(57)【要約】      （修正有）【課題】不定形耐火物の施工用機器を洗浄した排水から沈殿物を不定形耐火物として再利用し易い状態で回収でき、且つ浄化水を円滑に、安定して洗浄用水として再使用可能な不定形耐火物施工用機器の洗浄方法を提供する。【解決手段】精錬容器に内張りする不定形耐火物の施工用機器を洗浄装置のノズルからの水噴射で洗浄し、その洗浄排水を、ピットに注入して上澄み液１１と沈殿物に分離して処理する洗浄方法を改良した。具体的には、前記ピットを複数の室６に分割し、各室には、流れの上流側から複数の堰を「潜り堰１２」と「溢流堰１３」の順に繰り返しで配設し、洗浄排水が含有する固体粒子を粒度別に沈殿させて洗浄排水を浄化すると共に、最後段室の浄化水を洗浄装置のノズル１４に戻して再利用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬容器に内張りする不定形耐火物の施工用機器を洗浄装置のノズルからの水噴射で洗浄し、その洗浄排水を、ピットに注入して上澄み液と沈殿物に分離して処理するに際して、
前記ピットを複数の室に分割して前記洗浄排水を順次各室へ流すと共に、各室には、流れの上流側から複数の堰を「潜り堰」と「溢流堰」の順に繰り返しで配設し、洗浄排水が含有する固体粒子を粒度別に沈殿させて洗浄排水を浄化し、最後段室の浄化水を洗浄装置のノズルに戻して再利用することを特徴とする不定形耐火物施工用機器の洗浄方法。
【請求項２】
前記ピットの分割数を３室以上とし、各室に３つ以上の堰を設けることを特徴とする請求項１記載の不定形耐火物施工用機器の洗浄方法。
【請求項３】
前記粒度別に沈殿した固体粒子を、定期的に各室から抜き出し、乾燥後に不定形耐火物として再利用することを特徴とする請求項１又は２記載の不定形耐火物施工用機器の洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄装置のノズルは、高圧空気の通路とする内管と、該内管のほぼ中央部を覆い、前記浄化水が導入され、両端を塞いだ短尺の外管とで形成すると共に、該外管には、それと直交する方向に浄化水の導入口を設け、前記内管の中央部には、周方向に開口直径が  １〜２０ｍｍの貫通孔を多数設け、該内管内に侵入させた浄化水を分散してから前記高圧空気で噴射することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の不定形耐火物施工用機器の洗浄方法。
【請求項５】
前記各室での洗浄排水の滞留時間がそれぞれ２００〜４００秒の範囲となるように、前記ピットに流す流量、もしくは前記堰の数を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の不定形耐火物施工用機器の洗浄方法。
【請求項６】
前記洗浄装置のノズルに戻す浄化水の固体含有量が０．８質量％以下となるように、前記ピットに流す洗浄排水の流量を調整することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の不定形耐火物施工用機器の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物施工用機器の洗浄方法に係わり、詳しくは、ミキサ、ホッパ、コンベア、吹き付けノズル等の不定形耐火物の施工に用いる機器を水で洗浄した後、その洗浄に使用した後の排水（以下、洗浄排水という）を沈殿槽に送り、固体粒子を沈殿させて上澄液として浄化するに際し、沈殿物を再度不定形耐火物として有効利用できる形態で回収可能としたり、浄化した水を再び洗浄用の水として再利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼の溶製には、溶融状態にある溶銑、溶鋼を保持し、該溶鋼等の搬送、精錬を行うため、耐火物を内張りした多種の容器類（溶銑鍋、溶鋼鍋、樋、真空脱ガス槽等）が用いられる。それら容器に内張りされる耐火物としては、従来は、耐火レンガのように、一定の形状に成形された所謂「定形耐火物」が主として利用されていた。そして、近年は、単に粉粒状で、一定の形状を有しない「不定形耐火物」も多用されるようになっている。その理由は、「定形耐火物」のように時間のかかるレンガ積み施工作業を行わなくとも、施工位置で、「不定形耐火物」を型枠に流し込んだり、充填加圧あるいは吹き付け等によって比較的容易に施工作業が行える利点があるからである。
【０００３】
そのような不定形耐火物の施工作業に際しては、該不定形耐火物の混合や、水を添加して混練する必要があり、ミキサ等の混練機や、該混練物を型枠がセットされた被施工体へ流し込み、もしくは吹付けるための吹付け機が使用される。これらの機器（以下、耐火物施工用機器という）は、ミキサ、ホッパ、コンベア、樋、溶銑鍋、溶鋼鍋等の施工対象の種類に応じ、使用する不定形耐火物の種類や粒度及び結合材（バインダともいう）が変わるため、使用後には水洗で清浄にしておく必要がある。
【０００４】
ところで、上記した洗浄排水は、平均すると１日あたり１０ｍ３程度生じるが、従来より、特別な排水処理機能を備えた設備ではなく、図３に示すように、不定形耐火物施工用機器である例えばミキサ１から単に排水ピット（以下、単にピット２ともいう）にバッグ３を介して送られ、該ピット２内の洗浄排水４を主に自然蒸発で処理するようにしていた。そのため、施工作業が多い時における該洗浄排水４のピット２への連続的な流入、あるいは強雨時の多量な雨水のピット２への流入によっては、図示していないが、該ピット２から洗浄排水等が溢れ出し、周囲の側溝や土地へ直接流出する状況も発生していた。
【０００５】
この洗浄排水４は、耐火物中に含まれているセメントによりアルカリ性を示し、また耐火物の微粉は、一度は沈殿するものの、再浮遊し易いために白濁しており、側溝等、ピット外への漏出は、環境問題になる恐れがあった。また、このような白濁した洗浄排水４の浄化方法としては、フィルタで除去したり、薬剤の注入で微粉を除去することも考えられるが、どちらの方法も設備の改造コスト及び運転コストが必要となり、洗浄排水４の処理には大きなデメリットとなり、採用し難い。
【０００６】
さらに、前記ピット２の底部には、被洗浄物である不定形耐火物（施工体の骨材・粗粒等を構成する）が沈殿して溜まる。この沈殿物５（以下、固体粒子５ともいう）は、ピット２から定期的あるいは必要に応じて抜き出して回収され、埋め立て処分を行っていた。しかしながら、最近は、環境規制が厳しいばかりでなく、用地自体の不足で、埋め立てができない傾向にあり、別の対策が切望されていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、不定形耐火物の施工用機器を洗浄した排水から沈殿物を不定形耐火物として再利用し易い状態で回収でき、且つ浄化水を円滑に、安定して洗浄用水として再使用可能な不定形耐火物施工用機器の洗浄方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。その本発明は、精錬容器に内張りする不定形耐火物の施工用機器を洗浄装置のノズルからの水噴射で洗浄し、その洗浄排水を、ピットに注入して上澄み液と沈殿物に分離して処理するに際して、前記ピットを複数の室に分割して前記洗浄排水を順次各室へ流すと共に、各室には、流れの上流側から複数の堰を「潜り堰」と「溢流堰」の順に繰り返しで配設し、洗浄排水が含有する固体粒子を粒度別に沈殿させて洗浄排水を浄化し、最後段室の浄化水を洗浄装置のノズルに戻して再利用することを特徴とする不定形耐火物施工用機器の洗浄方法である。
【０００９】
この場合、前記ピットの分割数を３室以上とし、各室に３つ以上の堰を設けたり、あるいは前記粒度別に沈殿した固体粒子を、定期的に各室から抜き出し、乾燥後に不定形耐火物として再利用するのが好ましい。また、前記洗浄装置のノズルは、高圧空気の通路とする内管と、該内管のほぼ中央部を覆い、前記浄化水が導入され、両端を塞いだ短尺の外管とで形成すると共に、該外管には、それと直交する方向に浄化水の導入口を設け、前記内管の中央部には、周方向に開口直径が１〜２０ｍｍの貫通孔を多数設け、該内管内に侵入させた浄化水を分散してから前記高圧空気で噴射するのが良い。さらに、前記各室での洗浄排水の滞留時間をそれぞれ２００〜４００秒の範囲になるように、前記ピットに流す流量、もしくは前記堰の数を調整したり、あるいは前記洗浄装置のノズルに戻す浄化水の固体含有量が０．８質量％以下となるように、前記ピットに流す洗浄排水の流量を調整するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、洗浄排水を処理するピットや洗浄用水の噴射ノズルに簡単な工夫を凝らすだけで、設備費ばかりでなく、管理要員の人件費も安価に、洗浄排水の後処理ができるようになる。また、洗浄排水が含有する固体粒子は、粒度別に回収されるので、微粉は粉状の不定形耐火物としてそのまま、例えばＲＨ耐火物のれんが施工時のれんが間に発生する隙間等へ充填使用することができるし、また比較的粒度の大きいものは骨材として再利用できる。さらに、浄化した排水は、洗浄用水としての再利用が可能になるという大きな効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施に利用した洗浄過程を示す模式図である。
【図２】本発明の実施で得られた回収物の再利用を説明する図である。
【図３】従来の不定形耐火物施工用機器の洗浄排水処理方法を説明する模式図である。
【図４】洗浄排水の沈殿実験の結果を示す図である。
【図５】本発明の基礎をなす実験装置の説明図である。
【図６】本発明の基礎をなす堰利用の水モデル実験を説明する模式図である。
【図７】洗浄用の高圧水吹付けガン及び水の高圧化手段を利用した洗浄過程を示す図である。
【図８】上記高圧化手段の構造を説明する図である。
【図９】本発明の実施に利用した水噴射用のノズルと、水導入部分の拡大構造を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
発明者は、洗浄排水から沈殿物を不定形耐火物として再利用し易い状態で回収でき、且つ浄化水を円滑に、安定して洗浄用の水として再使用可能にするため、種々の実験を行った。
【００１４】
まず、洗浄排水をサイズがビーカ程度の複数の小型容器に入れて放置し、時間の経過に伴う沈殿の進行状況を観察すると共に、上済み液を採取し、固体粒子５（実際には、ほとんどが洗浄された排水に含まれる不定形耐火物屑である）の含有率を測定した。その結果、図４に示すように、２４時間かければ含有する固体粒子のうちの９８％が沈殿し、上済み液の含有率が０．０５質量％にまで低下し、それ以降は沈殿速度が著しく低下することがわかった。
【００１５】
そこで、図５に示すように、３つの沈殿槽６と、高圧水吹付けガン７、溜まり槽８、水の高圧化手段９からなる洗浄装置と、水中ポンプ１０とを組み合わせて、ミキサ１の洗浄を行い、最終沈殿槽の上済み液（以下、浄化水１１ともいう）を洗浄用の水としてリサイクルする実験を開始した。ところが、溜まり槽８の浄化水１１を採取し、固体粒子５の含有率を測定したところ、２４時間で０．０５質量％になるはずが、０．８質量％と予想より多くなっていた。発明者がその原因を追究したところ、前記したピット２を３つの沈殿槽６に分割しても、洗浄排水４は各槽の表面をショートカットして流れ、沈殿しない固体粒子５が最終沈殿槽にまで流れ込む場合があると判断した。
【００１６】
発明者は、このショートカットの流れを防止するため、各沈殿槽６に堰を設けることを着想した。そして、適切な堰の数を決めるため、図６に示すような水モデル実験を行い、水の滞留時間を調査した。水の初速は、実際の洗浄装置での値を用いて０．７６ｍ／ｓｅｃとし、各沈殿槽６に設置する堰の数を１〜５枚と変化させて、水の滞留時間と最終沈殿槽での上済み液の固体粒子含有率を測定した。また、堰としては、ショートカット流れを防止することに鑑み、複数枚の設置に再しては、最上流側に潜り堰１２（水が堰の下方を通過）を、ついで溢流堰１３（オーバーフロー堰ともいい、水が堰の上方を流れる）を配置し、その組み合わせ順を繰り返す配置とした。
【００１７】
その結果、１槽あたりの水の滞留時間は、堰なしで６０秒、１枚堰で１０５秒、３枚堰で２００秒、５枚堰で２０５秒となり、堰の設置で水の滞留時間は延長でき、５枚堰以上に枚数を増やしてもその延長効果が小さいことが確認できた。また、浄化水１１の固体粒子５の含有率は、３枚の堰を取り付けた場合で０．０５質量％になることもわかった。
【００１８】
そこで、発明者は、精錬容器に内張りする不定形耐火物の施工用機器を前記洗浄装置からの水噴射で洗浄し、その洗浄排水４を、ピット２に注入して上澄み液と沈殿物に分離して処理するに際して、以上述べた実験結果に基づけば、浄化水１１を円滑に、安定して洗浄用の水として再使用可能となると考え、以下の方法を着想したのである。
【００１９】
すなわち、それは、図７に示すように、前記ピット２を複数の室（沈殿槽６）に分割して前記洗浄排水４を順次各室６へ流すと共に、各室６には、流れの上流側から一定の間隔で複数の堰を「潜り堰１２」―「溢流堰１３」の順に繰り返しで配設し、洗浄排水４が含有する固体粒子５を粒度別に沈殿させて洗浄排水４を浄化し、最後段の室から水中ポンプ１０で吸い上げた浄化水１１を、その溜まり槽８を介して浄化水１１の高圧化手段９からなる洗浄装置を介し高圧水吹付けガン７に戻し、洗浄用水として再利用することを着想したのである。
【００２０】
ところが、上記の着想を具体的に実施して、浄化水をミキサ１の洗浄にリサイクルしたが、図８に示す水の高圧化手段９の内部で配管に詰まりが発生し、円滑に噴射ができない場合の生じることがわかった。つまり、図８の高圧化手段９には、高圧水ポンプが利用されているが、その取水口にあってポンプの故障を防ぐため、メーカにて事前に内蔵させたフイルタの目詰まりが頻発し、該ポンプが浄化水１１には適さないことがわかったのである。そこで、発明者は、洗浄装置として高圧化手段９に代わるものが必要と考え、さらなる検討を行った。
【００２１】
その結果、不定形耐火物の吹き付け施工を行う際に使用している吹付けノズルを利用すれば、高圧化手段９を用いずとも、溜まり槽８の浄化水１１を噴射できるのではと考え、試行を行ったところ、固体粒子５の含有率が０．８質量％以下の浄化水１１でつまりがなく、良好な成績を得ることができた。その吹付けノズル１４の構造を図９に示すが、それは、高圧空気１５の通路とする内管１６と、該内管１６のほぼ中央部を覆い、前記浄化水１１が導入され、両端を塞いだ短尺外管１７とで形成すると共に、該外管１７には、それと直交する方向に浄化水の導入口１８を設け、前記内管１６の中央部には、周方向に開口直径が１〜２０ｍｍ程度の貫通孔１９を多数設け、内管１６内に侵入させた浄化水１１を分散させるようになっている。つまり、コンプレッサーからの搬送用空気１５を前記内管１６に導通させ、外管１７側に固体粒子含有率が０．０５〜０．８質量％未満の浄化水１１を流す二重管構造となっている。そして、本発明では、この吹付けノズル１４を、前記した高圧化手段９及び高圧水吹付けガン７に代えて使用することにした。従って、本発明を実施する装置は、図１に示すようになる。
【００２２】
ただし、この二重管型ノズル１４においても、浄化水１１の固体粒子含有率が０．８質量％にまで上昇すると、外管側に設置されている多孔式の貫通孔１９で目詰まりを起こし、円滑な使用ができなくなる。そのため、本発明では、浄化水１１の固体含有率の好適な範囲として０．０５〜０．８質量％未満を目指すことにしたのである。また、前記貫通孔１９の開口直径を１〜２０ｍｍとしたのは、１ｍｍ未満では小さすぎて短時間で十分な水が通過しないし、２０ｍｍ超えでは大き過ぎて水のミスト化（分散効果）が不十分であるからである。さらに、本発明では、貫通孔の個数を２〜２０程度とするのが良い。２個未満では、水の分散が不十分であり、２０個超えでは分散効果が飽和するからである。
【００２３】
また、本発明では、前記ピット２の分割数を３室以上とし、各室６に３つ以上の堰を設けるのが最も好適であったので、そのことも本発明に加え、さらに、前記粒度別に沈殿した固体粒子５を、定期的に各室６から抜き出し、乾燥後に不定形耐火物として再利用できることも確認し、そのことも本発明とした。つまり、既存の排水ピット２を数室に分割し、それぞれの室６に堰を設けることで、各室６に溜まる固体粒子５（沈澱した不定形耐火物）は、上流側の室には粗粒が、下流側の室には微粉が堆積するようになり、粒度の分離ができるようになる。これらの粒度の分類された沈澱耐火物は、定期的に回収・乾燥することで、粒度の揃った不定形耐火物の原料となるのである。
【００２４】
さらに、発明者は、上記ノズル１４を使用して噴射、洗浄すること、及び該ノズル１４に戻す浄化水１１の固体含有量が０．８質量％以下となるように、ピット供給する洗浄排水の流量を調整することも本発明とした。また、本発明では、前記ピットの各室での洗浄排水の滞留時間をそれぞれ２００〜４００秒の範囲となるように、ピットに供給する洗浄排水の流量、堰の数を調整するのが好ましいこともわかった。特に、固体粒子の沈降速度を評価するストークスの法則に基づくと、粒度が小さくなるに従い、堰の開口面積は、採取できる平均粒径の２乗に反比例する面積とするのが望ましい。
【００２５】
固体粒子５の含有量が０．８質量％を超えると、前記本発明に利用するノズ１４でも詰まりが発生し、噴射が円滑でなくなるからである（図８参照）。また、前記ピットの各室での洗浄排水の滞留時間をそれぞれ２００〜４００秒の範囲とするのは、２００秒未満では沈降が遅く、洗浄排水の浄化が進まず、４００秒超えでは沈殿速度への影響が飽和し、効率が悪くなるからである。
【実施例】
【００２６】
転炉から出鋼した溶鋼を取鍋に収容し、ＲＨ真空脱ガス槽で二次精錬するに当たり、該取鍋の内張りするパーマれんがとワークれんがとの間に生じる隙間の充填材として不定形耐火物を使用した。その不定形耐火物は、アルミナ系で、粒度が５ｍｍ以下のものである。取鍋用の不定形耐火物施工終了後、施工に際して該不定形耐火物の混練に用いたミキサ（施工用機器の一例）を水噴射で洗浄した。その際、上記した本発明に係る洗浄方法を採用した。使用した装置は、図１に模式的に示したものである。ピット２を仕切板で３室に分割し、洗浄排水４を流量７リットル／ｍｉｎで順次各室６へ流した。各ピット（順次Ａ，Ｂ，Ｃと称する）の大きさは、Ａ室が，幅：１８５０ｍｍで、長さ：９００ｍｍ、深さ：９００ｍｍで、Ｂ室は、幅：１８５０ｍｍで、長さ：９００ｍｍ、深さ：９００ｍｍとし、Ｃ室は、幅：１８５０ｍｍ、長さ：９００ｍｍ、深さ：９００ｍｍである。そして、各室６には、流れの上流側から３枚の堰を「潜り堰」１２、「溢流堰」１３、「潜り堰」１２の順に繰り返しで配設し、従来通りに約０．７６ｍ／ｓｅｃの落下速度で洗浄排水４を流して、該洗浄排水４が含有する固体粒子５を粒度別に沈殿させて洗浄排水４を浄化した。ノズル１４としては、内管１６に２個の貫通孔１９を有し、その孔の直径を１５ｍｍとしたものを用いた。また、内管に吹き込んだ空気１５は、圧力が４〜５ＭＰａ、流量が２６０リットル（標準状態）／ｍ３で、外管１７に供給する浄化水１１の流量は７リットル／ｍｉｎであった。
【００２７】
その結果、各室６に沈殿した固体粒子５の粒度は、上流側のＡ室が０．２〜４．０ｍｍ、Ｂが０．３ｍｍ以下、Ｃが０．０７５ｍｍ以下であった。また、最終室Ｃの上済み液、つまり浄化水１１の固体粒子含有率は０．５質量％であった。そこで、この浄化水１１を水中ポンプ１０を用いて溜まり槽８に送り、洗浄装置である吹付けノズル１４を介して洗浄用の水として再利用した。
【００２８】
また、固体粒子５の沈殿は円滑に行われ、洗浄排水の浄化が操業上でのトラブルは一切なく、円滑、且つ安定して行われることが確認できた。さらに、回収した粒度：０．２〜４．０ｍｍの固体粒子５は、図２に示すように、ＲＨ真空脱ガス槽の内張りレンガ２０の背面充填材２１に再利用できた。加えて、粒度が大きめで５ｍｍを超えるものは、定形耐火物の骨材に、０．０７５ｍｍ以下のものは不定形耐火物の微粉として再利用できることも確認した。
【符号の説明】
【００２９】
１    ミキサ
２    ピット
３    バッグ
４    洗浄排水
５    固体粒子
６    沈殿槽（または室）
７    高圧水吹付けガン
８    溜まり槽
９    高圧化手段
１０  水中ポンプ
１１  浄化水（上済み液）
１２  潜り堰
１３  溢流堰
１４  ノズル
１５  高圧空気
１６  内管
１７  外管
１８  浄化水の導入口
１９  貫通孔
２０  内張りレンガ
２１  背面充填材
２２  ＲＨ真空脱ガス槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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