(57)【要約】【課題】  簡易な方法で気泡・凝固収縮孔のない健全なスラグインゴットを得ることができ、該インゴットをブロック状の人工石材として利用可能とする溶融スラグの凝固方法を提供すること。【解決手段】  鋳型内に溶融改質スラグを注入してスラグを凝固するに際し、溶融スラグを注入してから、注入したスラグ表面を加熱することを特徴とする。スラグ表面の加熱は、バーナによる加熱で行うことが好ましい。また、バーナによる加熱に際しては、加熱フレームが直接スラグ表面に当たり、その圧力でスラグ表面を振動させることにより、スラグ表面全域に熱供給を行き渡らせることができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内に溶融改質スラグを注入してスラグを凝固するに際し、溶融スラグを注入してから、注入したスラグ表面を加熱することを特徴とする、溶融スラグの凝固方法。
【請求項２】
スラグ表面の加熱は、バーナによる加熱で行うことを特徴とする、請求項１記載の溶融スラグの凝固方法。
【請求項３】
バーナによる加熱に際しては、加熱フレームが直接スラグ表面に当たり、その圧力でスラグ表面を振動させることを特徴とする、請求項２記載の溶融スラグの凝固方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラグの資源化を図るため、溶融改質したスラグを任意のブロック状に凝固する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、スラグの資源化が大きく進展し、鉄鋼業界においても、最も遅れていた製鋼スラグの資源化が行われ始め、その一環としてスラグの溶融改質法が開発されつつある。改質されたスラグは目的とする製品に応じた形状に凝固されるが、骨材等に利用されるものは粒径が小さく、その場合は圧縮空気を利用した急冷プロセス等が一般的に採用されている（例えば、非特許文献１参照）。一方、高級用途として、大型の人工石材の製造が要望されているが、薄板状の石材の場合には、冷却ドラムを用いた方法があるが（例えば、非特許文献２及び３参照）、ブロック状のものに関しては特に有効な方法は提案されておらず、単に金属の場合と同様にインゴットキャスティングが実施されていたに過ぎない。
【非特許文献１】製鉄研究  第３０１号（１９８０）  Ｐ．７１〜７９
【非特許文献２】シタールの生産技術  昭和４９年１１月１０日発行  著者  エム・エム・パブルシキン
【非特許文献３】ＮＫＫ技報  Ｎｏ．１７７（２００２．６）  Ｐ．５２〜５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、インゴットキャスティングの場合、気泡、凝固収縮孔がインゴット中心部に発生し易く、それによって商品価値を大きく低下させる。このような凝固収縮対策としては、一般に金属のインゴットキャスティング法で適用されている押湯技術（インゴットの上端を断熱し、凝固を本体に対して遅らせる）があるが、スラグの場合は凝固殻そのものが断熱性が高く、前記金属の押湯技術をそのまま適用しても、効果はほとんどない。
本発明の課題は、簡易な方法で気泡・凝固収縮孔のない健全なスラグインゴットを得ることができ、ブロック状の人工石材として利用可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するための本発明に係る溶融スラグの凝固方法は、鋳型内に溶融改質スラグを注入してスラグを凝固するに際し、溶融スラグを注入してから、注入したスラグ表面を加熱することを特徴とする。スラグ表面の加熱は、バーナによる加熱で行うことが好ましい。また、バーナによる加熱に際しては、加熱フレームが直接スラグ表面に当たり、その圧力でスラグ表面を振動させることにより、スラグ表面全域に熱供給を行き渡らせることができる。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る溶融スラグの凝固方法によれば、インゴットの上面（非鋳型接触部）が加熱されて凝固しないため、下方・側面からの凝固に伴う収縮に対して、確実に溶融スラグが供給され、かつ、残留気泡が合体・上昇してインゴット表面から抜けて放出され、気泡・凝固収縮孔のない健全なスラグインゴットを得ることができ、ブロック状の人工石材として利用可能となる。また、加熱のフレームが溶融スラグ表面に当たることによりその圧力でスラグ表面が僅かに振動するため、インゴット表面全域にわたりほぼ均等に熱が供給され、表面の早期かつ不均一な凝固を効果的に防止することができる。
本発明によって、従来ではスラグからは製造されなかった厚み（５０ｍｍ以上）のブロック状のインゴットを得ることができるため、種々の用途の人工石材として広く利用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】
【０００６】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、耐熱性材料からなる鋳型１内に所定量の溶融スラグ３を注入すると、鋳型１との接触面から冷却が始まり、凝固スラグ２が形成される。溶融スラグ３を鋳型１に注入した後、注入したスラグ表面を純酸素バーナ５にて加熱し、スラグの溶融状態を維持する。加熱開始時期は、注入直後とは限らず、ある程度時間をおいてもよいが、スラグ表面に純酸素バーナで容易に溶融し得ない程度の厚みの凝固殻が形成される前であることが必要である。凝固スラグ自体は熱伝導率が低く伝熱が極めて悪いため、凝固スラグ厚の増加速度は非常に遅い。
なお、上記の鋳型に注入される溶融スラグ３は、既に溶融改質処理を行ったスラグであり、図示していないが、本発明の上工程で、改質炉で製鋼スラグを改質材を添加することで溶融改質処理を施し、そのまま溶融状態を保持させて保温容器や樋などの中間供給手段を介して鋳型上方まで移送してきたものである。
【０００７】
溶融スラグ３内では、気泡４が発生し上昇するが、スラグ表面をバーナ５で加熱し溶融状態としているため、気泡４はスラグ表面まで上昇して完全に外部に放出し脱泡される。また、スラグの凝固は鋳型に接する下面及び側面から緩やかに進展するが、凝固に伴う体積収縮に対して、加熱され溶融状態にあるスラグがその収縮分を直ちに埋めるため、凝固収縮孔は全く生成せず、健全なスラグインゴットが得られる。図１（ｂ）が気泡が脱泡して凝固スラグ２が下面及び側面からその厚みを増していく状況を、図１（ｃ）が鋳型１内の溶融スラグが完全に凝固して凝固スラグ２となった状況を示している。加熱バーナ５による加熱は、図１（ｂ）のような状態において、ある程度の量の溶融スラグ３が残存している時期まで行うことが望ましい。
【０００８】
なお、スラグ表面を加熱しない場合は、図２にも示しているように、鋳型１に注入された溶融スラグ３は、鋳型接触面と同時にスラグ表面も冷却され凝固し始め凝固スラグ２を形成する。そのため上昇した気泡４は、凝固スラグ２に閉じ込められた状態となり、スラグ表面まで到達しないため脱泡できない。また、スラグ周囲全面が中心部に比べ先行して凝固するため、閉じ込められた溶融スラグの凝固収縮に伴う孔６（金属の鋳造時の引け巣に相当）が形成され、充分な強度を有する健全なスラグインゴットが得られない。
【０００９】
本発明においては、スラグ表面の加熱手段として純酸素バーナを示したが、これに限ることなく、スラグ表面の溶融状態を維持できる加熱手段であれば他の公知の形式を採用することも可能である。例えば、バーナタイプであれば、ＬＰＧ等の種々の燃料を使用したバーナや、或いは電気的なヒータ類や誘導加熱手段等を適用してもよい。コスト面や操業面、更には後述するスラグ表面の振動による伝熱の点から、本発明においてはバーナタイプを採用することが最も好ましいが、バーナは１本に限らず加熱する面積に応じて複数本に増やしてもよいし、また、水平及び鉛直方向に移動自在にすることもできる。更に、バーナの加熱能力を状況に応じて変化し得るように調整可能にしておくことも可能である。
【００１０】
次に、本発明の実施の形態例として、バーナによるスラグ表面の加熱に際し、該バーナから噴射される加熱フレームを直接スラグ表面に当てることにより、その動圧でスラグ表面に振動を生じさせ、この振動が波のように周囲に広がることで、スラグ表面全域にわたり均等に熱供給が行われ、インゴット表面全域を効果的に加熱することが望ましい。このスラグ表面に付与される振動により、熱供給が行き渡り難いフレームの周辺部にも万遍なく熱が供給されることとなり、表面の凝固を確実に防止することができる。
加熱フレームからの動圧は、少なくともスラグ表面全域にわたる伝熱が可能となる程度の振動を起こさせる程度で充分であるが、余り動圧を高くしすぎると、振動が大きくなってスラグが飛散（スプラッシュ発生）したりするので好ましくない。実際のバーナ加熱を行う場合には、事前にスラグの粘性、溶融温度等を考慮して、バーナ圧力や温度、バーナとスラグ表面との距離などを予め適正な数値に設定しておくことが好ましい。
【実施例】
【００１１】
［実施条件］
・鋳型サイズ            ：５００ｍｍ×５００ｍｍ×５００ｍｍ（高さ）
・スラグ成分（質量％）  ：ＣａＯ＝３５％、ＳｉＯ２＝２４％、Ｐ２Ｏ５＝１．８％、
ｔ−Ｆｅ＝１２％、Ａｌ２Ｏ３＝５％、ＭｎＯ＝６％、
ＭｇＯ＝６％
・鋳型注入時スラグ温度  ：１４００℃
・バーナ条件            ：ＬＰＧ＝４Ｎｍ３／ｈ、酸素＝２０Ｎｍ３／ｈ
・フレーム動圧          ：１．０×１０−３ＭＰａ
・バーナとスラグ面間隔  ：５００ｍｍ
【００１２】
［実施結果］
鋳型にスラグを注入後、上記バーナー条件にてスラグ表面を６時間加熱継続した。加熱中はバーナーフレームの動圧によりスラグ表面が数ミリ程度波立ち、表面の凝固は観察されなかった。加熱終了後はさらに６時間放置した。インゴットを破壊し内部を調査した結果、インゴット表層下１０ｍｍ近傍に僅かな空孔が見られたが、そこ以外には空孔は全く無く見られなかった。僅かな空孔部分を除去することにより、空孔のない健全なインゴットを高歩留で得ることができた。
一方、比較例として、鋳型にスラグを注入後、そのまま１２時間放置し、その後インゴットを破壊し内部を調査した。中心部に高さ方向で約５０ｍｍの空洞が見られ、その周辺のスラグには気泡が多数存在し、ぼろぼろ崩れてしまう状態であった。気泡のない健全な部分は鋳型接触面から約５０ｍｍ程度の部分のみであった。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る凝固方法の凝固過程を順次示す断面該略図である。
【図２】本発明を適用しない場合の凝固過程を示す断面該略図である。
【符号の説明】
【００１４】
１    鋳型                            ２    凝固スラグ
３    溶融スラグ                      ４    気泡
５    加熱バーナ                      ６    凝固収縮孔
【図１】
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【図２】
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