JP2011219292A - 水砕樋 - Google Patents

Abstract

【課題】水砕スラグが付着、堆積しない水砕樋を提供する。
【解決手段】落下する溶融スラグ流に高圧水を噴射して溶融スラグ流を急冷、分断し、細粒化して水砕スラグを製造する水砕樋において、高圧水を噴射する吹製口プレートが、（ｉ）プレート上部の幅方向中央部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ（ｍ≧１の整数）列備えるとともに、プレート上部の幅方向中央部の両側部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列備え、かつ、（ii）プレート下部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向にｎ（ｎ≧１の整数）列備えることを特徴とする水砕樋。
【選択図】図３

Description

本発明は、落下する溶融スラグ流を高圧水で急冷、分断し、細粒化して水砕スラグを製造する水砕樋に関する。

従来から、製鉄工程において発生するスラグの有効利用を図ることが、省資源，省エネルギー等の観点から行われている。高炉から排滓された溶融スラグに高圧水を噴射して、急冷、分断し、細粒化して製造する水砕スラグは、天然砂の枯渇、海砂、山砂の採掘規制等の諸問題とも相まって、砂の代替品として、建材用、土木建築用、細骨材等として利用されている。また、高炉水砕スラグは、セメント用としても利用されている。

水砕スラグの製造方法は、(1)高炉から排出直後の溶融スラグに高圧水を噴射して急冷、分断し、細粒化する炉前方式と、(2)溶融スラグを一旦スラグ鍋に受けて処理現場まで運搬し、そこで、溶融スラグに高圧水を噴射して急冷、分断し、細粒化する炉外方式に大別される。

高炉から排出直後の１４５０〜１５５０℃の溶融スラグ中には多量のガスが存在し、炉前方式の水砕を採用すると、溶融スラグ中のガスと水が反応して溶融スラグが発泡し、セメント用原料に適した細粒の水砕スラグを得ることができる。

炉前方式の水砕には、主として、水砕樋が使用される（特許文献１〜３、参照）。図１に、水砕樋の一態様を示す。断面が逆台形状の水砕樋１の端部には、吹製口２が設けられていて、吹製口２の前面には、逆台形状の吹製口プレート３（図２、参照）が備えられ、背面には、連結管５を介して、圧力計６を備える高圧給水管４が連結されている。

吹製口プレート３のノズル孔（図示なし）から噴射された高圧水７は、水砕樋１の上部に位置するスラグ樋（図示なし）から落下する溶融スラグ８に衝突し、溶融スラグ８を急冷、分断し、細粒化する。このようにして、水砕スラグ９が製造される。高圧水７の噴射量は、落下する溶融スラグの温度、量に応じて調節するが、該調節は、高圧給水管４の水圧を調節して行なう。

特公平０６−０３９３４０号公報 特開２００２−２２６２３９号公報 特開２００６−０７６８３４号公報

水砕スラグは、水流に乗り次の工程へ移動するが、長期の作業の間に、水砕スラグが、水砕樋の側面に付着したり、底部に堆積したりする。また、水砕スラグが、ノズル孔に付着し、ノズル孔を閉塞することがある。

水砕スラグが、水砕樋の側面に付着したり、底部に堆積したりして、作業断面が狭くなると、水砕スラグの製造効率が低下する。また、一部でもノズル孔が閉塞すると、水砕スラグの製造効率は極端に低下する。それ故、付着スラグ、堆積スラグを除去する作業が必要となる。

そこで、本発明は、水砕スラグが付着、堆積しない水砕樋を提供することを課題とする。

本発明者らは、水砕スラグが、水砕樋の側面に付着したり、底部に堆積したり、また、ノズル孔に付着する原因について鋭意調査した。その結果、吹製口プレートのノズル孔から噴射される高圧水で形成され、水砕樋を流れる水流の水勢が、水砕樋の側面及び底部近傍では、水砕樋の中心部より低下していて、水砕スラグが滞留することが原因であることが判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）落下する溶融スラグ流に高圧水を噴射して溶融スラグ流を急冷、分断し、細粒化して水砕スラグを製造する水砕樋において、高圧水を噴射する吹製口プレートが、
（ｉ）プレート上部の幅方向中央部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ（ｍ≧１の整数）列備えるとともに、プレート上部の幅方向中央部の両側部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列備え、かつ、
（ii）プレート下部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向にｎ（ｎ≧１の整数）列備える
ことを特徴とする水砕樋。

（２）前記ｍが２以上４以下の整数であり、かつ、前記ｎが２以上４以下の整数であることを特徴とする上記（１）に記載の水砕樋。

（３）前記ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列の上部ノズル孔の径が、ｍ列に整列する上部ノズル孔の孔径と同じであることを特徴とする上記（１）に記載の水砕樋。

（４）前記プレート下部に整列するノズル孔の径が、前記プレート上部に整列するノズル孔の径と同じであることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の水砕樋。

（５）前記吹製口プレートの給水側に、異物沈積溝を設けたことを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の水砕樋。

（６）前記吹製口プレートがステンレス鋼製であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の水砕樋。

（７）前記水砕樋の底部に、金属プレートが敷設されていることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の水砕樋。

（８）前記金属プレートが、ステンレス鋼製であることを特徴とする上記（７）に記載の水砕樋。

本発明によれば、水砕スラグの水砕樋の側面への付着、底部への堆積、さらには、ノズル孔への付着を抑制して、水砕スラグの製造を、水砕スラグの付着・堆積で中断することなく、長期にわたり効率良く行なうことができる。

水砕樋の一態様を示す図である。 従来の吹製口プレートの一態様を示す図である。 本発明で用いる吹製口プレートの基礎をなす技術思想を模式的に示す図である。 本発明で用いる吹製口プレートの一態様を示す図である。 本発明の水砕樋の一態様を示す図である。

図２に、従来の水砕樋（図１、参照）の吹製口に取り付ける吹製口プレートの一態様を示す。吹製口プレート３は、逆台形状をなし、周辺に、吹製口の前面に取り付けるための取付孔１０が形成されている。

吹製口プレート３のプレート上部には、幅方向に整列した２７個の上部ノズル孔１１が、水平方向に３列で配置されている。また、吹製口プレート３のプレート底部には、幅方向に整列した１５個の下部ノズル孔１２が、水平方向に２列で配置されている。

このように、幅方向にノズル孔を配置していると、プレート上部の幅方向中央部に配置した上部ノズル孔、例えば、図２中ａ領域にある上部ノズル孔から噴射する高圧水で形成される水流の水勢が、プレート上部の幅方向中央部の両側部（中央領域ａの両外側）に配置された上部ノズル孔から噴射する高圧水で形成される水流の水勢を、当然に上回ることになる。

本発明者らは、水砕樋の側面近傍の水流の水勢が、水砕樋の幅方向中心部の水流の水勢より下回っていて、水流の水勢が、水砕樋の幅方向で均等でないことが、水砕スラグが水砕樋の側面に付着し易い環境を形成していることを見いだした。

即ち、水砕樋の両側面近傍における水流の水勢は、水砕樋の幅方向中央部における水流の水勢に比べ弱いので、水砕スラグは、水砕樋の中央部では水流に乗って流れるが、水砕樋の両側面近傍では滞留してしまい、水砕樋の両側面に付着する。

従来の吹製口プレートにおいては、幅がプレート上部の幅より小さいプレート底部に、所定数の下部ノズル孔１２を配置するために、下部ノズル孔の径は、上部ノズル孔の径（通常、１２ｍｍ）より小さくせざるを得ない。この場合、一旦、水砕樋の底部に水砕スラグが滞留し始めると、水砕スラグが下部ノズル孔に付着し、径が小さいが故、一部の下部ノズル孔が閉塞してしまう。

その結果、水砕樋の底部における水流の水勢が、極端に低下してしまい、水砕樋の底部に、水砕スラグが堆積することになる。本発明者らは、このことが、水砕樋の底部における水砕スラグの堆積の原因であることを見いだした。

そこで、本発明者らは、（a1）水砕樋上部における水流の水勢を水砕樋の幅方向で均等にし、かつ、（b1）水砕樋の底部における水流の水勢を増強することを試みた。

そして、（a2）プレート上部の幅方向中央部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ（ｍ≧１の整数）列備えるとともに、プレート上部の幅方向中央部の両側部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列備え、かつ、（b2）プレート下部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｎ（ｎ≧１の整数）列備える吹製口プレートを作製した。

図３に、上記吹製口プレートの基礎をなす技術思想を模式的に示す。図３に示すように、プレート上部領域11ａの幅方向中央部（中央領域ａ）には、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ（ｍ≧１の整数）列配置し、プレート上部領域１１ａの幅方向中央部の両側部（中央領域ａの両外側）には、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、下方向に、ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列配置する。

このように、プレート上部領域１１ａの幅方向中央部の両側部（中央領域ａの両外側）に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、下方向に、ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列配置すると、水砕樋の側面近傍における水流の水勢を増強することができるので、水砕樋の幅方向における水流の水勢を、ほぼ均一に維持することができる。

ｍの上限は、上部ノズル孔の径と数、及び、水砕樋の幅を考慮して、適宜設定できるので、特に規定しないが、従来の水砕樋の幅を前提にすれば、２以上４以下が好ましい。ｎの上限についても同様であり、２以上４以下が好ましい。

ｍ列配置する上部ノズル孔の径と数は、得られる水流の水勢、及び、水砕樋の幅等を考慮して、適宜設定する。ｍ列を超えて（ｍ＋α）列配置する上部ノズル孔の数も、同様に、得られる水流の水勢、及び、水砕樋の幅等を考慮して適宜設定する。

ｍ列を超えて（ｍ＋α）列配置する上部ノズル孔の径は、ｍ列配置する上部ノズル孔の孔径より小さくても大きくてもよいが、吹製口プレートの作製上、同じであることが好ましい。

また、図３に示すように、プレート下部領域１２ａに、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｎ（ｎ≧１の整数）列配置する。ｎの上限については、ｍの上限と同様であり、２以上４以下が好ましい。

下部ノズルの配置位置が、プレート下部領域１２ａである理由は、下部ノズルを所要数取り付けることで、水砕樋の底部における水流の水勢を増強するためである。下部ノズルの径は、従来のノズル孔の径より大きい径とすると、噴射水の水勢を増強することができるので、好ましい。

これにより、下部ノズルの配置が、水砕樋の底部より多少離れていても、水砕樋の底部における水流の水勢を増強することができ、水砕スラグの滞留、堆積を防止することができる。本発明者らは、このことを実験的に確認した。

下部ノズル孔の径と数は、上部ノズル孔の場合と同様に、得られる水流の水勢、水砕樋の幅を考慮して適宜設定するが、吹製口プレートの作製上、上部ノズルと同径が好ましい。

吹製口プレートの材質は、ノズル孔を多数加工する必要があること、また、加工後、高圧水に耐える強度を必要とすることから、金属製のプレートが好ましい。耐食性をも考慮すると、ステンレス鋼製のプレートがより好ましい。

図４に、図３に示す技術思想を具体化した吹製口プレートの一態様を示す。

吹製口プレートのプレート上部の幅方向中央部（中央領域ａ）には、幅方向に整列した１１個の上部ノズル孔１１zが、上下方向に、２列で配置されている。そして、上記プレート上部の幅方向中央部の両側部においては、上下方向に、２列配置された上部ノズル孔１１zの左右両側に、それぞれ、幅方向に整列した６個の上部ノズル孔１１z'が、それぞれ、上下方向に、３列で配置されている。

なお、プレート上部の幅方向中央部の左右両側に配置した左右合計１２個の上部ノズル孔の径は、プレート上部の幅方向中央部に配置した合計１１個の上部ノズル孔の径と同じとした。

このような上部ノズル孔の配置を採用することにより、上部ノズル孔から噴射する高圧水で形成する水砕樋の幅方向における水流の水勢を、ほぼ均等にすることができ、その結果、水砕樋の側面近傍における水砕スラグの流れを促進して、水砕スラグの付着を抑制することができる。

図４に示す吹製口プレートのプレート下部においては、幅方向に整列した１３個の下部ノズル孔１２zが、上下方向に、２列で配置されている。下部ノズル孔１２zの径は、上部ノズル孔１１zの径と同じにした。

このような下部ノズル孔の配置を採用することにより、下部ノズル孔から噴射する高圧水で形成する、水砕樋の底部における水流の水勢を、従来以上に増強することができ、その結果、水砕スラグの底部への堆積を防止することができる。

図５に、図４に示す吹製口プレートを吹製口の前面に取り付けた水砕樋の一態様を示す。

図１に示す水砕樋と同様に、断面が逆台形状の水砕樋１の端部には、吹製口２が設けられていて、吹製口２の前面には、逆台形状の吹製口プレート３z（図４、参照）が備えられ、背面には、連結管５を介して、圧力計６を備える高圧給水管４が連結されている。

吹製口プレート３zのノズル孔（図示なし）から噴射された高圧水７zは、水砕樋１の上部に位置するスラグ樋（図示なし）から落下する溶融スラグ８に衝突し、溶融スラグ８を急冷、分断し、細粒化する。

図５に示す本発明の水砕樋１zにおいては、図３に示す技術思想に基づく吹製口プレート３ｚを使用しているので、水砕樋の側面への水砕スラグの付着がなく、かつ、水砕樋の底部への水砕スラグの堆積がない。

なお、水砕樋の底部に、金属プレート１３、例えば、ステンレス鋼製プレートを敷設すると、水砕スラグの流れがよくなり、水砕スラグの堆積を完全になくすることができる。

図５に示す本発明の水砕樋１zにおいては、吹製口２の下部に、異物沈積溝１４が配置されている。異物沈積溝１４は、高圧給水管４から吹製口２に供給される水の中に含まれている異物を沈積させて収容するものである。

異物沈積溝１４を配置したことにより、水中の異物に起因するノズル孔閉塞等の操業トラブルを回避することができるので、水砕スラグ製造作業を、中断することなく、より長期間行うことができる。なお、異物沈積溝１４中の異物は、開閉弁１５を開いて、除去することができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
上部幅が３７２ｍｍ、下部幅が２１０ｍｍ、及び、高さ２８０ｍｍの逆台形状のステンレス鋼製のプレートに、図４に示すノズル孔配列で、上部ノズル孔と下部ノズル孔を形成し、吹製口プレートを作製した。

吹製口プレートのプレート上部の幅方向中央部（中央領域ａ）に、幅方向に整列した１１個の上部ノズルを、上下方向に、２列配置した。この上部ノズル孔の径は１３ｍｍとし、１列（最上列）目には、２５ｍｍ間隔で、６個配列し、２列目（１列目と２列目の列間隔：２０ｍｍ）には、同じ間隔で、５個配置した。

吹製口プレートの幅方向中央部の両側部には、それぞれ、幅方向に整列した６個の上部ノズル孔を、上下方向に、３列配置し、ノズル孔の径は、上記上部ノズル孔と同じ径とした。

吹製口プレートの下部においては、幅方向に整列した孔径１３ｍｍの下部スラグ孔を１３個、上下方向に、２列（列間隔：２０ｍｍ）で配置した。

上記作製に係る吹製口プレートを、図５に示す水砕樋の吹製口の前面に取り付け、ノズル圧力１．５ｋｇ／ｃｍ、水量２０６ｍ³／ｈ、流速１６．８ｍ／ｓで水砕スラグ製造作業を行った。

水砕樋の側面への水砕スラグの付着、及び、水砕樋の底面への水砕スラグの堆積がなく、定期修理の間隔である１４日間の操業を連続して行うことができた。

これに対し、図２に示す従来型の吹製口プレートを使用し、ノズル圧力２．５ｋｇ／ｃｍ、水量２０３ｍ³／ｈ、流速２１．８ｍ／ｓで水砕スラグ製造作業を行った場合、水砕スラグが、水砕樋の側面に付着し、また、底部の堆積量が増加し、数時間で操業停止となった。本発明の水砕樋が、従来の水砕樋に比べ、優れていることが解る。

前述したように、本発明によれば、水砕スラグの水砕樋の側面への付着、底部への堆積、さらに、ノズル孔への付着を抑制して、水砕作業を長期にわたり効率良く行なうことができる。したがって、本発明は、溶融スラグ処理産業において、利用可能性が大きいものである。

１、１z 水砕樋
２ 吹製口
３、３z 吹製口プレート
４ 高圧給水管
５ 連結管
６ 圧力計
７、７z 高圧水
８ 溶融スラグ
９ 水砕スラグ
１０ 取付孔
１１、１１z、１１z' 上部ノズル孔
１２、１２z 下部ノズル孔
１１ａ プレート上部領域
１２ａ 取付孔上部領域
１３ 金属プレート
１４ 異物沈積溝
１５ 開閉弁

Claims (8)

1. 落下する溶融スラグ流に高圧水を噴射して溶融スラグ流を急冷、分断し、細粒化して水砕スラグを製造する水砕樋において、高圧水を噴射する吹製口プレートが、
   （ｉ）プレート上部の幅方向中央部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ（ｍ≧１の整数）列備えるとともに、プレート上部の幅方向中央部の両側部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向に、ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列備え、かつ、
   （ii）プレート下部に、幅方向に整列した複数個のノズル孔を、上下方向にｎ（ｎ≧１の整数）列備える
   ことを特徴とする水砕樋。
2. 前記ｍが２以上４以下の整数であり、かつ、前記ｎが２以上４以下の整数であることを特徴とする請求項１に記載の水砕樋。
3. 前記ｍ列を超える（ｍ＋α）（ｍ、αは、それぞれ、ｍ≧１、α≧１の整数）列の上部ノズル孔の径が、ｍ列に整列する上部ノズル孔の孔径と同じであることを特徴とする請求項１に記載の水砕樋。
4. 前記プレート下部に整列するノズル孔の径が、前記プレート上部に整列するノズル孔の径と同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水砕樋。
5. 前記吹製口プレートの給水側に、異物沈積溝を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水砕樋。
6. 前記吹製口プレートがステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水砕樋。
7. 前記水砕樋の底部に、金属プレートが敷設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水砕樋。
8. 前記金属プレートが、ステンレス鋼製であることを特徴とする請求項７に記載の水砕樋。

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