JP4191866B2 - 高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所において生ずる高炉スラグと石炭火力発電所において生ずる石炭灰とを原料として共に有効に活用するための高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所において生ずる高炉スラグは水冷凝固させたのち粉砕し、いわゆる水砕スラグとしてコンクリート用骨材、路盤材、セメント用原料等の種々の用途に利用されている。
一方、製鉄所構内にも設置されている石炭火力発電所からは大量の石炭灰が発生し、近年その量が益々増大する傾向にある。石炭灰は１０〜２０μｍ程度の微粉が多く、その処置に苦慮してきたものであった。従って、従来その用途は主として埋め立て材とされてきたが、単にこれらを埋め立て材として処分するのではなく有効に再利用することが望まれている。
そこで、これまでに石炭灰の有効利用方法として、例えば特開昭６２−２５６７４７号公報には、石炭灰に石灰石、セメント、消石灰を添加して造粒したペレットを焼成して軽量な人工骨材を製造する方法が開示されている。しかし、上記焼成型の人工骨材は、諸原料の混練、造粒、焼成という多工程を経て製造されるために多くの設備と工数を必要とし、また焼成のための熱エネルギーも消費するためコスト高にならざるを得ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来の高炉スラグ及び石炭灰の資源化、有効利用化にみられる問題点を解決すべく研究を積極的に推進した結果なされたものであって、高炉スラグと共に石炭灰を有効に活用して、特に軽質人工骨材を安直に製造しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の請求項１の発明は、高炉から排出されて大樋中を流れる溶銑に向け石炭灰を吹き込んで該石炭灰を溶銑の上層の溶融スラグ中に溶解、混合したのち、該溶銑の上層の溶融スラグを溶銑と分離、排出して該溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却を開始することを特徴とする高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法であり、請求項２の発明は、石炭灰を非酸化性ガスと混合して吹き込むことを特徴とする請求項１記載の高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法であり、請求項３の発明は、石炭灰の吹き込み量を、溶融スラグ１トン当たり１〜２００ｋｇの間とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法である。
即ち、本発明は、先ず高炉から排出される溶銑、溶融スラグの保有する熱エネルギーを利用し、また、従来その処置に苦慮してきた石炭灰を有効に利用して、軽質人工骨材を安直に製造するものであり、そのため、溶銑と分離して排出した溶融スラグの水冷は特に該溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却により開始することによって行われるものとしている。また、石炭灰を非酸化性ガスと混合してその吹き込み量を、溶融スラグ１トン当たり１〜２００ｋｇの間として吹き込むことによって、耐火物の寿命を低下することなく、石炭灰の所期の適正な効果の発揮ができるものである。
【０００５】
そして、本発明の目的とする軽質人工骨材は前記のような溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却の開始により凝固後の溶融スラグに残留する気泡の量を大とすることができるものである。
この溶融スラグ内の気泡の発生原因としては、次のように推測される。
（１）溶融スラグ中には窒素、ＣＯ等のガスが溶解しているが、溶融スラグの温度低下とともにその溶解限を越えた分が溶融スラグ中に溶解できなくなり、気泡を発生する。
（２）溶融スラグ中には窒素がＮ3-などの形で溶解しているが、溶融状態にある溶融スラグの水冷時の散水により溶融スラグと接触した水は、
2N3- + 3H2O → N2 +3H2 + 3O2-
等の反応によりＮ2 ガスやＨ2 ガスを発生する。
また、本発明においては溶融スラグに混合した石炭灰が前記気泡生成の核として作用し、気泡発生を促進させる効果を発揮するものと考えられ、従って、溶融スラグへの散水開始する時間を該溶融スラグが溶融状態にあるうちとすることにより凝固後の溶融スラグに残留する気泡の量を大とすることができる。
【０００６】
石炭灰は非酸化性ガスと混合して浸漬管より噴射し、溶融スラグの下層の溶銑に吹き込むのが望ましいが、浸漬管を用いる代わりに、大樋の下面に吹き込み穴を設け、底吹きで添加してもよい。
また、非酸化性ガスを用いるのは、空気等の酸化性ガスを用いた場合には、溶銑の酸化が進行するほかに、浸漬管及び大樋の耐火物の溶損が激しくなるからであるが、安価な窒素ガスのほかアルゴンガス、ＣＯガス等を用いてもよい。
石炭灰の吹き込み量は溶融スラグ１トン当たり１ｋｇ未満では石炭灰を有効に利用することが困難であり、一方、その吹き込み量が２００ｋｇを越えると、石炭灰に熱を奪われて溶融スラグの流動性が悪化する等の操業上好ましくない現象を引き起こすため、溶融スラグ１トン当たり１〜２００ｋｇの間とするのが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図示の実施例により詳細に説明する。
【０００８】
【実施例】
図１、図２に示すとおり、高炉１の下部には溶銑、溶融スラグを排出するための出銑口２が設けられており、出銑口２の下方には、溶銑を流下させる大樋３、溶銑を混銑車に振り分ける傾注樋６、溶銑を転炉に運搬するための混銑車１２と、一連に配置されている点においては、従来と変わるところはなく、そして、出銑口２から排出された溶銑１１は、大樋３に注がれる時溶融スラグ９も共に排出される。溶融スラグは溶銑からその比重差により分離され、溶融スラグ９は上層を、溶銑１１は下層を流れて、大樋３の中を下流へと流れる。大樋３の下流付近にはスキンマー５が設けられており、スキンマー５によって下流への流れを堰き止められた溶融スラグ９はその手前に設けられている溶融スラグ樋４の方に流れ、溶融スラグ９は冷却床へと排出される。一方、スキンマー５の下を潜り抜けた溶銑１１は傾注樋６を介して混銑車１２に注湯され、混銑車１２によって精錬工場に運搬される。
【０００９】
本発明においては、大樋３に排出された溶銑と溶融スラグの混合物が比重差により二層分離した位置、即ち出銑口２から５ないし１０ｍの位置において、石炭灰１０を粉体吹き込み装置８と浸漬管７により溶融スラグの下層の溶銑に向け吹き込む。吹き込まれた石炭灰１０は、溶銑よりも比重が小さいために浮上するが溶融スラグとは比重差が小さいので、溶銑と溶融スラグの界面に捕捉され、時間の経過に伴い溶融スラグ中に溶解、或いは混合してゆく。その後、溶融スラグは冷却床に排出されて散水冷却されるが、この散水は溶銑と分離、排出される溶融スラグが溶融状態にあるうちに開始され、そして、溶融スラグの冷却、凝固後はこれを破砕、整粒して軽質人工骨材とする。
【００１０】
さらに、本発明の前記実施例を詳細にするためになされた試験結果について以下に詳述する。
先ず、前記のように高炉の出銑口から混銑車の間に配設された大樋中を流れる溶銑に向けて石炭灰を吹き込む場合の溶融スラグおよび石炭灰の化学成分（質量％）は表１に示すとおりであった。そして、溶銑の温度は１５１０〜１５２５℃、出銑速度 ３．０〜６．５ｔ／ｍｉｎ、出滓速度 ０．８〜２．４ｔ／ｍｉｎ、溶融スラグ厚み ３００ｍｍであり、石炭灰の吹き込みは、大樋の上方から内径２５ｍｍのパイプ外面にアルミナ系耐火物を厚さ１２５ｍｍに施した吹き込み用の浸漬管を用いて粉体吹き込み装置により窒素ガスと混合して行った。この試験の結果は表２に示すとおりで、溶銑と分離、排出した溶融スラグに対する散水冷却開始時間の要件と相待ち、石炭灰消費率、単位容積重量の点で比較例と大きな差が認められ，本発明による製品の軽質人工骨材としての優れた点を確認できた。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
（＊ 溶銑／溶融スラグ界面を±０ｍｍとした。）
【００１３】
表２において、比較例とした試験Ｎｏ．1 〜２および本発明例である試験Ｎｏ．３は散水冷却の開始時間を冷却床排出後の溶融スラグが凝固途中にある３時間後とし、漬浸管の漬浸深さを変えて各１４０トンの製品人工骨材を製造した場合であり、漬浸管深さを溶銑／スラグ界面より下とした試験Ｎｏ．３においては９０％を越える高い石炭灰消費率を達成した。試験Ｎｏ．４は石炭灰を吹き込まない比較例で、散水開始を殆ど凝固が進んでいない０．１時間後としたものであり、これに対し試験Ｎｏ．５〜８は、石炭灰吹込み量を変化させて試験した本発明例で、散水開始はＮｏ．４と同じく０．１時間後とした。試験Ｎｏ．４に対し、試験Ｎｏ．５〜８は軽質な人工骨材とすることができた。また、試験Ｎｏ．９は溶融スラグを冷却床に排出して７時間後の完全に凝固した時に散水冷却を行った比較例であり、試験Ｎｏ，６の本発明例と比較すると重量な人工骨材となってしまい軽質な人工骨材とはならなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来その処分に苦慮していた石炭灰を資源として有効に再利用することができ、溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却を開始することにより、従来よりも軽質な人工骨材を製造することが可能となり、高炉スラグの利用範囲が拡大する。
また溶融スラグの保有する熱エネルギーをそのまま利用するために、従来よりも安価に軽質人工骨材を製造することができ、本発明は工業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置構成を説明する平面図。
【図２】図１の断面図。
【符号の説明】
１ 高炉
２ 出銑口
３ 大樋
４ スラグ樋
５ スキンマー
６ 傾注樋
７ 浸漬管
８ 粉体吹き込み装置
９ 溶融スラグ
１０ 石炭灰
１１ 溶銑
１２ 混銑車
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄所において生ずる高炉スラグと石炭火力発電所において生ずる石炭灰とを原料として共に有効に活用するための高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄所において生ずる高炉スラグは水冷凝固させたのち粉砕し、いわゆる水砕スラグとしてコンクリート用骨材、路盤材、セメント用原料等の種々の用途に利用されている。
一方、製鉄所構内にも設置されている石炭火力発電所からは大量の石炭灰が発生し、近年その量が益々増大する傾向にある。石炭灰は１０〜２０μｍ程度の微粉が多く、その処置に苦慮してきたものであった。従って、従来その用途は主として埋め立て材とされてきたが、単にこれらを埋め立て材として処分するのではなく有効に再利用することが望まれている。
そこで、これまでに石炭灰の有効利用方法として、例えば特開昭６２−２５６７４７号公報には、石炭灰に石灰石、セメント、消石灰を添加して造粒したペレットを焼成して軽量な人工骨材を製造する方法が開示されている。しかし、上記焼成型の人工骨材は、諸原料の混練、造粒、焼成という多工程を経て製造されるために多くの設備と工数を必要とし、また焼成のための熱エネルギーも消費するためコスト高にならざるを得ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来の高炉スラグ及び石炭灰の資源化、有効利用化にみられる問題点を解決すべく研究を積極的に推進した結果なされたものであって、高炉スラグと共に石炭灰を有効に活用して、特に軽質人工骨材を安直に製造しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明の請求項１の発明は、高炉から排出されて大樋中を流れる溶銑に向け石炭灰を吹き込んで該石炭灰を溶銑の上層の溶融スラグ中に溶解、混合したのち、該溶銑の上層の溶融スラグを溶銑と分離、排出して該溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却を開始することを特徴とする高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法であり、請求項２の発明は、石炭灰を非酸化性ガスと混合して吹き込むことを特徴とする請求項１記載の高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法であり、請求項３の発明は、石炭灰の吹き込み量を、溶融スラグ１トン当たり１〜２００ｋｇの間とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法である。
即ち、本発明は、先ず高炉から排出される溶銑、溶融スラグの保有する熱エネルギーを利用し、また、従来その処置に苦慮してきた石炭灰を有効に利用して、軽質人工骨材を安直に製造するものであり、そのため、溶銑と分離して排出した溶融スラグの水冷は特に該溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却により開始することによって行われるものとしている。また、石炭灰を非酸化性ガスと混合してその吹き込み量を、溶融スラグ１トン当たり１〜２００ｋｇの間として吹き込むことによって、耐火物の寿命を低下することなく、石炭灰の所期の適正な効果の発揮ができるものである。
【０００５】
そして、本発明の目的とする軽質人工骨材は前記のような溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却の開始により凝固後の溶融スラグに残留する気泡の量を大とすることができるものである。
この溶融スラグ内の気泡の発生原因としては、次のように推測される。
（１）溶融スラグ中には窒素、ＣＯ等のガスが溶解しているが、溶融スラグの温度低下とともにその溶解限を越えた分が溶融スラグ中に溶解できなくなり、気泡を発生する。
（２）溶融スラグ中には窒素がＮ3-などの形で溶解しているが、溶融状態にある溶融スラグの水冷時の散水により溶融スラグと接触した水は、
2N3- + 3H2O → N2 +3H2 + 3O2-
等の反応によりＮ2 ガスやＨ2 ガスを発生する。
また、本発明においては溶融スラグに混合した石炭灰が前記気泡生成の核として作用し、気泡発生を促進させる効果を発揮するものと考えられ、従って、溶融スラグへの散水開始する時間を該溶融スラグが溶融状態にあるうちとすることにより凝固後の溶融スラグに残留する気泡の量を大とすることができる。
【０００６】
石炭灰は非酸化性ガスと混合して浸漬管より噴射し、溶融スラグの下層の溶銑に吹き込むのが望ましいが、浸漬管を用いる代わりに、大樋の下面に吹き込み穴を設け、底吹きで添加してもよい。
また、非酸化性ガスを用いるのは、空気等の酸化性ガスを用いた場合には、溶銑の酸化が進行するほかに、浸漬管及び大樋の耐火物の溶損が激しくなるからであるが、安価な窒素ガスのほかアルゴンガス、ＣＯガス等を用いてもよい。
石炭灰の吹き込み量は溶融スラグ１トン当たり１ｋｇ未満では石炭灰を有効に利用することが困難であり、一方、その吹き込み量が２００ｋｇを越えると、石炭灰に熱を奪われて溶融スラグの流動性が悪化する等の操業上好ましくない現象を引き起こすため、溶融スラグ１トン当たり１〜２００ｋｇの間とするのが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図示の実施例により詳細に説明する。
【０００８】
【実施例】
図１、図２に示すとおり、高炉１の下部には溶銑、溶融スラグを排出するための出銑口２が設けられており、出銑口２の下方には、溶銑を流下させる大樋３、溶銑を混銑車に振り分ける傾注樋６、溶銑を転炉に運搬するための混銑車１２と、一連に配置されている点においては、従来と変わるところはなく、そして、出銑口２から排出された溶銑１１は、大樋３に注がれる時溶融スラグ９も共に排出される。溶融スラグは溶銑からその比重差により分離され、溶融スラグ９は上層を、溶銑１１は下層を流れて、大樋３の中を下流へと流れる。大樋３の下流付近にはスキンマー５が設けられており、スキンマー５によって下流への流れを堰き止められた溶融スラグ９はその手前に設けられている溶融スラグ樋４の方に流れ、溶融スラグ９は冷却床へと排出される。一方、スキンマー５の下を潜り抜けた溶銑１１は傾注樋６を介して混銑車１２に注湯され、混銑車１２によって精錬工場に運搬される。
【０００９】
本発明においては、大樋３に排出された溶銑と溶融スラグの混合物が比重差により二層分離した位置、即ち出銑口２から５ないし１０ｍの位置において、石炭灰１０を粉体吹き込み装置８と浸漬管７により溶融スラグの下層の溶銑に向け吹き込む。吹き込まれた石炭灰１０は、溶銑よりも比重が小さいために浮上するが溶融スラグとは比重差が小さいので、溶銑と溶融スラグの界面に捕捉され、時間の経過に伴い溶融スラグ中に溶解、或いは混合してゆく。その後、溶融スラグは冷却床に排出されて散水冷却されるが、この散水は溶銑と分離、排出される溶融スラグが溶融状態にあるうちに開始され、そして、溶融スラグの冷却、凝固後はこれを破砕、整粒して軽質人工骨材とする。
【００１０】
さらに、本発明の前記実施例を詳細にするためになされた試験結果について以下に詳述する。
先ず、前記のように高炉の出銑口から混銑車の間に配設された大樋中を流れる溶銑に向けて石炭灰を吹き込む場合の溶融スラグおよび石炭灰の化学成分（質量％）は表１に示すとおりであった。そして、溶銑の温度は１５１０〜１５２５℃、出銑速度 ３．０〜６．５ｔ／ｍｉｎ、出滓速度 ０．８〜２．４ｔ／ｍｉｎ、溶融スラグ厚み ３００ｍｍであり、石炭灰の吹き込みは、大樋の上方から内径２５ｍｍのパイプ外面にアルミナ系耐火物を厚さ１２５ｍｍに施した吹き込み用の浸漬管を用いて粉体吹き込み装置により窒素ガスと混合して行った。この試験の結果は表２に示すとおりで、溶銑と分離、排出した溶融スラグに対する散水冷却開始時間の要件と相待ち、石炭灰消費率、単位容積重量の点で比較例と大きな差が認められ，本発明による製品の軽質人工骨材としての優れた点を確認できた。
【００１１】
【表１】
【表２】
【００１３】
表２において、比較例とした試験Ｎｏ．1 〜２および本発明例である試験Ｎｏ．３は散水冷却の開始時間を冷却床排出後の溶融スラグが凝固途中にある３時間後とし、漬浸管の漬浸深さを変えて各１４０トンの製品人工骨材を製造した場合であり、漬浸管深さを溶銑／スラグ界面より下とした試験Ｎｏ．３においては９０％を越える高い石炭灰消費率を達成した。試験Ｎｏ．４は石炭灰を吹き込まない比較例で、散水開始を殆ど凝固が進んでいない０．１時間後としたものであり、これに対し試験Ｎｏ．５〜８は、石炭灰吹込み量を変化させて試験した本発明例で、散水開始はＮｏ．４と同じく０．１時間後とした。試験Ｎｏ．４に対し、試験Ｎｏ．５〜８は軽質な人工骨材とすることができた。また、試験Ｎｏ．９は溶融スラグを冷却床に排出して７時間後の完全に凝固した時に散水冷却を行った比較例であり、試験Ｎｏ，６の本発明例と比較すると重量な人工骨材となってしまい軽質な人工骨材とはならなかった。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来その処分に苦慮していた石炭灰を資源として有効に再利用することができ、溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却を開始することにより、従来よりも軽質な人工骨材を製造することが可能となり、高炉スラグの利用範囲が拡大する。
また溶融スラグの保有する熱エネルギーをそのまま利用するために、従来よりも安価に軽質人工骨材を製造することができ、本発明は工業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置構成を説明する平面図。
【図２】図１の断面図。
【符号の説明】
１ 高炉
２ 出銑口
３ 大樋
４ スラグ樋
５ スキンマー
６ 傾注樋
７ 浸漬管
８ 粉体吹き込み装置
９ 溶融スラグ
１０ 石炭灰
１１ 溶銑
１２ 混銑車
Claims (3)
- 高炉から排出されて大樋中を流れる溶銑に向け石炭灰を吹き込んで該石炭灰を溶銑の上層の溶融スラグ中に溶解、混合したのち、該溶銑の上層の溶融スラグを溶銑と分離、排出して該溶融スラグが溶融状態にあるうちに散水冷却を開始することを特徴とする高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法。
- 石炭灰を非酸化性ガスと混合して吹き込むことを特徴とする請求項１記載の高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法。
- 石炭灰の吹き込み量を、溶融スラグ１トン当たり１〜２００ｋｇの間とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の高炉スラグと石炭灰を原料とする軽質人工骨材の製造方法。
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