(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽量固形物を製造するための冶金学的なスラッグを膨張させるための方法であって、
（ａ）流れ速度が制御された溶融液体スラッグ（45）の流れを形成し、
（ｂ）溶融液体スラッグ（45）の流れに制御した定量の水（43）を混合して、相互作用するスラッグと水の混合物を生じさせ、
（ｃ）前記スラッグと水の混合物を、湾曲した底部と開口した頂部とを有する容器内（34）に流入させ、この容器内に前記混合物を包含し、スラッグの流れ速度が１分間当たり、１トンないし３トン、水（43）の流れ速度が１分間当たり、３７９リットルないし１１３６リットルであり、及びドラム（62）が１秒間当たり、９メートルないし１３メートルの周速から定まる所定の周期で、膨張したスラッグ製品に形成するために前記スラッグと水の混合物が相互作用できるようにし、
（ｄ）  前記膨張したスラッグ製品を、少なくとも１つの羽根（68）を備えたドラムによって分割し、
（ｅ）  前記膨張かつ分割したスラッグ製品を、十分な遠心力により押し出し、かつ、エアを介して放出し、堆積物（96）に収集する各ステップを有していることを特徴とする方法。
【請求項２】
溶融液体スラッグ（45）と水（43）の流れは、下方に傾斜した供給プレート（30）を流れる溶融液体スラッグの表面に前記水（43）を吹きつけることにより混合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
容器（34）は、前記回転ドラム（62）を収容するための湾曲した底部と、開口頂部とを有し、この容器を介して相互作用するスラッグと水の混合物が受入端（56）で受け入れられ、膨張したスラッグ製品が放出端（58）で放出されるようにしたことを特徴とする請求項１項に記載の方法。
【請求項４】
前記容器（34）の放出端（58）から上流側に偏向ロータ（36）が配置され、その高さ位置が、放出されたどの物質も偏向して前記容器の受入端（56）に入るように選択されることを特徴とする請求項３項に記載の方法。
【請求項５】
膨張したスラッグ製品は、前記容器（34）内でドラムの長手軸線回りに回転するように配置された回転ドラム（62）によって分割され、前記ドラム（62）は、所定の長さと高さを有する少なくとも１つの羽根（68）を備え、羽根の高さは、ドラムの表面から半径方向に所定の距離だけ伸び、前記羽根の長さは、ドラム（62）の長さの少なくとも一部分にわたって伸びていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
分割された膨張したスラッグ製品は、前記容器（34）内でドラムの長手軸線回りに回転するように配置された回転ドラム（62）によって放出され、前記ドラム（62）は、所定の長さと高さを有する少なくとも１つの羽根（68）を備え、羽根の高さは、ドラム（62）の表面から半径方向に所定の距離だけ伸び、前記羽根（68）の長さは、ドラムの長さの少なくとも一部分にわたって伸びていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
冶金学的な膨張スラッグを処理するための装置（22）であって、制御された流速を有する溶融液体スラッグの流れを形成する手段を備えており、
相互作用するスラッグと水の混合物を発生させるために前記溶融液体スラッグを制御された量の水と混合するための手段と、
湾曲した底部と開口した頂部とを有し、相互作用するスラッグと水の混合物が受入端（56）で受け入れられ、膨張したスラッグ製品が放出端（58）で放出される容器（34）と、
前記容器（34）内で、ドラムの長手軸線の回りに回転するように配置され、ある長さと高さ寸法を有する少なくとも１つ羽根（68）を支持する回転ドラム（62）を備え、
前記羽根の高さがドラムの表面から半径方向に伸びる所定の距離を有し、前記羽根の長さがドラムの長さの少なくとも一部分にわたって伸び、前記羽根は、相互作用するスラッグと水の混合物の流れの移動径路内で、回転ドラムの回転により膨張したスラッグ製品を分割するように適合し、かつ前記容器の放出端に向けて前記膨張したスラッグ製品を十分な遠心力により押し出し、分割された膨張したスラッグ製品を容器の開口頂部から放出して堆積物（96）に収集することを特徴とする装置。
【請求項８】
前記容器（34）の放出端（58）から上流側に偏向ロータ（36）が配置され、その高さ位置が、放出されたどの物質も偏向して前記容器の受入端（56）に入るように選択されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
回転ドラム（100）が、ドラムの一端からドラムの他端に伸びる長さを有する単一の羽根（98）を備えていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
回転ドラム（62）が、ドラムの半径方向に相対向する側に配置された一対の羽根（68）を備え、第１の羽根は、ドラムの中央部に向けてドラムの一端から伸びる長さを有し、第２の羽根は、前記中央部に向けてドラムの他端から伸びる長さを有して、ドラムをバランスさせることを特徴とする請求項７項記載の装置。
【請求項１１】
回転ドラム（104）が複数の羽根（106）を備え、各羽根は、ドラムの長さの一部分にわたって伸びる長さを有し、ドラムをバランスさせるために、互いに半径方向に食い違って配置されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
軽量固形物を製造するための冶金学的なスラッグを膨張させるための方法であって、
（ａ）  流れ速度が制御された溶融液体スラッグ（45）の流れを形成し、
（ｂ）  溶融液体スラッグ（45）の流れに制御した定量の水（43）を混合して、相互作用するスラッグと水の混合物を生じさせ、
（ｃ）  前記スラッグと水の混合物を、湾曲した底部と開口した頂部とを有する容器内に流入させ、この容器（43）内に前記混合物を包含し、スラッグの流れ速度が１分間当たり、１トンないし３トン、水（43）の流れ速度が１分間当たり、３７９リットルないし１１３６リットルであり、及びドラム（62）が１秒間当たり、９メートルないし１３メートルの周速で定まる所定の周期で膨張したスラッグ製品に形成するために前記スラッグと水の混合物が相互作用できるようにし、
（ｄ）  前記容器（34）内で、ドラムの長手軸線の回りに回転するように配置され、ある長さと高さ寸法を有する少なくとも１つ羽根（68）を支持し、かつ前記羽根の高さがドラムの表面から半径方向に伸びる所定の距離を有し、前記羽根の長さがドラム（62）の長さの少なくとも一部分にわたって伸びている、回転ドラム（62）によって前記膨張したスラッグ製品を分割し、
（ｅ）  前記膨張かつ分割したスラッグ製品を、十分な遠心力により押し出し、かつ、エアを介して放出し、前記回転ドラムによって堆積物（96）に収集する、各ステップを有していることを特徴とする方法。
【請求項１３】
溶融液体スラッグ（45）と水（43）の流れは、下方に傾斜した供給プレート（30）を流れる溶融液体スラッグ（45）の表面に前記水（43）を吹きつけることにより混合されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
容器（34）は、回転ドラム（62）を収容するための湾曲した底部と、開口頂部とを有し、この容器を介して相互作用するスラッグと水の混合物が受入端（56）で受け入れられ、膨張したスラッグ製品が放出端（58）で放出されるようにしたことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記容器（34）の放出端（58）から上流側に偏向ロータ（36）が配置され、その高さ位置が、放出されたどの物質も偏向して前記容器の受入端（56）に入るように選択されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は、スラッグを有用な製品に変換するためにスラッグを処理する方法に関する。特に、本発明は、高炉で溶融したスラッグをコンクリート製品の製造における骨材として使用される軽量固形物に変換するための手段を提供する。
（背景技術）
廃棄用スラッグを含む冶金学的環境以外の使用目的のスラッグを、多量の水が保持できるオープンピットに再生するための努力が以前からなされてきた。この熱処理されたスラッグは、冷却され、そしてスラッグから蒸気を排出しながら固体化される。これにより、天然軽量骨材と同様な「膨張した（expanded）」軽量製品を生じる。このプロセスは、空気中に排出される大量のガス状副産物を生じる欠点を有しており、それゆえ、現代の環境基準に適合しない。
また、処理が緩慢なバッチ処理があるが、冷却されたスラッグは、均一な寸法の骨材を供給しかつこの骨材が役立つようにさらに処理しなければならない。
スラッグをペレット化するためのプロセスは、これまで開発されてきたが、この製法において、溶融スラッグは、半径方向に伸びた羽根を有する回転ドラムに一定量の水とともに連続して供給される。それによって、冷却されたスラッグをさらに冷却するために空気中に噴射し、便宜的に大量の個別の均一なペレットの堆積物に形成する。
このような製法は、本出願人の米国特許第３，５９４，１４２号明細書に記載されている。その製造物は、容易に取り扱えるペレットの形式になっている。しかし、ガラス状で比較的高密度のペレットは、発泡したスラッグまたは膨張スラッグとみなすことはできないし、また、軽量コンクリートに用いるのに不適切であり、軽量骨材を必要とする同様な利用においても適していない。
米国特許第１，０４７，３７０号明細書において、溶融スラッグは、回転ホィールに向って所定圧力の水の流れの中に供給され、このホィールは、支持ロッド上でゆっくり回動する多数の「攪拌ブレード（beater blades）」を支持しており、ホィールが一分間当たり約７０００フィートの高速度で回転しているとき、このホィールから支持ロッドが半径方向に突き出るようになっている。蒸気と水及びスラッグへの攪拌との混合操作により、スラッグを小さなフラグメントに粉砕し、エアを介して放出して堆積物として集める。その結果物は、膨張されず軽量骨材として用いるのに不適切である。
米国特許第５６，５９５号明細書において、溶融スラッグは、回転ドラムに供給され、この場合、ドラムは、半径方向に伸び、その周縁の回りに傾斜する一連のアームを支持する。ドラムは、熱い、溶融したスラッグを熱処理するための水槽を形成するハウジング内に配置される。スラッグは、急激な温度変化によって粒状化し、破壊される。そして、複数のアームによって前進し、らせん錐（オーガー）のように、装置の外にすくい取られて運ばれる。その結果物は、ガラス状になり軽量骨材として用いるのに不適切であると考えられる。
本発明の目的は、膨張した、軽量スラッグを連続した工程で供給するための手段を提供することである。
（発明の開示）
本発明によれば、軽量固形物を製造するための冶金学的なスラッグを膨張させるための製法が与えられる。この製法は、
（a）流れ速度が制御された溶融液体スラッグの流れを形成し、
（b）溶融液体スラッグの流れに制御した定量の水を混合して、相互作用するスラッグと水の混合物を生じさせ、
（c）前記スラッグと水の混合物を、閉鎖底部を有する容器内に流入させ、この容器内に前記混合物を包含し、所定の周期で膨張したスラッグ製品に形成するために前記スラッグと水の混合物が相互作用できるようにし、
（d）前記膨張したスラッグ製品を分割し、
（e）前記膨張したスラッグ製品をエアを介して放出し、堆積物に収集する、
各ステップを有している。
本発明の他の構成によれば、この方法を実行するための装置が提供されている。この装置は、
湾曲した底部と開口した頂部とを有し、スラッグと水の混合物が受入端で受け入れられ、膨張したスラッグ製品が放出端で放出される容器と、
前記容器内で、長手軸線の回りに回転するように配置され、ある長さと高さ寸法を有する少なくとも１つ羽根を支持する回転ドラムとを備え、
前記羽根の高さがドラムの表面から半径方向に伸びる所定の距離を有し、前記羽根の長さがドラムの長さの少なくとも一部分にわたって伸び、前記羽根は、スラッグと水の混合物の流れの移動径路内で、回転ドラムの回転により膨張したスラッグ製品を分割しするように適合し、かつ前記容器の放出端に向けて前記相互作用する膨張したスラッグ製品を十分な遠心力により押し出し、分割された膨張したスラッグ製品を容器の開口頂部から放出して堆積物に収集することを特徴としている。
本装置の好ましい形態では、回転ドラムは、ドラムの半径方向に相対向する側に配置された一対の羽根を支持し、第１の羽根は、ドラムの中央部に向けて一端側から伸びる長さを有し、第２の羽根は、前記中央部に向けて他端側から伸びる長さを有してドラムをバランスさせている。
【図面の簡単な説明】
本発明がより明確に理解されるように、好ましい実施形態が、付随する図面をを参照して以下で説明される。
図１は、ハウジング内に内装される本発明に従う方法を実行するのに用いられる本装置の概略側面図である。
図２は、図１の装置の斜視図である。
図３は、図２の装置の側面図である。
図４は、図１の装置のドラム形成部分の概略側面図で、図１に隣接して描かれている。
図５は、図４のドラムの端部を示す概略図で、図４に隣接して描かれている。
図６は、本発明に従った工程において用いるドラムの第１変形例を示す概略側面図で、図１に隣接して描かれている。
図７は、図６のドラムの端部を示す概略図であり、図６に隣接して描かれている。
図８は、本発明に従う工程において用いる第２変形例の概略側面図で、図１に隣接して描かれている。
図９は、図８のドラムの端部を示す概略図であり、図８に隣接して描かれている。
（発明を実施するための最良の形態）
本発明に従う工程は、便宜上、本発明の目的のために修正された冶金学的なスラッグをペレット化するための装置を用いて実行される。ペレット化する場合には、溶融スラッグは、高炉（図示略）から送られ、包囲体２３内部に内蔵された装置２２にランナー２０を介して供給される。
本装置は、参照符号２４（図２参照）で示した装置フレームを含み、このフレーム２４は、装置の主たる作動要素を支持している２つの間隔を置いた側部フレーム部材２６，２８からなっている。主たる作動要素は、即ち、下方に傾斜する供給プレート３０、第１羽根を有する放出ロータ３２、ロータ３２を受け入れる開口容器３４、及び第２偏向ロータ３６である。
図３でより明らかになるように、供給プレート３０は、グラファイト等の非常に高い耐熱性材料の複数のブロック４０を支持する平らな金属製プレート３８を有する。このプレートの上面は、相互供給表面を構成する。ノズル（図示略）を有する水パイプ４２から供給される水は、溶融液体スラッグ４５（図１参照）の流れの表面上に矢印４３で示した向きに、下側に傾斜した供給プレート３０を流れて、スラッグと相互作用する。
好ましくは、スラッグの流れ速度は、１分間当たり１ないし３トン（１０００〜３０００ｋｇ）の間に制御され、一方、水の流れ速度は、１分間当たり１００ないし３００ガロン（４５０〜１４００リッター）の範囲である。
側壁４４（図１参照）は、相互作用するスラッグと水の混合物を供給プレート３０の表面に制限するように設けられ、全体の供給プレートは、装置フレーム２４にスプリングで取付られ、プレートの表面にスラッグと水の混合物がへばりつくのを防止するように耐えず振動する。
こうして、供給プレート３０は、ばねの圧縮軸線が垂直になるように配置された圧縮コイルばね４８によってフレーム２４の基準台４６に支持される。ランダムな振動が、供給プレート上に流れるスラッグと水の混合物に加えることにより与えられ、この振動は、回転する偏心ウエイト（図示略）によって生じる一定の振動力に重合される。
付加的な冷却水が、水パイプ５０からベースプレート３８の下側に流れ、そして、水パイプ５２から供給プレート３０の放出端に配置されたつま先プレート５４に向かう。このプレートで、スラッグと水の混合物は、供給プレートから離れ、容器３４に入る。
容器３４は、湾曲した底部と開口頂部を有し、これらは、供給プレート３０に隣接する受入端５６と、供給プレートから離れた放出端５８を形成する。これを、産業界では、一般的に「スプーン」と称している。容器３４は、羽根付きロータを含むドラムが受け入れられる寸法に形成され、さらに、鋼板から作られかつ水パイプ５９によって水冷される中空ジャケットを含んでいる。
羽根付きロータ３２は、２つの間隔を置いた平行な円形側板６０を含み、この側板間に駆動軸６４と同軸の円形断面を有する水平配置されたドラム６２が伸びており、ドラムは、水平軸線６６の回りに回転できるように駆動軸６４に取り付けられている。ドラム６２の周縁には、半径方向外側に伸びる一対の羽根６８が設けられている。ドラム６２は、図３の矢印７０で示すように時計方向に回転する。即ち、相互作用するスラッグと水の混合物が供給プレート３０から放出され、そして容器３４の受入端５６内に供給される方向にドラムが回転する。ドラム６２は、ベルト７４及びプーリー７６を介してモータ７２により駆動される。
ドラム６２の表面上の羽根６８の位置および形状は、本発明に従うプロセスの作業において特に重要である。図４および図５から見られるように、一方の羽根がドラムの頂部位置へ回転するとき、反対側の羽根がドラムの底部に達するように、各羽根６８は、互いにドラムの対向する側に配置される。各羽根６８は、ドラムの中心部に向かう側板６０に隣接するドラムのそれぞれの端部から伸びる長さを有する。このように、羽根付きロータアセンブリ３２は、バランスされ、少なくとも１つの羽根がドラムの各長手方向部分と組み合わされる。
一般的に、ドラムの外径は２４インチ（６１ｃｍ）であり、１秒当たり３０ないし４２フィート（９〜１３ｍ）の周速を有するように回転する。各羽根６８は、ドラムの表面から６インチ（１５ｃｍ）伸びており、相互作用する混合物が容器３４の受入端５６に入るとき、供給プレート３０から現れるスラッグと水の混合物を分割できるようにする。
ドラム自体は、６フィート（１．８２８ｍ）の長さを有し、羽根６８は、容器の内側からわずかな距離、一般的には、１／２インチ（１．２７ｃｍ）よりも少ないギャップだけ離れている。相互作用するスラッグと水の混合物は、容器３４に流れ落ちながら相互作用を続け、羽根６８によって放出端５８に向けて前方に運ばれる。それゆえ、軽量かつ膨張スラッグ製品を生産するために必要な残留時間を増加させることができる。ロータ３２は、容器３４を介して１回転の動作が完了すると、各羽根６８の作動により、羽根の先端に運ばれたどの材料もエアを介して放出され堆積物として収集される。
装置２２のアセンブリは、偏向ロータ３６によって完全となり、この偏向ロータは、２つの間隔を置いて平行な端部プレート８０を有し、駆動軸８４に同軸配置された円形断面の水平円筒部８２が２つの端部プレート間に伸び、矢印９０で示すように水平軸線８８の回りに供給プレート３０の方向に回転するために、駆動軸８４の両端が、それぞれの軸受ブロック８６に取り付けられている。駆動軸８４は、羽根付きロータ３２の駆動軸６４からある高さを有して離れており、この高さは、放出された材料が下流に堆積するために偏向できるように選択され、材料が容器３４の受入端５６に再び入ることを防止する。
軸受ブロック８６の位置は、偏向ロータ３６を羽根付きロータ３２から分離する高さを変えるために調整することができ、付加的な冷却水は、水パイプ９２によって供給され、かつロータ３６の表面に矢印で示されている。
この装置２２は、冶金学的なスラッグを膨張する連続的な手段と、本出願人の米国特許第３，５９４，１４２号明細書および同第４，４５１，２２１号明細書に記載されているような現存するペレット化装置を備えて、膨張スラッグ製品を生産するために容易に取り替えることができる。
この必要な変更は、開口容器３４を付加し、かつ羽根付きロータ３２の羽根の数を減らす修正を行うだけでよく、さもないと、スラッグと水の混合がロータの連続する回転によるいくつかの羽根によって早まり、容器内で相互作用するのに十分な機会を得ることができなくなるであろう。
（産業上の利用の可能性）
使用において、スラッグと水との相互作用は、供給プレート３０上で流れるスラッグの流れに水が加えられるときに始まることが理解できるであろう。相互作用の残留時間は、供給プレート３０の長さを増加することによって間違いなく延長することができるが、これは、地上からの供給プレートの高さにおいても同等の増加が必要となり、本発明に従う工程を処理するために現存の設備の変更がある程度難しくなる。
供給プレート３０を離れて、相互作用するスラッグと水の混合物は、容器３４によって物理的に支持される。この容器は、供給プレートの下方に配置されかつスラッグと水の相互作用する混合物を重力作用の放出により受け取る。スラッグと水との相互作用は、容器内で続けられ容器の受入端から放出端に混合物が前進するとき、連続的に聞こえる爆発音として観測することができる。２つに折り畳んだ羽根６８の目的は、先端に鋭いエッジを有し、これが、相互作用する混合物を分断するように作動し、傾斜する後側エッジは、部分的に前側エッジを支持し、ラッグと水の混合物間で発生する爆音からの衝撃をそらすようにする。羽根の第２の機能は、羽根の前方に運ばれる分割された材料を放出するためであり、これにより、十分な力を有して容器から放出された堆積物（図１参照）が形成される。さらに、この堆積物を必要とするとき、装置から取り出され、運び去ることができる。
本発明の上記実施形態に対し本発明の特許請求の範囲以内でいくつかの変形例を作ることができることは理解できよう。特に、羽根の構造及び形状を変えることができ、そのような変形例が、図６ないし図９に示されている。
図６及び図７において、単一の羽根９８が関連するドラム１００の全長を横断して伸びるように設けられている。ドラム１００は、それぞれの側板１０２間に取付けられている。
図８及び図９において、ドラム１０４は、半径方向に食い違った４つの羽根１０６を有し、この羽根の第１対１０６ａは、一方の側板１０８とドラムの中間部との間を長手方向に仕切るドラムの分割部分を占め、第２対１０６ｂは、他方の側板１０８とドラムの中間部との間を長手方向に仕切るドラムの分割部分を占める。各羽根１０６は、９０度毎に半径方向に食い違って配置され、その結果、対の羽根（１０６ａ，１０６ｂ）がドラムの反対側に配置される。羽根のこの配列は、ドラムをバランスさせることができ、これにより、装置の作動とメンテナンスを容易にする。
他の変形例も当業者であれば明らかになるであろう。あまりに多く羽根を設けて、ドラムの各回転に対して容器から材料を連続して放出する場合、容器３４に与えられる付加的な残留時間を達成することは困難になるであろう。最後に、容器３４は、水パイプ５９を通して水冷され、容器の内部には新しい水を加えることがないので、水量を制限し、スラッグと水の相互作用する混合物が加熱されることを防止し、さもなければ、連続する反応を抑えたり、作り出された物質をガラス状に形成することができる。
【図１】
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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２】
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【図３】
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