(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグの成分のうち、ＳｉＯ２とＣａＯとＡｌ２Ｏ３との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ２が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１２〜４０ｗｔ％となるように、溶融前の灰に不足する成分調整材を添加して成分調整する調整材添加装置と、
灰を加熱溶融する溶融炉と、
対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体の間に、前記溶融炉から供給される溶融スラグを導入して板状スラグに成形し冷却するスラグ冷却装置と、
前記冷却用無端回動体の出口で検出された板状スラグの温度に基づいて前記冷却用無端回動体の移動速度を制御するスラグ冷却制御装置とを具備し、
前記スラグ冷却制御装置により、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを冷却するとともに板状スラグに成形し、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成した
ことを特徴とするスラグ生成設備。
【請求項２】
溶融スラグの成分のうち、ＳｉＯ２とＣａＯとＡｌ２Ｏ３との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ２が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１２〜４０ｗｔ％となるように、溶融前の灰に不足する成分調整材を添加して成分調整する調整材添加装置と、
灰を加熱溶融する溶融炉と、
冷却流体が供給された一対の冷却用無端回動体を対向部が下方に移動するように相対方向に回動させて、前記溶融炉から供給される溶融スラグを板状スラグに成形して冷却するスラグ冷却装置と、
前記スラグ冷却装置から排出された板状スラグを通過させてその放熱を制御可能な放熱制御室と、
前記冷却用無端回動体の入口または出口で検出されたスラグ温度と、前記放熱制御室出口で検出された板状スラグ温度とに基づいて、前記冷却用無端回動体に供給する冷却流体の供給量を制御するスラグ冷却制御部とを具備し、
該スラグ冷却制御部により、冷却用無端回動体を介して、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを冷却するとともに板状スラグに成形し、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成した
ことを特徴とするスラグ生成設備。
【請求項３】
冷却用無端回動体出口の板状スラグの板厚を計測する板厚検出手段と、
前記板厚検出手段の計測値に基づいて、冷却用無端回動体の移動速度を制御して板状スラグの板厚を一定に保持するスラグ厚み制御部とを設けた
ことを特徴とする請求項２記載のスラグ生成設備。
【請求項４】
冷却用無端回動体を冷却用ロールにより構成し、
前記冷却用ロールの、少なくとも溶融スラグが接する外周部を耐熱性および機械的強度を具備し熱伝導率が低い材質により形成した
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスラグ生成設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、灰溶融炉から排出される溶融スラグを冷却して固化スラグを生成するスラグ生成設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、灰溶融炉から排出される溶融スラグは、直接冷却水中に投入して冷却することにより水砕スラグを生成するものがあり、また溶融スラグをバケットなどに収容して自然空冷するものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水冷により生成される水砕スラグは、熱応力による割れのために細粒となり、またガラス質状の非結晶質であるため、圧縮強度が小さいという問題があった。このため、たとえば道路用アスファルトの骨材として使用する場合、水砕スラグには細粒が多く、規格上許容される粒度分布の範囲が狭い。また圧縮強度が低いために添加できる量が限られ、歩留まりが悪く有効利用されにくいという問題があった。
【０００４】
一方、自然空冷されるスラグは、結晶質で圧縮強度は十分であるが、固化に長時間を要するため、広い空冷エリアが必要で、生産性が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点を解決して、十分な圧縮強度を確保できるとともに、短時間に冷却できて生産性が高いスラグ生成設備を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、溶融スラグの成分のうち、ＳｉＯ２とＣａＯとＡｌ２Ｏ３との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ２が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１２〜４０ｗｔ％となるように、溶融前の灰に不足する成分調整材を添加して成分調整する調整材添加装置と、灰を加熱溶融する溶融炉と、対向部が下方に移動するように相対方向に回動される一対の冷却用無端回動体の間に、前記溶融炉から供給される溶融スラグを導入して板状スラグに成形し冷却するスラグ冷却装置と、前記冷却用無端回動体の出口で検出された板状スラグの温度に基づいて前記冷却用無端回動体の移動速度を制御するスラグ冷却制御装置とを具備し、前記スラグ冷却制御装置により、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを冷却するとともに板状スラグに成形し、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【００１１】
上記構成によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを連続して冷却処理することができるとともに、また調整材添加装置により不足する成分を添加することで、板状スラグにアノーサイト結晶を効果的に析出させることができて、結晶化度および圧縮強度を向上させることができる。また冷却用無端回動体により溶融スラグを板状に圧延形成しつつ、スラグ冷却制御装置により冷却用無端回動体の移動速度を制御して、１２００〜９００℃の溶融スラグを板状に圧延形成しつつ１分以上の時間をかけて８００℃まで（平均冷却速度：３３℃／分〜４００℃／分以下で）冷却することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、アスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。これにより、板状スラグに十分な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、生産性を向上することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、溶融スラグの成分のうち、ＳｉＯ２とＣａＯとＡｌ２Ｏ３との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ２が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１２〜４０ｗｔ％となるように、溶融前の灰に不足する成分調整材を添加して成分調整する調整材添加装置と、灰を加熱溶融する溶融炉と、冷却流体が供給された一対の冷却用無端回動体を対向部が下方に移動するように相対方向に回動させて、前記溶融炉から供給される溶融スラグを板状スラグに成形して冷却するスラグ冷却装置と、前記スラグ冷却装置から排出された板状スラグを通過させてその放熱を制御可能な放熱制御室と、前記冷却用無端回動体の入口または出口で検出されたスラグ温度と、前記放熱制御室出口で検出された板状スラグ温度とに基づいて、前記冷却用無端回動体に供給する冷却流体の供給量を制御する冷却速度制御部とを具備し、該冷却速度制御部により、冷却用無端回動体を介して、冷却用無端回動体の入口で９００〜１２００℃の溶融スラグを冷却するとともに板状スラグに成形し、１分以上の時間をかけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させ、結晶化度が１０％以上の板状スラグを生成するように構成したものである。
【００１３】
上記構成によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを連続して冷却処理することができるとともに、また調整材添加装置により不足する成分を添加することで、板状スラグにアノーサイト結晶を効果的に析出させることができて、結晶化度および圧縮強度を向上させることができる。また冷却用無端回動体により溶融スラグを板状に圧延形成しつつ、冷却温度制御部により冷却用無端回動体に供給される冷却流体の流量を制御して、１２００〜９００℃の溶融スラグを板状に圧延形成しつつ１分以上の時間をかけて８００℃まで（平均冷却速度：３３℃／分〜４００℃／分以下で）冷却することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、アスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。これにより、板状スラグに十分な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、生産性を向上することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の構成において、冷却用無端回動体出口の板状スラグの板厚を計測する板厚検出手段と、前記板厚検出手段の計測値に基づいて、冷却用無端回動体の移動速度を制御して板状スラグの板厚を一定に保持するスラグ厚み制御部とを設けたものである。
【００１５】
上記構成によれば、板厚制御部により板状スラグの板厚を一定に成形しつつ、冷却温度制御部により無端回動体によるスラグの冷却速度を制御することで、結晶化度が１０％以上でアスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を有する板状スラグを能率良く生産することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、冷却用無端回動体を冷却用ロールにより構成し、前記冷却用ロールの、少なくとも溶融スラグが接する外周部を耐熱性および機械的強度を具備し熱伝導率が低い材質により形成したものである。
【００１７】
上記構成によれば、外周部が熱伝導率の低いカーボンまたはセラミックスからなる冷却用ロールを使用するので、溶融スラグの冷却速度を十分に遅くして結晶化度を上げることができ、板状スラグの圧縮強度を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るスラグ生成設備の第１の実施の形態を図１〜図１０に基づいて説明する。
【００１９】
図５に示すように、このスラグ生成設備は、たとえば溶融炉（図ではプラズマ式）２１から連続して排出される溶融スラグＭをスラグ冷却装置１に導入し、スラグ冷却装置１の冷却用無端回動体の一例である一対の冷却用ロール２により冷却して少なくとも表面が固化された板状スラグＣＳに成形し、その平均冷却速度を水冷に比べて十分に遅くしてスラグの結晶化度を高め、固化された板状スラグＣＳの圧縮強度を、アスファルトなどの骨材として使用可能な一軸圧縮強度＝９８０×１０4Ｐａ以上（１００kgf/cm2以上）に高めるもので、自然空冷に比べて大幅な冷却時間の短縮を図り、生産性を高めることができる。
【００２０】
灰溶融炉２１は、炉本体２２の一端側に灰投入口２３が形成されるとともに、他端側にスラグ排出口２４が形成されている。灰投入口２３には、灰ホッパ２５の灰Ａを所定量ずつ炉本体２２内に供給する灰プッシャー２６が配置されている。また灰ホッパ２５に投入される灰（焼却灰／飛灰）を、板状スラグＣＳの結晶化を促す組成とするために、図１０に示すように、ＳｉＯ2とＣａＯとＡｌ2Ｏ3との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ2が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が１２〜４０ｗｔ％となるように、成分調整材を添加して均一に混合し成分調整する調整材添加装置２７が設けられており、溶融スラグＭの成分範囲Ｓは、図１０に示すアノーサイト結晶を析出する範囲である。なお、通常の焼却灰（高分子系）の場合には、ＣａＯが不足することが多く、焼却灰に成分調整材として石灰を約２０ｗｔ％前後添加することによりアノーサイド結晶を良好に析出させることができる。
【００２１】
この炉本体２２の底部にはベースメタルＢＭが配置され、炉本体２の天部には、昇降位置調整自在な複数の電極（陰電極および陽電極）２８が昇降自在に垂下されており、炉本体２２および電極２８に形成されたガス供給孔２９から不活性ガス（たとえば窒素ガス）を炉本体２２内に充填されて不活性ガス（酸素不足）雰囲気に保持し、電源装置３０から供給された電流により、電極２８とベースメタルＢＭとの間にプラズマアークを発生させ、ベースメタルＢＭ上の灰Ａを加熱溶融して溶融スラグＭＳを生成する。スラグ排出口２４には、一定量を越えた溶融スラグＭＳをオーバーフローさせて排出する堰部３１が設けられ、スラグ排出口２４から溶融スラグＭＳをほぼ連続して滴下排出するように構成されている。
【００２２】
スラグ冷却装置１は、図１〜図４に示すように、基台フレーム３上に軸心が同一水平面上に配置された前後一対の冷却用ロール２，２がロール軸受４Ａ，４Ｂを介して配置されている。そして前記ロール軸受４Ａ，４Ｂのうち、奥側のロール軸受が手前側の固定ロール軸受４Ａに対して接近離間自在な可動ロール軸受４Ｂに構成され、たとえば駆動源をコイルばねやエアシリンダなどの付勢機構を有するロール付勢装置５により可動ロール軸受４Ｂが固定ロール軸受４Ａ側に所定圧、たとえばばね定数が９．８〜４．４１N/mm（１．０〜４．５kg/mm）のコイルばねにより、ロール圧力：９．８×１０6〜４４×１０6Ｐａ（１００〜４５０kg/cm2）の範囲で調整可能に付勢されている。そして、両冷却用ロール２，２は、ロール回転駆動装置（電動または油圧モータ）６により、チェーンとスプロケット、分配ギヤなどからなる連動機構７を介して相対方向に同期速度で回転駆動される。
【００２３】
前記冷却用ロール２，２は同一構造で、上部にガイド堰２０と冷却手段８を具備している。この冷却手段８は大型の灰溶融炉２１から連続的に溶融スラグＭＳが供給されるような大規模設備に適したもので、回転軸２ｂからロール本体２ａ内に冷却流体（冷却水または冷却空気）を供給排出する冷却用流路８ａ，８ｂ，８ｃが形成されており、冷却流体は一方のロータリジョイント８ｄからの回転軸２ｂの冷却用流路８ｂを介してロール本体２ａ内に供給され、回転軸２ｂの冷却用流路８ｃからロータリジョイント８ｅを介して排出される。
【００２４】
上記構成において、灰溶融炉２１で１２００〜１４５０℃で溶融された溶融スラグＭＳが冷却用ロール２，２上に９００〜１２００℃(表面温度を示す)で供給され、冷却用ロール２，２の回転により冷却されるとともにたとえば厚さ：ｔ＝０．８〜３ｍｍの板状スラグＣＳに成形される。そして成形から１分以上（好ましくは１〜３分）の時間をかけて（平均冷却速度４００℃／分〜３３℃／分以下）で板状スラグＣＳが８００℃となるように、冷却用ロール２，２と空冷とにより９００〜１２００℃→８００℃に冷却される間に結晶析出点を通過してアノーサイド結晶が部分的に析出される。
【００２５】
冷却用ロール２，２の出口には、図３に示すように、板状スラグＣＳの表面温度を検出する温度センサ（温度検出手段）９が配置され、この温度センサ９の検出値に基づいて、スラグ冷却制御装置１０によりロール回転駆動装置６の回転速度が制御されている。そして、スラグの冷却成形速度を調整し、この成形から１分以上（好ましくは１〜３分）の時間をかけて板状スラグＣＳの温度が８００℃まで冷却するように制御される。なお、実験によれば、直径が２００mmの冷却用ロール２の場合の回転数は３〜１５r.p.mの範囲（回転速度：約３．１４〜１５．７cm／sec）が最適であった。
【００２６】
成形された板状スラグＣＳは、下方に垂下されてスチールコンベヤ１２上に落下され、折れ曲がって破断される。また必要に応じてスチールコンベヤ１２の上方に所定長さで板状スラグＣＳを破断または切断する破断装置１１を設けてもよい。
【００２７】
スチールコンベヤ９により搬送された板状スラグＣＳの破断片は、８００℃未満に冷却された後、トレイ１３に投入される。そして後工程で破砕機により粉砕され、アスファルトなどの骨材として再利用される。
【００２８】
なお、冷却手段８の他の実施の形態として、図１２に示すように、冷却用ロール２の外周面に、外部エアノズル１６から冷却エアを吹き付ける冷却手段１８Ａや、図１３に示すように、冷却用ロール２の外周面に、外部冷却水ノズル１７から冷却水を吹き付ける冷却手段１８Ｂであってもよい。１９は冷却用ロール２の表面に付着した水滴を除去するスクレーパである。
【００２９】
また上記冷却用ロール２，２は、スラグと接触する外周材を鋼製としたが、少なくともスラグと接触する外周材を、鋼製の熱伝導率に比較して１／１０程度の低い熱伝導率でかつ耐熱性で機械的強度を有する材質により形成して、冷却時間を長くすることもできる。たとえばこのような材質として、カーボンやセラミックスが採用可能で、図１４に示すように、中実のカーボン製またはセラミックス製のロール２Ａや、鋼製ロール軸２Ｃの外周部にカーボン製またはセラミックス製の外筒２Ｂを外嵌固定した複合ロール２Ｄとなる。
【００３０】
（実験例１）
内部から冷却水により冷却する冷却手段８を有し、外径が２００mmの鋼製冷却用ロール２，２を３〜１５r.p.m（回転速度：３．１４〜１５．７cm／ｓ）の範囲で回転駆動し、１２００℃〜９００℃の溶融スラグＭＳを冷却用ロール２間で圧延成形し、この成形から１分間以上をかけて空冷して板状スラグを８００℃まで冷却し、厚みが０．３〜３mmの板状スラグＣＳを形成した。
【００３１】
たとえば冷却用ロール２で回転速度３．１４cm／ｓで１１００℃の溶融スラグＭＳを３分間かけて８００℃まで冷却し（平均冷却速度約１００℃／分）、厚み３mmの板状スラグＣＳを形成した時、ロール付勢装置５のばね定数が４０．２N/mm（４．１kg/mm）で、ロール２，２による溶融スラグＭＳへの圧力は、４０×１０6Ｐａ（４１０kg/cm2）であった。この板状スラグＣＳのサンプルをＸ線回折解析（X-RAY  DIFFRACTOMETER）にかけた時のグラフを図６に示す。このグラフの横軸は回折角（２θ）で、縦軸はＸ線強度であり、下部にピーク値の度数を示している。図６によれば、図７に示す水冷による水砕スラグのＸ線回折解析図と比較すると、図７ではほとんどピーク値が表れていないのに対して、図６では多数のピーク値が表れており、結晶化されていることがわかる。
【００３２】
ここで、結晶化度を算出する場合には、Ｘ線回折解析図からＸ線強度の３本の最大ピーク値を合計して合計ピーク値を求め、結晶化度が１００％の３本の最大ピーク値３本を合計して飽和ピーク値を求め、結晶化度＝合計ピーク値／飽和ピーク値×１００（％）により求めている。
【００３３】
これによれば、図６の結晶化度は３０．０％であり、その一軸圧縮強度は３０４０×１０4Ｐａ（３１０kgf/cm2）であった。
なお、比較のために、自然空冷した場合の固化スラグのＸ線回折解析図を図８に示す。図８に示す自然空冷した板状スラグの結晶化度は８０．０％であり、またその一軸圧縮強度は６８６０×１０4Ｐａ（７００kgf/cm2）であった。
【００３４】
（実験例２）
図１２のように、外側から冷却用エアを吹き付けて冷却する冷却手段１８Ａを有する外径２００mmの鋼製冷却用ロール２，２を回転速度５．８６cm/sec（５．６r.p.m）で回転駆動し、１１００℃の溶融スラグＭＳを冷却用ロール２間で冷却しつつ圧延し、３分間をかけて空冷して８００℃まで冷却し（平均冷却速度１００℃／分）、厚みが１．０mmの板状の板状スラグＣＳを形成した。
【００３５】
図９は、上記板状スラグＣＳのサンプルをＸ線回折解析（Ｘ-ray  Diffractometer）にかけた時のグラフである。図９によれば、多数のピーク値が表れて結晶化しており、結晶化度は１０．５％で、その一軸圧縮強度は１２７０×１０4Ｐａ（１３０kgf/cm2）であった。
【００３６】
表１および図１１に実験により得られた結晶化度と一軸圧縮強度との関係を示す。
【００３７】
【表１】
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上記実施の形態によれば、溶融スラグＭＳを冷却手段８，１８Ａ，１８Ｂを有する冷却用ロール２，２間に導入し板状に圧延成形しつつ冷却し、１２００℃〜９００℃の溶融スラグＣＳを１分以上かけて８００℃まで冷却することにより、結晶化度１０％以上に結晶を析出させて、アスファルト用骨材として必要な９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)以上の一軸圧縮強度を確保することができる。
【００３８】
したがって、従来の自然空冷のように、冷却に要する時間を大幅に短縮できて生産性を向上でき、アスファルトに適した圧縮強度の骨材を生産することができる。
【００３９】
またここで、１２００℃〜９００℃の溶融スラグＭＳを８００℃まで冷却する時間が３分を越えると、作業時間が長く必要で生産能率が低下し、設備機器のラインが長くなってコストの増大を招くことになる。
【００４０】
さらに、調整材添加装置２７により、溶融前の灰（焼却灰・飛灰）を成分調整材を添加混合して、溶融スラグＭの成分がＳｉＯ2を３８〜６３ｗｔ％、ＣａＯが１５〜４０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が１８〜４０ｗｔ％の範囲とすることで、冷却用ロール２，２による圧延冷却により、板状スラグＣＳにアノーサイト結晶を析出させることができ、圧縮強度の高い板状スラグＣＳを得ることができる。
【００４１】
さらにまた、スラグ冷却装置１において、冷却用ロール２の出口に板状スラグの温度（表面）を検出する温度センサ９を配置し、温度センサ９の検出値に基づいてスラグ冷却制御装置１０によりロール回転駆動装置６を制御し、冷却用ロール２を適正な回転速度に制御することにより、１２００℃〜９００℃の溶融スラグＭＳを１分以上かけて８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させることができ、結晶化度が１０％以上で圧縮強度がアスファルトの骨材の基準規格である一軸圧縮強度９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)以上の板状スラグを得ることができる。
【００４２】
図１６は冷却用無端回動体と冷却手段の他の実施の形態を示すもので、冷却用ロール２，２に代えて、上下一対の回転体４１，４２を前後２組配置し、上下の回転体４１，４２間にそれぞれ鋼製ベルト（無端回動体）４３を巻張したものである。これにより、鋼製ベルト４３の間に溶融スラグＭＳを挟み込んで形状を保持した状態で冷却しつつ板状に成形することができ、溶融スラグを凝固させつつ板形状を十分に保持して徐冷することができる。また冷却手段１８Ｃとして、溶融スラグＭＳを挟み込んだ搬送側や戻り側の鋼製ベルト４３に冷却水や冷却エアを吹き付ける冷却ノズル４４が配置される。
【００４３】
したがって、溶融スラグＭＳを鋼製ベルト４３を介して板状な圧延成形するとともに１分以上の時間をかけて１２００℃〜９００℃の溶融スラグＭＳを８００℃まで冷却することができ、これにより結晶化度が１０％以上で、圧縮強度がアスファルトの骨材に適した９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)以上の板状スラグを短時間で得ることができる。
【００４４】
上記実施の形態では、灰溶融炉２１をプラズマ式としたが、バーナー式や他の電気形式の抵抗炉やアーク炉であってもよい。
次に本発明に係るスラグ生成設備の第２の実施の形態を図１７〜図２０に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００４５】
第１の実施の形態の板状スラグＣＳの冷却は、スチールコンベヤ１２上で空冷していたが、第２の実施の形態では、図１７に示すように、スチールコンベヤ１２上の板状スラグＣＳを覆って外気から遮断し、板状スラグＣＳの放熱量を調整することにより、平均冷却速度を調整可能な放熱制御室５１が設けられており、この放熱制御室５１では、板状スラグＣＳを断熱材を有する隔壁で覆って外気から遮断することにより、放熱を減少させて平均冷却速度を低下させるように構成されている。
【００４６】
また第１の実施の形態では、冷却用ロール２出口の板状スラグＣＳの表面温度を検出する温度センサ９の検出値に基づいて、ロール回転駆動装置６の回転速度が制御するスラグ冷却制御装置１０が設けられていた。
【００４７】
これに対して、第２の実施の形態では、冷却用ロール２Ａ，２Ｂの出口の板状スラグＣＳの厚みを検出するスラグ厚み検出センサ（板厚検出手段）Ｓｔの検出値に基づいて、ロール回転駆動装置６の回転速度を制御し、目的の板厚の板状スラグＣＳを成形するスラグ厚み制御部５２が設けられている。また冷却用ロール２出口の板状スラグＣＳの温度（表面温度）を検出する第１温度センサ（高温部温度検出手段）Ｔ１と、放熱制御室５１の出口の板状スラグＣＳの温度を検出する第２温度センサ（低温部温度検出手段）Ｔ２と、第１温度センサＴ１および第２温度センサＴ２の検出値に基づいて、流量制御弁５３ａ，５３ｂを制御し冷却用ロール２Ａ，２Ｂに供給する冷却水の流量を調整し、板状スラグＣＳの平均冷却速度を制御する冷却速度制御部５４が設けられている。なお、第１温度センサＴ１は冷却用ロール２，２の入口の温度を検出するものであってもよい。
【００４８】
上記構成において、ごみ焼却炉などから排出される灰（焼却灰／飛灰）に、調整材添加装置２７によりたとえば成分調整材として、アルミナを多く含んだ焼却灰／飛灰を添加混合し、灰に含まれるＳｉＯ2とＣａＯとＡｌ2Ｏ3との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ2が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が１２〜４０ｗｔ％の範囲となるように成分調整する。そして、この灰を溶融炉（バーナ式、電気式、自己熱灰溶融式焼却炉など、図はプラズマ式）に投入して加熱溶融し、スラグ排出口２４から排出される溶融スラグをガイド堰０を介して直接一対の冷却用ロール２，２間に導入し、冷却すると同時に板状スラグＣＳを成形する。この時、スラグ厚み制御部５２により冷却用ロール２，２の回転速度を調整して所定厚みの板状スラグＣＳを連続して成形する。そして、冷却速度制御部５４により板状スラグＣＳの板厚に応じて、冷却用ロール２，２への冷却水の供給量を制御し、冷却用ロール２，２の入口で表面温度が１２００〜９００℃であった溶融スラグを板状スラグＣＳに形成し、冷却用ロール２，２による直接冷却と放熱制御室５１での空冷とにより平均冷却速度で８００℃まで冷却して結晶析出点を通過させる。
【００４９】
これにより、板状スラグＣＳにおけるアノーサイト結晶を結晶化度１０％以上、好ましくは１０〜７０％の範囲で結晶化させる。結晶化度が１０％以上で、一軸圧縮強度がアスファルトの骨材に適した９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)以上の板状スラグを短時間で得ることができる。なお、結晶化度７０％では一軸圧縮強度が約７６００×104Ｐａ(約７８０kgf/cm2)である。ここで結晶化度の上限を７０％以下としたのは、冷却時間が長くなると生産能率が低下し、スチールコンベヤ１２のラインや放熱制御室５１の長さが長くなって、製造コストを増大させるためである。
【００５０】
次に板状スラグＣＳの板厚に対する冷却速度について実験例を参照して説明する。
（実験例３）板厚み１．０mm未満の場合
灰を成分調整して、ＳｉＯ2とＣａＯとＡｌ2Ｏ3との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ2が４１．７ｗｔ％、ＣａＯが２５．０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が３３．３ｗｔ％の灰をプラズマ式灰溶融炉２１に投入して加熱溶融した。そして１５r.p.m（回転速度：１２．２５cm／ｓ）で回転される外径２６０mmの鋼製冷却用ロール２，２を１５r.p.m（回転速度：１２．２５cm／ｓ）に、溶融スラグＭＳを導入して圧延し厚さ０．８ｍｍ板状スラグＣＳを形成し、次いで放熱制御室５１を通過させて６０℃／分で８００℃まで冷却した。この時のロール２，２による溶融スラグＭＳへの圧力は、３９．２×１０6Ｐａ（４００kg/cm2）であった。
【００５１】
上記板状スラグＣＳをＸ線回折分析にかけると、図１８に示すようになり、ピーク値が検出されて結晶化度が４２．０％であった。この時の一軸圧縮強度は４５０８×104Ｐａ(４６０kgf/cm2)であり、一軸圧縮強度がアスファルトの骨材に適した９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)以上であるのが確認された。
【００５２】
上記と同様にＳｉＯ2が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が１２〜４０ｗｔ％の範囲とその範囲前後の複数の灰を加熱溶融して、その平均冷却速度を変化させ、厚さ１ｍｍ未満の板状スラグＣＳをサンプリングした結果、８０℃／分で冷却された０．８ｍｍの板状スラグＣＳでは、その結晶化度が約１０％で一軸圧縮強度が９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)であり、平均冷却速度が８０℃／分未満の冷却された厚さ１ｍｍ未満の板状スラグＣＳは、結晶化度が約１０％未満となり、アスファルトの骨材として必要な圧縮強度が得られないことがわかった。
【００５３】
（実験例４）板厚み１．０〜２．５mm未満の場合
成分調整されて、ＳｉＯ2とＣａＯとＡｌ2Ｏ3との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ2が４１．９ｗｔ％、ＣａＯが２１．６ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が３６．５ｗｔ％の灰を、プラズマ式灰溶融炉２１に投入して加熱溶融した。そして７．５r.p.m（回転速度：６．１３cm／ｓ）で回転される外径２６０mmの鋼製冷却用ロール２，２を１５r.p.m（回転速度：１２．２５cm／ｓ）に、溶融スラグＭＳを導入して圧延し厚さ２．０mmの板状スラグＣＳを形成し、次いで放熱制御室５１を通過させて８０℃／分で８００℃まで冷却した。この時のロール２，２による溶融スラグＭＳへの圧力は、２４．５×１０6Ｐａ（２５０kg/cm2）であった。
【００５４】
上記板状スラグＣＳをＸ線回折分析にかけると、図１９のようになり、ピーク値が検出されて結晶化度が３５％で、その一軸圧縮強度が３６２６×104Ｐａ(３７０kgf/cm2)であり、一軸圧縮強度がアスファルトの骨材に適した９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)以上であるのが確認された。
【００５５】
上記と同様にＳｉＯ2が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が１２〜４０ｗｔ％の範囲とその範囲前後の複数の灰を加熱溶融して、その平均冷却速度を変化させ、厚さ１．０〜２．５mm未満の板状スラグＣＳをサンプリングした結果、１００℃／分で冷却された板状スラグＣＳでは、結晶化度が約１０．５％未満で一軸圧縮強度が１０２９×104Ｐａ(１０５kgf/cm2)であり、その結果平均冷却速度が１００℃／分未満で冷却された厚さ１ｍｍ未満の板状スラグＣＳは、アスファルトの骨材として必要な強度が得られないことがわかった。
【００５６】
（実験例５）板厚み２．５〜４．０mm以下の場合
成分調整されて、ＳｉＯ2とＣａＯとＡｌ2Ｏ3との総和を１００ｗｔ％とした場合に、ＳｉＯ2が４２．８ｗｔ％、ＣａＯが２７．２ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が３０．０ｗｔ％の灰を、プラズマ式灰溶融炉２１に投入して加熱溶融した。そして２．５r.p.m（回転速度：２．０４cm／ｓ）で回転される外径２６０mmの鋼製冷却用ロール２，２溶融スラグＭＳを導入して圧延し、厚さ３．０mmの板状スラグＣＳを形成し、次いで放熱制御室５１を通過させて平均冷却速度１００℃／分で８００℃まで冷却した。この時のロール２，２による溶融スラグＭＳへの圧力は、１４．７×１０6Ｐａ（１５０kg/cm2）であった。
【００５７】
上記板状スラグＣＳをＸ線回折分析にかけると、図２０のようになり、ピーク値が検出されて結晶化度が５５．０％で、その一軸圧縮強度が５２９２×104Ｐａ(５４０kgf/cm2)であり、一軸圧縮強度がアスファルトの骨材に適した９８０×104Ｐａ(１００kgf/cm2)以上であるのが確認された。
【００５８】
上記と同様にＳｉＯ2が３８〜６８ｗｔ％、ＣａＯが１２〜４０ｗｔ％、Ａｌ2Ｏ3が１２〜４０ｗｔ％の範囲とその範囲前後の複数の灰を加熱溶融して、その平均冷却速度を変化させ、厚さ２．５〜４．０mm以下の板状スラグＣＳをサンプリングし、調査した結果、１２０℃／分を越えて冷却された板状スラグＣＳでは、結晶化度が約１０．８％未満で一軸圧縮強度が１０５８×104Ｐａ(約１０８kgf/cm2)であり、１２０℃／分未満の平均冷却速度で冷却された厚さ２．５〜４．０mm以下の板状スラグＣＳはアスファルトの骨材として必要な強度が得られないことがわかった。
【００５９】
なお、平均冷却速度が大きいほど、結晶化度が高くなり、大きい一軸圧縮強度が得られるが、反対に冷却時間がながくなり、破砕動力も必要となって生産性が低下するため、結晶化度を７０％と設定した場合の各板厚に対する冷却速度をサンプリング試料から推測した。
【００６０】
厚さ１ｍｍ未満の板状スラグＣＳでは、４０℃／分で冷却されたものの結晶化度が約６８％で、一軸圧縮強度が７０５６×104Ｐａ(７２０kgf/cm2)であった。また厚さ１．０〜２．５mm未満の板状スラグＣＳでは、６０℃／分で冷却されたものの結晶化度が約６２％で、一軸圧縮強度が約６０７６×104Ｐａ(６２０kgf/cm2)であった。さらに厚さ２．５〜４．０mm以下の板状スラグＣＳでは、８０℃／分で冷却されたものの結晶化度が約６９．８％で、一軸圧縮強度が約６５４０×104Ｐａ(６８０kgf/cm2)であった。
【００６１】
上記実験例３〜５を表２に示す。
【００６２】
【表２】
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なお、上記説明において、結晶化度を計算する場合には、サンプリングした試料のＸ線回折図形を結晶性部分と非結晶性部分とに分けて面積比を求め、結晶化度を計算している。
【００６３】
上記実施の形態によれば、灰の成分のうち、ＳｉＯ2とＣａＯとＡｌ2Ｏ3の成分比率をアノーサイト結晶を形成する領域内となるように調整し、一対の冷却ロール２，２により冷却成形される板状スラグを、板厚に対応して冷却水の供給量を制御して、冷却ロール２，２による直接冷却とその後の放熱制御室５１内での空冷による平均冷却速度を制御することにより、アノーサイト結晶の結晶化度を１０％以上として、アスファルトの骨材として必要な圧縮強度のある板状スラグを製造することができる。
【００６４】
またスラグ厚み制御部５２により冷却ロール２，２の回転速度を制御することにより、板状スラグの厚みを一定に制御することができ、溶融炉２１からの出滓量が変動しても容易に対応することができる。
【００６５】
したがって、溶融炉２１から排出される溶融スラグを連続して冷却し、短時間に必要な強度を有する固化スラグを製造することができ、再度粉砕する必要があるが、粒度も粗く、圧縮強度が十分に得られるので、アスファルトの骨材としての添加量を増大できる。また固化を短時間で行えるため、従来のように広い空冷エリアも不要で、生産性が高い。
【００６８】
【発明の効果】
以上に述べたごとく請求項１記載の発明によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを連続して冷却処理することができるとともに、また調整材添加装置により不足する成分を添加することで、板状スラグにアノーサイト結晶を効果的に析出させることができて、結晶化度および圧縮強度を向上させることができる。また冷却用無端回動体により溶融スラグを板状に圧延形成しつつ、スラグ冷却制御装置により冷却用無端回動体の移動速度を制御して、１２００〜９００℃の溶融スラグを板状に圧延形成しつつ１分以上の時間をかけて８００℃まで（平均冷却速度：３３℃／分〜４００℃／分）冷却することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、アスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。これにより、板状スラグに十分な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、生産性を向上することができる。
【００６９】
請求項２記載の発明によれば、灰溶融炉から排出される溶融スラグを連続して冷却処理することができるとともに、また調整材添加装置により不足する成分を添加することで、板状スラグにアノーサイト結晶を効果的に析出させることができて、結晶化度および圧縮強度を向上させることができる。また冷却用無端回動体により溶融スラグを板状に圧延形成しつつ、冷却温度制御部により冷却用無端回動体に供給される冷却流体の流量を制御して、１２００〜９００℃の溶融スラグを板状に圧延形成しつつ１分以上の時間をかけて８００℃まで（平均冷却速度：３３℃／分〜４００℃／分）冷却することにより、結晶化度が１０％以上の板状スラグを効率良く生産することができ、アスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を得ることができる。これにより、板状スラグに十分な圧縮強度を確保できるとともに、自然空冷却に比較して冷却時間も短くてすみ、生産性を向上することができる。
【００７０】
請求項３記載の発明によれば、板厚制御部により板状スラグの板厚を一定に成形しつつ、冷却温度制御部により無端回動体によるスラグの平均冷却速度を制御することで、結晶化度が１０％以上でアスファルトなどの骨材として使用可能な十分な圧縮強度を有する板状スラグを能率良く生産することができる。
【００７１】
請求項４記載の発明によれば、外周部が熱伝導率の低いカーボンまたはセラミックスからなる冷却用ロールを使用するので、溶融スラグの平均冷却速度を十分に遅くして結晶化度を上げることができ、板状スラグの圧縮強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスラグ生成設備の第１の実施の形態を示す冷却用ロールの横断面図である。
【図２】同冷却用ロールを示す平面半断面図である。
【図３】同冷却装置の側面図である。
【図４】同冷却装置の平面図である。
【図５】同冷却装置を備えたスラグ生成設備を示す全体構成図である。
【図６】実験例１により生成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図７】水冷により生成された従来の水砕スラグのＸ線回折解析図(比較例)である。
【図８】自然空冷により生成された板状スラグのＸ線回折解析図(比較例)である。
【図９】実験例２で異なる冷却手段を用いて実験により生成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１０】溶融スラグの成分ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3の割合を示す層図である。
【図１１】板状スラグの結晶化率と一軸圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図１２】同冷却装置の第２の冷却手段を示す側面図である。
【図１３】同冷却装置の第３の冷却手段を示す側面図である。
【図１４】同冷却装置の他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図１５】同冷却装置のさらに他の冷却用ロールの構造を示す断面図である。
【図１６】同冷却装置の他の実施の形態を示す側面断面図である。
【図１７】本発明に係るスラグ生成設備の第２の実施の形態を示す全体構成図である。
【図１８】実験例３により生成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図１９】実験例４により生成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【図２０】実験例５により生成された板状スラグのＸ線回折解析図である。
【符号の説明】
Ａ    灰
ＭＳ  溶融スラグ
ＣＳ  板状スラグ
ＢＭ  ベースメタル
１    スラグ冷却装置
２    冷却用ロール
４Ａ  固定軸受
４Ｂ  可動軸受
５    ロール付勢装置
６    ロール回転駆動装置
７    連動機構
８    冷却手段
９    温度センサ
１０    スラグ冷却制御装置
１１    破断装置
１２    スチールコンベヤ
１８Ａ  冷却手段
１８Ｂ  冷却手段
２０    ガイド堰
２１    灰溶融炉
２７    調整材添加装置
４１，４２  回転体
４３    鋼製ベルト
４４    冷却ノズル
Ｔ１    第１温度センサ
Ｔ２    第２温度センサ
５１    放熱制御室
５２    スラグ厚み制御部
５３ａ，５３ｂ  流量制御弁
５４    冷却速度制御部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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