溶融スラグの処理設備
【課題】溶融スラグを迅速かつ効率的に冷却処理することができ、しかも溶融スラグを冷却処理装置に一定量ずつ安定して供給することができる溶融スラグの処理設備を提供する。
【解決手段】回転する冷却ロール１０の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置１と、冷却処理装置１に溶融スラグを供給するスラグ供給装置２と、冷却処理装置１で冷却・固化したスラグを回収して移送する回収移送装置３を有し、スラグ供給装置２は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体２０と、鍋保持体２０を傾動させる駆動装置２１と、鍋保持体２０を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、冷却ロール１０の外周面に供給する樋２２を備える。
【解決手段】回転する冷却ロール１０の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置１と、冷却処理装置１に溶融スラグを供給するスラグ供給装置２と、冷却処理装置１で冷却・固化したスラグを回収して移送する回収移送装置３を有し、スラグ供給装置２は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体２０と、鍋保持体２０を傾動させる駆動装置２１と、鍋保持体２０を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、冷却ロール１０の外周面に供給する樋２２を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼製造プロセスなどで発生する溶融スラグを冷却処理し、さらに好ましくはスラグの冷却・固化過程での顕熱回収を行うための処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造プロセスで発生する溶融スラグ（例えば、製鋼スラグ）の多くは、冷却ヤードにおいて放冷した後、散水して冷却される。また、一部では、パン冷却方式と呼ばれる鉄製の容器に流し込んで散水冷却する方法も採られることがある。
一方、溶融スラグを冷却処理するための装置として、双ロール（ドラム）方式のスラグ冷却処理装置が知られている（例えば、特許文献１など）。このスラグ冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロールを備えており、この１対の冷却ロールの上部外周面間に上方から溶融スラグが供給され、スラグ液溜まりが形成される。このスラグ液溜まりから、回転する冷却ロールの表面に付着することで溶融スラグが持ち出され、この溶融スラグは冷却ロール面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却された後、所定のロール回転位置において自重により冷却ロール面から剥離し、回収手段に回収される。
【０００３】
このような冷却処理装置で溶融スラグを冷却処理することにより、（i）従来のような広大な冷却ヤードが必要ない、（ii）厚みの小さいスラグ凝固体が得られるため、所望の粒度の土木材料や骨材などへの加工が容易であるとともに、破砕処理して粒状スラグを製造する際の粉や細粒品の発生量が少ないため、製品歩留まりが向上する、（iii）冷却のための散水が不要であるか若しくは散水量が少なくて済むため、水分を含まない若しくは水分量が少ないスラグが得られ、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、などの利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０８３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような冷却処理装置を実操業で用いる場合、特定の精錬プロセス（例えば、転炉脱炭精錬）で発生した溶融スラグを迅速かつ効率的に処理すること、溶融スラグを冷却処理装置に一定量ずつ安定して供給すること、などが求められる。また、冷却ロールは溶融スラグの熱によって膨張するが、この熱膨張によって冷却ロールどうしが強く接触し、ロールやその支持部に変形が生じ、故障や損傷の原因となりやすい。これを防止するには、冷却ロール間にギャップを設けておく必要があるが、溶融スラグがそのギャップから下方に漏れ出してしまう問題がある。
また、近年、製鉄所内では、省エネルギーやＣＯ２の削減の観点から、種々のプロセスで発生する廃熱を回収・利用する必要性が高まりつつあり、その廃熱源の一つとして高温状態で発生するスラグが考えられる。
【０００６】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、溶融スラグを迅速かつ効率的に冷却処理することができ、しかも溶融スラグを冷却処理装置に一定量ずつ安定して供給することができる溶融スラグの処理設備を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、双ロール方式のスラグ冷却処理装置を備えた設備において、冷却ロール間からの溶融スラグの漏れなどの問題を生じることなく、冷却ロールの熱膨張に伴う故障や損傷が生じにくい設備を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、冷却・固化させた後、未だ高温状態にあるスラグから顕熱回収を行うことができる設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］回転可能な冷却ロール（１０）を備え、回転する冷却ロール（１０）の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置（１）と、該冷却処理装置（１）に溶融スラグを供給するスラグ供給装置（２）と、前記冷却処理装置（１）で冷却・固化した後、冷却ロール（１０）から剥離したスラグを回収して移送する回収移送装置（３）を有し、
前記スラグ供給装置（２）は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体（２０）と、該鍋保持体（２０）を傾動させる駆動装置（２１）と、前記鍋保持体（２０）を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、前記冷却ロール（１０）の外周面に供給する樋（２２）を備えることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【０００８】
［2］上記［1］の処理設備において、冷却処理装置（１）は、冷却ロール（１０）の外周面に付着したスラグを、冷却ロール（１０）との間で拘束して加工する加工ロール（１１）を備えることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［3］上記［1］または［2］の処理設備において、鍋保持体（２０）は、冷却処理装置（１）側の一端部が支持基部（５）に枢支され、該枢支部（２４）を支点として上下方向回動可能であり、駆動装置（２１）は、鍋保持体（２０）を前記枢支部（２４）を支点として上下方向に回動させるシリンダ装置（２５）からなることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの処理設備において、冷却処理装置（１）は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロール（１０a），（１０b）を備え、スラグ供給装置（２）の樋（２２）から、前記１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の上部外周面間に溶融スラグが供給されるようにしたことを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【０００９】
［5］上記［4］の処理設備において、少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を水平方向スライド自在とすることにより、１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の軸間距離を可変とするとともに、
少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を他方の冷却ロール（１０b）方向に付勢することで、冷却ロール（１０a），（１０b）どうしを接触させる付勢手段（１２）を有することを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［6］上記［5］の処理設備において、付勢手段（１２）がエアシリンダまたはスプリングであることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【００１０】
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの処理設備において、駆動装置（２１）による鍋保持体（２０）の傾動速度を制御可能とし、その傾動速度制御により冷却処理装置（１）に対する溶融スラグの供給速度を制御できるようにしたことを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの処理設備において、固化したスラグから顕熱回収を行う熱回収装置（４）を有し、回収移送装置（３）で移送されたスラグが前記熱回収装置（４）に投入されることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［9］上記［8］の処理設備において、熱回収装置（４）は、内部で熱交換用のガスとスラグを接触させる熱回収塔（４０）を備え、該熱回収塔（４０）は、上部にスラグ装入口とガス排出口を有し、下部にスラグ排出口とガス導入口を有することを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の処理設備は、溶融スラグを迅速かつ効率的に冷却処理することができ、しかも溶融スラグを冷却処理装置に一定量ずつ安定して供給することができる。このため、鉄鋼製造プロセスで発生する製鋼スラグなどの溶融スラグを利材化に適した形状に効率的に処理することができる。
また、双ロール方式のスラグ冷却処理装置を備えた設備において、特定の構造を採ることにより、冷却ロール間からの溶融スラグの漏れなどの問題を生じることなく、冷却ロールの熱膨張に伴う故障や損傷を確実に防止することができる。
さらに、スラグの顕熱回収を行う熱回収装置を設けることにより、冷却・固化させた後、未だ高温状態にあるスラグから効率的な顕熱回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の溶融スラグの処理設備の一実施形態を示す側面図
【図２】図１の実施形態の平面図
【図３】図１の実施形態における冷却処理装置の側面図
【図４】図１の実施形態における冷却処理装置を構成する冷却ロールの平面図
【図５】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図６】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図７】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図８】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図９】本発明の処理設備における熱回収装置の一実施形態を示す説明図
【図１０】本発明の処理設備における熱回収装置の他の実施形態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図４は、本発明の溶融スラグの処理設備の一実施形態を示すもので、図１は側面図、図２は平面図、図３は冷却処理装置の側面図、図４は冷却処理装置を構成する冷却ロールの平面図である。なお、図２では、図１に示される加工ロール１１、付勢手段１２、樋２２などは省略してある。
この処理設備は、溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置１と、この冷却処理装置１に溶融スラグを供給するスラグ供給装置２と、前記冷却処理装置１で冷却・固化したスラグを回収して移送する回収移送装置３と、この回収移送装置３で移送されたスラグを受け入れ、スラグから顕熱回収を行う熱回収装置４を有する。なお、この熱回収装置４は、スラグから顕熱回収を行う場合に設ける。
【００１４】
前記冷却処理装置１は、回転可能な冷却ロール１０（冷却ドラム）を備え、回転する冷却ロール１０の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させるものであり、本実施形態では、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロール１０a，１０bを備え、後述するスラグ供給装置２の樋２２から、前記１対の冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に溶融スラグが供給されるようになっている。
冷却ロール１０a，１０bは、そのロール軸１００が支持体１４a，１４bに設けられた軸受１５に軸支されることで、支持体１４a，１４bに回転自在に支持されている。
【００１５】
冷却ロール１０a，１０bの内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構（図示せず）が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部１０１と冷媒排出部１０２がロール軸１００の各端部に各々設けられ、回転継手を介して外部の配管との間で冷媒の給排がなされるようになっている。なお、冷媒には一般に水（冷却水）が用いられるが、他の流体（液体または気体）を用いてもよい。
また、冷却ロール１０a，１０bのスラグと接触する面は銅製であり、内部を冷却することによりロールの温度を低温に保ち、ロールの変形を防止している。
冷却ロール１０a，１０bは、駆動装置１３a，１３b（モータ）の動力がスプロケットおよびチェンを介してロール軸１００に伝達されることで、上記の回転方向に回転駆動する。冷却ロール１０a，１０bは、操業条件に応じて回転速度を制御することができる。
【００１６】
１対の冷却ロール１０a，１０bのうち、一方の冷却ロール１０bの幅方向両端にはフランジ１０３が設けられるとともに、このフランジ１０３が他方の冷却ロール１０aの端面に接しており、このフランジ１０３によって、冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に形成される断面Ｖ溝状の凹部Ａ（スラグ液溜まりが形成される凹部）の両端を塞ぐ堰が形成される。
なお、上記フランジ１０３の代わりに、冷却ロール幅方向の両端側に、冷却ロール１０a，１０bの端面に接するようにして堰板を配置し、この堰板を適当な支持部材を介して装置本体（基体）に支持させるようにしてもよい。
【００１７】
また、本実施形態では、冷却ロール１０a，１０bのうち、一方の冷却ロール１０aの支持体１４aを水平方向スライド自在とすることにより、１対の冷却ロール１０a，１０bの軸間距離を可変とするとともに、冷却ロール１０aの支持体１４aを他方の冷却ロール１０b方向に付勢することで、冷却ロール１０a，１０bどうしを接触させる付勢手段１２を有している。具体的には、冷却ロール１０bの支持体１４bは支持基部５（装置基体）に固定され、一方、冷却ロール１０aの支持体１４aは、支持基部５に対して水平方向スライド可能に設けられるとともに、付勢手段１２であるエアシリンダ１６により冷却ロール１０b方向に付勢されている。前記エアシリンダ１６は、その一端部側（シリンダ本体１６０）が支持基部５に、他端部側（ピストンロッド１６１）が支持体１４aと一体のフレーム１４０に、それぞれ連結されている。
【００１８】
なお、付勢手段１２としては、エアシリンダ１６の代わりにスプリングなどを用いてもよい。また、上記のように一方の冷却ロール１０aだけではなく、両方の冷却ロール１０a，１０bの支持体１４a，１４bを水平方向スライド自在とし、かつ両方の冷却ロール１０a，１０bの支持体１４a，１４bを付勢手段１２により互いの方向に付勢するようにしてもよい。
以上のような構造では、付勢手段１２の作用で冷却ロール１０a，１０bどうしが適度な接触圧で接触するため、冷却ロール１０a，１０b間からの溶融スラグの漏れが防止できるとともに、冷却ロール１０a，１０bに熱膨張が生じても、その熱膨張は付勢手段１２で吸収されるので、ロールやその支持部の変形などが確実に防止できる。
【００１９】
前記冷却ロール１０a，１０bの上部には、冷却ロールの外周面に付着したスラグ（溶融・凝固状態の程度を問わない）を、冷却ロールとの間で拘束して加工する加工ロール１１が冷却ロールと平行に設けられている。この加工ロール１１は、例えば、冷却ロールの外周面に付着したスラグを、冷却ロールとの間で圧延して展伸させる。また、ロール面に凹凸を有する加工ロール１１を用いてもよく、この場合には、冷却ロールの外周面に付着したスラグを、必要に応じて圧延して展伸させつつ、ロール面の凹凸で細片状に分割する。
【００２０】
冷却ロール１０aに付設された加工ロール１１は、下端がフレーム１４０に回動可能に枢支１７０されたアーム１７の先端に回転自在に設けられ、このアーム１７に支持されることで、冷却ロール１０ａの上部に位置している。前記アーム１７は、フレーム１４０に立設された支持フレーム１９に対してシリンダ装置１８（油圧シリンダ）で保持され（シリンダ装置１８のシリンダ本体１８０が支持フレーム１９に、ピストンロッド１８１がアーム１７に、それぞれ連結されている）、このシリンダ装置１８のピストロッド１８１の伸縮により、アーム１７の回動角度が調整され、加工ロール１１の外周面と、冷却ロール１０aの外周面との間隔が調整できるようにしてある。
【００２１】
一方、冷却ロール１０bに付設された加工ロール１１については、その支持構造の図示は省略してあるが、加工ロール１１は、下端が支持基部５（装置本体）に回動可能に枢支されたアーム１７の先端に回転自在に設けられ、このアーム１７に支持されることで、冷却ロール１０bの上部に位置している。前記アーム１７は、支持基部５に立設された支持フレーム１９に対してシリンダ装置１８（油圧シリンダ）で保持され（シリンダ装置１８のシリンダ本体１８０が支持フレーム１９に、ピストンロッド１８１がアーム１７に、それぞれ連結されている）、このシリンダ装置１８のピストロッド１８１の伸縮により、アーム１７の回動角度が調整され、加工ロール１１の外周面と、冷却ロール１０bの外周面との間隔が調整される。
【００２２】
本実施形態の加工ロール１１は非駆動であり、フリー回転状態で冷却ロール１０a，１０bの上部外周面に付着したスラグを加工する。例えば、圧延ロール上のスラグを適当な厚さに圧延し、或いは必要に応じて圧延して展伸させつつ、ロール面の凹凸で細片状に分割する。なお、加工ロール１１は駆動ロールとしてもよい。
加工ロール１１は、冷却ロール面に付着したスラグを上記のように加工するためのものであるため、その外径は冷却ロール１０a，１０bの外径よりも十分小さくてよいが、ロール長さが長くなるとスラグ熱や自重で撓み、冷却ロール面との間隔がロール幅方向でバラツキやすくなるため、ロール長さやロール剛性に応じて外径を選択することが好ましい。
また、加工ロール１１についても、前記冷却ロール１０a，１０bと同様の内部冷却機構を備えた方が、スラグの冷却効率および圧延ロールの耐久性の観点から好ましい。
また、各冷却ロール１０a，１０bに対して、複数の加工ロール１１を配置してもよい。
【００２３】
前記スラグ供給装置２は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体２０と、この鍋保持体２０を傾動させる駆動装置２１と、前記鍋保持体２０を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、前記冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に供給する樋２２を備えている。
前記鍋保持体２０は、平面Ｕ字形状に構成され、そのＵ字形状の両腕の中間部に、スラグ鍋６の両端の軸部６０を支持する支持部２３を有している。この鍋保持体２０は、冷却処理装置１側の一端部であるＵ字形状の両腕の先端が、支持基部５に枢支２４され、この枢支部２４を支点として上下方向回動可能となっている。
また、鍋保持体２０には、スラグ鍋６に付設された固定金具６１を引っ掛けて係止するためのフック２６が設けられている。
【００２４】
前記駆動装置２１は、鍋保持体２０を前記枢支部２４を支点として上下方向に回動させる１対のシリンダ装置２５で構成され、このシリンダ装置２５のシリンダ本体２５０が支持基部５（装置基体）に支持され、ピストンロッド２５１が鍋保持体２０の他端部側（Ｕ字形状の両腕の基端部）に連結されている。
前記樋２２は、冷却ロール１０bの上方位置に配置され、前記鍋保持体２０を傾動させることでスラグ鍋６から流出した溶融スラグを案内し、冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部Ａ）に供給する。この樋２２は支持基部５（装置基体）に支持されている。
このスラグ供給装置２は、図示しない制御装置により、駆動装置２１（シリンダ装置２５）による鍋保持体２０の傾動速度を制御可能とし、その傾動速度制御により冷却処理装置１に対する溶融スラグの供給速度を制御できるようにしてある。鍋保持体２０の傾動速度の制御は、例えば、スラグ鍋を溶融スラグが鍋から流出する直前まで高速で傾け、その後は、低速の一定速度とし、スラグ流出量が一定となるようにする。
【００２５】
前記回収移送装置３は、冷却処理装置１で冷却・固化した後、冷却ロール１０a，１０bから剥離したスラグを回収して移送するもので、本実施形態では、移送コンベア３０で構成されている。この移送コンベア３０は、始端側が冷却ロール１０a，１０bの下方に位置するとともに、長手方向の途中から移送方向に向けて傾斜状に立ち上がり、終端側が所定の高さに位置している。図において、３１は移送コンベアの駆動装置（モータ）である。この移送コンベア３０は、十分な耐熱性を有する金属材で構成すればよいが、スラグ温度や連続処理量によってコンベアが高温になり、変形するおそれがある場合には、水、空気またはそれらの混合流体を吹き付けて冷却してもよい。
【００２６】
冷却ロール１０a，１０bの表面に付着して冷却されるスラグは、冷却ロール面がロール下方側に回り込み始める回転位置において自重により冷却ロール面から剥離し、このスラグは移送コンベア３０上に落下する。
この回収移送装置３の移送先でスラグの顕熱回収を行う場合には、回収移送装置３はスラグを保温できる構造を有することが好ましく、本実施形態のように回収移送装置３が移送コンベア３０からなる場合には、移送コンベア３０の搬送面を覆う保温カバーを設けることが好ましい。
【００２７】
前記熱回収装置４は、前記回収移送装置３（移送コンベア３０）で移送されてきたスラグを受け取り、その顕熱回収を行う。本実施形態では、傾斜状に立ち上がった移送コンベア３０の終端の下方に熱回収装置４が配置され、移送されてきたスラグがこの熱回収装置４に投入される。
なお、前記回収移送装置３をシュートなどで構成し、冷却ロール１０a，１０bから剥離したスラグを、このシュートを介して熱回収装置４に装入するようにしてもよい。
【００２８】
熱回収装置４の形式や構造は特に制限はないが、通常は、スラグと熱交換用のガスを接触させる熱回収塔を用いる。
図９は、熱回収装置４の一実施形態を示している。この熱回収装置４は、スラグを上部から装入して下部から取り出すようにした熱回収塔４０を備え、この熱回収塔４０内に充填され、塔内を下降するスラグに対して熱交換用のガスを向流方向（すなわち、下から上に）に流し、熱交換を行うようにしてある。このため、熱回収塔４０は、その上部にスラグ装入口４１とガス排出口４５を有し、下部にスラグ排出口４２とガス導入口４４を有している。熱回収塔４０の底部には、塔内のスラグ充填層Ｓにガスを吹き込むための分散板４６（多孔板）が設けられ、その下方に形成された風箱４７にガス導入口４４が設けられている。スラグ排出口４２には開閉可能なシャッター４３が設けられている。なお、図において４８は、移送コンベア３０の移送面を覆う保温カバーである。
【００２９】
この熱回収装置４では、回収移送装置３（移送コンベア３０）で移送されてきたスラグがスラグ装入口４１から熱回収塔４０内に装入され、スラグ充填層Ｓが形成される。熱回収塔４０内のスラグは、スラグ排出口４２（シャッター４３）を開放することで適宜排出され、それに伴い塔内のスラグは順次下降する。ガス導入口４４から熱交換用のガス（通常は空気）が導入され、分散板４６を通じて塔内に吹き込まれる。ガスは、塔内を上昇する間にスラグと熱交換し、スラグ顕熱を回収してガス排出口４５から排出される。通常、このガスはボイラーなどに導かれ、スラグ顕熱が蒸気として回収される。ガスは、循環使用することができ、その場合には、再びガス導入口４４に導かれる。
【００３０】
図１０は、熱回収装置４の他の実施形態を示している。図９の実施形態と同様、この熱回収装置４も、スラグを上部から装入して下部から取り出すようにした熱回収塔４０を備え、この熱回収塔４０内に充填され、塔内を下降するスラグに対して熱交換用のガスを向流方向に流し、熱交換を行うようにしてあるが、この実施形態では、熱回収塔４０内の上部隔壁を熱交換用の流体流路を有するメンブレン構造とすることにより、塔内の上部領域をボイラー構造部５４としてある。また、熱回収塔４０のガス排出口４５はホットサイクロン４９に接続され、このホットサイクロン４９のガス出側には、ボイラー５０とブロア５１が順に設けられている。また、熱回収塔４０の下部には、傾斜した底面に沿ってスラグをスラグ排出口４２側に押し出すためのプッシャー５２が設けられている。また、スラグ排出口４２の外側には、スラグ排出口４２から押し出されたスラグが充填状態で通過する通路５３が設けられ、この通路５３内を充填状態で通過するスラグにより、スラグ排出口４２（シャッター４３）を開放した際のマテリアルシールが形成されるようにしてある。なお、その他の構成は、図９の実施形態と同様である。
【００３１】
この熱回収装置４でも、図９の実施形態と同様、回収移送装置３（移送コンベア３０）で移送されてきたスラグがスラグ装入口４１から熱回収塔４０内に装入され、スラグ充填層Ｓが形成される。熱回収塔４０内のスラグは、スラグ排出口４２（シャッター４３）を開放し、プッシャー５２で押し出すことで適宜排出され、それに伴い塔内のスラグは順次下降する。ガス導入口４４から熱交換用のガス（通常は空気）が導入され、分散板４６を通じて塔内に吹き込まれる。ガスは、塔内を上昇する間にスラグと熱交換し、スラグ顕熱を回収する。このガスの顕熱の一部は塔上部のボイラー構造部５４（メンブレン構造部分）にて蒸気として回収され、次いで、ホットサイクロン４９で飛散した微細スラグが捕集された後、さらに、ガス顕熱の一部がボイラー５０にて蒸気として回収される。なお、ホットサイクロン４９の一部をメンブレン構造として、上記ボイラー構造部５４のように蒸気を回収してもよい。ボイラー５０の出側ガス温度は、通常１５０〜２００℃程度であり、ブロア５１で吸引して昇圧し、熱回収塔４０に循環使用するため、再びガス導入口４４に導かれる。
【００３２】
図５〜図８は、図１の実施形態の設備において、スラグ供給装置２の作動状態を示す側面図である。
任意の精錬プロセス、例えば製鋼プロセスで発生したスラグ（製鋼スラグ）はスラグ鍋６に入れられ、天井クレーン７で搬送されてくる。図５に示すように、このスラグ鍋６をスラグ供給装置２に吊り下ろし、その両軸部６０を鍋保持体２０の支持部２３に係合させ、スラグ鍋６を鍋保持体２０に保持させる。スラグ鍋６に付設された固定金具６１を鍋保持体２０のフック２６に引っ掛けて係止し、鍋保持体２０を傾動させた場合に、スラグ鍋６が鍋保持体２０と一体に傾動するよう、スラグ鍋６を鍋保持体２０に対して固定する。
【００３３】
図６に示すように、駆動装置２１を構成する１対のシリンダ装置２５のピストンロッド２５１を伸長させると、スラグ鍋６を保持した鍋保持体２０が枢支部２４を支点として傾動し、スラグ鍋６内の溶融スラグが冷却処理装置１（冷却ロール１０a，１０b）側に流れ出る。この溶融スラグは樋２２を経由して冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に供給される。図７および図８に示すように、シリンダ装置２５のピストンロッド２５１をさらに伸長させ、鍋保持体２０の傾動角を大きくしていくことにより、スラグ鍋６からの溶融スラグの払い出しが進む。この際、駆動装置２１（シリンダ装置２５）による鍋保持体２０の傾動速度を制御することにより、冷却処理装置１に対する溶融スラグの供給速度を制御することができる。
スラグ鍋６からの溶融スラグの払い出しが完了すると、シリンダ装置２５のピストンロッド２５１を縮小させて図５の状態に戻し、固定金具６１をフック２６から取り外した後、空のスラグ鍋６を天井クレーン７で吊り上げてスラグ供給装置２から取り出す。以上を繰り返すことで、処理設備に対する溶融スラグの供給を行う。
【００３４】
冷却処理装置１では、対向する外周部分が上向きに回転する冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部Ａ）に、樋２２から溶融スラグが供給され、スラグ液溜まりが形成される。溶融スラグは、回転する冷却ロール１０a，１０bの表面に付着することでスラグ液溜まりから持ち出され、冷却ロール１０a，１０bに板状に付着した状態で冷却される。
加工ロール１１によるスラグの加工は必要に応じて行えばよく、冷却ロールに付着したスラグが厚すぎる場合や、スラグをロール幅方向で冷却ロール面に均一に付着させ、冷却効率を高めたい場合などには、フラット面の加工ロール１１を所定の位置に配置し、冷却ロールとの間でスラグを圧延する。これによりスラグはロール幅方向に展伸され、薄くなるとともに、スラグの冷却効率が高まり、かつスラグの冷却速度も高くなる。また、冷却ロールに付着した板状のスラグを細かくしたい場合は、ロール面に凹凸を有する加工ロール１１を所定の位置に配置し、冷却ロール面に付着したスラグを、必要に応じて圧延して展伸させつつ、ロール面の凹凸で細片状に分割する。
【００３５】
溶融スラグは冷却ロール面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却された後、所定のロール回転位置において自重により冷却ロール面から自然に剥離し、この剥離したスラグはそのまま回収移送装置３を構成する移送コンベア３０に受け取られ、この移送コンベア３０で熱回収装置４に移送される。そして、この熱回収装置４において、例えば、上述したようなスラグの顕熱回収がなされる。
【００３６】
スラグの厚みは、冷却ロール１０a，１０bの回転速度で調整可能であり、回転速度を大きくするほど、スラグの厚みは薄くなる。但し、回転速度が大きすぎると、溶融スラグがロールで跳ね飛ばされて十分に冷却されず、形状と冷却速度が安定しないので、その点を考慮する必要がある。また、冷却ロール１０a，１０bの回転速度を制御することにより、冷却時間および冷却温度を調整することもできる。
【００３７】
通常、冷却ロール１０a，１０bによる冷却が完了した直後のスラグは、適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）に固化している。但し、スラグの性質や冷却処理装置１の使用形態によっては、スラグのロール接触面側は凝固しているが、自由表面側や内部は未凝固の場合もあり、溶融状態で流れて回収移送装置２に達するものもある。本発明において、冷却処理装置１において溶融スラグを冷却して固化させるとは、スラグが以上のような凝固状態に冷却される場合を含む意味とする。
冷却ロール１０ａ，１０ｂから剥離したスラグは未だ相当の高温であり、移送コンベア３０で移送するのに高温過ぎる場合には、冷却ロール１０ａ，１０ｂから剥離したスラグを散水冷却してもよい。散水冷却は、シャワー状散水による冷却、スプレー冷却、ミスト冷却のいずれでもよい。
【００３８】
本発明の処理設備によれば、製鉄所などで発生する溶融スラグ、特に塩基度が高く、粉化しやすいスラグの粉化を抑制しつつ冷却凝固させて、安定した塊状ないし破片状スラグを得ることができ、しかも凝固スラグからの顕熱回収も行うことができる。
本発明の処理設備で処理されたスラグは、通常、破砕処理または／および磨砕処理され、必要に応じて、篩い分けなどにより整粒することにより、粒状のスラグ製品を得ることができる。このスラグ製品の種類に制限はないが、通常は、土木材料や建築材料となるスラグ製品である。例えば、路盤材、細骨材、海洋土木材料などが挙げられる。
【００３９】
本発明の処理設備で処理されて得られるスラグ製品は急冷することにより製造されるため粉化が抑制され、このため微粉部分が少なくなり、海洋土木材として利用する際に海水が白濁することがない。また、薄い層状に急冷凝固させるため、破砕工程が簡略化でき、微粒分の少ない細骨材とすることができる。また、緻密質なものとなるため吸水率は低く、アスコン用にも利用できる硬質なものとなる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 冷却処理装置
２ スラグ供給装置
３ 回収移送装置
４ 熱回収装置
５ 支持基部
６ スラグ鍋
７ 天井クレーン
１０，１０a，１０b 冷却ロール
１１ 加工ロール
１２ 付勢手段
１３a，１３b 駆動装置
１４a，１４b 支持体
１５ 軸受
１６ エアシリンダ
１７ アーム
１８ シリンダ装置
１９ 支持フレーム
２０ 鍋保持体
２１ 駆動装置
２２ 樋
２３ 支持部
２４ 枢支部
２５ シリンダ装置
２６ フック
３０ 移送コンベア
３１ 駆動装置
４０ 熱回収塔
４１ スラグ装入口
４２ スラグ排出口
４３ シャッター
４４ ガス導入口
４５ ガス排出口
４６ 分散板
４７ 風箱
４８ 保温カバー
４９ ホットサイクロン
５０ ボイラー
５１ ブロア
５２ プッシャー
５３ 通路
５４ ボイラー構造部
６０ 軸部
６１ 固定金具
１００ ロール軸
１０１ 冷媒供給部
１０２ 冷媒排出部
１０３ フランジ
１４０ フレーム
１６０ シリンダ本体
１６１ ピストンロッド
１７０ 枢支部
１８０ シリンダ本体
１８１ ピストンロッド
２５０ シリンダ本体
２５１ ピストンロッド
Ａ 凹部
Ｓ スラグ充填層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼製造プロセスなどで発生する溶融スラグを冷却処理し、さらに好ましくはスラグの冷却・固化過程での顕熱回収を行うための処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造プロセスで発生する溶融スラグ（例えば、製鋼スラグ）の多くは、冷却ヤードにおいて放冷した後、散水して冷却される。また、一部では、パン冷却方式と呼ばれる鉄製の容器に流し込んで散水冷却する方法も採られることがある。
一方、溶融スラグを冷却処理するための装置として、双ロール（ドラム）方式のスラグ冷却処理装置が知られている（例えば、特許文献１など）。このスラグ冷却処理装置は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロールを備えており、この１対の冷却ロールの上部外周面間に上方から溶融スラグが供給され、スラグ液溜まりが形成される。このスラグ液溜まりから、回転する冷却ロールの表面に付着することで溶融スラグが持ち出され、この溶融スラグは冷却ロール面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却された後、所定のロール回転位置において自重により冷却ロール面から剥離し、回収手段に回収される。
【０００３】
このような冷却処理装置で溶融スラグを冷却処理することにより、（i）従来のような広大な冷却ヤードが必要ない、（ii）厚みの小さいスラグ凝固体が得られるため、所望の粒度の土木材料や骨材などへの加工が容易であるとともに、破砕処理して粒状スラグを製造する際の粉や細粒品の発生量が少ないため、製品歩留まりが向上する、（iii）冷却のための散水が不要であるか若しくは散水量が少なくて済むため、水分を含まない若しくは水分量が少ないスラグが得られ、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、などの利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０８３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような冷却処理装置を実操業で用いる場合、特定の精錬プロセス（例えば、転炉脱炭精錬）で発生した溶融スラグを迅速かつ効率的に処理すること、溶融スラグを冷却処理装置に一定量ずつ安定して供給すること、などが求められる。また、冷却ロールは溶融スラグの熱によって膨張するが、この熱膨張によって冷却ロールどうしが強く接触し、ロールやその支持部に変形が生じ、故障や損傷の原因となりやすい。これを防止するには、冷却ロール間にギャップを設けておく必要があるが、溶融スラグがそのギャップから下方に漏れ出してしまう問題がある。
また、近年、製鉄所内では、省エネルギーやＣＯ２の削減の観点から、種々のプロセスで発生する廃熱を回収・利用する必要性が高まりつつあり、その廃熱源の一つとして高温状態で発生するスラグが考えられる。
【０００６】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、溶融スラグを迅速かつ効率的に冷却処理することができ、しかも溶融スラグを冷却処理装置に一定量ずつ安定して供給することができる溶融スラグの処理設備を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、双ロール方式のスラグ冷却処理装置を備えた設備において、冷却ロール間からの溶融スラグの漏れなどの問題を生じることなく、冷却ロールの熱膨張に伴う故障や損傷が生じにくい設備を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、冷却・固化させた後、未だ高温状態にあるスラグから顕熱回収を行うことができる設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］回転可能な冷却ロール（１０）を備え、回転する冷却ロール（１０）の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置（１）と、該冷却処理装置（１）に溶融スラグを供給するスラグ供給装置（２）と、前記冷却処理装置（１）で冷却・固化した後、冷却ロール（１０）から剥離したスラグを回収して移送する回収移送装置（３）を有し、
前記スラグ供給装置（２）は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体（２０）と、該鍋保持体（２０）を傾動させる駆動装置（２１）と、前記鍋保持体（２０）を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、前記冷却ロール（１０）の外周面に供給する樋（２２）を備えることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【０００８】
［2］上記［1］の処理設備において、冷却処理装置（１）は、冷却ロール（１０）の外周面に付着したスラグを、冷却ロール（１０）との間で拘束して加工する加工ロール（１１）を備えることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［3］上記［1］または［2］の処理設備において、鍋保持体（２０）は、冷却処理装置（１）側の一端部が支持基部（５）に枢支され、該枢支部（２４）を支点として上下方向回動可能であり、駆動装置（２１）は、鍋保持体（２０）を前記枢支部（２４）を支点として上下方向に回動させるシリンダ装置（２５）からなることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの処理設備において、冷却処理装置（１）は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロール（１０a），（１０b）を備え、スラグ供給装置（２）の樋（２２）から、前記１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の上部外周面間に溶融スラグが供給されるようにしたことを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【０００９】
［5］上記［4］の処理設備において、少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を水平方向スライド自在とすることにより、１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の軸間距離を可変とするとともに、
少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を他方の冷却ロール（１０b）方向に付勢することで、冷却ロール（１０a），（１０b）どうしを接触させる付勢手段（１２）を有することを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［6］上記［5］の処理設備において、付勢手段（１２）がエアシリンダまたはスプリングであることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【００１０】
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの処理設備において、駆動装置（２１）による鍋保持体（２０）の傾動速度を制御可能とし、その傾動速度制御により冷却処理装置（１）に対する溶融スラグの供給速度を制御できるようにしたことを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの処理設備において、固化したスラグから顕熱回収を行う熱回収装置（４）を有し、回収移送装置（３）で移送されたスラグが前記熱回収装置（４）に投入されることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
［9］上記［8］の処理設備において、熱回収装置（４）は、内部で熱交換用のガスとスラグを接触させる熱回収塔（４０）を備え、該熱回収塔（４０）は、上部にスラグ装入口とガス排出口を有し、下部にスラグ排出口とガス導入口を有することを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の処理設備は、溶融スラグを迅速かつ効率的に冷却処理することができ、しかも溶融スラグを冷却処理装置に一定量ずつ安定して供給することができる。このため、鉄鋼製造プロセスで発生する製鋼スラグなどの溶融スラグを利材化に適した形状に効率的に処理することができる。
また、双ロール方式のスラグ冷却処理装置を備えた設備において、特定の構造を採ることにより、冷却ロール間からの溶融スラグの漏れなどの問題を生じることなく、冷却ロールの熱膨張に伴う故障や損傷を確実に防止することができる。
さらに、スラグの顕熱回収を行う熱回収装置を設けることにより、冷却・固化させた後、未だ高温状態にあるスラグから効率的な顕熱回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の溶融スラグの処理設備の一実施形態を示す側面図
【図２】図１の実施形態の平面図
【図３】図１の実施形態における冷却処理装置の側面図
【図４】図１の実施形態における冷却処理装置を構成する冷却ロールの平面図
【図５】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図６】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図７】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図８】図１の実施形態の使用状況を示す側面図
【図９】本発明の処理設備における熱回収装置の一実施形態を示す説明図
【図１０】本発明の処理設備における熱回収装置の他の実施形態を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図４は、本発明の溶融スラグの処理設備の一実施形態を示すもので、図１は側面図、図２は平面図、図３は冷却処理装置の側面図、図４は冷却処理装置を構成する冷却ロールの平面図である。なお、図２では、図１に示される加工ロール１１、付勢手段１２、樋２２などは省略してある。
この処理設備は、溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置１と、この冷却処理装置１に溶融スラグを供給するスラグ供給装置２と、前記冷却処理装置１で冷却・固化したスラグを回収して移送する回収移送装置３と、この回収移送装置３で移送されたスラグを受け入れ、スラグから顕熱回収を行う熱回収装置４を有する。なお、この熱回収装置４は、スラグから顕熱回収を行う場合に設ける。
【００１４】
前記冷却処理装置１は、回転可能な冷却ロール１０（冷却ドラム）を備え、回転する冷却ロール１０の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させるものであり、本実施形態では、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロール１０a，１０bを備え、後述するスラグ供給装置２の樋２２から、前記１対の冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に溶融スラグが供給されるようになっている。
冷却ロール１０a，１０bは、そのロール軸１００が支持体１４a，１４bに設けられた軸受１５に軸支されることで、支持体１４a，１４bに回転自在に支持されている。
【００１５】
冷却ロール１０a，１０bの内部には、冷媒を通すための流路を有する内部冷却機構（図示せず）が設けられ、この内部冷却機構に対する冷媒供給部１０１と冷媒排出部１０２がロール軸１００の各端部に各々設けられ、回転継手を介して外部の配管との間で冷媒の給排がなされるようになっている。なお、冷媒には一般に水（冷却水）が用いられるが、他の流体（液体または気体）を用いてもよい。
また、冷却ロール１０a，１０bのスラグと接触する面は銅製であり、内部を冷却することによりロールの温度を低温に保ち、ロールの変形を防止している。
冷却ロール１０a，１０bは、駆動装置１３a，１３b（モータ）の動力がスプロケットおよびチェンを介してロール軸１００に伝達されることで、上記の回転方向に回転駆動する。冷却ロール１０a，１０bは、操業条件に応じて回転速度を制御することができる。
【００１６】
１対の冷却ロール１０a，１０bのうち、一方の冷却ロール１０bの幅方向両端にはフランジ１０３が設けられるとともに、このフランジ１０３が他方の冷却ロール１０aの端面に接しており、このフランジ１０３によって、冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に形成される断面Ｖ溝状の凹部Ａ（スラグ液溜まりが形成される凹部）の両端を塞ぐ堰が形成される。
なお、上記フランジ１０３の代わりに、冷却ロール幅方向の両端側に、冷却ロール１０a，１０bの端面に接するようにして堰板を配置し、この堰板を適当な支持部材を介して装置本体（基体）に支持させるようにしてもよい。
【００１７】
また、本実施形態では、冷却ロール１０a，１０bのうち、一方の冷却ロール１０aの支持体１４aを水平方向スライド自在とすることにより、１対の冷却ロール１０a，１０bの軸間距離を可変とするとともに、冷却ロール１０aの支持体１４aを他方の冷却ロール１０b方向に付勢することで、冷却ロール１０a，１０bどうしを接触させる付勢手段１２を有している。具体的には、冷却ロール１０bの支持体１４bは支持基部５（装置基体）に固定され、一方、冷却ロール１０aの支持体１４aは、支持基部５に対して水平方向スライド可能に設けられるとともに、付勢手段１２であるエアシリンダ１６により冷却ロール１０b方向に付勢されている。前記エアシリンダ１６は、その一端部側（シリンダ本体１６０）が支持基部５に、他端部側（ピストンロッド１６１）が支持体１４aと一体のフレーム１４０に、それぞれ連結されている。
【００１８】
なお、付勢手段１２としては、エアシリンダ１６の代わりにスプリングなどを用いてもよい。また、上記のように一方の冷却ロール１０aだけではなく、両方の冷却ロール１０a，１０bの支持体１４a，１４bを水平方向スライド自在とし、かつ両方の冷却ロール１０a，１０bの支持体１４a，１４bを付勢手段１２により互いの方向に付勢するようにしてもよい。
以上のような構造では、付勢手段１２の作用で冷却ロール１０a，１０bどうしが適度な接触圧で接触するため、冷却ロール１０a，１０b間からの溶融スラグの漏れが防止できるとともに、冷却ロール１０a，１０bに熱膨張が生じても、その熱膨張は付勢手段１２で吸収されるので、ロールやその支持部の変形などが確実に防止できる。
【００１９】
前記冷却ロール１０a，１０bの上部には、冷却ロールの外周面に付着したスラグ（溶融・凝固状態の程度を問わない）を、冷却ロールとの間で拘束して加工する加工ロール１１が冷却ロールと平行に設けられている。この加工ロール１１は、例えば、冷却ロールの外周面に付着したスラグを、冷却ロールとの間で圧延して展伸させる。また、ロール面に凹凸を有する加工ロール１１を用いてもよく、この場合には、冷却ロールの外周面に付着したスラグを、必要に応じて圧延して展伸させつつ、ロール面の凹凸で細片状に分割する。
【００２０】
冷却ロール１０aに付設された加工ロール１１は、下端がフレーム１４０に回動可能に枢支１７０されたアーム１７の先端に回転自在に設けられ、このアーム１７に支持されることで、冷却ロール１０ａの上部に位置している。前記アーム１７は、フレーム１４０に立設された支持フレーム１９に対してシリンダ装置１８（油圧シリンダ）で保持され（シリンダ装置１８のシリンダ本体１８０が支持フレーム１９に、ピストンロッド１８１がアーム１７に、それぞれ連結されている）、このシリンダ装置１８のピストロッド１８１の伸縮により、アーム１７の回動角度が調整され、加工ロール１１の外周面と、冷却ロール１０aの外周面との間隔が調整できるようにしてある。
【００２１】
一方、冷却ロール１０bに付設された加工ロール１１については、その支持構造の図示は省略してあるが、加工ロール１１は、下端が支持基部５（装置本体）に回動可能に枢支されたアーム１７の先端に回転自在に設けられ、このアーム１７に支持されることで、冷却ロール１０bの上部に位置している。前記アーム１７は、支持基部５に立設された支持フレーム１９に対してシリンダ装置１８（油圧シリンダ）で保持され（シリンダ装置１８のシリンダ本体１８０が支持フレーム１９に、ピストンロッド１８１がアーム１７に、それぞれ連結されている）、このシリンダ装置１８のピストロッド１８１の伸縮により、アーム１７の回動角度が調整され、加工ロール１１の外周面と、冷却ロール１０bの外周面との間隔が調整される。
【００２２】
本実施形態の加工ロール１１は非駆動であり、フリー回転状態で冷却ロール１０a，１０bの上部外周面に付着したスラグを加工する。例えば、圧延ロール上のスラグを適当な厚さに圧延し、或いは必要に応じて圧延して展伸させつつ、ロール面の凹凸で細片状に分割する。なお、加工ロール１１は駆動ロールとしてもよい。
加工ロール１１は、冷却ロール面に付着したスラグを上記のように加工するためのものであるため、その外径は冷却ロール１０a，１０bの外径よりも十分小さくてよいが、ロール長さが長くなるとスラグ熱や自重で撓み、冷却ロール面との間隔がロール幅方向でバラツキやすくなるため、ロール長さやロール剛性に応じて外径を選択することが好ましい。
また、加工ロール１１についても、前記冷却ロール１０a，１０bと同様の内部冷却機構を備えた方が、スラグの冷却効率および圧延ロールの耐久性の観点から好ましい。
また、各冷却ロール１０a，１０bに対して、複数の加工ロール１１を配置してもよい。
【００２３】
前記スラグ供給装置２は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体２０と、この鍋保持体２０を傾動させる駆動装置２１と、前記鍋保持体２０を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、前記冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に供給する樋２２を備えている。
前記鍋保持体２０は、平面Ｕ字形状に構成され、そのＵ字形状の両腕の中間部に、スラグ鍋６の両端の軸部６０を支持する支持部２３を有している。この鍋保持体２０は、冷却処理装置１側の一端部であるＵ字形状の両腕の先端が、支持基部５に枢支２４され、この枢支部２４を支点として上下方向回動可能となっている。
また、鍋保持体２０には、スラグ鍋６に付設された固定金具６１を引っ掛けて係止するためのフック２６が設けられている。
【００２４】
前記駆動装置２１は、鍋保持体２０を前記枢支部２４を支点として上下方向に回動させる１対のシリンダ装置２５で構成され、このシリンダ装置２５のシリンダ本体２５０が支持基部５（装置基体）に支持され、ピストンロッド２５１が鍋保持体２０の他端部側（Ｕ字形状の両腕の基端部）に連結されている。
前記樋２２は、冷却ロール１０bの上方位置に配置され、前記鍋保持体２０を傾動させることでスラグ鍋６から流出した溶融スラグを案内し、冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部Ａ）に供給する。この樋２２は支持基部５（装置基体）に支持されている。
このスラグ供給装置２は、図示しない制御装置により、駆動装置２１（シリンダ装置２５）による鍋保持体２０の傾動速度を制御可能とし、その傾動速度制御により冷却処理装置１に対する溶融スラグの供給速度を制御できるようにしてある。鍋保持体２０の傾動速度の制御は、例えば、スラグ鍋を溶融スラグが鍋から流出する直前まで高速で傾け、その後は、低速の一定速度とし、スラグ流出量が一定となるようにする。
【００２５】
前記回収移送装置３は、冷却処理装置１で冷却・固化した後、冷却ロール１０a，１０bから剥離したスラグを回収して移送するもので、本実施形態では、移送コンベア３０で構成されている。この移送コンベア３０は、始端側が冷却ロール１０a，１０bの下方に位置するとともに、長手方向の途中から移送方向に向けて傾斜状に立ち上がり、終端側が所定の高さに位置している。図において、３１は移送コンベアの駆動装置（モータ）である。この移送コンベア３０は、十分な耐熱性を有する金属材で構成すればよいが、スラグ温度や連続処理量によってコンベアが高温になり、変形するおそれがある場合には、水、空気またはそれらの混合流体を吹き付けて冷却してもよい。
【００２６】
冷却ロール１０a，１０bの表面に付着して冷却されるスラグは、冷却ロール面がロール下方側に回り込み始める回転位置において自重により冷却ロール面から剥離し、このスラグは移送コンベア３０上に落下する。
この回収移送装置３の移送先でスラグの顕熱回収を行う場合には、回収移送装置３はスラグを保温できる構造を有することが好ましく、本実施形態のように回収移送装置３が移送コンベア３０からなる場合には、移送コンベア３０の搬送面を覆う保温カバーを設けることが好ましい。
【００２７】
前記熱回収装置４は、前記回収移送装置３（移送コンベア３０）で移送されてきたスラグを受け取り、その顕熱回収を行う。本実施形態では、傾斜状に立ち上がった移送コンベア３０の終端の下方に熱回収装置４が配置され、移送されてきたスラグがこの熱回収装置４に投入される。
なお、前記回収移送装置３をシュートなどで構成し、冷却ロール１０a，１０bから剥離したスラグを、このシュートを介して熱回収装置４に装入するようにしてもよい。
【００２８】
熱回収装置４の形式や構造は特に制限はないが、通常は、スラグと熱交換用のガスを接触させる熱回収塔を用いる。
図９は、熱回収装置４の一実施形態を示している。この熱回収装置４は、スラグを上部から装入して下部から取り出すようにした熱回収塔４０を備え、この熱回収塔４０内に充填され、塔内を下降するスラグに対して熱交換用のガスを向流方向（すなわち、下から上に）に流し、熱交換を行うようにしてある。このため、熱回収塔４０は、その上部にスラグ装入口４１とガス排出口４５を有し、下部にスラグ排出口４２とガス導入口４４を有している。熱回収塔４０の底部には、塔内のスラグ充填層Ｓにガスを吹き込むための分散板４６（多孔板）が設けられ、その下方に形成された風箱４７にガス導入口４４が設けられている。スラグ排出口４２には開閉可能なシャッター４３が設けられている。なお、図において４８は、移送コンベア３０の移送面を覆う保温カバーである。
【００２９】
この熱回収装置４では、回収移送装置３（移送コンベア３０）で移送されてきたスラグがスラグ装入口４１から熱回収塔４０内に装入され、スラグ充填層Ｓが形成される。熱回収塔４０内のスラグは、スラグ排出口４２（シャッター４３）を開放することで適宜排出され、それに伴い塔内のスラグは順次下降する。ガス導入口４４から熱交換用のガス（通常は空気）が導入され、分散板４６を通じて塔内に吹き込まれる。ガスは、塔内を上昇する間にスラグと熱交換し、スラグ顕熱を回収してガス排出口４５から排出される。通常、このガスはボイラーなどに導かれ、スラグ顕熱が蒸気として回収される。ガスは、循環使用することができ、その場合には、再びガス導入口４４に導かれる。
【００３０】
図１０は、熱回収装置４の他の実施形態を示している。図９の実施形態と同様、この熱回収装置４も、スラグを上部から装入して下部から取り出すようにした熱回収塔４０を備え、この熱回収塔４０内に充填され、塔内を下降するスラグに対して熱交換用のガスを向流方向に流し、熱交換を行うようにしてあるが、この実施形態では、熱回収塔４０内の上部隔壁を熱交換用の流体流路を有するメンブレン構造とすることにより、塔内の上部領域をボイラー構造部５４としてある。また、熱回収塔４０のガス排出口４５はホットサイクロン４９に接続され、このホットサイクロン４９のガス出側には、ボイラー５０とブロア５１が順に設けられている。また、熱回収塔４０の下部には、傾斜した底面に沿ってスラグをスラグ排出口４２側に押し出すためのプッシャー５２が設けられている。また、スラグ排出口４２の外側には、スラグ排出口４２から押し出されたスラグが充填状態で通過する通路５３が設けられ、この通路５３内を充填状態で通過するスラグにより、スラグ排出口４２（シャッター４３）を開放した際のマテリアルシールが形成されるようにしてある。なお、その他の構成は、図９の実施形態と同様である。
【００３１】
この熱回収装置４でも、図９の実施形態と同様、回収移送装置３（移送コンベア３０）で移送されてきたスラグがスラグ装入口４１から熱回収塔４０内に装入され、スラグ充填層Ｓが形成される。熱回収塔４０内のスラグは、スラグ排出口４２（シャッター４３）を開放し、プッシャー５２で押し出すことで適宜排出され、それに伴い塔内のスラグは順次下降する。ガス導入口４４から熱交換用のガス（通常は空気）が導入され、分散板４６を通じて塔内に吹き込まれる。ガスは、塔内を上昇する間にスラグと熱交換し、スラグ顕熱を回収する。このガスの顕熱の一部は塔上部のボイラー構造部５４（メンブレン構造部分）にて蒸気として回収され、次いで、ホットサイクロン４９で飛散した微細スラグが捕集された後、さらに、ガス顕熱の一部がボイラー５０にて蒸気として回収される。なお、ホットサイクロン４９の一部をメンブレン構造として、上記ボイラー構造部５４のように蒸気を回収してもよい。ボイラー５０の出側ガス温度は、通常１５０〜２００℃程度であり、ブロア５１で吸引して昇圧し、熱回収塔４０に循環使用するため、再びガス導入口４４に導かれる。
【００３２】
図５〜図８は、図１の実施形態の設備において、スラグ供給装置２の作動状態を示す側面図である。
任意の精錬プロセス、例えば製鋼プロセスで発生したスラグ（製鋼スラグ）はスラグ鍋６に入れられ、天井クレーン７で搬送されてくる。図５に示すように、このスラグ鍋６をスラグ供給装置２に吊り下ろし、その両軸部６０を鍋保持体２０の支持部２３に係合させ、スラグ鍋６を鍋保持体２０に保持させる。スラグ鍋６に付設された固定金具６１を鍋保持体２０のフック２６に引っ掛けて係止し、鍋保持体２０を傾動させた場合に、スラグ鍋６が鍋保持体２０と一体に傾動するよう、スラグ鍋６を鍋保持体２０に対して固定する。
【００３３】
図６に示すように、駆動装置２１を構成する１対のシリンダ装置２５のピストンロッド２５１を伸長させると、スラグ鍋６を保持した鍋保持体２０が枢支部２４を支点として傾動し、スラグ鍋６内の溶融スラグが冷却処理装置１（冷却ロール１０a，１０b）側に流れ出る。この溶融スラグは樋２２を経由して冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間に供給される。図７および図８に示すように、シリンダ装置２５のピストンロッド２５１をさらに伸長させ、鍋保持体２０の傾動角を大きくしていくことにより、スラグ鍋６からの溶融スラグの払い出しが進む。この際、駆動装置２１（シリンダ装置２５）による鍋保持体２０の傾動速度を制御することにより、冷却処理装置１に対する溶融スラグの供給速度を制御することができる。
スラグ鍋６からの溶融スラグの払い出しが完了すると、シリンダ装置２５のピストンロッド２５１を縮小させて図５の状態に戻し、固定金具６１をフック２６から取り外した後、空のスラグ鍋６を天井クレーン７で吊り上げてスラグ供給装置２から取り出す。以上を繰り返すことで、処理設備に対する溶融スラグの供給を行う。
【００３４】
冷却処理装置１では、対向する外周部分が上向きに回転する冷却ロール１０a，１０bの上部外周面間（断面Ｖ溝状の凹部Ａ）に、樋２２から溶融スラグが供給され、スラグ液溜まりが形成される。溶融スラグは、回転する冷却ロール１０a，１０bの表面に付着することでスラグ液溜まりから持ち出され、冷却ロール１０a，１０bに板状に付着した状態で冷却される。
加工ロール１１によるスラグの加工は必要に応じて行えばよく、冷却ロールに付着したスラグが厚すぎる場合や、スラグをロール幅方向で冷却ロール面に均一に付着させ、冷却効率を高めたい場合などには、フラット面の加工ロール１１を所定の位置に配置し、冷却ロールとの間でスラグを圧延する。これによりスラグはロール幅方向に展伸され、薄くなるとともに、スラグの冷却効率が高まり、かつスラグの冷却速度も高くなる。また、冷却ロールに付着した板状のスラグを細かくしたい場合は、ロール面に凹凸を有する加工ロール１１を所定の位置に配置し、冷却ロール面に付着したスラグを、必要に応じて圧延して展伸させつつ、ロール面の凹凸で細片状に分割する。
【００３５】
溶融スラグは冷却ロール面に付着した状態で適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）まで冷却された後、所定のロール回転位置において自重により冷却ロール面から自然に剥離し、この剥離したスラグはそのまま回収移送装置３を構成する移送コンベア３０に受け取られ、この移送コンベア３０で熱回収装置４に移送される。そして、この熱回収装置４において、例えば、上述したようなスラグの顕熱回収がなされる。
【００３６】
スラグの厚みは、冷却ロール１０a，１０bの回転速度で調整可能であり、回転速度を大きくするほど、スラグの厚みは薄くなる。但し、回転速度が大きすぎると、溶融スラグがロールで跳ね飛ばされて十分に冷却されず、形状と冷却速度が安定しないので、その点を考慮する必要がある。また、冷却ロール１０a，１０bの回転速度を制御することにより、冷却時間および冷却温度を調整することもできる。
【００３７】
通常、冷却ロール１０a，１０bによる冷却が完了した直後のスラグは、適度な凝固状態（例えば、半凝固状態または表層のみ凝固した状態）に固化している。但し、スラグの性質や冷却処理装置１の使用形態によっては、スラグのロール接触面側は凝固しているが、自由表面側や内部は未凝固の場合もあり、溶融状態で流れて回収移送装置２に達するものもある。本発明において、冷却処理装置１において溶融スラグを冷却して固化させるとは、スラグが以上のような凝固状態に冷却される場合を含む意味とする。
冷却ロール１０ａ，１０ｂから剥離したスラグは未だ相当の高温であり、移送コンベア３０で移送するのに高温過ぎる場合には、冷却ロール１０ａ，１０ｂから剥離したスラグを散水冷却してもよい。散水冷却は、シャワー状散水による冷却、スプレー冷却、ミスト冷却のいずれでもよい。
【００３８】
本発明の処理設備によれば、製鉄所などで発生する溶融スラグ、特に塩基度が高く、粉化しやすいスラグの粉化を抑制しつつ冷却凝固させて、安定した塊状ないし破片状スラグを得ることができ、しかも凝固スラグからの顕熱回収も行うことができる。
本発明の処理設備で処理されたスラグは、通常、破砕処理または／および磨砕処理され、必要に応じて、篩い分けなどにより整粒することにより、粒状のスラグ製品を得ることができる。このスラグ製品の種類に制限はないが、通常は、土木材料や建築材料となるスラグ製品である。例えば、路盤材、細骨材、海洋土木材料などが挙げられる。
【００３９】
本発明の処理設備で処理されて得られるスラグ製品は急冷することにより製造されるため粉化が抑制され、このため微粉部分が少なくなり、海洋土木材として利用する際に海水が白濁することがない。また、薄い層状に急冷凝固させるため、破砕工程が簡略化でき、微粒分の少ない細骨材とすることができる。また、緻密質なものとなるため吸水率は低く、アスコン用にも利用できる硬質なものとなる。
【符号の説明】
【００４０】
１ 冷却処理装置
２ スラグ供給装置
３ 回収移送装置
４ 熱回収装置
５ 支持基部
６ スラグ鍋
７ 天井クレーン
１０，１０a，１０b 冷却ロール
１１ 加工ロール
１２ 付勢手段
１３a，１３b 駆動装置
１４a，１４b 支持体
１５ 軸受
１６ エアシリンダ
１７ アーム
１８ シリンダ装置
１９ 支持フレーム
２０ 鍋保持体
２１ 駆動装置
２２ 樋
２３ 支持部
２４ 枢支部
２５ シリンダ装置
２６ フック
３０ 移送コンベア
３１ 駆動装置
４０ 熱回収塔
４１ スラグ装入口
４２ スラグ排出口
４３ シャッター
４４ ガス導入口
４５ ガス排出口
４６ 分散板
４７ 風箱
４８ 保温カバー
４９ ホットサイクロン
５０ ボイラー
５１ ブロア
５２ プッシャー
５３ 通路
５４ ボイラー構造部
６０ 軸部
６１ 固定金具
１００ ロール軸
１０１ 冷媒供給部
１０２ 冷媒排出部
１０３ フランジ
１４０ フレーム
１６０ シリンダ本体
１６１ ピストンロッド
１７０ 枢支部
１８０ シリンダ本体
１８１ ピストンロッド
２５０ シリンダ本体
２５１ ピストンロッド
Ａ 凹部
Ｓ スラグ充填層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な冷却ロール（１０）を備え、回転する冷却ロール（１０）の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置（１）と、該冷却処理装置（１）に溶融スラグを供給するスラグ供給装置（２）と、前記冷却処理装置（１）で冷却・固化した後、冷却ロール（１０）から剥離したスラグを回収して移送する回収移送装置（３）を有し、
前記スラグ供給装置（２）は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体（２０）と、該鍋保持体（２０）を傾動させる駆動装置（２１）と、前記鍋保持体（２０）を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、前記冷却ロール（１０）の外周面に供給する樋（２２）を備えることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【請求項２】
冷却処理装置（１）は、冷却ロール（１０）の外周面に付着したスラグを、冷却ロール（１０）との間で拘束して加工する加工ロール（１１）を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項３】
鍋保持体（２０）は、冷却処理装置（１）側の一端部が支持基部（５）に枢支され、該枢支部（２４）を支点として上下方向回動可能であり、
駆動装置（２１）は、鍋保持体（２０）を前記枢支部（２４）を支点として上下方向に回動させるシリンダ装置（２５）からなることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項４】
冷却処理装置（１）は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロール（１０a），（１０b）を備え、スラグ供給装置（２）の樋（２２）から、前記１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の上部外周面間に溶融スラグが供給されるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項５】
少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を水平方向スライド自在とすることにより、１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の軸間距離を可変とするとともに、
少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を他方の冷却ロール（１０b）方向に付勢することで、冷却ロール（１０a），（１０b）どうしを接触させる付勢手段（１２）を有することを特徴とする請求項４に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項６】
付勢手段（１２）がエアシリンダまたはスプリングであることを特徴とする請求項５に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項７】
駆動装置（２１）による鍋保持体（２０）の傾動速度を制御可能とし、その傾動速度制御により冷却処理装置（１）に対する溶融スラグの供給速度を制御できるようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項８】
固化したスラグから顕熱回収を行う熱回収装置（４）を有し、回収移送装置（３）で移送されたスラグが前記熱回収装置（４）に投入されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項９】
熱回収装置（４）は、内部で熱交換用のガスとスラグを接触させる熱回収塔（４０）を備え、該熱回収塔（４０）は、上部にスラグ装入口とガス排出口を有し、下部にスラグ排出口とガス導入口を有することを特徴とする請求項８に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項１】
回転可能な冷却ロール（１０）を備え、回転する冷却ロール（１０）の外周面に供給された溶融スラグを冷却して固化させる冷却処理装置（１）と、該冷却処理装置（１）に溶融スラグを供給するスラグ供給装置（２）と、前記冷却処理装置（１）で冷却・固化した後、冷却ロール（１０）から剥離したスラグを回収して移送する回収移送装置（３）を有し、
前記スラグ供給装置（２）は、スラグ鍋を脱着可能に保持する傾動可能な鍋保持体（２０）と、該鍋保持体（２０）を傾動させる駆動装置（２１）と、前記鍋保持体（２０）を傾動させることでスラグ鍋から流出した溶融スラグを案内し、前記冷却ロール（１０）の外周面に供給する樋（２２）を備えることを特徴とする溶融スラグの処理設備。
【請求項２】
冷却処理装置（１）は、冷却ロール（１０）の外周面に付着したスラグを、冷却ロール（１０）との間で拘束して加工する加工ロール（１１）を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項３】
鍋保持体（２０）は、冷却処理装置（１）側の一端部が支持基部（５）に枢支され、該枢支部（２４）を支点として上下方向回動可能であり、
駆動装置（２１）は、鍋保持体（２０）を前記枢支部（２４）を支点として上下方向に回動させるシリンダ装置（２５）からなることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項４】
冷却処理装置（１）は、水平方向で並列し、対向する外周部分が上向きに回転する回転方向を有する１対の冷却ロール（１０a），（１０b）を備え、スラグ供給装置（２）の樋（２２）から、前記１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の上部外周面間に溶融スラグが供給されるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項５】
少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を水平方向スライド自在とすることにより、１対の冷却ロール（１０a），（１０b）の軸間距離を可変とするとともに、
少なくとも一方の冷却ロール（１０a）の支持体（１４a）を他方の冷却ロール（１０b）方向に付勢することで、冷却ロール（１０a），（１０b）どうしを接触させる付勢手段（１２）を有することを特徴とする請求項４に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項６】
付勢手段（１２）がエアシリンダまたはスプリングであることを特徴とする請求項５に記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項７】
駆動装置（２１）による鍋保持体（２０）の傾動速度を制御可能とし、その傾動速度制御により冷却処理装置（１）に対する溶融スラグの供給速度を制御できるようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項８】
固化したスラグから顕熱回収を行う熱回収装置（４）を有し、回収移送装置（３）で移送されたスラグが前記熱回収装置（４）に投入されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶融スラグの処理設備。
【請求項９】
熱回収装置（４）は、内部で熱交換用のガスとスラグを接触させる熱回収塔（４０）を備え、該熱回収塔（４０）は、上部にスラグ装入口とガス排出口を有し、下部にスラグ排出口とガス導入口を有することを特徴とする請求項８に記載の溶融スラグの処理設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４１７（Ｐ２０１２−１４１７Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４１１００（Ｐ２０１０−１４１１００）
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「環境調和型製鉄プロセス技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２１日（２０１０．６．２１）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「環境調和型製鉄プロセス技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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