JP6900923B2

JP6900923B2 - スラグ材の製造方法

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Publication number: JP6900923B2
Application number: JP2018050465A
Authority: JP
Inventors: 加藤　裕介; 裕介加藤; 克則 ▲高▼橋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2038-03-19
Also published as: JP2019163175A

Description

本発明は、溶融状態のスラグからスラグ材を製造するスラグ材の製造方法に関する。

脱炭吹錬によって生じる脱炭スラグは、精錬時に使用した生石灰の一部が未反応で残留したフリーライムを含有するので、水と接触すると膨張するという問題がある。そのため、脱炭スラグを路盤材に使用する場合には、水蒸気エージング処理を行い、フリーライムを水和させてＣａ（ＯＨ）_２にしておく必要がある。一方、フリーライムを予め低減できれば、水蒸気エージング処理を行なわずに、脱炭スラグをそのまま路盤材にできる可能性がある。

フリーライムを予め低減する技術として、特許文献１には、溶融スラグ中に酸素を吹き込み、スラグ中に含まれるＦｅＯを酸化してＦｅ_２Ｏ_３とし、そのＦｅ_２Ｏ_３を用いて２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３の形でフリーライムを固定化し、これによりフリーライムを低減できることが記載されている。しかしながら、溶融スラグ中に酸素を吹き込む方法は、溶融スラグ中に酸素を吹き込むので、酸素吹き込み用のランスが必要になる。通常、ランスは、鋼鉄製パイプを用いており、ランスから酸素を高温のスラグに吹き込む際にランス自身が酸化して消耗する。また、溶融スラグ中に酸素を吹き込むとスラグ湯面が大きく変動し容器から溢れてしまう。

溶融スラグ中に酸素を吹き込むことなくフリーライムを低減させる技術として、非特許文献１には、風砕法により溶融スラグを球形状の細粒にし、空気中の酸素によってＦｅＯを酸化させる技術が開示されている。スラグ中に含まれるＦｅＯを空気中で酸化させてＦｅ_２Ｏ_３とし、そのＦｅ_２Ｏ_３を用いて２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３の形でフリーライムを固定化し、これによりフリーライムを低減できることが記載されている。

特許文献２には、溶融スラグを液滴として飛散させた後に壁に衝突させて、フリーライムが低減され、且つ、運搬が容易な塊状のスラグ材を製造する方法が開示されている。

特開平９−２５６０２７号公報特開２０１７−８１８１４号公報

今井寮一郎、外４名「風砕による転炉スラグの風化崩壊性の改善について」、鉄と鋼（１９７９）、Ｓ１１４

スラグに含まれるＦｅＯは、空気中の酸素と接触することで酸化されるので、スラグの液滴の比表面積（単位質量当たりの表面積）が大きいとスラグ中のＦｅＯは酸化されやすくなり、比表面積が小さいとスラグ中のＦｅＯは酸化されにくくなる。また、同じ比表面積のスラグの液滴であれば、液滴の飛散距離が長いと酸化されるＦｅＯは多くなり、液滴の飛散距離が短いと酸化されるスラグ中のＦｅＯは少なくなる。

一方、スラグの流量と、当該スラグに吹き付ける空気の風量および風速と、を一定に維持することは困難であるので、これらの要因によってスラグの液滴の飛散距離は変動する。このように、液滴の飛散距離が変動するので、飛散距離が短い液滴が凝固した凝固スラグでは、Ｆｅ_２Ｏ_３が生成されないのでフリーライムを２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３の形で固定できず、凝固スラグに残留する。このフリーライムが残留した凝固スラグが、飛散距離が長くフリーライムが低減された凝固スラグとともに回収されると、回収された凝固スラグ全体の水和膨張の抑制効果が阻害される、という課題があった。

本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水和膨張リスクの高いスラグまたは水和膨張リスクの低いスラグを用いて、水和膨張が抑制されたスラグ材を製造できるスラグ材の製造方法を提供する点にある。

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］溶融状態の製鋼スラグに外力を加えて、径が１０ｍｍ以下の液滴にして飛散させる風砕工程と、飛散させた前記製鋼スラグを凝固させて凝固スラグにする凝固工程と、前記凝固工程で得られた前記凝固スラグを破砕してスラグ材とする破砕工程と、を有し、前記製鋼スラグは、前記製鋼スラグに外力が加えられる前の組成が下記（１）式を満足するスラグであり、前記破砕工程では、前記風砕工程で４ｍ以上飛散して凝固した前記凝固スラグを破砕する、スラグ材の製造方法。
５＜ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦１５・・・（１）
但し、前記（１）式のＣａＯは前記製鋼スラグのＣａＯ濃度（質量％）であり、ＳｉＯ_２は前記スラグのＳｉＯ_２濃度（質量％）であり、Ｔ．Ｆｅは前記製鋼スラグのトータルＦｅ濃度（質量％）であり、Ａｌ_２Ｏ_３は前記製鋼スラグのＡｌ_２Ｏ_３濃度（質量％）であり、Ｐ_２Ｏ_５は前記製鋼スラグのＰ_２Ｏ_５濃度（質量％）である。
［２］溶融状態の製鋼スラグに外力を加えて、径が１０ｍｍ以下の液滴にして飛散させる風砕工程と、飛散させた前記製鋼スラグを凝固させて凝固スラグにする凝固工程と、前記凝固工程で得られた前記凝固スラグを破砕してスラグ材とする破砕工程と、を有し、前記製鋼スラグは、前記製鋼スラグに外力が加えられる前の組成が下記（２）式を満足するスラグであり、前記破砕工程では、前記風砕工程で２ｍ以上飛散して凝固した前記凝固スラグを破砕する、スラグ材の製造方法。
ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦５・・・（２）
但し、前記（２）式のＣａＯは前記製鋼スラグのＣａＯ濃度（質量％）であり、ＳｉＯ_２は前記製鋼スラグのＳｉＯ_２濃度（質量％）であり、Ｔ．Ｆｅは前記製鋼スラグのトータルＦｅ濃度（質量％）であり、Ａｌ_２Ｏ_３は前記製鋼スラグのＡｌ_２Ｏ_３濃度（質量％）であり、Ｐ_２Ｏ_５は前記製鋼スラグのＰ_２Ｏ_５濃度（質量％）である。
［３］溶融状態の製鋼スラグに外力を加えて、径が１０ｍｍ以下の液滴にして飛散させる風砕工程と、飛散させた前記製鋼スラグを凝固させて凝固スラグにする凝固工程と、前記凝固工程で得られた前記凝固スラグを破砕してスラグ材とする破砕工程と、を有し、前記製鋼スラグに外力が加えられる前の前記製鋼スラグの組成が下記（１）式を満足する場合は、前記風砕工程で４ｍ以上飛散して凝固した前記凝固スラグを前記破砕工程で破砕し、前記製鋼スラグの組成が下記（２）式を満足する場合は、前記風砕工程で２ｍ以上飛散して凝固した前記凝固スラグを前記破砕工程で破砕する、スラグ材の製造方法。
５＜ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦１５・・・（１）
ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦５・・・（２）
但し、前記（１）式および前記（２）式のＣａＯは前記製鋼スラグのＣａＯ濃度（質量％）であり、ＳｉＯ_２は前記製鋼スラグのＳｉＯ_２濃度（質量％）であり、Ｔ．Ｆｅは前記製鋼スラグのトータルＦｅ濃度（質量％）であり、Ａｌ_２Ｏ_３は前記製鋼スラグのＡｌ_２Ｏ_３濃度（質量％）であり、Ｐ_２Ｏ_５は前記製鋼スラグのＰ_２Ｏ_５濃度（質量％）である。
［４］前記凝固工程では、前記風砕工程の飛散距離が４ｍ以上の前記凝固スラグと、前記風砕工程の飛散距離が４ｍ未満の前記凝固スラグとを壁面または段差を用いて仕切る、［１］に記載のスラグ材の製造方法。
［５］前記凝固工程では、前記風砕工程の飛散距離が２ｍ以上の前記凝固スラグと、前記風砕工程の飛散距離が２ｍ未満の前記凝固スラグとを壁面または段差を用いて仕切る、［２］に記載のスラグ材の製造方法。
［６］前記凝固工程では、前記風砕工程の飛散距離が４ｍ以上の前記凝固スラグと、前記風砕工程の飛散距離が２ｍ以上４ｍ未満の前記凝固スラグと、前記風砕工程の飛散距離が２ｍ未満の前記凝固スラグとを壁面または段差を用いて仕切る、［３］に記載のスラグ材の製造方法。
［７］前記凝固工程では、前記製鋼スラグの液滴の半量以上を融着させて塊成化する、［１］から［６］の何れか１つに記載のスラグ材の製造方法。

本発明に係るスラグ材の製造方法では、スラグの液滴径の上限を定めて、水和膨張リスクの高いスラグおよび水和膨張リスクの低いスラグごとに予め定められた距離以上飛散して凝固した凝固スラグを用いてスラグ材を製造するので、Ｆｅ_２Ｏ_３が生成されずフリーライムが低減されていない凝固スラグがスラグ材の製造に用いられることがない。これにより、従来よりも水和膨張が抑制されたスラグ材を製造できる。

本発明の実施形態に係る風砕工程および凝固工程が実施できるスラグ風砕設備１０の側面模式図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る風砕工程および凝固工程が実施できるスラグ風砕設備１０の側面模式図である。スラグ風砕設備１０は、樋１４と、ブロアー１６と、回収板２２と、３枚の衝立２４、２６、２８と、を有する。

製鋼工場において発生した溶融状態の製鋼スラグは、スラグ鍋１２に排滓される。溶融状態の製鋼スラグ３０は、スラグ鍋１２に装入された状態で搬送され、樋１４の上方に設置される。このスラグ鍋１２と、樋１４と、ブロアー１６とを用いて風砕工程が実施される。なお、図１において、スラグ鍋１２、樋１４およびブロアー１６は側面図であり、回収板２２および衝立２４、２６、２８および凝固スラグ３２、３４、３６は断面図である。

溶融状態の製鋼スラグ３０は、スラグ鍋１２が傾動されることでスラグ鍋１２から流出される。ここで、製鋼スラグ３０は、例えば、転炉を用いた脱炭精錬によって生じたフリーライムを３質量％以上含む脱炭スラグである。なお、脱炭スラグに代えて、脱りん精錬によって生じたフリーライムを３質量％以上含む脱りんスラグを用いてもよい。ここで、フリーライムは、溶鉄の精錬に使用された生石灰の未反応物や高濃度にＣａＯを含む晶出物であり、「遊離石灰」、「ｆ−ＣａＯ」とも呼ばれるものである。

ブロアー１６は、ブロアー本体１８と、ノズル２０を有する。ブロアー本体１８は、外部の空気を取り込んで、内部の空気の圧力を高める。圧力の高められた空気は、ノズル２０から吹き出される。また、ノズル２０は、不図示の風速調整弁を含む。風速調整弁の開度が調整されることでノズル２０から吹き出される空気の風速が調整される。

スラグ鍋１２から流出された製鋼スラグ３０は、樋１４を通じてノズル２０の前方に流出される。ブロアー１６は、ノズル２０から溶融状態の製鋼スラグ３０に空気を吹き付け、製鋼スラグ３０を液滴にして飛散させる。製鋼スラグ３０に含まれるＦｅＯは、製鋼スラグ３０の液滴が空気中を飛散する過程で空気に含まれる酸素によって酸化されてＦｅ_２Ｏ_３が生成される。酸化によって生成されたＦｅ_２Ｏ_３によりフリーライムは、２ＣａＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３の形で固定される。これにより、製鋼スラグ３０に含まれるフリーライムは減少する。

このように、製鋼スラグ３０を液滴にして空気中を飛散させることで製鋼スラグ３０のフリーライムが減少するので、風砕工程が実施された後の製鋼スラグ３０は、フリーライムによる水和膨張が抑制されたスラグとなる。なお、ブロアー１６から空気を吹き付けることは製鋼スラグ３０に外力を加えることの一例であり、ブロアー１６から製鋼スラグ３０に空気を吹き付けることに代えて、回転体に溶融した製鋼スラグ３０流を落下させ、回転体を回転させることで製鋼スラグ３０に外力を加えてもよい。

本実施形態では、製鋼スラグ３０の液滴の径が１０ｍｍ以下になるように、樋１４から流出される製鋼スラグ３０の流量およびブロアー１６から吹き付けられる空気の風速を調整している。なお、本実施形態において、液滴の径は、衝立などを設けずに飛散された製鋼スラグの液滴に衝撃を加わらないように凝固させて球状の凝固スラグとし、当該球状の凝固スラグを用いて測定される数平均粒径である。

凝固工程は、回収板２２と、衝立２４、２６、２８を用いて実施される。回収板２２は、地表面上に設けられた鉄製の板である。衝立２４、２６、２８は、回収板２２上に突設されて設けられている。衝立２４は、ノズル２０の先端から２ｍとなる位置に設けられ、衝立２６は、ノズル２０の先端から４ｍとなる位置に設けられ、衝立２８は、ノズル２０の先端から７ｍとなる位置に設けられている。本実施形態において、衝立２４、２６、２８は壁面の一例であり、衝立に代えて傾斜板を設けてもよい。

製鋼スラグ３０は、スラグ鍋１２が傾動されてスラグ鍋１２から流出され、樋１４を通じてノズル２０の前方に流れるが、傾動角度を制御したとしてもスラグ鍋１２から流出される製鋼スラグ３０の流量を一定に維持することは困難である。また、ブロアー１６から吹き付けられる空気の流量および流速も一定に維持することは困難であり、これらの要因によって風砕工程における製鋼スラグ３０の液滴の飛散距離は変動する。本実施形態において、風砕工程の飛散距離は、製鋼スラグ３０に外力が加えられるノズル２０の先端の位置から液滴が回収板に落下もしくは衝立２４、２６、２８に衝突して融着するまでの距離である。

飛散された製鋼スラグ３０の液滴のうち、飛散距離が２ｍ未満の液滴は、ノズル２０と衝立２４の間に落下し、回収板２２または衝立２４に融着する。回収板２２に融着したスラグは、飛散中は空気に抜熱され、融着後は回収板２２および空気に抜熱されて凝固スラグ３２となる。また、衝立２８に衝突したスラグ液滴は、飛散中は空気に抜熱され、融着後は衝立２４および空気に抜熱されて凝固スラグ３２となる。凝固スラグの内の一部は液滴同士が融着せずに略球形のまま凝固するが、略球形の形状は固体でも流動し貯蔵と運搬の方法が制約される。略球形の凝固スラグを全体の半量未満とし、半量以上の凝固スラグを液滴同士が融着して塊成化された凝固スラグとすれば略球形の凝固スラグの流動が抑制されて、砕石などと同じ貯蔵方法および運搬方法で扱える。略球形の凝固スラグの比率を下げるには、液滴が着地したり衝突した後に広範囲に散逸しないように回収板２２を傾けたり、衝立２４、２６、２８を設ければよい。

また、ノズル２０の先端から飛散された製鋼スラグ３０の液滴のうち、飛散距離が２ｍ以上４ｍ未満の液滴は、衝立２４と衝立２６の間に落下し、回収板２２または衝立２６に融着する。回収板２２に融着したスラグは、飛散中は空気に抜熱され、融着後は回収板２２および空気に抜熱されて凝固スラグ３４となる。また、衝立２６に衝突したスラグ液滴は、飛散中は空気に抜熱され、融着後は衝立２６および空気に抜熱されて凝固スラグ３４となる。

また、ノズル２０の先端から飛散された製鋼スラグ３０の液滴のうち、飛散距離が４ｍ以上の液滴は、衝立２６と衝立２８の間に落下して回収板２２または衝立２８に融着する。回収板２２に融着したスラグは、飛散中は空気に抜熱され、融着後は回収板２２および空気に抜熱されて凝固スラグ３６となる。また、衝立２８に衝突したスラグ液滴は、飛散中は空気に抜熱され、融着後は衝立２８および空気に抜熱されて凝固スラグ３６となる。なお、飛散距離が長いスラグ液滴も衝立２８を超えないように、衝立２８の高さを他の衝立２４、２６よりも高くしている。

本実施形態のスラグ材の製造方法では、ブロアー１６から空気を吹き付ける前の製鋼スラグ３０の組成が下記（１）式を満足するスラグである場合、風砕工程で４ｍ以上飛散した凝固スラグ３６を用いてスラグ材を製造し、風砕工程の飛散距離が４ｍ未満の凝固スラグ３２および凝固スラグ３４はスラグ材の製造に用いない。

５＜ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦１５・・・（１）
但し、上記（１）式のＣａＯは製鋼スラグ３０のＣａＯ濃度（質量％）であり、ＳｉＯ_２は製鋼スラグ３０のＳｉＯ_２濃度（質量％）であり、Ｔ．Ｆｅは製鋼スラグ３０のトータルＦｅ濃度（質量％）であり、Ａｌ_２Ｏ_３は製鋼スラグ３０のＡｌ_２Ｏ_３濃度（質量％）であり、Ｐ_２Ｏ_５は製鋼スラグ３０のＰ_２Ｏ_５濃度（質量％）である。（１）式において、係数１．８７、０．８５、１．１０、１．１８は、それぞれが掛かる物質とＣａＯが安定な化合物を生成する場合の重量比から定めた値であり、式（１）の中辺は安定な化合物を生成した後に残るＣａＯ濃度の指標である。

製鋼スラグ３０の組成が上記（１）式を満足するスラグは、フリーライムの含有量が多い水和膨張リスクの高いスラグである。このため、上記（１）を満足する製鋼スラグの場合、風砕工程により製鋼スラグ中の２価の鉄原子を、下記（３）式を満たすまで酸化させる必要がある。これにより、風砕工程を実施した後の凝固スラグに含まれるフリーライムの濃度を３質量％未満にでき、製鋼スラグ３０を水和膨張が抑制されたスラグ材に改質できる。

Ｆｅ^３＋／（Ｆｅ^３＋＋Ｆｅ^２＋）≧０．８５・・・（３）
上記（３）式においてＦｅ^３＋は製鋼スラグ中の３価の鉄原子の濃度（質量％）であり、Ｆｅ^２＋は製鋼スラグ中の２価の鉄原子の濃度（質量％）である。３価の鉄原子の濃度および２価の鉄原子の濃度は、例えば、ＪＩＳＭ８８１５−１９７６に記載の方法を用いて測定できる。

上記（１）式を満足する製鋼スラグを用いて、液滴径を１０ｍｍとし飛散距離を変えた風砕実験を行った所、風砕工程が実施された後の凝固スラグの２価および３価の鉄原子の濃度が上記（３）式を満足させるには、製鋼スラグの液滴を４ｍ以上飛散させる必要があることがわかった。この結果から、製鋼スラグ３０の組成が（１）式を満足するスラグである場合、風砕工程で４ｍ以上飛散した凝固スラグ３６を用いてスラグ材を製造し、風砕工程の飛散距離が４ｍ未満の凝固スラグ３２、３４を用いないことで、フリーライムの含有割合が３質量％未満に低減され水和膨張が抑制された凝固スラグのみを用いてスラグ材を製造できる。

また、ブロアー１６から空気を吹き付ける前の製鋼スラグ３０の組成が下記（２）式を満足するスラグである場合、風砕工程で２ｍ以上飛散した凝固スラグ３４および凝固スラグ３６を用いてスラグ材を製造し、風砕工程の飛散距離が２ｍ未満の凝固スラグ３２はスラグ材の製造に用いない。

ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦５・・・（２）
但し、上記（２）式のＣａＯは製鋼スラグ３０のＣａＯ濃度（質量％）であり、ＳｉＯ_２は製鋼スラグ３０のＳｉＯ_２濃度（質量％）であり、Ｔ．Ｆｅは製鋼スラグ３０のトータルＦｅ濃度（質量％）であり、Ａｌ_２Ｏ_３は製鋼スラグ３０のＡｌ_２Ｏ_３濃度（質量％）であり、Ｐ_２Ｏ_５は製鋼スラグ３０のＰ_２Ｏ_５濃度（質量％）である。

製鋼スラグ３０の組成が上記（２）式を満足するスラグは、フリーライムの含有量が少ない水和膨張リスクの低いスラグである。このため、上記（２）を満足するスラグの場合、風砕工程によりスラグ中の２価の原子を、下記（４）式を満たすまで酸化させる必要がある。これにより、風砕工程を実施した後のフリーライムの濃度を３質量％未満にでき、製鋼スラグ３０を水和膨張が抑制されたスラグ材に改質できる。

Ｆｅ^３＋／（Ｆｅ^３＋＋Ｆｅ^２＋）≧０．７・・・（４）
上記（４）式においてＦｅ^３＋は製鋼スラグ中の３価の鉄原子の濃度（質量％）であり、Ｆｅ^２＋は製鋼スラグ中の２価の鉄原子の濃度（質量％）である。

上記（２）式を満足する製鋼スラグを用いて、液滴径を１０ｍｍとし飛散距離を変えた風砕実験を行った所、風砕工程が実施された後の凝固スラグの２価および３価の鉄原子の濃度が上記（４）式を満足させるには、製鋼スラグの液滴を２ｍ以上飛散させる必要があることがわかった。この結果から、製鋼スラグ３０の組成が（２）式を満足するスラグである場合、風砕工程で２ｍ以上飛散した凝固スラグ３４、３６を用いてスラグ材を製造し、風砕工程の飛散距離が４ｍ未満の凝固スラグ３２を用いないことで、フリーライムの含有割合が３質量％未満に低減され水和膨張が抑制された凝固スラグのみを用いてスラグ材を製造できる。

凝固工程で凝固した凝固スラグは、破砕工程で破砕されてスラグ材となる。破砕工程では、凝固スラグがクラッシャー等の破砕機で破砕され、その後、スクリーン等の篩を用いて、例えば、路盤材として要求される粒度に調整される。このようにして、本実施形態に係るスラグ材の製造方法でスラグ材が製造される。

以上説明したように、本実施形態に係るスラグ材の製造方法では、スラグの液滴径の上限を定めて、水和膨張リスクの高い上記（１）式を満足するスラグに対しては風砕工程で４ｍ以上飛散して凝固した凝固スラグ３６を破砕してスラグ材を製造する。また、水和膨張リスクの低い上記（２）式を満足するスラグに対しては風砕工程で２ｍ以上飛散して凝固した凝固スラグ３４、３６を破砕してスラグ材を製造する。これにより、製造されたスラグ材は、フリーライムの濃度が３質量％未満に低減されたスラグ材となるので、本実施形態に係るスラグ材の製造方法を実施することで、水和膨張が抑制されたスラグ材を製造できる。

さらに、水和膨張リスクの高いスラグと水和膨張リスクの低いスラグとを上記（１）式と（２）式を用いて特定し、（１）式を満足するスラグに対しては、風砕工程で４ｍ以上飛散された凝固スラグを用いてスラグ材を製造し、（２）式を満足するスラグに対しては、風砕工程で２ｍ以上飛散された凝固スラグを用いてスラグ材を製造する。製鋼スラグを水和膨張リスクの高いスラグと水和膨張リスクの低いスラグとに分けない場合には、水和膨張が抑制されていない凝固スラグを含むリスクから風砕工程の飛散距離が２ｍ以上４ｍ未満の凝固スラグは用いられ得ない所、製鋼スラグを水和膨張リスクの高いスラグと水和膨張リスクの低いスラグとに分け、それぞれのスラグに対してスラグ液滴の飛散距離の閾値を定めることで、飛散距離が２ｍ以上４ｍ未満の凝固スラグであっても上記（２）式を満足するスラグである場合は当該スラグを用いてスラグ材が製造できるようになるので水和膨張が抑制されたスラグ材の製造量を増やすことができる。

なお、本実施形態では、衝立２４、２６、２８を設けたスラグ風砕設備１０を用いた例を示したが、これに限られない。例えば、（１）式を満足する製鋼スラグのみを用いるのであれば、少なくともノズル２０の先端から４ｍとなる位置に設けられた衝立２６を設ければよい。これにより、水和膨張が抑制された凝固スラグ３６と、水和膨張が抑制されていない凝固スラグ３２、３４とが仕切られ、凝固スラグ３６と凝固スラグ３２、３４とが混合することを防止できる。同様に、（２）式を満足する製鋼スラグのみを用いるのであれば、少なくともノズル２０の先端から２ｍとなる位置に設けられた衝立２４を設ければよい。これにより、水和膨張が抑制された凝固スラグ３４、３６と、水和膨張が抑制されていない凝固スラグ３２とが仕切られ、凝固スラグ３４、３６と凝固スラグ３２とが混合することを防止できる。さらに、水和膨張が抑制された凝固スラグと、水和膨張が抑制されていない凝固スラグとの混合を防止できるピットや溝などの段差を回収板２２に設ければ、衝立２４、２６、２８を設けなくてもよい。

次に、本実施形態に係るスラグ材の製造方法における風砕工程を実施した実施例を説明する。図１に示したスラグ風砕設備１０を用いて、スラグ鍋１２から１５５０〜１７００℃の溶融した脱炭スラグＡを３ｔ／ｍｉｎの速度で流出させ、ブロアー１６から風量が５００〜９００Ｎｍ^３／ｍｉｎの範囲内、風速が９０〜１２５ｍ／ｓの範囲内の高速空気を吹き付け、液滴の飛散距離を変えて風砕工程を実施した。脱炭スラグＡは、上記（１）式を満足する水和膨張リスクの高い製鋼スラグである。

また、脱炭スラグＡとは操業条件が異なる転炉脱炭処理で生じた脱炭スラグＢを用いて、脱炭スラグＡと同様の風砕工程を実施した。脱炭スラグＢは、上記（２）式を満足する水和膨張リスクの低い製鋼スラグである。なお、事前調整として、衝立に衝突する直前の位置で回収された球状の凝固スラグの粒径が０．５〜１０ｍｍとなるようにブロアー１６の風量と風速を調整した。これにより、風砕工程のスラグの液滴径を０．５〜１０ｍｍの範囲内に調整した。

表１の「スラグ組成」の列に示した（１）は、風砕工程に用いた製鋼スラグが、上記（１）式を満足する製鋼スラグであることを示し、（２）は、風砕工程に用いた製鋼スラグが、上記（２）式を満足する製鋼スラグであることを示す。また、「ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）」の列に示した値は、用いた製鋼スラグの組成を用いて「ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）」を計算した値である。

「飛散距離」は、スラグの液滴が飛散した距離を示す。なお、飛散距離０ｍは、風砕工程を実施せずに凝固させたスラグである。また、「膨張試験」は、ＪＩＳＡ５０１５の水和膨張試験に準拠して測定した膨張率の結果を示す。ここで「×」は、膨張率が０．５％より大きかったことを示し、「△」は膨張率が０．３％以上０．５％以下であったことを示し、「○」は膨張率が０．３％未満であったことを示す。

表１に示すように（１）式を満足する脱炭スラグＡを用いた場合であって、飛散距離を０〜４ｍとした比較例１〜４の凝固スラグは水和膨張が大きかった。この結果から、（１）式を満足する製鋼スラグでは、風砕工程における飛散距離が０〜３ｍであると凝固スラグの水和膨張を０．３％未満に抑制できないことがわかる。

一方、（１）式を満足する脱炭スラグＡであっても、飛散距離を４ｍ、５ｍとした発明例１、２の凝固スラグは、水和膨張を０．３％未満に抑制できた。この結果から、（１）式を満足する製鋼スラグであっても風砕工程における飛散距離が４ｍ以上であれば、凝固スラグの水和膨張を０．３％未満に抑制できることがわかる。なお、飛散距離が２ｍ未満の凝固スラグは、当該スラグの液滴径が小径であっても水和膨張を０．３未満に抑制できず、また、飛散距離が４ｍ以上の凝固スラグは、当該スラグの液滴径が大径であって水和膨張を０．３未満に抑制できた。

これらの結果から、製鋼スラグが（１）式を満足する製鋼スラグである場合、風砕工程における飛散距離が４ｍ以上の凝固スラグを用いてスラグ材を製造することで、水和膨張が抑制されたスラグ材を製造できることが確認された。

また、（２）式を満足する脱炭スラグＢを用いた場合であって、飛散距離を０ｍ、１ｍとした比較例５、６の凝固スラグは、水和膨張が大きかった。この結果から、（２）式を満足する製鋼スラグでは、風砕工程における飛散距離が０〜１ｍであると凝固スラグの水和膨張を０．３％未満に抑制できないことがわかる。

一方、（２）式を満足する脱炭スラグＢであっても、飛散距離を２ｍ、３ｍとした発明例３、４の凝固スラグは、水和膨張を０．３％未満に抑制できた。この結果から、（２）式を満足する製鋼スラグの場合は、風砕工程における飛散距離が２ｍ以上であれば、凝固スラグの水和膨張を０．３％未満に抑制できることがわかる。

これらの結果から、製鋼スラグが（２）式を満足する製鋼スラグである場合、風砕工程における飛散距離が２ｍ以上の凝固スラグを用いてスラグ材を製造することで、水和膨張が抑制されたスラグ材を製造できることが確認された。

１０スラグ風砕設備
１２スラグ鍋
１４樋
１６ブロアー
１８ブロアー本体
２０ノズル
２２回収板
２４衝立
２６衝立
２８衝立
３０製鋼スラグ
３２凝固スラグ
３４凝固スラグ
３６凝固スラグ

Claims

製鋼スラグが下記（１）式または下記（２）式のいずれを満足するか否かを判断する判断工程と、
溶融状態の前記製鋼スラグに外力を加えて、径が１０ｍｍ以下の液滴にして飛散させる風砕工程と、
飛散させた前記製鋼スラグを凝固させて凝固スラグにする凝固工程と、
前記凝固工程で得られた前記凝固スラグを破砕してスラグ材とする破砕工程と、
を有し、
前記判断工程において、前記製鋼スラグに外力が加えられる前の前記製鋼スラグの組成が下記（１）式を満足すると判断された場合には、前記風砕工程で４ｍ以上飛散させ前記凝固工程で凝固させた前記凝固スラグを前記破砕工程で破砕して前記スラグ材を製造し、
前記判断工程において、前記製鋼スラグに外力が加えられる前の前記製鋼スラグの組成が下記（２）式を満足すると判断された場合には、前記風砕工程で２ｍ以上飛散させ前記凝固工程で凝固させた前記凝固スラグを前記破砕工程で破砕して前記スラグ材を製造する、スラグ材の製造方法。
５＜ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦１５・・・（１）
ＣａＯ−（１．８７×ＳｉＯ_２＋０．８５×Ｔ．Ｆｅ＋１．１０×Ａｌ_２Ｏ_３＋１．１８×Ｐ_２Ｏ_５）≦５・・・（２）
但し、前記（１）式および前記（２）式のＣａＯは前記製鋼スラグのＣａＯ濃度（質量％）であり、ＳｉＯ_２は前記製鋼スラグのＳｉＯ_２濃度（質量％）であり、Ｔ．Ｆｅは前記製鋼スラグのトータルＦｅ濃度（質量％）であり、Ａｌ_２Ｏ_３は前記製鋼スラグのＡｌ_２Ｏ_３濃度（質量％）であり、Ｐ_２Ｏ_５は前記製鋼スラグのＰ_２Ｏ_５濃度（質量％）である。
前記凝固工程では、前記風砕工程の飛散距離が４ｍ以上の前記凝固スラグと、前記風砕工程の飛散距離が２ｍ以上４ｍ未満の前記凝固スラグと、前記風砕工程の飛散距離が２ｍ未満の前記凝固スラグとを壁面または段差を用いて仕切る、請求項１に記載のスラグ材の製造方法。
前記凝固工程では、前記製鋼スラグの液滴の半量以上を融着させて塊成化する、請求項１または請求項２に記載のスラグ材の製造方法。