(57)【要約】【課題】改質による水和膨張のリスクの低減可否を、改質前のスラグ組成により判断できること。【解決手段】製鋼スラグの組成に基づいて算出された改質後の遊離石灰量の推定値が所定量以下である製鋼スラグを対象として、溶融状態で酸化する条件にて急冷凝固させる。その際、溶融状態のスラグに高速の酸素を含むガスを衝突させることにより製鋼スラグを酸化、急冷凝固させてもよい。あるいは、溶融状態の製鋼スラグを金属板により急冷凝固させてもよい。あるいは、溶融状態の製鋼スラグを水により急冷凝固させてもよい。これにより、製鋼スラグ中に溶解せずに残留した遊離石灰を固定化する改質を実施する前に、水和膨張のリスクを低減できるか否かを判断できる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼スラグ中に存在する遊離石灰を固定化する製鋼スラグの改質方法であって、
製鋼スラグの組成に基づいて改質後の遊離石灰量の推定値を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出された改質後の遊離石灰量の推定値が所定量以下である製鋼スラグを対象として、溶融状態で酸化する条件にて急冷凝固させる改質ステップと、
を含むことを特徴とする製鋼スラグの改質方法。
【請求項２】
前記改質ステップは、式（Ａ）を満足する組成の製鋼スラグを対象とすることを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの改質方法。
【数１】
2015189601.tif 000009
【請求項３】
前記改質ステップは、溶融状態の製鋼スラグに酸素を含むガスを衝突させることにより酸化し、急冷凝固させ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改質方法。
【請求項４】
前記改質ステップは、溶融状態の製鋼スラグを金属板により急冷凝固させ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改質方法。
【請求項５】
前記改質ステップは、溶融状態の製鋼スラグを水により急冷凝固させ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改質方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の製鋼スラグの改質方法によって改質された製鋼スラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融状態の製鋼スラグを改質する製鋼スラグの改質方法および製鋼スラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業で副生されるスラグには、高炉、予備処理プロセス、転炉、電気炉などからのスラグがある。これらの内、高炉から副生されるスラグを高炉スラグといい、予備処理プロセス、転炉、電気炉から副生されるスラグを製鋼スラグという。
【０００３】
製鋼スラグには、製鋼工程で副原料として投入される石灰が多く含まれており、その石灰の一部が完全には溶解せず製鋼スラグ中に遊離石灰（以下、Ｆｒｅｅ−ＣａＯ）として残留している。製鋼スラグ中にＦｒｅｅ−ＣａＯが存在すると、製鋼スラグが水と接触した際、Ｆｒｅｅ−ＣａＯが水和膨張するという問題がある。
【０００４】
製鋼スラグの高温溶融状態での改質技術の一つとして、例えば特許文献１、２に記載されているように、溶融状態の製鋼スラグに高速で空気を衝突させて改質する技術が知られている。この改質方法では、製鋼スラグを酸化、急冷凝固させることで、製鋼スラグ中に残留して製鋼スラグの利用を妨げるＦｒｅｅ−ＣａＯを固定化し、水和膨張のリスクを低減する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−４４５７８号公報
【特許文献２】特開２００９−２２７４９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記した従来の改質技術では、この改質技術の適用可否を溶融スラグの流動性を目視により確認し判断するのみで、適用可否をスラグ組成により判断する基準が存在しなかった。そのため、従来の改質技術によれば、スラグの組成によってはＦｒｅｅ−ＣａＯが完全には固定化できずに改質後にも製鋼スラグが水和膨張する場合があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、改質による水和膨張のリスクの低減可否を、改質前のスラグ組成により判断できる製鋼スラグの改質方法およびＦｒｅｅ−ＣａＯを低減した製鋼スラグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る製鋼スラグの改質方法は
、製鋼スラグ中に存在する遊離石灰を固定化する製鋼スラグの改質方法であって、製鋼スラグの組成に基づいて改質後の遊離石灰量の推定値を算出する算出ステップと、前記算出ステップで算出された改質後の遊離石灰量の推定値が所定量以下である製鋼スラグを対象として、溶融状態で酸化する条件にて急冷凝固させる改質ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る製鋼スラグの改質方法は、上記発明において、前記改質ステップは、式（Ａ）を満足する組成の製鋼スラグを対象とすることを特徴とする。
【数１】
2015189601.tif 000002
【００１０】
また、本発明に係る製鋼スラグの改質方法は、上記発明において、前記改質ステップは、溶融状態の製鋼スラグに酸素を含むガスを衝突させることにより製鋼スラグを酸化し、急冷凝固させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る製鋼スラグの改質方法は、上記発明において、前記改質ステップは、溶融状態の製鋼スラグを金属板により急冷凝固させることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る製鋼スラグの改質方法は、上記発明において、前記改質ステップは、溶融状態の製鋼スラグを水により急冷凝固させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る製鋼スラグは、上記発明によって改質された製鋼スラグであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、改質前のスラグ組成により、改質による水和膨張のリスクの低減可否を判断でき、Ｆｒｅｅ−ＣａＯを低減した製鋼スラグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態で算出された改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯの推定値と、風砕による改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯの分析値との関係を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態で算出された改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯの推定値と、金属板上での冷却による改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯの分析値との関係を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態で算出された改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯの推定値と、水砕による改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯの分析値との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１７】
風砕などにより製鋼スラグを改質する場合に、同等のＦｒｅｅ−ＣａＯ濃度だったとしても、初期のスラグの組成によっては改質してもＦｒｅｅ−ＣａＯを固定化できず水和膨張のリスクが残る場合がある。本発明者らは、溶融状態の製鋼スラグを酸化、急冷凝固させて改質する場合に、改質前のスラグの組成により改質後の製鋼スラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量を推定して、改質による水和膨張のリスクの低減可否を判断できることに想到した。
【００１８】
以下に、改質前のスラグ組成から改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯを推定する式の導出方法について、転炉脱炭スラグの導出方法を一例として示す。凝固したスラグ中のＣａＯは、２ＣａＯ・ＳｉＯ２（以下、Ｃ２Ｓと表記），２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３（以下、Ｃ２Ｆと表記）の各鉱物相となる。Ｃ２Ｓ相ではＳｉの替わりに一部Ｐが固溶している。また、Ｃ２Ｆ相ではＦｅの替わりに一部Ａｌが固溶している。これらの元素の化学量論組成より次式（Ａ）の係数を算出した。転炉脱炭スラグでは、Ｐ量の大幅な変動はないことから、個別の分析値の計算値を式に入れる必要はないと判断した。また、Ｆｅについては、Ｆｅ２Ｏ３となった場合、Ｆｅ１質量％に対し、ＣａＯ約１質量％を固定化できる。しかし、溶融状態の製鋼スラグを酸化しても製鋼スラグ中のＴ．Ｆｅの全てがＦｅ２Ｏ３とはならないため、係数として０．７を乗じた。製鋼スラグ中ではＣ２ＳまたＣ２Ｆとして鉱物相中に取り込まれていないＣａＯはＦｒｅｅ−ＣａＯとして存在すると想定し、式（Ａ）の左辺（改質後に推定されるＦｒｅｅ−ＣａＯの残留量（質量％））を導きだした。改質後のＦｒｅｅ−ＣａＯ量がゼロになることが理想状態であるため、式（Ａ）の左辺を０以下と設定した。
【００１９】
【数２】
2015189601.tif 000003
【００２０】
ここで、製鋼スラグを酸化、急冷凝固させる方法は特に限定するものではない。酸素を含むガスを高速で衝突させる方法（以下、風砕）、金属板上で急冷させる方法、溶融スラグを水中に流入させる方法（以下、水砕）のいずれの方法でも、改質後のＦｒｅｅ−ＣａＯ量を低減させることが可能である。しかし、これらの方法を比較すると、風砕もしくは水砕の場合に改質の効果が高く、金属板上での急冷より風砕、水砕の方が改質の効果が高くより好ましい。また、急冷凝固された改質後のスラグの取り扱いや改質処理設備の簡便さという点で、水砕より風砕の方が好ましい。
【００２１】
風砕による改質条件としてはガス比率０．５Ｎｍ３／ｋｇ−スラグ以上で改質後のＦｒｅｅ-ＣａＯが０．３質量％以下と低位であり、より好ましい。また、風速は２５０ｍ／秒では改質後の製鋼スラグが広範囲に飛散するため２００ｍ／秒以下の範囲が好ましい。
【００２２】
以上のように、風砕などにより溶融状態の製鋼スラグを酸化、急冷凝固して改質する場合に、改質前の製鋼スラグ組成により改質後の製鋼スラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯの残留量を推定し、その改質によりＦｒｅｅ−ＣａＯを固定化して水和膨張のリスクを低減可能か否かを判断できる。その結果、Ｆｒｅｅ−ＣａＯを低減した製鋼スラグを得ることができる。
【００２３】
上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様などに応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。
【００２４】
［発明例］
以下に示すように、転炉脱炭スラグを対象として改質を行った。表１に、対象とした転炉脱炭スラグの組成（改質前の分析値）と改質前のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値を示す。併せて、表１に、上記式（Ａ）の左辺により算出された改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値（Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ））を示す。表１中の（１）〜（９）のスラグは、いずれも、同等（４〜６質量％程度）のＦｒｅｅ−ＣａＯ量である。表１の（１）〜（６）は、上記式（Ａ）を満足しており（表１中式（Ａ）欄に○と記載）、改質可能であることが推定される。一方、表１の（７）〜（９）は、上記式（Ａ）を満足しておらず（表１中式（Ａ）欄に×と記載）、改質が困難であることが推定される。これらの（１）〜（９）のスラグに同様に改質を行った。改質方法としては、溶融状態のスラグに高速の酸素を含むガスを衝突させる改質（風砕）、溶融状態のスラグを金属板上で酸化急冷する改質、溶融状態のスラグを水により急冷凝固させる改質（水砕）を行った。
【００２５】
【表１】
2015189601.tif 000004
【００２６】
溶融状態のスラグに高速の酸素を含むガスを衝突させる改質方法（風砕）では、酸素を含むガスとして大気または酸素を添加した大気を使用し、溶融状態のスラグに高速で衝突させた。溶融状態のスラグを自由落下させ、そこに断面形状が３ｍｍ×４０ｍｍのノズルを使用し、１００〜２５０m／秒の速度、０．２５〜０．６０ｍ３／ｋｇ−スラグの比率で高速ガスを噴きつけ飛散させて酸化させた。この風砕の後、溶融状態のスラグを３秒以内で５００℃以下まで急冷凝固させた。
【００２７】
表２に、上記改質方法（風砕）による改質後のスラグの組成を示す。併せて、表２に、上記式（Ａ）の左辺により算出された改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値（Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ））と、酸化された改質後のスラグのＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値（Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ））とを示す。また、図１に、表２のＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ）とＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ）との関係を示す。なお、Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ）とＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ）とが一致する場合に、図１に示す点線上にプロットされる。
【００２８】
改質前の組成が式（Ａ）を満足するスラグ（１）〜（６）は、表２および図１に示すように改質後のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値も０．３質量％程度以下と低位となるまで良好に改質された。
【００２９】
改質前の組成が式（Ａ）を満足していないスラグ（７）〜（９）は、表２および図１に示すように、改質後のスラグ中Ｆｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は、式（Ａ）の左辺により算出される改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値にほぼ一致し、改質が十分になされなかった。風砕による改質は、式（Ａ）による推定と好適に一致した。
【００３０】
なお、以下に示す表２〜５において、スラグ中の金属Ｆｅの濃度をＭ．Ｆｅと記載した。
【００３１】
【表２】
2015189601.tif 000005
【００３２】
次に、溶融状態のスラグを金属板上で酸化急冷する改質方法では、大気雰囲気中での排出により酸化、鉄板及び水冷銅板を使用し金属板スラグ比が５〜２０ｍ２／ｔ−スラグとなるよう金属板上で急冷した。このとき、金属板上に到達したスラグは約２０秒で５００℃以下まで急冷された。
【００３３】
表３に、上記改質方法による改質後のスラグの組成を示す。併せて、表３に、上記式（Ａ）の左辺により算出された改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値（Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ））と、改質後のスラグのＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値（Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ））とを示す。また、図２に、表３のＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ）とＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ）との関係を示す。なお、Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ）とＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ）とが一致する場合に、図２に示す点線上にプロットされる。
【００３４】
改質前の組成が式（Ａ）を満足するスラグ（１）〜（６）は、改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は、表３および図２に示すように、０．４質量％程度以下と低位となるまで良好に改質された。
【００３５】
改質前の組成が式（Ａ）を満足していないスラグ（７）〜（９）は、表３および図２に示すように、改質後のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は、式（Ａ）の左辺により算出される改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値にほぼ一致し、改質が十分になされなかった。金属板上による改質は、式（Ａ）による推定と好適に一致した。
【００３６】
【表３】
2015189601.tif 000006
【００３７】
また、溶融状態のスラグを水により急冷凝固させる改質方法（水砕）では、溶融状態のスラグを大量の水中へ流入させ急冷凝固させた。また、大気雰囲気でスラグを排出し酸化させた。水スラグ比が５０〜２００Ｌ／ｋｇ−スラグ、スラグの水中への流入速度０．２〜０．５ｋｇ／ｍｉｎの条件で急冷凝固させた。このときスラグは１０秒以内で５００℃以下まで急冷された。
【００３８】
表４に、上記改質方法（水砕）による改質後のスラグの組成を示す。併せて、表４に、上記式（Ａ）の左辺により算出された改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値（Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ））と、改質後のスラグのＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値（Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ））とを示す。また、図３に、表４のＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ）とＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ）との関係を示す。なお、Ｆｒｅｅ−ＣａＯ（ｃａｌ）とＦｒｅｅ−ＣａＯ（ｏｂｓ）とが一致する場合に、図３に示す点線上にプロットされる。
【００３９】
改質前の組成が式（Ａ）を満足するスラグ（１）〜（６）は、改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は、表４および図３に示すように、０．５質量％以下と低位となるまで良好に改質された。
【００４０】
改質前の組成が式（Ａ）を満足していないスラグ（７）〜（９）は、表４および図３に示すように、改質後のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は、式（Ａ）の左辺により算出される改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値にほぼ一致し、改質が十分になされなかった。金属板上による改質は、式（Ａ）による推定と好適に一致した。
【００４１】
【表４】
2015189601.tif 000007
【００４２】
次に、溶融状態のスラグに高速の酸素を含むガスを衝突させる改質方法、溶融状態のスラグを金属板上で酸化急冷する改質方法および溶融状態のスラグを水により急冷凝固させる改質方法の各改質方法により改質された式（Ａ）を満足する組成のスラグを、８０℃の高温水中で３日間養生した。その結果、崩壊や粉化は確認されず、スラグ中Ｆｒｅｅ−ＣａＯを固定化し水和膨張を低減できていることが確認された。
【００４３】
以上のように、本発明により、スラグの酸化による改質におけるＦｒｅｅ−ＣａＯ量の変化を推定することが可能となった。
【００４４】
本発明における改質は、酸化による改質が必須であるが、比較例として、表１（１）〜（３）に示す式（Ａ）を満足するスラグを用い、酸化しない雰囲気で溶解したのち酸化を防ぐ条件のまま、溶解に用いた炉内で６時間かけて室温まで徐冷した。溶解および徐冷時の雰囲気は酸化防止のためＡｒ雰囲気とした。表５のＡ，Ｂ，Ｃに、このＡｒ雰囲気で徐冷した試料の分析値を示す。改質前のスラグの組成では改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の推定値は０以下となっているが、改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は３質量％以上と高位であった。
【００４５】
また、表１の（１）〜（３）に示す式（Ａ）を満足するスラグを溶解したのち、酸化雰囲気で溶解に用いた炉内で６時間かけて室温まで徐冷した。徐冷時は大気もしくは大気に酸素を一部添加した雰囲気とした。表５のＤ，Ｅ，Ｆに、この酸化雰囲気で徐冷した試料の分析値を示す。Ａ，Ｂ，Ｃに示すＡｒ雰囲気で徐冷した場合に比べ、改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は１〜２質量％と低位であったが、上記実施例に示した酸化雰囲気で急冷した場合の０．５質量％以下に比べると高かった。
【００４６】
次に、表１の（１）〜（３）に示す式（Ａ）を満足するスラグを用い、酸化しない雰囲気で溶解したのち酸化を防ぐ条件のまま、急冷した。溶解時はＡｒ雰囲気とした。また、溶解後Ａｒ雰囲気で置換した容器内に鉄板を設置し、その上に溶解したスラグを排出し急冷した。表５のＧ，Ｈ，Ｉに、Ａｒ雰囲気中で急冷した試料の分析値を示す。Ａｒ雰囲気中で急冷後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は概ね３質量％以上と高位であった。
【００４７】
【表５】
2015189601.tif 000008
【００４８】
これらに対し、溶融状態で酸化する条件にて急冷凝固させた式（Ａ）を満足する組成のスラグ（１）〜（６）では、表２〜４の（１）〜（６）に示すように、改質後のスラグ中のＦｒｅｅ−ＣａＯ量の分析値は０．４６質量％以下と低位であり、本発明の効果が確認された。一方、式（Ａ）を満足しない組成のスラグ（７）〜（９）は、これらと同様の酸化する条件にて急冷凝固した場合でも、表２〜４の（７）〜（９）に示すように、Ｆｒｅｅ−ＣａＯ量は問題ないレベルまで低減しなかった。以上のように、式（Ａ）で改質可否が判断可能であることがわかった。
【図１】
2015189601.tif 000010
【図２】
2015189601.tif 000011
【図３】
2015189601.tif 000012