(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス状スラグ製造方法であって、
側面を有する外殻体から成るコーンを、コーン縦軸を中心に回転させる工程、
前記外殻体の側面を冷却する工程、
前記コーン上へ溶融スラグを注ぎ、前記コーン軸を中心とする前記コーンの回転に乗りながら重力を利用して固形化させてスラグフィルムを形成する工程、及び
前記フィルムが前記コーンが０．６〜０．９回転することによってもたらされた後、フィルムを前記側面から剥がし、それによって固形化されたスラグを取り出す工程、から構成され、
前記溶融スラグは注液ゾーンから前記側面上へ注がれ、前記側面の長さの７５％〜９５％に亘って層が形成されることを特徴とするガラス状スラグ製造方法。
【請求項２】
前記コーンの側面とコーン基部間が一定角度から成り、該角度が１０〜３５°であることを特徴とする請求項１記載のガラス状スラグ製造方法。
【請求項３】
前記コーンが回転速度約０．５〜５ｒｐｍで回転されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記コーンの基部から注液ゾーンまで測定した長さが約１〜１０ｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記コーン基部の直径が約２〜３０ｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記コーンの外殻体の冷却中に回収される熱を用いてスチーム生成及び又は発電が行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記層の剥離片が破砕され、次いで約１００℃〜約３００℃まで冷却され、前記層の剥離片の冷却中に回収される熱を用いてスチーム生成及び又は発電が行われることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記層の剥離片が破砕されてスラグ粒子が生成され、該スラグ粒子は熱交換機中へ充填され、逆流の冷却ガスを用いて冷却され、さらに熱交換機から放出され、
熱交換機は複数のサブユニットに分割され、該サブユニットのそれぞれにはスラグ粒子取込ポート、スラグ粒子排出ポート、冷却ガス吸気ポート、及び冷却ガス排気ポートが設けられ、
前記サブユニットの少なくとも１つには高温スラグ粒子が前記取込ポートを通して充填され、冷却されたスラグ粒子は前記スラグ粒子排出ポートを通して放出され、及び
前記冷却ガス吸気ポート及び前記冷却ガス排気ポートはスラグ粒子の充填／放出中は閉じられ、スラグ粒子の充填／放出と同時に、他のサブユニットの少なくとも１つが、冷却ガス吸気ポートを通して冷却ガス流を噴射し及び加熱された冷却ガス流を前記冷却ガス排気ポートから抜き出すことによって冷却され、
前記スラグ粒子取込ポート及び前記スラグ粒子排出ポートはスラグ粒子の冷却中は閉じられ、及び加熱高温化された冷却ガスがエネルギー回収に利用されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
ガラス状スラグ製造装置であって、
コーン縦軸、基部及び、第一側面及び該第一側面に反対側の第二側面を有し、前記側面と基部が１０〜３５°を成す外殻体を有して成るコーン、
前記コーンをそのコーン軸を中心に回転させるようになっている前記コーンを回転させるための駆動装置、
前記外殻体の前記第一側面上の注液ゾーン内に溶融スラグを注ぐため該外殻体に隣接して配置されるスラグフィーダー、
前記外殻体からスラグを取り出すための剥離装置、及び
前記外殻体を冷却するための冷却装置、から構成され、
前記装置は前記外殻体上に処理された溶融スラグをガラス状スラグ層へ変換するように構成されていることを特徴とする前記製造装置。
【請求項１０】
さらにスラグクラッシャーを備えることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記コーンの注液ゾーンから前記コーン基部まで測定した長さが約１〜１０ｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記コーン基部の直径が約２〜３０ｍであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
さらに前記コーンの回転速度を０．５〜５ｒｐｍに調節するための制御装置を備えることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には金属工業、より具体的には製鉄工業から生ずるスラグの熱回収との組み合わせによる乾燥固形化方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱石の精錬及び粗金属の清澄あるいは精製においては、通常高温の溶融スラグが生成される。スラグのタッピングによって系から高速で熱が除去され、液状のスラグは冷却されて比較的短時間で固体状態となり、多少の困難性はあるが、取り扱える状態となる。
【０００３】
通常、スラグの経済的価値は限定されている。建築材料として利用されるスラグは極めて少量であり、実質的な熱エネルギーを有しているにも拘わらず、系から取り出された熱は回収されることなくスラグの大部分は廃棄物として処理される。
【０００４】
廃棄物を最小限に抑えようとする考え方、及びエネルギーを節約しようとする考え方が高まるにつれて、溶融廃スラグに対してより関心が向けられ、種々の試みが為されている。
【０００５】
日本特許61-08357B (C.A. Vol. 105, Ref. 9845 y)には、スラグの粒状化のためのコンパクトなドラムから成る装置が開示されている。水冷式ウイングが中心シャフトへ取り付けられ、可逆的に回転されることによってスラグが分割される。前記ドラムの下半分は流水で冷却され、熱を吸収した該流水はエネルギー回収プラントへ運ばれる。前記ドラムには側部取り込み口及び粒状化されたスラグを排出するための取り出し口が備えられる。
【０００６】
GB 2002 820には、溶融スラグの噴射流が回転型かつ円錐形または円錐台形の標的に対して噴射される、回転型かつ円錐形または円錐台形の該標的を備える溶融物粒状化装置について記載されている。
【０００７】
溶融スラグの噴射流は標的に対する衝撃によって崩壊し、スラグは小さな粒子となって標的表面からはね返され、流動層中に投げ出されて冷却される。該標的の外面は固く、平滑で、かつ耐熱性及び熱伝導性である。該標的は頂点を有し、その角度は約６０〜８０°である。
【０００８】
SU 1 101 432 A1には、固定反転型中空コーンの内面上に設けられる液状スラグ冷却装置について記載されている。反転型コーンの冷却面の上部において、冷却面を頂部から覆い、かつ駆動装置によって該冷却面の縦軸と一致する軸を中心とした回転動作状態となるように設定する支持体上に蓋が取り付けられる。可動性蓋上には、スラグを送り出すためのチャネル及びスラグ破砕装置が配置される。溶融スラグの前記冷却装置への移動を容易にするため、スラグ送りチャネルは受け容器から構成され、該受け容器の軸は可動性蓋の回転軸と一致するように配置され、分配容器が該可動性蓋の周辺に配置され、さらにこれら２つの容器がシュートで接続される。可動性蓋が回転している間、分配シュートは冷却面の上端に沿って移動する。スラグ破砕装置はスイング型ハンマーミルとして作製され、かつ分離型駆動装置を備える。
【０００９】
米国特許No. US 4,909,837には、スラグ粒状化方法及び装置が開示されている。本装置においては、溶融スラグがドラム中へ充填され、該ドラム中において溶融スラグが冷却面上で固形化され、さらに粒状化される。高スループットでの急速冷却を確保するため、溶融スラグは水平軸上で回転され、かつ冷却された外殻体を有するドラムの内面へ処理され、該ドラムを約45分間回転した後、固形化されたスラグのフィルムが前記内面から機械的に剥がし取られる。
【００１０】
米国特許No. US 4,050,884には、冶金スラグの冷却及び固形化から生ずる熱を吸収し、その熱をスチーム等の有用エネルギーへ変換する方法が記載されている。
【００１１】
US 4,330,264には、ガラス状スラグの製造装置が記載されている。この製造装置は、周縁面が互いに接触しており、かつ同一周縁速度で互いに反対方向へ回転する一対の冷却ドラムと、前記冷却ドラム対の両端と接触状態となるように、前記冷却ドラム対の両端の上半分に取り付けられる一対のウェヤーと、前記ウェヤー対及び前記冷却ドラム対の本体部を用いて形成され、かつ溶融スラグが注入されるスラグだめと、前記冷却ドラムのそれぞれへ送り込まれ、前記スラグだめ中の前記溶融スラグと熱交換を行い、前記冷却ドラム対の周縁面上に置かれ、及び熱回収のため５ｋｇ／ｃｍ２以下の圧力下で前記冷却ドラム対のそれぞれから放出され、それによって前記溶融スラグが前記高沸点熱媒体との熱交換を経てほぼ完全にガラス状スラグへ変換され、さらにスクレーパによって前記冷却ドラム対の周縁面から剥がし取られる、大気圧下で２００℃以上の沸点をもつ高沸点熱媒体から成る、前記冷却ドラム対を冷却するための冷媒から構成されている。
【００１２】
しかしながら、公知方法は必ずしも要求あるいは商業的実務を満足させるものではなく、また困難性を伴ってしか実施できないことが欠点となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した欠点のない乾燥スラグ固形化方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、
コーン縦軸を中心に側面をもつ外殻体から成るコーンを回転させる工程、
前記外殻の側面を冷却する工程、
溶融スラグを前記コーンの前記側面上へ注いで重力によってスラグフィルムを形成しつつ、該層を前記コーン軸を中心とした前記コーンの回転に載せながら固形化させる工程、及び
前記コーンが０．６〜０．９回転した後、もたらされたフィルムを前記側面から剥がし、それによってスラグを取り出す工程によって構成され、
前記溶融スラグは注液ゾーンにおいて前記側面上へ注がれ、拡散されて前記側面のほぼ全長に亘って、好ましくは前記側面の長さの７５％〜９５％に亘って層を形成することを特徴とする、本発明に従ったガラス状スラグの製造方法によって達成される。
【００１５】
従って、溶融スラグは、ガラス状スラグの固形化された層が生ずるように、縦軸上で回転し、かつ冷却された外殻体を有するコーンの外部あるいは外側側面へ処理される。ガラス状スラグの固形化層は、好ましくはコーンを約７５％〜９５％回転させた後、外面から機械的に剥がされ、放出される。
【００１６】
本発明に従った方法によれば、溶融スラグは連続的あるいは断続的にコーン頂部に近い傾斜側面上へ、好ましくはコーンの上半分へ、さらに好ましくはコーンの上部１／３へ注液され、次いで重力作用及びコーンの冷却された外殻体の全高に及ぶ回転を通して拡げられる。
【００１７】
重要なこととして、液状スラグは、スラグ流が空中に跳ね返って粒子化することがないように、コーンの側面上へ注がれること、すなわち配給されることに注意すべきである。従って、スラグは、注液トラフと回転中のコーンとの接触を回避できるように、安全なマージンがとられた注液トラフの壁厚に対応する最小限の高さからコーン上へ注がれる。この高さは好ましくは１００〜６００ｍｍ、さらに好ましくは２００〜４００ｍｍである。このようにしてスラグの衝撃速度は低く、好ましくは１ｍ／秒以下に保持される。
【００１８】
任意であるが、１または２以上のローラーを用いてコーン側面上におけるスラグの拡がりを補助し、またスラグ層の厚さを調整することも可能である。また、スラグから熱を取り除くため、１または２以上のローラーを冷却してもよい。しかしながら、コーン側面上へスラグを拡げる際にローラーは用いず、重力と回転の作用だけで拡げることが好ましい。
【００１９】
本発明方法の利点は、重力と回転が組み合わされた作用によって均質層の形成が得られることから、困難性なく実施できることである。液状スラグは冷却されたコーン側面を下降して冷却面と接触した後に固形化された層となる。液状スラグがさらにコーンの底部へ向かって進めば進むほど、スラグはさらに固形化され、前記面の下端部に達した時点で層は完全に固形化される。溶融スラグは、火山のスロープを下降する溶岩のように、コーン側面を下降する。コーンの回転によってスラグは絶えず新たな冷却面と接触することから、コーンの下端部にまで亘って液状スラグが拡がらないことが確実とされる。
【００２０】
従って、スラグは、重力と回転が組み合わされた作用によって、たとえスラグがコーン頂部に近いかなり狭い注液ゾーンに滴下されても、拡散装置あるいは貯蔵器を必要とせずに、冷却されたコーンの表面全体に亘って均等に処理される。この特徴は、スラグが貯蔵器を経て及び又は幾分複雑化された拡散装置を経て冷却面へ運ばれる上述の引例先行技術によるスラグ固形化装置に優る大きな利点である。これら先行技術による装置の欠点は、スラグが遅かれ早かれ固形化し、表面が堅くなることにより該装置の障害となって液状スラグの分配が危くなり、しばしば修理のために装置の停止が必要とされることである。
【００２１】
本発明に従った方法においては、米国特許No US 4,909,837の実施例に関して記載されているように液状スラグを必ずしも表面の全長に亘って送り込む必要はない。実施の際、スラグはトラフ内部に堅くなった表面を生成し易く、しばらくすると液状スラグをトラフの長さに亘って均等に注ぐことが不可能となるため、液状スラグで満たされた注液トラフを傾けることによって長さの全体に亘って均質に層を形成することは実際には極めて困難である。さらに、均質な厚さの層が形成されることを確実にするために、LU 87677に記載されているようなスクレーパ等の装置を使用することを全く必要としない。このようなスクレーパ装置には、スラグがスクレーパの末端周囲で比較的速く固形化してしまい、スラグの層が不規則に形成されてしまう欠点がある。このような固形化は防止される必要があり、連続した固形化が可能となる前に、スクレーパに固形化したスラグが生じてはならない。
【００２２】
先行技術とは異なり、本発明によれば、前記側面全体に亘る層の厚さあるいは長さ、すなわち液状スラグが注液ゾーンから側面へ下降して完全に固形化して流れが止まるまで距離は、単純にコーンの回転速度を変更するだけで調節し、許容範囲内に保持することが可能である。
【００２３】
前記コーンの回転速度は、好ましくは該コーン側面の全長上に、すなわち注液ゾーンとコーン下端との間に厚さ約５〜１０ｍｍのスラグ層が形成されるように設定される。この厚さは、スラグの温度によっても調節される。好ましくは、コーンの角速度は測定される層厚との相関において制御される。温度が低い場合、スラグ層はより厚くなるためコーンはより遅い回転としなければならない。温度が高い場合、スラグ層はより薄くなるため回転速度はより速くしなければならない。
【００２４】
本発明に従ったスラグ固形化方法によって得られるさらなる利点として、コーンの回転によって溶融スラグの冷却に利用される冷却面が継続して新しくなり、スラグの固形化及び確認に理想的な条件が確保されることがある。これにより、単純にコーンの回転速度を調節するだけで、開始温度やスラグ速度に拘わりなく、ほぼ全体的にガラス状化されたスラグ層を常に確実に得ることが可能となる。
【００２５】
本発明においては、用語「コーン」とは、平らな通常は円形の底部から頂上または頂点と呼ばれる点へと滑らかに先細になる３次元幾何学的形状のことを指す。より正確には、平面である底部と頂点を底部周辺へ繋ぐすべての直線セグメントの軌跡によって形成される表面（側面と呼ばれる）によって境界が限定される立体形状である。コーンの軸は直線であり、前記頂点を通って延び、該頂点の周りの側面は回転対称を呈する。
【００２６】
本発明において用いられるコーンは好ましくは直円形円錐体である。ここで「直」とは軸が底部の中心を直角に通ること、及び「円形」とは底部が円形であることを意味している。このコーンは、好ましくはいわゆる切頭の、すなわち頂点の下方あるいは上方が切断された円錐体である。
【００２７】
スラグは、注液装置中に吊るされたスラグバケットから、その末端がコーンの頂部付近まで延びる注液トラフを経て注ぐことが可能である。スラグは金属生成炉のスラグランナーシステムから直接注ぐことができ、このスラグランナーシステムはコーン頂部に隣接するポイントまで延びている。このように構成することは、ロシア特許SU 1 101 432 A1の固定型円錐体及び回転送りでは殆ど不可能である。
【００２８】
コーン表面上に形成される層の厚さはスラグの粘度、底部とコーン表面との角度、スラグの塊流または流速、及びコーンの回転速度によって変動する。実施においては、前記層の厚さはゆえにコーンの回転速度に影響される。コーンの回転速度が高速であれば、あるいは角度が大きければ、概してスラグ層は薄くなる。
【００２９】
スラグ層はコーンの約３／４回転を経て移動した時点で、分離装置によって塊あるいは断片形状で取り外される。かかる分離装置あるいは剥離装置にはスクレーパまたはラップ装置、あるいはそれらの双方、あるいは類似装置を含めることが可能である。前記装置はコーンのほぼ全表面の高さに沿って取り付けられる。ラップ装置には、スクレーパをコーンの回転方向へ適切に先導するハンマー機構及び又はぎざぎざのある面ローラーを備えることが可能である。
【００３０】
スラグは、コーン上へ注がれる時、好ましくは約１２００〜１６００℃の温度とされる、また好ましくはガラス状スラグの固形化層の温度が６００〜９００℃になった時に前記コーンから放出される。前記層は典型例として厚さが約５〜１０ｍｍ、長さ及び幅が約１００ｍｍ以下の不規則形状の塊あるいは板状の断片として剥がされる。固形化されたスラグの大きな断片はコーンから例えばシュート中へと下降する際に破砕される。スラグ片の長さ及び幅はラップ装置及び又はスクレーパの構成に従って変動し、また調整することも可能である。
【００３１】
剥がされたスラグ片あるいは小スラグ塊は、好ましくは適当な装置中のスクレーパ下方に集められ、次いでコーン下方に配置されるスラグ収集シュートを適切に備える前記装置によってコーンから放出される。剥がされたスラグ片あるいは小スラグ塊は次いで熱絶縁コンベイヤーベルト、あるいは振動型運搬用トラフ等を用いて例えばスラグクラッシャーへ運ばれる。
【００３２】
スラグはスラグクラッシャー中において破砕された後、熱交換機中でさらに冷却され、取り戻された熱は好ましくはスチーム生成及び又は発電に利用される。実際には、冷空気は破砕されたスラグが入れられているサイロ底部を通して吹き込まれ、破砕されたスラグに接触して加熱され、次いで前記サイロの上部において元の冷空気へ戻される。加熱された空気はボイラーへ伝達されてスチーム生成及び又は発電が行われる。固形化工程中に回収された熱を利用してスチーム生成及び又は発電が可能なことに注意すべきである。
【００３３】
本発明の別の観点によれば、本発明はガラス状スラグの製造装置にも関する。本製造装置は、
ほぼ垂直なコーン軸と、第一側面及び該第一側面とは反対側の第二側面を有する外殻体から成るコーンと、
前記コーンをそのコーン軸を中心として回転させるようになっているコーン回転駆動装置と、
溶融スラグを前記外殻体の前記第一側面上の注液ゾーン中へ注ぐために、該外殻体に近接して配置されるスラグ送り装置と、
スラグ層を前記外殻体から剥がし取るための剥離装置と、
前記外殻体上へ置かれた溶融スラグをガラス状スラグ層へ変換するように構成された、前記外殻体を冷却するための冷却装置、から構成される。
【００３４】
剥がされたスラグ片あるいは小スラグ塊は適当な装置中のスクレーパ下方に集められ、コーンの下に据えられているスラグ収集シュート中にそれらスラグ片等を適切に含む該装置によってコーンから放出される。剥がされたスラグ片あるいは小スラグ塊は、次いで断熱コンベヤーベルトあるいは振動型運搬トラフ、さらにスラグ破砕機、そして熱交換機へと運ばれる。
【００３５】
ガラス状スラグ製造装置に１または２以上のローラーをコーン外殻体に面するように装備してコーン外殻体上におけるスラグの拡がりを補助し、及びスラグ層の厚さ制御を行うことが可能である。また、１または２以上のローラーを冷却してスラグから熱を取り除くことも可能である。
【００３６】
ガラス状スラグ製造装置は好ましくはスラグからの熱回収設備の一部として構成される。この熱回収装置には好ましくは熱交換機が含まれ、該熱交換機は、（おそらくスラグ破砕装置中におけるスラグ片の破砕後に）ガラス状スラグ製造装置から固形化スラグを受け取るように配置される。熱交換機は固形化スラグをさらに冷却するように、及びスラグの熱エネルギーを他の用途、例えば回収した熱を利用したスチーム生成及び又は発電に利用できるように構成される。熱交換機をサイロに構成して高温の固形化スラグで満たし、該サイロ中へその底部から上部へと空気を吹き込むことも可能である。該空気は固形化スラグと接触して加熱され、サイロ上部において元の温度に戻される。加熱された空気は次いで好ましくはボイラーへ送られてスチーム生成及び又は発電が行われる。コーン上におけるスラグの固形化中に回収される熱はスチーム生成及び又は発電にも利用可能であることに注意すべきである。
【００３７】
好ましい実施態様において、ガラス状スラグ製造装置には、円錐形スラグ固形化装置が含まれ、該スラグ固形化装置には冷却装置及びコーン軸を中心としてコーンを回転させるための駆動装置／ギアが装備される。該駆動装置／ギアは好ましくはコーンを約０．５〜５ｒｐｍの回転速度で回転させるように設計される。本発明の好ましい実施態様に従ったコーン基部は直径が約２〜３０ｍになるように構成される。コーンの外殻体は、前記注液ゾーンから前記基部までの長さが約１〜１０ｍとなるように構成される。前記基部とその側面との間の角度αは有利な態様として１０〜３５°である。これらの寸法は、もちろん処理されるべき溶融スラグの希望収量に従って定められる。上記寸法によれば、約１３００℃においてスラグ処理能力として６トン／分（毎分当たりトン数）の収量を提供することが可能である。より低い、あるいはより高い収量が用いられる場合であっても、その必要収量に応じて固形化装置の寸法を容易に適合化させることが可能である。
【００３８】
冷媒は、スラグの固形化中に加熱された後、熱回収のためのプラントへ送られる。また、前記注液操作中に発生した煙及び有害ガスは簡易方式ですべて除去可能である。
【００３９】
本発明に従ったガラス状スラグ製造装置には、好ましくはコーンの外殻体冷却手段が装備される。この冷却手段は内部冷却型外殻体によって構成可能である。冷却手段には水（又は他の熱伝達媒体）用の通路を設けて、水あるいは他の熱移動媒体を工場環境に置かれた空気や埃への曝露から保護することが可能である。回転コーン上の熱移動媒体通路は、好ましくは冷媒循環経路の静止部分へ回転型ユニオン連結を介して接続される。前記冷却手段にはさらに、少なくとも液状スラグが注がれる部分において、外殻体の第二面、すなわち液状スラグが上へ注がれる外殻体の反対側面上にスプレーノズルがさらに取り付けられる。スプレーノズルによって冷媒、好ましくは水が、外殻体の「背面」、すなわちスラグが注がれる面の反対側面上へスプレーされると理解される。従って、冷媒とスラグとの直接接触は確実に回避される。
【００４０】
また、追加ノズルを、液状スラグが注がれる外殻体側面の反対側面上にあるコーン外殻体の一部または全部の周辺に適切に配置することが可能である。その結果として、冷却水は、回転しているコーン外殻体の第二側面のほぼ全体に接触しながら流れることになる。加熱された冷媒をコーン下方のタブ中に収集し、及び熱回収プラントへ送り込むことが可能である。追加ノズルは緊急の場合のみ、例えばスラグの流速がコーンの設計パラメータを超え、冷媒回路を介した熱排出が不十分となった場合のみ作動されるように構成することも可能である。
【００４１】
さらに別の好ましい実施態様に従って、前記スラグ層の剥がされた断片は破砕され、スラグ粒子が生成される。スラグ粒子は熱交換機中へ充填され、冷却ガスの逆流によって冷却され、熱交換機から放出される。
【００４２】
熱交換機は複数のサブユニットに分割され、サブユニットのそれぞれにはスラグ粒子取込みポート、スラグ粒子排出ポート、冷却ガス吸気ポート、及び冷却ガス排気ポートが設けられ、これらサブユニットのそれぞれにおいて、前記サブユニットの少なくとも１つには前記取込みポートを通して高温のスラグ粒子が充填され、冷却されたスラグ粒子は前記少なくとも１つのサブユニットから前記スラグ粒子排出ポートを通して放出され、前記冷却ガス取込みポート及び前記冷却ガス排気ポートはスラグ粒子の充填及び放出中は閉じられ、及び、スラグ粒子の充填及び放出と同時に、他のサブユニットのうちの少なくとも１つが冷却ガス取込みポートを通した冷却ガス流の噴射によって、及び前記冷却ガス排気ポートから加熱された冷却ガス流を引き抜くことによって冷却され、前記スラグ粒子取込みポート及び前記スラグ粒子排出ポートはスラグ粒子の冷却中は閉じられ、及び加熱された冷却ガスはエネルギー回収に利用される。
【００４３】
従って、上記実施態様においては、断続的に作動される多数のサブユニットから成る熱交換機の使用が提案されている。電力発電サイクルの最も効率的利用を保証するため、熱交換機の出口において定常的に高温ガス流を得ることが有利であることから、ほぼ一定して高温ガス流が確保される方式で多数の熱交換機サブユニットが交互に作動される。このように構成することにより、バッチ方式の材料の取り扱いから切り離して、ほぼ連続的にガスを取り扱うことが可能となる。
【００４４】
熱交換機サブユニットの１つが排出／充填ステージにある場合、該排出／充填ステージにある間、冷却ガスはこの熱交換機サブユニットを通って流れない。
【００４５】
同量の粒子を熱交換機中へ充填し、及び該熱交換機から抽出する。その間、材料は他の熱交換機サブユニットへ入れられず、また取り出されもしない。従って、冷却期間中、前記粒子を周囲から完全に密閉することが可能である。
【００４６】
好ましくは、前記サブユニットの１つには高温スラグ粒子が前記取込みポートを通して充填され、他方冷却されたスラグ粒子が同時に同一のサブユニットのスラグ粒子排出ポートを通して放出される。
【００４７】
一旦熱交換機サブユニットが満たされたら、スラグ粒子取込みポート及びスラグ粒子排出ポートを密閉して、該サブユニットを、他の熱交換機サブユニットとの接続を断ちながら、冷却ガス流へ再接続することが可能である。これら熱交換機サブユニット中を流れる冷却ガス流が漏出することはないため、システムからの埃及びエネルギーの放出が防止される。従って、熱交換機サブユニットには、スラグの充填及び放出操作中において減圧されることだけが必要とされる。
【００４８】
好ましい実施態様に従って、スラグ粒子は、熱交換機サブユニットの１つへ充填される前に、まず断熱されたプレチャンバー中へ充填される。プレチャンバーは好ましくは耐火性内張りあるいは実質的に石から成るボックスのいずれかによって断熱され、スラグの低熱伝導性によって優れた断熱特性が付与される。
【００４９】
スラグ粒子を、熱交換機サブユニットから放出した後、かつ冷却後に、ポストチャンバー中へ充填することも可能である。別の言い方をすれば、充填されたスラグのサイクル時間及び量は、熱交換機サブユニット内部における熱移動が制御でき、かつ疑似静止状態に保持できるように選定可能である。熱交換機サブユニットの充填／放出によって生ずる排出ガス温度の変動は、サイクル時間に従って選定することによって最小限に抑えられる。
【００５０】
好ましくは、熱交換機サブユニットは１．２〜４バールの圧力、すなわち前記サブユニット中のスラグ層底部において測定した絶対圧力下で操作される。
【００５１】
剥がされたスラグ層は、好ましくは粒度分布として約４０〜８０ｍｍ及びバルク密度として約１．５ｇ／ｃｍ３、好ましくは粒度分布として約５０〜７０ｍｍ及びバルク密度として約１．５ｇ／ｃｍ３の粒子となるように破砕される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】回転コーン型ガラス状スラグ製造装置を含んで構成されるスラグ熱回収設備の模式的レイアウトを示した図である。
【図２】本願記載のスラグ製造装置によって生成されるスラグ粒子の好ましい冷却方法のフロー図である。
【発明を実施するための手段】
【００５３】
本発明のさらなる詳細及び利点について、以下に記載した限定的実施態様の詳細な説明及び添付図面によって明らかにする。
図１は、本発明の好ましい実施態様による回転コーン型ガラス状スラグ製造装置を含むスラグ熱回収設備を示す。図１に示すように、液状スラグがスラグランナー１０から円錐形スラグクーラー１４の外面１２上へ注ぎ込まれる。液状スラグは、クーラーの外面１２上の１つの限定されたゾーンへ注ぎ込まれ、該外面の全体へ、すなわち前記注ぎ込みゾーンからコーン基部１６へと重力作用によって拡がる。液状スラグはスラグクーラー１４の傾斜面に沿って下降し、前記コーンの前記面上に薄層を形成し、コーン全体へ拡がって固形化される。コーンの回転によって、スラグはコーン外面の７５〜９５％に当たる実質的主要部分に沿って固形化層を形成する。円錐形スラグクーラーの回転中、コーン面上に形成されたスラグ層は約１４００〜１６００℃から約８００℃まで急速に冷却されてガラス状化する。約７５〜９５％の回転後、コーンからスラグは取り外され、円錐形スラグクーラー１４下方にあるスラグ収集シュート１８中へ落下し、次いで断熱性コンベヤー２０を経てスラグクラッシャー２２中へ運ばれる。このスラグクラッシャー２２中において、ガラス状スラグは破砕されてサイズ約１〜３ｍｍ（例えばスラグがセメント製造に使用される場合にはさらに小さくすることも可能）に小片化される。
【００５４】
破砕されたスラグは次いでスラグクーラー２４へ運ばれて約１００℃〜約３００℃まで冷却され、スラグクーラー２４から排出され、さらなる利用のために保管される。
【００５５】
スラグクーラー２４中においてスラグを冷却するため、冷空気２６がファン２８を介してスラグクーラー２４底部から噴射され、冷空気２６は高温スラグに接触されて徐々に加熱され、次いでスラグクーラーの頂部から抜き出される。次いで加熱された空気３０は熱交換機（ボイラー）３２へ移動されて水を加熱し、スチームを発生させる。水に代えて別の熱移動媒体を用いることも可能である。ボイラー３２中に生じたスチームを用いてスチームタービン３４及び発電機３６が駆動されて発電が行われる。有機ランキンサイクル等の他の方法を用いて発電することも可能である。加熱空気３０を他のプロセス用途に利用することも可能である。
【００５６】
スチームタービン３４に続き、冷却されたスチームあるいは他の熱移動媒体はコンデンサー３８へ送り込まれ、生じた水あるいは他の熱移動媒体はポンプ４０によってコンデンサー３８から円錐形スラグクーラー１４へ移動され、該スラグクーラー１４において高温スラグと接触する外面１２を冷却するために利用される。熱水または他の熱移動媒体は、次いで熱回収のためポンプによってボイラー３２へ戻される。
【００５７】
円錐形スラグクーラー１４にはさらに、放熱によって、あるいは強制的送風によって消散されたスラグの熱を回収するために、円錐形スラグクーラー１４を取り囲んで成るハウジング（図示せず）が備えられる。
【００５８】
図２は高温液状材料の乾燥粒状化後の高温スラグ粒子に対する好ましい冷却方法を示した模式図である。
【００５９】
破砕されたスラグはスラグクラッシャー２２からプレチャンバー４２へ、次いで４つの熱交換機サブユニットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄから成るスラグクーラー／熱交換機４４へと移動される。これらのサブユニットは逆流モードで作動する形式であって、高温の材料が頂部から送り込まれそして冷却後に底部から抜き出される一方、冷却ガス、通常は空気、が底部を通して注入され、加熱された後に頂部から抜き出される。空気が熱交換機中を通過する間に、該空気は加熱され、熱交換機中に含まれるスラグは約１００℃まで冷却され、ポストチャンバー４６中へ放出される。冷却されたスラグはさらなる利用のために保管される。
【００６０】
図２に示された実施態様では、４つのサブユニットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを備える熱交換機が用いられている。
【００６１】
プレチャンバー４２から、固形化されたスラグ断片が、頂部に材料ゲート４８が設けられ、底部にシーリングフラップ５０が備えられた４つの別個の熱交換機サブユニットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄへ分配される。
【００６２】
熱交換機サブユニットの１つが中身を空にする／中身を満たす段階（図２熱交換機サブユニットＤ参照）にある一方、残りの３つのサブユニットは冷却モードにある。（図２：作動中のＡ，Ｂ，Ｃ参照）。
【００６３】
一旦熱交換機サブユニットＤが満たされたら、頂部の材料ゲート４８及び底部のシーリングフラップ５０は閉じられ、熱交換機サブユニットＤ中を流れる冷却ガスが活性化される。次いで連続した隣の熱交換機サブユニットがガス回路との接続を断たれ、該サブユニットから冷却されたスラグ粒子が排出され、そして該サブユニットに新たな高温のスラグ粒子が運び込まれる。
【００６４】
上述した熱交換機サブユニットの連続操作によって、熱交換段階において、ガス又は埃を環境へ何ら漏らすことなく、熱交換機４４を大気から完全に密閉することが可能である。前記操作による熱移動及び環境に対して負の影響が起こらないようにするため、熱交換機サブユニットのそれぞれはスラグ粒子の充填及び放出期間中だけは減圧され、かつガス流から隔離される。
【００６５】
サイクル時間及び１サイクルで充填されるスラグ粒子量は、熱移動の観点から、ガス流中における温度変動が極めて少ない疑似静止動作として見做すことができるように選定される。本願において用語「サイクル時間」は、各熱交換機サブユニットが連続ガス流へ接続され、あるいは接続を断たれる間の時間枠に対して用いられる。冷却期間中、交換機内部のスラグには、出口ゲートの低温から入口ゲートの高温に至る温度勾配が存在する。従って、１サイクル中に充填あるいは放出されるスラグ量は、スラグ出口での充填／放出前後における温度差が例えば５０℃を超えないように制限されなければならない。
【００６６】
熱交換機サブユニットＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは特別に設計されていて高圧下の作動に適しており、それによって、ガス流の圧力ロスが大きく減じられ、かつ熱交換機及びスチーム発生装置中にガスを循環させるブロワー／コンプレッサー動力が減じられる。かかる構成においては、１つのサブユニットの減圧期間中に起こるガスのロスだけは、同時に圧力制御装置としても働くブロワー／コンプレッサー（図示せず）によって補償されなければならない。交換機内部の圧力を１バールから３バール（絶対値）へ増加させることにより、ブロワー／コンプレッサーに必要な動力はおよそ１／３まで減じられると推定される。
【００６７】
ファン５２によって生成されるガス流はガスダクト５４を通して冷却モードにある３つの熱交換機サブユニットへ導かれる。熱交換が行われた後、加熱されたガス流は高温ガスダクト５６を通って導き出される。埃は、約７００℃の高温ガスがスチーム生成６０のために熱交換機へ移動される前にサイクロン５８においてろ過によって除去される。このようにして生成されたガス流はタービン（図示せず）及び発電機（図示せず）へ移動されて発電が行われる。冷却されたガスは次いで閉鎖ループ系のパイプ６２を経てファン５２へ戻される。
【００６８】
このような約７００℃の温度レベルにおいて、動力生成のための熱力学サイクルプロセスは最大効率で作動する。さらに、この温度レベルにおいて、熱回収に関して最高の適応性及び効率性が与えられる。
【００６９】
スラグ・ガス熱交換機４４は連続運転されるため、効率的発電を得ることが可能である。この実施態様においては、材料とガス流の双方が熱交換機へ連続的に出入りする。しかしながら、これら材料とガスの取り扱いは分離されている。充填及び放出中、熱交換機サブユニットはガス流から分離されているためガスの漏出は問題とならない。従って、ガスが流れている間はいかなる材料も熱交換機内を移動していないため、熱交換機サブユニットの密閉はシーリングフラップを用いて容易に実施可能である。
【００７０】
かかる発明概念によって得られる利点は多岐に亘る。
【００７１】
ガス流と材料流の分離により、熱交換機の密閉は簡略化され、環境中への埃の放出もなくなり、あるいは最小限に抑えられる。冷却操作中熱交換機サブユニットを密閉することにより、ガス漏れのリスクが取り除かれ、従って漏れ出したガスに伴うスラグ粒子によって生ずる「サンドブラスト」はもはや問題とならなくなる。これにより、摩耗が減じられ、設備の全体的操作安定性及び有効性が向上される。
【００７２】
熱交換機サブユニットの冷却と充填／放出を分離することにより、ガス回路の加圧下での冷却段階操作を行うことが可能となり、スラグ層全体に亘る圧力降下及びファンによるエネルギー消費を減ずることができる。
【００７３】
スラグ塊のすべてが１個ではなく数個の熱交換機サブユニットへ分配されるため、個々のサブユニットの断面はより小さくされている。熱交換機サブユニットの直径を減ずることにより、断面全体に亘る逆流ガス流の分配をさらに容易化することが可能となる。さらに、上記記載から理解されるように、漏出ガス量を大幅に減ずることが可能である。ファンに要する動力は少ないため、これら効果を組み合わせることによって全体的効率がさらに高められる。スラグ粒状化の全体的熱効率は、高温空気のロスを減ずることによって増加される。
【００７４】
本発明概念においては、定常的回転部品は不要であり、実際、熱交換機から放出させるために回転弁は必要とされず、ピンチ弁／スライダ弁／スクイズ弁のみ必要とされる。これにより、摩擦が低減化される。
【００７５】
本発明概念に基づく設備によれば、たとえ熱交換機サブユニットの1個が故障しても、スラグの全体的流速は低下するものの、連続稼働が可能である。また、本発明設備によれば、熱交換機サブユニットの１個の保守管理も容易化される。さらに、熱交換機サブユニット１個に不明な故障が起こっても、全体工程をシャットダウンする必要がない。
【符号の説明】
【００７６】
10: スラグランナー
12: 外面
14: 円錐形スラグクーラー
16: コーン基部
18: スラグ収集シュート
20: コンベヤー
22: スラグクラッシャー
24: スラグクーラー
26: 冷空気
28: ファン
30: 高温空気
32: 熱交換機（ボイラー）
34: スチームタービン
36: 発電機
38: コンデンサー
40: ポンプ
42: プレチャンバー
44: 熱交換機
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：熱交換機サブユニット
46: ポストチャンバー
48: 材料ゲート
50: シーリングフラップ
52: コンプレッサー
54: ガスダクト
56: 高温ガスダクト
58: サイクロン
60: スチーム生成用熱交換機
62: パイプ
【図１】
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【図２】
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