JP2003155511A

JP2003155511A - 転炉スラグ製品の製造方法

Info

Publication number: JP2003155511A
Application number: JP2001354624A
Authority: JP
Inventors: Yuji Toda; 祐治遠田; Masato Mazawa; 正人真沢; Masakuni Morioka; 昌邦森岡; Tetsuji Ibaraki; 哲治茨城
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】転炉スラグ中のＣａＯを簡便な方法で改質す
ることにより、水和膨張を防止することができる転炉ス
ラグ製品の製造方法を提供する。【解決手段】溶融状態の転炉スラグに該転炉スラグ中
のＣａＯを固定する改質剤（好ましくは、ホウ珪酸ガラ
ス、ソーダガラス、一般廃ガラスの１または２種以上）
を投入し、かつ、前記溶融状態の転炉スラグに酸素を含
む気体を（好ましくは特定条件で）吹き付けて該転炉ス
ラグを少なくとも１回は粒径１０ｍｍ以下に粒状化させ
て酸化することにより、最終製品の成分が質量％で、下
記（Ａ）式を満足することを特徴とする転炉スラグ製品
の製造方法。 CaO −1.9SiO₂−1.1Al₂O₃−0.6Fe₂O₃−1.2P₂O₅ ≦−4.5 …（Ａ）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木資材等として
有用な転炉スラグ製品の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉で製造した銑鉄は、燐、珪素、その
他の不純物を含有しているため、これらを除去するため
に、製鋼工程で、酸化カルシウムを添加する。そのた
め、この製鋼工程において、酸化カルシウム（ＣａＯ）
を含有する転炉スラグが発生し、これをいろいろな用途
に使用している。

【０００３】転炉スラグ製品の用途としては、コンクリ
ート用細骨材や路盤材（砂、バランス）、透水性の骨
材、サンドパイル用砂、ケーソンの中込材等がある。

【０００４】転炉スラグを固化した後に、破砕しセメン
ト原料や肥料とする場合は、問題ないが、土木資材とす
る場合には、酸化カルシウムが転炉スラグの性能に影響
を与える。多くの転炉スラグでは、塩基度（酸化カルシ
ウムと酸化珪素の質量比、ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が３〜
３．５程度であり、酸化カルシウムと結合できる酸化珪
素などの酸性酸化物の量が不足している場合が多く、転
炉スラグが凝固した後には、塊の内部に他の成分から分
離したフリーＣａＯが生ずる。

【０００５】フリーＣａＯは、長期間、空中や水中に放
置されると、ＣａＯが水と反応して、水酸化カルシウム
（Ｃａ（ＯＨ）₂）が生成する。酸化カルシウムが水酸
化カルシウムに変化する際に、結晶が膨張する。このた
め、転炉スラグを道路の路盤材として用いた場合、道路
表面に亀裂や凹凸ができてしまう。

【０００６】また、コンクリートセメントの骨材として
用いた場合、セメントコンクリートの塊に亀裂が入った
り、表面が剥離したりする問題が生じていた。

【０００７】この問題を解決するために、転炉スラグか
ら生成したフリーＣａＯを水和して、ほぼ全量を水酸化
カルシウムとして、水和膨張を防止するエージング処理
が従来から行われている。

【０００８】また、特開平８−２９４９号公報に開示さ
れているように、転炉スラグに流動性がある状態で、酸
化珪素等の酸性酸化物を添加して、酸化カルシウムを中
和することも提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来技術
に示されるように、水和膨張の問題があるフリーＣａＯ
を中和するために、種々の方法が行われていたが、いず
れの方法においても、処理のための特別の装置が必要で
あり、また、処理費用がかかるという問題があった。

【００１０】また、蒸気を用いたエージングの場合は、
長時間の処理が必要であるとともに、蒸気費用がかかる
という問題があった。

【００１１】さらに、転炉スラグに流動性がある状態
で、酸性酸化物を大量に添加する場合には、転炉スラグ
の温度が下がり、事実上、均一に混合できないという問
題があった。

【００１２】本発明は、かかる従来技術の問題点を解決
し、転炉スラグ中のＣａＯを簡便な方法で改質すること
により、水和膨張を防止することができる転炉スラグ製
品の製造方法を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶融状態の転
炉スラグに改質材を投入し、酸素を含む気体を吹き付け
て粒状化させることにより、水和膨張を防止する簡便な
転炉スラグ製品の製造方法を提供するものであり、その
要旨とするところは、特許請求の範囲に記載した下記の
内容である。（１）溶融状態の転炉スラグに該転炉スラグ中のＣａＯ
を固定する改質剤を投入し、かつ、前記溶融状態の転炉
スラグに酸素を含む気体を吹き付けて該転炉スラグを少
なくとも１回は粒径１０ｍｍ以下に粒状化させて酸化す
ることにより、最終製品の成分が質量％で、下記（Ａ）
式を満足することを特徴とする転炉スラグ製品の製造方
法。

【００１４】 CaO−1.9SiO₂−1.1Al₂O₃−0.6Fe₂O₃−1.2P₂O₅≦−4.5 …（Ａ）（２）ＣａＯを固定する改質剤が、ホウ珪酸ガラス、ソ
ーダガラスおよび一般廃ガラスから選ばれる１種または
２種以上であることを特徴とする（１）記載の転炉スラ
グ製品の製造方法。（３）スラグ鍋から流下させた溶融状態の転炉スラグの
後方から、下記（Ｂ）式を満足するように酸素を含む気
体を吹き付けることを特徴とする（１）または（２）の
いずれかに記載の転炉スラグ製品の製造方法。

【００１５】Ｖ×Ｓ²≧６４００００ …（Ｂ）ここに、Ｖ：スラグ１ｔに吹き付ける酸素を含む気体の
量（ｍ³）、Ｓ：吹き出しノズル断面での流速（ｍ/ｓ）（４）酸素を含む気体を吹き付けて粒状化した転炉スラ
グを、傾斜した耐熱性板状部材で受け流水で冷却するこ
とを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の転
炉スラグ製品の製造方法。（５）酸素を含む気体を吹き付けて粒状化した転炉スラ
グを、水中に落下させることを特徴とする（１）乃至
（３）のいずれかに記載の転炉スラグ製品の製造方法。（６）酸素を含む気体を吹き付けて粒状化した転炉スラ
グが再融着してできたスラグ塊を、適度な粒度に破砕し
て篩分けすることを特徴とする（１）乃至（３）のいず
れかに記載の転炉スラグ製品の製造方法。（７）酸素を含む気体が空気であることを特徴とする
（１）乃至（６）のいずれかに記載の転炉スラグ製品の
製造方法。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明者らは、転炉スラグの構造
を調査した。この結果、ＣａＯ単独相（フリーＣａＯ）
は水和反応による膨張を起こすが、ＣａＯを含んでいて
も、フリーＣａＯ以外の結晶は常温・常圧の条件では、
水和反応による膨張を起こさないことが判った。つま
り、転炉スラグの水和反応による膨張を防止するには、
ＣａＯと他の酸化物の化合物を生成させて、フリーＣａ
Ｏの析出を防止すれば良いことがわかった。

【００１７】この調査結果に基づいて、ＳｉＯ₂・Ｐ₂Ｏ
₃・Ｆｅ₂Ｏ₃・Ａｌ₂Ｏ₃などのＣａＯと化合物を作る酸
化物とＣａＯの比率を適性にすることにより、フリーＣ
ａＯの析出を防止できることを見出した。以降、これら
のＣａＯを固定する酸化物を酸性酸化物と称す。

【００１８】理論上はＣａＯから、重量百分率換算で、
ＳｉＯ₂の１．９倍、Ｐ₂Ｏ₅の１．２倍、Ｆｅ₂Ｏ₃の
０．７倍、Ａｌ₂Ｏ₃の１．１倍を引いた値を０以下とす
ることでフリーＣａＯをなくすことができる。しかし、
実験を行うと、Ｆｅ₂Ｏ₃は反応速度の問題からそれほど
大きく寄与せず、実際上はＣａＯから、質量％で、Ｓｉ
Ｏ₂の１．９倍、Ｐ₂Ｏ₅の１．２倍、Ｆｅ₂Ｏ₃の０．６
倍、Ａｌ₂Ｏ₃の１．１倍を引いた値（以下、「Ｍ値」と
呼ぶ）を−４．５以下とする下記（Ａ）式を満足しなけ
れば膨張が完全に抑制されないことを見出した。

【００１９】CaO−1.9SiO₂−1.1Al₂O₃−0.6Fe₂O₃−1.2P
₂O₅≦−4.5 …（Ａ）しかしながら、実験の転炉操業で
の転炉スラグ成分は、溶鋼の精錬反応を効率良く行うこ
とで決まるものであり、必ずしも、このような成分にで
きない問題がある。したがって、通常、転炉スラグ製品
を製造する場合には、酸性酸化物の比率を増加させる必
要が生ずる。

【００２０】一方、転炉スラグ中には多くのＦｅＯが存
在する。しかし、ＦｅＯは、ＣａＯとの化合物を形成す
ることはなく、フリーＣａＯの生成の防止には役立たな
い。

【００２１】そこで、発明者らは詳細な実験を実施し
た。表１にその結果を示すが、溶融状態の転炉スラグに
酸素を含む気体を吹き付けて、少なくとも１回は粒径を
１０ｍｍ以下に粒状化させることによりＦｅＯを酸化さ
せ、Ｆｅ₂Ｏ₃の量を大幅に増加できることを確認した。

【００２２】本発明における酸素を含む気体とは、空気
と同等以上、すなわち、酸素を２０％以上含む気体であ
れば、全く問題ない。転炉スラグを酸化するのに必要な
酸素量から推定すると２％程度でも十分である。

【００２３】ここで重要なことは、最終的な粒径は問題
ではなく、粒状化した転炉スラグの粒径を一旦１０ｍｍ
以下として酸素に接触させることが重要で、その後は、
熱により再融着してもその効果に変化はない。

【００２４】しかし、この方法のみでの場合は、必ずし
も、Ｍ値を−４．５以下にすることはできない。そこ
で、酸素によるＦｅ₂Ｏ₃の増加を見込んでも不足する酸
性酸化物を、少量、予め溶融した転炉スラグに改質材と
して投入すれば問題ないことを見出した。改質材として
は、経済性の面からホウ珪酸ガラス、ソーダガラス等、
一般の廃ガラスを使うことが好ましい。

【００２５】改質材の必要添加割合は、転炉スラグ成
分、性状、ガラスの成分、添加方法によって変化する
が、一般的な転炉スラグに改質剤としてソーダガラスを
１０ｍｍ程度に粉砕して投入する場合、転炉スラグの数
％で十分である。

【００２６】次に、酸素を含む大量の気体により少なく
とも１回は１０ｍｍ以下に粒状化させる方法について検
討した。スラグの粒径には、気体のエネルギーが関与し
ていると考え、テストした結果、スラグを１０ｍｍ以下
に微粒化させるには、一定の気体のエネルギーが必要
で、スラグ鍋から流下させた溶融スラグの後方から、ス
ラグ１ｔあたりの気体量（ｍ³/ｔ）と吹き出しノズル断
面での流速（ｍ/ｓ）の二乗積が６４００００以上とす
る下記（Ｂ）式を満足すればよいことが判明した。

【００２７】Ｖ×Ｓ²≧６４００００ …（Ｂ）ここに、Ｖ：スラグ１ｔに吹き付ける酸素を含む気体の
量（ｍ³）、Ｓ：吹き出しノズル断面での流速（ｍ/ｓ）またスラグの酸化に必要であり、ノズルから供給する酸
素量は少なくともスラグ１ｔあたり１０ｍ³以上であれ
ば十分であることも確認した。更に、発明者らは、飛散
した粒子の回収方法について検討、機能を確認した。

【００２８】酸素を含む気体を吹き付けて、粒状化した
転炉スラグは、以下のように処理することにより、再融
着を防止することができる。

【００２９】すなわち、図１に示すように、酸素を含む
気体を吹き付けて粒状化した転炉スラグを、傾斜した鉄
板等の耐熱性板状部材で受け、流水で冷却しながら連続
的に移送してもよく、あるいは図２に示すように、転炉
スラグの粒子を、水を張った水槽で受けることで、粒子
をほぼ球状に保つことができる。この場合、ある程度粒
子がたまった時点で、パケットローダーにて粒子を排出
する。

【００３０】また、酸素を含む気体を吹き付けて粒状化
した転炉スラグが再融着してスラグ塊となった場合は、
公知の破砕手段により適度な粒度に破砕、篩分けしても
よい。

【００３１】一方、気体のエネルギーが小さい場合、微
粒化した粒子の中には、充分微粒とならなかったものが
含まれることがある。この粒子中の酸化鉄（Ｉ）は、充
分に酸化していない可能性があり出荷時、取り除くこと
が必要である。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【実施例】（実施例１）表２に、実際の転炉スラグを用
いて試験した結果を示す。酸素を含む気体で粒状化をし
ない場合、大量に改質材を投入しＳｉＯ₂を増加させて
も膨張性はあまり改善されない。また、粒状化のみを実
施しても、膨張性は満足するものとはならない。しかし
ながら、転炉スラグ１ｔ当り１０ｋｇ程度の少量の改質
材を添加することで膨張性は著しく改善される。しかし
ながら、粒状化が充分でない場合、膨張性は満足できる
ものとはならない。粒状化を行い、かつ少量の改質材を
添加することで、Ｍ値は−４．５以下となり、膨張しな
い製品を得ることができた。

【００３４】なお、膨張性はＪＩＳＡ５０１５道路
用鉄鋼スラグ（１９９２）の附属書２「鉄鋼スラグの
水浸膨張試験方法」に準じて実施した。

【００３５】このとき図１に示す装置を用いた。

【００３６】図１は、（４）の発明を示す図である。ス
ラグ鍋１から排出される溶融スラグに、酸素を含む気体
を高圧送風機２からノズル３を経由して吹きつけて粒状
化する。

【００３７】粒状化された粒子は、傾斜した面４に到達
し、ポンプ６を介して水ノズル５から供給された冷却水
により冷却され、斜面最下端部より転炉スラグ製品７と
して排出される。

【００３８】

【表２】

【００３９】（実施例２）表３に酸素を含んだ気体とし
て空気を使用した試験結果を示す。転炉スラグ１ｔに対
する風量と風速の２乗の積が６４００００以上あれば、
良好な粒子を得ることができ、結果として転炉スラグ製
品の膨張性も良好となった。このとき図２に示す装置を
用いた。

【００４０】

【表３】

【００４１】図２は（５）の発明を示す図である。粒状
化された転炉スラグ粒子は、水槽８に落下し、冷却され
る。水槽８の底部にたまった転炉スラグ製品は、適時、
ホイールローダー等で搬出する。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、溶融状態の転炉スラグに改質
材を投入し、酸素を含む気体を吹き付けて粒状化させる
ことにより、水和膨張を防止する簡便な転炉スラグ製品
の製造方法を提供することができ、産業上極めて有用な
効果を奏する。

【００４３】本発明方法により製造された転炉スラグ製
品は、水和膨張しにくいため、各種の土木資材として極
めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における転炉スラグ製品の製造方法の一
実施形態を示す図である。

【図２】本発明における転炉スラグ製品の製造方法の一
実施形態を示す図である。

【符号の説明】

１スラグ鍋２高圧送風機３ノズル４傾斜した面５水ノズル６ポンプ７転炉スラグ製品８水槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森岡昌邦君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者茨城哲治君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内Ｆターム(参考） 4G012 JB02 JC03 JC05 JC06 JD02 JE04 JE06 JF01 JF03 JG01 JG02 JG03 JH02 JH05 JH07 JK02 JK08 JL02 JM02 JM04 4K070 AB11 BC13 BC14 BC15 BC20 EA02 EA09 EA14 EA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融状態の転炉スラグに該転炉スラグ中
のＣａＯを固定する改質剤を投入し、かつ、前記溶融状
態の転炉スラグに酸素を含む気体を吹き付けて該転炉ス
ラグを少なくとも１回は粒径１０ｍｍ以下に粒状化させ
て酸化することにより、最終製品の成分が質量％で、下
記（Ａ）式を満足することを特徴とする転炉スラグ製品
の製造方法。 CaO−1.9SiO₂−1.1Al₂O₃−0.6Fe₂O₃−1.2P₂O₅≦−4.5 …（Ａ）
【請求項２】ＣａＯを固定する改質剤が、ホウ珪酸ガ
ラス、ソーダガラスおよび一般廃ガラスから選ばれる１
種または２種以上であることを特徴とする請求項１記載
の転炉スラグ製品の製造方法。
【請求項３】スラグ鍋から流下させた溶融状態の転炉
スラグの後方から、下記（Ｂ）式を満足するように酸素
を含む気体を吹き付けることを特徴とする請求項１また
は請求項２のいずれかに記載の転炉スラグ製品の製造方
法。Ｖ×Ｓ²≧６４００００ …（Ｂ）ここに、Ｖ：スラグ１ｔに吹き付ける酸素を含む気体の
量（ｍ³）、Ｓ：吹き出しノズル断面での流速（ｍ/ｓ）
【請求項４】酸素を含む気体を吹き付けて粒状化した
転炉スラグを、傾斜した耐熱性板状部材で受け流水で冷
却することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
かに記載の転炉スラグ製品の製造方法。
【請求項５】酸素を含む気体を吹き付けて粒状化した
転炉スラグを、水中に落下させることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の転炉スラグ製品の
製造方法。
【請求項６】酸素を含む気体を吹き付けて粒状化した
転炉スラグが再融着してできたスラグ塊を、適度な粒度
に破砕して篩分けすることを特徴とする請求項１乃至請
求項３のいずれかに記載の転炉スラグ製品の製造方法。
【請求項７】酸素を含む気体が空気であることを特徴
とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の転炉ス
ラグ製品の製造方法。