(57)【要約】【課題】  溶融した製鋼スラグ中の気泡を簡易かつ容易な方法で脱泡処理して高品質なスラグを得ることが可能な製鋼スラグの処理方法を提供する。【解決手段】  溶融している製鋼スラグを，２ｍ以上の高低差を有する位置から落下を開始して凝固させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融している製鋼スラグを，２ｍ以上の高低差を有する位置から落下を開始して凝固させる，
ことを特徴とする製鋼スラグの処理方法
【請求項２】
前記製鋼スラグの塩基度は，
０．６≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦２．０，の範囲にある，
ことを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項３】
前記製鋼スラグ中の粒鉄含有量は，１５質量％以下である，ことを特徴とする請求項１または２に記載の製鋼スラグの処理方法。
【請求項４】
前記製鋼スラグの落下開始時の温度から８００℃に到達するまでの平均冷却速度は，２０℃／分以上である，
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鋼スラグの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，製鋼スラグの処理方法に関し，さらに詳細には，製鋼スラグ中に含有する気泡を低減して緻密な高品質の製鋼スラグを得るための製鋼スラグの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より，製鋼スラグの高品質化を図り商品価値を高めるために，製鋼スラグに対して各種改質処理を施すことが行われている。
【０００３】
例えば，特許文献１には，製鋼スラグに珪酸含有改質材，炭素含有還元剤および鉄スクラップを混合し，かかる混合物に対して酸素含有気体を供給しつつ還元性雰囲気に維持しながら溶融するスラグ熱間改質方法が開示されている。かかる方法により，製鋼スラグ中の遊離ＣａＯ（以下，ｆ．ＣａＯと称する），酸化リン及び有価金属酸化物が減少されるので，再資源化を図ることができる。
【０００４】
また，特許文献２には，製鋼スラグを精錬時の挿入副原料のＣａＯ量を５０ｋｇ／粗鋼ｔｏｎ以下，およびスラグ塩基度３．５以下を基準として分別して放冷固化した後，スラグ温度が４００〜１，０００℃の顕熱を維持した状態で，４０〜１００℃の温水槽に投入して，ｆ・ＣａＯの水和反応を促進させて安定化処理する製鋼スラグの安定化処理方法が開示されている。かかる方法により，製鋼スラグの膨張および粉化の軽減を図ることができる。
【０００５】
また，溶融スラグが泡立った状態で凝固すると，スラグに気泡が含有してしまうため品質低下の原因となる。特許文献３には，排滓鍋中の溶融スラグにミスト状の水を噴霧して溶融スラグの泡立ちを抑制する製鋼スラグの処理方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１１５９８４号公報
【特許文献２】特開平６−１８３７９２号公報
【特許文献３】特開平５−１９５０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら，上記特許文献１に記載の方法では，鉄スクラップを添加するため，混合物を１，５５０℃以上の温度に加熱して溶融しなければならず，多量の熱と時間が必要となる，という問題がある。また，製鋼スラグを還元雰囲気で処理することから，金属酸化物が還元されるためｆ・ＣａＯが反応する金属酸化物が減少するため，改質スラグにはＣａＯが残存してしまう，という問題もある。
【０００８】
また，上記特許文献２に記載の方法では，製鋼スラグを安定化するために長時間（例えば数日程度）を要するため，処理能力に劣る，という問題がある。さらに，特許文献２に記載の方法では，製鋼スラグを上層路盤材に使用可能なまでに改質することができず，改質しても吸水率が高く強度が不足する，という問題がある。
【０００９】
また，上記特許文献３に記載のスラグの泡立ち抑制方法は，排滓鍋中の溶融スラグを廃棄スポットに安全に運搬するためのものであって，スラグの高品質化に関するものではない。このため，気泡が残存した溶融スラグに水が散布されて急冷却されるため，スラグに多数の気泡が含有してしまう，という問題がある。
【００１０】
このように，上記各先行文献には，製鋼スラグの各種改質方法については記載されているが，製鋼スラグ中の気泡を低減して高品質化することについては記載されていない。
【００１１】
かかる製鋼スラグの気泡を脱泡する場合に，気泡を含有する製鋼スラグを単に排滓鍋から鉄容器に排滓しただけでは，水を散布して急冷したか否かに関わらず，気泡を含有した状態で凝固し，低品質なもの（高吸水率）となってしまう。このような製鋼スラグ中の気泡を，改質材，加熱手段等などの別途の手段を用いて脱泡するとすれば高コストになる。一方，改質材，加熱手段等などの別途の手段を用いることなく低減することができれば，低コストで高品質スラグを得ることができる。
【００１２】
したがって，本発明の目的は，溶融した製鋼スラグ中の気泡を簡易かつ容易な方法で脱泡処理して高品質な製鋼スラグを得ることが可能な新規かつ改良された製鋼スラグの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点においては，溶融した製鋼スラグを，２ｍ以上の高低差を有する位置から落下を開始して凝固させる，ことを特徴とする製鋼スラグの処理方法が提供される。
【００１４】
上記記載の発明では，内部に気泡を含有した（例えば，見かけのかさ比重が１未満の）製鋼スラグ（即ち，フォーミングスラグ）を重力によるスラグの落下エネルギーを利用するだけで，スラグに衝撃を与えてスラグ中の気泡の破泡を促進することができる。この結果，凝固した製鋼スラグ中の気泡は著しく減少されて，製鋼スラグの吸水率が例えば４質量％（以下，質量％は単に％と記載する）以下で，かつ例えば真比重の２〜４ｇ／ｃｍ３の緻密なスラグ塊を得ることができる。このように，改質材，加熱手段等の別途の手段を用いることなく，製鋼スラグは簡易かつ容易な方法で脱泡処理されるので，例えば上層路盤材として適用可能な高品質のスラグを低コストで製造することができる。
【００１５】
なお，製鋼スラグは，常に，２ｍ以上の落下高低差を維持して落下するのが好ましい。このことにより，既に凝固したスラグ塊上に残りの溶融スラグが落下するような場合（製鋼スラグの落下高低差が低くなる場合）であっても，気泡を脱泡するための落下エネルギーを最後まで十分に確保することができる。また，製鋼スラグの落下高低差は，３ｍ以上であるのが好ましく，さらに，４ｍ以上であるのがより好ましい。即ち，製鋼スラグの落下高低差が高くなるほど，凝固した製鋼スラグの吸水率が低下して（例えば３ｍでは吸水率が３％程度，４ｍでは２％程度），より高品質のスラグを得ることができる。但し，製鋼スラグの落下高低差が５ｍ以上とするのは，クレーン等の設備的な問題から現実的ではなく，スラグが飛散して収率が低下したり，製鋼スラグの吸収率の更なる向上も見込まれないことから，あまり好ましくはない。
【００１６】
また，前記製鋼スラグの塩基度は，０．６≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦２．０，の範囲にある，如く構成すれば，脱泡し難い低塩基度のスラグを対象スラグとするので，スラグの脱泡効果が従来よりも著しく向上される。なお，製鋼スラグの塩基度の下限を０．６としているのは，通常の実操業上における下限値であることによる。なお，スラグの塩基度とは，スラグ中のＣａＯとＳｉＯ２の質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ２）のことである。
【００１７】
また，前記製鋼スラグ中の粒鉄含有量は，１５質量％以下である，如く構成すれば，製鋼スラグが落下して脱泡した後に，気泡を再発泡することを抑制することができる。即ち，鉄酸化物を含有する製鋼スラグ中に所定量以上の粒鉄（メタリック鉄）が含有していると，鉄酸化物中の酸素と粒鉄中の炭素とが反応してＣＯ気泡が発生しやすくなる。このため，凝固後のスラグ品質を維持するため，製鋼スラグ中の粒鉄含有量は，１５質量％以下であるのが好ましい。粒鉄含有量の下限値は，特に規定するものではないが，通常は２〜３％程度である。
【００１８】
また，前記製鋼スラグの落下開始時の温度（例えば，１，２００〜１，４００℃）から８００℃に到達するまでの平均冷却速度は，２０℃／分以上である，如く構成すれば，製鋼スラグ中の気泡を好適に脱泡することができる。即ち，製鋼スラグの再発泡を防止するため，落下の衝撃による脱泡後は，製鋼スラグの温度がその液相線温度（例えば１，１００℃〜１，２００℃程度）以下の温度になることが好ましい。この点において，製鋼スラグの落下開始時の温度から８００℃に到達するまでの平均冷却速度を２０℃／分以上となる条件で製鋼スラグの処理をおこなうことにより，製鋼スラグの再発泡が防止されることが知見されている。
【発明の効果】
【００１９】
改質材，加熱手段等の別途の手段を用いることなく，製鋼スラグが簡易かつ容易な方法で脱泡処理されるので，例えば上層路盤材として適用可能な高品質のスラグを低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
まず，図１に基づいて，本実施形態にかかる製鋼スラグの処理方法について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかる製鋼スラグの処理方法のフローを説明するための説明図である。
【００２２】
まず，図１（ａ）に示すように，溶銑予備処理を行った後の溶融した製鋼スラグ（例えば，溶銑予備処理スラグ）１００を転炉２００から排滓鍋３００に排出する。即ち，本実施形態における製鋼スラグは，高炉溶銑を転炉に装入して溶銑予備処理を行った後脱炭吹錬を行う精錬工程において，溶銑予備処理を行った後の溶銑予備処理スラグであり，表１にその組成の一例を示す。
【００２３】
【表１】
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但し，Ｍ−Ｆｅ（メタリック鉄）は，外数である。また，スラグ成分は，ＭｎＯ，Ｐ，Ｓなど工程によって不可避的に含まれる成分は除外している。また，Ｍ−Ｆｅの値は，採取したスラグを粉砕し磁石に付着したものの質量（ｍａｓｓ）％である。
【００２４】
なお，表１に示すように，本実施形態にかかる製鋼スラグの塩基度は，０．６≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦２．０，の範囲にあるのが好ましい。製鋼スラグ１００の塩基度が低いと（例えば，０．６≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦２．０の範囲），製鋼スラグ中の気泡が抜けにくいことから，後述する製鋼スラグの処理方法での脱泡効果が高められるので，特に有用である。なお，製鋼スラグの塩基度の下限を０．６としているのは，通常の実操業上における下限値であることによる。
【００２５】
また，表１に示すように，本実施形態にかかる製鋼スラグ中の粒鉄（Ｍ−Ｆｅ）含有量は，１５質量％以下であるのが好ましい。製鋼スラグ中の粒鉄含有量が，１５％以下であると，後述する製鋼スラグの処理方法において製鋼スラグが落下して脱泡された後に，気泡が再発泡することが抑制される。即ち，鉄酸化物を含有する製鋼スラグ中に所定量以上の粒鉄（メタリック鉄）が含有していると，鉄酸化物中の酸素と粒鉄中の炭素とが反応してＣＯ気泡が発生しやすくなる。このため，凝固後のスラグ品質を維持するため，製鋼スラグ中の粒鉄含有量は，１５質量％以下であるのが好ましい。
【００２６】
次いで，図１（ｂ）に示すように，排出された製鋼スラグ１００が収容された排滓鍋３００を搬送車４００に載置してスラグ処理場に搬送する。
【００２７】
最後に，本実施形態にかかる製鋼スラグの処理方法として，図１（ｃ）に示すように，例えば１，３０５℃の製鋼スラグ１００が収容された排滓鍋３００を，少なくとも落下高低差Ｈが２ｍ以上となる高さまでクレーンで吊り上げ，その高さを維持しながら排滓鍋３００を傾転し，スラグ冷却容器５００（例えば，鉄皮の内側にアルミナ系の不定形耐火物を１０ｃｍの厚みで施工したもの）に注入する。
【００２８】
従来においては，排滓鍋３００から製鋼スラグ１００をスラグ冷却容器５００に移し替えることのみが目的であったため，製鋼スラグ１００が収容された排滓鍋３００は，製鋼スラグ１００を注入可能な最低限の高さまで持ち上げられてスラグ冷却容器５００に製鋼スラグ１００を注入していた。このため，製鋼スラグ１００内の気泡を取り除かれずに，凝固スラグ中には多数の気泡が存在してしまい，スラグの品質低下の要因となっていた。
【００２９】
本実施形態においては，従来と異なり，製鋼スラグ１００をスラグ冷却容器５００内に注入する際には，２ｍ以上の高低差を有する位置から落下を開始して凝固させる方法を採用している。かかる方法によれば，内部に気泡を含有した（例えば，見かけのかさ比重が１未満の）製鋼スラグ（即ち，フォーミングスラグ）を重力によるスラグの落下エネルギーを利用するだけで，スラグに衝撃を与えてスラグ中の気泡の破泡を促進することができる。
【００３０】
上記製鋼スラグの落下高低差と，凝固したスラグ塊の吸水率との関係を，図２に基づいて説明する。なお，図２は，本実施形態にかかる製鋼スラグの注入高さと凝固したスラグの吸水率との関係を示すグラフ図である。なお，図２に示すグラフ図は，上記表１に示す組成の製鋼スラグ（１，３０５℃の温度）１００を収容した排滓鍋３００をクレーンで吊った状態でその注入高さＨを各種高さに変更してスラグ冷却容器５００内に注入した後，スラグ冷却容器内で凝固した各スラグの吸水率を調査したものである。ここで，「注入高さ」とは，製鋼スラグの注入開始時の落下高低差である。なお，スラグ冷却容器に落下したスラグはこの容器内に留まって凝固するため，この容器底の高さが徐々に増加してくることになるが，この容器内で冷却されて凝固したスラグの高さは，通常，高くても３０ｃｍ程度である。このため，後から落下したスラグの落下高低差は，注入開始時のスラグの落下高低差よりも若干少ないことになるが，この程度の範囲内であれば，本発明の効果を奏することができる。
【００３１】
製鋼スラグの吸水率は，図２に示すように， 製鋼スラグの落下高低差が高くなればなるほど指数的に減少していることが理解される。これは，製鋼スラグの落下高低差が高くなるほど製鋼スラグの有する位置エネルギーが大きくなり，スラグ冷却容器に注入される際の製鋼スラグの落下速度及びその衝撃度が高くなることから製鋼スラグの脱泡効果が高められるものと思量される。
【００３２】
なお，製鋼スラグの高級用途としては，一般的に，４％以下の吸水率であることが必要とされている。このように，凝固スラグの吸水率を４％以下とするためには，図２を参照すれば，製鋼スラグの落下高低差Ｈを２ｍ以上とすれば良いことが認識される。このような低吸収率のスラグは，上層路盤材，コンクリート骨材等の高級な用途で利用可能となる。
【００３３】
なお，製鋼スラグの塩基度が，０．６≦ＣａＯ／ＳｉＯ２≦２．０の範囲において，図２に示す結果と同様に，製鋼スラグの落下高低差が高くなればなるほど指数的に減少する傾向を示し，製鋼スラグの落下高低差Ｈを２ｍ以上とすれば，４％以下の吸水率となることが確認されている。
【００３４】
また，溶融した製鋼スラグは，例えば，凝固するスラグ塊の高さを考慮して予め余裕のある高さを設定したり，あるいはクレーンにより排滓鍋を徐々に吊り上げるなどして，常に，２ｍ以上の高低差を維持するようにして落下するのが好ましい。このことにより，既に凝固したスラグ塊上に残りの製鋼スラグが落下するような場合（製鋼スラグの落下高低差が低くなる場合）であっても，気泡を脱泡するための落下エネルギーを最後まで十分に確保することができる。また，製鋼スラグの落下高低差は，３ｍ以上であるのが好ましく，さらに，４ｍ以上であるのがより好ましい。即ち，落下高低差が高くなるほど，製鋼スラグの吸水率が低下して（例えば３ｍでは吸水率が３％程度，４ｍでは２％程度），より高品質のスラグを得ることができる。但し，溶融スラグの落下高低差が５ｍ以上とするのは，クレーンなどの設備的な問題から現実的ではなく，スラグが飛散して収率が低下したり，製鋼スラグの吸収率の更なる向上も見込まれないことから，あまり好ましくはない。
【００３５】
また，製鋼スラグの冷却速度は，製鋼スラグの落下開始時の温度（例えば１，２００℃〜１，４００℃）から８００℃に到達するまでの平均冷却速度として，２０℃／分以上とするとなる条件で製鋼スラグの処理をおこなうことにより，製鋼スラグの再発泡が防止されることが知見されている。即ち，製鋼スラグの再発泡を防止するため，落下の衝撃による脱泡後は，製鋼スラグの温度がその液相線温度（例えば１，１００℃〜１，２００℃程度）以下の温度にならなければならない。このような条件を満たすことにより，製鋼スラグ中の気泡を好適に脱泡することができる。
【００３６】
なお，上記製鋼スラグの液相線温度は，例えば，鉄と鋼  Ｖｏｌ．８８（２００２）ＮＯ２  ｐ５１〜５８に記されているように，ＦａｃｔＳｔａｇｅ等の市販の計算ソフトを用いて，スラグ組成より溶融温度（液相線温度）を算出することが可能である。同様に，例えば，耐火物の支持台（図示せず）の上に白金箔（図示せず）を載せ，その上に２〜３ｇのスラグ（図示せず）を微粉砕し，プレスにて直径１ｃｍの円柱状に成形した後，一定の昇温速度で昇温し，液滴高さが１／２になった時点の温度を測定して求めることもできる。
【００３７】
本実施形態においては，内部に気泡を含有した（例えば，見かけのかさ比重が１未満の）製鋼スラグ（即ち，フォーミングスラグ）を重力によるスラグの落下エネルギーを利用するだけで，スラグに衝撃を与えてスラグ中の気泡の破泡を促進することができる。この結果，凝固した製鋼スラグ中の気泡は著しく減少されて，真比重が２〜４ｇ／ｃｍ３の緻密なスラグ塊を得ることができる。このように，改質材，加熱手段等の別途の手段を用いることなく，製鋼スラグは簡易かつ容易な方法で脱泡処理されるので，例えば上層路盤材として適用可能な高品質のスラグを低コストで製造することができる。
【実施例】
【００３８】
次に，上記実施形態に基づいて製鋼スラグを処理して，凝固した製鋼スラグの吸水率などについて評価したので，以下に具体的に説明する。
【００３９】
（実施方法）  
まず，高炉溶銑を３５０トン転炉に装入，酸素吹錬を行って，溶銑予備処理を行った後，脱炭吹錬を行う精錬工程において，溶銑予備処理を行った後の溶銑予備処理スラグ（１０トン）を，３５ｍ３ 容量の排滓鍋に排出した。
【００４０】
次いで，排滓鍋をスラグ処理場に搬送した。
【００４１】
その後，排滓鍋をクレーンで３ｍの高さまで吊り上げて，その高さを維持した状態で排滓鍋を傾転して，溶銑予備処理スラグ（５トン分）を落下させてスラグ冷却容器（３ｍ×３ｍ×１ｍ：鉄皮の内側にアルミナ系の不定形耐火物を１０ｃｍの厚みで施工したもの）内に注入した。さらに，注入したスラグをスラグ冷却容器内で１０分間静置して，スラグが凝固した後，上面に水を散布して冷却した。
【００４２】
このとき，本実施例における溶銑予備処理スラグは，表２に示す組成であり，そのスラグ温度は，１３２０℃とした。
【００４３】
【表２】
2006144079.tif 000004
但し，Ｍ−Ｆｅ（メタリック鉄）は，外数である。また，スラグ成分は，ＭｎＯ，Ｐ，Ｓなど工程によって不可避的に含まれる成分は除外している。また，Ｍ−Ｆｅの値は，採取したスラグを粉砕し磁石に付着したものの質量（ｍａｓｓ）％である。
【００４４】
（結果）
上記実施例により得られたスラグの吸水率を調査した。なお，吸水率の測定は，ＪＩＳ  Ａ１１０９またはＡ１１１０に規定される試験方法を用いて行った。その結果，上記実施例により得られたスラグの吸水率は１．２％であり，上層路盤材などとして適用可能な低吸水率の品質を得ることができた。
【００４５】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと解される。
【００４６】
例えば，上記実施例においては，製鋼スラグを３ｍの高さから落下した構成を例に挙げて説明したが，かかる例には限定されない。製鋼スラグの落下高低差は，２ｍ以上であれば，例えばスラグ組成，溶融スラグ温度，スラグの液相線温度，吸水率等の所望の品質などに応じて適宜設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は，製鋼スラグの処理方法に適用可能であり，特に，製鋼スラグ中の気泡を低減するための製鋼スラグの処理方法に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施の形態にかかる製鋼スラグの処理方法の工程を説明するための説明図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる製鋼スラグの注入高さと凝固したスラグの吸水率との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  製鋼スラグ
２００  転炉
３００  排滓鍋
４００  搬送車
５００  スラグ冷却容器
【図１】
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【図２】
2006144079.tif 000006