JP7255504B2

JP7255504B2 - 粒状凝固スラグの製造方法およびその製造設備列

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Publication number: JP7255504B2
Application number: JP2020011889A
Authority: JP
Inventors: 伸行紫垣; 恵太田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2040-01-28
Also published as: JP2021116213A

Description

本発明は、溶融スラグを凝固させた後に破砕処理を行う、粒状凝固スラグの製造方法およびこの製造に好適な製造設備列に関する。

例えば、高炉法による製鉄プロセスでは、鉄鋼製品の副産物として大量のスラグが発生する。一般に、このスラグは、水砕処理や蒸気エージング処理などにより品質制御を行った上で商品化されている。すなわち、高炉スラグの大半は水砕処理され、高炉水砕スラグとしてセメント向け原料として使用される。また、製鋼スラグについては、予め蒸気エージング処理により遊離石灰（ｆ－ＣａＯ）の水和膨張を促進させた後に、路盤材向けなどの用途で使用されている。

一方で、近年の、ＣＯ₂排出削減の観点から、スラグの新たな価値が着目されている。例えば、溶融スラグは約１．８ＧＪ／ｔ－ｓｌａｇの熱を保有しており、スラグから熱回収を行うことにより、省エネルギー化によるＣＯ₂削減が期待されている。また、スラグ中のｆ－ＣａＯの炭酸化についても、ＣＯ₂固定化技術の１つとして期待されている。しかしながら、これらのスラグ処理方法は、上記スラグ商品化のためのプロセスと両立しない場合が多く、実用化には多くの課題を有する。

溶融スラグの保有熱を回収しながらスラグ商品化を行うプロセスとして、例えば特許文献１に開示されるように、鋳型上で板状に高炉スラグを凝固させた後、板状の凝固スラグを熱間破砕してからスラグ熱回収設備に充填して熱回収を行う方法が考えられる。この方法によれば、スラグの熱回収による省エネルギー効果が得られると共に、スラグ商品として低吸水率かつ耐磨耗性に優れた緻密な骨材を製造することが出来る。

ここで、凝固スラグは緻密で強度が高いため、熱間で凝固スラグを破砕することが難しい。特許文献１にて開示される方法において、熱間破砕が十分に行われないと、破砕後の凝固スラグが粗粒化してしまうため、スラグ総表面積が小さくなり、熱回収の効率が下がることになる。また、溶融スラグの温度は１６００℃程度と極めて高いために鋳型への熱負荷が大きく、特に凝固厚が厚い場合には、鋳型の耐久性が問題になる。更に、溶融スラグを完全に凝固させるまでに時間がかかるため、鋳型を連続的に搬送しながらスラグを凝固させる鋳滓機も大型化する必要がある。

また、特許文献２には、粒状スラグを敷き詰めてスラグ層を形成し、該スラグ層に溶融スラグを流し込んで該溶融スラグを凝固させてスラグ塊状物を得ることが提案されている。この特許文献２に記載の技術は、溶融スラグが凝固する際に凝固収縮孔や内部歪による破壊を生じさせないことによって、高品質のスラグ塊状物を提供するものである。従って、比較的大きな塊であっても崩壊しない、緻密なスラグ塊状物をもたらす点で、熱間破砕が前提になる上記した溶融スラグの熱回収には適していないものであった。

特開２０１４－８５０６４号公報特許第６４１４０４７号公報

上記の特許文献２に記載の技術は、溶融スラグが凝固する際に凝固収縮孔や内部歪による破壊を生じさせないことによって、高品質のスラグ塊状物を提供するものである。従って、比較的大きな塊であっても崩壊しない、緻密なスラグ塊状物をもたらす点で、熱間破砕が前提になる上記した溶融スラグの熱回収には適していないものであった。

そこで、本発明は、溶融スラグを凝固して作製する凝固スラグについて、溶融スラグが有する熱を回収するのに好適な、凝固スラグを簡便な熱間破砕にて作製することを目的とする。また、本発明の別の目的は、凝固スラグからの熱回収に加えて、蒸気エージング処理や炭酸化処理をそれぞれ高効率に行うことを可能とする、粒状凝固スラグの製造設備列を提供することにある。

発明者らは、溶融スラグを固形スラグと共に鋳込んで粒状凝固スラグを作製する場合に、溶融スラグの凝固過程において、溶融スラグが凝固した凝固域および／または固形スラグに亀裂を発生させることが、その後の熱間破砕を簡便に行うのに極めて有効であることを知見し、本発明を完成するに到った。
すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。

１．鋳型内に、溶融スラグおよび固形スラグのいずれか一方を供給してから前記溶融スラグおよび固形スラグのいずれか他方を供給し、前記鋳型内において前記固形スラグ相互間の隙間を前記溶融スラグで満たした状態にて前記溶融スラグの凝固を進行させて該凝固域および／または固形スラグに亀裂を導入し、該凝固後の凝固スラグを前記鋳型から取り出し粒状に破砕する、粒状凝固スラグの製造方法。
ここで、前記「凝固域」とは溶融スラグが凝固した部分であり、前記「凝固スラグ」とは前記溶融スラグが凝固後の、前記凝固域および前記固形スラグからなる前記鋳型内の鋳片を意味する。

２．前記溶融スラグおよび固形スラグのいずれか他方を供給した後、前記固形スラグを前記鋳型の底部に向かって押し込む、前記１に記載の粒状凝固スラグの製造方法。

３．前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して熱回収処理を行う、前記１または２に記載の粒状凝固スラグ製造方法。

４．前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して蒸気エージング処理を行う、前記１から３のいずれかに記載の粒状凝固スラグ製造方法。

５．前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して炭酸化処理を行う、前記１から４のいずれかに記載の粒状凝固スラグ製造方法。

６．前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグを分級して選別した、粒状凝固スラグを前記固形スラグとして供給する、前記１から５のいずれかに記載の粒状凝固スラグ製造方法。

７．鋳型、該鋳型内に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給装置および、前記鋳型内に固形スラグを供給する固形スラグ供給装置を有する固液スラグ混合凝固設備と、
前記固液スラグ混合凝固設備にて作製される凝固スラグを破砕して粒状凝固スラグを作製するスラグ破砕設備と、
を備える、粒状凝固スラグの製造設備列。

８．前記固液スラグ混合凝固設備は、前記溶融スラグおよび固形スラグが供給された前記鋳型に対して前記固形スラグの押し込みを行う圧下装置を有する、前記７に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

９．前記鋳型は、底部に複数の隆起部を有する、前記７または８に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

１０．前記スラグ破砕設備は、前記凝固スラグに衝突による衝撃力を与えて該凝固スラグを破砕する回転体を有する、前記７から９のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

１１．前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグの顕熱を回収するスラグ熱回収設備を有する、前記７から１０のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

１２．前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに水蒸気を供給して蒸気エージングを行う水蒸気供給装置を有する、前記７から１１のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

１３．前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに炭酸ガスを供給して炭酸化処理を行う炭酸ガス供給装置を有する、前記７から１２のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

１４．前記熱回収設備の下流側に、前記水蒸気供給装置および炭酸ガス供給装置のいずれか一方または両方を配置する前記１２または１３に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

１５．前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグを粒度に応じて分級する分級装置を有し、前記分級装置と前記固形スラグ供給装置との間に、前記分級後の粒状凝固スラグを前記固形スラグ供給装置へ搬送するための搬送路を有する、前記７から１４のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。

本発明によれば、粒状凝固スラグを簡便な熱間破砕によって得られるため、例えば、この粒状凝固スラグを用いる熱回収を高効率で行うことができ、凝固スラグからの熱回収による省エネルギー化が実現される。また、粒状凝固スラグはスラグ炭酸化処理にも適しているため、このスラグ炭酸化処理に供することでＣＯ₂固定化効果が得られ、その結果、ＣＯ₂排出量を大幅に削減することが出来るため、工業上極めて有用である。

本発明の第１実施形態である製造設備列を示す図である。本発明の第２実施形態である製造設備列を示す図である。本発明の第３実施形態である製造設備列を示す図である。鋳型の底部形状を示す図である。本発明の第４実施形態である製造設備列を示す図である。本発明の第５実施形態である製造設備列を示す図である。本発明の第６実施形態である製造設備列を示す図である。本発明の第９実施形態である製造設備列を示す図である。本発明の第１０実施形態である製造設備列を示す図である。

本発明の粒状凝固スラグの製造方法は、まず、鋳型内に、溶融スラグおよび固形スラグのいずれか一方を供給してから該溶融スラグおよび固形スラグのいずれか他方を供給し、前記鋳型内において溶融スラグを凝固することを基本とする。ここで、溶融スラグには、製鉄プロセスにて排出される高炉スラグや製鋼スラグを用いることができる。固形スラグには、高炉スラグや製鋼スラグを凝固させて粒状化したスラグを用いることができる。なお、固形スラグには、固形スラグ以外にも、例えばスラグと混合して使用されるコンクリートガラなどのスラグ以外の固形物を副次的に混合して固形スラグとして用いてもよい。
以下に、この粒状凝固スラグの製造方法に用いる、種々の製造設備列を参照して、詳しく説明する。

［第１実施形態］
すなわち、本発明の第１の実施形態について、図１を参照して詳しく説明する。図1は、本発明の方法に用いる製造設備列を示し、図中の符号１は鋳型であり、該鋳型１内に固形スラグＳ１を供給する固形スラグ供給装置２および、溶融スラグＳ２を供給する溶融スラグ供給装置３からなる、固液スラグ混合凝固設備４と、この固液スラグ混合凝固設備４にて作製される凝固スラグＳを破砕して粒状凝固スラグＳｇを作製するスラグ破砕設備５とを備える。

この製造設備列において、第１の実施形態では、鋳型１に、固形スラグ供給装置２から固形スラグＳ１を供給したのち、同鋳型１に溶融スラグ供給装置３から溶融スラグＳ２を供給し、前記鋳型１に内において溶融スラグＳ２の凝固を行う。

［第２実施形態］
或いは、図２に示す別の製造設備列を用いる、第２の実施形態として示すとおり、鋳型１に、溶融スラグ供給装置３から溶融スラグＳ２を供給したのち、固形スラグ供給装置２から固形スラグＳ１を供給し、前記鋳型１内において溶融スラグＳ２の凝固を行う、手順でもよい。

なお、図1および２に示す実施形態において、固形スラグ供給装置２は、固形スラグＳ１を収容し所定量を切り出すホッパー２ａと、ホッパーで切り出された固形スラグを鋳型１内に誘導するためのスラグ樋２ｂとを備えている。同様に、溶融スラグ供給装置３は、溶融スラグＳ２を収容し傾動することによって溶融スラグＳ２を供給する傾動鍋３ａと、傾動鍋３ａから供給された溶融スラグを鋳型１に注ぐためのスラグ樋３ｂとを備えている。いずれの装置も図示例に限定されず、固形スラグＳ１および溶融スラグＳ２の所定量での供給を行うことができれば構成は問わない。

ちなみに、上記した第１の実施形態は、用いる鋳型１が比較的小さい場合に特に有効である。一方、鋳型１が比較的大きい場合は、溶融スラグＳ２供給時のスラグ流量が大きくなると、事前に装入した固形スラグＳ１が溶融スラグＳ２の流れにより押し流されて鋳型１内に均一に分散配置出来なくなる、場合も想定される。かように、大型の鋳型１を用いる場合は、該鋳型１内に先に溶融スラグＳ２を供給した後に、固形スラグＳ１を装入する、第２実施形態が好適である。

いずれの実施形態においても、鋳型１内に、固形スラグＳ１および溶融スラグＳ２を供給したのち、当該鋳型１内において、固形スラグＳ１相互間の隙間を溶融スラグＳ２で満たした状態にて該溶融スラグＳ２の凝固を進行させて該凝固域に亀裂を導入することが肝要である。

すなわち、常温に近い固形スラグＳ１と約１６００℃の溶融スラグＳ２とでは温度差が極めて大きいため、溶融スラグと固形スラグとを混合して凝固させると、凝固スラグ内部に大きな熱応力が発生し、亀裂発生が促進される。また、凝固スラグは冷却により熱収縮するのに対し、固形スラグは加熱により熱膨張するため、体積変化に伴う亀裂発生も促進される。更に、凝固スラグと固形スラグの境界部では結晶界面の不整合が生じるため、凝固スラグと固形スラグの境界部は、溶融スラグのみを凝固させた凝固スラグに比べると亀裂が進展し易い。以上の相乗効果により、固液スラグを混合して凝固させたスラグは、溶融スラグのみを凝固させた凝固スラグと比べて熱間破砕し易いため、簡易的な破砕により凝固スラグの粒状化が可能となる。

上記の相乗効果を確実に発揮させるには、例えば、図１および２に示すように、鋳型１内において固形スラグＳ１の積層数を制限（図示例は単層）し、この固形スラグＳ１の層内に溶融スラグＳ２を配置して凝固を進行させることによって、上記した相乗効果を確実に現出させて、当該凝固中に亀裂を導入することが有利である。

ここに、鋳型内に供給する固形スラグは、凝固スラグを容易に破砕できるようにするため、好ましくは凝固厚の３／４以上の層厚になるまで供給することが好ましい。なぜなら、本発明では固形スラグと凝固スラグとの界面近傍に生じる亀裂をスラグ破砕処理における破壊の起点とするため、固形スラグの層厚が凝固スラグの層厚に比べて薄くなると、凝固スラグ内部に破壊の起点となる亀裂が生じない領域が多くなり、スラグ破砕処理が困難になるためである。

また、固形スラグの粒径は、凝固厚の３／４以上の粒径を有する固形スラグを１層のみ供給する方法が最も好ましいが、それ以下の粒径である固形スラグを用いて複層化して供給しても良い。但し、固形スラグの粒径が細かくなり過ぎると、溶融スラグが固形スラグの間隙に浸透し難くなり、更に、凝固スラグと固形スラグとの境界部に生じる亀裂も、固液混合凝固スラグの厚さ方向に対して進展し難くなる。したがって、固形スラグを複層化して供給する場合には、鋳型内の固形スラグが３層以下程度になるように固形スラグの粒径を調整する。固形スラグと凝固スラグの固液比については、固液混合凝固スラグが容易に破砕可能であれば特に制限はされないが、例えば高炉スラグのようにＳｉＯ₂が多いスラグの場合には、固形スラグが溶融スラグに対して多過ぎると、固形スラグと鋳型による急冷作用により凝固スラグが一部ガラス化する可能性があるので、固形スラグの供給量を抑えて凝固スラグの冷却速度および凝固完了後のスラグ温度を調整しても良い。

上述した特許文献１に記載の方法では、凝固厚が厚くなると鋳型への熱負荷が大きくなるが、本件第１の発明による設備を用いると、固形スラグに伝わる熱量分だけ鋳型への熱負荷が小さくなるので、鋳型の熱負荷低減という観点においても好適である。

ここでいう「亀裂」とは、固形スラグ相互の間隙に浸透した溶融スラグが凝固する際に、固形スラグによる急冷効果や、固形スラグと溶融スラグとの熱収縮および／または熱膨張の差により、溶融スラグ凝固域と固形スラグとの界面近傍に熱応力が生じることで発生する局所的な亀裂である。この亀裂は、凝固スラグ内部の熱応力を緩和する形で進展し、主には固形スラグ相互の間隙の凝固域において、固形スラグ間を橋渡しするような形態で５～２０ｍｍ程度の長さで発生するが、この熱応力は固形スラグ側にも作用するため、固形スラグ側に亀裂が発生する場合もある。いずれにしても、凝固域および／または固形スラグに亀裂を導入することによって、割れの起点を形成しておくことが肝要である。

かように溶融スラグＳ２の凝固域に亀裂を導入しておけば、固形スラグＳ１および溶融スラグＳ２が混合後に凝固した凝固スラグＳを、その後のスラグ破砕設備５において簡便に粒状に破砕することができる。すなわち、上記に従って固液スラグを混合凝固させた凝固スラグＳは、溶融スラグのみを供給して凝固させた従前の凝固スラグに比べて割れ易いため、簡易的な破砕により粒状化が可能である。

なお、凝固後の凝固スラグＳを前記鋳型から取り出したのち粒状に破砕するための、スラグ破砕設備５は、後述の図６に示すような回転体を適用することができるが、これに限られない。

［第３実施形態］
また、図３に示すように、上記した図２の手順において、固形スラグＳ１および溶融スラグＳ２をそれぞれ供給した後に、圧下装置６を用いて、固形スラグＳ１を前記鋳型１の底部に向かって押し込む、操作を加えることが、以下の点で有利である。すなわち、溶融スラグＳ２を鋳型１で凝固させる際、溶融スラグＳ２の温度が非常に高温であるため、溶融スラグＳ２の表面が大気により急冷されて凝固層が形成される。鋳型１に供給された溶融スラグＳ２の表面に凝固層が形成される前に固形スラグＳ１の供給が完了していれば問題はないが、固形スラグＳ１の供給に先立って凝固層が形成されてしまうと、固形スラグＳ１の自重のみで固形スラグＳ１を鋳型１内に装入することが難しくなる。そのため、第３実施形態では、図３に示すように、固形スラグ供給装置２の下流側に圧下装置６を設け、鋳型１内に溶融スラグＳ２を供給した後に、鋳型１内に固形スラグＳ１を供給し、更に前記圧下装置６により固形スラグＳ１を鋳型１の底部方向へ圧下することによって、固形スラグＳ１を確実に鋳型１内の溶融スラグＳ２層内に装入する。なお、溶融スラグＳ２表面の凝固層が成長するに従い固形スラグＳ１の押し込みが難しくなるため、前記圧下装置６による固形スラグＳ１の圧下を凝固層が成長する前の比較的早い段階で実施できるように、前記圧下装置６は、固形スラグ供給装置２に近接して配置することが望ましい。

なお、圧下装置６としては、上下１軸のみで昇降する圧下装置や、鋳型１の水平移動に合わせて移動または揺動しながら昇降する多軸型の圧下装置を適用できるが、これに限られない。

さらに、鋳型１は、図４に示すように、底部に複数の隆起部１ａを有することが、次の点で有利である。すなわち、鋳型１の底部の複数の隆起部１ａにより固形スラグＳ１を支持することにより、固形スラグＳ１が溶融スラグＳ２供給時のスラグ流により押し流されるのを防止することができる。また、隆起部１ａ自体が鋳型１深さ方向の凝固厚ｔを局所的に小さくする効果もあるため、凝固スラグＳの破砕時に有効に作用する。なお、隆起部１ａは鋳型１の底部から隆起する部分が僅かでもあれば、上記した作用を発揮するが、隆起部の形状が先鋭だと熱応力が高くなり鋳型１を損傷させる懸念があるため、固形スラグＳ１を支持可能な高さで且つ比較的なだらかな隆起部形状として、等間隔に固形スラグＳ１が分配される形状とすることが好ましい。

［第４実施形態］
第４の実施形態は、上記した第１から第３の実施形態のいずれかによって破砕された粒状凝固スラグＳｇを用いて熱回収を行う、スラグ熱の熱回収設備を付帯する形態である。すなわち、図５に示すように、前記固液スラグ混合凝固設備４で凝固させた凝固スラグＳは熱間でも容易に破砕可能であるため、前記スラグ破砕設備５を、図示のような回転体７に凝固スラグＳを落下させて熱間で破砕する熱間破砕設備として、熱間破砕により高温の粒状凝固スラグＳｇを製造する。そして、高温の粒状凝固スラグＳｇを熱回収設備８へ装入してスラグ充填槽８ａ内に粒状凝固スラグＳｇを充填し、このスラグ充填槽８ａ内に空気等の冷却ガス８ｂを供給して粒状凝固スラグＳｇの保有熱の熱回収を行う。得られた熱回収ガス８ｃは、例えば製鉄所の各工程へ供給し、溶融スラグの保有熱の有効活用が図られる。また、熱回収後の粒状凝固スラグＳｇは、熱回収設備８から排出されたのち、製品スラグとして路盤材や骨材として出荷される。

ここで、上記した特許文献１に記載の従来方法では、溶融スラグを鋳型で凝固させる際に、溶融スラグの保有熱（凝固潜熱も含む）の多くは鋳型に奪われるか大気中に熱放散して損失する。これに対して、本発明に従う第４実施形態では、溶融スラグの保有熱の一部は固形スラグ側に移動して蓄熱されるため、当該熱回収設備による回収熱量は、特許文献１に記載の従来方法における回収熱量よりも大きくなる。熱回収設備８は、粒状凝固スラグＳｇの搬送方法や供給ピッチ等に応じて、コークス乾式消火設備（ＣＤＱ）のような縦型充填槽方式や、焼結クーラーのような回転床方式など、適宜に設計して用いることが可能である。

［第５実施形態］
図６に示す、第５の実施形態は、上記した第１から第３の実施形態のいずれかによって破砕された粒状凝固スラグＳｇに水蒸気を供給して蒸気エージングを行うための水蒸気供給装置９を付帯する形態である。すなわち、熱間破砕後の粒状凝固スラグＳｇをスラグ安定化処理設備１０に装入し、このスラグ安定化処理設備１０内に水蒸気供給装置９から水蒸気を供給する。粒状凝固スラグＳｇは総表面積が大きいため、スラグ内部への水蒸気の浸透効率が高く、効率的な蒸気エージング処理が可能である。そこで、前記スラグ破砕設備５を用いて破砕した粒状凝固スラグＳｇに水蒸気を供給して、以下の式（１）を主反応とする蒸気エージング処理を行う。かくして得られる製品スラグは、蒸気エージング処理によって膨張反応済のものとなり、路盤材や骨材として出荷することが可能になる。
ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）₂ …（１）

［第６実施形態］
図７に示す、第６の実施形態は、前記スラグ破砕設備にて破砕した粒状凝固スラグＳｇに炭酸ガスを供給して炭酸化処理を行うための炭酸ガス供給装置１１を付帯する形態である。すなわち、熱間破砕後の粒状凝固スラグＳｇをスラグ安定化処理設備１０に装入し、このスラグ安定化処理設備１０内に炭酸ガス供給装置１１から炭酸ガスを供給する。粒状凝固スラグは総表面積が大きいため、炭酸ガスについても水蒸気の場合と同様に、スラグ内部への炭酸ガスの浸透効率が高く、効率的な炭酸化処理が可能である。そこで、前記スラグ破砕設備５を用いて破砕した粒状凝固スラグＳｇに炭酸ガスを供給して、以下の式（２）を主反応とする炭酸化処理を行う。かくして得られる製品スラグは、炭酸化処理によって膨張反応済のものとなり、路盤材や骨材として出荷することが可能になる。
ＣａＯ＋ＣＯ₂ → ＣａＣＯ₃ （２）

［第７実施形態］
第７実施形態として、前記熱回収設備８に、前記水蒸気供給装置９および炭酸ガス供給装置１１の両方または何れか１つを組み込む形態とすることが可能である。すなわち、高温の粒状凝固スラグＳｇは１０００℃程度の高温で熱回収設備８へ装入される。ここで、スラグの蒸気エージング処理および炭酸化処理について、平衡論上では、蒸気エージング処理におけるｆ－ＣａＯの水和膨張は５８０℃以下、炭酸化処理におけるｆ－ＣａＯの炭酸化は８９８℃以下において進行するため、蒸気エージング処理または炭酸化処理に先立って熱回収を行い、スラグ温度が十分に低下した後に、蒸気エージング処理および／または炭酸化処理に切り替えることが有利である。これらの処理方法の切り替えを、同じスラグ充填槽８ａ（図５参照）内にて行うことが好ましく、そのためには、前記熱回収設備８に、前記水蒸気供給装置９および炭酸ガス供給装置１１の両方または何れか１つを組み込むことが好ましい。このような設備について特に図示はしないが、図５において、冷却ガス８ｂの供給を、空気、水蒸気および炭酸ガスに切換弁などにて選択できるように構成すればよい。以上の第７実施形態では、スラグ熱回収の進行度に応じて、例えば熱回収のための空気供給から蒸気エージングのための水蒸気供給への切り替えが可能となる。

なお、スラグ充填槽８ａ内におけるスラグ温度は、充填したスラグの形状および温度、熱回収中の熱回収ガス温度などを用いて、例えば、ISIJ International, Vol. 55 (2015), No. 10, pp. 2258－2265に示される、スラグ充填槽の非定常伝熱モデルを用いた計算により予測することが出来る。或いは、スラグと直接接触しているスラグ充填槽の内壁に熱電対を設置して、内壁温度から凝固スラグの温度を予測する方法も可能である。

［第８実施形態］
第８実施形態として、前記第４実施形態の熱回収設備８の下流側に、前記水蒸気供給装置９および炭酸ガス供給装置１１の両方または何れか１つを設置する形態とすることも可能である。すなわち、図５に示した第４実施形態において、熱回収設備８のスラグ充填槽８ａ内の粒状凝固スラグＳｇは、冷却ガス８ｂの流通方向に温度分布を有するため、十分な時間をかけて熱回収を行うケース以外では、スラグ充填槽８ａ内の温度は均一にはならない。例えば、装入直後の１０００℃程度の高温の凝固スラグと、熱回収終了後の１００℃以下程度の低温の凝固スラグとが混在するようなスラグ充填槽になると、熱回収設備８内で蒸気エージング処理および炭酸化処理を行う際に、処理効果が何れも不均一になる可能性がある。そこで、熱回収設備８の下流側に、水蒸気供給装置９および炭酸ガス供給装置１１の両方または何れか１つを、熱回収設備８と独立させて設け、熱回収設備８で所定温度まで凝固スラグを冷却した後に、熱回収後の凝固スラグを排出し、この排出スラグを、図６または図７に示したスラグ安定化処理設備１０装入した後、水蒸気供給装置９および炭酸ガス供給装置１１による、蒸気エージング処理および／または炭酸化処理を行うことが有効になる。

［第９実施形態］
図８に示す、第９実施形態は、前記スラグ破砕設備５の下流側に、前記粒状凝固スラグＳｇから所定粒度の凝固スラグＳｇを分級するためのスラグ分級装置１２と、前記分級装置１２により分級した凝固スラグの全部または一部を、前記固液スラグ混合凝固設備４の固形スラグ供給装置２まで搬送するためのスラグ搬送路１３を設けた、形態である。すなわち、分級装置１２において、前記鋳型１に供給する固形スラグとして適した粒度の凝固スラグＳｇを選別することを目的として、篩目を用いた篩分法などにより凝固スラグＳｇの分級を行うものである。ここで分級された凝固スラグは、その全部または一部を、固液スラグ混合凝固設備４の固形スラグ供給装置２における固形スラグＳ１として再利用する。

なお、分級装置１２は、前記スラグ破砕設備５の下流側であれば、その設置場所は限定されない。例えば、図示例では、スラグ破砕設備５からの粒状凝固スラグＳｇをそのまま分級装置１２に搬送しているが、図５に示した熱回収設備８の下流側に分級装置１２を設け、熱回収設備８による熱回収を行ってから、分級装置１２に導入して分級しても良い。或いは、図６および図７に示した水蒸気供給装置９および炭酸ガス供給装置１１の下流側に分級装置１２を設け、蒸気エージング処理および炭酸化処理のいずれか一方または両方を行ってから、分級装置１２に導入して分級しても良い。

上記のように、蒸気エージング処理および／または炭酸化処理を行った凝固スラグを、固液スラグ混合凝固設備４における固形スラグとして再利用すると、固液混合凝固時における凝固完了温度が高い場合には、固形スラグＳ１が高温化して、上記した式（１）および／または式（２）の逆反応により水蒸気および／または炭酸ガスが発生する。この発生ガスの圧力によっても固液混合凝固スラグＳｇの亀裂発生が促進されるため、固液混合凝固スラグＳｇの破砕を目的とする本発明においては有効である。

［第１０実施形態］
上記した熱回収設備８、水蒸気供給装置９、炭酸ガス供給装置１１および分級装置１２の全てを、前記固液スラグ混合凝固設備４およびスラグ破砕設備５に付帯することも可能である。例えば、図９に示すように、スラグ破砕設備５の出側に、熱回収設備８、分級装置１２、水蒸気供給装置９および炭酸ガス供給装置１１を順に配置した、製造設備列とすることが可能である。この実施形態によれば、上記した熱回収設備８、水蒸気供給装置９、炭酸ガス供給装置１１および分級装置１２のそれぞれの作用効果を併せ持つことができるのは勿論である。

ちなみに、分級装置１２の配置は、熱回収設備８の出側とした図示例に限らず、スラグ破砕設備５の出側、水蒸気供給装置９の出側および炭酸ガス供給装置１１の出側のいずれの位置であってもよいのは上述の通りである。

図１に示した製造設備列によって、表１に示す固形スラグおよび溶融スラグを用いて、粒状凝固スラグを作製する実験を実施した。固液スラグ混合凝固設備４における凝固条件を表２に示す。
本実験では、予め粒子径５～４０ｍｍの固形スラグを粒子径ごとに篩分けしたものを用意して、長さ２５０ｍｍ×幅２５０ｍｍ×高さ５０ｍｍの鉄製鋳型内に、固形スラグを単層または複層となるように敷き詰めた後、高周波溶解炉にて１６００℃で溶融させた製鋼スラグを、該鋳型内で溶融スラグ深さが４０ｍｍになるまで供給し、固液混合凝固を行った。そして、溶融スラグ凝固開始から３分以上経過した後、固液混合凝固スラグを鋳型から取り出し、鋳型と接触していた側を上側として、表面目視観察により凝固スラグ表面の亀裂発生有無を確認した。次に、固液混合凝固スラグの表面をハンマーで軽く５回殴打して凝固スラグの破砕性を評価した。この凝固スラグの破砕性については、ハンマーによる殴打後の固形スラグと凝固スラグとの剥離性の良否により評価した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、粒子径が１０ｍｍ以下の細かい固形スラグを単層敷き詰めた実験（Ｎｏ．１～２）では、固形スラグ間隙への溶融スラグの浸透が不十分であったため、亀裂発生有無の目視確認が出来なかった。破砕性については、何れも固液混合凝固スラグの大半が凝固スラグであるため、固形スラグを巻き込んだ塊状スラグとなって大半が破砕しなかった。粒子径５ｍｍの細かい固形スラグを多層に充填した実験（Ｎｏ．８）では、溶融スラグが固形スラグの間隙にほとんど浸透せず、固液混合凝固スラグ自体が得られなかった。固形スラグの粒子径を大きくした実験（Ｎｏ．３～７）では、固液混合凝固スラグの凝固スラグ表面に明瞭な亀裂が確認されるようになり、破砕性が大幅に改善した。特に、粒子径２５ｍｍ以上の固形スラグを充填した実験（Ｎｏ．５～７）では、大半の凝固スラグが固形スラグから剥離して良好な破砕性が得られた。また、粒子径が２５ｍｍよりも小さい固形スラグの場合であっても、粒子径１０ｍｍ以上の比較的大きめな固形スラグを３層以上敷き詰めた実験（Ｎｏ．９）では、溶融スラグが固形スラグの間隙に十分に浸透し、破砕性についても、当該サイズの固形スラグを単層で敷き詰めた実験と比べて良好な破砕性が得られた。

１鋳型
２固形スラグ供給装置
３溶融スラグ供給装置
４固液スラグ混合凝固設備
５スラグ破砕設備
８熱回収設備
９水蒸気供給装置
１１炭酸ガス供給装置
１２分級装置
１３搬送路
Ｓ１固形スラグ
Ｓ２溶融スラグ
Ｓ凝固スラグ
Ｓｇ粒状凝固スラグ

Claims

鋳型内に、溶融スラグおよび固形スラグのいずれか一方を供給してから前記溶融スラグおよび固形スラグのいずれか他方を供給するに当たり、前記鋳型内において前記固形スラグ相互間の隙間を前記溶融スラグで満たした状態にて前記溶融スラグを凝固させたときの、凝固厚の３／４以上の層厚になるまで前記固形スラグを供給し、次いで前記溶融スラグの凝固を進行させて該凝固域および固形スラグのいずれか一方または両方に亀裂を導入し、該凝固後の凝固スラグを前記鋳型から取り出し粒状に熱間破砕する、粒状凝固スラグの製造方法。
前記溶融スラグおよび固形スラグのいずれか他方を供給した後、前記固形スラグを前記鋳型の底部に向かって押し込む、請求項１に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して熱回収処理を行う、請求項１または２に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して蒸気エージング処理を行う、請求項１から３のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造方法。
前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグに対して炭酸化処理を行う、請求項１から４のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造方法。
前記凝固スラグを破砕して得られる粒状凝固スラグを分級して選別した、粒状凝固スラグを前記固形スラグとして供給する、請求項１から５のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造方法。
鋳型、該鋳型内に溶融スラグを供給する溶融スラグ供給装置および、前記鋳型内に固形スラグを供給する固形スラグ供給装置を有し、前記溶融スラグ供給装置および固形スラグ供給装置から前記鋳型に供給された固液混合スラグを、前記鋳型内において前記固形スラグ相互間の隙間を前記溶融スラグで満たした状態にて前記溶融スラグの凝固を進行させて該凝固域および固形スラグのいずれか一方または両方に、前記凝固後の凝固スラグを熱間破砕するための亀裂を導入する、固液スラグ混合凝固設備と、
前記固液スラグ混合凝固設備にて作製される凝固スラグを破砕して粒状凝固スラグを作製するスラグ破砕設備と、
を備える、粒状凝固スラグの製造設備列。
前記固液スラグ混合凝固設備は、前記溶融スラグおよび固形スラグが供給された前記鋳型に対して前記固形スラグの押し込みを行う圧下装置を有する、請求項７に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
前記鋳型は、底部に複数の隆起部を有する、請求項７または８に記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
前記スラグ破砕設備は、前記凝固スラグに衝突による衝撃力を与えて該凝固スラグを破砕する回転体を有する、請求項７から９のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグの顕熱を回収するスラグ熱回収設備を有する、請求項７から１０のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに水蒸気を供給して蒸気エージングを行う水蒸気供給装置を有する、請求項７から１１のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに炭酸ガスを供給して炭酸化処理を行う炭酸ガス供給装置を有する、請求項７から１２のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグの顕熱を回収するスラグ熱回収設備を有するとともに、前記熱回収設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに水蒸気を供給して蒸気エージングを行う水蒸気供給装置、および、前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグに炭酸ガスを供給して炭酸化処理を行う炭酸ガス供給装置、のいずれか一方または両方を配置する、請求項７から１０のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。
前記スラグ破砕設備の下流側に、前記粒状凝固スラグを粒度に応じて分級する分級装置を有し、前記分級装置と前記固形スラグ供給装置との間に、前記分級後の粒状凝固スラグを前記固形スラグ供給装置へ搬送するための搬送路を有する、請求項７から１４のいずれかに記載の粒状凝固スラグの製造設備列。