JP6181953B2 - Sand substitute and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、砂代替材及びその製造方法に係り、特に、ステンレス製鋼時に発生する製鋼スラグを使用した砂代替材及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sand substitute material and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a sand substitute material using a steelmaking slag generated at the time of stainless steel making and a manufacturing method thereof.
従来は廃棄処理されていたステンレス鋼の製造工程で発生する製鋼スラグの再資源化が、近年、図られている。ステンレス鋼の製鋼スラグは高硬度であることから、例えば特許文献1に示されるように、製鋼スラグは、ブラスト処理用研削材として使用可能になる。
特許文献1に記載のブラスト処理用研削材は、主成分の組成がCaO(酸化カルシウム):30〜40質量%、MgO(酸化マグネシウム):6〜15質量%、Al2O3(アルミナ):5〜17質量%、SiO2(二酸化ケイ素):20〜36質量%であるステンレス鋼の製鋼スラグを素材としている。このブラスト処理用研削材は、上記の製鋼スラグを徐冷した後に破砕し、さらに、モース硬度が7〜9であり且つ0.1〜3.0mmの粒度の砂状スラグに分級することによって、製造される。
In recent years, recycling of steelmaking slag generated in the manufacturing process of stainless steel that has been conventionally disposed of has been attempted. Since the steelmaking slag of stainless steel has high hardness, as shown in Patent Document 1, for example, the steelmaking slag can be used as an abrasive for blasting.
The abrasive for blasting described in Patent Document 1 has a main component composition of CaO (calcium oxide): 30 to 40% by mass, MgO (magnesium oxide): 6 to 15% by mass, Al 2 O 3 (alumina): 5 to 17 wt%, SiO 2 (silicon dioxide): 20-36 steelmaking slag stainless steel by mass% were the material. This blasting abrasive is crushed after the steelmaking slag is slowly cooled, and further classified into sandy slag having a Mohs hardness of 7 to 9 and a particle size of 0.1 to 3.0 mm, Manufactured.
しかしながら、特許文献1では、製鋼スラグをブラスト処理用研削材に再利用しているが、ブラスト処理用研削材に再利用するだけでは、製鋼スラグの再利用量が少なく、十分な再資源化を果たすことができないという問題がある。このため、製鋼スラグを建設資材等のより需要が高い資材として再利用できるようにすることが、必要である。 However, in Patent Document 1, steelmaking slag is reused as a grinding material for blasting treatment, but only by reusing it as a grinding material for blasting treatment, the amount of reused steelmaking slag is small and sufficient recycling is achieved. There is a problem that cannot be fulfilled. For this reason, it is necessary to be able to reuse steelmaking slag as a material with higher demand such as construction materials.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、建設資材の砂材として利用可能にすることによってステンレス鋼の製鋼スラグの再資源化を図る砂代替材及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such problems, and a sand substitute material and a method for producing the same that are intended to recycle stainless steel slag by making it usable as a sand material for construction materials. The purpose is to provide.
上記の課題を解決するために、この発明に係る砂代替材の製造方法は、ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグからの粗粒スラグからなる砂代替材の製造方法であって、溶融状態で排出されたスラグ鍋内にある製鋼スラグを、前記製鋼スラグがスラグ鍋に入れられてから24時間〜30時間かけて冷却する冷却ステップであって、前記製鋼スラグの温度が700℃以上のとき、前記製鋼スラグの温度を毎分0.3〜1℃で低下させるように冷却する冷却ステップと、冷却した製鋼スラグを湿式破砕する破砕ステップと、破砕した製鋼スラグを湿式分級することによって、製鋼スラグに含まれる粒状分を分離する分級ステップとを含み、冷却される製鋼スラグでは、塩基度(CaO/SiO2)が、0.7〜1.7であり、組成が質量%で、フッ素が0.4%未満、CaOが35〜65%、SiO2が20〜55%、Al2O3が1〜15%であり、前記製鋼スラグからの粗粒スラグは、透水係数が4.96×10 −4 〜2×10 −2 cm/秒であり、単位容積質量が1.9〜2.1kg/リットルであり、吸水率が1.5〜3.2%である特性を有すると共に、フッ素の水に対する溶出量が水1リットル当たり0.8mg未満であり、六価クロムの水に対する溶出量が水1リットル当たり0.05mg未満である特性を有し、かつ粒径が5mm以下である。
In order to solve the above problems, a method for producing a sand substitute according to the present invention is a method for producing a sand substitute consisting of coarse slag from a steelmaking slag produced in a steelmaking process of stainless steel, which comprises melting It is a cooling step for cooling the steelmaking slag in the slag pan discharged in a state over 24 hours to 30 hours after the steelmaking slag is put in the slag pan, and the temperature of the steelmaking slag is 700 ° C or higher. A cooling step for cooling the steelmaking slag to lower the temperature at 0.3 to 1 ° C. per minute, a crushing step for wet crushing the cooled steelmaking slag, and wet classification of the crushed steelmaking slag, and a classification step of separating particulate matter contained in the steelmaking slag, with the steelmaking slag is cooled, basicity (CaO / SiO 2) is a 0.7 to 1.7, the composition quality %, The fluorine is less than 0.4%,
分級ステップでは、破砕した製鋼スラグに対して、比重選鉱した後、所定の粒径以下の製鋼スラグを篩い分ける処理をし、所定の粒径以下の製鋼スラグを湿式で分級して水中に懸濁する粉状分と粒状分とを分離してもよい。
5mmの粒径を超える製鋼スラグは、再び湿式破砕されてもよい。
分級ステップは、製鋼スラグに対して磁力選鉱処理をして、製鋼スラグに含まれる金属成分を分離することを含んでもよい。
製鋼工程では、ステンレス鋼の溶銑は、フッ化カルシウムを含まない脱硫剤を使用する機械攪拌式の脱硫処理を受けてもよい。
In the classifying step, the crushed steelmaking slag is subjected to specific gravity separation, and then the steelmaking slag having a predetermined particle size or less is screened, and the steelmaking slag having a predetermined particle size or less is wet-classified and suspended in water. You may isolate | separate the powdery part and granular part which become cloudy.
Steelmaking slag exceeding 5 mm particle size may be wet-crushed again.
The classification step may include performing a magnetic separation process on the steelmaking slag to separate a metal component contained in the steelmaking slag.
In the steel making process, the hot metal of stainless steel may be subjected to a mechanical stirring type desulfurization treatment using a desulfurizing agent not containing calcium fluoride.
この発明に係る砂代替材及びその製造方法によれば、建設資材の砂材として利用可能にすることによってステンレス鋼の製鋼スラグを再資源化することが可能になる。 According to the sand substitute material and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to recycle the steelmaking slag of stainless steel by making it usable as sand material for construction materials.
以下、この発明の実施の形態における砂代替材100の製造方法について添付図面に基づいて説明する。
図1を参照すると、砂代替材100を製造する工程は、大別すると、原料となる製鋼スラグ10が生成されるステンレス鋼の製鋼工程1、製鋼スラグ10を冷却する冷却工程2、及び、冷却後の製鋼スラグ10から粒状の砂代替材100を分級するスラグ選鉱処理工程3の3つの工程によって構成されている。
Hereinafter, the manufacturing method of the
Referring to FIG. 1, the process of manufacturing the
製鋼工程1では、ステンレス鋼を溶製する際に製鋼スラグ10が発生し、この発生した製鋼スラグ10が収集される。なお、製鋼スラグ10は、電気炉で原料を溶解してステンレス鋼の溶銑を生成する溶解工程で生成される溶製スラグと、生成された溶銑から含有される硫黄を除去する脱硫処理工程で生成される脱硫スラグと、脱硫処理後の溶銑に対して転炉及び真空脱ガス処理装置で溶銑に含有される炭素を除去する精錬工程で生成される精錬スラグとによって構成されている。そして、脱硫処理の前及び脱硫処理の後に、溶製スラグ及び脱硫スラグがステンレス鋼の溶銑から除去され、さらに、転炉及び真空ガス処理装置で生成した精錬スラグが製鋼スラグ10として収集される。製鋼スラグ10は、原料内の不純物やステンレス鋼の製鋼過程での生成物によって構成されており、その中にステンレス鋼を構成する有用金属である地金13も含んでいる。
In the steelmaking process 1,
なお、本実施の形態では、溶銑の脱硫処理方法として、機械駆動される攪拌翼で溶銑を攪拌しつつ脱硫剤を添加して溶銑に含有される硫黄をスラグ化して除去するKR法が用いられる。KR法では、攪拌されることによって溶銑と脱硫剤との脱硫反応が促進されるため、脱硫剤にはCaO(生石灰、酸化カルシウム)を主成分とするものが用いられる。このため、本実施の形態で使用される脱硫剤は、過去に脱硫反応を促進するために用いられたCaF2(蛍石、フッ化カルシウム)を含んでいない。 In the present embodiment, as a hot metal desulfurization method, a KR method is used in which hot metal is stirred with a mechanically driven stirring blade while a desulfurizing agent is added to slag and remove sulfur contained in the hot metal. . In the KR method, since the desulfurization reaction between the hot metal and the desulfurization agent is promoted by stirring, a desulfurization agent mainly containing CaO (quick lime, calcium oxide) is used. For this reason, the desulfurization agent used in the present embodiment does not include CaF2 (fluorite, calcium fluoride) used in the past to promote the desulfurization reaction.
収集された製鋼スラグ10は、スラグ鍋に入れられて冷却工程2に移され、冷却固化される。この際、製鋼スラグ10は、スラグ鍋に入れられた状態で、大気中での自然冷却による空冷と、スラグ鍋に散水して冷却する散水冷却とを組み合わせた冷却によって、24時間以上かけて冷却される。この冷却過程において、製鋼スラグ10は、スラグ鍋へ投入され、凝固を始めた後の約1100℃から、結晶構造の変化、つまり相変態がほぼ終了する約700℃に温度が低下するまでの間、すなわち製鋼スラグ10の温度が約700℃以上である間、1.0℃/分以下の速度で降温するように徐冷される。なお、次の破砕処理での十分な破砕が可能であるように製鋼スラグ10を十分に固化させるためには、外気温に応じて28〜30時間にわたって或いはそれよりも長時間にわたって製鋼スラグ10を冷却するのが、好ましい。
一方、製鋼スラグ10の温度が約700℃以上の時に、例えば冷却水量を増加させる、又は製鋼スラグ10に直接散水する等をして1.0℃/分を超える速度で製鋼スラグ10を降温させると、固化後に内部の密度が低く脆いスラグが得られることになる。
The collected
On the other hand, when the temperature of the
また、上述のように製鋼スラグ10を徐冷することによって、製鋼スラグ10が固化する際、製鋼スラグ10に含まれ且つ水和反応を起こすことが可能なフリーのCaOやMgO等の軟質な部分と、密度が高く硬質な鉱物相(シリカ[SiO2]、アルミナ[Al2O3]等から形成される)とが、互いに分離した異なる層を形成する。実際にはこれらのCaOやMgO、SiO2、Al2O3の2種またはそれ以上に複雑に固溶した鉱物相が大部分であるが、上述の冷却速度により軟質なものと硬質な鉱物とが形成される。このため、固化後の製鋼スラグ10が後述する破砕処理を受けると、鉱物相の間の軟質な部分が細かく砕けることによって硬質な鉱物相の多くが互いに分離して塊状になり、さらにこの塊状の鉱物相が破砕されると粒状になる。これにより、製鋼スラグ10では、破砕によって粉化するのが軟質な部分によって主に構成されるため、粉化する量が少ない。
Further, by gradually cooling the
固化してその温度が十分に低下した製鋼スラグ10は、スラグ鍋から出鍋されて、スラグ選鉱処理工程3を構成するジョークラッシャー破砕処理31及びロッドミル破砕処理32による破砕を順次受ける。
ジョークラッシャー破砕処理31では、製鋼スラグ10は、気中にある状態で、ジョークラッシャーにおける固定歯と固定歯に対して接近及び離脱するように可動な可動歯との間に挟まれて押圧されることによって圧縮破砕される。製鋼スラグ10は、この処理によって、大まかに乾式破砕される。このとき、製鋼スラグ10では、硬質な鉱物相の間にあるCaO等の軟質な部分の層が崩壊することによって、鉱物相が多数の塊状に分離する。
The
In the jaw
ジョークラッシャー破砕処理31の後のロッドミル破砕処理32では、製鋼スラグ10は、内部に水を含むロッドミル内に投入されて水中につけられた状態とされ、ロッドミルが回転されることによって、さらに細かく湿式破砕される。この湿式破砕の過程では、製鋼スラグ10に含まれる軟質なCaO等は、水和反応してさらに脆くなり、微小粉状に粉砕されて水中に懸濁する。また、製鋼スラグ10に含まれる塊状の硬質な鉱物相は、ロッドミル内で角張った形状の粒に破砕される。なお、角張った形状の粒によって形成される砂は、表面が滑らかな粒によって形成される砂よりも良好な締め固め性を有する。
上記の2つの破砕処理を受ける過程では、製鋼スラグ10に含まれる地金13が、鉱物相やCaO等の微粉などの成分によって構成されるスラグから分離される。そして、製鋼スラグ10が冷却工程2で十分に固化していることによって、破砕処理時における地金13とスラグとの分離が容易になる。
In the rod
In the process of receiving the above two crushing treatments, the
破砕処理を完了した製鋼スラグ10は、スラグ選鉱処理工程3を構成する比重選鉱処理33を受ける。比重選鉱処理33では、製鋼スラグ10は、処理水中に投入され、比重選別機によって鉱物の比重の差異を利用した選別が行われる。製鋼スラグ10において、高比重であるとして選別されたものは、続いて磁力選鉱処理34を受け、低比重であるとして選別されたものは、続いて篩い分級処理35を受ける。ここで、磁力選鉱処理34及び篩い分級処理35はスラグ選鉱処理工程3を構成する。
The
磁力選鉱処理34では、地金13を含んだ高比重の製鋼スラグ10に対して、磁選機によって地金13が分離・回収される。
また、篩い分級処理35では、比重選別機から取り出されて処理水中に含まれた状態の低比重の製鋼スラグ10が、振動篩い機の振動するスクリーン(篩い)上に供給され、そのうちのスクリーンの目開きの大きさ(本実施の形態では5mm)以下のものが選別される。なお、スクリーンを通過しなかった粒径5mmを超える製鋼スラグ10は、これが含まれている処理水と共に、再びロッドミル破砕処理32に戻され、湿式破砕処理を受ける。
In the
Further, in the
スクリーンを通過した粒径5mm以下の製鋼スラグ10は、その粒子及び微小粉状粒子並びに処理水が混在したサンドスライム状態であり、エーキンス分級処理36を受けて、粒状分が分離される。つまり、処理水に含まれた状態の製鋼スラグ10は、処理水と共にスパイラル型分級機であるエーキンス分級機に送られて分級を受けることによって、特定の粒径(0.15mm程度)以上の粒状分が水中に懸濁する粉状分から分離され、粗粒スラグ11として選別される。これにより、この粗粒スラグ11は、粒径0.15mm以上5mm以下の粒子で構成される。
粗粒スラグ11が除去された後の製鋼スラグ10は、その微小粉状粒子及び処理水が混在したスライム状態であり、シックナー・脱水処理37を受けて、微小粉状粒子が処理水から分離される。この処理では、処理水に含まれた状態の製鋼スラグ10が、処理水と共にシックナーに送られて分級を受け、微小粉状粒子で構成される製鋼スラグ10がスライムから分離される。さらに、水分を含んだ状態で分離された製鋼スラグ10が脱水処理を受けてパウダー状の微粉スラグ12として回収される。ここで、エーキンス分級処理36及びシックナー・脱水処理37はスラグ選鉱処理工程3を構成する。
The
The
そして、上述のエーキンス分級処理36によって得られた粒径5mm以下の粗粒スラグ11が砂代替材100として使用される。
粗粒スラグ11は、冷却処理を受ける前の製鋼スラグ10が、下記の条件を満たし且つ冷却工程2において上述の冷却処理を受けることによって、透水係数4.96×10−4〜2.0×10−2cm/sec(秒)、単位容積質量1.9〜2.1kg/L(リットル)、吸水率1.5〜3.2%を満たす特性を有するようになる。さらに、粗粒スラグ11は、フッ素(F)の水に対する溶出量が0.8mg/L未満であり、六価クロム(Cr6+)の水に対する溶出量が0.05mg/L未満の特性を有するようになる。さらにまた、下記の条件を満たす粗粒スラグ11は、0.7mm以下の微粒子も適度に含むため、路盤材料や盛土材料の品質基準を示す指標である修正CBRが20〜40%の範囲内となり、良好な締め固め性を有する。なお、(社)日本道路協会出典の「舗装施工便覧」では、下層路盤材に求められる修正CBRが20%以上とされている。
このようにして本発明による製鋼工程1での成分調整から、冷却工程2、さらにスラグ選鉱処理工程3によって得られた粗粒スラグ11は、粒度分布が例えばコンクリート用砕砂等のJIS規格に適合する。通常、粒度分布を一定の範囲内に収めるには、材料を粒度別に数段に篩い分けしたものを、適切に配合して、混合し、目標の粒度分布とするため、作業が煩雑でコストもかかるが、本発明では、その必要がなく、一連のスラグ選鉱処理によってJIS規格適合の粒度分布が得られる。
また、フッ素の水に対する溶出量0.8mg/L未満、及び六価クロムの水に対する溶出量を0.05mg未満という範囲は、土壌環境基準を満たすものである。
The coarse slag 11 having a particle size of 5 mm or less obtained by the above-described
The coarse-grained slag 11 has a water permeability of 4.96 × 10 −4 to 2.0 × when the
Thus, the coarse grain slag 11 obtained by the component adjustment in the steelmaking process 1 according to the present invention, the
Moreover, the range which is less than 0.8 mg / L of elution amounts with respect to water of fluorine and less than 0.05 mg with respect to elution amounts of hexavalent chromium with respect to water satisfies the soil environment standard.
そして、製鋼スラグ10が満たすべき条件は、製鋼スラグ10がスラグ鍋に収集されて冷却処理を受ける前の段階で、塩基度(CaO/SiO2:SiO2含有量に対するCaO含有量の質量比)が0.7〜1.7となっており、その組成が質量%で、F(フッ素)が0.4%未満、CaOが35〜65%、SiO2が20〜55%、Al2O3が1〜15%となっていることである。そして、上記範囲限定の理由を以下に説明する。
The conditions to be satisfied by the
塩基度(CaO/SiO2)を0.7〜1.7とする理由は、ステンレス鋼の溶銑の脱硫処理に与える悪影響を抑えるためである。塩基度は、溶銑の脱硫反応に大きな影響を及ぼす。収集された段階の製鋼スラグ10において、塩基度が0.7未満となっている場合、脱硫処理時に製鋼スラグ10に含まれるCaOと溶銑に含まれるS(硫黄)との間で十分な脱硫反応が得られず、1.7を超えている場合、脱硫処理時に製鋼スラグ10の流動性が低く、溶銑と製鋼スラグ10との接触界面が減少して脱硫反応が促進されない。ここでいう脱硫反応とは、溶解工程で生成される製鋼スラグと、脱硫処理工程で生成される脱硫スラグと、さらに、転炉及び真空脱ガス処理装置で生成する精錬スラグの全てのスラグで求められる機能である。また、本実施の形態では、脱硫処理方法を機械攪拌式のKR法とし、スラグの流動性を向上させるために用いられてきた蛍石(CaF2)が使用されないため、塩基度を調節して製鋼スラグ10の流動性を確保する必要がある。
The reason why the basicity (CaO / SiO 2 ) is set to 0.7 to 1.7 is to suppress adverse effects on the desulfurization treatment of the hot metal of stainless steel. The basicity has a great influence on the hot metal desulfurization reaction. In the collected
収集された段階の製鋼スラグ10の組成においてF(フッ素)を0.4質量%未満とする理由は、砂代替材100が、土壌環境基準に規定される水に対するフッ素の溶出量の基準を満足するためである。上述したように、本実施の形態では、脱硫処理に蛍石を使用しないため、製鋼スラグ10の組成におけるFの含有率が低く抑えられ、製鋼スラグ10から生成される砂代替材100は土壌環境基準を満たすことができる。
The reason why F (fluorine) is less than 0.4% by mass in the composition of the
収集された段階の製鋼スラグ10の組成においてCaOを35〜65質量%とする理由は、効果的なステンレス鋼の溶銑の脱硫処理を実施するためである。CaOは、脱硫材の主成分であり且つ脱硫反応に必須の成分である。このため、溶銑を十分に脱硫処理するには、収集された段階の製鋼スラグ10において、CaOが35質量%以上で含有されている必要がある。一方、製鋼スラグ10内のSiO2の含有量に対してCaOの含有量が過剰になると、塩基度が高くなり過ぎてスラグの流動性が悪化し、製鋼スラグ10による脱硫反応が促進されなくなるため、収集された段階の製鋼スラグ10において、CaOの含有率が65質量%以下となっている必要がある。
The reason why the CaO content is 35 to 65% by mass in the composition of the
収集された段階の製鋼スラグ10の組成においてSiO2を20〜55質量%とする理由は、効果的なステンレス鋼の溶銑の脱硫処理を実施するためである。SiO2は、ステンレス鋼の原料から発生し、また還元剤による脱酸反応生成物として発生する。収集された段階の製鋼スラグ10においてSiO2の含有率が20質量%未満となっていると、脱硫処理時の塩基度が高くなり過ぎていて製鋼スラグ10による脱硫反応が促進されない。一方、収集された段階の製鋼スラグ10においてSiO2の含有率が55質量%を超えていると、脱硫処理時の塩基度が低くなり過ぎていて十分な脱硫反応が得られない。このため、収集された段階の製鋼スラグ10におけるSiO2の含有率を20〜55質量%とする。
The reason why SiO 2 is 20 to 55 mass% in the composition of the
収集された段階の製鋼スラグ10の組成においてAl2O3を1〜15質量%とする理由は、製鋼スラグ10の流動性を確保するためである。Al2O3は、製鋼に使用する各鍋の耐火煉瓦やステンレス鋼の原料から混入する。製鋼スラグ10におけるAl2O3の含有量が低過ぎても高過ぎても、スラグの融点が上昇し、スラグの流動性が低下する。
そして、製鋼スラグ10では、原料の配合比と、スラグ及びステンレス鋼の間の元素分配比とについての経験則に基づき、溶製する鋼種ごとにスラグ発生源の原料の種類と配合比とを調節することによって、塩基度及び組成を上述のように調節することができる。
The reason why Al 2 O 3 is 1 to 15 mass% in the composition of the
And in the
(実施例)
以下、本実施の形態の製造方法を用いて製造した砂代替材100の実施例と、本実施の形態の製造方法と異なる製造方法を用いて製造した砂代替材の比較例とを比較検証する。
実施例及び比較例の砂代替材を構成する製鋼スラグの成分、製鋼時の脱硫処理方法、製鋼スラグの冷却処理方法、並びに製鋼スラグの分級処理方法を、表1に示す。さらに、表2に、実施例の砂代替材の原料であり製鋼工程で収集した段階の製鋼スラグの組成を示す。
(Example)
Hereinafter, an example of the
Table 1 shows the components of steelmaking slag constituting the sand substitutes of Examples and Comparative Examples, the desulfurization treatment method during steelmaking, the cooling treatment method of steelmaking slag, and the classification treatment method of steelmaking slag. Further, Table 2 shows the composition of the steelmaking slag at the stage that is a raw material of the sand substitute material of the example and collected in the steelmaking process.
実施例1〜8及び比較例1〜9の製鋼スラグは、製鋼過程の脱硫処理の際には、CaOを主成分とする脱硫剤を用いたKR法によって生成され、さらに、これらの製鋼スラグは、塩基度が0.7〜1.7の間であり、その組成が質量%で、Fが0.4%未満、CaOが35〜65%の間、SiO2が20〜55%の間、Al2O3が1〜15%の間となるように、成分が様々に調整されて生成されたものである。
比較例10〜12の製鋼スラグは、製鋼過程の脱硫処理の際には、KR法を採用せず、脱硫反応を促進する蛍石を含む脱硫剤を用いて生成されている。さらに、これらの製鋼スラグは、塩基度が1.9〜2.5の間であり、その組成が質量%で、CaOが55〜65%の間、SiO2が25〜35%の間、Al2O3が1〜15%の間となるように、成分が様々に調整されて生成されたものである。
The steelmaking slags of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 9 are generated by the KR method using a desulfurization agent mainly composed of CaO during the desulfurization process in the steelmaking process. Further, these steelmaking slags are The basicity is between 0.7 and 1.7, the composition is mass%, F is less than 0.4%, CaO is between 35 and 65%, SiO 2 is between 20 and 55%, The composition is produced by variously adjusting the components so that Al 2 O 3 is between 1 and 15%.
The steelmaking slags of Comparative Examples 10 to 12 are produced using a desulfurization agent containing fluorite that promotes the desulfurization reaction without using the KR method during the desulfurization process in the steelmaking process. Further, these steel slag basicity is between 1.9 to 2.5, in its composition by weight% CaO is between 55 to 65% while SiO 2 is 25 to 35% Al The components are produced with various adjustments such that 2 O 3 is between 1 and 15%.
また、実施例1〜8並びに比較例1〜3及び7〜12の製鋼スラグの冷却処理は、大気中での自然冷却による空冷と、スラグ鍋に散水して冷却する散水冷却とを組み合わせて、25時間かけて行われた。製鋼スラグの温度が約700℃以上の間では、実施例1〜8の製鋼スラグの降温速度は、0.3〜0.7℃/分の範囲内にあり、比較例1〜3及び7〜12の製鋼スラグの降温速度は、0.3〜0.8℃/分の範囲内にあった。
比較例4〜6の製鋼スラグの冷却処理では、水砕設備を使用して高温の溶融した製鋼スラグに多量の圧力水を噴射することによって、製鋼スラグを急冷すると共に水砕した。これによって、製鋼スラグは、粒状化された。
Moreover, the cooling process of the steelmaking slag of Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3 and 7-12 combines the air cooling by the natural cooling in air | atmosphere, and the sprinkling cooling which sprinkles and cools a slag pan, It took 25 hours. When the temperature of the steelmaking slag is about 700 ° C. or higher, the temperature drop rate of the steelmaking slag of Examples 1 to 8 is in the range of 0.3 to 0.7 ° C./min, and Comparative Examples 1 to 3 and 7 to 7 The cooling rate of 12 steelmaking slags was in the range of 0.3 to 0.8 ° C./min.
In the cooling treatment of the steelmaking slag of Comparative Examples 4 to 6, the steelmaking slag was rapidly cooled and granulated by injecting a large amount of pressure water into the high-temperature molten steelmaking slag using a water granulation facility. Thereby, the steelmaking slag was granulated.
実施例1〜8及び比較例10〜12の製鋼スラグの分級処理では、製鋼スラグに対して、ジョークラッシャーによる乾式の破砕処理、ロッドミルによる湿式の破砕処理、比重選鉱処理、目開きの大きさ5mmのスクリーンによる篩い分級処理が順次行われ、さらに、スクリーンを通過した製鋼スラグに対してエーキンス分級処理が行われ、粒径5mm以下の粗粒スラグが砂代替材として分離・収集された。 In the steelmaking slag classification treatment of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 10 to 12, the steelmaking slag is subjected to a dry crushing treatment with a jaw crusher, a wet crushing treatment with a rod mill, a specific gravity beneficiation treatment, and a mesh size of 5 mm. The screen was sequentially subjected to a sieve classification process. Further, the Akens classification process was performed on the steelmaking slag that passed through the screen, and coarse slag having a particle size of 5 mm or less was separated and collected as a sand substitute.
比較例1〜3の製鋼スラグの分級処理では、製鋼スラグに対して、ジョークラッシャーによる乾式の破砕処理、ロッドミルによる湿式の破砕処理、比重選鉱処理、目開きの大きさ5mmのスクリーンによる篩い分級処理が順次行われ、さらに、スクリーンを通過した製鋼スラグに対して脱水機を使用して脱水処理が行われ、固形分が砂代替材として収集された。
比較例7〜9の製鋼スラグの分級処理では、製鋼スラグに対して、ジョークラッシャーによる乾式の破砕処理及びロッドミルによる乾式の破砕処理が順次行われ、さらに、製鋼スラグに対して目開きの大きさ5mmのスクリーンによる篩い分級処理が行われ、スクリーンを通過したものが砂代替材として収集された。
なお、比較例4〜6の製鋼スラグでは、冷却処理において粒状の砂代替材が形成されたため、分級処理がなされなかった。
In the classification process of the steelmaking slag of Comparative Examples 1 to 3, the steelmaking slag is subjected to a dry crushing process using a jaw crusher, a wet crushing process using a rod mill, a specific gravity separation process, and a sieve classification process using a screen having a mesh size of 5 mm. In addition, the steelmaking slag that passed through the screen was dehydrated using a dehydrator, and the solid content was collected as a sand substitute.
In the steelmaking slag classification process of Comparative Examples 7 to 9, a dry crushing process using a jaw crusher and a dry crushing process using a rod mill are sequentially performed on the steelmaking slag. Sieve classification was performed with a 5 mm screen, and the material that passed through the screen was collected as a sand substitute.
In addition, in the steelmaking slag of Comparative Examples 4-6, since the granular sand substitute material was formed in the cooling process, the classification process was not made.
上述のようにして収集された実施例1〜8及び比較例1〜12の砂代替材の物性が表3に示されている。 Table 3 shows the physical properties of the sand substitutes of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 12 collected as described above.
なお、表3における社内砂規格は、天然砂をコンクリート骨材や埋め戻し材等の建設用資材として利用する際に要求される透水係数、単位容積質量、修正CBR、吸水率、並びに、フッ素及び六価クロムの水に対する溶出量の範囲と、粒度分布のJIS規格を含めた社内規格である。 The in-house sand standards in Table 3 are the hydraulic conductivity, unit volume mass, modified CBR, water absorption, fluorine, and fluorine required when natural sand is used as a construction material such as concrete aggregate and backfill material. This is an in-house standard that includes the range of elution amount of hexavalent chromium in water and the JIS standard for particle size distribution.
また、表3における砂代替材の粒度分布に対する規格合否判定は、コンクリート用細骨材の粒度分布の条件を満たす場合に合格と判定し、満たさない場合に不合格と判定している。つまり、図2〜図4を参照すると、実施例1〜8の砂代替材の粒度分布ラインE1〜E8及び比較例1〜12の砂代替材の粒度分布ラインC1〜C12が、コンクリート用細骨材の粒度分布の上限ラインLmaxと下限ラインLminとの間に収まる場合に粒度分布が合格と判定され、上限ラインLmaxと下限ラインLminとの間から外にはみ出る場合に不合格と判定される。なお、図2〜図4において、横軸に篩目つまり篩いの目開き寸法がとられ、縦軸に各目開き寸法の篩いを通過する砂代替材の割合がとられている。 Moreover, the standard acceptance / rejection determination for the particle size distribution of the sand substitute material in Table 3 is determined to be acceptable when the condition of the particle size distribution of the fine aggregate for concrete is satisfied, and is determined to be unacceptable when not satisfied. That is, with reference to FIGS. 2 to 4, the particle size distribution lines E1 to E8 of the sand substitute materials of Examples 1 to 8 and the particle size distribution lines C1 to C12 of the sand substitute materials of Comparative Examples 1 to 12 are fine bones for concrete. When the particle size distribution falls between the upper limit line Lmax and the lower limit line Lmin of the material, the particle size distribution is determined to be acceptable, and when it protrudes from between the upper limit line Lmax and the lower limit line Lmin, it is determined to be unacceptable. 2 to 4, the horizontal axis represents the sieve mesh, that is, the sieve opening size, and the vertical axis represents the ratio of the sand substitute material that passes through the sieve having each mesh size.
実施例1〜8の砂代替材は、透水係数、単位容積質量、修正CBR、吸水率、並びに、フッ素及び六価クロムの溶出量の全ての砂規格を満足すると共に、コンクリート用細骨材の粒度分布条件も満足している。
比較例1〜3の砂代替材は、実施例1〜8の砂代替材と比較して、エーキンス分級処理がなされずに生成されたため、粗粒分と粉状分とに二極分化した粒度分布を有し、締め固め性が高くなっている。この比較例1〜3の砂代替材は、単位容積質量、並びに、フッ素及び六価クロムの溶出量の砂規格を満足しているが、コンクリート用細骨材の粒度分布条件を満たさない。さらに、比較例1〜3の砂代替材の透水係数が砂規格よりも小さく、修正CBR及び吸水率が砂規格よりも高くなっている。
比較例4〜6の砂代替材は、急冷水砕によって生成されたため、気孔が多くて脆く軽量な粒によって形成されている。このため、比較例4〜6の砂代替材は、透水係数は測定不可能なくらい大きく、吸水率は測定不可能なくらい低い。さらに、単位容積質量及び修正CBRも砂規格よりも小さくなっている。また、比較例4〜6の砂代替材は、フッ素及び六価クロムの溶出量の砂規格とコンクリート用細骨材の粒度分布条件とを満足している。
The sand substitute materials of Examples 1 to 8 satisfy all the sand standards of water permeability, unit volume mass, modified CBR, water absorption rate, and elution amount of fluorine and hexavalent chromium, and the fine aggregate for concrete. The particle size distribution conditions are also satisfied.
Since the sand substitute materials of Comparative Examples 1 to 3 were produced without the Akins classification treatment compared with the sand substitute materials of Examples 1 to 8, the particle size was differentiated into a coarse particle portion and a powdery portion. Has a distribution and high compaction. The sand substitute materials of Comparative Examples 1 to 3 satisfy the sand volume of the unit volume mass and the elution amount of fluorine and hexavalent chromium, but do not satisfy the particle size distribution condition of the fine aggregate for concrete. Furthermore, the water permeability coefficient of the sand substitute materials of Comparative Examples 1 to 3 is smaller than the sand standard, and the corrected CBR and the water absorption rate are higher than the sand standard.
Since the sand substitutes of Comparative Examples 4 to 6 were produced by rapid water granulation, they were formed of grains having many pores and being brittle and lightweight. For this reason, as for the sand substitute material of Comparative Examples 4-6, a water permeability is so large that it cannot measure, and a water absorption is so low that it cannot measure. Furthermore, the unit volume mass and the corrected CBR are also smaller than the sand standard. Moreover, the sand substitute materials of Comparative Examples 4 to 6 satisfy the sand standard of the elution amount of fluorine and hexavalent chromium and the particle size distribution condition of the fine aggregate for concrete.
比較例7〜9の砂代替材は、実施例1〜8の砂代替材と比較して、破砕処理が乾式のみでなされ、さらに比重選鉱処理及びエーキンス分級処理がなされずに生成されたため、細粒分及び粉状分の含有率が多くなっている。このため、比較例7〜9の砂代替材は、一部の透水係数が砂規格よりも小さく、吸水率が砂規格よりも高く、そして、コンクリート用細骨材の粒度分布条件を満たさない。また、比較例7〜9の砂代替材は、締め固め性が大きく向上するため、修正CBRが砂規格よりも大幅に大きくなっている。なお、比較例7〜9の砂代替材は、フッ素及び六価クロムの溶出量の砂規格を満足している。 Since the sand substitutes of Comparative Examples 7 to 9 were produced by the crushing process only by the dry method and without the specific gravity separation process and the Akins classification process as compared with the sand substitutes of Examples 1 to 8, The content rate of a granular part and a powdery part is increasing. For this reason, the sand substitute materials of Comparative Examples 7 to 9 have a partial water permeability smaller than the sand standard, a water absorption rate higher than the sand standard, and do not satisfy the particle size distribution condition of the fine aggregate for concrete. In addition, the sand substitute materials of Comparative Examples 7 to 9 have greatly improved compaction properties, so that the corrected CBR is significantly larger than the sand standard. In addition, the sand substitute material of Comparative Examples 7-9 satisfies the sand standard of the elution amount of fluorine and hexavalent chromium.
比較例10〜12の砂代替材は、実施例1〜8の砂代替材と同様の冷却処理及び分級処理を受けて製鋼スラグから生成されたが、製鋼スラグ生成時の脱硫処理方法が実施例1〜8と異なる。このような比較例10〜12の砂代替材は、透水係数及び単位容積質量が砂規格よりも小さく、修正CBR及び吸水率が砂規格よりも大きくなっている。さらに、比較例10〜12の砂代替材は、脱硫処理の際に蛍石が使用された製鋼スラグを素材にしているため、フッ素の溶出量の砂規格を満たさず、六価クロムの溶出量の砂規格を満足している。よって、比較例10〜12の砂代替材は、砂としての使用に不適格である。 The sand substitutes of Comparative Examples 10 to 12 were produced from steelmaking slag after receiving the same cooling treatment and classification treatment as the sand substitutes of Examples 1 to 8, but the desulfurization treatment method when producing steelmaking slag was an example. Different from 1-8. In the sand substitutes of Comparative Examples 10 to 12, the water permeability coefficient and unit volume mass are smaller than the sand standard, and the corrected CBR and the water absorption rate are larger than the sand standard. Furthermore, since the sand substitutes of Comparative Examples 10 to 12 are made of steelmaking slag in which fluorite is used during the desulfurization treatment, they do not satisfy the sand standard for the elution amount of fluorine, and the elution amount of hexavalent chromium Satisfies the sand standard. Therefore, the sand substitutes of Comparative Examples 10 to 12 are unsuitable for use as sand.
なお、比較例10〜12の砂代替材について、製鋼時に脱硫剤である石灰(CaO)を多量に使用し、塩基度を高めに設定して操業したため、スラグの溶解を促進するために蛍石を使用した。しかし、結果的にCaOの溶け残り部分が多く存在したため、後の選鉱処理工程3において得られた粗粒スラグ11中に、CaOの含有量が多いものが混入し、CaO分の固化反応によって透水性が阻害され、その反面、締め固め性は高くなり、修正CBRが高くなったと考えられる。吸水率が高くなったことや単位容積質量が小さくなった原因も実施例と比較して、CaO含有量が高めになったためと考えられる。
上述より、実施例1〜8の砂代替材が、比較例1〜12の砂代替材よりも砂代替材として優れた特性を有することがわかる。
In addition, about the sand substitute material of Comparative Examples 10-12, since the lime (CaO) which is a desulfurization agent was used in large quantities at the time of steelmaking, and it operated by setting basicity high, fluorite in order to promote dissolution of slag It was used. However, as a result, many undissolved portions of CaO existed, so that coarse slag 11 obtained in the subsequent
From the above, it can be seen that the sand substitutes of Examples 1 to 8 have superior properties as sand substitutes than the sand substitutes of Comparative Examples 1 to 12.
このように、この発明に係る砂代替材100の製造方法は、ステンレス鋼の製鋼工程で生成される製鋼スラグ10からの砂代替材100の製造方法であって、溶融状態で排出されたスラグ鍋内にある製鋼スラグ10を24時間以上かけて冷却する冷却ステップと、冷却した製鋼スラグ10を湿式破砕する破砕ステップと、破砕した製鋼スラグ10を湿式分級することによって、製鋼スラグ10に含まれる粒状分を分離する分級ステップとを含む。さらに、冷却される製鋼スラグ10では、塩基度(CaO/SiO2)が、0.7〜1.7であり、組成が質量%で、フッ素が0.4%未満、酸化カルシウムが35〜65%、二酸化ケイ素が20〜55%、アルミナが1〜15%である。
As described above, the method for producing the
このとき、冷却時に結晶構造が変化する製鋼スラグ10を上述のように時間をかけて徐冷することによって、製鋼スラグ10は相変化を起こしながら徐々に硬化するため、内部が粗になることなく、結晶化の進んだ密度の高い状態で固化することができる。これによって、破砕・分級後の製鋼スラグ10から密度の高い粒からなる砂代替材100を得ることができる。そして、湿式に破砕及び分級することによって、破砕時に製鋼スラグ10から発生する粉量を低減し、さらに、破砕後の製鋼スラグ10に含まれる粒状分と粉状分とを効果的に分離することができる。また、製鋼スラグ10が上述の特性を有することによって、製鋼スラグ10から得られる砂代替材100は、建設用資材として利用可能な特性を有することができる。
At this time, by slowly cooling the
また、砂代替材100の製造方法の冷却ステップにおいて、製鋼スラグ10の温度が700℃以上のとき、製鋼スラグ10の温度を毎分1℃以下で低下させるように冷却する。冷却初期に製鋼スラグ10の外表面付近が先行して硬化することによって、冷却固化後の製鋼スラグ10の密度が低くなるのを防ぐことが可能になる。さらに、冷却固化後の製鋼スラグ10におけるCaO等の軟質な部分と密度が高く硬質な鉱物相とを互いに分離させた異なる層で形成することができる。これにより、破砕後の製鋼スラグ10では、粉量が少ない粒状の鉱物相を得ることができる。
Moreover, in the cooling step of the manufacturing method of the
また、砂代替材100の製造方法の分級ステップでは、破砕した製鋼スラグ10に対して、比重選鉱した後、所定の粒径以下の製鋼スラグ10を篩い分ける処理をし、所定の粒径以下の製鋼スラグ10を湿式で分級して水中に懸濁する粉状分と粒状分とを分離する。さらに、所定の粒径を超える製鋼スラグ10は、再び湿式破砕される。これによって、製鋼スラグ10の鉱物相から形成される所定の粒径以下の粒状のスラグ(砂代替材100)を得ることができる。
Moreover, in the classification step of the manufacturing method of the
また、砂代替材100の製造方法の分級ステップは、製鋼スラグ10に対して磁力選鉱処理をして、製鋼スラグ10に含まれる金属成分である地金13を分離することを含む。これによって、有価な金属成分を回収できる。さらに、磁力選鉱処理によって、砂代替材100において、水への溶出量が制限されるクロム成分が除去されると共に、酸化すると錆等の有害な不純物を発生させる金属成分を除去することができる。
また、砂代替材100の製造方法では、製鋼工程において、ステンレス鋼の溶銑は、フッ化カルシウムを含まない脱硫剤を使用する機械攪拌式の脱硫処理を受ける。これによって、砂代替材100に含まれるフッ素を低減することができる。
In addition, the classification step of the method for manufacturing the
Moreover, in the manufacturing method of the
1 製鋼工程、2 冷却工程、3 スラグ選鉱処理工程、10 製鋼スラグ、11 粗粒スラグ、13 地金、31 ジョークラッシャー破砕処理、32 ロッドミル破砕処理、33 比重選鉱処理、34 磁力選鉱処理、35 篩い分級処理、36 エーキンス分級処理、100 砂代替材。 1 Steelmaking process, 2 Cooling process, 3 Slag beneficiation treatment process, 10 Steelmaking slag, 11 Coarse grain slag, 13 Metal, 31 Jaw crusher crushing process, 32 Rod mill crushing process, 33 Density beneficiation process, 34 Magnetic beneficiation process, 35 Sieve Classification treatment, 36 Akins classification treatment, 100 Sand substitute.
Claims (5)
溶融状態で排出されたスラグ鍋内にある前記製鋼スラグを、前記製鋼スラグがスラグ鍋に入れられてから24時間〜30時間かけて冷却する冷却ステップであって、前記製鋼スラグの温度が700℃以上のとき、前記製鋼スラグの温度を毎分0.3〜1℃で低下させるように冷却する冷却ステップと、
冷却した前記製鋼スラグを湿式破砕する破砕ステップと、
破砕した前記製鋼スラグを湿式分級することによって、前記製鋼スラグに含まれる粒状分を分離する分級ステップとを含み、
冷却される前記製鋼スラグでは、
塩基度(CaO/SiO2)が、0.7〜1.7であり、
組成が質量%で、フッ素が0.4%未満、CaOが35〜65%、SiO2が20〜55%、Al2O3が1〜15%であり、
前記製鋼スラグからの粗粒スラグは、透水係数が4.96×10 −4 〜2×10 −2 cm/秒であり、単位容積質量が1.9〜2.1kg/リットルであり、吸水率が1.5〜3.2%である特性を有すると共に、フッ素の水に対する溶出量が水1リットル当たり0.8mg未満であり、六価クロムの水に対する溶出量が水1リットル当たり0.05mg未満である特性を有し、かつ粒径が5mm以下である、砂代替材の製造方法。 A method for producing a sand substitute consisting of coarse slag from steelmaking slag produced in a steelmaking process of stainless steel,
It is a cooling step for cooling the steelmaking slag in the slag pan discharged in a molten state over 24 hours to 30 hours after the steelmaking slag is put in the slag pan, and the temperature of the steelmaking slag is 700 ° C. At the time described above, a cooling step for cooling the steelmaking slag so as to decrease the temperature at 0.3 to 1 ° C. per minute ;
A crushing step for wet crushing the cooled steelmaking slag;
Separating the granular components contained in the steelmaking slag by wet classification of the crushed steelmaking slag, and
In the steelmaking slag to be cooled,
The basicity (CaO / SiO 2 ) is 0.7 to 1.7,
The composition is mass%, fluorine is less than 0.4%, CaO is 35 to 65%, SiO 2 is 20 to 55%, Al 2 O 3 is 1 to 15%,
The coarse slag from the steelmaking slag has a water permeability of 4.96 × 10 −4 to 2 × 10 −2 cm / sec, a unit volume mass of 1.9 to 2.1 kg / liter, and a water absorption rate. Is 1.5-3.2%, the elution amount of fluorine with respect to water is less than 0.8 mg per liter of water, and the elution amount of hexavalent chromium with respect to water is 0.05 mg per liter of water. A method for producing a sand substitute having a property of less than 5 mm and a particle size of 5 mm or less .
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