JP3305898B2 - 製鋼スラグの短時間改質方法 - Google Patents

製鋼スラグの短時間改質方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、製鋼スラグの有効利
用の一環として、路盤材等に供する製鋼スラグに関する
もので、該スラグの膨張性の短時間水蒸気エージングに
よる安定化と、スラグの粉化の低減に好適かつ経済的な
製鋼スラグの短時間改質方法を提案するものである。
【０００２】転炉等の製鋼スラグは遊離CaO および遊離
MgO を多く含むため、水に触れると水和反応が生じ、そ
れぞれCa(OH)2 およびMg(OH)2 となり、この反応により
その体積は約２倍に膨張する。したがって、遊離CaO お
よび遊離MgO を多く含むスラグを路盤材等に使用した場
合、水と接触して膨張するためスラグが徐々に崩壊・粉
化し、その結果、路盤に凹凸が生じて車両の走行に支障
を来たすばかりでなく、重大な交通災害の発生にもつな
がり好ましくない。
【０００３】このようなことから、道路用鉄鋼スラグの
物性としてJIS A 5015には粒度とともに水浸膨張率（以
下、単に膨張率という）が規定されて、この規定を満足
させることが肝要である。
【０００４】
【従来の技術】前記したような製鋼スラグの異常膨張の
原因となる遊離CaO および遊離MgO を減少させ、その膨
張性を安定化するための方法として、次の３つの方法が
知られている。
【０００５】 自然エージング処理方法 徐冷した製鋼スラグを道路用鉄鋼スラグの粒度規格に粗
砕・粒度調整後、野外に山積みし、３ヶ月以上放置して
雨水等により水和反応を誘起させ、該スラグの膨張性を
安定化する方法。
【０００６】 水蒸気エージング処理方法 「住友金属」vol.45, No.４，P32(1993) ならびに特開
昭６１−１０１４４１号公報（製鋼スラグのエージング
処理方法）などに開示されているように、徐冷した製鋼
スラグを道路用鉄鋼スラグの粒度規格に粗砕・粒度調整
後、山積みし、大気圧下で水蒸気により水和反応を誘起
させることにより、該スラグの膨張性を安定化する方
法。
【０００７】 赤泥添加処理方法 特公昭57−2768号公報（転炉スラグ・電気炉スラグの崩
壊防止方法）に提案開示されているように、溶融状態の
転炉スラグまたは電気炉スラグに赤泥を添加することに
より遊離CaO を消失させスラグの膨張性を安定化する方
法。
【０００８】しかし、製鋼スラグには、溶銑予備処理工
程で生じる予備処理スラグ、転炉製錬で生じる転炉スラ
グ、取鍋スラグおよび連続鋳造スラグなど様々なスラグ
があり、それぞれのスラグ中の遊離CaO 、遊離MgO の濃
度やその存在状態が一様でなく、当然のことながらこれ
らはスラグ塊の表面だけでなく塊の内部にも存在し、さ
らに、製造する鋼種が同じであってもチャージにより遊
離CaO 、遊離MgO の濃度のバラツキが大きい場合があ
る。
【０００９】したがって、スラグの膨張性を安定化する
のに要するエージング時間は、スラグの種類やチャージ
によって、自然エージング処理では３ヵ月〜３年あるい
は３年以上かかる場合があり、水蒸気エージング処理で
も６時間〜30日程度と大きなバラツキがある。
【００１０】このため、種々のスラグ、様々なチャージ
のスラグが混合されている場合、エージング時間を長く
せざるを得ず、これが生産性や効率化を妨げ、経済性を
悪化させる原因になっていた。
【００１１】一方、赤泥添加処理は、溶融状態で赤泥を
添加することでスラグの塩基度が低下し、転炉等の耐火
物を傷める原因になるため好ましくなかった。
【００１２】さらに、道路用鉄鋼スラグの粒度規格に合
致するように粗砕・粒度調整したのち、エージング処理
を施すと、遊離CaO および遊離MgO などの水和反応によ
る膨張・崩壊のためスラグが粉化して細粒が多くなり、
道路用鉄鋼スラグの粒度規格から外れてしまい、再ふる
いが必要になりその分コストアップになるという問題が
あった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、前記事情
に鑑み、スラグの膨張性を72時間以内での短時間水蒸気
エージング処理で安定化し、かつそのエージング時にお
ける粉化を低減できる効率的な製鋼スラグの短時間改質
方法を提案することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明の要旨とすると
ころは以下の通りである。 (Fe2O3)を２〜10wt％含
有する種々の製鋼スラグから(CaO＋MgO)：40〜58wt％、
(CaO＋MgO ＋Fe2O3)：68wt％以下のスラグを分別し、
この分別したスラグに対して大気中で72時間以内での水
蒸気エージング処理を施すことを特徴とする製鋼スラグ
の短時間改質方法である（第１発明）。 第１発明に
おける種々の製鋼スラグが溶融状態でのスラグ組成調整
材投入により(CaO＋MgO)および(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度
を減少させたものである（第２発明）。
【００１５】ここで、製鋼スラグとは、溶銑予備処理工
程で生じる溶銑予備処理スラグおよび転炉精錬で生じる
転炉スラグ、さらには取鍋スラグおよび連続鋳造スラグ
を含む。また、スラグ組成調整材としては、砂利、アル
ミ灰、金属アルミニウム等が適している。
【００１６】
【作用】この発明の作用を実験・検討結果をもとにして
以下に述べる。前記したように、製鋼スラグ中の遊離Ca
O および遊離MgO は、スラグの塊の表面だけでなく、塊
の内部にも取り込まれていて、その存在状態は様々であ
る。このため、エージングによる膨張性の安定化および
そのエージング時における粉化現象を非常に複雑なもの
にしている。
【００１７】そこで、製鋼スラグの膨張性および粉化現
象を解明すべく種々実験・検討を重ねた結果、スラグの
膨張性の安定化に要するエージング処理時間は、スラグ
中の(CaO＋MgO)濃度と相関があること、エージング処理
時の粉化はスラグ中の(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度と相関が
あることなどを新規に見出した。
【００１８】以下実験例を図面にもとづいて説明する。
図１は、種々の製鋼スラグの膨張率を1.5 ％とするのに
要した大気中での水蒸気エージング処理時間とスラグ中
の(CaO＋MgO)濃度との関係を示すグラフである。
【００１９】図１から明らかなように、スラグ中の(CaO
＋MgO)濃度が58wt％を超えると、膨張率を1.5 ％以下に
安定化するためのエージング処理時間は72時間以上にな
るとともに急激に増加してしまい効率的でない。したが
って、効率上の見地からエージング処理時間の上限を72
時間とし、72時間の水蒸気エージング処理で膨張率を確
実に1.5 ％以下と安定化するためにはスラグ中の(CaO＋
MgO)濃度は58wt％以下にしなければならないことが分
る。
【００２０】なお、JIS A 5015によれば、道路用鉄鋼ス
ラグは、その膨張率を1.5 ％以下に安定化するように規
定されている。
【００２１】図２は、種々の製鋼スラグの膨張率が1.5
％になるまで大気中で水蒸気エージング処理した際のエ
ージング処理による粉化率とスラグ中の(CaO＋MgO ＋Fe
2O3)濃度との関係を示すグラフである。
【００２２】ここで、粉化率とは、粒度を13.2〜4.75mm
の範囲に調整したスラグを水蒸気エージング処理し、水
蒸気エージング処理後において、4.75mm未満の粒度に粉
化したスラグ量の全スラグ量に対する比率である。
【００２３】また、製鋼スラグはエージング処理後、製
鋼スラグ単独または高炉スラグ等と混合して路盤材等に
用いられる。製鋼スラグを単独で用いる場合、そのエー
ジング処理による粉化率がおよそ５wt％、高炉スラグ等
と混合して複合路盤材として用いる場合で製鋼スラグの
配合率が重量比で30％のとき、製鋼スラグのエージング
処理による粉化率が30wt％を超えるとJIS A 5015に規定
されている道路用鉄鋼スラグの粒度規格から外れてしま
い、その規格に適合させるためには再ふるいをしなけれ
ばならなくなる。
【００２４】なお、製鋼スラグを高炉スラグ等と混合し
て複合路盤材として用いる場合、製鋼スラグの配合率は
重量比で30％が通常である。したがって、この配合率の
場合、製鋼スラグのエージング処理による粉化率はその
上限を30wt％とすることが重要になる。ただし、配合率
が重量比で30％未満の場合はこの限りでない。
【００２５】そこで、上掲図２から明らかなように、製
鋼スラグの水蒸気エージング処理後の粉化率を30wt％以
下とするためには、スラグ中の(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度
を68wt％以下にしなければならないことが分る。
【００２６】これらの理由について以下に述べる。(CaO
＋MgO)濃度が低いスラグの場合、スラグ中のCaO および
MgO の多くが２CaO ・SiO2相および２CaO ・MgO ・２Si
O2相として存在し、膨張・崩壊の原因となる遊離CaO お
よび遊離MgO が少なくなり、したがって、短時間のエー
ジング処理で膨張性を安定化することができることにな
る。
【００２７】一方、スラグ中のFe2O3 は２CaO ・Fe2O3
相として存在している。この２CaO・Fe2O3 相は他の相
と比較して、強度が低く、またスラグの膨張の原因であ
る遊離CaO および遊離MgO を取り囲むように存在してい
るため、他の相より遊離CaOおよび遊離MgO の膨張によ
る影響を受け易く、スラグの粉化を促進する原因にな
る。したがって、(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度が低いとスラ
グの粉化は少なくなる。
【００２８】この発明は、以上の知見に基づいて創作さ
れたものであり、種々の製鋼スラグから(CaO＋MgO)濃度
が40〜58wt％で、かつ(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度が68wt％
以下のスラグを分別することを骨子とする。そしてこの
分別したスラグに対して大気中で水蒸気エージング処理
を施せば、72時間以内の短時間エージング処理でスラグ
の膨張性が安定化し、かつエージング処理時の粉化性を
低減することができエージング処理後の再ふるいの必要
がなくなる。以下にこの発明の限定理由について記す。 (CaO＋MgO)：40〜58wt％ (CaO＋MgO)は、濃度が40wt％未満のスラグではエージン
グ処理をしなくとも膨張率が０％でありエージング処理
の必要はない。一方、前掲図１に示したように58wt％を
超えると膨張性を安定化するのにエージング処理時間が
72時間を超えて急激に増加し効率が悪くなる。したがっ
て(CaO＋MgO)濃度は40〜58wt％の範囲とする。
【００２９】(CaO＋MgO ＋Fe2O3)：68wt％以下 (CaO＋MgO ＋Fe2O3)は、前掲図２に示したように濃度が
68wt％以下であれば、スラグの粉化率を30wt％以下にす
ることができ、エージング処理後の再ふるいの必要性が
なくなる。したがって(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度は68wt％
以下とする。
【００３０】また、エージング処理は、効率性、経済性
の観点から大気中での水蒸気エージング処理とする。な
お、この発明にしたがって分別したスラグは、自然エー
ジング処理を施しても処理方法の違いによる処理時間の
差はあるが、処理時間の短縮、粉化性の低減など同様の
効果を有する。
【００３１】さらに、この発明においては、製鋼スラグ
の有効利用をねらいとしていて、この発明により分別し
た残りのスラグの処置が問題となる。
【００３２】(CaO＋MgO)濃度が40wt％未満のスラグにつ
いてはそのまま道路用鉄鋼スラグとして使用できるので
問題ないが、(CaO＋MgO)濃度が58wt％を超えるスラグに
ついては、エージング処理時間が極端に長くなったり、
置場の関係から廃棄処理しなければならなく、また(CaO
＋MgO ＋Fe2O3)濃度が68wt％を超えるスラグは粉化する
ため再ふるいを要することになる。この点、製鋼スラグ
の(CaO＋MgO)濃度を58wt％以下、(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃
度を68wt％以下に調整できれば極めて有利である。
【００３３】
【表１】
【００３４】なお、溶融スラグ中へのスラグ組成調整材
の投入は、転炉や取鍋などで投入することもよく、ノロ
鍋に投入することもよい。ただし、スラグ組成調整材の
投入に際しては、容器類の耐火物の損傷、溶綱の品質へ
の影響、さらにはトータルコストなどを配慮することが
重要である。ただし、砂利、アルミ灰、金属アルミなど
のスラグ組成調整材は、これらを転炉などに投入しても
出鋼成分への影響はほとんどなく、過剰に投入しないか
ぎり耐火物への影響もない。
【００３５】
【実施例】
実施例１ 表１に示す種々の(CaO＋MgO)濃度および(CaO＋MgO ＋Fe
2O3)濃度を有する製鋼スラグを、JIS A 5015の道路用鉄
鋼スラグの粒度規格に合致するように粗砕・粒度調整し
たのち、大気中で72時間の水蒸気エージング処理を施
し、エージング処理前後の膨張率およびエージング処理
後の粒度分布を測定するとともに、該製鋼スラグを重量
比で30％混合し複合路盤材としたときの、JIS A 5015の
粒度規格に合致させるための再ふるいの必要性のありな
しについて調査し、これらの結果を表１にまとめて併記
した。
【００３６】
【表１】
【００３７】ここで、膨張率はJIS A 5015の道路用鉄鋼
スラグの水浸膨張試験方法により測定した。
【００３８】表１から明らかなように、比較例１，２，
４，５および６のように(CaO＋MgO)濃度が59wt％以上の
場合、72時間の水蒸気エージング処理では道路用鉄鋼ス
ラグの規格の膨張率≦1.5 ％を超えていて、この規格内
に入れるためにはエージング処理時間を延長しなければ
ならなく、効率的でない。また、比較例１，３および５
のように(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度が69wt％以上の場合、
エージング処理の際の粉化が大きく、エージング処理後
に再ふるいが必要になる。
【００３９】なお、比較例７および８のように、(CaO＋
MgO)濃度が39wt％以下の場合、エージング処理前でも膨
張率は０であり、エージング処理の必要がなく、これら
は、この発明の適用範囲外である。
【００４０】一方、(CaO＋MgO)濃度が40〜58wt％で、か
つ(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度が68wt％以下のこの発明に適
合する適合例１，２，３，４，５および６は、72時間の
水蒸気エージング処理により膨張率は1.5 ％以下と安定
化し、かつ、これらは製鋼スラグが重量比で30％の複合
路盤材としたときの道路用鉄鋼スラグの粒度規格から外
れることがなく、再ふるいの必要がない。また、適合例
４，５および６のように(CaO＋MgO)濃度が40〜53wt％の
範囲のスラグはエージング処理前にすでに膨張率≦1.5
％の規格を満たしているものの、より膨張性を安定化す
るという観点からはエージング処理を施すことが好まし
い。
【００４１】実施例２ 転炉での鋼の溶製後期に、スラグ組成調整材を投入した
場合と、投入しなかった場合とで、それぞれ得られたス
ラグについて、72時間の水蒸気エジング処理を施し、実
施例１と同様にエージング処理後の膨張率や再ふるいの
必要性などを調査した。表２に製鋼主要諸元として、溶
銑成分、副原料投入量、目標成分および出鋼成分を、表
３にスラグ組成調整材投入量、スラグ組成、72ｈ水蒸気
エージング処理後膨張率および再ふるいの必要性のあり
なしをまとめて示す。
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】表２および表３から明らかなように、スラ
グ組成調整材を投入しなかった試料記号Ａ，ＢおよびＣ
のスラグ組成はこの発明の限定範囲を外れ、当然のこと
ながら72時間水蒸気エージング処理後の膨張率が1.5 ％
を超えていて、試料記号Ｂでは再ふるいを必要とするの
に対し、スラグ調整材を投入した試料記号Ｄ，Ｅ，Ｆお
よびＧのスラグ組成はこの発明の限定範囲内にあり、72
時間水蒸気エージング処理後の膨張率は1.5 ％以下で、
再ふるいの必要性のないものが得られている。
【００４５】
【発明の効果】この発明は、種々の製鋼スラグから(CaO
＋MgO)濃度および(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度を特定して分
別し、この分別したスラグに対し大気中で水蒸気エージ
ング処理を施すものであり、この発明によれば、短時間
のエージング処理で膨張性が安定化し、かつエージング
の粉化による再ふるいを必要とすることがなく、路盤材
に適した経済性に優れるスラグを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の製鋼スラグの膨張率を1.5 ％とするのに
要した大気中での水蒸気エージング処理時間とスラグ中
の(CaO＋MgO)濃度との関係を示すグラフである。
【図２】種々の製鋼スラグの膨張率が1.5 ％になるまで
大気中で水蒸気エージング処理した際のエージング処理
による粉化率とスラグ中の(CaO＋MgO ＋Fe2O3)濃度との
関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−206744（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−2808（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 5/00 - 5/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 (Fe 2 O 3 )を２〜10wt％含有する種々の製
    鋼スラグから (CaO＋MgO)：40〜58wt％、 (CaO＋MgO ＋
    Fe2O3)：68wt％以下のスラグを分別し、この分別したス
    ラグに対して大気中で72時間以内での水蒸気エージング
    処理を施すことを特徴とする製鋼スラグの短時間改質方
    法。
  2. 【請求項２】 種々の製鋼スラグが、溶融状態でのスラ
    グ組成調整材投入により(CaO＋MgO)および(CaO＋MgO ＋
    Fe2O3)濃度を減少する手段を施したものである請求項１
    に記載の製鋼スラグの短時間改質方法。
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