(57)【要約】【課題】副原料の混合など複雑な工程を必要としない乾式造粒法による白色高炉スラグ粒子の製造方法を提供する。【解決手段】スラグレータ等の乾式造粒法で製造した黒色の高炉スラグ粒子を、白色化が生じる温度まで加熱する。または、乾式造粒法で製造した黒色の高炉スラグ粒子を、８５０℃以上で所定時間保持して白色化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾式造粒法で製造した黒色の高炉スラグ粒子を、白色化が生じる温度まで加熱することを特徴とする、白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【請求項２】
乾式造粒法で製造した黒色の高炉スラグ粒子を、８５０℃以上で所定時間保持して白色化することを特徴とする、白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【請求項３】
前記加熱温度又は前記保持温度を９５０℃以下とすることを特徴とする、請求項１又は２記載の白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【請求項４】
前記保持温度を９００℃以上９５０℃以下とすることを特徴とする、請求項２記載の白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【請求項５】
前記乾式造粒法が、機械的打撃による乾式造粒法であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉スラグからコンクリート用細骨材・化粧砂等に利用可能な白色粒子を製造する方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
高炉から出滓される溶融状態にある溶融高炉スラグを冷却処理して、高炉スラグ粒子が製造されている。高炉スラグ粒子の製造方法として、溶融高炉スラグを大量の水で急冷して高炉スラグ粒子を製造する水砕による処理方法と、流下する溶融高炉スラグにガスジェットを吹き付けて粒滴化し（特許文献１）、あるいは機械的な打撃を加えて粒滴化し（特許文献２、この機械的打撃を利用した乾式造粒機をスラグレータとも言う。）、冷却して高炉スラグ粒子を製造する乾式造粒法による処理方法がある。
【０００３】
他に、ヤードに放流し自然冷却させたいわゆる徐冷スラグを破砕して粒子とする方法も考えられるが、徐冷スラグは非常に強度が高く、徐冷スラグをコンクリート用細骨材等に使用するために細かくする必要がある場合、５ｍｍ以下の砂相当の粒径に破砕することは困難であり、かつコスト的に問題である。
【０００４】
水砕による処理方法では、水と溶融高炉スラグの反応によって粒子内に気泡が発生した状態で固化し、多孔質の粒子が得られる。この方式で製造された粒子は表面の細孔により白色となり、装飾性が重視されるコンクリート向けの細骨材や土舗装表面に散布する化粧砂といった用途に適した色調となるが、多孔質であるため強度が低い・磨耗しやすいという問題があった。
【０００５】
また、水を細孔に吸収するため、コンクリート細骨材として適用する場合、施工性が悪化するという問題があった。ＪＩＳ
Ａ５０１１−１「コンクリート用スラグ骨材−第１部：高炉スラグ骨材」では、高炉スラグ細骨材に求められる吸水率として３．５％以下との規定があるが、水砕による処理方法では２〜５％程度の値となり、３．５％を超える場合は摩砕など吸水率を下げる工程が追加で必要となる。
【０００６】
乾式造粒法では、粒子内で気泡が発生しないため緻密な粒子が得られる。また、生成した粒子も５ｍｍ以下の砂相当の粒径となっているため、コンクリート用細骨材として適用する場合に、別途破砕することが不要なことが多く、破砕するとしても徐冷スラグ程は強度が高くないため、破砕が比較的容易である。更に、細孔が存在しないため比較的容易に吸水率１％以下の粒子が得られ、コンクリート細骨材特性では優れている。しかしながら、乾式造粒法で製造された粒子は、色調が暗緑色など黒味がかっており、適用先が限られるという問題があった。
【０００７】
ここで、スラグ粒子を白色化する方法については、例えば特許文献３には、骨成分を含む廃棄物を焼却した骨焼却灰を溶融スラグに混合する白色スラグの製造方法が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５５−２１５４６号公報
【特許文献２】特開昭６４−５２６３６号公報
【特許文献３】特開２０００−２３３９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の溶融スラグの白色化方法では、骨焼却灰のような特殊な副原料を必要とし、多量に発生する高炉スラグに対して適用できる量に限界があるという問題があった。さらに、副原料を混合する際、灰吹き込み装置など複雑な装置が必要となり、コストがかかるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、副原料の混合など複雑な工程を必要としない、乾式造粒法による白色高炉スラグ粒子の製造方法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】
【００１１】
（１）乾式造粒法で製造した黒色の高炉スラグ粒子を、白色化が生じる温度まで加熱することを特徴とする、白色高炉スラグ粒子の製造方法。この場合、当該高炉スラグ粒子を白色化が生じる所定温度まで一時的に加熱してもよいし、或いは、当該所定温度以上で所定時間保持してもよい。
【００１２】
（２）乾式造粒法で製造した黒色の高炉スラグ粒子を、８５０℃以上で所定時間保持して白色化することを特徴とする白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【００１３】
（３）前記加熱温度又は前記保持温度を９５０℃以下とすることを特徴とする（１）又は（２）記載の白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【００１４】
（４）前記保持温度を９００℃以上９５０℃以下とすることを特徴とする（２）記載の白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【００１５】
（５）前記乾式造粒法が、機械的打撃による乾式造粒法であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の白色高炉スラグ粒子の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の白色高炉スラグ粒子の製造方法においては、副原料の混合など複雑な工程を要することなく、乾式造粒法で製造された黒色の高炉スラグ粒子から、白色高炉スラグ粒子を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
本願発明者は種々の試験を行い、乾式造粒法で製造された黒色の高炉スラグ粒子の温度を上昇させていくと、製造のロットによらず、ある温度以上となったときに白色化する現象を見出した。
【００１９】
すなわち、黒色の高炉スラグ粒子を除々に加熱していくと、加熱温度が８５０℃〜９００℃になったときに、粒子の少なくとも一部が黒色から灰色へ変化し、９００〜９５０℃になったときに、粒子の大部分が灰色や白色（乳白色）に変化することが判った。
【００２０】
粒子の色彩変化が生じるときの温度のバラツキは、加熱温度を上げていくときの昇温速度によって違いがでる傾向にあることが判明した。そこで、より詳細に検討したところ、温度の絶対値とその温度域に粒子が保持される時間によって、白色化の程度に差が生じることが判明した。
【００２１】
具体的には、保熱槽中で高炉スラグ粒子を８５０℃以上の温度（保持温度）で所定時間以上保持する、又は、９００℃以上の温度（加熱温度）に一度昇温すると、粒子の少なくとも一部が灰色へ変化した粒子となり、更に、９００℃以上で所定時間以上保持する、又は、９５０℃以上の温度に一度昇温すると、粒子のほぼ全体が灰色又は白色化（乳白色）する。
【００２２】
この現象は、乾式造粒後、通常の冷却条件では高炉スラグ粒子がガラス質となり、黒い色調を帯びるのであるが、本発明の方法で、高炉スラグ粒子を高温に加熱又は所定温度で所定時間保持すると、ガラス質が結晶質に転換し、微結晶が析出することで黒色から灰色又は白色（乳白色）を帯びるようになるためと考えられる。
【００２３】
結晶化を促進するためには、高炉スラグ粒子の凝固点近くの温度になるべく長時間保定することが効果的であり、粒子全体の確実な灰白色又は白色化のためには、９００℃以上の温度で所定時間以上保持することが好ましく、更に、化粧砂等を想定して粒子を集積した際の確実な白色化のためには９００℃以上の温度で更に長く保持することが望ましい。但し、高炉スラグ粒子の凝固点は、スラグの組成等に応じて、例えば１１００〜１４００℃程度の変化があるため、その時々の条件に応じて、加熱保持温度の上限を設定することが好ましい。
【００２４】
尚、温度が９５０℃超では高炉スラグ粒子が軟化し、融着するため製品が輸送できなくなる危険が生じ、また製品から融着塊を取り除くための篩等が必要となるので、上記保持温度及び加熱温度は９５０℃以下とすることが好ましい。
【００２５】
保持の時間については、装置による影響が大きく、より大型の装置になるほど、多量の粒子全体が所定温度になるまでに時間を要するため、白色化のために保持する時間は増加する傾向となる。従って、保持時間については、実際の装置を用いた試験により事前に確認しておくことが好ましい。
【００２６】
図１は、本発明の方法を実施するための白色高炉スラグ粒子の製造装置の一例を示している。本装置は、高炉スラグの乾式造粒機５（スラグレータ）と、この乾式造粒機５にて造粒された高炉スラグ粒子を加熱する加熱装置３〜６とから構成される。高炉スラグの乾式造粒機５としては、機械的打撃式のスラグレータを用いている。以下に本装置を用いた白色高炉スラグ粒子の製造方法について説明する。
【００２７】
加熱装置は、乾式造粒機５にて乾式造粒法で製造された高炉スラグ粒子１を保熱槽３に導入し、往復運動するプッシャー４で水平方向に押すことで所定の速度で移動させ、保熱槽３内に保熱中スラグ粒子２として滞留させた後、製品８として排出するよう構成してある。発熱体６は、保熱槽３内部の温度をスラグ粒子２の白色化が生じる温度に保つ機能を保有すれば、例えば、電気ヒータでもガス燃焼器でもよく、形式は特に指定するものではない。
【００２８】
投入する高炉スラグ粒子１は、高炉スラグが軟化・融着する温度未満であれば、一度製造されて常温まで冷却された粒子でもよいし、乾式造粒機５から排出された直後の高温粒子でも構わないが、後者の場合、発熱体６にて消費するエネルギーが少なくて済むため、運転費用を低減できる利点があり、より好ましい。
【００２９】
図１中では保熱槽３を横型のものとしているが、上部から高炉スラグ粒子１を投入し重力により移動させ、下部から製品を排出する縦型の保熱槽を採用してもよい。保熱槽３の雰囲気は特に規定されるものでは無く、通常は空気でよいが、窒素又は水蒸気などでも構わない。
【００３０】
図２に乾式造粒機５の一例の詳細な図を示す。乾式造粒機（スラグレータ）５は、溶融スラグに機械的打撃を加えて粒子化する乾式造粒法を実行する。この乾式造粒機５では、溶融スラグ鍋１０から流下する溶融スラグを、回転する羽根車５ａで打撃して回転フード９内に弾き飛ばすことで、高炉スラグ粒子１を製造し、回転フード９の後端部より黒色のスラグ粒子１２が排出され、上記の保熱槽３（図示せず）に導入される。
【００３１】
図２の例では羽根車５ａを２つ設置して、１段目の羽根車５ａに溶融スラグを流下させ、飛距離の短い粒子を２段目の羽根車５ａで打撃することにより、全ての粒子について一定以上の飛距離が得られるよう構成してある。
【００３２】
また乾式造粒機５は、回転する羽根車５ａ等で溶融スラグに機械的打撃を加える造粒方式に限定されず、例えば特許文献１に示されたような、ノズルより噴出する気流で溶融スラグを造粒する方式でもよい。また粒子を回収する装置としては回転フード９の他、振動傾斜板等でもよい。本発明は、表面の細孔がなくガラス質で黒い色調を帯びている高炉スラグ粒子に対して等しく適用可能である。水流でスラグを微粒化する水砕方式や、その他造粒部に水が存在する形式の造粒機では、粒子内に気泡が発生して白色化するため本発明の適用外となる。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態にかかる白色高炉スラグ粒子の製造方法では、乾式造粒法で製造された黒色の高炉スラグ粒子を、所定の加熱温度まで加熱する、或いは、所定の保持温度で所定時間保持するだけで、黒色の高炉スラグ粒子を白色化できる。従って、副原料の混合など複雑な工程を要することなく、白色高炉スラグ粒子の製造が可能となる。
【実施例】
【００３４】
以下、乾式造粒法で製造された高炉スラグ粒子を加熱するときの保持温度と保持時間を変化させ、高炉スラグ粒子の色調変化を調査した試験の結果について説明する。本試験では、図２の方式の装置（処理量３T／H、保熱槽無し）にて回転する羽根車での機械的打撃によって製造したスラグ粒子を一度冷却した後、プログラム温度制御機能を持つ電気炉を用いて、常温から１０℃／分で規定温度に昇温後、温度を一定に保って規定時間保持した後、自然放冷した。電気炉内には窒素を流通させた。一条件あたり３〜４水準の試験で同様の結果となることを確認した。
【００３５】
表１に各条件における試験結果を示す。表１中において、「白色化」の意味は、１つの粒子において、加熱前の黒色の状態と比較した何らかの変色の有無（少なくとも一部が灰色化、又は、白色化）を表している。本発明における白色化は、当該定義によるものとする。また、「粒子」は単独の粒子の色調を、「全体」は透明な容器に詰め５０ｃｍ以上離れて観察した粒子全体の色調を表している。またガラス質の粒子は表面が透き通っており、この状態の色調には「半透明」を付けて表している。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１の結果から判るように、８００℃以下では、保持時間に関わらず色調の変化は見られなかった。８５０℃では６０分の保持条件で不透明な粒子となったが白色化は生じていない。これは、結晶化が進行しているが色調が変化するには至っていない段階と考えられる。
【００３８】
８５０℃、１２０分の保持条件では白色化が起きたが、色調としては灰色に留まった。
【００３９】
９００℃では、１５分の保持時間で大部分の粒子が白色化したが、一部の粒子に斑状に黒い部分が残った。保持時間を伸ばすと黒い部分が縮小する傾向があり、１２０分の条件では全ての粒子が白色化した。
【００４０】
９５０℃条件では保持時間に関わらず、一部の粒子同士に軽い融着が発生した。この融着は容器の移し替え等で容易に崩れ、細骨材としての利用には支障は無いと考えられる。
【００４１】
１０００℃条件では粒子同士が強固に融着した。この条件では細骨材としての利用に破砕などの工程が必要となり、製造コストとしては高くなる。白色化は生じているため使用は可能である。
【００４２】
従って、白色化が生じるまで温度を上昇させて加熱することが必要で、少なくとも８５０℃以上で所定時間保持することが必要である。破砕処理が不要な点からは９５０℃以下とすることが好ましく、短時間で十分に白色化する観点からは９００〜９５０℃にて所定時間保持することが更に好ましい。
【００４３】
図３〜図６に、スラグレータで製造された黒色の高炉スラグ粒子と、表１における幾つかの条件で処理された高炉スラグ粒子の写真を示す。
【００４４】
図３は、図２に示す機械的打撃式の乾式造粒機５（スラグレータ）によって微粒化して製造したままの高炉スラグ粒子の写真である。また、図４は当該スラグ粒子を８５０℃で６０分保持した後のスラグ粒子であり、図５は当該スラグ粒子を９００℃で１５分保持した後のスラグ粒子であり、図６は当該スラグ粒子を９００℃で１２０分保持した後のスラグ粒子である。
【００４５】
図４に示す８５０℃で６０分保持の条件では、未だ白色化が生じておらず、図３と同じ黒色粒子のままである。図５に示す９００℃で１５分保持の条件では、白色化が生じているが、一部斑状に黒色が残っている。また、図６に示す９００℃で１２０分保持の条件では、粒子全体が白色化していることが判る。
【００４６】
このように、本発明の白色高炉スラグ粒子の製造方法を用いることで、乾式造粒法で製造した黒色スラグ粒子を白色化することができることが判る。
【００４７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる白色高炉スラグ粒子の製造装置の構成例を示す図である。
【図２】同実施形態にかかる乾式造粒機の構成例を示す図である。
【図３】図２の乾式造粒機から排出された高炉スラグ粒子（黒色）の写真である。
【図４】８５０℃で６０分保定の条件での高炉スラグ粒子（黒色）の写真である。
【図５】９００℃で１５分保定の条件にて部分的に白色化した高炉スラグ粒子の写真である。
【図６】９００℃で１２０分保定の条件で全体が白色化した高炉スラグ粒子の写真である。
【符号の説明】
【００４９】
１  投入スラグ粒子
２  保熱中スラグ粒子
３  保熱槽
４  プッシャー
５  乾式造粒機（スラグレータ）
５ａ  回転する羽根車
６  発熱体
７  排気配管
８  回収製品
９  回転フード
１０  溶融スラグ鍋
１１  冷却スプレー
１２  黒色の高炉スラグ粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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