JP2012072473A

JP2012072473A - 高炉用原料及びその製造方法

Info

Publication number: JP2012072473A
Application number: JP2010219770A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tofusa; 博幸當房; Yasuto Miyata; 康人宮田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: JP5594025B2

Abstract

【課題】溶銑脱硫スラグを主原料とし、高炉の炉内通気性を悪化させることなく使用することができる高炉用原料とその製造方法を提供する。
【解決手段】溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末の混練物を水和硬化させて得られた水和硬化体の破砕物からなる。また、その製造方法は、溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理及び分級処理して塊状の高炉用原料を得る。溶銑脱硫スラグを主原料とする本発明の高炉用原料は、塊状でしかも十分な強度を有するので、高炉の炉内通気性を悪化させることなく使用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑予備処理として行われる溶銑の脱硫工程で発生する溶銑脱硫スラグを主原料とする高炉用原料及びその製造方法に関する。

溶銑予備処理として行われる溶銑の脱硫工程で発生する溶銑脱硫スラグは、粉状で未滓化石灰が多いこと、スラグに含まれる硫黄によって黄水が発生しやすいこと、などの理由から土木材料としての利用は難しい。このため多くはセメント原料として利用されているが、発生量に対して需要が十分でない場合があり、溶銑脱硫スラグを大量に利材化できる新たな用途や技術の開発が望まれている。
溶銑脱硫スラグは相当量の石灰や鉄分を含有しており、このため高炉の石灰源・鉄源として有用であると考えられる。しかし、溶銑脱硫スラグを石灰源・鉄源として高炉などにリサイクルする場合、そのまま高炉に投入すると、炉内の通気性が悪化するという問題がある。

このような問題に対しては、溶銑脱硫スラグにセメント（結合材）を混合し、その混練物を水和硬化させることで塊状化することが考えられるが、本発明者らが検討した結果では、その塊状原料は強度が不十分で粉化しやすく、炉内の通気性を悪化させるおそれがあることが判った。
したがって本発明の目的は、溶銑脱硫スラグを主原料とし、高炉の炉内通気性を悪化させることなく使用することができる高炉用原料とその製造方法を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するため検討を重ねた結果、溶銑脱硫スラグに結合材として高炉水砕スラグ微粉末を加え、その混練物を水和硬化させて得られた水和硬化体を破砕・分級することにより、十分な強度を有する高炉用原料が得られることを見出した。
本発明はこのような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
［1］溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末の混練物を水和硬化させて得られた水和硬化体の破砕物からなることを特徴とする高炉用原料。
［2］上記［1］の高炉用原料において、粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上であることを特徴とする高炉用原料。

［3］溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理及び分級処理して塊状の高炉用原料を得ることを特徴とする高炉用原料の製造方法。
［4］上記［3］の製造方法において、粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上である塊状の高炉用原料を得ることを特徴とする高炉用原料の製造方法。
［5］上記［3］又は［4］の製造方法において、混練物をヤードに層状に打設し、硬化した混練物をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理した後、篩で分級することを特徴とする高炉用原料の製造方法。

溶銑脱硫スラグを主原料とする本発明の高炉用原料は、塊状でしかも十分な強度を有するので、高炉の炉内通気性を悪化させることなく使用することができる。このため溶銑脱硫スラグに含まれる鉄分と石灰分を高炉に直接リサイクルすることができ、溶銑脱硫スラグの有効利用と、鉄鋼製造プロセスにおける原料コストの低減化を実現することができる。また、本発明の製造方法によれば、そのような高炉用原料を安定して製造することができる。

溶銑脱硫スラグを水和硬化させるための結合材として、高炉セメントと高炉水砕スラグ微粉末をそれぞれ用いた場合について、結合材の配合率と塊成化物の圧縮強度との関係を示すグラフ本発明の製造方法において、溶銑脱硫スラグに対して高炉水砕スラグ微粉末を１２質量％または１５質量％配合し、溶銑脱硫スラグ＋高炉水砕スラグ微粉末に対して添加水量を６〜８質量％とした場合について、混練物の養生日数と圧縮強度との関係を示すグラフ本発明の製造方法において、一連の製造工程をヤードにて行う場合の一実施形態を示す説明図

本発明の高炉用原料は、溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末（結合材）との混練物を水和硬化させて得られた水和硬化体の破砕物からなる。この高炉用原料（水和硬化体の破砕物）の粒度は、粉状の溶銑脱硫スラグを高炉に投入な可能な大きさに塊状化するという本発明の主旨からして、粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上であることが好ましく、この範囲に入るように篩い分けすれば、さらに好ましい。

このような塊状の高炉用原料は、溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末（結合材）と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理及び分級処理することにより製造される。
図１は、溶銑脱硫スラグに結合材として高炉セメントを添加した場合と高炉水砕スラグ微粉末を添加した場合について、結合材の配合率と得られた塊成化物の圧縮強度（養生７日後の各圧縮強度）との関係を示したものである。圧縮強度試験片の作製及び強度試験は、ＪＩＳ−Ｒ−５２０１：セメントの物理試験方法の強さ試験に従い、機械練り用練混ぜ機に溶銑脱硫スラグ、結合材（高炉セメントまたは高炉水砕スラグ微粉末）および水を入れて２分間混練し、フロー値を測定後、バイブレーターを使用せずにモルタル供試体用３連成型用型に詰めて４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの供試体を作製した。所定期間養生後の供試体について、強さ（圧縮強度）を測定した。なお、混練の際には、フロー値が目標の１１０〜１５０ｍｍの範囲内になるように、水の添加量を調整した。

図１によれば、結合材として高炉セメントを用いた場合に較べ、高炉水砕スラグ微粉末を用いた場合の方が圧縮強度が高い。この理由は次のように考えられる。すなわち、溶銑脱硫スラグは未滓化石灰が多いため、結合材として高炉水砕スラグ微粉末を用いた場合には、石灰がアルカリ刺激材として働き、水和反応により強度が増加したものと考えられる。これに対して、結合材として高炉セメントを用いた場合には、石灰（溶銑脱硫スラグに含まれる石灰）が過剰でセメントの水和反応が阻害されたものと考えられる。

結合材である高炉水砕スラグ微粉末の配合量に特別な制限はないが、溶銑脱硫スラグの質量に対して１０〜１６質量％程度が適当である。溶銑脱硫スラグの質量に対する高炉水砕スラグ微粉末の配合量が１０質量％未満では、塊成化物の強度が不十分となりやすい。一方、高炉水砕スラグ微粉末の配合量が１６質量％を超えると、それだけ材料コストが高くなるとともに、スラグの割合が相対的に少なくなるので、高炉リサイクルのメリットが少なくなる。

溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末と水を加えて混練する場合、通常は、まず溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末を加えて混合し、しかる後に水を加えて混練する。
水添加量は、溶銑脱硫スラグ＋高炉水砕スラグ微粉末に対して、４〜１０質量％程度が適当である。
溶銑脱硫スラグは冷却の際に水を用いて冷却しており、且つ粉状であるため、一般に含水率が高い。含水率が高いと同時に含水率のバラツキも大きく、混練する際の水添加量も溶銑脱硫スラグの含水量によって大きく変動する。したがって、混練の際は、混練物の流動性（フロー値）に応じて水の添加量を調節する必要がある。

混練物を水和硬化（養生）させる形態は任意であり、例えば、混練物を適当な型枠に流し込んで水和硬化させてもよいし、屋外などのヤードに層状に打設して水和硬化させてもよい。この養生の期間は、目標とする圧縮強度（破砕処理に適した圧縮強度）が得られるまでである。ここで、破砕処理に適した圧縮強度としては、４〜１０Ｎ／ｍｍ^２程度が適当である。圧縮強度が４Ｎ／ｍｍ^２未満では、粗破砕の際に細かくなって歩留まりが低下する。一方、圧縮強度が１０Ｎ／ｍｍ^２を超えると粗破砕などの破砕処理の作業性が低下するおそれがある。
また、図２は、溶銑脱硫スラグに対して高炉水砕スラグ微粉末を１２質量％または１５質量％配合し、溶銑脱硫スラグ＋高炉水砕スラグ微粉末に対して添加水量を６〜８質量％とした場合において、混練物の養生日数と圧縮強度との関係を示したものであり、ほぼ４〜７日程度の養生で、目標とする圧縮強度４Ｎ／ｍｍ^２以上に達している。

養生により所定の強度が出た硬化体は、破砕処理された後、篩い分けなどにより分級処理され、所定の粒度を有する塊成化物（塊状の高炉原料）が得られる。このようにして製造される塊成化物の粒度に特別な制限はないが、粉状の溶銑脱硫スラグを高炉に投入可能な大きさに塊状化するという本発明の主旨からして、粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上であることが好ましく、この範囲に入るように篩い分けすれば、さらに好ましい。
製品である塊成化物（塊状の高炉原料）の圧縮強度は、７Ｎ／ｍｍ^２以上であることが好ましい。圧縮強度が７Ｎ／ｍｍ^２未満では高炉炉頂から投入する際の落下衝撃で割れて細粒化しやすいため、高炉の通気性を悪化させる恐れがある。

溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末との混合や、これに水を加えてなされる混練は、通常のフレッシュコンクリート用の混練設備を利用してもよいが、ショベルなどの土木工事用の重機を用いて屋外などのヤードで行ってもよい。ショベルによる混合・混練は、まず溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末を十分に混合し、その後、水を添加して混合すると均一に混合できる。次いで、混練物をヤードに層状に打設し（敷きならす）、水和硬化（養生）させる。混練物の硬化体は、通常、２段階以上の破砕処理がなされた後、分級処理されることで製品となる。例えば、硬化体をまずブレーカーで粗破砕し、次いで破砕機で本破砕した後、篩で分級し、篩上を製品とする。

図３は、本発明の製造方法において、一連の製造工程をヤードにて行う場合の一実施形態を示している。
溶銑脱硫スラグＡは、例えば５ｍｍで篩分され、粒径５ｍｍ以下（５ｍｍ篩下）の溶銑脱硫スラグａが原料として用いられる。
溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末の混合および水との混練は、混合機を用いる方法でもヤード上で重機を用いて混合・混練する方法のどちらでもよい。ここでは、図３のように混合機１を用いて混練する方法を説明する。溶銑脱硫スラグａと高炉水砕スラグ微粉末ｂを所定比率で連続的にドラム式の混合機１に投入して混合し、次いで水を添加して混練する。

混合機１から排出された混練物ｘをショベル２で運搬し、所定の厚みになるようにヤードに層状に打設する（敷きならす）。この打設厚さが厚すぎると、硬化後の粗破砕の作業性が悪くなるので、打設厚さは５００ｍｍ以下が好ましく、通常３００ｍｍ程度が適当である。また、硬化後の粗破砕の作業性を高めるため、ショベルの先などを用いて、層状に打設した混練物ｘの上面に適当な間隔（例えば、０．５〜２ｍ間隔）で並列状若しくは格子状などに溝を形成しておくとよい。
打設してから４〜７日間程度養生した後、硬化体ｙをブレーカー３で適当な大きさ（例えば、３００ｍｍ以下）に粗破砕する。さらに、必要に応じて２〜５日程度養生した後に、破砕機４で製品の最大径以下（例えば、１００ｍｍ以下）に本破砕する。次いで、細粒分を除去するために、例えば５ｍｍで篩分して分級し、篩上を製品（塊状の高炉原料）とする。一方、篩下は、再度材料として用いる。

細粒状の材料を塊成化する方法としては、材料に結合材と水を添加して造粒することも考えられるが、この方法では、造粒用の専用設備が必要となる。これに対して本発明は、上述したように場所さえ確保できれば、特別な設備がなくても実施できる利点がある。
本発明法により得られた塊成化物（塊状の高炉用原料）は、溶銑脱硫スラグに含まれる鉄分とＣａＯ分をそのまま高炉にリサイクルすることができ、また、塊状であるため高炉の通気性を悪化させるなどの問題も生じない。また、高炉水砕スラグ微粉末中に含まれるＣａＯは高炉の副原料の一部となる。

Ａ，ａ溶銑脱硫スラグ
ｂ高炉水砕スラグ微粉末
ｘ混練物
ｙ硬化体
１混合機
２ショベル
３ブレーカー
４破砕機

Claims

溶銑脱硫スラグと高炉水砕スラグ微粉末の混練物を水和硬化させて得られた水和硬化体の破砕物からなることを特徴とする高炉用原料。
粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の高炉用原料。
溶銑脱硫スラグに高炉水砕スラグ微粉末と水を加えて混練し、この混練物を水和硬化させた後、破砕処理及び分級処理して塊状の高炉用原料を得ることを特徴とする高炉用原料の製造方法。
粒径１０ｍｍ超１００ｍｍ以下の割合が７０質量％以上である塊状の高炉用原料を得ることを特徴とする請求項３に記載の高炉用原料の製造方法。
混練物をヤードに層状に打設し、硬化した混練物をブレーカーで粗破砕し、次いで、破砕機で破砕処理した後、篩で分級することを特徴とする請求項３又は４に記載の高炉用原料の製造方法。