(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気炉製鋼やステンレス製鋼で生成される還元期のスラグを、放冷した後ピット内で十分に湿潤させ、次に、水切り後放置してスラグが有する水硬性により凝集・固化させ、その後、所定の粒度に破砕・整粒して高炉又は焼結工程で原料として使用することを特徴とする還元期スラグの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉などの製鋼工程において生成される還元期の製鋼スラグを、極めて安価に再利用が可能な状態にする方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉−転炉製鋼法により生成する高炉スラグや転炉スラグは、道路用材やコンクリート骨材などに有効利用されている。しかし、電気炉製鋼法やステンレス製鋼法などにおける製鋼工程での還元期に発生するスラグは、粉化する性質を有するため、その有効利用が困難であり、現在でも相当な量が埋立処分されている。
【０００３】
これら粉化性の還元期スラグは、通常、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が１．５以上と高く、トリカルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）とダイカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ）を含んでおり、このうちのトリカルシウムシリケートは冷却過程で下記化学式１に示すように、ダイカルシウムシリケートとライム（ＣａＯ）に分解する。
【０００４】
【化１】
３ＣａＯ・ＳｉＯ2 →２ＣａＯ・ＳｉＯ2 ＋ＣａＯ
【０００５】
また、ダイカルシウムシリケートは、冷却過程で、約２１３０℃で液相からα型に、約１４５０℃でα型からα’型へ相転移し、さらに約８５０℃でα’型からγ型に相転移する。このうちのα’型からγ型への相転移は、密度３３１０ｋｇ／ｍ3 から２９７０ｋｇ／ｍ3 への膨張変態であるため、体積膨張に伴って粉化現象が生じる。
【０００６】
粉化性還元期スラグの化学成分例を下記表１に示すが、この表１よりこれらの還元期スラグは、通常、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が１．５以上と高いことが判る。
【０００７】
【表１】
0003644330.tif 000002
【０００８】
通常、高炉では塩基度が１．２程度になるように石灰を投入して塩基度を調整していることから、還元期スラグは成分的には高炉内に投入されたり、または、高炉の前工程である焼結工程で使用される石灰の代替えとして有用であることが判る。しかしながら、通気性の観点から、高炉に使用するための粒径は数ｃｍ程度、焼結に使用するための粒径は数ｍｍ程度であることが望まれるので、前記したように微粉となる還元期スラグを、高炉での塩基度調整や焼結時に石灰の代替えとして利用することができなかった。
【０００９】
そこで、これら還元期スラグを再利用可能な状態にするための粉化防止方法について、従来より多くの研究がなされており、大別して「急冷法」と「粉化防止剤添加法」に分類することができる。
【００１０】
このうち、「急冷法」は、溶融状態のスラグを急冷することで、トリカルシウムシリケートからダイカルシウムシリケートへの分解を防止したり、ダイカルシウムシリケートをα’型からβ型（密度３２８０ｋｇ／ｍ3 ）に変換することで粉化を防止するもので、例えば特開昭５０−８０２０３号、特開昭６３−６９７３５号、特開昭６３−２７７５４１号、特開平８−２３１２５３号等に開示されている。
【００１１】
また、「粉化防止剤添加法」は、溶融状態のスラグに粉化防止剤を添加し、スラグを改質して粉化を防止するもので、例えば特開昭６２−１６２６５７号、特開昭６３−７９７４３号、特開平３−２３２４３号、特開平４−１１４９３５号、特開平４−１３９０４１号、特開平４−１２５４４４５号、特開平５−９８３３８号、特開平９−１６５２３８号、特開平９−２５６０２４号、特開平１１−６１２１９号等には、粉化防止剤としてホウ素化合物や、ホウ素化合物に他の安価な粉化防止剤を混合して使用するものが開示されている。また、スラグ中の燐濃度を上昇させることによって粉化を防止する方法が、特開昭５９−１３６５１号、特開昭５９−１１５９８２号、特開平７−３０９６４４号、特開平８−４９００７号等に開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、「急冷法」のうち空気によるものは、送風機の動力コストや冷却後のスラグ同士が溶着するといった問題があり、また、水によるものは、▲１▼溶融スラグと溶鋼が十分に分離されずに冷却水槽に入った場合や、▲２▼溶融スラグ傾注鍋の凝固表面が割れた時などのように、大量の溶融スラグが冷却水槽に一度に入った場合に、水蒸気爆発を生じることがあるので、現実的にこれらの方法を採用することは困難である。
【００１３】
また、ホウ素や燐を添加する「粉化剤添加防止法」では、ホウ素や燐を添加したスラグは鋼の品質に悪影響を与えるため、製鉄用の副原料としては使用が困難であり、これらを除去するためのコストが増大するという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、電気炉などの製鋼工程において生成される還元期の製鋼スラグを、安全に、しかも、粉化防止剤を添加することなく、極めて安価な方法で数ｍｍ程度に粒状化して、製鉄用の焼結原料等に再利用できる状態にする方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る還元期スラグの処理方法は、放冷した後ピット内で十分に湿潤させ、次に、水切り後放置してスラグが有する水硬性により凝集・固化させ、その後、所定の粒度に破砕・整粒して高炉又は焼結工程で原料として使用することとしている。そして、このようにすることで、安全でしかも低コストに、還元期スラグを再利用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
セメントは珪酸石灰塩、アルミン酸石灰塩などが水と化合して水和物を生成し、この水和物が次第に成長して硬質ゲル化し、強度を発揮する。普通ポルトランドセメントの化学成分を、上記表１に併せて示したが、表１より分かるように、粉化性還元期スラグの化学成分は、セメントと似通っており、セメントほどの強度を持った固化物にはならないものの、これらの還元期スラグも水と化合して水和物を生成し、硬化する性質（水硬性）を有する。
【００１７】
本発明は、上記した性質に着目してなされたものであり、電気炉製鋼やステンレス製鋼で生成される還元期のスラグを、放冷した後ピット内で十分に湿潤させ、次に、水切り後放置してスラグが有する水硬性により凝集・固化させ、その後、所定の粒度に破砕・整粒して高炉又は焼結工程で原料として使用することを要旨とする還元期スラグの処理方法である。
【００１８】
本発明に係る還元期スラグの処理方法において、放冷したスラグを十分に湿潤させる方法は、内側に位置するスラグまで十分に湿潤できるものであれば、その方法は問わないが、散水による方法では、内側に位置するスラグまで十分に湿潤するのは容易ではない。これに対して、例えば前記した粉化スラグをピット内で水没させることによる方法では、広い敷地を有することなく、内側に位置するスラグまで容易に、十分に湿潤することができる。そして、この方法によれば、湿潤に必要な水量もスラグが水没する量となるので、概ねスラグと同じ量（重量比）ですむ。
【００１９】
ピットに水没することにより、スラグを湿潤する場合には、半日以上湿潤しておくことが望ましい。その理由は、湿潤時間が短いと、部分的に湿潤されない部分が残るからである。
【００２０】
本発明に係る還元期スラグの処理方法は、上記したように水とスラグの化学反応により、微粒のスラグ同士を結合させて塊状化するので、安全で、しかも、安価に塊状化することができる。
【００２１】
粉化性還元期スラグを湿潤した後の粒度分布を調査した結果を下記表２に示すが、表２より、還元期スラグを湿潤した後、水切りして放置した場合、水和による凝集・固化効果が認められ、湿潤後１週間の放置により１２５μｍ以下の比率は５０％以下にまで減少した。
【００２２】
【表２】
0003644330.tif 000003
【００２３】
このような水硬品の粒状化は水和結合であり、例えば石灰の代替えとして焼結で利用する際には、熱割れによる粉化が生じることが憂慮されるが、本発明者らの実験では、図２に示すように、熱割れは僅かであり、焼結昇温過程での粉化はほとんど問題ないことが判明している。なお、図２中の崩壊率とは、粒径が２ｍｍ以上のスラグを１５分間加熱した後に、粒径が２ｍｍ以下のスラグの割合を示したものである。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明に係る還元期スラグの処理方法を図１に示す一実施例に基づいて説明する。
図１はステンレス製鋼時に生成される還元期スラグを本発明方法で処理する方法を順を追って説明する図である。
【００２５】
図１において、１は例えばステンレス製鋼のＡＯＤ炉から発生する溶融スラグの運搬鍋であり、この還元期の溶融スラグ２ａを、先ず放流して放冷する。そして、放冷したスラグ２ｂを例えばショベル３を用いてピット４に投入した後、ピット４内に注水して前記スラグ２ｂを十分に湿潤させる（約１日）。
【００２６】
その後、湿潤したスラグ２ｃをショベル３でピット４から取出して水切りした後、例えばトラック５に積載して別の場所に運んで山積みし、例えば２週間程度放置する。この放置により、前記湿潤後水切りしたスラグ２ｄは、スラグ２ｄが有する水硬性により凝集・固化する。
【００２７】
そして、凝集・固化したスラグ２ｅは、例えば破砕・整粒設備６に搬送され、ここで、例えば１３ｍｍの網目を有するスクリーン６ａを通して篩下のスラグは焼結工場で再利用し、篩上のスラグは破砕機６ｂで破砕された後、再度スクリーン６ａに通す。
【００２８】
以上説明したように、本発明に係る還元期スラグの処理方法によれば、水とスラグの化学反応により、微粒のスラグ同士を結合させて塊状化するので、安全で、しかも、安価に塊状化することができ、高炉での塩基度調整用として、また、焼結時に石灰の代替えとして再利用することができるようになる。
【００２９】
図１で説明した方法で処理したステンレスＡＯＤスラグを、焼結に使用した結果を下記表３に示す。焼結原料として配合するスラグが粉化して微粉状態の場合（比較例）、通気性が低下して焼結機のパレット層厚を薄くする必要があり、生産性が低下することになる。一方、上記した本発明方法によって処理した粒状化スラグ（湿潤後 2週間放置したもの）を配合した場合には、ほとんど通気性の低下は見られず、下記表３中の生産性について、スラグを配合しない場合（ベース）とほぼ同等であった。また、焼結鉱の品質の指標である還元粉化性についても、粒状化により改善されていることが確認された。
【００３０】
【表３】
0003644330.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る還元期スラグの処理方法は、水とスラグの化学反応により、微粒のスラグ同士を結合させて塊状化するので、安全で、しかも、安価に還元期スラグを塊状化することができ、再利用が困難であった粉化性還元期スラグの資源化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る還元期スラグの処理方法を順を追って説明する図である。
【図２】粉化性還元スラグ水硬品を加熱した場合に、加熱温度と崩壊率の関係を示した図である。
【符号の説明】
２ａ    溶融スラグ
２ｂ    粉化スラグ
２ｃ    湿潤スラグ
２ｄ    水切りスラグ
２ｅ    凝集・固化スラグ
【図１】
0003644330.tif 000005
【図２】
0003644330.tif 000006