JP6464160B2 - 粒化設備用スチーム凝縮タワー - Google Patents

Description

本発明は、広義には溶融物用の、特に高炉スラグ等の冶金溶融物用の粒化設備に関する。本発明は、より詳細には前記設備中で用いるための、改良型スチーム凝縮タワーの設計に関する。

この種の粒化設備、特に溶融高炉スラグ用の最新式の粒化設備は、２００５年４月に発行されたIron & Steel Technologyに公表された「ＩＮＢＡ（登録商標）スラグ整粒システム−環境プロセス制御」と題する論文の一部として図２に示されている。図２に示すように、この種の設備には、典型例として、粒化水を溶融物、例えばランナーチップ（１）を介して受け取られる溶融物、例えばスラグの流れの中へ注入するための水注入装置（２）（吹き付けボックスとも称される）が含まれる。これにより、溶融物の粒化が達成される。本設備にはさらに、粒化水及び粒化された物質を集め、かつ水注入装置（２）下方の大量の水中のそれら粒化物を冷却するための粒化タンク（３）が備えられる。粒化タンク中に生じたスチームを集めて凝縮するために、典型的にはトップカバーで閉じられる円筒形殻を有して成るスチーム凝縮タワーが粒化タンク上方に配置されている。実際には、高温の溶融物と大量の急冷水が必要とされることから、図２の設備によって通常かなりの量のスチームが生成される。スチームの大気中への噴射による大気汚染を防止するため、スチーム凝縮タワー内部に典型的には逆流型のスチーム凝縮システムを含む。スチーム凝縮システムには、スチーム凝縮タワー内部を上昇するスチーム中へ水滴を噴霧する水噴霧装置（５）、及び前記水噴霧装置（５）の下方に配置される、噴霧された凝縮性水滴及び凝縮されたスチームを集めるための集水装置（６）を有する。

冶金加工における溶融物の生成は、一般的に循環工程であり、生ずる流速は大きく変動する。例えば、高炉のタップ操作中は、スラグの流速は一定とは程遠い。ピーク値は、タップ操作の全期間に亘って平均的なスラグ流速の４倍以上になり得ることが示された。このようなピーク値は、時々あるいは規則的に、短期間、例えば数分間にわたって生ずる。その結果として、最新の水ベースの粒化設備においては、流入してくる熱流の速度は流入してくるスラグにより大きな変動があるため、スチーム量においても同様な変動が徐々に生ずる。設備サイズとコストとの適当な妥協を見出すため、スチーム凝縮容量がスラグ流のピーク期間中に生ずるスチーム流の全量を取り扱うように設計されていないことがしばしばある。そのような場合、大気中へ過剰のスチームを排出するために、（図２に示されたトップカバー中に見られるような）過圧軽減フラップが開くことが予測される。

しかしながら、実用上では、このような過圧フラップは、過剰溶融物の流速で必ずしも確実に開かないことが観察されている。スチームは、その一部が過圧フラップを通って外へ出ることから遮られている。何故なら、とりわけ水注入装置（２）によって絶えず生成される水の「カーテン」によって「バリヤー」が形成されるためである。高速スチームの場合で、集水装置（６）によって生成されるスチームの流れに対する抵抗も存在している可能性がある。そのため、過剰のスチームがタワー内部に残り、それによって過圧状態が生ずる。その結果、粒化タンク（３）の入口部位の凝縮タワーの下側入口においてスチームの部分的逆流が起こる。内部フードは、とくに内部と外部を分離し、所望されない空気のタワー内への進入が回避され、またタワーからのスチームの噴き出しの防止が見込まれる。

このような逆流は、少なくとも鋳床内の視界が低下し、明らかに作業者にとっての重大な安全上の危険となる。さらに悪いことに、内側フードを通って吹き戻されてくるスチームが、スラグランナー排出口内部の液状熱溶融物と接触することによって相当量の低密度スラグ粒子（「ポップコーン」と称される）が生成される。これら高熱粒子が鋳床中へ飛び出ると、安全上さらに深刻な危険性を生ずる。

ＷＯ２０１２／０７９７９７ Ａ１でもこの問題が取り扱われており、スタックを通して過剰のスチームを選択的に大気中へ排出することが提案されている。このスタックには凝縮タワーの下方ゾーンと連絡している入口とスチームを凝縮タワー上方の大気中へ排出するように配置された出口が設けられている。さらに、前記スタックにはそのスタックを通してスチームを選択的に排出するための閉塞装置が装備されている。

ＥＰ０５７３７６９ Ａ１には、スチームと汚染空気の混合物をまず下降流（１９）を通して凝縮タワーまで導き、次いで該混合物を下降流として部分的に真空下にある囲い中へ流し込む方法が開示されている。水性アルカリ溶液が前記下降流に対して平行に噴霧され、それにより清浄化された非凝縮ガスは、囲い内部に部分的な真空を生成しかつ保持する調節可能な強制流によって囲いから放出される。また、この方法を実施するための装置も開示されている。

したがって、本発明の第一の目的は、ピークの流速における粒化中に過剰のスチームをより確実に排出することができ、かつ既存の粒化プラント設計に少ない追加コストで適合させることが可能なスチーム凝縮タワーを提供することである。この目的は、請求項１項に記載された設備およびスチーム凝縮タワーによって達成される。

本発明の第二の目的は、設置規模が小さく、プラントの稼働コストを低減できる凝縮タワーを提供することである。

本発明は、広く粒化設備、及び請求項１項に記載された特徴部分に記載された凝縮タワーに関する。

上述の問題を解決するために、本発明は凝縮タワーから生ずる過剰スチームを、選択的に凝縮及び排出する排出装置を提案する。本発明に係る排出装置は、水噴霧装置上方の凝縮タワーの上部へ連絡される入口と、凝縮されたスチームの全てを放出するために配置される出口を備えている。ＷＯ２０１２／０７９７９７ Ａ１に記載された装置と対照的に、この排出装置は凝縮タワーから生ずる過剰スチーム及びガスを排出するだけでなく、排出されるスチーム及びガスを凝縮して環境への影響を低減させている。本発明において、ガスには実際にＨ_２Ｓ等や水に溶解する硫黄成分が含まれる可能性がある。

スラグの粒化工程中に一定の条件下において水素ガスが生成されることが知られている。実際、高温の液状スラグに鉄が含まれていることがあり、スラグ中に含まれる高温の鉄と接触することにより水分子が水素と酸素に分解する可能性がある。この水素ガスは極めて爆発性があり、かつ凝縮タワーが基本的に気密性であるため、空気よりずっと軽い水素ガスが凝縮タワーの上部に溜まる可能性がある。特定条件下において、この混合ガスが発火して爆発あるいは火災が起こる可能性がある。計算によれば、粒化工程中において、スラグ中の鉄含量や粒化される粒子の直径によって、約０．５ｍ^３Ｈ_２／分〜８ｍ^３Ｈ_２／分の割合で水素ガスが生成される可能性がある。

ＷＯ２０１２／０７９７９７ Ａ１に記載された設備は、いくつかの例において、スタックの入口が凝縮タワーの下部に位置しているため、空気より軽い水素ガスは必然的に凝縮タワーの上部に溜まり、ＷＯ２０１２／０７９７９７ Ａ１に記載された装置によって排出できないため、火災及び爆発リスクの排除に適していない。

ＥＰ０５７３７６９ Ａ１記載の装置についても、凝縮されていないガスが凝縮タワーの下部から排出されるため、同様のことが言える。極めて軽い水素ガスは、凝縮タワーの上部に溜まるので、排出装置が水噴霧装置の下方の凝縮タワーの下過ぎる部位に配置されていることから水素ガスは排出されない。さらに、本凝縮タワーは、凝縮タワー内部に形成されるべき部分的真空を保持する囲いを必要としないため、凝縮ガスは、タワー中において水噴霧装置によって凝縮されながら下降流中へ流れ込む。したがって、本凝縮タワーはより安価に構成され、信頼性に優れる。

本装置は、排出装置が作動していなくとも前記タワーの性能は減じられない。実際、ＥＰ０５７３７６９ Ａ１に記載の装置とは異なり、タワー及び冷却／凝縮能力は、水噴霧装置及び集水装置が作動する表面／容積を必然的に減ずる大型装置がタワー内部に設置されることによっては減じられない。排出装置を用いても、排出装置はタワーのフレーム外に設置されるため、タワーの使用可能容積に影響が及ぶことはない。例えこの排出装置がタワー内部に設置されたとしても、水噴霧装置／ノズルの上方に設置されるので、水噴霧装置の凝縮性能に影響は及ばない。

したがって、本排出装置は、凝縮タワーの改造において特に有用であり、よって、既存のスラグ粒化プラントの粒化能力を容易に増強する場合に有用である。

所望され、あるいは必要とされる選択的排出を可能とするため、排出装置は好ましくは排出装置を通るスチーム及び／又はガスの流速制御装置を備える。

好ましくは、排出装置は、真空ポンプ、とりわけベンチュリ効果を用いて真空にする排出ジェットポンプを包含する。このような排出ジェットポンプは、収束・分岐ノズルのベンチュリ効果を利用して、原動力となる液の圧力エネルギーを、吸入液を吸い込んで引き込む低圧ゾーンを生ずる速度エネルギーへと変換するタイプのポンプである。混合液は、インジェクターの喉部を通過した後拡がり、その速度エネルギーが減じられて、速度エネルギーが圧力エネルギーに戻され、これにより混合液の再圧縮が起こる。この場合、原動力となる液体は水であり、引き込まれる吸入液はスチーム及び／又はスチームと水素ガスの混合物である。ポンプの作動中、排出されたスチームは凝縮され、かつポンプを駆動する水と混合される。スチーム中に含まれる何らかの硫黄化合物も水に溶解され中性化される。計算によれば、１トンのスチームに含まれるＨ_２Ｓを溶解するためには約３８５リットルの水が必要とされ、また１トンのスチームに含まれる全てのＳＯ_２を溶解するためには１４２リットルの水が必要とされる。

提案する排出装置は、粒化プラントから生じ、望まれずかつ有害の怖れがある全ての過剰のスチームを安全に排出して、操業安全性を大きく高める明らかな利点を有する。さらに、提案する排出装置によれば、排出されたスチームを凝縮し、水中の硫黄化合物を溶解し中性化して当該プラントによる環境への影響を減ずることが可能である。

上述の装置のさらなる利点は、小型の凝縮システムを備えるように設計可能なことである。実際、提案する排出装置が備えられる設備は、高速でのスラグ流速に対応して、概して大部分が通常の方式で凝縮される部分的な流れや、限定された時間内に前記提案された排出装置を通して凝縮タワーから通常少量部分が排出される別の部分的な流れを含めて、あらゆる流速の流れにすることが可能である。そのため、設備全体を期待される最大溶融物流速及び流量に見合うように設計する一般的実施方法を採用する代わりに、稼働時間中の大部分において生ずるより低い公称流量を扱えるように設計可能な設備とされている。従って、資金及び操業費用の大幅な節約が可能である。さらに理解されるように、排出装置は、凝縮タワー内部への過圧状態を避け、公称流速よりも高速においてスチームが鋳床へ吹き戻らないように設計されている。選択的に排出するだけで、本設備は、スチームが凝縮タワーから意図的に排出されることなく、公称流速あるいはそれよりも低い流速での従来方法で作動する。さらに、提案する排出装置を設けるために要する投資（資金支出）は、凝縮システムの容量を安全域まで増やすために要する投資に比べ極めて少ない。

本発明設備の好ましい実施形態は、従属請求項２〜１５において規定される通りである。理解されるように、提案する設備は、特に高炉プラントに適するが、それだけに限定されるものではない。

本発明のさらなる詳細及び利点は、幾つかの非限定的な実施形態について添付図面を参照して行う以下の詳細な説明から明らかとなろう。
本発明に従ったスチーム凝縮タワーを備える粒化設備の一実施形態のブロック概略図である。 先行技術に従った既知の粒化設備を示した図である。

すべての図面を通して、構造的及び機能的に類似する要素を同定するために同一の参照符号が用いられている。

本発明の一実施形態を説明するため、図１に高炉プラント（プラントは図示せず）におけるスラグ粒化のために設計された粒化設備１０の概略図を示す。概略的には、本発明設備１０により、比較的冷たい粒化水の１または２以上の噴流１２を用いて溶融高炉スラグ１４の流れが急冷されることによってその流れが粒化される。図１に示すように、高炉から必然的に銑鉄と一緒に流し出される溶融スラグ１４の流れは、高温溶融物ランナーチップ１６から粒化タンク１８中へ落下する。作動中、１または２以上の並列高圧ポンプ（図示せず）によって圧力が供給される水注入装置２０（しばしば噴き出しボックスと称される）により生成される粒化水１２の噴流は、高温ランナーチップ１６から落下してくる溶融スラグ１４に衝突する。水注入装置２０の適する構成として例えば特許出願ＷＯ ２００４／０４８６１７に記載されているものがある。旧式の粒化設備（図示せず、但し、ここに包含される）において、溶融スラグは、高温ランナーから類似の水注入装置からの粒化水の噴流と一緒に低温ランナー上へ落下し、低温ランナー上を流れて粒化タンクへ向かって流れ込む。設計如何に拘らず、粒化水噴流１２が溶融スラグ１４の流れに衝突したときに粒化は達成される。

急冷することにより、溶融スラグ１４は、粒サイズの「粒子」へと砕かれ、粒化タンク１８中に保持された大量の水中へ落下する。これらのスラグ「粒子」は、水を用いた熱交換によって完全に固化されてスラグサンドになる。粒化水１２の噴流は粒化タンク１８中の水面へ向けられ、噴流によってスラグの冷却を加速させる乱流を促進させる。

周知のとおり、溶融スラグ等の当初高温である溶融物（＞１０００℃）を急冷すると、大量のスチーム（すなわち水蒸気）が生じる。このスチームは通常特にガス状の硫黄化合物で汚染されている。大気汚染を減ずるために、粒化タンク１８へ排出されるスチームは、典型的には粒化タンク１８の上方に縦方向に配置されるスチーム凝縮タワー３０中を通される。このスチーム凝縮タワー３０（以後「タワー３０」と略称する）には、通常対流式のスチーム凝縮システムで、水噴霧装置４０及び集水装置４２を備えるものが装備されている。図１から明らかなように、タワー３０は、外殻構造３２をもつ比較的大きな建造物である。外殻３２は、必ずとは言えないが、典型的には円筒形の溶接されたスチール製プレート構造体であり、トップカバー３４が備えられている。タワー３０は、噴射されるスチームの公称容積の寸法に合わせ高さ及び直径を有する。

水噴霧装置４０は、その最大効果を得るため、通常タワー３０のトップカバー３４の近くに配置される。この装置にはタワー３０内部に生じたスチーム及びガスへ水滴を噴霧する複数の水噴霧ノズル４７，４９が内蔵されている。水噴霧装置４０は、スチームの凝縮を行うだけでなく、硫黄ガス等の有害ガスの溶解を向上させる。

集水装置４２は、タワー３０内部に水噴霧装置４０の下方に縦方向に数ｍの間隔を開けて配置される。タワー３０は、集水装置４２によって作動中にスチームが内部で凝縮される仮想上の上部ゾーン４４と、仮想上の下部ゾーン４６に分割されているのが理解されよう。作動中、スチームは、粒化タンク１８から前記下部ゾーン４６及び集水装置４２を通って前記上部ゾーン４４中に立ち上がる。典型的には、前記上部ゾーン４４は、高さにおいて前記下部ゾーン４６よりもかなり大きな割合を占めている。図１にはタワー３０の全高は示されていないが、水噴霧装置４０と集水装置４２間の縦方向間隔は、典型的には図１に示されている間隔よりも大きい。

集水装置４２は、噴霧された水滴及び凝縮されたスチームから生じて落下した水滴を集めるように形成されている。それにより、水が集水装置４２により粒化タンク１８へ戻ることが防止され、相対的に清浄な加工水を、排水管を通して回収することができる。この目的のため、集水装置４２には少なくとも１個のロート形あるいはカップ形の上部コレクタとロート形の下部コレクタが備えられている。この場合、コレクタ間に円周状に分散配置された数個の開口部によって、スチーム及びガスをタワー３０の前記下部ゾーン４６から前記上部ゾーン４４中へ上昇させることが可能になっている。スチームに付与される流れの抵抗を最小限にするするため、コレクタ間の分散された開口部の高さは好ましくは少なくとも５００ｍｍ以上とされる。集水装置４２の他の設計も可能であるが、それら設計も本発明の範囲内に包含される。

図１から明らかなように、粒化タンク１８の底部において、粒化水と混合された固化スラグサンドが排出される。この混合物（スラリー）は脱水ユニット５０へ送られる。この脱水ユニット５０の目的は粒化された物質（すなわちスラグサンド）を水から分離すること、すなわちスラグサンドと加工水の分離回収を可能にすることである。脱水ユニット５０の全体的な形態については、既存のＩＮＢＡ（登録商標）設備から周知であり、あるいは例えば米国特許第４，２０４，８５５号に記載されている。この脱水ユニットは、例えば、米国特許第５，２４８，４２０号に記載されている回転ろ過ドラム５２を包含している。微細な固化溶融物粒子を脱水するために他の静的あるいは動的装置を用いることも可能である。図１にさらに示されているように、粒化水回収タンク５４（しばしば「熱水タンク」とも称される）は、粒化されたスラグサンドから分離される水を集めるため、脱水ユニット５０と連携されている。殆んどの場合、この水回収タンク５４は、沈殿区画とほぼ砂を含まない（清浄な）水が中へ溢入する清水区画（図示せず）を備える沈殿（setting）タンクとして理解されている。

図１からも明らかなように、タワー３０からの凝縮水及び噴霧水を、直接１または２以上の冷却塔を有する冷却システム５６へ送るために集水装置４２の排水導管４８を接続することが可能である。代替的には、凝縮水及び噴霧水は、ポンプで水回収タンク５４へ汲み入れるか、あるいは別の目的、例えば注入装置２０への供給に利用する、あるいは単に捨てることも可能である。集水装置４２からの水が水回収タンク５４の清水区画へ送られる場合、殆んど固形物の含まれない水がこの区画から冷却システム５６へポンプで送り込まれる。

冷却システム５６からの冷却された処理水は、本プロセスにおける再利用のため粒化設備１０へ送り返される。より詳しくは、冷水は一方において好ましくは一本の供給導管を通して水注入装置２０へ送られ、また、他方において別の供給導管５８を通して水噴霧装置４０へと送られる。供給導管２３にはポンプが備えられる。供給導管５８には水噴霧装置４０に属する少なくとも１個のポンプ、あるいは好ましくは２個の並列ポンプ（図示せず）が備えられる。従って、水噴霧装置４０の水噴霧ノズル４７，４９には冷却システム５６から供給導管５８を通して再循環された冷水が供給される。処理水のためにこの様な閉鎖循環系が構成されることは好ましいが、水が噴霧ノズル４７，４９へ、あるいは使用後に廃棄される注入装置２０へ供給される開放循環系も代替手段として包含される。

評価されるべき点として、本発明によるタワー３０は、タワー３０から生ずる過剰スチーム及びガスを排出するための排出装置６０を備えている。本排出装置６０は、図１に模式的に示されているように、タワー３０と連携して作動される真空ポンプである。より具体的には、図１に示された排出装置６０には、タワー３０の上部ゾーン４４と連絡されるように入口６２が配置され、これにより排出装置６０によって生成される真空により、タワー３０の上部ゾーン４４中に収容されていたすべてのガス及び／又はスチームが排出される。

このような排出装置６０には、好ましくはエジェクタジェットポンプとも称される真空ポンプが備えられ、このポンプは一定の液体の運動エネルギーを利用して他の液体に流れを起こさせ、かつ流体力学の基本原理に基づいて作動する。エジェクタジェットポンプは、収束ノズル、本体及び拡散器から成り、その外観においてサイホンに類似している。作動に際しては、原動力となる液体の圧力エネルギーが収束ノズルによって速度エネルギーに変換される。次いでこの高速液流が吸入液体を引き込む。原動力となる液体と吸入液体との完全な混合が本体及び拡散部において行われる。液体と流動体との混合物は拡散器を通過した後に中間圧へ戻される。

排出装置６０の入口６２は好ましくは水噴霧装置４０とタワー３０のトップカバー３４との間に配置される。

図１には排出装置６０は一個のみしか示されていないが、タワー３０上へ複数の排出装置を設置することも可能なことが理解されよう。このような複数の排出装置６０は、例えばタワー３０の頂部周囲のリング中に、すなわち、同水平面内に配置可能である。

さらに、複数の排出装置６０を垂直面内に、すなわちタワー３０の上部ゾーン４４の周りで上下に、もしくは上下に列状に設置することも可能である。この場合、或る排出装置６０では、その入口６２を水噴霧装置４０とタワー３０の集水装置４２との間に配置することが可能である。

エジェクタの入口は、凝縮タワーの上部ゾーン中にあり、エジェクタ自体は、それを作動させるために少ない水圧で済む利点を有する地面上に配置してよいことに注意されたい。

図１に示した配置においては、排出装置６０は外殻３２の構造によって容易に支持され、及び／又は、所望される場合は、トップカバー３４の構造体へ部分的あるいは完全に懸架される。

図１に示された実施形態においては、排出装置は、タワーの外側に配置されるが、この排出装置６０は明らかにタワー内部にも設置可能である。

排出装置６０は、タワー３０の水噴霧装置４０の供給導管５８へ接続され、かつ供給導管５８中の水の一部は、排出装置６０を駆動するのに用いられ、かつタワー３０の上部ゾーン４４中に含まれるスチーム及びガスを排出する真空を生成し、かつスチームを凝縮し、かつ凝縮したスチームと排出装置６０の駆動に用いた水を混合する。小規模なシステム用には４バールの圧力で約１０〜２０ｍ^３／時で約４バールの圧力の水が必要とされよう。大規模なシステムでは、約４バールの圧力で約３００ｍ^３／時までの水が必要とされよう。

具体的には、以下において明らかにされるように、排出装置６０は、タワー３０の凝縮能力を超えるスチーム量を排出及び凝縮することが可能であり、また、水素等の望まれないガスは、水噴霧装置４０の上方、すなわちトップカバー３４と水噴霧装置４０の上方との間に位置することから、それをタワー３０から排出することも可能である。排出装置６０は電力を必要とせず、また可動部分も含まないため、スパークや高熱面の生成の危険がなく、したがって火災や爆発の危険も除去されている。

さらに、排出装置６０は電力を必要としないことから、このような装置のタワー３０への設置は低コストで容易に達成される。

理解されるように、数機の排出装置６０をそれぞれ適切に寸法を決めることで、それら排出装置６０を通して（タワー３０の上部ゾーン４４内の過圧と、それに伴うスチームの逆流がない状態で）安全に排出できるスチーム量及びガス量が決定される。高炉スラグ用に設計された設備１０では、対応する排出装置６０によって、３〜４ｔ／分オーダー（過剰流速）の余剰スラグによって生ずるスチームを排出および補償（compensating）可能な流れが容易に達成される。したがって、排出装置６０により、設備１０は、タワー３０の最大凝縮能力より高いスラグ流速で安全に稼働できる。例えば、ピークの流速が１１〜１２ｔ／分であるスラグを、８ｔ／分の溶融物流速によって生ずるスチームを凝縮するように設計されたタワー３０を用いて凝縮させることができる。理解されるように、その結果、本発明による排出装置６０は、処理容量を５０％増大させると同時に稼働の安全性を高めることができる。しかしながら、１〜２ｔ／分で生成されるスチームに対しては、中型規模のエジェクタ３機で、約５００〜６００ｍ^３／時の水を用いて処理可能である。

タワー３０から排出装置６０を介して排出されたガス／スチームの流速は、排出装置６０の駆動に用いる水の流速及び圧力に直接依存している。したがって、タワー３０から排出されるガス／スチームの流速を調整するために、排出装置６０の駆動に用いられる水流及び／又は圧力を調整する弁等の制御装置（図示せず）を用いるものとする。

排出装置６０を駆動するために用いられる導管５８からの水は、排出装置６０内部でタワー３０から排出されるスチームと混合される。スチーム凝縮物及び排出された全てのガスは、少なくとも一部は水に溶解されて、排出導管５９を通して冷却システムへ向けて排出される。プラントの他の部分は、水／Ｈ_２の放出に利用可能である。図１に示した具体例においては、排出導管５９は、水を排出装置６０から冷却システム５６の底部へ導く。他の実施形態においては、前記排出管５９もまた排水導管４８に接続可能であり、集水装置４２からの水と一緒に冷却システム５６へ運ばれる。これにより、タワー３０から粒化設備から遠く離れた距離に位置する場所へ水素ガスを排出することができ、粒化設備における火災や爆発の危険が除去される。

ピーク値以下での通常の流速での効率的凝縮と汚染の最小限化を保証するため、図１の排出装置６０に前述の制御装置が備えられる。この制御装置は、粒化設備１０が公称の流速あるいはそれ以下の流速で稼働している時、とくに、スチームがタワー３０の凝縮能力量あるいはそれ以下の容量で生じている時は常に排出装置６０をシャットオフする機能、すなわち排出装置６０の駆動に用いる水の流れを止め、あるいは少なくとも大幅に制限する機能を有する。換言すれば、制御装置７０は、実際に生ずるスチーム量の関係（function）において、及び／又はタワー３０の上部ゾーン中の水素含量／濃度の関係において、必要あるいは所望された時だけ、排出装置６０を通してスチームを選択的に排出するのに使用される。

従来システムにおいては、図２に示すように、溶融物の流速がタワー３０の容量を超過する場合は、常にスチームの例えば高温ランナーへの、及びランナーチップ１６の上流の鋳床（図示せず）中への還流（逆流）のリスクが高くなることが経験的に分かっている。図１に示すように、トップカバー３４中に過圧フラップや内部フード８０を備えて還流に対するある程度の抵抗を得ても、還流はなお起こり得る。既知の方法では、不正な周辺空気（false ambient air）の侵入に対してタワー３０をシールするため、内部フード８０（図２に示す）が備えられている。

このような従来設計とは対照的に、提案する排出装置６０は、流速がタワー３０の公称容量を超えるいかなる場合であっても、過剰スチームの安全な排出と補償のための信頼できる解決策を提供する。理解されるように、このような過剰な流速は、例えば高炉の出銑口に問題があることによって溶融スラグがピークに達する場合のように、偶然に起こる可能性がある。理解されるように、本発明により、スチーム凝縮に関して低容量なプラントの設計が考慮可能となる。事実、公称容量が、予期された短期的流速ピークよりも少ない、すなわち（予期されたピーク流に対応する公称容量をもつ）容認された設計実務に反するように設計された場合であっても、排出装置６０を備えるタワー３０は、なお信頼性のある動作が可能である。

ＷＯ２０１２／０７９７９７ Ａ１に記載された装置と対照的に、本装置は、排出装置６０が不使用中でも、タワー３の性能が損なわれることはない。実際、ＷＯ２０１２／０７９７９７ Ａ１に記載の装置とは対照的に、タワー３０及びその冷却／凝縮容量は、タワー３０内部に設置されて、必然的に水噴霧装置４０及び集水装置４２が動作する表面及び容積を減ずる、大型装置によっては損なわれない。排出装置６０はタワーの外殻の外側に設置されているため、上述の排出装置６０を用いても、タワー３０の有効容積に影響は及ばない。また、たとえ該排出装置がタワー３０内部に設置されるとしても、それは水噴霧装置／ノズルの上方に設置されるので、水噴霧装置４０の凝縮性能に影響が及ぶことはない。排出装置６０は、とくに凝縮タワーの改造に有用であり、既存のスラグ粒化プラントの粒化能力を容易に増大させるために有用である。

類似の排出装置を用いて追加的排出を行うことも可能である。とくに、脱水ユニット５０には脱水ドラム５２の上方にスチーム回収フード５３がある。脱水ユニット５０から、及び／又はスチーム回収フード５３からスチーム及びガスを吸い出すために１または２以上の排出装置（図示せず）を設置することが可能である。この構成には脱水ユニット５０から適切にスチーム及びガスを排出し、かつスチームを凝縮する利点、すなわち脱水ユニット５０周囲及び設備１０全体における視覚的な問題を低減する利点がある。

同様に、別の排出装置（図示せず）を用いて、その吸気口と内部フード８０へ接続してもよい。この方法は、内部フードを外部フードへ変換する。通風部が、高温ランナーチップ１６とジェットノズル１２の上方の内部フードで区切られている空間に形成される。この方法は、ジェットノズル１２によって生じるスチームのランナー及び鋳床への還流を回避することで、また高温生成物もしくはスパークが生ずる場所から水素ガスを排出することで、さらなる安全性を付与する。

好ましくは、排出装置（複数でもよい）は、プラント全体の処理制御システムと一体化された制御装置へ接続される。制御装置は、排出装置（複数でもよい）６０へ供給するポンプの出口へ接続されている遠隔制御自動弁を作動させる。従って、制御装置は、弁を開閉することで排出装置６０の作動を制御し、スチーム及びガスの排出装置の通過を選択的に制限もしくは許可する。

一実施形態によれば、スチーム注入ランス８２等のスチーム注入装置が凝縮タワー３０の下部ゾーン中に備えられる。この装置は、スラグのキャスティングが開始される（５００〜１０００ｍ^３／時）すぐ前に、凝縮タワーの下部ゾーン内にスチームを注入する。実際、スラグのキャスティングの開始時には、粒化タンク１８中に入っていた水が冷却され、したがって、生成スチーム量は比較的少なく、一定量のスラグが粒化され、粒化タンク中の水が約８０℃まで加熱された後になってからスチーム量は増加する。さらに、スラグに鉄が含まれる場合は、かなりの量の水素ガスが発生する可能性があることが見出されている。粒化工程(granulation run)の開始時中は、スチームの発生は少ないため、水素ガスはとくに危険である。しかしながら、大気にスチームが含まれていると、空気と水素の混合気体が爆発するリスクが制限される。スチーム注入装置８２には、粒化タンク１８中の水がなお冷たい間は、このようにスラグキャスティングの進行中における火災及び爆発の危険性を大きく減じる働きがある。

結論として、本発明によれば、操業中における水ベースの粒化設備１０、とくに高炉スラグ用の粒化設備の安全性が高められるだけでなく、凝縮性能を減じても高い信頼度で作動でき、よって低額の資金及び操業費用で信頼性の高い操業が可能である。実際問題として、高炉スラグ粒化設備の場合、提案する排出装置６０を備える粒化設備１０によれば、＋２５％までのスラグ流の増量に相当する過剰のスチームを高い信頼度で処理できると見込まれている。これは、最大スラグ流速８ｔ／分（１３３．３３ｋｇ／秒）を処理するように設計された凝縮性能をもつシステムにおいて、例えば約＋２ｔ／分（８３，３３ｋｇ／秒）の増加がもたらされることを示すものである。

１０： 粒化設備
１２： 水ジェットノズル
１４： 溶融物流
１６： 高温ランナーチップ
１８： 粒化タンク
２０： 水注入装置
２３： 供給導管（２０の）
３０： スチーム凝縮タワー
３２： タワー外殻
３４： タワートップカバー
４０： 水噴霧装置
４２： 集水装置
４３， ４５： コレクタ
４７， ４９： 水噴霧ノズル
４４： タワー上部ゾーン
４６： タワー下部ゾーン
４８： 排水導管
５０： 脱水ユニット
５２： 回転ろ過ドラム
５３： スチーム回収フード
５４： 水回収タンク
５６： 冷却システム
５７： ポンプ
５８： 供給導管（４０の）
５９： 排水導管
６０： 排出装置
６２： 入口
７０： 制御装置
８０： 内部フード
８２： スチーム注入装置

Claims (15)

1. 粒化水を溶融物（１４）の流れの中へ注入して溶融物を粒化させるための水注入装置（２０）と、
   粒化水及び粒化物を集めるための粒化タンク（１８）と、
   前記粒化タンク（１８）の上方に配置され、前記粒化タンク（１８）中で生じたスチームを集めるためのスチーム凝縮タワー（３０）であって、トップカバー（３４）を備える外殻（３２）とスチーム凝縮システムを有するスチーム凝縮タワー（３０）を包含し、
   前記スチーム凝縮システムは、
   前記スチーム凝縮タワー（３０）中へ水滴を噴霧する水噴霧装置（４０）、及び、
   噴霧された水滴及び凝縮されたスチームを集めるため、前記スチーム凝縮タワー（３０）中で前記水噴霧装置（４０）の下側に配置された集水装置（４２）であって、前記タワーを、スチームが凝縮できる上部ゾーン（４４）と、スチームが前記粒化タンク（１８）から通り抜けて前記上部ゾーン（４４）中へ上昇できる下部ゾーン（４６）に分割する前記集水装置（４２）を含む、
   冶金プラントにおいて生成される溶融物の粒化のための粒化設備（１０）であって、
   排出装置（６０）は、前記タワーからガス及びスチームを選択的に排出し、過剰スチームを凝縮し、及びガスを大気中へ排出し、
   前記排出装置（６０）には、前記水噴霧装置（４０）の上方の前記凝縮タワー（３０）の前記上部ゾーン（４４）に配置された入口（６２）と、前記凝縮タワー（３０）からのスチームの排出及び凝縮とガスの排出を行うように配置された出口が備えられることを特徴とする粒化設備（１０）。
2. 前記排出装置（６０）は、前記排出装置（６０）を通したスチームの選択的排出を制御するための装置が備えられることを特徴とする請求項１に記載された粒化設備（１０）。
3. 前記排出装置（６０）は、ベンチュリ効果によって真空にする排出ジェットポンプを包含することを特徴とする請求項１または２に記載された粒化設備（１０）。
4. 前記排出装置（６０）の入口（６２）は、水噴霧装置（４０）とタワー（３０）のトップカバー（３４）との間に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
5. 前記排出装置（６０）の入口（６２）は、水噴霧装置（４０）とタワー（３０）の集水装置（４２）との間に位置していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
6. 前記排出装置（６０）は、前記凝縮タワー（３０）の外側に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
7. 前記排出装置（６０）は、前記凝縮タワー（３０）の前記外殻（３２）及び／又は前記トップカバー（３４）によって支持されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
8. 前記排出装置（６０）は、前記タワー（３０）の水噴霧装置（４０）の水供給導管（５８）へ接続されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
9. 前記排出装置（６０）は、排出装置（６０）を駆動させるために用いる水の流量及び／又は圧力を調整するための制御装置を包含することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
10. 前記ガス及び凝縮されたスチームが冷却システム（５６）へ向けて排出されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
11. スチーム回収フード（５３）を有する脱水ユニット（５０）をさらに包含し、かつ別の排出装置がその吸気口端部で前記スチーム回収フード（５３）に接続されたことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
12. 周辺空気が侵入しないように前記凝縮タワー（３０）を密封するため、前記粒化タンク（１８）内に延在する内部フード（８０）をさらに包含し、かつさらに別の排出装置がその吸気口端で前記内部フード（８０）に接続されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の粒化設備（１０）。
13. 閉塞装置を作動させて、スチーム及びガスの前記排出装置（６０）の通過を選択的に制限あるいは許容するように接続された制御装置をさらに包含する請求項１ないし１２のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
14. 凝縮タワー（３０）の下部ゾーン（４６）中のスチーム注入装置をさらに包含することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載された粒化設備（１０）。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載された粒化設備（１０）を包含する高炉プラント。

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