JP6414181B2 - 酸化物鋳造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融酸化物を、表面に亀裂を発生させないで塊状に鋳造する酸化物鋳造体の製造方法に関する。

近年、溶融した鉄鋼スラグ（以後、溶融スラグと称する）を冷却して凝固させ、粗破砕し、粒度調整して粒状の凝固スラグを得た後、粒状の凝固スラグを高炉スラグ微粉末またはセメント等の結合剤と水とを混練し、打設・養生し、粗破砕し、分級して塊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）が普及している。

しかしながら、人工石の製造には、図１に示すように多くの工程が必要である。そのため、仮に、溶融スラグから直接、塊状の人工石を鋳造できれば、人工石の製造におけるスラグの破砕工程、混練工程および粗破砕工程が削減できる。溶融スラグを塊状に鋳造するスラグ鋳造体を製造する方法として、以下の方法が知られている。

特許文献１には、溶融スラグを鋳型に流し込み、厚さが１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下に凝固させるスラグ凝固システムが開示されている。当該凝固システムにおいて、鋳型に入れられた溶融スラグは、水冷されず空冷により冷却される。

特許文献２には、大型の鋳型で溶融スラグを凝固させる溶融スラグの凝固方法が開示されている。溶融スラグを大型の鋳型で凝固させる際に、鋳型注入後の凝固中のスラグ上面をバーナで加熱することによって溶融させる。これにより、溶融スラグが凝固する過程で生じた気泡を上面側から放出させるとともに、溶融スラグが凝固する過程で生じた収縮分をバーナの加熱により溶解させた溶融スラグによって埋めている。

特許文献３にも大型の鋳型で溶融スラグを凝固させる溶融スラグの凝固方法が開示されている。スラグを大型の鋳型で凝固させる際に、酸化物粒子を連続的または断続的に投入することによって、溶融スラグを速やかに凝固させている。

特開２００８−１２１９５８号公報 特開２００５−３０６６５５号公報 特開２００５−３０６６５６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

しかしながら、特許文献１の方法で製造している凝固スラグの厚さは、１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。スラグの大きさをこれ以上大きくすると、鋳型内における表面と内部との冷却速度差によって温度差が生じる。この温度差による熱応力によって、凝固スラグに亀裂が発生する。

特許文献２の方法では、気泡および凝固収縮孔のないスラグインゴットを製造できたとしているが、溶融スラグの上面をバーナで加熱しており、バーナの設備費やガス等のエネルギーコストが必要となる。さらに、バーナで加熱される上面については内部との温度差は緩和されるものの、その他の領域では、表面と内部とで温度差が生じる。この温度差による熱応力によって、スラグインゴットに亀裂が発生する。

特許文献３の方法では、酸化物粒子を連続的あるいは断続的に投入して溶融スラグ全体の温度を低下させ、これにより表面と内部との温度差を緩和させている。しかしながら、酸化物粒子を投入する効果が溶融スラグ全体の温度を下げることである以上、表面と内部との温度差は生じるので、当該温度差による応力割れが発生する。また、表面と内部との温度差を無くすには、多量の酸化物粒子を投入することが必要になり、当該酸化物粒子を準備する工程および酸化物粒子を投入する工程の追加を鑑みると、溶融スラグから効率的にスラグ鋳造体を製造できる方法とはいえない。

本発明は、従来技術が抱える上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、溶融酸化物から、亀裂を発生させることなく酸化物鋳造体を鋳造できる酸化物鋳造体の製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）溶融酸化物を凝固させて酸化物鋳造体を製造する酸化物鋳造体の製造方法であって、
前記溶融酸化物を固液共存酸化物にし、前記固液共存酸化物を金型に注入した後、前記固液共存酸化物の表面部分は凝固しているが中心部分まで凝固する前に前記金型から取り出し、保温することを特徴とする酸化物鋳造体の製造方法。
（２）前記固液共存酸化物は、固相率が１〜３０％の範囲内の酸化物であることを特徴とする（１）に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（３）前記固液共存酸化物を前記金型に注入してから前記金型から取り出すまでの時間は、前記金型に注入した前記固液共存酸化物の量と、注入した前記固液共存酸化物の固相率とに基づいて決定されることを特徴とする（１）または（２）に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（４）前記保温は、前記金型から取り出した前記固液共存酸化物を、前記酸化物鋳造体の熱伝導率以下の物質で構成されるトンネル内を通過させることで実行されることを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（５）前記物質は、６００℃における熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であって、耐熱温度が１２００℃以上であることを特徴とする（４）に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（６）前記金型から取り出した前記固液共存酸化物の表面温度は、固相線温度以下であることを特徴とする（１）から（５）のいずれか１つに記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（７）前記金型から取り出した前記固液共存酸化物の寸法は、１辺１．６ｍ以下であることを特徴とする（１）から（６）のいずれか１つに記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（８）前記固液共存酸化物を金型に注入する際、注入圧力を付与し、前記固液共存酸化物の表面部分が凝固するまで保持圧力を付与し続けることを特徴とする（１）から（７）のいずれか１つに記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（９）前記溶融酸化物は、溶融状態のスラグであることを特徴とする（１）から（８）のいずれか１つに記載の酸化物鋳造体の製造方法。
（１０）前記溶融酸化物は、溶融状態の鉄鋼スラグであることを特徴とする（１）から（８）のいずれか１つに記載の酸化物鋳造体の製造方法。

本発明の酸化物鋳造体の製造方法を実施することで、亀裂を発生させることなく溶融酸化物から目的の大きさの酸化物鋳造体を製造できる。

人工石の製造工程を示す図である。 本実施形態に係る酸化物鋳造体の製造方法が適用されるスラグ鋳造体製造装置１０の一例を示す断面模式図である。

溶融酸化物を固液共存酸化物とし、注入圧力を付与しながら金型に注入する。そして金型内にて固液共存酸化物の表面部分が凝固するまで保持圧力を付与する。固液共存酸化物の表面部分は凝固しているが内部はまだ凝固していない状態で、保持していた圧力を解除して金型から取り出す。これにより、金型の寿命を延ばすこと、および、製造に使用する金型の数を少なくでき、効率的に酸化物鋳造体を製造できる。

また、金型から取り出された表面部分が凝固した固液共存酸化物を、当該酸化物が凝固した酸化物鋳造体の熱伝導率以下の熱伝導率の部材を用いて保温する。これにより、冷却中の表面部分が凝固した固液共存酸化物における表面と中心部との温度差は小さくなり、酸化物鋳造体の熱歪による熱応力割れの発生を抑制できる。このように、本発明の酸化物鋳造体の製造方法を実施すれば、効率的であって、亀裂を生じさせることなく酸化物鋳造体を製造できることを見出して本発明を完成させた。以下、本発明を、酸化物として鉄鋼製造工程で発生した鉄鋼スラグである製鋼スラグ用いた実施形態を通じて説明する。

まず、本実施形態で用いた製鋼スラグの各状態における名称を定義する。以下の説明において、溶融スラグは、固相率０％の溶融したスラグと定義する。また、固液共存スラグは、固相率０％超１００％未満の溶融したスラグと定義し、半凝固スラグは、表面部分は凝固しているが中心部分は溶融スラグまたは固液共存スラグであるスラグと定義し、凝固スラグは、固相率が１００％の塊状のスラグ鋳造体と定義する。なお、固相率は、質量基準であって、固相スラグの質量割合を示す。

図２は、本実施形態に係る酸化物鋳造体の製造方法を実施できるスラグ鋳造体製造装置１０の一例を示す断面模式図である。スラグ鋳造体製造装置１０は、成形装置２０と、保温装置４０とを備える。

まず、成形装置２０について説明する。成形装置２０は、スラグ鍋２２を傾動させるスラグ鍋傾動アーム２４と、２つの酸素を吹き出すノズル２６と、ロート２８と、ロート２８の下方端部を封止するシャッタ３０と、射出棒３２と、金型３４とを備える。スラグ鍋傾動アーム２４は、鉄鋼製造工程で発生した製鋼スラグが装入されたスラグ鍋２２を左右方向の２点で軸支し、クレーンを用いてスラグ鍋２２を傾動させる。スラグ鍋傾動アーム２４は、スラグ鍋２２の傾動角度を制御して、スラグ鍋２２から排出される溶融スラグ５０の流量を制御する。なお、製鋼スラグは、酸化物の一例であり、製鋼スラグに代えて、同じく鉄鋼スラグである高炉スラグを用いてもよく、一般廃棄物、下水汚泥、又はこれらの焼却灰を溶融したごみ溶融スラグを用いてもよく、また、シリカといった金属酸化物を用いてもよい。

ノズル２６は、スラグ鍋２２から排出される溶融スラグ５０にガスを吹き付ける。これにより、溶融スラグ５０は冷却され固液共存スラグ５２にされる。本実施形態において、溶融スラグ５０を冷却して、固相率が１〜３０％の固液共存スラグ５２にしている。また、ノズル２６から吹き出すガスの流量は、例えば、実験的にガスの流量を変えて複数種類の固液共存スラグ５２を製造し、当該固液共存スラグ５２の固相率を測定することによって定める。すなわち、測定した固相率が１〜３０％の範囲内の固液共存スラグを製造した場合のガスの流量の範囲内に定めてよい。なお、固液共存スラグ５２の固相率は、熱力学平衡計算または固液共存スラグ５２の粘度測定により算出できる。

また、溶融スラグ５０が製鋼スラグである場合に、溶融スラグ５０に吹き付けるガスを酸化性ガスにすることが好ましい。溶融スラグ５０に酸化性ガスを吹き付けることによって、溶融スラグ５０中のＦｅＯを酸化してＦｅ_２Ｏ_３にすることができ、２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３を生成させるので、凝固した後の凝固スラグ中のフリーＣａＯを１質量％以下に低減できる。これにより、凝固スラグの水和膨張を抑制できる。なお、酸化性ガスとしては、酸素、空気または酸素を富化した空気を用いてよい。

溶融スラグ５０は、冷却されて固液共存スラグ５２となって、ロート２８に滴下する。ロート２８は、広がった口部でガスの吹き付けにより広がった固液共存スラグ５２を受け、固液共存スラグ５２をロート２８の中央部に案内する。ロート２８の下方には、ロート２８の排出口を封止するシャッタ３０が設けられている。ロート２８内の固液共存スラグ５２は、シャッタ３０が開かれることによって下方に供給され、シャッタ３０が閉じられることによって供給が停止される。シャッタ３０の開閉は、予め定められた量の固液共存スラグ５２が下方に供給されるように、例えば、シャッタ３０が開いた時間で制御される。また、供給される固液共存スラグ５２の量は、例えば、後述する金型３４の内容積と凝固スラグの密度等により予め定める。

射出棒３２は、例えば、直径１．０ｍ、長さが５.０ｍの円柱形状である鋳鋼製の棒である。射出棒３２は、金型３４に接近する方向に移動することによって、固液共存スラグ５２を金型３４の方向に移動させて、金型３４内に押し出す。金型３４は、例えば、内面形状が縦１．６ｍ以下、横１．６ｍ以下および高さ１．６ｍ以下である鋳鋼製の金型である。金型３４は、上金型３６および下金型３８から構成される。図２に示すように、上金型３６および下金型３８が上下に接合した状態で固液共存スラグ５２が押し出される。そして、固液共存スラグ５２が半凝固スラグ５４になった後、上金型３６と下金型３８とが例えば、上下に分離する。これによって、金型３４から半凝固スラグ５４が取り出される。なお、金型３４の内部の形状は、目的とする凝固スラグ５６の大きさに対応させて、任意の形状に定めてよい。

ロート２８の下方に供給された固液共存スラグ５２は、射出棒３２によって予め定められた注入圧力で押し出されて金型３４に注入される。なお、固液共存スラグ５２を金型３４に注入する注入圧力は、固液共存スラグ５２が金型３４内に十分に充填される圧力であればよい。固液共存スラグ５２が金型３４に十分に充填されたか否かは、金型３４から取り出された半凝固スラグ５４の表面に金型３４の内部形状が転写されているか否かで判断してよい。

射出棒３２は、金型３４に注入された固液共存スラグ５２の表面部分が凝固するまで、注入圧力と同じ圧力を保持圧力として固液共存スラグ５２に付与する。このように、表面部分が凝固するまで保持圧力を付与することで、半凝固スラグ５４を金型３４の内壁に押し付けるとともに、その反作用で金型３４から凝固界面に圧縮応力が加えられる。これにより、金型３４内において、表面部分が凝固する過程で生じる割れを抑制できる。射出棒３２は、固液共存スラグ５２の表面部分が凝固した後に、固液共存スラグ５２を押し出す前の位置に戻る。

固液共存スラグ５２は、例えば、表面から１０ｃｍ程度が凝固した状態、すなわち、表面部分は凝固しているが中心部分まで凝固する前の半凝固スラグ５４となった後に金型３４から取り出される。固液共存スラグ５２を金型３４に注入してから金型３４から半凝固スラグ５４を取り出すまでの時間は、金型３４に注入した固液共存スラグ５２の量と、注入した固液共存スラグ５２の固相率と、に基づいて決定されてよい。本実施形態において、金型３４に注入されるスラグは、溶融スラグ５０にガスを吹き付けて冷却した固液共存スラグ５２である。このため、金型３４で冷却する時間は、溶融スラグ５０にガスを吹き付けない場合と比較して短くなる。これにより、効率的に溶融スラグ５０から凝固スラグ５６を製造できる。

また、内部が凝固するまで金型３４内で当該スラグを保持すると、金型３４の温度が上昇し、金型の強度が低下して変形し、金型の寿命が短くなる。このように、半凝固スラグ５４の状態で金型３４から取り出すことで、金型３４の温度が上昇することを抑制できる。これにより、金型３４の寿命は延長する。また、金型３４の使用時間も短くできるので、準備する金型３４の数も少なくできる。これにより、効率的に溶融スラグ５０から凝固スラグ５６を製造できる。

次に、保温装置４０について説明する。一般的な凝固スラグの６００℃における熱伝導率は、１.０Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、半凝固スラグ５４の表面温度は約６００℃となるので、保温装置４０は、６００℃における熱伝導率が、１.０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であり、耐熱温度が１２００℃以上である物質で構成されることが好ましい。

保温装置４０は、トンネル４２とコンベア４４を備えることが好ましい。トンネル４２は、例えば、断面が直径２ｍの半円の筒である。トンネル４２の長さは、トンネル４２の出口において、凝固スラグ５６の表面の温度が４００℃以下になるような長さであればよい。

トンネル４２は、断熱ボードと断熱ウールとから構成されることが好ましい。本実施形態において、断熱ボードは、例えば、イソライト工業株式会社製のファイバーマックス（登録商標）１８００ボードである。ファイバーマックス（登録商標）１８００ボードの６００℃における熱伝導率は、０．２１Ｗ／ｍ・Ｋであり、耐熱温度は１８００℃である。また、断熱ウールは、例えば、ニチアス株式会社の生体分解性断熱ウールであるファインフレックス（登録商標）−Ｅブランケットである。ファインフレックス（登録商標）−Ｅブランケットの６００℃における熱伝導率は０．１５Ｗ／ｍ・Ｋであり、耐熱温度は、１２６０℃である。

コンベア４４は、床材４６と回転部材４８とを有することが好ましい。床材４６は、トンネル４２と同じ断熱ボードと断熱ウールから構成されることが好ましい。回転部材４８は、床材４６を右周りに回転させて、床材４６の上に載置された半凝固スラグ５４をトンネル４２の出口方向（図２中右方向）に搬送する。このように、保温装置４０には、凝固スラグの熱伝導率以下の物質で構成されたトンネル４２および床材４６によって囲まれた空間が形成されることが好ましい。

金型３４から取り出された半凝固スラグ５４は、保温装置４０で保温される。半凝固スラグ５４は、床材４６の上に載置され、トンネル４２を通過する。これにより、半凝固スラグ５４の保温が実行される。

保温装置４０の内部において、半凝固スラグ５４は、保温装置４０内の温度を上昇させる。保温装置４０の内部は、凝固スラグの熱伝導率以下の低熱伝導率の物質で囲まれているので、保温装置４０の内部の温度低下は抑制され、保温装置４０の内部の温度は、半凝固スラグ５４の表面温度に近い温度まで上昇する。保温装置４０の内部の温度が半凝固スラグ５４の表面温度に近くなると、半凝固スラグ５４の表面からの抜熱速度は、半凝固スラグ５４内部の伝熱速度よりも遅くなる。これにより、半凝固スラグ５４内の温度の均一化が進み、スラグ半凝固スラグ５４の中心部分と表面部分との温度差は小さくなる。

冷却時において半凝固スラグ５４の表面に発生する亀裂は、半凝固スラグ５４の中心部分と表面部分との温度差による熱応力によって発生する。このため、保温装置４０内で半凝固スラグ５４を保温し、中心部分と表面部分との温度差を小さくすることによって、半凝固スラグ５４に亀裂が発生することを抑制することができる。これにより、亀裂のない凝固スラグ５６を安定的に製造できる。

また、保温装置４０内において、半凝固スラグ５４の中心部分の熱は表面側まで伝熱するので、半凝固スラグ５４の中心温度は低下し、表面温度は上昇する。この場合において、半凝固スラグ５４の表面温度がスラグの固相線温度以下になるように、トンネル４２および床材４６の材料を定めることが好ましい。ここで、スラグの固相線温度とは、固相スラグから液相が生成し始める温度である。

半凝固スラグ５４の表面温度がスラグの固相線温度を超えると、保温装置４０内において、半凝固スラグ５４の表面は変形する。半凝固スラグ５４の表面が変形すると、当然、凝固スラグ５６の表面も変形する。表面が変形した凝固スラグ５６の価値は、著しく低下する。このため、トンネル４２および床材４６の材料の熱伝導率を高めることで半凝固スラグ５４の表面から抜熱させ、半凝固スラグ５４の表面温度をスラグの固相線温度以下にすることが好ましい。なお、保温装置４０内における半凝固スラグ５４の表面温度がスラグの固相線温度以下になるように、金型３４内で固液共存スラグ５２を冷却する時間を長くしてもよい。

保温装置４０内において、半凝固スラグ５４は、中心部分と表面部分との温度差を小さくされた上で、さらに冷却されて凝固スラグ５６になる。このように、本実施形態に係るスラグ鋳造体の製造方法を実施することで、亀裂を発生させることなく効率的に溶融スラグ５０から目的の大きさの凝固スラグ５６を製造できる。

なお、本実施形態において、固液共存スラグ５２の固相率が１０〜３０％になるように、溶融スラグ５０にガスを吹き付ける例を示した。しかしながら、上記固相率の範囲は、あくまで好ましい範囲であって、この範囲に限られない。凝固に伴うスラグの収縮量は、溶融スラグから凝固させた場合と比較して、固相率の高い状態から凝固させる方が小さくなる。固相率を１０％以上とすることで、凝固に伴うスラグの収縮量を小さくでき、この結果、凝固スラグの中心部分に生じる凝固収縮孔の生成を抑制できる。また、固液共存スラグ５２の固相率を３０％以下にすることで、固液共存スラグ５２の粘度が高くなりすぎることを抑制できる。これにより、固液共存スラグ５２を、射出棒３２を用いて金型３４に円滑に注入でき、半凝固スラグ５４を成形できる。

また、本実施形態において、２つのノズル２６から溶融スラグ５０にガスを吹き付けて、溶融スラグ５０を凝固共存スラグ５２にする例を示した。しかしながら、溶融スラグ５０を均一に冷却できれば、ノズル２６の数は、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。また、ノズル２６で冷却することに代えて、内部に撹拌手段を設けた冷却鍋を用いて溶融スラグ５０を均一に冷却させ、固液共存スラグ５２としてもよい。

また、本実施形態において、保持圧力と注入圧力とを同じ圧力とした例を示したが、これに限られない。固液共存スラグ５２の表面部分が凝固するまで付与し続ける保持圧力は、注入圧力よりも高くてもよく、また、低くてもよい。なお、固液共存スラグ５２の表面部分が凝固した後においても保持圧力を付与し続けると当該保持圧力によって表面形状が複雑になるおそれがある。そのため、表面部分の凝固とともに保持圧力を低くしてもよい。

図２に示したスラグ鋳造体製造装置１０を用いて、製造条件を変えながら、一辺の寸法が１．６ｍの立方体形状であって、１個の質量が１００００ｋｇの凝固スラグ５６を製造した実施例および比較例を説明する。表１は、実施例および比較例における製造条件および、当該製造条件で製造された凝固スラグの状態を示す。

表１において、「原料」の列に記載された「予備処理スラグ」、「ごみ溶融スラグ」および「シリカ」は、溶融酸化物として用いた酸化物の種類を示す。「予備処理スラグ」、「ごみ溶融スラグ」および「シリカ」の成分を下記表２に示す。

また、「成形方法」の列に記載された「注入」は、射出棒３２を用いて固液共存スラグに注入圧力を付与して固液共存スラグを金型３４に注入して成形したことを示す。また、「流し込み」は、射出棒３２を用いることなく、注入圧力を付与せずに金型３４に固液共存スラグを流し込んで成形したことを示す。

また、「圧力」の列における「有」は、固液共存スラグの表面部分が凝固するまで、金型３４に固液共存スラグを押し出した注入圧力を保持圧力として付与したことを示す。また、「無」は、当該圧力を付与しなかったことを示す。

また、「固相率」の列における数値は、固液共存スラグの固相率（％）を示す。また、「脱型タイミング」の列における数値は、固液共存スラグを金型３４に注入してから、金型３４から取り出すまでの時間（ｍｉｎ）を示す。なお、「脱型タイミング」の列における記号「−」は、金型３４から取り出さず、金型３４内で冷却して凝固スラグを製造したことを示す。

また、「保温」の列における「有」は、半凝固スラグを、保温装置４０を用いて保温したことを示す。また、「無」は、半凝固スラグを保温しなかったことを示す。

また、「凝固収縮孔」の列における「有」は、凝固スラグの中心部分に凝固収縮孔が生成したことを示す。また、「無」は、凝固収縮孔が生成しなかったことを示す。「亀裂」の列に記載された「有」は、凝固スラグに亀裂が生じたことを示す。また、「無」は、凝固スラグに亀裂が生じなかったことを示す。「表面状態」の列に記載された「○」は、凝固スラグの表面に金型３４の内部形状が転写されて、平滑な形状に成形されたことを示す。また、「△」は、凝固スラグの表面に金型３４の内部形状が転写されず、複雑な形状になったことを示す。

実施例１〜５に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固スラグには凝固収縮孔および亀裂はなく、凝固スラグの表面は、金型３４の内部形状が転写されて平滑な形状になっていた。また、実施例６に示した製造方法で製造した凝固スラグには、亀裂の発生はなく、凝固スラグの表面は、金型３４の内部形状が転写されて平滑な形状になっていたが、中心部分に凝固収縮孔が確認された。これは、固液共存スラグの固相率が５％と低く凝固による収縮量を小さくできなかったので、中心部分に凝固収縮孔が生成したと考えられる。また、実施例１〜６における凝固スラグの表面が、金型３４の内部形状が転写されて平滑な形状になっていたことから、保温装置４０内における半凝固スラグ５４の表面温度は、スラグの固相線温度以下になっていたと考えられる。

実施例７に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固スラグには亀裂はなく、凝固収縮孔も発生しなかったが、凝固スラグの表面は、金型３４の内部形状が転写されず、複雑な形状になった。固相率が３０％の固液共存スラグは粘度が高いので、注入圧力を付与せずに流し込むだけでは凝固スラグに金型３４の内部形状が転写されず、表面形状が複雑になったと考えられる。

実施例８、９に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固スラグ及び実施例１０に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固酸化物には亀裂はなく、表面は金型３４の内部形状が転写されて平滑な形状になっていたが、中心部分に凝固収縮孔が確認された。これは、固液共存スラグの固相率が１％と低く凝固による収縮量を小さくできなかったので、中心部分に凝固収縮孔が生成したと考えられる。

比較例１に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固スラグには凝固収縮孔はなく、凝固スラグの表面は、金型３４の内部形状が転写されて平滑な形状になっていた。しかしながら、凝固スラグには亀裂が生じ、ぼろぼろに崩れてしまう状態であった。比較例１に示した製造方法は、金型３４内で固液共存スラグを冷却して、凝固スラグを製造している。このため、半凝固スラグの表面部分と中心部分との温度差を小さくできず、中心部分と表面部分との温度差による熱応力によって凝固スラグの表面に亀裂が生じたと考えられる。

比較例２に示したスラグ鋳造体の製造方法で製造した凝固スラグの中心部分には凝固収縮孔はなかった。しかしながら、凝固スラグの表面は、金型３４の内部形状が転写されず、また、凝固スラグには亀裂が生じ、ぼろぼろに崩れてしまう状態であった。固相率が３０％の固液共存スラグは粘度が高いので、注入圧力を付与せずに流し込むだけでは凝固スラグに金型の内部形状が転写されず、表面形状が複雑になり、さらに、半凝固スラグの表面部分と中心部分との温度差を小さくできず、中心部分と表面部分との温度差による熱応力によって凝固スラグの表面に亀裂が生じたと考えられる。

比較例３に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固スラグの表面は、金型３４の内部形状が転写されていた。しかしながら、凝固スラグの中心部分には凝固収縮孔が確認され、また、表面には亀裂が生じ、ぼろぼろに崩れてしまう状態であった。固液共存スラグの固相率が５％と低く凝固による収縮量を小さくできず、中心部分に凝固収縮孔が生成し、さらに、半凝固スラグの表面部分と中心部分との温度差を小さくできず、中心部分と表面部分との温度差による熱応力によって凝固スラグの表面に亀裂が生じたと考えられる。

比較例４、５に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固スラグ及び比較例６に示した酸化物鋳造体の製造方法で製造した凝固酸化物の表面は、金型３４の内部形状が転写されていた。しかしながら、中心部分には凝固収縮孔が確認され、また、表面には亀裂が生じ、ぼろぼろに崩れてしまう状態であった。この場合も、固液共存スラグの固相率が１％と低く凝固による収縮量を小さくできず、中心部分に凝固収縮孔が生成し、さらに、表面部分と中心部分との温度差を小さくできず、中心部分と表面部分との温度差による熱応力によって亀裂が生じたと考えられる。

これら本発明の実施例および比較例の結果から、本発明の酸化物鋳造体の製造方法を実施して製造した凝固酸化物においては、凝固酸化物に亀裂が生じてぼろぼろに崩れることはなかった。このように、本発明の酸化物鋳造体の製造方法を実施することで、亀裂を発生させることなく、溶融酸化物から効率的に目的の大きさの酸化物鋳造体を製造できることが確認できた。

１０： スラグ鋳造体製造装置
２０： 成形装置
２２： スラグ鍋
２４： スラグ鍋傾動アーム
２６： ノズル
２８： ロート
３０： シャッタ
３２： 射出棒
３４： 金型
３６： 上金型
３８： 下金型
４０： 保温装置
４２： トンネル
４４： コンベア
４６： 床材
４８： 回転部材
５０： 溶融スラグ
５２： 固液共存スラグ
５４： 半凝固スラグ
５６： 凝固スラグ

Claims (9)

1. 溶融酸化物を固液共存酸化物にし、前記固液共存酸化物を金型に注入した後、前記固液共存酸化物の表面部分は凝固しているが中心部分まで凝固する前に前記金型から取り出し、保温して酸化物鋳造体を製造する酸化物鋳造体の製造方法であって、
   前記金型から取り出した前記固液共存酸化物の表面温度は、固相線温度以下であることを特徴とする酸化物鋳造体の製造方法。
2. 前記固液共存酸化物は、固相率が１〜３０％の範囲内の酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
3. 前記固液共存酸化物を前記金型に注入してから前記金型から取り出すまでの時間は、前記金型に注入した前記固液共存酸化物の量と、注入した前記固液共存酸化物の固相率とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
4. 前記保温は、前記金型から取り出した前記固液共存酸化物を、前記酸化物鋳造体の熱伝導率以下の物質で構成されるトンネル内を通過させることで実行されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
5. 前記物質は、６００℃における熱伝導率が１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であって、耐熱温度が１２００℃以上であることを特徴とする請求項４に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
6. 前記金型から取り出した前記固液共存酸化物の寸法は、１辺１．６ｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
7. 前記固液共存酸化物を金型に注入する際、注入圧力を付与し、前記固液共存酸化物の表面部分が凝固するまで保持圧力を付与し続けることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
8. 前記溶融酸化物は、溶融状態のスラグであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の酸化物鋳造体の製造方法。
9. 前記溶融酸化物は、溶融状態の鉄鋼スラグであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の酸化物鋳造体の製造方法。