JP2003226561A - フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法及びその高炉スラグ骨材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フライアッシュの組成を溶融し易い組成に
し、高炉の溶融スラグに均一に分散させて溶解し、付加
価値の高いセメント用原料や路盤材、あるいは土木埋め
立て材等に利用することができるフライアッシュを利用
した高炉スラグの骨材製造方法及びその高炉スラグ骨材
を提供する。 【解決手段】 フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添
加して混合し、該混合物の塩基度を高めてから高炉から
排滓する溶融スラグに添加して溶解してから冷却するフ
ライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法及び
フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添加して混合し、
該混合物の塩基度を高めてから高炉の排滓する溶融スラ
グに添加して溶解してから冷却した後、該スラグを破砕
して粒状にした高炉スラグの骨材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電所やボイ
ラー等で燃料として使用した石炭等の化石燃料から発生
するフライアッシュを高炉の溶融スラグに溶解して骨材
を製造するフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材
製造方法及びその高炉スラグ骨材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、石炭等の固形燃料を使用する火力
発電所や蒸気等を製造するボイラ設備では、燃料として
使用した後の石炭灰（フライアッシュ）が大量に発生
し、廃棄物として埋め立て処理が行われている。このフ
ライアッシュは、ＳｉＯ₂ 、Ａｌ ₂ Ｏ₃ を主成分として
いるが、残量の炭素５〜１０質量％を含み、サイズが１
０〜２０μｍの微粉の多い粉状であるため、その処理が
容易でなく、一般的に埋め立て処分が行われている。

【０００３】しかし、近年、埋め立て場所が減少し、こ
れ等のフライアッシュの有効活用が推進されている。こ
のフライアッシュの有効活用を図る方法として、特開昭
６２−２５６７４７号公報に記載されているように、フ
ライアッシュに、石灰石とセメント、消石灰を添加して
ペレットに造粒し、このペレットを焼成して人工骨材を
製造することが行われている。しかし、このペレットを
用いた人工骨材は、混合や造粒工程を必要とし、更に、
生ペレットを焼成するため、多くの工程と製造費用が高
くなり、安価で、且つ、大量処理を工業的に行うには問
題がある。

【０００４】一方、製鉄工場の高炉では、焼結鉱や鉄鉱
石を還元して溶銑を製造する際、多量の溶融スラグが発
生する。この溶融スラグは、大樋に設けたスキンマーで
溶銑から分離され、溶融スラグ専用の排滓樋を通過して
排滓鍋に受けた後、スラグ処理場で放冷し、破砕して高
炉セメントの骨材、あるいは路盤材等に使用されるか、
又は、水冷して凝固させた後に破砕して水砕スラグに
し、コンクリート骨材、路盤材、セメント原料等に使用
している。この高炉の溶融スラグを利用してフライアッ
シュを溶融し、付加価値を高める方法として、例えば、
特開２００１−１５１５４０号公報に記載されるよう
に、高炉の溶融スラグに、フライアッシュを吹き込んで
溶解し、この溶融スラグの冷却と破砕を行うことによ
り、付加価値の高い路盤材、あるいは土木埋め立て材等
に利用することも提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
００１−１５１５４０号公報に記載されたフライアッシ
ュの有効活用を行う方法では、フライアッシュは、Ｓｉ
Ｏ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ を主成分としており、その融点が１６
００℃と高くなっている。このため、高炉の大樋や排滓
鍋等に入れて混合しても、微粒子状のままで浮上し、フ
ライアッシュが局部的に凝集して溶融スラグ中に均一に
分散することができず、しかも、溶融が不安定であるた
め、溶融スラグ中に局部的なフライアッシュの塊や濃縮
部位が存在し、冷却して破砕した後の路盤材、あるいは
土木埋め立て材の品質を大きく阻害する。

【０００６】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
で、フライアッシュの組成を溶融し易い組成にし、高炉
の溶融スラグに均一に分散させて溶解し、付加価値の高
いセメント原料や路盤材、あるいは土木埋め立て材等に
利用することができるフライアッシュを利用した高炉ス
ラグの骨材製造方法及びその高炉スラグ骨材を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿う本発明に
係るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方
法は、フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添加して混
合し、該混合物の塩基度を高めてから高炉の排滓する溶
融スラグに添加して溶解してから冷却する。この方法に
より、フライアッシュの融点を低くでき、溶融スラグ中
に分散し易くして溶融させることができ、生成した溶融
スラグを付加価値の高い路盤材、あるいは土木埋め立て
材等に利用することができる。

【０００８】本発明に係るフライアッシュを利用した高
炉スラグの骨材製造方法において、前記混合物の塩基度
を０．５〜２．０にすると良い。これにより、フライア
ッシュの融点を安定して低くでき、溶融スラグ中に確実
に分散させて溶融させることができる。なお、混合物の
塩基度が０．５未満、あるいは２．０を超えると、混合
物の融点が高くなり、溶融スラグ中への均一な分散がで
きず、溶解した後の溶融スラグ中に混合物の塊が形成さ
れる。この理由から混合物の塩基度は、０．７〜１．５
にするとより好ましい結果が得られる。

【０００９】更に、本発明に係るフライアッシュを利用
した高炉スラグの骨材製造方法において、前記ＣａＯ含
有物質として石膏ボードを使用することが好ましい。こ
れにより、産業廃棄物である石膏ボードを混合してフラ
イアッシュの融点を低下させることができ、フライアッ
シュを溶融スラグに容易に溶解することができる。ま
た、本発明に係るフライアッシュを利用した高炉スラグ
の骨材は、フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添加し
て混合し、該混合物の塩基度を高めてから高炉から排滓
する溶融スラグに添加して溶解してから冷却した後、該
スラグを破砕して粒状にする。この骨材は、フライアッ
シュの融点を低くして溶融スラグ中に均一に分散し、フ
ライアッシュを溶融させるているので、溶融スラグを冷
却して製造した粒子を付加価値の高い路盤材、あるいは
土木埋め立て材等にすることができる。

【００１０】更に、前記目的に沿う本発明に係るフライ
アッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法はフライ
アッシュを高炉の炉内に装入し、フライアッシュ中の炭
素を還元剤、あるいは熱源として活用してからフライア
ッシュを溶融し、該フライアッシュの溶融物を含む溶融
スラグを前記炉内から排滓してから冷却する。この方法
により、フライアッシュに含まれる炭素を高炉の酸化鉄
の還元反応に活用でき、しかも、高炉の炉内での熱源と
して利用し、炉内温度を高めることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。図１は本発明の一実施の形態に係る
フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法に
適用される高炉溶融スラグ処理装置の説明図、図２は大
樋部の部分拡大断面図、図３はフライアッシュとＣａＯ
含有物質を添加を添加して混合した場合のＳｉＯ₂ とＡ
ｌ₂ Ｏ₃ 及びＣａＯの状態図である。

【００１２】図１及び図２に示すように、本発明の一実
施の形態に係るフライアッシュを利用した高炉スラグの
骨材製造方法に用いられる高炉溶融スラグ処理装置１
は、高炉２の出銑口３から溶銑４と溶融スラグ５を一旦
受ける大樋６を配置している。この大樋６には、その先
端側に溶融スラグ５を遮断するスキンマー７を設けてお
り、スキンマー７で遮断された溶融スラグ５は、排滓樋
８を通過し、流銑鉢（傾注樋）９に受けて混入した溶銑
４と溶融スラグ５を分離した後、溶融スラグ５は排滓樋
８から排滓鍋１０に排滓される。

【００１３】更に、スキンマー７の下方を潜り抜けた溶
銑４は、溶銑樋１１からトピードカー１２に受銑され
る。また、大樋６には、フライアッシュに、ＣａＯ含有
物質の一例である石膏ボードを混合し、塩基度（ＣａＯ
／ＳｉＯ₂ ）を０．５〜２．０に調整した混合物を貯蔵
するホッパ１３と、ホッパ１３からインジェクションラ
ンス１４に混合物を供給するフレキシブルホース１５
と、混合物を圧送する空気や窒素等の気体の供給管１６
を備えている。

【００１４】次に、フライアッシュを利用した高炉スラ
グの骨材製造方法及び骨材について説明する。高炉２の
出銑口３から溶銑４と溶融スラグ５が大樋６に出銑（排
出）される。この大樋６では、その下流側に設けたスキ
ンマー７によって、溶融スラグ５が遮断され、スキンマ
ー７の下を潜り抜けた溶銑４が溶銑樋１１からトピード
カー１２に受銑される。更に、スキンマー７によって遮
断された溶融スラグ５に、ホッパ１３に貯蔵したフライ
アッシュに、ＣａＯ含有物質の一例である石膏ボードを
混合し、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂ ）を０．５〜２．０
（本実施の形態では塩基度を１．２６）に調整した混合
物を空気や窒素等の気体を供給管１６から送給し、フレ
キシブルホース１５を介してインジェクションランス１
４から吹き込みを行った。

【００１５】この時の溶融スラグ、混合する石膏ボード
の代表的な組成は、表１に示す組成である。なお、石膏
ボードと破砕ガラス（ガラス屑）の混合したもを用いる
ことも可能であるため、破砕ガラスの組成も併記した。
また、混合物として、前記した石膏ボードとフライアッ
シュの混合割合と、その時の平均組成、及び塩基度を表
２に示す。混合物の吹き込み量としては、表２に示すよ
うに、５０ｋｇ／溶融スラグ・トン〜２００ｋｇ／溶融
スラグ・トンの添加が可能であり、フライアッシュ純分
として１３〜６０ｋｇ／溶融スラグ・トンにすることが
好ましい。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】そして、インジェクションランス１４から
溶融スラグ５（溶銑４中への吹き込みも可能）に吹き込
まれた石膏ボードとフライアッシュの混合物は、図３の
ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ −ＣａＯ系の状態図の網かけで示
す領域、好ましくは斜線で示す領域に配合調整して融点
を１５００℃以下、望ましくは１４００℃以下にする。
その結果、吹き込まれた際に、混合物が溶融スラグ５中
に均一に分散し、しかも、速やかに溶解して溶融スラグ
５に融合される。混合物を溶解した溶融スラグ５は、大
樋６から排滓樋８を通過し、流銑鉢（傾注樋）９に受け
て混入した溶銑を分離した後、排滓樋８から排滓鍋１０
に排滓される。

【００１９】排滓鍋１０の溶融スラグ５は、フライアッ
シュと石膏ボードの混合物を溶解した量だけ増加するが
その割合が僅かであり、何ら本来の溶融スラグの物性を
損なうことが無く、通常の徐冷スラグ処理工程、あるい
は水砕処理工程の何れかに搬送され、破砕してからセメ
ント用、路盤材や土木埋め立て材等に使用される。ま
た、石膏ボードとフライアッシュの混合物を添加する位
置としては、大樋６の他に、流銑鉢（傾注樋）９と排滓
樋８の間の落差を利用し、排滓樋８に連続的、あるいは
間欠的に投入して、流銑鉢９からの落差を活用して混合
物と溶融スラグ５を攪拌し、均一な分散と溶解を促進す
ることが可能である。

【００２０】次に、第２の発明であるフライアッシュを
利用した高炉スラグの骨材製造方法について説明する。
高炉２の炉内には、焼結鉱等の酸化鉄や生石灰、コーク
ス等の塊状の原料が装入され、図示しない送風管及び羽
口から熱風が送風され、焼結鉱等の酸化鉄がコークスに
よって還元され、溶解して溶銑が製造され、同時に２０
０〜２８０ｋｇ／溶銑トンの溶融スラグが生成する。こ
の炉内に、焼結鉱等の酸化鉄や生石灰、コークス等の原
料と、フライアッシュを装入するすることにより、フラ
イアッシュ中に含まれる炭素を酸化鉄の還元剤に用いた
り、炉内での炭素の燃焼による昇温を図ることができ
る。

【００２１】更に、本来の焼結鉱等の酸化鉄の還元反応
と溶解時に生成する溶融スラグに、フライアッシュの残
分を溶解させることができる。このフライアッシュを溶
解した溶融スラグは、僅かしか増加せず、本来の高炉の
還元反応を何ら阻害することがなく、安定した高炉操業
を行ないながらフライアッシュを付加価値の高い溶融ス
ラグにすることができる。この溶融スラグは、前記した
溶融スラグ５と同様に大樋６から流銑鉢９から排滓樋８
を通り、排滓鍋１０に排滓される。そして、溶融スラグ
は、通常の徐冷スラグ処理工程、あるいは水砕処理工程
の何れかに搬送され、破砕してから付加価値の高いセメ
ント用や路盤材、土木埋め立て材等に使用される。

【００２２】

【実施例】次に、フライアッシュを利用した高炉スラグ
の骨材製造方法及び骨材の実施例について説明する。高
炉の出銑口から排出された溶銑と溶融スラグを大樋に一
旦受け、石膏ボードとフライアッシュの混合物をインジ
ェクションランス２２から溶融スラグ中に吹き込んだ。
この時の溶融スラグ、使用した石膏ボード及びフライア
ッシュの組成は、表１に示すものを用いた。石膏ボード
とフライアッシュの混合物の添加量は、表２に示す条件
の内、添加量が５０ｋｇ／溶融スラグ・トン、８０ｋｇ
／溶融スラグ・トン、２００ｋｇ／溶融スラグ・トンの
場合について行ない、その条件で製造された溶融スラグ
を冷却、破砕し、フライアッシュの溶解の均一性の良
否、路盤材の品質の良否、溶銑温度の低下の大小を調査
した。

【００２３】実施例１は、石膏ボードとフライアッシュ
の混合物を５０ｋｇ／溶融スラグ・トン添加した場合で
あり、フライアッシュが均一に溶解して良好で、路盤材
の品質も良く、溶銑温度の低下を小さくできた。実施例
２は、石膏ボードとフライアッシュの混合物を８０ｋｇ
／溶融スラグ・トン添加した場合であり、フライアッシ
ュが均一に溶解して良好で、路盤材の品質も良く、溶銑
温度の低下を小さくできた。実施例３は、石膏ボードと
フライアッシュの混合物を２００ｋｇ／溶融スラグ・ト
ン添加した場合であり、フライアッシュが均一に溶解し
て良好で、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下がやや
大きくなったが特に問題なかった。更に、添加方法とし
て、流銑鉢から排滓樋に落下する場所に前記実施例１〜
３と同じ条件にして投入したが、いすれとも良好な結果
が得られた。

【００２４】次に、第２の実施例として、石膏ボードと
フライアッシュの混合物の添加量を表２に示す条件の
内、添加量が５０ｋｇ／溶融スラグ・トン、８０ｋｇ／
溶融スラグ・トン、２００ｋｇ／溶融スラグ・トンを、
高炉の炉内に装入し、酸化鉄の還元と昇熱を行ない、溶
銑及び溶融スラグを生成し、出銑口から排出された溶融
スラグを冷却、破砕し、フライアッシュの溶解の均一性
の良否、路盤材の品質の良否、溶銑温度の低下の大小を
調査したところ、いずれもフライアッシュが均一に溶解
して良好で、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下が無
く、しかも、高炉の操業も安定しており、良い結果が得
られた。

【００２５】これに対し、フライアッシュのみを５０ｋ
ｇ／溶融スラグ・トン、８０ｋｇ／溶融スラグ・トン、
２００ｋｇ／溶融スラグ・トンを大樋の溶融スラグにラ
ンスを使用してインジェクションした場合について行っ
たが、いずれもフライアッシュ凝集部位が存在し、溶融
スラグ中に均一に溶解させることができず、路盤材の品
質が悪くなった。更に、実施例として、フライアッシュ
と石膏ボードを混合したものの他に、フライアッシュと
石膏ボードに破砕ガラスを混合した場合についても実施
し、溶融スラグを冷却、破砕してフライアッシュの溶解
の均一性が良く、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下
が小さく、良い結果が得られた。

【００２６】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨
を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲であ
る。例えば、フライアッシュと石膏ボードを混合物、あ
るいはフライアッシュと石膏ボード、破砕ガラスの添加
は、混合物を排滓鍋に入れ置きし、落差を活用して溶解
することができる。更に、ＣａＯ源としては、生石灰や
石灰石を活用することもできる。また、混合物を高炉の
炉内に装入する場合、予め混合物を造粒し、疑似粒子に
して装入することができる。更に、この疑似粒子は、混
合物にさらに生石灰や他の酸化鉄原料を混合して疑似粒
子を製造することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のべたように、本発明によるフライ
アッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法において
は、フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添加して混合
し、混合物の塩基度を高めてから高炉の排滓する溶融ス
ラグに添加して溶解してから冷却するので、フライアッ
シュの組成を溶融し易い組成にして高炉の溶融スラグに
均一に分散させて溶解することができ、付加価値の高い
セメント用原料や路盤材、あるいは土木埋め立て材等に
利用することができる。特に、フライアッシュを利用し
た高炉スラグの骨材製造方法においては、混合物の塩基
度を０．５〜２．０にするので、フライアッシュの融点
を安定して低くでき、溶融スラグ中に確実に分散させて
溶融させ、溶融スラグを冷却した路盤材、あるいは土木
埋め立て材等の品質をより高めることができる。

【００２８】また、フライアッシュを利用した高炉スラ
グの骨材製造方法においては、ＣａＯ含有物質として石
膏ボードを使用するので、産業廃棄物である石膏ボード
を混合してフライアッシュの融点を低下させることがで
き、安価な産業廃棄物を有効活用して付加価値の高い路
盤材、あるいは土木埋め立て材等を製造することができ
る。請求項４記載のフライアッシュを利用した高炉スラ
グの骨材においては、フライアッシュに、ＣａＯ含有物
質を添加して混合し、混合物の塩基度を高めてから高炉
の排滓する溶融スラグに添加して溶解してから冷却した
後、スラグを破砕して粒状にするので、フライアッシュ
の融点を低くして溶融スラグ中に均一に分散させてフラ
イアッシュを溶融するので、フライアッシュを溶解した
溶融スラグを冷却して製造した粒子の付加価値を高め、
セメント用原料や路盤材、あるいは土木埋め立て材等と
して有効活用することができる。

【００２９】さらに、フライアッシュを利用した高炉ス
ラグの骨材製造方法においては、フライアッシュを高炉
の炉内に装入し、フライアッシュ中の炭素を還元剤、あ
るいは熱源として活用してからフライアッシュを溶融
し、フライアッシュの溶融物を含む溶融スラグを前記炉
内から排滓してから冷却するので、フライアッシュに含
まれる炭素を高炉の酸化鉄の還元反応に活用し、同時
に、高炉の炉内での熱源として利用することができる。
更に、高炉の炉内で生成するスラグとフライアッシュが
直接に反応して溶融スラグを生成するため、溶融スラグ
中に確実に分散させて溶融させることができ、溶融スラ
グを冷却してセメント用原料や路盤材、あるいは土木埋
め立て材等の品質をより向上ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るフライアッシュを
利用した高炉スラグの骨材製造方法に適用される高炉溶
融スラグ処理装置の説明図である。

【図２】大樋部の部分拡大断面図である。

【図３】フライアッシュとＣａＯ含有物質を添加を添加
して混合した場合のＳｉＯ₂ とＡｌ₂ Ｏ₃ 及びＣａＯの
状態図である。

【符号の説明】

１ 高炉溶融スラグ処理装置 ２ 高炉 ３ 出銑口 ４ 溶銑 ５ 溶融スラグ ６ 大樋 ７ スキンマー ８ 排滓樋 ９ 流銑鉢（傾注樋） １０ 排滓鍋 １１ 溶銑樋 １２ トピードカー １３ ホッパ １４ インジェクションランス １５ フレキシブルホース １６ 気体の供給管

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｄ (72)発明者 梶山 正人 福岡県北九州市八幡東区川淵町９−27 太 平工業株式会社八幡支店内 Ｆターム(参考） 3K061 AB03 AC03 BA05 DA03 DA13 4D004 AA37 AA43 BA02 CA04 CA14 CA22 CA29 CA32 CA37 CA41 CC11 DA03 DA20 4G012 JL01 JM04 4K012 AA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添
   加して混合し、該混合物の塩基度を高めてから高炉から
   排滓する溶融スラグに添加して溶解してから冷却するこ
   とを特徴とするフライアッシュを利用した高炉スラグの
   骨材製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフライアッシュを利用し
   た高炉スラグの骨材製造方法において、前記混合物の塩
   基度を０．５〜２．０にすることを特徴とするフライア
   ッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のフライアッシュを
   利用した高炉スラグの骨材製造方法において、前記Ｃａ
   Ｏ含有物質として石膏ボードを使用することを特徴とす
   るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方
   法。
4. 【請求項４】 フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添
   加して混合し、該混合物の塩基度を高めてから高炉の排
   滓する溶融スラグに添加して溶解してから冷却した後、
   該スラグを破砕して粒状にしたことを特徴とするフライ
   アッシュを利用した高炉スラグの骨材。
5. 【請求項５】 フライアッシュを高炉の炉内に装入し、
   フライアッシュ中の炭素を還元剤、あるいは熱源として
   活用してからフライアッシュを溶融し、該フライアッシ
   ュの溶融物を含む溶融スラグを前記炉内から排滓してか
   ら冷却することを特徴とするフライアッシュを利用した
   高炉スラグの骨材製造方法。