(57)【要約】  【課題】  高炉水砕スラグの塩素濃度を低減することにより高炉水砕スラグを製造する方法を提供する。  【解決手段】  高炉により銑鉄を製造する際に発生する溶融スラグに、補給水を補給されながら循環使用される冷却水を吹付けて水砕処理を行って高炉水砕スラグを製造する際に、高炉水砕スラグの塩素濃度が０．０２％以下となるように、循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御することにより、高炉水砕スラグを製造する。【選択図】図４
2006001754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉により銑鉄を製造する際に発生する溶融スラグに、補給水を補給されながら循環使用される冷却水を吹付けて水砕処理を行って高炉水砕スラグを製造する際に、該高炉水砕スラグの塩素濃度が０．０２質量％以下となるように、前記循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御することを特徴とする高炉水砕スラグの製造法。
【請求項２】
下記(１)式及び(２)式を満足するように前記補給水の量を制御することによって、前記循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御する請求項１に記載された高炉水砕スラグの製造法。
冷却水の塩素濃度[ppm]＝補給水の塩素濃度[ppm]×補給水の量[t/回]/(補給水の量[t/回] -蒸発水量[t/回])≦｛(0.02[％]/含水比[％]×100)×10,000[ppm]   ・・・・（１）
蒸発水量[t/回]＝（出滓直後の溶融スラグの温度[℃]−100[℃]）×0.235(＝スラグの比熱)[kcal/kg・℃]×高炉水砕スラグの量[t/回]/539(＝水の蒸発熱)［kcal/kg］・・・（２）
【請求項３】
下記(３)式及び(２)式を満足するように前記補給水の量を制御することによって、前記循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御する請求項１に記載された高炉水砕スラグのの製造法。
補給水の量[t/回]≧｛（出滓直後の溶融スラグの温度[℃]−100[℃]）×0.235(＝スラグの比熱) [kcal/kg・℃]×高炉水砕スラグの量[t/回]×（（0.02[％]/含水比[％]×100）×10,000）[ppm]｝/｛539(＝水の蒸発熱)[kcal/kg]｝×((0.02[％]/含水比[％]×100)×10,000)[ppm]―補給水の塩素濃度[ppm]｝          ・・・・・（３）                                                                                                  
蒸発水量[t/回]＝（出滓直後の溶融スラグの温度[℃]−100[℃]）×0.235(＝スラグの比熱)[kcal/kg・℃]×高炉水砕スラグの量[t/回]/539(＝水の蒸発熱)[kcal/kg]
・・・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉水砕スラグの製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉水砕スラグは、高炉により銑鉄を製造する際に発生する溶融スラグに、補給水を補給されながら循環使用される冷却水を吹付けて水砕処理を行うことによって得られるスラグであり、現在、コンクリート細骨材や土木工事等の様々な用途に使用されている。
【０００３】
近年の川砂採取規制により、コンクリート用骨材は山砂及び海砂に依存する割合が高まってきた。このため、良質な細骨材が枯渇化する傾向にあり、コンクリートの強度及び耐久性の低下や、鉄筋の腐食問題を生じるようになってきた。なお、この腐食の問題を補足すると、鉄筋コンクリートの内部の鉄筋は、セメントから供給される多量の水酸化カルシウムによってｐＨ１２以上のアルカリ性に保たれているため、その表面は水酸化鉄の高密度不動態酸化被膜により覆われ、これにより、腐食から守られている。しかし、塩化物が骨材中に存在したり、あるいは大気中の二酸化炭素によりアルカリ性が低下すると、その高密度不動態酸化被膜が破壊され、鉄筋が腐食する。
【０００４】
塩素を含有するコンクリート用骨材による鉄筋の腐食に対する対策として、セメントクリンカーの焼成工程で脱塩素を行ったり、鉄筋コンクリートの鉄筋に防食鉄筋を用いること等が考えられてきたが、これらの対策ではいずれも大幅なコスト上昇は避けられない。このため、現状の塩素を含有するコンクリート用骨材の用途は、無筋コンクリートに限られている。
【０００５】
ところで、特許文献１にも記載されているように、これまで、高炉水砕スラグは、塩素を含有しておらず、むしろ、Ａｌ含有量が多いことによる水和反応によって塩素を含む水和物であるフリーデル氏塩（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣａＣｌ２・１０Ｈ２Ｏ）を生成する作用、又は、高炉水砕スラグに含まれるケイ酸カルシウム水和物が塩素を吸着又は吸収して固定する作用により、他のコンクリート用骨材に含まれる塩素を固定することができると考えられてきた。
【特許文献１】特開２００３−１６５７５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には高炉水砕スラグはコンクリート用骨材に含まれる塩素を固定する作用を奏する旨記載されているが、本発明者は、このような記載にとらわれることなく、高炉水砕スラグの塩素濃度を調査した。その結果、むしろ高炉水砕スラグの製造過程において既に、通常問題ないレベルではあるものの、塩素を含有していることが判明した。
【０００７】
しかし、高炉水砕スラグが含有する塩素を低減することは、地球環境保護を推し進める上で望ましいことはいうまでもないが、上述したように、高炉水砕スラグからなるコンクリート用骨材の用途を無筋コンクリートから鉄筋コンクリートにまで拡大するためには、不可欠となる。
【０００８】
本発明の目的は、高炉水砕スラグを鉄筋コンクリート用微粉末として使用することができる程度に、高炉水砕スラグの塩素濃度を低減することが可能な高炉水砕スラグの製造法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
高炉水砕スラグを鉄筋コンクリート用微粉末として使用するには、ＪＩＳ Ａ ６２０６に規定されたコンクリート用高炉微粉末の規格により、高炉水砕スラグの塩素濃度を０．０２％以下（本明細書では特にことわりがない限り「％」は「質量％」を意味するものとする）に抑制することが必要である。
【００１０】
そこで、本発明者は様々な研究を重ねた結果、循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御することにより、コンクリート用高炉微粉末（ＪＩＳ Ａ ６２０６）の塩素濃度の基準値である０.０２％以下に塩素濃度が低減された高炉水砕スラグを製造できるとの知見を得て、本発明を完成した。
【００１１】
なお、高炉水砕スラグの製造工程では、高炉により銑鉄を製造する際に発生する溶融スラグに冷却水を吹付けて水砕処理を行っている。そして、この冷却水は、スラグ冷却時に蒸発したり、あるいは高炉水砕スラグの表面に付着して循環系外に持ち去られる水に相当する量の補給水を補給されながら、水資源保護の観点から循環して連続して使用される。このため、循環する冷却水の塩素濃度は、一定ではなく、変動する。循環する冷却水の塩素濃度のこのような変動を抑制するには、未使用の工業用水を使用し続ければ、高炉水砕スラグ中の塩素濃度の変動量を低く抑制することは可能になると一見考えられるが、これでは、水資源の無駄使いとなってしまう。
【００１２】
本発明は、高炉により銑鉄を製造する際に発生する溶融スラグに、補給水を補給されながら循環使用される冷却水を吹付けて水砕処理を行って高炉水砕スラグを製造する際に、高炉水砕スラグの塩素濃度が０．０２％以下となるように、循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御することを特徴とする高炉水砕スラグの製造法である。
【００１３】
この本発明に係る高炉水砕スラグの製造法では、（ｉ）下記(１)式及び(２)式を満足するように補給水の量を制御すること、又は（ｉｉ）下記(２)式及び(３)式を満足するように補給水の量を制御することのいずれかによって、循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御することが望ましい。
【００１４】
冷却水の塩素濃度[ppm]＝補給水の塩素濃度[ppm]×補給水の量[t/回]/(補給水の量[t/回] -蒸発水量[t/回])≦｛(0.02[％]/含水比[％]×100)×10,000｝[ppm] ・・・（１）
蒸発水量[t/回]＝（出滓直後の溶融スラグの温度[℃]−100[℃]）×0.235(＝スラグの比熱)[kcal/kg・℃]×高炉水砕スラグの量[t/回]/539(＝水の蒸発熱)[kcal/kg]  ・・・（２）
補給水の量[t/回]≧｛（出滓直後の溶融スラグの温度[℃]−100[℃]）×0.235(＝スラグの比熱) [kcal/kg・℃]×高炉水砕スラグの量[t/回]×（（0.02[％]/含水比[％]×100）×10,000）[ppm]｝/｛539(=水の蒸発熱)[kcal/kg]｝×((0.02[％]/含水比[％]×100)×10,000)[ppm]―補給水の塩素濃度[ppm] ｝  ・・・・・（３）                                                                                                
なお、高炉水砕スラグの塩素濃度の分析は、ＪＩＳ Ｚ ７３０２-６に基づいて行えばよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、高炉水砕スラグを製造する際に循環使用する冷却水の塩素濃度を低減することにより、高炉水砕スラグの塩素濃度を目標の濃度に低減することが可能となった。これにより、鉄筋コンクリートにも用いることができる高炉水砕スラグを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
初めに本発明の原理を説明する。高炉により銑鉄を製造する際に発生する溶融スラグに、補給水を補給されながら循環使用される冷却水（塩素濃度が８０ｐｐｍの水、総量６００トン）を吹付けて水砕処理を行って、高炉水砕スラグを製造した。
【００１７】
循環使用される冷却水の塩素濃度は、水砕処理の開始とともに上昇し、冷却水を循環使用した結果として冷却水の塩素濃度は１８００ｐｐｍにまで上昇した。このように塩素濃度が上昇するのは、流下する溶融スラグに水を散布して細粒化する際に、溶融スラグから溶出した塩素が循環使用される冷却水に蓄積されて濃縮されるためと考えられる。
【００１８】
一方、循環使用される冷却水の塩素濃度は、１８００ｐｐｍまで上昇すると、その後さらに継続して循環使用したにもかかわらず、これ以上には上昇せず、１８００ｐｐｍのまま推移した。このように循環使用される冷却水の塩素濃度が一定に保たれるのは、循環使用される冷却水の一部は高炉水砕スラグに付着して持ち去られるが、この際に、循環使用される冷却水に含まれ高炉水砕スラグに付着して持ち去られる塩素の量と、新たに高炉水砕スラグから溶出する塩素の量とがバランスするためと考えられる。
【００１９】
以上の事実からも理解されるように、高炉水砕スラグの製造のために循環使用される冷却水には溶融スラグから溶出した塩素が蓄積し、冷却水に蓄積した塩素は高炉水砕スラグに付着する水分とともに高炉水砕スラグの表面に付着して残留する。
【００２０】
このような塩素の授受に基づいて考えると、高炉水砕スラグの製造のために循環使用される冷却水の塩素濃度を制御すれば、高炉水砕スラグの塩素濃度を、コンクリート用高炉スラグ微粉末塩素濃度を下回るように、低減及び管理することが可能である。
【００２１】
また、その循環使用される冷却水の塩素濃度が、高炉で溶銑を製造するときに発生するスラグが高炉から発生した直後のスラグ温度(本明細書では「出滓直後の溶融スラグの温度」という)、高炉水砕スラグの量及び補給水の塩素濃度を用いて制御することもできる。
【００２２】
図１は、本発明の原理を模式的に示す説明図である。なお、この図１に示す例では、（保有水量(※)は、一定とする(オーバー分は自動的にオーバーフローする)。
図１において、循環使用される冷却水の水量バランスにより補給水量＝スラグ付着水量＋放流水量＋蒸発水量であるから、
放流水量＝補給水量−スラグ付着水量−蒸発水量                  ・・・・・（ａ）
が成り立つ。
【００２３】
また、図１において、塩素のバランスにより補給水の塩素濃度×補給水の量＝循環使用される冷却水の塩素濃度×スラグ付着水量＋循環使用される冷却水の塩素濃度×放流水量であるから、
循環使用される冷却水の塩素濃度＝(補給水の塩素濃度×補給水の量)／(スラグ付着水
量＋放流水量)                ・・・・・（ｂ）
が成り立つ。そこで、（ａ）式を（ｂ）式に代入することにより、
循環使用される冷却水の塩素濃度
＝(補給水の塩素濃度×補給水の量)／(補給水の量―蒸発水量)        ・・・・・（ｃ）
の関係が得られる。
【００２４】
次に、本発明に係る高炉水砕スラグの製造法を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、本実施の形態で用いる冷却塔水槽１（水量６００トン）を模式的に示す平面図であり、図３はこの冷却塔水槽１の側面図である。なお、図２及び図３において、符号２は送水ポンプを示し、符号３は戻り管を示す。循環使用される冷却水は、戻り管３を通って冷却塔１に入り、送水ポンプ２により図示しない水砕製造設備に送水される。
【００２５】
この水砕製造設備は、特定の型式のものに限定する必要はなく、高炉における銑鉄製造工程で発生する溶融スラグに冷却水を吹き付けて水砕処理を行い、高炉水砕スラグを製造することができるものであればよい。
【００２６】
循環使用される冷却水は、この水砕製造設備により高炉水砕スラグの製造に供された後には、上述した図２、３に示す装置によって循環されて再使用される。
この際に、本実施の形態では、高炉水砕スラグの塩素濃度が０．０２質量％以下となるように、循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御すること、具体的には、（ｉ）下記(１)式及び(２)式を満足するように補給水の量を制御すること、又は（ｉｉ）下記(２)式及び(３)式を満足するように補給水の量を制御することのいずれかによって、循環使用時の冷却水の塩素濃度を制御することにより、鉄筋コンクリート用としても用いることができる高炉水砕スラグを製造することができる。なお、（１）〜（３）式は、上述した（ａ）〜（ｃ）式の関係に基づいて、簡単に導かれる。
【００２７】
冷却水の塩素濃度[ppm]＝補給水の塩素濃度[ppm]×補給水の量[t/回]/(補給水の量[t/回] -蒸発水量[t/回])≦｛(0.02[％]/含水比[％]×100)×10,000｝［ppm］ ・・・（１）
蒸発水量[t/回]＝（出滓直後の溶融スラグの温度[℃]−100[℃]）×0.235(＝スラグの比熱)[kcal/kg・℃]×高炉水砕スラグの量[t/回]/539(＝水の蒸発熱)[kcal/kg]
・・・・・（２）
補給水の量[t/回]≧｛（出滓直後の溶融スラグの温度[℃]−100[℃]）×0.235(＝スラグの比熱) [kcal/kg・℃]×高炉水砕スラグの量[t/回]×（（0.02[％]/含水比[％]×100）×10,000）[ppm]｝/｛539(＝水の蒸発熱)[kcal/kg]｝×((0.02[％]/含水比[％]×100)×10,000)[ppm]―補給水の塩素濃度[ppm]｝  ・・・・・（３）                                                                                                
循環使用される冷却水の塩素濃度が、例えば循環使用による濃縮等により、（１）式で規定する関係を満足できなくなると、高炉水砕スラグの塩素濃度を０.０２％以下とすることができなくなる。
【００２８】
循環使用される冷却水の塩素濃度を低減する方法としては、循環する冷却水に新たな水を補給することによって塩素を希釈する方法や、化学的に冷却水中の塩素を除去する方法等を適宜用いればよい。化学的に冷却水中の塩素を除去する方法としては、水和反応によるフリーデル氏塩(３CaO・Al2O3・CaCl２・１０H2O)や、クロルアパタイト（Ca10(PO4)6(Cl)2）を生成させることにより沈殿除去すればよい。
【００２９】
このように、本実施の形態によれば、循環使用される冷却水の塩素濃度を制御することにより、高炉水砕スラグの塩素濃度を０．０２％以下に低減することができ、これにより、鉄筋コンクリート用としても用いることができる高炉水砕スラグを提供することができる。
【実施例１】
【００３０】
高炉水砕スラグの製造工程において、溶融スラグを冷却するために循環使用される冷却水に新たな水を補給することによって、循環使用される冷却水の塩素濃度を制御した。
表１には、循環使用される冷却水の塩素濃度、補給水の量（出滓直後の溶融スラグの温度、高炉水砕スラグ量）と、この条件にしたがって製造した高炉水砕スラグの塩素濃度の分析結果とを示す。
【００３１】
表１において、本発明例であるＮｏ．１〜４は、（１）式が規定する条件を満足するため、製造された高炉水砕スラグの塩素濃度は０.０２％以下と、目標を達成することができた。
【００３２】
これに対し、比較例であるＮｏ．５〜８は、（１）式が規定する条件を満足しないため、製造された高炉水砕スラグの塩素濃度は０.０２％を超えてしまい、目標を達成することができなかった。
【００３３】
【表１】
2006001754.tif 000003
【００３４】
この表１に示す結果をプロットして、図４にグラフで示す。図４のグラフにおいて、符号○は表１における評価が○であったものに対応し、符号●は表１における評価が×であったものに対応する。
【００３５】
図４にグラフで示すように、例えば、含水比が２５％である場合には冷却水の塩素濃度を８００ｐｐｍ以下に低減することにより高炉水砕スラグの塩素濃度を０．０２％以下に低減することができる。また、含水比が１０％である場合には冷却水の塩素濃度を２０００ｐｐｍ以下に低減することにより高炉水砕スラグの塩素濃度を０．０２％以下に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の原理を模式的に示す説明図である。
【図２】実施の形態で用いる冷却塔水槽を模式的に示す平面図である。
【図３】実施の形態で用いる冷却塔水槽を模式的に示す側面図である。
【図４】表１に示す結果をプロットして示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  冷却塔水槽
２  送水ポンプ
３  戻り管
【図１】
2006001754.tif 000004
【図２】
2006001754.tif 000005
【図３】
2006001754.tif 000006
【図４】
2006001754.tif 000007