JP2005314156A

JP2005314156A - 造粒物およびその製造方法

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Publication number: JP2005314156A
Application number: JP2004133481A
Authority: JP
Inventors: Hisahiro Matsunaga; 久宏松永; Masato Takagi; 正人高木; Kazuya Yabuta; 和哉藪田; Yuji Nakagawa; 雄次中川; Shuji Ozu; 秀志大図
Original assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Mineral Co Ltd
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: JP4979186B2

Abstract

【課題】０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物を用いていながら、アイリッヒミキサのような特殊なミキサを用いることなく、大きな粒径の造粒物とすることができる造粒物およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と結合材と水を加えて、ミキサを用いて造粒して造粒物を製造する際に、結合材の一部に強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを使用する、または／および粉末状の黒鉛を配合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物、例えば溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ等の製鋼スラグや浚渫土を主な材料とした、海洋土木埋め立て材、サンドコンパクションパイル材料、路盤材等の土木材料、および高炉、転炉等への副原料として使用することができる造粒物およびその製造方法に関する。

製鉄所などで転炉、電気炉等の精錬工程から発生する製鋼スラグは、その特性を活かして海洋土木埋め立て材、サンドコンパクションパイル材料、路盤材等の土木材料、製鉄所の高炉、転炉における副原料等として各方面で利用されている。海洋土木埋め立て材として使用される製鋼スラグは、砂、砂利代替として使用され、また、サンドコンパクションパイル材料として使用される製鋼スラグは、砂代替として使用されるため、その粒度分布は砂または砂利に類似していることが必要である。路盤材として使用される製鋼スラグは、その粒度分布がJIS A 5015「道路用鉄鋼スラグ」において定められている。

一方、製鋼スラグは、精錬条件によって、砂に類似した粒度分布よりも細かくなり、特に０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が多くなると、海洋土木埋め立て材およびサンドコンパクションパイル材料、路盤材等の土木材料として利用できないことがある。また、高炉および転炉における製鉄副原料としても適さないことがある。

また、浚渫により発生する浚渫土も上記用途に利用されているが、０．０７５ｍｍ以下の微粒分から構成されるヘドロ、シルト分を含むことがあり、海洋土木埋め立て材およびサンドコンパクションパイル材料等の土木材料として利用できないことがある。

粉状スラグの固化方法として、特許文献１には、粉粒状製鋼スラグと潜在水硬性を有するＳｉＯ_２含有物質に水を加えて混練し、コンクリート状で高強度の硬化体を得る方法が提案されている。この硬化体を破砕・整粒し、粒度分布を最適化すれば、海洋土木埋め立て材等の土木材料として利用可能となると考えられる。

しかし、このように、コンクリートのような形状が付与された硬化体をわざわざ破砕・整粒して利用することは不経済であり、また、高強度の硬化体を破砕・整粒する際に０．０７５ｍｍ以下の微粒分が発生し、海洋土木埋め立て材等の土木材料として利用することができない場合がある。

一方、製鋼スラグの造粒方法として、製鋼スラグとＳｉＯ_２とを主成分とするシリカ源と、セメント系固化材を用いて造粒する方法が提案されている（特許文献２）。しかしながら、この技術では、造粒にはアイリッヒミキサという特殊なミキサを必要とする。このミキサは、材料が回転するパンの中で偏心して配置される高速回転する混合工具で処理される複雑なものである。また、攪拌混合工程と造粒工程でアジテータ回転数を３６００ｒｐｍから１８００ｒｐｍに変化させる必要があり、さらに造粒物の中心粒径を２〜３ｍｍとするには、造粒工程の時間が５分間必要である。
特開２００１―１１４５５０号公報特開２００２―２０１４５号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、従来土木材料、製鉄工程における副原料として適さないとされる０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む鉄鋼スラグや浚渫土等の粉粒状物を用いていながら、アイリッヒミキサのような複雑なミキサを用いることなく、大きな粒径の造粒物とすることができる造粒物およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、従来海中沈設材の材料として適さないとされる０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む製鋼スラグや浚渫土に、結合材の一部に強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを使用することまたは／および粉末状の黒鉛を配合することにより、アイリッヒミキサのような特殊なミキサを用いることなく、粒径が大きな造粒物を効率的に製造することができることを見出した。

本発明は以上のような知見に基づいて完成されたものであり、以下の（１）〜（８）を提供するものである。

（１）０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と、結合材と、水とを少なくとも材料として使用し、結合材の一部に強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを使用することまたは／および粉末状の黒鉛を配合することを特徴とする造粒物。

（２）上記（１）において、粉粒状物が製鋼スラグまたは／および浚渫土であることを特徴とする造粒物。

（３）上記（１）または（２）において、結合材の残部として、各種セメント、高炉スラグ微粒末、強熱減量が４質量％未満のフライアッシュから選択される１種以上を用いたことを特徴とする造粒物。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、粉粒状物が製鋼スラグであり、その中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合、粉粒状物と結合材の合計を１００質量部としたときに、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュが３〜２０質量部であることを特徴とする造粒物。

（５）０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と結合材と水とを少なくとも材料として使用し、ミキサを用いて造粒して造粒物を製造する際に、結合材の一部に強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを使用することまたは／および粉末状の黒鉛を配合することを特徴とする造粒物の製造方法。

（６）上記（５）において、粉粒状物が製鋼スラグまたは／および浚渫土であることを特徴とする造粒物の製造方法。

（７）上記（５）または（６）において、結合材の残部として、各種セメント、高炉スラグ微粒末、強熱減量が４％未満のフライアッシュから選択される１種以上を用いたことを特徴とする造粒物の製造方法。

（８）上記（５）〜（７）のいずれかにおいて、粉粒状物が製鋼スラグであり、その中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合、粉粒状物と結合材の合計を１００質量部としたときに、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュが３〜２０質量部であることを特徴とする造粒物の製造方法。

本発明によれば、従来土木材料、製鉄工程における副原料として適さないとされる０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む鉄鋼スラグや浚渫土等の粉粒状物を用いていながら、アイリッヒミキサのような複雑なミキサを用いることなく、経済的に大きな粒径を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
本発明における造粒物は、主体となる、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と、結合材と、水とを主な材料とする造粒物からなり、結合材の一部に強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを使用したもの、または／および粉末状の黒鉛を配合したものである。

このような造粒物は、図１に示すように、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物、例えば溶銑予備処理スラグ、転炉スラグ、電気炉スラグ等の粉状製鋼スラグ、または／および浚渫土と、結合材とを練混ぜることにより混合し、これに水を加えてミキサを用いて材料を転がすことにより造粒する。このとき、結合材の一部として、保水性に富む強熱減量が４〜２５質量％と大きなフライアッシュを配合すると粒径が大きくなりやすい。強熱減量が大きなフライアッシュは、他の粒子を引きつける役割をしていると考えられる。このとき、強熱減量が大きなフライアッシュの代替として、または増量材として粉末状の黒鉛を配合しても同様の効果が得られる。すなわち、フライアッシュに含まれる黒鉛や粉末状の黒鉛が他の粒子を引きつける役割をしていると考えられる。造粒後は結合材と製鋼スラグが徐々に反応し、ケイ酸カルシウム水和物（ＣＳＨ）、カルシウムアルミネート水和物（ＣＡＨ）等の水和ゲルを生じることにより硬化する。その結果、微粒分量が少なくなるばかりでなく、粒度分布そのものが粗粒化する。

このように、結合材の一部として強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを用いることまたは／および粉末状の黒鉛を配合することにより、アイリッヒミキサ等の特殊なミキサを使用する必要がなく、しかも短時間で造粒することができる。すなわち、最も単純な構造のミキサである傾胴ミキサを用いて、造粒工程が２分程度で最大粒径約６０ｍｍ、粗粒率約５の造粒物を得ることができる。なお、粗粒率とは、標準網ふるい８０，４０，２０，１０，５，２．５，１．２，０．６，０．３，０．１５ｍｍの一組のふるいを用いて、JIS A 1102「骨材のふるい分け試験」を行い、各ふるいにとどまる試料の質量百分率の和を１００で割った値をいう。

フライアッシュの強熱減量を４〜２５質量％としたのは、フライアッシュの強熱減量が４質量％未満では造粒物の粒径を大きくする効果が小さく、一方、２５質量％超では結合材としての効果が小さくなり強度が低下するためである。また、粉末状の黒鉛を強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュの代替として配合する場合、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と結合材を１００質量部としたとき、粉末状の黒鉛の配合量は０．１〜５質量部とすることが好ましい。より好ましくは０．５〜３質量部である。さらに、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュと粉末状の黒鉛とを併用する場合は、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と結合材を１００質量部としたとき、フライアッシュ中の炭素成分と粉末状の黒鉛が合計で０．１〜５質量部とすることが好ましい。より好ましくは合計で０．５〜３質量部である。

結合材は、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュの他に、各種セメント、高炉スラグ微粒末、強熱減量が４質量％未満のフライアッシュを用いることができ、結合材の残部がこれらから選択される１種以上であることが好ましい。ここで、各種セメントとは、JIS R 5210 「ポルトランドセメント」、JIS R 5211「高炉セメント」、 JIS R 5212「シリカセメント」、 JIS R 5213「フライアッシュセメント」、 JIS R 5214「エコセメント」をいう。また、高炉スラグ微粒末は、粒状高炉水砕スラグを微粒砕したものであり、一般的には、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粒末」のことである。フライアッシュとは、JIS A 6211「コンクリート用フライアッシュ」に規定されたものに加えて、JIS A 6211の規格を満たさない原粉および加圧流動床灰（ＰＦＢＣ灰）をいう。また、各種焼却炉において発生するフライアッシュも使用することができる。

粉粒状物が製鋼スラグであり、その中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合、製鋼スラグと結合材の合計を１００質量部としたときに、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを３〜２０質量部とすると効果的に造粒することができる。好ましくは５〜１５質量部である。

その他の結合材は、用途に応じた強度を確保することができる量を配合することが好ましい。例えば、造粒物を海洋埋め立て材として使用する場合は、製鋼スラグが８５質量部、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュが１０質量部、高炉スラグ部粉末または／および高炉セメントが５質量部、水が１７質量部である。なお、ここで表している質量比は、製鋼スラグを表面乾燥胞水状態としたときの比率であり、高炉スラグ微粒末およびフライアッシュは絶対乾燥状態としたときの比率である。

造粒後の造粒物は、養生した後に造粒物として有効利用する。造粒物の養生時間は、粉粒状物の養生時間は、粉粒状物の種類、成分、結合材の配合比、および温度等によって異なり、特に限定されるものではないが、通常は１ヶ月以上である。

養生には水が必要であるが、一般的に露天に置かれている造粒物の含水率は５〜２０質量％であり、本発明における造粒物もこの範囲であれば水和反応が進む。したがって、通常は露天に置かれている造粒物に含まれる水分と降雨により自然に補給される水分でよい。ただし、屋内または降雨による水分補給を期待することができない地域、季節において、山積みする場合は、表面が乾燥しないように散水等により水分を制御する必要がある。

なお、山積みした造粒物をシート等で覆い、そこに水蒸気を吹き込み、材料の温度を高くすると、水和反応が速く進み、養生時間を短くすることができる。また、造粒した翌日に造粒物を重機等によりかき混ぜると造粒物の固着を効果的に抑止することができる。

以下に本発明の実施例について説明する。
表１に、本発明例および比較例に用いた製鋼スラグの化学成分、および本発明例および比較例に用いた製鋼スラグおよび浚渫土のJIS A 1103「骨材の微粒分量試験方法」によって測定した０．０７５ｍｍ以下の微粒分量を示す。強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュとしては、強熱減量が１１．８質量％の原粉を使用した。他の結合材としては、高炉スラグ微粒末、普通ポルトランドセメント、高炉セメントＢ種を用いた。高炉スラグ微粒末としては、JIS A 6206「コンクリート用高炉スラグ微粒末」における「高炉スラグ微粒末４０００」を使用した。粉末状の黒鉛としては、土壌黒鉛を使用した。これらの粉粒状物、結合材、粉末状の黒鉛、水を表２および表３に示すように配合し、容積１．５ｍ^３の傾胴ミキサにより造粒した。傾胴ミキサによる練混ぜ（造粒）時間は２分間とした。造粒物は固着抑止のため造粒翌日に重機によりかき混ぜ、高さ２ｍに積み上げて２８日間養生した。この間の日平均気温は１９．１℃であった。なお、表２および表３の配合は、粉粒状物を表面乾燥胞水状態とし、結合材および土壌黒鉛を絶対乾燥状態としたときの質量比である。

養生後に積み上げた山の内部から試料を採取し、粗粒率、JIS A 1103「骨材の微粒分量試験方法」によって測定した０．０７５ｍｍ以下の微粒分量の測定、JSCE-C 505「高強度フライアッシュ人工骨材の圧かい荷重試験方法（案）」に準じた方法による圧かい荷重の測定を行った。圧かい荷重の測定は１０〜１５ｍｍの粒径範囲の試料について行った。結果を表２および表３に示す。表２のＮｏ．１〜１３は本発明例であり、表３のＮｏ．１４〜１７は比較例である。なお、粗粒率とは、標準網ふるい８０，４０，２０，１０，５，２．５，１．２，０．６，０．３，０．１５ｍｍの一組のふるいを用いて、JIS A 1102「骨材のふるい分け試験」を行い、各ふるいにとどまる試料の質量百分率の和を１００で割った値をいう。

表２に示すように、本発明の範囲内の本発明例では、微粒分量が大きく減少し、粗粒率も大きくなり、良好な特性の造粒品が得られたことが確認された。一方、表３に示すように、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを結合材に用いないまたは／および粉末状の黒鉛を配合しない比較例は、微粒分量は低減できるものの、最大粒径および粗粒率が小さく、造粒による粗粒化効果が小さいことが確認された。

本発明によれば、０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む鉄鋼スラグや浚渫土等の粉粒状物を用いていながら、経済的に大きな粒径の造粒物が得られるので、海洋土木埋め立て材、サンドコンパクションパイル材料、路盤材等の土木材料、高炉および転炉等における製鉄副原料等として好適である。

本発明の造粒物の製造過程を模式的に示す図。

Claims

０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と、結合材と、水とを少なくとも材料として使用し、結合材の一部に強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを使用することまたは／および粉末状の黒鉛を配合することを特徴とする造粒物。
粉粒状物が製鋼スラグまたは／および浚渫土であることを特徴とする請求項１に記載の造粒物。
結合材の残部として、各種セメント、高炉スラグ微粒末、強熱減量が４質量％未満のフライアッシュから選択される１種以上を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の造粒物。
粉粒状物が製鋼スラグであり、その中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合、粉粒状物と結合材の合計を１００質量部としたときに、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュが３〜２０質量部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の造粒物。
０．０７５ｍｍ以下の微粒分を５質量％以上含む粉粒状物と結合材と水とを少なくとも材料として使用し、ミキサを用いて造粒して造粒物を製造する際に、結合材の一部に強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュを使用することまたは／および粉末状の黒鉛を配合することを特徴とする造粒物の製造方法。
粉粒状物が製鋼スラグまたは／および浚渫土であることを特徴とする請求項５に記載の造粒物の製造方法。
結合材の残部として、各種セメント、高炉スラグ微粒末、強熱減量が４質量％未満のフライアッシュから選択される１種以上を用いたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の造粒物の製造方法。
粉粒状物が製鋼スラグであり、その中の０．０７５ｍｍ以下の微粒分量が５質量％以上２５質量％以下の場合、粉粒状物と結合材の合計を１００質量部としたときに、強熱減量が４〜２５質量％のフライアッシュが３〜２０質量部であることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の造粒物の製造方法。