JP2001058869A - 鋳造工程からの排出粉末を原料とする焼結体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋳造工程から排出されるスラグ及びダストの新
たな有効利用方法として、低コストで汎用性が高い材料
を製造することができる鋳造工程からの排出粉末を原料
とする焼結体の製造方法を提供する。 【解決手段】鋳造工程から排出されるスラグ及びダスト
を原料とし、スラグを粉砕及び篩分けして所定の粒径に
調整したスラグ粉末にし、ダストを３００乃至８００℃
で仮焼し粉砕及び篩分けして所定の粒径に調整したダス
ト粉末にし、スラグ粉末とダスト粉末とをスラグ粉末の
含有量が４０乃至７０重量％となるように混合し、得ら
れた混合粉末を成形し８５０乃至１０５０℃の温度で焼
成する。また、混合粉末は粒径が１００乃至５００μｍ
の粗粒粉末と粒径が０．５乃至５μｍで平均粒径が２μ
ｍである微粒粉末とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、産業廃棄物として
排出されるスラグ粉末及びダスト粉末を粒径及び混合割
合を調整した鋳造工程からの排出粉末を原料とする焼結
体の製造方法に関し、特に、強度、緻密性又は吸水性に
富み建築、造園及び園芸材料等に好適な鋳造工程からの
排出粉末を原料とする焼結体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳造工程から排出されるスラグ及
びダストは、一部がコンクリートの増量材として利用さ
れ、大部分は産業廃棄物として埋め立て処分されてい
る。

【０００３】一方、スラグ又はダストの利用方法が種々
提案されている（特開昭５６−６２９３１号公報、特開
昭６２−２７９０５１号公報、特開平１０−３１４７９
９号公報）。

【０００４】特開昭５６−６２９３１号公報には、製鋼
段階で高いダスト率を伴う固体状態に形成され、そして
ダストの放出を防ぐために水でぬらされるスラグを即冶
金工程に再利用するため、このぬれたスラグを製鋼用乾
燥微粒装入材料に混合するスラグの調整方法が開示され
ている。なお、製鋼用乾燥微粒装入材料として、冶金の
余り材又は転炉スラグを使用し、このぬれたスラグと製
鋼用乾燥微粒装入材料とを５０：５０で混合してスラグ
を再利用している。

【０００５】特開昭６２−２７９０５１号公報には、木
質系のチップダストと粉状のスラグダストとの混合圧縮
体よりなるペレット状固形体に形成されるものであり、
これらチップダスト及びスラグダストを再利用する鋳造
用の保温材等のペレット状固形体及びその製造方法が開
示されている。

【０００６】このチップダストは、建築物の廃材から製
紙用パルプ又は燃料チップを製造するチップ工場の廃材
を破砕する工程で発生する細かな破片である。また、ス
ラグダストは製鉄所から出る高炉スラグ、転炉スラグ又
は電気集塵装置のダストである。これらを原料として、
転炉で酸素を吹き込む際にフォーミング又はスプラッシ
ングを防止するため、炉内に投入するスロッピング防止
材を製造している。

【０００７】特開平１０−３１４７９９号公報には、鉄
分の多い含油スラッジと転炉から排出された高温状態の
転炉スラグとを接触させ、含油スラッジ中の油分を燃焼
により除去して鉄分の多いスラッジとし、これを他の焼
結原料に配合して焼結した焼結鉱として高炉に装入する
鉄分の多い含油スラッジの処理方法が開示されており、
油分を除去して鉄分の多い含油スラッジの油分を除去し
て他の焼結原料と配合して焼結し、高炉に装入してい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のスラグ
及びダストをコンクリートの増量材として、利用するこ
とができるが、コンクリートの品質を低下させるため、
その使用量には制限がある。また、埋め立て処分では用
地確保に限界がある。

【０００９】一方、スラグ又はダストの利用方法の方法
は開示されているものの、鋳造工程から排出されるスラ
グ及びダストの利用方法に関するものではない。

【００１０】また、特開昭５６−６２９３１号公報は、
ぬれたスラグと製鋼用乾燥微粒装入材料とを５０：５０
で混合してスラグを再利用するものであり、ぬれたスラ
グを使用するため、乾燥工程に時間がかかるという問題
点がある。

【００１１】特開昭６２−２７９０５１号公報は、スロ
ッピング防止材は木質系のチップダストを含有してお
り、焼結体を製造するものではない。

【００１２】特開平１０−３１４７９９号公報は、含油
スラッジを転炉にリサイクルする等して、鉄源として再
利用するものであり、焼結体を製造するものではない。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、鋳造工程から排出されるスラグ及びダスト
の新たな有効利用方法として、低コストで汎用性が高い
材料を製造することができる鋳造工程からの排出粉末を
原料とする焼結体の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋳造工程か
らの排出粉末を原料とする焼結体の製造方法は、鋳造工
程から排出されるスラグ及びダストを原料とし、前記ス
ラグを粉砕及び篩分けして所定の粒径に調整したスラグ
粉末にし、前記ダストを３００乃至８００℃で仮焼し粉
砕及び篩分けして所定の粒径に調整したダスト粉末に
し、前記スラグ粉末と前記ダスト粉末とを前記スラグ粉
末の含有量が４０乃至７０重量％となるように混合し、
得られた混合粉末を成形し８５０乃至１０５０℃の温度
で焼成することを特徴とする。

【００１５】この場合、前記混合粉末は粒径が１００乃
至５００μｍの粗粒粉末と粒径が０．５乃至５μｍで平
均粒径が２μｍである微粒粉末とを有することが好まし
い。

【００１６】本発明においては、鋳造工程から排出され
るスラグ及びダストを原料とし、スラグを粉砕及び篩分
けして所定の粒径に調整したスラグ粉末にし、ダストを
３００乃至８００℃で仮焼し粉砕及び篩分けして所定の
粒径に調整したダスト粉末にし、スラグ粉末とダスト粉
末とをスラグ粉末の含有量が４０乃至７０重量％となる
ように混合し、得られた混合粉末を成形し８５０乃至１
０５０℃の温度で焼成することにより、産業廃棄物とし
て処理される鋳造工程から排出されるスラグ及びダスト
を有効利用することができる。このため、環境保護に多
大な貢献をなすことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る鋳造
工程からの排出粉末を原料とする焼結体の製造方法につ
いて詳細に説明する。本願発明者等は、鋳造工程から排
出されるスラグは８５０℃の温度で焼結するが、ダスト
は１０５０℃以上の温度でなければ焼結せず、スラグ及
びダストを夫々単独で焼結しても焼成された焼結体には
変形、亀裂又は気孔が発生してしまうが、鋳造工程から
排出されるスラグ粉末及びダスト粉末のうち、ダスト粉
末を３００乃至８００℃で仮焼し、スラグ粉末及びダス
ト粉末を夫々粒径及び混合割合を調整し、得られた混合
粉末を湿式又は乾式法により成形体を成形し、８５０乃
至１０５０℃の温度で焼結することにより、種々の用途
に応じた焼結体を製造することができ、スラグ及びダス
トの多くは産業廃棄物として廃棄されているが、スラグ
及びダストを焼結体の製造原料として活用できることを
見出した。

【００１８】また、スラグ及びダストの粉末の粒径、混
合割合、成形方法及び焼成温度の各条件を適切に選定す
ることにより、高強度、緻密質、多孔質又は吸水性に富
む各種焼結体を製造することができる知見を得た。

【００１９】なお、気孔としては焼結体内で孤立した閉
気孔及び焼結体の表面までつながっている開気孔があ
る。

【００２０】以下、本実施例に係る鋳造工程からの排出
粉末を原料とする焼結体の製造方法を工程順に説明す
る。先ず、鋳造工程から排出されるスラグ及びダストを
原料とし、このうち、スラグを粉砕及び篩分けして所定
の粒径に調整し、スラグ粉末とする。

【００２１】次に、ダストを３００乃至８００℃で仮焼
し、粉砕及び篩分けして所定の粒径に調整し、ダスト粉
末とする。

【００２２】このスラグ及びダスト粉末は粗粒粉末と微
粒粉末とを有することが好ましい。粗粒粉末は焼結体の
収縮率を２０％以下に調節するために必要であり、この
場合、スラグ及びダスト粉末の粒径は、例えば、１００
乃至５００μｍとする。また、混合粉末のうち、スラグ
及びダストの微粒粉末は焼結の促進剤であり、粒径が小
さいほど促進効果は大きいので、例えば、スラグ及びダ
ストの微粒粉末の粒径は０．５乃至５μｍの範囲とし、
平均粒径を２μｍとする。

【００２３】次に、スラグ粉末の含有量が４０乃至７０
重量％となるようにスラグ粉末及びダスト粉末を混合し
て混合粉末とする。

【００２４】次に、この混合粉末を湿式又は乾式法によ
り所定の形状の成形体を成形する。次に、この成形体を
８５０乃至１０５０℃の温度で焼成し、例えば、炉内で
冷却する。これにより、焼結体を形成することができ
る。なお、焼成時間は焼成温度及び目的の焼結体の相対
密度にもよるが、例えば、９５０乃至１０５０℃の温度
においては焼成時間が２時間以下では時間の経過と共に
相対密度が増加し、３時間以上で相対密度は一定にな
る。このため、焼成時間は３時間以上とすることが好ま
しい。

【００２５】本実施例においては、従来、大半が産業廃
棄物として処理されていた鋳造工程から排出されるスラ
グ及びダストを原料として、スラグ及びダストを粉末と
し、スラグ及びダストの粒径配合及び混合割合を調整し
た混合粉末を得、この粉末から成形体を成形して焼結す
ることにより、焼結体として再利用することができ、環
境保護に多大な貢献をなすことができる。なお、製造さ
れる焼結体は本発明の範囲内で製造条件を変えることに
より種々の用途に応じた特性を備えるものとすることが
できる。

【００２６】また、本実施例においては、焼成される焼
結体としては、高強度及び緻密質焼結体があり、これは
コンクリート製品より高強度である。また、吸水性に富
む焼結体は湿潤状態を保持することができ、多孔質焼結
体は軽量で断熱性に富む。これらの焼結体は夫々の特性
を活かして建築、造園及び園芸材料として利用すること
ができる。

【００２７】以下、本発明の鋳造工程からの排出粉末を
原料とする焼結体の製造方法の数値限定理由について説
明する。

【００２８】ダストの仮焼：３００乃至８００℃ 熱重量分析の結果、３００乃至８００℃の温度でダスト
に含まれる硫酸塩及び塩化物が分解し、分解生成物の硫
化塩化物及び塩化物が揮散する。揮散物の総量はダスト
の約８重量％に相当する。ダストを仮焼する目的はこれ
らの揮散物を除去することにある。揮散物を除去しない
と焼結体中に気孔が発生する原因となる。ダストの仮焼
温度が３００℃未満の場合、焼成中にダストから発生す
る揮散物により焼結体中に１００μｍ以上の気孔が発生
し、焼結体中の機械的強度が劣化する原因になる。一
方、ダストの仮焼温度が８００℃を超える場合、ダスト
自身が焼結し、スラグとの焼結性が悪くなる。従って、
ダストは３００乃至８００℃で仮焼する。なお、８００
℃以上の温度で仮焼するとダストの焼結が生じ、８００
℃以下の温度では仮焼に長時間を有する。このため、ダ
ストは８００℃の温度で仮焼することが最適である。

【００２９】スラグの含有量：４０乃至７０重量％ スラグの含有量が４０％未満の場合、１０００℃以下の
温度では焼結しない。この場合、１０００℃以上の温度
で焼結するが焼結体中に大きさが１００乃至５００μｍ
の大きな気孔が発生する。一方、スラグの含有量が７０
重量％を超えると、８５０℃以上の温度で焼結するが、
収縮率が３０乃至３５％と大きくなり、焼結体に変形と
亀裂が生じる。従って、スラグの含有量は４０乃至７０
重量％とする。より好ましいスラグの含有量の範囲は４
０乃至６０重量％である。

【００３０】焼成温度：８５０乃至１０５０℃ 焼成温度が８５０℃未満の場合、スラグの含有量が６０
重量％以下では焼結が進まない。また、スラグの含有量
が７５重量％以上では焼結するが、焼結体の収縮率が３
０乃至３５％と大きく、焼結体に変形及び亀裂が発生す
る。一方、焼成温度が１０５０℃を超えると、焼結体中
に大きさが１００μｍ以上の大きな気孔が発生し、変形
が生じる。従って、焼成温度は８５０乃至１０５０℃と
する。特に、スラグの含有量が４０乃至６０重量％の場
合、焼成温度のより好ましい範囲は９５０乃至１０５０
℃である。

【００３１】粗粒粉末：粒径が１００乃至５００μｍ スラグ及びダストの混合粉末は粗粒粉末と微粒粉末とを
有することが好ましい。この粗粒粉末は焼結体の収縮率
を２０％以下に調節するために必要である。粗粒粉末は
粒径が１００μｍ以下では焼結体の収縮率が２０％以上
になる。一方、粗粒粉末は粒径が５００μｍを超える
と、焼結が遅くなり、焼結体の相対密度が７０％以上ま
で焼結するのに長時間を必要とする。従って、スラグ及
びダストの粗粒粉末は粒径が１００乃至５００μｍとす
ることが好ましい。

【００３２】微粒粉末：粒径が０．５乃至５μｍで平均
粒径が２μｍ 微粒粉末は焼結の促進剤であり、粒径は小さいほど促進
効果が大きい。但し、平均粒径が２μｍ以下では、混合
粉末に不均一部が生じ、それが不均一な焼結及び亀裂の
発生の原因になる。従って、スラグ及びダストの微粒粉
末は粒径が０．５乃至５μｍの範囲とし、平均粒径が２
μｍであることが好ましい。

【００３３】焼成時間 焼成時間は焼成温度及び目的の焼結体の相対密度にもよ
るが、９５０乃至１０５０℃の温度においては焼成時間
が２時間以下では時間の経過と共に相対密度が増加し、
３時間以上で相対密度は一定になる。従って、焼成時間
は９５０乃至１０５０℃の温度においては３時間以上必
要になる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の方法により製造された焼結体
の実施例について、その特性を比較例と比較して具体的
に説明する。

【００３５】鋳造工程により排出されたスラグ及びダス
トを表１乃至７に示す粒径配合及び混合割合として成形
体を成形し、表１乃至７に示す製造条件で焼成して焼結
体を製造した。この焼結体について、特性を調べた。こ
の結果を表１乃至７に示す。

【００３６】なお、表１乃至表７において、スラグ含有
量及びダスト含有量の欄にはスラグ及びダストの平均粒
径も合せて示す。また、骨材はスラグ及びダストの粗粒
粉末を混合したものであり、その比率は５０：５０であ
る。更に、結合材はスラグ及びダストの微粒粉末を混合
したものであり、その比率は５０：５０である。表１に
示す実施例No.１は骨材のスラグの粒径は０．４ｍｍ以
下、ダストの粒径は０．４ｍｍ以下である。また、結合
材のスラグの粒径は１乃至８μｍであり、ダストの粒径
は１乃至６μｍであり、平均粒径は２．３μｍである。

【００３７】表１に示す実施例No.２は骨材のスラグの
粒径は０．４２ｍｍ、ダストの粒径は０．４２ｍｍであ
る。また、結合材のスラグの粒径は１乃至８μｍであ
り、ダストの粒径は１乃至６μｍであり、平均粒径は
２．３８μｍである。

【００３８】表１に示す実施例No.３は原料粉末のスラ
グの粒径は０．４乃至４μｍであり、平均粒径は１．６
１μｍである。ダストの粒径は１乃至６μｍであり、平
均粒径は２．３８μｍである。

【００３９】表１に示す実施例No.４は原料粉末のスラ
グの粒径は０．８乃至４μｍであり、平均粒径は１．９
６μｍである。ダストの粒径は１乃至６μｍであり、平
均粒径は２．３８μｍである。

【００４０】表１に示す実施例No.５は原料粉末のスラ
グの粒径は０．８乃至４μｍであり、平均粒径は１．９
６μｍである。ダストの粒径は１乃至６μｍであり、平
均粒径は２．３８μｍである。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】

【００４７】

【表７】

【００４８】上記表１乃至４に示すように、本発明の範
囲に入る実施例No.１乃至１４はいずれも焼結体を焼成
することができた。この焼結体は高強度製品、緻密質製
品、吸水性製品又は多孔質製品として使用することがで
きるものである。

【００４９】なお、実施例No.１は嵩密度が２．３０
％、気孔率が３０．８％、吸水率が０．１％、曲げ強度
が４９．４ＭＰａ、ビッカース硬度が１２５．６、熱膨
張率が７５×１０^-7、軟化温度が９２６℃、結晶相がＣ
ａ₂ＺｎＳｉ₂Ｏ₇、ＺｎＦｅ₂Ｏ ₄であり、焼結体に１０
０μｍ以下の閉気孔が多数発生するが、特に高強度製品
に向いている。

【００５０】実施例No.２は吸水率が９．３％、曲げ強
度が８２ＭＰａであり、焼結体に１００μｍ以下の開気
孔及び閉気孔が多数発生するが、特に高強度製品に向い
ている。

【００５１】実施例No.３は焼結体に発生した閉気孔が
少数なので、用途としては緻密質製品に向いている。

【００５２】実施例No.４は吸水率が１８乃至１９％で
あり、焼結体に開気孔が多数発生しているので、用途と
しては吸水性製品に向いている。

【００５３】実施例No.５は吸水率が０％であり、焼結
体に直径が１ｍｍの閉気孔が多数発生しているので、用
途としては多孔質製品に向いている。

【００５４】実施例No.６は焼結体に１００μｍ以下の
開気孔が多数発生した。

【００５５】実施例No.７は焼結体に開気孔が多数発生
し、閉気孔が少数発生した。いずれの気孔も１００μｍ
以下であった。

【００５６】実施例No.８は焼結体に１００μｍ以下の
閉気孔が多数発生した。

【００５７】実施例No.９は焼結体に１００μｍ以下の
開気孔が多数発生した。

【００５８】実施例No.１０は焼結体に１００μｍ以下
の開気孔が多数発生した。また、閉気孔が多数発生し
た。

【００５９】実施例No.１１は焼結体に１００μｍ以下
の閉気孔が多数発生した。

【００６０】実施例No.１２は焼結体に１００μｍ以下
の開気孔が多数発生した。

【００６１】実施例No.１３は焼結体に１００μｍ以下
の開気孔及び閉気孔が多数発生した。

【００６２】実施例No.１４は焼結体に１００μｍ以下
の閉気孔が多数発生した。

【００６３】一方、比較例No.１５は、ダストの仮焼温
度が本発明の範囲未満であるため、焼成された焼結体に
１００乃至５００μｍ以上の閉気孔が多数発生し、焼結
体の機械的強度が劣化した。

【００６４】比較例No.１６は、ダストの仮焼温度が本
発明の範囲を超えているので、ダストとスラグとの焼結
性が悪くなり、焼結体の相対密度が低かった。また、焼
結体に１００乃至５００μｍの閉気孔が多数発生した。

【００６５】比較例No.１７は、スラグの含有量が本発
明の範囲未満であり、ダストだけであるため、焼結体を
焼成することができなかった。

【００６６】比較例No.１８は、スラグの含有量が本発
明の範囲未満であり、ダストだけであるが、焼成温度が
１０００℃を超えているので、焼結体を焼成することが
できなかった。また、１００乃至５００μｍの大きさの
開気孔が多数発生した。

【００６７】比較例No.１９は、スラグの含有量が本発
明の範囲未満であるため、焼結が不十分であった。

【００６８】比較例No.２０は、スラグの含有量が本発
明の範囲未満であるが、焼成温度が９００℃を超えてい
るので、焼結体を焼成することができるものの、１００
乃至５００μｍの大きさの閉気孔が多数発生した。

【００６９】比較例No.２１は、スラグの含有量が本発
明の範囲を超えているので、焼結体は焼成することがで
きるものの、体積収縮率が３０乃至３５％と大きく、変
形及び亀裂が生じた。

【００７０】比較例No.２２は、スラグの含有量が本発
明の範囲を超えているので、スラグだけなので焼結体は
焼成することができるものの、体積収縮率が３０乃至３
５％と大きく、変形及び亀裂が生じた。

【００７１】比較例No.２３乃至２５は、焼成温度が本
発明の範囲を超えているので、焼成された焼結体に約１
ｍｍの大型の気孔が発生し、変形が起こった。

【００７２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
鋳造工程から排出されるスラグ及びダストを原料とし、
スラグを粉砕及び篩分けして所定の粒径に調整したスラ
グ粉末にし、ダストを３００乃至８００℃で仮焼し粉砕
及び篩分けして所定の粒径に調整したダスト粉末にし、
スラグ粉末とダスト粉末とをスラグ粉末の含有量が４０
乃至７０重量％となるように混合し、得られた混合粉末
を成形し８５０乃至１０５０℃の温度で焼成することに
より、産業廃棄物として処理される鋳造工程から排出さ
れるスラグ及びダストを有効利用することができる。こ
のため、環境保護に多大な貢献をなすことができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2B022 AA05 BA05 BB01 4D004 AA43 BA02 BA10 CA04 CA08 CA14 CA30 DA03 DA06 DA10 DA20 4G019 GA04 4G030 AA67 GA03 GA11 GA27

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳造工程から排出されるスラグ及びダス
   トを原料とし、前記スラグを粉砕及び篩分けして所定の
   粒径に調整したスラグ粉末にし、前記ダストを３００乃
   至８００℃で仮焼し粉砕及び篩分けして所定の粒径に調
   整したダスト粉末にし、前記スラグ粉末と前記ダスト粉
   末とを前記スラグ粉末の含有量が４０乃至７０重量％と
   なるように混合し、得られた混合粉末を成形し８５０乃
   至１０５０℃の温度で焼成することを特徴とする鋳造工
   程からの排出粉末を原料とする焼結体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記混合粉末は粒径が１００乃至５００
   μｍの粗粒粉末と粒径が０．５乃至５μｍで平均粒径が
   ２μｍである微粒粉末とを有することを特徴とする請求
   項１に記載の鋳造工程からの排出粉末を原料とする焼結
   体の製造方法。