(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気孔率が２０％超のスラグを、〔そのスラグの溶融温度−（３０〜３００）〕℃で圧延し、気孔率２０％以下にすることを特徴とする気孔率の低いスラグの製造方法。
【請求項２】
少なくとも１パスの圧延のロール間隔を５〜５０ｍｍとして、スラグを圧延することを特徴とする請求項１記載の気孔率の低いスラグの製造方法。
【請求項３】
少なくとも１パスの圧延時の圧延荷重を０．５〜２ＭＰａとして、スラグを圧延することを特徴とする請求項１または２記載の気孔率の低いスラグの製造方法。
【請求項４】
１対のロールを用いて、スラグを圧延することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の気孔率の低いスラグの製造方法。
【請求項５】
１本のロールを用いて、スラグを上部から圧延することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の気孔率の低いスラグの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は都市ごみや生活汚泥等の廃棄物焼却残渣を溶融処理した際に排出される溶融スラグや、製鉄所などで発生する転炉、電気炉スラグなどの溶融スラグを冷却・固化する際の気孔率の低いスラグの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみや生活汚泥等の廃棄物焼却残渣を溶融処理した際に発生する溶融スラグや製鉄所などで転炉、電気炉といった精錬炉から発生する溶融スラグは、通常、冷却場に運ばれて冷却、固化される。
【０００３】
この際、溶融スラグ中に存在する気泡は、スラグが冷却場に運ばれるまでの容器内に放置された鎮静状態において、比重差によってスラグ中を浮上しうるものは離脱するが、スラグそのものが粘性を有する溶融体であり、冷却に伴いその粘性が増加するため、必ずしも全ての気泡が離脱しうるわけではなく、冷却、固化後にスラグ中に気孔として残留する。
【０００４】
そもそも、この溶融スラグ中に気泡が存在する原因としては、さまざまな事象が考えられるが、例えば、スラグの溶融処理段階でスラグを均一な状態にするため攪拌用ガスとして吹き込まれるアルゴンや窒素といった不活性ガスであったり、また、製鉄所での精錬炉における精錬段階で精錬に用いられる酸化鉄（スケール）や酸素ガスが、溶鉄中の炭素と反応することにより生じる炭酸ガス（ＣＯガス）であったりする。
【０００５】
従来の転炉スラグは、前述のように精錬中に気泡が発生しても、比較的高温なスラグのため、その後十分に鎮静されれば、冷却、固化後の状態でスラグ中の気孔率は２０％未満であった。しかし、近年脱Ｐや脱Ｓｉを、転炉による脱炭とは別に前段階で行う溶銑予備処理が導入されると、それにより発生するスラグは低温の状態となり、冷却、固化後の状態でスラグ中の気孔率が４０％前後に達するものが生じるようになった。
【０００６】
このように冷却後固化したスラグ中に気孔が存在すると、この気孔が破壊の起点となり、スラグの機械的な特性である圧縮（圧壊）強度に影響を及ぼし、気孔が多いほど固体のスラグ強度が低下することが広く知られている。
【０００７】
そこで、溶融スラグ中に存在する気泡を減らす技術として、例えば、特開２０００−９６１１５号公報に開示された方法が、あるいは固化したスラグの強度を確保する方法として、例えば、特開平１０−５４５３７号公報に開示された方法が示されている。
【０００８】
特開２０００−９６１１５号公報に記載されている方法は、溶鉄中のりんを除去する目的で、溶鉄に酸化鉄あるいは酸素を供給する際に発生したＣＯガスによって泡立ち状となった溶融スラグに対して、必要量のコークス粉をインジェクション（吹き込み）し、短時間にいわゆるフォーミングを鎮静するものである。
【０００９】
また、特開平１０−５４５３７号公報に記載されている方法は、溶融スラグを冷却して固形スラグを生成するにあたり、冷却速度が速いと熱衝撃でクラックが発生して強度が小さいスラグとなるため、スラグをゆっくりと冷却し、比較的大きな粒径で丸い形状の強度が高い緻密な性状のスラグを得るというものである。
【００１０】
また、所望粒度の粒状スラグを高い歩留まりで得る技術として、例えば、特開２００１−１８０９９１号公報に開示された方法が示されている。
【００１１】
特開２００１−１８０９９１号公報に記載されている方法は、円筒状回転体に溶融スラグを供給し、その円筒状回転体から剥離したスラグを所定の温度で圧延するものである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術においては、以下のような問題点がある。
【００１３】
特開２０００−９６１１５号公報に記載されている方法においては、毎精錬処理ごとに、処理終了後にコークス紛をインジェクションし、フォーミングしたスラグを鎮静する時間が必要であり、少なからず精錬炉の生産性を阻害する。また、フォーミングしたスラグ全体に均一にコークス紛をインジェクションすることは難しく、溶融スラグ中に微小な気泡の残存は避けられない。
【００１４】
また、特開平１０−５４５３７号公報に記載されている方法においては、溶融スラグ中に存在する気泡については何も触れられておらず、このように溶融スラグをゆっくりと冷却してもスラグ中に存在する特に微小な気泡の量は著しく減少しない。
【００１５】
また、特開２００１−１８０９９１号公報に記載されている方法においては、スラグを所望の厚さにするために、可塑性を有する所定の温度のスラグを圧延するものであるが、圧延の度合いが小さい場合には、必ずしも厚さ調整のための圧延部は設けなくてもよいとされており、また、溶融スラグとあるだけで、スラグ中の気孔率の制御に関する技術については、何も示唆がない。
【００１６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、スラグの溶融処理もしくは精錬処理の能力を阻害することなく、またスラグを固化させるための冷却制御などを施すことなく、溶融スラグを冷却、固化させる際に、スラグ中に残留する気泡を減少せしめ、安定かつ確実にスラグの気孔率を減少させるスラグの製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、研究室ならびに現場での実機にて実験を重ね、以下の発明の方法にて、上記の課題が解決されることを確認した。
【００１８】
第１の発明にかかるスラグの製造方法は、気孔率が２０％超のスラグを、〔そのスラグの溶融温度−（３０〜３００）〕℃で圧延し、気孔率２０％以下にすることを特徴とする気孔率の低いスラグの製造方法であり、スラグを冷却する際に、スラグが可塑性を有する温度の状態で圧延することにより、スラグ中に存在する気泡を圧着させ、スラグ中の気孔率を減少させることを特徴としている。
【００１９】
第２の発明に係るスラグの製造方法は、第１の発明において、少なくとも１パスの圧延のロール間隔を５〜５０ｍｍとして、スラグを圧延する方法であり、ロール間隔を規定することにより圧延後のスラグの気孔率を低下させることを特徴としている。
【００２０】
第３の発明に係るスラグの製造方法は、第１又は第２の発明において、少なくとも１パスの圧延時の圧延荷重を０．５〜２ＭＰａとして、スラグを圧延する方法であり、圧延荷重を規定することにより圧延後のスラグの気孔率を低下させ、かつスラグを所定の厚み（粒度）や形状に成形することを特徴としている。
【００２１】
第４の発明に係るスラグの製造方法は、第１〜第３の何れかの発明において、スラグを圧延するために、１対のロールによる圧延装置を用いることを特徴としている。
【００２２】
第５の発明に係るスラグの製造方法は、第１〜第３の何れかの発明において、スラグを圧延するために、１本のロールにより上部から圧延する圧延装置を用いることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２４】
スラグ中に存在する気泡を、圧延において圧着、除去することが、本発明の基本条件の一つである。本発明者らが、種々のスラグの物性を調査した結果、スラグの特性の一つである破壊強度（圧縮強度）は、スラグ中に残存する気孔に大きく影響を受け、気孔率が２０％以下であれば該スラグは比較的緻密質で、例えば天然の石材と同等に道路の路盤材などに遜色なく使用できるが、気孔率が２０％超であると、気孔率の増加に伴い強度が著しく低下することが判明した。
【００２５】
そこで、気孔率２０％超のスラグを圧延にて、気孔率が少なくとも２０％以下、好ましくは１０％以下に緻密化を図る必要がある。
【００２６】
図１は、製鉄所における製鋼スラグの気孔率と強度の関係を調査した結果である。ここで、強度は例えば路盤材などに用いられる材料として天然の石材と同等の強度を１として指数化してある。同図から、気孔率が２０％以下のスラグであれば緻密な状態が保たれるため、路盤材として十分以上の強度が得られるが、気孔率が２０％を超えるスラグになると気孔率の増加に伴い強度が指数的に減少することがわかる。
【００２７】
そのために、本発明者らが種々の検討、試験を行った結果、スラグの気孔率を安定に２０％以下に減少させる圧延条件として次のような知見を得た。
【００２８】
すなわち、スラグが十分には冷却されておらず可塑性を有する状態として、〔スラグの溶融温度−（３０〜３００）〕℃の温度領域において、適正な荷重をもって圧延を行えば、スラグは容易に圧延されてスラグ中の気泡が圧着する。
【００２９】
〔スラグの溶融温度−３０〕℃より高ければ、スラグは溶融状態で圧延など不可能であるし、また、〔スラグの溶融温度−３００〕℃より低ければ、圧延による抜熱の影響もありスラグが可塑性を有さず硬化した状態となるため、スラグは圧延時に破砕するだけで気泡の圧着は不可能である。
【００３０】
なお、溶融スラグは、その発生源や元々の処理される物質の種類によってその組成が異なるので、その溶融温度については、該スラグの組成における値を用いる必要がある。この溶融温度については、例えば、ＪＩＳ  Ｋ２１５１に規定された灰の溶融性試験方法に準じて測定される融点を用いればよい。
【００３１】
本発明において、スラグを圧延する際のロール間隔（ギャップ）については、５〜５０ｍｍ、好ましくは５〜２５ｍｍに設定することにより、一般の石材と同等に緻密なスラグを得ることができる。一般的に凝固後のスラグの大きさは、２００ｍｍ程度の人頭大であり、これらが５０ｍｍのギャップで圧延されれば、圧下率で４となり、気孔率が２０％超のスラグでも十分にスラグ中の気泡が圧着され、気孔率２０％以下のスラグが得られる。固化後のスラグの気孔率を低くしてなお一層緻密化を図るためには、このギャップをより小さく２５ｍｍ以下に設定するほうが有効である。ただし、ギャップを５ｍｍ未満に設定しても、圧延後の固化スラグの大きさが小さく揃いすぎてしまい、利用に制限がかかるため、スラグの使用目的に応じて適正に設定することが好ましい。
【００３２】
さらに、本発明においてスラグを圧延する際の荷重については、圧延対象であるスラグが可塑性を有する、いわゆる粘土のような状態であることから材料からの圧延反力もほとんどないため、２ＭＰａ（約２０ｋｇｆ／ｃｍ2）以下でよい。一方、スラグ中の気泡を十分に圧着させるためには、最低でも０．５ＭＰａ（約５ｋｇｆ／ｃｍ2）以上の荷重とすることが好ましい。
【００３３】
また、本発明におけるスラグの圧延の手段としては、一対のロールが圧延スタンドによって左右もしくは上下に固定された、いわゆる圧延機のような装置を用いて、スラグを上方から挿入する、もしくはガイドとなるシートに載せて横方向から挿入する方法をとってもよいし、あるいは一本のロールを用いて、例えば土間あるいは鉄板上等に敷きだされたスラグに、該ロールを支持するアームでロールを上部から押し付け、上述のギャップないしは荷重にて圧延する装置を用いてもよい。
【００３４】
図２は、本発明の実施方法の一例を示す図である。所定の場所に敷きだされたスラグ１が所定の温度になった時点で、一対のロール２を左右に配置しロールギャップならびに荷重を設定した圧延機に、該スラグ１を上部から供給し圧延する。同図には、概念的にスラグ中に存在する気泡が圧延により圧着される状況を図示してある。
【００３５】
図３は、同じく本発明の実施方法のもう一つの例を示す図である。図２と同様、所定の場所に敷きだされたスラグ１が所定の温度になった時点で、アーム３に支持された１本のロール４をスラグ上部から押し付け、該ロールを移動させることによって圧延を行う。
【００３６】
これらの圧延ロールは、工業的に広く一般的に用いられる鋼鉄製もしくは鋳鉄製で十分であり、またロール表面（肌）やロールの曲率など精緻に設定する必要もなく、例えば熱間圧延や冷間圧延で使用後の老朽ロールでも十分である。
【００３７】
【実施例】
（本発明例）
図４は、図２に示した圧延方法によって圧延を行った際の、固化したスラグの気孔率と比重を測定した結果を示したものである。ここで、スラグの組成は表１に示すもので融点は１２５０℃であり、また圧延条件としては、圧延時のスラグ温度１１５０℃、ロールギャップ５０ｍｍ、また圧延荷重は１０ｋｇｆ／ｃｍ2に設定した。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
この図から、この条件で圧延を行わない元のスラグの気孔率は２０％以上であるが、適正な温度と圧延条件で圧延した場合は、気孔率は２０％以下に減少し、比重も大きくなって緻密化が図られていることがわかる。このスラグは路盤材として十分に使用可能な強度であった。
（比較例）
図５は、同様の装置を用いながら、圧延時のスラグ温度が８００℃と圧延条件が不備であった場合の、固化スラグの気孔率と比重の関係を示したものである。〔該スラグの溶融温度−３００〕℃よりも圧延温度が低すぎた場合、スラグは硬化し圧延によって破砕されるのみで、スラグの気孔率は圧延前と大きく変化していない。このスラグは発泡状を呈し、路盤材の必要強度値を確保できなかった。
【００４０】
また、圧延温度が１２４０℃と〔スラグの溶融温度−３０〕℃よりも高すぎた場合には、スラグそのものが圧延ロール間を流れ落ちてしまい圧延が不可能であったし、ロールギャップが５ｍｍ未満の場合、圧延後の固化したスラグが小さすぎて精度のよい気孔率測定ができなかったため、同図には併せて示すことができなかった。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融炉から排出される気泡を含んだもしくは発泡状のスラグを、該溶融炉の処理（生産）能力を低下させることなく、所定の温度領域で圧延することにより、気孔率の低い緻密質なスラグを、比較的所定の粒度サイズに揃えて得ることができる。
【００４２】
尚、本発明において使用するスラグの組成は特に規定するものではなく、気孔率が２０％超であれば、本発明に規定する製造方法により気孔率２０％以下を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製鉄所における製鋼スラグの気孔率と強度の関係を示す図。
【図２】本発明の実施方法の一例を示す図。
【図３】本発明の別の実施方法の一例を示す図。
【図４】本発明による固化スラグの気孔率と比重の関係を示す図。
【図５】従来技術による固化スラグの気孔率と比重の関係を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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