(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予めモールド内面形状に合わせて成形済みのセルロース材よりなる離型材を上流側より下流側に連続的に搬送されている該モールドに嵌着せしめ、上流側において溶融炉よりのスラグを前記離型材内部に収納せしめ周辺雰囲気を低酸素濃度に保持して該離型材の一部を燃焼せしめ、上流及び下流側の中間部に保温する保持ゾーンを設けスラグを結晶化させ、下流側において周辺雰囲気を高酸素濃度に保持して前記離型材の残余部を燃焼せしめて得られた成形物を下流端末より取出すことを特徴とする溶融スラグ成形方法。
【請求項２】
上流側周辺雰囲気の低酸素濃度が１６％以下、下流側周辺雰囲気の高酸素濃度が２０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグ成形方法。
【請求項３】
保持ゾーンは９５０〜１０５０℃に保温されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグ成形方法。
【請求項４】
内部に移動するコンベア上に連続して装着された多数のモールドと、前記コンベア上流側端部より移動方向に配設された離型材供給口と溶融物取入口と、前記溶融物取入口とコンベアの下流側端部の間に所定長さの保持ゾーンを形成するジャケットと該ジャケット後端部にジャケット取入口と前端部にジャケット排出口と、前記コンベアの下流側端部反転箇所下方に回動可能に配設された排出ダンパーと、前記溶融物取入口近傍に設けられた不活性ガス供給口とを備え、前記離型材供給口から前記モールド内面形状に合わせて成形済みの離型材が供給され、前記溶融物取入口に溶融炉よりのスラグが供給され、前記ジャケット取入口及び排出口に保持ゾーン保温ガスが供給及び排出され、前記コンベア反転箇所まで移送された前記モールドの反転により落下する成形物を前記排出ダンパーにより受取り及び排出可能としたことを特徴とする溶融スラグ成形方法に用いる成形装置。
【請求項５】
モールドの内面形状に合わせた型枠と加圧可能なラムとを備え、前記型枠にセルロース材を投入し前記ラムで加圧してプレス成形し脱型して前記モールドに嵌着可能な離型材を得るプレス装置を付設したことを特徴とする請求項４に記載の溶融スラグ成形方法に用いる成形装置。
【請求項６】
金属又は耐火材製の容器本体の内面のスラグ収納部形状に合わせて成形済みのセルロース材よりなる離型材が嵌着されていることを特徴とする溶融スラグ成形方法に用いるモールド。
【請求項７】
離型材の厚みが３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の溶融スラグ成形方法に用いるモールド。
【請求項８】
セルロース材として細片状の紙、木材及びパルプのいずれかを用いたことを特徴とする請求項６又は７に記載の溶融スラグ成形方法に用いるモールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物等を溶融処理する際の溶融スラグの成形法及びこれに用いる成形装置、モールド（以下単にスラグ成形方法、成形装置、モールドと略称する）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、廃棄物等の最終処分場の逼迫により、焼却灰の溶融処理が行われている。この溶融処理の際に発生するスラグは、水による急速冷却の水冷法、空気による急速冷却の空冷法、鋳銑機で成形する除冷法等がある。水冷法或いは空冷法の急速冷却によると、平均粒径２ｍｍ程度の細粒子のスラグが得られ、鋳銑機で成形する除冷法では、大粒子のスラグが得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の鋳銑機で成形する除冷法では、鋳銑機とスラグが反応して付着することがあるので、鋳銑機の設計に当たって、付着防止の工夫がなされている。すなわち鋳銑機のモールドの重量を溶融スラグの重量に対して十分大きくとり、溶融スラグをモールドで冷却して、鋳銑機とスラグが反応して付着することを防止するものである。  しかしこの方法では、大粒径のスラグを成形する場合には、モールドの重量が大きくなり、装置として大型設備となる。又スラグを結晶化するために温度を保持する必要がある場合には、スラグがモールドに付着するという課題を有していた。
又、モールドの材質からみると、高温の溶融スラグがシリカ、アルミナ等を主成分とする耐火材製モールドに接すると、耐火材の一部は特定の温度以上では、スラグ中に溶解し、溶融スラグと耐火材の剥離を困難にする。同様に高温の溶融スラグが、鉄を主成分とする金属製モールドに接すると、鉄の表面が酸化物になって特定の温度以上で鉄の酸化物が溶融スラグに溶解し、モールドとスラグの剥離が困難になる。これに対し、従来は、モールドを十分冷却した後、溶融スラグを供給するとか、モールド温度が特定温度を超えないように、溶融スラグに対して、十分な量のモールドにする方法がとられていた。金属製モールドの場合は、金属の熱伝導度が良いので、金属全体の温度はほぼ均一になり、あらかじめ冷却された金属の量を増加してやれば、金属温度は特定温度以下になり、付着を防止できるが、経済的でない。耐火材製のモールドの場合は、耐火材の熱伝導度が小さいため、耐火材内部に温度分布が生じ、溶融スラグの接する近傍では特定温度以上になって溶融スラグと反応するため、剥離しにくくなるという課題を有していた。
これに対して、本発明では大粒径のスラグを成形する場合において、簡易で安価な設備にもかかわらずモールドに対し溶融スラグの剥離性が優れ、モールドの材質を耐火材又は金属いずれにも適用可能な成形方法、成形装置、モールドを得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を得るため、
請求項１の発明にあっては、予めモールド内面形状に合わせて成形済みのセルロース材よりなる離型材を上流側より下流側に連続的に搬送されている該モールドに嵌着せしめ、上流側において溶融炉よりのスラグを前記離型材内部に収納せしめ周辺雰囲気を低酸素濃度に保持して該離型材の一部を燃焼せしめ、上流及び下流側の中間部に保温する保持ゾーンを設けスラグを結晶化させ、下流側において周辺雰囲気を高酸素濃度に保持して前記離型材の残余部を燃焼せしめて得られた成形物を下流端末より取出す溶融スラグ成形方法により解決した。
請求項２の発明にあっては、上流側周辺雰囲気の低酸素濃度が１６％以下、下流側周辺雰囲気の高酸素濃度が２０％以上である請求項１に記載の溶融スラグ成形方法とするのが好ましい。
請求項３の発明にあっては、保持ゾーンは９５０〜１０５０℃に保温されている請求項１又は２に記載の溶融スラグ成形方法とするのが好ましい。
【０００５】
請求項４の発明にあっては、内部に移動するコンベア上に連続して装着された多数のモールドと、前記コンベア上流側端部より移動方向に配設された離型材供給口と溶融物取入口と、前記溶融物取入口とコンベアの下流側端部の間に所定長さの保持ゾーンを形成するジャケットと該ジャケット後端部にジャケット取入口と前端部にジャケット排出口と、前記コンベアの下流側端部反転箇所下方に回動可能に配設された排出ダンパーと、前記溶融物取入口近傍に設けられた不活性ガス供給口とを備え、前記離型材供給口から前記モールド内面形状に合わせて成形済みの離型材が供給され、前記溶融物取入口に溶融炉よりのスラグが供給され、前記ジャケット取入口及び排出口に保持ゾーン保温ガスが供給及び排出され、前記コンベア反転箇所まで移送された前記モールドの反転により落下する成形物を前記排出ダンパーにより受取り及び排出可能とした溶融スラグ成形方法に用いる成形装置により解決した。
請求項５の発明にあっては、モールドの内面形状に合わせた型枠と加圧可能なラムとを備え、前記型枠にセルロース材を投入し前記ラムで加圧してプレス成形し脱型して前記モールドに嵌着可能な離型材を得るプレス装置を付設した請求項４に記載の溶融スラグ成形方法に用いる成形装置により解決した。
請求項６の発明にあっては、金属又は耐火材製の容器本体の内面のスラグ収納部形状に合わせて成形済みのセルロース材よりなる離型材が嵌着されていることを特徴とする溶融スラグ成形方法に用いるモールドにより解決した。
請求項７の発明にあっては、離型材の厚みが３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載の溶融スラグ成形方法に用いるモールドとするのが好ましい。請求項８の発明にあっては、セルロース材として細片状の紙、木材及びパルプのいずれかを用いた請求項６又は７に記載の溶融スラグ成形方法に用いるモールドとすることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の成形装置の一例の概略側断面図である。
図２は、本発明の成形装置に用いるモールドの一例の概略側断面図である。
図３は、図１の成形装置のＡ・Ａ′概略断面図である。
以下において、溶融物を供給する溶融炉側を上流側又は後、成形スラグの排出側を下流側又は前として説明する。
図１、３において、成形装置１の内部には、モーター３により前進方向Ｘ及び戻り方向Ｙにコンベア１４を連続して移動させ、コンベア１４上に連続して多数の単位モールド２が装着され移動可能とし、上流側端部より離型材供給口６ａ、溶融炉４よりの溶融物取入口４ａ、所定長さの保持ゾーンＺを形成するジャケット１９ａが順次コンベア１４の上面及び側面の移動方向に配設されている。コンベア１４の下流側端部の反転箇所において、下方に実線で示す水平方向に置かれた板状の排出ダンパー１５が閉状態に配設され、コンベア１４の移動によって移送されて来たモールド１６が反転して内部より落下する成形物１７を排出ダンパー１５が一旦受取り、次いで排出ダンパー１５を下方回動方向Ｒに回動し二点鎖線で示す位置に移動して開状態とすることにより上面に載置された成形物１７を置き場１８に落下せしめることができる。ここで、置き場１８に代えて移送コンベアを設け成形物１７を受取って離隔位置まで搬送し排出可能としてもよい。
コンベア１４は、成形物１７が落下して空になったモールド１６と共に戻り方向Ｙに移動して、上流側端部の当初位置に復元する。
【０００７】
さらに成形装置１には、離型材供給口６ａの下流で溶融物取入口４ａ近傍に窒素ガス供給口７ａが、溶融物取入口４ａとジャケット１９ａ後端部との間に成形排ガス排出口１１ａがそれぞれ設けられている。ジャケット１９ａには、後述するように上流側に溶融炉排ガス１０と成形排ガス１１を合わせて導入するジャケット取入口１９ｂと、下流側にジャケット排ガス１９を排出するジャケット排出口１９ｃが設けられている。
ここで用いられるモールド２又は１６は、図２に示すように、金属又は耐火材製の容器本体２ｂの内面に直方体、円筒体、円錐台、角錐台、皿状体又は半球体等のスラグ収納部２ａが形成されている。金属としては例えば熱伝導率１８Ｋｃａｌ／ｍＨ℃のＳＵＳ３０４が、耐火材としては熱伝導率１１Ｋｃａｌ／ｍＨ℃のＳｉＣ等が用いられる。
一方、図２に示すように、成形装置１とは別体のプレス装置９により、モールド２の内面形状に合わせた型枠９ａに例えば細片状のセルロース材の古紙２０を水に溶解し紙粘土状にして入れ、ラム９ｂで加圧してプレス成形し、脱型して得られるモールド２に嵌着可能な離型材６を準備しておく。ここで離型材６は、セルロース材であればよく、古紙２０に代えて、細片状の未使用紙、木材、パルプ等を用いてもよく、木材、パルプでは粒度により接着剤をバインダーとして必要とする場合がある。
【０００８】
次に、成形装置１を用いた成形方法について説明する。
モールド２内面に合わせて成形済みの離型材６を、離型材供給口６ａから下方にコンベア１４の移動によって連続的に搬送されている上流側の単位モールド２に落下嵌着せしめ、成形装置１外の溶融炉４より落下するスラグ５を溶融物取入口４ａから送られてきた単位モールド２の離型材６内部に収納せしめる。ここで、溶融物取入口４ａ直前の不活性ガス供給口７ａより成形装置１外におかれたボンベ８より供給される例えば窒素ガス７が導入され、モールド２にスラグ５が収納される周辺雰囲気を低酸素濃度を９〜１６％に保持するように調整する。窒素ガスに代えて、排ガス処理済みの溶融炉排ガス若しくは燃焼炉排ガス又は炭酸ガス等の不活性ガスを用いてもよい。
図２について、離型材６がセットされたモールド２にスラグ５が供給されたときの状態を示す。スラグ５と接触した離型材６は、コンベア１４の移動によってモールド２が上流側から下流側に移動する中間部の保持ゾーンＺにおいて、一部が熱分解ガス１２となり成形装置１内部に発生する。しかし離型材６の残り部分は、酸素濃度が燃焼に寄与するより低いため、炭素１３となりスラグ５との接触部分に残留するのでスラグ５とモールド２との反応を防止することができる。
溶融炉排ガス１０と窒素ガス７及び熱分解ガス１２を含む成形排ガス１１を合わせた保持ゾーン保温ガス２１は、保持ゾーンＺにおいてモールド２を保温するための熱源としてジャケット取入口１９ｂからジャケット１９ａ中に導入され保温に使用される。これにより保持ゾーン内部温度Ｔは好ましくは９５０〜１０５０℃に保持され、スラグ５の結晶化を促進させることができる。保持ゾーン保温ガス２１は、溶融炉排ガス１０、窒素ガス７及び熱分解ガス１２を含む成形排ガス１１を用いるのが省エネルギー上望ましいがこれに限定されず、その何れか又は別の熱源よりのガスを用いてもよい。
【０００９】
さらに、コンベア１４が移動しモールド２が下流側に移送されてモールド１６としてコンベア１４の下流側端部の反転箇所に至り、水平方向閉状態に置かれた排出ダンパー１５がモールド１６から落下する結晶化された成形物１７を一旦受け取り、次いで下方回動方向Ｒに回動し二点鎖線で示す開状態の位置に移動して載置されている成形物１７を置き場１８に落下排出せしめて貯留する。
ここで、保持ゾーンＺの下流側にある成形装置１内部には排出ダンパー１５の開状態による大気の漏れ込みにより周辺雰囲気が高酸素濃度が２０％以上に達し、前記した離型材６および炭素１３が完全に燃焼する。このため排出直前のモールド１６内部には成形物１７のみが存在することになる。排出ダンパー１５により排出した成形物１７は置き場８に放置され常温で徐々に冷却される。
保持ゾーンＺの温度保持に寄与した保持ゾーン保温ガス２１はジャケット排ガス１９としてジャケット排出口１９ｃより排出され、系外の排ガス処理設備に送られ排ガス処理した後大気中に放出される。
【００１０】
【実施例】
表３に示す組成の下水汚泥Ａ又は都市ごみＢを原料としたスラグを用い、溶融スラグ量として２００Ｋｇ／Ｈｒ．の処理能力をもった本発明の成形装置１により、モールドと溶融スラグとの剥離性を比較して評価を行った。
モールド２は、材質を熱伝導率１８Ｋｃａｌ／ｍＨ℃のＳＵＳ３０４を用い、又形状寸法として、図２に示す円錐台で大円径２００ｍｍ×小円形１００ｍｍ×高さ２５０ｍｍのものを選択使用した。
使用するモールド内面形状に合わせ古紙をプレスして成形した離型材６を予め準備し、前記した成形装置１に供給した。
表１では、周辺雰囲気の酸素濃度１２％の条件で、離型材の厚みを３〜１０ｍｍの範囲で段階的に変化させ、比較のため離型材を用いない場合を加えた。
表２では、離型材厚み５ｍｍで一定とし、周辺雰囲気の酸素濃度を８〜２０％の範囲で段階的に変化させた。
それぞれの場合について、モールドと溶融スラグの剥離性を比較して評価し表１及び２に示した。
【００１１】
【表１】
0004005692.tif 000002
表１に、離型材の厚みｍｍと剥離性の関係を示す。この場合、離型材の厚み５ｍｍ以上の場合に剥離性が良かった。これは離型材３ｍｍではスラグ供給時に離型材が燃焼してしまい、離型材不使用の場合と同様にスラグとモールドの一部が反応してしまったためと思われる。
【００１２】
【表２】
0004005692.tif 000003
表２に、周辺酸素濃度％と剥離性の関係を示す。この場合、周辺酸素濃度１６％では一部が反応したため、実施例では酸素濃度は９％から１５％とした。但し、離型材の厚みを８ｍｍにすれば、酸素濃度１７％でも使用が可能であった。
【００１３】
【表３】
0004005692.tif 000004
表３に、本実施例の下水汚泥Ａ又は都市ごみＢを原料としたスラグの組成を示す。
【００１４】
本実施例においては、離型材の厚みは３ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上、周辺酸素濃度は１６％以下、好ましくは１５％以下の条件であれば剥離性が良好であった。
【００１５】
次に、本発明の成形方法、成形装置、モールドの作用について説明する。
本発明は、前記構成をとることによって、高温の溶融スラグにより離型材の紙や木材等の可燃分を、熱分解ガスと炭素に分解し、発生した熱分解ガスはモールドと溶融スラグの間を通って排出される。炭素は、溶融スラグに溶解しないのでモールドと溶融スラグの間に残り、溶融スラグとモールドを分離することで相互の反応を防止するので、モールドからスラグを容易に分離することができる。又離型材の紙や木材等が熱分解される時、分解熱をスラグより受け取りスラグ温度を下げるので、付着防止にはより効果的である。
周辺雰囲気を酸化状態で操作すると、溶融スラグと紙や木材等が接触した時紙や木等が燃焼するので、上流側では窒素ガスを導入して低酸素状態で燃焼をおさえて行い、下流側では高酸素状態下で再加熱を行うことで、上記炭素や未燃分を完全に燃焼させることができる。この結果、保持ゾーンＺで結晶化した成形物には離型材が全く残存せず、しかもモールドと結晶化した成形物を完全に離形分離可能なように作用する。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の溶融スラグ成形方法及びこれに用いる成形装置、モールドによれば、大粒径のスラグを成形する場合において、簡易で安価な設備にもかかわらずモールドに対し溶融スラグの剥離性が優れ、モールドの材質を耐火材又は金属いずれにも適用可能という顕著な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の成形装置の一例の概略側断面図である。
【図２】本発明の成形装置に用いるモールドの一例の概略側断面図である。
【図３】図１の成形装置のＡ・Ａ′概略断面図である。
【符号の説明】
１  成形装置
２、１６  モールド
２ａ  スラグ収納部
２ｂ  容器本体
３  モーター
４  溶融炉
４ａ  溶融物取入口
５  スラグ
６  離型材
６ａ  離型材供給口
７  窒素ガス
７ａ  不活性ガス供給口
８  ボンベ
９  プレス装置
９ａ  型枠
９ｂ  ラム
１０  溶融炉排ガス
１１  成形排ガス
１１ａ  成形排ガス排出口
１２  熱分解ガス
１３  炭素
１４  コンベア
１５  排出ダンパー
１７  成形物
１８  置き場
１９  ジャケット排ガス
１９ａ  ジャケット
１９ｂ  ジャケット取入口
１９ｃ  ジャケット排出口
２０  古紙
Ｔ  保持ゾーン内部温度
Ｘ、Ｙ  移動方向
Ｚ  保持ゾーン
【図１】
0004005692.tif 000005
【図２】
0004005692.tif 000006
【図３】
0004005692.tif 000007