JP2015189600A

JP2015189600A - 風砕スラグの製造装置、風砕スラグの製造方法および風砕スラグ

Info

Publication number: JP2015189600A
Application number: JP2014066429A
Authority: JP
Inventors: 加藤　裕介; Yusuke Kato; 裕介加藤; 博幸當房; Hiroyuki Tofusa; 久宏松永; Hisahiro Matsunaga
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2015-11-02
Anticipated expiration: 2034-03-27
Also published as: JP6070614B2

Abstract

【課題】水和膨張やアルカリ溶出のリスクが低減され、かつ、ハンドリングや保管が容易な風砕スラグの製造装置、風砕スラグの製造方法および風砕スラグを提供すること。【解決手段】１５５０℃以上で溶融した溶融スラグ３に空気流を噴きつけて粒子化し、粒子化され飛散中の風砕スラグ７を壁面６に衝突させることによって、扁平形状で平均扁平率が０．６以上の風砕スラグ８を製造する。これにより、水和膨張やアルカリ溶出のリスクが低減され、かつ、ハンドリングや保管が容易な風砕スラグの製造装置、風砕スラグの製造方法および風砕スラグを提供することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、製鋼スラグを風砕して製造される風砕スラグの製造装置、風砕スラグの製造方法および風砕スラグに関する。

鉄鋼業で副生されるスラグには、高炉、予備処理プロセス、転炉、電気炉等からのスラグがある。これらの内、高炉から副生されるスラグを高炉スラグといい、予備処理プロセス、転炉、電気炉から副生されるスラグを製鋼スラグという。

製鋼スラグには、製鋼工程で副原料として投入される石灰が多く含まれており、その石灰の一部が完全には溶解せず製鋼スラグ中に遊離石灰（以下、フリーＣａＯ）として残留している。製鋼スラグ中にフリーＣａＯが存在すると、製鋼スラグが水と接触した際、フリーＣａＯが水和膨張したりアルカリを溶出したりする。

そのため、一般に、製鋼スラグを利用する場合には、エージングを行って事前にフリーＣａＯを水分と反応させて消石灰に変えて体積を安定させている。エージングには、ヤードで大気により行う大気エージングと、蒸気による蒸気エージングとがある（非特許文献１参照）。

しかし、大気エージングは、製鋼スラグ中のフリーＣａＯが安定化するまでに長期間を要する。また、蒸気エージングは、大量の蒸気を使用するため処理コストが増加する。

そこで、フリーＣａＯの水和膨張やアルカリ溶出のリスクを低減させるエージング以外の方法として、例えば特許文献１には、溶融状態のスラグに高圧空気流を噴き付けて急冷する風砕によって、スラグの水和膨張やアルカリ溶出のリスクを低減させる技術が記載されている。

特開２００４−２３８２３４号公報

鐵鋼スラグ協会「環境資材鉄鋼スラグ」２０１０年８月

しかしながら、風砕により粒状に製造された風砕スラグは、球状であるため安息角が小さく、ハンドリングや保管が困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、水和膨張やアルカリ溶出のリスクが低減され、かつ、ハンドリングや保管が容易な風砕スラグの製造装置、風砕スラグの製造方法および風砕スラグを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る風砕スラグの製造装置は、１５５０℃以上で溶融した溶融スラグに空気流を噴きつけて粒子化する手段と、粒子化され飛散中の風砕スラグを壁面に衝突させることによって扁平形状の風砕スラグを製造する手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る風砕スラグの製造方法は、１５５０℃以上で溶融した溶融スラグに空気流を噴きつけて粒子化するステップと、粒子化され飛散中の風砕スラグを壁面に衝突させることにより扁平形状の風砕スラグを製造するステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る風砕スラグは、上記発明により製造されることを特徴とする。

また、本発明に係る風砕スラグは、扁平形状の風砕スラグであって、平均扁平率が０．６以上であることを特徴とする。

本発明によれば、水和膨張やアルカリ溶出のリスクが低減され、かつ、ハンドリングや保管が容易な風砕スラグの製造装置、風砕スラグの製造方法および風砕スラグを提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る風砕スラグ製造システムの概略構成を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

本発明者らは、以下に説明する実験に基づいて、１５５０℃以上で溶融して液相が７０％以上である溶融状態のスラグに空気流を噴きつけ風砕する際に、空気流により飛散したスラグを壁面に衝突させることにより、扁平形状の風砕スラグを製造できること、および、この風砕スラグの平均扁平率を０．６以上とすることで、安息角が３０度以上となり、実使用におけるハンドリング性の向上が期待できることを見出した。

まず、図１を参照して本実施の形態の風砕スラグの製造装置である風砕スラグ製造システムの概略構成について説明する。

本実施の形態では、製鋼スラグとして、転炉での脱炭スラグ（転炉脱炭スラグ）を対象としている。図１に示すように、風砕スラグ製造システム１０は、溶解炉１と、桶２と、配管４と、エアーノズル５と、壁面６とを備え、溶解炉１で溶解された溶融状態のスラグ（溶融スラグ）３から扁平形状の風砕スラグ（扁平形状風砕スラグ）８を製造する。風砕スラグ製造システム１０では、転炉脱炭スラグの排出温度が１５５０℃以上となるよう溶解炉１で転炉脱炭スラグが溶解される。溶解炉１の前方には樋２が設置され、そこに溶解した溶融スラグ３が流し込まれる。樋２は溶解炉１から排出された溶融スラグ３を受け、その先端部から溶融スラグ３が鉛直落下するような構造になっている。樋２の先端部から落下する溶融スラグ３に対して、配管４の先端に取り付けられた断面積が３ｍｍ×４０ｍｍのエアーノズル５を使用して高速空気流を噴きつけて、溶解炉１とは反対方向に溶解スラグ３を飛散させて粒状（風砕スラグ）化した。高速空気流は、２５０または３５０ｍ／秒の速度、０．２５ｍ^３／ｋｇ−スラグの比率とした。また、樋２の前方２〜４ｍの位置に設置された壁面６に、飛散した半溶融状態の風砕スラグ（飛散中風砕スラグ）７を衝突させ扁平形状の扁平形状風砕スラグ８を製造した。

複数の条件下で扁平形状風砕スラグ８を製造した結果、風砕スラグの平均粒径は０．５〜５ｍｍの範囲内にあった。また、平均扁平率０．６において安息角が３０度程度となることから、平均扁平率を０．６以上とすることで実使用におけるハンドリング性の向上が期待できる。

ここで、扁平率は、以下の式（１）により定義する。

以上により、風砕によりスラグ中の鉄分をＦｅ_２Ｏ_３まで酸化させフリーＣａＯを固定化して水和膨張やアルカリ溶出のリスクを低減させ、かつ、ハンドリングや保管が容易な扁平形状の風砕スラグを製造できる。

なお、スラグの溶融温度は１５５０℃以上であるとしたが、壁面からの落下、回収の容易さから１６００℃以下であることが好ましい。また、溶融スラグを衝突させる壁面６の材料としては、１５００℃以上の高温物質の衝突に耐えうる物であることが必要である。また、スラグのはく離性という観点で壁面６は金属板であることが好ましい。壁面６の設置位置は桶２の先端から１０ｍ程度の位置であることが好ましい。

上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様などに応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。

［実施例］
本実施例では、転炉脱炭スラグを使用した。転炉脱炭スラグは製造している鋼板成分によって若干ばらつきがあるが、使用した転炉脱炭スラグの組成の例（２例記載）を表１に示す。なお、表１において、Ｔ．Ｆｅは、スラグ中の全Ｆｅ濃度を示す。また、Ｍ．Ｆｅは、スラグ中の金属Ｆｅ濃度を示す。また、Ｔ−ＣａＯは、スラグ中の全ＣａＯ濃度を示す。また、ｆ−ＣａＯは、スラグ中のフリーＣａＯの濃度を示す。

転炉脱炭スラグの溶解炉１からの排出温度（スラグ温度）を変化させ、樋２の先端部から落下する溶融スラグ３に対して、エアーノズル５を使用して８０または１２０ｍ／秒の速度、０．４０ｍ^３／ｋｇ−スラグの比率で高速空気流を噴きつけ、溶融スラグ３を溶解炉１とは反対方向に飛散させた。また、桶２の前方８〜１２ｍの位置に壁面６を設置し、飛散中風砕スラグ７を衝突させ、風砕スラグを得た。

これらの結果を表２に示す。実施例１〜５に示すように、炉からの溶融スラグ３排出時の温度が１５６０℃以上では、高速空気流の流速や樋２から壁面６までの距離に関わらず風砕スラグの扁平率が０．６以上となっており、溶融スラグ３の温度が風砕スラグの扁平率に与える影響が大きいことがわかった。また、溶融スラグ３排出時の温度が１５２０℃以下の比較例では、いずれも風砕スラグの扁平率が０．４以下であった。

製造された風砕スラグの組成の一例としては、ＦｅＯが１．７質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３が３１．２質量％、ＳｉＯ_２が１０.９質量％、ＣａＯが４５．２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１．１質量％、ＭｇＯが７．１質量％であった。ＦｅＯは風砕前の６．９５質量％から減少しており、Ｆｅ_２Ｏ_３は風砕前の２０．３質量％から増加しており、風砕によりスラグ中の鉄分が酸化されていることが確認できた。風砕スラグの直径は５ｍｍ以下のものが９５％以上であった。

また、比較例１〜５に示すように、溶解炉１からの排出温度（スラグ温度）を１５２０℃以下とした場合、排出温度が低かったため壁面６への衝突前に凝固しており平均扁平率は０．１以下となった。風砕スラグの直径は３ｍｍ以下のものが９５％以上となっていた。比較例の一例のスラグ組成は、ＦｅＯが２．７質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３が３３．３質量％、ＳｉＯ_２が１０.６質量％、ＣａＯが４４．２質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が１．７質量％、ＭｇＯが５．６質量％であった。ＦｅＯは風砕前の６．９５質量％から減少しており、Ｆｅ_２Ｏ_３は風砕前の２０．３質量％から増加しており、上記実施例の風砕スラグと同様に、風砕によりスラグ中の鉄分が酸化されていることが確認できた。

１溶解炉
２桶
３溶融スラグ
４配管
５エアーノズル
６壁面
７飛散中風砕スラグ
８扁平形状風砕スラグ
１０風砕スラグ製造システム

Claims

１５５０℃以上で溶融した溶融スラグに空気流を噴きつけて粒子化する手段と、
粒子化され飛散中の風砕スラグを壁面に衝突させることによって扁平形状の風砕スラグを製造する手段と、
を備えることを特徴とする風砕スラグの製造装置。
１５５０℃以上で溶融した溶融スラグに空気流を噴きつけて粒子化するステップと、
粒子化され飛散中の風砕スラグを壁面に衝突させることにより扁平形状の風砕スラグを製造するステップと、
を含むことを特徴とする風砕スラグの製造方法。
請求項２に記載の風砕スラグの製造方法により製造される風砕スラグ。
扁平形状の風砕スラグであって、平均扁平率が０．６以上であることを特徴とする風砕スラグ。