JP6419680B2

JP6419680B2 - 製鋼スラグの冷却方法

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Publication number: JP6419680B2
Application number: JP2015239484A
Authority: JP
Inventors: 幸介齋藤; 武宏岡; 良雄福崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2018-11-07
Anticipated expiration: 2035-12-08
Also published as: JP2017106061A

Description

本発明は、高温の製鋼スラグをスラグ排出用の専用容器内で散水により冷却する方法に関するものである。

従来より、製鋼工程では、溶鉄中の不純物（硫黄、りんなど）をスラグに除去することで、溶銑や溶鋼の精錬が行なわれる。このスラグは溶銑や溶鋼よりも比重が小さいため、精錬終了後に溶銑や溶鋼の上に浮遊したスラグは、専用容器に高温の状態で製鋼スラグとして排出（排滓）される。
製鋼スラグには、1200〜1500℃で精錬を行う予備処理工程で発生する脱珪スラグ、脱硫スラグ、脱燐スラグ、1600〜1700℃で精錬を行う一次精錬工程で発生する脱炭スラグ、または1500〜1700℃で精錬を行う二次精錬工程で発生する溶鋼処理スラグ、さらにはこれらの混合スラグが含まれる。このような製鋼スラグは排出直後は高温であるため、専用容器に排出した後に製鋼スラグを所定の温度以下となるまで冷却してから、さまざまな用途（例えば、路盤材など）に用いられる。

このように、排出された製鋼スラグを冷却する方法としては、次の特許文献１〜特許文献４に示すような方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、環境汚染、不安全等の問題点を解決できるスラグ処理方法であって、スラグ鍋底部に設けられたガス吹き込み口から500〜1500NL/min.の範囲で通常1000NL/min.程度のガスを噴射すると共に、スラグ上部からは散水管にて散水冷却を行う製鋼スラグの冷却方法が開示されている。

また、特許文献２には、ＣａＯ分を含む製鉄スラグをスラグ鍋に排滓後冷却する方法であって、製鉄スラグが入ったスラグ鍋の上端付近まで注水する第１段階と、スラグ鍋の上部の少なくとも水浸透部分の製鉄スラグを排出する第２段階と、再度スラグ鍋上方からスラグ鍋の鉄皮表面温度が100℃以下になるまで注水を行う第３段階とからなることを特徴とする製鉄スラグの冷却方法が開示されている。

さらに、特許文献３には、溶銑脱硫スラグを溶銑鍋からスラグ鍋に受滓し、該スラグを水冷により水分10〜15%の湿式化状態とする溶銑脱硫スラグの冷却方法において、溶銑脱硫スラグをスラグ鍋に鍋容量の８０％以下の量を受滓する段階と、受滓したスラグ鍋を大量の散水により上面が水張り状態になるまで冷却する１次冷却段階と、１次冷却段階の後、蒸発量に見合う散水量にてスラグ鍋の鉄皮温度が100〜50℃になるまで、もしくは受滓容量の１／２相当の注水量で冷却する２次冷却の段階と、を有している溶銑脱硫スラグの冷却方法が開示されている。

さらにまた、特許文献４には、製鋼工場で発生する製鋼スラグをスラグ鍋に受滓した状態で水冷する製鋼スラグ水冷装置において、スラグ鍋を載置するため上面を傾斜して床上に埋設された鍋置台とスラグ鍋を上部から散水する上部散水管と、スラグ鍋を側部から冷却するため鍋置台の傾斜上手の側方に設けられた側部散水管及び冷却ファンと、を有している製鋼スラグ水冷装置が開示されている。

特開昭６１−０５３１３５号公報特開２００５−２５６０８３号公報特開昭６１−０２４９８６号公報特開昭６１−０２４９８７号公報

ところで、特許文献１の製鋼スラグの冷却方法では、熱がこもりやすいスラグ内部の冷却は、スラグ鍋底部から吹き込まれたガスが製鋼スラグから抜けることで専ら行われる。そのため、冷却水を直接スラグに接触させて製鋼スラグを冷却すると共に、水の蒸発熱も冷却に用いることのできるスラグ上部の散水冷却に比べて、スラグ内部の冷却速度が小さくなる。つまり、特許文献１の製鋼スラグの冷却方法では、スラグ内部の小さな冷却速度が律速となるため、冷却を効率的に行うことは困難となっている。

また、特許文献１の製鋼スラグの冷却方法には、スラグ鍋底部にガスを送るための専用のガス搬送設備が別途必要となるため、多額の初期投資費用が必要である。さらに、特許文献１の製鋼スラグの冷却方法では、スラグ内部の冷却状態がわからないので、製鋼スラグの冷却が完了したことを判断する基準がない。それゆえ、スラグ内部が未だ高温であるのに冷却を終了してしまった結果、水蒸気爆発が発生してしまう可能性も否定できない。

さらに、特許文献２の製鉄スラグの冷却方法は、スラグ鍋に注水した後に、重機や専用設備を用いて上部の水浸透部分の製鉄スラグを排出する必要があるため、このような重機や専用設備に特許文献１と同様に多額の初期投資費用や処理コスト・負荷が必要となる。また、スラグ鍋への注水だけでなく、重機や専用設備を用いた上部のスラグ排出を行うことも必要となるため、スラグ排出を行う分だけスラグの散水冷却時間が長くなり、結果的には生産性も良くないものとなる。さらに、特許文献２の冷却方法でも、内部に高温の液体スラグが存在する可能性があり、水蒸気爆発を誘発する危険性が高い。

一方、特許文献３の溶銑脱硫スラグの冷却方法には、スラグ内部の高温部分の冷却方法がない。つまり、水張り状態においてスラグの隙間から水が浸透して、浸透した水によるスラグの冷却能に期待するしかなく、特許文献２と同様にスラグ内部の冷却が完了するまでに長時間を要する可能性が高い。加えて、鉄皮温度が100〜50℃で、受滓容量の１／２相当の注水量であっても、スラグ内部の高温部分の冷却が不十分となる可能性はあり、水蒸気爆発が発生する危険はある。

さらに、特許文献４の製鋼スラグ水冷装置でも、鉄皮側部に散水して冷却ファンにて冷却した場合、スラグの冷却は鉄皮及びスラグを介した伝熱速度に律速されるため、冷却速度は大きいものではなく、冷却効率はあまり良いものではない。加えて、製鋼スラグの冷却が完了したと判断する基準が記載されておらず、この製鋼スラグ水冷装置でスラグを冷却したとしても水蒸気爆発が発生する可能性は否定できない。そして、特許文献４の製鋼スラグ水冷装置でも、スラグ鍋に注水する設備に加えて、鉄皮に散水する冷却水配管、及び冷却ファンが追加で必要となるため初期投資費用が増大する可能性が高い。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、スラグ排出用の専用容器内の製鋼スラグを水によって冷却する場合に、製鋼スラグを所定温度以下まで冷却するまでに要する時間を短くし、且つ水蒸気爆発を発生させることなく専用容器からの製鋼スラグの排出を行うことができる製鋼スラグの冷却方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の製鋼スラグの冷却方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の製鋼スラグの冷却方法は、製鋼工程で発生する製鋼スラグを排滓して散水冷却するに際して、鉄皮面に、上端部及び下端部に開放孔を有すると共に前記開放孔が連通状態とされた鉄管を、前記鉄管の上端部が０．８０〜０．９３（上下方向で鉄皮面の最も低い位置が０、最も高い位置が１）に位置するように配備され、且つ前記鉄管の下端が装入される製鋼スラグの深さ方向の中途側に位置するように配備された専用容器を予め準備しておき、前記鉄管が配備された専用容器に装入された製鋼スラグの表面に散水を行い、前記専用容器の鉄皮の外面の温度が１００℃以下になった時点で、前記専用容器内の製鋼スラグを排出することを特徴とする。

本発明の製鋼スラグの冷却方法によれば、スラグ排出用の専用容器内の製鋼スラグを水によって冷却する場合に、スラグを所定温度以下まで冷却するまでに要する時間を短くし、且つ水蒸気爆発を発生させることなく専用容器からのスラグの排出を行うことができる。

本実施形態のスラグの冷却方法について、処理手順を示した図である。スラグ排出用の専用容器を示した図である。図２Ａとは別のスラグ排出用の専用容器を示した図である。従来の冷却方法において、散水冷却されている製鋼スラグの表面の状態を示した図である。本実施形態の製鋼スラグの冷却方法において、鉄管を用いて冷却が行われている製鋼スラグの全体の状態を示した図である。本実施形態の製鋼スラグの冷却方法において、鉄管を用いて冷却が行われているスラグ内部の状態と冷却機構を示した図である。本実施形態の製鋼スラグの冷却方法において、鉄管の上端の位置が高い場合のスラグ内部の状態を示した図である。本実施形態の製鋼スラグの冷却方法において、鉄管の上端の位置が低い場合のスラグ内部の状態を示した図である。スラグ排出用の専用容器のサイズを示した図である。鉄管及び鉄管の上端と下端の位置を示した図である。鉄管の取り付け本数と取り付け位置を示した図である。散水開始から鉄皮全面の最高温度が１００℃以下になるまでの時間を、実施例と比較例で比較したグラフである。

［第１実施形態］
以下、本発明にかかる製鋼スラグの冷却方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１に示すように、本実施形態の製鋼スラグの冷却方法は、製鋼工程で発生する製鋼スラグＳを排滓して散水冷却するに際して、この製鋼スラグＳが装入される専用容器１を構成する鉄皮面２（底側２Ｂではなく内面側の鉄皮面２Ｗ）に、上端部及び下端部に開放孔３Ｕ、３Ｄを有すると共に開放孔３Ｕ、３Ｄが連通状態とされた鉄管４を、上下方向で鉄皮面２Ｗ（内面側の鉄皮面２Ｗ）の最も低い位置を０、最も高い位置を１とした場合に、鉄管４の上端部が０．８０〜０．９３に位置するように配備された専用容器１を予め準備しておき、鉄管４が配備された専用容器１に装入された製鋼スラグＳの表面に散水を行い、専用容器１の鉄皮面２の外面の温度が１００℃以下になった時点で、専用容器１内の製鋼スラグＳを排出するものである。

具体的には、本実施形態の製鋼スラグＳの冷却方法は、（１）製鋼スラグＳを専用容器１へ排出（排滓）する工程（以降、排滓工程という）と、（２）排出された専用容器１の製鋼スラグＳに対して散水冷却する工程（以降、散水冷却工程という）と、（３）散水冷却された製鋼スラグＳを専用容器１から取り出す工程（以降、スラグ取出工程という）と、を備えている。

以降では、冷却方法を構成する各工程の説明に先立ち、冷却に用いられる専用容器１についてまず説明する。
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、専用容器１は、溶銑や溶鋼が貯溜できるように内部が空洞とされると共に、上方に向かって開口した有底の容器である。専用容器１は、上下方向に沿った断面が略逆三角形状とされていて、下から上に向かうにつれて広がるような形状に形成されている。また、これらの専用容器１は、鋼鉄製の鉄皮から形成されていて、内容積が１０ｍ^３〜３０ｍ^３とされている。

具体的には、専用容器１としては、図２Ａに示すように正面から見た「縦断面図」が、側方から見た「横断面図」より広幅とされた「幅広型」の専用容器１と、図２Ｂに示すように正面から見た「縦断面図」と、側方から見た「横断面図」とがほぼ等しい断面形状とされた「逆円錐台型」の専用容器１とを用いることができる。
次に、本実施形態の製鋼スラグＳの冷却方法を構成する排滓工程、散水冷却工程、スラグ取出工程について説明する。

排滓工程は、上述した専用容器１（スラグポット）に対して、転炉などから排滓された製鋼スラグＳを所定の容積まで入れる工程である。この排滓工程は、専用容器１から見れば、スラグが装入されることになるため、スラグ装入工程と見ることもできる。
この排滓工程において専用容器１に入れられる製鋼スラグＳは、溶銑処理鍋５などからスラグドラッガーを用いて取り出されてホイルローダなどの運搬車両や運搬設備を用いて専用容器１に移し替えられたスラグ、或いは精錬を行う転炉型容器或いは溶鋼鍋で溶銑或いは溶鋼を先に出湯してから炉内に残ったスラグを専用容器１に排滓したスラグである。

このようにして製鋼スラグＳは、専用容器１に対して表面の高さが０．６８〜０．８となるように専用容器１に入れられ、次に散水冷却工程で散水により冷却される。
散水冷却工程は、専用容器１内に貯留された製鋼スラグＳの表面に冷却水を散水して、製鋼スラグＳを冷却する工程である。散水冷却工程において散水する冷却水は、循環水と補給水とを混合したものである。

これらの冷却水のうち、循環水は、散水冷却中に専用容器１上部から漏れ出た水であり、専用容器１の外側に用意された専用ピットなどに回収される。そして、回収された循環水は、ポンプで吸い上げられて再度散水に利用される。このように専用ピットを通る経路で循環する循環水が上述した冷却水の一つである。
また、補給水は、専用ピット内に取り付けたレベル計にて循環水の水量（水面の高さ）を測定し、専用ピットなどに回収された循環水が予め定められた水量未満となった場合に、循環水を補充するために補給される水である。つまり、この散水冷却工程では製鋼スラグＳを最終的には水没状態として冷却を行うが、製鋼スラグＳの上側に貯留される水の量が少なくなりすぎると冷却効果が十分に発揮されない。それゆえ、上述したレベル計で専用ピット内の水面レベルを計測することで、製鋼スラグＳの上側に貯留される水の量が不足しないように、水面レベルが低い場合は新たに上水や工水などを追加で加えて製鋼スラグＳの上側に貯留される水の量が不足しないように調整している。この調整に用いられる上水や工水などを補給水といい、この補給水を散水に用いても良い。

この散水冷却工程で用いられる冷却水（すなわち循環水及び補給水）は、散水配管６の出口よりも上流側に位置する流量計７で測定された散水流量で散水される。この散水流量は毎時平均１５ｍ^３／ｈｒ.で設定されており、流量調節弁８で自動的に調整される構成となっている。
なお、散水配管６の出口に設けられるノズルには、詰まりが発生しやすい噴霧型のノズルやシャワー型のノズルではなく、直管型（散水配管６と同じ仕様）のものが好ましくは用いられる。

図１に示すように、上述した散水冷却工程により冷却中の製鋼スラグＳに対しては、専用容器１外から温度計測を行って冷却の進行度合いを判断する。すなわち、専用容器１の鉄皮面２は、内部に貯留された製鋼スラグＳの温度低下に伴って、低い温度に変化していく。それゆえ、専用容器１の鉄皮面２よりもさらに外周側に、鉄皮面２の表面温度を計測可能なサーモビュア９を設けておく。このサーモビュア９は鉄皮面２の全周に亘ってムラなく温度計測できるように、専用容器１の周囲を旋回できるように配備されるのが好ましい。このようにしてサーモビュア９を用いて鉄皮面２の表面温度を計測し、計測された鉄皮面２の表面温度のうち、最高温度が１００℃以下となった場合には、言い換えれば鉄皮面２の表面温度がいずれも１００℃以下となったら、散水を停止し、冷却を終了する。そして、次に説明するスラグ取出工程で冷却された製鋼スラグＳを専用容器１（スラグポット）外に取り出す。

上述したように計測された鉄皮面２の表面温度に基づいて散水冷却工程が完了した製鋼スラグＳは、スラグ取出工程において専用容器１から取り出される。この専用容器１からの取り出しは、専用容器１にクレーン１０の傾転用フック１１を引っ掛け、専用容器１を傾転させることで行われる。取り出された製鋼スラグＳは、路盤材などさまざまな用途に再利用される。

上述した専用容器１を用いた従来の冷却方法では、図３に示すように専用容器１の上方に予めスプレーなど散水手段を設けておき、専用容器１に排出された製鋼スラグＳに対して、散水手段から散水を行う。このとき、製鋼スラグＳの温度が１００℃以上と高い場合は、散水された水が蒸発し、水の蒸発熱により製鋼スラグＳの温度が低下する。また、散水により直接供給された水と製鋼スラグとの間に熱交換が行われ、水の温度上昇による冷却熱により専用容器１の製鋼スラグＳを冷却することが可能になる。やがて、散水冷却により製鋼スラグＳの表面温度が１００℃未満まで低下すると、散水された水の蒸発量が低下して専用容器１の内側に溜まり始める。さらに、散水が進んで製鋼スラグＳの表面よりも上側の専用容器１内に溜まった水の深さが深くなると、専用容器１に入れられた製鋼スラグＳの表層に作用する水の圧力が高くなり、製鋼スラグＳの表面に発生した亀裂や隙間から製鋼スラグＳの内部まで水が浸透するようになる。そして、内部に浸透した水が冷却が進んでいない製鋼スラグＳの内部で蒸発し、発生した蒸気が亀裂や隙間から抜け出るときに内部の熱も外に排出され、製鋼スラグＳの内部を冷却することができるようになる。

ところで、上述した冷却方法で製鋼スラグＳを冷却したとしても、亀裂や隙間から製鋼スラグＳの内部に浸透する水は多くはなく、製鋼スラグＳを十分に冷却することはできない。それゆえ、散水冷却を行った製鋼スラグＳの内部は、表面や鉄皮の近傍よりも高温となっていることが多い。つまり、水で冷却した後に専用容器１から製鋼スラグＳを排出する場合に、十分に冷却が行われていない内部の高温の製鋼スラグＳに水が触れると、一度に多量の水蒸気が発生し、短時間の内に水蒸気が体積膨張して水蒸気爆発が発生する危険がある。

また、図３のように製鋼スラグＳを少量の水で冷却する場合は、冷却速度が小さいため、冷却時間も長いものとなり、１回の冷却で専用容器１を使用する時間も長くなるため、冷却の効率化が困難になる。また、冷却の効率化のために専用容器１の数を増加させると、専用容器１の増設費用や増設に必要な土地面積の増加を招き、初期投資費用が高騰する。

そこで、本発明の製鋼スラグＳの冷却方法では、専用容器１（スラグポット）を構成する鉄皮面２の内面側に、上端部及び下端部に開放孔３Ｕ、３Ｄを有すると共に開放孔３Ｕ、３Ｄが連通状態とされた鉄管４を、鉄管４の上端部が０．８０〜０．９３（上下方向で鉄皮面２の最も低い位置が０、最も高い位置が１）に位置するように配備しておく。このような鉄管４を備えた専用容器１を用いれば、製鋼スラグＳよりも上側の専用容器１内に溜まった水が鉄管４を通って製鋼スラグＳの内部に流入するので、内部の製鋼スラグＳであっても確実に冷却することが可能となる。

次に、本発明の冷却方法の特徴である鉄管４を備えた専用容器１、及び専用容器１を用いた冷却方法について説明する。
図４に示すように、本実施形態にかかる専用容器１に設けられる鉄管４は、製鋼スラグＳの高温に耐えられるようにＳＴＰＧ（ＪＩＳで規定される「圧力配管用炭素鋼鋼管」）などで形成された長尺のパイプ状の部材である。鉄管４の直径は４０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であり、本実施形態では直径が４０ｍｍのものと、５０ｍｍのものとが用いられている。この鉄管４の内部は、水や水蒸気の流通孔とされている。また、この鉄管４は、一つの専用容器１に対して、１本または複数本設けられている。

つまり、上述した鉄管４を専用容器１に設ければ、図５に示すように製鋼スラグＳよりも上側の専用容器１内に溜まった水が鉄管４を通って製鋼スラグＳの内部に流入し、流入した水が内部の製鋼スラグＳに接触して水蒸気が発生し、発生した水蒸気が鉄管４を通して外部に排出される。それゆえ、内部の製鋼スラグＳであっても確実に冷却することが可能となる。

ところで、本実施形態の鉄管４に関して最も重要な特徴は、上端が専用容器１に入れられた製鋼スラグＳの表面より上方に突出した状態で配備されると共に、下端が専用容器１に入れられた製鋼スラグＳの深さ方向の中途側に位置するように配備されている点である。
具体的には、上下方向で鉄皮面２の最も低い位置を０、最も高い位置を１とした場合に、専用容器１に対して、製鋼スラグＳはその表面が０．６８〜０．８の高さになるように専用容器１に入れられる。そして、上述した鉄管４は、上端部が０．８０〜０．９３の高さに位置すると共に、下端部が０．４１〜０．４８の高さに位置するように、上述した専用容器１に取り付けられる。

専用容器１に対する鉄管４の取り付け位置を上述した範囲に設定するのは、次のような理由に基づく。
すなわち、図６の上側に示すように、鉄管４の上端部が０．９３よりも上方に位置する場合は、専用容器１の上端縁から鉄管４の上端部までの距離が短くなり、鉄管４の上端よりも上側の専用容器１内に溜まった水の量も少なくなる。その結果、鉄管４内に流れ込む水の圧力も小さくなるため、鉄管４内への水の流入量が低下するため、スラグ内部の冷却速度が低下する。

また、鉄管４の上端の位置が高くなると、鉄管４の上端まで溜まり水が溜まるまでの時間がながくなり、また、鉄管が長くなった分、水が鉄管内を通って鉄管４の下端に到達するまでの時間も長くなる。そのため、鉄管４内を流れて水が内部の製鋼スラグに達する時間も長いものとなる。
ところが、図６の下側に示すように、鉄管４の上端部が０．９３以下に位置する場合は、専用容器１の上端縁から鉄管４の上端部までの距離が十分に長いものとなり、溜まった水の量が多くなって、鉄管４内に流れ込む水の圧力を十分に大きくすることができ、鉄管４内への水の流入量も十分多くなる。そのため、スラグ内部の冷却速度を十分に大きくすることが可能となる。以上が、「鉄管４をその上端部が〜０．９３の高さに位置するように配備する」、言い換えれば「鉄管４の上側に位置する開放孔３Ｕを０．９３の高さ以下とする」理由である。

一方、図７の上側に示すように、鉄管４の上端部が０．８よりも下方に位置する場合は、鉄管４の上端部が専用容器１に入れられた製鋼スラグＳの表面より下方に位置するようになるため、製鋼スラグＳが鉄管４の上側に位置する開放孔３Ｕに流れ落ちて開放孔３Ｕを塞ぎ、溜まった水が専用容器１内に流れ込みにくくなったり、流れ込まなくなったりする可能性がある。つまり、製鋼スラグの表面は、専用容器１の移送時の揺れ、製鋼スラグＳの熱対流、製鋼スラグＳ内に含まれる気泡などにより、波打っていることが多い。鉄管４の上端部の位置が製鋼スラグＳの表面の高さと等しい場合は、この波打ちの具合によっては製鋼スラグの表面が鉄管４の上端部より上方に位置する可能性があり、製鋼スラグＳで上側の開放孔３Ｕが塞がれて、水の流れ込みが発生しにくくなる可能性がある。

しかし、図７の下側に示すように、鉄管４の上端部が０．８以上の高さに位置する場合は、鉄管４の上端部が製鋼スラグＳの表面より上方に位置するようになり、製鋼スラグＳが流れ落ちて鉄管４の開放孔３Ｕを塞いでしまう可能性を低くすることができる。それゆえ、鉄管４を通じて専用容器１内に水を安定して送ることが可能になる。以上が、「鉄管４をその上端部が０．８０〜の高さに位置するように配備する」、言い換えれば「鉄管４の上側に位置する開放孔３Ｕは０．８の高さ以上とする」理由である。

次に、実施例及び比較例を用いて、本発明の製鋼スラグの冷却方法が備える作用効果をさらに詳しく説明する。
実施例及び比較例は、鉄管４の有無及び鉄管４の取り付け位置をさまざまに変更した専用容器１に対して、散水冷却工程を行ったものである。
具体的には、実施例及び比較例に用いた専用容器１は、図８の「ａ」〜「ｅ」に示すような形状とされている。すなわち、専用容器１の各部の寸法は、上部内径長幅：ａ＝４０００ｍｍ、上部内径短幅：ｂ＝３０００ｍｍ、底部内径長幅：ｃ＝１７００ｍｍ、底部内径短幅：ｄ＝１７００ｍｍ、内側鉄皮深さ：ｅ＝３０８５ｍｍとされている。また、鉄皮の厚みは９０ｍｍであり、ＪＩＳ規格で鋳鋼に分類されるＳＣ３６０を用いて内容積２０ｍ^３に形成されている。

この専用容器１に取り付けられる鉄管４は、内径がφ４０ｍｍのものと、内径がφ５０ｍｍのものとの２種類である。これらの鉄管４は、いずれも上下方向を向くように、専用容器１１個につき１本または２本設けられている。それぞれの鉄管４の片方の開放孔３Ｕ、言い換えれば上部に形成された上部開放孔３Ｕの個数は鉄管１本につき１本であり、鉄管４のもう片方の開放孔３、言い換えれば下部に形成された下部開放孔３Ｄの個数も鉄管１本につき１本であって、鉄管４は上下に開口したストレートの管状とされている。

また、図１０に示すように、鉄管４を専用容器１個につき２本設ける場合は、それぞれの鉄管４が専用容器１の中心を挟んで対面するように、言い換えれば周方向に１８０°の位相差をあけて設けた。
さらに、鉄管４の最小断面積（上下方向の中途側の断面積）は、内径がφ４０ｍｍのもので半径２０ｍｍ×半径２０ｍｍ×π≒１２６７ｍｍ^２であり、内径がφ５０ｍｍのもので半径２５ｍｍ×半径２５ｍｍ×π≒１９６３ｍｍ^２である。上述した鉄管４は、いずれもＪＩＳ規格で「圧力配管用炭素鋼鋼管」に分類されるＳＴＰＧを用いて形成されている。

上述した鉄管４を、設置位置を変えつつ専用容器１に取り付けて、冷却にかかる時間を評価した。具体的には、設置位置をさまざまに変化させ、その中で上述した専用容器１に対する鉄管４の取り付け位置が、上下方向で鉄皮面２の最も低い位置を０、最も高い位置を１とした場合に、図９の下側に示すように「鉄管４の上端が０．８０以上であって０．９３以下の高さに位置するもの」を実施例とした。また、同じく設置位置をさまざまに変化させたものの中で、「鉄管４の上端が０．８０より小さいもの」、「鉄管４の上端が０．９３より大きいもの」、「鉄管４を備えていないもの」を比較例とした。さらに、鉄管４の下端については、「鉄管４の下端の位置が０．４１以上であって０．４８以下のもの」を実施例とし、「鉄管４の下端が０．４１より小さいもの」、「鉄管４の下端が０．４８より大きいもの」を比較例とした。

なお、冷却にかかる時間は、以下のようにして計測することができる。
まず、上述した寸法を備えた専用容器１に、製鋼スラグＳを表面（上面）の高さが０．６５〜０．８となるように入れ、入れられた製鋼スラグＳの深さを計測する。具体的には、専用容器１の鉄皮面２の内面にあらかじめ長さが既知の鉄棒を略上下方向に沿って取り付ける。また、この上下に沿った鉄棒には別の鉄棒を水平方向に沿って取り付ける。水平方向を向く鉄棒の間隔は上下方向に100mm間隔とされているため、散水冷却を行う前に専用容器１に入れられた製鋼スラグＳの表面（上面）を写真撮影してコンピュータに取り込み、取り込まれた写真の画像を解析して上下方向が既知の鉄棒に対する製鋼スラグＳの表面の位置を計算により導出し、製鋼スラグＳの深さに換算した。

このようにして製鋼スラグＳが０．６５〜０．８の深さで入れられた専用容器１に対しては、散水配管６から散水を行う。なお、散水配管６の先端は、直径が１５０ｍｍφの直管型であり、先端に行くにつれてテーパ状とされた絞り構造や、シャワー状またはスプレー状に水を噴出する構造を備えていないものとしている。
また、散水配管６から散水流量は、散水が行われる先端よりも上流側の配管に設置された流量計で測定した場合に、１５ｍ^３/ｈｒ.となるように調整した。この散水流量は、一度専用容器１に散水され、オーバーフローした水を回収した循環水と、回収した循環水を貯留するピットの水位が低下した場合に補充される補給水を合わした流量とされている。

専用容器１への製鋼スラグＳの排滓の時刻、散水開始の時刻をオペレータが記録し、次に散水冷却を完了した時刻を記録して、上述した冷却にかかる時間を計算した。なお、散水冷却を完了する際には、非接触温度計（ＮＥＣ製、「NEC Abio」）を用いて鉄皮の全面の温度を測定し、測定した温度の中で最大の温度が１００℃以下となった時点で、散水冷却を完了するものとした。具体的には、散水冷却開始から６時間後に１回目の温度測定を行い、それ以降は１回／１ｈｒ．毎に温度計測を行った。

上述したように鉄管４が１本または２本設けられたものであって、鉄管４の取り付け高さが上端において０．８以上且つ０．９３以下、下端において０．４１以上且つ０．４８以下とされた実施例について、温度計測を行った結果を表１〜表３に示す。また、表４〜表６は比較例であって、「鉄管４が設けられていないものであって、鉄皮温度が１００℃を超えるもの」を比較例１、「鉄管４が設けられていないものであって、鉄皮温度が１００℃以下のもの」を比較例２、「鉄管４が設けられているが、鉄管４の取り付け高さが上端において０．８未満となるもの」を比較例３、「鉄管４が設けられているが、鉄管４の取り付け高さが上端において０．９３より高いもの」を比較例４とし、散水冷却に必要とされる時間を実施例、比較例２〜比較例４で比較したものを図１１に示した。

表１〜表６及び図１１を見ると、実施例では、散水開始から散水終了（鉄皮表面の最高温度が１００℃以下となる）までの時間が平均で８ｈｒ.であるのに対し、比較例２では平均２３ｈｒ.、比較例３では平均２２ｈｒ.、比較例４では平均２０ｈｒ.となっていて、実施例の方が冷却に必要な時間を大幅に短縮できていることがわかる。
また、表１〜表３に示すように、実施例のものについては、鉄管４の上端が製鋼スラグＳの表面から上方に向かって突出しているかどうかについても目視で確認した。その結果、表１の「散水冷却前の鉄管４の片方の開放孔３（上端側の開放孔３Ｕ）のスラグ表面からの露出有無」に示すように、実施例についてはいずれも上端側の開放孔３Ｕがスラグ表面から上方に突出しており、鉄鋼スラグＳの表面が多少波打っていても、製鋼スラグＳによって上端側の開放孔３Ｕが塞がれる心配がないことがわかる。

さらに、表１〜表３に示すように、実施例のものについては、水蒸気爆発の有無についても確認した。すなわち、スラグ取出工程において専用容器１から取り出される製鋼スラグＳに、水蒸気爆発が発生しているかどうかは、取り出された製鋼スラグＳから２０ｍ以内に近づいて、爆発音を確認することで水蒸気爆発の有無を判別することができる。この点、実施例の製鋼スラグＳについては、いずれも水蒸気爆発は発生しなかった。

以上のことから、上述した実施例の手順に従って冷却を行えば、スラグ排出用の専用容器１内の製鋼スラグＳを水によって冷却する場合に、製鋼スラグＳを所定温度以下まで冷却するまでに要する時間を短くし、且つ水蒸気爆発を発生させることなく専用容器１からの製鋼スラグの排出を行うことができると判断される。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１専用容器
２鉄皮面
２Ｂ鉄皮面の底側
２Ｗ鉄皮面の内面側
３Ｕ上端部の開放孔
３Ｄ下端部の開放孔
４鉄管
５溶銑処理鍋
６散水配管
７流量計
８流量調節弁
９サーモビュア
１０クレーン
１１傾転用フック
Ｓ製鋼スラグ

Claims

製鋼工程で発生する製鋼スラグを排滓して散水冷却するに際して、
鉄皮面に、上端部及び下端部に開放孔を有すると共に前記開放孔が連通状態とされた鉄管を、前記鉄管の上端部が０．８０〜０．９３（上下方向で鉄皮面の最も低い位置が０、最も高い位置が１）に位置するように配備され、且つ前記鉄管の下端が装入される製鋼スラグの深さ方向の中途側に位置するように配備された専用容器を予め準備しておき、
前記鉄管が配備された専用容器に装入された製鋼スラグの表面に散水を行い、
前記専用容器の鉄皮の外面の温度が１００℃以下になった時点で、前記専用容器内の製鋼スラグを排出することを特徴とする製鋼スラグの冷却方法。