JP4083434B2 - 製鋼スラグの粉塵化抑制剤 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼スラグの冷却時の粉塵化を抑制する粉塵化抑制剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気炉製鋼における還元期スラグやステンレス製鋼スラグ等のように、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2重量比）が約１．５以上で、ダイカルシウムシリケートを主体としている製鋼スラグでは、冷却過程において粉塵化が発生する。この粉塵化は、冷却過程でダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が低温相のγ相に転移し、密度が３．３１ｇ／ｃｍ3から２．９７ｇ／ｃｍ3に低下するために体積膨張（約１１．４％）が生じて、この体積膨張による自己崩壊のために生じることが判明している。
このため、製鋼スラグの粉塵化を抑制する方法として、製鋼スラグにシリカ源を加えて塩基度を１．５未満に低下させダイカルシウムシリケート主体のスラグ組成からカルシウムシリケート主体のスラグ組成に改質する方法、密度変化の大きなα′相からγ相への転移を抑制して密度変化の小さなα′相からβ相への転移を促進させる方法等が提案されている。
【０００３】
製鋼スラグの組成をカルシウムシリケート主体のスラグ組成に改質する場合、溶融状態の製鋼スラグに対して約２０重量％のシリカ源を添加する必要がある。このためには、シリカ源の投入設備、投入したシリカ源の均一分散を図るための撹拌設備、更に投入設備と撹拌設備に付帯する諸設備の設置が必要となって、設備コストが上昇するという問題が生じる。更に、シリカ源の多量添加に伴って溶融スラグの温度が低下して溶融スラグの粘性が高くなり、作業性に支障をきたすという問題も生じる。
このため、冷却過程においてα′相のダイカルシウムシリケートを密度変化の小さなβ相のダイカルシウムシリケートへ転移させる方法が注目されている。冷却過程でダイカルシウムシリケートをα′相からβ相へ転移させる場合、例えば、硼素源を溶融状態の製鋼スラグ中に添加して冷却する方法が採用されている。これは、硼素源を添加することにより、溶融スラグ中の４価のシリコンイオンを３価の硼素イオンで置換して、冷却過程におけるダイカルシウムシリケートの相転移を制御するものである。しかし、３価の硼素イオンで置換される４価のシリコンイオンの個数が少ないと相転移の制御を完全に行うことができず、相転移を確実に制御するには、製鋼スラグ中に硼素を０．０６〜０．０９重量％は固溶させることが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、硼素を０．０６〜０．０９重量％固溶させて得られる固化状態の製鋼スラグを道路等の土木用骨材として使用した場合、スラグ中に固溶している硼素が雨水や地下水に溶出するという環境問題が発生する。そのため、製鋼スラグ中の硼素固溶量を低減させて粉塵化を抑制する新たな方法の開発が急務となっている。更に、製鋼スラグ中に固溶する硼素量を低減することは、製鋼スラグ処理におけるコスト低減にも寄与することになる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、少ない硼素量で製鋼スラグの粉塵化を抑制することが可能な製鋼スラグの粉塵化抑制剤を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、マグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、硼酸とで構成され、溶融状態の製鋼スラグに加えて冷却して得られる固化状態の製鋼スラグの粉塵化を抑制する製鋼スラグの粉塵化抑制剤であって、
前記マグネシウム含有化合物と前記硼酸との組成割合の範囲は、添加後の前記製鋼スラグ中の硼酸含有率を横軸に、添加後の前記製鋼スラグ中のマグネシアの増加マグネシア含有 率を縦軸にそれぞれ示した関係で、該硼酸含有率０．１重量％で該増加マグネシア含有率１．５重量％をＡ点、該硼酸含有率０．１２５重量％で該増加マグネシア含有率１．１重量％をＢ点、該硼酸含有率０．１５重量％で該増加マグネシア含有率０．７５重量％をＣ点、該硼酸含有率０．１７５重量％で該増加マグネシア含有率０．５重量％をＤ点、該硼酸含有率０．２重量％で該増加マグネシア含有率０．３重量％をＥ点、該硼酸含有率０．２５重量％で該増加マグネシア含有率０．２重量％をＦ点、該硼酸含有率０．３重量％で該増加マグネシア含有率０．１重量％をＧ点とした場合、該Ａ点〜該Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率及び該各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率の関係よりも該増加マグネシア含有率が多い領域と、前記硼酸含有率が０．１重量％以上０．３重量％以下の領域との共通領域であり、
前記固化状態の製鋼スラグの鉱物相を、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトとして粉塵化を抑制する。
また、前記目的に沿う第２の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、マグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となる硼素含有化合物とで構成され、前記溶融状態の製鋼スラグに加えて冷却して得られる固化状態の製鋼スラグの粉塵化を抑制する製鋼スラグの粉塵化抑制剤であって、
前記マグネシウム含有化合物と前記硼素含有化合物との組成割合の範囲が、添加後の前記製鋼スラグ中の硼酸含有率を横軸に、添加後の前記製鋼スラグ中のマグネシアの増加マグネシア含有率を縦軸にそれぞれ示した関係で、該硼酸含有率０．１重量％で該増加マグネシア含有率１．５重量％をＡ点、該硼酸含有率０．１２５重量％で該増加マグネシア含有率１．１重量％をＢ点、該硼酸含有率０．１５重量％で該増加マグネシア含有率０．７５重量％をＣ点、該硼酸含有率０．１７５重量％で該増加マグネシア含有率０．５重量％をＤ点、該硼酸含有率０．２重量％で該増加マグネシア含有率０．３重量％をＥ点、該硼酸含有率０．２５重量％で該増加マグネシア含有率０．２重量％をＦ点、該硼酸含有率０．３重量％で該増加マグネシア含有率０．１重量％をＧ点とした場合、該Ａ点〜該Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率及び該各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率の関係よりも該増加マグネシア含有率が多い領域と、前記硼酸含有率が０．１重量％以上０．３重量％以下の領域との共通領域であり、
前記固化状態の製鋼スラグの鉱物相を、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトとして粉塵化を抑制する。
【０００６】
カルシア、アルミナ、マグネシア、シリカを主体とする溶融状態の製鋼スラグに対して、製鋼スラグの粉塵化抑制剤を加えて冷却すると、得られる固化状態の製鋼スラグの鉱物相は、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト（Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ）、及びメルビナイト（Ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）を主体とするものとなる。このように、固化状態の製鋼スラグには、γ相のダイカルシウムシリケートが存在していないため、冷却過程で体積膨張が発生せず、冷却過程において製鋼スラグの粉塵化を抑制することができる。
また、冷却して得られた固化状態の製鋼スラグの鉱物相が、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトであることから、粉塵化抑制は、ダイカルシウムシリケートの相転移制御の寄与と、新たなカルシウム系の鉱物相の生成による寄与との協力現象の効果と考えられる。そして、粉塵化抑制がダイカルシウムシリケートの相転移制御の寄与のみに依存していないため、製鋼スラグ中に固溶させる硼素量を低減することができる。
なお、マグネシアの供給源としてマグネシウム含有化合物を使用するのは、マグネシアとして溶融状態の製鋼スラグに添加した場合、マグネシアの融点が溶融状態の製鋼スラグの温度よりも高いために、製鋼スラグ中に溶け込まないからである。
【０００７】
第２の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤において、前記硼素含有化合物は、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せとすることができる。
コレマナイト（Ｃａ2Ｂ6Ｏ11・５Ｈ2Ｏ）、ウレキサイト（ＮａＣａＢ5Ｏ9・８Ｈ2Ｏ）、チンカル（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ）、カーナイト（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7・４Ｈ2Ｏ）は、いずれも硼素を含有した天然鉱物で、安価に入手することができる。そして、コレマナイトの分解温度は約２００℃、ウレキサイトの分解温度は約２００℃、チンカルの分解温度は２００℃、カーナイトの分解温度は２００℃であるため、溶融状態の製鋼スラグ中（温度１３００〜１４００℃）では容易に分解して、硼酸を形成して硼酸の供給源となることができる。
また、製鋼スラグの粉塵化抑制剤における硼素含有化合物の寄与は、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となることであり、硼素含有化合物として有する個々の特性は必要ない。このため、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトをそれぞれ単独で使用することもできるし、任意に２以上を組合せて使用することもできる。
【０００８】
第１、第２の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤において、前記マグネシウム含有化合物は、１）マグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラス、２）ドロマイト、３）カーナライト、４）マグネサイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せとすることができる。
マグネシア系ガラスにおいてマグネシアの含有量を２４重量％以上２６重量％以下と規定したのは、マグネシアの含有量が２６重量％を超えるとマグネシア系ガラス融点が高くなり、溶融状態の製鋼スラグ中で溶融しにくくマグネシアの供給源となりにくいためである。また、マグネシアの含有量が２４重量％未満となるとマグネシアの含有量が少なくなって多量に添加する必要が生じ、このため溶融状態の製鋼スラグの温度が低下して作業性が悪くなるためである。
また、ドロマイト（ＭｇＣＯ3・ＣａＣＯ3）、カーナライト（ＭｇＣｌ2・ＫＣｌ・６Ｈ2Ｏ）、マグネサイト（ＭｇＣＯ3）は、いずれもマグネシウムを含有した天然鉱物で容易に安価に入手することができる。そして、ドロマイトの分解温度は約７５０℃、カーナライトの分解温度は約７００℃、マグネサイトの分解温度は約７００℃であるため、溶融状態の製鋼スラグ中では容易に分解して、マグネシアを形成してマグネシアの供給源となることができる。
更に、製鋼スラグの粉塵化抑制剤におけるマグネシウム含有化合物の寄与は、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となることであり、マグネシウム含有化合物として有する個々の特性は必要ない。このため、マグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトをそれぞれ単独で使用することもできるし、任意に２以上を組合せて使用することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、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。
ここに、図１はコーディアライトと硼酸の混合物を溶融状態の合成スラグに添加した場合の硼酸含有率と増加マグネシア含有率と冷却後合成スラグの状態との間の関係を示す説明図、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、合成スラグのみを溶融して冷却した場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率を０．３重量％とした場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％で増加マグネシア含有率が０．７５重量％とした場合のＸ線回折パターンを示す説明図である。
【００１０】
本発明の第１の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤及びその製造方法について説明する。
第１の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物の一例であってマグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラスと、硼酸（Ｂ2Ｏ3）とを主体として構成されている。ここで、マグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラスとしては、例えば、コーディアライト（ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ、２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）を使用することができる。また、硼酸としては、例えば、工業薬品として製造されたものを使用することができる。コーディアライトと硼酸は、例えば、０．１ｍｍ以下の粒度にそれぞれ粉砕し、これらを所定の割合で混合することにより製鋼スラグの粉塵化抑制剤を作製する。そして、製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、冷却を開始する前の溶融状態の製鋼スラグに添加する。製鋼スラグの粉塵化抑制剤を溶融状態の製鋼スラグに均一に分散させた後に冷却を行うと、冷却過程でα′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトが生成して、粉塵化を抑制することができる。
【００１１】
コーディアライトと硼酸の混合割合は、以下に示す実験結果に基づいて決定した。
先ず、実炉の製鋼スラグに近い組成を有する合成スラグを１７００℃で溶解調製した。得られた合成スラグの組成は、カルシア４２．９５重量％、シリカ２３．２３重量％、アルミナ２０．２４重量％、マグネシア１２．５９重量％、酸化マンガン０．０７重量％、トータル鉄０．３１％、その他０．６１重量％であり、塩基度は１．８５であった。
この合成スラグにコーディアライトと硼酸との混合物を添加した場合に、添加後の合成スラグ中の硼素含有率が硼酸換算で０．３重量％以下となるように、かつ、添加後の合成スラグ中のマグネシウムの増量がマグネシア換算で０．１重量％以上となるように、混合物中のコーディアライト量及び硼酸量の組合せを求めた。ここで、硼素添加量を硼酸換算で０．３重量％以下としたのは、従来行われている硼素添加による粉塵化抑制が硼酸換算で０．３重量％を超えた範囲で実施されているためである。また、マグネシウム増量をマグネシア換算で０．１重量％以上としたのは、合成スラグ中にはスラグの構成成分としてマグネシアが存在しており、合成スラグに対しての増加マグネシア含有率が０．１重量％未満の変化となる場合では、マグネシアの増加効果が明瞭に現れないと判断したからである。
【００１２】
次に、白金るつぼに合成スラグを入れて１５４０℃で１時間加熱して溶融させ、次いで合成スラグ中の硼素含有率と増加マグネシア含有率がそれぞれ所定範囲の値となるように調製されたコーディアライトと硼酸の混合物を添加し、例えば１０分間保持してから０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却した。ここで、０．００７７℃／秒の冷却速度は、実炉における冷却速度に比べて遅い条件である。一般に、冷却速度が速い場合、ダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が室温まで保存されて相転移によるγ相の析出が抑制されるため、粉塵化が発生しないことが知られている。従って、０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却した場合に粉塵化が発生しなければ、実炉における冷却においても、粉塵化が発生しないと判断することができる。
また、粉塵化発生の判定は、１５４０℃から５３０℃まで０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却し、その後室温まで自然冷却した際の、白金るつぼ内の合成スラグの状態を目視観察することにより行った。冷却速度を制御した冷却を５３０℃で打ち切ったのは、ダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が低温相であるγ相に転移する温度が８５０℃、β相に転移する温度が６７５℃であることから、５３０℃まで冷却すればβ相への転移は完了していると考えたからである。更に、粉塵化はダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が、冷却過程で相転移してγ相に変化することにより生じることが判明していることから、固化した合成スラグのＸ線回折による鉱物相の同定も合わせて行った。
【００１３】
白金るつぼ内の合成スラグの状態を目視観察したときの結果を図１に示す。図１は、コーディアライトと硼酸の混合物を合成スラグに添加した場合での、硼酸含有率と、増加したマグネシア含有率と、白金るつぼ内の合成スラグの状態との間の関係を示したもので、硼酸含有率を横軸に、増加したマグネシア含有率を縦軸にそれぞれ示している。また、図１で、○は冷却過程で粉塵化せずに固化したもの、△は一部粉塵化が確認できたもの、●が完全に粉塵化したものをそれぞれ示している。
図１から、合成スラグに対してコーディアライトと硼酸の混合物を添加した場合、添加後の合成スラグの硼酸含有率が０．１重量％の場合は、増加マグネシアの含有率が１．５重量％以上の場合に冷却過程で粉塵化が発生しないことが判る。また、硼酸含有率が０．１２５重量％の場合は、増加マグネシアの含有率が１．１重量％以上の場合に冷却過程で粉塵化が発生しないことが判る。更に、硼酸含有率が０．１５重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．７５重量％以上、硼酸含有率が０．１７５重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．５重量％以上、硼酸含有率が０．２重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．３重量％以上、硼酸含有率が０．２５重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．２重量％以上、硼酸含有率が０．３重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．１重量％以上であると、冷却過程において粉塵化が発生しないことが判る。
【００１４】
室温まで冷却した白金るつぼ内の合成スラグの鉱物相の同定を、Ｘ線回折により行った。その結果を図２に示す。また、図２には、比較として、合成スラグのみを溶融して冷却した場合の結果、合成スラグ中の硼酸含有率が０．３重量％となるように硼酸のみを添加し溶融して冷却した場合の結果も示している。
図２（Ａ）に示すように、合成スラグのみを溶融して冷却した場合では、ダイカルシウムシリケートの低温相であるγ相が生成しβ相が生成していないことが判り、粉塵化が生じたという目視観察結果と対応している。また、図２（Ｂ）に示すように、合成スラグ中の硼酸含有率が０．３重量％となるように硼酸のみを添加し溶融して冷却した場合では、ダイカルシウムシリケートの低温相であるβ相が生成しγ相が生成していないことが判り、粉塵化が発生しなかったという目視観察結果と対応している。更に、図２（Ｃ）に示すように、合成スラグに硼酸含有率０．１５重量％、増加マグネシア含有率０．７５重量％となるようにコーディアライトと硼酸の混合物を添加し溶融して冷却した場合では、合成スラグは冷却過程で粉塵化せずに固化しており、このときの鉱物相としてはダイカルシウムシリケートの低温相であるβ相に加えて、ゲーレナイト、及びメルビナイトが存在している。このため、合成スラグに硼酸含有率０．１５重量％、増加マグネシア含有率０．７５重量％となるようにコーディアライトと硼酸の混合物を添加した場合の合成スラグの粉塵化の抑制は、ダイカルシウムシリケートのγ相の生成抑制と、ゲーレナイト及びメルビナイトというカルシア系の鉱物の生成促進の２種類の機構の協同効果により生じていると考えられる。
【００１５】
以上のことから、図１において、硼酸含有率０．１重量％で増加マグネシア含有率１．５重量％のＡ点、硼酸含有率０．１２５重量％で増加マグネシア含有率１．１重量％のＢ点、硼酸含有率０．１５重量％で増加マグネシア含有率０．７５重量％のＣ点、硼酸含有率０．１７５重量％で増加マグネシア含有率０．５重量％のＤ点、硼酸含有率０．２重量％で増加マグネシア含有率０．３重量％のＥ点、硼酸含有率０．２５重量％で増加マグネシア含有率０．２重量％のＦ点、硼酸含有率０．３重量％で増加マグネシア含有率０．１重量％のＧ点とした場合、Ａ点〜Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される硼酸含有率と増加マグネシア含有率の関係よりも増加マグネシア含有率が多い領域と、硼酸含有率が０．１〜０．３重量％の領域との共通領域が、溶融合成スラグを冷却した際に、粉塵化せずに固化状態の合成スラグが得られるコーディアライトと硼酸との混合物の組成割合の範囲と考えることができる。
【００１６】
従って、コーディアライトと硼酸を混合して製鋼スラグの粉塵化抑制剤を作製する場合、製鋼スラグに対して、図１に示される硼酸含有量と増加マグネシア含有率の関係が満たされる範囲となるように、コーディアライトと硼酸との混合割合を決定すればよいことになる。
しかし、コーディアライトと硼酸の混合量は、硼酸含有率と増加マグネシア含有率として、硼酸含有率が０．１〜０．３重量％の範囲で変化する際に図１におけるＡ点〜Ｇ点を結ぶ線分上で規定される含有率となる量だけ増加すればよいので、多量の増加マグネシア含有率とする必要はない。
なお、図１から、硼酸含有率が０．１重量％未満となる範囲でも、増加マグネシア含有率を高くすることで粉塵化を抑制することができる。しかし、高い増加マグネシア含有率を確保するためには、多量のマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物を加える必要が有り、マグネシウム含有化合物の投入設備、投入したマグネシウム含有化合物の均一分散を図るための撹拌設備、更に付帯する諸設備の設置が必要となって、設備コストが上昇するという問題や、マグネシウム含有化合物の多量添加に伴って溶融状態の製鋼スラグの温度が低下して溶融スラグの粘性が高くなり、作業性に支障をきたすという問題も生じる。このため、硼酸含有率を０．１重量％以上とした。
【００１７】
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤及びその製造方法について説明する。
第２の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物の一例であるマグネシア−シリカ−アルミナを主成分としたマグネシア系ガラスと、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となる硼素含有化合物の一例であるコレマナイトとを主体として構成されている。
ここで、マグネシア−シリカ−アルミナを主成分としたマグネシア系ガラスとしては、例えば、コーディアライトを使用することができる。コーディアライトとコレマナイトは、例えば、０．１ｍｍ以下の粒度にそれぞれ粉砕し、これらを所定の割合で混合することにより製鋼スラグの粉塵化抑制剤を作製する。そして、製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、冷却を開始する前の溶融状態の製鋼スラグに添加する。製鋼スラグの粉塵化抑制剤を溶融状態の製鋼スラグに均一に分散させた後に冷却を行うと、冷却過程での粉塵化を抑制することができる。なお、コーディアライトとコレマナイトの混合割合は、実験結果に基づいて決定した。
実験には、第１の実施の形態の説明で使用したのと同一の合成スラグを使用し、この溶融状態の合成スラグにコーディアライトとコレマナイトを所定の割合で混合して調製した混合物を添加して冷却した。混合物中のコレマナイト量の割合は、合成スラグ中に硼素が硼酸換算で０．３重量％以下含まれるようにした。また、混合物中のコーディアライト量の割合は、マグネシウムの増量がマグネシア換算で０．１重量％以上となるようにした。
【００１８】
次に、白金るつぼに合成スラグを入れて１５４０℃で１時間加熱して溶融させ、次いで硼素含有率と増加マグネシア含有率が所定範囲の値となるようにそれぞれ秤量されたコーディアライトとコレマナイトの混合物を添加して、例えば１０分間保持してから０．００７７℃／秒の冷却速度で５３０℃まで冷却し、その後室温まで自然冷却した。
室温まで冷却された後、白金るつぼ内の合成スラグの状態を目視観察し、合成スラグ中の硼酸含有率と、増加したマグネシア含有率と、白金るつぼ内の合成スラグの状態との間の関係を求めところ、図１と同一の関係が求まった。
このことから、製鋼スラグの粉塵化抑制剤を用いて製鋼スラグの粉塵化を抑制する場合、粉塵化抑制は製鋼スラグ中の硼酸含有率と増加マグネシア含有率を所定の範囲に制御することにより達成でき、粉塵化抑制剤を構成する個々の構成物の種類や特性には依存しないと考えることができる。
【００１９】
【実施例】
電気炉製鋼における還元期スラグ（塩基度１．８）６ｋｇを５０ｋｇ容量のアーク炉に投入して溶融させた。０．１ｍｍ以下の粒度にそれぞれ粉砕したコーディアライトと硼酸を製鋼スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％、増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように秤量し均一に混合して製鋼スラグの粉塵化抑制剤を調製した。溶融した製鋼スラグに、調製した製鋼スラグの粉塵化抑制剤を添加し、溶融した製鋼スラグ中への均一分散を図るために１０分保持後、０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却を開始した。なお、０．００７７℃／秒の冷却速度による冷却は５３０℃までとし、その後は電源を切って３６時間自然冷却して、室温まで温度を下げた。
また、比較として、製鋼スラグ中の増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように、０．１ｍｍ以下の粒度に粉砕したコーディアライトを溶融した製鋼スラグに加え、１０分間保持後、０．００７７℃／秒の冷却速度で５３０℃まで冷却し、その後電源を切って３６時間自然冷却して、室温まで温度を下げた。更に、溶融した製鋼スラグをそのまま０．００７７℃／秒の冷却速度で５３０℃まで冷却し、その後電源を切って３６時間自然冷却して、室温まで温度を下げた。
室温まで冷却したアーク炉内の３種類の製鋼スラグの状態を目視観察した。
製鋼スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％、増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように製鋼スラグの粉塵化抑制剤を加えたものは、アーク炉内で固化状態を保持していた。
一方、製鋼スラグ中の硼酸含有率を調整せずに増加マグネシア含有率を０．７５重量％となるように調整した場合は、約半分が粉塵化していた。更に、溶融した製鋼スラグをそのまま冷却した場合は、完全に粉塵化していた。従って、製鋼スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％、増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように製鋼スラグの粉塵化抑制剤を添加することにより、冷却過程で製鋼スラグが粉塵化することを抑制できる。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、例えば、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物としてコーディアライトを使用したが、製鋼スラグ中の増加マグネシア含有率が所定の範囲内の値となるように調整すればよいので、コーディアライトの代りに他のマグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトを使用することもできる。更に、マグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトの２以上を組合せて使用することもできる。
また、製鋼スラグ中の硼酸含有量の調整に、硼酸、コレマナイトを使用したが、製鋼スラグ中の硼酸含有率が所定の範囲内の値となるように調整すればよいので、ウレキサイト、チンカル、カーナイトを使用することもできる。更に、硼酸、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトの２以上を組合せて使用することもできる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項４記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、硼酸とを主体として構成されるので、粉塵化抑制のために製鋼スラグ中に固溶させる硼素量を低減することができ、冷却して固化させた製鋼スラグを道路等の土木用骨材として使用した場合に、雨水や地下水に溶出する硼素量を低減できる。
【００２２】
請求項２及びこれに従属する請求項３、４記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となる硼素含有化合物とを主体として構成されるので、製鋼スラグを道路等の土木用骨材として使用した場合に雨水や地下水に溶出する硼素量を低減することが可能になると共に、種々の硼酸供給源を製鋼スラグの粉塵化抑制に使用することができて製鋼スラグの処理を低コストで実施することが可能となる。
【００２３】
特に、請求項３記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、硼素含有化合物は、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せであるので、入手し易い安価な硼酸の供給源を使用でき、製鋼スラグの処理を低コストで実施することが可能となる。
【００２４】
請求項４記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、マグネシウム含有化合物は、マグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せであるので、入手し易い安価なマグネシアの供給源を使用でき、製鋼スラグの処理を低コストで実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コーディアライトと硼酸の混合物を溶融状態の合成スラグに添加した場合の硼酸含有率と増加マグネシア含有率と冷却後合成スラグの状態の関係を示す説明図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、合成スラグのみを溶融して冷却した場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率を０．３重量％とした場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％で増加マグネシア含有率が０．７５重量％とした場合のＸ線回折パターンを示す説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼スラグの冷却時の粉塵化を抑制する粉塵化抑制剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気炉製鋼における還元期スラグやステンレス製鋼スラグ等のように、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2重量比）が約１．５以上で、ダイカルシウムシリケートを主体としている製鋼スラグでは、冷却過程において粉塵化が発生する。この粉塵化は、冷却過程でダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が低温相のγ相に転移し、密度が３．３１ｇ／ｃｍ3から２．９７ｇ／ｃｍ3に低下するために体積膨張（約１１．４％）が生じて、この体積膨張による自己崩壊のために生じることが判明している。
このため、製鋼スラグの粉塵化を抑制する方法として、製鋼スラグにシリカ源を加えて塩基度を１．５未満に低下させダイカルシウムシリケート主体のスラグ組成からカルシウムシリケート主体のスラグ組成に改質する方法、密度変化の大きなα′相からγ相への転移を抑制して密度変化の小さなα′相からβ相への転移を促進させる方法等が提案されている。
【０００３】
製鋼スラグの組成をカルシウムシリケート主体のスラグ組成に改質する場合、溶融状態の製鋼スラグに対して約２０重量％のシリカ源を添加する必要がある。このためには、シリカ源の投入設備、投入したシリカ源の均一分散を図るための撹拌設備、更に投入設備と撹拌設備に付帯する諸設備の設置が必要となって、設備コストが上昇するという問題が生じる。更に、シリカ源の多量添加に伴って溶融スラグの温度が低下して溶融スラグの粘性が高くなり、作業性に支障をきたすという問題も生じる。
このため、冷却過程においてα′相のダイカルシウムシリケートを密度変化の小さなβ相のダイカルシウムシリケートへ転移させる方法が注目されている。冷却過程でダイカルシウムシリケートをα′相からβ相へ転移させる場合、例えば、硼素源を溶融状態の製鋼スラグ中に添加して冷却する方法が採用されている。これは、硼素源を添加することにより、溶融スラグ中の４価のシリコンイオンを３価の硼素イオンで置換して、冷却過程におけるダイカルシウムシリケートの相転移を制御するものである。しかし、３価の硼素イオンで置換される４価のシリコンイオンの個数が少ないと相転移の制御を完全に行うことができず、相転移を確実に制御するには、製鋼スラグ中に硼素を０．０６〜０．０９重量％は固溶させることが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、硼素を０．０６〜０．０９重量％固溶させて得られる固化状態の製鋼スラグを道路等の土木用骨材として使用した場合、スラグ中に固溶している硼素が雨水や地下水に溶出するという環境問題が発生する。そのため、製鋼スラグ中の硼素固溶量を低減させて粉塵化を抑制する新たな方法の開発が急務となっている。更に、製鋼スラグ中に固溶する硼素量を低減することは、製鋼スラグ処理におけるコスト低減にも寄与することになる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、少ない硼素量で製鋼スラグの粉塵化を抑制することが可能な製鋼スラグの粉塵化抑制剤を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、マグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、硼酸とで構成され、溶融状態の製鋼スラグに加えて冷却して得られる固化状態の製鋼スラグの粉塵化を抑制する製鋼スラグの粉塵化抑制剤であって、
前記マグネシウム含有化合物と前記硼酸との組成割合の範囲は、添加後の前記製鋼スラグ中の硼酸含有率を横軸に、添加後の前記製鋼スラグ中のマグネシアの増加マグネシア含有 率を縦軸にそれぞれ示した関係で、該硼酸含有率０．１重量％で該増加マグネシア含有率１．５重量％をＡ点、該硼酸含有率０．１２５重量％で該増加マグネシア含有率１．１重量％をＢ点、該硼酸含有率０．１５重量％で該増加マグネシア含有率０．７５重量％をＣ点、該硼酸含有率０．１７５重量％で該増加マグネシア含有率０．５重量％をＤ点、該硼酸含有率０．２重量％で該増加マグネシア含有率０．３重量％をＥ点、該硼酸含有率０．２５重量％で該増加マグネシア含有率０．２重量％をＦ点、該硼酸含有率０．３重量％で該増加マグネシア含有率０．１重量％をＧ点とした場合、該Ａ点〜該Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率及び該各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率の関係よりも該増加マグネシア含有率が多い領域と、前記硼酸含有率が０．１重量％以上０．３重量％以下の領域との共通領域であり、
前記固化状態の製鋼スラグの鉱物相を、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトとして粉塵化を抑制する。
また、前記目的に沿う第２の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、マグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となる硼素含有化合物とで構成され、前記溶融状態の製鋼スラグに加えて冷却して得られる固化状態の製鋼スラグの粉塵化を抑制する製鋼スラグの粉塵化抑制剤であって、
前記マグネシウム含有化合物と前記硼素含有化合物との組成割合の範囲が、添加後の前記製鋼スラグ中の硼酸含有率を横軸に、添加後の前記製鋼スラグ中のマグネシアの増加マグネシア含有率を縦軸にそれぞれ示した関係で、該硼酸含有率０．１重量％で該増加マグネシア含有率１．５重量％をＡ点、該硼酸含有率０．１２５重量％で該増加マグネシア含有率１．１重量％をＢ点、該硼酸含有率０．１５重量％で該増加マグネシア含有率０．７５重量％をＣ点、該硼酸含有率０．１７５重量％で該増加マグネシア含有率０．５重量％をＤ点、該硼酸含有率０．２重量％で該増加マグネシア含有率０．３重量％をＥ点、該硼酸含有率０．２５重量％で該増加マグネシア含有率０．２重量％をＦ点、該硼酸含有率０．３重量％で該増加マグネシア含有率０．１重量％をＧ点とした場合、該Ａ点〜該Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率及び該各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率の関係よりも該増加マグネシア含有率が多い領域と、前記硼酸含有率が０．１重量％以上０．３重量％以下の領域との共通領域であり、
前記固化状態の製鋼スラグの鉱物相を、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトとして粉塵化を抑制する。
【０００６】
カルシア、アルミナ、マグネシア、シリカを主体とする溶融状態の製鋼スラグに対して、製鋼スラグの粉塵化抑制剤を加えて冷却すると、得られる固化状態の製鋼スラグの鉱物相は、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト（Ｇｅｈｌｅｎｉｔｅ）、及びメルビナイト（Ｍｅｒｗｉｎｉｔｅ）を主体とするものとなる。このように、固化状態の製鋼スラグには、γ相のダイカルシウムシリケートが存在していないため、冷却過程で体積膨張が発生せず、冷却過程において製鋼スラグの粉塵化を抑制することができる。
また、冷却して得られた固化状態の製鋼スラグの鉱物相が、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトであることから、粉塵化抑制は、ダイカルシウムシリケートの相転移制御の寄与と、新たなカルシウム系の鉱物相の生成による寄与との協力現象の効果と考えられる。そして、粉塵化抑制がダイカルシウムシリケートの相転移制御の寄与のみに依存していないため、製鋼スラグ中に固溶させる硼素量を低減することができる。
なお、マグネシアの供給源としてマグネシウム含有化合物を使用するのは、マグネシアとして溶融状態の製鋼スラグに添加した場合、マグネシアの融点が溶融状態の製鋼スラグの温度よりも高いために、製鋼スラグ中に溶け込まないからである。
【０００７】
第２の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤において、前記硼素含有化合物は、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せとすることができる。
コレマナイト（Ｃａ2Ｂ6Ｏ11・５Ｈ2Ｏ）、ウレキサイト（ＮａＣａＢ5Ｏ9・８Ｈ2Ｏ）、チンカル（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7・１０Ｈ2Ｏ）、カーナイト（Ｎａ2Ｂ4Ｏ7・４Ｈ2Ｏ）は、いずれも硼素を含有した天然鉱物で、安価に入手することができる。そして、コレマナイトの分解温度は約２００℃、ウレキサイトの分解温度は約２００℃、チンカルの分解温度は２００℃、カーナイトの分解温度は２００℃であるため、溶融状態の製鋼スラグ中（温度１３００〜１４００℃）では容易に分解して、硼酸を形成して硼酸の供給源となることができる。
また、製鋼スラグの粉塵化抑制剤における硼素含有化合物の寄与は、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となることであり、硼素含有化合物として有する個々の特性は必要ない。このため、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトをそれぞれ単独で使用することもできるし、任意に２以上を組合せて使用することもできる。
【０００８】
第１、第２の発明に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤において、前記マグネシウム含有化合物は、１）マグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラス、２）ドロマイト、３）カーナライト、４）マグネサイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せとすることができる。
マグネシア系ガラスにおいてマグネシアの含有量を２４重量％以上２６重量％以下と規定したのは、マグネシアの含有量が２６重量％を超えるとマグネシア系ガラス融点が高くなり、溶融状態の製鋼スラグ中で溶融しにくくマグネシアの供給源となりにくいためである。また、マグネシアの含有量が２４重量％未満となるとマグネシアの含有量が少なくなって多量に添加する必要が生じ、このため溶融状態の製鋼スラグの温度が低下して作業性が悪くなるためである。
また、ドロマイト（ＭｇＣＯ3・ＣａＣＯ3）、カーナライト（ＭｇＣｌ2・ＫＣｌ・６Ｈ2Ｏ）、マグネサイト（ＭｇＣＯ3）は、いずれもマグネシウムを含有した天然鉱物で容易に安価に入手することができる。そして、ドロマイトの分解温度は約７５０℃、カーナライトの分解温度は約７００℃、マグネサイトの分解温度は約７００℃であるため、溶融状態の製鋼スラグ中では容易に分解して、マグネシアを形成してマグネシアの供給源となることができる。
更に、製鋼スラグの粉塵化抑制剤におけるマグネシウム含有化合物の寄与は、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となることであり、マグネシウム含有化合物として有する個々の特性は必要ない。このため、マグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトをそれぞれ単独で使用することもできるし、任意に２以上を組合せて使用することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
続いて、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。
ここに、図１はコーディアライトと硼酸の混合物を溶融状態の合成スラグに添加した場合の硼酸含有率と増加マグネシア含有率と冷却後合成スラグの状態との間の関係を示す説明図、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、合成スラグのみを溶融して冷却した場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率を０．３重量％とした場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％で増加マグネシア含有率が０．７５重量％とした場合のＸ線回折パターンを示す説明図である。
【００１０】
本発明の第１の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤及びその製造方法について説明する。
第１の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物の一例であってマグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラスと、硼酸（Ｂ2Ｏ3）とを主体として構成されている。ここで、マグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラスとしては、例えば、コーディアライト（ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ、２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）を使用することができる。また、硼酸としては、例えば、工業薬品として製造されたものを使用することができる。コーディアライトと硼酸は、例えば、０．１ｍｍ以下の粒度にそれぞれ粉砕し、これらを所定の割合で混合することにより製鋼スラグの粉塵化抑制剤を作製する。そして、製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、冷却を開始する前の溶融状態の製鋼スラグに添加する。製鋼スラグの粉塵化抑制剤を溶融状態の製鋼スラグに均一に分散させた後に冷却を行うと、冷却過程でα′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトが生成して、粉塵化を抑制することができる。
【００１１】
コーディアライトと硼酸の混合割合は、以下に示す実験結果に基づいて決定した。
先ず、実炉の製鋼スラグに近い組成を有する合成スラグを１７００℃で溶解調製した。得られた合成スラグの組成は、カルシア４２．９５重量％、シリカ２３．２３重量％、アルミナ２０．２４重量％、マグネシア１２．５９重量％、酸化マンガン０．０７重量％、トータル鉄０．３１％、その他０．６１重量％であり、塩基度は１．８５であった。
この合成スラグにコーディアライトと硼酸との混合物を添加した場合に、添加後の合成スラグ中の硼素含有率が硼酸換算で０．３重量％以下となるように、かつ、添加後の合成スラグ中のマグネシウムの増量がマグネシア換算で０．１重量％以上となるように、混合物中のコーディアライト量及び硼酸量の組合せを求めた。ここで、硼素添加量を硼酸換算で０．３重量％以下としたのは、従来行われている硼素添加による粉塵化抑制が硼酸換算で０．３重量％を超えた範囲で実施されているためである。また、マグネシウム増量をマグネシア換算で０．１重量％以上としたのは、合成スラグ中にはスラグの構成成分としてマグネシアが存在しており、合成スラグに対しての増加マグネシア含有率が０．１重量％未満の変化となる場合では、マグネシアの増加効果が明瞭に現れないと判断したからである。
【００１２】
次に、白金るつぼに合成スラグを入れて１５４０℃で１時間加熱して溶融させ、次いで合成スラグ中の硼素含有率と増加マグネシア含有率がそれぞれ所定範囲の値となるように調製されたコーディアライトと硼酸の混合物を添加し、例えば１０分間保持してから０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却した。ここで、０．００７７℃／秒の冷却速度は、実炉における冷却速度に比べて遅い条件である。一般に、冷却速度が速い場合、ダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が室温まで保存されて相転移によるγ相の析出が抑制されるため、粉塵化が発生しないことが知られている。従って、０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却した場合に粉塵化が発生しなければ、実炉における冷却においても、粉塵化が発生しないと判断することができる。
また、粉塵化発生の判定は、１５４０℃から５３０℃まで０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却し、その後室温まで自然冷却した際の、白金るつぼ内の合成スラグの状態を目視観察することにより行った。冷却速度を制御した冷却を５３０℃で打ち切ったのは、ダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が低温相であるγ相に転移する温度が８５０℃、β相に転移する温度が６７５℃であることから、５３０℃まで冷却すればβ相への転移は完了していると考えたからである。更に、粉塵化はダイカルシウムシリケートの高温相であるα′相が、冷却過程で相転移してγ相に変化することにより生じることが判明していることから、固化した合成スラグのＸ線回折による鉱物相の同定も合わせて行った。
【００１３】
白金るつぼ内の合成スラグの状態を目視観察したときの結果を図１に示す。図１は、コーディアライトと硼酸の混合物を合成スラグに添加した場合での、硼酸含有率と、増加したマグネシア含有率と、白金るつぼ内の合成スラグの状態との間の関係を示したもので、硼酸含有率を横軸に、増加したマグネシア含有率を縦軸にそれぞれ示している。また、図１で、○は冷却過程で粉塵化せずに固化したもの、△は一部粉塵化が確認できたもの、●が完全に粉塵化したものをそれぞれ示している。
図１から、合成スラグに対してコーディアライトと硼酸の混合物を添加した場合、添加後の合成スラグの硼酸含有率が０．１重量％の場合は、増加マグネシアの含有率が１．５重量％以上の場合に冷却過程で粉塵化が発生しないことが判る。また、硼酸含有率が０．１２５重量％の場合は、増加マグネシアの含有率が１．１重量％以上の場合に冷却過程で粉塵化が発生しないことが判る。更に、硼酸含有率が０．１５重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．７５重量％以上、硼酸含有率が０．１７５重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．５重量％以上、硼酸含有率が０．２重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．３重量％以上、硼酸含有率が０．２５重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．２重量％以上、硼酸含有率が０．３重量％の場合は増加マグネシアの含有率が０．１重量％以上であると、冷却過程において粉塵化が発生しないことが判る。
【００１４】
室温まで冷却した白金るつぼ内の合成スラグの鉱物相の同定を、Ｘ線回折により行った。その結果を図２に示す。また、図２には、比較として、合成スラグのみを溶融して冷却した場合の結果、合成スラグ中の硼酸含有率が０．３重量％となるように硼酸のみを添加し溶融して冷却した場合の結果も示している。
図２（Ａ）に示すように、合成スラグのみを溶融して冷却した場合では、ダイカルシウムシリケートの低温相であるγ相が生成しβ相が生成していないことが判り、粉塵化が生じたという目視観察結果と対応している。また、図２（Ｂ）に示すように、合成スラグ中の硼酸含有率が０．３重量％となるように硼酸のみを添加し溶融して冷却した場合では、ダイカルシウムシリケートの低温相であるβ相が生成しγ相が生成していないことが判り、粉塵化が発生しなかったという目視観察結果と対応している。更に、図２（Ｃ）に示すように、合成スラグに硼酸含有率０．１５重量％、増加マグネシア含有率０．７５重量％となるようにコーディアライトと硼酸の混合物を添加し溶融して冷却した場合では、合成スラグは冷却過程で粉塵化せずに固化しており、このときの鉱物相としてはダイカルシウムシリケートの低温相であるβ相に加えて、ゲーレナイト、及びメルビナイトが存在している。このため、合成スラグに硼酸含有率０．１５重量％、増加マグネシア含有率０．７５重量％となるようにコーディアライトと硼酸の混合物を添加した場合の合成スラグの粉塵化の抑制は、ダイカルシウムシリケートのγ相の生成抑制と、ゲーレナイト及びメルビナイトというカルシア系の鉱物の生成促進の２種類の機構の協同効果により生じていると考えられる。
【００１５】
以上のことから、図１において、硼酸含有率０．１重量％で増加マグネシア含有率１．５重量％のＡ点、硼酸含有率０．１２５重量％で増加マグネシア含有率１．１重量％のＢ点、硼酸含有率０．１５重量％で増加マグネシア含有率０．７５重量％のＣ点、硼酸含有率０．１７５重量％で増加マグネシア含有率０．５重量％のＤ点、硼酸含有率０．２重量％で増加マグネシア含有率０．３重量％のＥ点、硼酸含有率０．２５重量％で増加マグネシア含有率０．２重量％のＦ点、硼酸含有率０．３重量％で増加マグネシア含有率０．１重量％のＧ点とした場合、Ａ点〜Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される硼酸含有率と増加マグネシア含有率の関係よりも増加マグネシア含有率が多い領域と、硼酸含有率が０．１〜０．３重量％の領域との共通領域が、溶融合成スラグを冷却した際に、粉塵化せずに固化状態の合成スラグが得られるコーディアライトと硼酸との混合物の組成割合の範囲と考えることができる。
【００１６】
従って、コーディアライトと硼酸を混合して製鋼スラグの粉塵化抑制剤を作製する場合、製鋼スラグに対して、図１に示される硼酸含有量と増加マグネシア含有率の関係が満たされる範囲となるように、コーディアライトと硼酸との混合割合を決定すればよいことになる。
しかし、コーディアライトと硼酸の混合量は、硼酸含有率と増加マグネシア含有率として、硼酸含有率が０．１〜０．３重量％の範囲で変化する際に図１におけるＡ点〜Ｇ点を結ぶ線分上で規定される含有率となる量だけ増加すればよいので、多量の増加マグネシア含有率とする必要はない。
なお、図１から、硼酸含有率が０．１重量％未満となる範囲でも、増加マグネシア含有率を高くすることで粉塵化を抑制することができる。しかし、高い増加マグネシア含有率を確保するためには、多量のマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物を加える必要が有り、マグネシウム含有化合物の投入設備、投入したマグネシウム含有化合物の均一分散を図るための撹拌設備、更に付帯する諸設備の設置が必要となって、設備コストが上昇するという問題や、マグネシウム含有化合物の多量添加に伴って溶融状態の製鋼スラグの温度が低下して溶融スラグの粘性が高くなり、作業性に支障をきたすという問題も生じる。このため、硼酸含有率を０．１重量％以上とした。
【００１７】
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤及びその製造方法について説明する。
第２の実施の形態に係る製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物の一例であるマグネシア−シリカ−アルミナを主成分としたマグネシア系ガラスと、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となる硼素含有化合物の一例であるコレマナイトとを主体として構成されている。
ここで、マグネシア−シリカ−アルミナを主成分としたマグネシア系ガラスとしては、例えば、コーディアライトを使用することができる。コーディアライトとコレマナイトは、例えば、０．１ｍｍ以下の粒度にそれぞれ粉砕し、これらを所定の割合で混合することにより製鋼スラグの粉塵化抑制剤を作製する。そして、製鋼スラグの粉塵化抑制剤は、冷却を開始する前の溶融状態の製鋼スラグに添加する。製鋼スラグの粉塵化抑制剤を溶融状態の製鋼スラグに均一に分散させた後に冷却を行うと、冷却過程での粉塵化を抑制することができる。なお、コーディアライトとコレマナイトの混合割合は、実験結果に基づいて決定した。
実験には、第１の実施の形態の説明で使用したのと同一の合成スラグを使用し、この溶融状態の合成スラグにコーディアライトとコレマナイトを所定の割合で混合して調製した混合物を添加して冷却した。混合物中のコレマナイト量の割合は、合成スラグ中に硼素が硼酸換算で０．３重量％以下含まれるようにした。また、混合物中のコーディアライト量の割合は、マグネシウムの増量がマグネシア換算で０．１重量％以上となるようにした。
【００１８】
次に、白金るつぼに合成スラグを入れて１５４０℃で１時間加熱して溶融させ、次いで硼素含有率と増加マグネシア含有率が所定範囲の値となるようにそれぞれ秤量されたコーディアライトとコレマナイトの混合物を添加して、例えば１０分間保持してから０．００７７℃／秒の冷却速度で５３０℃まで冷却し、その後室温まで自然冷却した。
室温まで冷却された後、白金るつぼ内の合成スラグの状態を目視観察し、合成スラグ中の硼酸含有率と、増加したマグネシア含有率と、白金るつぼ内の合成スラグの状態との間の関係を求めところ、図１と同一の関係が求まった。
このことから、製鋼スラグの粉塵化抑制剤を用いて製鋼スラグの粉塵化を抑制する場合、粉塵化抑制は製鋼スラグ中の硼酸含有率と増加マグネシア含有率を所定の範囲に制御することにより達成でき、粉塵化抑制剤を構成する個々の構成物の種類や特性には依存しないと考えることができる。
【００１９】
【実施例】
電気炉製鋼における還元期スラグ（塩基度１．８）６ｋｇを５０ｋｇ容量のアーク炉に投入して溶融させた。０．１ｍｍ以下の粒度にそれぞれ粉砕したコーディアライトと硼酸を製鋼スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％、増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように秤量し均一に混合して製鋼スラグの粉塵化抑制剤を調製した。溶融した製鋼スラグに、調製した製鋼スラグの粉塵化抑制剤を添加し、溶融した製鋼スラグ中への均一分散を図るために１０分保持後、０．００７７℃／秒の冷却速度で冷却を開始した。なお、０．００７７℃／秒の冷却速度による冷却は５３０℃までとし、その後は電源を切って３６時間自然冷却して、室温まで温度を下げた。
また、比較として、製鋼スラグ中の増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように、０．１ｍｍ以下の粒度に粉砕したコーディアライトを溶融した製鋼スラグに加え、１０分間保持後、０．００７７℃／秒の冷却速度で５３０℃まで冷却し、その後電源を切って３６時間自然冷却して、室温まで温度を下げた。更に、溶融した製鋼スラグをそのまま０．００７７℃／秒の冷却速度で５３０℃まで冷却し、その後電源を切って３６時間自然冷却して、室温まで温度を下げた。
室温まで冷却したアーク炉内の３種類の製鋼スラグの状態を目視観察した。
製鋼スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％、増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように製鋼スラグの粉塵化抑制剤を加えたものは、アーク炉内で固化状態を保持していた。
一方、製鋼スラグ中の硼酸含有率を調整せずに増加マグネシア含有率を０．７５重量％となるように調整した場合は、約半分が粉塵化していた。更に、溶融した製鋼スラグをそのまま冷却した場合は、完全に粉塵化していた。従って、製鋼スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％、増加マグネシア含有率が０．７５重量％となるように製鋼スラグの粉塵化抑制剤を添加することにより、冷却過程で製鋼スラグが粉塵化することを抑制できる。
【００２０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、例えば、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物としてコーディアライトを使用したが、製鋼スラグ中の増加マグネシア含有率が所定の範囲内の値となるように調整すればよいので、コーディアライトの代りに他のマグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトを使用することもできる。更に、マグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトの２以上を組合せて使用することもできる。
また、製鋼スラグ中の硼酸含有量の調整に、硼酸、コレマナイトを使用したが、製鋼スラグ中の硼酸含有率が所定の範囲内の値となるように調整すればよいので、ウレキサイト、チンカル、カーナイトを使用することもできる。更に、硼酸、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトの２以上を組合せて使用することもできる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項４記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、硼酸とを主体として構成されるので、粉塵化抑制のために製鋼スラグ中に固溶させる硼素量を低減することができ、冷却して固化させた製鋼スラグを道路等の土木用骨材として使用した場合に、雨水や地下水に溶出する硼素量を低減できる。
【００２２】
請求項２及びこれに従属する請求項３、４記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、溶融状態の製鋼スラグ中でマグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となる硼素含有化合物とを主体として構成されるので、製鋼スラグを道路等の土木用骨材として使用した場合に雨水や地下水に溶出する硼素量を低減することが可能になると共に、種々の硼酸供給源を製鋼スラグの粉塵化抑制に使用することができて製鋼スラグの処理を低コストで実施することが可能となる。
【００２３】
特に、請求項３記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、硼素含有化合物は、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せであるので、入手し易い安価な硼酸の供給源を使用でき、製鋼スラグの処理を低コストで実施することが可能となる。
【００２４】
請求項４記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤においては、マグネシウム含有化合物は、マグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラス、ドロマイト、カーナライト、マグネサイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せであるので、入手し易い安価なマグネシアの供給源を使用でき、製鋼スラグの処理を低コストで実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コーディアライトと硼酸の混合物を溶融状態の合成スラグに添加した場合の硼酸含有率と増加マグネシア含有率と冷却後合成スラグの状態の関係を示す説明図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、合成スラグのみを溶融して冷却した場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率を０．３重量％とした場合のＸ線回折パターン、合成スラグ中の硼酸含有率が０．１５重量％で増加マグネシア含有率が０．７５重量％とした場合のＸ線回折パターンを示す説明図である。
Claims (4)
- マグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、硼酸とで構成され、溶融状態の製鋼スラグに加えて冷却して得られる固化状態の製鋼スラグの粉塵化を抑制する製鋼スラグの粉塵化抑制剤であって、
前記マグネシウム含有化合物と前記硼酸との組成割合の範囲は、添加後の前記製鋼スラグ中の硼酸含有率を横軸に、添加後の前記製鋼スラグ中のマグネシアの増加マグネシア含有率を縦軸にそれぞれ示した関係で、該硼酸含有率０．１重量％で該増加マグネシア含有率１．５重量％をＡ点、該硼酸含有率０．１２５重量％で該増加マグネシア含有率１．１重量％をＢ点、該硼酸含有率０．１５重量％で該増加マグネシア含有率０．７５重量％をＣ点、該硼酸含有率０．１７５重量％で該増加マグネシア含有率０．５重量％をＤ点、該硼酸含有率０．２重量％で該増加マグネシア含有率０．３重量％をＥ点、該硼酸含有率０．２５重量％で該増加マグネシア含有率０．２重量％をＦ点、該硼酸含有率０．３重量％で該増加マグネシア含有率０．１重量％をＧ点とした場合、該Ａ点〜該Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率及び該各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率の関係よりも該増加マグネシア含有率が多い領域と、前記硼酸含有率が０．１重量％以上０．３重量％以下の領域との共通領域であり、
前記固化状態の製鋼スラグの鉱物相を、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトとして粉塵化を抑制することを特徴とする製鋼スラグの粉塵化抑制剤。 - マグネシアの供給源となるマグネシウム含有化合物と、溶融状態の製鋼スラグ中で硼酸の供給源となる硼素含有化合物とで構成され、前記溶融状態の製鋼スラグに加えて冷却して得られる固化状態の製鋼スラグの粉塵化を抑制する製鋼スラグの粉塵化抑制剤であって、
前記マグネシウム含有化合物と前記硼素含有化合物との組成割合の範囲が、添加後の前記製鋼スラグ中の硼酸含有率を横軸に、添加後の前記製鋼スラグ中のマグネシアの増加マグネシア含有率を縦軸にそれぞれ示した関係で、該硼酸含有率０．１重量％で該増加マグネシア含有率１．５重量％をＡ点、該硼酸含有率０．１２５重量％で該増加マグネシア含有率１．１重量％をＢ点、該硼酸含有率０．１５重量％で該増加マグネシア含有率０．７５重量％をＣ点、該硼酸含有率０．１７５重量％で該増加マグネシア含有率０．５重量％をＤ点、該硼酸含有率０．２重量％で該増加マグネシア含有率０．３重量％をＥ点、該硼酸含有率０．２５重量％で該増加マグネシア含有率０．２重量％をＦ点、該硼酸含有率０．３重量％で該増加マグネシア含有率０．１重量％をＧ点とした場合、該Ａ点〜該Ｇ点までを結ぶ各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率及び該各線分上で規定される該硼酸含有率と該増加マグネシア含有率の関係よりも該増加マグネシア含有率が多い領域と、前記硼酸含有率が０．１重量％以上０．３重量％以下の領域との共通領域であり、
前記固化状態の製鋼スラグの鉱物相を、α′相及びβ相のダイカルシウムシリケート、ゲーレナイト、及びメルビナイトとして粉塵化を抑制することを特徴とする製鋼スラグの粉塵化抑制剤。 - 請求項２記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤において、前記硼素含有化合物は、コレマナイト、ウレキサイト、チンカル、カーナイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せであることを特徴とする製鋼スラグの粉塵化抑制剤。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の製鋼スラグの粉塵化抑制剤において、前記マグネシウム含有化合物は、１）マグネシアの含有量が２４重量％以上２６重量％以下で、残部がアルミナ及びシリカを主体とするマグネシア系ガラス、２）ドロマイト、３）カーナライト、４）マグネサイトのいずれか１、又はこれらの２以上の組合せであることを特徴とする製鋼スラグの粉塵化抑制剤。
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