(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグを、ノロポットに掻き出して徐冷し、湿式破砕工程を通して生成され、
主成分の組成がＣａＯ：３０〜４３ｗｔ％、ＭｇＯ：６〜１５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１７ｗｔ％、ＳｉＯ２：２０〜３５ｗｔ％の製鋼スラグを素材とし、
モース硬度が７〜９であり、
粒度が０．１〜３．０ｍｍであることを特徴とするブラスト処理用研削材。
【請求項２】
ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグを、ノロポットに掻き出して徐冷し、
徐冷後の製鋼スラグを湿式破砕工程で、一定の破砕負荷で破砕して、
モース硬度が７〜９で、０．１〜３．０ｍｍの粒度の砂状スラグに分級することを特徴とするブラスト処理用研削材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば鋼材の塗装前処理として行われるブラスト処理に用いる研削材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、普通鋼などの錆を生じ易い材料からなる製品や構造物は、その表面を保護し、耐食寿命を増すために塗装されている。普通鋼などに塗装する前に行われる前処理の一つとして、鋼材の表面に研削材を吹付けるブラスト処理がある。ブラスト処理の目的は、被処理材である鋼材表面の酸化層、表面汚染物、旧塗膜層などを除去して清浄表面を形成し、塗料付着性をよくすることにある。
【０００３】
ブラスト処理に用いられる研削材には、けい砂、スチールショット、ガラスビーズなどがある。しかし、けい砂は、吹付けの衝撃で容易に破砕して粉塵を多く発生し、また天然物であるため品質が安定しないという問題がある。また最近では、塵肺の問題からけい砂は使用できなくなってきた。スチールショットは、破砕しにくく粉塵の発生が軽微で、研削能力にも優れているが、極めて錆易く、錆で粒子同士が固着して使用できなくなるという問題がある。ガラスビーズは、脆くて破砕し易いので、粉塵発生量が多く耐久寿命が短いという問題がある。このようなブラスト処理用研削材についての問題を解決する先行技術として、鉄鋼製品の溶製に用いる電気炉または転炉から排出されるスラグを素材とする研削材が提案され（特許文献１参照）、また高炭素フェロクロムを電気炉で製造し精錬する際に生成されるスラグを素材とする研削材が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
特許文献１では、電気炉または転炉から排出されるスラグを水冷して急冷硬化させ、該スラグ硬化物を研削材とする。このようなスラグ硬化物は、高硬度であるから研削力に優れ、また粉砕されにくいので粉塵の発生量が少ない利点を有する。また、特許文献２では、風砕処理または水砕処理により急冷凝固させた高炭素フェロクロム精錬スラグを破砕して研削材とする。このような精錬スラグ粒子からなる研削材は、被処理材に衝突しても割れにくく、たとえ割れたとしても粉塵を発生させない内部構造を有し、しかも研削力に優れるので短時間でブラスト処理をすることができるという利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７２０６２２号公報
【特許文献２】特許第４０４９８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１および特許文献２に開示される研削材は、いずれもスラグを水冷装置または強制空冷装置で水砕または風砕して製造される。鉄鋼などの精錬工程で発生するスラグは大量であり、大量のスラグを急速冷却するには冷却能力の大きい装置が必要になる。冷却能力が大きい装置は、工場内で広い設置面積を占めるので作業スペースを狭隘にするとともに、高額であることから設備投資負担を大きくするという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、水冷や強制空冷によることなく、製鋼スラグを素材とするブラスト処理用研削材およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグを、ノロポットに掻き出して徐冷し、湿式破砕工程を通して生成され、
主成分の組成がＣａＯ：３０〜４３ｗｔ％、ＭｇＯ：６〜１５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１７ｗｔ％、ＳｉＯ２：２０〜３５ｗｔ％の製鋼スラグを素材とし、
モース硬度が７〜９であり、
粒度が０．１〜３．０ｍｍであることを特徴とするブラスト処理用研削材である。
【０００９】
また本発明は、ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグを、ノロポットに掻き出して徐冷し、
徐冷後の製鋼スラグを湿式破砕工程で、一定の破砕負荷で破砕して、
モース硬度が７〜９で、０．１〜３．０ｍｍの粒度の砂状スラグに分級することを特徴とするブラスト処理用研削材の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグを、ノロポットに掻き出して徐冷する。徐冷後の製鋼スラグを素材とし、湿式破砕工程を通して、そのモース硬度および粒度を特定の範囲に限定することによって、ブラスト処理用研削材とすることができる。すなわち、水冷設備や強制空冷設備を必要とせず、徐冷される製鋼スラグを研削材にすることができる。このことによって、工場内の作業空間の狭隘化や設備投資が高額化することを防止することができ、またコスト抑制を反映した汎用性のあるブラスト処理用研削材を提供することができる。
【００１１】
また本発明によれば、ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグを、ノロポットに掻き出して徐冷する。徐冷後の製鋼スラグを、湿式破砕工程で、一定の破砕負荷によって特定範囲のモース硬度の砂状スラグを回収し、かつ特定範囲の粒度になるように分級してブラスト処理用研削材を製造する。このように、水冷設備や強制空冷設備を必要としないので、工場内の作業空間の狭隘化や設備投資が高額化するという問題を生ずることなく、製鋼スラグを素材としてブラスト処理用研削材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態であるブラスト処理用研削材を製造する工程を簡略化して示す図である。
【図２】選鉱工程３内での地金と製鋼スラグとを分別する処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態であるブラスト処理用研削材を製造する工程を簡略化して示す。ブラスト処理用研削材（以下、単に研削材と称する）を製造する工程は、素材となる製鋼スラグが生成される製鋼工程１と、製鋼スラグの冷却工程２と、製鋼スラグから地金を回収する選鉱工程３と、地金回収後の塊状製鋼スラグを湿式破砕および分級して研削材を製造する研削材製造工程４と、を含む。
【００１４】
製鋼工程１では、ステンレス鋼が溶製され、その副産物として製鋼スラグが生成される。ステンレス鋼溶製時に生成される製鋼スラグとしては、電気炉で溶解されるステンレス溶鋼を脱硫処理する工程で生成されるスラグ、および脱硫処理後のステンレス溶鋼を真空脱ガス処理などの二次精錬する工程で生成されるスラグがある。これらのスラグのうち、主成分の組成でＣａＯ：３０〜４３ｗｔ％、ＭｇＯ：６〜１５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１７ｗｔ％、ＳｉＯ２：２０〜３５ｗｔ％の製鋼スラグが素材として使用される。
【００１５】
このような成分範囲とするのは、次のような理由による。
【００１６】
ＣａＯの範囲は、ブラスト処理用研削材を製造するに適した値として決ってくるというより、製鋼時の精錬上、必要な成分として添加される値として決ってくることによる。すなわち、精錬反応として、脱硫反応や還元反応に必要な範囲が３０〜４３ｗｔ％である。３０ｗｔ％未満であれば、十分な脱硫反応や還元反応が達成されない。そこで、石灰（ＣａＯ）等のフラックスを添加して成分を調整するが、逆に４３ｗｔ％を超えると、以下に説明するＳｉＯ２の範囲では、スラグの流動性が悪化し、除滓作業に支障を来したり、炉内に残り次チャージの溶解に支障を来すため、適正な範囲に調整される。
【００１７】
ＳｉＯ２は、ブラスト処理用研削材として要求される硬度を得るためにある程度の濃度が必要とされるからである。最低２０ｗｔ％は必要であり、これ以上の濃度で、スラグの流動性を確保しつつ、ブラスト処理用研削材としての硬度が得られる。ＳｉＯ２濃度は、高いほど硬度も高くなるが、３５ｗｔ％を超えると、ＣａＯとのバランスでいわゆる塩基度が低下しすぎて、精錬反応に支障を来す。したがって、ＳｉＯ２は精錬反応とブラスト処理用研削材としてのスラグの硬度を両立させるための最適範囲として、２０〜３５ｗｔ％に調整される。
【００１８】
ＭｇＯは、製鋼原料から入ってくるものもあるが、大部分の起源はレンガ等の耐火物が溶損することによってスラグ成分として含まれるようになる。ＣａＯ／ＳｉＯ２の比率によってスラグの融点が変わるので、その結果、耐火物の溶損の度合いが決ってくる。ＣａＯが３０〜４３ｗｔ％で、ＳｉＯ２が２０〜３５ｗｔ％の範囲であれば、大体、ＭｇＯは６〜１５ｗｔ％の範囲となる。
【００１９】
Ａｌ２Ｏ３は成分として高い方が硬度を得るためには適しているが、Ａｌ２Ｏ３成分を増やすためのフラックスを必要とし、コスト的に不利になる。Ａｌ２Ｏ３起源はＭｇＯと同様で、製鋼原料から入ってくるものもあるが、その起源の大部分はレンガ等の耐火物が溶損することによって決ってくる濃度範囲である。先行特許や参考文献等では、Ａｌ２Ｏ３を過剰に添加することによってスラグ硬度を得ようとするものもあるが、本発明ではあえて添加せず、自然体で混入してくるＡｌ２Ｏ３濃度とし、硬度はＣａＯとＳｉＯ２のバランス、さらにスラグの破砕負荷で調整している。
【００２０】
電気炉や二次精錬炉で生成される製鋼スラグは、溶鋼を出鋼する前にノロポットに掻き出され、冷却工程２で冷却される。冷却工程２では、強制水冷も強制空冷もされることなく、大気中で自然冷却いわゆる徐冷される。あるいは散水程度の徐冷がされる。したがって、研削材の素材とする製鋼スラグの冷却には、強制水冷設備および強制空冷設備を必要としない。徐冷製鋼スラグは、結晶質であり、非晶質スラグを含む水砕または風砕スラグに比較すると平均的には硬度がやや低い。しかし、１チャージの溶製で徐冷して生成される製鋼スラグの中には、種々の硬度のものが混在し、研削材に適する硬度範囲のものも多く含まれる。
【００２１】
選鉱工程３では、湿式破砕工程を行うことが硬度上昇のために好ましい。スラグ中には、フリーのＣａＯやＭｇＯが含まれており、これが含まれる部分は硬度が低い。水中で（湿式で）破砕処理することにより、フリーのＣａＯやＭｇＯが水和反応し、
（ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２、ＭｇＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２）
破砕処理時に破砕されやすくなり、結果的に硬度のある部分だけが残り、ブラスト処理に適した硬度の高いサンド（スラグ粒）が製造できる。また、フリーのＣａＯやＭｇＯが残っていれば、この軟質部分がブラスト処理時に研削表面に擦りつけられた状態で白く残ることがあるので、これを除去する余計な作業が必要となるので好ましくない。したがって、湿式の破砕工程を通すことがブラスト処理用研削材を製造する上で必要となる。
【００２２】
図２は、選鉱工程３内での地金と製鋼スラグとを分別する処理を示す。製鋼スラグは、有用な金属成分を比較的多く含有する。そこで、選鉱工程３では、溶製の副原料として再使用するために、製鋼スラグ中に含まれる金属成分である地金を回収する。製鋼スラグは、ロッドミル破砕工程３１で、おおまかな大きさに破砕される。破砕された製鋼スラグは、篩い分級工程３２で所定の大きさ以下のものに選り分けられて、湿式の地金回収工程に送られる。なお、篩い分級工程３２で篩いを通過しなかった製鋼スラグは、再びロッドミル破砕工程３１へ戻される。分級された製鋼スラグは、再度、湿式での破砕工程で破砕され、比重選鉱工程３３および磁力選鉱工程３４を経て地金５のみが選鉱されて回収される。地金５が選鉱された後の製鋼スラグは、シックナー３５で、パウダー状の製鋼スラグ６が回収される。また砂状製鋼スラグは、エーキンス分級工程３６で、おおよそ粒度が５ｍｍ程度の砂状製鋼スラグ７が回収される。研削材の素材には、砂状製鋼スラグ７が用いられる。粒度調整工程では、エアー分級機４１および篩分級機４２で粒度が０．１〜３．０ｍｍになるように分級する。また、必要に応じてさらに細かい範囲に分級することもある。
【００２３】
湿式破砕工程で砂状製鋼スラグを破砕する際、破砕負荷（Ｐ／Ｔ）を調整することによって、モース硬度が７〜９の砂状スラグを得ることができる。破砕された製鋼スラグのモース硬度を７〜９にする破砕負荷（Ｐ／Ｔ）の大きさの調整は、破砕動力（ｋＷ）を種々のスラグ素材処理量（Ｔ）を変動させて破砕し、破砕後の製鋼スラグのモース硬度を測定することによって行う。破砕負荷（Ｐ／Ｔ）の大きさと、当該破砕負荷（Ｐ／Ｔ）で破砕された製鋼スラグのモース硬度との関係を予め求めておき、破砕後の製鋼スラグのモース硬度が７〜９になるように破砕負荷（Ｐ／Ｔ）を設定する。本発明の場合、前述の主成分の組成がＣａＯ：３０〜４３ｗｔ％、ＭｇＯ：６〜１５ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３：５〜１７ｗｔ％、ＳｉＯ２：２０〜３５ｗｔ％である、徐冷した製鋼スラグを素材とし、破砕負荷（Ｐ／Ｔ）を（１２〜２５ｋＷｈ／Ｔ）で設定すれば、粒度が０．１〜３．０ｍｍでモース硬度が７〜９の研削材が得られる。このような破砕負荷（Ｐ／Ｔ）とすることによって、モース硬度が７未満の軟質製鋼スラグは、粒度が０．１ｍｍ未満の細粒砂９に破砕され、モース硬度が９を超える硬質製鋼スラグは、破砕されずに系内を循環し、粒度が３．０ｍｍ未満になるまで破砕される。
【００２４】
エアー分級機４１は、スラグ収容箱内の破砕された製鋼スラグに作用するエアーの圧力および流量を調整して、微細な粉末に破砕された製鋼スラグをスラグ収容箱から除去し、排出管を通じて集塵箱へと排出する。最後に、スラグ収容箱に残る製鋼スラグを、篩分級機４２で分級する。篩分級機４２は、メッシュが３．０ｍｍの篩いと０．１ｍｍの篩いとを含み、製鋼スラグの粒度が０．１〜３．０ｍｍの範囲になるように分級する。分級後の粒度が０．１〜３．０ｍｍ、かつモース硬度が７〜９の製鋼スラグを、研削材８とする。０．１ｍｍの篩いを通過した製鋼スラグは、細粒砂９として路盤改良材などの用途に用いられる。
【００２５】
以下、徐冷製鋼スラグを素材とする研削材の粒度およびモース硬度の範囲限定理由について説明する。
【００２６】
粒度：０．１〜３．０ｍｍ
粒度が０．１ｍｍ未満であると、研削材個々の粒子の質量が小さく、ブラスト時の研削力が十分に発揮されない。３．０ｍｍを超えると、研削材が壊れ易くなり、粉化により粉塵が増大するという問題がある。また、研削作業時のノズルの詰まりの原因になりやすい。したがって、粒度を０．１〜３．０ｍｍとする。より好ましい粒度の範囲は、０．５〜２．５ｍｍである。また、必要に応じて、ユーザーの要求や研削目的に応じて、さらに細かい粒度範囲に分級してもよい。
【００２７】
モース硬度：７〜９
モース硬度が７未満では、軟質であるため被処理材との衝突で容易に破砕されて粉塵の発生量が増大する。モース硬度が９を超えると、硬質なので研削力に優れるが、ブラスト処理装置の損耗を促進するとともに、ブラスト処理後の被処理材の表面が粗くなり塗料付着性の観点から好ましくない。したがって、モース硬度を７〜９とする。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、徐冷製鋼スラグを素材とする実施例の研削材と比較例の３種類の研削材とを用いて、被処理材に対してブラスト処理試験し、その性能を評価した。実施例の研削材としては、前述の図１に示す方法により製造したものを使用した。実施例の研削材の素材である製鋼スラグの組成の概要を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0005565826.tif 000002
【００３０】
比較例として使用した研削材の素材は、けい砂、銅精錬スラグおよびフェロニッケルスラグであり、それぞれ比較例１、比較例２、比較例３と呼ぶ。ここで、フェロニッケルスラグは、製鋼の副原料として使用されるフェロニッケルを精錬する際に生成されるスラグである。実施例および比較例１〜３とも、研削材の粒度を１．２〜２．５ｍｍに調整した。実施例および比較例１〜３の研削材のモース硬度を表２に示す。
【００３１】
【表２】
0005565826.tif 000003
【００３２】
実施例および比較例１〜３の研削材を使用したブラスト処理試験を、次のように行った。被処理材には、厚さ３００〜３５０μｍの旧塗膜層を有する幅１１０ｍｍの普通鋼板を使用した。ブラスト処理装置の研削材を噴射するコンプレッサーの噴射圧を０．７ＭＰａ、被処理材までの吹付け距離を４００〜８００ｍｍとし、被処理材の表面仕上げの目標を、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｚ０３１３に規定されるＳａ２．０とした。実施例および比較例１〜３ともに２５ｋｇの研削材を使用し、上記の条件にて研削材を噴射し尽すまで被処理材に対してブラスト処理を行い、施工効率、仕上り表面粗さ、粉塵発生量およびその他の指標ならびにこれらの指標についての総合評価により、研削材の性能を評価した。
【００３３】
以下、各評価指標について説明する。
【００３４】
施工効率；被処理材の表面を、目標とする表面仕上げＳａ２．０に仕上げることができた被処理材の総長さを求めた。比較例２の銅精錬スラグの研削材で仕上げることができた長さを基準とし、各研削材で仕上げることができた長さの基準長さに対する比を求めて相対的に評価した。したがって、比較例２の施工効率が１．０である。実施例および比較例の各研削材について施工効率を求め、０．８以上であれば良好、０．８未満であれば不良と評価した。
【００３５】
仕上り表面粗さ；ブラスト処理後の被処理材の表面を、表面粗さ計（機種名称、メーカー名称）でＪＩＳ−Ｂ０６０１（１９９４）に規定されるＲａを測定した。ブラスト処理後の被処理材を再度塗装する際の塗料付着性の観点から、表面粗さが５０〜１００μｍの範囲内であれば良好と評価した。
【００３６】
粉塵発生量；ブラスト処理時の粉塵を介するようにして白い壁に向って写真を撮影した。撮影した写真を目視観察し、写真の白壁がくもって見える程度に基づいて官能検査により判定した。くもりがなく白壁が明瞭に見える場合を極めて良好（◎）、わずかにくもりがあるけれども白壁が十分に白く見える場合を良好（○）、白壁がくもって見える場合を不良（×）と評価した。
【００３７】
その他の指標；ブラスト処理試験後、ブラスト処理装置の噴射ノズルまで研削材を搬送するホースの内面を目視観察し、その磨耗の程度を評価した。ホース磨耗がほとんど認められない場合を良好、ホース磨耗が若干認められる場合を普通、ホース磨耗が顕著に認められる場合または鋭利な研削材によるホース損傷が認められる場合を不良と評価した。また、被処理材に衝突して粉砕された研削材が、作業者が装着する保護具の中に侵入（以下、便宜上保護具侵入と称する）する程度を作業者の感覚に基づいて評価した。保護具侵入が認められない場合を良好、保護具侵入が若干認められる場合を普通、保護具侵入がやや多い場合を不良と評価した。ホース磨耗と保護具侵入とを合わせてその他の指標とした。その評価は、ホース磨耗および保護具侵入の両方が良好である場合を良好（○）、ホース磨耗および保護具侵入の両方が普通である場合またはいずれか一方が良好で他方が不良の場合を普通（△）、ホース磨耗および保護具侵入の両方が不良である場合またはいずれか一方が普通で他方が不良の場合を不良（×）とした。
【００３８】
総合評価；上記の４つの指標を総合して評価する。すべての指標が良好である場合を良好（○）、普通または不良を一つ含む場合を普通（△）、不良を２つ以上含む場合を不良（×）、と総合評価した。
【００３９】
実施例および比較例１〜３について、各指標の評価結果を併せて表３に示す。実施例の製鋼スラグを素材とする研削材は、すべての指標について良好であり、総合評価が良好であった。比較例１のけい砂を素材とする研削材は、仕上り表面粗さが良好であったものの、施工効率および粉塵発生量が不良であり、総合評価が不良であった。比較例２の銅精錬スラグを素材とする研削材は、施工効率および仕上り表面粗さが良好、粉塵発生量が極めて良好であったものの、その他の指標が不良であり、総合評価が普通であった。比較例３のフェロニッケルスラグを素材とする研削材は、施工効率、仕上がり表面粗さおよび粉塵発生量が良好であったものの、その他の指標が普通であり、総合評価が普通であった。以上のように、製鋼スラグからなる実施例の研削材が、最も優れた性能を発現することが判る。
【００４０】
【表３】
0005565826.tif 000004
【符号の説明】
【００４１】
１  製鋼工程
２  冷却工程
３  選鉱工程
４  研削材製造工程
７  砂状製鋼スラグ
８  研削材
４１  エアー分級機
４２  篩分級機
【図１】
0005565826.tif 000005
【図２】
0005565826.tif 000006