(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態の製鋼スラグに、酸素含有気体の吹き込みによって製鋼スラグを改質する製鋼スラグの改質方法において、
前記酸素含有気体の吹き込みは、吹き込み総時間を等分する少なくとも２段階の、各段の吹き込み量が後段に連れて減少する配分の下に行うことを特徴とする製鋼スラグの改質方法。
【請求項２】
前記酸素含有気体の吹き込みは、該吹き込み総時間を３等分する３段階にて、１段目の酸素の吹き込み量が前記吹き込み総時間内の酸素吹込み総量の４０％以上、２段目の酸素の吹き込み量が前記酸素吹込み総量の２５％以上および、３段目の酸素の吹き込み量が前記酸素吹込み総量の２５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の製鋼スラグの改質方法。
【請求項３】
前記吹き込み総時間が３分以上である請求項１または２に記載の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、製鋼スラグの改質方法に関し、具体的には、製鋼スラグを改質し、水和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（例：混銑車）、転炉、電気炉等からの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。製鋼工程では溶銑中に含まれる燐や珪素などを除去するため、副原料として多量の石灰が投入される。そのため、製鋼スラグ中には未溶解の石灰や冷却時に晶出した石灰が遊離ＣａＯ（フリーライムともいう、以下、「ｆ−ＣａＯ」と記す）として残留している。このｆ−ＣａＯは水和反応によってＣａ（ＯＨ）2となり、約２倍程度に体積膨張する性質を有している。そのため、ｆ−ＣａＯを多量に含むスラグが水と接触すると、ｆ−ＣａＯの水和によって膨張崩壊することになる。
【０００３】
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、これら用途においてスラグ中ｆ−ＣａＯの水和膨張により路盤の隆起やコンクリートに亀裂が生ずるという問題がある。
【０００４】
そこで、従来、膨張崩壊の原因である、製鋼スラグに含まれるｆ−ＣａＯを低減するための処理が行われており、その方法として主にエージング処理および改質処理が知られている。
まず、エージング処理とは、スラグに含まれるｆ−ＣａＯを水和反応によりＣａ（ＯＨ）2に変化させて安定化する方法であり、スラグをヤードに野積みして行う大気エージングと水蒸気を用いて前記反応を促進する蒸気エージングとがある。
【０００５】
次に、改質処理とは、特許文献１や特許文献２に記載されているように、溶融状態のスラグにＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3を含む改質材を添加し、さらに酸素を吹込むことによって反応させる方法である。この方法によりｆ−ＣａＯを水和膨張しない安定鉱物相に変化（改質）させることができる。これらの改質は高温で行われるため、短時間で処理できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2003-183717号公報
【特許文献２】特開2003-155511号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の大気エージングでは、スラグ中のｆ−ＣａＯが安定化するまでに数ヶ月といった長い時間が必要となる。また、蒸気エージングでは大気エージングに比べて処理時間を短縮できるものの、大量の水蒸気を使用するため処理コストが増加するという問題がある。さらに、エージング処理は低温で行われるため、完全にｆ−ＣａＯを無くすことが困難であり、水和膨張の可能性が残るものであった。
【０００８】
また、改質処理に関する特許文献１および２には、Ｆｒｅｅ  ＣａＯを完全に固定化するために必要な改質材やスラグ組成が規定され、酸素含有気体を一定流量で吹き込むことが記載されている。ところで、溶融状態の製鋼スラグ中に一定流量で酸素含有気体を吹込んだ場合、スラグの酸化に伴い改質期間の後半では吹込みガスとスラグとの反応効率は低下する。従って、改質期間の後半においてはガスを過剰に吹込むことになり、反応しない酸素による改質コストの増加、未反応ガスの吹き抜けによるスラグの飛散、さらにスラグの温度低下などの問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の改質処理における諸問題を解決するための方途を与えるものであり、改質時の酸素含有気体の吹込み量を規定することにより、吹込み酸素含有気体の利用効率を向上させる技術について提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、溶融状態の製鋼スラグに酸素含有気体を吹込む際の、酸素の利用効率の経時変化を調査した。その結果、スラグ中のＦｅＯからＦｅ2Ｏ3への酸化の反応速度は、スラグ中のＦｅＯ量の減少に伴い低下することが判明した。そこで、スラグ中のＦｅＯ量に応じた酸素含有気体の吹込みを実現する方途について鋭意究明したところ、吹き込み総時間を等分する複数段階において酸素吹込み量を規定することが酸素含有気体の利用効率の向上に有効であることを知見するに到った。本発明は、上記知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．溶融状態の製鋼スラグに、酸素含有気体の吹き込みによって製鋼スラグを改質する製鋼スラグの改質方法において、
前記酸素含有気体の吹き込みは、吹き込み総時間を等分する少なくとも２段階の、各段の吹き込み量が後段に連れて減少する配分の下に行うことを特徴とする製鋼スラグの改質方法。
【００１２】
２．前記酸素含有気体の吹き込みは、該吹き込み総時間を３等分する３段階にて、１段目の酸素の吹き込み量が前記吹き込み総時間内の酸素吹込み総量の４０％以上、２段目の酸素の吹き込み量が前記酸素吹込み総量の２５％以上および、３段目の酸素の吹き込み量が前記酸素吹込み総量の２５％以下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。
【００１３】
３．前記吹き込み総時間が３分以上である前記１または２に記載の製鋼スラグの改質方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は酸素含有気体を溶融状態の製鋼スラグ中に吹込み行う改質において、改質を複数段階に分けてそれぞれでのガス吹込み量を規定することによって、スラグと未反応のままでスラグ浴から外部へ放出される酸素の量が低減されるため、改質原単価を低減できる。また、未反応でスラグ浴を吹き抜けるガス量を減らせるため、スラグの飛散並びに改質中のスラグ温度の低下を抑制できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】改質装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。
本発明は、溶融スラグに酸素含有気体を吹込むことによって改質を行う。ここで、溶融スラグとは液相が７０％以上あるスラグのことである。
【００１７】
改質に使用される装置の例を図１に示す。図中１はスラグ鍋であり、この内部に製鋼スラグを入れ、加熱して溶融状態に維持する。そして、該溶融スラグ２に上方より浸漬した吹込み用ランス３を通じて酸素含有気体４を吹込む。所定量の気体をスラグ内に所定時間にわたって吹込んだ後、吹込み用ランス３を上方から引き抜き、該スラグ２の入ったスラグ鍋１を傾転して改質された溶融スラグ２を排出する。排出されたスラグは大気中で冷却され、通常のスラグと同様の方法で破砕と飾分けすることによりサイズを選別される。
【００１８】
上記の改質工程において、溶融スラグ２の酸化に合わせて吹込む酸素量を調整することによって、吹込み酸素を高効率で改質に利用できるようになる。すなわち、改質の初期ではスラグ中にＦｅＯが十分存在するので吹込んだ酸素の多くはＦｅＯと反応しＦｅ2Ｏ3となる。一方、改質の後半ではスラグ中のＦｅＯが減少しているため、吹込んだ酸素の内一部のみがＦｅＯと反応し、多くは未反応のままスラグ浴外に放出されるのが従前である。特に、酸素含有気体の吹込み時間が長くなるに連れて、改質後半での酸素の利用効率が低下する。
【００１９】
そこで、本発明では、改質に要する吹き込み総時間を等分する少なくとも２段階にて、各段の吹き込み量が後段に連れて減少する配分の下に行うこと、すなわち１段目の吹き込み量を最大として２段目以降の段での吹き込み量を１段目より少なくすることによって、特に改質後半での酸素の利用効率を向上できるようにした。
【００２０】
具体的には、改質前の製鋼スラグの組成に基づいて、改質に必要な酸素の吹込み総量を求め、この吹込み総量において酸素の平均吹込み速度が所定範囲となるように吹込み総時間を定める。この吹込み総時間を等分する少なくとも２段階、例えば３等分する３段階に区画し、１段目、２段目および３段目の各段における酸素の吹き込み量を定めて酸素含有気体の吹込みを行う。１段目の酸素の吹き込み量を最大にし、１段目の酸素の吹き込み量より少ない吹き込み量で２段目および３段目の吹き込みを行う。各段での酸素の吹込み速度は各段内で一定として規定の吹き込み量を確保することが好ましい。
【００２１】
なお、上記の規定対象である酸素は、酸素含有気体として吹き込まれるから、該酸素含有気体の酸素濃度に従って、上記した酸素吹き込み量となる酸素含有気体の吹き込み量を求めて、求めた吹き込み量で酸素含有気体の吹き込みを行う。
【００２２】
ここで、吹込み総時間を等分する少なくとも２段階とするのは、次の理由による。まず、吹込み総時間を等分する少なくとも２段階にて吹き込み量を調整するのは、吹き込み初期と末期で反応効率が異なるためである。一方、区分の上限は特に定める必要はなく、細分した多数段での吹き込み量調節を行うことによって、より厳密は吹き込み量制御を行うこともできる。
【００２３】
吹込み総時間を３等分する３段階において、酸素の吹込み量を各段で設定することが好ましい。とりわけ、１段目の酸素含有気体の吹き込み量が前記吹込み総量の４０％以上、２段目の酸素含有気体の吹き込み量が前記吹込み総量の２５％以上、そして３段目の酸素含有気体の吹き込み量が前記吹込み総量の２５％以下の残部とすることが、より好ましい。この場合、１段目および２段目の吹き込み量の上限は特に設ける必要はなく、３段目の吹き込み量が僅かでも確保されればよい。そのため９分以上ガスを吹込む場合においては、１段目で全吹込み酸素のうち５０％以上を吹込み、３段目では２０％以下とすることがより好ましい。
【００２４】
１段目の初期段階では、スラグ中のFeO含有量が多く酸化反応が容易に起こるため、１段目の吹き込み量を吹込み総量の４０％以上とする。
次の２段目では、１段目での酸素含有気体の吹き込みによりスラグ中のFeO量は低下しているが、まだ十分なFeOが含有されているため、２段目の吹き込み量を吹込み総量の２５％以上とする。
３段目では、１段目および２段目での酸素含有気体の吹き込みによりスラグ中のFeOが酸化されてFeO含有量が僅かであるため、吹き込み量を吹込み総量の２５％以下とする。
【００２５】
さらに、上記した吹込み総時間は３分以上であることが好ましい。なぜなら、３分未満で必要酸素量をスラグに吹き込むには、吹き込み速度を必要以上に速くしなくてはならないからである。なお、上限は、処理中のスラグ温度の低下の理由から、３０分とすることが好ましい。ちなみに、上述のとおり改質の後半での酸素の利用効率が低下するため、吹込み総時間が９分以上の場合は、１段目で吹込み総量の５０％以上を吹込み、３段目では２０％以下とすることがより好ましい。
【実施例】
【００２６】
図１に示した装置を使用して製鋼スラグの改質処理を実施した。溶融スラグ２中に浸漬した吹込み用ランス３から酸素含有気体４を吹込むことにより改質を行い、改質材は使用しなかった。ガス吹込み終了後は、スラグ鍋１を傾転して排滓し、溶融スラグ２を冷却した。
上記の改質処理に際し、初めに、改質前の製鋼スラグの組成に基づいて、改質に必要な酸素の吹込み総量を求めた。この吹込み総量Ａにおいて酸素の平均吹込み速度が０．５〜４．０Nm3/t-slagとなるように吹込み総時間Ｂを定めた。この吹込み総時間Ｂを３等分する３段階に区画し、１段目、２段目および３段目の各段における酸素の吹き込み量を、表１に示す各条件に定めて酸素含有気体の吹込みを行った。
各改質処理について、酸素の利用効率を評価した。
【００２７】
【表１】
0006299690.tif 000002
【００２８】
なお、上記の実施例は専用の改質容器に入れた転炉スラグにランスを浸漬して改質を行ったが、本発明はこれに限るものではなく、転炉のスラグ鍋内で改質してもよい。本実施例では改質後に容器から排出したが、本発明はこれに限るものではなく、容器内で凝固させても良い。また、各段での酸素の吹込み速度は一定とし段の変わり目で吹込み速度を変更したが、時間とともに吹込み速度を変化させても良い。
【符号の説明】
【００２９】
１：スラグ鍋
２：溶融スラグ
３：吹込み用ランス
４：酸素ガス含有気体
【図１】
0006299690.tif 000003