JP3905554B2 - 造粒装置及び造粒方法 - Google Patents
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Description
本発明は、特に錬鉄高炉から回収されたスラグの造粒に適用されている。このように造粒されたスラグは、コンクリートの生産においてポルトランドセメントの代替品として使われている。
本出願人の国際出願(WO93/06250)では、一種の造粒装置を開示している。この造粒装置は、囲いとしてのエンクロージャーと、該エンクロージャー内に設置された回転式アトマイザーと、溶融材料を該アトマイザーに移送する移送手段とを備えており、作業時に、ジェット流を使用しなくても溶融材料を小球状物に破裂させるようにしている。このように形成された小球状物は、エンクロージャー内で分散しており、少なくとも部分的に凝固して粒状物に形成される。また、このように形成された粒状物は、上記アトマイザーを囲むように配設された頂部開放の環状トラフに収集される。
上記小球状物がアトマイザーから頂部開放のトラフまで移動する経路は、必要に応じて相当長くなっているので、小球状物が部分的に凝固し粒状物に形成するための時間を稼げるようになっている。従って、上記アトマイザーから頂部開放トラフの外側までの距離を相応的に長くしている。また、その意味では、上記アトマイザーと上記頂部開放のトラフとを収容するために、比較的に大きいエンクロージャーを必要としている。
本発明の目的は、上記要求を満足すると共に、上記国際出願に記載された装置よりもっとコンパクトな装置を提供することである。
本発明の第一形態では、改良された造粒装置が提供されている。本発明の造粒装置は、エンクロージャーと、該エンクロージャー内に設けた回転式アトマイザーと、作業に際して、流体噴射を使用せずに溶融材料を小球状物に破裂させ、該小球状物をエンクロージャー内に分散させるように、上記アトマイザーに上記溶融材料を移動するために構成した手段と、粒状物を集めてエンクロージャーの外へ該粒状物を移送させるように構成した頂部開放のトラフとを備えている。本発明装置の特徴は、大部分の小球状物を通過させてこれら小球状物の温度を低下させ、このように形成された粒状物の運動エネルギーを低減させるために、上記アトマイザーを取り囲むように粒状物含有の環状気体カーテンを上向きに形成させる手段を有する。
本発明の第二形態では、改良された造粒方法が提供されている。本発明の造粒方法では、溶融状の材料流をエンクロージャー内の回転アトマイザーに供給し、ジェット流を使用せずにアトマイザーからの溶融状材料を、部分的に粒状物に凝固する小球状の形で射出し、このように形成された粒状物が頂部開放のトラフに集められ該トラフからエンクロージャーの外へ移送されるように、アトマイザーの回転速度をコントロールする。本発明による方法の特徴は、大部分の小球状物を、アトマイザーを取り囲むように上向きに形成されている粒状物含有の環状気体カーテンを通過させ、小球状物の温度を低下させると共に、このように形成された粒状物の運動エネルギーを低減させることにある。
上記装置および方法の使用に際して、エンクロージャー内に分散された大部分の小球状物は、粒状物を混入した気体カーテンを通過する。この気体カーテンによって、小球状物の温度が低減されて、部分的に凝固した粒状物に形成される。また、この気体カーテンによって、粒状物の運動エネルギーが低減されるので、粒状物の飛行経路を短縮することができる。そして、粒状物の運動エネルギー低減によって、上記環状トラフは、粒状物含有の環状気体カーテンを設けていない場合に比較して、さらにアトマイザー寄りに設置されることが可能となる。それによって、エンクロージャーのサイズを縮小することができ、造粒装置の製造コストが削減できる。
上記気体カーテンを形成させるための気体は、通常は空気である。この空気は、環状トラフに集まった粒状物の層を通過している。このように加熱された空気は、小球状物の通過によって更に加熱されるようになるので、エンクロージャーから排出される空気を例えば蒸気昇温等に利用できるようになっている。
上記したエアカーテンは、上記トラフの一側(アトマイザーより)に形成されるが、トラフにあった一部の粒状物がエアジェット流に捕捉されて、エアカーテンに混入される。これらの粒状物は、アトマイザーからの部分的に凝固した小球状物と共に、トラフに落下してからトラフから最終的に外へ移送されていく。
本発明における一つの実施例によれば、上記気体カーテンを通過して部分的に凝固した粒状物は、環状トラフの上方に設けたダイバータに落ちて、その一部はエアカーテンに混入されるが、他の一部は複数の縦管を経由して、ダイバータ下方のトラフに入り、トラフにあり円周運動をする流化層または他の層に入る。
本発明におけるもう一つの実施例によれば、上記トラフは上側粒状物層および下側粒状物層を備えている。エアカーテンを通過して部分的に凝固した粒状物は、上側粒状物層に溜まってくるが、その中の一部は、エアカーテンに混入される。上側粒状物層に溜まった他の粒状物は、複数の縦管を経由して下側床に到着し、下側床から最終的に外へ移送されていく。
或いは、上記した環状のエアカーテンは、上記環状トラフの外側に形成させることも可能である。これにより、エアカーテンを通過している粒状物は減速されてエアカーテンの外側に落ちる。その後、粒状物はアトマイザーへ向かって後退しトラフに入る。
本発明における更にもう一つの実施例によれば、頂部開放トラフの外側において該トラフより高い位置に、環状の冷却床が設けられている。また、環状の傾斜面が環状冷却床からトラフまで下向きに傾斜するように設けられている。エアカーテンを通過している粒状物は、該冷却床に落ちて溜まるので、冷却床の高さが増える。この高さが増加すると、粒状物がそこから傾斜面に落ちてトラフに入る。このような環状冷却床は、好ましくはエンクロージャーの側壁部に隣接して設けられる。これにより、アトマイザーと上記側壁部との間にある距離を短縮することができ、造粒装置全体のサイズが縮小できる。
回転式アトマイザーは好ましくは、上面が形状加工された耐火材の厚型円盤またはステンレススチール(或いは他の材質)の皿状部材を有している。また、このような円盤または皿状部材は、所望のスラグ小球状物の運動経路を形成できるように加工されている。そして、この円盤または皿状部材の頂面部は、小球状物の運動経路とスラグ流速と部材の回転速度と所望の粒状物サイズとに応じて適正な程度まで皿状に形状加工されている。該装置の回転速度は、スラグの流速に応じてコントロールされており、スラグ流速が速いとき、高い回転速度が求められる。従って、小球状物の運動経路および小球状物のサイズ分布が所望に維持される。
回転中のアトマイザーから射出された溶融材料の小球状物が、エンクロージャーの回り壁部に向かって外向きに飛ぶようになっている。小球状物が飛ぶときの経路は、ある程度で小球状物のサイズに依存している。このような小球状物は、垂直面および水平面において飛散している。従って、小球状物はエンクロージャー内の空気と接触するようになり、小球状物が運動しているとき小球状物と空気との間の熱伝達によって、これらの小球状物が少なくとも部分的に凝固して粒状物に形成される。また本発明では、大部分の小球状物は、粒状物含有のエアカーテンを通過するので、アトマイザーからの小球状物の運動速度が低減されることになる。このように、一部の粒状物はエンクロージャーの側壁部に衝突してから環状のトラフまたは環状の冷却床に落ちるが、大部分の粒状物は直接に上記トラフまたは冷却床に落ちるようになっている。一方、アトマイザーからの小球状物が気体カーテン中の粒状物と衝突するので、アトマイザーからの小球状物の運動速度が低減される。従って、エンクロージャーのサイズを縮小することができ、装置のコンパクト化ができると共に設備のコストが削減可能となる。
好ましくは、エンクロージャーの側壁は、トラフの頂部または環状冷却床の頂部より高い位置に設けた部分を含む。エンクロージャー側壁の該部分は環状を有しており、その下端部がトラフまたは冷却床の頂部につながっている。また、エンクロージャー側壁の該部分は、好ましくは液体による冷却を施している。或いは、エンクロージャー側壁の該部分は、下向きの貫通孔を有すると共に、冷却用気体をこれらの貫通孔を通過させてエンクロージャー内に導入する手段を備えている。冷却された側壁またはこれらの貫通孔を通過している空気によって、粒状物が側壁部に付着することが防止されるので、粒状物が側壁からスムーズに離れてトラフに落ちていく。
アトマイザーから射出された一部の小球状物/粒状物は、トラフに到着できないまま落ちる。従って好ましくは、回転アトマイザーからトラフの頂縁部(アトマイザー寄り)まで傾斜状の傾斜面を設けておく。この傾斜面は貫通孔を有しており、気体をこれらの貫通孔を通過させるようにしている。この気体および傾斜面によって、傾斜面の表面に落ちている粒状物は、トラフに向かって移動しやすくなっているが、粒状物の大部分は気体カーテンに捕捉されるようになっている。
上記した本発明をより容易に理解するために、以下、実施例により図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明の一つの実施例における造粒装置の断面図である。
図2、3および4は、それぞれ本発明の他の実施例を示すための、図1の装置の断面図である。
図5、更に他の実施例における本発明装置の断面図である。
図6は、図5の6−6線に沿って切断して得られた図5装置の平面図である。
図1において、回転式アトマイザー1は、垂直の駆動軸を有するモーターを備えている。このモーターは固定されており、その回転速度が可変である。上記駆動軸に搭載装着されているのは、アトマイザーの皿状部材またはカップ状部材4を支持するフランジ部材3である。上記皿状部材またはカップ状部材4は、上向きの凹面を有し、一本の垂直軸を中心に回転できるようになっている。従って、この皿状部材またはカップ状部材4の回転速度も、可変である。上記アトマイザー1は、ほぼ円筒状のエンクロージャー6に収容されており、材料供給用フィードスルーまたは湯道7は、エンクロージャーの外部からアトマイザー1の上方位置まで延びている。流出ノズル8は、溶融状材料をフィードスルーまたは湯道7に沿って流下させて原料流としてカップ状部材4の凹面に落下させるように機能している。さらに、環状トラフ10は、アトマイザー1を取り囲むように設けられており、トラフの頂部は、カップ状部材4より低い位置に設定されている。円錐状の傾斜面11は、回転式アトマイザー1からトラフ10の内側上縁部まで下向きに延びている。エンクロージャーの側壁の一部6Aは、トラフ10の頂部より高い位置にあるが、その下端部はトラフ10の頂部に連結している。また、エンクロージャー6は、少なくとも一本の排気管14を挿通させた頂部構造12によってカバーされている。エンクロージャーの側壁の一部6Aは、その外側において設けられたウォータージャケットを有し、冷媒を該ジャケット内に循環させることによって、エンクロージャーの壁部を冷却するようにしてもよい。図示した構造では、エンクロージャー側壁のこの部分は、数多くの下向き貫通孔15を有しており、該壁部の背後に設けられた中空ケーシングは、空気等の冷却用気体をこれらの貫通孔15を通過させてエンクロージャー内に導入するように構成されている。該空気流は、トラフ10に向かって下向きに流通している。上記と同様に、ほぼ円錐状の傾斜面11は、数多くの貫通孔を有し、傾斜面11の下方に設けられたケーシングは、空気等の気体をこれらの貫通孔を通過させて傾斜面11の上面側に導入するように構成されている。これらの貫通孔を通過する空気流は、トラフ10に向かって流れている。トラフ10内では、粒状物の移動層を発生させる手段を設けている。
本実施例では、図2に示すように、トラフ10のベース近傍の分布器16によって、粒状物層が支持されている。加圧空気を該分布器16を通過させることによって、トラフ10内において粒状物の円周状運動を引き起こす。トラフ10の内側(アトマイザー1寄り)には、垂直方向に延びる実質上環状のエアカーテン17を形成させている。このようなエアカーテン17は、粒状物移動層からの粒状物を混入しており、該粒状物含有のエアカーテン17により、回転中のカップ状部材4から外向きに飛ぶ多くの小球状物を阻止することができる。また、このエアカーテン17によって、小球状物の運動速度が落とされるとともにその温度も低下されることになるので、小球状物が部分的凝固されると共にその運動エネルギーも低下されるようになる。エアカーテン17に混入されている粒状物と、回転中のカップ状部材4からの粒状物とが、トラフ10内の粒状物移動層に落下していく。また、傾斜面11に落ちている粒状物も、トラフ10内に滑り落ちるようになっている。
図3において、トラフ10の開放頂部にダイバータ18が設けられている。この場合、上記のようなエアカーテン17は、ダイバータ18の一側面に沿って形成される。アトマイザー1から飛散してくる粒状物は、凝固したスラグを混入したエアカーテンとの衝突によって減速される。また、落下する粒状物は上記ダイバータ18によって複数部分に分けられて、一部はエアカーテン17に捕捉されてエアカーテン内に混入されるが、他の部分は、一本または一本以上の縦管19を経て、分布器16により支持されている粒状物層に落ちていく。
また、図4に示す実施例では、環状トラフ10は、分布器16に支持されている下側粒子物層と、分布器20に支持されている上側粒子物層とを含んでいる。この場合、エアカーテン17は、上側粒子物層に隣接して形成されており、該上側粒子物層の粒状物は、該エアカーテン内に混入される。分布器20に支持されている粒子物層の高さがあるレベルまで上がってきたとき、一部の粒状物は、一本または一本以上の縦管19を経て、下側粒子物層に落ち、そこから粒状物が外へ連続的に移送されていく。
上記図2および図3に示す本発明の実施例では、分布器16に支持されている粒子物層は、排出に適切な温度に維持されており、該粒子物層から粒子物が連続的に外へ移送されている。また、図3に示すダイバータ18に支持されている粒子物と、図4に示す上側粒子物層に支持されている粒子物とは、上記温度よりかなり高い温度に維持されている。このように、エンクロージャー6内の空気温度は、適正に維持されることになるので、エンクロージャーから排出直後の空気は、蒸気昇温用に利用され或いは他の処理工程に利用されている。
上記トラフ10内の粒子層は、流化層とすることができるが、好ましくは、トラフに沿って移動する移動層とすることである。
図示したエアカーテン17は、トラフ10の一側(アトマイザー1寄り)に形成されているが、このようなエアカーテンは、図示の位置より外側へ移動させることも可能である。この場合、トラフ10になかなか落ちない一部の粒子がエアカーテンを通過し、その運動エネルギーが低減されたあと、トラフ10に落下する。また、カーテン17をエンクロージャー6の側壁近傍に移動した場合、液体冷却の代わりに使われる壁部の貫通孔を上向きにすることが必要である。そうすると、これらの貫通孔からの空気は、エアカーテンの空気の動きを妨げずに済むようになる。
図5および図6に示す本発明の実施例では、アトマイザーにより発生する小球状物/粒状物の運動エネルギーを低減させることによってエンクロージャーのサイズを縮小できる例を示している。図5および図6に示すように、水冷のカップ部材4を備えたアトマイザーは、エンクロージャーの中心部に設置されており、頂部開放のトラフ22は、該アトマイザーに接近してこれを取り囲むように配置されている。縦管23は、トラフのベースを貫通して上向きに直立している。また、このベース部は、幾つかの部分に分けて作られており、各部分は最寄りの縦管に向かって下向きに傾斜されている。それぞれの縦管の下端部は、コンベア24の上方に設置されている。該コンベア24は、エンクロージャーの下を通ってから、エンクロージャーの外側にある共通コンベア25につながっている。
トラフ22を取り囲むと共にトラフより高い位置に配置されているのは、環状の冷却床26である。この環状冷却床26の内縁とトラフ22の外縁との間は、傾斜面27により連結されている。傾斜面27には、冷却床26へ向かって上向きに傾斜している多数の貫通孔が形成されている。また、冷却床26のベース部にも多数の貫通孔が形成されており、これらの貫通孔はそのベース部に対して傾斜となっているので、これらの貫通孔を通過する空気により、冷却床26に支持されている粒子物は、矢印28で示される円周方向で移動できるようになっている。したがって、環状の冷却床26は、円周方向の移動層を有するようになる。そして、冷却床26もアトマイザーへ向かって半径方向かつ下向きにやや傾斜しているので、粒状物は傾斜面27に向かって移動する傾向にある。冷却床26はエンクロージャーの側壁に隣接して位置づけられており、冷却床26の上方においては、エンクロージャーの壁部29は傾斜状に設けられている。
上記装置の使用に際しては、加圧空気が傾斜面27の貫通孔を通過して、トラフ22と冷却床26との間にエアカーテン30を形成させている。このエアカーテン30は、傾斜面27の上で垂直状となっており、冷却床26とアトマイザーとの間の空間部で形成されている。そのとき、既に粒状物となったものは、エアカーテンに捕捉されて混入されているが、溶融材料の小球状物は、アトマイザーから飛散してきて、大部分の小球状物はエアカーテン30を通過している。このようなエアカーテン30によって、溶融状小球状物の冷却が加速されて粒状物として形成されるようになる。また、既にエアカーテンに混入されている粒状物は、新しく形成した数多くの粒状物と衝突するようになっているので、新しく形成した粒状物の運動エネルギーを低減させることができる。このように、新しく形成した粒状物の飛行経路が短縮されて、これら粒状物の大半は冷却床6に落ちていく。一方、一部の粒状物は傾斜面27に落ちて、更に一部の粒状物は、エンクロージャーの傾斜壁部29と衝突してから冷却床26に落ちる。この場合、傾斜面27に落ちている一部の粒状物はトラフ22に滑り落ちるが、他の一部は傾斜面27の上を通って冷却床26に上げられる。そのとき、冷却床26に集まってくる粒状物がますます多くなるので、冷却床26の高さは増加するようになる。なお、一部の粒状物が冷却床26から落ちて傾斜面27の表面を通ってトラフ22内に落下する。そして、トラフ22内の粒状物は、縦管23に向かって連続的に移動されて、縦管23を経由してエンクロージャーからコンベア24および25に移送される。
一方、アトマイザー側のカップ状部材4から飛散している球状物の少量一部は、直接にトラフ22に落ちていく。この現象は、この一部の小球状物がカップ状部材から飛散しているとき所要の水平方向の速度を得られないことに起因しており、望ましくないことである。なお、溶融材料の供給流速に応じてアトマイザー側のカップ状部材4の回転速度をコントロールすることによって、上記した現象を大きく解消することができる。すなわち、溶融材料の流速を増加することによって、小球状物の飛散速度も増加されるようになる。
エンクロージャー内で発生した熱い空気は、排気管を通過してエンクロージャーから排出される。溶融材料の流速変動が所望流速を超えたときの小球状物の凝固をコントロールするために、また、小球状物がエンクロージャーの内壁部に付着することおよび小球状物が相互に付着することを防止するために、複数のノズル33(図1を参照)を有するパイプを備えた機構を少なくとも一つエンクロージャー内に設けて、好ましくはカップ状部材4の近くに設けておく。上記パイプに水を流し循環させると、水は微粒状のミスト(水からなる霧滴)となってノズルから噴出される。このように噴出されたミストは、小球状物に存在する熱によってアトマイザー付近で蒸発されるので、小球状物の温度を低下させるとともにエンクロージャー内の空気温度を低下させることができる。さらに、検出されたエンクロージャー内の温度に応じてミストとして噴出される液体の量を変化させるための制御回路を使用することも可能である。
また、熱回収が必要であった場合、環状トラフと傾斜面27とアトマイザー機構とにより形成された環状凹部に対して粒状物で充填することが可能である。そして、エンクロージャーへの空気供給を再分布/低減させることによって、粒状物は形成直後と同じ温度でトラフから排出される。この際に生成した空気の温度は、熱回収または蒸気昇温に適切なレベルまで上げられる。
Claims (20)
- エンクロージャー(6、29)と、
該エンクロージャー内に設けた回転式アトマイザー(1)と、
作業に際して、流体噴射を使用せずに溶融状材料を粒状物に破裂させ、該粒状物をエンクロージャー内に分散させるように、上記アトマイザーに上記溶融状材料を移動するために構成した手段と、
粒状物を集めてエンクロージャーの外へ該粒状物を移送させるように構成した頂部開放のトラフ(10、22)と、
を備えた造粒装置において、
大部分の粒状物を通過させてこれら粒状物の温度を低下させ、このように形成された粒状物の運動エネルギーを低減させるために、上記アトマイザーを取り囲むように粒状物を含有する環状気体カーテン(17、30)を上向きに形成させる手段を有することを特徴とする造粒装置。 - 頂部開放のトラフは環状であり、回転式アトマイザーを取り囲んでおり、上記気体カーテン形成手段は、アトマイザーと頂部開放のトラフとの間で気体カーテンを形成させることを特徴とする請求項1記載の造粒装置。
- 頂部開放のトラフは環状であり、回転式アトマイザーを取り囲んでおり、上記気体カーテン形成手段は、アトマイザーから離れた頂部開放のトラフ側において、気体のカーテンを形成させることを特徴とする請求項1記載の造粒装置。
- 傾斜面がアトマイザーからトラフまで下向きに延びており、また上記気体カーテン形成手段は、上記傾斜面と上記トラフとの接続部に隣接する気体カーテンを形成させることを特徴とする請求項2記載の造粒装置。
- 上記傾斜面は、貫通孔を有すると共に、気体をこれらの貫通孔を通過させて傾斜面の下縁部へ流動させる手段を有していることを特徴とする請求項4記載の造粒装置。
- 上記トラフには、トラフ内に粒状物流化層或いは円周運動の粒状物移動層を形成させる手段が設けられていることを特徴とする請求項4または5記載の造粒装置。
- トラフからの粒状物排出は、トラフのベース部を通って延びているコンジットによって行われることを特徴とする請求項4から6の何れか1項記載の造粒装置。
- トラフ(10)内において、トラフベース部の上方に分布手段(18,20)が設けられており、該分布手段に集まってきた粒状物は、トラフベース部の粒状物層に移動されることを特徴とする請求項6または7記載の造粒装置。
- 上記エンクロージャー内には、頂部開口のトラフの外側において該トラフより高い位置に環状の冷却床が設けられており、該冷却床から該トラフまで傾斜面が下向きに傾斜していることを特徴とする請求項3記載の造粒装置。
- 下向きに傾斜している上記傾斜面には、貫通孔が形成されていると共に、気体をこれらの貫通孔を通過させて気体カーテンを形成させるための手段が設けられていることを特徴とする請求項9記載の造粒装置。
- 上記した環状の冷却床は、エンクロージャー内においてエンクロージャーの側壁部に隣接して位置されており、エンクロージャーの該側壁部は、アトマイザーへ向かって内向きに傾斜していることを特徴とする請求項9または10記載の造粒装置。
- ウオータミストをエンクロージャー内に導入して蒸発によりエンクロージャー内の熱を除去する手段を有することを特徴とする請求項1から11の何れか1項記載の造粒装置。
- 溶融状の材料流をエンクロージャー内の回転アトマイザーに供給し、流体噴射を使用せずにアトマイザーからの溶融状材料を、部分的に粒状物に凝固する小球状の形で射出し、このように形成された粒状物が頂部開放のトラフに集められ該トラフからエンクロージャーの外へ移送されるように、アトマイザーの回転速度をコントロールする溶融状材料の造粒方法において、
大部分の粒状物を、アトマイザーを取り囲むように上向きに形成され粒状物を含有する環状気体カーテンを通過させ、粒状物の温度を低下させると共に、このように形成された粒状物の運動エネルギーを低減させることを特徴とする溶融状材料の造粒方法。 - 上記環状の気体カーテンは、上記アトマイザーと上記頂部開放トラフとの間に形成されることを特徴とする請求項13記載の方法。
- 上記気体カーテンを通過している実質的に全ての粒状物は、上記頂部開放トラフの外側において該トラフより高い位置に設けられた環状冷却床に到達し、環状冷却床に到達した粒状物は、該環状冷却床から頂部開放のトラフに移動することを特徴とする請求項13記載の方法。
- 上記環状冷却床の粒状物は、該冷却床で円周方向に運動すると共に、該冷却床から傾斜面に沿って上記トラフに連続的に移動することを特徴とする請求項15記載の方法。
- 上記冷却床から上記トラフへ移動している一部の粒状物は、上記気体カーテンに載せられることを特徴とする請求項16記載の方法。
- 上記トラフ内の粒状物は、トラフにおける一個以上の出口へ向かって円周方向に移動することを特徴とする請求項15、16または17記載の方法。
- 上記エンクロージャー内にウオータミストを注入し、ウオータミストの蒸発によりエンクロージャー内の熱を除去することによって、エンクロージャー内の高温をコントロールすることを特徴とする請求項13から18の何れか1項記載の方法。
- エンクロージャーから高温気体を排出し、該高温気体から熱を回収することを特徴とする請求項13から19の何れか1項記載の方法。
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