(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼工程で発生する製鋼スラグに含まれるＦｒｅｅ  ＣａＯとＦｒｅｅ  ＭｇＯを低減する製鋼スラグの改質方法であって、
溶融状態の製鋼スラグを用い、該製鋼スラグの内部に、酸素を含む気体を、酸素分換算で１．１２Ｎｍ3−Ｏ2／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上の速度で吹込むことで、該製鋼スラグの温度を１６００℃以上まで上昇させ、ついで１６００℃以上で２分以上保持したのち、冷却することを特徴する製鋼スラグの改質方法。
【請求項２】
製鋼工程で発生する製鋼スラグに含まれるＦｒｅｅ  ＣａＯとＦｒｅｅ  ＭｇＯを低減する製鋼スラグの改質方法であって、
溶融状態の製鋼スラグを用い、該製鋼スラグの内部に、酸素濃度８０体積％以上の酸素を含む気体を、酸素分換算で１．５Ｎｍ3−Ｏ2／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上の速度で吹込むことで、該製鋼スラグの温度を１６００℃以上まで上昇させ、ついで１６００℃以上で２分以上保持したのち、冷却することを特徴する製鋼スラグの改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融した製鋼スラグの処理に関し、具体的には製鋼スラグを改質してその膨張を抑制する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼業では高炉、予備処理プロセス、転炉、電気炉等からスラグが副生される。これらの内、予備処理プロセス、転炉、電気炉から副生されるものを製鋼スラグという。
【０００３】
製鋼工程では、溶銑中に吹き生まれる燐や珪素などの除去や炉体保護を目的として、多量の石灰やマグネシアが投入される。そのため、製鋼スラグ中には未溶解の石灰やマグネシア、また冷却時に晶出した石灰やマグネシアが残留している。これらの石灰やマグネシアはＦｒｅｅ  ＣａＯやＦｒｅｅ  ＭｇＯといわれ、水と接触した際、水和膨張という体積膨張が生じる。
【０００４】
ここで、製鋼スラグの用途としては、路盤材やコンクリート用細骨材などがあるが、製鋼スラグ中に、上述したＦｒｅｅ  ＣａＯやＦｒｅｅ  ＭｇＯが残っていると、これらＦｒｅｅ  ＣａＯやＦｒｅｅ  ＭｇＯが上記した水和膨張を起こすことによって、製鋼スラグを使用した路盤やコンクリートは、隆起や亀裂が生じてしまう。
【０００５】
そこで、この水和膨張対策として、スラグ中のＦｒｅｅ  ＣａＯやＦｒｅｅ  ＭｇＯの低減化を図ることを企図し、エージング処理を行うことが一般的に行われている。そして、エージング処理の種類としては、ヤードで大気雰囲気に保持することによって行う方法と、蒸気を用いる方法とがある。
【０００６】
しかし、大気により行うエージングはスラグが安定化するまでに長い時間を要する。また、蒸気による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というデメリットがある。また、エージングは低温での処理であるため、完全にＦｒｅｅ  ＣａＯやＦｒｅｅ  ＭｇＯを消滅させることは困難である。
【０００７】
ここで、上記製鋼スラグのＦｒｅｅ  ＣａＯ等を低減する方法（改質方法）として、特許文献１や特許文献２に記載されたような溶融状態のスラグ中に酸化性ガスを吹込む改質方法や、特許文献３に記載されたような風砕に係る改質技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１４−１５６８２０号明細書
【特許文献２】特開２００３−１８３７１７号公報
【特許文献３】特開２００４−２３８２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１および２に開示されたような溶融状態の製鋼スラグに酸化性ガスを吹込む改質方法においては、Ｆｅ２Ｏ３や改質材を用いて、Ｆｒｅｅ  ＣａＯの固定化を図っているものの、未溶解のＭｇＯについては、何ら考慮がなされていない。
そして、この場合、１６００℃未満であると、ＭｇＯは、依然、固体として溶融スラグ中に存在する可能性があるため、スラグ中の他の成分と安定な鉱物を形成することなく改質後も未滓化のまま存在することになる。
【００１０】
また、特許文献３に開示されたような風砕では、短時間でスラグ中のＦｅＯを酸化し、Ｆｒｅｅ  ＣａＯを低減する工程を採用するため、未溶解の石灰やマグネシアは低減できずに改質後も残留するという問題があった。
【００１１】
すなわち、改質材を用いる方法は未溶解のＭｇＯ低減に関しては有効ではなく、改質前のスラグが未溶解のＭｇＯを含んでいた場合、Ｆｒｅｅ  ＣａＯ低減後も膨張するという問題があった。
よって、これらの改質方法では、未溶解のＭｇＯがスラグ中に含有された場合、改質後もＦｒｅｅ  ＭｇＯによる膨張の可能性が残ってしまう。
【００１２】
本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、改質処理中にスラグを高温にすることで未溶解のＭｇＯを溶解し、水和反応による膨張を低減した製鋼スラグの改質技術を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は前記課題を解決するために、溶融状態の製鋼スラグに酸素を含む気体を吹込み、製鋼スラグを改質するものである。
まず、発明者らは、溶融状態の製鋼スラグに酸素を含む気体を吹込むと、スラグ中のＦｅＯがＦｅ２Ｏ３に酸化されてＦｒｅｅ  ＣａＯが低減することを確認した。
【００１４】
そこで、発明者らは、溶融状態の転炉脱炭スラグに上部から吹込みランスを浸漬し、酸素を含む気体をスラグ内に吹込んだ。具体的には、酸素を含む気体の吹込み速度をスラグ１ｔ当り１．５Ｎｍ３／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上とし、吹込み時にスラグ内部の温度を測定し、１６００℃以上の高温で２分以上保持していることを確認した後、吹込みランスを上部から引き抜き、スラグの入った容器を傾転し溶融スラグを排出した。その結果、未溶解のＭｇＯを溶解し、製鋼スラグの水和反応による膨張を低減することが可能であることを知見した。
【００１５】
また、排出したスラグは大気中で冷却し、冷却後のスラグは通常のスラグと同等で破砕と篩分けによりサイズの選択が可能であることを併せて知見した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。
【００１６】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．製鋼工程で発生する製鋼スラグに含まれるＦｒｅｅ  ＣａＯとＦｒｅｅ  ＭｇＯを低減する製鋼スラグの改質方法であって、
溶融状態の製鋼スラグを用い、該製鋼スラグの内部に、酸素を含む気体を吹込むことで、該製鋼スラグの温度を１６００℃以上まで上昇させ、ついで１６００℃以上で２分以上保持したのち、冷却することを特徴する製鋼スラグの改質方法。
【００１７】
２．前記製鋼スラグ中へ吹込む酸素を含む気体の吹込み速度が、酸素分換算で１．５Ｎｍ３−Ｏ２／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上であることを特徴とする前記１に記載の製鋼スラグの改質方法。
【００１８】
３．前記製鋼スラグ中へ吹込む気体が酸素または酸素濃度５０％以上の気体であることを特徴とする前記１または２に記載の製鋼スラグの改質方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、未溶解のＭｇＯを溶解し確実に膨張しない製鋼スラグを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例で使用した製鋼スラグを改質するための装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明は、製鋼工程で発生する製鋼スラグに含まれるＦｒｅｅ  ＣａＯとＦｒｅｅ  ＭｇＯを低減する製鋼スラグの改質方法である（以下、製鋼スラグを単にスラグともいう）。
ここで、本発明において、製鋼スラグを改質するための容器は、図１に示すような、溶融状態のスラグに吹込みランスを浸漬して酸素を含む気体を吹込むことのできる専用の改質容器を用いることができる。
また、製鋼スラグを改質するための容器は、転炉やスラグ鍋であってもよい。
【００２２】
本発明に用いるスラグは、製鋼工程で発生するスラグであれば、特に限定されない。
ここで、本発明に用いるスラグのスラグ組成は、改質によりＦｒｅｅ  ＣａＯも併せて低減する必要があるため、改質前の組成が下記（１）式を満たすスラグが好ましい。
［Ｔ−ＣａＯ］−（１．８７×［ＳｉＯ２］＋１．４３×（［Ｔ−Ｆｅ］−１．５５）＋１．１０×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．１８×［Ｐ２Ｏ５］）≦１  ・・・（１）
ここで、［  ］は該括弧内の化合物又は元素の含有率（質量％）であり、Ｔ−ＣａＯは全ＣａＯ、Ｔ−Ｆｅは全Ｆｅである。
【００２３】
そして、本発明では、所定の容器に入れられた溶融状態のスラグに、吹込みランスを浸漬して酸素を含む気体を吹込む。そして、酸素を含む気体を吹込むことによって、改質中のスラグ温度を１６００℃以上に上昇させる。ついで、１６００℃以上で２分以上保持することで、未溶解のＭｇＯを溶解することが肝要である。
【００２４】
ここで、改質中のスラグ温度は、１６００℃以上にする必要があるが、好ましくは１６２０℃以上である。一方、スラグ温度の上限に制限はない。
【００２５】
また、改質中のスラグは、１６００℃以上で２分以上保持することが必要であるが、１６００℃以上が保たれれば、常時、酸素を含む気体を吹込んでいる必要はない。
【００２６】
また、上記、１６００℃以上で２分以上に保持する方法については、酸素の吹込みによる反応熱で、１６００℃以上が保持されれば問題はないが、１６００℃以上が保できない場合には、別途、加熱する必要が有る。なお、その際の加熱手段は熱源を投入しても、バーナーなどで過熱しても構わない。
【００２７】
かかる条件でスラグを加熱処理することで、未溶解のＭｇＯ粒子は溶解し、膨張安定化または微細化して、製鋼スラグの利用時の水和反応による膨張を効果的に低減することができる。
【００２８】
スラグに吹込む気体は、酸素を含んでいればよい。具体的な酸素濃度は、以下に記載する流量とも関係があるが、高濃度の方がスラグの温度が上昇しやすいため、吹込むガスの酸素濃度は５０体積％以上が好ましく、８０体積％以上がより好ましい。また、１００体積％であっても良い。
【００２９】
また、本発明では、スラグに吹込む気体の流量は、酸素分換算で１．０Ｎｍ３−Ｏ２／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上が好ましい。
特に、酸素濃度１００体積％の場合は、吹込みガスの流量が１．５Ｎｍ３−Ｏ２／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上で改質時の最高温度１６３３℃以上まで上昇することから、酸素流量は１．５Ｎｍ３−Ｏ２／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上がより好ましい。
【００３０】
そして、前記酸素を含む気体の吹込み終了後、すなわちスラグ温度を１６００℃以上に上昇させ、ついで１６００℃以上で２分以上保持後に、当該改質を行った容器を傾転して排滓し、溶融状態のスラグを大気中で冷却する。
冷却後のスラグは通常のスラグと同等で、破砕と篩分けによりサイズの選択が可能である。
なお、本発明は、改質後に容器から排出しても、改質を行った容器内で凝固させても良い。
【００３１】
かかる工程を経ることで、本発明の水和反応による膨張を低減した製鋼スラグを得ることができるが、上記した以外の改質条件は、公知公用の条件を用いることができる。
【実施例】
【００３２】
本発明の実施に当たって使用したスラグは転炉での脱炭スラグとした。
スラグ組成は、下記（１）式を満たすスラグを対象とした。
［Ｔ−ＣａＯ］−（１．８７×［ＳｉＯ２］＋１．４３×（［Ｔ−Ｆｅ］−１．５５）＋１．１０×［Ａｌ２Ｏ３］＋１．１８×［Ｐ２Ｏ５］）≦１  ・・・（１）
また、吹込みに用いた装置は、図１に示したものを使用した。
図１に示した専用の改質容器１に入れられた溶融状態の転炉スラグ２内に、吹込みランス３を浸漬して酸素４を含む気体を吹込み、熱電対５により溶融スラグ温度を測定した。吹込み終了後に容器を傾転し排滓し溶融状態のスラグを大気中で冷却した。
【００３３】
改質後の評価としては蛍光Ｘ線により元素分析とスラグの水和膨張性を水浸膨張試験（ＪＩＳ  Ａ  ５０１５）によって評価した。
改質条件と、改質後のＦｒｅｅ  ＣａＯの含有比率、改質後のスラグの膨張性の評価結果を表１に併記する。なお、表１の膨張性については水浸膨張試験において膨張量が０．２％以下であったものを優、１．５％以下であったものを良とし、１．５％より膨張したものを不良とした。
【００３４】
【表１】
0006413958.tif 000002
【００３５】
表１に示したように、改質時のスラグの最高温度が１６００℃以上でかつ２分以上保持されているものは、いずれも、改質後のＦｒｅｅ  ＣａＯの含有比率が０．６質量％以下、水浸膨張試験においてその膨張量が１．５％以下になった。
【００３６】
特に、表１に示したように、改質による膨張低減の効果は酸素濃度に因らず、吹込み酸素量が１．５Ｎｍ３−Ｏ２／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上の場合、改質後のフリーＭｇＯ等の量が十分に低減でき、スラグの膨張量が０．２％以下に低減できた。これは吹込み酸素量が１．５Ｎｍ３−Ｏ２／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上の場合、改質時のスラグの最高温度が１６２０℃以上となっているためである。
【００３７】
一方、吹込み酸素量が１．０Ｎｍ３−Ｏ２／（ｔ−ｓｌａｇ・ｍｉｎ）以上の場合であっても、吹込みガスの酸素濃度が５０％以下の場合、改質時のスラグ温度は１６００℃以上まで上昇せずに膨張性が不良という結果になった。
【符号の説明】
【００３８】
１：改質容器
２：溶融スラグ
３：吹込み用ランス
４：酸素を含む気体
５：熱電対
【図１】
0006413958.tif 000003