(57)【要約】      （修正有）【課題】水分を添加することなく、製鋼スラグの水和膨張を安定して抑制できる製鋼スラグの蒸気エージング方法を提供する。【解決手段】堆積した製鋼スラグ１０に水蒸気３４を吹込む蒸気エージング方法であって、製鋼スラグに水蒸気を吹込んでいる期間に製鋼スラグの堆積状態を変化させる。さらに、水蒸気の吹込みを開始してから終了するまでの期間を０〜１００％とすると、１０〜９０％の範囲の期間に製鋼スラグの体積状態を変化させることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
堆積した製鋼スラグに水蒸気を吹込む蒸気エージング方法であって、
前記製鋼スラグに水蒸気を吹込んでいる期間に前記製鋼スラグの堆積状態を変化させる、蒸気エージング方法。
【請求項２】
前記水蒸気の吹込みを開始してから終了するまでの期間を０〜１００％とすると、１０〜９０％の範囲内の期間に、前記製鋼スラグの堆積状態を変化させる、請求項１に記載の蒸気エージング方法。
【請求項３】
水蒸気を吹込む位置と異なる位置から前記製鋼スラグにガスを吹込んで、前記製鋼スラグの堆積状態を変化させる請求項１または請求項２に記載の蒸気エージング方法。
【請求項４】
前記ガスの吹込み圧力は、０．０５ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下である、請求項３に記載の蒸気エージング方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の蒸気エージング方法で処理された製鋼スラグを用いて路盤材を製造する、路盤材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼スラグの蒸気エージング方法および蒸気エージング方法で処理された製鋼スラグを用いた路盤材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路の路盤および加熱アスファルト混合物に使用される製鋼スラグは、ＪＩＳ  Ａ  ５０１５「道路用鉄鋼スラグ」に規定されている水和膨張基準を満足する必要がある。製鋼スラグにはｆ−ＣａＯが含まれるので、そのまま路盤に用いると水和膨張して道路の隆起などを引き起こす。このため、製鋼スラグを路盤に用いるには、エージング処理してｆ−ＣａＯを水和反応させて水和膨張基準を満足させる必要がある。
【０００３】
製鋼スラグをエージング処理した場合であってもエージング処理が不十分であると、水和膨張基準を超過してしまう。エージング処理には、大気エージング処理と蒸気エージング処理がある。蒸気エージング処理は蒸気による加熱によって水和反応が促進されるので、大気エージング処理よりも短時間で水和膨張を抑制し安定化できるが、さらなる効率的な処理が求められている。
【０００４】
製鋼スラグを効率的に蒸気エージング処理する技術として、特許文献１には、水分を添加して製鋼スラグの水分含有量が１０重量％以上になるまで含水させた後に蒸気エージング処理を行う技術が開示されている。また、特許文献２、３には、水を散布して製鋼スラグに水を均一に付与した後に蒸気エージング処理を行う技術が開示されている。さらに、特許文献４には、水分量が１０〜３０質量％に調整された石炭灰を製鋼スラグに添加して水蒸気エージング処理を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２３８４号公報
【特許文献２】特開２０１７−７８８０号公報
【特許文献３】特開２０１７−１４９６３７号公報
【特許文献４】特許第４４１３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜４に開示された技術は、蒸気エージング処理を行う際に、別途水を添加することで、製鋼スラグのｆ−ＣａＯの水和反応を促進するものであるが、水分を添加した分、加熱するのに時間や余計なエネルギーが必要になる、という課題があった。本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、水分を添加することなく、製鋼スラグの水和膨張を安定して抑制できる製鋼スラグの蒸気エージング方法および蒸気エージング方法で処理された製鋼スラグを用いた路盤材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）堆積した製鋼スラグに水蒸気を吹込む蒸気エージング方法であって、前記製鋼スラグに水蒸気を吹込んでいる期間に前記製鋼スラグの堆積状態を変化させる、蒸気エージング方法。
（２）前記水蒸気の吹込みを開始してから終了するまでの期間を０〜１００％とすると、１０〜９０％の範囲内の期間に、前記製鋼スラグの堆積状態を変化させる、（１）に記載の蒸気エージング方法。
（３）水蒸気を吹込む位置と異なる位置から前記製鋼スラグにガスを吹込んで、前記製鋼スラグの堆積状態を変化させる（１）または（２）に記載の蒸気エージング方法。
（４）前記ガスの吹込み圧力は、０．０５ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下である、（３）に記載の蒸気エージング方法。
（５）（１）から（４）の何れか１つに記載の蒸気エージング方法で処理された製鋼スラグを用いて路盤材を製造する、路盤材の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る蒸気エージング方法では、蒸気エージング中に製鋼スラグの堆積状態を変化させる。これにより、蒸気エージング中に蒸気が通過する製鋼スラグ中の経路が変わるので、水蒸気に接触できず水和反応しないｆ−ＣａＯの量が少なくなり、これにより、水分を添加することなく製鋼スラグの水和膨張を安定して抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る蒸気エージング方法を実施できる蒸気エージング設備２０の断面模式図である。
【図２】堆積状態を変化させる期間を説明する図である。
【図３】蒸気エージングを実施した後の転炉脱炭スラグの水浸膨張比の測定結果を示すグラフである。
【図４】蒸気エージングを実施した後の転炉脱炭スラグの粒径と積算質量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る蒸気エージング方法を、発明の実施の形態を通じて説明する。図１は、本実施形態に係る蒸気エージング方法を実施できる蒸気エージング設備２０の断面模式図である。蒸気エージング設備２０は、砕石や玉砂利層からなる浸透性層２２と、当該浸透性層２２に埋設された複数の蒸気配管３０と、複数のガス配管４０とから構成される。１つの蒸気配管３０には、上方を向いた複数の蒸気吹出し口３２が設けられている。また、１つのガス配管４０にも、上方を向いた複数のガス吹出し口４２が設けられている。複数の蒸気配管３０と複数のガス配管４０は、互いに異なる位置に設けられている。
【００１１】
製鉄所の製鋼工場で発生した溶融状態の製鋼スラグは、冷却された後、所定の粒径に粒度調整され、製鋼スラグの粒状物にされる。なお、以後の説明においては、所定の粒径に粒度調整された製鋼スラグの粒状物を、製鋼スラグと記載する。製鋼スラグ１０は、浸透性層２２の上に堆積される。本実施形態において、製鋼スラグは、例えば、転炉を用いた脱炭精錬によって生じた転炉脱炭スラグである。転炉脱炭スラグには、通常、１〜１０質量％のｆ−ＣａＯが含まれる。また、製鋼スラグとして、転炉脱燐スラグや予備処理スラグを用いてもよい。
【００１２】
図１（a）は、製鋼スラグ１０に水蒸気３４を吹込んでいる状態を示す断面模式図である。図１（a）に示すように、浸透性層２２の上に製鋼スラグ１０が堆積された後、複数の蒸気配管３０に水蒸気３４が送り込まれ、蒸気吹出し口３２から製鋼スラグ１０に水蒸気３４が吹込まれる。これにより、水蒸気３４と製鋼スラグに含まれるｆ−ＣａＯとが水和反応（ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２）し、体積が約２倍程度膨張する。このように、製鋼スラグ１０を蒸気エージングし、ｆ−ＣａＯを予め水和膨張させておくことで、製鋼スラグ１０の水和膨張を抑制できる。
【００１３】
しかしながら、蒸気吹出し口３２から吹込まれる水蒸気３４は、製鋼スラグ１０の通気抵抗の低い特定の経路を通過し続けるので、水蒸気３４が通過する経路から離れた場所にある製鋼スラグに含まれるｆ−ＣａＯを水和反応させることができない。このため、本実施形態に係る蒸気エージング方法では、蒸気吹出し口３２から水蒸気３４を吹込んでいる期間の間に、複数のガス配管４０のガス吹出し口４２から製鋼スラグ１０に高圧の空気４４を吹込む。
【００１４】
図１（ｂ）は、製鋼スラグ１０に高圧の空気４４を吹込んでいる状態を示す断面模式図である。本実施形態に係る蒸気エージング方法では、蒸気吹出し口３２とは異なる位置に設けられたガス吹出し口４２から製鋼スラグ１０に高圧の空気４４を吹込み、これにより、製鋼スラグ１０の少なくとも細粒の位置を変える。位置が変更された製鋼スラグ１０の細粒はそれまで粗粒の間の空間であった間隙を埋めると共に、元の位置は細粒が無くなり間隙が生じるので、製鋼スラグ１０内を通過する水蒸気３４の経路が変化する。このように、水蒸気３４が通過する経路を変えることで、水蒸気が通過する経路から離れた場所にあって水和反応しないｆ−ＣａＯの量を少なくできるので、これにより、水分を添加することなく、製鋼スラグの水和膨張を安定して抑制できる。
【００１５】
また、このように、本実施形態に係る蒸気エージング方法で処理された製鋼スラグは、ＪＩＳ  Ａ  ５０１５「道路用鉄鋼スラグ」に規定されている水和膨張基準を安定して満足できるスラグになる。このように、本実施形態に係る蒸気エージング方法で処理された製鋼スラグは、路盤材に好適に用いることができるスラグとなるので、当該スラグを用いて好適に路盤材を製造できる。
【００１６】
本実施形態において、ガス配管４０から製鋼スラグ１０に吹込む空気４４はガスの一例であり、空気に限らず、他のガスを用いてよい。また、製鋼スラグ１０に高圧の空気４４を吹込む位置は、水蒸気３４を吹込む位置とは異なる位置から吹込むことが好ましい。これにより、製鋼スラグ１０内を通過する水蒸気３４の経路を大きく変えることができる。一方、水蒸気３４を吹込む位置から高圧の空気４４を吹込んだ場合には、水蒸気３４と同じ経路を通過してしまい、製鋼スラグ１０内を通過する水蒸気３４の経路を大きく変えることができない場合がある。
【００１７】
製鋼スラグ１０に吹込むガスの圧力は、０．０５ＭＰａ以上１．００ＭＰａ以下であることが好ましい。吹込むガスの圧力を０．０５ＭＰａ未満にすると、水蒸気３４が通過する経路を大きく変えることができず、水和反応しないｆ−ＣａＯの低減量が少なくなるので好ましくない。一方、吹込むガスの圧力を１．００ＭＰａより大きくすると製鋼スラグ１０が割れ、ｆ−ＣａＯを露出させる新たな破断面が生成することがあるので好ましくない。
【００１８】
また、本実施形態に係る蒸気エージング方法において、製鋼スラグ１０に高圧の空気４４を吹込むことは、製鋼スラグ１０の堆積状態を変化させる方法の一例であり、高圧の空気４４を吹込むことに代えて、バックホー、ブルドーザーまたはショベルカー等の重機を用いて、製鋼スラグ１０が堆積した山を掻き混ぜてもよく、ビーター等のスクリューを用いて製鋼スラグ１０が堆積した山の表層部と深層部とを入れ替えてもよい。また、蒸気エージング設備に余裕がある場合は、重機により製鋼スラグ１０を別の蒸気エージング設備に移動させ、堆積させることで堆積状態を変化させてもよい。このようにして製鋼スラグ１０の堆積状態を変化させてもよく、これにより、製鋼スラグ１０内の水蒸気３４が通過する経路を変え、水和反応しないｆ−ＣａＯの量を少なくでき、水分を添加することなく製鋼スラグの水和膨張を安定して抑制できる。
【００１９】
図２は、堆積状態を変化させる期間を説明する図である。図２の横軸は蒸気エージング期間（％）であり、縦軸は製鋼スラグの温度（℃）である。製鋼スラグの温度は、堆積された製鋼スラグの上面から約３０ｃｍ下方位置の温度であり、温度センサーを製鋼スラグの上面から差し込んで測定した。
【００２０】
本実施形態に係る蒸気エージング方法では、製鋼スラグ１０の堆積状態を変化させることで製鋼スラグ１０内の水蒸気３４が通過する経路を変え、これにより水和反応しないｆ−ＣａＯの量を少なくしている。このため、製鋼スラグ１０の堆積状態を変化させる前後に、製鋼スラグ１０に水蒸気３４を吹込む期間を確保することが好ましい。したがって、製鋼スラグ１０に水蒸気３４の吹込みを開始してから終了するまでの期間を０〜１００％とすると、製鋼スラグ１０の堆積状態の変化は、図２に矢印で示した１０〜９０％の範囲内の期間に実施することが好ましく、３０〜７０％の範囲内の期間に実施することがさらに好ましい。なお、製鋼スラグ１０の堆積状態の変化は、製鋼スラグ１０に水蒸気３４を吹込みながら実施してもよく、また、水蒸気３４の吹込みを一時的に停止させて実施してもよい。
【実施例】
【００２１】
転炉脱炭スラグを図１に示した蒸気エージング設備２０を用いて蒸気エージングを実施した。粒径が５３ｍｍ以下となるように破砕された１０００ｔの転炉脱炭スラグを蒸気エージング設備２０の上に堆積させ、蒸気エージングを３日実施した。その後、発明例１〜５では、所定の方法で転炉脱炭スラグの堆積状態を変化させ、さらに蒸気エージングを３日実施した。一方、比較例では、蒸気エージングを３日実施した後、転炉脱炭スラグの堆積状態を変化させずに、さらに蒸気エージングを３日実施した。
【００２２】
発明例１は、蒸気エージングを３日実施した後に、バケットサイズ０．１ｍ３の重機を用いて転炉脱炭スラグを掻き混ぜ、その後、蒸気エージングを３日実施した発明例である。発明例２は、蒸気エージングを３日実施した後に、バケットサイズ２０．０ｍ３の重機を用いて転炉脱炭スラグを掻き混ぜ、その後、蒸気エージングを３日実施した発明例である。
【００２３】
発明例３は、蒸気エージングを３日実施した後に、ガス配管４０から０．０５ＭＰａの空気を転炉脱炭スラグに１秒間吹込み、その後、蒸気エージングを３日実施した発明例である。発明例４は、蒸気エージングを３日実施した後に、ガス配管４０から１．００ＭＰａの空気を転炉脱炭スラグに１秒間吹込み、その後、蒸気エージングを３日実施した発明例である。
【００２４】
発明例５は、蒸気エージングを３日実施した後に、バケットサイズ０．０１ｍ３の重機を用いて転炉脱炭スラグを掻き混ぜ、その後、蒸気エージングを３日実施した発明例である。発明例６は、蒸気エージングを３日実施した後に、ガス配管４０から１．０５ＭＰａの空気を転炉脱炭スラグに１秒間吹込み、その後、蒸気エージングを３日実施した発明例である。
【００２５】
図３は、蒸気エージングを実施した後の転炉脱炭スラグの水浸膨張比の測定結果を示すグラフである。図３に示すように、比較例の水浸膨張比は０．９％であったのに対し、発明例１〜６の水浸膨張比は０．２％以下であった。これらの結果から、本実施形態に係る蒸気エージングを実施することで、水分を添加することなく製鋼スラグの水浸膨張比を小さくできる、すなわち、製鋼スラグの水和膨張を安定して抑制できることが確認された。
【００２６】
図４は、蒸気エージングを実施した後の転炉脱炭スラグの粒径と積算質量の関係を示すグラフである。図４の横軸は転炉脱炭スラグの粒径（ｍｍ）であり、縦軸は、横軸に示した粒径の積算質量（質量％）である。図４に示すように、比較例と発明例１〜４とでは同じプロファイルとなり、転炉脱炭スラグの堆積状態を変化させても、その粒度が変化していないことがわかる。
【００２７】
一方、バケットサイズ０．０１ｍ３の重機を用いて転炉脱炭スラグを掻き混ぜた発明例５は、転炉脱炭スラグが細粒化しており、重機を用いて掻き混ぜることで転炉脱炭スラグが割れていることがわかる。この結果は、バケットサイズが小さい重機を用いて転炉脱炭スラグを掻き混ぜると、バケットを使用する回数が増え、これにより、割れる転炉脱炭スラグの量が増えたと考えられる。
【００２８】
製鋼スラグの細粒化は、路盤材等に要求される所定の性能が満足できなくなるおそれがあることに加え、ｆ−ＣａＯを露出させる新たな破断面が生成し、これにより、水和膨張が悪化するおそれもあるので好ましくない。このため、重機を用いて製鋼スラグの堆積状態を変化させる場合には、バケットサイズが０．１ｍ３以上の重機を用いることが好ましいことがわかる。
【００２９】
また、ガス配管４０から１．０５ＭＰａの空気を転炉脱炭スラグに吹込んだ発明例６も転炉脱炭スラグが細粒化しており、１．０５ＭＰａの空気を吹込むことで転炉脱炭スラグが割れていることがわかる。この結果は、高圧の空気を製鋼スラグに吹込むことで製鋼スラグに強い衝撃が加えられ、これにより、割れる転炉脱炭スラグの量が増えたと考えられる。この結果から、高圧の空気を吹込んで製鋼スラグの堆積状態を変化させる場合には、空気の圧力を１．００ＭＰａ以下にすることが好ましいことがわかる。
【符号の説明】
【００３０】
１０  製鋼スラグ
２０  蒸気エージング設備
２２  浸透性層
３０  蒸気配管
３２  蒸気吹出し口
３４  水蒸気
４０  ガス配管
４２  ガス吹出し口
４４  空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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