JPS5855093B2 - スラグの安定化及び冷却のための処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスラグの安定化及び冷却のための処理方法に関
し、従来のスラグ処理作業条件の改善とともにスラグの
改質をも併せて行う処理方法である。

従来、スラグ例えば転炉スラグの処理は下記の通り行わ
れていた。

■ 転炉スラグを畠に放流し、自然冷却して破砕する。

■ 破砕したスラグを鉄分を除去する選別をする。

■ スラグは ■ 自然膨張性があるため埋立地に利用する。

＠ 転炉、高炉用副材料として一部利用。

Ｏ路盤用として一部利用。

＠ 肥料用として一部利用。

このような従来法は、畠の占有面積が大きくなり、処理
工程中に多量の粉塵が発生するため作業条件が悪いとい
う欠点の外に下記の問題点を有している。

■ 転炉スラグは自然膨張性があるため殆んどが埋立地
のみにしか利用できない。

■ 屋外の畠で冷却処理するためスラグの持つ熱は全て
大気中に放熱しているので熱の有効利用が全くなされて
いない。

上記問題点■に関しては、転炉作業が短時間で行なわれ
るため、精錬中に投入する副材料の一部が未反応のまＳ
で、転炉スラグ中に混入する。

転炉スラグの主なる成分はＣａｂ：３０〜５０％、Ｓ
ｉ０２ ： ２５〜４０ ％、Ｆｅ２Ｏ３：５〜２５多
、ＭｇＯ： ２〜１５饅である。

転炉スラグ中の不安定物質例えばＣａＯなとの水和反応
物が冷却後空気中の水分および炭酸ガスを吸収化合して
、Ｃａ （ＯＨ） ２ 、Ｃａ ＣＯ３などの安定な物
質に変化するので、この過程で転炉スラグが膨張する、
つまりフケの現象を起す場合がある。

このことは転炉スラグを製粒して土建用材料として使用
すれば成る期間経過すれば土木建築物の一部が破損する
ことになり危険であるため使用できないこととなりほと
んどが埋立地に利用されているのが現状である。

ところでこのフケ現象を短時間で完了させる方法がない
わけではないが、プロセス的に完全なものでなく、経済
的にも企業ベースになっていない。

例えばオートクレーブ方式は冷却された常温のスラグ粒
塊を内蔵容器に受けて圧力容器内におさめ密閉して蒸気
を送入し蒸気圧１０〜２０ｋｇ／ｃｒｎｇ、蒸気温度２
００℃程度の水蒸気条件にして、７〜８時間維持する方
法であるが、必ずしも不安定物質が安定物質に変換され
るとはかぎらない。

その原因は水蒸気が一方の表面からのみ加圧加温される
だけであるため反応が遅く水蒸気が不安定物質と十分化
合できない状態にあるためである。

又投入する転炉スラグ粒塊は常温状態であるため加熱に
も時間がかかり、エネルギー的にも高温高圧の水蒸気を
必要とするため、水蒸気発生のためのボイラ設備を有す
ることが条件となり、処理コスト的に考えて経済ベース
とは言えない。

そこで本発明はＣａＯ等水和反応物が水と反応する際に
多量のエネルギーを出しつつ安定な物質即ちフケの現象
を起さない物質に交換することに着目し、この化学反応
を効率良く進行させるため、密閉容器に高温転炉スラグ
の保有熱を利用し適当な大きさの粒塊としたものを装入
して蓋をして密閉し、密閉容器の一方から直接噴霧散水
することにより、微粒水が密閉容器内を充満しながら高
温スラグのね塊中を通過する間にスラグの熱を受けて気
化し、水蒸気となり、高混圧の水蒸気を発生して、自ら
その水蒸気でスラグ中にある不安定な物質が反応して安
定な物質に変換（例えばＣａＯ＋Ｈ２０→Ｃａ （ＯＨ
）２）することを利用したものである。

この反応で発生する熱も水を水蒸気に変換する熱源にも
なる。

ここで本発明の特色として長時間高温、高圧の状態で水
蒸気がスラグ間隙を充満しながら通過流動するため、ス
ラグ中の未反応物質との反応性に富み、しかも万遍無く
、行き渡ること、並びにスラグ自体は水蒸気発生のため
熱を徐々に失なっていく状態で冷却していくのでスラグ
内部の成る点では蒸気条件も圧力は一定にしても湿度が
徐々に低下することになる。

従ってＣａ Ｏ＋ Ｈ２０→Ｃａ （ＯＨ）２に変換す
るのに最適な流度条件をその器内雰囲気条件が緩やかに
通過することになるため安定な物質になる良好な反応条
件が得られることになる。

このように安定な物質を作るのにも好都合なプロセスで
、しかも不安定な物質から安定な物質に変換するときの
エネルギーとスラグの顕熱が水蒸気の気化熱えよび過熟
のためのエネルギーに変って高温高圧の水蒸気となり、
エネルギー源として有効に活用できるため問題点■も併
せて解決できる。

この水蒸気の質も良好であるため、動力源、電力源など
として利用できることが判明した。

従って本発明のスラグ処理方法はスラグの改質と蒸気発
生回収とを兼ねそえた一石二鳥のメリットが得られ、ス
ラグ処理コストも安価になり、経済的スラグ処理方法と
言える。

次に第１図および第２図により本発明を実施するに好ま
しい装置につき詳細に説明する。

第１図は本発明を実施する密閉容器の一実施例を示す正
面断面図で、図中１３は固化破砕した高温のスラグ１を
収容する容器であり、上面が開放され、底面および必要
に応じて側面に多数の通気孔を設けて、蒸気の通り道と
し、容器形状は断面円形、角形等、スラグの装入、排出
に適した形状であれば、どのようなものであっても良い
。

容器の「高さ／横断面積」の形状比は後述するように得
ようとする水蒸気の過熱要によって適宜決定する。

１１はスラグ収容容器１３をその内部に収容する耐圧容
器で本例では後述するように水封方式をとるため、内筒
１１ａおよび外筒１１ｂから構成されている。

該容器は上部がスラグ収容容器１３の出し入れのために
開口されており、その容器形状はスラグ収容容器１３を
その内部に収納できるものであれば、どのような形状で
も良いが、耐圧容器であることから断面円形状が好まし
く、発生蒸気の圧力に充分耐えることができる強度に製
作する。

１８は耐圧容器１１下部内側壁に固定されたスラグ収容
容器１３を載置する底板であり、これはスラグ収容容器
１３底部と耐圧容器１１底部との間に適当な間隔をとり
、耐圧容器１１底部下方に一定の空隙部２１を設けるた
めのストッパーの役目と飽和蒸気のバイパスを防止する
役割を果すものである。

このため他の手段、例えばスラグ収容容器１３の外側壁
に掛金を付設し、耐圧容器内側壁にこれと係合する受金
を設けるなど、どのようにも設計変更可能である。

２２は耐圧容器底部に設けられた凝結水等を排出するド
レン弁である。

２３は耐圧容器１１内で発生した蒸気を外部へ取り出す
蒸気取出管で耐圧容器底部の空隙部２１に蒸気取出口と
して開口している。

又、２４は蒸気取出管に設けられた蒸気止め弁である。

１４は冷却水を散水噴霧する散水ノズルであり、耐圧容
器１１上部の、スラグ収容容器１３の出し入れの際に互
いに干渉しない位置に適宜数配設される。

この散水ノズル１４は給水パイプ１９を介して耐圧容器
外部に設けられた給水装置２０に連結されている。

給水装置２０は、例えば、給水源であるタンク１５、給
水ポンプ１６、給水逆止め弁１７等から構成される。

給水ポンプ１６は容器１１内の蒸気圧を考慮した充分の
出力をもったものを配設する必要がある。

１２は耐圧容器１１の開口部を密閉封鎖する密封蓋で、
異常圧力上昇時の安全弁機能を有する。

本例の場合、安全弁機能を果すものとして、水封方式を
採用したので、耐圧容器１１の内筒１１ａ、外筒１１ｂ
により構成される間隙部に密封蓋１２の側壁１２ｂが嵌
入する形状となし間隙部に水を貯留して密封蓋を載置す
るものである。

なお、回収蒸気に混入する空気をできる限り減小して蒸
気の利用度を高めるため、密封蓋１２の上面は１２ａの
様な上方に凹型の構造とし、スラグ１′の上面との間隔
を減小し無効空間をできる限り少くする。

このように水封方式を採用した場合は、動作が安定し圧
力変動を少くし得、又信頼性も高く、さらに密閉封鎖時
、密封蓋の位置合せが容易であるという長所を有する。

本装置では装置の形状、固化スラグの粒度分布および収
容態様、さらに操業態様からして水蒸気爆発の発生はま
ず考えられないが、万一の場合に備え密封蓋に安全弁機
能を持たせるものであり、本例の装置にさらに通常の安
全弁を付加することは安全対策上好ましいことである。

又、本装置には適宜に、圧力計、湿度計、流量計等必要
とする付属設備を設ける。

次に第２図は安全弁２８を備えた密封蓋１２′をもって
耐圧容器１１を密封する他の実施例装置を示したもので
あり、本例の場合は耐圧容器１１と密封蓋１７の両者の
接合部をともに同一断面形状となし、両者の開口端部に
フランジを設けて耐熱バッキング２９を間に介して両者
を適宜な方法で、例えば分割ねち方式や圧力鍋等に用い
られる菊花型小回転角ロック装置やバネ装置、或いは重
量蓋による重量密封装置等（図示せず）により締結する
ものである。

この第２図図示の例では水封方式ではないため、耐圧容
器１１の構成は一層構造であること、又密封蓋１７が前
述の通りであることを除いては第１図で例示した装置と
同一構造であるが第１図図示のものに比較して高い容器
内圧を得ることが可能という長所がある。

又、本例においても安全弁の設置数は一部に限定される
ものではなく爆発口等を含めて複数個設けることは安全
対策上好ましいことである。

次に本装置を用いてのスラグ処理方法を説明する。

まず、高温固化破砕スラグ１をスラグ収容容器１３に移
し換え、ついで該容器１３を密封蓋１２（あるいは１２
′）を外されて高温固化スラグ装入待期状態にある耐圧
容器１１中にクレーン等で該容器１３に設けられた吊金
具２７を懸吊して耐圧容器１１上部開口より装入し静置
したのち、密封蓋１２（あるいは１２／）をクレーン等
でその吊金具２６を懸吊して耐圧容器開口部に載置し、
又密封蓋１２′にあってはさらにそれを固定して、熱回
収準備を終了する。

ついで、給水ポンプ１６を運転することにより散水ノズ
ル１４よりゆっくりと散水しくスラグにかける散水量の
割合は４００ ｋｇ／ ｈ 、 Ｔｓｌａｇ以下）、高
温固化破砕スラグを水冷することにより、耐圧容器１１
内に蒸気を発生させることができる。

散水量の設定は必要とする回収蒸気の過熱度、圧力、温
度等に応じて適宜に調節する。

又、散水量の設定、調整は時々刻々と変化する耐圧容器
内の湿度、圧力、蒸気発生量、水利反応物の反応速度等
に応じて、本装置に付設された湿度計、圧力計等からの
測定値により手動操作したり、又自動制御により、これ
を行うことも可能である。

又、過熱度の調節手段として、散水量を増減したりする
操作手段の他に、スラグ収容容器１３の形状比（容器高
さ／容器断面積）を適宜変更することにより、これを行
うことができる。

即ち、スラグ収容容器１３中に層状に収容されたスラグ
の上層部のスラグの熱で発生した飽和蒸気は、該容器中
を、蒸気取出管に到るまでの過程で、未だ水と接触して
いない下部に位置する中、下層部の商況スラグと接触し
て過熱され、過熱蒸気となって回収されるので、容器形
状比を大きくとることにより過熱度を大きくすることが
できる。

なお、必要に応じて蒸気取出管２３の一部又はその耐圧
容器内側に気水分離器あるいはダストフィルター等を設
ける。

（図示せず）蒸気取出管２３より回収した蒸気はこれを
そのまま直接に動力用等に使用したり、一旦畜圧器に畜
圧して利用する。

又本装置を２基以上設置して、それらを交互に稼動して
連続的に蒸気を回収したり、同時に稼動してより大容量
の蒸気を回収することが可能である。

おお前記説明において、「散水ノズル」の意味は厳密な
ものではなく、例えば、霧化状態での散水を含むことは
いうまでもない。

以上の通り本発明を実施することにより、■ 水蒸気が
スラグと十分接触して通過するため、スラグ中の不安定
物質と十分に反応でき、安定な物質のスラグが得られる
。

■ スラグ顕熱と反応熱の両方を回収できるため熱の回
収が効率的である。

■ オートクレーブ方式と比較して、本法はスラグを加
熱する必要がないため蒸気発生源を必要とせず、又、水
蒸気がスラグに充分接触して通過するため反応性に優れ
スラグの改質が充分行われる。

等、従来の方法に比し格段と優れた処理方法である。

実施例 重量１５５ｋｇ、初期スラグ温度約１１００℃の転炉ス
ラグを本発明法により処理したところ、フケの現象の起
らないスラグが得られ、又、発生蒸気として、流量４５
ｋｇ／ｈ、平均流度３００°Ｃ（最高４１５℃、最低１
５０℃）、圧力０．２ｋｇ１ｃｍ＆、発生時間７５分間
（蒸気流度１５０’Ｃ以上）が回収できた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明を実施する密封容器の例を
示す正面断面図。 図中、１はスラグ、１１は耐圧容器、１２．１２’は密
封蓋、１３はスラグ収容容器、１４は散水ノズル、１５
はタンク、１６は給水ポンプ、１７は逆止め弁、１９は
パイプ、２０は給水装置、２１は空隙部、２２はドレン
弁、２３は蒸気取出管、２４は蒸気ｒ）め弁、２６．２
７は吊金具、２８は安全弁、２９は耐熱パツキン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水和反応物を含む溶融スラグを固化後破砕して得た
   高温状態の小片スラグを密閉容器内に収納し、この容器
   内でスラグに対して散水を行なうことにより、水蒸気と
   ともに圧力を得、該水蒸気。 圧力及び高温雰囲気を利用して前記スラグ中の水和反応
   物の水利反応を促進させスラグの改良を行なうことを特
   徴とするスラグの安定化及び冷却のための処理方法。 ２ 水和反応物を含む溶融スラグを固化後破砕して得た
   高部状態の小片スラグを密閉容器内に収納し、この容器
   内でスラグに対して散水を行なうことにより、水蒸気と
   ともに圧力を得、該水蒸気。 圧力及び高温雰囲気を利用して前記スラグ中の水和反応
   物の水利反応を促進させるとともに、前気水蒸気の一部
   を混圧水蒸気として回収しスラグ改質と併せてスラグの
   顕熱及び水和反応熱を回収することを特徴とするスラグ
   安定化及び冷却のための処理方法。