JP3190216B2 - スラグの強制エージング方法 - Google Patents

スラグの強制エージング方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、製鋼スラグおよび/ま
たは溶銑予備処理スラグを強制エージングする際に、粉
化防止およびエージング促進を目的としたスラグ処理方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に製鋼スラグおよび/または溶銑予
備処理スラグ(以下でスラグと称す)は、スラグ中に石
灰が遊離した形(以下で遊離CaOと称す)で残存して
いるため、そのままの形で道路材、土木用材に利用した
場合、遊離CaOの水酸化、炭酸化により膨張すること
が知られている。
【0003】そこで、現在一般にスラグを自然冷却し、
破砕した後、屋外で山積みして、スラグ中の遊離CaO
を雨水等と空気に自然に接触させることにより、Ca
(OH)2 あるいはCaCO3 に変化させ安定させてい
る。この工程は自然エージングと呼ばれている。この場
合に、天然の水だけではなく、人為的に温水および/ま
たは蒸気を供給して強制エージングを行う方法もある。
例えば、特開平4−202034号公報に開示されて
いるように、大気圧下で自然エージングを行う第1工程
と、大気圧下で蒸気エージングを行う第2工程とからな
る製鋼スラグのエージング方法である。
【0004】また、特開平4−254187号公報に
開示されているように、破砕した製鋼スラグを搬送・排
出手段にて移動させながら、温水浴中に浸漬させて温水
エージングする製鋼スラグのエージング方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】スラグがエージング中
に崩壊すると、スラグ中の粉化率が増加する。粉化率が
増加するとスラグの強度が低下し、道路材として使用が
困難になる。更に、最近高純度鋼製造のためスラグの塩
基度が上昇し、遊離CaOが増加している。このことが
膨張量増大とエージング長期化の原因となっている。
【0006】本発明者は、最近のスラグについて、前記
特開平4−202034号公報および特開平4−2
54187号公報の方法を実施した。しかし、いずれも
粉化率が増加し、かえってスラグの有効利用率が低下す
ることを見出した。また、遊離CaOが多いため、蒸気
や温水のような強制エージングでも塩基度が高い最近の
スラグでは従来のスラグに比べて膨張安定化に時間がか
かり、道路材製造費を蒸気代や温水代が著しく押し上げ
る結果となった。
【0007】本発明はこれらの前記の問題を解決し、粉
化率が増加せず且つエージング時間を短縮し、低コスト
でエージング促進を可能にすることを目的とする。
【0008】
【0009】
【課題を解決するための手段】 本発明はかかる課題を解
決するため 、強制エージング前の製鋼スラグおよび/ま
たは溶銑予備処理スラグに、シルト、高炉スラグのうち
少なくとも1種または2種を、配合後の総量の1〜3
量%となるように配合したものを、蒸気および/ま
たは温水で強制エージングすることを特徴とする。すな
わち、転炉、電気炉あるいは混銑車などで発生した製鋼
スラグおよび/または溶銑予備処理スラグを冷却・凝固
させ、次に、スラグを破砕する前、または途中、または
後に、エージングする前のスラグに、配合後の総量に
対し、シルト、高炉スラグのうち少なくとも1種または
2種を1〜30量%となるように配合する。
【0010】この配合のタイミングは、スラグと、シル
ト、高炉スラグのうち少なくとも1種または2種が均一
に混合するならば、破砕する前、途中あるいは後のいず
れでもよい。また、破砕後で強制エージング前の製鋼ス
ラグおよび/または溶銑予備処理スラグに、平均粒径が
0.01〜1.2mmとなるように破砕した高炉水砕スラ
グを、配合後の総量の1〜30量%となるように配
合したもの、あるいは破砕前または破砕途中で、強制エ
ージング前の製鋼スラグおよび/または溶銑予備処理ス
ラグに、高炉水砕スラグを配合後の総量の1〜30
量%となるように配合した後、その全体を破砕し、高炉
水砕スラグの平均粒径が0.01〜1.2mmとなるよう
にしたものを蒸気および/または温水で処理することを
特徴とする。
【0011】更に、強制エージング前の製鋼スラグおよ
び/または溶銑予備処理スラグに、平均粒径が0.01
〜1.2mmとなるように、破砕した高炉水砕スラグとシ
ルトを配合後の総量の1〜30量%となるように
配合したものを蒸気および/または温水で処理すること
を特徴とする。なお、本発明における強制エージング法
として次のいずれの方法を採用してもよい。(1)蒸気
エージング、(2)温水エージング、(3)(1)と
(2)の組み合わせ、(4)自然エージングと(1)お
よび/または(2)を組み合わせる。
【0012】ここで、蒸気エージングとは、スラグを蒸
気中に一定時間保持してスラグ中の遊離CaOの水和を
行う方法である。また、温水エージングとは、スラグを
温水浴中に一定時間保持して、スラグ中の遊離CaOの
水和を行う方法である。これらの方法は、スラグを野積
みして雨水等で遊離CaOを水和させる自然エージング
に比べて、高温で且つ多量の水を接触させることができ
るので、水和反応は促進される。
【0013】
【作用】以下で、本発明の詳細について説明する。本発
明において、強制エージング前の製鋼スラグおよび/ま
たは溶銑予備処理スラグに、シルト、高炉スラグのうち
少なくとも1種または2種を配合後の総量に対してそ
の1〜30量%配合したものを強制エージングする。
【0014】その結果、スラグ粒中の遊離CaOと、シ
ルト、高炉スラグの可溶性シリカが水の存在で反応
し、不溶性のCaO−SiO2−H2Oゲル(以下でCS
Hゲルと呼ぶ)を生成する。この反応をポゾラン反応と
呼ぶ。シルト高炉スラグを選ぶのは可溶性シリカが溶
出しやすく、ポゾラン反応が起こりやすいからである。
シルトは、土質材料の中で5〜74ミクロンの粒径範囲
のものである。
【0015】また、高炉スラグには一般に、溶融状態か
ら徐冷処理したものと加圧水等で急冷処理したものとが
ある。前者を高炉徐冷スラグ、後者を高炉水砕スラグと
呼ぶ。本発明においては両者のいずれか、または両方を
用いてもよい。ポゾラン反応でCSHゲルが生成するこ
とにより硬化が進行し、遊離CaOが水と反応してCa
(OH)2 に変化する際の体積膨張で、発生した亀裂が
CSHゲルによって塞がっていき、粉化が抑制される。
また、水中のCa2+がCSHゲル生成で消費されるた
め、遊離CaOの水和および生成したCa(OH)2
水中への溶解が促進される。これはエージングが促進さ
れることを意味する。
【0016】すなわち、遊離CaOの水和によりその表
面に固体層のCa(OH)2 が形成されるが、この固体
層が遊離CaOの水和を妨げる。従って水和を促進する
ためには、固体層のCa(OH)2 の溶解を促進しなけ
ればならない。しかし、Ca(OH)2 の溶解度は小さ
いので(0℃で0.185、100℃で0.077)、
スラグ粒周囲の水はすぐにCa2+で飽和して固体層のC
a(OH)2 が溶解できなくなる。
【0017】しかし、不溶性のCSHゲル生成で水中の
Ca2+濃度が常に低い状態に維持されれば、Ca(O
H)2 の溶解は促進される。一般に遊離CaOの水和反
応は温度が高い方が反応速度が早い。従って、自然エー
ジングよりも蒸気や温水のような強制エージングの方が
膨張安定化に要する時間は短い。また、遊離CaOの量
が増加すると、スラグ粒周辺の水もそれだけCa2+で飽
和しやすくなり、水中のCa2+濃度の方が水和反応を律
速するようになる。本発明では、水中のCa2+濃度を常
に低い状態に維持して、固体層のCa(OH)2の溶解
を促進させることを特徴とする。
【0018】本発明において、シルト、高炉スラグのう
ち少なくとも1種または2種の配合量を1〜30量%
とするのは、1量%未満では以下で説明するポゾラン
反応が十分に行われず、30量%を越えるとスラグの
固結が生じ、ハンドリングが著しく困難になるからであ
る。平均粒径については、シルトの平均粒径が0.01
〜0.03mmであるのに対して高炉水砕スラグの平均粒
径は1.2〜2.5mmである。
【0019】また、一般に高炉水砕スラグは大気に曝さ
れている間に表面が大気中の水分やCO2 との反応によ
り徐々に不活性化し、可溶性シリカの溶出量が初期に比
べて低減する。以上の理由により高炉水砕スラグの場合
は、シルトに比べてポゾラン反応の反応性が低い場合が
ある。そこで、高炉水砕スラグの平均粒径が0.01〜
1.2mmとなるように破砕し、破砕後で強制エージング
前の製鋼スラグおよび/または溶銑予備処理スラグに配
合する。もしくは、高炉水砕スラグを破砕前または破砕
途中で、強制エージング前の製鋼スラグおよび/または
溶銑予備処理スラグに、配合した後に高炉水砕スラグの
平均粒径が0.01〜1.2mmとなるように全体を破砕
し、強制エージングする。
【0020】高炉水砕スラグを製鋼スラグへ、どのよう
なタイミングで配合するかを選ぶことにより、高炉水砕
スラグの平均粒径を0.01〜1.2mmにすることがで
きる。このように、高炉水砕スラグの平均粒径を0.0
1〜1.2mmにすることにより、強制エージング時のポ
ゾラン反応の反応性が向上する。平均粒径を0.01〜
1.2mmとするのは、0.01mm未満では高炉水砕スラ
グの比表面積が増加し、大気中の水分やCO2 との反応
がしやすくなり、かえって高炉水砕スラグ表面の不活性
化の進行が早くなるために、破砕コストがエージング促
進効果を上回り経済的でない。1.2mmを越えるとエー
ジング促進効果が不十分となり、やはり経済的でない。
【0021】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて、更に詳細
に説明する。表1に転炉スラグと、シルト、高炉スラグ
の化学組成を示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【0024】
【表2】
【0025】次に、表2に示す比較例としては、何も配
合せずに破砕・磁選したスラグをエージングしない場合
(比較例1)、特開平4−202034号公報に示され
るように、大気圧下で自然エージングし、次に大気圧下
で蒸気エージングを行う場合(比較例2)、および特開
平4−254187号公報に示されるように、破砕した
製鋼スラグを搬送・排出手段にて移動させながら、温水
浴中に浸漬させて温水エージングを行う場合(比較例
3)について比較例とした。表中の膨張量は鉄連法の8
0℃温水膨張試験により測定した。粉化率は、エージン
グ直後のスラグを破砕せずに乾燥して4メッシュのふる
いにかけて、ふるい通過量の全量に対する割合とし
た。スラグの固結有無は、エージング直後のスラグの上
にシャベルを立てて日本人の平均体重をシャベルに静か
にかけたときに、該スラグが崩れるかどうかで判断し
た。崩れれば固結は無しである。
【0026】次に表3における転炉スラグにシルト、高
炉スラグを配合した場合について述べる。
【0027】
【表3】
【0028】ここで用いたシルトは、山砂を水洗いした
ときに発生する泥水中の固形分で74μm以下のもので
ある。転炉スラグを冷却・凝固させた後、表3に示す割
合でシルト、高炉スラグを配合し30mm以下に破砕し
た。次に、表3に示す条件で蒸気エージングと温水エー
ジングを行った。シルト、高炉スラグを配合してエージ
ングした実施例6〜12は比較例よりも膨張量が小さく
路盤材に使用可能な膨張量の基準値1.5%以下を達成
しており、粉化率も36%以下であり、道路用材として
使用することができた。
【0029】更に、表4における転炉スラグに配合する
高炉水砕スラグの平均粒径が0.01〜1.2mmである
ように破砕した場合について述べる。
【0030】
【表4】
【0031】転炉スラグを冷却・凝固させた後、30mm
以下に破砕した。表4に示す条件で高炉水砕スラグを破
砕し転炉スラグに配合して表4に示す条件で蒸気エージ
ングと温水エージングを行った。ただし、実施例20で
は転炉スラグを冷却・凝固させた後、高炉水砕スラグを
配合して全体として30mm以下になるように破砕した。
このとき、破砕後の高炉水砕スラグの平均粒径は0.5
mmとなった。実施例13〜20は比較例よりも膨張量が
小さいだけでなく、表3と比較してもより少ない配合量
で同等の効果が得られた。
【0032】なお、比較例において、比較例1はエージ
ングしないので膨張量が非常に大きい。比較例2は基準
値1.5%以下が達成されず、粉化率も増加した。比較
例3も同様に基準値1.5%以下が達成されず、粉化率
も増加した。
【0033】
【発明の効果】本発明により、製鋼スラグおよび/また
は溶銑予備処理スラグのエージング促進とスラグの粉化
防止が問題なく達成され、強制エージングにより得られ
たスラグを道路用材や土木用材に有効に使用することが
可能となる。
フロントページの続き (72)発明者 横尾 正義 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1−1 新 日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平4−16534(JP,A) 特開 昭59−88503(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 5/00 - 5/06 F27D 15/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強制エージング前の製鋼スラグおよび/
    または溶銑予備処理スラグに、シルト、高炉スラグのう
    ち少なくとも1種または2種を、配合後の総量の1〜
    30量%となるように配合したものを蒸気および/ま
    たは温水で処理することを特徴とするスラグの強制エー
    ジング方法。
  2. 【請求項2】 破砕後で、強制エージング前の製鋼スラ
    グおよび/または溶銑予備処理スラグに、平均粒径が
    0.01〜1.2mmとなるように粉砕した高炉水砕スラ
    グを、配合後の総量の1〜30量%となるように配
    合したものを蒸気および/または温水で処理することを
    特徴とするスラグの強制エージング方法。
  3. 【請求項3】 破砕前あるいは破砕途中で、強制エージ
    ング前の製鋼スラグおよび/または溶銑予備処理スラグ
    に、高炉水砕スラグを配合後の総量の1〜30量%
    となるように、配合した後に全体を粉砕し、高炉水砕ス
    ラグの平均粒径が0.01〜1.2mmとなるようにした
    ものを蒸気および/または温水で処理することを特徴と
    するスラグの強制エージング方法。
  4. 【請求項4】 強制エージング前の製鋼スラグおよび/
    または溶銑予備処理スラグに、平均粒径が0.01〜
    1.2mmとなるように破砕した高炉水砕スラグとシルト
    を、配合後の総量の1〜30量%となるように配合
    したものを蒸気および/または温水で処理することを特
    徴とするスラグの強制エージング方法。
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