JP5157557B2

JP5157557B2 - スラグ処理方法

Info

Publication number: JP5157557B2
Application number: JP2008072677A
Authority: JP
Inventors: 克博岩崎; 博幸當房; 和哉薮田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-03-20
Also published as: JP2009227494A

Description

本発明は、鉄鋼製造プロセスなどで発生するスラグを改質処理するための方法に関する。

鉄鋼製造プロセス等をはじめとする種々のプロセスの溶解工程や精錬工程でスラグが生成する。例えば、鉄鋼製造プロセスで生成する代表的なスラグとして、高炉スラグ、製鋼スラグ、溶融還元スラグ（鉄鉱石、Ｃｒ鉱石、Ｎｉ鉱石、Ｍｎ鉱石、ダストスラッジ等の溶融還元スラグ）などがあり、その他にも、製鉄以外の金属製錬炉や精錬炉から発生するスラグ、ごみ焼却灰溶融スラグ、廃棄物ガス化溶融スラグなどがある。
ところで、製鋼工程では、石灰を使用して精錬を行うため、発生するスラグはＣａＯを含有しており、このスラグ中のＣａＯは、粉化原因となるダイカルシウムシリケート相を形成しやすい。また、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）の高い製鋼スラグは、ＣａＯの一部が遊離ＣａＯとして存在し、この遊離ＣａＯが水と接触して水和膨張を起こすという問題がある。

このような遊離ＣａＯの水和膨張を防ぐために、従来では、精錬工程で生じた製鋼スラグを散水冷却等によって一旦固化させた後、蒸気エージング等のエージング処理を施している。
遊離ＣａＯの水和膨張を防ぐための蒸気エージングは、通常１〜２ｍ程度の高さに積んだスラグの下層から、常圧で１００℃の水蒸気を吹き、スラグの温度を１００℃にして処理を行う。
また、オートクレーブ法で５ｋｇｆ／ｃｍ^２、１５０℃程度の加圧蒸気を用いて２時間程度でエージングを行う方法がある。

上述した従来一般に行われている蒸気エージングでは、塩基度が３以上の製鋼スラグのエージング処理に３日間以上かかり、蒸気原単位も大きい。一方、オートクレーブ方式では、短時間で処理できるものの、圧力の高い蒸気を使用するため、その蒸気製造にエネルギーが必要となり、費用がかかる問題がある。また、これらのエージング処理は、遊離ＣａＯによる膨張抑制には効果があるが、粉化原因となるダイカルシウムシリケート相の生成を抑制できるものではない。
また、溶融スラグを風砕して冷却固化させる方法が知られており、この方法によれば、スラグ中の鉄分やＦｅＯが空気で酸化されてフェライト相となり、これとＣａＯによりカルシウムフェライトが生成するため、粉化や水和膨張を生じにくいスラグを得ることができる。しかし、この風砕スラグは、スラグ粒子が真球に近い球形状で安息角がきわめて小さいため、ヤードでの保存やトラック等での搬送に支障があり、このため利用が大幅に制限される。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、溶解工程や精錬工程等で生じたスラグを、風砕スラグのような球形状とすることなく、粉化や水和膨張を生じにくい性状に改質することができるスラグ処理方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、さらにスラグ顕熱を効率的に回収できるスラグ処理方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］溶融状態のスラグを回転する冷却ドラムに接触させて冷却し、板状、柱状または細片状のいずれかの形態の高温スラグとして排出するスラグ冷却処理装置を用い、溶融状態のスラグを冷却処理し、該冷却処理後の赤熱状態であって且つ板状、柱状または細片状のいずれかの形態にされたスラグに対して、酸素、二酸化炭素および水蒸気の中から選ばれる１種以上を含むガス、酸素、二酸化炭素のうちのいずれかの酸化性ガスを吹き付け、スラグ成分の一部を酸化させる改質処理を施すとともに、該酸化性ガスの吹き付けによりスラグを粒状化し、スラグとの接触により昇温した酸化性ガスまたは／および冷媒を、熱源用流体として回収することを特徴とするスラグ処理方法。

［2］上記［1］のスラグ処理方法において、スラグ冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する横型の１対の冷却ドラム（１１a），（１１b）を備え、該１対の冷却ドラム（１１a），（１１b）の上方に、冷却ドラム（１８a），（１８b）からなる堰（１７）を各々設け、これら１対の冷却ドラム（１１a），（１１b）の上部外周面間と１対の冷却ドラム（１８a），（１８b）間にスラグ液溜まり部（Ｇ）を形成し、冷却ドラム（１８a），（１８b）は下部外周面が反スラグ液溜まり部（Ｇ）方向に回転する回転方向を有し、各冷却ドラム（１８a），（１８b）と冷却ドラム（１１a），（１１b）間には、スラグ液溜まり部（Ｇ）内のスラグが押し出される開口（１９）を有し、この開口（１９）から冷却されたスラグが押し出されるようにしたことを特徴とするスラグ処理方法。
［3］上記［2］のスラグ処理方法において、冷却ドラム（１８a），（１８b）の外周面に複数の環状溝（１８０）をドラム長手方向で間隔的に形成するともに、これら環状溝（１８０）の底面をドラム周方向で凹凸状に構成し、冷却ドラム（１８a），（１８b）の外周面を冷却ドラム（１１ａ），（１１ｂ）の外周面に当接させることで、環状溝（１８０）により孔型状の開口（１９）が形成されるようにしたことを特徴とするスラグ処理方法。
［4］上記［1］のスラグ処理方法において、スラグ冷却処理装置は、回転可能な横型の冷却ドラム（１１）と、該冷却ドラム径方向の一方の側に配置される樋（２１）を備え、該樋（２１）を、その先端部が冷却ドラム（１１）のドラム面（１１０）に接するか若しくは近接するように設けるとともに、樋（２１）の先端部分とドラム面（１１０）とによりスラグ液溜まり部（Ｇ）を形成し、冷却ドラム（１１）はその上部ドラム面が反樋（２１）方向に回転する回転方向を有し、冷却ドラム（１１）の回転に伴い、スラグ液溜まり部（Ｇ）内の溶融スラグがドラム面（１１０）に付着して持ち出され、ドラム面（１１０）に付着した状態で冷却されたスラグが、冷却ドラム（１１）の回転に伴い、ドラム面（１１０）から剥離して一方向に排出されるようにしたことを特徴とするスラグ処理方法。

本発明のスラグ処理方法によれば、赤熱状態であって且つ比表面積が大きい形態（板状、柱状、細片状または粒状のいずれかの形態）にされたスラグに酸化性ガスを吹き付けることで、スラグ中の鉄分やＦｅＯが酸化されてフェライト相に改質され、これがスラグ中のカルシウムと結合してカルシウムフェライトが生成されることで、粉化原因となるダイカルシウムシリケート相の生成が抑制されるとともに、カルシウムフェライトなどの生成を通じて遊離ＣａＯの量も少なくなるので、粉化や水和膨張が生じにくいスラグを得ることができる。

また、酸化性ガスの吹き付けによりスラグを粒状化する場合には、スラグが溶融状態ではないため、ガスを高速でスラグに衝突させても、風砕スラグのようにスラグ粒子が球状化することがなく、安息角が大きい粒状スラグを得ることができる。一方において、酸化性ガスの高速吹き付けにより大きな冷却作用が得られ、スラグは徐冷ではなく急冷されるため、非晶質ないし結晶化度の低いスラグ粒子とすることができる。
また、改質処理後のスラグを、さらに冷媒と接触させて冷却することにより、ダイカルシウムシリケート相や遊離ＣａＯ、遊離ＭｇＯの晶出を抑制し、スラグ品質をより高めることができる。
また、高温スラグとの接触により昇温した酸化性ガスや冷媒などを、熱源用流体として回収することができるため、スラグ顕熱を効率的に回収することができる。

本発明のスラグ処理方法は、赤熱状態であって且つ板状、柱状、細片状または粒状のいずれかの形態にされたスラグに酸化性ガスを吹き付け、スラグ成分の一部を酸化させる改質処理を施すものであり、その際に、酸化性ガスの吹付け圧力によりスラグを粒状化してもよい。ここで、本発明においてスラグを粒状化するとは、粒径が数十ｍｍ程度の粗大粒とする場合も含まれる。
処理の対象となる赤熱状態のスラグは、鉄鋼製造プロセス等をはじめとする種々のプロセスの溶解工程や精錬工程で生じた際の顕熱を保有した高温状態のスラグである。赤熱状態のスラグとは、表層が凝固または半凝固状態であり、内部が溶融状態にあるようなスラグを指す。この状態をスラグ温度で言うと、一般にスラグ表面温度が７００℃以上の状態である。

また、スラグの種類に制限はなく、例えば、高炉スラグ、製鋼スラグ（例えば、転炉脱炭スラグ、脱燐スラグ、脱珪スラグ、脱硫スラグ、電気炉スラグ、鋳造スラグなど）、溶融還元スラグ（例えば、鉄鉱石、Ｃｒ鉱石、Ｎｉ鉱石、Ｍｎ鉱石などの溶融還元により生じるスラグ）、その他の製錬炉や精錬炉から発生するスラグ、ごみ焼却灰溶融スラグ、廃棄物ガス化溶融スラグなど、種々のスラグを対象とすることができる。これらのなかでも、製鋼スラグはダイカルシウムシリケート相による粉化や、遊離ＣａＯ、遊離ＭｇＯによる水和膨張を生じやすいので、処理対象として特に好適である。

板状、柱状、細片状または粒状のいずれかの形態にされたスラグに酸化性ガスを吹き付けるのは、スラグの比表面積を大きくした状態で酸化性ガスを吹き付けた方が、酸化性ガスとスラグ成分との反応を促進できるので、より効率的な改質処理を行うことができるからである。
通常、スラグに吹き付ける酸化性ガスとしては、酸素、二酸化炭素および水蒸気の中から選ばれる１種以上を含むガス、酸素、二酸化炭素のいずれかを用いる。具体的には、例えば、空気、酸素富化空気、酸素、二酸化炭素、二酸化炭素含有ガス、水蒸気含有ガスなどの１種以上を用いることができる。本発明では処理対象が高温状態のスラグであるため、二酸化炭素（ＣＯ_２）や水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を含むガスを用いても、上述したようなスラグの改質作用（酸化作用）が得られる。また、二酸化炭素は、スラグ温度が低下してきた段階で遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯを炭酸化させることにより、また、水蒸気は遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯを水酸化物に改質することにより、遊離ＣａＯや遊離ＭｇＯを低減させる効果も得られる。

さらに、二酸化炭素や水蒸気が金属鉄や酸化鉄に作用すると、下記反応（但し、ＦｅＯ_1.5＝１／２・Ｆｅ_２Ｏ_３）により可燃性ガスであるＣＯやＨ_２が生成し、
Ｆｅ＋１／2・Ｏ_２→ＦｅＯ
Ｆｅ＋ＣＯ_２→ＦｅＯ＋ＣＯ
Ｆｅ＋Ｈ_２Ｏ→ＦｅＯ＋Ｈ_２
ＦｅＯ＋１／4・Ｏ_２→ＦｅＯ_1.5
ＦｅＯ＋１／4・ＣＯ_２→ＦｅＯ_1.5＋１／２・ＣＯ
ＦｅＯ＋１／２・Ｈ_２Ｏ→ＦｅＯ_1.5＋１／２・Ｈ_２
これらのガス成分が排出ガス中に含まれることになる。これらのガス成分は周囲の空気で酸化・発熱するので、酸化性ガスから熱回収する場合に、回収熱量を増大させることができる。
また、予熱された酸化性ガスを用いることにより、改質反応をさらに促進させることができる。

赤熱状態のスラグに酸化性ガスを吹き付ける方法としては、例えば、溶融スラグをヤードに放流して冷却することにより、或いは適宜な冷却装置で冷却処理することにより赤熱状態とし、この赤熱状態のスラグに対して吹付ノズルなどから酸化性ガスを吹き付ければよい。
また、酸化性ガスを吹き付けることによりスラグを粒状化させるには、例えば、図１の実施形態に示すように、回転式の冷却ドラム１１ａ，１１ｂを備えたスラグ冷却処理装置１３で溶融スラグＳを冷却して板状等の形態の赤熱状態のスラグＳxとし、このスラグＳxに対して、吹付ノズル２から酸化性ガスを吹き付ければよい。これによりスラグＳxは粉砕されて粒状化し、粒状スラグＳyが得られる。なお、この図１の実施形態については、後に詳述する。

また、本発明のスラグ処理方法では、上記のように改質処理したスラグをさらに水や水蒸気などの冷媒と接触させ、冷却することが好ましい。
さらに、本発明のスラグ処理方法では、スラグとの接触により昇温した酸化性ガスまたは／および冷媒を、熱源用流体として回収することが好ましく、これによりスラグ顕熱を効率的に回収でき、製鉄所等のエネルギー効率を高め且つＣＯ_２ガス発生量を削減することができる。回収された水蒸気等の流体は、例えば、原料・燃料・副原料・廃棄物等の乾燥・予熱用熱源、給湯機用熱源、蓄熱材への供給熱源、吸着式冷凍機の再生用熱源、炭酸ガスその他の吸着装置の吸着材再生熱源などとして利用することができる。

また、冷媒として水や水蒸気を用いる場合、スラグとの接触により発生または昇温した水蒸気が、例えば１２０℃以上の過熱蒸気であれば、熱源用流体として非常に有用であるので、冷媒が接触することでそのような過熱蒸気を生じさせるような高温スラグを冷却対象とすることが好ましい。具体的には、冷却対象となるスラグは表面温度が２００℃以上、望ましくは３００℃以上、さらに望ましくは４００℃以上であることが好ましい。冷媒として水を用いる場合には、スラグ温度が低いと廃水が出やすく、この観点からはスラグ表面温度は３００℃以上、望ましくは４００℃以上が好ましい。また、スラグ表面温度が４００℃以上であれば、発生する水蒸気温度も高くなるので、スラグのエージング効果も期待できる。
水蒸気などを熱源用流体として回収するには、スラグの冷却処理を気密性のある処理容器内で行うことが好ましく、この処理容器から熱源用流体として水蒸気を取り出す。

本発明のスラグ処理法では、赤熱状態であって且つ板状などの比表面積が大きい形態にされたスラグに酸化性ガスを吹き付けることで、スラグ中の鉄分やＦｅＯが酸化されてフェライト相に改質され、これがスラグ中のカルシウムと結合してカルシウムフェライトが形成される。この結果、ダイカルシウムシリケート相の生成が抑制されるとともに、カルシウムフェライトなどの生成を通じて遊離ＣａＯの量も少なくなり、粉化や膨張を生じにくいスラグとなる。
また、酸化性ガスの吹き付けによりスラグを粒状化する場合には、スラグが溶融状態ではないため、ガスを高速でスラグに衝突させても、風砕スラグのようにスラグ粒子が球状化することがなく、安息角が大きい粒状スラグを得ることができる。一方において、酸化性ガスの高速吹き付けにより大きな冷却作用が得られ、スラグは徐冷ではなく急冷されるため、非晶質ないし結晶化度の低いスラグ粒子とすることができる。

溶融スラグを冷却して板状等の赤熱状態のスラグとするには、溶融スラグに下記（イ）または（ロ）の冷却処理を施すことが好ましい。したがって、溶融スラグに下記（イ）または（ロ）の冷却処理を施し、この冷却処理後の赤熱状態のスラグに本発明のスラグ処理を施すことが好ましい。
（イ）溶融スラグを回転する冷却ドラムに接触させて冷却し、板状、柱状、細片状または粒状の高温スラグとして排出するスラグ冷却処理装置を用い、溶融スラグを冷却処理することで赤熱状態のスラグとする。
（ロ）溶融スラグを回転する１対の冷却ドラムで圧延しつつ冷却し、板状、柱状、細片状または粒状の高温スラグとして排出するスラグ冷却処理装置を用い、溶融スラグを冷却処理することで赤熱状態のスラグとする。

まず、上記（イ）のスラグの冷却処理法について説明する。
この冷却処理法では、例えば、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ドラムを備えたスラグ冷却処理装置を用いる。この方式では、１対の冷却ドラムの上部外周面間に上方から溶融スラグが供給され、スラグ液溜まりが形成される。このスラグ液溜まりから、回転する冷却ドラムの表面に付着することで溶融スラグが持ち出され、この溶融スラグは冷却ドラム面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却された後、所定のドラム回転位置において自重により冷却ドラム面から剥離し、板状、柱状または細片状（塊状）等の赤熱状態のスラグとして回収される。

図１は、そのようなスラグ冷却処理装置１３を用いて溶融スラグを冷却することで、板状、柱状または細片状（塊状）等の赤熱状態のスラグとし、この赤熱状態のスラグに対して本発明のスラグ処理を施す場合の一実施形態を示している。
前記スラグ冷却処理装置１３は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ドラム１１ａ，１１ｂを備えている。この冷却ドラム１１ａ，１１ｂは、駆動装置（図示せず）により上記の回転方向に回転駆動する。

前記冷却ドラム１１ａ，１１ｂの内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構（図示せず）が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部と冷媒排出部がドラム軸の各端部に各々設けられている。また、通常は、冷却ドラム幅方向の両端側には、冷却ドラム１１ａ，１１ｂの上部外周面間に形成される断面Ｖ溝状の凹部（スラグ液溜まりＡが形成される凹部）の両端を塞ぐための堰板（図示せず）が、冷却ドラム１１ａ，１１ｂの端面に接するようにして設けられる。

前記冷却ドラム１１ａ，１１ｂの上方には、冷却ドラム１１ａ，１１ｂの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部）に溶融スラグＳを供給するためのタンディッシュ１２が配置される。このタンディッシュ１２には、スラグ鍋１から溶融スラグＳが供給される。
各冷却ドラム１１ａ，１１ｂの側方（外側）には、冷却されて冷却ドラム面から剥離したスラグＳxを受け取り、搬送するための搬送コンベア１４が配置されている。冷却ドラム１１ａ，１１ｂの表面に付着して冷却されるスラグは、冷却ドラム面がドラム下方側に回り込み始める回転位置において自重により冷却ドラム面から剥離するので、本実施形態の搬送コンベア１４は、このようして剥離するスラグＳxを受けられるような高さ位置に配置されている。

前記各搬送コンベア１４の出側には、それぞれ酸化性ガスの吹き付け機構が設けられている。この各吹き付け機構は、搬送コンベア１４から払い出されたスラグＳxに対して、上方から酸化性ガスを吹き付けるための吹付ノズル２を有している。各吹き付け機構では、酸化性ガスが供給配管３を通じて吹付ノズル２に供給される。搬送コンベア１４から払い出されたスラグＳxに対して吹付ノズル２により上方から酸化性ガスが吹き付けられることにより、スラグＳxは改質されるとともに、粒状化され且つ冷却され、粒状スラグＳyが得られる。図において、１５は粒状スラグＳyを受け入れるためにバケットである。

なお、この実施形態では、上記のように酸化性ガスがスラグＳxに吹き付けられるスラグ処理部がカバー６で覆われ、このカバー６に酸化性ガスを回収するためのガス吸引管７が接続されている。このガス吸引管７には熱交換器８、集塵機９、吸引ファン１０が設けられ、この吸引ファン１０によりカバー６内の酸化性ガスがガス吸引管７を通じて吸引される。酸化性ガスは熱交換器８で熱媒と熱交換されることにより、スラグ顕熱が回収される。例えば、熱媒として水を用い、酸化性ガスとの熱交換により蒸気を得る。酸化性ガスは集塵機９で集塵された後、放散される。なお、図１では、片側のカバー６に関してのみ、これらの構成を図示してある。

得られた粒状スラグＳyについては、さらに、その顕熱回収を行ってもよく、この顕熱回収は、例えば、図１に示すような熱交換用の筒状処理容器１６を用いて行うことができる。この筒状処理容器１６は、一端側にスラグ装入部１６０、他端側にスラグ取出部１６１と蒸気取出部１６２を備えるとともに、一端側から他端側に向かって下向きに傾斜し、筒軸を中心に回転可能である。この筒状処理容器１６の基本構造は、所謂ローターキルンなどの構造と同様であり、筒状処理容器１６内に装入された材料（スラグ）は、長手方向で傾斜した筒状処理容器が回転することにより、容器長手方向で順次移送される。筒状処理容器１６内のスラグ移送方向上流部には、冷媒供給機構１６３が設置されている。この冷媒供給機構１６３には、図示しない供給管を通じて水や蒸気などの冷媒が供給される。
なお、カバー６により回収されるキャリアガスを、粒状スラグＳyとともに筒状処理容器１６内に導入してもよい。

本実施形態では、対向する外周部分が上向きに回転する冷却ドラム１１ａ，１１ｂの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部）に、タンディッシュ１２から溶融スラグＳが供給され、スラグ液溜まりＡが形成される。溶融スラグＳは、回転する冷却ドラム１１ａ，１１ｂの表面に付着することでスラグ液溜まりＡから持ち出される。溶融スラグＳは冷却ドラム面に付着した状態で適度な凝固状態（赤熱状態）まで冷却された後、所定のドラム回転位置において自重により冷却ドラム面から自然に剥離し、この剥離したスラグＳxはそのまま搬送コンベア１４に受け取られ、搬送される。この搬送コンベア１４から払い出されたスラグＳxに対して、吹付ノズル２により上方から酸化性ガスが吹き付けられ、本発明によるスラグ処理が行われ、改質され且つ粒状化されたスラグＳyが得られる。

また、スラグ顕熱回収用の筒状処理容器１６が設けられる場合には、粒状スラグＳyが筒状処理容器１６に装入されるとともに、この筒状処理容器１６内には、冷媒供給機構１６３から水や水蒸気などの冷媒が供給されてスラグＳyが冷却される。冷媒が水の場合にはスラグとの接触により水蒸気となる。この水蒸気と容器内を移動するスラグが熱交換することで、スラグＳyがさらに冷却されるとともに、スラグＳy中に未だ遊離ＣａＯが残存している場合には水蒸気により水和反応を生じるエージング処理がなされる。この際、筒状処理容器１６の回転によりスラグが撹拌されるので、水蒸気との接触が促進され、遊離ＣａＯの水和反応が効率的に生じることになる。また、水和反応する際の体積膨張（密度の低下による体積膨張）によりスラグが砕け（崩壊する）、新しい遊離ＣａＯがスラグ表面に露出して水蒸気と接触し、さらに水和反応が進み、スラグはさらに砕けて細粒化が進む。

筒状処理容器１６内での処理を終えたスラグＳyは、スラグ取出部１６１から取り出されるとともに、水蒸気が蒸気取出部１６２から取り出され、熱源用流体として利用される。
なお、熱交換用の処理容器としては、本実施形態のような方式のものに限らず、例えば、充填層式、移動床式、流動層式など、適宜な方式のものを用いることができる。
なお、吹付ノズル２によるスラグＳxに対する酸化性ガスの吹き付けは、例えば、スラグＳxを搬送コンベア１４から一旦バケットなどの容器に受け入れ、その後、バケット内や他の設備で行うようにしてもよい。

また、スラグ冷却処理装置としては、図２（装置を模式的に示す正面図）に示すような冷却ドラム１１a，１１bの上方に堰を有する装置を用いてもよい。このスラグ冷却処理装置は、１対の冷却ドラム１１a，１１bの上方に各々冷却ドラム１８a，１８bからなる堰１７を設け、これら１対の冷却ドラム１１a，１１bの上部外周面間と１対の冷却ドラム１８a，１８b（堰１７）間にスラグ液溜まり部Ｇを形成する。前記冷却ドラム１８a，１８bは、下部外周面が反スラグ液溜まり部Ｇ方向に回転する回転方向を有する。各冷却ドラム１８a，１８bと冷却ドラム１１a，１１b間には、スラグ液溜まり部Ｇ内の溶融スラグＳが押し出される開口１９を有し、この開口１９からスラグが押し出されることにより、赤熱状態のスラグＳxが得られる。

前記冷却ドラム１１ａ，１１ｂおよび冷却ドラム１８a，１８b（堰１７）の幅方向の両端側には、スラグ液溜まり部Ｇの両端を塞ぐための堰板２２が、冷却ドラム１１ａ，１１ｂおよび冷却ドラム１８a，１８bの端面に接するようにして設けられている。この堰板２２は、適当な支持部材を介して装置本体（基体）に支持される。
なお、前記堰１７は、冷却ドラム１８a，１８bではなく、固定式の壁体で構成してもよい。

このような冷却処理装置では、１対の冷却ドラム１１a，１１bの上部外周面間と１対の冷却ドラム１８a，１８b（堰１７）間にスラグ液溜まり部Ｇを形成することで、スラグ液溜まり部Ｇでの溶融スラグの滞留時間を長くできるので、溶融スラグの冷却を効果的に促進させることができ、適切に冷却された赤熱状態のスラグを開口１９から押し出すことができる。また、本実施形態のように堰１７を、下部外周面が反スラグ液溜まり部Ｇ方向に回転する回転方向を有する冷却ドラム１８a，１８bで構成することにより、溶融スラグの冷却をより効果的に促進することができ、厚肉のスラグをより安定的に得ることができる。

また、図２に示すような冷却ドラム１８a，１８b（堰１７）を有する冷却処理装置において、冷却ドラム１８a，１８bの外周面に溝を設け、柱状または細片状（塊状）の高温スラグが得られるようにしてもよい。図３および図４（装置の一部を模式的に示す正面図および側面図）は、そのような冷却処理装置の一例を示すもので、冷却ドラム１８a，１８bの外周面に複数の環状溝１８０をドラム長手方向で間隔的に形成するともに、これら環状溝１８０の底面をドラム周方向で凹凸状（歯車状）に構成し、冷却ドラム１８a，１８bの外周面を冷却ドラム１１ａ，１１ｂの外周面に当接させることで、環状溝１８０により孔型状の開口１９が形成されるようにしたものである。この実施形態では、環状溝１８０の底面の凹部により開口１９が間欠的に大きくなる。

本実施形態では、環状溝１８０で形成される複数の孔型状の開口１９からスラグＳxが押し出される。このスラグＳxは、環状溝１８０の底面の凹部により開口１９が間欠的に大きくなるので、塊状部ｂが数珠状に連なるような形状で押し出される。このような形状のスラグＳxは、冷却ドラム１１ａ，１１ｂから剥離した後、自重によって塊状に分離するか、或いは小さい外力により簡単に塊状に分離する。
なお、図４では、環状溝１８０の底面に形成される凹凸を省略してあるが、底面の凸部位置を仮想線で示してある。

また、図５（装置を模式的に示す正面図）に示すように、冷却処理装置は単一の冷却ドラムを備えたものでもよい。この冷却処理装置は、冷却ドラム１１と、冷却ドラム径方向の一方の側に配置される樋２１を有している。この樋２１は、その先端部が冷却ドラム１１のドラム面１１０に接するか若しくは近接するように設けられ、樋２１の先端部分とドラム面１１０とによりスラグ液溜まり部Ｇを形成し、冷却ドラム１１の回転に伴い、スラグ液溜まり部Ｇ内の溶融スラグＳがドラム面１１０に付着して持ち出されるようにしてある。スラグ液溜まり部Ｇを形成するために、樋２１の先端部分は上側（水平状）に屈曲ないし湾曲した受け皿状の形態を有するとともに、樋２１の先端部が下部ドラム面に接するか若しくは近接している。

また、スラグ液溜まり部Ｇを形成する樋の先端部分の側壁２１０は、溶融スラグＳを保持するために、所定の高さを有している。
前記冷却ドラム１１は、駆動装置（図示せず）により、その上部ドラム面が反樋方向に回転するように回転駆動する。冷却ドラム１１の内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構（図示せず）が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部と冷媒排出部がドラム軸の各端部に各々設けられている。なお、冷媒には一般に水（冷却水）が用いられるが、他の流体（液体または気体）を用いてもよい。
樋２１の先端部は、ドラム面１１０に接してもよいし、小さい間隙を形成してドラム面１１０に近接させてもよい。後者の場合には、溶融スラグＳが漏れない程度の隙間をもって近接させることが好ましいが、溶融スラグＳの漏れを確実に防止するため、その間隙部分に対して樋２１の下方に設けられたガス噴射手段３０からパージガスを噴射することが好ましい。

以上のような冷却処理装置を用いた溶融スラグの冷却処理では、樋２１に供給された溶融スラグＳはスラグ液溜まり部Ｇに流入し、ここで適当な時間滞留することで冷却された後、冷却ドラム１１のドラム面１１０に付着して持ち出され、ドラム面１１０に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または片面若しくは両面の表層のみが凝固した状態）まで冷却された後、所定のドラム回転位置において自重により冷却ドラム面から自然に剥離し、冷却ドラム径方向の他方の側に排出される。

以上のような単一の冷却ドラム１１を有する冷却処理装置では、冷却ドラム１１に溶融スラグＳによる大きな落下荷重がかからないため、冷却ドラム１１を損耗させることなく溶融スラグＳを大量処理することができる。また、単一の冷却ドラム１１のドラム面１１０から剥離した冷却処理済みのスラグＳxが一方向に排出されるので、冷却処理済みスラグの取り扱い・後処理などが容易である。
なお、単一の冷却ドラム１１を有する冷却処理装置は、適当な高さの樋２１から冷却ドラム１１の上部ドラム面に溶融スラグＳを供給する方式、スラグ液溜まり部Ｇを形成することなく、溶融スラグＳが樋２１の先端部からドラム面１１０に直接供給されるようにする方式、などを適用してもよい。

次に、上記（ロ）のスラグの冷却処理方法について説明すると、この冷却処理法では、例えば、図６（装置を模式的に示す正面図）に示すように、水平方向で間隙６８を有して並列し、対向する外周部分が下向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ドラム６０a，６０bを備えた冷却処理装置を用い、１対の冷却ドラム６０a，６０bの上部外周面間に溶融スラグＳを供給してスラグ液溜まりＡを形成し、このスラグ液溜まりＡ内の溶融スラグまたは／およびスラグ液溜まりＡに流入途中の溶融スラグＳを冷却手段６１で冷却するとともに、スラグ液溜まりＡから間隙６８内に流入する溶融スラグを１対の冷却ドラム６０a，６０bで冷却しつつ圧延し、少なくとも表層が凝固した赤熱状態のスラグを間隙６８から下方に抜き出す。なお、本タイプの冷却処理方法において、１対の冷却ドラム６０ａ，６０ｂでスラグを圧延するとは、冷却ドラム６０ａ，６０ｂの間隙６８から少なくとも表面が凝固した状態でスラグを下方に抜き出すことを指す。

前記冷却ドラム６０ａ，６０ｂは、駆動装置（図示せず）により上記の回転方向に回転駆動する。前記冷却ドラム６０ａ，６０ｂの内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構（図示せず）が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部と冷媒排出部がドラム軸の各端部に各々設けられている。なお、冷媒には一般に水（冷却水）が用いられるが、他の流体（液体または気体）を用いてもよい。

冷却ドラム幅方向の両端側には、冷却ドラム６０ａ，６０ｂの上部外周面間に形成される断面Ｖ溝状の凹部（スラグ液溜まりＡが形成される凹部）の両端を塞ぐための堰板６７が、冷却ドラム６０ａ，６０ｂの端面に接するようにして設けられている。この堰板６７は、適当な支持部材を介して装置本体（基体）に支持される。
１対の冷却ドラム６０ａ，６０ｂの下方には、冷却ドラム６０ａ，６０ｂに冷却されつつ圧延されて間隙６８から抜き出されたスラグＳxを受け取り、搬送するための搬送コンベア６４が配置されている。

冷却ドラム６０ａ，６０ｂの上側には、スラグ液溜まりＡ内の溶融スラグＳまたは／およびスラグ液溜まりＡに流入途中の溶融スラグＳを冷却するための冷却手段６１が設けられている。この冷却手段６１は、例えば、溶融スラグＳに流体または／および粉体を供給する手段で構成することができる。
また、必要に応じて、冷却ドラム６０ａ，６０ｂと搬送コンベア６４との間に、冷却ドラム６０ａ，６０ｂの間隙６８から抜き出されたスラグＳxを冷却するための冷却装置６５を設けることができる。この冷却装置６５は、例えば、スラグＳxに水や空気などの冷却用流体を吹き付けるノズルなどにより構成できる。

以上のような冷却処理装置を用いた溶融スラグの冷却処理では、対向する外周部分が下向きに回転する冷却ドラム６０ａ，６０ｂの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部）に溶融スラグＳが供給され、スラグ液溜まりＡが形成される。このスラグ液溜まりＡ内の溶融スラグＳまたは／およびスラグ液溜まりＡに流入途中の溶融スラグＳが冷却手段６１で冷却されるとともに、スラグ液溜まりＡから間隙６８内に流入する溶融スラグＳが１対の冷却ドラム６０ａ，６０ｂで冷却されつつ圧延される。この圧延により、粘性のある溶融スラグＳが冷却ドラム幅方向で展伸され、効率的な冷却を行うことができる。
以上のような冷却手段６１で冷却され、さらに冷却ドラム６０ａ，６０ｂにより冷却された溶融スラグＳは、少なくとも表層が凝固した板状のスラグＳxとして間隙６８から下方に抜き出される。このスラグＳxは、必要に応じて冷却装置６５でさらに冷却される。

本発明の一実施形態を模式的に示す説明図本発明法を適用する非溶融状態の高温スラグを得るために好適な溶融スラグの冷却処理装置および冷却処理方法の他の実施形態を模式的に示す正面図本発明法を適用する非溶融状態の高温スラグを得るために好適な溶融スラグの冷却処理装置の他の実施形態の一部を模式的に示す正面図図３に示す実施形態の一部を模式的に示す側面図本発明法を適用する非溶融状態の高温スラグを得るために好適な溶融スラグの冷却処理装置および冷却処理方法の他の実施形態を模式的に示す正面図本発明法を適用する非溶融状態の高温スラグを得るために好適な溶融スラグの冷却処理装置および冷却処理方法の他の実施形態を模式的に示す正面図

符号の説明

１スラグ鍋
２吹付ノズル
３供給配管
６カバー
７ガス吸引管
８熱交換器
９集塵機
１０吸引ファン
１１，１１ａ，１１ｂ冷却ドラム
１２タンディッシュ
１３スラグ冷却処理装置
１４搬送コンベア
１５バケット
１６筒状処理容器
１７堰
１８a，１８b 冷却ドラム
１９開口
２１樋
２２堰板
３０ガス噴射手段
６０a，６０b 冷却ドラム
６１冷却手段
６４搬送コンベア
６５冷却装置
６７堰板
６８間隙
１１０ドラム面
１６０スラグ装入部
１６１スラグ取出部
１６２蒸気取出部
１６３冷媒供給機構
１８０環状溝
２００ドラム面
２１０側壁
Ｓ溶融スラグ
Ｓx スラグ
Ｓy 粒状スラグ
Ａスラグ液溜まり
Ｇスラグ液溜まり部

Claims

溶融状態のスラグを回転する冷却ドラムに接触させて冷却し、板状、柱状または細片状のいずれかの形態の高温スラグとして排出するスラグ冷却処理装置を用い、溶融状態のスラグを冷却処理し、該冷却処理後の赤熱状態であって且つ板状、柱状または細片状のいずれかの形態にされたスラグに対して、酸素、二酸化炭素および水蒸気の中から選ばれる１種以上を含むガス、酸素、二酸化炭素のうちのいずれかの酸化性ガスを吹き付け、スラグ成分の一部を酸化させる改質処理を施すとともに、該酸化性ガスの吹き付けによりスラグを粒状化し、スラグとの接触により昇温した酸化性ガスまたは／および冷媒を、熱源用流体として回収することを特徴とするスラグ処理方法。
スラグ冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する横型の１対の冷却ドラム（１１a），（１１b）を備え、該１対の冷却ドラム（１１a），（１１b）の上方に、冷却ドラム（１８a），（１８b）からなる堰（１７）を各々設け、これら１対の冷却ドラム（１１a），（１１b）の上部外周面間と１対の冷却ドラム（１８a），（１８b）間にスラグ液溜まり部（Ｇ）を形成し、冷却ドラム（１８a），（１８b）は下部外周面が反スラグ液溜まり部（Ｇ）方向に回転する回転方向を有し、各冷却ドラム（１８a），（１８b）と冷却ドラム（１１a），（１１b）間には、スラグ液溜まり部（Ｇ）内のスラグが押し出される開口（１９）を有し、この開口（１９）から冷却されたスラグが押し出されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスラグ処理方法。
冷却ドラム（１８a），（１８b）の外周面に複数の環状溝（１８０）をドラム長手方向で間隔的に形成するともに、これら環状溝（１８０）の底面をドラム周方向で凹凸状に構成し、冷却ドラム（１８a），（１８b）の外周面を冷却ドラム（１１ａ），（１１ｂ）の外周面に当接させることで、環状溝（１８０）により孔型状の開口（１９）が形成されるようにしたことを特徴とする請求項２に記載のスラグ処理方法。
スラグ冷却処理装置は、回転可能な横型の冷却ドラム（１１）と、該冷却ドラム径方向の一方の側に配置される樋（２１）を備え、該樋（２１）を、その先端部が冷却ドラム（１１）のドラム面（１１０）に接するか若しくは近接するように設けるとともに、樋（２１）の先端部分とドラム面（１１０）とによりスラグ液溜まり部（Ｇ）を形成し、冷却ドラム（１１）はその上部ドラム面が反樋（２１）方向に回転する回転方向を有し、冷却ドラム（１１）の回転に伴い、スラグ液溜まり部（Ｇ）内の溶融スラグがドラム面（１１０）に付着して持ち出され、ドラム面（１１０）に付着した状態で冷却されたスラグが、冷却ドラム（１１）の回転に伴い、ドラム面（１１０）から剥離して一方向に排出されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のスラグ処理方法。