(57)【要約】【課題】コンパクトな設備で細粒かつ形状性の良好な風砕スラグを得ることができる風砕スラグの製造方法およびそれに加えて熱回収効率が高い風砕スラグの製造方法を提供すること。【解決手段】溶融状態のスラグＬにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器３に導き、当該冷却器３内で、粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、冷却器３内に霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却し、冷却器３の底部から風砕スラグとして回収容器７に排出する。また、冷却器３内および回収容器７で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して前記粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして排出・回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法。
【請求項２】
溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして回収容器に排出し、前記冷却器内および前記回収容器で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法。
【請求項３】
前記冷却器から排出された風砕スラグは、７００〜９００℃であることを特徴とする請求項２に記載の風砕スラグの製造方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかの方法を用いて製造された風砕スラグ。
【請求項５】
流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、
粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、
前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段と
を具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備。
【請求項６】
流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、
粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、
前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段と、
前記冷却器から排出された風砕スラグを回収する回収容器と、
前記冷却器内および前記回収容器内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収する熱源回収手段と
を具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備。
【請求項７】
前記冷却器は、風砕スラグを７００〜９００℃まで冷却してから排出することを特徴とする請求項６に記載の風砕スラグの製造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄スラグやごみ溶融スラグ等の溶融状態のスラグを主に気体により冷却して所定粒度に形成される風砕スラグおよびその製造方法および風砕スラグの製造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉スラグは、高炉内で鉄鉱石を還元溶解して銑鉄を製造する際に、銑鉄１トン当たり３００ｋｇも副生されるため、その資源化や熱回収は製鉄業界にとって大きな課題となっている。
【０００３】
このような高炉スラグは、溶融状態のスラグに高圧水を供給することにより粉砕するとともに冷却凝固して形成される水砕スラグと、溶融状態のスラグを大気中で冷却して塊状に形成される徐冷スラグと、溶融状態のスラグに高圧空気を供給して急冷することにより粒状に形成される風砕スラグとに分類される。
【０００４】
これらの中で、風砕スラグは、水砕スラグよりも形状性が良く、多方面の用途に適用可能な材料として注目されており、その製造過程で顕熱の回収も可能であることから、その製造方法について種々検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、スプレー拡散ノズル近に溶滓樋の先端を位置せしめて、溶滓を粒滓器内に送入できるようにし、粒滓器内に送入された溶滓をスプレー拡散ノズルから噴出される高圧冷流体にて粉粒滓化して粒滓器内で高温粉粒体である風砕スラグを得るとともに、その際に生成された高温ガスから粒滓器内に設けられた熱交換器により熱を回収する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、密閉構造の処理タンク内に冷却水を貯溜するとともにスラグ受を設け、スラグ受に溶融スラグを供給してスラグ受の先端に設けられた溢流口から溢流する溶融スラグに圧縮空気を注入し、これにより粒状化したスラグを処理タンク内の冷却水中へ落下させ冷却してスラグペレットを得、その際に気化した水を外部に取り出して顕熱を回収する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５２−２７０９５号公報
【特許文献２】
特開昭５３−１４４４９１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１の技術は、基本的に気体のみを吹き付けて粒滓器と称する風洞設備内で溶融スラグを冷却するため風洞設備として大型のものが必要であり、広い用地を必要し、また、そのため、既存設備の付帯設備として新設することは困難である。
【０００９】
また、上記特許文献２の技術は、装置自体はコンパクトであるが、小型の処理タンクを用いるためスラグの融着を防止するために圧縮空気の注入量が小さくならざるを得ず、溶融スラグのボタ落ちが多く、コンクリート細骨材等に適した細粒状スラグが得難い。また、高温スラグを冷却水に落下させた際に発生する水蒸気から顕熱を回収するので熱回収効率が悪い。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、コンパクトな設備で細粒の風砕スラグを得ることができる風砕スラグの製造方法、およびそのようにして得られる風砕スラグ、ならびにそのような方法を実現可能な風砕スラグの製造設備を提供することを目的とする。
【００１１】
また、上記に加えて熱回収効率が高い風砕スラグの製造方法、およびそのようにして得られる風砕スラグ、ならびにそのような方法を実現可能な風砕スラグの製造設備を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１発明は、溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して前記粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして排出・回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法を提供する。
【００１３】
第２発明は、溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化し、その粒状化されたスラグを冷却器に導き、当該冷却器内で前記粒状化されたスラグを旋回させながら下方に移動させつつ、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却し、前記冷却器の底部から風砕スラグとして回収容器に排出し、前記冷却器内および前記回収容器で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収することを特徴とする風砕スラグの製造方法を提供する。
【００１４】
第３発明は、上記第２発明において、前記冷却器から排出された風砕スラグは、７００〜９００℃であることを特徴とする風砕スラグの製造方法を提供する。
【００１５】
第４発明は、上記第１発明から第３発明に係る方法を用いて製造された風砕スラグを提供する。
【００１６】
第５発明は、流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段とを具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備を提供する。
【００１７】
第６発明は、流下する溶融状態のスラグにガス流を吹き付けて粒状化させるノズルと、粒状化されたスラグが導かれ、その中で前記粒状化されたスラグが旋回しつつ下方に移動し、その過程で前記粒状化されたスラグが冷却され、底部から風砕スラグとして排出する冷却器と、前記冷却器内に霧状または蒸気状の水を供給する手段と、前記冷却器から排出された風砕スラグを回収する回収容器と、前記冷却器内および前記回収容器内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収する熱源回収手段とを具備することを特徴とする風砕スラグの製造設備を提供する。
【００１８】
第７発明は、上記第６発明において、前記冷却器は、風砕スラグを７００〜９００℃まで冷却してから排出することを特徴とする風砕スラグの製造設備を提供する。
【００１９】
本発明によれば、ガス流により溶融状態のスラグを粒状化した後、冷却器で粒状化後のスラグを旋回させ、かつ霧状または蒸気状の水を供給して粒状化されたスラグを冷却するので、風砕スラグの融着が防止され、このため溶融状態のスラグを高速で吹き飛ばすことが可能となり、コンパクトな装置でありながら細粒の風砕スラグを得ることができる。
【００２０】
また、冷却器内および回収容器内の２カ所において高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として回収し、しかもこれらを熱源として直接回収するので、一旦冷却水を蒸発させる等の熱が不要であり、効率良く熱回収を行うことができる。この場合に、冷却器から排出される風砕スラグの温度を７００〜９００℃とすることにより、スラグ粒子の融着が生じない範囲で特に高効率で熱回収を行うことができる。
【００２１】
本発明において適用されるスラグとしては、高炉スラグが好適であるが、これに限るものではなく、転炉等から発生する製鋼スラグ等の他の製鉄スラグにも適用可能であるし、製鉄スラグに限らず、ごみ溶融スラグ等、他のスラグであってもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の風砕スラグの製造方法を実施するための設備の一例を示す断面図である。この風砕スラグの製造設備は、容器２０から注入された溶融状態のスラグ（以下、溶融スラグという）Ｌを一旦貯留し、その流出口１ａから溶融スラグを流下させるタンディッシュ１と、タンディッシュ１から流下した溶融スラグに圧力ガス、典型的には圧力空気を吹き付けるノズル２と、圧力ガスが吹き付けられることにより風砕されて粒状化したスラグ（風砕スラグ）Ｓを冷却するとともに固気分離のためのコーン形状を有する冷却器３とを備えている。
【００２３】
冷却器３は、コーン型を有する本体部３ａと、本体部３ａの上部に設けられた風砕スラグＳを導入する導入部３ｂと、本体部３ａの底部に設けられた筒状をなす排出部３ｃとを有している。冷却器３の導入部３ｂには、水を噴霧する噴霧ノズル４が複数設置されている。また、本体部３ａの側壁には水およびガスの混合体を噴霧する水／ガス噴霧ノズル５が複数設置されている。そして、導入部３ｂから圧力ガスのガス流とともに本体部３ａに達した風砕スラグＳはその中で旋回しながら落下可能となっている。
【００２４】
冷却器３内には、その中で生じた高温水蒸気またはその他の高温ガスおよび風砕スラグのうち微粒のものを排出するための排気管６が冷却器３内の下部中央から垂直上方にその外側まで延出するように挿入されている。なお、排気管６の途中にはバグフィルタ（図示せず）が設けられており、微粒の風砕スラグをトラップ可能となっている。なお、バグフィルタでトラップされた微粒の風砕スラグは、冷却器３から排出される風砕スラグに戻してもよいし、別に利用してもよい。
【００２５】
冷却器３の下方には冷却器３と離隔した位置に、風砕スラグＳを回収するとともに回収した風砕スラグＳを二次冷却する回収容器７が設けられている。回収容器７の風砕スラグ入口部には、開閉扉８が設けられており、また回収容器７の側面下部には風砕スラグ排出用の開閉ゲート９が設けられている。また、回収容器７の上面には、回収容器７内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガスを排出する排気管１０が接続されている。この回収容器７の底部の全面には多数の孔が設けられており、これらの孔には回収容器７内の風砕スラグＳを冷却するためのガス、例えば空気を吐出するガス吐出配管１１が接続されている。また、回収容器７には開閉ゲート９から風砕スラグＳを掻き出すための掻き出し棒１３が備え付けられている。掻き出し棒１３は、風砕スラグＳを掻き出す機能に加え、熱回収および冷却効率を上げるため、回収容器７内に貯留された風砕スラグの上面をならす機能も有する。回収容器７から回収されるガスの温度を一定に近くするためには、回収容器７内で風砕スラグを薄き均一に広げ、短いサイクルで掻き出すのがよい。
【００２６】
ガス冷却器３から排出された風砕スラグＳはベルトコンベア１４により回収容器７の上方に搬送され、装入口１６から回収容器７の中に装入される。なお、符号１５は保温カバーである。冷却容器３と回収容器７とを連続させ、これらの間のベルトコンベアとして風砕スラグを相当量蓄積可能なものを用いれば、半連続運転およびバッチ式運転の両方に対応可能である。
【００２７】
上記排気管６および１０は熱回収設備１２に接続されており、冷却器３および回収容器７から排出された高温水蒸気およびその他の高温ガスが熱源として回収され、熱が取り出されるようになっている。
【００２８】
このように構成される風砕スラグの製造設備においては、まず、容器２０からタンディッシュ１に溶融スラグＬを注入し、タンディッシュ１に貯留された溶融スラグＬをその流出口１ａから流下させ、流下した溶融スラグＬにノズル２から圧力ガス、典型的には圧力空気を吹き付け、粒状化した風砕スラグＳとするとともに、冷却器３に導入する。
【００２９】
冷却器３の導入部３ｂにおいては、風砕スラグＳに噴霧ノズル４から水を噴霧する。これにより風砕スラグは１０００〜１２００℃程度に冷却される。冷却器３の導入部３ｂから本体部３ａに入った風砕スラグは、水／ガス噴霧ノズル５から噴霧された水およびガスの混合体が供給されながら、ノズル２からのガス流や水／ガス噴霧ノズル５からの噴出流等によりコーン型の本体部３ａの内壁に沿ってサイクロン状に旋回しつつ落下し、排出部３ｃから排出され、ベルトコンベア１４により回収容器７に搬送される。この場合に風砕スラグは、水／ガス噴霧ノズル５から噴霧された水およびガスの混合体により冷却されるとともにサイクロン状に旋回するため、冷却器３の内壁に風砕スラグが融着することが回避される。この場合に、冷却器３から排出される風砕スラグの温度は９００℃以下が好ましい。９００℃以下であれば回収容器７内での風砕スラグの融着が防止され、所望の細粒を得ることができる。その際の温度は低くてもよいが、あまり低すぎると次工程の熱回収の効率が低下するため、冷却器３から排出される風砕スラグの温度は７００〜９００℃の範囲が好ましい。一方、冷却器３内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガス（高温空気等）は排気管６を通って熱回収設備１２に導かれ、有効利用が図られる。
【００３０】
回収容器７に所定量の風砕スラグＳが貯留された段階で、開閉扉８を閉め、回収容器７内で発生した高温水蒸気およびその他の高温ガス（高温空気等）を配管１０から熱回収設備１２へ導く。そして、回収容器７内の風砕スラグＳをガス吐出配管１１から吐出したガスにより輸送可能な温度まで冷却した後、掻き出し棒１３により開閉ゲート９を開にした状態で回収容器７から排出し、適宜の手段で輸送する。
【００３１】
このように、ガス流により溶融スラグを風砕して粒状化するので、水砕スラグのような角張った形状とならず、ほぼ球径の形状性の良好なものとすることができ、その後、冷却器３で粒状化後のスラグを旋回させ、かつ水および気体を噴霧して風砕スラグを冷却するので、冷却中に風砕スラグの融着が生じず、そのため溶融スラグを高速で吹き飛ばすことができる。したがって、コンパクトであるにもかかわらず細粒の風砕スラグを得ることができる。
【００３２】
また、冷却器３内および回収容器７内の両方において高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として直接回収するので極めて効率良く熱回収を行うことができる。また、冷却器３から排出される風砕スラグＳの温度を７００〜９００℃とすることにより、スラグ粒子の融着が生じない範囲で高効率で熱回収を行うことができる。
【００３３】
なお、上記設備においては、冷却器３から排出された風砕スラグＳをベルトコンベア１４により回収容器７に搬送し、そこで熱回収用の高温水蒸気等の供給・排気および二次冷却を行うようにしたが、冷却器３から回収容器７に直接に風砕スラグＳを落下させるようにしてもよい。
【００３４】
次に、他の実施形態について説明する。
図２は、他の風砕スラグの製造設備の回収容器部分を示す断面図である。ここでは、冷却器３の下方に上記回収容器７とほぼ同様の構造を有する回収容器７′を設けている。この回収容器７′はその上壁に水を散布する給水ノズル２１を複数有し、かつガス吐出配管１１からＣＯ２ガスを供給する点のみが回収容器７と異なっている。このように風砕スラグＳに水を散布し、かつＣＯ２ガスを吹き込むことにより、風砕スラグＳが冷却されるとともに、風砕スラグ粒子の表面に、ＣＯ２と水により生成された炭酸水が接触し、これによって、スラグ中の酸化カルシウムが炭酸化され、風砕スラグの表面は炭酸カルシウム皮膜で覆われた状態となる。風砕スラグは、水の存在下でゆるやかに水和反応が進行し、固結する特性を有するため、経時的に固結してコンクリート細骨材等として用いる場合に支障をきたす場合があるが、このように炭酸化処理を行って炭酸カルシウムの皮膜を形成することにより水和反応が抑制され、固結が抑制される。
【００３５】
この場合にも回収容器７′に供給される風砕スラグの温度は９００℃以下とすることが好ましい。９００℃を超えるとスラグ同士の融着が生じるとともに、炭酸カルシウム皮膜が二酸化炭素と酸化カルシウムに分解してしまうからである。
【００３６】
なお、水とＣＯ２ガスとを用いる代わりに、炭酸水を散布してもよい。また、炭酸水に限らず、炭酸含有物質であれば用いることができ、二酸化炭素、炭酸水、各種炭酸塩を含むガスや水溶液、ＣＯ２を含む工場排ガスなどが挙げられる。ただし、ガス状のものよりも水分を含むものが望ましい。これは、炭酸カルシウムがカルシウムイオンとして、二酸化炭素が炭酸イオンとして溶液中に溶け込むことにより炭酸化反応が進行するからである。水分を添加したときに炭酸化反応が進行するメカニズムは、水分と高温スラグが接触することにより、接触面のスラグ表面が冷却され、スラグからのカルシウムイオンが水に溶解し、水中には二酸化炭素から炭酸イオンも溶け込むため、これらが反応して炭酸カルシウムがスラグ表面に生成することが挙げられる。水は短時間でスラグ内部の熱により熱せられて水蒸気となり、スラグ表面から離れてしまうが、高温であるため反応速度が大きく、上記状況で極めて速やかに炭酸化が進行する。また、この実施形態においても、冷却器３から回収容器７′に直接に風砕スラグＳを落下させるようにしてもよい。
【００３７】
なお、風砕スラグＳの原料となる溶融スラグＬとしては、高炉スラグが好適であるが、これに限るものではなく、製鋼段階で転炉、電気炉、混銑車等で発生したスラグや、脱珪スラグ、脱硫スラグ、脱燐スラグ等の溶銑予備処理スラグを含む製鋼スラグ等、他の製鉄スラグであってもよいし、製鉄スラグに限らず、ごみ溶融スラグ等、他のスラグであってもよい。
【００３８】
【実施例】
製鉄スラグとして高炉スラグを用い、図１に示す設備により、風砕スラグを製造した。タンディッシュ１からの溶融スラグの流下速度を０．４ｔ／ｍｉｎとし、ノズル２から２４０Ｎｍ３／ｍｉｎの速度で圧力空気を流下している溶融スラグに吹き付けた。冷却器３として高さ９ｍ、最大直径３ｍのものを用い、噴霧ノズル４から水を噴霧して本体部３ａの入口部での風砕スラグ温度を低下させた。また、水／ガス噴霧ノズル５から水およびガスの混合体を噴霧することにより、冷却器３の出口では風砕スラグの温度が約８５０℃であった。また、排気管６から排気される高温水蒸気および高温空気の温度は２００〜４５０℃であった。回収容器７では、空気を１００Ｎｍ３／ｍｉｎの流量で回収された風砕スラグＳに供給して風砕スラグＳを約２００℃まで冷却し開閉ゲート９から排出した。このとき排気管１０から排出される高温水蒸気および高温空気の温度は２００〜７００℃であった。得られた風砕スラグは、平均粒径が０．５〜１．５ｍｍの細粒であり、粒子形状はほぼ球形であった。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、最初に水を用いずガス流により溶融状態のスラグを粒状化するので、スラグ形状を良好に保つことができ、その後、冷却器で粒状化後のスラグを旋回させ、かつ霧状または蒸気状の水を供給して粒状化された製鉄スラグを冷却するので、風砕スラグの融着が防止され、このため溶融状態の製鉄スラグを高速で吹き飛ばすことが可能となり、コンパクトな装置でありながら細粒の風砕スラグを得ることができる。このように、得られた風砕スラグは、形状性が良好でかつ細粒であるため、コンクリート細骨材、建材、路盤材、環境材等に好適であり、極めて利用価値が高い。
【００４０】
また、冷却器内および回収容器内で生成した高温水蒸気およびその他の高温ガスを熱源として直接回収するので、一旦冷却水を蒸発させる等の熱が不要であり、効率良く熱回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の風砕スラグの製造方法を実施するための設備の一例を示す断面図。
【図２】他の風砕スラグの製造設備の回収容器部分を示す断面図。
【符号の説明】
１；タンディッシュ
２；ノズル
３；冷却器
４；噴霧ノズル
５；水／ガス噴霧ノズル
６，１０；排気管
７；回収容器
１２；熱回収設備
Ｌ；溶融スラグ
Ｓ；風砕スラグ
【図１】
2004238233.tif 000003
【図２】
2004238233.tif 000004