(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、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、一対の円筒状回転体が外周面を接して水平に配置されていると共に、滞留槽の底との間に間隔をあけて設けられた区画壁によって、溶融炉から排出された溶融スラグを受け入れる区画と、受け入れた溶融スラグを円筒状回転体上に供給する区画との２つの区画に区分され、溶融スラグを受け入れる区画では、溶融スラグ中の溶融塩を浮上させると共に溶融スラグ中の溶融メタルを沈降させて分離し、円筒状回転体上に供給する区画では、溶融塩と溶融メタルとが分離された溶融スラグを円筒状回転体上に供給することが可能に構成された、溶融炉から排出された溶融スラグを滞留させた後に円筒状回転体上に供給するための滞留槽が設けられ、更に、前記円筒状回転体に付着した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が設けられており、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、前記温度計の温度測定値の信号を受けて前記円筒状回転体の駆動部へ該円筒状回転体の回転数を増減する指示信号を送る制御器が設けられてい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】
請求項１に記載の溶融スラグの冷却固化設備において、前記温度測定値に基づき冷却流体の吹き付け流量を制御することが可能に構成された、前記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が設けられてい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して固化させる設備に関する。
【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。また、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また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、破砕される。
【０００７】
また、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】
また、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。
【００１１】
さらに、溶融スラグは被処理物の種類によって組成が異なる。例えば、都市ごみなどの廃棄物を焼却した残渣には、塩類やメタル分が含まれており、これを溶融処理したスラグを有効利用するためには、塩類やメタルが或る限度以下になるように処理することが必要である。又、排出されるスラグの状態は溶融炉の型式によって異なる。上記の焼却残渣をプラズマによる溶融炉、表面溶融炉、旋回溶融炉などの型式の溶融炉により溶融すると、溶融物は炉内に滞留することなく排出されるので、同時に溶融した塩類やメタルがスラグの中に混入したまま排出される。このため、特に、上記のような型式の溶融炉から排出されたスラグは塩類やメタル分を多く含んでおり、その上、含まれてい塩類やメタルが溶融状態で混入されたものであるので、スラグが固化した後にこれらの混入物の含有量をある限度以下に減少させることは困難である。
【００１２】
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、かつ塩類やメタルが除去されたスラグを得ることができ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。
【００１３】
【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、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、一対の円筒状回転体が外周面を接して水平に配置されていると共に、滞留槽の底との間に間隔をあけて設けられた区画壁によって、溶融炉から排出された溶融スラグを受け入れる区画と、受け入れた溶融スラグを円筒状回転体上に供給する区画との２つの区画に区分され、溶融スラグを受け入れる区画では、溶融スラグ中の溶融塩を浮上させると共に溶融スラグ中の溶融メタルを沈降させて分離し、円筒状回転体上に供給する区画では、溶融塩と溶融メタルとが分離された溶融スラグを円筒状回転体上に供給することが可能に構成された、溶融炉から排出された溶融スラグを滞留させた後に円筒状回転体上に供給するための滞留槽が設けられ、更に、前記円筒状回転体に付着した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が設けられており、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、前記温度計の温度測定値の信号を受けて前記円筒状回転体の駆動部へ該円筒状回転体の回転数を増減する指示信号を送る制御器が設けられていることを特徴としている。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記温度測定値に基づき冷却流体の吹き付け流量を制御することが可能に構成された、前記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が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
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。そして、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たやすく剥離する。
【００２０】
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、付着したスラグの離脱点の付近における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、また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、溶流点およ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。
【００２１】
上記溶流点とは、ＪＩＳ（Ｋ２１５１）に規定された方法によって測定される温度であって、現象的には、固体スラグを加熱して昇温させたときに、最初に溶融・流動が始まる温度を指すものとする。なお、この温度におけるスラグの粘度は１０5 poise程度であると言われている。
【００２２】
付着したスラグの温度管理はスラグの組成によって異なるが、上限温度が１２００〜１３５０℃程度の範囲、下限温度が６００〜１０００℃程度の範囲に設定される。
【００２３】
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。このため、離脱点におけるスラグが可塑性を有する温度に保つために、円筒状回転体の回転数を変更する。
【００２４】
又、本発明においては、スラグの冷却が、冷却された円筒状回転体と二次冷却装置により２段階で行われる。このため、円筒状回転体から剥離したスラグの温度が変動しても、スラグを所定温度まで容易に降下させることができる。そして、これにより負荷変動に対処することができるので、装置の小型化を図ることができる。
【００２５】
そして、本発明においては、滞留槽が設けられており、溶融炉から排出された溶融スラグを一時滞留させた後に円筒状回転体上に供給するようになっている。この滞留槽においては、溶融炉から排出された溶融スラグが滞留している間に、溶融スラグに混入していた溶融が浮上し、また溶融メタルが沈降して分離される。このため、滞留槽に溶融塩の排出口と溶融メタルの排出口を設けておけば、溶融塩と溶融メタルが分離された溶融スラグを円筒状回転体上へ供給することができる。このように、滞留槽は円筒状回転体へ供給する溶融スラグから溶融塩と溶融メタルを分離する役割をなしている。また、滞留槽は円筒状回転体へ供給する際の流量を平準化する役割をも兼ね備えている。
【００２６】
【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。この実施の形態においては、溶融スラグを冷却するための円筒状回転体の一つとして水冷ドラムが使用される。図１において、１０は溶融炉から排出された溶融スラグを滞留させた後に円筒状回転体上に供給するための滞留槽、２０ａ，２０ｂは金属製の水冷ドラム、３０ａ，３０ｂは二次冷却装置である。
【００２７】
滞留槽１０は、槽底との間に間隔をあけて設けられた区画壁１１によって２区画に区分され、一方のＡ区画が溶融炉から排出された溶融スラグの受け入れ側、他方のＢ区画が溶融スラグを水冷ドラムへ供給するための排出側になっている。Ａ区画においては、溶融炉から排出された溶融スラグが滞留している間に、その中に含まれている溶融塩が浮上して溶融塩層５０が形成され、溶融メタルが沈降して溶融メタル層５２が形成される。５１は溶融塩と溶融メタルが分離された溶融スラグ層を示す。
【００２８】
滞留槽１０の外周部には誘導加熱コイル１２が設けられており、受け入れた溶融スラグを所定の温度に保つことが可能になっている。１８は滞留している溶融スラグの温度を測定するための温度計である。
【００２９】
１３は溶融スラグを受け入れるスラグ樋、１４は溶融塩の排出口、１５は溶融メタルの排出口である。分離された溶融塩と溶融メタルはそれぞれ間欠的に抜き出され、別途に処理される。
【００３０】
１６は溶融スラグの排出口、１７は水冷ドラム２０ａ，２０ｂへ供給する溶融スラグの流量を調節するためのゲートである。
【００３１】
水冷ドラム２０ａ，２０ｂ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。また、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２１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。この２基の水冷ドラム２０ａ，２０ｂは互いに外周面を接して水平に配置されおり、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って上昇する方向に回転する。
【００３２】
図中、１９はスラグ供給槽の溶融スラグ排出口１６に接続されたスラグ樋である。２５は２基の水冷ドラム２０ａ，２０ｂの上に溶融スラグを貯えるための堰板であり、水冷ドラム２０ａ，２０ｂの両端部の外周面に接して設けられている。６０は溶融スラグ、６１は水冷ドラム２０ａ，２０ｂに付着したスラグを示す。
【００３３】
２２は２基の水冷ドラム２０ａ，２０ｂの上に滞留している溶融スラグの液面を計測する超音波液面計である。液面計２２による計測は上記の液面が一定になるようにするために行われるものであって、計測された液面高さの信号が制御器２３へ送られ、次いで、この信号に基づいた指示信号が制御器２３からスラグ供給槽の流量調節ゲート１７の駆動部へ送られて溶融スラグの流量が調節され、上記液面が制御される。
【００３４】
２４は水冷ドラム２０ａ，２０ｂ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る。この温度計２４は離脱点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。なお、温度計２４は一方の水冷ドラム２１ａ側にしか配置されていないが、２基の水冷ドラム２０ａ，２０ｂに付着するスラグの量はほぼ同じであり、また冷却量もほぼ同じであるので、２基の水冷ドラム２０ａ，２０ｂ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。
【００３５】
温度計２４により計測された温度の信号は制御器２３へ送られる。そして、この信号に基づいた指示信号が制御器２３から水冷ドラム２０ａ，２０ｂの駆動部（図示せず）へ送られ、水冷ドラム２０ａ，２０ｂの回転数が増減される。この回転数の増減によって、水冷ドラム２０ａ，２０ｂによる溶融スラグの冷却量が調節され、水冷ドラム２０ａ，２０ｂに付着したスラグの温度が所定の範囲内に維持される。
【００３６】
二次冷却装置３０ａ，３０ｂは、水冷ドラム２０ａ，２０ｂから剥離したスラグ６２に冷却流体を吹き付けてガラス転移点を下回る温度になるまで冷却し、固化させるものである。冷却流体としては、水、空気などを使用することができるが、この実施の形態においては、水が使用される。３１は流量計、３２は水を微細化して吹き付けるスプレーノズルである。
【００３７】
二次冷却装置３０ａ，３０ｂにおいては、温度計２４による計測値（二次冷却前の温度）に基づく制御器２３からの信号が流量計３１，３１へ送られ、吹き付ける水の流量が制御される。
【００３８】
上記のように、この実施の形態における二次冷却は、冷却流体として水を吹き付ける直接冷却であり、冷却効率が非常によいので、少量の水を吹き付けるだけでスラグの温度を大幅に低下させることができる。また、この冷却における冷却量の調節は吹き付け水の流量変更によって行われ、水の流量を変えるだけで冷却量を大幅に変化させることができる。このため、円筒状回転体から剥離してきたスラグの温度が大幅に変動しても、スラグを所定温度まで容易に降下させることができる。
【００３９】
このように、本発明は冷却された円筒状回転体により帯状のスラグを形成させる間接冷却と冷却流体の吹き付けによる直接冷却よりなる２方式が組み合わせられた構成になっているので、溶融スラグの温度が変動したり、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スラグが剥離してきても、冷却流体の吹き付けにより、これを冷却して固化させることができ、負荷変動に対処することができる。
【００４０】
また、本発明の冷却固化設備は処理能力が非常に大きいので、設備が小型化され、溶融スラグの冷却・固化処理に要する敷地面積を大幅に縮小することができる。
【００４１】
４０ａ，４０ｂは水冷ドラム２０ａ，２０ｂの下方に設けられた破砕機であり、水噴霧により冷却されて固化したスラグを破砕する。
４１は破砕されたスラグを篩い分け処理、摩砕処理（丸み付け）などを行う工程へ搬送するためのコンベアである。
【００４２】
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。
【００４３】
溶融炉から排出された溶融スラグを滞留槽１０のＡ区画に受け入れる。ここで、受け入れた溶融スラグ中に含まれていた溶融塩が浮上し、溶融メタルが沈降して槽底に溜まる。溶融塩と溶融メタルが分離された溶融スラグはＢ区画からスラグ樋１９を経て水冷ドラム２０ａ，２０ｂ上に供給される。この際、液面計２２により計測された溶融スラグの液面高さに基づいて、滞留槽の流量調節ゲート１７の調節が行われ、上記液面の高さが一定に維持されるように制御される。
【００４４】
回転している水冷ドラム２０ａ，２０ｂ上においては、外周面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２０ａ，２０ｂに付着したスラグ６１は温度計２４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６１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２０ａ，２０ｂの回転数制御が行われ、付着したスラグ６１の冷却量が調節される。このようにして、付着したスラグ６１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６１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２０ａ，２０ｂ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２０ａ，２０ｂ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。
【００４５】
剥離したスラグ６２は未だ冷却不十分であり、固化していないので、このスラグに水を吹き付けて急冷する。二次冷却装置３０ａ，３０ｂから吹き付ける水の流量は温度計２４によって測定されたスラグ６１の温度に基づいて制御される。
【００４６】
固化したスラグは破砕機４０ａ，４０ｂで破砕された後、コンベア４１により次の工程へ搬送される。
【００４７】
上記の水冷ドラム２０ａ，２０ｂに付着したスラグ６１の温度制御において、帯状に形成されたスラグ６１の厚さ方向の温度ば一定ではなく、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。
【００４８】
なお、図１に示す実施の形態においては、水冷ドラム２０ａ，２０ｂの回転数及び二次冷却装置３０ａ，３０ｂにお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。
【００４９】
すなわち、水冷ドラム２０ａ，２０ｂの回転数の変更は、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管理幅はスラグの溶流点〜ガラス転移点の範囲であって、上限温度がスラグの溶流点１２００〜１３５０℃、下限温度が６００〜１０００℃程度であると予想され、その温度範囲は非常に広い。このため、供給される溶融スラグの温度変動があまり大きくない場合には、状況に応じて水冷ドラム２０ａ，２０ｂ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上記範囲に保つことができる。又、水冷ドラムから剥離したスラグの温度が上記範囲内であれば、その間の温度変動は二次冷却装置３０ａ，３０ｂによる冷却により調整される。
【００５０】
又、二次冷却装置３０ａ，３０ｂによるスラグの冷却は水冷ドラム２０ａ，２０ｂ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、その冷却度合いは以後のスラグの処理条件によって異なる。例えば、、後工程の操作に支障が生じない程度の温度まで冷却するだけの場合には、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うことによっても、目的を達成することができる。
【００５１】
【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。
【００５２】
また、スラグの冷却が円筒状回転体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。
【００５３】
また、滞留槽が設けられ、円筒状回転体上に供給する前の溶融スラグを滞留させるので、溶融炉から排出された溶融スラグに含まれている溶融塩を浮上させ、また溶融メタルを沈降させて分離することができる。このため、介在物の含有量が非常に少なく、土木建築材料などの用途に有効利用することができるスラグが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の設備に係る実施の形態の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  滞留槽
１１  区画壁
１２  誘導加熱コイル
１３  溶融スラグを受け入れるスラグ樋、
１４  溶融塩の排出口
１５  溶融メタルの排出口
１６  溶融スラグの排出口
１７  流量調節ゲート
１８  温度計
１９  スラグ樋
２０，２０ｂ  水冷ドラム
２１  水冷ドラムの回転軸
２２  液面計
２３  制御器
２４  温度
２５  溶融スラグを貯えるための堰板
３０ａ，３０ｂ  二次冷却装置
３１  流量計
３２  スプレーノズル
４０ａ，４０ｂ  破砕機
４１  コンベア
５０  溶融塩層
５１  溶融スラグ層
５２  溶融メタル層
６０  溶融スラグ
６１  付着したスラグ
６２  剥離したスラグ
【図１】
0003791275.tif 000002