(57)【要約】【課題】溶融高炉スラグの温度低下を抑制し、溶融高炉スラグ中におけるフライアッシュの溶解量を増やすことが可能となると共に、フライアッシュの有効利用に資することが可能な高炉スラグ処理方法及び高炉スラグ処理装置を提供すること。【解決手段】容器２に貯留された溶融高炉スラグ１中に、フライアッシュを、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むインジェクションをして溶解する高炉スラグ処理方法であって、容器の上方に設置されたフード４によって容器を覆い、フード内に酸素ガスを供給し、インジェクションにより発生したＣＯガス、又はフライアッシュ中の炭素を、当該酸素ガスにより、溶融高炉スラグ表面とフード間の空間で燃焼させ、燃焼後の排ガスを空間から吸引して排出することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器に貯留された溶融高炉スラグ中に、フライアッシュを、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むインジェクションをして溶解する高炉スラグ処理方法であって、
前記容器の上方に設置されたフードによって前記容器を覆い、
前記フード内に酸素ガスを供給し、
前記インジェクションにより発生したＣＯガス、又はフライアッシュ中の炭素を、当該酸素ガスにより、前記溶融高炉スラグ表面と前記フード間の空間で燃焼させ、
当該燃焼後の排ガスを前記空間から吸引して排出することを特徴とする、高炉スラグ処理方法。
【請求項２】
前記インジェクションにおいて、前記フライアッシュに加えて、酸化カルシウム又は酸化鉄を含有する副原料を、前記空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むことを特徴とする、請求項１記載の高炉スラグ処理方法。
【請求項３】
前記排ガス中の酸素濃度が１〜１０体積％となるように、前記酸素ガスの供給量を調節することを特徴とする、請求項１又は２記載の高炉スラグ処理方法。
【請求項４】
前記フード内への前記酸素ガスの供給は、前記フードに設けられたガス供給配管を用いて行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉スラグ処理方法。
【請求項５】
前記フード内への前記酸素ガスの供給は、前記フードと前記容器との間に隙間を設け、前記排ガス吸引により、前記隙間からの進入空気によって行われることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉スラグ処理方法。
【請求項６】
溶融高炉スラグを貯留する容器と、
前記容器中の前記溶融高炉スラグに、フライアッシュを、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むインジェクションをするインジェクションランスと、
前記容器の上方に前記容器を覆うように配置されたフードと、
前記容器中の溶融高炉スラグの表面と前記フード間の空間に、酸素ガスを供給するガス供給装置と、
前記インジェクションにより発生したＣＯガス、又はフライアッシュ中の炭素を、前記酸素ガスで燃焼させて生じる排ガスを、前記空間から吸引する排ガス吸引装置と、
を備えることを特徴とする、高炉スラグ処理装置。
【請求項７】
前記排ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定装置を有し、
前記フードに前記フードと前記容器との間の隙間を調整する昇降装置、又は、前記排ガス吸引装置に前記排ガス吸引量を調整する吸引量調整装置の少なくともいずれかを更に備えたことを特徴とする、請求項６記載の高炉スラグ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
高炉スラグ処理方法及び高炉スラグ処理装置に関し、特に、フライアッシュを溶解する高炉スラグ処理方法及び高炉スラグ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライアッシュは、微粉炭焚きボイラーまたは石炭焚き流動層ボイラー等で、石炭を燃焼させた時に発生する石炭灰のうち、燃焼排ガスと共に飛散し、集塵機により捕集された微粉末の灰である。
【０００３】
現在、フライアッシュは、主としてセメント原料として有効利用されているが、フライアッシュ発生量の増加とセメント生産量の低下が予想されており、その新たな利用方法の開発が必要である。溶融高炉スラグ中にフライアッシュを吹込んで溶解して、高炉水砕スラグを製造し、コンクリート用骨材または高炉セメント原料に利用することにより、フライアッシュを有効利用する方法が特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３５２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
溶融高炉スラグを大量の水で急冷することによって、砂状の高炉スラグ製品が製造される。これを、水砕処理するという。水砕処理するとき、溶融高炉スラグは、その貯留容器から樋に流し込まれ、樋を流れて大量の水の流れの中に注ぎ込まれる。ところで、溶融高炉スラグに溶解されるフライアッシュ、またはフライアッシュとフライアッシュの溶解性を改善する副原料粉体との混合物の溶解量が増加すると、フライアッシュを溶解するのに必要な熱が増加する。そのため、フライアッシュ溶解後の溶融高炉スラグ温度が低下する。溶融高炉スラグ温度が低下すると、該溶融高炉スラグの粘性が上昇し、上記樋での流れが停滞して溢れ、水砕処理ができなくなる。したがって、フライアッシュ溶解後の溶融高炉スラグ温度の低下を抑制する必要があるという問題があった。
【０００６】
一方、フライアッシュの組成は、使用する石炭の灰分組成によって変化するが、通常は未燃焼の炭素を１質量％程度、あるいはそれ以上含んでいる。一貫製鉄所に設置された微粉炭焚きボイラーでは、高炉ガスなどが供給されて、微粉炭とガスとが混焼されることがある。この混焼時には、フライアッシュ中に含まれる未燃焼の炭素が１０質量％程度になることがある。
【０００７】
フライアッシュ中に含まれる上記の未燃焼の炭素を燃焼させて、その燃焼熱を溶融高炉スラグに有効に伝えることができれば、溶融高炉スラグ温度の低下抑制に有効である。特許文献１には、貯留された溶融高炉スラグ中に、酸素または酸素富化空気と共にフライアッシュを吹込んで、フライアッシュを溶解する方法が記載されている。具体的には、未燃焼の炭素を１質量％以上含むフライアッシュを、酸素または酸素濃度３０体積％以上の酸素富化空気と共に溶融高炉スラグ中に吹込み、フライアッシュを溶融高炉スラグ中に溶解させる方法である。このとき、特許文献１では、下記の式で示す酸素比が０．２以上となるように酸素または酸素富化空気を吹込むことを記載している。
【０００８】
酸素比＝吹込み酸素量（ｍ３／ｈ）／フライアッシュ中の炭素をＣＯ２まで燃焼するのに必要な酸素量（ｍ３／ｈ）
【０００９】
しかし、フライアッシュ中に含まれる未燃焼の炭素を、酸素または酸素濃度３０体積％以上の酸素富化空気により燃焼させるとき、酸素比が１未満では、未燃焼のＣＯガスが溶融高炉スラグ表面から大気中に放出される。また、酸素比が０．５未満では、未燃焼のＣＯガスに加えて、フライアッシュ中に含まれる未燃焼の炭素が、酸素または酸素濃度３０体積％以上の酸素富化空気により完全には燃焼されずに、一部未燃焼の炭素のままとなる。そして、この未燃焼の炭素は、スラグとの濡れ性が悪いため、溶融高炉スラグ中に留まることなく、未燃焼のＣＯガスを含むガスに随伴して、溶融高炉スラグ表面から大気中に放出される。ところで、この未燃焼のＣＯガスや未燃焼の炭素は、大気中で燃焼されていたため、その燃焼熱が、溶融高炉スラグに伝わらず、有効に利用されずに無駄に捨てられているという問題があった。
【００１０】
また、溶融高炉スラグ温度の低下を抑制するためには、単位時間当たりのフライアッシュ吹込量を大きくして、フライアッシュ溶解量当たりのスラグ鍋からの熱放散量を小さくすることと、フライアッシュ中の未燃焼の炭素をスラグ内でＣＯ２まで燃焼して燃焼熱をスラグに与えることが効果的である。しかしながら、単位時間当たりのフライアッシュ吹込量を大きくしたときに、フライアッシュ中の未燃焼の炭素をスラグ内でＣＯ２まで燃焼するだけの空気をスラグ中に吹込むと、溶融高炉スラグから単位時間当たりに放出されるガス量が大きくなる。そのため、溶融高炉スラグが、大量のガスによってスラグ鍋から飛散し、飛散スラグを処理するための対策が必要になることから、処理コストがかかり経済的でないという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶融高炉スラグの温度低下を抑制し、溶融高炉スラグ中におけるフライアッシュの溶解量を増やすことが可能となると共に、フライアッシュの有効利用に資することが可能な、新規かつ改良された高炉スラグ処理方法及び高炉スラグ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、容器に貯留された溶融高炉スラグ中に、フライアッシュを、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むインジェクションをして溶解する高炉スラグ処理方法であって、容器の上方に設置されたフードによって容器を覆い、フード内に酸素ガスを供給し、インジェクションにより発生したＣＯガス、又はフライアッシュ中の炭素を、当該酸素ガスにより、溶融高炉スラグ表面とフード間の空間で燃焼させ、燃焼後の排ガスを空間から吸引して排出することを特徴とする、高炉スラグ処理方法が提供される。
【００１３】
かかる構成により、容器は、溶融高炉スラグを貯留して、フードは、容器の上方に容器を覆うように設置されるので、溶融高炉スラグ表面上には、フードによって閉鎖された空間ができる。また、フード内には酸素ガスが供給される。溶融高炉スラグ中に、フライアッシュを、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むインジェクションは、ＣＯガスを発生させ、ＣＯガスとフライアッシュ中の炭素は、酸素ガスにより、溶融高炉スラグ表面とフード間との空間で燃焼され、この燃焼熱が、例えば輻射伝熱によって、溶融高炉スラグに供給され、溶融高炉スラグの温度低下を抑制する。その結果、溶解高炉スラグへのフライアッシュの溶解量を増やすことが可能となる。ＣＯガス、炭素が燃焼した後の排ガスは、溶融高炉スラグ表面とフード間との空間から吸引され排出される。なお、酸素ガスとは、例えば、空気、酸素富化ガス、又は酸素である。
【００１４】
上記インジェクションにおいて、フライアッシュに加えて、酸化カルシウム又は酸化鉄を含有する副原料を、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むとしてもよい。かかる構成により、酸化カルシウム又は酸化鉄を含有する副原料が、フライアッシュに混合されるため、混合物の融点を、フライアッシュの融点よりも低下させることができる。
【００１５】
上記排ガス中の酸素濃度が１〜１０体積％となるように、酸素ガスの供給量を調節してもよい。かかる構成により、酸素ガスの供給量が適切に調整されるため、溶融高炉スラグ表面とフード間との空間の燃焼領域の温度が、溶融高炉スラグに伝達されて、溶融高炉スラグ温度低下を抑制することができる。ここで、排ガス中の酸素濃度が１０体積％を超えると、フード内に供給される空気量が多いことから、高温の燃焼領域の温度が下がり、高温の燃焼領域から溶融高炉スラグへの放射伝熱量が低下する。そのため、溶融高炉スラグ温度低下を抑制する効果が減少する。一方、排ガス中の酸素濃度が１体積％未満となると、フード内に供給される空気に含まれる酸素が殆ど消費されていることから、排ガス中に未燃のＣＯガスが残留する。そのため、排ガスを燃焼処理するための装置を別途設置しなければならなくなるため、設備コストが上昇する。
【００１６】
上記フード内への酸素ガスの供給は、フードに設けられたガス供給配管を用いて行われることができる。かかる構成により、フードに設けられたガス供給配管を介して、フード内に酸素ガスが供給される。
【００１７】
上記フード内への酸素ガスの供給は、フードと容器との間に隙間を設け、排ガス吸引により、隙間からの進入空気によって行われることができる。かかる構成により、排ガスが吸引されることから、フード内が負圧となるため、フードと容器との間に設けられた隙間から進入空気が供給され，フード内に酸素ガスが供給される。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、溶融高炉スラグを貯留する容器と、容器中の溶融高炉スラグに、フライアッシュを、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むインジェクションをするインジェクションランスと、容器の上方に容器を覆うように配置されたフードと、容器中の溶融高炉スラグの表面とフード間の空間に、酸素ガスを供給するガス供給装置と、インジェクションにより発生したＣＯガス、又はフライアッシュ中の炭素を、酸素ガスで燃焼させて生じる排ガスを、空間から吸引する排ガス吸引装置と、を備えることを特徴とする、高炉スラグ処理装置が提供される。
【００１９】
かかる構成により、容器は、溶融高炉スラグを貯留して、フードは、容器の上方に容器を覆うように設置されるので、溶融高炉スラグ表面上には、フードによって閉鎖された空間ができる。インジェクションランスは、溶融高炉スラグ中に、フライアッシュを、空気、酸素富化空気、又は酸素と共に吹込むインジェクションをする。インジェクションは、溶融高炉スラグ中でＣＯガスを発生させる。また、ガス供給装置は、溶融高炉スラグの表面とフード間の空間に、酸素ガスを供給する。上述したＣＯガスとフライアッシュ中の炭素は、酸素ガスにより、溶融高炉スラグ表面とフード間との空間で燃焼され、この燃焼熱が、例えば輻射伝熱によって、溶融高炉スラグに供給され、溶融高炉スラグの温度低下を抑制する。その結果、溶解高炉スラグへのフライアッシュの溶解量を増やすことが可能となる。排ガス吸引装置は、ＣＯガス、炭素が燃焼した後の排ガスを、溶融高炉スラグ表面とフード間との空間から吸引し排出する。なお、酸素ガスとは、例えば、空気、酸素富化ガス、又は酸素である。
【００２０】
排ガス中の酸素濃度を測定する酸素濃度測定装置を有し、フードにフードと容器との間の隙間を調整する昇降装置、又は、排ガス吸引装置に排ガス吸引量を調整する吸引量調整装置の少なくともいずれかを更に備えることができる。かかる構成により、排ガス中の酸素濃度が、酸素濃度測定装置によって測定される。また、昇降装置は、フードと容器との間の隙間を広げたり、狭くしたりすることができるので、フード内に供給される空気量を調整することができる。吸引量調整装置は、排ガス吸引量を変えることができるので、フード内の負圧を調整して、フード内に供給される空気量を調整することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶融高炉スラグの温度低下を抑制し、溶融高炉スラグ中におけるフライアッシュの溶解量を増やすことが可能となると共に、フライアッシュの有効利用に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２３】
まず、本発明の実施形態に係る高炉スラグ骨材の製造装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る高炉スラグ骨材の製造装置を示す概略図である。図２は、本発明の別の実施形態に係る高炉スラグ骨材の製造装置を示す概略図である。
【００２４】
本実施形態に係る高炉スラグ骨材の製造装置は、後述する高炉スラグ処理装置と、水砕処理設備（図示せず。）とを備え、高炉スラグ処理装置は、高炉スラグ貯留容器２と、インジェクションランス３と、フード４と、ガス供給配管１８と、排ガス冷却・集塵・吸引装置１６と、酸素濃度分析計１４と、フード昇降装置１５とを備える。ここで、高炉スラグ貯留容器２は、容器の一例であり、ガス供給配管１８は、ガス供給装置の一例であり、排ガス冷却・集塵・吸引装置１６は、排ガス吸引装置と、吸引量調整装置の一例である。
【００２５】
本発明のフライアッシュを溶解した溶融高炉スラグの温度低下を抑制する高炉スラグ骨材の製造方法及び製造装置は、貯留された溶融高炉スラグ１中にフライアッシュを吹込むときに、溶融高炉スラグ表面から飛散するフライアッシュ中の未燃焼の炭素１０、およびフライアッシュ中の未燃焼の炭素が反応して発生するＣＯガスを燃焼し、この燃焼熱を効率よく溶融高炉スラグ１に伝えて溶融高炉スラグ温度の低下を抑制し、フライアッシュ５の溶解量を増やすことを特徴とする。
【００２６】
高炉スラグ貯留容器２は、高炉（図示せず。）の炉底に貯まった溶融高炉スラグ１を収容し、溶融高炉スラグ１を貯留する容器であり、運搬可能である。
【００２７】
インジェクションランス３は、配管と、配管の先端に設けられたノズルとから構成され、溶融高炉スラグ１中に浸漬される。そして、常温のフライアッシュ、またはフライアッシュとフライアッシュの溶解性を改善する副原料粉体との混合物が、インジェクションランス３から、高炉スラグ貯留容器２内の温度が１３５０〜１４５０℃の溶融高炉スラグ１中にインジェクションされ（吹き込まれ）溶解される。
【００２８】
副原料粉体としては、フライアッシュに混合されることにより、混合粉体の融点を、フライアッシュの融点よりも低下させることが可能な物質が使用される。例えば、酸化カルシウムまたは酸化鉄を含む物質を、副原料として用いることができる。また、副原料は、フライアッシュと共に、インジェクションランス３に接続された配管内を搬送ガスにて気流搬送されて、インジェクションランス３内を通って、溶融高炉スラグ１中に吹込まれる。したがって、これらの搬送過程で、配管やインジェクションランス３を閉塞しない粒度に篩い分けた篩下粉を副原料粉体として使用する。
【００２９】
搬送ガスとしては、窒素または空気が用いられたり、フライアッシュ中の未燃焼の炭素の燃焼を促進させるために、酸素富化空気または酸素などが用いられたりしてもよい。酸素濃度が高くなると、溶融高炉スラグ１中に浸漬されたインジェクションランス３先端に形成されるフライアッシュ中の未燃焼炭素の燃焼時のフレームの温度が高くなる。このフレーム温度が、フライアッシュを溶融するのに十分に高いときは、副原料を必要としないか、またはその量を少なくすることが可能となる。
【００３０】
ところで、（１）フライアッシュや副原料粉体を溶解するのに必要な熱、（２）フライアッシュが副原料粉体または搬送ガスと反応する熱、（３）フライアッシュや副原料粉体および搬送ガスが反応して発生するガスが、溶融高炉スラグ１から持ち去る熱、および（４）高炉スラグ貯留容器２から放散する熱などの熱収支の結果、フライアッシュ溶解後の溶融高炉スラグ温度が定まる。なかでも、フライアッシュまたはフライアッシュとフライアッシュの溶解性を改善する副原料粉体との混合物を溶解するのに必要な熱と、高炉スラグ貯留容器から放散する熱とが、スラグ温度低下の大きな要因であり、一方、フライアッシュ中の未燃焼の炭素の燃焼熱のうち溶融高炉スラグに着熱する熱がスラグ温度低下を抑制する大きな要因である。
【００３１】
高炉スラグ貯留容器２に貯留された溶融高炉スラグ１中に、酸素または酸素富化空気と共にフライアッシュを吹込んで、フライアッシュを溶解するとき、下記の式で示す酸素比を調節して、酸素または酸素富化空気を吹込む。
【００３２】
酸素比＝吹込み酸素量（ｍ３／ｈ）／フライアッシュ中の炭素をＣＯ２まで燃焼するのに必要な酸素量（ｍ３／ｈ）
【００３３】
フライアッシュ中の未燃焼の炭素と、搬送ガス中の酸素または酸素富化空気とは、溶融高炉スラグ１中にインジェクションされると、溶融高炉スラグ１により加熱され反応して、ガスが発生する。発生ガスは、気泡９となって溶融高炉スラグ１中を上昇して、溶融高炉スラグ１の表面から上方空間に放出される。
【００３４】
溶融高炉スラグ１中にフライアッシュをインジェクションするとき、上記の式で産出される酸素比が１未満では、気泡９中に未燃焼のＣＯガスが含まれ、溶融高炉スラグ１の表面からＣＯガスを含む発生ガスが放出される。また、酸素比が０．５未満では、未燃焼のＣＯガスに加えて、フライアッシュ中に含まれている未燃焼の炭素の一部も、溶融高炉スラグ１中を未燃焼の炭素８として、気泡９と共に上昇して、溶融高炉スラグ１の表面から放出される。この未燃焼のＣＯガスや未燃焼の炭素が燃焼したときには発生する熱を有効に利用することが、溶融高炉スラグ温度低下抑制に効果的である。
【００３５】
フード４は、図１に示すように、高炉スラグ貯留容器２の上方に設置される。フード４は、フード４を昇降するフード昇降装置１５と接続され、フード４には、酸素供給配管１８、排ガスダクト１２が設けられる。フード４は、高炉スラグ貯留容器２全体を覆う形状を有し、フード４が下降して半密閉された空間が形成される。酸素供給配管１８は、フード４内に空気、酸素富化空気又は酸素を強制的に送り込む。または、排ガスダクト１２は、フード４内で発生した排ガスを外部に排出する。
【００３６】
高炉スラグ貯留容器２の上にフード４を設置して、溶融高炉スラグ１表面とフード４の間の密閉された空間で、上記未燃焼の炭素１０や未燃焼のＣＯガスを、酸素供給配管１８を介して強制的に供給された空気６で燃焼させる。すると、上記密閉空間内に高温の燃焼領域１１が形成され、この高温の燃焼領域１１から溶融高炉スラグ１への放射伝熱または対流伝熱により、燃焼熱の一部が溶融高炉スラグ１に伝わり、溶融高炉スラグ温度低下を抑制することが可能となる。その結果、溶解高炉スラグ１へのフライアッシュの溶解量を増やすことが可能となる。また、酸素供給配管１８を介して供給させる空気６に代えて、酸素富化空気または酸素を使用して、密閉空間に酸素を供給するとしてもよい。ここで、フード内に供給される空気６、酸素富化ガス、酸素は、酸素ガスの例である。
【００３７】
なお、図２に示すように、高炉スラグ貯留容器２とフード４の間に隙間１９が生じるようにフード４を設置し、フード４内の空間を負圧にすることによって、この隙間１９から空気７を進入させて、図１を用いて上述した吹込み空気６に代えることも可能である。ここで、空気７は、酸素ガスの一例である。このとき、進入空気量は、隙間１９の大小、またはフード４内空間の負圧の大小によって調節可能であり、フード昇降装置１５によって隙間１９の大小を、排ガス冷却・集塵・吸引装置１６よって負圧の大小を調節することができる。但し、隙間１９を開けすぎると、溶融高炉スラグ１表面から外部への放射抜熱も増加するため、隙間１９は小さい方が好ましい。したがって、フード４内に供給される空気量を制御する必要があるが、この空気量の制御は、燃焼排ガス１３中の酸素濃度を酸素濃度分析計１４で測定し、制御信号を伝達することによって行う。具体的には、例えば、図２に示すように、酸素濃度分析計１４からフード昇降装置１５に制御信号を伝達し、酸素濃度分析計１４で測定された酸素濃度に応じて、フード昇降装置１５を昇降させることにより、隙間１９の幅を調節して、フード内に供給される空気量を制御することができる。
【００３８】
また、フード４内に供給される空気量が多すぎると、高温の燃焼領域１１の温度が下がり、高温の燃焼領域１１から溶融高炉スラグ１への放射伝熱量が低下する。すなわち、フード４内に供給される空気量が多すぎると、燃焼排ガス１３中の酸素濃度が上昇する。燃焼排ガス１３中の酸素濃度が１０体積％を超えると、溶融高炉スラグ温度低下を抑制する効果が少なくなるので、燃焼排ガス１３中の酸素濃度が１０体積％以下になるように、フード４内に供給される空気量を制御することが望ましい。
【００３９】
一方、酸素が殆ど消費されて、排ガス１３中に未燃のＣＯガスが残留していると、排ガス処理系で別途燃焼処理する設備を設置しなければならないので、設備コストが上昇するため、フード４内で未燃のＣＯガスを完全燃焼させることが望ましい。燃焼条件の変動に対応しながら完全燃焼させることを可能とするためには、燃焼排ガス１３中の酸素濃度が１体積％以上になるようにフード４内に供給される空気量を制御することが望ましい。
【実施例１】
【００４０】
本発明のフライアッシュを溶解した溶融高炉スラグの温度低下を抑制する高炉スラグ骨材の製造方法の実施例を以下に示す。まず、図１に基づき実施例１について説明する。
【００４１】
フライアッシュは、製鉄所の微粉炭焚きボイラーで回収されるフライアッシュを用いた。フライアッシュの溶解性を改善する副原料粉体は、焼結ダストを使用した。なお、使用する焼結ダストを、気流搬送過程での配管閉塞防止のため、３ｍｍで篩い分けし、３ｍｍ以上の異物を除去した焼結ダストの篩下粉を副原料粉体として使用した。
【００４２】
焼結ダスト割合２３％のフライアッシュと焼結ダストの混合粉体１５０ｋｇ／ｍｉｎを空気６Ｎｍ３／ｍｉｎに酸素５Ｎｍ３／ｍｉｎを添加したガスで搬送して、高炉スラグ貯留容器２内の１４００℃で５０トンの溶融高炉スラグ１中に浸漬したインジェクションランス３から吹込んで高炉スラグ１中に溶解した。
【００４３】
溶融高炉スラグ１中にインジェクションされたフライアッシュ中の未燃焼の炭素と焼結ダストに含まれる酸化鉄や搬送空気が、溶融高炉スラグ１により加熱され反応して、ガスが発生した。発生ガスは、気泡９となって溶融高炉スラグ１中を上昇して溶融高炉スラグ１の表面から上方空間に放出された。この気泡９中には、ＣＯガスが含まれていた。同様に、フライアッシュ中に含まれている未燃焼の炭素の一部も、溶融高炉スラグ１中を未燃焼の炭素８として気泡９とともに上昇して、溶融高炉スラグ１の表面から上方空間に放出された。
【００４４】
高炉スラグ貯留容器２を覆うようにフード４を、フード昇降装置１５により設置して、高炉スラグ貯留容器２とフード４で形成される空間を密閉した。フード４に空気６を吹込む酸素供給配管１８を設置し、かつ排ガスダクト１２を設置した。溶融高炉スラグ１の表面とフード４内の空間に空気６を１００Ｎｍ３／ｍｉｎ吹込んで、気泡９中に含まれるＣＯガスと共に空間に飛散した未燃焼の炭素１０を燃焼させ、高温の燃焼領域１１を形成した。この高温の燃焼領域１１から溶融高炉スラグ１への放射伝熱により、溶融高炉スラグ１を加熱し、フライアッシュ溶解に伴う溶融高炉スラグ温度の低下を抑制することができる。燃焼後の排ガス１３は、排ガスダクト１２を通して排出された。
【００４５】
フード４から排ガスダクト１２を通して排出される排ガス１３は、酸素濃度分析計１４により酸素濃度が測定され、さらに、一般的な排ガス冷却・集塵・吸引装置１６により処理されて、煙突１７から大気に放散された。該酸素濃度は６．６体積％であった。
【００４６】
この条件で、２２分間フライアッシュの溶解を行い、溶融高炉スラグ５０トンに対してフライアッシュ２．５トンと焼結ダスト０．７５トンを溶解したとき、溶解後のスラグ温度は１３７５℃で水砕処理が可能であった。
【実施例２】
【００４７】
次に、図１に基づき実施例２について説明する。実施例２でも、フライアッシュと焼結ダストを混合した粉体を使用した。
【００４８】
焼結ダスト割合２３％のフライアッシュと焼結ダストの混合粉体１５０ｋｇ／ｍｉｎを空気６Ｎｍ３／ｍｉｎに酸素５Ｎｍ３／ｍｉｎを添加したガスで搬送して、高炉スラグ貯留容器２内の１４００℃で５０トンの溶融高炉スラグ１中に浸漬したインジェクションランス３から吹込んで溶融高炉スラグ１中に溶解した。
【００４９】
溶融高炉スラグ１の表面とフード４内の空間に、酸素供給配管１８を介して空気６を２００Ｎｍ３／ｍｉｎ吹込んで、気泡９中に含まれるＣＯガスと空間に飛散した未燃焼の炭素１０を燃焼させた。フード４から排ガスダクト１２を通して排出される排ガス１３中の酸素濃度は、１３．４体積％であった。
【００５０】
この条件で、７分間フライアッシュの溶解を行い、溶融高炉スラグ５０トンに対してフライアッシュ０．８トンと焼結ダスト０．２４トンを溶解したとき、溶解後のスラグ温度は実施例１に等しい１３７５℃となり、水砕処理が可能であった。
【００５１】
しかしながら、実施例２は、実施例１に比べ、フライアッシュ処理量は約１／３になった。実施例２は、燃焼排ガス１３中の酸素濃度が１０体積％を超えていることからも、フード４内に供給される空気量が多いことが分かる。実施例２は、フード４内に供給される空気量が多すぎたため、高温の燃焼領域の温度が下がり、高温の燃焼領域から溶融高炉スラグへの放射伝熱量が低下して、溶融高炉スラグ温度低下を抑制する効果が少なくなったことから、フライアッシュ処理量が実施例１に比べて減少したと考えられる。
【実施例３】
【００５２】
次に、図２に基づき実施例３について説明する。実施例３でも、フライアッシュと焼結ダストを混合した粉体を使用した。
【００５３】
焼結ダスト割合２３％のフライアッシュと焼結ダストの混合粉体１５０ｋｇ／ｍｉｎを空気６Ｎｍ３／ｍｉｎに酸素５Ｎｍ３／ｍｉｎを添加したガスで搬送して、高炉スラグ貯留容器２内の１４００℃で５０トンの溶融高炉スラグ１中に浸漬したインジェクションランス３から吹込んで溶融高炉スラグ１中に溶解した。
【００５４】
高炉スラグ貯留容器２を覆うようにフード４を、フード昇降装置１５により設置した。フード４と高炉スラグ貯留容器２との隙間１９をフード昇降装置１５により調節し、空気がフード４内に吸い込まれるようにして、フード４内でＣＯガスや未燃焼の炭素を燃焼させた。燃焼後の排ガス１３は、フード４から排ガスダクト１２を通して排ガス冷却・集塵・吸引装置１６により吸引されて排出された。この際、排ガス冷却・集塵・吸引装置１６の能力により、溶融高炉スラグ１表面とフード４間の空間は負圧に保たれ、隙間１９から進入空気を取り込むことができる。
【００５５】
フード４から排ガスダクト１２を通して排出される排ガス１３中の酸素濃度が７体積％になるように、排ガス冷却・集塵・吸引装置１６により排ガス１３の吸引量を調整し、且つ、フード４と高炉スラグ貯留容器２との隙間１９をフード昇降装置１５により調節した。
【００５６】
この条件で、２２分間フライアッシュの溶解を行い、溶融高炉スラグ５０トンに対してフライアッシュ２．５トンと焼結ダスト０．７５トンを溶解したとき、溶解後のスラグ温度は１３７０℃で水砕処理が可能であった。
【００５７】
以上より、図３を参照すると、フライアッシュ溶解後のスラグは、排ガス１３中の酸素濃度が低いほど、温度が高いことが分かる。図３は、実施例１〜３により、フライアッシュ溶解後のスラグ温度と排ガス１３中の酸素濃度との関係を示したグラフである。
【００５８】
すなわち、焼結ダスト割合２３％のフライアッシュと焼結ダストの混合粉体１５０ｋｇ／ｍｉｎを空気６Ｎｍ３／ｍｉｎに酸素５Ｎｍ３／ｍｉｎを添加したガスで搬送して、高炉スラグ貯留容器２内の１４００℃で５０トンの溶融高炉スラグ１中に浸漬したインジェクションランス３から吹込んで溶融高炉スラグ１中に溶解する条件で、２２分間フライアッシュの溶解を行い、溶融高炉スラグ５０トンに対してフライアッシュ２．５トンと焼結ダスト０．７５トンを溶解するとき、図３に示すように、フード４から排ガスダクト１２を通して排出される排ガス１３中の酸素濃度は、１０体積％以下であることが望ましいことがわかった。
【００５９】
本発明の実施形態によれば、高炉スラグ貯留容器２の上にフード４を設置して、溶融高炉スラグ１表面とフード４の間の密閉された空間が形成される。そして、この密閉された空間で、インジェクションにより発生した未燃焼のＣＯガスや、フライアッシュ中の未燃焼の炭素を、酸素供給配管１８を介して強制的に供給された空気６で燃焼させる。すると、上記密閉空間内に高温の燃焼領域１１が形成され、この高温の燃焼領域１１から溶融高炉スラグ１への放射伝熱または対流伝熱により、燃焼熱の一部が溶融高炉スラグ１に伝わり、溶融高炉スラグ温度低下を抑制することが可能となる。その結果、溶解高炉スラグ１へのフライアッシュの溶解量を増やすことが可能となる。
【００６０】
フライアッシュ溶解後の溶融高炉スラグは、大量の水で急冷される水砕処理をされて、高炉水砕スラグが製造される。本発明の実施形態によれば、フライアッシュの溶解量を増やしても、溶融高炉スラグ温度は低下しないので、水砕処理をするときに、溶融高炉スラグを樋に流す際、溶融高炉スラグの粘性は高まらず、流れが停滞しない。その結果、本実施形態は、スムーズに水砕処理を行うことができる。高炉水砕スラグは、さらに、高炉スラグ製品、例えば、コンクリート用の高炉スラグ骨材、高炉セメント材料などが製造される。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、フード４に酸素供給配管１８と、排ガスダクト１２が設けられたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、酸素供給配管、排ガスダクトの少なくもいずれかが高炉スラグ貯留容器に設けられるとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態に係る高炉スラグ骨材の製造装置を示す概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係る高炉スラグ骨材の製造装置を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフライアッシュ溶解後のスラグ温度と排ガス中酸素濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６４】
１      溶融高炉スラグ
２      高炉スラグ貯留容器
３      インジェクションランス
４      フード
５      フライアッシュ、またはフライアッシュとフライアッシュの溶解性を改善する副原料粉体との混合物、およびフライアッシュ搬送用ガス
６      空気、酸素富化空気または酸素
７      空気
８      未燃焼の炭素
９      気泡
１０      空間に飛散した未燃焼の炭素
１１      燃焼領域
１２      排ガスダクト
１３      排ガス
１４      酸素濃度分析計
１５      フード昇降装置
１６      排ガス冷却・集塵・吸引装置
１７      煙突
１８      酸素供給配管
１９      隙間
【図１】
2008105881.tif 000003
【図２】
2008105881.tif 000004
【図３】
2008105881.tif 000005