(57)【要約】【課題】処理設備内に積み付けられた製鋼スラグに下方から水蒸気を供給して蒸気エージングを行う方法において、スラグ積み付け高さを高くしても、処理ムラがない安定的なエージング処理を行うことができる蒸気エージング方法を提供する。【解決手段】処理設備内に製鋼スラグを積み付けてスラグ層Ａとし、このスラグ層Ａ内に下方から水蒸気を供給して蒸気エージングを行う方法において、スラグ層Ａの上部に、水蒸気を通す通気性は有するが、通気抵抗がスラグ層Ａよりも大きい通気抵抗層xを設けることにより、スラグ層Ａ内で水蒸気の循環流を生じさせるようにするとともに、スラグ層Ａとその上部の通気抵抗層xからなるセットSを、高さ方向で２セット以上設け、スラグ積み付け高さを高くしても、処理ムラがない安定的なエージング処理がなされるようにした。通気抵抗層xは細粒スラグ層やシート状又は板状の通気性部材などで構成される。【選択図】図４
2020121899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグを処理設備内に積み付けてスラグ層（Ａ）とし、このスラグ層（Ａ）内に下方から蒸気を供給して蒸気エージングを行う方法において、
スラグ層（Ａ）の上部に、水蒸気を通す通気性は有するが、通気抵抗がスラグ層（Ａ）よりも大きい通気抵抗層（x）を設けることにより、スラグ層（Ａ）内で水蒸気の循環流を生じさせるようにするとともに、スラグ層（Ａ）とその上部の通気抵抗層（x）からなるセット（S）を、高さ方向で２セット以上設けることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項２】
少なくとも１つのセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる細粒スラグ層であることを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項３】
細粒スラグは篩目５ｍｍ以下の篩下となる粒径を有することを特徴とする請求項２に記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項４】
細粒スラグ層が湿潤状態であることを特徴とする請求項２又は３に記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項５】
細粒スラグが、エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグであることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項６】
細粒スラグが予め用意された細粒スラグであり、蒸気エージング終了後に回収され、次回の製鋼スラグの蒸気エージングの通気抵抗層（x）として再利用されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項７】
少なくとも１つのセット（S）の通気抵抗層（x）がシート状又は板状の通気性部材からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項８】
複数のセット（S）の通気抵抗層（x）は、上部側のセット（S）の通気抵抗層（x）ほど通気抵抗が高いことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項９】
最上部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項１０】
セット（S）を高さ方向で２セット設け、上部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であり、下部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる乾燥状態の細粒スラグ層であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項１１】
セット（S）を高さ方向で２セット設け、上部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であり、下部のセット（S）の通気抵抗層（x）がシート状又は板状の通気性部材からなることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【請求項１２】
蒸気エージングではスラグ層（Ａ）内の温度を７０℃以上まで昇温させ、その温度域に一定時間保持することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼スラグの膨張を抑制して安定化させるための製鋼スラグの蒸気エージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスにおける転炉などから発生する多量の製鋼スラグを利材化することは重要な課題のひとつである。製鋼スラグは固い石質であることから、道路などの路盤材や骨材などとして利用されているが、製鋼スラグは特に遊離石灰を含むことから、雨水などの水分と反応して膨張することが問題となる。製鋼スラグを道路用に用いる場合、ＪＩＳ  Ａ５０１５「道路用鉄鋼スラグ」の所定の膨張特性（水浸膨張率で１．０％以下）を満たすことが規定されており、このため製鋼スラグは、使用前に遊離石灰を水分と反応させておく工程、すなわちエージング処理が必要である。
【０００３】
製鋼スラグを効率的にエージング処理する方法として、水蒸気を用いて高温で水との反応を促進する方法、すなわち蒸気エージング法が広く知られている。
蒸気エージングに関して、例えば、特許文献１には、側面と底面で囲われた容器内に製鋼スラグを収納し、この製鋼スラグ中に埋設されたノズルから水蒸気を送気して高温で急速に水分と反応させる方法が示されている。
また、特許文献２には、所定粒度に破砕された製鋼スラグを圧力容器に装入し、この圧力容器内で所定の条件で加圧蒸気エージングする方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２６０８４２号公報
【特許文献２】特開平８−１６５１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示されるような大気下で行われる蒸気エージングでは、スラグ層内で蒸気流れのばらつきが発生しやすく、これがエージングのばらつき（処理ムラ）の原因となる。このような問題は、製鋼スラグの積み付け状態が不均一であることにも由来するが、スラグ自体の性状や積み付け作業上の制約から、製鋼スラグの積み付け状態を均一にすることは事実上困難である。
【０００６】
近年、道路維持費用の削減のために道路の耐用年数が延びており、路盤材に用いられた製鋼スラグについて、従来では問題にならなかった残存遊離石灰分の膨張が、長期使用中に問題になるケースが発生している。また、多量の製鋼スラグを限られたエリアでエージング処理するため、近年、蒸気エージングにおけるスラグ積み付け高さが高くなる傾向にあるが、スラグ積み付け高さが高くなるほどスラグ層内での蒸気流れのばらつきとこれに伴う処理ムラが発生しやすくなり、実際、そのような処理ムラによって未処理で残存する遊離石灰分の膨張が問題となっている。
【０００７】
このため製鋼スラグの蒸気エージングでは、スラグ積み付け高さがある程度高くても、処理ムラがない安定的な処理が求められるが、特許文献１に示されるような従来の蒸気エージング法では、そのような課題は解決できない。そのため、エージング処理後の膨張特性が不十分であったり、処理ムラを生じることが懸念される場合には、例えば、路盤材として製鋼スラグの配合率を下げて、他の非膨張性の材料と混合して利用することになり、製鋼スラグの利用率が低下してしまう。
一方、特許文献２に示される方法は、加圧容器を用いた処理（加圧蒸気エージング）であるため装置が大掛かりとなり、また、圧力管理や搬送ハンドリング、設備のメンテナンスなどの対策も必要となる。このため処理コストも高くなる。
【０００８】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、処理設備内に積み付けられたスラグ層内に下方から水蒸気を供給して蒸気エージングを行う方法において、スラグ積み付け高さを高くしても、処理ムラがない安定的なエージング処理を行うことができる製鋼スラグの蒸気エージング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、（i）積み付けられたスラグ層内に下方から水蒸気を供給する蒸気エージングにおいて処理ムラを少なくするには、スラグ層の上部に、水蒸気の吹き抜けを抑制する通気抵抗層（すなわち、水蒸気を通す通気性は有するが、通気抵抗がスラグ層よりも大きい通気抵抗層）を設けることにより、スラグ層内で水蒸気の循環流を生じさせることが有効であること、（ii）製鋼スラグの積み付け高さを確保するには、そのような通気抵抗層を上部に設けたスラグ層を高さ方向で２層（２セット）以上積み付ければよいこと、などの事実を知見した。
【００１０】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］製鋼スラグを処理設備内に積み付けてスラグ層（Ａ）とし、このスラグ層（Ａ）内に下方から蒸気を供給して蒸気エージングを行う方法において、
スラグ層（Ａ）の上部に、水蒸気を通す通気性は有するが、通気抵抗がスラグ層（Ａ）よりも大きい通気抵抗層（x）を設けることにより、スラグ層（Ａ）内で水蒸気の循環流を生じさせるようにするとともに、スラグ層（Ａ）とその上部の通気抵抗層（x）からなるセット（S）を、高さ方向で２セット以上設けることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【００１１】
［2］上記［1］の蒸気エージング方法において、少なくとも１つのセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる細粒スラグ層であることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
［3］上記［2］の蒸気エージング方法において、細粒スラグは篩目５ｍｍ以下の篩下となる粒径を有することを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
［4］上記［2］又は［3］の蒸気エージング方法において、細粒スラグ層が湿潤状態であることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【００１２】
［5］上記［2］〜［4］のいずれかの蒸気エージング方法において、細粒スラグが、エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグであることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
［6］上記［2］〜［4］のいずれかの蒸気エージング方法において、細粒スラグが予め用意された細粒スラグであり、蒸気エージング終了後に回収され、次回の製鋼スラグの蒸気エージングの通気抵抗層（x）として再利用されることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの蒸気エージング方法において、少なくとも１つのセット（S）の通気抵抗層（x）がシート状又は板状の通気性部材からなることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【００１３】
［8］上記［1］〜［7］のいずれかの蒸気エージング方法において、複数のセット（S）の通気抵抗層（x）は、上部側のセット（S）の通気抵抗層（x）ほど通気抵抗が高いことを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
［9］上記［2］〜［8］のいずれかの蒸気エージング方法において、最上部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
［10］上記［2］〜［8］のいずれかの蒸気エージング方法において、セット（S）を高さ方向で２セット設け、上部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であり、下部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる乾燥状態の細粒スラグ層であることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【００１４】
［11］上記［2］〜［8］のいずれかの蒸気エージング方法において、セット（S）を高さ方向で２セット設け、上部のセット（S）の通気抵抗層（x）が、当該セット（S）のスラグ層（Ａ）を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であり、下部のセット（S）の通気抵抗層（x）がシート状又は板状の通気性部材からなることを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
［12］上記［1］〜［11］のいずれかの蒸気エージング方法において、蒸気エージングではスラグ層（Ａ）内の温度を７０℃以上まで昇温させ、その温度域に一定時間保持することを特徴とする製鋼スラグの蒸気エージング方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の蒸気エージング方法によれば、処理設備内に積み付けられたスラグ層内に下方から水蒸気を供給して蒸気エージングを行う方法において、スラグ積み付け高さを高くしても、処理ムラがない安定的なエージング処理を行うことができる。また、加圧容器などの特別な設備を用いないため低コストで実施できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の基本原理を、処理槽を縦断面した状態（但し、説明の便宜上、１つのセットSを構成するスラグ層Ａとその上部に設けられる通気抵抗層xのみを示している）で模式的に示すものであり、図１（ａ）は処理槽内に積み付けられたスラグ層Ａと、その上部に設けられる通気抵抗層xを示す説明図、図１（ｂ）は通気抵抗層xを設けることによるスラグ層Ａ内での水蒸気の流れを示す説明図
【図２】本発明において、スラグ層Ａの上部に設けられる通気抵抗層xが細粒スラグ層からなる場合の一実施形態を、処理槽を縦断面した状態（但し、説明の便宜上、１つのセットSを構成するスラグ層Ａとその上部に設けられる通気抵抗層xのみを示している）で模式的に示す説明図
【図３】本発明において、スラグ層Ａの上部に設けられる通気抵抗層xがシート状の通気性部材からなる場合の一実施形態を、処理槽を縦断面した状態（但し、説明の便宜上、１つのセットSを構成するスラグ層Ａとその上部に設けられる通気抵抗層xのみを示している）で模式的に示す説明図
【図４】本発明の一実施形態を、処理槽を縦断面した状態で模式的に示すものであり、図４（ａ）は処理槽内にスラグ層Ａとその上部の通気抵抗層xからなるセットSを高さ方向で２セット積み付けた状態を示す説明図、図４（ｂ）は通気抵抗層xを設けることによるスラグ層Ａ内での水蒸気の流れを示す説明図
【図５】従来法の実施状況を、処理槽を縦断面した状態で模式的に示すものであり、図５（ａ）は処理槽内に積み付けられたスラグ層Ａ０を示す説明図、図５（ｂ）はスラグ層Ａ０内での水蒸気の流れを示す説明図
【図６】製鋼スラグを篩分けした際の篩下のスラグであって、乾燥状態のスラグについて、篩目（スラグの粒径）とスラグの通気抵抗との関係の一例を示したグラフ
【図７】製鋼スラグを篩分けした際の篩上のスラグであって、乾燥状態のスラグについて、篩目（スラグの粒径）とスラグの通気抵抗との関係の一例を示したグラフ
【図８】製鋼スラグを篩分けした際の篩下のスラグであって、湿潤状態のスラグについて、篩目（スラグの粒径）とスラグの通気抵抗との関係の一例を示したグラフ
【図９】製鋼スラグを篩分けした際の篩上のスラグであって、湿潤状態のスラグについて、篩目（スラグの粒径）とスラグの通気抵抗との関係の一例を示したグラフ
【図１０】実施例における積み付けベッド（スラグ層）中での試料採取位置を示す図面
【図１１】実施例における積み付けベッド（スラグ層）中での温度測定位置を示す図面
【図１２】実施例において、積み付けベッド（スラグ層）の高さ方向での蒸気温度差を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、製鋼スラグを処理設備内に積み付けてスラグ層Ａとし、このスラグ層Ａ内に下方から水蒸気を供給して蒸気エージングを行う方法であり、スラグ層Ａの上部に、蒸気の吹き抜けを抑制する通気抵抗層、すなわち、水蒸気を通す通気性は有するが、通気抵抗がスラグ層Ａよりも大きい通気抵抗層xを設けることにより、スラグ層Ａ内に水蒸気の循環流を生じさせるものである。この水蒸気の循環流により、処理ムラを生じることなくスラグ層全体を均一にエージング処理することができる。そして、本発明では、スラグ積み付け高さを確保するため、スラグ層Ａとその上部の通気抵抗層xからなるセットSを、高さ方向で２セット以上設けるものである。
なお、以下の説明（実施例を含む）において、スラグの粒径について「・・ｍｍ以下」という場合には、その数値の篩目の篩下となる粒径を有することを意味し、同じく「・・ｍｍ超」という場合には、その数値の篩目の篩上となる粒径を有することを意味する。
【００１８】
本発明では、処理設備内に積み付けられたスラグ層Ａ（高さ方向で積層した２セット以上のスラグ層Ａ）に対して蒸気エージングを行うが、通常、蒸気エージング用の処理設備は、蒸気管が配設された養生床（底部）と、この養生床を囲む少なくとも２面の側壁（スラグ保持壁）を有する処理槽（処理ピット）で構成される。この処理槽の具体例については、後に詳述する。なお、以下に説明する図１〜図４の例では、模式的に処理槽底部の蒸気吹き込み部２からスラグ層Ａ内に水蒸気が吹き込まれるように表されているが、この蒸気吹き込み部２が実設備における蒸気管を備えた養生床に相当するものである。
【００１９】
図５は、従来法の実施状況を、処理槽を縦断面した状態で模式的に示すものであり、図５（ａ）は処理槽１０内に積み付けられたスラグ層Ａ０を示す説明図、図５（ｂ）はスラグ層Ａ０内での水蒸気の流れを示す説明図である。図において、１１は処理槽底部の蒸気吹き込み部（養生床）であり、この蒸気吹き込み部１１から処理槽１０に積み付けられたスラグ層Ａ０内に水蒸気が供給（送気）される。
一般に粒度分布を持つ製鋼スラグを処理槽１０内に積み付けると、スラグ層Ａ０には粒度偏析により圧力損失の高い部分と低い部分ができ、処理槽底部の蒸気吹き込み部１１から吹き込まれた水蒸気は、圧力損失の低い部分を優先的に流れて水蒸気の「通り道」が形成され、一度形成された「通り道」は粒子の再配置が起こらなければ変更されにくい。その結果、水蒸気の通る領域と通らない領域ができ、エージングの処理ムラが発生することになる。このような処理ムラは、製鋼スラグの積み付け高さが高くなるほど生じやすくなる。
【００２０】
図１は、本発明の基本原理を処理槽を縦断面した状態で模式的に示すものであり、説明を単純化するため、１つのセットSを構成するスラグ層Ａとその上部に設けられる通気抵抗層xのみを示している。図１（ａ）は処理槽１内に積み付けられたスラグ層Ａと、その上部に設けられる通気抵抗層xを示す説明図、図１（ｂ）は通気抵抗層xを設けることによるスラグ層Ａ内での水蒸気の流れを示す説明図である。図において、２は処理槽底部の蒸気吹き込み部（養生床）であり、この蒸気吹き込み部２から処理槽１に積み付けられたスラグ層Ａ内に水蒸気が供給（送気）される。
【００２１】
本発明法では、図１（ａ）に示すように処理槽１内に積み付けられたスラグ層Ａの上部（上面）に、水蒸気を通す通気性は有するが、通気抵抗がスラグ層Ａよりも大きい通気抵抗層xを設ける。この通気抵抗層xは、水蒸気を適度に通気させつつ、水蒸気の吹き抜けを抑制する蓋となる層であり、このような通気抵抗層xを設けることにより、図１（ｂ）に示すように、スラグ層Ａの全体で水蒸気の循環流が均一に生じ、スラグ層Ａの全体を処理ムラを生じることなく均一にエージング処理することができる。
【００２２】
従来法では、水蒸気の放散を防ぎスラグ層内を均一な温度に加熱するために、積み付けたスラグ層に非通気性のシート（ビニールシートなど）を被せて蒸気エージングが行われることがあるが、この場合には水蒸気がいずれかの隙間（例えば、シートの縁や継目などの隙間）から優先的に逃げる（シートの外に逃げる）ので、スラグ層内に水蒸気の特別な「通り道」ができてしまい、この場合も水蒸気の通る領域と通らない領域ができ、エージングの処理ムラが発生することになる。これに対して、本発明においてスラグ層Ａの上部に設けられる通気抵抗層xは、図１（ｂ）に示すように水蒸気を適度に通気させるため、スラグ層Ａ内に上述したような水蒸気の特別な「通り道」を生じさせることなく、その通気抵抗によってスラグ層全体で水蒸気の循環流を均一に生じさせる。その結果、処理ムラを生じることなくスラグ層全体が均一にエージングされることになる。また、スラグＡ層の上部に通気抵抗層xが形成されると蓋をされたような状態になるためスラグ層Ａ内の圧力が上昇し、エージングがより促進されて処理時間が短くなる効果も得られる。すなわち、加圧容器を用いることなく、加圧によるエージング促進効果も期待できる。
【００２３】
通気抵抗層xは任意の材料又は部材で構成することできるが、なかでも、スラグ層Ａを構成するスラグよりも粒度が小さい細粒スラグによる細粒スラグ層や、シート状又は板状の通気性部材などで構成することが好ましい。
図２は、通気抵抗層xをスラグ層Ａを構成するスラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる細粒スラグ層で構成した場合の一実施形態を示している。また、図３は通気抵抗層xをシート状の通気性部材で構成した場合の一実施形態を示している。いずれも処理槽１を縦断面した状態で模式的に示したものであり、説明を単純化するため、１つのセットSを構成するスラグ層Ａとその上部に設けられる通気抵抗層xのみを示している。
【００２４】
ここで、スラグのエージング処理量を増やすためにはスラグの積み付け高さを高くする必要があるが、スラグの積み付け高さがある程度以上になると、スラグ層Ａ内で水蒸気循環流が均一に生じにくくなり、処理ムラが生じやすくなる。そこで、本発明では、積み付けするスラグ層を高さ方向で複数単位に分け、各単位のスラグ層毎に通気抵抗層xを設けることにより、水蒸気を循環させる空間領域（各単位のスラグ層）を小さくし、各単位のスラグ層内で水蒸気循環流が均一に生じるようにする。すなわち、図１に示すようなスラグ層Ａとその上部の通気抵抗層xを１つのセットSとし、このセットSを高さ方向で２セット以上設けるものである。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態を、処理槽を縦断面した状態で模式的に示すものであり、処理槽１内にスラグ層Ａとその上部の通気抵抗層xからなるセットSを高さ方向で２セット積み付けたものである。図４（ａ）はその状態を示す説明図、図４（ｂ）は通気抵抗層xを設けることによるスラグ層Ａ内での水蒸気の流れを示す説明図である。
この実施形態では、蒸気吹き込み部２から下部（下段）のセットS１のスラグ層Ａ１内に水蒸気が供給（送気）され、上述したような通気抵抗層x１の作用でスラグ層Ａ１の全体で水蒸気の循環流が均一に生じる。水蒸気は、スラグ層Ａ１内を循環流を形成しつつ流れた後、通気抵抗層x１を通過して上部（上段）のセットS２のスラグ層Ａ２に流れ、ここでも上述したような通気抵抗層x２の作用でスラグ層Ａ２の全体で水蒸気の循環流が均一に生じる。これにより、各セットSのスラグ層Ａの全体を処理ムラを生じることなく均一にエージング処理することができる。また、上述したように、加圧容器を用いることなく、加圧によるエージング促進効果も期待できる。
【００２６】
本発明において、セットSの数（高さ方向での積層数）は任意であるが、下記するような好適なスラグ層の厚さ（処理槽１内に積み付けされるスラグのトータルの厚さ、各セットSのスラグ層の厚さ）からして、一般に２〜３程度が適当である。
また、処理槽１内に積み付けされるスラグのトータルの厚さ（複数セットSのスラグ層Ａの合計厚さ）は特に限定されないが、処理槽１の規模や重機（ショベルカーなど）による積み付け作業上の制約があるため、通常、２〜８ｍ程度である。
また、各セットSのスラグ層Ａの厚さも特に限定されないが、水蒸気の循環流を均一に生じさせる観点から３ｍ以下が好ましく、通常、１〜３ｍ程度である。
【００２７】
各セットSの通気抵抗層xの通気抵抗は、スラグ層Ａの通気抵抗との関係もあるので一概には規定できないが、一般的には、最上部のセットSで８０〜１６０ｋＰａ／ｍ程度が好ましく、また、下部側のセットSの通気抵抗層xの通気抵抗は、上部側のセットSと同等かそれ以下であることが望ましいので、最下部のセットSで６５〜１６０ｋＰａ／ｍ程度が好ましい。
複数のセットSの通気抵抗層xは、上部側のセットSの通気抵抗層xほど通気抵抗が高いことが好ましい。下部側のセットSの通気抵抗層xがある程度低くても、相対的に上部側のセットSの通気抵抗層xが高ければ、全体として水蒸気の循環流が生じやすい状態となるからである。また、上部側のセットSのスラグ層Ａと比較した場合、下部側のセットSのスラグ層Ａはエージング処理の初期から高温の水蒸気が流れるため、上部のセットSのスラグ層Ａと較べて多少水蒸気循環流の形成が不十分であり、水蒸気の流れに多少のムラが生じたとしても、その程度は許容されることになる。なお、ここでの通気抵抗は、スラグ層単位厚さ当りの圧力損失であり、水蒸気の流速は０．１ｍ／ｓを前提としている。
【００２８】
通気抵抗層xを細粒スラグ層で構成する場合（図２参照）、細粒スラグには、エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグを用いることができるが、これに限定されるものではなく、別に用意された細粒スラグを用いてもよい。すなわち、エージング対象の製鋼スラグを毎回分級し、その細粒スラグを通気抵抗層xに使用すると処理コストが嵩むなどの事情がある場合には、エージング対象の製鋼スラグを分級することなくスラグ層Ａを構成し、予め別に用意された細粒スラグで通気抵抗層xを構成してもよい。また、この場合、蒸気エージング終了後に通気抵抗層xに使用した細粒スラグを回収し、次回の蒸気エージングの通気抵抗層xに再利用してもよい。すなわち、同じ細粒スラグを複数回の蒸気エージングの通気抵抗層xに繰り返し利用してもよい。
【００２９】
また、通気抵抗層xにエージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグを用いる場合、エージング対象の製鋼スラグに含まれる所定粒度の細粒スラグ（例えば、篩目５ｍｍ以下の篩下スラグ）の全部を用いてもよいし、一部のみを用い、残りはスラグ層Ａを構成する製鋼スラグに留め置いてもよい。
なお、エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグや、別に用意された未エージングの細粒スラグを通気抵抗層xに用いる場合、当然、水蒸気が通気抵抗層xを通過する過程でこれら細粒スラグの蒸気エージングがなされることになる。
【００３０】
また、通気抵抗層xをシート状又は板状の通気性部材で構成する場合（図３参照）、シート状の通気性部材としては、例えば目の細かいフィルターシートなどを、また、板状の通気性部材としては、例えば多孔質体などをそれぞれ用いることができるが、これらに限定されるものではない。
シート状又は板状の通気性部材は、形状追従性のよい柔軟な素材で、かつ水蒸気の部分的な抜けを許さないように一体物であることが望ましい。また、水蒸気が当たるため１８０℃程度までの耐熱性を有することが望ましい。
なお、複数のセットSのうち、一部のセットSでは通気抵抗層xを細粒スラグ層で構成し、他のセットSでは通気抵抗層xをシート状又は板状の通気性部材で構成するようにしてもよい。その好ましい具体例などについては、後に詳述する。
【００３１】
以下、通気抵抗層x（少なくとも１つのセットSの通気抵抗層x）を細粒スラグ層で構成する場合について、より詳細に説明する。
粉粒体中を気体が通過する際の圧力損失については、Ergun式（Ergun, S.: Chem. Eng. Frog., 48, 89（1952））が良く知られている。粉粒体の粒径が単一であれば粒径が小さいほど通気抵抗が高くなり、圧力損失が上がる。一般には扱う粉粒体には粒度分布があり、粒度分布が変わるとErgun式の比表面積と空間率がともに変化するため通気抵抗が変わる。粒度に幅があれば、細粒の存在比率が増加し、比表面積が増加するとともに、粗粒間に細粒が入り込んで、空間率が減少するため通気抵抗が高くなり、圧力損失は上がる。
【００３２】
ＪＩＳ  Ａ５０１５「道路用鉄鋼スラグ」で規定されている各粒度規格の製鋼スラグについて篩分けを行い、篩下と篩上のスラグについて通気抵抗を測定した。円筒容器内に充填した粒子層に空気を流入させ、フローメーターで流量を測定しつつ所定値になるように調整し、圧力計で圧力損失を測定し、この圧損値から通気抵抗を求めた。篩下スラグの乾燥状態での通気抵抗の測定例を図６に、篩上スラグの乾燥状態での通気抵抗の測定例を図７に、それぞれ示す。また、篩下スラグの湿潤状態での通気抵抗の測定例を図８に、篩上スラグの湿潤状態での通気抵抗の測定例を図９に、それぞれ示す。図６〜図９において、横軸はスラグを篩分けした篩目の大きさを示しており、篩分けされたスラグがその篩目の篩下又は篩上であることを示している。
【００３３】
図６、図８によれば、スラグ（篩下スラグ）の粒度が細かくなるほど粒子層の通気抵抗が高くなり、篩目５ｍｍ付近でその上昇傾向が大きくなり、篩目１ｍｍ付近で急激に高くなっている。また、乾燥状態のスラグに較べて湿潤状態のスラグの方が、同じ粒度でも格段に高い通気抵抗が得られている。
したがって、通気抵抗層xを細粒スラグ層で構成する場合、必要な通気抵抗（上述した８０〜１６０ｋＰａ／ｍ程度）を確保するため、その細粒スラグの粒径は５ｍｍ以下（篩目５ｍｍ以下の篩下となる粒径）であることが好ましい。さらに、その細粒スラグ層は乾燥状態よりも湿潤状態の方が通気抵抗が高いため、特に、積み付けられたスラグ層全体の蓋となる最上層のセットSの通気抵抗層xについては、細粒スラグ層は湿潤状態であることが好ましい。乾燥状態の細粒スラグ層は、湿潤状態の細粒スラグ層に較べて通気抵抗が低く（図６、図８参照）、スラグの種類や粒度、その他の条件にもよるが、一般には最上層のセットSの通気抵抗層xとして適さない場合が多い。
【００３４】
ここで、スラグの乾燥状態と湿潤状態の違いは、スラグ粒子表面の付着水層の有無による。製鋼スラグのスラグ粒子は、普通の状態で少量の水分を含んでいるが、外から添加される水分（雨水や加水による水分）が多いためにスラグ粒子に吸収される水分が飽和状態になると、スラグ粒子表面に付着水層が生じる。スラグが乾燥状態であるとは、スラグ粒子表面にそのような付着水層がない状態を指し、スラグが湿潤状態であるとは、スラグ粒子表面に付着水層がある状態を指す。スラグの性状にもよるが、一般的にはおおよそ水分量１０mass％以上で湿潤状態となりやすい。
通気抵抗層xである細粒スラグ層を湿潤状態とするには、外部から水分を添加（加水）する方法が簡便でよいが、水蒸気を凝縮させて湿潤状態としてもよい。また、外部からの水分添加と水蒸気の凝縮の両方を利用してもよい。
【００３５】
スラグ層Ａのスラグは、水蒸気の流れが阻害されないようにするため乾燥状態であることが好ましく、このためスラグ層Ａ内ではできるだけ水蒸気の凝縮が生じないようにする（水蒸気の凝縮は通気抵抗層xで生じさせる）ことが好ましい。このため、供給される水蒸気によりスラグ層Ａ内を一定温度以上に昇温させ、その温度域に保つことが好ましい。具体的には、スラグ層Ａ内の温度を７０℃以上まで昇温させ、その温度域に一定時間保持することが好ましい。
通気抵抗層xを構成する細粒スラグ層の厚さは特に限定しないが、細粒スラグの粒径が５ｍｍ以下（篩目５ｍｍ以下の篩下となる粒径）である場合には、厚さ０．１ｍ程度で必要な通気抵抗が得られるので、細粒スラグ層の厚さは０．１ｍ以上とすることが好ましい。一方、細粒スラグ層が厚くなると、本来エージングさせたいスラグ層Ａの積み付け量が少なくなるので、全体の積み付け高さを考慮すると０．５ｍ程度を上限とすることが適当である。
【００３６】
本発明において通気抵抗層xによりスラグ層Ａ内で所望の水蒸気循環流が生じると、スラグ層内に水蒸気が均等に充満した状態となるので、スラグ層高さ方向での温度差が小さくなる。したがって、スラグ層Ａ内で所望の水蒸気循環流が形成されていることは、スラグ層高さ方向の温度差（又は温度勾配）を測定することで確認することができる。具体的には、例えば、水蒸気の供給開始から２４時間経過した時点で、最上部のセットSのスラグ層Ａの高さ方向において上端から層厚の１／３の箇所（後述する実施例の場合では図１１のｐ２）の温度と、最下部のセットSのスラグ層Ａの高さ方向で下端から層厚の１／３の箇所（図１１のｐ１）の温度差が３０℃以内の場合に、スラグ層全体を均一にエージングするのに必要な水蒸気循環流が生じていると判断できる。
【００３７】
次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。
上述したように、複数のセットSの通気抵抗層xは、上部側のセットSの通気抵抗層xほど通気抵抗が高いことが好ましい。特に、最上部のセットSの通気抵抗層xは、処理槽１内に積み付けられたスラグ層全体の蓋となるため、他のセットSの通気抵抗層xよりも通気抵抗を高くすることが好ましい。このため、最上部のセットSの通気抵抗層xを細粒スラグ層で構成する場合、この最上部のセットSの通気抵抗層xは、当該セットSのスラグ層Ａを構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であることが好ましい。この場合、最上部以外のセットSの通気抵抗層xは乾燥状態としてもよく、特に、水蒸気が下部スラグ層から上部スラグ層に円滑に流入できるようにするという観点からは、乾燥状態である方が好ましいと言える。
【００３８】
したがって、例えば、図４の実施形態のようにセットSを高さ方向で２セット設ける場合には、各セットS１，S２のスラグ層A１，A２内で水蒸気の循環流を形成しつつ、水蒸気が下部のスラグ層A１から上部のスラグ層A２に円滑に流入できるようにするため、以下のような形態が好適である。
（i）セットSを高さ方向で２セット設け、上部のセットS２の通気抵抗層x２が、当該セットS２のスラグ層Ａ２を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であり、下部のセットS１の通気抵抗層x１が、当該セットS１のスラグ層Ａ１を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる乾燥状態の細粒スラグ層である。
（ii）セットSを高さ方向で２セット設け、上部のセットS２の通気抵抗層x２が、当該セットS２のスラグ層Ａ２を構成する製鋼スラグよりも粒度が小さい細粒スラグからなる湿潤状態の細粒スラグ層であり、下部のセットS１の通気抵抗層x１がシート状又は板状の通気性部材からなる。
【００３９】
本発明で用いるエージング処理設備の構成に特別な制限はないが、一般に、蒸気管が配設された養生床（底部）と、この養生床を囲む少なくとも２面の側壁（スラグ保持壁）を有する処理槽（処理ピット）が用いられ、好ましくは、養生床の３方を囲む側壁（スラグ保持壁）を有し、１方が開放して側壁がない処理槽（処理ピット）が用いられる。この側壁がない開放部からショベルカーなどの重機でスラグの積み付け・排出が行われる。養生床（底部）は、通気性を有する粒状物充填層（スラグなどの粒状物の充填層）と、この粒状物充填層内に埋設された蒸気管などから構成され、蒸気管の蒸気噴出孔から噴出された水蒸気が粒状物充填層を通過して、養生床の上に積み付けられたスラグ層に供給される。
【００４０】
なお、養生床の３方を囲む側壁（スラグ保持壁）を有し、１方が開放して側壁がない処理槽などのように、一部分が開放して側壁がない処理槽を用いる場合、開放して側壁がない側のスラグ層Ａの側面は斜面状となるが、その部分から局所的に水蒸気が吹き抜けないように、通気抵抗層xの設け方を配慮することが好ましい。具体的には、斜面状の部分は、積み付け時にスラグが斜面を下方に転がって崩れることを考慮して、通気抵抗層ｘを厚めに設けるのが好ましい。通気抵抗層ｘを厚めに設けておけば、斜面状の部分の温度は上がりにくいので、水蒸気が凝縮して通気抵抗がより大きくなり、蒸気の吹き抜けを防止できる。
本発明においてエージング対象となる製鋼スラグの種類に制限はなく、例えば、脱燐スラグ、脱硫スラグ、転炉脱炭スラグ、脱珪スラグ、電気炉スラグなどの１種以上を対象とすることができる。
【実施例】
【００４１】
３７．５ｍｍアンダー品に破砕したＣＳ−４０粒度規格の製鋼脱炭スラグをエージング対象の供試材とした。その粒度分布を表１に示す。底部（養生床）に複数本の蒸気配管が配置された蒸気エージング用の試験処理槽に３０ｔの製鋼スラグ（転炉脱炭スラグ）を全層厚約４ｍに積み付け、この積み付けたベッド（スラグ層）に対して表２に示す条件で蒸気エージングを行った。
発明例１、２と比較例３、４では、相対的に通気抵抗が低い下部層（本発明例ではスラグ層Ａ）と通気抵抗が高い上部層（本発明例では通気抵抗層x）からなるセットSを２セット積み上げた。一方、比較例２では、相対的に通気抵抗が低い下部層と通気抵抗が高い上部層からなるセットSを１セットのみとした。
【００４２】
発明例２と比較例２〜４では、エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグを各セットSの上部層（本発明例では通気抵抗層x）に用いた。また、これらのうち、上部側のセットSの上部層（本発明例では通気抵抗層x）を湿潤状態にした発明例２、比較例３では、当該上部層を構成する細粒スラグに外掛けでスラグ量の１０mass％の水を添加（加水）することにより水分量を調整した。これに対して、上部側のセットSの上部層を乾燥状態にした比較例４では、上部層を構成する細粒スラグには水を添加（加水）することなく、分級したままの細粒スラグを用いた。
また、セットSを１つのみとし、その上部層を湿潤状態にした比較例２でも、上部層を構成する細粒スラグに外掛けでスラグ量の１０mass％の水を添加（加水）することにより水分量を調整した。
【００４３】
蒸気エージング終了後、図１０に示すように、積み付けたベッド（スラグ層Ａ）の幅および長さの端部から３０％の位置に対応するａ，ｂ，ｃ，ｄの４箇所において、高さ方向で４箇所の位置から試料を５０ｋｇ程度採取した。なお、発明例１では、フィルターシートの厚みを考慮した位置から試料を採取した。各試料を混合、縮分してＪＩＳ  Ａ５０１５に規定された方法で水浸膨張試験を行い、それぞれの水浸膨張率を測定した。各位置から採取した試料の水浸膨張試験をそれぞれ３回実施し、その平均値を試験値とするとともに、高さ方向４点（例えば、ａ１，ａ２，ａ３，ａ４）の試料の試験値を平均し、この平均値を上記ａ，ｂ，ｃ，ｄの各箇所の試験値とした。表２に、このａ，ｂ，ｃ，ｄ４箇所の試験値（水浸膨張率）の平均値、レンジ（最大値と最小値の差）及び最大値を示す。
【００４４】
発明例１は、製鋼スラグからなる下部層の上に、上部層として通気抵抗が１６０ｋＰａ／ｍのフィルターシート（厚さ０．５ｍ）を設けたものを１つのセットSとし、このセットSを高さ方向で２セット設けたものであり、各セットSの下部層が本発明のスラグ層Ａに、上部層が本発明の通気抵抗層xにそれぞれ相当する。
発明例２は、製鋼スラグからなる下部層の上に、上部層として粒径５ｍｍ以下の細粒スラグ（エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグ）からなる細粒スラグ層を設けたものを１つのセットSとし、このセットSを高さ方向で２セット設けるとともに、上部のセットSの細粒スラグ層を湿潤状態（下部のセットSの細粒スラグ層は乾燥状態）としたものであり、各セットSの下部層が本発明のスラグ層Ａに、上部層が本発明の通気抵抗層xにそれぞれ相当する。
【００４５】
比較例１は従来法に相当するものであり、上層部・下層部の区別なく積み付けた製鋼スラグをそのままの状態で蒸気エージングしたものである。
比較例２は、製鋼スラグを厚く積み付けた下部層（層厚３．５ｍ）の上に、上部層として粒径５ｍｍ以下の細粒スラグ（エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグ）からなる湿潤状態の細粒スラグ層を設けたものである。
比較例３は、製鋼スラグからなる下部層の上に、上部層として粒径１０ｍｍ以下の細粒スラグ（エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグ）からなる細粒スラグ層を設けたものを１つのセットSとし、このセットSを高さ方向で２セット設けるとともに、上部のセットSの細粒スラグ層を湿潤状態（下部のセットSの細粒スラグ層は乾燥状態）としたものである。
比較例４は、製鋼スラグからなる下部層の上に、上部層として粒径５ｍｍ以下の細粒スラグ（エージング対象の製鋼スラグを分級して得られた細粒スラグ）からなる細粒スラグ層を設けたものを１つのセットSとし、このセットSを高さ方向で２セット設けるとともに、上部のセットSの細粒スラグ層を乾燥状態（下部のセットSの細粒スラグ層も乾燥状態）としたものである。
【００４６】
表２によれば、発明例１と発明例２は、従来法である比較例１に比べて、水浸膨張率は平均値、レンジ、最大値の全てにおいて大幅に低い値になっており、均一で適切な蒸気エージングがなされたことが判る。
一方、比較例２〜４の水浸膨張率は、平均値、レンジ、最大値の全てにおいて発明例１、２よりも高い。比較例２は、製鋼スラグを厚く積み付けたスラグ層（下部層）と湿潤状態の細粒スラグ層（上部層）からなるセットを１つだけ設けたものであるため、スラグ層内に均一な水蒸気循環流が形成されず、処理ムラが生じたものと考えられる。比較例３は、上部側のセットの上部層として湿潤状態の細粒スラグ層を設けたものであるが、細粒スラグが粒径１０ｍｍ以下であるために、また、比較例４は、上部側のセットの上部層として粒径５ｍｍ以下の細粒スラグからなる細粒スラグ層を設けたものであるが、細粒スラグ層が乾燥状態であるために、それぞれ上部層が通気抵抗層xとして十分に機能せず、その結果、スラグ層全体の均一なエージングに必要な蒸気の循環が実質的に生じなかったものと考えられる。
【００４７】
表２に、各実施例の上部層、下部層（発明例１、２と比較例３、４の場合には各セットの上部層、下部層）の通気抵抗を示す。この通気抵抗は、各実施例の上部層、下部層に対応するサンプルの通気抵抗（ｋＰａ／ｍ）を実験で求めたものである。これによれば、発明例では、上部のセットにおける上部層・下部層の通気抵抗差は１３０ｋＰａ／ｍ以上であるのに対して、比較例３、４では、上部のセットにおける上部層・下部層の通気抵抗差は６５ｋＰａ／ｍ以下であり、この点からも比較例３、４では上部層が通気抵抗層xとして十分に機能していないことが判る。なお、発明例２からして、下部のセットは上部層・下部層の通気抵抗差が６５ｋＰａ／ｍで機能することが判る。
【００４８】
また、ベッド（積み付けスラグ）の中央位置の上下２箇所（ｐ１，ｐ２）、すなわち、発明例１、２、比較例３、４においては、図１１に示すように、上部のセットSのスラグ層Ａの高さ方向において上端から層厚の１／３の箇所（ｐ２）の温度と、下部のセットSのスラグ層Ａの高さ方向で下端から層厚の１／３の箇所（ｐ１）に熱電対を設置し、また、比較例１、２においては、図１１の上下２箇所（ｐ１，ｐ２）に準じた箇所に熱電対を設置し、それぞれ蒸気エージング中の各位置の水蒸気温度を測定した。蒸気エージング開始（水蒸気の供給開始）から２４時間後の上下２箇所の温度差を図１２に示す。発明例では上下２箇所の温度差が３０°以内であり、比較例に比べ温度差が明らかに小さい。これは、スラグ層内で所望の水蒸気循環流が生じ、この水蒸気循環流により層内に水蒸気が均等に充満したことによるものと考えられる。
【００４９】
【表１】
2020121899.tif 000003
【００５０】
【表２】
2020121899.tif 000004
【符号の説明】
【００５１】
１  処理槽
２  蒸気吹き込み部
Ａ，Ａ１，Ａ２  スラグ層
x，x１，x２  通気抵抗層
S，S１，S２  セット
【図１】
2020121899.tif 000005
【図２】
2020121899.tif 000006
【図３】
2020121899.tif 000007
【図４】
2020121899.tif 000008
【図５】
2020121899.tif 000009
【図６】
2020121899.tif 000010
【図７】
2020121899.tif 000011
【図８】
2020121899.tif 000012
【図９】
2020121899.tif 000013
【図１０】
2020121899.tif 000014
【図１１】
2020121899.tif 000015
【図１２】
2020121899.tif 000016