(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、ブロック状の人工石材として有効利用可能な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、スラグ注入流に対し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、スラグを鋳型内で速やかに凝固させる。酸化物粒子として、改質されたスラグ或いは本プロセスで得た凝固スラグの一部を粉砕してを用いることが好ましい。【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、スラグ注入流に対し酸化物粒子を連続的或いは断続的に投入することを特徴とする、溶融スラグの凝固方法。
【請求項２】
酸化物粒子として、改質されたスラグを用いることを特徴とする、請求項１記載の溶融スラグの凝固方法。
【請求項３】
酸化物粒子として、請求項１又は２記載の凝固方法で得られたスラグの一部を破砕して用いることを特徴とする、請求項１記載の溶融スラグの凝固方法。
【請求項４】
酸化物粒子の投入量を、排滓前のスラグの温度及びスラグの注入速度の一方或いは双方を計測し、その計測値に基づいて決定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の溶融スラグの凝固方法。
【請求項５】
酸化物粒子投入後のスラグの液相率が３０〜６０％になるようにしたことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項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行われている（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、スラグの資源化に有効な溶融スラグの凝固方法を提供することである。
【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、スラグ注入流に対し酸化物粒子を連続的或いは断続的に投入することを特徴とする。鋳型内に収容される前のスラグ注入流に対して酸化物粒子を投入することにより、スラグを鋳型前に冷却し、鋳型内に収容されたときに直ちに凝固するようにする。
上記の方法において、投入される酸化物粒子としては、改質されたスラグを用いても、或いは、本発明の凝固方法で得られたスラグの一部を破砕して用いることが好ましい。
また、上記の凝固方法において、酸化物粒子の投入量を、排滓前のスラグの温度及びスラグの注入速度の一方或いは双方を計測し、その計測値に基づいて決定することが好ましい。これによって酸化物粒子の投入量を常に最適な量に維持し、目標とするスラグの凝固を行わせる。
更に、上記の凝固方法において、酸化物粒子投入後のスラグの液相率が３０〜６０％になるようにすることが望ましい。この範囲内の液相率にスラグを保持すれば、ほとんど流動性のない性状となり、実質的な凝固状態となる。
なお、この場合の液相率は、市販の熱力学計算モデルソフト（例えば、ＳＯＬＧＡＳＭＩＸ）で求めた計算値であり、これはスラグの成分が決まれば求まるものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る凝固方法によれば、酸化物粒子をスラグ注入流に投入することにより、注入された溶融スラグは所定の液相率近傍に維持されるので、速やかに凝固が開始し、その過程が連続的に進行するので、溶融スラグは下方から順に凝固するため、凝固収縮孔のない健全なインゴットを確実に得ることができ、良質のブロック状の人工石材として利用可能となる。
【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形態例を図面に基づいて説明するが、比較のため本発明を適用しなかった場合の態様を先に説明する。
図２に示す凝固方法は、単に溶融改質スラグ３をそのまま鋳型１に注入した場合である。このとき鋳型１との接触面及び鋳型内スラグ上面近傍のスラグは、冷却されて凝固スラグ２を形成するが、注入された溶融スラグすべての液相率が所定の液相率以下にはならないので、中心部に溶融スラグが内在された状態となる。そのため、上昇し切れなかった気泡６が内包され、凝固の進展に伴う収縮に対し、外部からの溶融スラグの補償がないため、最終的には凝固収縮孔７として残存する。このようなインゴットでは商品価値は非常に低いものとなる。
【０００７】
これに対し本発明に係る凝固方法は、図１に示す如く、遊離ＣａＯを低減することで改質された溶融スラグ３を、傾動自在な注入容器８を介して鋳型１に注入するに際し、鋳型に到達する前のスラグ注入流に、酸化物粒子４を投入・添加するものである。酸化物粒子４は酸化物投入装置５内に収容され、投入シュートを介して注入流の適宜位置に投入される。酸化物投入量は、投入装置５によって必要に応じて調整可能である。この酸化物粒子４をスラグの注入流に投入することで、酸化物粒子がスラグと良く混合され、鋳型１内に落下注入されると、直ちにスラグの液相率は所定の液相率近傍となり、速やかに凝固スラグ２が生成する。この凝固状態が連続的に進行することにより、スラグ凝固は下方から順次進展し、未凝固の溶融スラグがインゴット中央部に残存することはない。したがって、気泡も生じず、凝固収縮孔の発生も起こらないことから、健全なスラグインゴットが得られる。
酸化物粒子の投入は連続的に行うことが好ましいが、凝固の状況によっては断続的に行ってもよい。また、スラグ注入が終了するまで酸化物粒子の投入を継続すればよいが、スラグ注入の終了より前に投入を停止することもできる。
【０００８】
使用する酸化物粒子としては、溶融スラグと反応してガスを発生したり、膨張性のあるものは好ましくなく、例えば、アルミナ粉体やヘマタイト粉体等が好ましい酸化物粒子として挙げられるが、特に、改質されたスラグなどを用いれば安価でありより望ましい。当然ながら、本発明に係る凝固プロセスで得られるスラグの一部を利用しても良く、特に、インゴットを使って製品スラグの加工を行う過程で不可避的に発生するスラグ破片等を粉砕して用いる形が、資源リサイクルの観点から最も好適な形態と言える。なお、酸化物は、溶融スラグの冷却を狙いとしているため、できるだけ低温の状態、例えば常温の形で投入することが望ましいが、それより温度が高い場合には投入量を増加させて対応すればよい。酸化物粒子の粒径としては、できるだけ小さいもの、実質的にはほぼ粉体の形が望ましい。
【０００９】
また、酸化物粒子の投入量は、注入する溶融スラグの温度及び注入速度により決まるものであるが、前者の場合は注入前のスラグ温度、後者の場合はスラグ注入速度を計測し、その値に基づいて酸化物粒子投入速度を制御することになる。スラグの温度測定は注入前に消耗型熱電対を用いて行い、スラグ注入速度は、スラグ容器を吊るクレーンのスケールを用いて計測し計算機で算出する。このような操業形態を採ることが理想的であるが、操業が安定しスラグ温度、注入速度の変動が少ない場合には、酸化物の投入量はパターン化した形態で充分対処でき、必ずしも、上記計測・制御は必要でなく省略してもよい。
【００１０】
なお、注入前のスラグ温度を計測して酸化物粒子投入速度を制御する場合、実際には成分で決まる当該スラグ融点を計算により求め（この計算に前記したＳＯＬＧＡＳＭＩＸの如き熱力学計算モデルソフトを利用する）、この融点と前記計測した実際のスラグ温度から当該スラグの過熱度が分かるため、過熱度に見合った量の酸化物粒子投入量を決定し、これを投入機構に指示すればよい。
また、スラグの注入速度を計測する場合には、前記したクレーンスケールでリアルタイムに計測することが可能であり、この計測値に基づいてその都度酸化物粒子投入量を細かく制御することができるが、実用的には１回の操業結果から判断して酸化物粒子の投入量をパターン化して操業を行っても差し支えのない場合が多い。
【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％
・スラグ注入速度、温度    ：３５０ｋｇ／ｍｉｎ、１４００℃
・酸化物粒子成分(質量％）：ＣａＯ＝３５％、ＳｉＯ２＝２４％、Ｐ２Ｏ５＝１．８％、                            ｔ−Ｆｅ＝１２％、Ａｌ２Ｏ３＝５％、ＭｎＯ＝６％、
ＭｇＯ＝６％
・酸化物粒子投入速度、温度：６０ｋｇ／ｍｉｎ、２５℃
【００１２】
［実施結果］
溶融スラグ３５０ｋｇを鋳型に１分間で注入するのと同じタイミングで常温の酸化物６０ｋｇを連続的に投入した。注入後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。インゴット表層下２０ｍｍ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、酸化物を投入せずに、鋳型にスラグを１分間で注入後、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。中央部に高さ方向で約２０ｍｍ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７０ｍｍ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    酸化物粒子
５    酸化物投入装置                  ６    気泡
７    凝固収縮孔                      ８    注入容器
【図１】
2005306656.tif 000003
【図２】
2005306656.tif 000004