(57)【要約】【課題】本発明は、嵩密度の高い良質な水砕スラグを安定して製造できる水砕スラグの製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明に係る水砕スラグの製造方法は、溶融スラグを水砕して得られる水砕スラグの製造方法であって、上記溶融スラグを流下させる工程と、上記流下状態の溶融スラグにその流下方向下流側を頂点とするＶ字型に水ジェットを噴射する工程と、上記噴射工程で破砕されたスラグ粒子を冷却用流水で包み込む工程とを備え、上記包み込み工程のスラグ粒子に対する冷却用流水の供給量Ｑ（ｔ／ｍｉｎ）と溶融スラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（Ｑ／Ｓ）が８以上である。【選択図】図１
2020055708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグを水砕して得られる水砕スラグの製造方法であって、
上記溶融スラグを流下させる工程と、
上記流下状態の溶融スラグにその流下方向下流側を頂点とするＶ字型に水ジェットを噴射する工程と、
上記噴射工程で破砕されたスラグ粒子を冷却用流水で包み込む工程と
を備え、
上記包み込み工程のスラグ粒子に対する冷却用流水の供給量Ｑ（ｔ／ｍｉｎ）と溶融スラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（Ｑ／Ｓ）が８以上である水砕スラグの製造方法。
【請求項２】
上記噴射工程の水ジェットの供給量ｑ（ｔ／ｍｉｎ）と溶融スラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（ｑ／Ｓ）が３以上５未満である請求項１に記載の水砕スラグの製造方法。
【請求項３】
上記包み込み工程の冷却用流水の流速が８ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満である請求項１又は請求項２に記載の水砕スラグの製造方法。
【請求項４】
上記噴射工程の溶融スラグに対する水ジェットの衝突角が１５°以上７５°以下であり、
上記水ジェットの噴射速度の上記溶融スラグの流下方向に垂直な速さ成分が５ｍ／ｓ以上１６ｍ／ｓ以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の水砕スラグの製造方法。
【請求項５】
上記冷却用流水によりスラグ粒子を包み込んだ状態で搬送する工程をさらに備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水砕スラグの製造方法。
【請求項６】
上記包み込み工程で、上記冷却用流水が上記噴射工程後に自由落下するスラグ粒子の側方からシャワーノズルにより供給される請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水砕スラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水砕スラグの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば土木建築用資材として水砕スラグが利用されている。水砕スラグは、高炉等から排出される溶融スラグを水ジェットの噴射により微細化しつつ凝固させることで製造される。
【０００３】
このような水砕スラグの製造において溶融スラグに水を噴射して微細化して得られるスラグ粒子が空気中に露出すると、徐冷されて凝固時にポーラス状となり、得られる水砕スラグの品質が低下することが知られている。このため、スラグ粒子が完全に凝固するまで、スラグ粒子を水膜で包み込んで冷却する方法が提案されている（特開昭６２−１７２１０６号公報参照）。
【０００４】
この公報に記載の水砕スラグの発明によれば、以下の手順で水砕スラグを製造する。まず、溶融処理炉内の溶融スラグを排出経路から排出する。次に、排出された溶融スラグに向けて水砕ノズルから、水膜カーテンで包囲するように水を噴射して溶融スラグを破砕する。この破砕された溶融スラグ（スラグ粒子）は、水槽に落下する。そして、落下したスラグ粒子は水槽内に留まり水中で冷却され、凝固することにより水砕スラグとなる。
【０００５】
この従来の水砕スラグの製造方法によれば、スラグ粒子は水槽内の静止した水により冷却される。このため、自身の熱により周囲の水の温度が上昇し、スラグ粒子の冷却速度が低下し易い。このように十分な冷却速度を得られずに生成された水砕スラグは、嵩密度が低下し強度不足となり易い。また、水槽に落下してくるスラグ粒子が高温のまま１箇所に溜まっていくと、周囲の水を巻き込み水蒸気爆発を誘発する場合があり、水砕スラグの安定した製造が困難となるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１７２１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記実情に鑑みて、本発明は、嵩密度の高い良質な水砕スラグを安定して製造できる水砕スラグの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、溶融スラグを水砕して得られる水砕スラグの製造方法であって、上記溶融スラグを流下させる工程と、上記流下状態の溶融スラグにその流下方向下流側を頂点とするＶ字型に水ジェットを噴射する工程と、上記噴射工程で破砕されたスラグ粒子を冷却用流水で包み込む工程とを備え、上記包み込み工程のスラグ粒子に対する冷却用流水の供給量Ｑ（ｔ／ｍｉｎ）と溶融スラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（Ｑ／Ｓ）が８以上である。
【０００９】
当該水砕スラグの製造方法では、噴射工程で破砕されたスラグ粒子を包み込み工程で冷却用流水により包み込む。冷却用流水により包み込まれたスラグ粒子は冷却用流水の流れに沿って移動する。スラグ粒子が冷却用流水により包み込まれてから冷却用流水と同等の速度で移動するようになるまでには一定のディレイがある。このディレイ期間中、スラグ粒子の回りの冷却用流水はスラグ粒子に対して相対的に移動するので、スラグ粒子には新たな水が供給され、スラグ粒子の冷却速度の低下が抑止できる。また、当該水砕スラグの製造方法では、スラグ粒子に対する冷却用流水の供給量と溶融スラグの供給量との比（Ｑ／Ｓ）を上記下限以上とするので、上記ディレイ期間内にスラグ粒子を凝固させることができる。従って、当該水砕スラグの製造方法を用いることで、十分な冷却速度を得られるので製造される水砕スラグの嵩密度を高められる。また、当該水砕スラグの製造方法では、スラグ粒子が速やかに冷却されるので、高温のまま１箇所に溜まることが抑止される。従って、当該水砕スラグの製造方法を用いることで、水蒸気爆発の誘発等を抑止できるので、水砕スラグを安定して製造できる。
【００１０】
上記噴射工程の水ジェットの供給量ｑ（ｔ／ｍｉｎ）と溶融スラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（ｑ／Ｓ）としては、３以上５未満が好ましい。このように水ジェットの供給量とスラグの供給量との比（ｑ／Ｓ）を上記範囲内とすることで、溶融スラグを適度に粉砕しつつ、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度向上効果を高められる。
【００１１】
上記包み込み工程の冷却用流水の流速としては、８ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満が好ましい。このように上記冷却用流水の流速を上記範囲内とすることで、冷却用流水の過剰供給によるコストの増大を抑制しつつ上記ディレイ期間を確保できるので、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度向上効果を高められる。
【００１２】
上記噴射工程の溶融スラグに対する水ジェットの衝突角（上記溶融スラグの流下方向に対して上記水ジェットの中心軸がなす角で、図２にθで示される。）としては、１５°以上７５°以下が好ましく、上記水ジェットの噴射速度の上記溶融スラグの流下方向に垂直な速さ成分としては、５ｍ／ｓ以上１６ｍ／ｓ以下が好ましい。このように上記水ジェットの衝突角θを上記範囲内とし、上記水ジェットの上記溶融スラグの流下方向に垂直な速さ成分を上記範囲内とすることで、溶融スラグを適度に粉砕しつつ、粉砕されたスラグ粒子が飛散することを抑止できる。つまり、スラグ粒子が溶融スラグの流下方向に沿って落下し易いので、包み込み工程の冷却用流水への入水角が安定し、上記ディレイ期間のばらつきが抑止される。従って、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度のばらつきを抑止できる。
【００１３】
上記冷却用流水によりスラグ粒子を搬送する工程をさらに備えるとよい。このように上記冷却用流水によりスラグ粒子を搬送する工程をさらに備えることで、冷却用流水に包み込まれたスラグ粒子を下流側に流し、スラグ粒子が１箇所に停滞することを抑止できる。従って、水蒸気爆発の誘発等の抑止効果が高められ、水砕スラグをさらに安定して製造できる。
【００１４】
上記包み込み工程で、上記冷却用流水が上記噴射工程後に自由落下するスラグ粒子の側方からシャワーノズルにより供給されるとよい。冷却用流水を自由落下するスラグ粒子の側方から供給する、つまり冷却用流水の流れに沿った方向のスラグ粒子の速さが低くなるように冷却用流水を供給することで、上記ディレイ期間を長くすることができる。また、冷却用流水をシャワーノズルにより供給することで、スラグ粒子をより確実に包み込むことができる。従って、上記包み込み工程で、上記冷却用流水を上記噴射工程後に自由落下するスラグ粒子の側方からシャワーノズルにより供給することで、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度向上効果を高められる。
【００１５】
「スラグ粒子に対する冷却用流水の供給量」とは、平面視でスラグ粒子が自由落下する位置における冷却用流水の供給量を指す。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の水砕スラグの製造方法を用いることで、嵩密度の高い良質な水砕スラグを安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の水砕スラグの製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】図１の水砕スラグの製造方法に用いる水砕スラグの製造装置の構成を示す模式図である。
【図３】冷却用流水スラグ比と嵩密度との関係を示すグラフである。
【図４】冷却用流水流速と冷却用流水中のスラグ粒子の平均熱伝達係数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。
【００１９】
本発明の一実施形態に係る水砕スラグの製造方法は、図１に示すように、溶融スラグを流下させる工程＜流下工程：Ｓ１＞と、流下状態の溶融スラグにその流下方向下流側を頂点とするＶ字型に水ジェットを噴射する工程＜噴射工程：Ｓ２＞と、この噴射工程で破砕されたスラグ粒子を冷却用流水で包み込む工程＜包み込み工程：Ｓ３＞と、冷却用流水によりスラグ粒子を搬送する工程＜搬送工程：Ｓ４＞とを備える。
【００２０】
当該水砕スラグの製造方法は、例えば図２に示す水砕スラグの製造装置を用いて行うことができる。
【００２１】
〔水砕スラグの製造装置〕
上記水砕スラグの製造装置は、排出機構１と、一対のジェットノズル２と、シャワーノズル３と、樋４と、水槽５とを備える。
【００２２】
＜排出機構＞
排出機構１は、溶融スラグＡを排出して流下させる。
【００２３】
排出機構１は、例えば高炉等に付設され、溶融スラグＡを連続的に略一定の流量で略鉛直方向に流下できるように構成される。具体例としては、溶融スラグＡを貯留する坩堝の底部に穴をあけて溶融スラグＡを流下できる構成とすることができる。また、排出機構１の穴の横断面形状としては、特に限定されず、例えば円形状、方形状等とすることができる。
【００２４】
＜ジェットノズル＞
一対のジェットノズル２は、水ジェットを噴射する。一対のジェットノズル２は、排出機構１から排出された流下状態の溶融スラグＡにその流下方向下流側を頂点とするＶ字型に水ジェットを噴射できるようにそれぞれ斜め下方に傾斜して配設される。この水ジェットにより溶融スラグＡは破砕され、微細なスラグ粒子Ｂとなる。
【００２５】
ジェットノズル２としては、フラットスプレーノズルが好ましい。つまり、ジェットノズル２からの水ジェットの噴射は、少なくとも上下方向には殆ど広がらない狭角に行うとよい。このように狭角の水ジェットを用いることによって、溶融スラグＡに対する水ジェットの衝突が、溶融スラグＡの流下方向における比較的小さい範囲内で行われ、水ジェットのエネルギーを集中することにより比較的少量の水で効率よく溶融スラグＡを破砕することができる。
【００２６】
一対のジェットノズル２は、流下する溶融スラグＡを挟んで鏡写しに配置されるとよい。このように一対のジェットノズル２を配設することで、衝突後の水及びスラグ粒子Ｂを溶融スラグＡの流下方向に安定して落下させ易くできるので、得られる水砕スラグの品質のばらつきを抑止できる。
【００２７】
＜シャワーノズル＞
シャワーノズル３は、スラグ粒子Ｂに冷却用流水Ｃを供給する。
【００２８】
シャワーノズル３は、ジェットノズル２からの水ジェットにより粉砕され、自由落下するスラグ粒子Ｂの側方から冷却用流水Ｃを供給できるように配設される。
【００２９】
シャワーノズル３としては、溶融スラグＡの流下経路に対向する溶融スラグＡの流下方向に平行な外壁を有し、この外壁に多数の開口を形成したものとすることができる。シャワーノズル３の開口は、直線上に等間隔に並んだ列を複数形成することが好ましく、開口位置の位相が交互に反転することがより好ましい。このシャワーノズル３の開口の平均径としては、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。また、シャワーノズル３の開口の平均ピッチ（中心間隔）としては、例えば３ｍｍ以上８ｍｍ以下とすることができる。
【００３０】
＜樋＞
樋４は、一方の端部でシャワーノズル３から供給される冷却用流水Ｃを受け、上記一方の端部よりも下方に位置する他方の端部へ冷却用流水Ｃを流すことができるように構成される。
【００３１】
樋４としては、スラグ粒子Ｂを受け取ることができる幅と、水槽５に届く長さと、スラグ粒子Ｂを包み込んだ冷却用流水Ｃがスムーズに流れることができればよく、傾斜を有していてもよい。具体例として、樋４の幅としては、例えば６０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。また、樋４の傾斜角度としては、例えば５°以上３０°以下とすることができる。また樋４の溝の断面形状としては、特に限定されず、例えば半円形状、方形状、逆三角形状等とすることができる。
【００３２】
＜水槽＞
水槽５は、樋４の上記他方の端部の下方に、上記他方の端部から流れ出た冷却用流水Ｃを受けることができるように配設される。
【００３３】
水槽５は、冷却用流水Ｃを受けるだけの容積があればよい。具体例として、水槽５の容積としては、例えば０．１ｍ３以上１ｍ３以下とすることができる。また水槽５の形状として、特に限定されず、立方体形状、円柱形状、角柱形状等とすることができる。
【００３４】
〔水砕スラグの製造方法〕
以下、水砕スラグの製造方法の各工程について詳説する。
【００３５】
＜流下工程＞
Ｓ１の流下工程では、排出機構１から溶融スラグＡを連続的に、略一定の流量で流下させる。なお、溶融スラグＡの流下方向は、略鉛直方向とされる。
【００３６】
溶融スラグＡの供給量Ｓ（流下工程において流下する溶融スラグＡの流量）の下限としては、０．１ｔ／ｍｉｎが好ましく、０．５ｔ／ｍｉｎがより好ましい。一方、溶融スラグＡの供給量Ｓの上限としては、２ｔ／ｍｉｎが好ましく、１．５ｔ／ｍｉｎがより好ましい。溶融スラグＡの供給量Ｓが上記下限に満たない場合、スラグの排出速度を一定に保つことが難しく、得られる水砕スラグの品質がばらつくおそれがある。逆に、溶融スラグＡの供給量Ｓが上記上限を超える場合、スラグ排出口が摩耗し易くなる。このため、時間経過と共に排出速度が大きくなり、得られる水砕スラグの品質管理が困難となるおそれがある。
【００３７】
＜噴射工程＞
Ｓ２の噴射工程では、ジェットノズル２が溶融スラグＡに水ジェットを衝突させて溶融スラグＡを破砕及び粒状化し、スラグ粒子Ｂを生成する。
【００３８】
上記水ジェットの供給量ｑの下限としては、１ｔ／ｍｉｎが好ましく、２ｔ／ｍｉｎがより好ましい。一方、上記水ジェットの供給量ｑの上限としては、４ｔ／ｍｉｎが好ましく、３ｔ／ｍｉｎがより好ましい。上記水ジェットの供給量ｑが上記下限未満である場合、溶融スラグＡを十分に破砕できずスラグ粒子Ｂの冷却速度が低下し、得られる水砕スラグの嵩密度が低くなるおそれがある。逆に、上記水ジェットの供給量ｑが上記上限を超える場合、相対的に冷却用流水が少なくなるため、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度向上効果が不十分となるおそれがある。また、水ジェット生成のためのエネルギーコスト、ひいては水砕スラグの製造コストが不必要に増大するおそれがある。
【００３９】
上記水ジェットの供給量ｑ（ｔ／ｍｉｎ）とスラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（ｑ／Ｓ：以下「水スラグ比」ともいう）の下限としては、３が好ましく、３．５がより好ましい。一方、上記水スラグ比としては、５未満が好ましく、４．５未満がより好ましい。上記水スラグ比が上記下限に満たない場合、溶融スラグＡを十分に破砕できずスラグ粒子Ｂの冷却速度が低下し、得られる水砕スラグの嵩密度が低くなるおそれがある。逆に、上記水スラグ比が上記上限以上である場合、相対的に冷却用流水が少なくなるため、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度向上効果が不十分となるおそれがある。また、水ジェット生成のためのエネルギーコスト、ひいては水砕スラグの製造コストが不必要に増大するおそれがある。
【００４０】
噴射工程における水ジェットと溶融スラグとの流下方向に対する衝突角θの下限としては、１５°が好ましく、３０°がより好ましい。一方、上記衝突角θの上限としては、７５°が好ましく、６０°がより好ましい。上記衝突角θが小さいと水ジェットの速度の大きさに対して上記溶融スラグＡの流下方向に垂直な速さ成分が小さくなる。このため、上記衝突角θが上記下限未満である場合、溶融スラグＡを剪断する溶融スラグＡの流下方向に垂直な方向の運動エネルギーが小さくなり、溶融スラグＡを十分に破砕できないおそれがある。逆に、上記衝突角θが上記上限を超える場合、粉砕されたスラグ粒子が飛散し易くなり、衝突後の水及びスラグ粒子Ｂを溶融スラグＡの流下方向に安定して落下させ難くなる。このため、得られる水砕スラグの品質がばらつくおそれがある。
【００４１】
上記水ジェットの噴射速度の溶融スラグＡの流下方向に垂直な方向の速さ成分（水ジェットの垂直速さ成分）の下限としては、５ｍ／ｓが好ましく、８ｍ／ｓがより好ましい。一方、水ジェットの垂直速さ成分の上限としては、１６ｍ／ｓが好ましく、１４ｍ／ｓがより好ましい。水ジェットの垂直速さ成分が上記下限に満たない場合、溶融スラグＡを十分に破砕できずスラグ粒子Ｂの冷却速度が低下し、得られる水砕スラグの嵩密度が低くなるおそれがある。逆に、水ジェットの垂直速さ成分が上記上限を超える場合、粉砕されたスラグ粒子が飛散し易くなり、衝突後の水及びスラグ粒子Ｂを溶融スラグＡの流下方向に安定して落下させ難くなる。このため、得られる水砕スラグの品質がばらつくおそれがある。
【００４２】
粉砕されたスラグ粒子Ｂは自由落下し、後述する包み込み工程の冷却用流水Ｃに入水する。スラグ粒子Ｂが自由落下する距離、すなわち上記水ジェットの中心軸と流下する溶融スラグＡの中心軸とが交わる点から冷却用流水Ｃの水面に至るまでの距離の上限としては、１０ｍｍが好ましく、０ｍｍがより好ましい。スラグ粒子Ｂが自由落下する距離が上記上限を超える場合、スラグ粒子が空気中に露出する時間が長くなるため、凝固時にポーラス状となり、得られる水砕スラグの品質が低下するおそれがある。一方、スラグ粒子Ｂが自由落下する距離の下限は、特に限定されず、例えば−１０ｍｍ（負値）、つまり冷却用流水Ｃの水面よりも低い位置に水ジェットを当てることもできる。
【００４３】
上記噴射工程で得られるスラグ粒子Ｂの平均粒径の下限としては、１ｍｍが好ましく、１．２ｍｍがより好ましい。一方、上記スラグ粒子Ｂの平均粒径の上限としては、２ｍｍが好ましく、１．８ｍｍがより好ましい。上記スラグ粒子Ｂの平均粒径が上記下限未満である場合、水ジェットの流速を大きく高める必要が生じる。このため、水ジェットの生成のためのエネルギーコスト、ひいては水砕スラグの製造コストが不必要に増大するおそれがある。逆に、上記スラグ粒子Ｂの平均粒径が上記上限を超える場合、スラグ粒子Ｂの冷却速度が低下し、得られる水砕スラグの嵩密度が低くなるおそれがある。なお、スラグ粒子Ｂの平均粒径は、例えば水ジェットの流速により制御することができる。
【００４４】
＜包み込み工程＞
Ｓ３の包み込み工程では、冷却用流水Ｃをスラグ粒子Ｂに供給して、スラグ粒子Ｂを冷却用流水で包み込む。
【００４５】
上記包み込み工程で、冷却用流水Ｃにより包み込まれたスラグ粒子Ｂは冷却用流水Ｃの流れに沿って移動する。スラグ粒子Ｂが冷却用流水Ｃにより包み込まれてから冷却用流水Ｃと同等の速度で移動するようになるまでには一定のディレイがある。このディレイ期間中、スラグ粒子Ｂの回りの冷却用流水Ｃはスラグ粒子Ｂに対して相対的に移動するので、スラグ粒子Ｂには新たな水が供給できる。これによりスラグ粒子Ｂの冷却速度の低下が抑止できる。なお、このような冷却用流水Ｃの供給は、比較的小さいエネルギーで行える。
【００４６】
上記包み込み工程で、冷却用流水Ｃは、上記噴射工程後に自由落下するスラグ粒子Ｂの側方からシャワーノズル３により供給される。このように冷却用流水Ｃを自由落下するスラグ粒子Ｂの側方から供給する、つまり冷却用流水Ｃの流れに沿った方向のスラグ粒子Ｂの速さが低くなるように冷却用流水Ｃを供給することで、上記ディレイ期間を長くすることができる。従って、冷却用流水Ｃによる水砕スラグの嵩密度向上効果が高められる。
【００４７】
スラグ粒子Ｂに対する冷却用流水Ｃの供給量Ｑの下限としては、１０ｔ／ｍｉｎが好ましく、１５ｔ／ｍｉｎがより好ましい。一方、上記冷却用流水Ｃの供給量Ｑの上限としては、２５ｔ／ｍｉｎが好ましく、２０ｔ／ｍｉｎがより好ましい。上記冷却用流水Ｃの供給量Ｑが上記下限に満たない場合、上記ディレイ期間が十分に確保できず、スラグ粒子Ｂの冷却速度が低下し、得られる水砕スラグの嵩密度が低くなるおそれがある。逆に、上記冷却用流水Ｃの供給量Ｑが上記上限を超える場合、使用する冷却用流水の供給量が不必要に増大し、ひいては水砕スラグの製造コストが不必要に増大するおそれがある。
【００４８】
スラグ粒子Ｂに対する冷却用流水Ｃの供給量Ｑと溶融スラグＡの供給量Ｓとの比（Ｑ／Ｓ：以下、「冷却用流水スラグ比」ともいう）の下限としては、８であり、１０がより好ましい。一方、上記冷却用流水スラグ比の上限としては、２５が好ましく、２０がより好ましい。上記冷却用流水スラグ比が上記下限に満たない場合、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度向上効果が不十分となるおそれがある。逆に、上記冷却用流水スラグ比が上記上限を超える場合、使用する冷却用流水の供給量が不必要に増大し、ひいては水砕スラグの製造コストが不必要に増大するおそれがある。
【００４９】
上記包み込み工程の冷却用流水Ｃの流速の下限としては、８ｍ／ｓが好ましく、１０ｍ／ｓがより好ましい。一方、上記冷却用流水Ｃの流速としては、２０ｍ／ｓ未満が好ましく、１８ｍ／ｓ未満がより好ましい。上記冷却用流水Ｃの流速が上記下限に満たない場合、上記ディレイ期間が十分に確保できず、スラグ粒子Ｂの冷却速度が低下し、得られる水砕スラグの嵩密度が低くなるおそれがある。逆に、上記冷却用流水Ｃの流速が上記上限を超える場合、使用する冷却用流水の供給量が不必要に増大し、ひいては水砕スラグの製造コストが不必要に増大するおそれがある。
【００５０】
＜搬送工程＞
Ｓ４の搬送工程では、冷却用流水Ｃがスラグ粒子Ｂを包み込んだ状態で水ジェットに使用された水と共に樋４を流れて水槽５まで搬送する。このようにスラグ粒子Ｂを下流側に流すことで、スラグ粒子が１箇所に停滞することを抑止できる。従って、当該水砕スラグの製造方法では、水蒸気爆発の誘発等の抑止効果が高められ、水砕スラグをさらに安定して製造できる。
【００５１】
上記搬送工程で、スラグ粒子Ｂの搬送に用いられる搬送水の供給量は、水ジェットに使用された水と冷却用流水Ｃとの和であり、上記搬送水の供給量としては、１２ｔ／ｍｉｎ以上２７ｔ／ｍｉｎ以下とできる。
【００５２】
また、上記搬送水の供給量に対する冷却用流水Ｃの供給量Ｑの割合の下限としては、７０質量％が好ましく、８０質量％がより好ましい。上記割合が上記下限に満たない場合、スラグ粒子Ｂの冷却速度が低下し、得られる水砕スラグの嵩密度が低くなるおそれがある。一方、上記割合の上限としては、特に限定されないが、水ジェットの供給量ｑを確保する観点から、例えば９５質量％とされる。
【００５３】
＜利点＞
当該水砕スラグの製造方法では、噴射工程で破砕されたスラグ粒子Ｂを包み込み工程で冷却用流水Ｃにより包み込む。当該水砕スラグの製造方法では、スラグ粒子Ｂが冷却用流水Ｃにより包み込まれてから冷却用流水Ｃと同等の速度で移動するようになるまでのディレイ期間中、スラグ粒子Ｂの回りの冷却用流水Ｃはスラグ粒子Ｂに対して相対的に移動するので、スラグ粒子Ｂには新たな水が供給され、スラグ粒子Ｂの冷却速度の低下が抑止できる。また、当該水砕スラグの製造方法では、スラグ粒子Ｂに対する冷却用流水Ｃの供給量と溶融スラグＡの供給量との比（Ｑ／Ｓ）を８以上とするので、上記ディレイ期間内にスラグ粒子Ｂを凝固させることができる。従って、当該水砕スラグの製造方法を用いることで、十分な冷却速度を得られるので製造される水砕スラグの嵩密度を高められる。また、当該水砕スラグの製造方法では、スラグ粒子Ｂが速やかに冷却されるので、高温のまま１箇所に溜まることが抑止される。従って、当該水砕スラグの製造方法を用いることで、水蒸気爆発の誘発等を抑止できるので、水砕スラグを安定して製造できる。
【００５４】
［その他の実施形態］
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきとする。
【００５５】
上記実施形態では、一対のジェットノズルにより、噴射工程で流下状態の溶融スラグにその流下方向下流側を頂点とするＶ字型に水ジェットを噴射する場合、つまり水ジェットの噴射が１つのＶ字型を構成する場合を説明したが、例えば二対以上のジェットノズルを用いて水ジェットの噴射が複数のＶ字型を構成してもよい。この場合、複数対のＶ字型は等角度間隔に配置することが好ましい。例えば二対のＶ字型が構成される場合であれば、Ｖ字により形成される平面が直交するように配置されるとよい。あるいは、１つのＶ字型を回転させて、多方向から水ジェットを噴射する構成とすることもできる。
【００５６】
上記実施形態では、上記包み込み工程で、冷却用流水を噴射工程後に自由落下するスラグ粒子の側方から供給される場合を説明したが、冷却用流水の供給方向はこれに限定されない。冷却用流水を他の方向から供給しても、同様の効果を奏する。
【００５７】
上記実施形態では、上記包み込み工程で冷却用流水をシャワーノズルにより供給する場合を説明したが、ノズルの形態はこれに限定されない。他の形態のノズルを用いて冷却水を供給しても、同様の効果を奏する。
【００５８】
上記実施形態では、搬送工程を備える場合を説明したが、この搬送工程は省略可能である。搬送工程を省略する構成としては、例えば噴射工程後に自由落下するスラグ粒子の直下に水槽を設け、この水槽内の水に循環流を発生させ、冷却用流水として用いる構成を挙げることができる。この構成によれば、水槽内を落下するスラグ粒子が流水に曝されるので、その供給量Ｑ（ｔ／ｍｉｎ）と溶融スラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（Ｑ／Ｓ）を８以上とすることで、同様の効果を奏することができる。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。
【００６０】
［水砕スラグの製造］
水砕スラグの製造には、図２に示す水砕スラグの製造装置を用いた。この装置の主な構成を以下にまとめる。
【００６１】
排出機構１としては、外形φ１２０ｍｍ、内径φ１００ｍｍ、高さ１６０ｍｍで、底部中央部にφ８ｍｍの穴があいた黒鉛坩堝を用いた。上記黒鉛坩堝には、２２０Ｖ、６０Ｈｚ、３５ＫＶＡの図示しない高周波溶解装置（能力２０ＫＷ、３０００Ｈｚ）が取り付けられており、投入したスラグを加熱溶融させることができる。また、上記黒鉛坩堝の底部には、図示しない黒鉛製のストッパーが設けられており、溶融スラグの流下を制御できるよう構成されている。
【００６２】
ジェットノズル２としては、フラットスプレーノズルを使用し、Ｖ字型冷却とした。フラットスプレーノズルはオリフィス及びスプレーパターンが楕円形のものを用いた。ジェットノズルからの水ジェットの溶融スラグＡへの衝突位置は設置した樋の流水表面から５０ｍｍ上方に設定した。水ジェット噴射方向の溶融スラグ流下方向に対する衝突角θは２０°、水スラグ比は３．４とした。
【００６３】
シャワーノズル３としては、直径２ｍｍの穴を５ｍｍ間隔で下段に５か所、上段に６か所設け、列間隔４ｍｍで穴位置を逆位相に形成したものを用いた。また、シャワーノズル３は樋４の上流側に設置し、自由落下するスラグ粒子Ｂとシャワーノズル３との距離は８５ｍｍに設定した。
【００６４】
樋４としては、幅１００ｍｍ、長さ５００ｍｍで長さ方向の両端に高さ３７ｍｍの壁を設けたものを用いた。
【００６５】
上記水砕スラグの製造装置の排出機構１内に、乾燥させて水分を除去した水砕スラグ９５０ｇを入れ、１０℃／分以上２５℃／分以下の昇温速度で１５００℃まで加熱し、約５分間保持した後、底部の黒鉛製のストッパーを抜いて直径８ｍｍの穴より溶融スラグＡを鉛直に流下させた。この溶融スラグＡの流量は、平均２．３ｋｇ／ｍｉｎであった。
【００６６】
排出機構１から流下した溶融スラグＡに向けてジェットノズル２でＶ字状に水ジェットを流速１６ｍ／ｓで噴射した。これにより溶融スラグＡを水ジェットで破砕されて微細化したスラグ粒子Ｂとした。また、シャワーノズル３でスラグ粒子Ｂを包み込むように冷却用流水Ｃを流速１５ｍ／ｓで供給した。スラグ粒子Ｂを冷却用流水Ｃで包み込んだ状態で樋４に流して水槽５まで冷却用流水Ｃで搬送した。その後、水槽５から生成した水砕スラグを回収した。
【００６７】
なお、上述の水砕スラグの製造は、冷却用流水の流速又は冷却用流水スラグ比を変化させて、複数回行った。
【００６８】
［評価］
上述のようにして製造した水砕スラグについて、冷却用流水スラグ比と水砕スラグの嵩密度との関係、及び冷却用流水の流速とスラグ粒子の冷却効果との関係を評価した。
【００６９】
＜冷却用流水スラグ比と嵩密度との関係＞
冷却用流水スラグ比を変化させて得られた水砕スラグに対し、嵩密度を以下のようにして測定した。
【００７０】
２００ｃｃの容器に、水砕スラグの１／３を入れ、直径５．２ｍｍのステンレス鋼製棒で５０回突き固めた後、上記容器にさらに水砕スラグを１／３入れ同様の突き固めを行う。その後、上記容器にさらに水砕スラグの残りの１／３入れ、同様の突き固めを行い、水砕スラグの重量を２００ｃｃの容積で割り算をして嵩密度とする。なお、本測定はＪＩＳ１１０４「材の単位容積及び実積率試験方法」に基づくものとする。図３に、冷却用流水スラグ比と得られた水砕スラグの嵩密度との関係を示す。
【００７１】
＜冷却用流水の流速とスラグ粒子の冷却効果との関係＞
冷却用流水スラグ比を８以上に保ちながら、冷却用流水の流速を変化させて、スラグ粒子の冷却効果との関係を評価した。スラグ粒子の冷却効果には、スラグ粒子が冷却用流水に落下して３秒間のスラグ粒子の平均熱伝達係数を指標とした。結果を図４に示す。平均熱伝達係数が大きいほど冷却効果が高いと判断できる。なお、上記平均熱伝達係数は、下記式（１）〜式（５）で求められる。
【００７２】
流動流体中に働く力Ｆは、抵抗係数ＣＤを用いて下記式（１）で表される。
Ｆ＝ＣＤ（πＤ２／４）×（１／２×ρｕ２）・・・（１）
ＣＤ：抵抗指数、Ｄ：粒径、ρ：流体密度、ｕ：粒子と流体との相対速度
【００７３】
上記式（１）より運動方程式は下記式（２）で表される。
ｍ×ｄｖ／ｄｔ＝ＣＤ（πＤ２／４）×１／２×ρ×（ｖ−ＶＯ）２・・・（２）
ｍ：粒子質量、ｖ：粒子速度、ＶＯ：流体速度
【００７４】
上記式（２）をＶ＝０、ｔ＝０の条件で解くと、下記式（３）が得られる。
ＶＯ−ｖ＝１／（ａ×ｔ＋１×ＶＯ）・・・（３）
【００７５】
ここで、熱伝達係数ｈはヌセルト数に比例し、下記式（４）で表される。また、ヌセルト数はＲａｎｚ  Ｍａｒｓｈａｌｌの式（５）で計算される。
ｈ＝Ｎｕ×λ／Ｄ・・・（４）
Ｎｕ＝２＋（０．４×Ｒｅ１／２＋０．０６×Ｒｅ２／３）×Ｐｒ１／４・・・（５）
【００７６】
レイノズル数Ｒｅの速度項に上記式（３）で計算したＶＯ−ｖを代入し、上記式（５）からＮｕを計算した後、上記式（４）に代入することで、熱伝達係数ｈが計算できる。
【００７７】
［考察］
図３から、冷却用流水スラグ比を８以上とすることによって、嵩密度が１．４ｇ／ＣＣ以上の良質な水砕スラグを得られることが分かる。一方、冷却用流水スラグ比が８未満の場合に得られた水砕スラグの嵩密度は１．４ｇ／ＣＣ未満とする。
【００７８】
このことから、冷却用流水の供給量Ｑ（ｔ／ｍｉｎ）と溶融スラグの供給量Ｓ（ｔ／ｍｉｎ）との比（Ｑ／Ｓ）を８以上とすることで、嵩密度の高い良質な水砕スラグを製造できることと言える。
【００７９】
また、図４から、スラグ粒子の熱伝達係数は冷却用流水の流速が５ｍ／ｓまで急速に増大し、８ｍ／ｓを超えると変化が緩やかとなり、２０ｍ／ｓ超えると飽和傾向となることが分かる。
【００８０】
このことから、冷却用流水の流速を８ｍ／ｓ以上２０ｍ／ｓ未満とすることで、冷却用流水の過剰供給によるコストの増大を抑制しつつ、冷却用流水による水砕スラグの嵩密度向上効果を高められると言える。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の水砕スラグの製造方法を用いることで、嵩密度の高い良質な水砕スラグを安定して製造できる。従って、本発明の水砕スラグの製造方法により製造される水砕スラグは、高強度セメント材の骨材等として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００８２】
１  排出機構
２  ジェットノズル
３  シャワーノズル
４  樋
５  水槽
Ａ  溶融スラグ
Ｂ  スラグ粒子
Ｃ  冷却用流水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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