった凸形で、受け砂１２ｂ表面に断面略一定の凹部が形成されるものであればよい。溶融炉５から落下する溶融スラグ１５は、結晶化炉２内の熱処理コンベア７の移動によって落下位置より下流側の徐冷ゾーンＨ_２を通過して徐冷、結晶化されるが、受け砂１２ａ又は１２ｂの温度が低い場合には、徐冷ゾーンＨ_２の上流側に予熱ゾーンＨ_１を設け、この熱処理コンベア７部に向けて図示しないがバーナー加熱等の予熱装置を装着することができる。又受け砂１２ａ又は１２ｂを予熱ゾーンでの加熱でなく予め結晶化炉２外で加熱して供給してもよい。篩９により結晶化物と砂の混ざった結晶混合物１８が篩分けされ、主として砂１２よりなる篩下は砂回収コンベア１０上に落下するが、結晶化物を主体とする篩上は結晶化製品１９としては製造装置１の外に排出される。このためには、製造装置１に連設された置き場に落下せしめて一時的にストックすることとしてもよいが、上面Ｘ方向に移動可能な製品移送コンベア１６上に落下せしめて製造装置１から離隔場所に連続的に移送するのが好ましい。
【０００８】
次に、本発明の溶融スラグの結晶化物製造方法を前記製造装置１について説明する。図１において、砂供給ホッパー８から下方に供給される砂１２は熱処理コンベア７上にマット状又はシート状受け砂１２ａとして敷詰められて上流側より下流側を連続的に移動している所に、溶融炉５から１３００〜１４００℃の溶融スラグ１５を溶融スラグ取入口６より結晶化炉２内に落下せしめると、受け砂１２ａ表面に重力で僅かに窪みができそこに下流側に向けて帯状に炉内溶融スラグ１７が載置され、徐冷ゾーンＨ_２通過時に砂及び炉内温度によって徐冷される。結晶化のために、通常徐冷ゾーンＨ_２の徐冷温度を７００〜１１００℃とし、熱処理コンベア７の通過時間を３０分〜５時間となるように調整する。ここで、受け砂１２ａの存在によって、炉壁１３と熱処理コンベア７との間の僅かな間隙をシールすることができるので、結晶化炉２内の温度管理に有効である。炉内溶融スラグ１７は結晶化炉２内で結晶化された後、熱処理コンベア７の下流端側で結晶化物と砂の混ざった結晶混合物１８として下方に配設された篩９に排出され、結晶化物と砂とに篩分けされる。ここで結晶化物の一部には自然破砕され篩目を通過して篩下となるものがあるが、破砕された結晶化物は砂と混合されれば上記した受け砂１２ａと同様に溶融スラグ１５の受取り及び徐冷の機能を果たすことができるので支障とはならない。篩９で篩分けされた回収された砂１２を主体とする篩下は、回収砂取入口１０ｅから水平ダクト１０ｂ、垂直ダクト１０ｃ及び砂供給口１０ａによって形成されたダクト状空間内をバッケットコンベア１０ｄによって移送され、砂供給口１０ａに到達して砂供給ホッパー８から落下せしめることにより回収再利用される。一方篩上として、目的とする結晶化製品１９が得られ排出される。この結晶化製品１９には結晶化物を主体とし僅かな砂が篩分けされずに混合又は付着した状態となる場合もあるが、通常目的とする結晶化製品１９は天然石等の代替物として有効利用するものであり、僅かな砂の混入は使用上の障害とはならず、溶融スラグと受け砂１２との剥離性の問題は全く生じない。
【０００９】
前記した好ましい選択的構成要素のうち、堰１４を用いた場合には、熱処理コンベア７上にある堰１４によって掻かれて通過し下流側に移動した受け砂１２ｂの表面に成形された三角形の凹部１２ｃに、溶融炉５からの溶融スラグ１５を落下せしめるので、凹部１２ｃによって落下した炉内溶融スラグ１７の量が多い場合でも徐冷ゾーンＨ_２通過時の徐冷、結晶化を安定的に遂行できる。又徐冷ゾーンＨ_２の上流側の予熱ゾーンＨ_１の熱処理コンベア７を設けることにより、供給される砂１２の温度が低い場合、得られる炉内溶融スラグ１７が砂で冷却されガラス質のままとなり結晶化しにくいのを防ぐことができ、予熱温度は７００〜１１００℃とするのが好ましい。ここで、受け砂１２ａ又は１２ｂを予熱ゾーンＨ_１での加熱に代えて予め結晶化炉２外で加熱して供給しても同じ作用効果が得られる。更に、溶融スラグ１５の熱量だけでは放熱が大きすぎて冷却速度が速すぎる場合には、溶融炉５からの排ガスを熱風入口３から供給しジャケット部を通過加熱して間接加熱により徐冷調節を行なうことが好ましい。この場合、間接加熱としたのは溶融炉５からの排ガスには重金属等の有害物質が含まれているので、炉内溶融スラグ１７に直接接触しないようにするためである。
【００１０】
前記した溶融スラグの結晶化物製造装置によれば、溶融スラグ１５は、受け砂１２ａ又は１２ｂ上で十分な温度と時間をかけて徐冷、結晶化されて結晶化炉２から排出され、篩９で結晶化製品１９と回収砂１２ｄとを篩分けして、回収砂１２ｄをバッケットコンベア１０ｄによって移送し砂供給ホッパー８から落下せしめて再利用する。回収砂１２ｄには、量的にみて結晶化物の一部が自然破砕されて混入されるプラス要素と、結晶化製品１９と共に砂１２ａ又は１２ｂの一部が付着して排出されるマイナス要素とあるが、実働運転によって回収砂１２ｄの全体量は若干増加傾向となることが確かめられたので、新たな砂の補給は原則として不必要であり、消耗品はなくランニングコストの大幅節減が可能である。
【００１１】
【実施例】
（１） 被処理物として、
組成（重量％）Ａｌ_２Ｏ_３；１８．１１％、ＣａＯ ；１７．５５％
ＳｉＯ_２ ；４２．７１％、Ｆｅ_２Ｏ_３； ４．８４％
Ｐ_２Ｏ_５ ； ６．４８％、Ｎａ_２Ｏ ； ０．７１％
Ｋ_２Ｏ ； ０．３１％、ＭｇＯ ； １．３４％
その他微量成分の焼却灰を溶融炉５で溶融して得られた溶融スラグ１５を用いた。
（２）製造方法として、上記溶融スラグ１５の２００ｋｇ／Ｈｒを結晶化炉２に供給した。砂１２として、４号珪砂（平均粒径９００μｍ）を用い、熱処理コンベア７の移動速度を１ｍ／Ｈｒで堰１４を三角形にセットし、結晶化炉２のジャケット部に約１０００℃の溶融炉５からの排ガスを送り結晶化炉２内温度を９５０℃に保った。予熱ゾーンＨ_１は長さ２ｍで、予熱時間２時間砂をバーナー加熱の予熱装置により予熱ゾーンＨ_１下流端の砂温度が９２０℃になるように加熱した。徐冷ゾーンＨ_２の長さ５ｍで徐冷時間約５時間であった。結晶化炉２から排出された結晶混合物１８を目開き２ｍｍの篩９で篩分けして結晶化製品１９と回収砂１２ｄとが得られた。得られた結晶化製品１９は僅かに砂が付着しているものの厚さ約２００ｍｍの塊で天然石等の代替物として有用なものであった。一方、回収砂１２ｄには結晶化物の微粉が僅かに混合していたが、砂の代用として十分再利用可能なものであり、回収砂１２ｄ全体量は若干増加傾向にあり、本実施例の製造装置１は新たな砂の補充なしで連続運転が可能であった。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明は、熱的経済性に優れた徐冷法を採用したうえで、溶融スラグの熱量だけでは放熱が大きすぎて冷却速度が速すぎる場合に溶融炉５からの高温の排ガスを二重ジャケットに供給して冷却速度を遅くすることができ、さらに、結晶化炉２の上流下端部１１を利用してここに堰１４を設けるだけの簡単な構成により砂に凹部１２ｃを成形することができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明が有する効果のほかに、結晶化炉２の内部と外気は受け砂１２ａによってシールされているので結晶化炉２内の温度を有効に管理できる。
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明が有する効果のほかに、受け砂の温度が低い場合に、徐冷ゾーンＨ_２の上流側に設けた予熱ゾーンＨ_１に予熱装置を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造装置の一例を示す一部断面の正面図である。
【図２】 図１の製造装置に堰を用いた他例を示す側断面図である。
【図３】 図２の他例の受け砂と溶融スラグとを示す側断面図である。
【符号の説明】
１ 製造装置
２ 結晶化炉
５ 溶融炉
６ 溶融スラグ取入口
７ 熱処理コンベア
８ 砂供給ホッパー
９ 篩
１０ 砂供給回収コンベア
１０ｄ バケットコンベア
１１ 上流下端部
１２ 砂
１２ａ、１２ｂ 受け砂
１２ｃ 凹部
１２ｄ 回収砂
１３ 炉壁
１４ 堰
１５ 溶融スラグ
１６ 製品移送コンベア
１７ 炉内溶融スラグ
１８ 結晶混合物
１９ 結晶化製品
Ｈ_１ 予熱ゾーン
Ｈ_２ 徐冷ゾーン

Claims (3)

1. 溶融炉から溶融スラグを取入れ可能な結晶化炉と、前記結晶化炉の下部を通り上流側より下流側に移動可能な熱処理コンベアと、前記結晶化炉外の前記熱処理コンベア上流側に連結された砂供給ホッパーと、前記熱処理コンベアの下流端に配設された篩と、前記篩の篩下落下位置と前記砂供給ホッパーとを循環可能な砂供給回収コンベアとを備え、前記砂供給ホッパーから前記結晶化炉内に砂を供給して前記熱処理コンベア上にマット状又はシート状に受け砂として敷詰め該受け砂上に落下せしめた前記溶融スラグを徐冷及び結晶化し、前記篩で篩分けされた篩下を回収砂として前記砂供給回収コンベアによって前記砂供給ホッパーへ移送し篩上を結晶化物として排出可能とした溶融スラグの結晶化物製造装置において、結晶化炉の周囲を二重ジャケット構造とし、溶融炉からの排ガスを該ジャケット内に供給及び排出して結晶化炉内の温度を制御可能とし、結晶化炉の上流下端部に断面下向きに凸形の堰を固設し、下流側に移動する受け砂の表面を前記堰によって掻取り下向きの断面略一定の凹部を成形することを特徴とする溶融スラグの結晶化物製造装置。
2. 受け砂の存在によって炉壁と熱処理コンベアとの間の僅かな間隙をシールすることができることを特徴とする請求項１記載の溶融スラグの結晶化物製造装置。
3. 結晶化炉内の受け砂への溶融スラグ落下位置の上流側に該受け砂を予熱可能な予熱装置を装着したことを特徴とする請求項１記載の溶融スラグの結晶化物製造装置。

Images