JP2019172546A - スラグ造粒骨材の製造方法及びそのスラグ造粒骨材 - Google Patents

Abstract

【課題】転がりにくいスラグ造粒骨材を製造できるスラグ造粒骨材の製造方法及びそのスラグ造粒骨材を提供する。【解決手段】本発明によるスラグ造粒骨材の製造方法は、製鋼工程で発生するスラグ、ＳｉＯ2を主成分とするシリカ源及びセメント系固化材を主体とする配合物を調整する調整工程（ステップＳ１）と、配合物に造粒に必要な水を加えて球形状の造粒物を得る造粒工程（ステップＳ２）と、造粒工程の後に造粒物に外力を加えて造粒物を非球形状に変形させる変形工程（ステップＳ３）と、変形工程の後に造粒物を固化させる固化工程（ステップＳ５）とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、製鋼工程で発生するスラグを用いて砂等の天然骨材の代替え材として利用可能なスラグ造粒骨材を製造するためのスラグ造粒骨材の製造方法及びそのスラグ造粒骨材に関する。

従来用いられていたこの種のスラグ造粒骨材の製造方法としては、例えば下記の特許文献１等に示されている方法を挙げることができる。すなわち、従来方法では、製鋼工程で発生するスラグ、ＳｉＯ₂を主成分とするシリカ源及びセメント系固化材を主体とする配合物に水を加えて球形の造粒物を得た後に、その造粒物を固化させている。

特開２００２−２０１４５号公報

上記のような従来方法により製造されたスラグ造粒骨材は球形であるため、以下のような問題が生じていた。すなわち、スラグ造粒骨材を路盤材等の用途に出荷した場合、転圧施工する際に骨材だけが転がることにより骨材が周辺部に偏析することがある。また、運搬用ダンプカーから骨材を荷降ろしした際に、骨材が広い範囲に広がってしまい、作業性が悪い。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、転がりにくいスラグ造粒骨材を製造できるスラグ造粒骨材の製造方法及びそのスラグ造粒骨材を提供することである。

本発明に係るスラグ造粒骨材の製造方法は、製鋼工程で発生するスラグ、ＳｉＯ₂を主成分とするシリカ源及びセメント系固化材を主体とする配合物を調整する調整工程と、配合物に造粒に必要な水を加えて球形状の造粒物を得る造粒工程と、造粒工程の後に造粒物に外力を加えて造粒物を非球形状に変形させる変形工程と、変形工程の後に造粒物を固化させる固化工程とを含む。

本発明に係るスラグ造粒骨材は、製鋼工程で発生するスラグ、ＳｉＯ₂を主成分とするシリカ源及びセメント系固化材を主体とするスラグ造粒骨材であって、日本工業規格Ａ５０１５で規定される粒度試験により測定される粒度が通過質量分率で、３１．５ｍｍ：１００％、２６．５ｍｍ：９５％以上かつ１００％以下、１３．２ｍｍ：６０％以上かつ８０％以下、４．７５ｍｍ：３５％以上かつ６０％以下、２．３６ｍｍ：２５％以上かつ４５％以下、０．４２５ｍｍ：１０％以上かつ２５％以下及び０．０７５ｍｍ：３％以上かつ１０％以下を満足し、真円度測定時の外輪直径と内輪直径との比の平均値が０．６５以上かつ０．８５以下である。

本発明のスラグ造粒骨材の製造方法によれば、造粒物を非球形状に変形させた後に造粒物を固化させるので、転がりにくいスラグ造粒骨材を製造できる。また、本発明のスラグ造粒骨材によれば、真円度測定時の外輪直径と内輪直径との比の平均値が０．６５以上かつ０．８５以下であるので、転がりを抑えることができる。

本発明の実施の形態によるスラグ造粒骨材の製造方法を示すフローチャートである。 図１のスラグ造粒骨材の製造方法を実施するための骨材製造設備を示す構成図である。 図２の各位置における造粒物を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態
図１は本発明の実施の形態によるスラグ造粒骨材の製造方法を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施の形態のスラグ造粒骨材の製造方法は、調整工程（ステップＳ１）、造粒工程（ステップＳ２）、変形工程（ステップＳ３）、分割工程（ステップＳ４）及び固化工程（ステップＳ５）を含んでいる。

調整工程（ステップＳ１）は、製鋼工程で発生するスラグ、ＳｉＯ₂を主成分とするシリカ源及びセメント系固化材を主体とする配合物を調整する工程である。スラグとしては、最大粒径が１ｍｍである転炉系又は電気炉系スラグを使用することができる。シリカ源としては、石炭灰を使用することができる。セメント系固化材としては普通ポルトランドセメントを使用できる。配合物におけるこれらの配合比率は、シリカ源を１０重量％以上かつ３０重量％以下とし、セメント系固化剤を５重量％以上かつ２０重量％以下とし、残部をスラグとすることができる。

造粒工程（ステップＳ２）は、上述の調整工程で調整した配合物に水を加えて造粒物を得る工程である。この造粒工程では、所定粒径の球形状の造粒物が一定の粒度分布を持って得られる。粒径は、日本工業規格の網目の篩を通すことで測定することができる。

変形工程（ステップＳ３）は、上述の造粒工程で得られた球形状の造粒物に外力を加えて造粒物を非球形状に変形させる工程である。変形後の造粒物の形状は、球形状以外であれば任意であるが、後述のように球形を上下から圧縮した円盤状とすることができる。

分割工程（ステップＳ４）は、上述の変形工程で変形された造粒物を所定高さから落として造粒物を割る工程である。造粒物を落とす高さが高くなるほど、造粒物が細かく割れる。造粒物を落とす高さは、得ようとする造粒骨材の粒度に応じて変更できる。

固化工程（ステップＳ５）は、上述の分割工程で分割された造粒物を固化させる工程である。常温の屋内で所定時間養生することにより造粒物を固化させることができる。

次に、図２は図１のスラグ造粒骨材の製造方法を実施するための骨材製造設備を示す構成図であり、図３は図２の各位置における造粒物を示す説明図である。図２に示すように本実施の形態の骨材製造設備には、混合造粒装置１、搬送コンベア２、圧下ロール３、クリーナ４及び養生ピット５を含んでいる。

混合造粒装置１は、材料の混合（調整）及び造粒を行うための装置である。この混合造粒装置１にて図１の調整工程（ステップＳ１）及び造粒工程（ステップＳ２）が実施される。混合造粒装置１は、混合機（ミキサー）及び造粒機等の複数の機器によって構成されてもよいし、混合機及び造粒機の機能を有する攪拌混合式造粒機等の単一の機器によって構成されてもよい。造粒機としては、底面が水平に対して傾斜されたパン（容器）を有するパンペレタイザーを使用できる。パンペレタイザーのパンの中に調整された材料を投入した後に、水を添加しながらパンを所定速度で回転駆動する。これにより、粉末状の材料から微細粒が発生するとともに、微細粒の外面に周囲の材料がまとわりつき、図３の（ａ）に示すような球形状の造粒物１０が得られる。パンの回転速度及び角度並びに水の添加量を調整することで、得られる造粒物１０の粒径を調整することができる。

搬送コンベア２は、混合造粒装置１で得られた造粒物１０を養生ピット５に向けて搬送する装置である。圧下ロール３は、搬送コンベア２との間に所定間隔を有するように搬送コンベア２の上方に配置されたロールである。これら搬送コンベア２及び圧下ロール３により図１の変形工程（ステップＳ３）が実施される。すなわち、混合造粒装置１で得られた球形状の造粒物１０は、搬送コンベア２により搬送される際に搬送コンベア２と圧下ロール３との間を通される。このとき、球形状の造粒物１０に上下方向の圧縮力（外力）が加えられ、図３の（ｂ）に示すような球形を上下から圧縮した円盤状の造粒物１１が得られる。

圧下ロール３は、搬送コンベア２の端部ロール２ａの上方に配置されていることが好ましい。圧下ロール３と端部ロール２ａとの間を球形状の造粒物１０を通すことで、より確実に球形状の造粒物１０に外力を加えることができる。

また、圧下ロール３は、搬送コンベア２に対して近づく方向及び離れる方向に変位可能に支持されていることが好ましい。本実施の形態の圧下ロール３は、回動可能な支持体３ａにより圧下ロール３の回転軸が支持されていることで、圧下ロール３が変位可能とされている。このように圧下ロール３が変位可能に支持されていることで、圧下ロール３と端部ロール２ａとの間を球形状の造粒物１０が通る際の反力により圧下ロール３の回転軸が損傷する虞を低減できる。

クリーナ４は、圧下ロール３の外周面に接するか近接された先端を有する部材であり、圧下ロール３の外周面に付着した造粒物１０の一部を圧下ロール３の外周面から落とすことができる。

養生ピット５は、造粒物を養生して固化させるための場所である。本実施の形態の養生ピット５は、搬送コンベア２の下方に配置されている。このため、圧下ロール３と端部ロール２ａとの間を通されることにより変形された造粒物１１は、搬送コンベア２から養生ピット５に向けて所定高さだけ落とされる。この落下の衝撃により、変形された造粒物１１が割れて、図３の（ｃ）に示すような分割された造粒物１２が得られる。すなわち、搬送コンベア２から養生ピット５への落下及び養生ピット５にて図１の分割工程（ステップＳ４）及び固化工程（ステップＳ５）が実施される。

搬送コンベア２及び圧下ロール３は、搬送コンベア２の搬送面から養生ピット５の底面までの高さを調整できるように、上下方向に変位可能に設けられていることが好ましい。養生ピット５が変位可能に設けられていてもよい。

次に、実施例を挙げる。本発明者は、図２の骨材製造装置を用いてスラグ造粒骨材を試作した。
まず、最大粒径が０．７ｍｍのスラグ粉末、石灰石及びセメントをそれぞれ８０重量％、１５重量％及び５重量％の割合で配合した後に、これら３種の材料をミキサーにて水を添加しながら均一に混合した。
その次に、混合後の材料をパンペレタイザーに投入し、粒径が４０ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下の球形状の造粒物１０を得た。
その次に、２０ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下の間隔を有するように配置された搬送コンベア２と圧下ロール３との間に球形状の造粒物１０を通し、円盤状の造粒物１１を得た。
その次に、円盤状の造粒物１１を搬送コンベア２から養生ピット５に向けて８０ｃｍ以上かつ２３０ｃｍ以下の高さだけ落下させて分割された造粒物１２を得るとともに、分割された造粒物１２を１２時間から４８時間ほど養生ピット５で静置して固化させた。

固化された造粒物１２の粒度を日本工業規格Ａ５０１５で規定される粒度試験により測定したところ、
通過質量分率で、
３１．５ｍｍ ：１００％、
２６．５ｍｍ ：９５％以上かつ１００％以下、
１３．２ｍｍ ：６０％以上かつ８０％以下、
４．７５ｍｍ ：３５％以上かつ６０％以下、
２．３６ｍｍ ：２５％以上かつ４５％以下、
０．４２５ｍｍ：１０％以上かつ２５％以下及び
０．０７５ｍｍ：３％以上かつ１０％以下
を満足する粒度のスラグ造粒骨材が得られた。なお、「３１．５ｍｍ」等の数値は篩の目の大きさを表し、「１００％」等の割合はその目の大きさの篩を通過した質量分率を表している。この粒度を満たすことから、スラグ造粒骨材を路盤材として使用することに適していることが確認できた。

また、スラグ造粒骨材（固化された造粒物１２）の真円度測定時の外輪直径と内輪直径との比（内輪直径÷外輪直径）の平均値が０．６５以上かつ０．８５以下であった。ここでいう真円度とは、日本工業規格Ｂ０６２１に規定される方法に従って測定することができ、造粒物１２を二つの同心の幾何学的円で挟んだ時、同心二円の間隔が最小となる場合の、二円の半径の差を意味する。上述の比は、同心二円のうちの直径が大きな円（外輪）と直径が小さな円（内輪）との直径から得ることができる。このような二円の直径の比を有していることから、スラグ造粒骨材が転がりにくいことが確認できた。

また、本発明者は、比較例として、上述の方法における円盤状の造粒物１１の落下高さだけを２４０ｃｍ以上かつ３００ｃｍ以下に変更してスラグ造粒骨材を試作した。

この比較例において固化された造粒物１２の粒度を日本工業規格Ａ５０１５で規定される粒度試験により測定したところ、
通過質量分率で、
３１．５ｍｍ ：１００％（１００％）、
２６．５ｍｍ ：１００％（９５％以上かつ１００％以下）、
１３．２ｍｍ ：６３．１（６０％以上かつ８０％以下）、
４．７５ｍｍ ：４１．８％（３５％以上かつ６０％以下）、
２．３６ｍｍ ：３８％（２５％以上かつ４５％以下）、
０．４２５ｍｍ：２２．１％（１０％以上かつ２５％以下）及び
０．０７５ｍｍ：１３％（３％以上かつ１０％以下）
であった。上記の括弧内の数値範囲はスラグ造粒骨材を路盤材として使用することに適していると判断できる通過質量分率の範囲である。すなわち、造粒物１１の落下高さを高くしたことにより、細かな粒度の造粒物１２が多くなり、０．０７５ｍｍの粒度において好適な通過質量分率の範囲から外れている。このことから、造粒物１１の落下高さを８０ｃｍ以上かつ２３０ｃｍ以下の高さに設定することの優位性が理解できる。なお、造粒物１１の落下高さを８０ｃｍ以下とした場合には造粒物１１が壊れにくくなり、上記の比較例と同様に好適な通過質量分率の範囲から外れる。但し、これらの比較例にて得られた造粒物１２であっても、粒度分布を調整する工程を経れば路盤材として使用することができる。換言すると、造粒物１１の落下高さを８０ｃｍ以上かつ２３０ｃｍ以下の高さに設定することで、粒度分布を調整する工程を省略できる。

このようなスラグ造粒骨材の製造方法によれば、造粒物を非球形状に変形させた後に造粒物を固化させるので、転がりにくいスラグ造粒骨材を製造できる。

また、変形工程の後であって固化工程の前に、所定高さから落として造粒物を割るので、より確実に造粒物を非球形状とすることができ、転がりにくいスラグ造粒骨材をより確実に製造できる。

さらに、造粒工程にて、４０ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下の粒径を有する前記造粒物を得て、変形工程にて、２０ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下の間隔を有するように配置された搬送コンベアと圧下ロールとの間に前記造粒物を通し、分割工程にて、８０ｃｍ以上かつ２３０ｃｍ以下の高さから造粒物を落下させるので、より確実に造粒物を非球形状とすることができ、転がりにくいスラグ造粒骨材をより確実に製造できる。

さらにまた、スラグ造粒骨材によれば、真円度測定時の外輪直径と内輪直径との比の平均値が０．６５以上かつ０．８５以下であるので、転がりを抑えることができる。

なお、実施の形態のスラグ造粒骨材が、所定高さから落として造粒物を割る工程を含むように説明したが、造粒物を割る工程を省略することも可能である。造粒物に外力を加えて造粒物を非球形状に変形させた後に、その造粒物を固化させてもよい。このような方法で製造されたスラグ造粒骨材も転がりにくい。この場合、造粒工程で得られる造粒物の粒径を実施の形態の説明より小さくしておくことが好ましい。

１ 混合造粒装置
２ 搬送コンベア
２ａ 端部ロール
３ 圧下ロール
３ａ 支持体
４ クリーナ
５ 養生ピット
１０〜１２ 造粒物

Claims (4)

1. 製鋼工程で発生するスラグ、ＳｉＯ₂を主成分とするシリカ源及びセメント系固化材を主体とする配合物を調整する調整工程と、
   前記配合物に造粒に必要な水を加えて球形状の造粒物を得る造粒工程と、
   前記造粒工程の後に前記造粒物に外力を加えて前記造粒物を非球形状に変形させる変形工程と、
   前記変形工程の後に前記造粒物を固化させる固化工程と
   を含む、
   スラグ造粒骨材の製造方法。
2. 前記変形工程の後であって前記固化工程の前に、所定高さから落として前記造粒物を割る分割工程
   をさらに含む、
   請求項１記載のスラグ造粒骨材の製造方法。
3. 前記造粒工程にて、４０ｍｍ以上かつ５０ｍｍ以下の粒径を有する前記造粒物を得て、
   前記変形工程にて、２０ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下の間隔を有するように配置された搬送コンベアと圧下ロールとの間に前記造粒物を通し、
   前記分割工程にて、８０ｃｍ以上かつ２３０ｃｍ以下の高さから前記造粒物を落下させる、
   請求項２記載のスラグ造粒骨材の製造方法。
4. 製鋼工程で発生するスラグ、ＳｉＯ₂を主成分とするシリカ源及びセメント系固化材を主体とするスラグ造粒骨材であって、
   日本工業規格Ａ５０１５で規定される粒度試験により測定される粒度が通過質量分率で、
   ３１．５ｍｍ ：１００％、
   ２６．５ｍｍ ：９５％以上かつ１００％以下、
   １３．２ｍｍ ：６０％以上かつ８０％以下、
   ４．７５ｍｍ ：３５％以上かつ６０％以下、
   ２．３６ｍｍ ：２５％以上かつ４５％以下、
   ０．４２５ｍｍ：１０％以上かつ２５％以下及び
   ０．０７５ｍｍ：３％以上かつ１０％以下
   を満足し、
   真円度測定時の外輪直径と内輪直径との比の平均値が０．６５以上かつ０．８５以下である、
   スラグ造粒骨材。

Images