(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子間の空隙率が３０vol％以上となるような粒度であって、且つ粒径１０〜３０ｍｍの粒子の割合が８０質量％以上である粒度を有する粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成し、該スラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入させ、該溶融スラグを凝固させることにより、この凝固したスラグと前記粒状スラグとからなるスラグ塊状物を得ることを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
【請求項２】
粒状スラグが製鋼スラグであることを特徴とする請求項１に記載のスラグ塊状物の製造方法。
【請求項３】
溶融スラグが製鋼スラグであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラグ塊状物の製造方法。
【請求項４】
鋳型内に粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成し、該スラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入させ、該溶融スラグを凝固させることにより、この凝固したスラグと前記粒状スラグとからなるスラグ塊状物とし、鋳型から取り出したままのスラグ塊状物を製品とするか、若しくは鋳型から取り出したスラグ塊状物を所定の大きさに破砕し、その破砕物を製品とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスラグ塊状物の製造方法。
【請求項５】
窪地、平地、平地に仕切りを設けたスペースのいずれかを鋳込み部とし、該鋳込み部に粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成し、該スラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入させ、該溶融スラグを凝固させることにより、この凝固したスラグと前記粒状スラグとからなるスラグ塊状物とし、鋳込み部から取り出したままのスラグ塊状物を製品とするか、若しくは鋳込み部から取り出したスラグ塊状物を所定の大きさに破砕し、その破砕物を製品とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスラグ塊状物の製造方法。
【請求項６】
粒状スラグを溶融スラグと接触する前に加熱しておくことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスラグ塊状物の製造方法。
【請求項７】
粒子間の空隙率が３０vol％以上となるような粒度であって、且つ粒径１０〜３０ｍｍの粒子の割合が８０質量％以上である粒度を有する粒状スラグと、該粒状スラグの粒子間隙に溶融状態で充填された後凝固したスラグとからなることを特徴とするスラグ塊状物。
【請求項８】
粒状スラグが製鋼スラグであることを特徴とする請求項７に記載のスラグ塊状物。
【請求項９】
粒状スラグの粒子間隙に充填されたスラグが製鋼スラグであることを特徴とする請求項７又は８に記載のスラグ塊状物。
【請求項１０】
スラグ塊状物鋳込み用の鋳型又は鋳込み部から取り出されたままのスラグ塊状物、若しくはスラグ塊状物鋳込み用の鋳型又は鋳込み部から取り出されたスラグ塊状物を所定の大きさに破砕した破砕物であることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のスラグ塊状物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海域の漁礁などに利用される石材やコンクリート塊に替わる資材として好適なスラグ塊状物とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼スラグを原料として大きなサイズの固化体（スラグ製品）を得る方法として、スラグ水和固化体の製造技術が知られている（例えば、特許文献１、２）。一般に、このスラグ水和固化体の製造技術では、製鋼スラグからなる骨材と高炉スラグ微粉末を主体とする結合材の混練物を水和硬化させて固化体とし、この固化体を破砕・分級する工程などを経て製品が得られる。しかし、この技術は、溶融状態のスラグを冷却・固化させた後に破砕・整粒した製鋼スラグ（骨材）と微粉砕した高炉水砕スラグ（結合材）を原料としてコンクリートのように混練し、さらに、固化体を破砕・分級する工程などを経て製品を得るため、専用設備が必要なほか、製造に時間とコストがかかる。
【０００３】
一方、大きなサイズのスラグ製品を得る他の方法としては、鋳型などに溶融スラグを鋳込んで凝固させる、いわゆるインゴットキャスティング法が考えられる。しかし、このインゴットキャスティング法では、インゴット中心部に凝固収縮孔や内部亀裂が発生し易く、このような凝固収縮孔や内部亀裂が多く生じた部位は脆弱となり、インゴットの破壊の原因になる恐れがある。また、収縮歪みやＣａＯ・ＳｉＯ２鉱物のγ変態に伴い発生する応力により、凝固したインゴット内部に大きな歪みが生じ、インゴット（特に大型の製品）の破壊に至るような場合もある。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献３には、鋳型内に溶融改質スラグを注入してスラグを凝固させるに際し、スラグ注入流に対して酸化物粒子を連続的或いは断続的に投入することによりスラグを冷却し、鋳型内に注入された溶融改質スラグを速やかに凝固させることで、インゴット中心部での凝固収縮孔の形成を抑えるようにした方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１５２３６４号公報
【特許文献２】特開平２−２３３５３９号公報
【特許文献３】特開２００５−３０６６５６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、特許文献３の方法は、鉄鋼スラグの中でも特殊な酸化改質スラグを使用する必要があるため、広く使用できる技術ではない。この技術を酸化改質されていないスラグに適用した場合、酸化物粒子の投入により凝固後の収縮孔を減少させる効果は得られるものの、ＣａＯ・ＳｉＯ２鉱物のγ変態に伴う応力割れを抑制することは難しい。このため酸化改質されていないスラグには事実上適用できない。
【０００７】
したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、スラグの種類を問わず原料として使用できるとともに、凝固収縮孔が生じたり、内部歪みによる破壊が生じたりすることがなく、しかも特別な専用設備を要することなく、且つ少ない手間と時間で低コストに製造することができるスラグ塊状物とその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、所定の粒度を有する粒状スラグを敷き詰めたスラグ層に溶融スラグを流し込んで、粒状スラグの粒子間隙に溶融スラグを流入させ、この溶融スラグを凝固させることにより、凝固収縮孔が生じたり、内部歪みによる破壊が生じたりすることがない高品質のスラグ塊状物が得られることを見出した。しかも、このスラグ塊状物は、スラグの種類を問わず原料として使用できるとともに、特別な専用設備を要することなく、且つ少ない手間と時間で低コストに製造することができ、上記のような課題をすべて解決することができる。
【０００９】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］粒子間の空隙率が３０vol％以上となるような粒度を有する粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成し、該スラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入させ、該溶融スラグを凝固させることにより、この凝固したスラグと前記粒状スラグとからなるスラグ塊状物を得ることを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
【００１０】
［2］上記［1］の製造方法において、粒状スラグは、粒径１０〜３０ｍｍの粒子の割合が８０質量％以上である粒度を有することを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
［3］上記［1］又は［2］の製造方法において、粒状スラグが製鋼スラグであることを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの製造方法において、溶融スラグが製鋼スラグであることを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
【００１１】
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、鋳型内に粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成し、該スラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入させ、該溶融スラグを凝固させることにより、この凝固したスラグと前記粒状スラグとからなるスラグ塊状物とし、鋳型から取り出したままのスラグ塊状物を製品とするか、若しくは鋳型から取り出したスラグ塊状物を所定の大きさに破砕し、その破砕物を製品とすることを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
【００１２】
［6］上記［1］〜［4］のいずれかの製造方法において、窪地、平地、平地に仕切りを設けたスペースのいずれかを鋳込み部とし、該鋳込み部に粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成し、該スラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入させ、該溶融スラグを凝固させることにより、この凝固したスラグと前記粒状スラグとからなるスラグ塊状物とし、鋳込み部から取り出したままのスラグ塊状物を製品とするか、若しくは鋳込み部から取り出したスラグ塊状物を所定の大きさに破砕し、その破砕物を製品とすることを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
【００１３】
［7］上記［1］〜［6］のいずれかの製造方法において、粒状スラグを溶融スラグと接触する前に加熱しておくことを特徴とするスラグ塊状物の製造方法。
［8］粒子間の空隙率が３０vol％以上となるような粒度を有する粒状スラグと、該粒状スラグの粒子間隙に溶融状態で充填された後凝固したスラグとからなることを特徴とするスラグ塊状物。
［9］上記［8］のスラグ塊状物において、粒状スラグは、粒径１０〜３０ｍｍの粒子の割合が８０質量％以上である粒度を有することを特徴とするスラグ塊状物。
【００１４】
［10］上記［8］又は［9］のスラグ塊状物において、粒状スラグが製鋼スラグであることを特徴とするスラグ塊状物。
［11］上記［8］〜［10］のいずれかのスラグ塊状物において、粒状スラグの粒子間隙に充填されたスラグが製鋼スラグであることを特徴とするスラグ塊状物。
［12］上記［8］〜［11］のいずれかのスラグ塊状物において、スラグ塊状物鋳込み用の鋳型又は鋳込み部から取り出されたままのスラグ塊状物、若しくはスラグ塊状物鋳込み用の鋳型又は鋳込み部から取り出されたスラグ塊状物を所定の大きさに破砕した破砕物であることを特徴とするスラグ塊状物。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、凝固収縮孔が生じたり、内部歪みによる破壊が生じたりすることがない高品質のスラグ塊状物が得られ、このスラグ塊状物は、従来使用されている石材やコンクリート塊に替わる資材として、海域の漁礁などとして好適に利用できる。また、このスラグ塊状物は、スラグの種類を問わず原料として使用できるとともに、特別な専用設備を要することなく、且つ少ない手間と時間で低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるスラグ塊状物の製造工程の一例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明によるスラグ塊状物の製造方法は、所定の粒度を有する粒状スラグ（固形スラグ）を層状に敷き詰めてスラグ層を形成し、このスラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入（浸入）させ、この溶融スラグを凝固させることにより、この凝固したスラグと前記粒状スラグとからなるスラグ塊状物を得るものである。
【００１８】
このような本発明法によれば、大型のスラグ塊状物であって、凝固収縮孔が生じたり、内部歪みによる破壊が生じたりすることがない高品質のスラグ塊状物を得ることができる。これは、以下のような理由によるものと考えられる。すなわち、粒状スラグの粒子間隙に溶融スラグが入り込み、この溶融スラグが粒状スラグと一体化した形で凝固（固化）することにより、大型のスラグ塊状物を得ることができる。また、粒状スラグは溶融スラグを小さく分断する役割を果たすため、凝固時の収縮による収縮孔は個々の空隙内に分散して生成し、収縮歪みも同様に分散する。さらには、ＣａＯ・ＳｉＯ２鉱物のγ変態に伴い発生する応力についても分散される。加えて、スラグ塊状物を得るのに必要な溶融スラグが少なくて済むので、上記収縮歪みやＣａＯ・ＳｉＯ２鉱物のγ変態に伴い発生する応力も少なくて済む。このため、大きな凝固収縮孔が生じにくく、また、塊状物を破壊に至らしめるような大きな内部歪みが生じにくい。このため、上述したような大型で高品質のスラグ塊状物を得ることができる。
【００１９】
なお、特許文献３の技術は、溶融スラグに投入される酸化物粒子は粉体であり、しかも、実施例の記載からして、その投入量は溶融スラグの１／５〜１／６程度（質量比）であり、このため、固形スラグの粒子間隙に溶融スラグが入り込む、というような形態にはならない。したがって、得られるスラグ塊状化物について、本発明のような「粒状スラグが溶融スラグを小さく分断する役割を果たすため、凝固時の収縮による収縮孔は個々の空隙内に分散して生成し、収縮歪みも同様に分散する。さらには、ＣａＯ・ＳｉＯ２鉱物のγ変態に伴い発生する応力についても分散される。」という作用効果は得られない。
【００２０】
粒状スラグの種類は特に制限はないが、通常は鉄鋼スラグが用いられる。鉄鋼スラグとは、鉄鋼製造プロセスで発生するスラグである。鉄鋼スラグには、例えば、高炉スラグ、製鋼スラグ、溶融還元スラグなどがある。また、製鋼スラグには、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ、脱硫スラグ、脱珪スラグなど）、転炉脱炭スラグ、電気炉スラグ、二次精錬スラグ、造塊スラグなどがあり、高炉スラグには高炉水砕スラグ、高炉徐冷スラグがある。鉄鋼スラグとしては、上記のいずれを用いてもよく、それらの２種以上を用いてもよい。
また、これらの鉄鋼スラグのなかでも、リサイクル資材の有効利用の観点から製鋼スラグを用いることが望ましい。なお、製鋼スラグは膨張性が低いものが望ましい。使用する製鋼スラグの膨張性を低くするには、（i）スラグ中の遊離ＣａＯ量を低減する、（ii）凝固したスラグにエージング処理（大気エージング、蒸気エージングなど）を施す、などの技術を適用すればよい。
【００２１】
粒状スラグとしては、粒子間の空隙率が３０vol％以上となるような粒度を有するものを用いる。そのため、使用するスラグを必要に応じて粒度調整（破砕、篩分けなど）する。粒状スラグの粒子間の空隙率が３０vol％未満では、流し込まれた溶融スラグを粒子間隙に流入（浸入）させることが難しくなる。また、以上の観点から、より好ましい粒子間の空隙率は４０vol％以上である。一方、粒子間の空隙率の上限は特にないが、６０vol％を超える大きな空隙率の粒子を製造することは困難であることから、６０vol％程度が実質的な上限となる。
粒状スラグの粒度は、粒子間の空隙率を３０vol％以上（好ましくは４０vol％以上）確保できれば任意であるが、目詰まりを避けるため、ある程度大きい空隙が望ましい。そのため、粒状スラグは、粒径１０〜３０ｍｍの粒子の割合が８０質量％以上である粒度を有することが好ましい。
【００２２】
粒状スラグを層状に敷き詰めて形成されるスラグ層の厚さに特別な制限はなく、得ようとするスラグ塊状物のサイズに応じて適宜決めればよいが、スラグ層が厚過ぎると溶融スラグがスラグ層の下側まで到達（流入）できない場合もあり得るので、スラグ層の厚さは１０００ｍｍ程度を上限とすることが好ましい。一方、スラグ層が薄すぎると大きな塊を製造できない。このためスラグ層の厚さは２００ｍｍ程度を下限とすることが好ましい。
粒状スラグのスラグ層に流し込む溶融スラグの種類も特に制限はないが、通常は上述したような鉄鋼スラグが用いられる。
また、鉄鋼スラグのなかでも、リサイクル資材の有効利用の観点から製鋼スラグを用いることが望ましい。なお、製鋼スラグは膨張性が低いものが望ましい。
【００２３】
粒状スラグを敷き詰めてスラグ層を形成する場所は任意であるが、任意の大きさの鋳型を用い、この鋳型内に粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成することができる。
また、他の形態としては、地面に窪地（穴又は溝）などの凹部を形成し、鋳型の代用となる鋳込み部としてもよい。また、平地に板などで仕切りを設けたスペースを鋳込み部としてもよい。さらに、単純に平地を鋳込み部としてもよい。すなわち、これらの形態の鋳込み部内に粒状スラグを層状に敷き詰めてスラグ層を形成することができる。
【００２４】
また、スラグ層を構成する粒状スラグを溶融スラグと接触する前に加熱しておくことができ、これにより、溶融スラグがスラグ層の粒子間隙を満たす前に冷却・凝固してしまうことを防止できる。粒状スラグを加熱する時期は、スラグ層を形成する前が望ましく、加熱方法としては、例えば、ガスバーナーで加熱する方法などを採ることができる。
また、加熱温度は特に制限はないが、一般に４００〜８００℃が適当である。
【００２５】
粒状スラグのスラグ層に溶融スラグを流し込んで粒子間隙に溶融スラグを流入させ、この溶融スラグを凝固させることにより、凝固したスラグと粒状スラグとが一体化したスラグ塊状物が得られる。鋳型や鋳込み部から取り出されたスラグ塊状物は、そのまま製品（ブロック製品）とするか、若しくは鋳型や鋳込み部から取り出したスラグ塊状物を所望の大きさに破砕し、その破砕物を製品とする。なお、平地を鋳込み部とする場合には、通常、鋳込み部から取り出したスラグ塊状物を所定の大きさに破砕し、その破砕物を製品とする。
【００２６】
なお、粒状スラグと溶融スラグの比率は、粒状スラグの空隙率で決まる。すなわち、溶融スラグの比率の下限は３０vol％（好ましくは４０vol％）となり、実質的な上限は６０vol％となる。また、スラグ塊状物の性能面でも、溶融スラグの比率が３０vol％未満では、粒状スラグと溶融スラグを十分に一体化できず、一方、６０vol％を超えると凝固収縮の影響が大きくなってしまう。
本発明のスラグ塊状物（スラグ製品）の用途は特に限定されないが、石材やコンクリート塊に代わる藻場・漁礁用の資材、護岸の根固め石、浅場造成などの潜堤材などとして特に好適である。
【００２７】
図１は、本発明によるスラグ塊状物の製造法の一実施形態を工程順に示したものであり、この実施形態では鋳型を用いている。
まず、図１（ア）に示すように、スラグ装入手段２から鋳型１内に粒状スラグａを装入し、鋳型１内に粒状スラグａを層状に敷き詰めてスラグ層Ａ（ベッド）を形成する。次いで、図１（イ）に示すように、スラグ保持容器３に保持された溶融スラグｂをスラグ層Ａの上から流し込み、粒状スラグａの粒子間隙に溶融スラグｂを流入（浸入）させる。この溶融スラグｂを凝固させることにより、図１（ウ）に示すような凝固した溶融スラグｂと粒状スラグａとが一体化したスラグ塊状物ｘが得られる。このスラグ塊状物ｘは、図１（エ）に示すように鋳型１から取り出され、そのまま製品とするか、若しくは所望の大きさに破砕し、その破砕物を製品とする。本発明で得られるスラグ塊状物は、図１（エ）示すように、粒状スラグａと、この粒状スラグａの粒子間隙を埋めるスラグｂ（粒子間隙に溶融状態で充填された後凝固したスラグ）とが一体化したスラグ塊状物である。
【実施例】
【００２８】
鋳型は内寸が２００ｍｍφ×３００ｍｍ高さ（容量９．４２Ｌ）のものを用いた。粒状スラグには、蒸気エージングを施した転炉脱炭スラグであって、粒子間の空隙率と粒径１０〜３０ｍｍの粒子の割合が異なるものを用いた。また、溶融スラグには、溶銑予備処理スラグ（脱燐スラグ）を１４５０℃に保持したものを用いた。
粒状スラグを鋳型内の高さ２００ｍｍの位置まで充填した後、溶融スラグを鋳型内の高さ２００ｍｍの位置まで流し込み、自然冷却して凝固させた。また、No.１の比較例では、粒状スラグが充填されていない鋳型内に溶融スラグを高さ２００ｍｍの位置まで流し込み、自然冷却して凝固させた。溶融スラグの凝固後、鋳型を解体し、固化したスラグ塊状物を取り出した。
以上の方法でスラグ塊状物を６個作製し、１週間後にこのうちの３個を切断し、断面観察を行った。残りの３個は１年間気中にて静置し、崩壊の有無を調べた。
【００２９】
表１に、発明例及び比較例の実施条件と評価結果を示す。
［発明例］
発明例の全てのスラグ塊状物は、１週間後も同じ形状を保っていた。
断面観察した結果では、No.４〜６のスラグ塊状物は、いずれも溶融スラグが粒状スラグの粒子間隙のほとんどを満たしていた。一方、No.３のスラグ塊状物では、一部に溶融スラグが粒状スラグの粒子間隙に入り込まない部分があったが、品質上大きな問題はないと判断された。また、発明例の全てのスラグ塊状物は、溶融スラグの収縮孔が個々の粒子間隙の中心部に分散して生成していた。
また、発明例の全てのスラグ塊状物は、１年経過後も崩壊することなく、同じ形状を保っていた。
［比較例］
No.１のスラグ塊状物は３日後までに崩壊し、原形を留めなかった。
No.２では、溶融スラグが粒状スラグの粒子間隙にほとんど入り込まず、事実上、スラグ塊状物を作製できなかった。
【００３０】
【表１】
0006414047.tif 000002
【符号の説明】
【００３１】
１  鋳型
２  スラグ装入手段
３  スラグ保持容器
ａ  粒状スラグ
ｂ  溶融スラグ
Ａ  スラグ層
ｘ  スラグ塊状物
【図１】
0006414047.tif 000003