JP3945261B2

JP3945261B2 - スラグの鋳造方法および装置

Info

Publication number: JP3945261B2
Application number: JP2002019803A
Authority: JP
Inventors: 達也小▲沢▼; 博幸當房; 禎公清田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003221611A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融状態のスラグの鋳造方法およびその装置に関り、例えば高炉から排出されたスラグからアスファルト舗装用の骨材に適した緻密なスラグ凝固物を鋳造する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
我が国の道路舗装は、アスファルト舗装が主流となっている。これは、セメントを使用するコンクリート舗装と比較して、施工速度が速く、かつ養生が不要なため、交通に開放する時期が早いという利点を有しているからである。特に既設道路を補修する際は、交通遮断時間が短いことからより有利とされている。
【０００３】
かようなアスファルト舗装の表層に使用されるアスファルト・コンクリートは、骨材とアスファルトから成っており、骨材の比率が90％以上を占める。道路舗装の場合、道路上を車両が通行するため、継続的に荷重下に置かれると同時に舗装表層とタイヤとの摩擦が生じる。
アスファルト・コンクリートでは、可塑性のあるアスファルトをバインダーに用いているため、荷重に対する成形体の形状維持とタイヤによる摩耗防止の役割を骨材が担っている。そのため、アスファルト・コンクリート用の骨材としては、一般の建築用コンクリートの骨材よりも強度が高く、硬質で耐摩耗性に優れたものが要求される。
【０００４】
通常、かようなアスファルト・コンクリート用骨材には耐摩耗性の低い石灰石等は利用されず、硬質砂岩等の硬い石が使用されている。しかしながら、硬い石を原料とする骨材の産地は限定されているため、道路を施工する地域によっては、骨材を遠方より輸送してくる必要があり、輸送コストの増加により施工費用が高くなってしまう。
【０００５】
アスファルト舗装要綱では、アスファルト・コンクリート用骨材に利用できるものとして、鉄鋼スラグを規定している。鉄鋼スラグのうち、製鋼スラグについて、加熱アスファルト混合用に単粒度製鋼スラグ（ＳＳ）とクラッシャラン製鋼スラグ（ＣＳＳ）が規定されている。これらはいずれも、製鋼スラグの硬さを活かした用途であり、アスファルト・コンクリート用骨材に占める割合は極わずかとはいえ、実際に使用されている。
【０００６】
しかしながら、かような製鋼スラグは、天然骨材と比べ、比重が15〜20％大きいため、施工体積当たりの骨材必要量が増大し、輸送費が余計にかかることや、金属分を含むといった問題点を持っている。
鉄鋼スラグのうち、高炉から排出されたスラグ（いわゆる高炉スラグ）は徐冷されて凝固したもの（いわゆる高炉徐冷スラグ）が路盤材に利用されているが、アスファルト・コンクリートの骨材としては利用されていない。この理由は、高炉徐冷スラグは耐摩耗性が低いため、アスファルト・コンクリート用骨材として適さないからである。
【０００７】
ちなみに一般にアスファルト・コンクリートに使用される骨材の耐摩耗性を示すすりへり減量は15％程度であるが、高炉徐冷スラグではすりへり減量が30％と高く、耐摩耗性が石灰石よりも劣っている。
このように、高炉徐冷スラグはアスファルト・コンクリート用骨材には利用されていないが、コンクリート用の粗骨材としては利用されており、ＪＩＳ化もされている。ただし、高炉徐冷スラグが多孔質であることから、吸水率が高く、フレッシュコンクリートの流動性が低下するという問題があるため、一部で使用されるに止まっている。
【０００８】
高炉徐冷スラグの弱点である多孔質な点を改善して緻密化する方法として、薄層多層法と称する方法が知られている。この方法は、例えば文献「製鉄研究」第301 号，1980年p.13355-13362 に詳細に述べられているように、緩やかな傾斜を有する平滑な冷却ヤードに溶融スラグを薄く流し、冷却は空冷による自然冷却で行い、ついで同じように２層，３層と次々に層を重ねていき、最上層の流し込み終了後さらに空冷あるいはごく少量の冷却水を散水して冷却する方法である。
【０００９】
この方法によれば、少なくとも溶融スラグの流下近傍は、先に流れた溶融スラグによって予熱されているので、スラグ温度が高く、しかもスラグ層が薄いので、発生ガスが浮上分離し易く、その結果、緻密な徐冷スラグとなって、コンクリート粗骨材向け原料に適した品質となり、特に層厚を60mm以下にすれば絶乾比重 2.4以上のＪＩＳ粗骨材規格を満たすとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法では、粗骨材のＪＩＳ規格を満たしても吸水率が３％以下になる程度で、まだまだ外観上からも多孔質であり、天然骨材と同等の品質を有するレベルには達していない。そのため、利用される量もコンクリート用骨材需要の１％にも満たないほど少ないのが現状である。
【００１１】
また、この方法では溶融スラグの凝固・冷却のために広い面積を要し、かつ時間もかかるため、生産性のよい方法とはいえないため、実際に実施される例がほとんどない。
溶融スラグを効率的に凝固させる方法として、従来から金属製の鋳型を多数連結した鋳銑機と同様のスラグ鋳造方法が提案されている。例えば、特開昭50-158527 号公報では電気炉より出湯したフェロアロイ溶さいの鋳造処理方法が提案されているが、これらの溶融スラグの連続鋳造方法および設備は、必ずしも高炉スラグを緻密化することが目的ではなく、結晶質の凝固スラグを得て、それを破砕することにより塊状のコンクリート用粗骨材または路盤材を製造するものである。
【００１２】
そのため、溶融スラグを直接水で冷却する方法が採用されている。また、鋳型から凝固スラグを剥離する温度条件も明確ではなく、必要以上に凝固スラグを冷却しており、鋳型の個数が多く、設備が大きくなっている。また、鋳型上でスラグを保持する時間が長いため、鋳型への熱負荷が大きく、鋳型の温度が上がり、鋳型の変形が起こりやすい条件となっている。時間当たりのスラグの処理量が多く、１回の処理時間が長くなるほど鋳型の変形は起き易い。
【００１３】
本発明は上記問題点を解決した、吸水率が低く、具体的には吸水率＜ 1.5％、且つ耐摩耗性の高い、具体的にはすりへり減量＜20％のアスファルト舗装に用いるアスファルト・コンクリート用骨材に適した緻密な高炉スラグ凝固物を連続的に効率よく鋳造する方法、及び鋳型の変形を防止して、安定的にアスファルト舗装用骨材に適した緻密な高炉スラグ凝固物を鋳造する装置を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、10〜30mmの鋳込み深さを有する複数枚の連続した鋳型に、溶融状態のスラグを連続的に供給し、スラグから鋳型および雰囲気への放熱によってスラグを冷却し、スラグの自由表面の温度が 800 〜1000℃になったときに鋳型から排出するスラグの鋳造方法である。
【００１５】
前記した鋳造方法の発明においては、好適態様として、鋳型からスラグを排出した後、鋳型の受滓面を散水冷却し、前記鋳型の表面温度が 100 〜 300 ℃の範囲内で受滓することが好ましい。
また本発明は、10〜30mmの深さの鋳型を複数枚連続して並べて繰り返し溶融状態のスラグを鋳型上へ受滓・凝固できる連続鋳型と、鋳型を反転してスラグを剥離した後、鋳型の表面温度が 100 〜 300 ℃になる水量を散水して受滓面を散水冷却する装置を備えたスラグの鋳造装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に至った経緯について説明する。
高炉徐冷スラグ内部には、多数の気孔が存在し、吸水率が高い原因となっているので、高炉スラグからコンクリート用粗骨材を製造するためには、高炉徐冷スラグの気孔の量を減らして緻密にしなければならない。
【００１７】
本発明は、高炉徐冷スラグの気孔量、特に粗大な気孔を低減して緻密化すると、高炉徐冷スラグの耐摩耗強度が向上するという知見に基づく。
従来から、水の存在下では高炉スラグが発泡し易いことが知られているため、図１のスラグ凝固・反転装置を用い、高周波溶解炉３内のカーボンルツボ４中で溶解した高炉スラグ14を、鋳型２上に流し、水を使用しないで冷却・凝固する種々の実験を行った。その結果、高炉スラグ14の凝固物内部の気孔の量は高炉スラグ14が完全に凝固するまでの冷却速度に依存し、気孔率の低減には、冷却・凝固速度を速くすることが最も有効だということがわかった。
【００１８】
更には、高炉スラグ14は熱伝導率が低いため、冷却速度は、ほぼ高炉スラグ14の凝固厚みで決まり、10mm 以上の凝固厚みであれば、高炉スラグ14中心部の冷却速度は表面の水冷や鋳型２の熱伝導率，比熱等の冷却条件の差異にほとんど影響を受けず、30mm以下の凝固厚みであれば、高炉スラグ14内部からのガスの発生および生成した気泡が凝固中に高炉スラグ14内に捕らえられることを著しく抑制できることを見出した。
【００１９】
また、冷却中に高炉スラグ14凝固物の表面へ散水すると、その水の影響で、表層部が多孔質となり、吸水率が高く、比重が低下するだけでなく、高炉スラグ14中のＳと水との反応によりＨ₂Ｓが発生し、周辺の環境を悪化させる原因となるため、溶融スラグの散水冷却は避けなければならないということが解かった。
但し、鋳型２上へ溶融状態の高炉スラグ14を流し冷却する方法では、高炉スラグ14の顕熱は、大気中へ放散される以外の大部分は鋳型２へ伝導し、高炉スラグ14の温度低下に伴い鋳型２の温度が高くなる。鋳型２上への溶融状態の高炉スラグ14の流し込みおよび凝固・冷却を繰り返すと、鋳型２の温度が例えば図２のように上昇してくる。鋳型２の温度が高くなり過ぎると、高炉スラグ14を冷却する能力が低下し、さらに鋳型２自身の強度が低下したり、高炉スラグ14の凝固物と鋳型２が焼付いて凝固スラグ13の剥離ができなくなってしまう。そのため、鋳型２の過剰な温度上昇を防ぐためには、鋳型２から高炉スラグ14凝固物を排出した後、次に受滓するときには鋳型２が完全に乾燥していることを条件に、鋳型２の受滓面を散水冷却すればよい。
【００２０】
また、鋳型２の温度上昇を抑制するためには、高温の高炉スラグ14を鋳型２上で保持している時間をできるだけ短くしたほうがよい。そのために、高炉スラグ14内部の温度と凝固状態を調べた。
図１のスラグ凝固・反転装置を用い、高周波溶解炉３内のカーボンルツボ４中で溶解した高炉スラグ14を、予め鋳型内空間の中心位置に測温端が位置するように熱電対をセットした鋳型２上に流し、一定時間保持して、スラグ中心部の温度を測定した。その後、鋳型２を反転して、凝固した板状の高炉スラグ14を鋳型２上から落下させ、落下の衝撃で割れた高炉スラグ14凝固物から溶融状態の高炉スラグ14が出てきたかどうかを調査し、前述のスラグ中心部温度との関係を調べた。その結果を図３に示す。
【００２１】
図３から解かるように、鋳型２から落下するときの温度が1200℃以下になると、高炉スラグ14凝固物の内部から溶融状態の高炉スラグ14が出てくることがなくなる。すなわち、高炉スラグ14内部が1200℃以下になるまで冷却すれば、完全に凝固した高炉スラグ14凝固物が得られる。なお、このときの高炉スラグ14凝固物の表面温度は1000℃であった。実際の生産設備では、高炉スラグ14凝固物内部の温度を実測するのは困難であるから、高炉スラグ14凝固物の表面温度を指標として管理すればよい。
【００２２】
以上の結果から、本発明では、10〜30mmの鋳込み深さを有する複数枚の連続した鋳型に、溶融状態のスラグを連続的に供給し、スラグから鋳型および雰囲気への放熱によってスラグを冷却し、スラグの自由表面の温度が1000℃以下になったときに鋳型から排出するものである。更に、鋳型２から高炉スラグ14凝固物を排出した後、次に受滓するときには鋳型２が完全に乾燥していることを条件に、鋳型２の受滓面を散水冷却するようにした。
【００２３】
なお、凝固した高炉スラグ14を鋳型２から排出する際の高炉スラグ14の自由表面の温度は、鋳型２と高炉スラグ14との焼き付きを防止するために 800℃以上とする。
【００２４】
なお、鋳型２から剥離した後の高炉スラグ14凝固物は、そのまま放冷して冷却することを基本とする。剥離後は散水冷却しても、高炉スラグ14凝固物の緻密さ，吸水率に変化はないが、Ｈ₂Ｓが発生して周辺環境を悪化させるので、できるだけ冷却に水を使用しないことが望ましい。
【００２５】
【実施例】
次に本発明を実施した例を装置の図面に基づいて説明する。
図４に本発明の実施に用いて好適な高炉スラグの連続凝固装置を示す。図４中の番号６はスラグ鍋，７は溶融スラグ，８はスラグ樋，９は連続鋳滓機，10は金属製鋳型，11は散水ノズル，12は放射温度計，13は凝固スラグである。
【００２６】
図４に示したところにおいて、連続鋳滓機９の連続した金属製鋳型10を動かし、溶融スラグ７をスラグ鍋６からスラグ樋８を介して、移動している金属製鋳型10上へ流し込む。金属製鋳型10の深さにより所定の厚みの板状に凝固した凝固スラグ13ができ、連続鋳滓機９の末端で金属製鋳型10が反転することにより、剥離，落下する。凝固スラグ13を剥離後の金属製鋳型10は反転状態で溶融スラグ供給位置へと戻るが、この時、散水ノズル11から水を金属製鋳型10表面に散水して、金属製鋳型10を冷却する。
【００２７】
金属製鋳型10の温度は、散水冷却後の金属製鋳型10表面を測定できる位置と、連続鋳滓機９の末端で、反転直前の凝固スラグ13表面を測定できる位置の２箇所に放射温度計12を取り付けて測定した。
金属製鋳型10としては、縦１ｍ，横２ｍ，深さ20mmで、厚みが40mmの鋳鋼製鋳型を用いた。高炉の炉下で、容量50ton のスラグ鍋６に溶融状態の高炉スラグ（すなわち溶融スラグ７）を受滓し、上記した連続鋳滓機９まで移送した。このスラグ鍋６から溶融スラグ７を約２ ton／min 程度の流出速度で流出させ、スラグ樋８を介して、移動している金属製鋳型10上に供給し、このとき金属製鋳型10の移動速度は約20ｍ／min とした。
【００２８】
図５に、このときの高炉スラグ表面（すなわち溶融スラグ７および凝固スラグ13の自由表面）と金属製鋳型10裏面の温度推移を示す。受滓してから 1.5分間保持することで、反転直前の凝固スラグ13表面温度は1000℃以下となり、反転・剥離・落下した凝固スラグ13から溶融スラグ７が出てくることはなかった。
また、次回受滓するときには、金属製鋳型10の受滓面が完全に乾燥していなければならないので、散水冷却後の金属製鋳型10表面が 100〜300 ℃になるような散水量とした。
【００２９】
以上のようにして製造した緻密な高炉スラグの品質を表１に示す。吸水率 1.5％以下で、すりへり減量20％以下のアスファルト舗装に用いるアスファルト・コンクリート用骨材に適した緻密な高炉スラグ凝固物を連続的に効率よく鋳造することができた。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１には参考として、従来のアスファルト舗装用骨材の範囲を併せて示す。
なお、溶融スラグ７の流出速度をもっと速くしたいときには、金属製鋳型10を大きくしたり、連続鋳滓機９の機長を延長して金属製鋳型10の移動速度を速くすればよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上、本発明について説明したように、10〜30mmの鋳込み深さを有する鋳型を複数枚連続して並べて繰り返し溶融スラグを鋳型上へ受滓・凝固できる連続鋳型と、鋳型を反転して凝固スラグを剥離した後、鋳型の受滓面を散水冷却する装置を備えた連続鋳滓機を用いて、この鋳型に溶融スラグを連続的に供給し、鋳型上のスラグには直接水が接触しないように自然空冷で凝固スラグ内部の温度が1200℃以下になったときに鋳型から排出するようにし、更には、鋳型から凝固スラグを排出した後、鋳型の受滓面を散水冷却し、且つ、次に受滓するときには鋳型が完全に乾燥している状態としたので、吸水率 1.5％以下で、すりへり減量20％以下のアスファルト舗装に用いるアスファルト・コンクリート用骨材に適した緻密な高炉スラグ凝固物（すなわち高炉徐冷スラグ）を連続的に効率よく鋳造することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】単体の鋳型で溶融状態の高炉スラグの冷却・凝固実験を行うためのスラグ凝固・反転装置を示す配置図である。
【図２】鋳型上への溶融状態の高炉スラグの流し込みおよび凝固・冷却を繰り返すときの鋳型の温度推移を示すグラフである。
【図３】スラグの凝固状態と中心温度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施に用いて好適な高炉スラグの連続凝固装置の例を示す配置図である。
【図５】本発明の実施に用いて好適な高炉スラグの連続凝固装置のスラグ表面と鋳型裏面の温度推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１鋳型台
２鋳型
３高周波溶解炉
４カーボンルツボ
５角度計
６スラグ鍋
７溶融スラグ
８スラグ樋
９連続鋳滓機
10 金属製鋳型
11 散水ノズル
12 放射温度計
13 凝固スラグ
14 高炉スラグ

Claims

10〜30mmの鋳込み深さを有する複数枚の連続した鋳型に、溶融状態のスラグを連続的に供給し、該スラグから前記鋳型および雰囲気への放熱によって該スラグを冷却し、該スラグの自由表面の温度が 800 〜1000℃になったときに前記鋳型から排出することを特徴とするスラグの鋳造方法。

前記鋳型から前記スラグを排出した後、前記鋳型の受滓面を散水冷却し、前記鋳型の表面温度が 100 〜 300 ℃の範囲内で受滓することを特徴とする請求項１記載のスラグの鋳造方法。

10〜30mmの深さの鋳型を複数枚連続して並べて繰り返し溶融状態のスラグを前記鋳型上へ受滓・凝固できる連続鋳型と、前記鋳型を反転して前記スラグを剥離した後、前記鋳型の表面温度が 100 〜 300 ℃になる水量を散水して受滓面を散水冷却する装置を備えたことを特徴とするスラグの鋳造装置。