JP5144937B2 - 水砕スラグの粒度調整方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、主にごみ焼却炉から排出された焼却灰や飛灰、或いは乾留熱分解ドラムから排出された熱分解残渣等を溶融処理する溶融炉（電気式溶融炉や燃料式溶融炉、ガス化溶融炉）から排出される溶融スラグや製鉄所で発生する高炉スラグ等の溶融スラグを水により急冷固化して得られた粒状の水砕スラグを所望の粒度に調整する水砕スラグの粒度調整方法及びその装置に関するものである。

一般に、都市ごみや産業廃棄物等をごみ焼却炉で焼却処理した際に発生する焼却灰や飛灰には、ＤＸＮｓ（ダイオキシン類）や重金属類等の有害物質が含まれているため、埋立処理後に有害物質が溶出して環境汚染を生じる虞がある。又、埋立地の確保も年々困難になりつつあるうえ、埋立地に於いて粒子径の小さな飛灰が飛散したりすることがあり、実務上様々な問題を生じている。

そこで、これらの問題を解決する方法として、焼却灰や飛灰を電気式溶融炉や燃料式溶融炉、ガス化溶融炉により溶融して溶融スラグとし、その後溶融スラグを冷却して固形状のスラグとすることが行われている。即ち、焼却灰や飛灰を溶融して冷却固化すると、焼却灰や飛灰に比較して容積を大幅に減容化することができ、埋立処理に有利になると共に、物理的・化学的に安定して重金属等の有害物質の溶出もなくなり、無公害化を達成することができる。又、固形状のスラグは、高い硬度を有しており、リサイクルが可能である。

固形状のスラグをリサイクルする際には、土木資材として利用することが多く、この固形状のスラグはコンクリート用骨材や道路用の加熱アスファルト骨材、路盤材、盛土材、埋立材、ブロック、透水性れんが、タイル等に利用されている。中でも、固形状のスラグをコンクリート用骨材や道路用の加熱アスファルト骨材、路盤材に有効利用する際には、ＪＩＳにより固形状のスラグの粒度分布が規定されている。

ところで、電気式溶融炉や燃料式溶融炉、ガス化溶融炉から排出された溶融スラグの冷却により得られる固形状のスラグの粒度は、溶融スラグの冷却工程（徐冷又は水砕）によって異なり、又、冷却工程の後に破砕機による破砕処理や粒度選別装置による粒度選別処理を行っても、規格外であることが多い。
更に、溶融スラグを水により急冷固化することにより得られる水砕スラグは、水砕時に角が尖ったり、針状になったりするため、スラグ中の含有量によっては取扱時に作業員の皮膚に刺さる等、取扱性や安全性等に劣る等の問題が発生することになる。
このように、水砕スラグの粒度が規格外になったり、或いは針状のスラグ等が多く含まれている場合には、水砕スラグの有効利用の妨げとなる。

そのため、水砕スラグの再利用に際しては、水砕工程の後にロールクラッシャー等の破砕機や振動篩等の粒度選別装置により水砕スラグの破砕処理や篩い分けを行い、水砕スラグの粒度分布を規格内にしたり、或いは針状のスラグの混入率を低減することが行われている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５参照）。

図３（Ａ）〜（Ｄ）は溶融炉１０から排出された溶融スラグを水砕処理した後の従来の後処理の工程例を示すものであり、図３（Ａ）は水砕スラグＳをそのままの状態でスラグ搬出装置１１によりスラグ貯留槽１２へ送り込むようにしたもの、図３（Ｂ）は水砕スラグＳをスラグ搬出装置１１により破砕機１３へ供給し、ここで水砕スラグＳを破砕処理した後、スラグ貯留槽１２へ送り込むようにしたもの、図３（Ｃ）は水砕スラグＳをスラグ搬出装置１１により粒度選別装置１４へ供給し、ここで水砕スラグＳを大小に篩い分け、小さい水砕スラグＳ′をスラグ貯留槽１２へ送り込むと共に、大きい水砕スラグＳ″を破砕機１３により破砕処理して小さい水砕スラグＳ′にした後、これをスラグ貯留槽１２へ送り込むようにしたもの、図３（Ｄ）は水砕スラグＳをスラグ搬出装置１１により粒度選別装置１４へ供給し、ここで水砕スラグＳを大小に篩い分け、小さい水砕スラグＳ′をスラグ貯留槽１２へ送り込むと共に、大きい水砕スラグＳ″を破砕機１３により破砕処理して小さい水砕スラグＳ′にした後、これを再度粒度選別装置１４へ送り込むようにしたものである。

ところが、各特許文献１〜５に開示された方法や図３に示す各方法（図３（Ａ）の方法を除く）に於いては、何れも水砕スラグＳの粒度をある程度以下にすることができるが、水砕スラグＳの粒度を連続的に測定しておらず、然も、破砕機１３が予め決められた運転条件で運転されているため、水砕スラグＳの粒度分布は成り行きとなり、使用先で再び水砕スラグＳの粒度調整が必要になる。特に、図３（Ａ）の方法に於いては、用途側での調整が必要不可欠となる。その結果、作業工程が増えると共に、製造コストの高騰を招くと云う問題が発生することになる。
又、図３に示す各方法に於いては、何れも針状のスラグの低減が確実に行えるとは限らず、取扱性や安全性等に劣る等の問題が発生することなる。
尚、この問題を解決するためには、水砕スラグＳの粒度を監視しながら破砕機１３の制御を行えば良いが、このような方法や装置は未だ開発されていないのが現状である。

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、溶融スラグの水による急冷固化により得られた粒状の水砕スラグの粒度を規格内に収まるように調整することができると共に、水砕スラグの粒度を所望の粒度に簡単に調整することができるようにした水砕スラグの粒度調整方法及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、溶融炉から排出された溶融スラグを水により急冷固化して粒状の水砕スラグとし、この水砕スラグをスラグ搬出装置により破砕機へ供給し、ここで水砕スラグを破砕機により破砕してその粒度を調整するようにした水砕スラグの粒度調整方法に於いて、スラグ搬出装置により破砕機へ供給する水砕スラグの一部を連続して引き抜いてその粒度分布と粒子形状を連続的に測定し、その測定結果に基づいて破砕機の運転条件を最適な条件に制御して水砕スラグの粒度を調整するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、測定した水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっておれば、破砕機をバイパスさせると共に、破砕機の運転を止めておくようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項３の発明は、溶融炉から排出された溶融スラグを水により急冷固化して得られる粒状の水砕スラグを搬送するスラグ搬出装置と、スラグ搬出装置により供給された水砕スラグを所定の粒度に破砕する破砕機と、スラグ搬出装置から破砕機へ供給される水砕スラグの粒度分布と粒子形状を連続的に測定する粒度分布測定装置と、粒度分布測定装置からの水砕スラグの測定結果に基づいて水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まるように破砕機を制御する制御装置とから構成したことに特徴がある。

本発明の請求項４の発明は、スラグ搬出装置と破砕機との間に、制御装置により切替制御されて測定した水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっているときに破砕機をバイパスさせるスラグ流路切替装置を配設したことに特徴がある。

本発明の水砕スラグの粒度調整方法は、溶融スラグの水による水冷固化により得られた水砕スラグの粒度分布と粒子形状を連続的に測定し、その測定結果に基づいて破砕機の運転条件を最適な条件に制御して水砕スラグの粒度調整を行うようにしているため、全ての水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まることになる。その結果、本発明の水砕スラグの粒度調整方法を用いれば、水砕スラグの粒度が規格外になると云うことがなく、水砕スラグの無駄がなくなり、水砕スラグ全量を有効利用することが可能になる。
又、本発明の水砕スラグの粒度調整方法は、スラグ搬出装置により破砕機へ供給する水砕スラグの一部を連続して引き抜いてその粒度分布と粒子形状を連続的に測定しているため、水砕スラグの粒度分布と粒子形状の測定を確実且つ正確に行える。
更に、本発明の水砕スラグの粒度調整方法は、水砕スラグの測定結果に基づいて破砕機の運転を最適な条件に制御しているため、稼動条件を合理化することができる。然も、本発明の水砕スラグの粒度調整方法は、水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっておれば、破砕機をバイパスさせるようにしているため、この間は破砕機の運転を止めておくことができる。即ち、必要に応じて破砕機を運転するため、動力の節減を図ることができる。
加えて、本発明の水砕スラグの粒度調整方法は、水砕スラグの粒度分布と粒子形状を測定しながら破砕機の運転条件を変更できるため、水砕スラグの用途別に粒度分布を変更できると共に、製品である水砕スラグの品質管理が容易になる。
そのうえ、本発明の水砕スラグの粒度調整方法は、水砕スラグの粒子形状も測定しているため、針状のスラグを確認することができ、破砕機の運転条件を調整することにより、水砕スラグ内に於ける針状のスラグの混入量を減少させることができる。

本発明の水砕スラグの粒度調整装置は、水砕スラグを搬送するスラグ搬出装置と、スラグ搬出装置により供給された水砕スラグを所定の粒度に破砕する破砕機と、スラグ搬出装置から破砕機へ供給される水砕スラグの粒度分布と粒子形状を連続的に測定する粒度分布測定装置と、粒度分布測定装置からの水砕スラグの測定結果に基づいて破砕機を制御する制御装置とを備えているため、上記方法を好適に実施することができる。その結果、本発明の水砕スラグの粒度調整装置を用いれば、水砕スラグの粒度が規格外になると云うことがなく、水砕スラグの無駄がなくなり、水砕スラグ全量を有効利用することが可能になる。又、水砕スラグの用途別に粒度分布を変更できると共に、製品である水砕スラグの品質管理が容易になり、然も、水砕スラグ内に於ける針状のスラグの混入量を減少させることができる。
更に、本発明の水砕スラグの粒度調整装置は、スラグ搬出装置と破砕機との間に、測定した水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっているときに破砕機をバイパスさせるスラグ流路切替装置を配設しているため、必要に応じて破砕機を運転することができ、動力の節減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の方法を実施するための水砕スラグの粒度調整装置１の概略系統図を示し、当該水砕スラグの粒度調整装置１は、ごみ焼却炉から排出される焼却灰や飛灰、或いは乾留熱分解ドラムから排出される熱分解残渣等を溶融処理する溶融炉２に併設されており、溶融炉２から排出された溶融スラグを水により急冷固化して得られた粒状の水砕スラグＳを所定の粒度に調整するようにしたものである。

尚、溶融炉２は、ごみ焼却炉から排出された焼却灰や飛灰、或いは乾留熱分解ドラムから排出された熱分解残渣等を溶融点以上に加熱して溶融スラグとし、この溶融スラグを溶融スラグ落ち口から落下排出するようにしたものである。この溶融炉２には、電気エネルギーによって焼却灰等を溶融するアーク溶融炉、プラズマ溶融炉及び電気抵抗炉等の電気式溶融炉や、油やガス等の燃料の燃焼エネルギーによって焼却灰等を溶融する表面燃料式溶融炉、旋回溶融炉及びコークスベッド炉等の直接溶融炉が使用されている。
又、溶融炉２の溶融スラグ落ち口の下方位置には、溶融スラグ落ち口から落下排出される溶融スラグを冷却水により急冷固化して粒状の水砕スラグＳとする冷却水を貯留した冷却水槽（図示省略）が配置されている。

前記水砕スラグの粒度調整装置１は、水砕スラグＳを搬出するスラグ搬出装置３と、水砕スラグＳを破砕する破砕機４と、水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状を測定する粒度分布測定装置５と、破砕機４をバイパスさせるスラグ流路切替装置６と、破砕機４及びスラグ流路切替装置６を制御する制御装置７と、粒度調整された水砕スラグＳを貯留するスラグ貯留槽８とから構成されており、スラグ搬出装置３により破砕機４へ供給する水砕スラグＳの一部を連続して引き抜いてその粒度分布と粒子形状を連続的に測定し、その測定結果に基づいて破砕機４の運転条件を最適な条件に制御して水砕スラグＳを破砕処理してその粒度調整を行い、又、測定した水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっておれば、破砕機４をバイパスさせるようにしたものである。

スラグ搬出装置３は、冷却水槽の底壁に沈降した粒状の水砕スラグＳをスクレーパにより掻き取って水面上へ搬送し、冷却水槽の排出口から排出するようにしたものであり、この例では、スラグ搬出装置３には、スクレーパコンベヤが使用されている。

破砕機４は、溶融スラグの水冷固化により得られた水砕スラグＳを破砕してその粒度分布を所定の粒度分布に調整するものであり、この破砕機４には、一対のロール間に水砕スラグＳを投入してロール間で水砕スラグＳを押し潰して破砕するようにしたロール式破砕機やハンマー状の接触部で水砕スラグＳを叩いて破砕するインパクトクラッシャー、回転容器内に鋼球や鋼棒を投入して水砕スラグＳを破砕する回転ミル等が使用されている。

粒度分布測定装置５は、スラグ搬出装置３により破砕機４へ供給される水砕スラグＳの一部を引き抜いてその粒度分布と粒子形状を連続的に測定するものであり、この粒度分布測定装置５には、光源と二台のＣＣＤカメラとの間に引き抜いた水砕スラグＳを落下分散させ、二台のＣＣＤカメラで捕らえた水砕スラグＳの投影図をデジタル処理してコンピュータで粒度分布と粒子形状を測定するデジタル画像解析式粒子径分布測定装置が使用されている。
尚、粒度分布測定装置５には、水砕スラグＳにレーザ光等の平行光線を照射し、粒子によって回折、散乱された光のパターンを測定・解析することによって粒度分布を算出するレーザ散乱・回折方式の粒度分布測定装置を使用するようにしても良い。

スラグ流路切替装置６は、スラグ搬出装置３と破砕機４との間に介設されており、粒度分布測定装置５により測定した水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が規格外になっておれば、スラグ搬出装置３からの水砕スラグＳを破砕機４へ供給し、又、粒度分布測定装置５により測定した水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっておれば、破砕機４をバイパスさせるようにしたものである。この例では、スラグ流路切替装置６には、二股状のスラグ排出シュートの分岐部分に水砕スラグＳの流れを切り替えるスラグ切替ダンパを設けた構造のものが使用されている。

制御装置７は、粒度分布測定装置５からの水砕スラグＳの測定結果に基づいて破砕機４の運転条件を最適な条件に制御すると共に、スラグ流路切替装置６を切替制御するものである。即ち、制御装置７は、粒度分布測定装置５からの水砕スラグＳの測定結果に基づいて水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が規格内に収まるように破砕機４を運転制御し、又、測定した水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっていれば、水砕スラグＳが破砕機４を迂回するようにスラグ流路切替装置６を切替操作するようになっている。

次に、上述した水砕スラグの粒度調整装置１を用いて溶融スラグの水による冷却固化により得られた水砕スラグＳの粒度調整（粒度分布と粒子形状の調整）を行う場合について説明する。

溶融炉２の溶融スラグ落ち口から落下排出された溶融スラグは、冷却水を満たした冷却水槽（図示省略）内に落下し、ここで急冷固化して粒状の水砕スラグＳとなり、冷却水槽の底壁に沈降する。

冷却水槽の底壁に沈降した水砕スラグＳは、スラグ搬出装置３により掻き取られて水面上へ搬送され、冷却水槽の排出口から排出されて破砕機４へ供給される。このとき、スラグ搬出装置３から破砕機４へ供給される水砕スラグＳの一部が連続して引き抜かれ、粒度分布測定装置５により水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が連続的に測定される。

そして、粒度分布測定装置５により測定した水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が規格外になっておれば、粒度分布測定装置５からの水砕スラグＳの測定結果に基づいて制御装置７が破砕機４の運転条件を最適な条件に制御する。即ち、制御装置７は、水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状が規格内に収まるように破砕機４を運転制御する。又、制御装置７は、水砕スラグＳの中に含まれている針状のスラグの含有量に応じて破砕機４の運転条件を制御する。これにより、破砕機４から排出された水砕スラグＳは、全て規格内に収まることになり、水砕スラグＳの無駄がなくなって水砕スラグＳ全量を有効利用することが可能になる。

粒度分布測定装置５により測定した水砕スラグＳの粒度分布と粒子形状（針状のスラグの含有量）が規格内に収まっておれば、水砕スラグＳが破砕機４を迂回するように制御装置７がスラグ流路切替装置６を切替操作する。このときには、破砕機４の運転を止めておくことができ、動力の節減を図ることができる。

尚、測定のために引き抜いた水砕スラグＳは、その粒度分布と粒子形状が規格外になっておれば、破砕機４へ投入して所定の粒度分布及び粒子形状にし、又、その粒度分布と粒子形状が規格内に収まっておれば、そのままスラグ貯留槽８に貯留する。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は図１に示す本発明の水砕スラグの粒度調整装置１及び方法を用いて水砕スラグＳの粒度調整を行った場合の水砕スラグＳの粒度分布と、既存の破砕機付きのプラントに於ける未破砕の水砕スラグと破砕した水砕スラグの粒度分布例とをグラフ化したものであり、水砕スラグＳをコンクリート用骨材に利用する場合のものである。
図２（Ａ）及び（Ｂ）のグラフからも明らかなように、図１に示す本発明の水砕スラグの粒度調整装置１及び方法を用いれば、規格外の水砕スラグＳであっても、水砕スラグＳの測定結果に基づいて破砕機４の運転条件を制御することによって、水砕スラグＳを規格内に調整できることが確認された。

本発明の方法を実施する水砕スラグの粒度調整装置の概略系統図である。 本発明の水砕スラグの粒度調整装置及び方法を用いて水砕スラグの粒度調整 を行った場合の水砕スラグの粒度分布と、既存の破砕機付きのプラントに於ける未破砕の水砕スラグと破砕した水砕スラグの粒度分布例を示すグラフである。 溶融スラグを水砕処理した後の従来の後処理の工程例を示す概略系統図であ る。

符号の説明

１は水砕スラグの粒度調整装置、２は溶融炉、３はスラグ搬出装置、４は破砕機、５は粒度分布測定装置、６はスラグ流路切替装置、７は制御装置、Ｓは水砕スラグ。

Claims (4)

1. 溶融炉から排出された溶融スラグを水により急冷固化して粒状の水砕スラグとし、この水砕スラグをスラグ搬出装置により破砕機へ供給し、ここで水砕スラグを破砕機により破砕してその粒度を調整するようにした水砕スラグの粒度調整方法に於いて、スラグ搬出装置により破砕機へ供給する水砕スラグの一部を連続して引き抜いてその粒度分布と粒子形状を連続的に測定し、その測定結果に基づいて破砕機の運転条件を最適な条件に制御して水砕スラグの粒度を調整するようにしたことを特徴とする水砕スラグの粒度調整方法。
2. 測定した水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっておれば、破砕機をバイパスさせると共に、破砕機の運転を止めておくようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水砕スラグの粒度調整方法。
3. 溶融炉から排出された溶融スラグを水により急冷固化して得られる粒状の水砕スラグを搬送するスラグ搬出装置と、スラグ搬出装置により供給された水砕スラグを所定の粒度に破砕する破砕機と、スラグ搬出装置から破砕機へ供給される水砕スラグの粒度分布と粒子形状を連続的に測定する粒度分布測定装置と、粒度分布測定装置からの水砕スラグの測定結果に基づいて水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まるように破砕機を制御する制御装置とから構成したことを特徴とする水砕スラグの粒度調整装置。
4. スラグ搬出装置と破砕機との間に、制御装置により切替制御されて測定した水砕スラグの粒度分布と粒子形状が規格内に収まっているときに破砕機をバイパスさせるスラグ流路切替装置を配設したことを特徴とする請求項３に記載の水砕スラグの粒度調整装置。

Images