JP4045128B2

JP4045128B2 - 溶融スラグの冷却方法およびその装置

Info

Publication number: JP4045128B2
Application number: JP2002158743A
Authority: JP
Inventors: 英二池崎; 敏隆湯木; 孝幸兼安; 祐二平本; 由一長尾; 森男土谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP2004003713A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融スラグを機械的に剪断粒化分散させ回転式捕集フード内で冷却する設備において、スラグの急冷効果を最大限発揮させると共に注滓速度変動による急冷効果の変動を極小化することによりスラグの粉化を防止する溶融スラグの冷却方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、転炉、電気炉等の鉄鋼精錬炉から排出されるスラグ中には通常炉内精錬過程で大量に使用されるＣａＯあるいはＣａＣＯ₃が十分にスラグ化せず、いわゆる未滓化石灰として０．１〜４％程度残留している。また、鉄鋼精錬炉内張り耐火物からスラグ中に溶出したり、熱的スポーリング現象で剥落しスラグ中に混入した内張り耐火物のＭｇＯ成分、さらには炉体内張り耐火物保護のため、スラグ中に投入されたレンガ屑に由来するＭｇＯ分も含まれており、これらのＭｇＯ分のうち未滓化ＭｇＯも０．１〜２％程度残留している。
【０００３】
これらの未滓化ＣａＯ、未滓化ＭｇＯがスラグ中に残留した状態で路盤材、細骨材、仮設材等に使用されると長い年月の間に使用環境中の水分とＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）₂、ＭｇＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）₂なる水和反応を生じ約２倍程度の体積膨張を生じる。この体積膨張は、当該スラグが施工された道路に局所的な盛り上がりを生じたり、或いはテトラポットの如き成型品に使用された場合亀裂剥離欠落を生じるため、上記土木用材等に出荷する前に、予めこれら製鋼スラグ中に通常、大気圧下で蒸気を３〜４日間吹き込む８０〜１００℃の雰囲気下で水和反応を促進し、残存膨張代が殆どない状態まで事前処理する、いわゆる蒸気エージング処理が実施されている。
【０００４】
この処理方式は、０．５％以下という低い残留膨張率にすることが可能な反面、蒸気を大量に使用するため多大な蒸気コストがかかり、かつ蒸気供給設備の設備投資、さらには広い面積の蒸気エージング処理場を必要とするなどの難点があった。また、蒸気エージング処理場へ製鋼スラグを搬送搬出するために運搬費用、積み付け用重機用車費用もかかる他、スラグハンドリングの際の発塵等、作業環境を悪化させる問題もあった。
【０００５】
一方、転炉、電気炉等の鉄鋼精錬炉から排出されるスラグ処理は、従来一旦溶融スラグ容器に受けた後スラグ処理場へ搬送しスラグ容器を傾動し土間に流し自然放冷で固化させた後、塊砕し前記の蒸気エージング処理を施し出荷されていた。この固化方式は設備投資が少なくて済み、かつ冷却固化も自然放冷で行うため、用役コストが少ない等の利点があり広く採用されている。一方、広大な土間の占有面積を必要とし、高熱で発塵を伴うため、作業環境のみならず周辺環境悪化等の問題があり、特に住宅地あるいは商用地に近接した工場では、これらの環境改善が切実な問題となっている。
【０００６】
しかるに、溶融スラグ容器を傾動させ流下するスラグ流を高速回転する羽根車に当て、その羽根車で剪断粒化すると共に飛散粒化スラグ捕集容器内にスプレー散水し急冷固化する方式が普及してきている。また、流下するスラグ流の背面から高圧水を噴射し高圧水のエネルギーで粒化処理すると共に急冷固化する方式も検討されて来た。いずれの方式も冷却水を用いる湿式処理を基本としており、コンパクトな占有面積で、かつ高熱と発塵を伴う作業環境に加えて周辺環境を大幅に改善することが可能な利点を有している。
【０００７】
この中でも、例えば特公平７−９６４５８号公報や特公平７−９６４５９号公報に開示されている溶融スラグを粒化分散させ回転式捕集フード内で水ミストおよび通風により冷却する方式が開示されているが、回転ドラムから飛散した粒化スラグは回転式捕集フードに衝突した後、回転式捕集フード下部に落下し流下した蒸発残りの冷却水により冷却されるものと直接回転式捕集フード排出孔に飛び込むものとに大別される。前者は間断なく冷却されるため３００〜４００℃程度まで急冷されるが、後者は冷却時間が短いため８００〜１０００℃程度の高温状態のまま排出される。急冷効果にあずかれない後者のスラグは、その後著しい粉化現象を呈するため、処理スラグ品質のバラツキを生じていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶融スラグ容器からの注滓速度は、表面の皮張り状況容器形状の変形スラグの粘性、容器の傾動速度変動等により大きく左右される。過注入発生時は粒化スラグ同士の溶着合体、回転式捕集フード内壁への溶着等の問題が発生するのみならず粒化スラグの冷却速度が著しく減少するため２ＣａＯ・ＳｉＯ₂の変態に起因するスラグの粉化現象を誘起する等の問題があった。また、注滓作業は注滓速度の変動を極力抑制するため、溶融スラグ容器からの注滓流の流動状況を注意深く監視しながら傾動させる必要があることから、回転式捕集フード内から噴出する水蒸気が容器側へ流出し注滓流監視を妨げることがないよう回転式捕集フード後部から排気ブロアーで速やかに系外へ排出することが必要であり、そのために排気に関する設備費の増大と電力費の増大を招いていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
転炉、電気炉等から排出されるダイカルシュームシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ₂）を含有する溶融スラグは大気中で徐冷されるとγ相に変態し、１０〜１５％程度の体積膨張がするため粉化するという難点があった。上述した従来の問題を解消するために、発明者らは、溶融スラグを３０℃／秒以上の冷却速度が必要であることから、赤外イメージ炉を用いた試験の結果、加えて約６００℃以下、好ましくは４００℃まで間断なく急冷することで体積膨張が極めて少ないβ相に変態し、粉化を抑制し得る方法およびその装置を見出し発明に至った。
【００１０】
その発明の要旨とするところは、
（１）転炉、電気炉から排出される溶融スラグを複数の羽根を配設し高速回転する回転ドラム上に注滓し機械的に剪断粒化する方法において、回転式捕集フード内に散水冷却水量（ｔｏｎ／分）を注滓速度（ｔｏｎ／分）の０．５〜１．０倍の範囲で散水し、前記回転式捕集フード内に後部鏡板から０．１〜０．５Ｌ位置に回転式捕集フード断面積の１０〜９０％を遮蔽してなる衝突板を設置することを特徴とする溶融スラグの冷却方法。ただし、Ｌは回転式捕集フード長さ
【００１１】
（２）転炉、電気炉から排出される溶融スラグを剪断する複数の羽根を取り付けた回転ドラムと該回転ドラムから飛ばされた粒化スラグを覆って散水して冷却しながら排出するフードを備えた溶融スラグの粒化装置であって、該フードの内部に、散水冷却水量（ｔｏｎ／分）が注滓速度（ｔｏｎ／分）の０．５〜１．０倍の範囲で散水し、該フードの断面積の１０〜９０％を遮蔽してなる粒化スラグの衝突板を設け、フード全長Ｌに対し、該フードの後端から０．１〜０．５Ｌの位置に設置したことを特徴とする溶融スラグの粒化装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に従って説明する。
図１は、散水冷却水量／注滓速度比（水／滓比）と回転式捕集フード出側スラグ平均温度との関係を示す図である。この図１に示すように、衝突板無しの条件で２．５｛（散水冷却水量（ｔｏｎ／分）／注滓速度（ｔｏｎ／分）｝以下、衝突板設置条件下でも０．５〜１．１の散水冷却水量／注滓速度比（以下、水／滓比という）が必要であることが分かる。一方、衝突板設置位置が０．５Ｌを超えると衝突板に衝突した粒化スラグが回転ドラム側に跳ね返り回転式捕集フード入り側から系外に漏出するため歩留り低下を招く。また、０．１Ｌ未満であれば衝突板に当たり落下した粒化スラグは直ちに回転式捕集フード排出孔から排出されてしまうため蒸発残りの熱水との接触時間が短くなり冷却効果が享受できない。
【００１３】
上述したことから、滓鍋の重量変化をロードセルで検出しその時間変化分（ｔｏｎ／分）に規定する水／滓比を乗じた信号で、回転式捕集フード内にスプレーする冷却水供給ポンプ出力を制御する。あるいは、貯滓槽全重量変化をロードセルで検出し冷却水供給量に１以下の係数（冷却水の蒸発分を考慮）を乗じた水量を差し引いたものをスラグ重量としその時間変化分（ｔｏｎ／分）に規定する水／滓比を乗じた所要流量信号で冷却水供給ポンプ出力を制御することで実現できる。
【００１４】
また、衝突板の遮蔽面積が９０％を超えると回転式捕集フード壁と衝突板板間の隙間が狭隘なため回転式捕集フード内でのスラグ移動に支障を生じ、逆に１０％未満であれば飛散するスラグを衝突させ排出孔の前方に落下させる割合が少なくなるため十分な冷却効果が期待できない。従って、１０〜９０％とした。すなわち、回転式捕集フード後部鏡板から、回転式捕集フード長さＬの０．１Ｌ〜０．５Ｌなる位置に、回転式捕集フード断面積の１０〜９０％を遮蔽する衝突板を設置することで、回転ドラムから直接回転式捕集フード排出孔に飛び込むスラグが皆無化出来るため、全体のスラグが急冷化され粉化が防止され品質変動を抑制することができる。
【００１５】
また、かかる粒化設備操業時は回転式捕集フードから大量の水蒸気が発生するため、後部鏡板を貫通する形で蒸気排出口が設置された排気ブロアーで系外に排出されるものの、回転式捕集フード前面からも蒸気が漏出し、注滓流を見ながら滓鍋の傾動を行う作業者の視界を妨げるため、注滓速度が大きく変動したり注滓作業自体を中断せざるを得ない場合が頻発した。そのために注滓流監視装置として高感度赤外線カメラを注滓流を望む位置に設置することで水蒸気中でも注滓流を鮮明に観察することが可能となり作業者による容器傾動速度制御が可能となるため、注滓速度の安定化と排気ブロアー等の蒸気の強制系外排気設備を必要としないメリットがある。
【００１６】
また、注滓流監視装置として赤外線画像センサーを用いてスラグの注湯時の熱分布を見て回転ドラムへの溶融スラグの注湯量を調整し、粒化の最適化を図ると共に注湯量に応じた冷却水の調整が可能になり、粒化の安定化、冷却の適性化による生産性の向上、さらには、冷却水量の節減による処理コストの低減を図ることが出来、粒化装置の自動化を図り高熱作業を解消し、しかも装置の安定性も向上する。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
前述したように、図１は、水／滓比と回転式捕集フード出側スラグ平均温度（以下、Ｔという）との関係を示す。この図に示すように水／滓比の増加に伴いＴは低下するが、衝突板を設置することにより粒化スラグの冷却効果が飛躍的に向上し、Ｔが著しく低下する効果がある。さらに、衝突板設置位置が０．１Ｌ位置からその効果が顕著になり、０．５Ｌ位置ではその効果はさらに増大するが０．５Ｌ位置を超えると回転式捕集フード入側への粒化スラグ飛び出しが顕著となることから、その範囲を０．１〜０．５Ｌとした。
【００１８】
図２は、従来の衝突板を設けない溶融スラグの冷却装置の概略図である。この図に示すように、製鋼炉から排出された溶融スラグ２を排滓鍋１で受滓し、機械剪断粒化湿式急冷装置への注滓シュート４上で排滓鍋１を傾動させ注滓を開始する。注滓流３は注滓シュート４を経由し回転ドラム６上に溶融スラグ２を導き高速回転する回転ドラム６上に流下させる。流下した溶融スラグ２は回転ドラム６表面に取り付けられた羽根５により剪断粒化され回転している回転式捕集フード１３内に飛散し放射冷却と散水１１冷却により急冷される。
【００１９】
ただし、回転式捕集フード１３に衝突することなく粒化スラグ直接排出飛跡８のスラグは、回転式捕集フード１３に衝突した粒化スラグ衝突後飛跡９が熱水混合流１４で冷却されるスラグに比して高い温度で排出される。このことが冷却効率の低下と排出スラグ１５の温度バラツキの原因となっていた。また、このような粒化設備操業においては、回転式捕集フード１３から大量の水蒸気が発生するため、回転式捕集フード１３の後部鏡板２９を貫通する形で蒸気排出口１７が設置され排気ブロアー３０で系外に排出される。また、排出スラグはコンベアー１８上に粒化スラグ層１９を形成した状態で搬送される。なお、符号１０は冷却水散水管であり、１６は蒸気排出口へのスラグ飛び込み防止板を示す。
【００２０】
図３は、本発明に係る衝突板を設置した溶融スラグの冷却装置の概略図である。図３に示すように、飛散スラグが衝突板２０に衝突し落下流２１となり熱水混合流１４内で急冷されるため冷却効果が向上し、かつ排出スラグ１５の温度バラツキも減少する。図４は図３の矢視Ａ−Ａ´断面図であって、衝突板２０は固定金具２２で回転式捕集フード１３に取付けられており、衝突板２０には焼付き防止用の散水１１が冷却水散水管１０から供給されている。
【００２１】
図５は、本発明に係る注滓流監視装置１２を設けた他の実施例を示す溶融スラグの冷却装置の概略図である。この図に示すように滓鍋秤量台２４の出力変化から注滓速度Ｗ１が判明し、貯滓槽２５中の粒化スラグ２７と熱水２６を載置した貯滓槽秤量台２８出力変化から粒化スラグ生成速度と蒸発残り水分供給速度Ｗ２の和Ｗ３が分かるため、散水速度＝（Ｗ３−Ｗ１）／（Ｋ×Ｗ１）、ただし、Ｋ＜１の係数、なる式で散水量を制御することができる。なお、符号２３はトラニオンを示す。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による衝突板を設置することにより回転ドラムから直接回転式捕集フード排出孔に飛び込むスラグが皆無となり、全体スラグの粉化が防止され、品質変動が抑制され、かつ高感度の赤外線監視装置を適用することで水蒸気中でも注滓流を鮮明に観察することが出来るので作業者による容器傾動速度制御が可能となる。また、赤外線監視装置でスラグの注湯時の熱分布を見て回転ドラムへの溶融スラグの注湯量を調整し、粒化の最適化を図ると共に注湯量に応じた冷却水の調整も可能となり、粒化の安定化、冷却の適性化による生産性の向上、さらには、冷却水量の節減による処理コストの低減、粒化装置の自動化による高熱作業の解消、装置の安定性の向上等極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】水／滓比と回転式捕集フード出側スラグ平均温度との関係を示す図である。
【図２】従来の衝突板を設けない溶融スラグの冷却装置の概略図である。
【図３】本発明に係る衝突板を設置した溶融スラグの冷却装置の概略図である。
【図４】図３の矢視Ａ−Ａ´断面図である。
【図５】本発明に係る注滓流監視装置を設けた他の実施例を示す溶融スラグの冷却装置の概略図である。
【符号の説明】
１排滓鍋
２溶融スラグ
３注滓流
４注滓シュート
５羽根
６回転ドラム
７飛散防止板
８粒化スラグ直接排出飛跡
９粒化スラグ衝突後飛跡
１０冷却水散水管
１１散水
１２注滓流監視装置
１３回転式捕集フード
１４熱水混合流
１５排出スラグ
１６スラグ飛び込み防止板
１７蒸気排出口
１８コンベアー
１９粒化スラグ層
２０衝突板
２１落下流
２２固定金具
２３トラニオン
２４滓鍋秤量台
２５貯滓槽
２６熱水
２７粒化スラグ
２８貯滓槽秤量台
２９後部鏡板
３０排気ブロアー

Claims

転炉、電気炉から排出される溶融スラグを複数の羽根を配設し高速回転する回転ドラム上に注滓し機械的に剪断粒化する方法において、回転式捕集フード内に散水冷却水量（ｔｏｎ／分）を注滓速度（ｔｏｎ／分）の０．５〜１．０倍の範囲で散水し、前記回転式捕集フード内に後部鏡板から０．１〜０．５Ｌ位置に回転式捕集フード断面積の１０〜９０％を遮蔽してなる衝突板を設置することを特徴とする溶融スラグの冷却方法。ただし、Ｌは回転式捕集フード長さ
転炉、電気炉から排出される溶融スラグを剪断する複数の羽根を取り付けた回転ドラムと該回転ドラムから飛ばされた粒化スラグを覆って散水して冷却しながら排出するフードを備えた溶融スラグの粒化装置であって、該フードの内部に、散水冷却水量（ｔｏｎ／分）が注滓速度（ｔｏｎ／分）の０．５〜１．０倍の範囲で散水し、該フードの断面積の１０〜９０％を遮蔽してなる粒化スラグの衝突板を設け、フード全長Ｌに対し、該フードの後端から０．１〜０．５Ｌの位置に設置したことを特徴とする溶融スラグの粒化装置。