CN105452187A - 凝固炉渣的制造方法、凝固炉渣、混凝土用粗骨料的制造方法以及混凝土用粗骨料 - Google Patents

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Abstract

提供一种可成为高品质的混凝土用粗骨料的原料的凝固炉渣的制造方法、以该凝固炉渣的制造方法制造出的凝固炉渣、使用了该凝固炉渣的混凝土用粗骨料的制造方法以及通过该混凝土用粗骨料的制造方法制造出的混凝土用粗骨料。本发明涉及的凝固炉渣的制造方法包含：炉渣凝固工序，使熔融状态的高炉炉渣(3)流入移动的金属制的铸型(5)而进行冷却，使所述高炉炉渣在所述铸型内以成为板状的方式凝固；炉渣落下工序，将所述铸型翻转来使在所述铸型内凝固至内部的炉渣从铸型落下；以及炉渣温度保持工序，将落下的炉渣的炉渣表面的一部分或整个面的表面温度保持在900℃以上并保持5分钟以上。

Description

凝固炉渣的制造方法、凝固炉渣、混凝土用粗骨料的制造方法以及混凝土用粗骨料
技术领域
本发明涉及使熔融状态的高炉炉渣(blastfurnaceslag)在金属制的铸型上凝固、使凝固了的凝固炉渣(solidifiedslag)从铸型落下来制造板状的凝固炉渣的凝固炉渣的制造方法、以该凝固炉渣的制造方法制造的凝固炉渣、使用了该凝固炉渣的混凝土用粗骨料(coarseaggregateforconcrete)的制造方法以及由该混凝土用粗骨料的制造方法制造的混凝土用粗骨料。
背景技术
作为使在金属的精炼工序等中产生的熔融炉渣(moltenslag)凝固的方法，广泛使用将高压的冷却水喷射到熔融炉渣上进行急冷的方法、或者将熔融炉渣排出到干坑(drypit)或渣冷却场(slagcoolingyard)而在大气中缓冷的方法。
在将熔融炉渣急冷的方法中，大量地喷射高压的冷却水，因此会形成具有多个气孔(pore)的粒径为5mm以下的砂状的凝固炉渣(所谓水淬粒渣(watergranulatedslag))。另一方面，在使熔融炉渣流入干坑或渣冷却场等而使其凝固、缓冷的方法中，会形成数米大的块，将该块粉碎而成为块状的凝固炉渣(所谓缓冷炉渣((air-cooledslag))。
最近，谋求取代砂砾(gravel)等而将高炉缓冷炉渣应用于混凝土用粗骨料。为了将高炉渣应用于混凝土用粗骨料，需要降低炉渣中的气孔，并且将炉渣粒径的最大值调整到20mm左右。
因此，水淬粒渣若保持原样则气孔多且粒径小，无法应用于混凝土用粗骨料。另一方面，缓冷炉渣虽然不存在气孔的问题，但需要将数米大的块粉碎成20mm左右的粒径，该粉碎工作需要很长时间，并不有效。
于是，作为混凝土用粗骨料，为了获得气孔少且容易粉碎的凝固炉渣，提出了各种使用金属制的铸型来使熔融炉渣凝固的技术。在金属制铸型内使熔融炉渣凝固时，能够获得比水淬粒渣尺寸大且比缓冷炉渣尺寸小的凝固炉渣，通过将其粉碎能够容易地获得所希望的尺寸的炉渣，相比缓冷炉渣能够缩短粉碎时间，能够容易地获得粒径20mm左右的所希望的凝固炉渣。
作为使用金属制铸型将熔融炉渣凝固的例子，例如存在专利文献1所述的沥青铺装用骨料(aggregateforasphaltpavement)及其制造方法以及沥青铺装。在专利文献1的熔融炉渣的凝固方法中，使熔融状态的高炉炉渣以成为层厚为10～30mm的板状的方式以单层在金属制的移动铸型上流过而冷却凝固，形成单层板状的凝固炉渣。将该单层板状的炉渣粉碎，制造出吸水率(waterabsorptionpercentage)为1.5％以下、磨损量(abrasionlosspercentage)为20％以下的沥青铺装用骨料。
另外，作为使用金属制的铸型使高炉炉渣凝固来制作混凝土用粗骨料的方法，存在专利文献2所公开的混凝土用粗骨料。专利文献2所公开的由炉渣构成的混凝土用粗骨料通过使熔融炉渣流入金属制铸型并使其凝固，将凝固后获得的炉渣粉碎，将其调整为吸水率为1.5％以下，粒径为5～20mm。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3855706号公报
专利文献2：日本特开2004-277191号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所述的熔融炉渣的凝固方法中，使熔融状态的高炉炉渣以成为凝固厚度为10～30mm的板状的方式以单层在金属制的移动铸型上流过而冷却凝固，通过急速冷却凝固，抑制在凝固炉渣内部生成的气孔的成长，制造气孔率低且吸水率低，耐磨损性(abrasionresistance)高的骨料。
但是，如专利文献1的实施例中也记载那样，在使高炉炉渣在金属制铸型上凝固成板状的情况下，距离与金属制铸型接触的下表面1mm左右会形成玻璃状(glassstate)。这是因为在熔融炉渣中与金属制铸型接触的接触面被最急速地冷却而成为玻璃态(glassstate)，但熔融炉渣的热传导率非常小，因此熔融炉渣内部的冷却速度不变大而在晶态的状态(crystallinestate)下凝固。
如上所述，在专利文献1的方法中生成单面为玻璃态的板状凝固炉渣，而在将这种板状凝固炉渣粉碎来制造骨料的情况下，会得到表面的一部分为玻璃态的粗骨料。在将表面为玻璃态的粗骨料用作混凝土用粗骨料的情况下，存在在新拌混凝土(freshconcrete)固化时容易泌水(bleeding)的问题。泌水是指在新拌混凝土中由于固体材料的沉降或分离、拌合用水的一部分游离并上升到表面的现象。
另外，在距离与金属制铸型接触的面1mm左右的玻璃态部分和晶态部分的分界容易破裂。因此，在进行粉碎以调整到粗骨料粒度时，玻璃态部分容易变成细粒，存在粗骨料的成品率降低的问题。
专利文献2的混凝土用粗骨料与专利文献1同样地利用在金属制的铸型上凝固的高炉炉渣，将该高炉炉渣粉碎，形成吸水率为1.5％以下、粒径为5～20mm的粗骨料。将熔融炉渣流入金属制铸型并凝固成20～30mm的厚度，与专利文献1同样，与金属制铸型的接触面玻璃化的可能性高。调制有专利文献2的混凝土用粗骨料的混凝土的调制条件(mixproportion)、养护期间(curingperiod)为7天、28天的压缩强度是清楚的，但关于泌水是不清楚的。
本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种可成为高品质的混凝土用粗骨料的原料的凝固炉渣的制造方法、以该凝固炉渣的制造方法制造的凝固炉渣、使用了该凝固炉渣的混凝土用粗骨料的制造方法、由该混凝土用粗骨料的制造方法制造的混凝土用粗骨料。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的本发明的要点如下所述。
(1)一种凝固炉渣的制造方法，其中，包含：炉渣凝固工序，使熔融状态的高炉炉渣流入移动的金属制的铸型而进行冷却，使所述高炉炉渣在所述铸型内以成为板状的方式凝固；炉渣落下工序，将所述铸型翻转来使在所述铸型内凝固至内部的炉渣从铸型落下；以及炉渣温度保持工序，将落下的炉渣的炉渣表面的一部分或整个面的表面温度保持在900℃以上并保持5分钟以上。
(2)根据上述(1)所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，在所述铸型内以成为板状的方式凝固了的高炉炉渣的厚度为20mm以上且30mm以下。
(3)根据上述(1)或上述(2)所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，在所述炉渣温度保持工序中，将从所述铸型落下的凝固炉渣的表面中凝固时的铸型接触面的80面积％以上的铸型表面温度保持在900℃以上并保持5分钟以上。
(4)根据上述(1)至上述(3)中任一项所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，在所述炉渣温度保持工序中，使从所述铸型落下的凝固炉渣在炉渣厚度方向平均温度超过900℃的条件下层叠。
(5)根据上述(1)至上述(4)中任一项所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，在所述炉渣温度保持工序中，使从所述铸型落下的凝固炉渣层叠于能够将该从所述铸型落下的凝固炉渣从该落下位置搬出的保持容器内。
(6)一种凝固炉渣，通过上述(1)至上述(5)中任一项所述的凝固炉渣的制造方法而制造，其中，所述凝固炉渣的以在进行了落下试验后不通过筛孔40mm的筛子的样本相对于进行落下试验前的样本的质量比例来评价的落下强度(ShatterIndex)为70％以上，所述落下试验是将能够通过筛孔100mm的筛子且不能通过筛孔40mm的筛子的炉渣样本从2米的高度落下4次的试验。
(7)一种混凝土用粗骨料的制造方法，包含：包含上述(1)至上述(5)中任一项所述的凝固炉渣的制造方法的凝固炉渣制造工序；将制造出的凝固炉渣粉碎的凝固炉渣粉碎工序；以及对粉碎了的凝固炉渣进行分级的分级工序。
(8)一种混凝土用粗骨料，通过上述(7)所述的混凝土用粗骨料的制造方法而制造，所述混凝土用粗骨料的平均压缩强度为100N/mm2以上。
发明效果
根据本发明涉及的凝固炉渣的制造方法，在凝固炉渣与金属制铸型接触的接触面生成的玻璃态的部分在将炉渣表面温度保持在900℃并保持5分钟以上的期间会变化成晶态，由此能够获得落下强度高的凝固炉渣。另外，将由本发明涉及的凝固炉渣的制造方法制造出的凝固炉渣进一步粉碎、分级(screening)而制造出的混凝土用粗骨料在表面具有玻璃态部分的比例小，因此可稳定地得到高强度，得到适于制造高强度的混凝土的优选的粗骨料。
附图说明
图1是示意性地示出实现本发明涉及的凝固炉渣制造方法的凝固炉渣制造装置的一个实施方式的结构的示意图。
图2是示意性地示出图1所示的凝固炉渣制造装置中的凝固炉渣保持容器的示意图。
图3是示出在金属制的铸型上冷却炉渣的情况下的各测定位置的温度推移的曲线图。
图4是示出炉渣和铸型的一维导热解析模型的示意图。
图5是示出保持炉渣的表面温度为900℃以上的保持时间和凝固时玻璃态占铸型接触面的面积比例的关系的曲线图。
图6是示出凝固炉渣在厚度方向上的温度分布的计算结果的曲线图。
图7是示出收纳炉渣3分钟后在凝固炉渣保持容器内堆积的表层的凝固炉渣之下的炉渣的表面温度测定值、凝固炉渣的铸型接触面处的刚从铸型排出后及在凝固炉渣保持容器内作为表层下的凝固炉渣而保持3分钟后的炉渣温度的计算值与炉渣厚度之间的关系的曲线图。
图8是示出凝固时的铸型接触面为晶态的情况下的落下强度实验前后的炉渣的外观的照片。
图9是示出凝固时的铸型接触面为玻璃态的情况下的落下强度实验前后的炉渣的外观的照片。
图10是示出落下强度和凝固时玻璃态部分占铸型接触面的比例的关系的图。
图11是示出在本发明例和比较例之间比较制造20～5mm粗骨料时的产品成品率的图。
图12是比较并示出使用了本实施例和比较例的各自的粗骨料的混凝土中的泌水量的曲线图。
具体实施方式
以下，对本发明具体地进行说明。
本实施方式涉及的凝固炉渣的制造方法包含：炉渣凝固工序，使熔融状态的高炉炉渣流入移动的金属制的铸型而进行冷却，使所述高炉炉渣在所述铸型内以成为板状的方式凝固；炉渣落下工序，将所述铸型翻转来使在所述铸型内凝固至内部的炉渣从铸型落下；以及炉渣温度保持工序，将落下的炉渣的炉渣表面的一部分或整个面的表面温度保持在900℃以上并保持5分钟以上。
在图1中示出能够实现上述那样的凝固炉渣的制造方法的凝固炉渣制造装置的一例。图1所示的凝固炉渣制造装置1(图1)中，以能够进行圆周移动的方式支撑具有供收纳于渣锅23的熔融状态的高炉炉渣即熔融炉渣3流入的凹陷部5a(recessedpart)的多个金属制的铸型5，在铸型5进行圆周运动期间将熔融炉渣3流入凹陷部5a而连续地制造凝固炉渣18。
进行这种动作的凝固炉渣制造装置1具备在接近并支撑多个铸型5的状态下使多个铸型5沿水平方向进行圆周移动的圆周移动机构7。该圆周移动机构7具备：空气冷却移动部9，在铸型转动一周期间以将所流入的熔融炉渣3保持于所述凹陷部5a的状态下使铸型5沿圆周方向移动，将熔融炉渣3空气冷却而使其凝固；翻转排出部11，使铸型5以其凹陷部5a朝向下方的方式翻转来排出凝固炉渣18；翻转移动部13，使翻转了的铸型5在翻转了的状态下移动；再翻转部，使处于翻转状态的铸型5以凹陷部5a朝向上方的方式再翻转；再翻转移动部17，使再翻转后的铸型5移动到熔融炉渣3流入的部位；及冷却装置21，将翻转了的铸型5冷却。也可以省略再翻转移动部17。此外，为了使熔融炉渣3易于流入铸型5，凝固炉渣制造装置1设置有导槽20。
另外，凝固炉渣制造装置1具有在翻转排出部11的进行圆周运动的铸型5下方设置的渣坑19，在渣坑19配置有能够收纳排出的凝固炉渣18的凝固炉渣保持容器22。
如图2所示，凝固炉渣保持容器22可以具有能够保持相当于渣锅23的一锅量的熔融炉渣3的量的凝固炉渣18的容量，在收纳了渣锅23的一锅量的凝固炉渣18之后，从炉渣落下位置搬出，与空的凝固炉渣保持容器22更换。这样一来，即使在凝固炉渣保持容器22内在某种程度上长时间保持炉渣，也不会产生等待时间而导致生产性降低，能够接着处理下一渣锅23的熔融炉渣3。
从保温性的角度出发，优选凝固炉渣保持容器22的底面和侧面沿着各面的法线方向的至少一部分由热传导率为5W/(m·K)左右以下的低热传导率的耐火材料构成。另外，也可以选择在收纳凝固炉渣18之后在凝固炉渣保持容器22上设置盖子的方式、将加热器等简易的加热源附加到凝固炉渣保持容器22上的方式、或者将炉渣落下位置的渣坑19本身用作凝固炉渣保持容器，在收纳凝固炉渣之后设置罩子进行保持的方式等。
将使用如以上那样构成的本实施方式的凝固炉渣制造装置1来制造凝固炉渣18的方法的一例与凝固炉渣制造装置1的动作一起进行说明。
使圆周移动机构7以预定速度旋转，在熔融炉渣流入部位，使熔融炉渣3通过导槽20流入进行圆周运动的铸型5。流入了熔融炉渣3的铸型5在空气冷却移动部9上移动，熔融炉渣3被进行空气冷却而成为凝固炉渣18(炉渣凝固工序)。
在此，优选对铸型5的圆周移动速度和/或熔融炉渣3的流入速度进行控制，以使凝固炉渣18的厚度成为20mm以上30mm以下。若凝固炉渣的厚度为20mm以上，则通过粉碎该凝固炉渣18能够获得适于被广泛使用的、一般的粗骨料尺寸的5～20mm的粗骨料制品的粒度分布。另外，若凝固炉渣18的厚度为20mm以上，则如下文所述，在凝固炉渣18被装入凝固炉渣保持容器22内时，能够充分增大平均含热量(averageamountofheat)，因此不用追加加热源而仅通过对凝固炉渣18进行保温就能够使铸型接触面的炉渣表面温度上升到900℃以上并保持5分钟以上。
另一方面，若凝固炉渣18的厚度为30mm以下，则炉渣的冷却速度为适当的范围，能够抑制炉渣内部生成气孔，因此能够将粗骨料产品的吸水率降低到1.5％以下，并且在能够获得例如压缩强度为100N/mm2以上的高强度的粗骨料粒子的方面也是优选的。
到达翻转排出部11的铸型5在翻转排出部11朝向圆周运动方向旋转而翻转，凝固炉渣18被排出到渣坑19或渣坑19内的凝固炉渣保持容器22(炉渣落下工序)。
排出凝固炉渣18的铸型5在翻转状态下在翻转移动部13上移动，在该移动中途由冷却装置21进行冷却。
通过了翻转移动部13的铸型5在再翻转部15中朝向周向旋转而以凹陷部5a朝向上方的方式再翻转。在刚进行了再翻转之后或者在再翻转移动部17上移动之后，在炉渣流入部位再次向再翻转了的铸型5流入熔融炉渣3。
被排出到渣坑9并装入凝固炉渣保持容器22的凝固炉渣18在凝固炉渣保持容器22内层叠，通过凝固炉渣18自身保有的热量，凝固时降低了的凝固炉渣18的铸型接触面的温度上升。此时，通过使落下的凝固炉渣18的炉渣表面温度保持在900℃并保持5分钟以上，能够将凝固炉渣18中的铸型接触面的玻璃态改性成晶态(炉渣温度保持工序)。这样一来，在玻璃态被改性成晶态之后，将凝固炉渣18从凝固炉渣保持容器22排出到炉渣冷却床24。
如上所述，本发明的凝固炉渣制造方法具有炉渣凝固工序、炉渣落下工序及炉渣温度保持工序这三个工序，但在这三个工序中，尤其是炉渣温度保持工序中存在特征，因此在下文中对此进行详细地说明。
(需要炉渣温度保持工序的理由)
对从铸型5落下的板状的凝固炉渣18的剖面进行观察，距离铸型接触面大约1mm左右的范围玻璃化。仅距离铸型接触面1mm左右的范围玻璃化的理由是冷却速度仅在该部分是迅速的。即使凝固炉渣18的凝固厚度发生变化，玻璃态的部分依然距离铸型接触面大约1mm，没有变化。
对于凝固炉渣18的厚度为23mm的情况，利用放射温度计对凝固炉渣18的大气侧的表面温度进行测定并且在铸型背面设置热电对来测定了流到铸型上的熔融炉渣3被冷却而凝固的过程为止的温度推移。测定结果如图3所示。在图3中还一并示出通过后述的导热解析求出的、炉渣的厚度方向中心位置及与铸型5接触的位置上的炉渣温度的推移。由于向铸型的热传导，与铸型5接触的位置上的炉渣的初始冷却速度显著较大，在大约15秒降低到400℃，之后成为大致恒定的温度。炉渣的中心部的温度降低缓慢，在2分钟后仅仅降低到1150℃左右，大气侧的表面在2分钟后也仅仅降低到900℃。
这样一来，在主要通过向铸型5的热传导来冷却熔融炉渣3的本方式中，虽然铸型接触面被急冷却，但因为炉渣的热传导率小到2W/(m·K)以下，因此炉渣内部的热传导慢，铸型接触面以外的冷却速度小。因此，仅铸型接触面的炉渣被急冷而玻璃化。将铸型5翻转而从铸型5落下之后的凝固炉渣18一片一片分开地被搬运时，在搬运期间冷却从表面起推进，表面的玻璃态原样地残留。
若玻璃态残留，则如上文所述，在作为混凝土用粗骨料使用的情况下会产生容易泌水这一问题和/或粗骨料的成品率降低这一问题，因此需要将玻璃态部分改性成晶态。于是，需要进行将玻璃态部分改性成晶态的温度保持工序。
(基于解析的冷却速度的研究)
对于为了将玻璃态部分改性成晶态应该如何做进行了研究。在研究时，通过导热解析研究了炉渣内部的冷却速度。本工艺将炉渣凝固成板状，因此冷却/凝固过程中的温度推移可以认为是单纯的平板的非稳态一维热传导(unsteadyone-dimensionheatconduction)。其基本方程式为下述式(1)。
[数学式1]
∂ T ∂ t = λ ρ C p × ∂ 2 T ∂ X 2 ... ( 1 )
在此，λ是热传导度(W/(m·K))、ρ是密度(kg/m3)、Cp是比热(J/(kg·K))、T是炉渣或铸型的温度(K)、X是厚度方向上的长度(m)、t是时间(s)。
图4示出解析模型，图4(a)是炉渣收纳于铸型的状态，图4(b)表示从铸型落下的凝固炉渣。如图4所示，在炉渣、铸型的厚度方向上将炉渣分成10份，将铸型分成10份进行了计算。关于从铸型落下后仅计算了凝固炉渣。
在此，将大气-炉渣的界面(interface)的热传导系数hs、铸型-大气界面的热传导系数hm、炉渣-铸型界面的热电阻R作为参数，以使温度计算值与图3的实测值一致的方式决定了参数的值。大气-炉渣界面刚开始存在1300K以上的高温的温度差，因此考虑了热放射。气氛温度Ta设为恒定的293K，不存在温度上升。从铸型落下后，假定为绝热状态，不存在与炉渣外部的热移动。设为Δt＝0.5秒，通过显式解法(explicitsolutiontechnique)进行了计算。
炉渣的热传导率λ(W/(m·K))使用了根据下述式(2)、式(3)计算出的值。
在T＞1400K时，
λ＝-5.0×10-3T+9.20···(2)
在T≤1400K时，
λ＝7.78×10-4T+1.11···(3)
关于炉渣的比热Cp，基于Ogino等高炉炉渣的热容量测定结果(K.OginoandJ.Nishiwaki、鉄鋼物性値便覧製鉄編(2006)p.350、(社)日本鉄鋼協会、(独)日本学術振興会製銑第54委員会)，设为了在T＜1443K时，Cp＝1039J/(kg·K)，在1443K≤T＜1673K时，Cp＝2242.5J/(kg·K)、在1673K≤T＜1773K时，Cp＝1326J/(kg·K)。
通过将炉渣表面的热传导率和铸型背面的热传导率分别设定为hs＝30W/(m2·K)、hm＝10W/(m2·K)，将炉渣-铸型界面的热电阻设定为R＝9×10-4m2·K/W，能够与图3的温度的实测值大致一致。
由此，能够计算炉渣的温度变化，基于此对炉渣温度保持工序中的温度条件和保持时间进行了研究。
(温度条件)
对于为了将玻璃态部分结晶化所需要的表面温度进行了研究。刚刚结束炉渣落下工序之后的凝固炉渣的表面温度会根据炉渣凝固厚度和到翻转铸型而剥离炉渣为止的炉渣的冷却时间而变化。于是，通过将炉渣凝固厚度和所述冷却时间进行各种变更来使凝固炉渣表面温度变化，将使表面温度进行了各种变化的凝固炉渣在凝固炉渣保持容器内保持24小时，对凝固炉渣的铸型接触面的最高温度和玻璃态部分的面积比例的关系进行了调查。其结果，确认了为了将玻璃态部分结晶化，将表面温度上升到900℃是有效的。
(保持时间)
接着，在将炉渣凝固厚度和到翻转铸型而剥离炉渣为止的炉渣的冷却时间设为恒定的条件下，变更凝固炉渣保持容器内的保持时间，对从凝固炉渣的铸型接触面侧的表面温度上升到900℃的时刻起的保持时间即将炉渣表面温度保持在900℃以上的时间与凝固炉渣的玻璃态部分相对于铸型接触面的面积比例的关系进行了调查。
具体地说，在后述的实施例所示的凝固炉渣制造装置中，将金属制铸型5的圆周运动反复进行两周而在6分钟内连续地处理12吨的熔融炉渣3，在凝固炉渣18向配置于翻转铸型5时的炉渣落下位置的凝固炉渣保持容器22的收纳完成后保持规定时间，在达到了规定的保持时间的时刻立即将凝固炉渣18向炉渣冷却床24排出并散开，在大气中进行了冷却。
为了计算900℃以上的保持时间，需要特定炉渣的铸型接触面侧的表面温度上升到900℃的时刻和降低到低于900℃的时刻。于是，炉渣的铸型接触面侧的表面温度上升到900℃的时刻设为最后的凝固炉渣向凝固炉渣保持容器的收纳结束并且该炉渣的铸型接触面侧的表面温度达到900℃的时刻，假定在凝固炉渣保持容器内炉渣表面为绝热边界条件(adiabaticboundarycondition)而通过所述导热解析求出该时刻。另外，表面温度降低到低于900℃的时刻设为将凝固炉渣从凝固炉渣保持容器排出到炉渣冷却床而散开的时刻。这是基于在将凝固炉渣从凝固炉渣保持容器排出到炉渣冷却床而散开的时刻凝固炉渣的表面温度立即降低到低于900℃的假定。
图5是示出玻璃态面积比例(％)和保持在900℃以上的时间(min)的关系的曲线图。如图5的曲线图所示，可知，通过在900℃以上保持5分钟，铸型接触面的玻璃态部分的面积比例会降低到大致10％左右，即使进一步增加保持时间玻璃态部分的面积比例也不会发生大变化。由此确认了为了将铸型接触面的玻璃态部分结晶化，将凝固炉渣的表面温度上升到900℃以上并保持5分钟以上是有效的。
此外，在图5中即使将900℃以上的保持时间延长到大于5分钟，玻璃态部分的面积比例也不会从10％左右大幅度降低的理由可以认为是因为对于在炉渣保持容器内层叠并堆积的凝固炉渣的最表层部分铸型接触面朝向上方的凝固炉渣，即使加长保持时间，温度也不会上升到900℃以上，不会结晶化。因此，若在炉渣收纳后在炉渣保持容器上设置盖子或者使用加热器等简易的加热源进行再加热，则能够进一步降低玻璃态部分的面积比例。
另外，即使在图5中900℃以上的保持时间的计算值为零一部分玻璃态炉渣也会结晶化的理由可以认为是在炉渣处理的初期收纳于炉渣保持容器内的堆积层内下部的凝固炉渣中，到最终的凝固炉渣被收纳为止的时间内会进行表面温度的上升，已经保持在900℃以上并保持5分钟以上。即，可以认为在炉渣处理的初期收纳于炉渣保持容器内的凝固炉渣是满足结晶化的条件而进行了结晶化的凝固炉渣。
接着，对于能否通过使利用炉渣落下工序而落下的凝固炉渣层叠来确保上述温度条件和保持时间进行了研究。
(保温状态的炉渣温度)
对于炉渣厚度为25mm的凝固炉渣，计算马上要从铸型落下之前的温度分布。作为一例，在图6中示出将熔融炉渣3注入铸型后120秒之后凝固炉渣18内部的温度分布的计算结果。凝固炉渣内部的温度分布例如成为如图6的实线的曲线图所示。可以认为刚从铸型排出后的凝固炉渣的温度与马上要从铸型落下之前的凝固炉渣的温度大致相同，因此在图6中标记成“刚从铸型排出后”。
在刚从铸型排出后的凝固炉渣中，虽然铸型接触面、大气面的温度降低，但内部的温度成为高的状态。若在该状态下使凝固炉渣落下到保持容器内并逐个层叠和堆积，则堆积层内部的炉渣成为保温状态，因此随着时间的经过炉渣内部的热向凝固时的铸型接触面侧和大气侧传导，炉渣整体接近均匀的温度分布。利用图6的虚线示出3分钟后的温度分布计算结果。在本条件下，一度降低了的铸型接触面的温度也会上升而达到1000℃左右的温度。
在本发明涉及的凝固炉渣的制造方法中，必须在使凝固炉渣从铸型落下/排出后，使包括铸型接触面的凝固炉渣的炉渣表面的一部分或整个面的表面温度上升到900℃以上并保持5分钟以上。由此确认了通过使从铸型排出的凝固炉渣的炉渣厚度方向平均温度超过900℃，并使该凝固炉渣在渣坑19或凝固炉渣保持容器内层叠，不使用新的加热源也能够实施。
(基于炉渣层叠的温度)
利用凝固炉渣本身的含热量使炉渣表面温度上升到900℃以上可通过适当地选择凝固炉渣的凝固厚度、到翻转铸型而使凝固炉渣落下为止的炉渣的冷却时间及在凝固炉渣保持容器内的保持时间等的条件而实现。以下对于这一点具体地进行说明。
图7例如对于将熔融炉渣注入铸型后的冷却时间设为2分钟、将从最后的凝固炉渣落下而被收纳之后在凝固炉渣保持容器内的保持时间设为3分钟(180秒)的情况，示出炉渣厚度的平均值和凝固炉渣保持容器内的炉渣堆积层内的炉渣表面温度之间的关系。
使用红外热像仪从凝固炉渣保持容器上部测定凝固炉渣的温度，在图7中不仅描绘了表层的凝固炉渣的表面温度，还描绘了从表层的凝固炉渣的间隙测定出的位于表层的凝固炉渣下方的凝固炉渣(以下也称为“表层下的凝固炉渣”)的表面温度。存在于该表层下的试验的平均厚度为22mm以上的凝固炉渣的表面温度在任一测定值中均超过了900℃。图7的横轴的炉渣厚度是在冷却后测定的表层附近的炉渣厚度的值的平均值。
另一方面，实线所示的是凝固炉渣的铸型接触面上的温度的计算值，是刚从铸型排出后的温度和在凝固炉渣保持容器内作为表层下的凝固炉渣保持3分钟(180秒)之后的温度。如图7所示，可知，若平均厚度为20mm以上，则保持3分钟之后的凝固炉渣的铸型接触面的温度计算值超过900℃，平均厚度越大，则铸型接触面的温度越高。
在保持容器内层叠的表层下的凝固炉渣的表面温度的测定值与计算结果同样地，存在炉渣厚度越大测定值越高的倾向，试验的平均厚度为22mm以上的凝固炉渣在3分钟后全部成为900℃以上。即，表层下的凝固炉渣的表面温度测定值与计算结果非常一致，由计算结果和实测值可以确认通过使平均厚度为20mm以上的凝固炉渣层叠，在3分钟后能够使凝固炉渣的表面温度为900℃以上。
此外，在将用于使凝固炉渣的表面温度上升的热源设为仅仅是凝固炉渣本身的含热量的情况下，为了减小向外部散热产生的影响，需要将层叠并收纳于凝固炉渣保持容器内的凝固炉渣的量确保为某种程度上的量。具体地说，优选将5吨以上、更优选将10吨以上的凝固炉渣层叠并收纳成1米以上的厚度。
利用金属制的铸型铸造的板状凝固炉渣与缓冷炉渣相比，平均的凝固速度大，因此存在结晶粒小的倾向，另外如下文所述，可通过缓和/消除铸型接触面附近的残留应力(residualstress)，来得到强度特性优于缓冷炉渣的材质。
另外，通过本发明涉及的凝固炉渣的制造方法制造出的凝固炉渣的后述定义的落下强度(ShatterIndex)为70％以上，通过本发明涉及的凝固炉渣的制造方法可获得落下强度(ShatterIndex)为70％以上的高强度的板状的凝固炉渣。另外，通过使用落下强度为70％以上的、利用金属制铸型铸造出的板状的凝固炉渣，将其粉碎、分级而制造混凝土用粗骨料等炉渣制品的情况下的产品成品率提高。
进而，在将通过本发明涉及的凝固炉渣的制造方法而制造出的凝固炉渣粉碎、分级而获得的粗骨料中，可得到在后述的方法中测定的平均压缩强度为100N/mm2以上的混凝土用粗骨料，适于作为制造高强度混凝土的情况下的粗骨料原料。
实施例
基于具体的实施例对本发明的作用效果进行说明。
在本实施例中，使用图1所示的装置制造了凝固炉渣。铸型5俯视为梯形形状，由铸钢制成，其厚度为45mm，与梯形的上底相当的铸型的外尺寸(outerdimension)为0.7m，与梯形的下底相当的铸型的外尺寸为1.0m，与梯形的高度相当的铸型的外尺寸为2.7m。另外，熔融炉渣流入的铸型5的凹陷部5a的深度为100mm。通过圆周移动机构7对铸型5进行圆周搬运，圆周搬运的搬运速度在铸型中心为14m/min。
在炉渣流入部位处，使1360℃以上且1410℃以下的熔融状态的高炉炉渣以约2ton/min的速度流入铸型5。流入了熔融炉渣3的铸型5在空气冷却移动部9上搬运约120秒(空气冷却移动部的长度为整周的2/3(240度))，通过空气冷却使熔融炉渣3成为凝固炉渣18。
在翻转排出部11将铸型5翻转，使从铸型剥离的凝固炉渣18落下到配置于渣坑19的凝固炉渣保持容器22。将排出了凝固炉渣18的铸型5维持翻转状态地在翻转移动部13上移动，在设置有冷却装置21的部位从上下两面喷射冷却水而进行急冷。
接着，通过再翻转部15将翻转状态的铸型5再翻转，使翻转状态的铸型5再次返回到原本的凹陷部5a朝向上方的状态。其后，将熔融炉渣再次流入返回了的铸型。对于一次的渣锅反复进行5周以上工序，在15分钟内连续处理30吨熔融炉渣。
在所有凝固炉渣从铸型落下后，在凝固炉渣保持容器内保持预定时间，之后，将凝固炉渣从凝固炉渣保持容器排出到炉渣冷却床而散开，在大气中进行了冷却。
在本发明例中，条件是熔融炉渣温度为1385℃、凝固炉渣保持容器内的炉渣收纳完成后的保持时间为10分钟、凝固炉渣的平均厚度为25mm，在预定的保持时间后立即从凝固炉渣保持容器将凝固炉渣排出到炉渣冷却床而散开，在大气中进行了冷却。
在比较例中，条件是熔融炉渣温度为1380℃、凝固炉渣的平均厚度为23mm，使凝固炉渣从铸型落下到渣坑，在所有凝固炉渣从铸型落下后，利用铲车将凝固炉渣从渣坑搬出并在炉渣冷却床上冷却，为下一渣锅内的熔融炉渣的处理做准备。在比较例中，冷却后测定凝固炉渣的凝固厚度为20～26mm，平均厚度为23mm。凝固厚度对铸型接触面的玻璃态的存在率的影响不在20～26mm的范围。
在冷却后的凝固炉渣中，对凝固时的铸型接触面的玻璃态部分的比例进行了评价，并对炉渣的落下强度进行了评价。
首先，通过目视从通过本发明例而制造出的凝固炉渣中筛选出铸型接触面没有玻璃态的凝固炉渣(晶态的凝固炉渣)，另一方面，通过目视从通过比较例而制造出的凝固炉渣中筛选出铸型接触面为玻璃态的凝固炉渣，进行了落下试验。
图8和图9是示出试验结果的照片，图8(a)示出本发明例的试验前的状态，图8(b)示出本发明例的落下试验后的状态，图9(a)示出比较例的试验前的状态，图9(b)示出比较例的落下试验后的状态。
如图9(b)所示，在凝固炉渣的铸型接触面部分成为玻璃态的比较例的凝固炉渣中，因落下而整体被零碎地粉碎。这是由于在凝固时形成大的温度梯度的表面附近产生大的残留应力，因此即使是1m落下程度的比较小的冲击也容易破坏。
另一方面，在通过本发明涉及的凝固炉渣的制造方法而制造出的凝固炉渣中，如图8(b)所示，是端部由于落下而欠缺的程度，整体几乎没有粉碎，成为高强度的板状的凝固炉渣。这是由于在铸型接触面的玻璃态部分结晶化时表面附近的残留应力被缓和或消除。
利用以下说明的方法测定了落下强度(ShatterIndex)。落下强度试验的装置利用JISM8711铁矿石烧结矿-落下强度试验方法所记载的装置。利用40～100mm的板状凝固炉渣的样品(能够通过筛孔(sieveopening)为100mm的筛子且不能通过筛孔为40mm的筛子的板状凝固炉渣的样本；大约3kg)，进行从2米的高度落下四次的落下试验。在落下试验后，求出没有粉碎到40mm以下的比例(不通过筛孔40mm的筛子的样本的质量比例)，将该比例设为了落下强度(ShatterIndex)。对于其他实验条件，依据作为烧结矿的试验方法的JISM8711铁矿石烧结矿-落下强度测定方法。
通过下述式(4)计算了板状炉渣的落下强度(ShatterIndex)。
S(％)＝A/B×100···(4)
S：判定为40mm以上的板状炉渣的落下强度(ShatterIndex)
A：试验后的40mm以上的质量(kg)
B：试验前的40～100mm的样本的质量(kg)
将在本发明例与比较例之间对铸型接触面的玻璃态部分的比例和落下强度S的关系进行比较而得到的结果在图10中示出。在本发明例中，玻璃态部分的比例从比较例的52面积％降低到9面积％，落下强度S从比较例的46％上升到89％。
由以上的结果来看，可以说为了有效地改善玻璃态部分的结晶化带来的凝固炉渣的强度，优选对于凝固时铸型接触面的80面积％以上、更优选90面积％以上，将炉渣表面温度保持在900℃以上并保持5分钟以上。即，优选使凝固炉渣凝固时的铸型接触面的80面积％以上、更优选90面积％以上为晶态，换言之使凝固炉渣的铸型接触面的玻璃态部分的面积比例小于20面积％，更优选小于10面积％。
接着，为了使如上所述制造出的本发明例和比较例的凝固炉渣成为混凝土用粗骨料，利用冲击式粉碎机将10吨板状的凝固炉渣粉碎。然后，利用20mm、5mm的筛子对粉碎的炉渣进行了分级。由此制造出20～5mm的混凝土用粗骨料。
将20～5mm的粗骨料产品相对于作为原料的凝固炉渣的成品率的结果在本发明例和比较例之间进行比较并在图11中示出。本发明例的粗骨料产品的成品率为71％，在比较例中为65％。即，本发明例比比较例的粗骨料产品的成品率高6％。
测定本发明例的粗骨料的吸水率时，为0.9％，与作为现有的高炉缓冷炉渣粗骨料的吸水率的3～4％相比显著减小，得到了与天然骨料相同的吸水率。
另外，对本发明例和比较例的炉渣粗骨料的压缩强度进行了比较。压缩强度测定用的样品从包括平坦面的大的粗骨料粒子将该平坦面作为底面利用金刚石切割器切出10mm×10mm×10mm的尺寸，利用阿姆斯勒型压缩试验机(universaltestingmachine)对于各6个样本测定了压缩强度。
从比较例的粗骨料采取的样本的压缩强度的平均值为50N/mm2，
最低值为10N/mm2，偏差非常大，存在强度非常低的粗骨料样本。与此相对，从本发明例的粗骨料采取的样本的压缩强度的平均值为167N/mm2，最低值为80N/mm2，能够稳定地获得高的压缩强度。
利用本发明例和比较例的炉渣粗骨料调和混凝土并对特性进行了评价。在调和了本发明例的粗骨料的新拌混凝土和调和了比较例的粗骨料的新拌混凝土之间比较了泌水量。将调查结果在图12中示出。在玻璃态表面少的本发明例中，相比玻璃态表面多的比较例泌水量少。
接着，利用各粗骨料，以高强度作为目标的水灰比(water-cementratio)为35％的配合来精炼混凝土，制作出压缩强度测定用的试样，进行28天强度比较。为了比较，也同样地制作将市售的天然石灰石用作粗骨料的试样并进行了评价。
在使用了比较例的粗骨料的混凝土中，28天强度为53N/mm2，与此相对在使用了本发明例的粗骨料的混凝土中，28天强度为75N/mm2。使用了天然石灰石的粗骨料的混凝土的28天强度为72N/mm2，相比使用了天然石灰石的粗骨料的混凝土，使用了本发明例的粗骨料的混凝土得到了更高的压缩强度。因此，本发明例的粗骨料可以说是适于用作高强度混凝土用的粗骨料的材料。
符号说明
1凝固炉渣制造装置
3熔融炉渣
5铸型
5a凹陷部
7圆周移动机构
9空气冷却移动部
11翻转排出部
13翻转移动部
15再翻转部
17再翻转移动部
18凝固炉渣
19渣坑
20导槽
21冷却装置
22凝固炉渣保持容器
23渣锅
24炉渣冷却床

Claims (8)

1.一种凝固炉渣的制造方法，其中，包含：
炉渣凝固工序，使熔融状态的高炉炉渣流入移动的金属制的铸型而进行冷却，使所述高炉炉渣在所述铸型内以成为板状的方式凝固；
炉渣落下工序，将所述铸型翻转来使在所述铸型内凝固至内部的炉渣从铸型落下；以及
炉渣温度保持工序，将落下的炉渣的炉渣表面的一部分或整个面的表面温度保持在900℃以上并保持5分钟以上。
2.根据权利要求1所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，
在所述铸型内以成为板状的方式凝固了的高炉炉渣的厚度为20mm以上且30mm以下。
3.根据权利要求1或2所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，
在所述炉渣温度保持工序中，将从所述铸型落下的凝固炉渣的表面中凝固时的铸型接触面的80面积％以上的铸型表面温度保持在900℃以上并保持5分钟以上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，
在所述炉渣温度保持工序中，使从所述铸型落下的凝固炉渣在炉渣厚度方向平均温度超过900℃的条件下层叠。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的凝固炉渣的制造方法，其特征在于，
在所述炉渣温度保持工序中，使从所述铸型落下的凝固炉渣层叠于能够将该从所述铸型落下的凝固炉渣从该落下位置搬出的保持容器内。
6.一种凝固炉渣，通过权利要求1至5中任一项所述的凝固炉渣的制造方法而制造，其中，
所述凝固炉渣的以在进行了落下试验后不通过筛孔40mm的筛子的样本相对于进行落下试验前的样本的质量比例来评价的落下强度为70％以上，所述落下试验是将能够通过筛孔100mm的筛子且不能通过筛孔40mm的筛子的炉渣样本从2米的高度落下4次的试验。
7.一种混凝土用粗骨料的制造方法，其中，包含：
包含权利要求1至5中任一项所述的凝固炉渣的制造方法的凝固炉渣制造工序；
将制造出的凝固炉渣粉碎的凝固炉渣粉碎工序；以及
对粉碎了的凝固炉渣进行分级的分级工序。
8.一种混凝土用粗骨料，通过权利要求7所述的混凝土用粗骨料的制造方法而制造，其中，
所述混凝土用粗骨料的平均压缩强度为100N/mm2以上。
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