(57)【要約】【課題】  懸濁スラグに起因する水砕水循環式水砕設備の各種トラブルを抑止するとともに、スラグの水砕にかかるランニングコストを低減させる。【解決手段】  溶融スラグＸ１をスラグ水砕水Ｗによって水砕し、水砕スラグＸ２を上記スラグ水砕水Ｗの外部に取り出した後に、上記スラグ水砕水Ｗを循環して再び上記溶融スラグＸ１の水砕に用いるスラグ水砕方法であって、伝熱板を有したプレート式熱交換器６を備えるスラグ水砕設備において、上記スラグ水砕水Ｗの流速を、上記プレート式熱交換器６における懸濁スラグの堆積が抑止される流速に制御する。また、循環系内に液体サイクロンを設置して循環水から懸濁スラグの一部を分離、系外に排出する。【選択図】          図１
2006016253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグをスラグ水砕水によって水砕し、水砕スラグを前記スラグ水砕水の外部に取り出した後に、前記スラグ水砕水を循環して再び前記溶融スラグの水砕に用いる水砕水循環式のスラグ水砕方法であって、
伝熱板を有したプレート式熱交換器、あるいは、管式熱交換器を備えるスラグ水砕設備において、前記スラグ水砕水の流速を、前記プレート式熱交換器あるいは前記管式熱交換器の流路における懸濁スラグの堆積が抑止される流速に制御することを特徴とするスラグ水砕方法。
【請求項２】
溶融スラグをスラグ水砕水によって水砕し、水砕スラグを前記スラグ水砕水の外部に取り出した後に、前記スラグ水砕水を循環して再び前記溶融スラグの水砕に用いる水砕水循環式のスラグ水砕設備において、
伝熱板を有したプレート式熱交換器、あるいは、管式熱交換器と、
前記スラグ水砕水の流速を制御することによって、前記プレート式熱交換器あるいは前記管式熱交換器の流路における懸濁スラグの堆積を抑止する流速制御手段と
を備えることを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項３】
請求項２記載のスラグ水砕設備であって、
前記流速制御手段によって、前記プレート式熱交換器あるいは前記管式熱交換器の流路における前記スラグ水砕水の流速を０．１〜２ｍ／ｓに制御することを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項４】
請求項２または３記載のスラグ水砕設備であって、
前記プレート式熱交換器を採用する場合に、流路内流速を制御するための手段として複数の当該プレート式熱交換器が直列に配置されていることを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項５】
請求項２〜４いずれかに記載のスラグ水砕設備であって、
前記懸濁スラグの一部を取り除く手段として、懸濁スラグを前記スラグ水砕水の一部に濃縮分離する液体サイクロンを備えることを特徴とするスラグ水砕設備。    
【請求項６】
請求項５記載のスラグ水砕設備であって、
前記液体サイクロンを二段階に設置し、一段目の液体サイクロンにより濃縮分離、排出されるスラグ濃縮水を二段目の液体サイクロンに送り、当該スラグ濃縮水をさらに濃縮し、水量を減量した後、懸濁スラグを回収することを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項７】
請求項６に記載のスラグ水砕設備であって、
前記水砕スラグを前記スラグ水砕水から外部に取り出すための水砕スラグ排出用バケットエレベーターに前記二段目の液体サイクロンから排出される懸濁スラグを含む濃縮水を供給することによって前記水砕スラグ排出用バケットエレベーターにおけるバケット内水砕スラグ層により前記濃縮水をろ過せしめ、前記懸濁スラグを分離、回収することを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項８】
請求項７記載のスラグ水砕設備であって、
前記水砕スラグ排出用バケットエレベーターに前記懸濁スラグを含む前記濃縮水を供給する際、濃縮水の流速を低減させる流速緩衝手段を備えることを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項９】
請求項８記載のスラグ水砕設備であって、
前記流速緩衝手段は、前記懸濁スラグを含む前記濃縮水を受け、そのオーバーフロー水を前記水砕スラグ排出用バケットエレベーターに供給する受槽であることを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項１０】
請求項６に記載のスラグ水砕設備であって、
前記水砕スラグを一旦貯留するための水砕スラグ貯留用ホッパーに前記二段目の液体サイクロンから排出される懸濁スラグを含む濃縮水を供給することによって、前記水砕スラグ貯留用ホッパー内の水砕スラグ層により前記濃縮水をろ過せしめ、前記懸濁スラグを分離、回収することを特徴とするスラグ水砕設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水砕水循環式スラグ水砕方法及びスラグ水砕設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銅の乾式製錬工程において排出されるスラグは、溶融スラグをスラグ水砕水流中に落下させることによって、急冷凝固させる、いわゆる「水砕」を行うことで、粒径約２ｍｍの水砕スラグとされるのが一般的である。この水砕スラグは、一旦水砕スラグが滞留する水砕スラグピットから水砕スラグ排出用バケットエレベーターによってスラグ水砕水から回収され、セメント原料、サンドブラスト材、コンクリート用細骨材等の製品として販売される。従来、水砕においては、スラグ水砕水として工場で冷却用として使用された海水を利用し、水砕スラグを回収した後のスラグ水砕水はフィルターや沈降ピットで、浮遊する細かいスラグである懸濁スラグを分離・除去した後に近隣水域に放流されるのが一般的であった。
【０００３】
しかしながら、このような一般的な水砕方法では、フィルターや沈降ピットでも懸濁スラグを完全に分離・除去することが困難であること、スラグ中にＰｂやＡｓ等の重金属成分が含有されていること、高温の溶融スラグとスラグ水砕水とが接触した場合に常温のスラグとスラグ水砕水とが接触した場合と比較してより多くの重金属がスラグ水砕水に溶解すること等に起因して、放流されるスラグ水砕水の重金属濃度が増加するという問題が生じる。
【０００４】
近年の環境意識の向上から、スラグ水砕水を循環使用することによって、近隣水域に重金属を含むスラグ水砕水を放流しない水砕方法が提案されており、このような循環式の水砕方法を採用する工場が増えてきている。
具体的には、この循環式の水砕方法では、溶融スラグを水砕することによって加熱されたスラグ水砕水を熱交換器において冷却することによって、再び溶融スラグの水砕に用いている。
【特許文献１】特開平８−３０１６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような水砕水循環式の水砕方法においては、スラグ水砕水に浮遊する細かいスラグである懸濁スラグは海域に放流されない一方、水砕時に発生する懸濁スラグ量と循環系内から排出される懸濁スラグ量がバランスしない限りは、循環水中の懸濁スラグ濃度は上昇するのみとなる。したがって、このようなスラグ水砕設備に循環系内から懸濁スラグを排出するための何らかの機能を備えることは不可欠である。また、各機器が正常な能力を発揮するのに許容される懸濁スラグ濃度は高い方が有利であることは言うまでもない。
このような観点から、熱交換器に関して言えば、一般的に、熱交換効率に優れる、設置面積が小さい、メンテナンス性が良好、水の損失が全く生じない等の利点を有するプレート式熱交換器や管式熱交換器を採用せず、専らクーリングタワーを採用するのが現状の主流である。これは、プレート式熱交換器や管式熱交換器の流路が狭いため、熱交換器の流路内部において懸濁スラグが堆積し、熱交換効率が低下したり、圧力損失上昇による水量低下の問題が生じるためである。
【０００６】
しかしながら、クーリングタワーは、抜熱の大部分を蒸発潜熱に因ることをその冷却原理としているため、熱交換器としてクーリンググタワーを用いた場合には、蒸発損失に見合う新しい水を多量に循環系内に常時補給する必要が生じ、水代としてスラグの水砕にかかるランニングコストが増大する。また、工場の立地条件によっては水自体の調達が困難な場合も少なくない。さらに、熱交換器としてクーリングタワーを用いた場合であっても、長時間の使用によりクーリングタワー内に懸濁スラグが堆積し、熱交換効率が低下したり、内部に堆積したスラグの重量に耐え切れず、クーリングタワーが倒壊したりするトラブルが報告されており、水砕水循環式のスラグ水砕設備に導入する熱交換器として最適で確立された技術とは言えない。
【０００７】
また、懸濁スラグを排出して循環水中の懸濁スラグ濃度を低減させる機能として、懸濁スラグを含む循環水の一部を排水工場に送水することが一般的に行なわれる。しかしながら、循環水中の懸濁スラグ濃度を低レベルに維持しようとすれば当然排水工場への送水量が多くなり、送水量見合いの新しい水を系内に補給する必要が生じるので、前述と同様、水代としてスラグの水砕にかかるランニングコストが増大し、また新しい水自体の確保が必要となる。
【０００８】
さらに、懸濁スラグを排出して循環水の懸濁スラグ濃度を低減させる機能として、循環経路に大きな沈降ピットを設置するのも一般的に行なわれている。これは、沈降ピットにおいて循環水の流速を減じることで懸濁スラグを沈降、分離しようという考えに基づいている。しかしながら、ピットの設置面積が確保できない場合は不可能であるし、沈降ピットへのスラグ沈降、堆積は速く、沈降に要する滞留時間を確保するためにはピット容量を常に正常な状態に保つ必要がある。このため実施されるショベルによる沈降スラグ掻き出し作業は、現状の工場では毎日から２回/週のペースで実施しており、コスト、労力の点から有効な手段とは言えない。
【０００９】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、懸濁スラグに起因する水砕水循環式水砕設備の各種トラブルを抑止するとともに、スラグの水砕にかかるランニングコストを低減させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のスラグ水砕方法は、溶融スラグをスラグ水砕水によって水砕し、水砕スラグを上記スラグ水砕水の外部に取り出した後に、上記スラグ水砕水を循環して再び上記溶融スラグの水砕に用いるスラグ水砕方法であって、伝熱板を有したプレート式熱交換器、あるいは、管式熱交換器を備えるスラグ水砕設備において、熱交換器流路における上記スラグ水砕水の流速を、上記プレート式熱交換器あるいは上記管式熱交換器における懸濁スラグの堆積が抑止される流速に制御することを特徴とする。
なお、ここで言うプレート式熱交換器における流速の定義を図８を用いて説明する。プレート式熱交換器の流路総断面積は、プレート式熱交換器の組立寸法、プレート枚数、プレート厚さから”流路総断面積=（Ｌ―Ｘ＊δ）＊Ｗ／２”となる。そして、流量をプレートクーラーの流路総断面積で除した値が流速である。
【００１１】
また、本発明のスラグ水砕設備は、溶融スラグをスラグ水砕水によって水砕し、水砕スラグを上記スラグ水砕水の外部に取り出した後に、上記スラグ水砕水を循環して再び上記溶融スラグの水砕に用いるスラグ水砕設備において、伝熱板を有したプレート式熱交換器、あるいは、管式熱交換器と、熱交換器流路における上記スラグ水砕水の流速を制御することによって、上記プレート式熱交換器あるいは上記管式熱交換器における懸濁スラグの堆積を抑止する流速制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
このような特徴を有する本発明のスラグ水砕方法及びスラグ水砕設備によれば、プレート式熱交換器あるいは管式熱交換器におけるスラグ水砕水の流速が、スラグ水砕水に含まれる懸濁スラグのプレート式熱交換器あるいは管式熱交換器における堆積が抑止される流速に制御される。このため、懸濁スラグの堆積に起因する熱交換器の熱交換効率の低下が抑止され、従来、導入されていなかったプレート式熱交換器あるいは管式熱交換器の採用が可能となる。
また、本発明においては、熱交換器としてプレート式熱交換器あるいは管式熱交換器が用いられるため、熱交換器としてクーリングタワーを用いた場合と比較して、水砕設備に供給される新しい水の量を大幅に減少させることができる。したがって、本発明のスラグ水砕方法及びスラグ水砕設備によれば、多量の水の調達先を新たに確保する必要がなく、水代としてスラグの水砕にかかるランニングコストを低減させることが可能となる。
【００１３】
なお、具体的には、プレート式熱交換器あるいは管式熱交換器の流路におけるスラグ水砕水の流速を０．１〜２ｍ／ｓに制御することによって、懸濁スラグの堆積を抑止することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のスラグ水砕設備においては、プレート式熱交換器を採用する場合に、複数のプレート式熱交換器を直列に配置させるという構成を採用し、これによりポンプ容量を不必要に大きくすることなく上述の懸濁スラグの堆積を抑止するための流速制御を行うことが可能である。所望の交換熱量に対して、循環水の流量が同量の場合、プレート式熱交換器を単一で設置する場合と比較して複数を直列に設置した場合の方がプレート式熱交換器１台あたりの流路総断面積は小さくなるので、即ち、プレート式熱交換器におけるスラグ水砕水の流速を上げることができる。これによれば、プレート式熱交換器における懸濁スラグの堆積を抑止する流速を得るために、ポンプ容量を大きくしてスラグ水砕水の流量を大きくする必要がなくなるので、ポンプの導入コスト、電力代としてランニングコストの点で有利となる。
また、一般に伝熱板を介して被冷却水と冷却水を熱交換させる場合、流速が大となるほど伝熱係数が向上する。これは、伝熱工学的に言えば、伝熱板表面近傍の温度境界層が小さくなることに起因する。即ち、複数のプレート式熱交換器を直列に配置した場合、上述の懸濁スラグ堆積抑止と、上記温度境界層が小さくなる両方の効果により伝熱効率が向上し、単一のプレート式熱交換器を設置した場合と比較してトータルのプレート枚数が少なくなり、導入コストが少なくて済む、設置面積が小さい、開放してプレートを掃除する時の労力が少なくて済むなどのメリットを享受できる。
なお、複数のプレート式熱交換器を直列に設置する場合、台数が多ければ多いほど本発明で言う効果は大となるが、配管接続が複雑になることを避けるならば、２基を直列に設置するのが好ましい。
【００１５】
また、本発明のスラグ水砕設備においては、上記懸濁スラグを上記スラグ水砕水の一部に濃縮し、濃縮水のかたちで懸濁スラグを分離する液体サイクロンを備えるという構成を採用することができる。
液体サイクロンは、適正な機種設定によって、２０μｍ以上の懸濁スラグを高い収率で分離することができる。このため、水砕水循環系内に液体サイクロンを設け、液体サイクロンによって懸濁スラグの一部が分離されたスラグ水砕水をプレート式熱交換器あるいは管式熱交換器に送水することによって、熱交換器への懸濁スラグ負荷を低減させることができる。したがって、上記流速制御の効果に加えて、プレート式熱交換器あるいは管式熱交換器における懸濁スラグの堆積をさらに抑止することが可能となる。加えて、大きな沈降ピットの設置も必要なく、排水工場に送水する水量も大幅に減らすことができ、懸濁スラグに起因する問題をさらに低減することが可能となる。
【００１６】
また、液体サイクロンを備えるにあたり、液体サイクロンを二段階に設置し、まず一段目の液体サイクロンにより排出される懸濁スラグを分離、回収した懸濁スラグ濃縮水をさらに二段目の液体サイクロンに送り、さらに懸濁スラグを濃縮し、水量を減らした上で循環系外に回収する構成を採用することができる。
一般に、液体サイクロンから排出される懸濁スラグの濃縮水は、一段の場合トータル処理流量の１０〜２０％となる。例えば、スラグ水砕水の循環水として１０００ｍ３／ｈｒを循環させる場合、液体サイクロンから排出される濃縮水の液量は１００〜２００ｍ３／ｈｒと多いので、ろ過などの固液分離手段を用いて最終的に懸濁スラグのみを回収するのは水量が多すぎて厄介である。一方、液体サイクロンを二段で設置した場合、一段目での濃縮水量が１００〜２００ｍ３／ｈｒ、二段目の濃縮水量が１０〜２０ｍ３／ｈｒと濃縮水量を減らすことができるので最終的に懸濁スラグのみを回収する場合に取り扱いが容易になる。
【００１７】
また、濃縮水からの最終的な懸濁スラグの分離、回収方法として、水砕スラグ排出用バケットエレベーターに上記懸濁スラグを含む上記濃縮水を供給する構成を採用することができる。一般に水砕スラグ排出用バケットエレベーターの各バケットの底には水切り用として複数の孔が形成されていている。液体サイクロン二段設置により水量を減らした濃縮水を水砕スラグ排出用バケットエレベーターの各バケットの上に連続的に供給すると、排出中の水砕スラグ層により濃縮水がろ過され、懸濁スラグのみが確実に回収され、ろ過後の水はロスすることなく循環系内に戻される。これによると、懸濁スラグを回収する機構を新たに設置する必要がなく、容易に懸濁スラグを回収することが可能となる。
また、濃縮水から懸濁スラグのみを別の方法により分離、回収したとしても、細かいスラグのみでは現状では用途がなく製品として出荷できない。一方、水砕スラグ排出用バケットエレベーターに回収する場合では、懸濁スラグに起因して上昇する最終的な製品スラグの細粒分は０．５％にも満たなく、しかも連続的にバケットに供給されるため粒度分布のばらつきも生じないため、製品スラグの品質（粒度）に特段の影響を与えない。
なお、液体サイクロン二段設置により水量を減らした濃縮水から懸濁スラグを回収するその他の方法として、濃縮水を水砕スラグ貯留ホッパーに供給する方法も考えられる。この方法でも、ホッパー内に貯留された水砕スラグ層によるろ過分離が可能なので上記と同様な効果が得られる。
【００１８】
なお、水砕スラグ排出用バケットエレベーターに供給される懸濁スラグ濃縮水の流速が早い場合には、バケット内に供給された濃縮水が溢れ出し、懸濁スラグの回収率が低下するとともに折角分離した懸濁スラグが循環系内に戻ってしまうことが懸念される。このため、本発明のスラグ水砕設備は、上記水砕スラグ排出用バケットエレベーターの濃縮水供給部に、上記懸濁スラグを含む上記スラグ水砕水の流速を低減させる流速緩衝手段を設けるという構成を採用することが好ましい。
このような構成を採用することによって、水砕スラグバケットエレベーターに供給されるスラグ水砕水の流速が低減されるため、バケットからスラグ水砕水が溢れ出すことを防止することができ、より確実に懸濁スラグを回収することが可能となる。
具体的には、流速緩衝手段として、上記懸濁スラグを含む上記スラグ水砕水を受け、そのオーバーフロー水を上記水砕スラグ排出用バケットエレベーターに供給する受槽を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係るスラグ水砕方法及びスラグ水砕設備の一実施形態について説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本第１実施形態のスラグ水砕設備Ｓ１の概略構成を示すフロー図である。この図において、符号１は水砕スラグピット、２は水砕スラグ排出用バケットエレベーター、３は循環ポンプピット、４は循環ポンプ、５は第１液体サイクロン（液体サイクロン）、６はプレート式熱交換器、７はヘッドタンク、８は懸濁スラグ濃縮水中間ピット、９は懸濁スラグ濃縮水送水用ポンプ、１０は第２液体サイクロン（第２の液体サイクロン）、１１は受槽である。
【００２１】
本第１実施形態の水砕設備Ｓ１は、溶融スラグＸ１をスラグ水砕水Ｗによって水砕し、水砕スラグＸ２を水砕スラグ排出用バケットエレベーター２によってスラグ水砕水Ｗ１（スラグ水砕水Ｗ）の外部に取り出した後に、スラグ水砕水Ｗ１（スラグ水砕水Ｗ）を循環して再び溶融スラグＸ１の水砕に用いる、いわゆるクローズド型のスラグ水砕設備である。  
【００２２】
水砕スラグピット１は、溶融スラグＸ１がスラグ水砕水Ｗにより水砕された後、水砕スラグＸ２とスラグ水砕水Ｗ１（スラグ水砕水Ｗ）が一旦滞留する滞留槽である。
水砕スラグ排出用バケットエレベーター２は、複数のバケット２１を備えるチェーンコンベア式のエレベーターであり、水砕スラグＸ２を水砕スラグピット１から取り出して外部に搬送するものである。このバケット２１には、底部に水切りのための複数の孔が形成されている。
【００２３】
循環ポンプピット３は、開渠ａを介して水砕スラグピット１と接続されており、開渠ａを介して供給される懸濁スラグを含むスラグ水砕水Ｗ（以下、懸濁スラグ水砕水Ｗ２と称する）を循環させるための循環ポンプ４が設置されている。
なお、ここで言う懸濁スラグとは、スラグ水砕水Ｗ中に浮遊する微細なスラグのことである。
循環ポンプ４は、配管bを介して循環ポンプピット３と接続されており、配管cを介して懸濁スラグ水砕水Ｗ２を送り出すものである。なお、後でも解説するが、プレート式熱交換器６における懸濁スラグ堆積抑止のための流速制御はプレート式熱交換器の設置方法により行うため、ポンプは水砕に必要な量を送水するだけの容量を有していれば良い。
第１液体サイクロン５は、配管ｃを介して循環ポンプ４と接続されており、プレート式熱交換器６の上流側に配置されている。この第１液体サイクロン５は、懸濁スラグを懸濁スラグ水砕水Ｗ２の一部に濃縮、分離するものであり、懸濁スラグ濃度が上がった第１懸濁スラグ濃縮水Ｗ３（スラグ水砕水Ｗ）を排出し、一部の懸濁スラグが除去された残りの懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）を配管ｅを介して排出する。なお、配管ｅの途中部位には、配管ｉが接続されており、この配管ｉを介して第１液体サイクロン５で取り切れなかったさらに細かい懸濁スラグを含む懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の一部を排水処理工場等に送水できるよう備えられている。
【００２４】
プレート式熱交換器６は、伝熱板を有しており、配管ｅを介して供給される懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）と、外部から供給される冷却水Ｒとを伝熱板を介して間接的に熱交換することによって、懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）を冷却して配管ｆを介して排出するものである。
図２は、プレート式熱交換器６における懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の流路と冷却水Ｒの流路とを模式的に示した模式図である。この図に示すように、プレート式熱交換器６の内部においては、伝熱板によって区切られた独立した各々の流路内を懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）と冷却水Ｒとが互いに対向する方向に流れることによって、懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）が冷却水Ｒによって抜熱されて冷却される。
【００２５】
ここで、プレート式熱交換器６における懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の流速は、上述のように、複数（２台）のプレート式熱交換器を直列に配置することにより、懸濁スラグの堆積が抑止される流速に制御されている。このため、懸濁スラグの堆積に起因するプレート式熱交換器６の熱交換効率の低下を抑止することが可能となる。また、当然のことながら、プレート式熱交換器６において、懸濁スラグの堆積に起因する詰まりを抑止することもでき、圧力損失増大に起因するポンプ流量低下も生じない。
なお、具体的には、プレート式熱交換器６における懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の流速を０．１〜２ｍ／ｓとすることによって、プレート式熱交換器６における懸濁スラグの堆積を抑止することができる。ここで、流速が０．１ｍ／ｓを下回る場合は、懸濁スラグの堆積により伝熱効率が著しく低下する。また、伝熱効率の点では流速が大きければ大きいほど良いが、流速が２ｍ／ｓを超えると、懸濁スラグ堆積有無に全く無縁のプレート式熱交換器固有の圧力損失が増大しすぎ、ポンプ容量を無用に大としなければならない欠点が生じる。
また、プレート式熱交換器６は、本来、水の損失を全く伴わない熱交換器であるから熱交換器としてクーリングタワーを用いた場合と比較して、多量の水の調達先を新たに確保する必要がなく、水代としてスラグの水砕にかかるランニングコストを低減させることが可能となる。
【００２６】
なお、冷却水Ｒとしては、近隣海域から導入した海水をそのまま用いても良いが、そもそもプレート式熱交換器は伝熱効率に優れた熱交換器であるので、循環する水砕水と適度な温度差を有していれば、工場で一度冷却用として使用した水を再利用しても構わない。スラグ生産量、プレート式熱交換器の水砕水循環量、冷却海水量などにもよるが、例えば、海水温度が年間の季節変動で８〜３２℃で変化する近隣海域の海水を、工場で一旦冷却用として使用し、２０〜４４℃となった海水、即ち温度差１２℃分の冷却を一旦行なった後の海水でも十分に冷却水Ｒとして使用可能である。
また、本実施形態のスラグ水砕設備Ｓ１においては、上述のように、第１サイクロン５によって、懸濁スラグを懸濁スラグ水砕水Ｗ２の一部とともに分離し、一部の懸濁スラグが除去された残りの懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）を配管ｅを介してプレート式熱交換器６に送水する。このため、プレート式熱交換器６でのスラグ水砕水Ｗの懸濁スラグ濃度を低下させることができ、プレート式熱交換器６における懸濁スラグの堆積をさらに抑止することが可能となる。
また、本実施形態のスラグ水砕設備Ｓ１においては、熱交換器としてプレート式熱交換器６を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、熱交換器として管式熱交換器を用いることもできる。このように熱交換器として管式熱交換器を用いた場合であっても、同様の流速制御を行うことにより熱交換器としてプレート式熱交換器６を用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
図１に戻り、ヘッドタンク７は、配管ｆを介してプレート式熱交換器６と接続されており、配管ｇを介して熱交換器６から供給された懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）を水砕用スラグ水砕水Ｗとして水砕スラグピット１に供給するものである。このヘッドタンク７は、循環ポンプピット３と、配管ｈを介して接続されており、ヘッドタンク７から常時少量の水砕水が配管ｈを介して循環ポンプピット３に戻されることにより、ヘッドタンク７が常時満水を維持されている。これによって懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）のレベルが維持され、水砕スラグピット１に供給される懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の流量を安定させることができる。また、ヘッドタンク７を配置することによって、停電等によって、循環ポンプ４等の駆動が停止する非常トラブルが生じた場合であっても、水砕スラグピット１に対する懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の供給が瞬時に停止されることを防止することができる。
【００２８】
懸濁スラグ濃縮水中間ピット８は、第１液体サイクロン５から排出される第１懸濁スラグ濃縮水Ｗ３を一旦受けるためのピットである。懸濁スラグ濃縮水送水用ポンプ９は、配管ｊを介して懸濁スラグ濃縮水中間ピット８と接続されており、懸濁スラグ濃縮水中間ピット８に滞留する第１懸濁スラグ濃縮水Ｗ３を配管ｋを介して送水するものである。
【００２９】
第２液体サイクロン１０は、第１懸濁スラグ濃縮水Ｗ３から、さらに懸濁スラグを第１懸濁スラグ濃縮水Ｗ３の一部に濃縮して分離するものであり、懸濁スラグ濃度がさらに上がった第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５を配管ｌを介して排出し、懸濁スラグが除去された清水Ｗ６を配管ｍを介して排出し、水砕スラグピット１に戻す。
【００３０】
受槽１１（流速緩衝手段）は、第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５の流速を低減させるものであり、水砕スラグ排出用バケットエレベーター２の上流側に配置されている。図３は、受槽１１と水砕スラグ排出用バケットエレベーター２が備えるバケット２１とを模式的に示した模式図である。この図に示すように、受槽１１は、第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５を受け、そのオーバーフロー水を水砕スラグ排出用バケットエレベーター２が備えるバケット２１に静かに供給するものである。このように、受槽１１を介して第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５を水砕スラグ排出用バケットエレベーター２が備えるバケット２１に供給することによって、第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５の流速が低減されるため、バケット２１から第２懸濁スラグ濃縮水が溢れ出すことを抑止することができ、より確実に懸濁スラグを回収することが可能となる。
【００３１】
図４は、受槽１１の斜視図である。この図に示すように、受槽１１には、第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５を確実にバケット２１側にオーバーフローさせるための切欠き１１ａが形成されている。なお、この切欠き１１ａの面積は、第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５の流速が適度に低減されるように設定されている。
【００３２】
なお、水砕スラグ排出用バケットエレベーター２のバケット２１には水砕スラグピット１から掬い上げられた水砕スラグが入っており、バケット２１の下部に形成された複数の孔により水切りされながら水砕スラグが搬送されている。このバケット２１に上述のように濃縮かつ水量を減じた第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５を流速緩衝手段により静かに供給した場合、バケット２１内の水砕スラグ層により懸濁スラグがろ過され、懸濁スラグが水砕スラグＸ２とともに確実に回収・搬送され、ろ過された清水はバケット２１の底穴から排出され水砕スラグピット１に戻されるので系内の水ロスは最小化される。
これによると、懸濁スラグを回収する機構を新たに設置する必要がなくなる。また、第２スラグ濃縮水Ｗ５から懸濁スラグのみを別の方法により分離、回収したとしても、細かいスラグのみでは現状では用途がない。一方、水砕スラグ排出用バケットエレベーターに回収する場合では、懸濁スラグに起因して上昇する最終的な製品スラグの細粒分は０．５％にも満たなく、しかも連続的にバケットに供給されるため粒度分布のばらつきも生じないため、製品スラグの品質（粒度）に特段の影響も与えない。
【００３３】
なお、水砕スラグ排出用バケットエレベーター２によって回収された水砕スラグＸ２及び懸濁スラグは、水砕スラグ排出用バケットエレベーター２からベルトコンベア等によって搬送され、水砕スラグＸ２を一旦貯留するための水砕スラグ貯留用ホッパー（不図示）において一旦貯留された後にトラック等によって搬出される。
【００３４】
このような構成を有する本第１実施形態のスラグ水砕設備Ｓ１におけるスラグ水砕方法では、複数のプレート式熱交換器６を直列に設置することにより、プレート式熱交換器６の流路における懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の流速が、プレート式熱交換器６における懸濁スラグの堆積が抑止される流速とされるため、懸濁スラグの堆積に起因する熱交換効率の低下や圧力損失増大によるポンプ流量低下を抑止することが可能となる。また、懸濁スラグの一部を系内から排出する液体サイクロンを二段階に設置することで、懸濁スラグ濃縮水の濃縮度を高めかつ水量を減らし、さらに流速緩衝手段を介して静かに水砕スラグ排出用バケットエレベーター２に供給することで、効率的かつ確実に懸濁スラグを回収することが可能となる。
これにより、従来の水砕水循環式のスラグ水砕設備で導入されてこなかったプレート式熱交換器を採用可能となり、また、スラグ水砕設備で使用する水量を大幅に減らすことができるなど、懸濁スラグに起因する各種問題を克服しつつ、ランニングコストを低減したスラグ水砕設備が達成される。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本第２実施形態の説明においても、上記第１実施形態と同様の部分については、その説明を省略あるいは簡略化する。
【００３６】
図５は、本第２実施形態のスラグ水砕設備Ｓ２の概略構成を示したフロー図である。この図に示すように、本第２実施形態のスラグ水砕設備Ｓ２においては、循環ポンプ４から送水された懸濁スラグ水砕水Ｗ２の流路である配管ｃが直接ヘッドタンク７と接続されている。また、循環ポンプピット３には、配管ｎを介して供給される懸濁スラグ水砕水Ｗ２の一部を配管ｏを介して第１液体サイクロン５に送水する冷却系循環ポンプ１２が設置されている。そして、プレート式熱交換器６によって冷却された懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の流路である配管ｆが循環ポンプピット３と接続されている。即ち、本第２実施形態のスラグ水砕設備Ｓ２は、スラグ水砕水Ｗの循環流路と、スラグ水砕水Ｗの冷却流路が別々に形成されている。
【００３７】
このような構成を有する第２実施形態のスラグ水砕設備Ｓ２によれば、仮に、例えば第１液体サイクロン５の故障等によって、冷却流路に異常が生じた場合であっても、瞬時に循環流路の使用が停止されることを防止することができる。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るスラグ水砕設備及びスラグ水砕方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３９】
例えば、上記実施形態においては、第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５を水砕スラグ排出用バケットエレベーター２のバケット２１に供給することによって、懸濁スラグを水砕スラグＸ２とともに回収した。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５を水砕スラグ貯留用ホッパー（不図示）に供給し、水砕スラグ貯留用ホッパー内の水砕スラグ層により第２懸濁スラグ濃縮水Ｗ５をろ過せしめことによって、懸濁スラグを水砕スラグＸ２とともに回収しても良い。
【実施例】
【００４０】
本発明の第１実施形態のスラグ水砕設備Ｓ１を用いてスラグ水砕を実施した。なお、下記に述べるものは、本発明の効果を確認するため、切替え用の予備として設置している循環ポンプやプレート式熱交換器を用いて、意図的に通常運転から逸脱した条件で設備の運転を行った結果も含まれる。
図６はプレート式熱交換器の流路における水砕水流速を種々変化させて、一定期間運転した後の伝熱係数を比較した結果である。流速の上昇に伴い伝熱係数も向上するが、流速０．１ｍ／ｓ以上では伝熱係数の変化が緩やかなのに対して、０．１ｍ／ｓ以下になると急激に伝熱係数が低下した。プレート式熱交換器を分解して点検したところプレート間流路に著しく懸濁スラグが堆積していた。
図７は海水による水砕を行い、水砕後の水を近隣海域に放流する従来技術を用いていた時の製品水砕スラグの粒度分布と、本発明実施後の製品水砕スラグの粒度分布を比較した図である。本発明では、従来、回収されていなかった懸濁スラグも製品スラグに含まれる形で回収しているので、若干細粒分（０．１５ｍｍ以下）が増えるが、水砕スラグの販売上問題視されるものではない。また、水砕スラグが連続的にバケットエレベーターで搬送されるところに懸濁スラグも連続的に回収するかたちとしているため、粒度分布のばらつきも生じない。
表１は、同じ水砕水循環式の水砕設備で従来のクーリングタワーおよび沈降ピットを採用している工場と、本発明の水砕設備を採用した工場で運転状況やトラブル事例を比較したものである。
【００４１】
【表１】
2006016253.tif 000003
【００４２】
従来技術を用いている工場は、大きな沈降ピットを設置し、懸濁スラグを沈降分離しているが、懸濁スラグの堆積が速くピット容量確保のためのショベルによるスラグ掻き出しを１週間に２回実施している。また、熱交換器としてクーリングタワーを採用しているが、過去に懸濁スラグがタワー内に堆積し、熱交換能力が低下したり、堆積した懸濁スラグの重量に耐え切れずタワーが倒壊したりするトラブルがあり、循環水中の懸濁スラグ濃度を下げるため、多量の循環水を排水工場へ送水している。クーリングタワーを採用していることも含め、水砕設備に補給しなくてはならない新しい水は本発明の水砕設備の３倍以上となっている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態のスラグ水砕設備Ｓ１の概略構成を示したフロー図である。
【図２】２つのプレート式熱交換器６を直列に設置した場合における懸濁スラグ希薄水Ｗ４（スラグ水砕水Ｗ）の流路と冷却水Ｒの流路とを模式的に示した模式図である。
【図３】受槽１１と水砕スラグ排出用バケットエレベーター２が備えるバケット２１とを模式的に示した模式図である。
【図４】受槽１１の斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態のスラグ水砕設備Ｓ２の概略構成を示したフロー図である。
【図６】プレート式熱交換器の流路における流速を種々変化させて一定期間後の伝熱係数を調査した結果である。
【図７】従来の海水による水砕を行い、水砕水を近隣海域に放流していた場合と本発明の第１実施形態のスラグ水砕設備Ｓ１を用いた場合で製品水砕スラグの粒度分布を比較したものである。
【図８】プレート式熱交換器の流路における流速の定義を説明した図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｓ１〜Ｓ２……スラグ水砕設備、２……水砕スラグ排出用バケットエレベーター、４……循環ポンプ、５……第１液体サイクロン（液体サイクロン）、６……プレート式熱交換器、７……ヘッドタンク、８……懸濁スラグ濃縮水中間ピット、９……懸濁スラグ濃縮水送水用ポンプ、１０……第２液体サイクロン（第２の液体サイクロン）、１１……受槽（流速緩衝手段）、１２……冷却系循環ポンプ、Ｘ１……溶融スラグ、Ｘ２……水砕スラグ、Ｗ……スラグ水砕水、Ｗ１……水砕用スラグ水砕水（スラグ水砕水）、Ｗ２……懸濁スラグ水砕水（スラグ水砕水）、Ｗ３……第１懸濁スラグ濃縮水、Ｗ４……懸濁スラグ希薄水（スラグ水砕水）、Ｗ５……第２懸濁スラグ濃縮水、Ｗ６……清水
【図１】
2006016253.tif 000004
【図２】
2006016253.tif 000005
【図３】
2006016253.tif 000006
【図４】
2006016253.tif 000007
【図５】
2006016253.tif 000008
【図６】
2006016253.tif 000009
【図７】
2006016253.tif 000010
【図８】
2006016253.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成16年9月13日(2004.9.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグをスラグ水砕水によって水砕し、水砕スラグを前記スラグ水砕水の外部に取り出した後に、前記スラグ水砕水を循環して再び前記溶融スラグの水砕に用いる水砕水循環式のスラグ水砕方法であって、
伝熱板を有したプレート式熱交換器、あるいは、管式熱交換器を備えるスラグ水砕設備において、前記スラグ水砕水の流速を、前記プレート式熱交換器あるいは前記管式熱交換器の流路における懸濁スラグの堆積が抑止される流速に制御することを特徴とするスラグ水砕方法。
【請求項２】
溶融スラグをスラグ水砕水によって水砕し、水砕スラグを前記スラグ水砕水の外部に取り出した後に、前記スラグ水砕水を循環して再び前記溶融スラグの水砕に用いる水砕水循環式のスラグ水砕設備において、
伝熱板を有したプレート式熱交換器、あるいは、管式熱交換器と、
前記スラグ水砕水の流速を制御することによって、前記プレート式熱交換器あるいは前記管式熱交換器の流路における懸濁スラグの堆積を抑止する流速制御手段と
を備えることを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項３】
請求項２記載のスラグ水砕設備であって、
前記流速制御手段によって、前記プレート式熱交換器あるいは前記管式熱交換器の流路における前記スラグ水砕水の流速を０．１〜２ｍ／ｓに制御することを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項４】
請求項２または３記載のスラグ水砕設備であって、
前記プレート式熱交換器を採用する場合に、流路内流速を制御するための手段として複数の当該プレート式熱交換器が直列に配置されていることを特徴とするスラグ水砕設備。
【請求項５】
請求項２〜４いずれかに記載のスラグ水砕設備であって、
前記懸濁スラグの一部を取り除く手段として、懸濁スラグを前記スラグ水砕水の一部に濃縮分離する液体サイクロンを備えることを特徴とするスラグ水砕設備。