(57)【要約】【課題】本発明は排出された製鋼スラグの体積膨張性を改善するにあたり、従来法以上に体積安定性を高め、かつ対象とするスラグの制約条件を緩和する方法を提供することを目的とする。【解決手段】冶金炉から搬送容器に排出されたスラグに、酸素バーナーを用いて改質材を溶射する、または改質材を添加した後に酸素バーナーを照射する、または改質材を添加した後に酸素バーナーを用いて改質材を溶射することによりスラグを改質することを特徴とする製鋼スラグの溶融改質方法。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金炉から搬送容器に排出されたスラグに、
酸素バーナーを用いて改質材を溶射する、
または改質材を添加した後に酸素バーナーを照射する、
または改質材を添加した後に酸素バーナーを用いて改質材を溶射する
ことによりスラグを改質することを特徴とする製鋼スラグの溶融改質方法。
【請求項２】
スラグへの酸素吹込みを、酸素バーナーを用いた改質材の溶射、または酸素バーナーの照射と、同時または交互に行うことを特徴とする請求項１記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
【請求項３】
スラグとして、脱りん、脱硫または脱炭精錬において発生する製鋼スラグを用いることを特徴とする請求項１または２記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
【請求項４】
改質前スラグよりも塩基度の低い産業廃棄物を改質材として使用することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
【請求項５】
機械式攪拌を行って、改質材と製鋼スラグとの反応を促進させることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
【請求項６】
スラグを改質処理した後に、スラグ搬送容器を傾動することにより、溶融スラグを排出して凝固させることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製鋼工程で発生するスラグの溶融改質による資源化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、脱りん、脱硫、脱炭精錬によって生成されるスラグ（以下製鋼スラグと呼ぶ。）では装入された石灰が完全には溶解せず、未滓化石灰として存在している。そのため体積安定性が低く、長時間経過すると、この未滓化石灰が水和反応を起こして膨張するため、製鋼スラグを例えば道路路盤材等にそのまま適用することはできない。
【０００３】
その対策として自然養生や蒸気エージングにより未滓化石灰の水和反応を促進させる方法が一般に採られている。
【０００４】
また、転炉から排出された脱炭スラグを溶融状態のまま改質する方法が（非特許文献１）に開示されている。これは、溶融スラグ中に酸素と珪石を浸漬ランスを通じて吹き込み、スラグ中の（ＦｅＯ）を酸化して昇熱しながら改質材によって塩基度を低減し、未滓化石灰を化合物に転換する方法である。この様な処理を行った改質スラグは体積安定性も良好で、河川工事の敷石等に利用されている。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｍ．Ｋｕｅｈｎ，ｅｔ  ａｌ．２ｎｄ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ｔａｒａｎｔｏ（１９９７）ｐ４４５／４５３
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の自然養生や蒸気エージングにより未滓化石灰の水和反応を促進させる方法では、膨張特性が無視できるようになるまでに長期間の養生と広い敷地が必要となる。またこの方法は完全に未滓化石灰を消滅させる対策とはなっておらず、そのため製鋼スラグの用途は処理を行った場合でも強い制約を受ける。
【０００７】
また、非特許文献１の方法については、脱炭スラグのように１６００℃以上の高温スラグでかつ流動性が確保されている場合には効果的であるものの、スラグ温度やスラグ中のトータルＦｅ（％Ｔ．Ｆｅ）が低位であったり、塩基度（％ＣａＯ／％ＳｉＯ２）が高位であった場合には、スラグの流動性が失われ、改質効果が十分に発揮できない。
【０００８】
たとえば脱りんスラグのように精錬温度が１３００〜１４００℃と低い場合には冶金炉から排出された時点で既に固相率が高く、酸素の吹き込みが困難な状態に、または吹き込んでも酸化反応が継続して起こりにくい状態になる。スラグの温度が上昇しないと粘性が高く、改質材による均一な反応も起こらない。
【０００９】
現在、製鋼スラグは体積膨張性に関する規制が比較的緩い土木工事用材料に利用されている。しかし、上述のように製鋼スラグは未滓化石灰等の影響による体積膨張性が依然として解消できておらず、その資源化用途は縮小傾向にあり、新たな製鋼スラグの用途開発が求められている。
【００１０】
本発明は排出された製鋼スラグの体積膨張性を改善するにあたり、従来法以上に体積安定性を高め、かつ対象とするスラグの制約条件（塩基度、温度等）を緩和する方法を提供することを目的とする。
【００１１】
すなわち本発明は溶融改質を行うことによって、自然エージングや蒸気エージングにおける改質よりもより均一に未滓化石灰等を低減し、また熱源の添加によって比較的低温のスラグや高塩基度スラグでも溶融改質を容易に行える方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の構成は以下の通りである。
（１）冶金炉から搬送容器に排出されたスラグに、酸素バーナーを用いて改質材を溶射する、または改質材を添加した後に酸素バーナーを照射する、または改質材を添加した後に酸素バーナーを用いて改質材を溶射することによりスラグを改質することを特徴とする製鋼スラグの溶融改質方法。
（２）スラグへの酸素吹込みを、酸素バーナーを用いた改質材の溶射、または酸素バーナーの照射と、同時または交互に行うことを特徴とする（１）記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
（３）スラグとして、脱りん、脱硫または脱炭精錬において発生する製鋼スラグを用いることを特徴とする（１）または（２）記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
（４）改質前スラグよりも塩基度の低い産業廃棄物を改質材として使用することを特徴とする（１）〜（３）いずれかに記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
（５）機械式攪拌を行って、改質材と製鋼スラグとの反応を促進させることを特徴とする（１）〜（４）いずれかに記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
（６）スラグを改質処理した後に、スラグ搬送容器を傾動することにより溶融スラグを排出して凝固させることを特徴とする（１）〜（５）いずれかに記載の製鋼スラグの溶融改質方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に詳細に説明する。
【００１４】
本発明の第１の形態は、冶金炉から搬送容器に排出されたスラグに、酸素バーナーを用いて改質材を溶射する、または改質材を添加した後に酸素バーナーを照射する、または改質材を添加した後に酸素バーナーを用いて改質材を溶射することによりスラグを改質する方法である。
【００１５】
冶金炉等の精錬容器から排出されたスラグを搬送容器で受け、その容器内でスラグの溶融改質処理を行うことで、精錬容器から排出された高温スラグを迅速に処理できるため、スラグの顕熱を有効に利用することができる。しかし、通常はスラグの顕熱だけでは、溶融改質処理を行うための熱量は不足する。
【００１６】
そこで、熱源の供給として酸素バーナーを用いて、熱不足を解消させる。併せて改質材を用いてスラグの融点を低下させることで、スラグの溶融促進、およびＦｒｅｅ  ＣａＯの反応促進を図ることができる。
【００１７】
ここで改質材とは、冶金炉から搬送容器に排出されたスラグよりも塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ２）が低いものであれば、特に限定するものではない。
【００１８】
次に、具体的なスラグ改質方法について説明する。
【００１９】
まず、冶金炉から搬送容器に排出されたスラグに、酸素バーナーを用いて改質材を溶射する方法であるが、特に粉状改質材を用いる場合には、バーナーフレームへ投射することにより、改質材がフレーム内で溶融し、その後スラグ表面に付着するため、スラグへの着熱効率を向上させることができる。
【００２０】
次に、冶金炉から搬送容器に排出されたスラグに、改質材を添加した後に酸素バーナーを照射する方法であるが、特に粒径が比較的大きいために溶射に適さない改質材を用いる場合には、バーナー照射前にスラグ表面上に散布するか、またはスラグが転炉から排出されるときに投入してスラグに混合させ、その後酸素バーナーを照射することで、スラグ中の改質材を溶融させるものである。
【００２１】
さらに、冶金炉から搬送容器に排出されたスラグに、改質材を添加した後に酸素バーナーを用いて改質材を溶射する方法であるが、粒径が比較的大きい改質材を事前にスラグに添加し、さらに粉状改質材を、バーナーフレームへ投射することで、粒径の異なる改質材を併用することも可能である。
【００２２】
また、酸素バーナーの燃料としては、ＬＰＧ、重油、微粉炭、排プラなどを用いることができる。
【００２３】
ここで、改質材の使用量は、スラグの成分や温度等と、目標とする改質スラグの成分等から、適宜設定すれば良く、特に規定するものではない。
【００２４】
上記の様に、スラグの溶融が促進されると添加した改質材とスラグとの混合が促進され、さらにＦｒｅｅ  ＣａＯと、ＳｉＯ２や酸化鉄等との反応が促進されることで、改質スラグ中のＦｒｅｅ  ＣａＯが減少するために、体積膨張を抑制できる。特に、塩基度が低い改質材を用いるのは、スラグの低塩基度化により融点が低下し、またＳｉＯ２との反応により、Ｆｒｅｅ  ＣａＯをより容易に減少させることができるため、好ましい。
【００２５】
本発明の第２の形態は、前記に加えて、スラグへの酸素吹込みを、酸素バーナーを用いた改質材の溶射、または酸素バーナーの照射と、同時または交互に行う方法である。
【００２６】
スラグへの酸素吹込みを行うことにより、スラグ中のＦｅＯが酸化し、その際に発生する酸化熱をスラグの溶融改質に有効に利用することができる。
【００２７】
スラグへの酸素吹込みを、酸素バーナーを用いた改質材の溶射、または酸素バーナーの照射と、同時に行う方法としては、例えば酸素バーナーの酸素を富化することで、スラグ表面のＦｅＯが酸化し、酸化熱を有効に利用できる。
【００２８】
また、上記を交互に行う方法としては、バーナー照射を一次中断し、酸素吹込パイプまたは耐火物ランスを用いて、スラグ内に酸素ガスを直接吹込む方法が例示できる。これは、酸素ガスを直接吹込むことで、スラグ相と改質材に攪拌を与えることにより混合を促進すると同時に、スラグ内のＦｅＯや粒鉄を酸化させ、その酸化熱で改質反応を促進させることができるため、改質反応を促進させるためには効果的である。
【００２９】
酸素ガスの吹込み量は、必要に応じて適宜設定すれば良い。
【００３０】
また、バーナー照射と攪拌の操作は１回でも効果は発揮されるが、複数回繰り返すことにより、温度の低いスラグでも効率よく溶融改質を行うことができるため好ましい。
【００３１】
尚、スラグの流動性が低く、酸素吹込みが困難な場合には、酸素バーナーの空燃比を１以上にすると、スラグ中のＦｅやＦｅＯの酸化熱をスラグの溶融改質に利用することができるため好ましい。
【００３２】
本発明の第３の形態は、前記に加えて、スラグとして、脱りん、脱硫または脱炭精錬において発生する製鋼スラグを用いる方法である。
【００３３】
脱りん、脱硫または脱炭精錬において発生する製鋼スラグは、製鋼工程で添加されたフラックスが、未滓化のものが比較的多く含まれており、すなわちＦｒｅｅ  ＣａＯが多く残存している。従って、これらのスラグについては、特に本願発明の効果が大きい。
【００３４】
本発明の第４の形態は、前記に加えて、改質前スラグよりも塩基度の低い産業廃棄物を改質材として使用する方法である。
【００３５】
改質材として当該スラグよりも塩基度の低いものが好ましい理由は、前述の通りであり、具体的には石炭灰、廃ガラス等の産業廃棄物は当該スラグよりも塩基度が低いため、これらを用いることは廃棄物を有効に活用できるという観点から好ましい。
【００３６】
また、石炭灰等の産業廃棄物にはＡｌ２Ｏ３も存在しており、これもスラグの融点を低下させる作用があるため溶融が促進され、またスラグの粘性が下がるため混合も促進される。
【００３７】
また、その他の改質材として赤泥等を用いても良い。
【００３８】
本発明の第５の形態は、前記に加えて、機械式攪拌を行って、改質材と製鋼スラグとの反応を促進させる方法である。
【００３９】
酸素バーナー照射中、または照射後に、機械的攪拌を与えることにより、スラグ表面が更新されて表面温度が低下し、着熱効率を高める効果があるため好ましい。また粘性の異なるスラグと改質材の反応を促進する上でも重要である。
【００４０】
攪拌をさらに与えるという観点から、ガス吹込攪拌を併用しても良い。また必要に応じて、加熱・攪拌操作を繰り返すことでも良い。
【００４１】
機械式攪拌の使用タイミングは適宜設定すれば良く、特に規定するものではないが、スラグが溶融状態の場合にはガス攪拌、半凝固状態の場合には機械的攪拌を用いることが効率的であるため好ましい。
【００４２】
本発明の第６の形態は、前記に加えて、スラグを改質処理した後に、スラグ搬送容器を傾動することにより、溶融スラグを排出して凝固させる方法である。
【００４３】
スラグ搬送容器は一般には鋳鋼製であり、従って内壁近傍のスラグは固化した状態にある。さらに固化スラグと溶融スラグの間には粘性の高いスラグ層が存在する。
【００４４】
溶融スラグは十分に溶融改質されたスラグであるものの、固化スラグや粘性の高いスラグは、ほとんど改質されていないスラグまたは改質が十分でないスラグである。
【００４５】
そのため、スラグ搬送容器から全量排出すると、改質スラグと十分改質されていないスラグ等とが混合され、結果としてスラグの品質を損ねることになる。
【００４６】
従って、搬送容器を徐々に傾動しながら溶融スラグを排出して凝固成形させ、固化スラグや粘性の高いスラグを搬送容器内に残すことにより、十分に溶融改質されたスラグと、十分に溶融改質されていないスラグを、分離回収することが可能となる。
【００４７】
【実施例】
本願発明の実施例を、図１を用いて説明する。
【００４８】
転炉で脱りん吹錬をした後、スラグを鋳鋼製のスラグ搬送容器１に約２０トン排出した。このときのスラグ成分、温度を表１に示す。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
スラグ搬送容器１をスラグ処理位置に搬送台車３で移送した。次に、図１（ａ）に示すように、酸素バーナー４を下降させてスラグ上面に照射した。この酸素バーナー４は粉体溶射型のものを用い、燃料はＬＰＧを使用した。
【００５１】
また、改質材としては石炭灰を用い、独立した流路（図示していない）からバーナーを通してバーナーフレーム５内に２トン投射した。使用した石炭灰の成分を表２に示す。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
酸素バーナー４の空燃比は１．０５で行った。
【００５４】
スラグ面にバーナー投射された改質材は、バーナーフレーム５内で溶融され、この溶融された改質材がスラグ上面に溶射されることで、スラグ上面に液相状態の層を形成する。
【００５５】
そこで、改質反応を促進させるため、酸素バーナー溶射を一次中断し、図１（ｂ）に示すように、酸素ガスを酸素吹込パイプ６でスラグ内に２分間に５０ｍ３（ｎｏｒｍａｌ）、直接吹込むことにより、攪拌操作を行った。
【００５６】
酸素バーナー溶射と、酸素ガスによる攪拌の操作を２回繰り返して行った。
【００５７】
以上の操作により、スラグ搬送容器１内に約１０トンの溶融スラグプールが形成された段階で、図１（ｃ）に示すように、スラグ搬送容器１を傾転させて溶融改質スラグ８のみを排出した。排出直前の溶融改質スラグ８の温度は１４１０℃まで上昇していた。
【００５８】
溶融改質スラグ８のみを排出した際に、改質反応の不充分なスラグである半凝固スラグ７は、スラグ搬送容器１から排出させず容器内に残留させたため、充分に改質された溶融スラグのみを排出し、凝固成形することによって、均一な性状のスラグ成品を得ることができた。
【００５９】
こうして得られた成品スラグはＦｒｅｅ  ＣａＯ  ０．５質量％以下、吸水率３．０質量％以下という所望のレベルを達成していたため、上層路盤材やコンクリート骨材として利用可能なものとすることができた。
【００６０】
【発明の効果】
未滓化石灰を含むスラグに石炭灰等の改質材を、酸素バーナーを通して溶融投射し、かつ攪拌を与えることにより、未滓化石灰を含むスラグの塩基度や温度等の条件の制約をあまり受けることなく、簡易にスラグの改質が可能となり、未滓化石灰等に起因する体積不安定性を解消することができ、製鋼スラグと石炭灰等の廃棄物を同時に資源化することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施例の説明図。
【符号の説明】
１  スラグ搬送容器
２  排出スラグ
３  搬送台車
４  酸素バーナー
５  バーナーフレーム
６  酸素吹込パイプ
７  半凝固スラグ
８  溶融改質スラグ
【図１】
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