JP5130487B2 - 製鋼スラグの処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼スラグの処理方法に関し、特に、改質材として石炭灰を用いる製鋼スラグの溶融改質処理方法に関する。

一般に、脱リン、脱硫、脱炭精錬により生成されるスラグ（以下、「製鋼スラグ」という。）は、遊離ＣａＯ（以下、「ｆ・ＣａＯ」という。）を含み、このｆ・ＣａＯの水和反応により体積が膨張し、多くの微小な亀裂や開気孔を発生する場合がある。このようなｆ・ＣａＯを多く含む製鋼スラグは、吸水率が高く強度が低い。このため、製鋼スラグは、主に、土木工事用の仮設材、道路の地盤改良材、下層路盤材等の用途でしか使用されておらず、より高いスラグ品質が要求される上層路盤材、コンクリート用骨材、石材原料等には用いられにくく、一般に、このような高級用途には天然石が用いられている。

これに対して、製鋼スラグを、上層路盤材、コンクリート用骨材、石材原料等の用途に有効利用すべく、従来から、製鋼スラグの高品質化を図り商品価値を高めるために、製鋼スラグ中のｆ・ＣａＯを低減させることが行われている。例えば、非特許文献１では、転炉から排出された脱炭スラグを溶融状態のまま改質する方法が提案されている。これは、溶融スラグ中に酸素と珪石（ＳｉＯ_２源）を浸漬ランスを通じて吹き込み、スラグ中の酸化鉄（ＦｅＯ）を酸化して昇熱しながら改質材により塩基度を低減し、ｆ・ＣａＯを化合物に転換する方法である。

Ｍ．Ｋｕｅｈｎ，ｅｔ ａｌ．，２ｎｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ，Ｔａｒａｎｔｏ（１９９７）ｐ４４５−４５３

しかしながら、溶融製鋼スラグへの改質材の添加に浸漬ランスを用い、さらに、改質材として石炭灰を用いた場合には、石炭灰中に残存する炭素が、改質材である石炭灰とともに溶融製鋼スラグ中に添加されてしまうことがあり、改質した製鋼スラグの品質を悪化させてしまう、という問題があった。

すなわち、内部に炭素分が残存する石炭灰を製鋼スラグ中に添加して、石炭灰中の炭素が溶融製鋼スラグと接すると、溶融スラグ中の酸化鉄（ＦｅＯ）成分と反応し（Ｃ＋ＦｅＯ → ＣＯ↑＋Ｆｅ、Ｃ＋２ＦｅＯ → ＣＯ_２↑＋２Ｆｅ）、一酸化炭素（ＣＯ）気泡もしくは二酸化炭素（ＣＯ_２）気泡が形成される。そのため、スラグ中に気泡が残存し、操業中にスラグが膨張して、反応容器から溢れ出る可能性が生ずる。

このような内部に気泡が残存しているスラグを凝固・冷却させた場合には、凝固後のスラグ中に気泡が残存してしまうことから、スラグの強度が低下してしまい、製品化されたスラグを天然石の代替として高級用途に用いることが困難になり、スラグ製品の用途が限定されてしまう。

また、石炭灰中の炭素と溶融スラグ中のＦｅＯとの反応により、溶融スラグ中のＦｅＯの濃度が低下すると、スラグの溶融温度が上昇するため、溶融均一化するための改質温度を高くする必要が生じ、処理時間が長くなるためにコストも上昇する。

さらに、上記の反応により、ＦｅＯが還元されてＦｅ（粒鉄）が生成され、このＦｅがスラグ中に残存すると、スラグを使用した際にＦｅが酸化して錆が発生するため、スラグ表面に斑点状に錆が出現し、外観も悪くなる。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、改質材として石炭灰を用いる製鋼スラグの溶融改質処理方法において、石炭灰中に残存する炭素が溶融製鋼スラグ中に添加されないようにすることによりＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生を抑制し、改質した製鋼スラグの品質を向上させることを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、酸素バーナーを用いて改質材である石炭灰を溶融製鋼スラグに溶射し、石炭灰中の炭素を溶射中に燃焼させることにより、石炭灰中の残存炭素がスラグに接することを防止して、ＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生を抑制できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。

ここで、石炭灰中の炭素分は、石炭灰の粒子の内部に存在しているため、石炭灰中の炭素を燃焼させるためには、まず、炭素の周囲の石炭灰を燃焼させる必要がある。従って、石炭灰中の炭素を完全に燃焼させるためには、石炭灰中に含まれる量の炭素を燃焼させるのに化学量論的に必要な酸素量を供給するだけでは足りず、化学量論的に必要な酸素量に加えて、所定量以上過剰に酸素を供給する必要がある点を、本発明者は見出した。

すなわち、本発明は、溶融状態の製鋼スラグに、酸素を供給しながら石炭灰を含む改質材を溶射することにより、製鋼スラグの溶融改質処理を行う製鋼スラグの処理方法であり、この製鋼スラグの溶融改質処理において、石炭灰中に含まれる炭素量を予め測定しておき、測定した石炭灰中に含まれる炭素量に基づいて、石炭灰中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量を算出し、該酸素量よりも過剰に酸素を供給する。

ここで、上記製鋼スラグの処理方法において、溶融改質処理の際に供給する酸素量Ｖ（Ｎｍ^３／時間）は、石炭灰中の炭素を酸素バーナー中で完全に燃焼させるという観点から、下記式（Ｉ）により算出される量である。
Ｖ≧Ａ＋１．０５×Ｂ ・・・（Ｉ）
Ｖ：製鋼スラグの溶融改質処理の際に供給する酸素量（Ｎｍ^３／時間）
Ａ：燃料を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ^３／時間）
Ｂ：石炭灰中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ^３／時間）

ここで、石炭灰中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量に対して過剰に供給する酸素の量を０．０５×Ｂ以上としたのは、後述する実施例の評価結果から、過剰に供給する酸素量を０．０５×Ｂ以上とした場合に、ＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生が顕著に抑制できることが判明したためである。

さらに、本発明者らが検討したところによれば、溶融製鋼スラグを改質する際の反応容器中の溶融製鋼スラグ表面の温度ばらつきは大きいことにより、歩留まりが低下するという問題があることも判明した。そこで、前記製鋼スラグの処理方法においては、前記溶融改質処理の際に、前記改質材の照射部周辺の前記製鋼スラグ表面の温度と、溶融改質処理容器の内壁近傍の前記製鋼スラグ表面の温度について、それぞれ一箇所以上の位置で測定し、測定された最高温度と最低温度との温度差が、５０℃未満になった時点で前記溶融改質処理を終了する。

本発明によれば、改質材として石炭灰を用いる製鋼スラグの溶融改質処理方法において、石炭灰中の炭素を燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量よりも過剰に酸素を供給することにより、石炭灰中の炭素を溶射中に完全に燃焼させることができ、ＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生を抑制することが可能である。したがって、本発明によれば、溶融改質されたスラグの品質を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
以下、図１及び図２に基づき、本発明の第１の実施形態に係る製鋼スラグの処理方法について説明する。なお、図１は、本発明の第１の実施の形態に係る製鋼スラグの処理方法を示す流れ図であり、図２は、同実施の形態に係る製鋼スラグの処理方法における操業を説明するための説明図である。

本実施形態に係る改質処理の対象となる製鋼スラグとしては、脱リン、脱硫等の溶銑予備処理の際に生成される溶銑予備処理スラグ、その後の脱炭精錬の際に生成される脱炭スラグ等がある。

まず、本実施形態に係る製鋼スラグ１０の処理の最初の工程においては、図１及び図２（ａ）に示すように、溶融状態の製鋼スラグ１０を転炉２０から排滓鍋３０に排出する（工程Ｓ１０２）。次いで、図１及び図２（ｂ）に示すように、製鋼スラグ１０が排出された排滓鍋３０を台車４０に乗せてスラグを処理場に搬送する（工程Ｓ１０４）。排滓鍋３０をスラグ処理場に搬送した後、図１及び図２（ｃ）に示すように、酸素バーナー５０を用いて、改質材として所定の炭素分を含む石炭灰１２を、排滓鍋３０中の溶融状態の製鋼スラグ１０に溶射する（工程Ｓ１０６）。

ここで、図３に基づき、本実施形態に係る製鋼スラグの処理方法における石炭灰１２の溶射方法について説明する。なお、図３は、同実施の形態に係る製鋼スラグの処理方法における改質材の溶射方法を示す説明図である。

図３に示すように、本実施形態において改質材である石炭灰１２を溶射する際は、酸素バーナー５０によって添加する石炭灰１２を溶融状態にして、酸素１４を供給しながら、製鋼スラグ１０の加熱のための燃料（図示せず）とともに溶融状態の製鋼スラグ１０の表面に吹き付ける。このように、製鋼スラグ１０に石炭灰１２を添加する際に、酸素バーナー５０を用いて溶射する場合には、併せて石炭灰１２の加熱を行うことができ、塊状もしくは粉状の石炭灰１２を溶融状態にして溶解しやすい状態で添加することができるので、石炭灰１２等の改質材を短時間で均一に溶融状態の製鋼スラグ１０に溶解することが可能となる。

ただし、上述したように、石炭灰１２中の炭素分は、石炭灰１２の粒子の内部に存在しているため、酸素バーナー５０中で炭素の周囲に存在する石炭灰１２の粒子が溶融した後に酸素１４と反応して燃焼する。従って、未燃焼の炭素が残存することなく、石炭灰１２中の炭素を完全に燃焼させるためには、石炭灰１２中の炭素を完全燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量に加えて、所定量以上過剰に酸素を供給することが必要である。さもないと、石炭灰１２中に未燃焼の炭素が残存したまま製鋼スラグ１０に添加されることとなり、この未燃焼の炭素と製鋼スラグ１０中に含まれるＦｅＯとの反応によりＣＯもしくはＣＯ_２気泡が発生してしまい、製鋼スラグ１０の品質（例えば、強度）を低下させてしまう。

そこで、本実施形態においては、石炭灰１２中に含まれる炭素量を予め測定しておき、この測定した石炭灰１２中に存在する量の炭素を完全燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量に対して、５体積％以上過剰に酸素を供給することとしている。具体的には、測定した石炭灰１２中の炭素量に基づいて、下記式（Ｉ）により算出された量Ｖ（Ｎｍ^３／時間）の酸素を供給する。

Ｖ≧Ａ＋１．０５×Ｂ ・・・（Ｉ）
Ｖ：製鋼スラグ１０の溶融改質処理の際に供給する酸素量（Ｎｍ^３／時間）
Ａ：燃料を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ^３／時間）
Ｂ：石炭灰１２中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ^３／時間）

このように、予め測定した石炭灰１２中に含まれる炭素量に基づいて、石炭灰１２中の炭素を燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量に加えて、５体積％以上過剰に酸素１４を供給することにより、石炭灰１２中の炭素を溶射中に完全に燃焼させることができ、石炭灰１２中の未燃焼の残存炭素が、改質材である石炭灰１２とともに溶融状態の製鋼スラグ１０に添加されることを防止できる。従って、石炭灰１２中の残存炭素と製鋼スラグ１０中のＦｅＯとの反応によるＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生もないため、操業中に製鋼スラグ１０が膨張して反応容器である排滓鍋３０から溢れ出ることや、凝固後の製鋼スラグの強度の低下を抑制することができる。また、溶融状態の製鋼スラグ１０中のＦｅＯの濃度が低下することもなく、製鋼スラグ１０の溶融温度が上昇することもないため、コストも上昇しない。さらに、製鋼スラグ１０中のＦｅＯが還元されてＦｅが生成されることもないため、製鋼スラグ１０の表面に斑点状に錆が出現し、外観が悪くなることも防止できる。

なお、本実施形態では、上述したように、製鋼スラグ１０に対し、酸素バーナー５０を用いて直接改質材である石炭灰１２を溶射しているが、このような場合に限られず、例えば、製鋼スラグ１０に石炭灰１２を添加した後に、酸素バーナー５０を用いて石炭灰１２を溶射してもよい。

以上、本実施形態に係る製鋼スラグ１０の処理方法における石炭灰１２の溶射方法について説明したが、以下、再び、図１及び図２を参照しながら、本実施形態に係る製鋼スラグ１０の処理方法の説明を続ける。

工程Ｓ１０６で石炭灰１２を溶融状態の製鋼スラグ１０に添加した後、排滓鍋３０中の溶融状態の製鋼スラグ１０を撹拌する（工程Ｓ１０８）。ここで、撹拌方法としては、機械撹拌によるものでもガス撹拌によるものでもよく、特に限定はされない。機械撹拌の場合は、図２（ｄ）の上図に示すように、例えば、撹拌用インペラー６０などの撹拌手段により機械的に撹拌する。一方、ガス撹拌の場合は、図２（ｄ）の下図に示すように、所定量の空気を撹拌ガス吹き込み用ランス７０などの装置により吹き込むことにより撹拌する。

このように、改質材（本実施形態では、石炭灰１２）を添加した後に撹拌する工程（工程Ｓ１０８）を含むことにより、製鋼スラグ１０中の塩基度を低くするために添加した改質材を溶融製鋼スラグ１０中に均一に混合及び溶解させることができる。

さらに、上記工程Ｓ１０８の終了後に、排滓鍋３０内の製鋼スラグ１０をスラグ冷却容器（図示せず）内に注入し冷却することにより、溶融状態の製鋼スラグ１０を凝固させる（工程Ｓ１１０）。

本実施形態においては、上述したように、石炭灰１２中に含まれる炭素を酸素バーナー５０中で完全に燃焼させてから、製鋼スラグ１０に石炭灰１２を溶射するため、溶融状態の製鋼スラグ１０中における石炭灰１２中の未燃焼炭素に起因するＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生がなく、冷却されて凝固した後の製鋼スラグ１０中にもＣＯもしくはＣＯ_２気泡が残存しない。そのため、凝固後の製鋼スラグ１０の品質を向上させることができ、例えば、上層路盤材やコンクリート用骨材等の高級用途にも用いることができる。

また、上述したような条件で石炭灰１２を用いて製鋼スラグ１０の溶融改質処理を行うことにより、製鋼スラグ１０の加熱に石炭灰１２の燃焼熱（発熱）を利用することができ、熱的に効率的に改質処理を行うことができる。従って、本実施形態に係る製鋼スラグ１０の処理方法によれば、溶融改質処理の際に、製鋼スラグ１０の加熱に用いる燃料の原単位を低く抑えることができ、熱効率やコストの面でも有利である。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態においても改質した製鋼スラグの品質を向上させることができるが、本発明者によるさらなる検討の結果、以下のことも判明した。溶融製鋼スラグを改質する際の反応容器中の溶融製鋼スラグ表面の温度ばらつきは大きく、浴の攪拌等により、時間の経過とともに温度ばらつきは低下するが、この温度ばらつきがない状態にするためには、かなりの長時間を要する。一方、スラグ表面温度のばらつきが大きいまま改質処理を終了した場合、改質スラグを凝固容器に注入すると、温度の低い部分が、反応容器中に固相として付着して排出されない。そのために、歩留まりが悪くなるだけでなく、注入時点で固相であった部分と液相であった部分が異なった凝固組織として残存し、異相界面が凝固組織として残存してしまう結果となり、凝固後のスラグ強度のばらつきが大きくなる。また、固相であった部分は改質されていない場合が多く、スラグの強度だけでなく品質を悪化させてしまう場合もある。

このような観点から、以下に説明する本発明の第２の実施形態においては、ＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生を抑制することに加え、溶融改質処理容器（反応容器）中の溶融製鋼スラグの表面温度のばらつきが所定の範囲内となるまで、浴の攪拌を継続することにより、改質した製鋼スラグの品質を向上させ、かつ、歩留まりも向上させることを目的としている。

本発明者らは、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、溶融改質処理容器中における溶融製鋼スラグ表面温度を測定し、ΔＴ（酸素バーナーによる改質材の照射部直下周辺の高温部と、溶融改質処理容器内壁近傍の低温部との温度差を意味しており、以降、ΔＴと記載する場合がある。）が、スラグの要求品質よって決定される所定の温度範囲に低下するまで、浴の攪拌を継続することにより、スラグ品質のばらつきを抑制できることを見出した。以下、このような知見に基づいて完成された本発明の第２の実施形態に係るスラグの処理方法について説明する。なお、上述した第１の実施形態と同様の部分については、説明を省略する。

溶融改質処理容器（反応容器）中における溶融製鋼スラグの表面温度は、図５に示すように、加熱源である酸素バーナー５０直下の改質材の照射部１６が最も高温であり、酸素バーナー５０による照射部１６周辺の高温部分１８と、溶融改質処理容器（図５では、転炉３０）内壁近傍の低温部分１７とに大別される。ここで、酸素バーナー５０による照射部１６は、改質処理中は最も高い温度のまま推移するが、改質処理の進行に伴い、酸素バーナー５０による照射部１６周辺の高温部分１８と溶融改質処理容器内壁近傍の低温部分１７との温度の差は、処理時間の経過とともに小さくなる。従って、効率的に改質処理を実施するためには製鋼スラグ１０の表面温度を酸素バーナー５０による照射部１６周辺の高温部１８と、溶融改質処理容器（転炉３０）内壁近傍の低温部１７について、それぞれ最低一カ所ずつ、計二カ所以上の溶融スラグ１０の温度を測定し、ΔＴが所定の温度範囲内になった時点で処理を終了させることが望ましい。

具体的には、上述した第１の実施形態に係る製鋼スラグの処理方法におけるステップＳ１０８の攪拌工程を経る際に、溶融改質処理容器（転炉３０）内壁近傍である低温部１７の温度が上昇することにより、酸素バーナー５０による照射部１６周辺の製鋼スラグ１０の温度である高温部１８との温度差が小さくなる。この際、攪拌工程の処理時間が長い方が、低温部１７と高温部１８との温度差が小さくなるが、処理時間が長くなると、工業的には溶融改質処理容器（転炉３０）の耐火物の損耗が大きくなり、かつ燃料消費量も増大するので、高温部１８と低温部１７の温度を独立に測温することにより、高温部１８と低温部１７との温度差ΔＴが所定の範囲内になった時点で、攪拌工程を終了することが可能となるので効率的である。ここで、攪拌工程を終了する温度差ΔＴの所定の範囲は、改質されたスラグの要求品質に応じて、予め、実験や操業実績等により、得ることができる。

また、高温部１８および低温部１７の温度測定に当たっては、複数の測温装置を配置しても良いが、一つの測温装置で、一定時間間隔で複数の測定箇所を測定しても良い。ここで上記溶融改質処理の際に、溶融改質処理容器（転炉３０）中の製鋼スラグ１０の表面の温度の測定は、例えば、放射温度計等により測定することができる。

ここで、攪拌工程を終了する温度差ΔＴの所定の範囲は、本発明者らの調査によれば、５０℃未満が代表的な値であることがわかった。

ここで、溶融改質処理容器（転炉３０）の内壁近傍の製鋼スラグ１０の表面温度に関して、内壁近傍とは、測定可能な範囲であれば良く、内壁からの距離は特に規定するものではないが、現実的には２０ｃｍ以内が例示できる。

また、酸素バーナー５０による照射部１６周辺の製鋼スラグ１０の表面温度に関して、酸素バーナー５０による照射部１６周辺とは、酸素バーナー５０のフレーム温度の影響を受けない距離であれば良く、酸素バーナー５０による照射部の外周からの距離は特に規定するものではないが、例えば、４０〜５０ｃｍ程度が例示できる。

このように、上述したような条件における攪拌工程において、溶融製鋼スラグ１０表面の温度差ΔＴを測温することにより、過剰な処理を行うことなく攪拌工程を終了することができるので、スラグ品質のばらつきを抑制できるとともに、熱効率、コストの面からも有利となる。

以上説明した本実施形態に係る製鋼スラグの処理方法によれば、石炭灰中の炭素を燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量よりも過剰に酸素を供給することにより、石炭灰中の炭素を溶射中に完全に燃焼させることができ、ＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生を抑制することが可能である。また、要求される歩留まりを確保し、品質のばらつきを小さくすることが可能となる。したがって、本実施形態に係る製鋼スラグの処理方法によれば、溶融改質されたスラグの歩留まりを向上させ、かつ品質を向上させることができる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例にのみ限定されるものではない。

本実施例では、製鋼スラグに石炭灰を溶射する際に供給する酸素量を変化させて、溶融改質したスラグの凝固後の品質を評価した。具体的には、製鋼スラグに添加する改質材としての石炭灰の組成を分析して石炭灰中に含まれる炭素量を予め測定しておき（下記表２を参照）、下記表１に示した組成を有する処理前温度が１３５０℃の製鋼スラグ１０トンに、予め炭素量を測定した下記表２の石炭灰２トンを、酸素バーナーを用いて溶射した。石炭灰の溶射の際、酸素バーナーから供給する酸素量を、下記表３に示したように変化させた。

酸素バーナーから供給する酸素量は、予め測定しておいた石炭灰中の炭素量（本実施例では、表２に示すように、８質量％）に基づき、下記式（Ｉ’）により溶融改質処理前に算出した。なお、下記式（Ｉ’）において、溶融改質処理時に供給する過剰酸素量（石炭灰中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量よりも過剰に加える分の酸素量）は、ｙ×Ｂとなり、ｙがマイナスの場合は、石炭灰中の炭素を完全燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量よりも少ないことを意味する。

Ｖ＝Ａ＋（１＋ｙ）×Ｂ ・・・（Ｉ’）
Ｖ：製鋼スラグの溶融改質処理の際に供給する酸素量（Ｎｍ^３／時間）
Ａ：燃料を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ^３／時間）
Ｂ：石炭灰中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ^３／時間）
ｙ：比例係数

以上のようにして、溶融改質処理を行った後の製鋼スラグを冷却して凝固させた後のスラグ中のｆ・ＣａＯ量（質量％）、スラグの吸水率（質量％）、処理後のスラグ温度（℃）を下記表３に示す。なお、スラグの吸水率が高いほど、スラグの気孔率が大きいこと意味する。また、溶融改質処理の際のスラグ温度測定は、主として、パイロメータまたは二色温度計を用いて、バーナー照射部周辺の高温部１８（図５参照）と溶融改質処理容器の内壁近傍の低温部１７（図５参照）との二カ所の溶融スラグ表面の温度を光学的に測定した。

表３に示すように、ｆ・ＣａＯの量については、ＳｉＯ_２成分を多く含む石炭灰の添加により、いずれの水準においても、製鋼スラグ中のｆ・ＣａＯと石炭灰中のＳｉＯ_２との反応により、ｆ・ＣａＯの量が低減されていることがわかった。

一方、吸水率に関しては、ｙが０より大きい水準、すなわち、石炭灰中の炭素を完全燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量よりも過剰に酸素を供給した水準では、ｙが０以下の水準と比較して、吸水率が大きく低下することがわかった。特に、ｙが０．０５以上の水準１０〜１３、すなわち、石炭灰中の炭素を完全燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量に対して５体積％以上過剰に酸素を供給した水準では、ｙが０より大きく０．０５未満の水準８、９よりもさらに吸水率が顕著に低下することがわかった。このことから、石炭灰中の炭素を完全燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量よりも過剰に、特に、化学両論的に必要な酸素量に対して５体積％以上過剰に酸素を供給しながら、溶融改質処理を行うことにより、石炭灰中の炭素と製鋼スラグ中のＦｅＯとの反応によるＣＯもしくはＣＯ_２気泡の発生が顕著に抑制され、その結果、凝固後のスラグの吸水率が顕著に低下することが示唆された。

ここで、通常、スラグを路盤材として使用しようとすれば、スラグの吸水率は５質量％以下であることが必要である。また、一般には、路盤材として使用されるスラグの吸水率は１．５質量％以下の場合が多く、望ましくは、吸水率が０．５質量％以下のスラグが使用される。吸水率が０．５質量％以下であれば、上層路盤材への適用も可能である。吸水率は小さければ小さいほどスラグの品質としては良くなり、吸水率が高い場合には下層路盤材のような価値の低いものに充当される。

従って、本発明の実施例による水準８〜１３であれば、路盤材として使用可能なスラグを得ることができ、特に、石炭灰中の炭素を完全燃焼させるために化学量論的に必要な酸素量に対して５体積％以上過剰に酸素を供給した水準１０〜１３であれば、上層路盤材等の高級用途への適用も可能なスラグを得ることができることが示唆された。

また、処理後のスラグ処理温度に関しては、ｙが０より大きい水準８〜１３の方が、ｙが０以下の水準１〜７よりもやや高くなることがわかった。このことから、石炭灰中の炭素の燃焼による燃焼熱により、スラグの温度がやや上昇し、石炭灰中の炭素が溶融改質時の燃料の一部としても作用することが示唆された。

また、図４に、本発明例８の攪拌工程での低温部分１７、酸素バーナーの照射部１６、照射部１６周辺の高温部分１８の温度推移の一例（水準８の場合）を示す。攪拌時間の推移とともに低温部分１７の温度は上昇している。従って、高温部１８と低温部１７の温度推移を測定することで、改質スラグの要求品質に応じ品質を満足するΔＴとなった時点で攪拌工程を終了することが可能となった。本発明例では、要求される品質を確保する上でのΔＴは５０℃未満であることを、実験により確認していたので、これに基づき、処理時間２１分でΔＴ＝４８℃となった時点で改質処理を終了した。一方、比較例では、処理時間を１０分以上とし、１０分を超えた後、溶融スラグの表面に目視にて未溶解の塊が見えなくなった時点で改質処理を終了した。また、すべての水準についても同様に温度測定を行った。改質されたスラグの一軸圧縮強度を測定し、その強度のばらつきを表３に示す。低温部１７と高温部１８との温度差を示すΔＴが小さくなるに伴い、強度を測定した際の標準偏差；σで示される強度のばらつきも小さくなり、高品質の改質スラグとなっていることが分かる。強度のばらつきは、凝固したスラグの任意の位置よりｎ＝１０個以上の強度評価用試料を採取し、一軸圧縮試験を実施して求めた。ここで、一軸圧縮強度試験はＪＩＳ Ａ１１０８に記載されるコンクリートの圧縮強度試験方法を用いた。

なお、本発明例では品質を満足するΔＴは５０℃であったが、ΔＴの絶対値はスラグの要求品質および処理プロセスの条件によって異なるので、改質プロセスに応じて、予めΔＴと改質されたスラグ品質との関係を評価しておけばよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施の形態に係る製鋼スラグの処理方法を示す流れ図である。 同実施の形態に係る製鋼スラグの処理方法における操業を説明するための説明図である。 同実施の形態に係る製鋼スラグの処理方法における改質材の溶射方法を示す説明図である。 同実施の形態に係る製鋼スラグの処理中温度の推移の例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態に係る製鋼スラグの処理中温度の測定位置の例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 製鋼スラグ
１２ 石炭灰
２０ 転炉
３０ 排滓鍋
４０ 台車
５０ 酸素バーナー

Claims (1)

1. 溶融状態の製鋼スラグに、酸素を供給しながら石炭灰を含む改質材を溶射することにより、前記製鋼スラグの溶融改質処理を行う製鋼スラグの処理方法において、
   石炭灰中に含まれる炭素量を予め測定し、測定した前記石炭灰中に含まれる炭素量に基づいて、前記石炭灰中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量を算出し、該酸素量よりも過剰の酸素を、下記式（Ｉ）により算出された酸素量Ｖ（Ｎｍ ^３ ／時間）で供給し、
   前記改質材の照射部周辺の前記製鋼スラグ表面の温度と、溶融改質処理容器の内壁近傍の前記製鋼スラグ表面の温度について、それぞれ一箇所以上の位置で測定し、測定された最高温度と最低温度との温度差が、５０℃未満になった時点で前記溶融改質処理を終了することを特徴とする、製鋼スラグの処理方法。
   
   Ｖ≧Ａ＋１．０５×Ｂ ・・・（Ｉ）
   Ｖ：製鋼スラグの溶融改質処理の際に供給する酸素量（Ｎｍ ^３ ／時間）
   Ａ：燃料を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ ^３ ／時間）
   Ｂ：石炭灰中の炭素を理論的に完全燃焼させるために必要な酸素量（Ｎｍ ^３ ／時間）
   

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