(57)【要約】【課題】製鋼スラグを高温のまま運搬することなく低コストで短時間に改質すること。【解決手段】溶融状態の製鋼スラグを５０℃以上の高温水中に所定時間保持して改質し、粒径が３０ｍｍ以下の製鋼スラグを回収する。溶融状態の製鋼スラグの粒径を小さくしてから高温水中に流し込み、５０℃以上の高温水中に所定時間保持して改質することが好ましい。その際、溶融状態の製鋼スラグに水を衝突させることにより粒径を１０ｍｍ以下にしてもよい。あるいは、溶融状態の製鋼スラグに気体を衝突させることにより粒径を５ｍｍ以下にしてもよい。これにより、製鋼スラグを高温のまま運搬することなく低コストで短時間に改質することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態の製鋼スラグを５０℃以上の高温水中に所定時間保持して改質する改質ステップと、
粒径が３０ｍｍ以下の製鋼スラグを回収する回収ステップと、
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】
溶融状態の製鋼スラグの粒径を小さくする細粒化ステップを含み、
前記改質ステップは、前記細粒化ステップで粒径を小さくされた製鋼スラグを５０℃以上の高温水中に流し込み、５０℃以上の高温水中に所定時間保持して改質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。
【請求項３】
前記細粒化ステップは、溶融状態の製鋼スラグに水を衝突させることにより粒径を１０ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項２に記載の製鋼スラグの改質方法。
【請求項４】
前記細粒化ステップは、溶融状態の製鋼スラグに気体を衝突させることにより粒径を５ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項２に記載の製鋼スラグの改質方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１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、水中での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】
製鋼工程では副原料として石灰が使用されるため、製鋼スラグ中には石灰の一部が残留した遊離石灰（以下、ｆ−ＣａＯ）が存在する。このｆ−ＣａＯは、水と反応すると膨張するため、製鋼スラグの体積安定性を低くして路盤材などとしての利用を妨げている。
【０００３】
このような製鋼スラグの膨張を抑制するために、エージングを行って事前にｆ−ＣａＯを水分と反応させて消石灰に変えて製鋼スラグを改質する技術が知られている。エージングには、ヤードに山積みして大気により行う大気エージングと、蒸気を用いる蒸気エージングとがある。また、特許文献１には、高温の製鋼スラグに散水して得られる蒸気を使用する蒸気エージングの技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、大気エージングは、製鋼スラグ中のｆ−ＣａＯが安定化するまでに長期間を要する。また、蒸気エージングは、大量の蒸気を使用するため処理コストが増加する。また、特許文献１に記載の技術には、散水により蒸気を得る工程Ａと蒸気によりエージングする工程Ｂとが含まれる。工程Ａと工程Ｂとは異なる場所で行われるため、工程Ａと工程Ｂとの間に製鋼スラグを運搬しなければならない。しかも、工程Ｂでは、製鋼スラグを高温のうちに蒸気と接触させるために、高温の製鋼スラグを運搬しなければならない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製鋼スラグを高温のまま運搬することなく低コストで短時間に改質することができる製鋼スラグの改質方法および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】
【０００７】
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
、溶融状態の製鋼スラグを５０℃以上の高温水中に所定時間保持して改質する改質ステップと、粒径が３０ｍｍ以下の製鋼スラグを回収する回収ステップと、を含むことを特徴とする。
【０００８】
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、溶融状態の製鋼スラグの粒径を小さくする細粒化ステップを含み、前記改質ステップは、前記細粒化ステップで粒径を小さくされた製鋼スラグを５０℃以上の高温水中に流し込み、５０℃以上の高温水中に所定時間保持して改質することを特徴とする。
【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、前記細粒化ステップは、溶融状態の製鋼スラグに水を衝突させることにより粒径を１０ｍｍ以下にすることを特徴とする。
【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、前記細粒化ステップは、溶融状態の製鋼スラグに気体を衝突させることにより粒径を５ｍｍ以下にすることを特徴とする。
【００１１】
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】
【００１２】
本発明によれば、製鋼スラグを高温のまま運搬することなく低コストで短時間に改質することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、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。
【００１４】
本発明者らは、溶融状態のスラグを高温水中に放流しそのまま改質することにより、ｆ−ＣａＯによる製鋼スラグの膨張を抑制できるという知見を得た。
【００１５】
そこで、本実施形態では、まず、転炉から排滓されスラグ鍋に入れられた溶融スラグをスラグ鍋から放流し、下方に設置された水槽内へ落下させる。スラグ投入時の水槽内の水量はスラグの質量に対して１００倍以上となるようにする。スラグを投入した後、５０℃以上の高温水中に一定時間保持してスラグを改質する。
【００１６】
また、粒径が大きな状態のまま５０℃以上の高温水中で保持をしても改質の進行が遅い。そこで、５０℃以上の高温水中で放流し保持した後、粒径３０ｍｍ以下のものだけを篩い分けて回収する。あるいは、溶融状態の製鋼スラグの粒径を小さくする細粒化ステップを行う。例えば、溶融状態で高速の水と衝突させることにより粒径１０ｍｍ以下のスラグを得る。あるいは、溶融状態で高速の気体と衝突させることにより粒径５ｍｍ以下のスラグを得る。
【００１７】
具体的には、以下の［１］〜［３］のいずれかの方法によりスラグを改質する。
【００１８】
［１］溶融スラグをスラグ鍋から水槽に放流し、５０℃以上で所定時間保持する。その後、スラグを水槽より取り出して乾燥した後、網目３０ｍｍの篩を使用し、粒径３０ｍｍ以下のスラグを分別回収する。
【００１９】
［２］放流中の溶融スラグ（スラグ流）に、後方より高速の水を衝突させて粒径を１０ｍｍ以下とし、そのまま水槽に落下させる。その後、スラグを５０℃以上の高温水中に所定時間保持する。なお、スラグ流に衝突させる水は、ノズルより噴射させても、樋から流してもよい。
【００２０】
［３］放流中の溶融スラグに、後方より高速の気体を衝突させて粒径を５ｍｍ以下とし、そのまま水槽に落下させる。その後、スラグを５０℃以上の高温水中に所定時間保持する。
【００２１】
以上のように、溶融状態の製鋼スラグを高温のまま水中に放流し、所定時間後に粒径３０ｍｍ以下となった物だけを回収すること、放流中の溶融スラグを高速の水との衝突により粒径を１０ｍｍ以下とし、水槽に落下させ所定時間保持すること、気体との衝突により粒径を５ｍｍ以下とし、水槽に落下させ所定時間保持することにより、製鋼スラグを高温のまま運搬することなく短時間に低コストで製鋼スラグの改質処理が可能となる。また、改質後の製鋼スラグについて、ｆ−ＣａＯ量や膨張率を低位にできる。
【００２２】
なお、改質時間は、粒径と水温によって適宜選択すればよい。例えば、粒径３０ｍｍ以下、水温５０℃以上の場合には、改質時間を８時間以上とすればよく、粒径１０ｍｍ以下、水温５０℃以上の場合には改質時間を４時間以上とすればよい。粒径を小さくするほど改質時間は短縮でき、水温を高くするほど改質時間は短縮でき、改質時の水槽中の水の温度は８０℃以上とすることが好ましい。また、改質後のｆ−ＣａＯ量や膨張率の観点から、スラグの粒径は２０ｍｍ以下が好ましい。
【００２３】
高温水中で一定時間保持した後、粒径３０ｍｍ以下となったものだけを篩い分ける場合には、改質に必要な時間は８時間以上である。また、高速の水または気体を衝突させる場合には粒径をさらに小さくできるので、改質に必要な時間は４時間以上とすればよい。改質時の水中温度と製鋼スラグの粒径とにより、改質に必要な最適時間は異なる。
【００２４】
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。
【００２５】
［実施例］
以下に説明する実施例および比較例では、製鋼スラグとして、転炉での脱炭処理により発生したスラグ（転炉脱炭スラグ）を使用した。表１に、本実施例および比較例に使用した転炉脱炭スラグの組成を示す。表１に示すように、スラグ中のｆ−ＣａＯ量は４〜５質量％程度で、塩基度（ＣａＯ質量％／ＳｉＯ２質量％）は３．４程度である。なお、表１において、スラグ中の全Ｆｅ濃度をＴ．Ｆｅと記載した。また、スラグ中の全ＣａＯ濃度をＴ−ＣａＯと記載した。
【００２６】
【表１】
2015189602.tif 000002
【００２７】
［１］表２に、溶融状態のスラグを水槽内へ直接放流し水槽内で一定温度、時間で保持したのち篩い分けにより分別した場合の条件と結果とを示す。転炉から排滓されスラグ鍋に入れられた表１に示す組成の溶融状態のスラグをスラグ鍋から放流し、そのまま下方に設置された水槽内へ落下させた。スラグ投入時の水槽内の水量をスラグの質量に対して１００倍以上とし、スラグを投入した後、表２に示す温度、時間の条件で保持し改質した。表２の条件で保持されたスラグを乾燥した後、篩い分けにより３０ｍｍ以下とそれ以外とに分別し、３０ｍｍ以下のスラグだけを改質されたものとみなして回収した。改質前のスラグ中のｆ−ＣａＯ量は４〜５質量％程度であったところ、改質後のスラグ中のｆ−ＣａＯ量は、表２に示すように１．８質量％以下となっており、低減していることが確認された。また、改質後のスラグを用いてＪＩＳの水浸膨張試験を実施した。水浸膨張試験の結果、膨張率は１．１％以下であった。
【００２８】
比較例として、転炉から排滓されスラグ鍋に入れられた表１に示す組成の溶融状態のスラグをスラグ鍋から放流し、そのまま下方に設置された水槽内へ落下させた。比較例１−１、１−２では、最大粒径が５０ｍｍまたは４０ｍｍのスラグを８０℃の水槽内で１０時間以上保持し改質した。また、比較例１−３では最大粒径が２０ｍｍのスラグを４０℃の水槽内で８時間保持し改質した。比較例１−４では、最大粒径が２０ｍｍのスラグを８０℃の水槽内の高温水中に５時間保持し改質した。これらの比較例のスラグを評価した結果、ｆ−ＣａＯ量は３質量％以上あり、膨張率も３．２％以上と高位であった。
【００２９】
【表２】
2015189602.tif 000003
【００３０】
［２］表３に、高速の水を衝突させることによりスラグの粒径を１０ｍｍ以下にして改質した場合の条件と結果とを示す。転炉から排滓されスラグ鍋に入れられた表１に示す組成の溶融スラグをスラグ鍋から放流し、放流中のスラグ流に後方より５〜３０ｍ／秒の速度で水を衝突させて前方にスラグを飛散させ、そのまま下方に設置された水槽内へ落下させた。その際、溶融スラグと水との衝突により粒径を１０ｍｍ以下となるように、溶融スラグに衝突させる水の速度や量を調整した。スラグ投入時の水槽内の水量をスラグの質量に対して１００倍以上とし、スラグを投入した後、表３に示す温度、時間の条件で保持し改質した。改質前のスラグ中のｆ−ＣａＯ量は４〜５質量％程度であったところ、改質後のスラグ中のｆ−ＣａＯ量は表３に示すように１．５質量％以下となっており、低減していることが確認された。また、改質後のスラグを用いてＪＩＳの水浸膨張試験を実施した。水浸膨張試験の結果、膨張率は１．０％以下であった。
【００３１】
比較例として、転炉から排滓されスラグ鍋に入れられた状態の表１に示す組成の溶融スラグをスラグ鍋から放流し、放流中のスラグ流に後方より高速で水を衝突させて前方にスラグを飛散させ、そのまま下方に設置された水槽内へ落下させた。比較例２−１、２−２では、放流中のスラグ流に後方より水を３ｍ／秒以下の速度で衝突させ、最大粒径を２０ｍｍまたは１５ｍｍとし、スラグ投入後、水槽内は８０℃に保持し改質した。また、比較例２−３では、粒径を７ｍｍとし、スラグ投入後に水槽内は４０℃に保持し改質した。比較例２−４では、粒径を７ｍｍとし、スラグ投入後、８０℃の水槽内の高温水中で２時間保持し改質した。これらの比較例のスラグを評価した結果、ｆ−ＣａＯ量は３質量％以上あり、膨張率も４．８％以上と高位であった。
【００３２】
【表３】
2015189602.tif 000004
【００３３】
［３］表４に、高速の気体（空気）を衝突させることによりスラグの粒径を５ｍｍ以下にして改質した場合の条件と結果とを示す。転炉から排滓されスラグ鍋に入れられた表１に示す組成の溶融スラグをスラグ鍋から放流し、放流中のスラグ流に後方より６０〜１００ｍ／秒の速度で空気を衝突させて前方にスラグを飛散させ、そのまま下に設置された水槽内へ落下させた。その際、溶融スラグと空気との衝突により粒径が５ｍｍ以下となるように、溶融スラグに衝突させる気体の速度や量を調整した。スラグ投入時の水槽内の水量をスラグの質量に対して１００倍以上とし、スラグを投入した後、表４に示す温度、時間の条件で保持し改質した。改質前のスラグ中のｆ−ＣａＯ量は４〜５質量％程度あったところ、改質後のスラグ中のｆ−ＣａＯ量は表４に示すように０．６質量％以下となっており、低減していることが確認された。また、改質後のスラグを用いてＪＩＳの水浸膨張試験を実施した。水浸膨張試験の結果、膨張率は１．０％以下であった。
【００３４】
比較例として、転炉から排滓されスラグ鍋に入れられた状態の表１に示す組成の溶融スラグをスラグ鍋から放流し、放流中のスラグ流に後方より高速で空気を衝突させて前方にスラグを飛散させ、そのまま下方に設置された水槽内へ落下させた。比較例３−１、３−２では、後方より空気を６０ｍ／秒の速度で衝突させ最大粒径を７ｍｍとし、８０℃の水槽内に６時間以上保持し改質した。また、比較例３−３では粒径を３ｍｍとし、４０℃の水槽内に６時間保持し改質した。これらの比較例のスラグを評価した結果、ｆ−ＣａＯ量は２．７質量％以上あり、膨張率も３．１％以上と高位であった。
【００３５】
【表４】
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