JP5205262B2 - 塩基性酸素炉スラグを建設材料に転化するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、塩基性酸素炉スラグ（ｂａｓｉｃ ｏｘｙｇｅｎ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ）を、組積用ブロック、平板及びタイルのための水硬結合剤；セメント製品のための混合物；並びに、他の様々な用途のためのモルタル；のような建設材料に転化するための方法に関する。
鉄鋼が製造される間、スラグ形態の大量の廃棄物が存在する。発生するスラグの総トン数は、鉄鋼の製造方法によって異なる。その総トン数は典型的には、製造される鉄鋼の１０〜２０％の間である。世界中で毎年約１億トンの製鋼スラグが生じている。採用される製鋼作業及び／又は溶銑（ｈｏｔ ｍｅｔａｌ）のタイプに依るが、塩基性酸素炉スラグには、次の諸化合物：
ＣａＯ ４５〜５５％
Ｆｅ １６〜２０％
ＳｉＯ２ １４〜１６％
Ｐ２Ｏ５ ２．５〜３．５％等
が存在する場合がある。
ＣａＯ ４５〜５５％
Ｆｅ １６〜２０％
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Ｐ２Ｏ５ ２．５〜３．５％等
が存在する場合がある。
このスラグは一般に、直接に又は後である処理を加えて、埋め立て、道路建設、道床、等の低価格の用途に用いられる。製鋼スラグは、かなりの量のＣａＯ、ケイ素酸化物及び鉄を含有しているので、そのような低価格の用途は、それの潜在的な使用法に比べて正当に評価されていない。
Ｐ２Ｏ５の割合が高いので、このスラグの製鉄プロセスの中への再循環は制限される。塩基性酸素炉スラグのＰ２Ｏ５含有量は、製鋼量に基づき２〜３．５％の範囲である場合がある。
Ｐ２Ｏ５の割合が高いので、このスラグの製鉄プロセスの中への再循環は制限される。塩基性酸素炉スラグのＰ２Ｏ５含有量は、製鋼量に基づき２〜３．５％の範囲である場合がある。
このスラグが溶鉱炉の中にフラックス（ｆｌｕｘ）として再循環されれば、Ｐ２Ｏ５含有量は実質的に、溶鉱炉の溶銑に移動するであろう。換言すれば、溶銑のリン含有量は増大するであろう。加えて、スラグの約半分がＣａＯで構成され、約５分の１が鉄酸化物で構成されているという事実は、該スラグを、これまで使用されてきた用途よりも有利な用途に使用することができるということを示唆する。
〔発明の概要〕
従って、本発明の主要目的は、塩基性酸素炉スラグを、これまで使用されてきた用途よりも有利な用途に使用することである。
本発明のもう１つの目的は、流動性を有する塩基性酸素炉スラグ、製鋼が行われる間に生じる廃棄物を処理して、様々な建設用途に適したセメント特性（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を得ることである。
従って、本発明の主要目的は、塩基性酸素炉スラグを、これまで使用されてきた用途よりも有利な用途に使用することである。
本発明のもう１つの目的は、流動性を有する塩基性酸素炉スラグ、製鋼が行われる間に生じる廃棄物を処理して、様々な建設用途に適したセメント特性（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）を得ることである。
本発明のこれらの目的及び他の目的は、転炉から除滓を行っている間に溶融スラグの流動性を増大させる工程と、その底部にキャリオーバー鉄鋼（ｃａｒｒｙ ｏｖｅｒ ｓｔｅｅｌ）を沈降させる工程とによって達成することができる。このことは、該溶融スラグにホタル石（フッ化カルシウム）を添加することによって行うことができる。該溶融スラグは、次いで、造粒化によるか、又は水プールで直接急冷することによって冷却することができる。それらの相を急冷することによって、該相の形態を管理することができ、そうすることによって、該スラグは、より優れたセメント特性を有することが可能になる。
従って、本発明は、塩基性酸素炉スラグを、組積用ブロック、平板、レンガ及びタイルのための水硬結合剤；セメント製品のための混合物；並びに、様々な用途のためのモルタル；のような建設材料に転化するための方法において、所要量のホタル石を０〜３％添加して、溶融スラグの流動性を増大させる工程、溶融して液化したスラグを冷却する工程、そのスラグを３ｍｍ以下の粒度に粉砕する工程、磁気分離機を使用して、該スラグの金属分画を分離する工程、及び、それの用途に応じて、前記非金属分画を約３０００〜４０００ブレインに粉砕する工程、を含む方法を提供する。
〔詳細な記述〕
鉄鋼は、鉄鋼取鍋（ｓｔｅｅｌ ｌａｄｌｅ）の中に出した後、製鋼容器から除去してスラグポット（ｓｌａｇ ｐｏｔ）の中に入れる。スラグを製鋼容器から除去する間、十分な量のホタル石（フッ化カルシウム）をスラグポットの中に添加することによって、該スラグを流動化させる。このことによって、純石灰の同化（ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ）が可能となり、更に、金属がある程度キャリオーバーする（ｃａｒｒｙｏｖｅｒ；持ち逃げする）か、又は、該スラグポットの底部に沈降する。該スラグを急冷するために、該スラグポットを最近接の急冷ピット（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｐｉｔ）まで移動する。
鉄鋼は、鉄鋼取鍋（ｓｔｅｅｌ ｌａｄｌｅ）の中に出した後、製鋼容器から除去してスラグポット（ｓｌａｇ ｐｏｔ）の中に入れる。スラグを製鋼容器から除去する間、十分な量のホタル石（フッ化カルシウム）をスラグポットの中に添加することによって、該スラグを流動化させる。このことによって、純石灰の同化（ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ）が可能となり、更に、金属がある程度キャリオーバーする（ｃａｒｒｙｏｖｅｒ；持ち逃げする）か、又は、該スラグポットの底部に沈降する。該スラグを急冷するために、該スラグポットを最近接の急冷ピット（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｐｉｔ）まで移動する。
溶融スラグは造粒化ピット（ｇｒａｎｕｌａｔｉｏｎ ｐｉｔ）まで導くことができ、そこで、該溶融スラグをランナー（ｒｕｎｎｅｒ）によって造粒化する。
溶融スラグは、急冷又は造粒化を行った後、３ｍｍ以下の粒度に粉砕し、次いで、磁気分離機を通過させて、該スラグの金属分画を分離する。
溶融スラグは、急冷又は造粒化を行った後、３ｍｍ以下の粒度に粉砕し、次いで、磁気分離機を通過させて、該スラグの金属分画を分離する。
次いで、残部の非金属スラグは、用途に応じて、３５００ブレイン（ｂｌａｉｎ）まで粉砕する。磁気的に分離された金属部分は、鉄鋼製造プロセスにおける鉄含有装填材料として適している。粉砕スラグは、組積用ブロック、平板及びタイルのための水硬結合剤；セメント製品のための混合物；並びに、他の様々な用途のためのモルタル；を包含する様々な用途に適している。
３ｍｍ以下の非金属スラグは、水和反応の間、ケイ酸カルシウムの網状組織を改善するために、触媒として作用するセッコウと一緒に粉砕することができる。
３ｍｍ以下の非金属スラグは、水和反応の間、ケイ酸カルシウムの網状組織を改善するために、触媒として作用するセッコウと一緒に粉砕することができる。
試験プラントで実施したパイロット規模試験によって、制御冷却によりセメント質相を得るのに必要なプロセスパラメータを確立した。処理されたスラグが瞬時剥離（ｉｎｓｔａｎｔ ｆｌａｋｉｎｇ）を引き起こす、プロセスの様々な態様を確認した。プロセスパラメータの範囲は、下の表１に記載する。冷却工程の精確な温度範囲と方法とを、以下に示す。
得られた典型的な化学組成を、表２に示す。
存在する相
・ α’−２ＣａＯ・ＳｉＯ２ ０〜２５％
・ β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２ ２０〜５０％
・ ３ＣａＯ・ＳｉＯ２ ０〜１５％
・ ２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３ ２０〜４０％
・ Ｃａ（Ｈ２ＰＯ４）２Ｈ２Ｏ 少量
・ Ｆｅ２Ｏ３ 少量
・ ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、及び、Ａｌ２Ｏ３の複合相 少量
物理特性
・ 粉末度 ３０００〜３５００ブレイン
・ ＩＳＴ（初期設定時間） ３５分間
・ ＦＳＴ（最終設定時間） ４５分間
強度（ＩＳ−４０３１による）
・ ７日間強度： ５〜１０ＭＰａ
・ ２８日間強度：１５〜３０ＭＰａ
・ α’−２ＣａＯ・ＳｉＯ２ ０〜２５％
・ β−２ＣａＯ・ＳｉＯ２ ２０〜５０％
・ ３ＣａＯ・ＳｉＯ２ ０〜１５％
・ ２ＣａＯ・Ｆｅ２Ｏ３ ２０〜４０％
・ Ｃａ（Ｈ２ＰＯ４）２Ｈ２Ｏ 少量
・ Ｆｅ２Ｏ３ 少量
・ ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、ＦｅＯ、及び、Ａｌ２Ｏ３の複合相 少量
物理特性
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強度（ＩＳ−４０３１による）
・ ７日間強度： ５〜１０ＭＰａ
・ ２８日間強度：１５〜３０ＭＰａ
粉砕スラグは、強度及び用途の必要条件に依るが、セメントの一部代替え品／全部代替え品に適している。粉砕スラグは、組積用ブロック、繊維セメント板及びタイルのための水硬結合剤；並びに、様々な用途のためのモルタル；として使用することができる。
処理された塩基性酸素炉スラグから、機械造型法（ｍａｃｈｉｎｅ ｍｏｌｄｉｎｇ）を用いて、固体レンガを作ることができる。様々な配合量の固体レンガの試験結果を、下の表３に示す。
処理された塩基性酸素炉スラグから、機械造型法（ｍａｃｈｉｎｅ ｍｏｌｄｉｎｇ）を用いて、固体レンガを作ることができる。様々な配合量の固体レンガの試験結果を、下の表３に示す。
Ｆ−フライアッシュ、Ｓ−砂、ＨＢ−処理済みスラグ、Ｇ−セッコウ、Ｌ−石灰
Claims (6)
- 塩基性酸素炉スラグを、組積用ブロック、平板、レンガ及びタイルのための水硬結合剤やセメント製品のための混合物や、様々な用途のためのモルタルのような建設材料に転化するための方法において、
溶融スラグにホタル石を０〜３％添加して、前記溶融スラグの流動性を増大させる工程と、
溶融して液化したスラグを冷却することによって、前記液化スラグを固化する工程と、
そのスラグを３ｍｍ以下の粒度に粉砕する工程と、
磁気分離機を使用して、前記スラグの金属分画を分離する工程と、
セッコウの形態の触媒を、前記の３ｍｍ以下の粒度のスラグの非金属分画と混合する工程と、
非金属分画の用途に応じて、前記非金属分画を約３０００〜４０００ｃｍ２／ｇに粉砕する工程と、
を含む方法。 - 前記液化スラグを流動化させるために添加される前記ホタル石が、３％である、請求項１に記載の方法。
- セッコウを含有する前記スラグの粉砕を約３５００ｃｍ ２ ／ｇまで行う、請求項１又は２に記載の方法。
- 前記流動化したスラグの冷却を、１５００〜１２００℃の温度範囲からランナーによって造粒化することによって行う、請求項１に記載の方法。
- 前記流動化したスラグの冷却を、１５００〜１２００℃の温度範囲から水噴霧を使用して冷却急冷することによって行う、請求項１に記載の方法。
- 前記塩基性酸素炉スラグがＣａＯを４５〜５５％、Ｆｅを１６〜２０％、ＳｉＯ ２ を１４〜１６％、そしてＰ ２ Ｏ ５ を２．５〜３．５％含む、請求項１に記載の方法。
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