(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融状態の高炉スラグを一旦鍋に受けた後、その鍋からスラグを排出させる時点で、排出されて流下する該スラグに向けて高圧冷却水をノズルから噴射して水砕を行うに当たり、流下時の溶融スラグの温度を１３５０〜１４２０℃に調整し、かつ冷却水温度を６５〜９０℃、冷却水圧力を２５〜４９ｋＰａに調整することによって硬質水砕スラグの粒度を粗粒率ＦＭ値で３．８以上にすることを特徴とする硬質水砕スラグの粒度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬質水砕スラグの製造方法にかかり、とくにコンクリート施工時の細骨材として用いられる高炉硬質水砕スラグに適合する粒度に制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉スラグは、溶融状態のスラグに高圧水を直接吹き付けて急冷することによって製造される、水砕スラグの形で利用されることが多い。この水砕スラグは、その性状により、主にセメント等の原料となる軟質水砕スラグとコンクリート用細骨材向けの硬質水砕スラグとに区別されるが、大部分はセメント原料向けである。一方、コンクリート用スラグ細骨材向けの硬質水砕スラグは、ＪＩＳ  Ａ５０１１に規定されている。
【０００３】
この硬質水砕スラグをコンクリート用細骨材として利用する際は、硬質水砕スラグのみで使用することは少ない。すなわち、天然砂に硬質水砕スラグを一部混合して用いるのが一般的である。なぜなら、硬質水砕スラグは水硬性を有し、保存中に水分と反応し固結してしまうという問題があるためであり、水分を保持したままの硬質水砕スラグは単独で長期保存するのに適していないためである。
【０００４】
一般に、細骨材というのは、その粒度分布がＪＩＳで規格されている。ところが最近では、天然砂のみではその規格を満足できない場合が多く、砕砂等を混合して粒度分布を調整するのが普通である。ところで、高炉硬質水砕スラグを砕砂等の代替品として利用する場合、混合する天然砂の粒度分布に応じ、混合すべき水砕スラグの粒度が異なってくる。すなわち、天然砂の粒度が細粒のときは粗粒のもの、天然砂の粒度が粗粒のときは細粒のものが求められるのである。
【０００５】
例えば、細粒の硬質水砕スラグが求められる場合は、硬質水砕スラグを破砕して粒度調整することにより、要求品質を容易に満足できる。しかし、粗粒の硬質水砕スラグが必要とされる場合は、硬質水砕スラグの粒を粗くしておく必要がある。
【０００６】
ここで、硬質水砕スラグの製造方法として現在、溶融スラグを一旦スラグ鍋に受けた後、高炉とは別の場所に設けられた水砕設備で水砕する炉外方式と、高炉に直結した軟質水砕製造設備で製造した水砕スラグの中から高比重の物を選別する炉前方式と、の２方式が実施されている。
【０００７】
後者の炉前方式にて通常の軟質水砕スラグを製造する場合、出銑初期のスラグ流量が少ないときは、得られる軟質水砕スラグの粒度が小さく、逆に出銑末期のスラグ流量が多いときは同粒度が大きくなる傾向が知られているが、硬質水砕スラグを粗粒化するための方法に言及した従来技術は知られていない。
【０００８】
ただし、水砕スラグ製造時に、その粒度を調整することに関して、例えば特公平６−３９３４０号公報には、スラグ冷却用の吹製水の噴射を４ケ所のノズルから行い、それぞれのノズルの水圧を独立制御できるようにした、硬質水砕スラグと軟質水砕スラグを造り分ける技術が開示され、さらに溶融スラグに最初に当たる冷却水の水圧を低下させると水砕スラグ粒が粗くなるとの記載がある。しかし、この開示の方法は単に水圧調整のみによって粗・細粒化を調整しようとする技術である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この技術は設備が複雑となり、また各噴射ノズルの水圧をそれぞれ適切な範囲に制御する必要があるところから、簡易な設備で効率よく硬質水砕スラグを粗粒化する方法の開発が希求されていた。とりわけ、簡易な設備を用いて低コストで粗粒化を達成することが望まれている。
【００１０】
そこで本発明は、かかる事情に鑑み、硬質水砕スラグの粒度を、簡易かつ効率よく、しかも低コストにて制御する手法について提案することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記の目的を達成するための手段について鋭意研究を重ねたところ、冷却水の温度または溶融スラグの温度を調整すれば、特に低コストで粗粒のコンクリート用細骨材に適した硬質水砕スラグが得られることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１２】
すなわち、本発明は、溶融状態の高炉スラグを一旦鍋に受けた後、その鍋からスラグを排出させる時点で、排出されて流下する該スラグに向けて高圧冷却水をノズルから噴射して水砕を行うに当たり、流下時の溶融スラグの温度を１３５０〜１４２０℃に調整し、かつ冷却水温度を６５〜９０℃、冷却水圧力を２５〜４９ｋＰａに調整することによって硬質水砕スラグの粒度を粗粒率ＦＭ値で３．８以上にすることを特徴とする硬質水砕スラグの粒度制御方法である。
【００１４】
なお、硬質水砕スラグは、そのＦＭ値が３．８以上であることが、コンクリートスラグ細骨材として供する場合に、とりわけ有利である。ここで、ＦＭ値とは、骨材の粒度を表す一般的指標である、粗粒率（Fineness- Modulas)のことである。この粗粒率は、所定重量のサンプルを８０，４０，２０，１０，５，2.5 ，1.2 ，0.6 ，0.3 ，0.15ｍｍの一連の篩を用いて順次篩い分けを行い、粗い篩目側から合計した残留粒子（各篩に残留する粒子）の重量、即ち累計粒子重量を各篩の代表値とし、この各篩の累計粒子重量の前記所定重量に対する百分率を残留累計百分率とし、各篩の残留累計百分率の合計を１００で割ったものとして定義される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を導くに至った経緯に基づいて、本発明を詳しく説明する。
すなわち、発明者らは、操業条件が水砕スラグの粒度に及ぼす影響を明らかにするために、従来製造されているセメント向け軟質水砕スラグの製造設備において、コスト高となる冷却水圧力の調整は除外した、他の操業条件を種々に変更して実験を行った。その結果、該設備の吹製装置における冷却水の温度、そして溶融スラグの温度を変化したところ、スラグの粗粒化に極めて有効であることが判明した。
【００１６】
次に、冷却水の温度または溶融スラグの温度を調整する手法について、具体的に説明する。
図１に、本発明を適用する、炉外方式の水砕スラグ製造設備の概要を示す。
この水砕スラグ製造設備は、高炉１近くに設置した、吹製装置２、水砕槽３および脱水機４から成り、冷却塔５からポンプを介して冷却水を吹製装置２並びに脱水機４に供給し、吹製装置２においてはノズルからの冷却水の噴射に、また脱水機４においては水砕スラグから脱水された水の冷却に、それぞれ用いる。この製造設備では、高炉１からの溶融スラグを一旦鍋６に受け、この鍋６からスラグ樋７を介して吹製装置２へ溶融スラグを流下させる時点にて、ノズルから冷却水を流下スラグに向けて吐出して水砕を行う。かくして得られた水砕スラグは、水砕槽３から脱水機４へ送られ、ここで固液分離してから、製品槽８に溜められる。
【００１７】
ここで、冷却水の温度を調整するには、冷却塔５において冷却水の温度を調整し、所定温度の冷却水を吹製装置２に供給すればよい。なお、冷却水の温度は、６５〜９０℃の範囲に調整する。なぜなら、ＦＭ値が３．８以上の粗い粒度の硬質水砕を得るためには、６５℃以上が望ましい。水温を高くする程、粗粒率も高くなるが、水温を９０℃程度にまで上げると、スラリーポンプでキャビテーションが発生する危険が高くなるため、９０℃以下で管理する。
【００１８】
また、溶融スラグの温度を調整するには、溶融スラグを鍋６に受けてから吹製装置２へ溶融スラグを流下させるまでの時間を制御すればよい。あるいは、溶融スラグを受ける鍋６を事前に冷却したり、溶融スラグを鍋６に受ける際、鍋６に散水して温度を下げることも可能である。
【００１９】
なお、溶融スラグの温度は、１３５０〜１４２０℃の範囲に調整する。なぜなら、スラグ温度を下げすぎると、スラグ鍋からの排出性が悪くなり、排出流量の変動が大きくなって、これにともない水比が変動し、成品の性状も変動する問題がある。また、スラグ温度が１４２０℃以上になると、単位容積重量が低下、すなわち水砕スラグの軟質化が生じるため、硬質水砕スラグの製造ができないからである。
【００２０】
【実施例】
実施例１
次に、上記水砕スラグ製造設備を用いた、硬質水砕スラグの粒度制御を具体的に説明する。すなわち、高炉１の下方で鍋６に溶融スラグを受けたのち、ディーゼル車で鍋６を水砕スラグ製造設備に運んだ。次いで、スラグを流す前に鍋６内のスラグ表面の凝固スラグをバックホーで壊し、鍋６を傾動位置まで運んだ。そして、流下するスラグ量が一定となるように、所定の速度で鍋を傾転し、スラグ樋７を介してスラグの流れを安定させて吹製装置２内に流し、該装置のノズルから吐出する冷却水により水砕した。
【００２１】
ここで、冷却水の温度は、ノズル吐出口手前で４５〜７５℃の範囲にて適宜調整した。また、冷却水圧力は２５〜４９ｋＰａ（0.25〜0.50 kgf／cm２)と一定にし、鍋６からの１回の排出量は約３０ton とした。なお、スラグ温度は鍋６から流出する際に放射温度計で測定したところ、１３５０〜１４２０℃であった。
【００２２】
かくして冷却水の温度を調整して得られた水砕スラグは、炉前水砕と同様に、鍋毎３０ｔｏｎを製品槽から抜き出し、ダンプカーでヤードまで輸送し、ヤードに一つ一つ山にした。次に、一山毎にサンプルを採取し、その粒度分布を測定した。
【００２３】
その結果について、冷却水温度と粒度との関係を図２の示すように、冷却水温度と水砕スラグとの粒度が良く相関していることがわかる。そして、特に６５〜９０℃に調整することによって、水砕スラグのＦＭ値が３．８以上の粗い硬質水砕スラグが製造でき、コンクリート用スラグ細骨材としての品質を満足できるものができた。
【００２４】
ちなみに、吹製水のノズル水圧のみを調整する従来法では、同様の操業条件での水砕スラグ製造中に水温が常温から８０℃程度まで変動するため、ＦＭ値が２．８〜４．２とばらつき、所望の粒度の水砕スラグを得るために、さらに篩分けが必要であった。
【００２５】
実施例２
また、上記と同様に、水砕時の溶融スラグ温度を１３５０〜１４２０℃の範囲にて適宜調整する操業を行った。また、冷却水圧力は３９〜４９ｋＰａ（0.4 〜0.5 kgf ／cm２)と一定にし、鍋６からの１回の排出量は約３０ton とした。なお、冷却水の温度は、ノズル吐出口手前で７０〜８０℃の範囲とした。
【００２６】
かくして溶融スラグの温度を調整して得られた水砕スラグは、炉前水砕と同様に、鍋毎３０ｔｏｎを製品槽から抜き出し、ダンプカーでヤードまで輸送し、ヤードに一つ一つ山にした。次に、一山毎にサンプルを採取し、その粒度分布を測定した。
【００２７】
その結果について、溶融スラグの温度と粒度との関係を示す図３に明らかなように、溶融スラグ温度と水砕スラグとの粒度が良く相関していることがわかる。そして、溶融スラグ温度を特に１３８０〜１４００℃に調整することによって、水砕スラグのＦＭ値のばらつきが３．８〜４．１の狭い範囲（０．３）に落ちつく操業を実現できた。
【００２８】
ちなみに、吹製水のノズル水圧のみを調整する従来法では、出銑口からのスラグの流出速度に応じてスラグ温度が１３６０〜１４５０℃位まで変動したため、同様の操業条件において得られた水砕スラグのＦＭ値のばらつきが３．４〜４．２と広範囲になった。このため、所望の粒度の水砕スラグを得るために、篩分けが必要であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば，冷却水温度または溶融スラグ温度を調整することにより、硬質水砕スラグの粒度を特に低コストにて制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】炉外方式の硬質水砕スラグ製造設備の概要を示す図である。
【図２】水砕スラグの粒度に及ぼす冷却水温度の影響を示す図である。
【図３】水砕スラグの粒度に及ぼす溶融スラグ温度の影響を示す図である。
【符号の説明】
１  高炉
２  吹製装置
３  水砕槽
４  脱水機
５  冷却塔
６  鍋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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