(57)【要約】【課題】  電気炉や取鍋精錬炉の鋼の精錬温度を制御して、スラグ中のｆ−ＣａＯの滓化を促進し、ｆ−ＣａＯの晶出を抑制して、エージング処理を行わなくても十分に膨張特性の低いスラグの製造方法を提供する。【解決手段】  鋼の精錬方法において、ＣａＯを含む造滓材を取鍋精錬などの還元精錬中のスラグ中に最終投入した後、精錬温度を１６００℃以上に昇温すると共に、スラグを該１６００℃以上の温度域で一定時間以上、すなわち略１５分間以上、保持することにより、製鋼スラグ組成を特定の範囲内に保持して、スラグの組成をＣａＯが晶出しない組成に限定することを特徴とする膨張安定性の高い低膨張性製鋼スラグの製造法で、エージング処理を行わなくとも膨張安定性の高い製鋼スラグを製造する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精錬炉における鋼の精錬方法において、ＣａＯを含む造滓材を精錬中のスラグ中に最終投入した後、精錬温度を１６００℃以上に昇温すると共に、スラグを１６００℃以上の温度域で一定時間以上保持することによりＣａＯの滓化を促進することを特徴とする膨張安定性の高い低膨張性製鋼スラグの製造方法。
【請求項２】
製鋼スラグの主たる鉱物層が２ＣａＯ・ＳｉＯ2あるいは２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2であることを特徴とする請求項１に記載の膨張安定性の高い低膨張性製鋼スラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は製鋼スラグにおいて、未溶融のＣａＯ系スラグにより生じる膨張特性を解消して、スラグを道路用材料や土木用材料等のリサイクル材料として有効なものにするための還元精錬時のスラグ生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼製造の際に、同時に生成する非金属性の滓を、総じて「鉄鋼スラグ」という。鉄鋼スラグは高炉で銑鉄を製造する際に副生成する「高炉スラグ」と、熔銑、スクラップ等を精錬して鋼を製造する際に同時に生成する「製鋼スラグ」に分類され、この製鋼スラグは、精錬炉の種類によって、転炉スラグ、電気炉スラグに分類される。
【０００３】
製鋼スラグは金属酸化物を含有するため、高比重かつ高強度なため、緩冷凝固により鉱物状に凝固させた後、破砕および粒度調整し、路盤材やアスファルト骨材等の道路用材料や、埋め戻し材、基礎工事用など土木用材料等のリサイクル材料として有効に利用されている。
【０００４】
製鋼スラグは、造滓材として投入されるＣａＯや、ＳｉＯ2や、Ａｌ2Ｏ3や、溶鋼よりスラグ中へ酸化物として取り込まれる鉄やマンガン等の金属酸化物からなる。これらをスラグ処理ヤードにて緩冷却凝固することにより、２ＣａＯ・ＳｉＯ2（ダイカルシウムシリケート）や、３ＣａＯ・ＳｉＯ2（トリカルシウム・シリケート）や、２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2（ゲーレナイト）等の鉱物相の状態で固化するが、精錬温度や精錬時間の不足などにより、一部のＣａＯやＭｇＯが未溶融状態で残存し、製鋼スラグの膨張要因となることが知られている。
【０００５】
製鋼スラグ中に残存する未溶融のＣａＯ（以下、「ｆ−ＣａＯ」という。）は、水と接触することで、ＣａＯ＋Ｈ2Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）2（体積変化率：１．９５倍）の体積変化を伴う水和反応を起こす（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００６】
また、ｆ−ＣａＯが十分溶融していても、スラグの組成に、３ＣａＯ・ＳｉＯ2が含まれる場合、３ＣａＯ・ＳｉＯ2→２ＣａＯ・ＳｉＯ2＋ＣａＯの分解反応で、２ＣａＯ・ＳｉＯ2の相間に晶出したＣａＯ相が膨張要因となることが知られている（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００７】
ｆ−ＣａＯを含む製鋼スラグを路盤材等の道路用材料に供した場合、雨水等と反応して舗装後に膨張反応が起こり、花咲現象と呼ばれる路面性状の悪化を招く。このため、製鋼スラグ製品の製造に際し、通常はエージングという体積安定化処理が行われる。
【０００８】
従来技術の上記のスラグの膨張安定性を確保する手段としては、ｆ−ＣａＯの水和反応を終了させるエージング処理と、ｆ−ＣａＯ相を水和反応が起こりにくい組成に改質する方法、あるいはｆ−ＣａＯ相が晶出しないスラグを生成する方法などが挙げられる。
【０００９】
ここで、製鋼スラグ中のｆ−ＣａＯの水和反応を終了させ、スラグ製品の膨張安定性を確保する処理を上述のようにエージングといい、現在最も広く普及した技術である。エージングは、三ヶ月〜六ヶ月程度の間、露天の下にて野積みして雨水などと反応させる大気エージングと、蒸気や加圧蒸気、温水と反応させることによってエージング期間の短縮化を図る促進エージングに大別される。このうち大気エージングは処理期間が長く、広大なエージングヤードが必要となるため、スラグ製品の製造においては促進エージングが広く採用されている。エージング技術に関しては、各種の処理方法およびその応用に関して多くの特許技術が確立されている。
【００１０】
温水エージング関連特許では、スラグの破砕処理及びエージング処理方法（例えば、特許文献１参照。）や製鋼スラグの処理方法（例えば、特許文献２参照。）がある。
【００１１】
蒸気エージング関連特許では、蒸気エージング設備のエージングピット（例えば、特許文献３参照。）、スラグの蒸気エージング装置（例えば、特許文献４参照。）、製鋼スラグのエージング処理装置および処理方法（例えば、特許文献５参照。）、製鋼スラグのエージング方法（例えば、特許文献６参照。）やスラグ路盤材の製造方法（例えば、特許文献７参照。）がある。
【００１２】
加圧蒸気エージング関連特許では、製鋼スラグのエージング方法及びその装置（例えば、特許文献８参照。）や、製鋼スラグのエージング方法（例えば、特許文献９参照。）がある。
【００１３】
エージング以外のスラグの膨張抑制処理方法としては、膨張要因であるＣａＯ相に金属酸化物を含有させることによって、ＣａＯの水和反応を抑制する方法が提案されている。これらには、転炉スラグの改質（例えば、特許文献１０参照。）や、耐膨張性・耐崩壊性に優れた転炉スラグおよびその製造方法（例えば、特許文献１１参照。）がある。また、潜在水硬性またはポゾラン反応するシリカ含有物質によって、ＣａＯ相を水和反応させる方法や、製鋼系スラグの膨張抑制方法および再生資源の製造方法（例えば、特許文献１２参照。）がある。さらに、スラグ組成を制御することによって、膨張特性の低いスラグを得る方法等、多様な手法が検討されており、製鋼スラグの改質方法（例えば、特許文献１３参照。）や（例えば、特許文献１４参照。）、低膨張製鋼スラグの製造方法（例えば、特許文献１５参照。）や、製鋼スラグ製品の製造方法および製鋼スラグ製品（例えば、特許文献１６参照。）や製鋼スラグの溶融改質方法（例えば、特許文献１参照。）等がある。
【００１４】
【非特許文献１】富房、松永、熊谷、田口著、「製鋼スラグの発生量低減と資源化」、製鋼スラグの基礎と応用研究最終報告書、１９９７年、ｐ１５７．
【非特許文献２】水渡英晶、横幕豊一、林田由美子、高橋愛知著、鉄鋼協会「鉄と鋼」６３巻、１９７７年、ｐ．２３１６．
【特許文献１】特許第３２４１１６１号公報
【特許文献２】特許第３２６７７３７号公報
【特許文献３】特許第３２２２６９８号公報
【特許文献４】特許第２８７１５１７号公報
【特許文献５】特許第３２３０４１２号公報
【特許文献６】特許第３３２０５４０号公報
【特許文献７】特許第２９２７１５０号公報
【特許文献８】特許第２１７３１７８号公報
【特許文献９】特許第２６６７７９９号公報
【特許文献１０】特許第２６３６６４１号公報
【特許文献１１】特許第３５７５１６０号公報
【特許文献１２】特許第３５４１６６７号公報
【特許文献１３】特許第４０００７２４号公報
【特許文献１４】特開２００７−２５４８９９号公報
【特許文献１５】特開２００２−２１２６２１号公報
【特許文献１６】特開２００３−１８３７１７号公報
【特許文献１７】特開２００４−３３１４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明が解決しようとする課題は、電気炉や取鍋精錬炉の鋼の精錬温度をコントロールすることによって、スラグ中のｆ−ＣａＯの滓化を促進し、かつ、スラグの組成を限定することによりｆ−ＣａＯの晶出を抑制し、エージング処理を行わなくても十分に膨張特性の低いスラグの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、精錬炉における鋼の精錬方法において、取鍋精錬などの還元精錬中のスラグ中にＣａＯを含む造滓材を最終投入した後、精錬温度を１６００℃以上に昇温すると共に、スラグを１６００℃以上の温度域で一定時間以上、すなわち１５分間以上、保持することにより、ＣａＯの滓化を促進することを特徴とする膨張安定性の高い低膨張性製鋼スラグの製造法である。すなわち、請求項１の手段はエージング処理を行わなくとも膨張安定性の高いスラグを製造する方法である。
【００１７】
請求項２の発明では、製鋼スラグの主たる鉱物層を２ＣａＯ・ＳｉＯ2あるいは２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2に保持することによりスラグの組成をＣａＯが晶出しない組成に限定することを特徴とする請求項１に記載の膨張安定性の高い低膨張性製鋼スラグの製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、上記の手段を用いることによって、精錬に係るエネルギーにｆ−ＣａＯの滓化に必要なエネルギーを付加することで実施可能であるため、精錬終了後の温度が低下したスラグを昇温するエネルギー効率がよく、かつ、精錬と同時に行うことができるため、別途に工程を新設する必要がない。また、凝固後、直ちに粉化するスラグや、エージング処理中に粉化するスラグなどの微粉状スラグは、エージング処理においてスラグ粒間が目詰まりし、蒸気あるいは雨水の浸透にムラができ、エージングの不均一が起こるなど、膨張特性の信頼性を確保しがたい。しかし、本発明ではエージング処理無しで、膨張性の低いスラグが得られるため、粉化するスラグの膨張安定性の確保ができるなど、従来の方法に比して優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明における実施の最良の形態について、表および図面を参照して以下に説明する。ＣａＯ系造滓材を多量に使用する還元精錬以降の精錬工程において、スラグの主たる鉱物層を２ＣａＯ・ＳｉＯ2あるいは２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2となるよう成分を調整した。具体的にはスラグ組成を、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の各含有率の和が、質量％で１００％となるように換算した値で、４５．０％≦ＣａＯ＋ＭｇＯ≦７６．０％、４．０％≦ＳｉＯ2≦３５．０％、５．０％≦Ａｌ2Ｏ3≦３５．０％、かつ、製鋼スラグ全体を質量％で１００％としたときに、ＭｇＯの含有率が質量％で１２％未満となる成分範囲にて、スラグの主たる鉱物層が、２ＣａＯ・ＳｉＯ2あるいは２ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2となることを確認しており、この成分範囲を満足するように成分調整することが望ましい。ここで、ＣａＯ含有率が蒸気成分範囲を超えて高い場合、スラグの鉱物層がＣａＯ層あるいは３ＣａＯ・ＳｉＯ2となり、本発明の方法によって滓化を促進しても、ｆ−ＣａＯが晶出し、膨張抑制効果が得られない。
【００２０】
精錬条件は表１のように、精錬温度を１５１１℃から１６３５℃とし、各精錬温度に到達後、６分から３７分間当該温度に±５℃の範囲で保持した。次いで、精錬終了後、徐冷ヤードで冷却凝固したスラグをサンプリングし、ＪＩＳ  Ａ５０１５の「道路用鉄鋼スラグ」の附属書２に規定の、鉄鋼スラグの水浸膨張試験方法により膨張特性を測定した。上記の精錬における精錬温度および保持時間と得られたスラグの水浸膨張率を表１に示す。さらに、得られたスラグの水浸膨張率と処理温度の関係を図１のグラフに示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
図１のグラフよりスラグの膨張特性は精錬温度と高い相関を有することがわかる。１６００℃を超える温度域にて処理を行ったスラグ、すなわち、試料名：スラグ−１４、スラグ−１５、スラグ−１６、スラグ−１７、スラグ−１８の４試料では、水浸膨張率が０．０５％以下の極めて低い値であった。本結果より、本発明により、スラグ中の未溶融ＣａＯ（ｆ−ＣａＯ）が十分滓化し、再晶出もないことが示唆される。したがって、本発明の方法による製鋼スラグは、リサイクルに際し、路盤材やアスファルト骨材などの道路用材料や、埋め戻し材や基礎工事時用の土木用材料として高い信頼を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】製鋼スラグの処理温度と水浸膨張率との関係を示すグラフである。
【図１】
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