(57)【要約】【課題】還元スラグを有効に活用するために、還元スラグを用いた鉄鋼製造に有用な脱酸用造滓材を提供すること、及び該脱酸用造滓材の製造方法を提供すること。【解決手段】還元精錬時に発生する還元スラグ１を取り出し、脱硫工程２００で前記還元スラグ１に水分を接触させて脱硫して脱硫還元スラグとし、混合工程２５０で脱硫還元スラグとＡｌ２Ｏ３及び金属アルミニウムを混合し、成形工程３００で前記混合物を所定形状に成形して成形物とし、固化工程４００で前記成形物を二酸化炭素により固化してＣＯ２固化体からなる造滓材２とし、該造滓材２を二次精錬時の脱酸用造滓材として用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼精錬の脱酸に用いられる造滓材であって、還元スラグに水分を接触させて脱硫した脱硫還元スラグにＡｌ成分を加え、二酸化炭素により固化されたＣＯ２固化体からなり、Ｓ成分が０．５質量％以下であり、Ａｌ２Ｏ３成分が１０質量％以上〜３０質量％以下であり、金属Ａｌ成分が５質量％以上〜２０質量％以下であることを特徴とする脱酸用造滓材。
【請求項２】
前記Ａｌ成分がアルミニウム精錬した際に発生するＡｌ灰であることを特徴とする請求項1記載の脱酸用造滓材。
【請求項３】
前記Ａｌ成分が金属アルミニウムを加工した際に発生するＡｌ屑であることを特徴とする請求項1又は２記載の脱酸用造滓材。
【請求項４】
前記ＣＯ２固化体の圧縮強度が5ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項1記載の脱酸用造滓材。
【請求項５】
融点が１３５０℃以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の脱酸用造滓材。
【請求項６】
還元スラグを用いた脱酸用造滓材の製造方法であって、還元スラグに水分を接触させて脱硫して脱硫還元スラグとし、脱硫還元スラグにＡｌ成分を加え、所定の形状に成形した成形物とし、該成形物を二酸化炭素を含むガスにより固化させてＣＯ２固化体からなる造滓材を得ることを特徴とする脱酸用造滓材の製造方法。
【請求項７】
前記還元スラグに水蒸気を接触させて脱硫することを特徴とする請求項６記載の脱酸用造滓材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元スラグの処理に関し、還元スラグを利用した脱酸用造滓材及びその脱酸用造滓材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銑鉄、スクラップ等を精錬し、電気炉製鋼により鋼を製造する場合、副産物として大量の酸化スラグと還元スラグが発生する。酸化スラグは、酸素を加えて鋼中の炭素と反応させて不要成分を除去する酸化精錬時に発生する。そして酸化精錬後、酸化スラグを排出し、還元材、生石灰等を加え、溶鋼中の酸素を除去する還元精錬時に、還元スラグが発生する。還元スラグはＣａＯ成分を主体とし、膨張性を有し、微粉状であり、高アルカリ性（ｐＨ１１〜１２）で、Ｓ成分を含有するという特徴を有している。
【０００３】
従来、酸化スラグは、適当な大きさに破砕して路盤材として利用されていた。これに対し、還元スラグは、ＣａＯ成分を大量に含んでいることから、路盤材として使用した際に、経時的に体積膨張して数年後に路面が膨らむ虞があるため、そのままでは、路盤材等に利用することができなかった。
【０００４】
そこで、還元スラグの処理方法として、還元スラグを水の存在下に数ヶ月おいて体積膨張させるエージング処理を行った後に、酸化スラグと配合して路盤材として利用する方法が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、鉄鋼製造プロセスで発生したスラグを原料として、炭酸化反応で生成させたＣａＣＯ３をバインダーとして固結させ塊状化してなる石材を海中沈設用石材として用いることが公知である（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平３−２１６８２号公報
【特許文献２】特開平１１−７１１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の様に還元スラグを酸化スラグと混合して使用する場合、路盤材の配合比に限界があり、全ての還元スラグを路盤材として利用することができないという問題があった。また、還元スラグをエージングして膨張させる処理を行う場合、還元スラグを数ヶ月間一つの場所に滞留させるために広大な土地を必要とするが、広大な土地を確保するのは困難である。
【０００７】
また、特許文献２に記載されているように、還元スラグを海中沈設用石材に利用したとしても、その用途だけでは、発生する還元スラグを全て処理することは不可能である。現状では、製鋼工程において発生する還元スラグの全量が有効に利用されているものではない。還元スラグを有効に活用することが要望されている。
【０００８】
還元スラグはＣａＯ成分を大量に含んでいることから、例えば還元スラグの処理方法として、電気炉の精錬工程の造滓材として再利用することが考えられる。しかし、還元スラグはＳ成分の含有率が高いため、同時に添加する石灰の量を増やす必要があり、製造コストが高くなるという問題があった。更に還元スラグを造滓材として用いようとしても、還元スラグは微粉状であり粉塵が発生しやすいことから、輸送や投入の際の取扱いがしにくいという問題があった。そのため、還元スラグは造滓材として利用することができなかった。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、還元スラグを有効に活用することであり、そのために還元スラグを用いた鉄鋼製造に有用な脱酸用造滓材を提供すること、その脱酸用造滓材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る脱酸用造滓材は、鉄鋼精錬の脱酸に用いられる造滓材であって、還元スラグに水分を接触させて脱硫した脱硫還元スラグにＡｌ成分を加え、二酸化炭素により固化されたＣＯ２固化体からなり、Ｓ成分が０．５質量％以下であり、Ａｌ２Ｏ３成分が１０質量％以上〜３０質量％以下であり、金属Ａｌ成分が５質量％以上〜２０質量％以下であることを要旨とする。
【００１１】
上記脱酸用造滓材は、前記Ａｌ成分がアルミニウム精錬した際に発生するＡｌ灰であることや、前記Ａｌ成分が金属アルミニウムを加工した際に発生するＡｌ屑であることや、前記ＣＯ２固化体の圧縮強度が５ＭＰａ以上であることや、融点が１３５０℃以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る脱酸用造滓材の製造方法は、還元スラグを用いた脱酸用造滓材の製造方法であって、還元スラグに水分を接触させて脱硫して脱硫還元スラグとし、脱硫還元スラグにＡｌ成分を加え、所定の形状に成形した成形物とし、該成形物を二酸化炭素を含むガスにより固化させてＣＯ２固化体からなる造滓材を得ることを要旨とする。
【００１３】
上記脱酸用造滓材の製造方法において、前記還元スラグに水蒸気を接触させて脱硫することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る脱酸用造滓材は、還元スラグに水分を接触させて脱硫した脱硫還元スラグにＡｌ成分を加え、二酸化炭素により固化されたＣＯ２固化体からなり、Ｓ成分が０．５質量％以下であり、Ａｌ２Ｏ３成分が１０質量％以上〜３０質量％以下であり、金属Ａｌ成分が５質量％以上〜２０質量％以下である構成を採用したことにより、脱酸剤としての機能を備えている。そのため製鋼の脱酸工程でＣａＯやＳｉ合金等を装入する代わりに、本発明脱酸用造滓材を使用することができる。
【００１５】
本発明脱酸用造滓材は、二酸化炭素により固化されたＣＯ２固化体であるから、還元スラグの微粒子の界面がＣａＣＯ３により構成されており、脱酸用造滓材を溶鋼に投入した際に、ＣａＣＯ３が溶鋼と接すると直ちに熱分解して、脱酸用造滓材の粒子が崩壊し微粒子化する。その結果、脱酸用造滓材の溶鋼に対して反応する表面積が増大するから、脱酸用造滓材と溶鋼との反応が促進される。
【００１６】
従来、製鋼において、電気炉から出た後の取鍋精錬等の二次精錬における初期脱酸工程では、還元剤としてＣａＯが装入され、脱酸剤としてＳｉ合金等が装入されていた。しかし、ＣａＯは融点が高いので溶鋼中に装入されても直ぐには溶解せず、溶解に時間がかかってしまうと言う問題があった。そこでＣａＯの融点を下げて溶融性を向上させるためには、ホタル石（ＣａＦ２）を装入する必要があった。
【００１７】
しかし精錬工程においてＣａＦ２を使用すると、発生するスラグ中にフッ素（Ｆ）成分が含まれることになる。フッ素成分を含むスラグを路盤材等に利用した場合、土壌中や地下水にフッ素が溶出する虞がある。そのためスラグからフッ素成分を減らすことが要求されている。これに対し、本発明脱酸用造滓材は、還元スラグを原料とし更にＡｌ成分を加えていることにより、低融点であるから、ＣａＦ２の添加が不要であり、発生するスラグ中のフッ素成分を減らすことができる。
【００１８】
更に本発明脱酸用造滓材は、上記ＣａＯ、Ｓｉ合金を別々に装入する場合と比較して、低融点であり、溶融速度が速く、造滓材を溶解する際の溶融エネルギーが少なくて済むので、省エネルギーである。
【００１９】
本発明に係る脱酸用造滓材の製造方法は、還元スラグを用いた脱酸用造滓材の製造方法であって、還元スラグに水分を接触させて脱硫して脱硫還元スラグとし、脱硫還元スラグにＡｌ成分を加え、所定の形状に成形した成形物とし、該成形物を二酸化炭素を含むガスにより固化させてＣＯ２固化体からなる造滓材を得る方法を採用したことにより、微粒子の界面がＣａＣＯ３からなるマトリックス構造を有し、プリメルト品であるから低融点であり、有用な脱酸用造滓材を確実に得ることができる。
【００２０】
このように本発明によれば、還元スラグを処理して得られる造滓材を製鋼工程の中の脱酸工程で脱酸用造滓材として再利用することで、還元スラグの有効利用が図れると共に、還元スラグの処理の負担を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る脱酸用造滓材（以下、単に造滓材ということもある）について詳細に説明する。本発明の造滓材は、還元スラグに水分を接触させて脱硫した脱硫還元スラグとし、脱硫還元スラグにＡｌ成分を加え、所定の形状に成形した成形物とし、該成形物が二酸化炭素を含むガスに接触されて固化されたＣＯ２固化体からなる。
【００２２】
表1は脱酸用造滓材の成分組成を示すものである。表1に示すように、造滓材の組成の特徴として、原料に還元スラグを用いているので、ＣａＯ成分が３０質量％超であり、ＣａＯ／ＳｉＯ２の質量比（以下、Ｃ／Ｓ比ということもある。Ｃ／Ｓ比は、塩基度と呼ばれる場合がある。）が１．０超と高い。また造滓材は還元スラグに後からＡｌ成分を加えており、Ａｌ２Ｏ３成分を１０質量％以上〜３０質量％以下含み、金属アルミニウム（以下、Ｍ−Ａｌと記載する）成分を５質量％以上〜２０質量％以下含む。これらの点が、造滓材の成分組成の大きな特徴である。
【００２３】
造滓材の組成は還元スラグの組成及び添加するＡｌ成分の組成に依存する。造滓材の組成としては、表１に示す成分以外に、ＭｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆ、ＴｉＯ２、Ｃ、水分（結晶水）等が含まれている場合がある。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
造滓材の原料として用いられる還元スラグは、製鋼の二次精錬におけるＣａＯを主体とした副産物である。このような還元スラグとして具体的には、ＬＦ（取鍋精錬）スラグ又はＡＯＤスラグ等が挙げられる。また造滓材の原料となる還元スラグは、リン（Ｐ）成分が一次精錬である酸化精錬の際にほとんど除去されていることから、造滓材とした際にも、Ｐ成分を実質的に含まない。
【００２６】
また造滓材の原料となる還元スラグ自体は、Ｓ成分の含有率が高いが、還元スラグに水分を接触させて脱硫されているので、表１に示すようにＳ成分の含有率が０．５質量％以下の低Ｓ含有率となっている。造滓材は、Ｓ成分が０．３質量％以下が好ましく、更に好ましくはＳ成分が０．１質量％以下であるのが望ましい。Ｓ成分が多いと、二次精錬時に脱ＳのためのＣａＯを追加する必要があるが、Ｓ成分が少ない場合ＣａＯを追加する必要がない。
【００２７】
還元スラグに水分を接触させると下記の（１）式に示すように、還元スラグ中に含まれている硫化カルシウムが水と反応して脱硫反応が進行し、Ｓ成分が除去されて水酸化カルシウムを含む脱硫還元スラグが得られる。なお還元スラグに水分を接触させると、下記（２）式に示すように酸化カルシウムも水酸化カルシウムとなる。
ＣａＳ＋２Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２＋Ｈ２Ｓ↑・・・（１）
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２          ・・・（２）
【００２８】
造滓材は、脱硫還元スラグにＡｌ成分を加えた混合物を、所定の形状に成形した成形物をＣＯ２固化した固化体である。脱硫還元スラグに混合するＡｌ成分は、Ａｌ２Ｏ３及び／又はＭ−Ａｌが用いられる。Ａｌ成分は、還元スラグの成分組成に応じて、造滓材が所定の成分量となるように、Ａｌ２Ｏ３及び／又はＭ−Ａｌを適宜添加することができる。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３は、造滓材を低融点化するために添加される。Ａｌ２Ｏ３は、アルミナを含むアルミナ源であればよく、例えば、アルミニウム精錬の際に発生するスラグであるＡｌ灰を用いることができる。Ａｌ灰等の廃棄物関連資材を用いた場合は、廃棄物の処理を行うことができ、造滓材の原料コストを低減できる。
【００３０】
Ａｌ２Ｏ３成分の添加量は、造滓材中のＡｌ２Ｏ３成分が１０質量％以上となるように添加される。Ａｌ２Ｏ３成分が１０質量％未満では、融点の低下効果が不十分である。確実な融点の低下効果を得るためにＡｌ２Ｏ３成分の添加量は、２０質量％以上となるように添加するのが好ましい。またＡｌ２Ｏ３成分の添加量が３０質量％を超えると融点が高くなるので、３０質量％以下となるように添加する。
【００３１】
Ｍ−Ａｌは、造滓材の脱酸性を向上させる為に添加される。造滓材中のＭ−Ａｌは、下記（３）式に示すように、酸素と反応する。Ｍ−Ａｌは、金属アルミニウムであれば特に限定されないが、鋳造したアルムニウム製品の切り子のようなアルミニウム屑を用いるのが好ましい。アルミニウム屑等の廃棄物関連資材を用いた場合は、廃棄物の処理を行うことができ、造滓材の原料コストを低減できる。
３［Ｏ］＋２Ａｌ→Ａｌ２Ｏ３          ・・・（３）
【００３２】
Ｍ−Ａｌ成分の添加量は、造滓材中のＭ−Ａｌ成分が５質量％以上〜２０質量％以下となるようにする。造滓材中のＭ−Ａｌ成分が５質量％未満では、脱酸性能が十分得られない。また造滓材中のＭ−Ａｌ成分が２０質量％を超えると、原料コストが上昇する。造滓材中のＭ−Ａｌ成分は、脱酸効果と原料コストのバランスが良いという点から、１０質量％以上〜１５質量％以下となるようにするのが好ましい。
【００３３】
脱硫スラグと成分の混合物を成形する場合の成形体の形状は、特に限定されず、例えばタブレット状、ペレット状等の所定形状に形成することができる。また上記成形体の大きさは、特に限定されないが、ペレット状の場合、直径１０〜１００ｍｍ程度に形成することが好ましい。また形状が円筒状タブレットの場合は、直径１０〜１００ｍｍ、高さが１０〜５０ｍｍ程度に形成することが好ましい。好ましい造滓材の形状及び大きさとして、例えば、直径３０〜５０ｍｍ、高さ１０〜２０ｍｍの円筒状タブレットが挙げられる。成形された造滓材の形状が上記範囲であれば、造滓材の製造が容易であり、造滓材を運搬する際や、溶鋼中に投入する際の使用時の取扱いが容易である。
【００３４】
造滓材は、ＣＯ２固化体の圧縮強度が５ＭＰａ以上に形成されていることが好ましい。上記圧縮強度を有していれば造滓材の取扱いの際に、成形した形状が崩壊して微粉化する虞がなく、確実な取扱いができる。造滓材は、圧縮強度が１０ＭＰａ以上であることが、取扱いの際に、より崩壊しにくくなるので更に好ましい。尚、上記圧縮強度は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に準ずる方法で測定することができる。圧縮強度の測定に用いる供試体は、円柱状のもの、或いはブリケット状のものを用いることができる。
【００３５】
造滓材は、脱硫還元スラグにＡｌ成分を加えた成形体に二酸化炭素を接触させて炭酸固化（ＣＯ２固化）されており、下記の（４）式に示すように、脱硫還元スラグ中の水酸化カルシウムが炭酸カルシウム化されている。上記成形体に二酸化炭素を接触させるのに、炭酸ガスを含むガス等が用いられる。なお、下記（５）式に示すように、脱硫還元スラグをＣＯ２固化する際、水分が存在するとＣａＳが炭酸と反応して脱硫反応も進行する。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ  ・・・（４）
ＣａＳ＋Ｈ２ＣＯ３→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｓ↑    ・・・（５）
【００３６】
造滓材は、ＣＯ２固化によりＣａＯの粒子間に存在しているＣａ（ＯＨ）２が二酸化炭素と反応して生成したＣａＣＯ３がマトリックスとして粒子間を結合するマトリックス構造を有している。還元スラグに水分を接触させて脱硫しただけの状態の脱硫還元スラグは、Ｃａ（ＯＨ）２により微粉化して脆い状態であるが、ＣＯ２固化した後の造滓材は、マトリックス構造により塊状化して微粉化しにくくなり取扱いが容易な強度を有する。
【００３７】
造滓材は、溶鋼に投入した際に直ぐに溶解するという特徴がある。下記の表２に示すように、還元スラグ中のＣａＯ（生石灰）等の各成分のそれぞれ単独の融点は２０００℃以上である。これに対し、ＣＯ２固化により生成されるＣａＣＯ３の融点は１３３９℃と低融点である。そのため、造滓材を溶鋼に投入した場合、造滓材が溶鋼に接すると、バインダー成分のＣａＣＯ３が瞬時に熱分解する。ＣａＣＯ３が分解すると、造滓材を構成する粒子が崩壊し、ＣａＯを主体とする成分が微粒化して表面積が大きくなり、溶鋼との接触界面を増大させて溶鋼との反応が促進される。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
造滓材は、融点が１３５０℃以下に形成されていて低融点である。造滓材は還元スラグを原料とするプリメルト品であるために、純粋な生石灰の融点（２５７２℃）と比較して、極めて低融点である。そのため、造滓材を製鋼工程で添加した際に、溶鋼中で短時間に溶解し、溶解に必要なエネルギーが小さくて済み、溶解させることが容易である。
【００４０】
図１は、本発明の造滓材の製造方法の一例を示す工程図である。以下、本発明の造滓材の製造方法について説明する。図１に示すように本発明の造滓材の製造方法は、先ず原料として、製鋼の二次精錬において副産物として発生する還元スラグ１を用いる。冷却工程１００では、溶融状態で取り出された還元スラグ１を所定の容器等に入れて放置し冷却する。冷却工程１００では、還元スラグの温度が外気温程度になるまで冷却するのが、次工程での取扱いが容易であることから好ましい。
【００４１】
次に、冷却した還元スラグに水分を接触させて脱硫して脱硫還元スラグとする脱硫工程２００を行う。脱硫工程２００では、還元スラグ１に、水蒸気を接触させて脱硫を行う。脱硫は、少なくともＳ成分が０．５質量％以下になるまで行う。脱硫は、Ｓ成分が０．３質量％以下となるまで行うのが好ましく、更に好ましくはＳ成分が０．１質量％以下となるまで行うのが望ましい。
【００４２】
脱硫工程２００において還元スラグに接触させる水蒸気の温度は、１００〜１１０℃が好ましい。還元スラグに水蒸気を接触させる時間は、１００〜１１０℃の水蒸気の場合、７〜１０日程度行うことが好ましい。還元スラグに水蒸気を接触させる場合、上記の条件であれば、Ｓ成分の含有量を確実に０．５質量％以下とすることができる。脱硫工程２００を行って得られる脱硫還元スラグは、還元スラグのＣａＳ、ＣａＯ成分が、Ｃａ（ＯＨ）２に変わり、塊状から微粉状になる。この脱硫工程２００後の微粉状の脱硫還元スラグの粒子径は、０．２ｍｍ以下に形成されていることが好ましい。
【００４３】
脱硫工程２００の次に、上記脱硫還元スラグとＭ−Ａｌ及びアルミナ源等のＡｌ成分を混合する混合工程２５０を行う。混合工程２５０は、脱硫還元スラグとＡｌ成分がほぼ均一に混合可能な手段であれば特に限定されない。また、混合工程２５０は常温で行うことができる。混合工程２５０で混合するＡｌ成分の粒子の粒径は２ｍｍ以下であるのが、溶鋼の脱酸の反応スピードが速くなる点から好ましい。
【００４４】
次に、脱硫還元スラグとＡｌ成分を混合した混合物を用いて、所定形状に成形する成形工程３００を行う。成形工程３００では、微粉状の脱硫還元スラグとＡｌ成分の混合物をブリケット、プレス成形等の加圧成形装置や、ペレタイズ等の造粒成形装置等の成形装置を用いて、成形を行う。この成形工程３００では、上記混合物に他の成分を添加せず、上記成形手段の加圧力のみで成形を行う。この成形工程３００において得られる成形体の強度は、その後のＣＯ２による固化工程において成形体が固化して強度が発現するまでの間の取扱いに際し、成形体として所定形状を維持できる程度の強度があればよい。このような成形体の強度としては、圧縮強度で０．２ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００４５】
次いで、成形工程３００で得られた脱硫還元スラグの成形体を二酸化炭素（ＣＯ２）により固化させてＣＯ２固化体とする固化工程４００を行う。固化工程４００は、脱硫還元スラグの成形体を炭酸ガス等のＣＯ２ガスを含む雰囲気中に入れ、脱硫還元スラグ中に含まれるＣａ（ＯＨ）２成分をＣＯ２と反応させてＣａＣＯ３化する。固化工程４００において、成形体のＣａ（ＯＨ）２成分をＣＯ２と反応させる方法として、成形体をＣＯ２を含んだ気体に暴露する方法や、成形体にＣＯ２を含んだ気体を通気させる方法が挙げられる。
【００４６】
脱硫還元スラグのＣａ成分がＣａ（ＯＨ）２の状態であると、脱硫還元スラグのｐＨは１１〜１２付近と高いアルカリ性を有する。これがＣＯ２固化を行ってＣａＣＯ３化すると、ｐＨ９〜１０程度にアルカリ性が低下する。
【００４７】
また前記（５）式に示したように、脱硫還元スラグをＣＯ２固化する際、水分が存在するとＣａＳがＨ２ＣＯ３と反応して脱硫反応が進行するが、還元スラグをＣＯ２固化する前の脱硫工程２００でＳ成分を０．５質量％以下に除去しているので、脱硫工程２００を行わない場合と比較してＣＯ２固化工程におけるＨ２Ｓ発生量を少なくすることができる。
【００４８】
固化工程４００における脱硫還元スラグのＣＯ２固化の反応は、以下の機構により進行するものと考えられる。
(i)まず、前記（３）式の反応式に示すように、マトリックス部に存在するＣａ（ＯＨ）２成分がＣＯ２と反応してＣａＣＯ３化して、部分的な反応が始まる。
(ii)次いで、生成したＨ２０が発熱反応により外部に排出される。
(iii)マトリックス部が減圧されて、マトリックス部にＣＯ２が進入する。
(iv)上記(i)〜(iii)が繰り返されることにより、マトリックス部のＣａＣＯ３化が進行する。
なお上記反応は、気相（ＣＯ２）−液層（Ｈ２Ｏ）−固相[Ｃａ（ＯＨ）２]で進行していると思われる。
【００４９】
固化工程４００において用いられるＣＯ２を含むガスとしては、炭酸ガスのようなＣＯ２濃度の高いガス、ボイラー、ＳＲ、加熱炉等の燃料を燃焼させた後の排ガスのようなＣＯ２濃度が８〜９体積％程度のＣＯ２濃度の低いガスのいずれも用いることができる。ＣＯ２濃度の高いガスは、ＣＯ２固化体の強度の発現が速く固化時間が短くて済み、ＣＯ２固化体の強度も高くなるという利点がある。また、ＣＯ２濃度の低いガスは、製鋼工場のボイラー等の排ガスとして発生するガスを利用できるので、経済的であるという利点がある。
【００５０】
固化工程４００において用いられるＣＯ２を含むガスは、十分な圧縮強度を有するＣＯ２固化体を得るという点から、少なくともＣＯ２濃度が８体積％以上であることが好ましい。図２はＣＯ２ガス（純度９９．９９体積％）と排ガス（ＣＯ２濃度が９体積％）を用いた場合のＣＯ２固化体の固化時間と圧縮強度の関係を示すグラフである。図２のグラフに示すように、ＣＯ２ガスを用いた場合、処理時間が１〜２時間程度で、圧縮強度が２５ＭＰａ以上に達している。これに対し、排ガスを用いた場合は、処理時間が４時間程度で、圧縮強度が５ＭＰａを超え、５０時間程度で２０ＭＰａに達している。
【００５１】
図３は、ＣＯ２固化体の炭素（Ｃ）含有量を種々変えた場合の、Ｃ含有量と圧縮強度の関係を示すグラフである。図３に示すグラフは、ＣＯ２固化が進みＣａＣＯ３成分が多くなる程、圧縮強度が高くなることを示している。図３のグラフに示すように、ＣＯ２固化体の圧縮強度を、５ＭＰａ以上に形成するには、固化体中のＣａＣＯ３に由来するＣ成分含有量を１．５質量％以上とすることが好ましい。
【００５２】
固化工程４００でＣＯ２固化されたＣＯ２固化体は、必要に応じて乾燥等を行い、水分量を１．０質量％以下に調節して、造滓材２が得られる。
【００５３】
図４は本発明造滓材を用いた製鋼方法の一例を示す工程図である。以下、還元スラグの処理方法及び製鋼方法について説明する。図４に示すように、製鋼方法は、先ず、電気炉１０において溶鋼の酸化精錬（一次精錬５００）を行う。次に、電気炉１０から出鋼した溶鋼は溶鋼鍋１４に移され、一次精錬５００の際に発生した溶融状態の酸化スラグ１１を、スラグ鍋１２内に排出して酸化スラグ除去５５０を行う。排出した酸化スラグ１１は、専用車両などで処理場に移送する。
【００５４】
還元精錬（二次精錬６００）では、溶鋼が取鍋精錬炉１５に移され、成分調整し二次精錬を行う。次に真空脱ガス装置１６で脱ガスを行う。次に連続鋳造工程７００では、取鍋精錬炉１５に取鍋蓋１７を設置し、連続鋳造装置１８を用いて連続鋳造を行う。連続鋳造が終わったら、還元スラグ回収工程８００で還元スラグ１を取り出して回収する。取り出した還元スラグ１は以下の処理方法により処理する。
【００５５】
取り出した還元スラグ１の処理方法は、図１に示す造滓材の製造方法で説明したように、還元スラグを冷却する冷却工程１００、還元スラグに水分を接触させて脱硫して脱硫還元スラグとする脱硫工程２００、脱硫還元スラグとＡｌ成分を混合する混合工程２５０、前記混合物を所定形状に成形して成形物とする成形工程３００、及び前記成形物を二酸化炭素により固化させてＣＯ２固化体とする固化工程４００を順次行うものである。ＣＯ２固化体は造滓材２として用いられる。
【００５６】
得られた造滓材２は、上記製鋼の工程で二次精錬の脱酸用造滓材として用いることができる。例えば造滓材２は、図４中矢印Ｒ１で示すように、二次精錬６００工程で取鍋精錬炉１５に脱酸用造滓材として装入して、生石灰及びＳｉ合金の代替品として利用できる。このように、製鋼工程で発生する還元スラグは、製鋼工程の造滓材として再利用することが可能である。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の実施例を示す。
実施例１
製鋼工程で発生した溶融状態の還元スラグを取り出して、外気温まで冷却後、１００〜１１０℃の水蒸気を７日間接触させて蒸気脱硫を行い、Ｓ成分が０．５質量％以下の脱硫還元スラグを得た。この脱硫還元スラグにＡｌ屑及びアルミナ灰を加えて混合した混合物を得た。Ａｌ屑の添加量は、Ｍ−Ａｌ成分が造滓材の１０質量％になるようにした。またアルミナ灰の添加量は、Ａｌ２Ｏ３成分が造滓材の２５質量％になるようにした。次に図１に示すようなブリケット成形装置３０１を用いて、上記混合物に他の添加剤を加えずにブリケット成形し、直径３５ｍｍ×高さ１５ｍｍの円筒状の成形体を得た。得られた成形体の圧縮強度は０．２ＭＰａであった。次いで、この成形体をＣＯ２濃度８％の排ガスを導入した容器内に載置して、ＣＯ２雰囲気下、常温で７時間ＣＯ２固化を行って、造滓材を得た。得られた造滓材の成分組成を表３に示す。また表４にこの造滓材の圧縮強度、Ｃ成分含有量、及び融点を示す。
【００５８】
【表３】
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【００５９】
【表４】
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【００６０】
実施例１の造滓材を製鋼の二次精錬（取鍋精錬）における脱酸用造滓材として使用して、従来の製鋼方法と比較した。その結果を表５に示す。取鍋精錬の脱酸では、石灰７００Ｋｇ及びＳｉ合金を１５０ｋｇ装入し脱酸のための精錬を行ったところ、処理時間が４０分であった。これに対し、従来の石灰及びＳｉ合金の代わりに実施例１の造滓材８００ｋｇを装入して、同様に脱酸のための精錬を行ったところ、３５分で済み、処理時間を５分短縮できた。本発明の造滓材が脱酸用造滓材として使用可能であり、脱酸能力も優れていることが確認できた。
【００６１】
【表５】
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【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の造滓材の製造方法の一例を示す工程図である。
【図２】ＣＯ２ガスと排ガスを用いた場合のＣＯ２固化体の固化時間と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図３】ＣＯ２固化体のＣ含有量を種々変えた場合の、Ｃ含有量と圧縮強度の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の造滓材を用いた製鋼方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  還元スラグ
２  造滓材
１００  冷却工程
２００  脱硫工程
２５０  混合工程
３００  成形工程
４００  固化工程
５００  一次精錬（酸化精錬）工程
５５０  酸化スラグ除去工程
６００  二次精錬（還元精錬）工程
８００  還元スラグ回収工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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