JP6060921B2

JP6060921B2 - スラグ連続鋳造装置

Info

Publication number: JP6060921B2
Application number: JP2014040077A
Authority: JP
Inventors: 博幸當房; 恵太田; 陽太郎井上
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2034-03-03
Also published as: JP2015164883A

Description

本発明は、製鋼工程で発生する溶融スラグを連続的に鋳造する装置に関する。

近年、図２に示すように、溶融した製鋼スラグ（溶融スラグ）を冷却・凝固し、粗破砕し、破砕・粒度調整して粒状の凝固スラグ（粒状スラグ）を得た後、その粒状スラグを結合剤（高炉スラグ微粉末、セメント等）と水と共に混練し、打設・養生し、粗破砕し、分級して、塊状（岩石状）の人工石を製造する鉄鋼スラグ水和固化体の技術（非特許文献１参照）が、普及し始めている。

このように、溶融スラグを人工石（塊状スラグ）にすることで、海洋土木に用いられ、コンクリートに比べて海藻等の生物付着性も良好な結果が得られている。

ただし、従来、溶融スラグから人工石を製造する際には、図１に示したように、多くの工程が必要である。したがって、溶融スラグを直接塊状に鋳造・凝固できれば、図１における、粗破砕工程、破砕・粒度調整工程、混練工程、打設・養生工程、粗破砕工程が省略でき、効率的である。ここで、塊状スラグとは、例えば、体積が同じ球体とした時の等価直径が１００ｍｍ〜５００ｍｍ程度の大きさのものである。

しかしながら、これまで、溶融スラグを安定的に直接塊状に鋳造する方法は実用化されていない。

例えば、溶融スラグを直接凝固する方法としては、双ロール間に溶融スラグを導入して連続的に板状に成形して冷却・凝固する双ロール方式の連続凝固方法が行われている（例えば、特許文献１〜３）。

しかし、製鋼スラグの熱伝導度が小さいため、塊状に凝固するためには、２４時間以上の長い時間が掛かる。特許文献１〜３のように、双ロール方式による連続凝固方法では、溶融スラグが双ロールと接触する時間が数秒と短く、厚みが４ｍｍ程度の板状のスラグ（板状スラグ）しか作製できない。

また、連続的に凝固する方式ではないが、大型の凝固スラグを作製する方法としては、特許文献４に、電気炉スラグの凝固システムとして、溶融スラグを鋳型に流し込み、スラグの厚さ１０ｍｍ〜３００ｍｍに凝固する方法を開示されている。

しかし、特許文献４のように、溶融スラグを鋳型に流し込んで塊状に凝固する場合、表面と内部の冷却速度が大きくことなるため、鋳型上で長時間保持するとスラグの表面と内部の温度差による熱応力割れが発生して、所望の大きさの塊状スラグを安定的に作製することができない。

特開２００３−１３７６１７号公報特開２００４−２８４１６号公報特開２００４−２６５４８号公報特開２００８−１２１９５８号公報

鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル（改訂版）、（財）沿岸技術研究センター、２００８年２月

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、溶融した製鋼スラグを効率的かつ安定的に塊状に鋳造・凝固することができるスラグ連続鋳造装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］製鋼工程で発生する溶融スラグを鋳型間に挟んで連続的に鋳造して凝固するスラグ連続鋳造装置であって、対向配置された１対の無限軌道式の鋳型と、該１対の無限軌道式の鋳型の間に溶融スラグを供給するスラグ鍋と、前記１対の無限軌道式の鋳型の間から抽出される半凝固スラグを塊状に切断する切断装置と、該切断装置で切断後の塊状の半凝固スラグを徐冷する保持容器とを備えていることを特徴とするスラグ連続鋳造装置。

［２］前記鋳型は、鋳型厚みが薄い部分と鋳型厚みが厚い部分を備えた複数の分割鋳型が連結して駆動するようになっており、鋳型厚みが厚い部分が対向して半凝固スラグの厚みが薄くなった個所を前記切断装置で切断することを特徴とする前記［１］に記載のスラグ連続鋳造装置。

［３］スラグ鍋から供給された溶融スラグに空気を吹き付ける空気ノズルを備えていることを特徴とする前記［１］または［２］に記載のスラグ連続鋳造装置。

本発明においては、溶融した製鋼スラグを効率的かつ安定的に塊状に鋳造・凝固することができる。

本発明の一実施形態におけるスラグ連続鋳造装置を示す図である。人工石の製造工程を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態におけるスラグ連続鋳造装置（スラグ連続凝固装置）を示す図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態におけるスラグ連続鋳造装置１０は、対向配置された１対の無限軌道式（キャタピラ式）の鋳型１１と、この無限軌道式鋳型（以下、単に「鋳型」とも言う）１１に散水して冷却する冷却装置１２と、１対の鋳型１１の間に一定流量で溶融スラグ２１を供給するスラグ鍋１３および傾転装置１４と、スラグ鍋１３から供給された溶融スラグ２１に空気を吹き付ける空気ノズル１５と、１対の鋳型１１の間から抽出される半凝固スラグ２２を塊状に切断する切断装置１６と、切断装置１６で切断後の塊状の半凝固スラグ２３を受け止めて搬送するコンベア１７と、コンベア１７で搬送されてきた塊状の半凝固スラグ２３を収納して塊状の凝固スラグ（人工石）２４になるまで徐冷する保持容器１８とを備えている。

そして、対向配置された１対の無限軌道式の鋳型１１では、鋳型厚みが薄い平坦部１１ａと鋳型厚みが厚い凸部１１ｂを備えた複数の分割鋳型１１Ａが連結して駆動するようになっており、それによって、平坦部１１ａでは半凝固スラグ２２の厚みが厚くなって厚部２２ａが形成され、凸部１１ｂでは半凝固スラグ２２の厚みが薄くなって薄部２２ｂが形成されるようになる。なお、分割鋳型１１Ａの材質は、鋳鋼製が望ましい。

このように構成されたスラグ連続鋳造装置１０においては、１対の無限軌道式で駆動する鋳型１１を対向配置していることによって、その鋳型１１間に供給された溶融スラグ２１を連続的に凝固することができる。そして、平坦部１１ａと凸部１１ｂを備えた複数の分割鋳型１１Ａを連結したことによって、平坦部１１ａでは溶融スラグ２１を保持して塊状に凝固するようになるとともに、凸部１１ｂでは溶融スラグ２１が迅速に凝固するようになる。

また、スラグ鍋１３に傾転装置１４を設けることによって、溶融スラグ２１を一定流量で供給することができる。なお、供給する溶融スラグ２１の流量が大きくなり過ぎると、スラグ連続鋳造装置１０自体も大きくなるので、供給する溶融スラグ２１の流量は１〜２ｔ／ｍｉｎ程度にすることが望ましい。

また、スラグ鍋１３から供給された溶融スラグ２１に空気を吹き付ける空気ノズル１５を設けることによって、溶融スラグ２１中のＦｅＯを酸化してＦｅ_２Ｏ_３にすることで、２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３を生成し、凝固した後の塊状スラグ２４中のフリーＣａＯを１質量％以下に低減できる。その結果、塊状スラグ２４の水和膨張が抑制できる。また、一対の鋳型１１間に供給する溶融スラグ２１に空気を吹き付けることで、溶融スラグ２１の温度が低下し、鋳型１１間で冷却する時間を短縮することができる。

また、鋳型１１の出口側に切断装置１６を設けることによって、凝固しているが未だ硬くない状態である薄部２２ｂを切断することができる。これによって、表面が凝固し内部が未凝固の半溶融状態で塊状の半凝固スラグ２３を鋳型１１から取り出すことができる。

なお、鋳型１１から取り出された塊状の半凝固スラグ２３をコンベア１７によって保持容器１８に搬送する際には、半凝固スラグ２３は１０００℃以上の高温であるため、コンベア１７の材質は耐熱性のあるものにする。

そして、コンベア１７で搬送されてきた塊状の半凝固スラグ２３を保持容器１８に収納することによって、高温の塊状の半凝固スラグ２３が徐冷されて、塊状の凝固スラグ（人工石）２４を得ることができる。すなわち、保持容器１８内では、塊状の半凝固スラグ２３自身の保有する熱で半凝固スラグ２３の表面と内部の温度差がなくなるとともに、保持容器１８内の温度も高温に維持されるので、塊状の凝固スラグ２４の表面と内部の温度差による熱応力割れが抑止しされて、所望の大きさの凝固スラグ（人工石）２４を製造することができる。例えば、体積が同じ球体とした時の等価直径が１００ｍｍ〜５００ｍｍ程度の大きさのものである。

このようにして、この実施形態においては、溶融した製鋼スラグを効率的かつ安定的に塊状に鋳造・凝固することができる。

本発明の効果を確認するために、上記の本発明の実施形態（スラグ連続鋳造装置１０）に基づいて、溶融スラグ２１から塊状の凝固スラグ（人工石）２４を製造した。

その際に、無限軌道式の鋳型１１（分割鋳型１１Ａ）の材質は鋳鋼製であり、１つの分割鋳型１１Ａの長さを３００ｍｍとした。また、平坦部１１ａの鋳型厚みは５０ｍｍ、凸部１１ｂの鋳型厚みは１２０ｍｍとし、対向する凸部１１ｂ間の間隔を２０ｍｍとした。

そして、無限軌道式鋳型１１間にスラグ鍋１３から１４００℃〜１５００℃の溶融状態の転炉脱炭スラグ（溶融スラグ）２１を１〜２ｔｏｎ／ｍｉｎで供給した。

鋳型１１間に供給された溶融スラグ２１は、鋳型１１間で２分間冷却され、鋳型１１との接触面から凝固していった。

そして、鋳型１１の下部から抽出された半溶融スラグ２２の薄部２２ｂを切断装置１６によって切断して塊状の半溶融スラグ２３を得た。その際に、切断個所から溶融スラグが流れ出すことはなかった。

得られた塊状の半溶融スラグ２３は、断面が３００ｍｍ角の６角柱状になったが、ステンレス鋼製のコンベア１７上に落下した時点では、表面の約１０ｍｍ程度が凝固しているだけで、内部は未凝固の部分が残っていた。この半凝固スラグ２３をステンレス鋼製のコンベア１７で輸送し、保持容器１８内に収納した。

この保持容器１８は特に加熱装置等を有さず、半溶融スラグ２３を収納するだけの容器である。約１０ｔの半凝固スラグ２３を収納し、蓋を閉めて保持すると、保持容器１８内の温度は約９００℃程度まで上昇し、その後徐々に温度が低下した。

そして、常温まで徐冷した後に得られた塊状の凝固スラグ（人工石）２４は、熱応力割れ等がない良好な品質のものであった。

１０スラグ連続鋳造装置
１１無限軌道式鋳型
１１Ａ分割鋳型
１１ａ分割鋳型の平坦部
１１ｂ分割鋳型の凸部
１２冷却装置
１３スラグ鍋
１４傾動装置
１５空気ノズル
１６切断装置
１７コンベア
１８保持容器
２１溶融スラグ
２２切断前の半凝固スラグ
２２ａ半凝固スラグの厚部
２２ｂ半凝固スラグの薄部
２３塊状の半凝固スラグ
２４塊状の凝固スラグ（人工石）

Claims

製鋼工程で発生する溶融スラグを鋳型間に挟んで連続的に鋳造して凝固するスラグ連続鋳造装置であって、対向配置された１対の無限軌道式の鋳型と、該１対の無限軌道式の鋳型の間に溶融スラグを供給するスラグ鍋と、前記１対の無限軌道式の鋳型の間から抽出される半凝固スラグを塊状に切断する切断装置と、該切断装置で切断後の塊状の半凝固スラグを徐冷する保持容器とを備え、
前記鋳型は、鋳型厚みが薄い部分と鋳型厚みが厚い部分を備えていることを特徴とするスラグ連続鋳造装置。
前記鋳型は、鋳型厚みが薄い部分と鋳型厚みが厚い部分を備えた複数の分割鋳型が連結して駆動するようになっており、鋳型厚みが厚い部分が対向して半凝固スラグの厚みが薄くなった個所を前記切断装置で切断することを特徴とする請求項１に記載のスラグ連続鋳造装置。
スラグ鍋から供給された溶融スラグに空気を吹き付ける空気ノズルを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のスラグ連続鋳造装置。