(57)【要約】【課題】本発明は、スラリ溜り部に対応した位置の水冷冷却ドラム内の空気溜りをなくし、冷却水による冷却能力を高めることを課題とする。【解決手段】内部に冷却水が滞留する中空円筒状冷却部３１ａと、前記冷却水の供給手段３８と、前記中空円筒状冷却部３１ａよりも拡径された中空円筒形状でかつ前記円筒状冷却部３１ａと連通し、内部に前記中空円筒状冷却部３１ａよりも高い位置から前記冷却水３２を排出する冷却水排出手段３６を備えた拡径部３１ｂを有する水冷冷却ドラム３１を具備したことを特徴とする溶融スラグの冷却固化装置。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却水が滞留する中空円筒状冷却部と、前記冷却水の供給手段と、前記円筒状冷却部よりも拡径された中空円筒形状でかつ前記円筒状冷却部と連通し、内部に前記中空円筒状冷却部よりも高い位置から前記冷却水を排出する冷却水排出手段を備えた拡径部を有する水冷冷却ドラムを具備したことを特徴とする溶融スラグの冷却固化装置。
【請求項２】
前記水冷冷却ドラムを複数、前記中空円筒状冷却部の外周面同士を接して配置したことを特徴とする請求項１記載の溶融スラグの冷却固化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶融スラグの冷却固化装置に関し、特に鉄鋼精錬、非鉄精錬、合金鉄製造、廃棄物溶融処理プロセスにおけるスラグやマットを冷却し、凝固させるプロセスに使用される溶融スラグの冷却固化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鋼精錬等で発生する溶融スラグやマットを急冷処理する方法として、間接冷却による試みがなされている。この間接冷却する溶融スラグの冷却固化装置としては、従来、図１及び図２（Ａ），（Ｂ）に示すものが知られている（特許文献１）。ここで、図１は同装置の全体図、図２（Ａ）は同装置の一構成である水冷ドラム及びその周辺部分の側面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の上面図を示す。
【０００３】
図中の符番１は溶融炉から排出された溶融スラグを滞留させた後に円筒状回転体上に供給するための滞留槽、符番２ａ，２ｂは金属製の水冷ドラム、３ａ，３ｂは二次冷却装置を示す。
【０００４】
前記滞留槽１は、槽底との間に間隔をあけて設けられた区画壁４によって２区画に区分され、一方のＡ区画が溶融炉から排出された溶融スラグの受け入れ側、他方のＢ区画が溶融スラグを水冷ドラムへ供給するための排出側になっている。ここで、Ａ区画においては、溶融炉から排出された溶融スラグが滞留している間に、その中に含まれている溶融塩が浮上して溶融塩層５が形成され、溶融メタルが沈降して溶融メタル層６が形成される。符番７は、溶融塩と溶融メタルが分離された溶融スラグ層を示す。
【０００５】
前記滞留槽１の外周部には誘導加熱コイル７が設けられており、受け入れた溶融スラグを所定の温度に保つことが可能になっている。前記滞留槽１には、滞留している溶融スラグの温度を測定するための温度計８が配置されている。前記滞留槽１の上部側壁には溶融スラグを受け入れるスラグ樋９が設けられ、滞留槽１の中部側壁には溶融塩の排出口１０が設けられ、滞留槽１の下部側壁には溶融メタルの排出口１１が設けられている。分離された溶融塩と溶融メタルはそれぞれ間欠的に抜き出され、別途に処理される。
【０００６】
前記滞留槽１の下部寄りの側壁には、溶融スラグの排出口１２が設けられている。この排出口１２には、水冷ドラム２ａ，２ｂへ供給する溶融スラグの流量を調節するためのゲート１３が設けられている。
【０００７】
前記水冷ドラム２ａ，２ｂの内部には、該水冷ドラム２ａ，２ｂの上面をスプレー冷却するための冷却水の配管が組み込まれている。この配管には、水冷ドラム２ａ，２ｂの上面向けて冷却水を噴出するスプレーノズル（図示せず）が多数設けられている。また、内部の下半分の部分にはスプレーノズルから噴射された水が滞留するようになっており、下部においても冷却される構造になっている。前記水冷ドラム２ａ，２ｂの回転軸１４には、冷却水の供給、排水のための流路が夫々設けられている。水冷ドラム２ａ，２ｂは互いに外周面を接して水平に配置されており、図中に矢印で示すように、互いに反対方向に回転し、何れも外周面を接した箇所が上方に向かって上昇する方向に回転する。
【０００８】
前記排出口１２には、スラグ樋１５が接続されている。図中の符番１６は、水冷ドラム２ａ，２ｂの上に溶融スラグ１７を貯えるための堰板であり、水冷ドラム２ａ，２ｂの両端部の外周面に接して設けられている。前記水冷ドラム２ａ，２ｂには、凝固スラグ１８が付着している。一方の水冷ドラム２ａの両端側には、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、溶融スラグ１７が脇からこぼれるのを回避するためのフランジ２’が夫々設けられている。
【０００９】
前記溶融スラブ１７の真上には、水冷ドラム２ａ，２ｂの上に滞留している溶融スラグの液面を計測する超音波液面計１９が配置されている。この超音波液面計１９による計測は、上記の液面が一定になるようにするために行われるものであって、計測された液面高さの信号が制御器２０へ送られ、次いで、この信号に基づいた指示信号が制御器２０からスラグ供給槽の流量調節ゲート１３の駆動部へ送られて溶融スラグの流量が調節され、上記液面が制御される。
【００１０】
前記水冷ドラム２ａの水平方向には、水冷ドラム２ａ，２ｂに付着したスラグの表面温度を測定するための赤外線温度計２１が配置されている。この赤外線温度計２１は、離脱点Ｆの付近におけるスラグの温度測定が可能な位置に配置されている。なお、赤外線温度計２１は一方の水冷ドラム２ａ側しか配置されていないが、２基の水冷ドラム２ａ，２ｂに付着するスラグの量は略同じであり、また冷却量も略同じであるので、２基の水冷ドラム２ａ，２ｂに付着するスラグの温度は略同じであるものとみなすことができる。
【００１１】
前記赤外線温度計２１により計測された温度の信号は制御器２０へ送られる。そして、この信号に基づいた指示信号が制御器２０から水冷ドラム２ａ，２ｂの駆動部（図示せず）へ送られ、水冷ドラム２ａ，２ｂの回転数が増減される。この回転数の増減によって、水冷ドラム２ａ，２ｂによる溶融スラグの冷却量が調節され、水冷ドラム２ａ，２ｂに付着したスラグの温度が所定の範囲内に維持される。
【００１２】
前記二次冷却装置３ａ，３ｂは、水冷ドラム２ａ，２ｂから剥離したスラグ２２に冷却流体を吹き付けてガラス転移点を下回る温度になるまで冷却し、固化させるものである。冷却流体としては、水、空気等を使用することができる。なお、符番２３は流量計、符番２４は水を微細化して吹き付けるスプレーノズルを示す。前記二次冷却装置３ａ，３ｂにおいては、赤外線温度計２１による計測値（二次冷却前の温度）に基づく制御器２０からの信号が流量計２３へ送られ、吹き付ける水の流量が制御される。なお、図中の符番３０ａ，３０ｂは固化したスラグを破砕する破砕機を示し、破砕されたスラグは破砕機の下部側に配置されたコンベアにより次の工程へ搬送される。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−１８０９８７号公報（段落［００２６］〜［００３７］及び図１）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、図１及び図２に開示した従来の冷却固化装置の場合、水冷ドラム２ａ，２ｂの内部に冷却水の配管を配置し、該配管に形成された複数のスプレーノズルより冷却水を噴出させて水冷ドラム２ａ，２ｂの上面をスプレー冷却している。しかし、こうした冷却固化装置では、水位が低いので、水冷ドラム２ａ，２ｂの上部内壁の冷却が十分でなかった。
【００１５】
そこで、図３に示すように水冷ドラム内の水位を上げる工夫が施された冷却固化装置が提案されている。なお、図３では、冷却固化装置の要部である冷却ドラムのみを図示している。図３中の符番２５は、水冷ドラム２の一端側に配置されて該水冷ドラム２を回転させるモータを示す。前記水冷ドラム２の他端側には、冷却水の給排水を行うロータリージョイント２６がモータ２５のモータ軸と同軸上にある。このロータリージョイント２６には、冷却水を水冷ドラム２内へ送る給水管２７が設けられているとともに、開口部を上方へ向けた排水管２８が設けられている。
【００１６】
しかし、図３の改良された従来の冷却固化装置では、水冷ドラム２の上部（排水口よりも上の空間）に空気溜り２９ができるので、冷却水３０による冷却能率が低いという欠点があった。
【００１７】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、内部に冷却水が滞留する中空円筒状冷却部と、前記冷却水の供給手段と、前記円筒状冷却部よりも拡径された中空円筒形状でかつ前記円筒状冷却部と連通し、内部に前記中空円筒状冷却部よりも高い位置から前記冷却水を排出する冷却水排出手段を備えた拡径部を有する水冷冷却ドラムを具備した構成にすることにより、水冷冷却ドラム内の空気溜りをスラグ溜り部のない拡径部に移動させ、冷却水による冷却能力を高めることができる溶融スラグの冷却固化装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶融スラグの冷却固化装置は、請求項１記載のように、内部に冷却水が滞留する中空円筒状冷却部と、前記冷却水の供給手段と、前記円筒状冷却部よりも拡径された中空円筒形状でかつ前記円筒状冷却部と連通し、内部に前記中空円筒状冷却部よりも高い位置から前記冷却水を排出する冷却水排出手段を備えた拡径部を有する水冷冷却ドラムを具備したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の溶融スラグの冷却固化装置は、請求項２記載のように、前記水冷冷却ドラムを複数、前記中空円筒状冷却部の外周面同士を接して配置したことを特徴とする。
【００２０】
本発明において、水冷冷却ドラムは複数個（特に２個）使用する場合と１個使用する場合に分けられる。２個使用する場合は、各水冷冷却ドラムを該中空円筒状冷却部の外周面同士が互いに接するように水平に配置し、この一対の中空円筒状冷却部は何れも外周面を接した箇所が上方に向かう方向（後述する図７を例にとれば、紙面の手前方向）に回転するように構成することが好ましい。なお、この場合、前記拡径部は後述する図７に示すようにお互いに反対側に位置するように設置される。また、この場合、一対の水冷冷却ドラムの各中空円筒状冷却部及び拡径部で囲まれた領域に溶融スラグが溜められる。
【００２１】
一方、１個の水冷冷却ドラムを使用する場合、後述する図５に示すように、中空円筒状冷却部の軸方向に沿う外周面に接するように板状部材を配置するとともに、水冷冷却ドラムの拡径部が存在しない側にフランジ（堰板）を配置し、中空円筒状冷却部、板状部材及びフランジで囲まれた領域に溶融スラグを溜める。
【００２２】
本発明において、前記拡径部は冷却水を排出する冷却水排出手段を備えているが、冷却水の供給手段も拡径部に配置してもよい（図４参照）。また、拡径部は、上記したように、内部に前記中空円筒状冷却部よりも高い位置から前記冷却水を排出する冷却水排出手段を備えている。ここで、冷却水排出手段としては、例えば排水管が挙げられ、この排水管は開口部が拡径部の空気溜り部を向くように曲げて配置する（図４参照）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の実施例で説明する溶融スラグの冷却固化装置は、水冷ドラムを除いて同じであるため、要部のみを説明する。
【００２４】
（実施例１）
図４、図５（Ａ）、（Ｂ）を参照する。ここで、図４は本発明の実施例１に係る溶融スラグの冷却固化装置の水冷ドラム及びその周辺部材の側面図、図５（Ａ）は同装置において１つの水冷ドラム（円筒状回転体）を用いた場合の側面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の平面図を示す。
【００２５】
図中の符番３１は、内部に冷却水３２が滞留する中空円筒状冷却部３１ａと、この中空円筒状冷却部３１ａに連通した拡径部３１ｂとからなる水冷冷却ドラムを示す。前記水冷冷却ドラム３１の軸方向に沿う一端側には、モータ軸３３を介してモータ３４が連結されている。また、水冷冷却ドラム３１の他端側には、モータ軸３３と同軸上にロータリージョイント３５が図示しない軸を介して設けられている。なお、本例のように、水冷冷却ドラムを１個使用する場合は、側面から溶融スラグがあふれないように、拡径部の反対側にフランジ４０を設ける。
【００２６】
前記拡径部３１ｂは、前記中空円筒状冷却部３１ａよりも拡径された中空円筒形状をなし、内部に前記中空円筒状冷却部３１ａよりも高い位置から前記冷却水を排出する冷却水排出手段としての排水管３６を備えている。この排出管３６の一端側は拡径部３１ｂの外周寄りに形成される空気溜り部３７に達し、前記モータ軸３３と同軸上で曲げられて水冷冷却ドラム３１の外方向に延出している。また、前記ロータリージョイント３５には、冷却水を水冷冷却ドラム３１に供給する給水管（冷却水の供給手段）３８が連結されている。
【００２７】
前記中空円筒状冷却部３１ａの軸方向に沿う外周面には、図５（Ａ）に示すように板状部材３９が接して配置されている。ここで、板状部材３９としては、銅，鉄，アルミニウム等からなる水冷盤、または酸化アルミニウム，炭化珪素等からなる耐火物が使用される。前記中空円筒状水冷部３１ａの拡径部３１ｂと反対側には、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、溶融スラグ１７が脇からこぼれるのを回避するためのフランジ４０が夫々設けられている。前記中空円筒状冷却部３１ａと拡径部３１ｂと板状部材３９とフランジ４０で囲まれた領域に溶融スラグ１７が溜められる。
【００２８】
実施例１に係る溶融スラグの冷却固化装置によれば、水冷冷却ドラム３１の一方の端部に溶融スラグの溜り部が存在する中空円筒状水冷部３１ａの外径と比べて外径が大きい拡径部３１ｂを備え、且つこの拡径部３１ｂの内部に前記中空円筒状冷却部３１ａよりも高い位置から前記冷却水３２を排出する排水管３６を備えた構成になっているため、従来のように溶融スラブの溜り部に対応した水冷ドラム内に空気溜り部ができることなく、前記拡径部３１ｂに空気溜り部３７ができる。従って、前記拡径部３１ｂには溶融スラブ１７が溜らないので、従来と比べ、水冷冷却ドラム上部の冷却を強化することができる。
【００２９】
事実、従来の冷却固化装置の場合、水冷ドラムの上部の表面温度が８００〜９００℃と高く、水冷ドラムの下部の表面温度も３００〜４００℃と高かった。これに対し、実施例１の冷却固化装置によれば、水冷冷却ドラム３１の上部の表面温度は約５００℃、水冷冷却ドラム３１の下部の表面温度は約１００℃に下がり、溶融スラグの処理能力が従来と比べ１．３倍に向上した。これにより、本発明装置が従来装置と比べ優れていることが確認できた。
【００３０】
（実施例２）
実施例１では、冷却水の給排水を水冷冷却ドラムの同じ側（図４で言えば右側）に設けたが、図６のように水冷冷却ドラムの両端に別々に設けてもよい。
図６中の符番３８は、回転軸を兼ねる給水管を示す。前記水冷冷却ドラム３１の一端側で給水管３８の外側には、該給水管３８と同心状にプーリ４１が配置されている。このプーリ４１と離間した位置には別のプーリ４２が配置され、両プーリ４１，４２にモータ３４からの駆動力を水冷ドラム３１に伝達する駆動用Ｖベルト（叉はチェーン）４９が懸架されている。
実施例２によれば、実施例１と同様に、冷却水による冷却能力を高めることができる。
【００３１】
（実施例３）
図７を参照する。実施例３の冷却固化装置は、２つの水冷冷却ドラムを互いの中空円筒状水冷部の外周面が接触するようにして用いた場合を示す。このように、水冷冷却ドラムを２つ用いる場合は、拡径部の反対側にフランジを設けない（図６参照）。なお、図１、図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
【００３２】
図中の符番４４，４５は、夫々中空円筒状水冷部４４ａ，４５ａの外周面が互いに接して配置された水冷冷却ドラムを示す。一方の水冷冷却ドラム４４は、内部に冷却水３２が滞留する中空円筒状冷却部４４ａと、この中空円筒状冷却部４４ａよりも拡径された中空円筒形状をなすとともに該中空円筒状冷却部４４ａに連通し、内部に中空円筒状冷却部４４ａよりも高い位置から前記冷却水を排出する排水管排水管３６を備えた拡径部４４ｂとからなる。
【００３３】
他方の水冷冷却ドラム４５は、内部に冷却水３２が滞留する中空円筒状冷却部４５ａと、この中空円筒状冷却部４５ａよりも拡径された中空円筒形状をなすとともに該中空円筒状冷却部４５ａに連通し、内部に中空円筒状冷却部４５ａよりも高い位置から前記冷却水を排出する排水管３６を備えた拡径部４５ｂとからなる。前記拡径部４４ｂ、４５ｂは互いに反対側に位置するように設けられている。
【００３４】
一方の水冷冷却ドラム４４においては、一方の端部に水冷冷却タンク４４に冷却水を供給する給水管３８が配置され、他方の端部に水冷冷却タンク４４の冷却水を排水する排水管３６が一端の開口部を上向きに配置されている。この排水管３６の構成は実施例１の排水管と同様な構成となっている。ここで、給水管３８と排水管３６の出口部とは同軸になっている。前記排水管３６の出口部には、第１の歯車４６が排水管３６と同心円状に設けられている。
【００３５】
他方の水冷冷却ドラム４５においては、一方の端部の拡径部４５ｂに水冷冷却タンク４５の冷却水を排水する排水管３６が上向きに配置されている。ここで、排水管３６の出口部でかつ拡径部４５ｂの側壁には、プーリ４７が設けられている。このプーリ４７と、モータ３４と連動するプーリ４８には駆動用Ｖベルト４９が懸架されている。水冷冷却ドラム４５の他方の端部には、水冷冷却ドラム４５に冷却水を供給する給水管５０が前記排水管３６の出口部分と同軸に設けられている。前記給水管５０の外周側には該給水管５０と同心円状に回転軸５１が設けられ、この回転軸５１の外周部に前記第１の歯車４６と噛合する第２の歯車５２が設けられている。
【００３６】
こうした構成の冷却固化装置においては、モータ３４が回転することによりその駆動力がプーリ４８、駆動用Ｖベルト４９、プーリ４７を介して水冷冷却ドラム４５に伝達され、水冷冷却ドラム４５が矢印Ａのように回転する。一方、水冷冷却ドラム４５の回転により、その回転力が第２の歯車５０、第１の歯車４６により水冷ドラム４４に伝達され、水冷冷却ドラム４４が矢印Ｂのように回転する。
【００３７】
実施例３によれば、水冷冷却ドラム４４の一端部に溶融スラグ１７の溜り部が存在する中空円筒状冷却部４４ａの外径と比べて外径が大きい拡径部４４ｂが設けられ、且つこの拡径部４４ｂの内部に前記中空円筒状冷却部４４ａよりも高い位置から前記冷却水３２を排出する排水管３６を備え、更に水冷冷却ドラム４５の一端部に溶融スラグ１７の溜り部が存在する中空円筒状冷却部４５ａの外径と比べて外径が大きい拡径部４５ｂが設けられ、且つこの拡径部４５ｂの内部に前記中空円筒状冷却部４５ａよりも高い位置から前記冷却水３２を排出する排水管３６を備えた構成になっている。従って、実施例１と同様に、溶融スラグの溜り部に対応した中空円筒状冷却部４４ａ，４５ａ内に空気溜り部ができることなく、前記拡径部４４ｂ，４５ｂに空気溜り部ができる。しかるに、前記拡径部４４ｂ、４５ｂには溶融スラグが溜らないので、従来と比べ、水冷冷却ドラム４４，４５上部の冷却を強化することができる。
【００３８】
また、水冷冷却ドラム４４，４５における拡径部４４ｂ，４５ｂを夫々反対側の位置するように設定することにより、水冷冷却ドラム４４，４５への冷却水の供給、排水を簡単に行うことができる。更に、プーリ４７，４８、駆動用チェーン４９、及び互いに噛合する第１の歯車４６、第２の歯車５２により、水冷冷却ドラム４４，４５を簡単な構成で同時に回転させることができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、中空円筒状冷却部と、冷却水の供給手段と、前記円筒状冷却部よりも拡径された中空円筒形状で内部に中空円筒状冷却部よりも高い位置から冷却水を排出する冷却水排出手段を備えた拡径部を有する水冷冷却ドラムを具備した構成にすることにより、水冷冷却ドラム内の空気溜りをスラグ溜り部のない拡径部に移動させ、冷却水による冷却能力を高めることができる溶融スラグの冷却固化装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来の溶融スラグの冷却固化装置の全体図。
【図２】図２は、図１の冷却固化装置の一構成である冷却ドラム及びその周辺の説明図。
【図３】図３は、図１の冷却固化装置の冷却ドラム及びその周辺部材の側面図。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係る溶融スラグの冷却固化装置の冷却ドラム及びその周辺部材の側面図。
【図５】図５は、１つの冷却ドラムを用いた場合の説明図。
【図６】図６は、本発明の実施例２に係る溶融スラグの冷却固化装置の冷却ドラム及びその周辺部材の側面図。
【図７】図７は、本発明の実施例３に係る溶融スラグの冷却固化装置の冷却ドラム及びその周辺部材の側面図。
【符号の説明】
１…滞留槽、      ３ａ，３ｂ…二次冷却装置、      ４…区画壁、
５…溶融塩層、      ６…溶融メタル層、            ７…溶融スラブ層、
８…温度計、        ９，１５…スラグ樋、          １０…溶融塩の排出口、
１１…溶融メタルの排出口、  １２…溶融スラグの排出口、  １３…ゲート、
１４…回転軸、              １６…堰板、            １７…溶融スラグ、
１８…凝固スラグ、          １９…超音波液面計、      ２０…制御器、
２１…赤外線温度計、        ２２…剥離したスラグ、    ２３…流量計、
２４…スプレーノズル、      ３０ａ，３０ｂ…破砕機、
３１，４４，４５…水冷冷却ドラム、
３１ａ，４４ａ，４５ａ…中空円筒状冷却部、３２…冷却水、３４…モータ、
３５…ロータリージョイント、  ３６…排水管（冷却水排出手段）、
３７…空気溜り部、  ３８…給水管（供給手段）、      ３９…板状部材、
４０…フランジ、            ４１，４２，４７，４８…プーリ、
４９…駆動用Ｖベルト、      ４６，５０…歯車。
【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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