JPH1017340A

JPH1017340A - 水砕スラグの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JPH1017340A
Application number: JP8172541A
Authority: JP
Inventors: Masashi Inoue; 勝支井上
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】溶かした灰を水中へ滴下させて水砕スラグを
製造するプラントを開発するに際し、灰の溶融時点から
冷却時点までの熱履歴等、水砕スラグの物性に大きく影
響する諸条件を、モデリングによって調べられるように
する。【解決手段】ノズル付きルツボ７に灰を入れ、これを
栓装置１２で底栓をした状態で、上部ヒータ１０により
加熱する。また、ルツホ７のノズル部分を下部ヒータ１
１で低温状態に加熱しておき、栓装置１２を開栓させ
る。これにより、ルツボ７内で溶融した灰は、ノズル部
分を通過するときに、ある程度冷やされて粘度が少し低
くなる。従って、溶けた灰は、下部の水槽１３へ落下す
る状態が、確実に滴下状態となり、実機に則した水砕ス
ラグが得られることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水砕スラグを製造
する方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ゴミ焼却場や汚泥処理場等において焼却
処理後に残留する灰は、これに含まれる有害重金属を組
織中へ封じ込めるため、更に溶融状態にまで加熱させ、
その後、冷却してスラグとしてから、廃棄する必要があ
る。この場合、冷却方法を空冷（放冷）にすると、結晶
化したスラグが得られ、有害重金属の封じ込めは確実且
つ安定的なものとなるが、この冷却方法は非能率的なこ
とから実際的でない。また、有害重金属の封じ込め状態
（安全性）を確認する試験では、被験材とするスラグを
細かい粒状物（粒径０．５〜５．０ｍｍ）にしなければ
ならない事情がある。

【０００３】そこで、灰を溶融後（以下、この状態のも
のを「溶融材料」と言う）に、これを水中へ滴下状に投
入して一気に急冷させることにより、ガラス化（非晶
化）し、且つ粒状化した水砕スラグを得るようにしてい
る。すなわち、このような急冷方法を採ると、処理能率
に優れるだけでなく、凝固過程でスラグが自ずと適度な
粒状物になるという利点がある。また、このガラス化し
た水砕スラグでも、有害重金属を安定して組織中へ封じ
込めることができる。

【０００４】図３は、この水砕スラグを製造するための
プラントを概略して示したもので、このプラントは、上
方に設けられた炉体５０と、その下方に設けられた水槽
５１とを有している。炉体５０には、その中心部へ向け
て上方からガスバーナ５２が設けられ、このガスバーナ
５２まわりへ灰Ａが落下供給されるようになっている。
炉体５０の炉底部は漏斗状となっており、逆円錐状の傾
斜面５０ａと、その中心部で下方へ延びる滴下管５０ｂ
とを有している。傾斜面５０ａは、灰Ａが、そのままの
状態では滑り落ちることのない安息角（θ＝約１５〜２
０°）に設定されている。

【０００５】このような構成であるため、炉底部の傾斜
面５０ａに堆積した灰Ａが、その上層のものから順次、
ガスバーナ５２による加熱でドロドロの状態に溶かされ
（即ち、溶融材料とされ）て、滴下管５０ｂを介して水
槽５１へ滴下するというものである。ところで、最近で
は、このようにして得られる水砕スラグを、ただ廃棄す
るだけでなく、建築材料や土木材料等として再利用する
ことが考えられている。そのため、水砕スラグの物性を
各種用途に応じたものにする必要がある。水砕スラグの
物性は、溶融材料を冷却する過程での熱履歴や、最終的
に得られる粒度の大小等が、大きなファクターとなって
変化することが判っている。

【０００６】このようなことから、所望する物性を具備
した水砕スラグを製造するうえで、最適な熱履歴等を付
与できる新たなプラントの開発が必要であるが、この
種、プラントは極めて大型であるから、その開発段階で
実機と同大の試作機を何台も製作して、いちいちその結
果の良否を考察するといったことはできない。なお、従
来、当初のプラントを開発するにあたっては、灰を何℃
で加熱すると溶融し易いか、とか、水温を何度に設定す
ると粒状化し易いか、とかの基礎データを集めるため
に、次のようなモデリング実験をした経緯がある。すな
わち、この実験は、小型のルツボに灰を入れてこれを実
験用小型電気炉中で加熱し、灰が溶融した後、このルツ
ボをルツボハサミで掴んで小型電気炉から取り出し、水
を貯めたバケツの上で傾けてルツボ内の溶融材料を水中
へ投下するというものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の実験方法で
は、小型電気炉からルツボを取り出してバケツ内へ溶融
材料を投下するまでに、時間がかかりすぎる。そのた
め、この間に、溶融材料に無視できない温度低下が生じ
るので、温度、特に熱履歴に関しては、正確な基礎デー
タを得にくいということがあった。

【０００８】また、ルツボから溶融材料をバケツへ投入
する場合、所定の滴下状態を保持させることが難しく、
例えば、投入量が多すぎて水が一気に昇温又は蒸発して
しまい、冷却速度が不規則になったり、粒度が許容範囲
を越える粗いものになったりしていたので、滴下間隔や
滴粒の大きさ、最終的に得られる粒度等の基礎データ及
び相関関係を採取することも、殆ど不可能であった。

【０００９】すなわち、上記従来の実験方法では、新た
なプラントを開発するうえで、水砕スラグの物性に大き
く影響する諸条件に関して、正確な基礎データの収集を
することができないため、プラントの設計・製作が思う
ように進められないという事情があった。本発明は、上
記事情に鑑みてなされたものであって、所望する物性を
具備した水砕スラグの製造が可能となる水砕スラグの製
造方法及び製造装置を提供することを目的とする。これ
らの製造方法及び製造装置は、各種基礎データを正確に
集めるための実験機として適用可能であるだけでなく、
実際のプラント（実機）としても適用できるものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、次の技術的手段を講じた。即ち、請求
項１記載の本発明（水砕スラグの製造方法）では、灰を
加熱して溶融させた後、この溶融材料の温度より低い所
定温度に加熱保持させた流下口へ溶融材料を導くことで
該溶融材料の流動速度を調整し、流下口の下方に設けた
貯水部に対する溶融材料の滴下を可能にすることを特徴
としている。

【００１１】このようにすれば、一旦、ドロドロの状態
に溶けた灰、即ち、溶融材料は、流下口から落下する時
点で低温化され、ある程度の粘性を帯びるようになる。
従って、溶融材料の流動速度を変化させることができ、
流下口からは、流動的・連続的な流下状態ではなく、所
望する滴下状態で落下させることができるようになる。
そのため、この方法を実験機として適用する場合にも、
確実に、貯水部に対する溶融材料の一定的な滴下投入が
できるものとなる。

【００１２】なお、溶融材料の温度と、流下口の加熱温
度とを種々に異ならせることにより、これらの間の温度
差や温度勾配等を種々に変化させることができ、これに
起因して物性の異なる各種の水砕スラグを製造すること
ができる。前記流下口の加熱温度は、溶融材料が凝固を
はじめる温度以下（例えば、灰の融点又はそれより低い
温度）に設定しておくのが、溶融材料の流動速度（粘
性）を調整するうえで好適である（請求項２）。

【００１３】また、請求項３記載の本発明（水砕スラグ
の製造装置）では、本体部底部に流下口が設けられたル
ツボと、該ルツボの本体部を高温加熱する上部加熱体
と、ルツボの流下口を本体部より低温に加熱する下部加
熱体と、ルツボの流下口を閉状態から開状態に切換可能
な栓装置と、ルツボの下方に設けられる貯水部とを有し
ていることを特徴としている。

【００１４】この構成は、請求項１記載の製造方法の実
施に必要とされる構成である。この構成では、ルツボの
本体部と流下口とを、上下、各別の加熱体によって加熱
しているので、それぞれ正確且つ任意の温度設定が可能
となっている。また、流下口には栓装置が設けられてい
るので、溶融材料を落下させ始めるタイミングや落下量
を所望に調節でき、それだけ多彩な想定実験が可能にな
る。

【００１５】前記ルツボの流下口は、本体部から下方へ
延びる管体によって形成することができる（請求項
４）。このようにすると、流下口に対する下部加熱体の
設置が容易となり、またルツボの本体部との間での温度
勾配を、比較的明確な分布とさせることができるように
なる点で、好都合となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明に係る水砕スラグ
製造装置１の一実施形態を示している。図示した製造装
置１は実験機として構成されたもので、内部が上下二室
に区画形成された比較的小型の装置外装体２を有してい
る。この装置外装体２において、下部室３では、装置外
装体２の外部へ続く軌道５が敷設された台車出入りスペ
ースが構成されており、上部室６では、ルツボ７を収納
可能な電気炉８が構成されている。

【００１７】この製造装置１は、電気炉８内に必要に応
じて収納されるルツボ７と、電気炉８の炉壁部８ａ中に
埋設された上部加熱体１０と、電気炉８の炉床部８ｂ中
に埋設された下部加熱体１１と、電気炉８の炉天井部８
ｃを縦方向に貫いて設けられた栓装置１２と、装置外装
体２の下部室３（台車出入りスペース）に対して必要に
応じて装入される貯水部１３とを有している。

【００１８】ルツボ７は、図２に示すように有底円筒状
をした本体部１７と、この本体部１７の底部から下方へ
延びる管体１８によってその内部に形成された流下口１
９とを有している。本体部１７は、外殻部２０と容器部
２１とによって二重構造を有して形成されており、この
うち上記管体１８は、内側の容器部２１に対して一体形
成されている。外殻部２０も容器部２１（管体１８を含
む）も、アルミナによって形成されている。

【００１９】上記電気炉８（図１参照）において、その
炉壁部８ａ及び炉天井部８ｃは、装置外装体２の上部室
６に対して固定状態で設けられている。また、炉床部８
ｂは、炉壁部８ａを支持する外枠部２３と、この外枠部
２３の中央部でルツボ７の載置部とされる中央台部２４
とを有しており、このうち外枠部２３だけが上部室６に
対して固定されている。

【００２０】なお、中央台部２４には、ルツボ７の管体
１８を差し込むための中央孔２４ａが上下に貫通して形
成されており、この中央孔２４ａの内周面まわりを囲む
ような配置で、上記した下部加熱体１１が設けられてい
る。炉床部８ｂにおいて、中央台部２４は、装置外装体
２に対して適宜の昇降案内機構（図示略）を介して設け
られており、上下方向に移動可能になっている。この上
下動は、手作業によって行うようにしてもよいし、流体
圧シリンダやネジ送り機構等を用いた昇降装置（図示
略）によって行うようにしてもよい。

【００２１】この中央台部２４には車輪２５が取り付け
られている。この車輪２５は、中央台部２４が装置外装
体２の下部室３へ降ろされたとき、この下部室３に敷設
された上記軌道５上に乗せられ、そして軌道５に沿った
移動が可能になっている。電気炉８の上部加熱体１０及
び下部加熱体１１は、いずれもニケイ化モリブデン製の
発熱体より構成されている。上部加熱体１０は、主とし
てルツボ７の本体部１７（即ち、その中へ入れられる
灰）を高温で加熱し、下部加熱体１１は、主としてルツ
ボ７の管体１８、即ち、流下口１９内を、上記本体部１
７よりも低い温度で加熱するようになっている。

【００２２】上記栓装置１２は、ルツボ７の上方から、
流下口１９における本体部１７の内側の開口縁部（図２
参照）を閉塞可能とする、下端部が半球状をした棒栓３
０を有している。この棒栓３０は、アルミナによって形
成されており、装置外装体２に対して適宜の昇降案内機
構（図示略）を介して設けられ、上下方向に移動可能に
なっている。この棒栓３０を昇降させることで、流下口
１９を閉状態から開状態に切換可能になっている。

【００２３】棒栓３０の上下動は、手作業によって行う
ようにしてもよいし、流体圧シリンダやネジ送り機構等
を用いた昇降装置（図示略）によって行うようにしても
よい。上記貯水部１３は、車輪３１を具備して軌道５上
を走行可能とされた台車部３２に対し、その上部に水槽
３３が搭載されたものである。必要に応じてルツボ７の
真下位置へ装入セットされるが、水の補給又は交換、水
砕スラグの取り出し、ルツボ７の交換時等には、言うま
でもなく、装置外装体２から取り出す。

【００２４】

【実施例】ルツボ７としては、外殻部２０が内径Ｄ₁＝
２３５ｍｍ、高さＨ₁＝２５０ｍｍ、容器部２１が内径
Ｄ₂＝１７０ｍｍ、高さＨ₂＝４００ｍｍ、流下口１９
が内径ｄ＝１５ｍｍ、長さｈ＝１２０ｍｍのものを製作
した。最初にルツボ７へ供給する灰の組成は、全体の６
０〜７０％をＳｉＯ₂とＣａＯとが占め、１５〜２０％
をＡｌＯ₃が占めるものであり、またこれら三成分が全
体の略９０％を占めるものとなっていた。これら各成分
は、単独での融点はそれぞれ高いが、灰として混ざり合
った状態での全体的な溶融温度は１３５０〜１４５０℃
であった。

【００２５】電気炉８の上部加熱体１０は、ルツボ７内
の灰を１４００〜１５００℃に加熱できるように調節し
た。１５００℃よりも高くすると、栓装置１２において
棒栓３０を引き上げたときに、溶融した灰（即ち、溶融
材料）が流下口１９から流動的・連続的に流下する状態
や、塊状となって噴出する状態となるおそれがあるた
め、好ましくないものであった。

【００２６】また、１４００℃より低くすると、流下口
１９内で詰まりが生じるおそれがあって、これも好まし
くないものであった。電気炉８の下部加熱体１１は、流
下口１９の内周面温度が、溶融材料の温度よりも４００
〜６００℃程度、低くなるように（８００〜１１００℃
程度となるように）調節した。

【００２７】このときの低温化が不十分であると、溶融
材料の粘性が高すぎて滴下状態が得られ難くなるし、仮
に滴下状態が得られたとしても、滴下間隔が早く、滴粒
が大きく、また溶融から滴下までの滞留時間（実機の場
合は、２〜３秒あるのが好適とされる）が短すぎる等の
各種不具合が生じ易くなる。そのため、得られる水砕ス
ラグとしての物性に悪影響が出ることになる。また、こ
れとは反対に低温化しすぎると、溶融材料の粘性が低く
なりすぎて、流下口１９内での詰まりの原因となる。

【００２８】貯水部１３において、水量は２０リット
ル、当初の水温は１５℃とした（なお、溶融材料の滴下
時は、だいたい５０℃に保たれていた）。また、ルツボ
７における流下口１９の最下端から水面までの高さを７
００ｍｍとした。栓装置１２は、電気炉８の上部加熱体
１０及び下部加熱体１１を加熱させた後、これら加熱体
１０，１１の表面温度が所定温度に達した時点で、棒栓
３０を一気に２〜３ｃｍの高さまで引き上げた。

【００２９】これにより、ルツボ７内でドロドロの状態
とされた溶融材料は、棒栓３０の引上げ部分を介して流
下口１９へ流れ込み、これを流下する間に、流下口１９
の内周面に近いものほど、凝固をはじめる温度付近まで
冷やされることになる。そのため、この部分の粘性は、
ある程度、高くなり、流動速度が遅くなる（図２では少
し極端に描いた）。従って、流下口１９の下端からは、
溶融材料が略均等間隔、且つ均一滴粒となって滴下する
ものとなり、貯水部１３の水槽３３内において、所定粒
度（０．５〜５．０ｍｍ）の水砕スラグが得られた。

【００３０】言うまでもなく、この実験では、灰の組成
を各種調製したり、電気炉８の上部加熱体１０や下部加
熱体１１の各設定温度（温度差や温度勾配）を変更した
り、ルツボ７における流下口１９の最下端から貯水部１
３における水面までの高さや水温等を変更したり、栓装
置１２において棒栓３０の引き上げタイミングや引き上
げ高さを変更したりして、種々条件下での結果を考察す
ることができるものである。

【００３１】なお、場合によっては、ルツボ７におい
て、特にＤ₂，ｄ，ｈ等の寸法を変えたものを各種、使
用するようにしてもよい。このようにして得た実験結果
をもとに、所望する物性を具備した水砕スラグを製造す
るうえで、実機に則した正確な基礎データを採取するこ
とができるようになり、この基礎データに基づいて、新
たなプラント（図３参照）の炉底部傾斜面５０ａの安息
角θや傾斜面５０ａの幅ｂ、滴下管５０ｂの長さＬ、滴
下管５０ｂの下端から水面までの高さＴ、水温、ガスバ
ーナ５２による加熱温度等を決めることができた。

【００３２】ところで、本発明は上記した実施形態に限
定されるものではない。例えば、ルツボ７において、本
体部１７は、外殻部２０と容器部２１との二重構造とせ
ず、一重構造にすることも可能である。また、管体１８
を設けず、ルツボ底部に形成した孔によって流下口１９
を形成させることもできる。ルツボ７は、例えば転炉等
と同じように、横向きの注ぎ口を具備する構造にすると
共に、ルツボ７自体を傾けることで、この注ぎ口を流下
口１９とさせることが可能である。またルツボ７を傾け
るのに代えて、注ぎ口に開閉可能なゲートを設けるよう
な構造にすることもできる。なお、このような構造で
は、言うまでもなく栓装置１２は不要となる。

【００３３】電気炉８の炉底部８ｂ（中央台部２４）を
昇降させたり、この下降後の中央台部２４や貯水部１３
を軌道５によって移動させる等の構造を具備する点につ
いても、何ら限定されるものではない。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る水砕スラグの製造方法では、灰を加熱して溶融さ
せた後、この溶融材料の温度より低い所定温度に加熱保
持させた流下口へ溶融材料を導くことで該溶融材料の流
動速度を調整し、流下口の下方に設けた貯水部に対する
溶融材料の滴下を可能にしているので、例えば溶融材料
の温度と、流下口の加熱温度とを種々に異ならせること
により、灰が溶融してから冷却するまでの熱履歴等を各
種変更できるものとなる。

【００３５】このことは、プラント（実機）として適用
した場合、１台のプラントで、物性の異なる各種の水砕
スラグを製造することができるという利点を奏すること
になる。また小型の実験機として適用した場合、確実
に、貯水部に対する溶融材料の一定的な滴下投入、即
ち、実機に則したモデリングが可能になるという、利点
を有することになる。そのため、新たなプラントを開発
するに際し、水砕スラグの物性に大きく影響する熱履歴
をはじめ、他の各種、諸条件との相関関係等について、
正確な基礎データを収集することができることになり、
これを基に、プラントの設計・製作ができる。

【００３６】一方、本発明に係る水砕スラグの製造装置
では、本体部底部に流下口が設けられたルツボと、該ル
ツボの本体部を高温加熱する上部加熱体と、ルツボの流
下口を本体部より低温に加熱する下部加熱体と、ルツボ
の流下口を閉状態から開状態に切換可能な栓装置と、ル
ツボの下方に設けられる貯水部とを有した構成である。

【００３７】このように、上下の加熱体を具備している
ので、温度差や温度勾配のつけ易さ、正確さ、及び変更
のし易さ（即ち、熱履歴の簡単変更）等が図れるもので
ある。また、栓装置を具備しているので、溶融材料を滴
下状態とさせることの容易さや確実さ、及び溶融材料の
落下タイミングや落下量等の変更のし易さ等が得られる
ものである。

【００３８】従って、本発明方法の実施に際して、プラ
ントの実機としては勿論、多彩な想定実験を必要とする
実験機としても、構造の簡潔化、及び適用容易化が可能
となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る水砕スラグ製造装置（実験機）を
示す正面断面図である。

【図２】図１の主要部を拡大して示す図である。

【図３】水砕スラグ製造装置（実機）を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１水砕スラグ製造装置（実験機）７ルツボ１０上部加熱体１１下部加熱体１２栓装置１３貯水部１７本体部１８管体１９流下口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】灰を加熱して溶融させた後、この溶融材
料の温度より低い所定温度に加熱保持させた流下口（１
９）へ溶融材料を導くことで該溶融材料の流動速度を調
整し、流下口（１９）の下方に設けた貯水部（１３）に
対する溶融材料の滴下を可能にすることを特徴とする水
砕スラグの製造方法。
【請求項２】前記流下口（１９）の加熱温度は、溶融
材料が凝固をはじめる温度以下に設定してあることを特
徴とする請求項１記載の水砕スラグの製造方法。
【請求項３】本体部底部に流下口（１９）が設けられ
たルツボ（７）と、該ルツボ（７）の本体部（１７）を
高温加熱する上部加熱体（１０）と、ルツボ（７）の流
下口（１９）を本体部（１７）より低温に加熱する下部
加熱体（１１）と、ルツボ（７）の流下口（１９）を閉
状態から開状態に切換可能な栓装置（１２）と、ルツボ
（７）の下方に設けられる貯水部（１３）とを有してい
ることを特徴とする水砕スラグの製造装置。
【請求項４】前記ルツボ（７）の流下口（１９）は、
本体部（１７）から下方へ延びる管体（１８）によって
形成されていることを特徴とする請求項３記載の水砕ス
ラグの製造装置。