(57)【要約】【課題】構造簡易にして、熱回収効率の高い溶融スラグ熱回収装置を提供する。【解決手段】固化スラグを粉砕した流動媒体32を流動化した流動層３と、この流動層３に溶融スラグを滴下するスラグ溜め４と、流動層３から熱を回収する伝熱管７と、流動層３内で固化スラグ34を回収する抜き出し装置21とを備える。スラグ溜め４から流動層３内に滴下した溶融スラグ滴31が固化し、そのときに発生する熱を流動媒体32を通じて伝熱管７に伝えるから、熱回収効率に優れるとともに装置を小型化できる。溶融スラグ滴が固化してできた固化物の粒子径を制御するために、溶融スラグが流動層３に到達する前に気固２相流26を吹き付けて溶融スラグ液滴を分裂させる装置を設置するか、または、流動媒体層３の中に設置した撹拌パドル37により流動媒体を撹拌して半固化スラグ33を分裂させる装置を有する装置を設置する。【選択図】図１
2014219136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化スラグを粉砕した流動媒体を流動化した流動層と、この流動層に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給手段と、前記流動層から熱を回収する熱交換器と、前記流動層内で前記溶融スラグが固化した固化スラグを回収する固化スラグ回収装置とを備え、前記溶融スラグを前記流動層に滴下する溶融スラグ熱回収装置において、前記流動媒体の一部を抜き出して高速のガス流れにより粒子ガス２相流を形成して前記流動層の上の空間に吹き込み、前記粒子ガス２相流を前記スラグ滴と接触させることによりスラグ滴の大きさを調整する装置を備えることを特徴とする溶融スラグ熱回収装置。
【請求項２】
固化スラグを粉砕した流動媒体を流動化した流動層と、この流動層に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給手段と、前記流動層から熱を回収する熱交換器と、前記流動層内で前記溶融スラグが固化した固化スラグを回収する固化スラグ回収装置とを備え、前記溶融スラグを前記流動層に滴下する溶融スラグ熱回収装置において、前記流動層の内部に前記流動媒体を撹拌することのできる撹拌部を入れて撹拌を行うことで、前記スラグ滴が前記流動層内で固化する途中においてせん断力を与えることによりスラグ滴の大きさを調整する装置を備えることを特徴とする溶融スラグ熱回収装置。
【請求項３】
前記流動層の内部に前記流動媒体を撹拌することのできる撹拌部を入れて撹拌を行うことで、前記スラグ滴が前記流動層内で固化する途中においてせん断力を与えることによりスラグ滴の大きさを調整する装置を備えることを特徴とする請求項１記載の溶融スラグ熱回収装置。
【請求項４】
前記固化スラグ回収装置により回収した前記固化スラグを粉砕する粉砕手段と、この粉砕した固化スラグ粒子を前記流動層に返送する循環装置とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融スラグ熱回収装置。
【請求項５】
前記流動媒体の一部を抜き取る流動媒体抜き出し装置を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融スラグ熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄溶融スラグから熱を回収する溶融スラグ熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、伝熱管を用いて溶融スラグから直接熱回収しようとすると、伝熱管上にスラグが固化して塊を生じるため、連続的な熱回収は不可能であった。これに対して、従来、いったんスラグを空気又は水スプレーで冷却固化させてから固化温度以下で熱回収する方法（例えば特許文献１及び特許文献２）が提案されている。しかし、これらの方法では、高温スラグの持つエクセルギーが有効活用できないという欠点がある。
【０００３】
また、溶融スラグに空気などのガスを吹き付けて高温のガスとする方法（例えば特許文献３）、あるいは溶融スラグに冷水又は温水を混合させて蒸気を発生させ、この高温ガスあるいは蒸気から熱を回収する方法（例えば特許文献４）などが提案されているが、ガスや伝熱管との間の伝熱係数が小さいため、熱回収装置が大型になるという欠点を有していた。また、スラグを適切な大きさに分散させるために機械的に動作させる回転ドラム（特許文献５、６）や回転ターゲット（特許文献７）を必要としていたが、これらは高温で溶融スラグと金属が直接接触するので装置の冷却が必要であるという欠点を有していた。
【０００４】
そして、高温スラグの持つエクセルギーの有効活用を可能にしたものとして、本発明者は、固化スラグを粉砕した流動媒体を流動化した流動層と、この流動層に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給手段と、前記流動層から熱を回収する熱交換器と、前記流動層内で前記溶融スラグが固化した固化スラグを回収する固化スラグ回収装置とを備える溶融スラグ熱回収装置（例えば特許文献８）を提案している。この溶融スラグ熱回収装置では流動層に供給した溶融スラグが固化し、そのときに発生する熱を流動媒体を通じて伝熱管に伝え、伝熱管と流動媒体間の伝熱係数は、ガスと伝熱管間の伝熱係数の１０倍程度であるから、同じ熱回収量に対する伝熱面積を小さくでき、熱回収効率に優れるとともに装置を小型化できるという優れた効果を奏する。一方、この熱回収装置でも、流動層で溶融スラグの熱が流動媒体を介して伝熱管に移動し、溶融スラグが固化し、装置の底部から排出するが、その際、固化した溶融スラグのサイズが過大になると円滑な排出ができず、装置の底部に蓄積して流動不良となる懸念がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８４７６１号公報
【特許文献２】特開平５−３１１２１４号公報
【特許文献３】特開平１１−１８１５０８号公報
【特許文献４】特開平５−２９６６７３号公報
【特許文献５】特開昭５４−３８３３１号公報
【特許文献６】特開昭５６−１７９５４号公報
【特許文献７】特開昭５６−１２１６２２号公報
【特許文献８】国際公開第２０１０／１３１６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決し、構造簡易にして、熱回収効率が高く、固化物の粒子径が制御できる溶融スラグ熱回収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】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、固化スラグを粉砕した流動媒体を流動化した流動層と、この流動層に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給手段と、前記流動層から熱を回収する熱交換器と、前記流動層内で前記溶融スラグが固化した固化スラグを回収する固化スラグ回収装置とを備えるものである。
【０００８】
また、本発明は、前記溶融スラグを前記流動層に滴下するものである。
【０００９】
さらに、本発明は、前記流動媒体の一部を抜き出して高速のガス流れにより粒子ガス２相流を形成して前記流動層の上の空間に吹き込み、前記粒子ガス２相流を前記スラグ滴と接触させることによりスラグ滴の大きさを調整する装置を備えるものである。
【００１０】
さらに、本発明は、前記流動層の内部に前記流動媒体を撹拌することのできる撹拌部を入れて撹拌を行うことで、前記スラグ滴が前記流動層内で固化する途中においてせん断力を与えることによりスラグ滴の大きさを調整する装置を備えるものである。
【００１１】
さらにまた、本発明は、前記固化スラグ回収装置により回収した前記固化スラグを粉砕する粉砕装置を備えるものである。
【００１２】
さらにまた、前記粉砕装置を用いて粉砕したのち前記流動層に返送する循環装置を備えるものである。
【００１３】
さらにまた、本発明は、前記流動媒体の一部を抜き取る流動媒体抜き出し装置を備えるものである。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成によれば、流動層に供給した溶融スラグが固化し、そのときに発生する熱を流動媒体を通じて伝熱管に伝え、伝熱管と流動媒体間の伝熱係数は、ガスと伝熱管間の伝熱係数の１０倍程度であるから、同じ熱回収量に対する伝熱面積を小さくでき、熱回収効率に優れるとともに装置を小型化できる。
【００１５】
また、滴下した溶融スラグが所定の大きさの塊として流動層内に供給され、この後、流動媒体の一部を取り込み固化スラグを形成する。
【００１６】
さらに、滴下した溶融スラグの大きさが過大なときには、流動媒体を高速の気流中に分散した気固２相流と溶融スラグを流動層上部の空間において接触させ、気固２相流の運動量を用いてスラグを分断することにより、滴下した溶融スラグの大きさを所定の大きさに制御することができる。
【００１７】
さらに、滴下した溶融スラグの大きさが過大なときには、流動層内に設置した流動媒体撹拌により固化途中の溶融スラグにせん断力を与えて溶融スラグを分断することにより、固化スラグの大きさを所定の大きさに制御することができる。
【００１８】
さらにまた、固化スラグを粉砕した後循環装置を経由して流動層内へ流動媒体を返送することで、流動媒体の量を略一定に維持することができる。
【００１９】
さらにまた、流動媒体は高温で長時間流動層内に存在しているので、熱処理を受けたものとなり、その流動媒体の一部を流動媒体抜き出し装置を経由して抜き出し、骨材などの製品として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１を示す全体説明図である。
【図２】同上、２相流吹き付け実験例の装置を示す説明図である。
【図３】同上、２相流吹き付け実験例における固化物粒子径分布を示すグラフ図である。
【図４】同上、流動媒体撹拌実験例の装置を示す説明図である。
【図５】同上、流動媒体撹拌実験例における固化物粒子径分布を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。実施例では、従来とは異なる新規な溶融スラグ熱回収装置を採用することにより、従来にない溶融スラグからの熱回収が達成でき、その溶融スラグ熱回収装置について記述する。
【実施例１】
【００２２】
以下、本発明の実施例１について、図１〜図４を参照して説明する。図１に示すように、溶融スラグ熱回収装置１は装置本体２を備え、この装置本体２内に流動層３が設けられ、この流動層３の上部に、溶融スラグ供給手段たるスラグ溜め４を設け、このスラグ溜め４の下部に前記装置本体２に連通する連通路５を設け、この連通路５内に前記スラグ溜め４の下部に連結したスラグ滴下ノズル６を設けている。このスラグ滴下ノズル６には、高速の空気又は窒素を吹き込む吹込み口６Ａが設けられている。尚、装置本体２内に後述する粒子状の流動媒体32を供給することにより流動媒体32が溜まって流動層３が形成される。
【００２３】
さらに、前記流動媒体32を一部抜き出すために流動層３の流動層上部表面より下方に流動媒体下降管22が設けられている。流動媒体下降管22の最下部は、粒子上方搬送管24の底部と接続されている。粒子上方搬送管24の底部には搬送ガスノズル23が設けられている。粒子上方搬送管24の内部を流れるガスの流速は、流動媒体32の終端速度より速くなるよう調節される。粒子上方搬送管24の出口は流動層上部表面（流動層３の上部表面）より上であり、スラグ滴下ノズル６より下に設けられた粒子ガス２相流吹き出し口25に接続されている。粒子ガス２相流吹き出し口25を通じて噴出させた粒子ガス２相流26は落下するスラグ滴に接触するように２相流吹き出し口25は流動層３のフリーボード部に配置されている。そして、粒子ガス２相流吹き出し口25は粒子ガス２相流26をスラグ滴下ノズル６の真下に向って吹き出す。
【００２４】
尚、粒子上方搬送管24の底部の搬送ガスノズル23から、空気あるいは窒素あるいは水蒸気からなる搬送用気流を流動媒体粒子の終端速度の1.2倍〜20倍の範囲の空塔速度で供給することで、流動媒体下降管22から落下してきた流動媒体32の粒子を粒子上方搬送管24の内部で上昇させる。
【００２５】
前記粒子上方搬送管24の縦向き搬送部24Ｔは縦方向に配置されており、その上端に粒子上方搬送管24の横向き搬送部24Ｙを連結し、この横向き搬送部24Ｙの先端に前記吹き出し口25を設け、この吹き出し口25が前記装置本体２の他側の側板２Ｃに連通状態で接続されている。また、搬送ガスノズル23からはガス（空気又は窒素）が高速で上向きに吹き込まれ、これにより前記ガスと流動媒体32とからなる粒子ガス２相流26が形成される。前記流動媒体下降管22は上部を前記装置本体２の側板２Ｃに連通状態で接続し、その下部を前記粒子上方搬送管24の側面に連通状態で接続し、流動媒体下降管22は装置本体２側を高くして斜めあるいは斜めと鉛直の組み合わせの形に配置されており、流動媒体下降管22と装置本体２との接続箇所は流動層３内に位置し、流動媒体下降管22と粒子上方搬送管24との接続箇所は粒子上方搬送管24の下端より上方に位置する。従って、流動層３内の流動媒体32の一部が自重により流動媒体下降管22内を降下し、流動層３内から抜き取られる。このように搬送ガスノズル23からガスを上向きに吹き出すことにより、流動媒体32が上方への粒子ガス２相流26となって上方に搬送される。また、吹き出し口25から略横向きに吹き出した粒子ガス２相流26は流動層３の上部表面より上方に噴出される。そして、流動媒体下降管22，搬送ガスノズル23及び粒子上方搬送管24により、スラグ滴31に粒子ガス２相流26を当ててスラグ滴31の大きさを調整する第１の調整装置を構成している。このように搬送ガスノズル23は粒子上方搬送管24の縦向き搬送部24Ｔにおいて、上方に向うガスを供給する。
【００２６】
前記装置本体２には、前記流動層３内の上部に伝熱管７を配置し、この伝熱管７の下方に前記装置本体２の一側の側板２Ａを斜めに形成した底部分散板８を設け、この底部分散板８にはガスノズル９を設け、流動層３内に流動ガスを供給する。また、前記底部分散板８の下部に連続する側板２Ｂの部分には、流動層３内に流動ガスを供給するエアレーションノズル10が設けられており、それらガスノズル９，エアレーションノズル10が流動化ガス供給手段である。尚、流動層３は、底部分散板８位置より下部の側板２Ｂなどで囲まれた部分が上部より断面が小さく形成されている。側板２Ｂなどで囲まれた部分のガス線速度は、底部分散板８の上でのガス線速度より高くなるように運転される。
【００２７】
前記側板２Ｂに、熱交換器11を設け、この熱交換器11は側板２Ｂに接触して内部に熱を受け、その熱交換器11には冷却水供給手段12が接続され、側板２Ｂで囲まれた部分の内部を下向きに流れる固化スラグならびに流動媒体は冷却される。このとき、熱交換器11で固化スラグならびに流動媒体により加熱された熱媒体たる冷却水は、水蒸気あるいは温水となって回収路13から外部に回収される。
【００２８】
また、前記装置本体２の上部には排ガス煙道14が設けられ、この排ガス煙道14は前記流動層３より上方に位置し、該排ガス煙道14内に伝熱管15が設けられている。尚、熱交換器である伝熱管７は、流動層３内において流動媒体32に接触し、また、伝熱管15は、排ガス煙道14において排ガスと接触し、それぞれ流動媒体32と排ガスから熱を回収する。伝熱管７，15に、熱媒体である冷却水あるいは水蒸気が送られ、過熱水蒸気あるいは飽和水蒸気あるいは温水となって外部に回収される。
【００２９】
前記流動層３の下部で、前記装置本体２内の底部には、コンベヤなどの固化スラグ抜き出し装置16が設けられ、この固化スラグ抜き出し装置16は流動媒体を含む固化スラグを排出口17から外部に排出する。この排出口17から排出された固化スラグを粉砕する粉砕手段たる粉砕機18を設け、この粉砕機18で粉砕された粉砕スラグの一部を循環装置19により、流動媒体供給口20から装置本体２内に返送し、前記粉砕スラグ粒子が流動媒体となる。尚、前記流動媒体供給口20は前記流動層３の流動層上部表面の上方に位置する。また、返送した以外の残りの粉砕スラグは製品35となる。
【００３０】
また、流動層３の流動層上部表面より下方には、流動媒体32の一部を抜き取る流動媒体抜き出し装置21を接続し、抜き出した流動媒体が製品36となる。
【００３１】
前記装置本体２には、流動媒体粒子32の大きさを調整する第２の調整装置を備える。この第２の調整装置は、流動層３内の流動媒体粒子32を撹拌することにより部分的に固化した固化物33の大きさを調整するものであって、装置本体２に縦方向の撹拌軸38を回動自在に設け、この撹拌軸38の下部側に撹拌部たる撹拌パドル37を設け、前記撹拌軸38を撹拌駆動機構39により正逆回転駆動するものであり、それら単数もしくは複数設けられた撹拌パドル37は、撹拌軸38から外側に設けられ、流動層３内に浸漬され、好ましくは流動層３の上部に浸漬される。尚、撹拌部は撹拌棒や撹拌羽などを用いることができる。
【００３２】
次に、前記回収装置１の動作について説明する。流動層３の上方に設置したスラグ溜め４から溶融スラグ滴31を流動層３に滴下する。この場合、溶融スラグ滴31を連続的あるいは間欠的に滴下供給し、吹込み口６Ａから吹き込む高速の空気又は窒素を調整することにより、滴下供給状態を調整することもできる。このとき滴下されるスラグ滴の大きさが過大な場合は、流動媒体粒子32を流動層３の流動層上部表面より下方に設けた流動媒体下降管22を通じて一部抜き出し、搬送ガスノズル23を用いて粒子上方搬送管24を通じて流動媒体32と搬送ガスを流動層上部表面より上に設けた粒子ガス２相流吹き出し口25を通じて噴出させた粒子ガス２相流26とスラグ滴31を接触させることにより、粒子ガス２相流26の持つ運動エネルギーを用いてスラグ滴31の液滴を分裂させることで、流動層３に到達するスラグ滴31の大きさを調節する。
【００３３】
流動層３は、粒子径が０．１mm〜３mmの粉砕スラグ粒子からなる流動媒体32を、流動化開始速度の２倍〜２０倍の範囲のガス速度で空気或いは窒素或いは水蒸気を用いて流動化したものである。流動媒体32の流動化に用いるガスはガスノズル９とエアレーションノズル10から供給する。流動層３内では、温度がスラグ融点以下で望ましくは７００〜１０００°Ｃの温度範囲に維持されており、滴下されたスラグは周囲の流動媒体32を一部に取り込みつつ部分的に固化した固化物33を形成し、最終的には周囲の流動媒体32に熱を奪われて完全冷却固化した固化スラグ34となる。このとき滴下されるスラグ滴31の大きさが過大な場合は、流動媒体粒子32内に浸漬した撹拌パドル37を撹拌駆動機構39からの動きを撹拌軸38で伝達させることによって流動媒体粒子32を撹拌し、部分的に固化した半固化スラグ33にせん断力を与えて分裂させることで固化物33の大きさを調整する。
【００３４】
流動媒体32に伝わった熱は、流動層３内に設定された伝熱管７，15及び熱交換器11に供給した熱媒体である冷却水あるいは水蒸気に伝わり、過熱水蒸気あるいは飽和水蒸気あるいは温水の形態で回収される。
【００３５】
固化スラグ34は周囲の流動媒体32より大きいので流動層３内を沈下し、側板２Ｂに設置された熱交換器11とエアレーションノズル10から吹き込まれたガスにより冷却された後、底部の固化スラグ抜き出し装置16により排出口17から流動層３の外に抜き出される。ここで、固化スラグ34に流動媒体32が取り込まれているので、固化スラグ34の抜き出しと共に流動媒体32は減少するが、固化スラグ34を粉砕機18で粉砕して循環装置19を経由して流動層３内へリサイクルすることで、流動媒体32の量を略一定に維持する。粉砕機18から出た粉砕スラグ粒子で利用されなかった部分は、製品35となる。また、装置本体２内の流動媒体32は高温で長時間流動層３内に存在しているので、熱処理を受けたものとなり、流動媒体32も一部を流動媒体抜き出し装置21を経由して抜き出し、製品36として利用できる。
【００３６】
そして、流動層３では流動媒体32を介して熱の移動ができるので、直接溶融スラグが伝熱管７に付着しなくても、溶融スラグの熱を伝熱管７に移動させることができる。このときの伝熱管７と流動層３の間の伝熱係数は、ガス（気体）と伝熱管７の間の伝熱係数の１０倍程度であるので、同じ熱回収量に対する伝熱面積を１桁小さくでき、そのため装置を小型化できる。また、固化したスラグ34を流動層３内で沈降させることで、選択的且つ連続的に抜き出すことができることを利用したものである。したがって、溶融スラグを投入させて固化させ、そのときに発生する熱を流動した粒子である流動媒体32を通じて伝熱管７に伝えることを特徴とする。本実施例では、溶融スラグの高温が持つエクセルギーを有効利用するため、なるべく高い温度（略６００°Ｃ以上）の水蒸気を回収できることを特徴とする。また、伝熱管７へのスラグの付着がないので、安定した連続操業ができる。流動層３内は８００°Ｃ〜１０００°Ｃの高温に維持でき、固化スラグの熱処理も同時に行うことができる。
【００３７】
本実施例では、固化スラグ34を粉砕した粒子からなる流動媒体32により構成した流動層３を、空気で流動化し、その中に溶融スラグを滴下し、溶融スラグは周囲の粒子を取り込みつつ固化し、そのとき熱を放出するが、その熱は周囲の流動化粒子を通じて層内の伝熱管７へ運ばれ、熱回収がなされる。固化スラグ34は底部に沈降し、冷却され抜き出された後に一部粉砕されて流動層３を構成する流動媒体32となるが、残りは骨材などの製品35として有効利用される。
【００３８】
しかも、本実施例では、固化物粒径制御方法を提供することができ、第１に溶融スラグ滴31が流動層３内に入る前のフリーボードで高速の気固２相流である粒子ガス２相流26を吹き付けることにより、溶融スラグ滴31の大きさを小さくすることができ、このように固化スラグ34のサイズを調整することができる。
【００３９】
また、第２に流動層３内に冷却を要しない耐熱鋼(例えばSUS310S鋼)などを用いた撹拌パドル37を設け、流動層３内を撹拌することで、固化途中のスラグをせん断して、粒子径を小さくし、固化スラグ34のサイズを調整することができる。
［２相流吹き付け実験例］
１．２相流吹き付け実験例の方法
本発明で提案する流動層を用いた２相流吹き付けによる溶融スラグ固化物粒子径制御方法を模擬するために、模擬スラグ（ワックス101）を流動層102に滴下し、溶融ワックス101が流動層102に到達する前に粒子ガス２相流110を吹き付けることで、液滴の粒子径を調整したものである。実験装置概略を図２に示す。
【００４０】
本実験例では層の底に傾斜を設けたアクリル製の横幅60mm、奥行き100mmの気泡流動層コールドモデルを用いた。底の傾斜部散気管式分散板から流動層102内に流動化空気105を供給した。また、層のボトム部分より底部流動化空気111を供給した。尚、両者とも多孔ノズルから流動化空気を供給した。流動層102から流動媒体103を流動媒体下降管106を通じて下方へ抜き出し、下降管106の底部において流動媒体下降管流動化ガス107を用いて流動媒体103を流動化させて粒子上方搬送管108へ流動媒体103を供給した。粒子上方搬送管108の中では搬送ガス109により流動媒体103は全て上方へ輸送され、搬送ガス109と流動媒体103とからなる粒子ガス２相流110として、流動層102の上部にて模擬スラグ101に吹き付けられた。
【００４１】
溶融スラグを模擬した溶融ワックス（Ｗax）101として１−ヘキサデカノール(セタノール)を用いた。溶融ワックス101の融点は４９°Ｃ、密度は８００kg/m3である。溶融ワックス101を自動滴下装置を用いて流動層102内へ供給した。また、流動媒体103は平均粒径0.370mm、密度870kg/m3の中空シリカ粒子を用いた。
２．２相流吹き付け実験例の結果
図３に実験終了後に装置内部から回収した模擬スラグ固化物104の粒子径分布を、粒子ガス２相流110の吹き付けを行った場合(With Injection)と行わない場合(Without Injection)で比較して示す。粒子ガス２相流110を吹き付けることにより、10mmより大きい固化物104の割合が減少したことがわかり、粒子ガス２相流110の吹きつけは固化物104の粒子径が過大になることを防ぐ効果があることが実証された。
［流動媒体撹拌実験例］
１．流動媒体撹拌実験例の方法
本発明で提案する流動層を用いた流動媒体撹拌による溶融スラグ固化物粒子径制御方法を模擬するために、模擬スラグ（ワックス201）を流動層202に滴下し、溶融ワックス201が流動媒体203の層の内部で完全に固化する前に撹拌パドル207で流動層202を撹拌することで、固化物204の粒子径を調整したものである。実験装置概略を図４に示す。
【００４２】
本実験例では層の底に傾斜を設けたアクリル製の横幅160mm、奥行き160mmの気泡流動層コールドモデルを用いた。底の傾斜部散気管式分散板209から流動層202内に空気流動化空気205を供給した。また、層のボトム部分より底部流動化空気206を供給した。尚、両者とも多孔ノズルから流動化空気を供給した。流動層202内部には撹拌パドル207を撹拌パドル回転軸208に取り付けたものを浸漬し、撹拌パドル回転軸208を回転させることで撹拌パドル207により流動層202を撹拌した。
【００４３】
溶融スラグを模擬した溶融ワックス（Ｗax）201として１−ヘキサデカノール(セタノール)を用いた。溶融ワックス201の融点は４９°Ｃ、密度は８００kg/m3である。溶融ワックス201を自動滴下装置を用いて流動層202内へ供給した。また、流動媒体203は平均粒径0.370mm、密度870kg/m3の中空シリカ粒子を用いた。
２．流動媒体撹拌実験例の結果
図５に実験終了後に装置内部から回収した模擬スラグ固化物204の粒子径分布を、流動層撹拌を行った場合（撹拌有)と行わない場合（撹拌無）で比較して示す。流動層撹拌を行うことにより、10mmより大きい固化物204の割合が減少したことがわかり、流動層撹拌は固化物粒子径が過大になることを防ぐ効果があることが実証された。
【００４４】
このように本実施例では、固化スラグを粉砕した流動媒体32を流動化した流動層３と、この流動層３に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給手段たるスラグ溜め４と、流動層３から熱を回収する熱交換器たる伝熱管７と、流動層３内で溶融スラグが固化した固化スラグ34を回収する固化スラグ回収装置たる固化スラグ抜き出し装置とを備えるものであり、流動層３に供給した溶融スラグが固化し、そのときに発生する熱を流動媒体32を通じて伝熱管７に伝え、伝熱管７と流動媒体32間の伝熱係数は、ガスと伝熱管間の伝熱係数の１０倍程度であるから、同じ熱回収量に対する伝熱面積を小さくでき、熱回収効率に優れるとともに装置を小型化できる。
【００４５】
また、このように本実施例では、溶融スラグを流動層３に滴下するものであるから、滴下した溶融スラグ滴31が所定の大きさの塊として流動層３内に供給され、この後、流動媒体32の一部を取り込み固化スラグ34を形成することができる。
【００４６】
さらに、このように本実施例では、流動媒体32の一部を装置本体２内の流動層３を抜き出して高速のガス流れにより粒子ガス２相流26を形成して流動層３の上の空間に吹き込み、粒子ガス２相流26をスラグ滴31と接触させることによりスラグ滴31の大きさを調整する装置を備えるから、気固２相流26の吹き付けにより滴下した溶融スラグ滴31が所定の大きさの塊として流動層３内に供給され、この後、流動媒体32の一部を取り込み固化スラグ34を形成することができる。
【００４７】
このように滴下した溶融スラグ滴31の大きさが過大なときには、流動媒体32を高速の気流中に分散した気固２相流26と溶融スラグを流動層３上部の空間において、溶融スラグが流動層３に落下する前の気中で接触させ、気固２相流26の運動量を用いてスラグを分断することにより、滴下した溶融スラグの大きさを所定の大きさに制御することができる。
【００４８】
さらに、このように本実施例では、流動層３の内部に流動媒体32を撹拌することのできる撹拌部たる撹拌パドル37を入れて撹拌を行うことで、スラグ滴31が流動層３内で固化する途中においてせん断力を与えることによりスラグ滴31の大きさを調整する装置を備えるから、流動層３の内部を撹拌パドル37によって撹拌することにより、半固化スラグ33を分裂させることで固化スラグ34の大きさを調整することができる。
【００４９】
このように滴下した溶融スラグの大きさが過大なときには、流動層３内に設置した流動媒体撹拌手段により固化途中の溶融スラグにせん断力を与えて溶融スラグを分断することにより、固化スラグの大きさを所定の大きさに制御することができる。
【００５０】
さらに、このように本実施例では、固化スラグ回収装置たる固化スラグ抜き出し装置16により回収した固化スラグを粉砕する粉砕手段たる粉砕機18と、この粉砕した固化スラグ粒子を流動層３に返送する循環装置19とを備えるものであるから、循環装置19を経由して流動層３内へ流動媒体32を返送することで、流動媒体32の量を略一定に維持することができる。
【００５１】
さらにまた、このように本実施例では、流動媒体32の一部を抜き取る流動媒体抜き出し装置21を備えるものであるから、流動媒体32の一部は高温で長時間流動層３内に存在しているので、熱処理を受けたものとなり、その流動媒体32の一部を流動媒体抜き出し装置21を経由して抜き出し、骨材などの製品36として利用できる。
【００５２】
以下、実施例上の効果として、本発明は溶融スラグ滴31が流動層３の粒子濃厚部（流動層３の上部）に到達する前に、流動媒体32を高速のガス中に分散させた気固２相流とスラグ液滴をフリーボード部で接触させることにより、スラグ液滴の径を調節するとともに、スラグ液滴の持つ熱の一部を流動媒体32および流動化ガスに移動させるものであり、滴下した溶融スラグの大きさを所定の大きさに制御することができ、また、溶融スラグ滴31から熱を奪った粒子ガス２相流26は、粒子が流動層３に落下して回収されると共に、熱が煙道内伝熱管15により回収される。
【００５３】
また、本発明は溶融スラグが流動層３に到達した後に、流動層３内に耐熱金属で構成された流動媒体を撹拌する撹拌パドル37により、せん断力を与えて、固化途中のスラグ液滴の径を調節するものである。
【００５４】
さらに、吹き出し口25を装置本体２の側板２Ｃに設け、スラグ溜め４からスラグ滴31を、流動層３の中央位置より側板２Ｃ側の位置に滴下するから、スラグ滴31に近い位置から粒子ガス２相流26を当てて効率よく分断することができる。また、斜めの流動媒体下降管22の上部を前記装置本体２の側板２Ｃに連通状態で接続したから、流動粒子32が自重により流動媒体下降管22を落下することにより抜き取ることができる。
【００５５】
また、図１に示すように、撹拌軸38は流動層３の略中央に位置するから、流動層３内の流動媒体32などを均一に撹拌することができ、さらに、撹拌パドル37の先端は溶融スラグ滴31の落下位置の近傍に位置するから、スラグ滴31を効果的に分裂させることができる。
【００５６】
本発明は、前記実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、製鉄溶融スラグは、高炉や転炉など各種の溶融スラグを用いることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  溶融スラグ熱回収装置
２  装置本体
２Ａ  流動層本体側板
２Ｂ  流動層底部粒子冷却抜き出し部側板
３  流動層
４  スラグ溜め（溶融スラグ供給手段）
５  連通路
６  スラグ滴下ノズル
６Ａ  吹込み口
７  流動層内伝熱管（熱交換器）
８  底部分散板
９  ガスノズル（流動化ガス供給手段）
10  エアレーションノズル（流動化ガス供給手段）
11  抜き出し粒子冷却用熱交換器
12  冷却水供給手段
13  水蒸気あるいは温水回収路
14  排ガス煙道
15  煙道内伝熱管(熱交換器)
16  固化スラグ抜き出し装置（固化スラグ回収装置）
17  固化スラグ排出口
18  粉砕機（粉砕手段）
19  循環装置
20  流動媒体供給口
21  流動媒体抜き出し装置
22  流動媒体下降管
23  搬送ガスノズル
24  粒子上方搬送管
25  粒子ガス２相流吹き出し口
26  粒子ガス２相流（気固２相流）
31  溶融スラグ滴
32  流動媒体
33  流動媒体を取り込みつつ部分的に固化した半固化スラグ（固化物）
34  固化スラグ
35  製品(固化スラグ粉砕物)
36  製品(熱処理後流動媒体)
37  撹拌パドル（撹拌部）
38  撹拌軸
39  撹拌軸駆動機構
101  模擬スラグ(ワックス)
102  流動層
103  流動媒体
104  固化模擬スラグ(固化ワックス)
105  流動化空気
106  流動媒体下降管
107  流動媒体下降管流動化ガス
108  粒子上方搬送管
109  搬送ガス
110  粒子ガス２相流
111  底部流動化空気
201  模擬スラグ(ワックス)
202  流動層
203  流動媒体
204  固化模擬スラグ(固化ワックス)
205  流動化空気
206  底部流動化空気
207  撹拌パドル
208  撹拌パドル回転軸
209  傾斜部散気管式分散板
【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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