(57)【要約】【課題】十分な圧縮強度を確保でき、短時間に冷却できて生産性がよい。【解決手段】成分調整するか、ベースメタル上で溶融するプラズマ式溶融炉を使用し、溶融スラグのＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とし、溶融スラグＭＳを一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂ間に導入して板状に成形し冷却することにより、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳを少なくとも１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却し、板スラグＣＳの結晶化度を１０％以上とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼却炉から排出される灰を加熱溶融して得られた溶融スラグを冷却して固化スラグを生成するに際し、
灰にＦｅ２Ｏ３を添加して、灰の成分中のＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲となるように成分調整し、
前記灰を加熱溶融して生成された１２００〜９００℃の溶融スラグを、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の固化スラグを得る
ことを特徴とするスラグの冷却方法。
【請求項２】
焼却炉から排出される灰を加熱溶融して得られた溶融スラグを冷却して固化スラグを生成するに際し、
灰を、炉底に収容されたベースメタルと電極との間に形成されたアークプラズマにより加熱するプラズマ式溶融炉に投入して加熱溶融し、
前記溶融炉から排出されてＦｅ２Ｏ３の濃度が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の溶融スラグを、１２００〜９００℃から１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の固化スラグを得る
ことを特徴とするスラグの冷却方法。
【請求項３】
溶融スラグを、入口側から成形間隙を介して出口側に相対方向に回動される一対の無端回動体に導入して冷却し板状の固化スラグを形成する
ことを特徴とする請求項１または２記載のスラグの冷却方法。
【請求項４】
板状スラグの板厚が１ｍｍ未満の時に、板状スラグを１５０℃／分以下の平均冷却速度で８００℃まで冷却し、
板状スラグの板厚が１ｍｍ以上２．５ｍｍ未満の時に、板状スラグを１８０℃／分以下の平均冷却速度で８００℃まで冷却し、
板状スラグの板厚が２．５ｍｍ以上４ｍｍの時に、板状スラグを２００℃／分以下の平均冷却速度で８００℃まで冷却する
ことを特徴とする請求項３記載のスラグの冷却方法。
【請求項５】
溶融スラグ成分中のＦｅ２Ｏ３が２０〜７０ｗｔ％となるように、溶融前の灰に不足する成分調整材を添加して成分調整する調整材添加装置と、
灰を加熱溶融する溶融炉と、
対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体により、溶融スラグを板状スラグに冷却成形するスラグ冷却装置と、
前記スラグ冷却生成装置から排出された板状スラグを通過させてその放熱を制御可能な放熱制御室とを具備し、
冷却用無端回動体を介して、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成した
ことを特徴とするスラグ生成設備。
【請求項６】
炉底に収容されたベースメタルと電極との間に形成されたアークプラズマにより灰を加熱溶融するプラズマ式溶融炉と、
入口側から成形隙間を介して出口側に相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体により、溶融スラグを板状スラグに冷却成形するスラグ冷却装置と、
前記スラグ冷却生成装置から排出された板状スラグを通過させてその放熱を制御可能な放熱制御室とを具備し、
該冷却温度制御部により、冷却用無端回動体を介して、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成した
ことを特徴とするスラグ生成設備。
【請求項７】
冷却用無端回動体の入口または出口で検出されたスラグ温度と、放熱制御室の出口で検出された板状スラグ温度とに基づいて、前記冷却用無端回動体に供給する冷却流体の供給量を制御する冷却速度制御部を設けた
ことを特徴とする請求項５または６記載のスラグ生成設備。
【請求項８】
冷却用無端回動体出口の板状スラグの板厚を計測する板厚検出手段と、
前記板厚検出手段の計測値に基づいて、冷却用無端回動体の移動速度を制御して板状スラグの板厚を一定に保持するスラグ厚み制御部とを設けた
ことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のスラグ生成設備。
【請求項９】
冷却用無端回動体を冷却用ロールにより構成し、
前記冷却用ロールの、少なくとも溶融スラグが接する外周部を耐熱性および機械的強度を具備し熱伝導率が低い材質により形成した
ことを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載のスラグ生成設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉から排出される溶融スラグの冷却方法およびスラグ生成設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、灰溶融炉から排出される溶融スラグは、直接冷却水中に投入して冷却することにより水砕スラグを生成するものがあり、また溶融スラグをバケットなどに収容して自然空冷するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水冷により生成される水砕スラグは、熱応力による割れのために細粒となり、またガラス質状の非結晶質であるため、圧縮強度が小さいという問題があった。このため、たとえば道路用アスファルトの骨材として使用する場合、水砕スラグには細粒が多く、規格上許容される粒度分布の範囲が狭い。また圧縮強度が低いために添加できる量が限られ、歩留まりが悪く有効利用されにくいという問題があった。
【０００４】
一方、自然空冷されるスラグは、結晶質で圧縮強度は十分であるが、固化に長時間を要するため、広い空冷エリアが必要で、生産性が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、十分な圧縮強度を確保できるとともに、短時間に冷却できて生産性が高いスラグの冷却方法およびスラグ生成設備を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載のスラグの冷却方法は、焼却炉から排出される灰を加熱溶融して得られた溶融スラグを冷却して固化スラグを生成するに際し、灰にＦｅ２Ｏ３を添加して、灰の成分中のＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲となるように成分調整し、前記灰を加熱溶融して生成された１２００〜９００℃の溶融スラグを、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の固化スラグを得るものである。
【０００７】
上記構成によれば、灰のＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲に調整して、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の固化スラグを得ることにより、規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができ、十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも、広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【０００８】
請求項２記載のスラグの冷却方法は、焼却炉から排出される灰を加熱溶融して得られた溶融スラグを冷却して固化スラグを生成するに際し、灰を、炉底に収容されたベースメタルと電極との間に形成されたアークプラズマにより加熱するプラズマ式溶融炉に投入して加熱溶融し、前記溶融炉から排出されてＦｅ２Ｏ３の濃度が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の溶融スラグを、１２００〜９００℃から１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の固化スラグを得るものである。
【０００９】
上記構成によれば、プラズマ式溶融炉内でベースメタルと接触することにより溶融スラグのＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とすることができ、これにより１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却し結晶析出点を通過させることで、固化スラグを得ることができる。これにより、後の工程で板状スラグを破砕して、規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができ、十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも、広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のスラグの冷却方法において、溶融スラグを、入口側から成形間隙を介して出口側に相対方向に回動される一対の無端回動体に導入して板状の固化スラグを形成するものである。
【００１１】
上記構成によれば、両側から溶融スラグを挟んで冷却し板状スラグを形成することで、効果的に溶融スラグを冷却し、排出後の後の空冷で平均冷却速度を調整することができて、結晶化度を１０％以上の板状スラグを容易に製造することができる。また固化後の板状スラグも容易に破砕することができるので、使用用途を広く確保できる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載のスラグの冷却方法において、板状スラグの板厚が１ｍｍ未満の時に、板状スラグを１５０℃／分以下の平均冷却速度で８００℃まで冷却し、板状スラグの板厚が１ｍｍ以上２．５ｍｍ未満の時に、板状スラグを１８０℃／分以下の平均冷却速度で８００℃まで冷却し、板状スラグの板厚が２．５ｍｍ以上４ｍｍの時に、板状スラグを２００℃／分以下の平均冷却速度で８００℃まで冷却するものである。
【００１３】
上記構成によれば、無回動端体により形成される板厚に対応して平均冷却速度を制御することにより、結晶化度を確実に１０％以上として、必要な圧縮強度を安定して確保することができる。
【００１４】
請求項５記載のスラグ生成設備は、溶融スラグ成分中のＦｅ２Ｏ３が２０〜７０ｗｔ％となるように、溶融前の灰に不足する成分調整材を添加して成分調整する調整材添加装置と、灰を加熱溶融する溶融炉と、対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体により、溶融スラグを板状スラグに冷却成形するスラグ冷却装置と、前記スラグ冷却生成装置から排出された板状スラグを通過させてその放熱を制御可能な放熱制御室とを具備し、該冷却温度制御部により、冷却用無端回動体を介して、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【００１５】
上記構成によれば、調整材添加装置により灰のＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲に調整して、冷却用無端回動体により板状スラグを成形し、冷却用無端回動体による直接冷却と放熱制御室内での空冷とにより、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の板状スラグを得ることができる。この板状スラグは、後の工程で破砕して規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができて、骨材として十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００１６】
請求項６記載のスラグ生成設備は、炉底に収容されたベースメタルと電極との間に形成されたアークプラズマにより灰を加熱溶融するプラズマ式溶融炉と、入口側から成形隙間を介して出口側に相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体により、溶融スラグを板状スラグに冷却成形するスラグ冷却装置と、前記スラグ冷却生成装置から排出された板状スラグを通過させてその放熱を制御可能な放熱制御室とを具備し、該冷却温度制御部により、冷却用無端回動体を介して、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【００１７】
上記構成によれば、プラズマ式溶融炉のベースメタル上で溶融されることにより、溶融スラグのＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とすることができ、この溶融スラグを、冷却用無端回動体により板状スラグに成形し、冷却用無端回動体による直接冷却と放熱制御室内での空冷とにより、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の板状スラグを得ることができる。この板状スラグを後の工程で破砕して、規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができて、骨材として十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載のスラグ生成設備において、冷却用無端回動体の入口または出口で検出されたスラグ温度と、放熱制御室の出口で検出された板状スラグ温度とに基づいて、前記冷却用無端回動体に供給する冷却流体の供給量を制御する冷却速度制御部を設けたものである。
【００１９】
上記構成によれば、冷却速度制御部により板状スラグの平均冷却速度を精度良く制御することができ、安定して結晶化度を１０％以上の板状スラグを製造することができる。
【００２０】
請求項８記載の発明は、請求項５乃至７のいずれかに記載のスラグ生成設備において、冷却用無端回動体出口の板状スラグの板厚を計測する板厚検出手段と、前記板厚検出手段の計測値に基づいて、冷却用無端回動体の移動速度を制御して板状スラグの板厚を一定に保持するスラグ厚み制御部とを設けたものである。
【００２１】
上記構成によれば、スラグ厚み制御部により板状スラグの板厚を一定にすることができ、平均冷却速度の制御を容易に行えて安定した品質の板状スラグを製造できると共に、後工程の破砕も安定して行うことができる。
【００２２】
請求項９の発明は、請求項５乃至８のいずれかに記載のスラグ生成設備において、冷却用無端回動体を冷却用ロールにより構成し、前記冷却用ロールの、少なくとも溶融スラグが接する外周部を耐熱性および機械的強度を具備し熱伝導率が低い材質により形成したものである。
【００２３】
上記構成によれば、溶融スラグの冷却速度を十分に遅くして結晶化度を上げることができ、板状スラグの圧縮強度を上げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るスラグの冷却方法を実施するためのスラグ製造設備の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００２５】
図１に示すように、このスラグ生成設備は、たとえば溶融炉（図１ではプラズマ式）２１から連続して排出される溶融スラグＭをスラグ冷却装置１に導入し、スラグ冷却装置１の冷却用無端回動体の一例である冷却用ロール２Ａ，２Ｂにより冷却しつつ少なくとも表面が固化（凝固）された板状スラグＣＳに成形し、その平均冷却速度を水冷に比べて十分に遅くしてスラグの結晶化度を高め、板状スラグＣＳの圧縮強度を、アスファルトなどの骨材として使用可能な一軸圧縮強度＝９８０×１０４Ｐａ以上（１００ｋｇｆ／ｃｍ２以上）に高めるもので、自然空冷に比べて大幅な冷却時間の短縮を図り、生産性を高めることができるものである。
【００２６】
この実施の形態では、灰溶融炉２１に、排出されるスラグの成分中に多くの酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３（通常成分中に約２０ｗｔ％〜５０ｗｔ％）が含まれるプラズマ式が採用されており、炉本体２２の一端側に灰投入口２３が形成されるとともに、他端側にスラグ排出口２４が形成されている。灰投入口２３には、灰ホッパ２５の灰Ａを所定量ずつ炉本体２２内に供給する灰プッシャー２６が配置されている。
【００２７】
そして炉本体２２の底部に、ベースメタルＢＭが収容され、炉本体２の天部には、昇降位置調整装置（図示せず）を介して複数の電極（陰電極および陽電極）２８が昇降自在に垂下されており、炉本体２２および電極２８に形成されたガス供給孔２９から不活性ガス（たとえば窒素ガス）を炉本体２２内に充填されて不活性ガス（酸素不足）雰囲気に保持し、電源装置３０から供給された電流により、電極２８とベースメタルＢＭとの間にプラズマアークを発生させ、溶融ベースメタルＢＭ上に投入された灰Ａを加熱溶融して溶融スラグＭＳを生成する。スラグ排出口２４には、一定量を越えた溶融スラグＭＳをオーバーフローさせて排出する堰部３１が設けられ、スラグ排出口２４から溶融スラグＭＳをほぼ連続して滴下排出するように構成されている。なお、プラズマアークを停止後、炉本体２２を傾斜させて溶融スラグをスラグ排出口２４から排出するものであってもよい。
【００２８】
スラグ冷却装置１は、図１〜図３に示すように、基台フレーム３上に溶融炉２１のスラグ排出口２４側下位と外側上位に水平方向の前後一対の冷却用ロール２Ａ，２Ｂがロール軸受４Ａ，４Ｂを介して回転自在に配置されている。そして前記ロール軸受４Ａ，４Ｂのうち、外側上位側のロール軸受４Ｂが手前側の固定ロール軸受４Ａに対して接近離間自在な可動式に構成されて、固定冷却用ロール２Ａと可動冷却用ロール２Ｂが配置される。可動冷却用ロール２Ｂの可動ロール軸受４Ｂに、たとえば駆動源をコイルばねやエアシリンダなどからなる付勢機構を有するロール付勢装置を設置してもよいが、ここでは可動冷却用ロール２Ｂの自重と冷却水（冷却流体）の重量を利用して、固定冷却用ロール２Ａ側に付勢するように構成されており、その加圧力は、ウェイトなどを使用することでたとえば９．８×１０５〜９．８×１０６Ｐａ（１０〜１００ｋｇ／ｍｍ）の範囲で調整可能となっている。そして、両冷却用ロール２Ａ，２Ｂは、ロール回転駆動装置（電動または油圧モータ）６により、チェーンとスプロケット、分配ギヤなどからなる連動機構７を介して相対方向に同期速度で回転駆動される。
【００２９】
前記冷却用ロール２Ａ，２Ｂは同一構造で、ガイド堰２０と冷却手段８を具備している。この冷却手段８は大型の灰溶融炉２１から連続的に溶融スラグＭＳが供給されるような大規模な設備に適したもので、回転軸２ｂからロール本体２ａ内に冷却流体（冷却水または冷却空気）を供給排出する冷却用流路８ａ，８ｂ，８ｃが形成されており、冷却流体は一方のロータリジョイント８ｄからの回転軸２ｂの冷却用流路８ｂを介してロール本体２ａ内に供給され、回転軸２ｂの冷却用流路８ｃからロータリジョイント８ｅを介して排出される。
【００３０】
なお、冷却手段８の他の実施の形態として、図９に示すように、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの外周面に、外部エアノズル１６から冷却エアを吹き付ける冷却手段１８Ａや、図１０に示すように、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの外周面に、外部冷却水ノズル１７から冷却水を吹き付ける冷却手段１８Ｂであってもよい。１９は冷却用ロール２Ａ，２Ｂの表面に付着した水滴を除去するスクレーパである。
【００３１】
また上記冷却用ロール２Ａ，２Ｂは、スラグと接触する外周材を鋼製としたが、少なくともスラグと接触する外周材を、鋼製の熱伝導率に比較して１／１０程度の低い熱伝導率でかつ耐熱性で機械的強度を有する材質により形成して、冷却時間を長くすることもできる。たとえばこのような材質として、カーボンやセラミックスが採用可能で、図１１に示すように、中実のカーボン製またはセラミックス製のロール２Ｃや、図１２に示すように、鋼製ロール軸２ａの外周部にカーボン製またはセラミックス製の外筒２ｂを外嵌固定した複合ロール２Ｄとなる。
【００３２】
スラグ冷却装置１の冷却用ロール２Ａ，２Ｂ出口側には、成形されて下方に排出される板状スラグＣＳを受け止めるスチールコンベヤ１２が配置され、板状スラグＣＳがスチールコンベヤ１２上で折れ曲がって破断される。なお、必要に応じてスチールコンベヤ１２の上方に所定長さで板状の板状スラグＣＳを破断する破断装置１１を設けてもよい。
【００３３】
またスチールコンベヤ１２上には、板状スラグＣＳを覆って外気から遮断し、板状スラグＣＳの放熱量を調整することにより、平均冷却速度を調整可能な放熱制御室５１が設けられており、この放熱制御室５１では、板状スラグＣＳを断熱材を有する隔壁で覆って外気から遮断することにより、放熱量を減少させて平均冷却速度を低下させるように構成されている。
【００３４】
スチールコンベヤ９により搬送された板状スラグＣＳの破断片はトレイ１３に投入され、後工程で破砕機により粉砕されてアスファルトなどの骨材として再利用される。
【００３５】
冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口には、板状スラグＣＳの厚みを検出するスラグ厚み検出センサ（板厚検出手段）Ｓｔが配置され、この検出値に基づいて、ロール回転駆動装置６の回転速度を制御し、目的の板厚の板状スラグＣＳを成形するスラグ厚み制御部５２が設けられている。また冷却用ロール２Ａ，２Ｂ出口の板状スラグＣＳの温度（表面温度）を検出する第１温度センサ（高温部温度検出手段）Ｔ１と、放熱制御室５１の出口の板状スラグＣＳの温度を検出する第２温度センサ（低温部温度検出手段）Ｔ２と、第１温度センサＴ１および第２温度センサＴ２の検出値に基づいて、流量制御弁５３ａ，５３ｂを制御し冷却用ロール２Ａ，２Ｂに供給する冷却水の流量を調整し、板状スラグＣＳの平均冷却速度を制御する冷却速度制御部５４が設けられている。なお、第１温度センサＴ１は冷却用ロール２Ａ，２Ｂの入口の温度を検出するものであってもよい。
【００３６】
上記構成において、溶融炉１から冷却用ロール２Ａ，２Ｂ上に、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳが供給され、冷却用ロール２Ａ，２Ｂにより冷却されるとともに板状スラグＣＳが成形される。プラズマ式溶融炉２１では、溶融スラグＭＳ中のＦｅ２Ｏ３濃度が高く、２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲で、望ましくは３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％の濃度となっている。
【００３７】
またこの時、冷却用ロール２Ａ，２Ｂによる直接冷却と放熱制御室５１内での空冷とにより、放熱制御室５１の出口で８００℃となるように、冷却に要する冷却時間を１分間以上（平均冷却速度は１００〜４００℃／分以下）に設定されている。
【００３８】
たとえば、たとえば板厚が１ｍｍ未満では、平均冷却速度を１５０℃／分以下とし、板厚が１ｍｍ以上２．５ｍｍ未満では、平均冷却速度を１８０℃／分以下とし、板厚が２．５ｍｍ以上４ｍｍ以下の時に、平均冷却速度を２００℃／分以下とし、それ以上の板厚では平均冷却速度を２００〜４００℃／分の範囲で、８００℃まで冷却する。これにより、板状スラグＣＳの部分結晶化度を１０％以上として、一軸圧縮強度がアスファルトの骨材に適した９８０×１０４Ｐａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上の板状スラグＣＳを生成することができる。
【００３９】
ここで、溶融スラグのＦｅ２Ｏ３濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲としたが、２０ｗｔ％未満では、結晶化しにくく長い冷却時間を要して生産性が低下するためであり、Ｆｅ２Ｏ３濃度７０ｗｔ％を越えると、板状スラグＣＳの強度が大きくなりすぎて破砕に大きい動力を必要とするためである。また溶融スラグ中のＦｅ２Ｏ３濃度は３０ｗｔ％〜４０ｗｔ％が望ましいとしたが、これは板状スラグＣＳの結晶化度が２０〜４０％で凝固させやすく、一軸圧縮強度を２０００〜４０００×１０４Ｐａと比較的破砕しやすい強度にできるためである。
【００４０】
なお、１２００℃〜９００℃の溶融スラグＭＳを８００℃まで冷却する時間が長くなりすぎると、冷却に要する時間が長くなって製造ラインが長くなり、生産の能率が低下する。また結晶化が進み、圧縮強度が大きくなり過ぎると、破砕工程で余分な破砕動力を要するため、たとえば板厚が１ｍｍ未満では、平均冷却速度を１００℃／分以上とし、板厚が１ｍｍ以上２．５ｍｍ未満では、平均冷却速度を１３０℃／分以上とし、板厚が２．５ｍｍ以上４ｍｍ以下の時に、平均冷却速度を１５０℃／分以上が望ましい。
【００４１】
（実験例１）
灰を溶融炉１で加熱溶融し、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳを１５ｒ．ｐ．ｍ（回転速度：２０．４ｃｍ／ｓ）で回転される外径２６０ｍｍの鋼製冷却用ロールに導入して圧延し、厚さ０．８ｍｍの板状スラグＣＳを形成した。次いで放熱制御室５１を通過させて平均冷却速度１５０℃／分で８００℃まで冷却した。この時の可動冷却用ロール２Ｂによる自重による加圧力は、１９６×１０４ａ（２０ｋｇ／ｃｍ２）であった。
【００４２】
この板状スラグＣＳの成分は表１に示す通りで、Ｆｅ２Ｏ３濃度が３２ｗｔ％であった。またこの板状スラグＣＳをＸ線回折分析にかけると、図４に示すようにピーク値が検出され、結晶化度が２２．２％であった。この時の一軸圧縮強度は、図７から約２３５２×１０４Ｐａ（約２４０ｋｇｆ／ｃｍ２）であり、一軸圧縮強度がアスファルトの骨材に適した９８０×１０４Ｐａ（１００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上であるのが確認された。
【００４３】
上記と同様にＦｅ２Ｏ３濃度が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％と、その前後のＦｅ２Ｏ３濃度の複数の灰を加熱溶融して、冷却用ロールに導入し冷却し、その平均冷却速度を変化させ、厚さ１ｍｍ未満の板状スラグＣＳを形成しサンプリングした。その結果、たとえば平均冷却速度１５０℃／分で８００℃まで冷却した板状スラグＣＳは、結晶化度が約１１％であり、また平均冷却速度１５０℃／分を越えて冷却された板状スラグＣＳは、結晶化度が１０％未満となり、アスファルトの骨材アスファルトの骨材として必要な圧縮強度が得られないことがわかった。
【００４４】
（実験例２）
灰を溶融炉１で加熱溶融し、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳを７．５ｒ．ｐ．ｍ（回転速度：１０．２ｃｍ／ｓ）で回転される外径２６０ｍｍの鋼製冷却用ロールに導入して圧延し、厚さ２．０ｍｍの板状スラグＣＳを形成した。次いで放熱制御室５１を通過させて平均冷却速度１８０℃／分で８００℃まで冷却した。この時の可動冷却用ロール２Ｂによる自重による加圧力は、１４７×１０４Ｐａ（１５ｋｇ／ｃｍ２）であった。
【００４５】
この板状スラグＣＳの成分は表１に示す通りで、Ｆｅ２Ｏ３濃度が４２ｗｔ％であった。またこの板状スラグＣＳをＸ線回折分析にかけると、図５に示すようにピーク値が検出され、結晶化度が４０．６％であった。この時の一軸圧縮強度は、図７から約３５２８×１０４Ｐａ（３６０ｋｇｆ／ｃｍ２）であり、アスファルトの骨材に必要な圧縮強度を有しているのが確認された。
【００４６】
上記と同様にＦｅ２Ｏ３濃度が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％とその前後の複数の灰を加熱溶融して、冷却用ロールに導入し冷却し、その平均冷却速度を変化させて、厚さ１ｍｍ〜２．５ｍｍ未満の板状スラグＣＳを形成してサンプリングした。その結果、平均冷却速度１８０℃／分で８００℃まで冷却した板状スラグＣＳは、結晶化度が約１０．９％であり、また平均冷却速度１８０℃／分を越えて冷却された板状スラグＣＳは、結晶化度が１０％未満となって、アスファルトの骨材アスファルトの骨材として必要な圧縮強度が得られないことがわかった。
【００４７】
（実験例３）
灰を溶融炉１で加熱溶融し、１２００〜９００℃の溶融スラグＭＳを２．５ｒ．ｐ．ｍ（回転速度：３．４０ｃｍ／ｓ）で回転される外径２６０ｍｍの鋼製冷却用ロールに導入して圧延し、厚さ３．０ｍｍの板状スラグＣＳを形成した。次いで放熱制御室５１を通過させて平均冷却速度２００℃／分で８００℃まで冷却した。この時の可動冷却用ロール２Ｂによる自重による加圧力は、９８×１０４Ｐａ（１０ｋｇ／ｃｍ２）であった。
【００４８】
この板状スラグＣＳの成分は表１に示す通りで、Ｆｅ２Ｏ３濃度が２５ｗｔ％であった。またこの板状スラグＣＳをＸ線回折分析にかけると、図６に示すようにピーク値が検出され、結晶化度が１６．２％であった。この時の一軸圧縮強度は、図６から約１７３０×１０４Ｐａ（１７００ｋｇｆ／ｃｍ２）であり、アスファルトの骨材に必要な圧縮強度を有しているのが確認された。
【００４９】
【表１】
2004028416.tif 000003
上記と同様にＦｅ２Ｏ３濃度が２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％とその前後の複数の灰を加熱溶融して、冷却用ロールに導入し冷却し、その平均冷却速度を変化させて、厚さ２．５ｍｍ〜４．０ｍｍ未満の板状スラグＣＳを形成してサンプリングした。その結果、平均冷却速度２００℃／分で８００℃まで冷却した板状スラグＣＳは、結晶化度が約１１％であり、また平均冷却速度２００℃／分を越えて冷却された板状スラグＣＳは、結晶化度が１０％未満となって、アスファルトの骨材アスファルトの骨材として必要な圧縮強度が得られないことがわかった。
【００５０】
なお、上記結晶化度は得られたサンプルのＸ線回折図形を結晶部分と非結晶部分とに分けて、その面積比を求めて結晶化度を計算した。
また上記板状スラグＣＳの各サンプル品の磁着物量試験を行った結果、道路用溶融スラグの規格品質の１．０％以下であった。さらに各サンプル品の有害重金属の溶出試験を行った結果も、土壌環境溶出基準未満であった。
【００５１】
上記実施の形態によれば、溶融炉２１内においてベースメタルＢＭ上で溶融されるために溶融スラグＣＳ中に２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲で含まれるＦｅ２Ｏ３を利用して、９００℃〜１２００の溶融スラグを板状スラグに形成して８００℃まで１分以上かけて冷却することにより、１０％以上の部分結晶化が確認され道路用アスファルトの骨材として必要な一軸圧縮強度以上の強度を得ることができる。
【００５２】
また第１温度センサＴ１により検出された冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口の板状スラグＣＳの温度と、第２温度センサＴ２により放熱制御室５１の出口の板状スラグＣＳの温度とに基づいて、スラグ厚み制御部５２により、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの回転速度を制御することにより、スラグ排出口２４からの溶融スラグ排出量の変動があっても、板状スラグＣＳの板厚を一定に保持して、平均冷却速度の制御を容易化し、安定した品質の板状スラグを製造することができる。そして、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口でスラグ厚み検出センサＳｔにより検出した板状スラグＣＳの板厚に基づいて、冷却速度制御部５４により冷却用ロール２Ａ，２Ｂへの冷却水の供給の回転速度を制御することにより、平均冷却速度を適正に制御することができ、結晶化度が１０％以上で十分な圧縮強度を有する板状スラグＣＳを製造することができる。したがって、従来の自然空冷に比較して、冷却に要する時間を大幅に短縮できて生産性を向上でき、水冷して得られる水砕スラグに比較して、アスファルトの骨材として適した圧縮強度を得ることができる。
【００５３】
図１３は冷却用無端回動体と冷却手段の他の実施の形態を示すもので、冷却用ロール２Ａ，２Ｂに代えて、上下一対の回転体４１，４２を前後２組配置し、上下の回転体４１，４２間にそれぞれ鋼製ベルト（無端回動体）４３を巻張したものである。これにより、鋼製ベルト４３の間に溶融スラグＭＳを挟み込んで形状を保持した状態で冷却しつつ板状に成形することができ、溶融スラグを凝固させつつ板形状を十分に保持して徐冷することができる。また冷却手段１８Ｃとして、溶融スラグＭＳを挟み込んだ搬送側や戻り側の鋼製ベルト４３に冷却水や冷却エアを吹き付ける冷却ノズル４４が配置される。
【００５４】
図８は、プラズマ式溶融炉２１をバーナー式溶融炉６１に変更した第２の実施の形態を示す。なお、第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
このバーナー式の溶融炉は、炉本体６２の一端側に設けられた灰供給ホッパ６３から灰プッシャ６４により灰供給口６２ａを介して灰が供給され、一端側から他端側に予熱室６５、連通部６６、溶融室６７およびスラグ排出口６２ｂが下方に傾斜されて配設されている。そして灰溶融室６７の上方には、溶融バーナ７１を有する一次燃焼室７２が形成され、燃焼ガスを溶融室６７から連通部６６を介して予熱室６５に送り、灰供給口６２ａから供給される灰を予熱し、排ガスはその後予熱室６５の上方に形成された二次燃焼室７３に送られて完全燃焼された後、排出され排ガス処理装置を介して大気中に排出される。
【００５６】
先のプラズマ式灰溶融炉２１では、ベースメタルにより溶融スラグ中のＦｅ２Ｏ３濃度が２０ｗｔ％以上７０ｗｔ％以下となっているが、このバーナ式溶融炉では溶融スラグ中のＦｅ２Ｏ３濃度が増加することがない。したがって、灰の成分に対応して成分調整材であるＦｅ２Ｏ３を所定量添加し均一に混合し成分調整する調整材添加装置８１が設けられて、これにより、溶融スラグ中のＦｅ２Ｏ３濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とするように構成される。
【００５７】
上記第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
なお、これは他の抵抗炉やアーク炉、自己熱溶融式焼却炉であっても同様である。
【００５８】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、灰のＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲に調整して、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の固化スラグを得ることにより、規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができ、十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも、広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００５９】
請求項２記載の発明によれば、プラズマ式溶融炉内でベースメタルと接触することにより溶融スラグのＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とすることができ、これにより１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却し結晶析出点を通過させることで、固化スラグを得ることができる。これにより、後の工程で板状スラグを破砕して、規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができ、十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも、広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００６０】
請求項３記載の発明によれば、両側から溶融スラグを挟んで冷却し板状スラグを形成することで、効果的に溶融スラグを冷却し、排出後の後の空冷で平均冷却速度を調整することができて、結晶化度を１０％以上の板状スラグを容易に製造することができる。また固化後の板状スラグも容易に破砕することができるので、使用用途を広く確保できる。
【００６１】
請求項４記載の発明によれば、無回動端体により形成される板厚に対応して平均冷却速度を制御することにより、結晶化度を確実に１０％以上として、必要な圧縮強度を安定して確保することができる。
【００６２】
請求項５記載の発明によれば、調整材添加装置により灰のＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲に調整して、冷却用無端回動体により板状スラグを成形し、冷却用無端回動体による直接冷却と放熱制御室内での空冷とにより、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の板状スラグを得ることができる。この板状スラグは、後の工程で破砕して規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができて、骨材として十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００６３】
請求項６記載のスラグ生成設備によれば、プラズマ式溶融炉のベースメタル上で溶融されることにより、溶融スラグのＦｅ２Ｏ３の濃度を２０ｗｔ％〜７０ｗｔ％の範囲とすることができ、この溶融スラグを、冷却用無端回動体により板状スラグに成形し、冷却用無端回動体による直接冷却と放熱制御室内での空冷とにより、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度を１０％以上の板状スラグを得ることができる。この板状スラグを後の工程で破砕して、規格上許容される粒度分布の範囲が広いスラグを生成することができ、またアスファルトの骨材に必要な十分な圧縮強度を得ることができて、骨材として十分な添加量を確保できる。また自然空冷されるスラグに比較して、固化を短時間で行うことができ、しかも広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００６４】
請求項７記載のスラグ生成設備によれば、冷却速度制御部により板状スラグの平均冷却速度を精度良く制御することができ、安定して結晶化度を１０％以上の板状スラグを製造することができる。
【００６５】
請求項８記載のスラグ生成設備によれば、スラグ厚み制御部により板状スラグの板厚を一定にすることができ、平均冷却速度の制御を容易に行えて安定した品質の板状スラグを製造できると共に、後工程の破砕も安定して行うことができる。
【００６６】
請求項９のスラグ生成設備によれば、溶融スラグの冷却速度を十分に遅くして結晶化度を上げることができ、板状スラグの圧縮強度を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスラグ生成設備の第１の実施の形態を示す全体構成図である。
【図２】同スラグ冷却装置の冷却用ロールを示す平面半断面図である。
【図３】同スラグ冷却用装置の側面図である。
【図４】実験例１により形成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図５】実験例２により形成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図６】実験例３により形成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図７】板状スラグの結晶化率と一軸圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係るスラグ生成設備の第２の実施の形態を示す全体構成図である。
【図９】同冷却装置の第２の冷却手段を示す側面図である。
【図１０】同冷却装置の第３の冷却手段を示す側面図である。
【図１１】同冷却装置の他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図１２】同冷却装置のさらに他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図１３】同冷却装置の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
Ａ　　灰
ＭＳ　溶融スラグ
ＣＳ　板状スラグ
ＢＭ　ベースメタル
１　　スラグ冷却装置
２　　冷却用ロール
４Ａ　固定軸受
４Ｂ　可動軸受
５　　ロール付勢装置
６　　ロール回転駆動装置
７　　連動機構
８　　冷却手段
１０　　スラグ冷却制御装置
１１　　破断装置
１２　　スチールコンベヤ
１８Ａ　冷却手段
１８Ｂ　冷却手段
２０　　ガイド堰
２１　　灰溶融炉
２７　　調整材添加装置
Ｔ１　　第１温度センサ
Ｔ２　　第２温度センサ
５１　　放熱制御室
５２　　スラグ厚み制御部
５３ａ，５３ｂ　流量制御弁
５４　　冷却速度制御部
【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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【図１０】
2004028416.tif 000013
【図１１】
2004028416.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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