(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却されている円筒状回転体の外周面上に溶融スラグを供給して付着させ、付着して冷却されたスラグを剥離して排出する溶融スラグの冷却固化設備において、冷却可能に構成された一対の円筒状回転体が外周面を接して水平に配置され、この一対の円筒状回転体が何れも外周面を接した箇所が上方に向かう方向に回転するように構成された溶融スラグ冷却装置と、円筒状回転体から剥離したスラグに冷却流体を吹き付けてガラス転移点を下回る温度範囲まで冷却するための二次冷却装置と、二次冷却装置により冷却されたスラグを細分化する細分化装置と、細分化されたスラグと熱媒体とを接触させて熱回収する熱回収装置と、からなることを特徴とする、溶融スラグの冷却固化設備。
【請求項２】
冷却されている円筒状回転体の外周面上に溶融スラグを供給して付着させ、付着して冷却されたスラグを剥離して排出する溶融スラグの冷却固化設備において、冷却可能で、外周面を接した箇所が上方に向かう方向に回転するように構成された、外周面を接して水平に配置される一対の円筒状回転体と、この円筒状回転体に付着しているスラグの離脱点の付近における表面温度を測定するための温度計とを備え、この温度計の温度測定値がスラグの溶流点未満でガラス転移点を超える範囲に保持されるように円筒状回転体の回転数を制御することが可能に構成された溶融スラグ冷却装置と、円筒状回転体から剥離したスラグに冷却流体を吹き付けてガラス転移点を下回る温度範囲まで冷却するための二次冷却装置と、二次冷却装置により冷却されたスラグを細分化する細分化装置と、細分化されたスラグと熱媒体とを接触させて熱回収する熱回収装置と、からなることを特徴とする、溶融スラグの冷却固化設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみなどの廃棄物焼却残渣を溶融処理した際に排出される溶融スラグや製鉄所で発生する高炉スラグなどの溶融スラグを冷却・固化する設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所においては、発生する溶融スラグの多くがスラグ置き場へ搬送されて徐冷され、固化されているが、一部の溶融スラグについては、水中に投入して直接冷却する急冷処理がなされている。又、廃棄物の溶融処理施設においても、製鉄所の場合と同様に、溶融スラグを自然冷却する徐冷又は水中に投入して直接冷却する急冷処理が行われている。
【０００３】
溶融スラグの急冷処理においては、上記のような直接冷却の他に、間接冷却による試みがなされている。この間接冷却による急冷法については、冷却された金属体の上に溶融スラグを供給して冷却する技術の提案がなされており、その利点として、水分を含まないスラグが得られるため、セメント原料などに供する場合に乾燥処理を必要としないことなどが挙げられている。
【０００４】
上記の間接冷却による急冷処理については、種々の技術が提案されているが、そのうち、冷却された回転体の上に溶融スラグを供給して冷却する方式の技術がある。この技術においては、冷却されたロールやドラムなどの円筒状回転体の外周面上に溶融スラグを供給して付着させ、冷却・固化されたスラグを剥離して排出する操作が行われる。このような技術としては、例えば、特開平１０−２８７４５３号公報、特開昭６０−２６４３４９号公報、特公昭６１−８９１２号公報に開示された装置が示されている。
【０００５】
特開平１０−２８７４５３号公報に記載されている装置は、複数の水冷ロールが外周面を接して配置されたものであって、廃棄物などの溶融炉から発生する溶融スラグを上記の水冷ロールの上に落下させ、複数の水冷ロール上を順次転送しながら冷却・造粒する構成になっている。
【０００６】
特開昭６０−２６４３４９号公報に記載されている装置は、冷却された２基のロールが水平方向に間隔をあけて配置されており、２基のロールの間に溶融スラグを供給するようになっている。この装置によれば、２基のロールが互いに下側に向かって噛み合う状態になるように反対方向に回転し、スラグが圧延されて下方へ押し出される。次いで、押し出されたスラグは冷却パネルの間を通過して再度冷却された後、細分化される。
【０００７】
又、特公昭６１−８９１２号公報に記載されている装置は、冷却された２基のドラムが外周面を接して水平に配置されており、２基のドラムの間に溶融スラグを供給するようになっている。この装置によれば、２基のドラムが互いに付着した溶融スラグを上側へ持ち上げるように反対方向に回転し、付着したスラグはドラムの下端部に設けられたピンチロールで押圧され、さらにカッターにより掻き取られて排出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術においては、次のような問題点がある。特開平１０−２８７４５３号公報に記載されている装置においては、溶融スラグを冷却する際に、同時に粒状化する構成になっているので、溶融スラグを滴下するように供給しなければならない。このため、水冷ロールの外周面が冷却面として活用される度合いが非常に小さく、装置の処理能力が小さい。
【０００９】
特開昭６０−２６４３４９号公報に記載されている装置においては、２基のロールの間隙からスラグが圧延されて下方へ押し出されるので、水冷ロールの冷却面が最大でも外周面の１／４周分（９０°分）であり、ロールの外周面が冷却面として活用される度合いが小さい。
【００１０】
又、２基のロールの間隙からほぼ一定量のスラグが押し出されるので、押し出される溶融スラグ量に相当する量の溶融スラグが供給されるように、溶融スラグの供給量を精度よく制御しなければならない。しかし、温度が極めて高く、或いはスラグの種類によっては粘性が非常に高い、溶融スラグの流量を精度よく制御することは困難である。
【００１１】
又、特公昭６１−８９１２号公報に記載されている装置においては、ドラムに付着して冷却・固化したスラグをピンチロールやカッターなどを使用して剥離しなければならないので、ドラムの外周面に疵が発生しやすい。そして、外周面に疵があるドラムを使用すると、ドラムに付着したスラグが更に剥離しにくくなる。
【００１２】
さらに、従来の多くの技術においては、円筒状回転体から剥離したスラグが、冷却された後、そのまま、破砕による細分化、整粒等の工程へ送られ、その後の過程でスラグが自然冷却される。このため、未だ可塑性を有する高温状態で排出されたスラグの顕熱が消失し、得られるべき多量の熱の回収が行われないと言う問題がある。
【００１３】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、処理能力が大きく、冷却されたスラグが剥離されやすく、かつ排出されるスラグの熱回収がなされる溶融スラグの冷却固化設備を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は次の発明により解決される。第１の発明に係る溶融スラグの冷却固化設備は、冷却されている円筒状回転体の外周面上に溶融スラグを供給して付着させ、付着して冷却されたスラグを剥離して排出する溶融スラグの冷却固化設備において、冷却可能に構成された一対の円筒状回転体が外周面を接して水平に配置され、この一対の円筒状回転体が何れも外周面を接した箇所が上方に向かう方向に回転するように構成された溶融スラグ冷却装置と、円筒状回転体から剥離したスラグに冷却流体を吹き付けてガラス転移点を下回る温度範囲まで冷却するための二次冷却装置と、二次冷却装置により冷却されたスラグを細分化する細分化装置と、細分化されたスラグと熱媒体とを接触させて熱回収する熱回収装置と、からなることを特徴としている。
【００１６】
第２の発明に係る溶融スラグの冷却固化設備は、冷却されている円筒状回転体の外周面上に溶融スラグを供給して付着させ、付着して冷却されたスラグを剥離して排出する溶融スラグの冷却固化設備において、冷却可能で、外周面を接した箇所が上方に向かう方向に回転するように構成された、外周面を接して水平に配置される一対の円筒状回転体と、この円筒状回転体に付着しているスラグの離脱点の付近における表面温度を測定するための温度計とを備え、この温度計の温度測定値がスラグの溶流点未満でガラス転移点を超える範囲に保持されるように円筒状回転体の回転数を制御することが可能に構成された溶融スラグ冷却装置と、円筒状回転体から剥離したスラグに冷却流体を吹き付けてガラス転移点を下回る温度範囲まで冷却するための二次冷却装置と、二次冷却装置により冷却されたスラグを細分化する細分化装置と、細分化されたスラグと熱媒体とを接触させて熱回収する熱回収装置と、からなることを特徴としている。
【００１８】
円筒状回転体を用いる溶融スラグの冷却・固化処理において、円筒状回転体からのスラグの剥離が容易であることが、安定操業を行うための条件の一つである。そこで、本発明者らが、円筒状回転体に付着したスラグを容易に剥離させる条件を見出すために種々の試験を行った結果、次のような知見を得た。すなわち、スラグが十分に冷却されておらず、未だ可塑性を有する状態においては、冷却された金属体とスラグとの付着度合いは非常に小さい。このため、スラグが可塑性を有する状態で付着している円筒状回転体を回転させ、スラグを離脱点に到達させると、付着していたスラグは自然に剥離する。
【００１９】
円筒状回転体に付着したスラグを可塑性を有する状態に保持するためには、付着したスラグの外面の温度をそのスラグの溶流点未満でかつガラス転移点を超える範囲に保持し、スラグを冷却不十分の状態にする。スラグの温度がガラス転移点を超える範囲であれば、スラグは可塑性を有する状態に保たれ、又、スラグの温度が溶流点未満であれば、スラグが帯状に成形された状態に保たれる。なお、溶融スラグは発生源や被処理物の種類によって組成が異なるので、溶流点及びガラス転移点については、その組成における値を用いる必要がある。
【００２０】
本発明においては、一対の円筒状回転体が何れも外周面を接した箇所が、朝顔の外形を描くように、上方に向かって回転するので、円筒状回転体に付着したスラグは上昇して外側へ移動し、次いで、下降して上記の外周面を接した箇所と同じ高さの位置（以下、離脱点と言う）に達する。この位置において、スラグが可塑性を有する温度に保持されていれば、円筒状回転体上に形成されている帯状のスラグは自重によって円筒状回転体から自然剥離し、垂れ下がって下降する。もしも、スラグの温度が可塑性を有する温度を下回っている場合には、帯状のスラグが円筒状回転体の曲率に合わせた形状に固化して付着し、上記のような自然剥離が行われなくなる。
【００２１】
又、本発明においては、上記のように、外周面を接して配置された一対の円筒状回転体を上方に向かって回転させ、円筒状回転体に付着したスラグを順次排出させるので、排出されるスラグの厚さが変動してもよい。このため、溶融スラグの供給量の変動が許容される。
【００２２】
上記のようにして、円筒状回転体から剥離したスラグが可塑性を有する高温状態で排出されても、そのスラグはガラス転移点を下回る温度範囲になると、固化し、細分化可能な状態になる。このスラグの冷却においては、スラグがガラス転移点を下回る程度の温度になるように、空気或いは水などの冷却流体を吹き付けて軽度の冷却を行う。このため、スラグの細分化を高温状態で行うことができる。これにより、高温のスラグを槽類に収容することができるので、その顕熱を回収することが可能になる。又、スラグの細分化を高温状態で行うと、十分に冷却した場合よりも、スラグがたやすく細分化されるという付加的な効果が得られ、細分化装置の負荷が軽減される。
【００２３】
このように、本発明においては、スラグの冷却が溶融スラグを冷却する円筒状回転体と、円筒状回転体から剥離した帯状のスラグを冷却する二次冷却装置よりなる二つの手段により２段階で行われるので、溶融スラグの供給量が変動して冷却不十分の度合いが大きい帯状のスラグが剥離してきても、これを冷却して固化させることができる。このため、上記２段階の冷却方式を実施することにより、負荷変動に対処することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の設備に係る実施の形態の一例を示す図である。この実施の形態は、溶融スラグ冷却装置１０、二次冷却装置２０、細分化装置の一つであるスラグ破砕機３０、及び熱回収装置４０から構成されている。
【００２５】
溶融スラグ冷却装置１０においては、冷却可能に構成された円筒状回転体の一つとして水冷ドラム１１ａ，１１ｂが使用されている。図中、１５は溶融スラグが生成する溶融炉の出湯口に接続されたスラグ樋、５０はスラグ樋１５から供給された溶融スラグ、５１は水冷ドラム１１ａ，１１ｂに付着したスラグを示す。溶融スラグ冷却装置１０は互いに外周面を接して水平に配置された２基の水冷ドラム１１ａ，１１ｂを有し、この水冷ドラム１１ａ，１１ｂが、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う方向に回転するように構成されている。
【００２６】
水冷ドラム１１ａ，１１ｂは溶融スラグを付着させて冷却するための金属製の回転体であって、その内部には冷却水の配管が組み込まれており、内壁を冷却するためのスプレーノズルが多数設けられている。又、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。回転軸１２ａ，１２ｂには冷却水の供給、排水のための流路がそれぞれ設けられている。１６は２基の水冷ドラム１１ａ，１１ｂの間に溶融スラグを貯えるための堰板であり、水冷ドラム１１ａ，１１ｂの両端部の外周面に接して設けられている。
【００２７】
１３は水冷ドラム１１ａ，１１ｂ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であり、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。１４は水冷ドラム１１ａ，１１ｂに付着したスラグの温度を調整するための第１の制御器である。第１の制御器１４は、温度計１３から送られる温度信号に基づいて、水冷ドラム１１ａ，１１ｂに付着したスラグ５１の温度が可塑性を有する範囲に収まるように、水冷ドラム１１ａ，１１ｂの駆動部（図示せず）へ信号を送り、水冷ドラム１１ａ，１１ｂの回転数の増減させ、或いは溶融スラグの供給部（図示せず）からのスラグ流量を制御する。これにより、水冷ドラム１１ａ，１１ｂに付着したスラグが離脱点に達した時点で可塑性を有する状態に保持するためのスラグ温度調整機構が形成されている。なお、温度計１３は一方の水冷ドラム１１ａ側にしか配置されていないが、２基の水冷ドラム１１ａ，１１ｂに付着するスラグの量はほぼ同じであり、又、冷却量もほぼ同じであるので、２基の水冷ドラム１１ａ，１１ｂに付着するスラグの温度はほぼ同じであるものと見なすことができる。
【００２８】
２０は水冷ドラムから剥離したスラグ５２を二次冷却する装置である。この二次冷却装置２０はスラグに空気や水などの冷却流体を吹き付けて冷却する２基の冷却流体吹き付け装置２１，２１と、二次冷却後のスラグの表面温度を測定するための温度計２４と、二次冷却後のスラグの温度を調整するための第２の制御器２５よりなる。冷却流体吹き付け装置２１には、それぞれ流量調節計２２と、吹き付けノズル２３が設けられている。第２の制御器２５は、温度計２３から送られる温度信号に基づいて、冷却流体吹き付け装置の流量調節計２２，２２へ信号を送り、冷却流体の流量を制御する。この二次冷却においては、冷却後のスラグ温度がガラス転移点を下回り、かつガラス転移点の近傍に維持されるように、制御温度を設定する。
【００２９】
３０は２基の冷却流体吹き付け装置２１により二次冷却されて固化した高温のスラグをそれぞれ破砕して細分化する破砕機である。３１は破砕されて細分化されたスラグを輸送するコンベアである。
【００３０】
４０は高温の細分化されたスラグの顕熱を回収する熱回収装置である。４１は高温の細分化されたスラグを収容する熱回収槽で、細分化されたスラグの連続装入・連続排出が行われ、槽内に細分化されたスラグの移動層が形成される。熱回収槽４１の下部には空気の吹き込み管４４が挿着されており、熱回収槽４１内へ空気が吹き込まれるようになっている。図中、４２は二重ダンパー、４３は細分化されたスラグの排出装置、４５は空気ブロワーである。
【００３１】
熱回収槽４１へ吹き込まれた空気は高温の細分化されたスラグとの熱交換によって熱風となり、上部の排出口から排出する。一方、細分化されたスラグは吹き込み空気によって冷却され、熱回収槽４１の下部に設けられた排出装置４３によって排出される。
【００３２】
上記の構成による設備により溶融スラグの冷却・固化する処理は次のように行われる。
溶融スラグ２基の水冷ドラム１１ａ，１１ｂの間へ供給し、水冷ドラム１１ａ，１１ｂを回転させると、その付近のスラグが冷却されて水冷ドラムに付着する。付着したスラグは上昇し、次いで、外側へ移動して下降する。水冷ドラム１１ａ，１１ｂに付着したスラグ５１は温度計１３によってその表面温度が測定されており、この温度測定値に基づいて、付着したスラグ５１の温度が可塑性を有する範囲に維持されるように、水冷ドラム１１ａ，１１ｂの回転数制御が行われて冷却量が調節される。ただし、溶融スラグの供給流量が所定範囲内に収まっていない場合には、溶融スラグ供給装置のスラグゲートを制御し、溶融スラグの供給流量を調節する。
【００３３】
このようにして、付着したスラグ５１が可塑性を有する状態に保持されているので、付着したスラグ５１が離脱点Ｆに達すると、スラグは自重によって水冷ドラム１１ａ，１１ｂから剥離し、帯状に垂れ下がる。従って、この装置におけるスラグの冷却は２基の水冷ドラム１１ａ，１１ｂの接点から離脱点Ｆまでの間で行われ、その外周面の１／２が冷却面として使用される。
【００３４】
剥離したスラグ５２，５２は未だ冷却不十分であり、このスラグに冷却流体吹き付け装置２１，２１から空気や水等の冷却流体を吹き付けて冷却し、固化させる。この際の冷却は軽度に行い、スラグを高温の状態のまま固化させる。固化したスラグ５３，５３は高温のまま破砕機３０，３０で破砕されて細分化され、熱回収装置の熱回収槽４１へ装入される。
【００３５】
熱回収装置４０では、熱回収槽４１へ空気の吹き込みを行い、高温スラグと熱交換された空気が熱風となって排出する。ここで得られる熱風は大気を加熱したものであるので、高温の燃焼ガスとは異なり、汚染物質などが含まれておらず、かつ湿度が非常に低いので、各種の乾燥熱源等の用途に使用することができ、有用な高温ガスである。熱回収槽４１から排出されたスラグは次の工程へ送られ、篩い分け、丸み付け等の処理が施される。
【００３６】
上記溶融スラグ冷却装置１０及び二次冷却装置２０におけるスラグの温度管理において、帯状に形成されたスラグの厚さ方向の温度ば一定ではなく、温度計１３又は温度計２４により測定される外表面の温度より、内部の温度の方が高いので、制御温度の設定に際しては、操業結果に基づく適正温度の値を採用する必要がある。
【００３７】
なお、図１に示す実施の形態においては、水冷ドラム１１ａ，１１ｂの回転数或いは溶融スラグの供給流量が温度計１３により計測された温度に基づいて制御されるように構成され、又、剥離されたスラグ５２に二次冷却装置２０から吹き付ける冷却流体の流量が温度計２４により計測された温度に基づいて制御される構成になっているが、本発明においては、必ずしも、水冷ドラムの回転数や溶融スラグの供給流量或いは冷却流体の流量を自動調節するための制御機構を備えなければならない訳ではない。
【００３８】
すなわち、水冷ドラム１１ａ，１１ｂの回転数の変更は、溶融スラグの温度や供給流量が変動した場合に、付着したスラグの冷却量を変えて、スラグを可塑性を有する温度範囲に保つために行うものであるが、前述のように、付着したスラグの温度はスラグの溶流点〜ガラス転移点の範囲に管理されるので、その温度幅は非常に広い。このため、供給される溶融スラグの温度変動や流量変動があまり大きくない場合には、状況に応じて水冷ドラム１１ａ，１１ｂの回転数を手動で調節する操作を行うことによっても、付着したスラグの温度を所定の範囲に保つことができる。
【００３９】
又、二次冷却装置２０によるスラグの冷却は水冷ドラム１１ａ，１１ｂから剥離したスラグを急冷して固化させ、装置を小型化するために行う操作であって、供給される溶融スラグの温度変動や流量変動があまり大きくない場合には、状況に応じて冷却流体の流量を手動で調節する操作を行ってもよい。
【００４０】
図２は図１における熱回収装置に係る他の例を示す図である。この装置は２条のルーバー４６によって熱回収槽４１の中央部に細分化されたスラグの移動層が形成されるようになっており、細分化されたスラグの移動層と吹き込み空気が交叉して接触する構造になっている。図中、４１は熱回収槽、４２は二重ダンパー、４３は細分化されたスラグの排出装置、４５は空気ブロワーである。
【００４１】
図３は図１における熱回収装置に係るさらに他の例を示す図である。この装置はバッチ式の熱回収装置であって、２基の熱回収槽４１ａ，４１ｂが配置されている。図中、４３は細分化されたスラグの排出装置、４５は空気ブロワーである。この装置においては、ダンパー４８ａ，４８ｂ及びダンパー４９ａ，４９ｂをそれぞれ切り替えることによって２基の熱回収槽内を流通する空気が交互に逆方向に流れるようになっている。このため、温度の低いスラグが収容されている熱回収槽へ導入した空気が高温スラグが収容されている熱回収槽を経由して排出されるので、高い熱回収効率が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、円筒状回転体に付着したスラグを可塑性を有する状態に保持するので、円筒状回転体により冷却されたスラグを極めて容易に剥離させて排出することができる。
【００４３】
又、スラグの冷却が溶融スラグ冷却装置と二次冷却装置により２段階に行われるので、処理能力が大きく、負荷変動にも対処することができる。
【００４４】
さらに、円筒状回転体から剥離したスラグがガラス転移点を下回る温度範囲になった状態で細分化し、この細分化されたスラグを熱回収装置に収容して熱回収をするので、高温状態で排出されたスラグの熱が回収され、排出されるスラグの熱を有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置に係る実施の形態の一例を示す図である。
【図２】図１における熱回収装置に係る他の例を示す図である。
【図３】図１における熱回収装置に係るさらに他の例を示す図である。
【符号の説明】
１０  溶融スラグ冷却装置
１１ａ，１１ｂ  水冷ドラム
１２ａ，１２ｂ  水冷ドラムの回転軸
１３  温度計
１４  第１の制御器
１５  スラグ樋
１６  溶融スラグを貯えるための堰板
２０  二次冷却装置
２１  冷却流体吹き付け装置
２２  流量調節計
２３  吹き付けノズル
２４  温度計
２５  第２の制御器
３０  破砕機
３１  コンベア
４０  熱回収装置
４１  熱回収槽
４３  スラグ排出器
４４  空気吹き込み管
４５  ブロワー
５０  溶融スラグ
５１  付着したスラグ
５２  剥離スラグ
５３  固化スラグ
【図１】
0003982130.tif 000002
【図２】
0003982130.tif 000003
【図３】
0003982130.tif 000004