JP4034974B2

JP4034974B2 - フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法

Info

Publication number: JP4034974B2
Application number: JP2002027288A
Authority: JP
Inventors: 一浩西原; 正人梶山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2002-02-04
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-02-04
Also published as: JP2003226561A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火力発電所やボイラー等で燃料として使用した石炭等の化石燃料から発生するフライアッシュを高炉の溶融スラグに溶解して骨材を製造するフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石炭等の固形燃料を使用する火力発電所や蒸気等を製造するボイラ設備では、燃料として使用した後の石炭灰（フライアッシュ）が大量に発生し、廃棄物として埋め立て処理が行われている。このフライアッシュは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としているが、残量の炭素５〜１０質量％を含み、サイズが１０〜２０μｍの微粉の多い粉状であるため、その処理が容易でなく、一般的に埋め立て処分が行われている。
【０００３】
しかし、近年、埋め立て場所が減少し、これ等のフライアッシュの有効活用が推進されている。このフライアッシュの有効活用を図る方法として、特開昭６２−２５６７４７号公報に記載されているように、フライアッシュに、石灰石とセメント、消石灰を添加してペレットに造粒し、このペレットを焼成して人工骨材を製造することが行われている。しかし、このペレットを用いた人工骨材は、混合や造粒工程を必要とし、更に、生ペレットを焼成するため、多くの工程と製造費用が高くなり、安価で、且つ、大量処理を工業的に行うには問題がある。
【０００４】
一方、製鉄工場の高炉では、焼結鉱や鉄鉱石を還元して溶銑を製造する際、多量の溶融スラグが発生する。この溶融スラグは、大樋に設けたスキンマーで溶銑から分離され、溶融スラグ専用の排滓樋を通過して排滓鍋に受けた後、スラグ処理場で放冷し、破砕して高炉セメントの骨材、あるいは路盤材等に使用されるか、又は、水冷して凝固させた後に破砕して水砕スラグにし、コンクリート骨材、路盤材、セメント原料等に使用している。この高炉の溶融スラグを利用してフライアッシュを溶融し、付加価値を高める方法として、例えば、特開２００１−１５１５４０号公報に記載されるように、高炉の溶融スラグに、フライアッシュを吹き込んで溶解し、この溶融スラグの冷却と破砕を行うことにより、付加価値の高い路盤材、あるいは土木埋め立て材等に利用することも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１５１５４０号公報に記載されたフライアッシュの有効活用を行う方法では、フライアッシュは、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃を主成分としており、その融点が１６００℃と高くなっている。このため、高炉の大樋や排滓鍋等に入れて混合しても、微粒子状のままで浮上し、フライアッシュが局部的に凝集して溶融スラグ中に均一に分散することができず、しかも、溶融が不安定であるため、溶融スラグ中に局部的なフライアッシュの塊や濃縮部位が存在し、冷却して破砕した後の路盤材、あるいは土木埋め立て材の品質を大きく阻害する。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、フライアッシュの組成を溶融し易い組成にし、高炉の溶融スラグに均一に分散させて溶解し、付加価値の高いセメント原料や路盤材、あるいは土木埋め立て材等に利用することができるフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的に沿う本発明に係るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法は、フライアッシュに、石膏ボードをＣａＯ含有物質として添加して混合し、該混合物の塩基度を０．５〜２．０とし、高炉の排滓する溶融スラグに添加して溶解してから冷却する。この方法により、フライアッシュの融点を低くでき、溶融スラグ中に分散し易くして溶融させることができ、生成した溶融スラグを付加価値の高い路盤材、あるいは土木埋め立て材等に利用することができる。
【０００８】
本発明に係るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法において、特に前記混合物の塩基度を０．５〜２．０にすると良い。これにより、フライアッシュの融点を安定して低くでき、溶融スラグ中に確実に分散させて溶融させることができる。なお、混合物の塩基度が０．５未満、あるいは２．０を超えると、混合物の融点が高くなり、溶融スラグ中への均一な分散ができず、溶解した後の溶融スラグ中に混合物の塊が形成される。この理由から混合物の塩基度は、０．７〜１．５にするとより好ましい結果が得られる。
【０００９】
更に、本発明に係るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法において、特に前記ＣａＯ含有物質として石膏ボードを使用することが好ましい。これにより、産業廃棄物である石膏ボードを混合してフライアッシュの融点を低下させることができ、フライアッシュを溶融スラグに容易に溶解することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法に適用される高炉溶融スラグ処理装置の説明図、図２は大樋部の部分拡大断面図、図３はフライアッシュとＣａＯ含有物質を添加を添加して混合した場合のＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃及びＣａＯの状態図である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本発明の一実施の形態に係るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法に用いられる高炉溶融スラグ処理装置１は、高炉２の出銑口３から溶銑４と溶融スラグ５を一旦受ける大樋６を配置している。この大樋６には、その先端側に溶融スラグ５を遮断するスキンマー７を設けており、スキンマー７で遮断された溶融スラグ５は、排滓樋８を通過し、流銑鉢（傾注樋）９に受けて混入した溶銑４と溶融スラグ５を分離した後、溶融スラグ５は排滓樋８から排滓鍋１０に排滓される。
【００１２】
更に、スキンマー７の下方を潜り抜けた溶銑４は、溶銑樋１１からトピードカー１２に受銑される。また、大樋６には、フライアッシュに、ＣａＯ含有物質の一例である石膏ボードを混合し、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を０．５〜２．０に調整した混合物を貯蔵するホッパ１３と、ホッパ１３からインジェクションランス１４に混合物を供給するフレキシブルホース１５と、混合物を圧送する空気や窒素等の気体の供給管１６を備えている。
【００１３】
次に、フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法及び骨材について説明する。高炉２の出銑口３から溶銑４と溶融スラグ５が大樋６に出銑（排出）される。この大樋６では、その下流側に設けたスキンマー７によって、溶融スラグ５が遮断され、スキンマー７の下を潜り抜けた溶銑４が溶銑樋１１からトピードカー１２に受銑される。更に、スキンマー７によって遮断された溶融スラグ５に、ホッパ１３に貯蔵したフライアッシュに、ＣａＯ含有物質の一例である石膏ボードを混合し、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を０．５〜２．０（本実施の形態では塩基度を１．２６）に調整した混合物を空気や窒素等の気体を供給管１６から送給し、フレキシブルホース１５を介してインジェクションランス１４から吹き込みを行った。
【００１４】
この時の溶融スラグ、混合する石膏ボードの代表的な組成は、表１に示す組成である。
なお、石膏ボードと破砕ガラス（ガラス屑）の混合したもを用いることも可能であるため、破砕ガラスの組成も併記した。また、混合物として、前記した石膏ボードとフライアッシュの混合割合と、その時の平均組成、及び塩基度を表２に示す。混合物の吹き込み量としては、表２に示すように、５０ｋｇ／溶融スラグ・トン〜２００ｋｇ／溶融スラグ・トンの添加が可能であり、フライアッシュ純分として１３〜６０ｋｇ／溶融スラグ・トンにすることが好ましい。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
そして、インジェクションランス１４から溶融スラグ５（溶銑４中への吹き込みも可能）に吹き込まれた石膏ボードとフライアッシュの混合物は、図３のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃−ＣａＯ系の状態図の網かけで示す領域、好ましくは斜線で示す領域に配合調整して融点を１５００℃以下、望ましくは１４００℃以下にする。その結果、吹き込まれた際に、混合物が溶融スラグ５中に均一に分散し、しかも、速やかに溶解して溶融スラグ５に融合される。混合物を溶解した溶融スラグ５は、大樋６から排滓樋８を通過し、流銑鉢（傾注樋）９に受けて混入した溶銑を分離した後、排滓樋８から排滓鍋１０に排滓される。
【００１８】
排滓鍋１０の溶融スラグ５は、フライアッシュと石膏ボードの混合物を溶解した量だけ増加するがその割合が僅かであり、何ら本来の溶融スラグの物性を損なうことが無く、通常の徐冷スラグ処理工程、あるいは水砕処理工程の何れかに搬送され、破砕してからセメント用、路盤材や土木埋め立て材等に使用される。また、石膏ボードとフライアッシュの混合物を添加する位置としては、大樋６の他に、流銑鉢（傾注樋）９と排滓樋８の間の落差を利用し、排滓樋８に連続的、あるいは間欠的に投入して、流銑鉢９からの落差を活用して混合物と溶融スラグ５を攪拌し、均一な分散と溶解を促進することが可能である。
【００１９】
次に、フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法について説明する。
高炉２の炉内には、焼結鉱等の酸化鉄や生石灰、コークス等の塊状の原料が装入され、図示しない送風管及び羽口から熱風が送風され、焼結鉱等の酸化鉄がコークスによって還元され、溶解して溶銑が製造され、同時に２００〜２８０ｋｇ／溶銑トンの溶融スラグが生成する。この炉内に、焼結鉱等の酸化鉄や生石灰、コークス等の原料と、フライアッシュを装入するすることにより、フライアッシュ中に含まれる炭素を酸化鉄の還元剤に用いたり、炉内での炭素の燃焼による昇温を図ることができる。
【００２０】
更に、本来の焼結鉱等の酸化鉄の還元反応と溶解時に生成する溶融スラグに、フライアッシュの残分を溶解させることができる。このフライアッシュを溶解した溶融スラグは、僅かしか増加せず、本来の高炉の還元反応を何ら阻害することがなく、安定した高炉操業を行ないながらフライアッシュを付加価値の高い溶融スラグにすることができる。この溶融スラグは、前記した溶融スラグ５と同様に大樋６から流銑鉢９から排滓樋８を通り、排滓鍋１０に排滓される。そして、溶融スラグは、通常の徐冷スラグ処理工程、あるいは水砕処理工程の何れかに搬送され、破砕してから付加価値の高いセメント用や路盤材、土木埋め立て材等に使用される。
【００２１】
【実施例】
次に、フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法及び骨材の実施例について説明する。高炉の出銑口から排出された溶銑と溶融スラグを大樋に一旦受け、石膏ボードとフライアッシュの混合物をインジェクションランス２２から溶融スラグ中に吹き込んだ。この時の溶融スラグ、使用した石膏ボード及びフライアッシュの組成は、表１に示すものを用いた。石膏ボードとフライアッシュの混合物の添加量は、表２に示す条件の内、添加量が５０ｋｇ／溶融スラグ・トン、８０ｋｇ／溶融スラグ・トン、２００ｋｇ／溶融スラグ・トンの場合について行ない、その条件で製造された溶融スラグを冷却、破砕し、フライアッシュの溶解の均一性の良否、路盤材の品質の良否、溶銑温度の低下の大小を調査した。
【００２２】
実施例１は、石膏ボードとフライアッシュの混合物を５０ｋｇ／溶融スラグ・トン添加した場合であり、フライアッシュが均一に溶解して良好で、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下を小さくできた。実施例２は、石膏ボードとフライアッシュの混合物を８０ｋｇ／溶融スラグ・トン添加した場合であり、フライアッシュが均一に溶解して良好で、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下を小さくできた。実施例３は、石膏ボードとフライアッシュの混合物を２００ｋｇ／溶融スラグ・トン添加した場合であり、フライアッシュが均一に溶解して良好で、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下がやや大きくなったが特に問題なかった。更に、添加方法として、流銑鉢から排滓樋に落下する場所に前記実施例１〜３と同じ条件にして投入したが、いすれとも良好な結果が得られた。
【００２３】
次に、第２の実施例として、石膏ボードとフライアッシュの混合物の添加量を表２に示す条件の内、添加量が５０ｋｇ／溶融スラグ・トン、８０ｋｇ／溶融スラグ・トン、２００ｋｇ／溶融スラグ・トンを、高炉の炉内に装入し、酸化鉄の還元と昇熱を行ない、溶銑及び溶融スラグを生成し、出銑口から排出された溶融スラグを冷却、破砕し、フライアッシュの溶解の均一性の良否、路盤材の品質の良否、溶銑温度の低下の大小を調査したところ、いずれもフライアッシュが均一に溶解して良好で、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下が無く、しかも、高炉の操業も安定しており、良い結果が得られた。
【００２４】
これに対し、フライアッシュのみを５０ｋｇ／溶融スラグ・トン、８０ｋｇ／溶融スラグ・トン、２００ｋｇ／溶融スラグ・トンを大樋の溶融スラグにランスを使用してインジェクションした場合について行ったが、いずれもフライアッシュ凝集部位が存在し、溶融スラグ中に均一に溶解させることができず、路盤材の品質が悪くなった。更に、実施例として、フライアッシュと石膏ボードを混合したものの他に、フライアッシュと石膏ボードに破砕ガラスを混合した場合についても実施し、溶融スラグを冷却、破砕してフライアッシュの溶解の均一性が良く、路盤材の品質も良く、溶銑温度の低下が小さく、良い結果が得られた。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。例えば、フライアッシュと石膏ボードを混合物、あるいはフライアッシュと石膏ボード、破砕ガラスの添加は、混合物を排滓鍋に入れ置きし、落差を活用して溶解することができる。更に、ＣａＯ源としては、生石灰や石灰石を活用することもできる。また、混合物を高炉の炉内に装入する場合、予め混合物を造粒し、疑似粒子にして装入することができる。更に、この疑似粒子は、混合物にさらに生石灰や他の酸化鉄原料を混合して疑似粒子を製造することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明によるフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法においては、フライアッシュに、ＣａＯ含有物質を添加して混合し、混合物の塩基度を高めてから高炉の排滓する溶融スラグに添加して溶解してから冷却するので、フライアッシュの組成を溶融し易い組成にして高炉の溶融スラグに均一に分散させて溶解することができ、付加価値の高いセメント用原料や路盤材、あるいは土木埋め立て材等に利用することができる。特に、フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法においては、混合物の塩基度を０．５〜２．０にするので、フライアッシュの融点を安定して低くでき、溶融スラグ中に確実に分散させて溶融させ、溶融スラグを冷却した路盤材、あるいは土木埋め立て材等の品質をより高めることができる。
【００２７】
また、フライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法においては、ＣａＯ含有物質として石膏ボードを使用するので、産業廃棄物である石膏ボードを混合してフライアッシュの融点を低下させることができ、安価な産業廃棄物を有効活用して付加価値の高い路盤材、あるいは土木埋め立て材等を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法に適用される高炉溶融スラグ処理装置の説明図である。
【図２】大樋部の部分拡大断面図である。
【図３】フライアッシュとＣａＯ含有物質を添加を添加して混合した場合のＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃及びＣａＯの状態図である。
【符号の説明】
１高炉溶融スラグ処理装置
２高炉
３出銑口
４溶銑
５溶融スラグ
６大樋
７スキンマー
８排滓樋
９流銑鉢（傾注樋）
１０排滓鍋
１１溶銑樋
１２トピードカー
１３ホッパ
１４インジェクションランス
１５フレキシブルホース
１６気体の供給管

Claims

フライアッシュに、石膏ボードをＣａＯ含有物質として添加混合して該混合物の塩基度を０．５〜２．０とし、高炉から排滓する溶融スラグに添加して溶解してから冷却することを特徴とするフライアッシュを利用した高炉スラグの骨材製造方法。