(57)【要約】  【課題】  本発明は溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法を提供する。  【解決手段】  溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法であって、前記方法は、溶融スラグを保温・調質池に入れ、かつスラグの温度を1400℃-1500℃に維持し、製造する製品の要求によって色彩調整剤及び/又は粘度調整剤を添加してその粘度及び/又は色彩を調整する段階と、調質池から排出される溶融スラグを発泡室に入れると同時に発泡剤を前記溶融スラグに添加し、かつ発泡室内部の溶融スラグの温度を1250℃-1400℃に制御して、発泡成形させる段階と、発泡成形後のスラグを800℃-1000℃の温度で、かつ非還元性雰囲気において20-30分保温し、そして自然的に室温まで冷却することで、発泡材料が得られる段階と、を含む。当該方法は、高炉スラグを総合的に利用するために、省エネかつ効率的なルートを提供し、製造された発泡材料及び製品は色の品質の安定性、耐摩耗性、耐圧性、小さい熱伝導係数、小さい収縮性、吸音性及び優れた濾過性などの特性を有する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法であって、
溶融スラグを保温・調質池に入れ、かつスラグの温度を1400℃-1500℃に維持し、製造する製品の要求によって色彩調整剤及び/又は粘度調整剤を添加してその粘度及び/又は色彩を調整する段階と、
調質池から排出される溶融スラグを発泡室に入れると同時に発泡剤を前記溶融スラグに添加し、かつ発泡室内部の溶融スラグの温度を1250℃-1400℃に制御して、発泡成形させる段階と、
発泡成形後のスラグを800℃-1000℃の温度で、かつ非還元性雰囲気において20-30分保温し、そして自然的に室温まで冷却することで、発泡材料を得る段階と、
を含み、
前記溶融スラグの成分は、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOであることを特徴とする溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【請求項２】
前記溶融スラグの成分は、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOであることを特徴とする請求項１に記載の溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【請求項３】
粘度調整剤は粘土、磁土、磁石、陶土、長石、石英砂及び二酸化チタンの中の少なくとも１つであり、その添加量は溶融スラグの添加量の3-10ｗt%であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【請求項４】
色彩調整剤はTi、Cr、Ni、Cu、Co、Feの酸化物と、前記酸化物を含有する粉鉱及び産業廃棄物の中の少なくとも１つであり、その添加量は溶融スラグの添加量の0-5ｗt%であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【請求項５】
発泡剤は炭酸塩であり、その添加量は溶融スラグの添加量の3-5wt%であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【請求項６】
前記炭酸塩は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸塩を含む他の鉱物及びこれらの混合物の中の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に記載の溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【請求項７】
発泡成形段階において、まず前記溶融スラグを発泡させ、次に金型に入れて成形され、又は溶融スラグを金型で直接発泡成形されることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【請求項８】
前記溶融スラグは冶金反応器から直接排出された溶融スラグ又は再度精錬されたスラグであることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無機非金属材料の分野に関し、特に、溶融スラグを利用して発泡材料を直接製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄冶金における廃スラグの産量は多く、総合的な利用が困難であるため、環境に深刻な悪影響を与えており、産業の発展を制限している。従来、これらの廃スラグの処理方法として、1400-1600℃のスラグが排出された後、水で冷却し（製造上「水砕」と称する）、その後、水中からスラグを取り出して、乾燥、粉末化してセメントの生産に用いる。しかし、この工程によって一部の廃スラグしか処理できず、しかも処理において廃水、廃ガスが生じ、高炉スラグに含まれる大量の顕熱が無駄になるだけでなく、環境に悪影響を与える原因になっているのが厳しい問題となっていた。
【０００３】
従来、高炉スラグを総合的に利用するための生産と研究はすべて上記の水砕後の廃スラグを対象として行うため、廃スラグの冷却に用いられる生水（fresh water）の消費問題があり、スラグに含まれる熱エネルギーも十分に利用できず、且つ二次廃棄物が生じ、しかも廃スラグを全て処理することもできない。
【０００４】
よって、大量のスラグを有用なものにする方法の提出が課題となっていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のひとつの目的は、溶融スラグを使用して直接調質処理を行い、発泡剤を添加して無機非金属発泡材料を製造する方法を提供することである。
【０００６】
本発明のもうひとつの目的は、溶融スラグを使用して直接調質処理を行い、発泡剤の作用により無機非金属発泡材料の製品を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による実施例では溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法を提供し、前記方法は、溶融スラグを保温・調質池に入れ、かつスラグの温度を1400℃-1500℃に維持し、製造する製品の要求によって色彩調整剤及び/又は粘度調整剤を添加してその粘度及び/又は色彩を調整する段階と、調質池から排出される溶融スラグを発泡室に入れると同時に発泡剤を前記溶融スラグに添加し、かつ発泡室内部の溶融スラグの温度を1250℃-1400℃に制御して、発泡成形させる段階と、発泡成形後のスラグを800℃-1000℃の温度で、かつ非還元性雰囲気において20-30分保温し、そして自然的に室温まで冷却することで、発泡材料を得る段階と、を含み、前記溶融スラグの成分は、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOである。
【０００８】
本発明の実施例において、前記溶融スラグの成分は、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOである
【０００９】
本発明の実施例において、粘度調整剤は粘土、磁土、磁石、陶土、長石及び石英砂の中の少なくとも１つであり、その添加量は溶融スラグの添加量の3-10ｗt%である。色彩調整剤はTi、Cr、Ni、Cu、Co、Feの酸化物と、前記酸化物を含有する粉鉱及び産業廃棄物の中の少なくとも１つであり、その添加量は溶融スラグの添加量の0-5ｗt%である。発泡剤は炭酸塩でよく、その添加量は溶融スラグの添加量の3-5wt%である。前記炭酸塩は、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸塩を含む他の鉱物及びこれらの混合物の中の少なくとも１つを含むことができ、より具体的にいうと、前記炭酸塩は、石灰石、白雲石、菱苦土石を含める。
【００１０】
本発明の実施例において、発泡成形段階で、まず前記溶融スラグを発泡させ、次に金型に入れて成形されてもよく、又は溶融スラグを金型で直接発泡成形されてもよい。
【００１１】
本発明の実施例において、前記溶融スラグは冶金反応器から直接排出された溶融スラグ又は再度精錬されたスラグである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明による実施例を詳細に説明する。
【００１３】
高炉溶融スラグは高炉製鉄生産において生じる廃棄物で、その元素組成として、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaOの範囲内にあり、更に少量のFeO、C、MnO、Sなどの元素を含み、溶液の温度は1350℃-1480℃の範囲にある。また、その元素組成として、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaOの範囲内にあり、更に少量のFeO、C、MnO、Sなどの元素を含むのが好ましい。
【００１４】
本発明による実施例は溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法を提供し、前述の溶融スラグの組成成分として、10-40wt%のAl2O3、5-25wt%のMgO、10-50wt%のSiO2、10-40wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOを含む。また、前述の溶融スラグの組成成分として、10-20wt%のAl2O3、5-10wt%のMgO、20-35wt%のSiO2、20-30wt%のCaO、0.1-5wt%のTiO2、0.1-5wt%のFeO、0.1-5wt%のMnOを含むのが好ましい。また、前述の溶融スラグは冶金反応器から直接に排出された溶融スラグでもよく、再度精錬されたスラグでもよい。本発明の方法によれば、高炉から排出される溶融スラグを直接利用することができるため、原料を溶融するためのエネルギー消費を節約できるだけでなく、高炉スラグの水砕冷却による水資源の消費と二次廃棄物の発生を回避することができる。
【００１５】
この方法において、保温・調質（thermal refining）池の内部で溶融スラグの温度を1400℃-1500℃範囲に制御する。製造する発泡製品の見掛け密度（又は孔隙率）、色彩によって、溶融スラグに対する調質処理の工程を確定する。その中、前述の調質処理は粘度及び/又は色彩の調整を含む。
【００１６】
より具体的にいうと、粘度調整剤として粘土、磁土、磁石、陶土、長石及び石英砂の中の少なくとも１つが用いられ、その添加量は溶融スラグの添加量の3-10wt%であり、色彩調整剤としてTi、Cr、Ni、Cu、Co、Feの酸化物（例えばTiO2、Cr2O3、NiO、CuO、Cu2O、CoO、FeO、Fe2O3など）と、このような酸化物を含有する粉鉱及び産業廃棄物（例えば、酸化アルミニウムの生産における残渣（赤泥））の中の少なくとも１つが用いられ、添加量は溶融スラグの添加量の0-5wt%である。
【００１７】
次に、調質池内部の溶融スラグを発泡室に入れると同時に発泡剤を前述のスラグに添加し、かつ発泡室内部のスラグの温度を1250℃-1400℃に制御して、発泡成形させる。
【００１８】
具体的にいうと、発泡剤は炭酸塩でよく、その添加量は溶融スラグの添加量の3-5wt%である。より具体的にいうと、前述の炭酸塩として、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、炭酸塩を含む他の鉱物及びこれらの混合物の中の少なくとも１つを含むことができ、例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、石灰石、白雲石、菱苦土石などである。発泡成形過程において、まず溶融スラグを発泡させ、次に金型に入れて成形されてもよく、又は溶融スラグを金型で直接発泡させて成形されてもよい。
【００１９】
それから、発泡成形後のスラグを800℃-1000℃の温度で、かつ非還元性雰囲気において20-30分間保温し、そして自然的に室温まで冷却することで、必要な発泡材料が得られる。
【００２０】
その他、当該方法において、成形過程で用いられる金型のサイズと形状によって、当該方法では溶融スラグを利用して必要な形状を有する発泡製品を直接製造することができる。
【００２１】
以下、本発明の方法の実施例について具体的に説明する。
【００２２】
実施例1
【００２３】
1500℃で溶融スラグに磁石を添加してスラグの粘度を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の10wt%である。実施例1において色彩調整剤を添加しない。そして、1400℃で発泡させ、発泡剤は炭酸カルシウムであり、その添加量は溶融スラグの添加量の5wt%である。そして、発泡後の製品を1000℃で20分間保温し、自然的に室温まで冷却する。需要に応じて、密度が0.40g/cm3である発泡材料を製造することができる。
【００２４】
実施例2
【００２５】
1400℃で溶融スラグに粘土を添加してスラグの粘度を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の5wt%である。また、色彩調整剤としてベンガラを添加するが、その添加料は溶融スラグの添加量の5wt%である。そして、1300℃で発泡させ、発泡剤は炭酸マグネシウムであり、その添加量は溶融スラグの添加量の5wt%である。そして、発泡後の製品を800℃で30分保温し、自然的に室温まで冷却する。需要に応じて、密度が0.41g/cm3である発泡材料を製造することができる。
【００２６】
実施例3
【００２７】
1450℃で溶融スラグに二酸化チタンを添加してスラグの粘度を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の3wt%である。また、色彩調整剤として三酸化二クロムを添加するが、その添加料は溶融スラグの添加量の3wt%である。そして、1250℃で発泡させ、発泡剤は白雲石であり、その添加量は溶融スラグの添加量の3wt%である。そして、発泡後の製品を950℃で25分保温し、自然的に室温まで冷却する。需要に応じて、密度が0.45g/cm3である発泡材料を製造することができる。
【００２８】
実施例4
【００２９】
1500℃で溶融スラグに二酸化チタンと石英砂を添加してスラグの粘度を調整し、その添加量は溶融スラグの添加量の6wt%(各3wt%)である。また、色彩調整剤として三酸化二クロムを添加するが、その添加料は溶融スラグの添加量の0.5wt%である。そして、1250℃で発泡させ、発泡剤は白雲石であり、その添加量は溶融スラグの添加量の4wt%である。そして、発泡後の製品を950℃で25分保温し、自然的に室温まで冷却する。需要に応じて、密度が0.43g/cm3である発泡材料を製造することができる。
【００３０】
本発明の実施例による溶融スラグを利用して発泡材料を製造する方法は以下のような利点がある。
【００３１】
1)高炉スラグを総合的に利用するために、省エネかつ効率的なルートを提供する。
【００３２】
2)高炉から排出された溶融スラグを直接利用することで、原料を溶融するエネルギーの消費を節約し、更に高炉スラグの水砕冷却による水資源の消費と二次廃棄物の発生を回避する。
【００３３】
3)製造された無機非金属発泡材料及びその製品は色の品質の安定性、耐摩耗性、耐圧性、小さい熱伝導係数、吸音性、付着性及び濾過性が優れる特性を有する。その中で、主な特性指標は以下のような表に示している。
【表１】
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【００３４】
本発明は上記の実施例に限定されず、本発明に記載された範囲内で各種変形と変更を行うことができる。
【国際調査報告】
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