JP6001178B2 - スラグ造粒システム及び稼働方法 - Google Patents

Description

この発明は、特に熱回収を有する乾式造粒のための、スラグ造粒システムと稼働方法とに関する。

スラグ物質はどのようなタイプのもの、例えば、鉄のような金属をベースとするもの、チタン酸化物のような金属酸化物、金属製造工程の副産物として生成されるスラグのような非金属、又はそれらの混合物であってよい。金属製造工程から生じるスラグの例においては、

従来の乾式スラグ造粒においては、溶融スラグは造粒チャンバ中の回転するディスクに、ブラスト炉からのスラグランナーに接続されたパイプを介して供給される。造粒チャンバのサイズは、粒状物が壁部に衝突した際にチャンバの壁部にくっつかないように、粒状化されたスラグを十分に冷却するのに必要とされる距離に依存する。スペースは、ブラスト炉キャストハウス（ｃａｓｔ ｈｏｕｓｅ）において常に非常に高価であり、したがって造粒チャンバの全体的な設置面積を縮小することが望ましい。

英国特許出願公開第１２２１１２１．５号明細書 英国特許出願公開第１２２１１２６．４号明細書

本発明の第１の観点によれば、スラグ造粒システムは、スラグ造粒チャンバと、溶融スラグを微粒化させるための回転式微粒化造粒機であって、この造粒機が造粒チャンバに取り付けられている、回転式微粒化造粒機と、スラグが微粒化される前に溶融スラグに空気を供給するための空気供給部と、を備え、このシステムはスラグを造粒チャンバに供給するためのスラグ供給機構をさらに備え、このスラグ供給機構は造粒チャンバのスラグ入口に接続されたパイプを備え、システムはパイプの内側に取り付けられた空気用ランスと、ランスの、造粒チャンバから離間した方の端部に結合した空気供給部と、ランスの空気供給部から遠く離れた有孔部分であって、それによって空気が溶融スラグに供給される、ランスの有孔部分と、をさらに備える。

溶融スラグに供給される空気は迅速に膨張し、スラグの微粒化を促進する。

好ましくは、流量制御装置が空気用ランスに可動に取り付けられる。

好ましくは、システムは、スラグ供給機構に結合したタンディッシュと、このタンディッシュに取り付けられた流量制御装置と、をさらに備える。

好ましくは、スラグ供給パイプの出口側端部と回転式微粒化造粒機の上面との距離は４０ｍｍ未満である。

これは、スラグが造粒機ディスク上へ流れるのを促進させるとともに、大きな落差があると生じる場合がある溶融スラグの跳ね返りを防止する。

好ましくは、システムはプロセスエアの供給入り口、プロセスエア抜き取り出口、及び熱回収機構をさらに備える。

システムは、造粒に加えて熱回収機能を有することができ、これによって、造粒工程中に溶融スラグの外面上を流れるプロセスエアが加熱されて、熱を回収することができる。

本発明の第２の観点によれば、スラグ造粒チャンバと、このスラグ造粒チャンバ内に取り付けられた回転式微粒化造粒機と、を備えるスラグ造粒装置においてスラグ造粒工程を稼働する方法は、空気を溶融スラグの流れに供給するステップと、溶融スラグを造粒チャンバ中で粒状化させるステップと、パイプを備えるスラグ供給機構を造粒チャンバのスラグ入口に接続し、溶融スラグを、パイプを通じてスラグ造粒チャンバに供給するステップと、パイプの内側に空気用ランスを取り付けるステップと、空気供給部を、ランスの造粒チャンバから離間した方の端部に結合させるステップと、空気を、空気供給部から離間したランスの有孔部分を介して溶融スラグに供給するステップと、を備える。

好ましくは、この方法は、ディスクの回転速度を測定するステップと、粒状化したスラグのサンプルの直径を測定するステップと、測定された直径を、所定の回転速度に対して期待される直径と比較するステップと、それに応じて溶融スラグ中への空気の流量を変化させるステップと、を備える。

空気を供給することによってスラグを膨張させると、遅いカップ速度及び短い距離に亘る長い飛行時間を可能とし、それによってシステムの全体的な設置面積を減少させることができるが、粒状化されたスラグの粒子サイズが大きすぎると、粒子が中央部においてガラス質ではない場合があり、したがって空気の流量はそれ相応に適用されなければならない。

好ましくは、この方法は、プロセスエアを、造粒チャンバを通じて流して粒状化したスラグを冷却するステップと、熱回収設備においてプロセスエアから熱を抽出するステップと、をさらに備える。

好ましくは、この方法は、流量制御装置を、所定の位置範囲に亘って動かして、スラグ供給機構を通じるスラグの流速を制御するステップをさらに備える。

本発明によるスラグ造粒システム及び稼働方法の例が、添付の図面を参照して記載される。

熱回収を有する乾式スラグ造粒用の装置を示す図である。 熱回収を有する本発明に係る乾式スラグ造粒用の装置を示す図である。 本発明とともに使用するためのストッパ装置を詳細に示す図である。 本発明とともに使用するためのストッパ装置を詳細に示す図である。 本発明の実施形態を詳細に示す図である。 本発明の実施形態を詳細に示す図である。 本発明とともに使用するための空気源を詳細に示す図である。 本発明とともに使用するための空気源を詳細に示す図である。 図１の装置において、造粒中のスラグの流量を制御する方法を示す図である。

従来の溶融スラグを粒状化する乾式の方法においては、スラグはスラグランナーから回転する微粒化装置上に排出され、この微粒化装置は平坦なディスク状又は浅いカップ状若しくは皿状である。スラグはディスクの縁部にて微粒化され、結果として生じるスラグの滴は、周囲の水冷された傾斜壁に衝突する際にくっつかない、十分に堅固な外殻を有する点まで、部分的に冷える。衝突の後、スラグは空冷床中に落下し、そこでさらなる冷却が排出の前に行われる。

しかし、造粒チャンバの設置面積を減少させることができ、かつ、スラグの造粒中に微粒化の効率を上げることができることが望ましい。

図２は、熱回収を有する本発明によるスラグの乾式造粒用の装置を図示している。駆動軸６上で矢印７の方向に回転する、通常はディスク状又は皿状の回転要素５を備える回転式微粒化造粒機が、造粒チャンバ１３に取り付けられている。一連の空気入口１０及び空気出口１１が、熱回収のための熱交換器１２までの、造粒チャンバ１３を通じる空気の流れのための経路を提供している。チャンバには水冷された壁１５及び冷却された床１６が設けられている。この例に示されているように、タンディッシュ２の出口３を介して結合された、耐火ライニングを施された鉛直なスラグ供給パイプ４がスラグランナー８からスラグ９を受け取る。パイプ４内には空気用ランス１４が取り付けられ、この空気用ランスは、（図示されていない）空気供給部と、ランスへの空気の供給を制御するコントローラ１８に接続されている。空気供給部から離間した方のランスの端部では、空気用ランスの多孔部分３４が、空気がスラグ９に入るのを可能にしている。

図３〜５は、図１に関して以下に記載されるような乾式スラグ造粒システム及び図２に関して記載されたような乾式スラグ造粒システムに、これら図に示された熱回収の有無にかかわらず使用することができる特徴を図示している。システムは、通常は（図示されない）ブラスト炉からスラグランナー８を介して耐火ライニングを施されたスラグ供給パイプ４へのスラグ供給部を備える。タンディッシュ又はトラフ２を、供給を調整するのを助けるために使用することができ、又は、スラグランナーが供給パイプに直接、供給することができる。図１、２、３ａ、３ｂ、４ａ、及び４ｂはすべてタンディッシュを図示しているが、流量制御が必要とされない場合には、これは割愛することができる。

図３ａは流量制御の基本的な例を図示しており、これを本願発明のシステムに使用することができる。ここで、タンディッシュ２中のスラグ９は、スラグ造粒チャンバ中の回転式微粒化造粒機の回転するディスク５に、スラグ供給パイプ４を通じて供給される。ディスクはシャフト６上で矢印７の方向に回転する。また、この例は溶融スラグを空気供給によってエアレーションして、造粒中におけるスラグ供給パイプの所定の区画を介した微粒化の効率を改善するオプションを示している。（図示しない）自在管を介したコンプレッサーパイプからの外部圧縮空気の供給が溶融スラグに、パイプの有孔部分３１を通じて提供され、この有孔部分は造粒機に隣接する、溶融スラグから離間した方の端部とすることができる。空気は、図３ａ及び図３ｂに図示されたような有孔の栓、又は半径方向の注入孔のいずれかを通じて注入することができる。スラグ供給装置の端部は通常、回転式微粒化造粒機の上面から４０ｍｍ未満の距離にあり、溶融スラグが造粒機に衝突した際に溶融スラグが跳ね返るのを防止する。図３ｂは、以下に詳細に記載されているスラグの流量制御装置がどのように造粒システムに組み込まれるかを図示しており、スラグの流量制御装置は、図１に図示されているようなコントローラ１８の制御の下で、ロッド１４によって可動なストッパ１７を有している。ストッパのロッドの選択肢は、空気の注入方法に完全に依存する。

本発明によるスラグの空気供給機構を組み込んだシステムが、図４ａ及び図４ｂに図示されている。図４ｂは圧縮空気注入ランス３２を示しており、この圧縮空気注入ランス３２は、コンプレッサからの空気がパイプ３３とランス３２を介して方向づけられ、スラグ供給パイプ４中のスラグの流れの中心に注入されるのを可能にしている。これは、パイプの端部に、回転する微粒化装置に近接して固定された多孔部分３４を介するか、又は代替的に多孔の栓又は端部孔の代わりに、ランスがその長さに沿って分散した複数の小孔を有することができ、それら小孔を通じて空気がスラグに注入されるか、又はランスがランスの造粒機に最も近い端部にのみ複数の孔を有することができる。圧縮空気は、ランスの最上部において供給ライン３３を介して供給され、コントローラ１８によって制御されてもよい。図４ａの例においては、空気注入ランス３２を、ランスに取り付けられた任意的な流量制御装置１７に結合させて、スラグ供給パイプ４へのスラグ流量を制御する。ストッパ又はロッドとして図示されてはいるが、図１に関して記載されたような他のタイプの流量制御を使用することができる。構造は、注入ランス３２とストッパ１７とを、例えば注入ランス上のストッパの滑動によって、独立して動かすことができるように構成されている。離間した供給部３３からの空気は、ランス３２に注下され、端部部分３４を通じてスラグ流れ９の中に出る。端部部分は開放端とするか、または好ましくは有孔の栓の形状を取ることができる。代替的に、ランスは有孔の栓の代わりに一連の放射状の孔を有する閉塞端とすることができ、又は孔をランスの端部においてブランキングプレート（ｂｌａｎｋｉｎｇ ｐｌａｔｅ）とすることができる。好ましい変形体は意図される用途及びスラグの設計流量に依存する。

図５ａには、スラグに空気を供給するための別の機構が図示されている。アトマイザの回転するディスク５には、スラグを、スラグ供給パイプを介して直接供給することでき、かつ任意に流量制御装置を含むことができ、したがってこれらは図示されていない。空気は直接、造粒機の縁部に供給されるか、又はスラグ供給パイプ中に供給されるが、この例では圧縮空気は、スラグ供給パイプ中にではなく、回転するアトマイザの上部の有孔栓３５を通じて供給される。有孔栓は、回転するディスクと同じ直径を有することができ、空気は、回転する装置の有孔栓の頂部に、中央に、縁部に、又は頂面の全体に供給することができる。空気は回転する支持部６中のチャネル３６を通じて供給することができる。好ましい実施形態は、別様に金属製の回転する皿３８（図５ｂに図示されている）の中心部の有孔の耐火パッド３７を通じ、回転する支持部６中のチャネルを介して供給される。

スラグ供給パイプ中の溶融スラグへの空気の供給は、空気が空気パイプを出ると、迅速にスラグの温度を獲得するので、空気の膨張を介した微粒化を促進する。空気の温度は、空気がランスまたは他の供給システムを下に移動するのである程度上昇するが、空気はスラグよりはずっと温度が低い状態を維持する。スラグ中への注入の際、空気は迅速に膨張してスラグの微粒化を加速し、迅速にスラグとの平衡温度を獲得する。前述のように、スラグの滴は、ほぼ個体の表面を、造粒チャンバの壁の表面と回転するディスクから所定の距離で接触する前に獲得しているに違いなく、それによってその表面に付着するのを回避される。注入される空気による加速された微粒化は、回転する微粒化装置が同じスラグの滴のサイズに対して遅い速度で作動され、スラグの滴の飛行中の冷却に必要とされる距離を減少させることを可能にする。これによって、傾斜した造粒チャンバの壁を回転するアトマイザに近づけて配置するのが可能となり、その結果、チャンバの直径が小さくなり、粒状物のハンドリングのために空気をあまり必要としなくてもよくなるとともに、熱回収機構１２が使用される場合には、造粒システムの空気出口ダクト１１において高い空気の温度が達成可能となる。空気の供給が正しいかどうかを決定するステップは、ディスクの回転速度とスラグ粒状物の平均直径とを測定するステップ、測定された直径を、回転速度に対して期待される直径と比較するステップ、及び空気の供給をそれに応じて適用するステップを含む。

我々の共に継続している特許文献１に記載されているような、回転する要素上への溶融スラグの流量を制御するための流量制御装置を本願にさらに使用することができる。流量制御装置と共に図３ａ及び図４ａの実施形態を使用する際、より制御可能なスラグの流れという利点が達成され、それによって高温の空気の損失を減少させるスラグ供給パイプ中への空気の進入が防止され、熱回収の効率が改善される。この特徴がなかったとしても、本発明は、空気を造粒プロセス中に導入することによって、スラグの微粒化を加速する。図３、４、及び５の例では、流量制御装置なしではあるが、本発明の微粒化促進を有した状態で稼働させることが可能である。同様に、上記例は熱回収を有する乾式スラグ造粒装置に関して記載されているが、それらをまた熱回収機構を有さない単純な乾式スラグ造粒システムに使用することもできる。空気を溶融スラグに注入する多くの例を、個々に又は組み合わせて使用することができる。

典型的な乾式スラグ造粒装置の設計は、造粒容器を出る空気の温度が十分高く、よって乾燥などのための、又は蒸気生成のためのホットプロセスエアの形態で価値のある熱回収を可能にするように行われる。蒸気は発電に使用することができる。ブラスト炉のスラグの場合には、粒状物は非常に高い比率のガラス用スラグを有し、セメントの生産に好適とさせている。

スラグの流量の変化を許容するために、特に造粒機が直接、炉のスラグランナーの端部に接続されている際には、スラグを回転するディスク上に導く、耐火ライニングを施されたスラグ供給パイプは通常、大きめとされている。したがって、供給パイプは最大能力で作動されることはない。造粒機チャンバは通常、正圧下で作動し、結果として熱い空気の損失と熱回収の減少を招く。同様に、造粒機チャンバが吸引下で作動させられる場合には、冷たい空気が引き抜かれ、結果として同様な回収された熱の損失を招く。いずれの場合でも、熱損失の大きさはチャンバの作動圧力及びスラグ供給パイプの空き領域に依存する。

我々の共に継続している特許文献１及び特許文献２に記載され、並びに図１の例に記載されているように、駆動軸６上で矢印７の方向に回転する、通常はディスク状又は皿状の回転要素５を備える回転式微粒化造粒機は、造粒チャンバ１３中に取り付けられている。空気入口１０及び空気出口１１は、造粒チャンバ１３を通じた、熱交換機１２への空気流のための経路を提供している。チャンバには水冷された壁１５及び冷却された床１６が設けられている。タンディッシュ２の出口３を介して取り付けられた、垂直な、耐火ライニングを設けられたスラグ供給パイプ４は、スラグ９をスラグランナー８から受け取る。この例では円錐状の栓の形状のストッパロッドである流量制御装置１がタンディッシュに可動に取り付けられている。

可動な円錐状の栓は流量を調整し、それによって、スラグが凝固し始めたときに、凝固したスラグがパイプを詰まらせないようにさらなる流量が許容される。大きな流量は通常、２〜６トン／分の範囲である。

また、流量制御は、スラグの乾式造粒中にスラグの流量制御を適用することによって熱回収プロセスの効率を改善する。流量制御装置を使用してスラグの流れを制御することによって、流量制御装置１とタンディッシュ３との間にスラグシールが形成され、スラグ供給パイプ４を通じた空気の通過を防止し、それによって造粒チャンバからの熱い空気の損失又は冷たい空気のチャンバへの侵入が避けられる。流量制御装置はタンディッシュ２の出口３の上に配置され、タンディッシュは通常は耐火ライニングを施されており、溶融スラグ３を収容している。図１に示された流量制御装置１はストッパ１７に接続されたアクチュエータロッド１４の形態をとり、この例では円錐台状であるが、流量制御装置の別の形状を、スラグの断面を減少させてスラグシールを形成するように使用することができる。また、タンディッシュ２からの出口３及びチューブ４も通常、耐火ライニングを施されている。溶融スラグ９は、チューブ４から回転する要素５上に供給される。回転する要素５のリムにおいて、スラグは微粒化される。耐火ライニングが施されたチューブ４は、回転する要素５上に、最大設計値のスラグの流量を搬送するように設計されている。ヘッド計算値（ｈｅａｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ）、開口部の大きさに対するスラグの深さ、及び断面積のようなスラグの特性値を、これを決定するために使用することができるが、スラグがチューブの中で凝固するので断面積が変化し、したがって、大きめのチューブが必要とされる。ロッド１４を上昇させることによってストッパ１７をタンディッシュの出口３から離れるように移動すると、増加したスラグの流れがチューブ４を通じて流れることが可能となる。制御装置１は、制御システム１８の影響の下で動くように制限されて、タンディッシュ２の中のスラグのレベルを維持し、したがってチューブを通じて空気が通過するのを防止するシールを提供している。

スラグの表面が、例えば（図示されない）フードバーナー（ｈｏｏｄ ｂｕｒｎｅｒ）及びブラスト炉ガスを使用して加熱されるとき、スラグの表面の温度は凝固したスラグの外皮の形成を妨げるように維持されるが、ストッパとタンディッシュ中の溶融スラグとの間にスラグシールの形成を可能にする。その場合、タンディッシュ中の（図示されない）レベルセンサを使用してデータをコントローラに提供することができる。レベルがその許容できる最も低いレベルまで落ちると、ストッパは出口３に近接して移動して、ストッパを空気が通過するのを妨げる。レベルが上昇すると、ストッパ１７はスラグシールを損なうことなく出口からさらに離れるように移動することができ、次いでスラグ流量を制御するために使用することができる。タンディッシュ中のスラグの表面の加熱がない場合には、スラグの外皮の形成はレベルセンサの有効性を害する。この場合、タンディッシュの重さを、制御データを提供するために使用することができる。このことは、ストッパそれ自体の位置との組み合わせで、コントローラがストッパを必要に応じて動かすことを可能にする。

この配置はより制御可能なスラグの流れを可能にするとともに、スラグ供給パイプ中への外から若しくはスラグチャンバからの空気の通過を防止し、結果として冷たい空気の侵入又は熱い空気が失われるのを軽減し、したがって熱回収の効率を改善する。

図６は、図１の装置の使用方法を図示するフローダイアグラムである。溶融スラグはタンディッシュへ供給される（２０）。溶融スラグのレベル又はタンディッシュの重さ、並びに流量制御器のストッパの位置がタンディッシュ中のセンサ又はタンディッシュの計量システムによってモニタされ、レベル又は重量並びに位置がコントローラ１８にフィードバックされる。与えられたストッパの位置に対して必要とされる最小レベルとの比較が行われ（２２）、レベルが、そのストッパの位置に対して必要とされる最小値以下である場合には、ストッパが出口３に近接するように移動させられる（２３）。ストッパが最小値以下でない場合には、ストッパは出口から離れるように移動させられ、それによって造粒機への流量が増加されるとともに、造粒機へのスラグの流れが制御される。造粒機上へ流れるスラグは造粒され（２４）、冷却される（２５）。乾式スラグ造粒に対しては、スラグが冷却されているので、プロセスエアをスラグ上に流し（２６）、加熱された空気を熱回収設備に移動させる（２７）ことが次いで行われる。乾式スラグ造粒に対しては、我々の共に継続中の特許文献２に記載された、回転式微粒化造粒機の駆動モータの出力又は電流を測定する機構を、流量制御のためのコントローラへのフィードバックを提供するために使用することができる。

１ 乾式スラグ造粒システム
２ タンディッシュ
３ 出口
４ スラグ供給パイプ
５ ディスク
６ シャフト、支持部
８ スラグランナー
９ スラグ、スラグの流れ
１０ 空気入口
１１ 空気出口
１２ 熱交換器
１３ 造粒チャンバ
１４ 空気用ランス
１４ ロッド
１５ 水冷された壁
１６ 冷却された床
１７ 流量制御装置、ストッパ
１８ コントローラ
３１ 有孔部分
３２ 圧縮空気注入ランス
３３ パイプ
３４ 多孔部分

Claims (9)

1. スラグ造粒チャンバを備えるスラグ造粒装置と；
   溶融スラグを微粒化する回転式微粒化造粒機であって、該回転式微粒化造粒機が、前記スラグ造粒チャンバ中に取り付けられているとともに、その上に造粒される前記溶融スラグが流れ落ちるディスク及び前記ディスクを回転させるためのシャフトを有する、回転式微粒化造粒機と；
   溶融スラグが微粒化される前に溶融スラグに空気を供給する空気供給部と；
   を備えるスラグ造粒システムにおいて、
   該システムは、スラグを前記造粒チャンバへ供給するためのスラグ供給機構をさらに備え、
   前記スラグ供給機構は前記造粒チャンバのスラグ入口に接続された、前記溶融スラグを前記造粒チャンバへ案内するパイプと、
   前記パイプを貫通するように前記パイプの内側に取り付けられた空気用ランスと、
   前記空気用ランスの前記造粒チャンバから離間した方の端部に結合した空気供給部と、
   を備え、
   前記空気用ランスは、前記空気供給部から離間した前記空気用ランスの有孔部分を有し、それによって空気が前記溶融スラグに供給されて、前記溶融スラグ中の前記空気の膨張を介して微粒化を促進することを特徴とするスラグ造粒システム。
2. 流量制御装置が、前記空気用ランスに可動に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記スラグ供給機構に結合したタンディッシュと、該タンディッシュ中に取り付けられた流量制御装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
4. 前記スラグ供給パイプの出口端部と前記回転式微粒化造粒機との間の距離が４０ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記システムが、プロセスエア供給入り口と、プロセスエア抜き取り出口と、熱回収機構と、をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のスラグ造粒システムにおいて、スラグ造粒工程を稼働させる方法であって、
   パイプを造粒チャンバのスラグ入口に接続するステップと；
   空気用ランスを前記パイプの内側に取り付けるステップと；
   空気供給部を前記空気用ランスの前記造粒チャンバから離間した方の端部に結合させるステップと；
   溶融スラグを前記パイプを通じて前記スラグ造粒チャンバへ供給するステップと、
   前記パイプの中の溶融スラグの流れに前記空気用ランスの前記空気供給部から離間した、前記空気用ランスの有孔部分を介して空気を供給するステップと；
   前記造粒チャンバ中で溶融スラグを粒状化するステップと：
   を備える方法。
7. 前記ディスクの回転スピードを測定するステップと；
   粒状化されたスラグのサンプルの直径を測定するステップと；
   測定された前記直径を、与えられた回転速度に対して期待される直径と比較するステップと；
   それに応じて前記溶融スラグ中に空気の流量を適用するステップと；
   をさらに備える請求項６に記載の方法。
8. 前記造粒チャンバを通じてプロセスエアを流して粒状化されたスラグを冷却するステップと、熱回収設備において前記プロセスエアから熱を抜き取るステップと、をさらに備える請求項６又は７に記載の方法。
9. 流量制御装置を所定の位置範囲を移動させて、前記スラグ供給機構を通じるスラグの流量を制御するステップをさらに備える請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。

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