(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス鋼を電気炉で溶解又は精錬する際に副生する溶融或いは半溶融状態の酸化スラグにクロム酸化物、マンガン酸化物又は酸化鉄の少なくともいずれか一つを添加し、或いは、溶鋼酸化により溶鋼中のクロム、マンガン及び鉄を酸化させて酸化スラグ中におけるＣｒ2Ｏ3、ＭｎＯ及びＦｅＯの組成割合の合計が１６質量％以上となるように調整した後、自然放冷により冷却固化させ、絶乾密度を３．１〜４．５ｇ／ｃｍ3の範囲内とすることを特徴とするステンレス鋼電気炉酸化スラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特殊鋼電気炉酸化スラグの用途の拡大、更に詳しくは重量骨材用として供することが可能な特殊鋼電気炉酸化スラグ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼を始めとする特殊鋼(合金鋼  炭素と、例えばマンガン、珪素、ニッケル、クロム、銅、モリブデン等、炭素以外の成分との合金鋼で、添加元素の種類と量によって、特殊な性質、高張力、靱性、耐食性、高温強さ、耐摩耗性、高磁性その他の性質を持たせた鋼である。合金元素の総量の多少で、高合金鋼、低合金鋼に分けられる。)や普通鋼(通常の大量生産方式で生産される、炭素を主な合金元素とする炭素鋼)の溶解又は精錬過程で発生するスラグの組成は、溶解又は精錬の方法や鋼種等により実に多種多様である。従来よりこのようなスラグは冷却固化後に破砕処理された後、分別調整されて道路用路盤材や加熱アスファルト混合物或いは埋め立て用資材やコンクリート用スラグ骨材などとしてリサイクルされている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなスラグの内、ステンレス鋼を含む特殊鋼を電気炉で溶解又は精錬する際に副生される酸化スラグ(以下、特殊鋼電気炉酸化スラグという。)は、普通鋼電気炉プロセスで発生する酸化スラグ(以下、普通鋼電気炉酸化スラグという。)に比べて絶乾密度が低く、そのため、軽量骨材として主として道路用路盤材としてリサイクルされている。
【０００４】
しかしながら、この特殊鋼電気炉酸化スラグを道路用路盤材としてリサイクルするのみでは再利用にも限界があることから、更なる用途の拡大を図る必要がある。
【０００５】
そこで、この特殊鋼電気炉酸化スラグを普通鋼電気炉酸化スラグのようにコンクリート用骨材のような重量骨材としてリサイクルすることが考えられるが、上述したように特殊鋼電気炉酸化スラグは、普通鋼電気炉酸化スラグに比べて絶乾密度が低く、「ＪＩＳ  Ａ  ５０１１−４」にて規定されている電気炉酸化スラグ細骨材の絶乾密度範囲である３．１〜４．５ｇ／ｃｍ3を充足していないと云う問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３０１１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それ故に本発明の主たる課題は、特殊鋼の一種であるステンレス鋼を電気炉で溶解又は精錬する際に副生されるステンレス鋼電気炉酸化スラグの絶乾密度を向上させてリサイクル用途の拡大を図ることが可能なステンレス鋼電気炉酸化スラグの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
「請求項１」に記載した発明は、ステンレス鋼電気炉酸化スラグの製造方法であって、
ステンレス鋼を電気炉で溶解又は精錬する際に副生する溶融或いは半溶融状態の酸化スラグにクロム酸化物、マンガン酸化物又は酸化鉄の少なくともいずれか一つを添加し、或いは、溶鋼酸化により溶鋼中のクロム、マンガン及び鉄を酸化させて酸化スラグ中におけるＣｒ2Ｏ3、ＭｎＯ及びＦｅＯの組成割合の合計が１６質量％以上となるように調整した後、自然放冷により冷却固化させ、絶乾密度を３．１〜４．５ｇ／ｃｍ3の範囲内とすることを特徴とするステンレス鋼電気炉酸化スラグの製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
特殊鋼の一種であるステンレス鋼を電気炉で溶解又は精錬する際に副生する酸化スラグは、通常、その主成分はカルシウム酸化物およびシリコン酸化物である。 本発明ではこれらの酸化物に比べてより酸化物密度の高いマンガン酸化物又は酸化鉄或いはクロム酸化物の組成割合を増加させることによりステンレス鋼電気炉酸化スラグの絶乾密度を高めている。
【００１１】
即ち、請求項１記載の発明によれば、元来、普通鋼電気炉酸化スラグより軽量であるステンレス鋼の電気炉酸化スラグにおいて、溶融或いは半溶融状態のステンレス鋼電気炉酸化スラグにクロム酸化物、マンガン酸化物又は酸化鉄の少なくともいずれか一つを添加したり、溶鋼酸化した後、自然放冷による冷却速度で冷却することにより、ポーラス状態のスラグでありながら普通鋼電気炉酸化スラグに匹敵する絶乾密度を有するものとすることが出来、ステンレス鋼電気炉酸化スラグを例えばコンクリート用骨材等の重量骨材とすることができ、ステンレス鋼電気炉酸化スラグのリサイクル用途の拡大を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電気炉酸化スラグのＣｒ2Ｏ3、ＭｎＯ及びＦｅＯの組成割合の合計と絶乾密度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のステンレス鋼電気炉酸化スラグの製造方法は、ステンレス鋼電気炉酸化スラグの絶乾密度を向上させてリサイクル用途の拡大を図るためのもので、ステンレス鋼電気炉酸化スラグに対する「金属酸化物投入工程」又は「溶鋼酸化工程」を有している。
【００１４】
本発明における対象物は、普通鋼(炭素鋼)以外の特殊鋼(ステンレス鋼に限る)の電気炉での溶解又は精錬時に副生する電気炉酸化スラグ(＝特殊鋼電気炉酸化スラグ)である。この特殊鋼電気炉酸化スラグは従来例で述べたように普通鋼電気炉酸化スラグに比べて絶乾密度が低い。この理由のひとつは、特殊鋼電気炉酸化スラグは普通鋼電気炉酸化スラグに比べＦｅＯの組成割合が低いことにある。そこで、第１実施例では「金属酸化物投入工程」が導入され、溶融或いは半溶融状態の特殊鋼電気炉酸化スラグに密度の高い金属酸化物を投入・添加して酸化スラグ全体の絶乾密度を向上させている。
【００１５】
この工程で投入される金属酸化物としてはマンガン酸化物，酸化鉄及びクロム酸化物などを挙げることができ、これらの少なくとも１又は２或いは３全部が投入される。環境面や安全面を考慮すると、有毒な六価クロムを溶出する虞のあるクロム酸化物よりも、ＭｎＯ2などのマンガン酸化物或いはＦｅ2Ｏ3などの酸化鉄を使用するのが好ましい。
【００１６】
第２実施例である「溶鋼酸化工程」は、溶鋼に、直接、酸素ガスを吹き込んで、該酸素ガスにより溶鋼中の溶鋼金属成分(主として鉄、マンガン、クロムなど)を酸化させて密度の高い金属酸化物を生成させ、これらを溶融或いは半溶融状態の酸化スラグに混入させて特殊鋼電気炉酸化スラグ全体の絶乾密度を高める「酸素吹精」や、溶鋼中に窒素やアルゴンガスのような不活性化ガスを吹き込んで溶鋼を積極的に攪拌し、これによって溶鋼中に存在する酸素により前記溶鋼金属成分を酸化させて密度の高い金属酸化物を生成させ、これらを溶融或いは半溶融状態の酸化スラグに混入させて特殊鋼電気炉酸化スラグ全体の絶乾密度を高める「不活性ガス吹き込み方法」などがあり、これらを必要に応じて選択することができる。
【００１７】
ここで、前記「金属酸化物投入工程」で酸化スラグに添加する金属酸化物の量、或いは「溶鋼酸化工程」で生成させる金属酸化物の量は、冷却固化後の特殊鋼電気炉酸化スラグ中のＣｒ2Ｏ3、ＭｎＯ及びＦｅＯの組成割合の合計が１６質量％以上となるようにするのが好ましい。１６質量％以上とすれば、酸化スラグ全体の絶乾密度が３．１ｇ／ｃｍ3以上となり、特殊鋼電気炉酸化スラグをコンクリート用骨材等の重量骨材に利用できるようになるからである。一方、該組成割合の合計が１６質量％未満では、酸化スラグ全体の絶乾密度が３．１ｇ／ｃｍ3未満となり、特殊鋼電気炉酸化スラグのリサイクル用途の拡大が困難になる。
【００１８】
また、酸化スラグに添加する金属酸化物(例えばＣｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2及びＦｅ2Ｏ3)の量或いは生成させる金属酸化物(Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ及びＦｅＯ)の量の上限については、酸化スラグの絶乾密度を向上させてコンクリート用スラグ骨材としてリサイクル用途の拡大を図るために、酸化スラグ全体の絶乾密度が４．５ｇ／ｃｍ3以下となるような範囲で上記金属酸化物の量を調整するのが好ましい。
【００１９】
以上のように、金属酸化物を投入・添加して、或いは溶鋼金属成分を酸化させて絶乾密度を向上させた特殊鋼電気炉酸化スラグは、その後冷却・固化して取り出し、粒度別に分級・計量してリサイクル資材として利用される。
【実施例】
【００２０】
以下に、本発明をより具体的な実施例に基づいて説明するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
【００２１】
「実施例１」
実機電気炉操業において、ステンレス鋼又は普通鋼を溶解した際に副生した複数の酸化スラグについて、組成の分析及び絶乾密度の測定を実施した。分析及び測定に用いたスラグは、通常操業のステンレス鋼電気炉酸化スラグ１種類と、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＦｅＯの含有量を高めて密度増加を図ったステンレス鋼電気炉酸化スラグ４種類及び普通鋼電気炉酸化スラグ１種類の、計６種類である。また、これらのスラグは、いずれも、電気炉内で副生した溶融状態の酸化スラグを排滓鍋に流し込み、自然放冷により冷却固化したスラグである。
【００２２】
表１に各スラグの組成の分析結果及び絶乾密度の測定結果を示す。組成の分析は蛍光Ｘ線分析を用いて行ない、絶乾密度の測定は、ＪＩＳ  Ａ  １１１０に規定された粗骨材の密度試験方法に準拠した。なお、試料No.１は通常操業のステンレス鋼電気炉酸化スラグであり、試料No.２〜５はそれの密度増加を実施した酸化スラグである。また、試料No.６は普通鋼電気炉酸化スラグである。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図１は、各酸化スラグのＣｒ2Ｏ3＋ＭｎＯ＋ＦｅＯ（Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ及びＦｅＯの組成割合の合計、以下同じ）と絶乾密度との関係を示した図である。図１が示すように、酸化スラグ中におけるＣｒ2Ｏ3、ＭｎＯ及びＦｅＯの組成割合の合計が１６質量％以上であれば、絶乾密度が３．１ｇ／ｃｍ3以上となり、当該酸化スラグを例えばコンクリート用スラグ骨材としてリサイクルできるようになることが窺える。
【００２５】
「実施例２」
実機電気炉内でステンレス鋼を溶解した際に副生した約１４５０℃の溶融状態の酸化スラグを前記電気炉から３つの排滓鍋に３等分して流し込み、１つの排滓鍋はそのまま自然放冷した(比較例)。一方、別の１つの排滓鍋には、直ちに、ＭｎＯ源としてＭｎＯ2(二酸化マンガン)をスラグ中ＭｎＯ含有量が１５質量％になるように投入して、その後、自然放冷した(本発明例１)。また、もう１つの排滓鍋にも、直ちに、ＭｎＯ源としてＭｎＯ2(二酸化マンガン)をスラグ中ＭｎＯ含有量が２０質量％になるように投入して、その後自然放冷した(本発明例２)。そして冷却固化した酸化スラグから試料を採取し、前記実施例１と同様の方法で組成及び絶乾密度を求め、表２を得た。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に示すように、本発明例の酸化スラグのＣｒ2Ｏ3＋ＭｎＯ＋ＦｅＯは１７．０１質量％及び２１．７５質量％であり、絶乾密度はいずれも３．１ｇ／ｃｍ3以上を満足していた。一方、比較例の酸化スラグのＣｒ2Ｏ3＋ＭｎＯ＋ＦｅＯは４．８２質量％であり、絶乾密度は３．１ｇ／ｃｍ3未満であった。また、これらの結果は実施例１のＣｒ2Ｏ3＋ＭｎＯ＋ＦｅＯと絶乾密度の関係（図１）に従っていることを確認した。
【００２８】
「実施例３」
実機電気炉内でステンレス鋼を溶解し、ステンレス溶鋼に酸素吹精を行い、副生した約１４５０℃の溶融状態の酸化スラグを前記電気炉から排滓鍋に流し込み、自然放冷した。そして、冷却固化した酸化スラグから試料を採取し、前記実施例と同様の方法で、組成及び絶乾密度を求めた。その結果、Ｃｒ2Ｏ3＋ＭｎＯ＋ＦｅＯは３２．３１質量％、絶乾密度は３．４２ｇ／ｃｍ3であった。絶乾密度は３．１ｇ／ｃｍ3以上であり、当該酸化スラグをコンクリート用スラグ骨材としてリサイクルできるようになることが窺える。
【図１】
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