TW201802057A

TW201802057A - 凝固熔渣的製造方法、凝固熔渣、混凝土用粗骨材的製造方法以及混凝土用粗骨材

Info

Publication number: TW201802057A
Application number: TW106134288A
Authority: TW
Inventors: 當房博幸; 田恵太; 荻尾勇樹; 渡辺圭児; 桑山道弘; 今西大輔
Original assignee: 杰富意鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2013-08-20
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2018-01-16
Also published as: CN105452187B; TWI659005B; TWI613178B; TW201512147A; KR101839667B1; JP6184476B2; WO2015025501A1; JPWO2015025501A1; KR20160013180A; CN105452187A

Abstract

提供一種可成為品質優良的混凝土用粗骨材的原料的凝固熔渣的製造方法、由該凝固熔渣的製造方法製造的凝固熔渣、使用該凝固熔渣的混凝土用粗骨材的製造方法、及藉由該混凝土用粗骨材的製造方法製造的混凝土用粗骨材。本發明的凝固熔渣的製造方法包括：熔渣凝固步驟，將熔融狀態的高爐熔渣流入至移動的金屬製的鑄模中進行冷卻，在鑄模內以成為板狀的方式使其凝固；熔渣落下步驟，將鑄模反轉而使在鑄模內已凝固至內部為止的熔渣從鑄模落下；及熔渣溫度保持步驟，將落下的熔渣的熔渣表面的一部分或整個面的表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。

Description

凝固熔渣的製造方法、凝固熔渣、混凝土用粗骨材的製造方法以及混凝土用粗骨材

本發明是有關於一種凝固熔渣的製造方法、利用該凝固熔渣的製造方法製造的凝固熔渣、使用了該凝固熔渣的混凝土用粗骨材（coarse aggregate for concrete）的製造方法、以及藉由該混凝土用粗骨材的製造方法而製造的混凝土用粗骨材，所述凝固熔渣是使熔融狀態的高爐熔渣（blast furnace slag）在金屬製的鑄模上凝固，並使已凝固的凝固熔渣（solidified slag）從鑄模落下而製造板狀的凝固熔渣。

作為使金屬的提純步驟等中產生的熔融熔渣（molten slag）凝固的方法，如下方法被廣泛使用：將高壓冷卻水向熔融熔渣吹送而進行急冷的方法，或者，將熔融熔渣向乾渣坑（dry pit）或熔渣冷卻場（slag cooling yard）排出且在大氣中進行緩冷的方法。

在將熔融熔渣急冷的方法中，因大量吹送高壓冷卻水，故形成具有多個氣孔（pore）的粒徑為5 mm以下的砂狀凝固熔渣（所謂的水淬熔渣（water granulated slag））。另一方面，在使熔融熔渣流向乾渣坑或熔渣冷卻場等使其凝固並緩冷的方法中，形成數m大小的塊，將該塊粉碎而形成塊狀的凝固熔渣（所謂的緩冷熔渣（空冷爐渣（air-cooled slag）））。

最近，實現了代替礫石（gravel）等而在混凝土用粗骨材中應用高爐緩冷熔渣。為了將高爐熔渣應用於混凝土用粗骨材，需要減少熔渣中的氣孔且將熔渣粒徑的最大值調整為20 mm左右。

因此，在該狀態下，水淬熔渣的氣孔多且粒徑小，因而無法應用於混凝土用粗骨材。另一方面，緩冷熔渣雖無氣孔的問題，但需要將數m大小的塊粉碎為20 mm左右的粒徑，該粉碎需要大量時間，從而效率差。

因此，作為混凝土用粗骨材，為了獲得氣孔少且容易粉碎的凝固熔渣，而提出多種使用金屬製的鑄模使熔融熔渣凝固的技術。若在金屬製鑄模中使熔融熔渣凝固，則獲得尺寸比水淬熔渣大且比緩冷熔渣小的凝固熔渣，藉由將其粉碎而可容易獲得所需尺寸的熔渣，與緩冷熔渣相比可縮短粉碎的時間，從而可容易獲得粒徑為20 mm左右的所需的凝固熔渣。

作為使用金屬製鑄模將熔融熔渣凝固的例，例如有專利文獻1中記載的瀝青路面用骨材（aggregate for asphalt pavement）及其製造方法以及瀝青路面。專利文獻1的熔融熔渣的凝固方法為如下：將熔融狀態的高爐熔渣以成為層厚10 mm～30 mm的板狀的方式在金屬製的移動鑄模上以單層而流動並使其冷卻凝固，從而形成單層板狀的凝固熔渣。將該單層板狀的熔渣粉碎，製造吸水率（water absorption percentage）為1.5%以下、磨損損失率（abrasion loss percentage）為20%以下的瀝青路面用骨材。

而且，作為使用金屬製的鑄模使高爐熔渣凝固而製造混凝土用粗骨材的方法，有專利文獻2中揭示的混凝土用粗骨材。專利文獻2中揭示的包含熔渣的混凝土用粗骨材，使熔融熔渣流入至金屬製鑄模並凝固，將凝固後獲得的熔渣粉碎，並調整為吸水率1.5%以下及粒徑5 mm～20 mm。 [現有技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利第3855706號公報專利文獻2：日本專利特開2004-277191號公報

[發明所欲解決之課題] 專利文獻1所述的熔融熔渣的凝固方法為如下方法，即，將熔融狀態的高爐熔渣以成為凝固厚度10 mm～30 mm的板狀的方式，以單層流入至金屬製的移動鑄模上並冷卻凝固，藉由急速進行冷卻凝固，而抑制在凝固熔渣內部生成的氣孔的成長，從而以低氣孔率製造吸水率低且耐磨損性（abrasion resistance）高的骨材。

然而，亦如專利文獻1的實施例中所記載，在使高爐熔渣以板狀而於金屬製鑄模上凝固的情況下，自與金屬製鑄模接觸的下表面算起為1 mm左右的部分為玻璃狀（glassy state）。這是由如下引起，即，熔融熔渣中，與金屬製鑄模的接觸面最急速地得到冷卻而成為玻璃質（glassy state），但因熔融熔渣的導熱率非常小，故熔融熔渣內部的冷卻速度不會增大而是以結晶質的狀態（crystalline state）凝固。

所如述般，專利文獻1的方法中，單面生成玻璃質的板狀凝固熔渣，但在將此種板狀凝固熔渣粉碎而製造骨材的情況下，可形成表面的一部分為玻璃質的粗骨材。在將表面為玻璃質的粗骨材用作混凝土用粗骨材的情況下，存在新拌混凝土（fresh concrete）凝固時容易泌水（bleeding）的問題。泌水為如下現象，即，在新拌混凝土中因固體材料的沈降或分離，而攪拌混合水的一部分游離並上升至表面為止。

而且，自與金屬製鑄模接觸的面算起為1 mm左右的玻璃質部分與結晶質部分的邊界容易裂開。因此，亦存在如下問題，即，在進行粉碎而調整為粗骨材粒度時玻璃質部分容易成為細粒，從而粗骨材的良率降低。

專利文獻2的混凝土用粗骨材與專利文獻1同樣地，利用在金屬製的鑄模上凝固的高爐熔渣，且將該高爐熔渣粉碎，而形成吸水率1.5%以下、粒徑5 mm～20 mm的粗骨材。將熔融熔渣流入至金屬製鑄模而凝固成20 mm～30 mm的厚度，從而與專利文獻1同樣地，與金屬製鑄模的接觸面玻璃化的可能性高。專利文獻2的調配了混凝土用粗骨材的混凝土的調配條件（調配比例（mix proportion））、養護期間（curing period）為7日、28日的壓縮強度明瞭，但關於泌水則不清楚。

本發明是為了解決所述問題而完成，目的在於提供可成為品質優良的混凝土用粗骨材的原料的凝固熔渣的製造方法、利用該凝固熔渣的製造方法製造的凝固熔渣、使用了該凝固熔渣的混凝土用粗骨材的製造方法、以及藉由該混凝土用粗骨材的製造方法製造的混凝土用粗骨材。

[解決課題之手段] 用以解決所述課題的本發明的主旨為以下所示。

[1]一種凝固熔渣的製造方法，包括：熔渣凝固步驟，將熔融狀態的高爐熔渣流入至移動的金屬製的鑄模中進行冷卻，在所述鑄模內以成為板狀的方式使其凝固；熔渣落下步驟，將所述鑄模反轉而使在所述鑄模內已凝固至內部為止的熔渣從鑄模落下；以及熔渣溫度保持步驟，將落下的熔渣的熔渣表面的一部分或整個面的表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。

[2]如所述[1]所述的凝固熔渣的製造方法，其特徵在於：在所述鑄模內以成為板狀的方式凝固的高爐熔渣的厚度為20 mm以上且30 mm以下。

[3]如所述[1]或所述[2]所述的凝固熔渣的製造方法，其特徵在於：所述熔渣溫度保持步驟中，對於從所述鑄模落下的凝固熔渣的表面中的凝固時的鑄模接觸面的80面積%以上，將熔渣表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。

[4]如所述[1]至所述[3]中任一項所述的凝固熔渣的製造方法，其特徵在於：所述熔渣溫度保持步驟中，使從所述鑄模落下的凝固熔渣以熔渣厚度方向平均溫度超過900℃而積層。

[5]如所述[1]至所述[4]中任一項所述的凝固熔渣的製造方法，其特徵在於：所述熔渣溫度保持步驟中，使從所述鑄模落下的凝固熔渣積層於可從落下位置搬出的保持容器內。

[6]一種凝固熔渣，由所述[1]至所述[5]中任一項所述的凝固熔渣的製造方法而製造，在進行將通過孔徑100 mm的篩而未通過孔徑40 mm的篩的熔渣試樣，從2 m的高度落下4次的落下試驗後，以未通過孔徑40 mm的篩的試樣的相對於落下試驗前的試樣的質量比率進行評估的落下強度（碎裂指數（Shatter Index））為70%以上。

[7]一種混凝土用粗骨材的製造方法，其包括：凝固熔渣製造步驟，包含如所述[1]至所述[5]中任一項所述的凝固熔渣的製造方法；凝固熔渣粉碎步驟，將所製造的凝固熔渣粉碎；以及篩選步驟，將粉碎的凝固熔渣篩選。

[8]一種混凝土用粗骨材，由如所述[7]所述的混凝土用粗骨材的製造方法製造，平均壓縮強度為100 N/mm² 以上。

[發明的效果] 根據本發明的凝固熔渣的製造方法，凝固熔渣的於對金屬製鑄模的接觸面上生成的玻璃質的部分，在將熔渣表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上的期間變為結晶質，因而獲得落下強度高的凝固熔渣。而且，將根據本發明的凝固熔渣的製造方法而製造的凝固熔渣進一步粉碎、篩選（screening）製造而成的混凝土用粗骨材，因表面具有玻璃質的部分的比例小，故可穩定地獲得高強度，從而獲得對於製造高強度的混凝土而言較佳的粗骨材。

以下，對本發明進行具體說明。

本實施形態的凝固熔渣的製造方法包括：熔渣凝固步驟，將熔融狀態的高爐熔渣流入至移動的金屬製的鑄模中進行冷卻，在所述鑄模內以成為板狀的方式使其凝固；熔渣落下步驟，將所述鑄模反轉而使在所述鑄模內已凝固至內部為止的熔渣從鑄模落下；以及熔渣溫度保持步驟，將落下的熔渣的熔渣表面的一部分或整個面的表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。

將可實現所述凝固熔渣的製造方法的凝固熔渣製造裝置的一例表示於圖1中。圖1所示的凝固熔渣製造裝置1（圖1）對具有供收容於熔渣鍋23的熔融狀態的高爐熔渣，即，熔融熔渣3流入的凹陷部5a（recessed part）的多個金屬製的鑄模5進行支持以使其可環繞移動，在鑄模5環繞的期間向凹陷部5a流入熔融熔渣3而連續地製造凝固熔渣18。

進行此種動作的凝固熔渣製造裝置1包括環繞移動機構7，該環繞移動機構7以使多個鑄模5接近而進行支持的狀態沿水平方向環繞移動。該環繞移動機構7包括：空冷移動部9，在鑄模環繞1周的期間內，在將所流入的熔融熔渣3保持於所述凹陷部5a的狀態下使鑄模5向環繞方向移動，將熔融熔渣3空冷而使其凝固；反轉排出部11，將鑄模5以其凹陷部5a朝向下方的方式反轉而排出凝固熔渣18；反轉移動部13，使反轉的鑄模5保持反轉的狀態而移動；再反轉部15，將處於反轉狀態的鑄模5以凹陷部5a朝向上方的方式再反轉；再反轉移動部17，使再反轉的鑄模5移動至熔融熔渣3所流入的部位為止；以及冷卻裝置21，將反轉的鑄模5冷卻。再反轉移動部17亦可省略。另外，凝固熔渣製造裝置1為了使熔融熔渣3容易流入至鑄模5而設置流槽20。

而且，凝固熔渣製造裝置1具有設置於反轉排出部11的環繞的鑄模5的下方的坑（pit）19，在坑19配置著可收容所排出的凝固熔渣18的凝固熔渣保持容器22。

如圖2所示，凝固熔渣保持容器22具有如下容量，即，可保持相當於熔渣鍋23的1杯份熔融熔渣3的量的凝固熔渣18，亦可在收容熔渣鍋23的1杯份凝固熔渣18後，從熔渣落下位置搬出，並與空的凝固熔渣保持容器22進行更換。據此，即便在凝固熔渣保持容器22內以某種程度長時間保持熔渣，亦不會產生等待時間而使生產性降低，繼而可對下一熔渣鍋23的熔融熔渣3進行處理。

自保溫性的觀點而言，凝固熔渣保持容器22的底面及側面理想的是至少一部分沿著各面的法線方向包含導熱率為5 W/（m·K）左右以下的低導熱率的耐火物。而且，亦可選擇下述形態等：在收容凝固熔渣18後在凝固熔渣保持容器22上設置蓋；或將燃燒器等簡易加熱源附加而配備於凝固熔渣保持容器22；或者將熔渣落下位置的坑19自身用作凝固熔渣保持容器，在收容凝固熔渣後設置並保持外蓋。

將使用如以上般構成的本實施形態的凝固熔渣製造裝置1製造凝固熔渣18的方法的一例，與凝固熔渣製造裝置1的動作一併進行說明。

使環繞移動機構7以規定的速度旋轉，在熔融熔渣流入部位，使熔融熔渣3經由流槽20流入至環繞的鑄模5中。已流入熔融熔渣3的鑄模5在空冷移動部9內移動，熔融熔渣3受到空冷而成為凝固熔渣18（熔渣凝固步驟）。

此處，較佳為以凝固熔渣18的厚度為20 mm以上且30 mm以下的方式，對鑄模5的環繞移動速度及/或熔融熔渣3的流入速度進行控制。若凝固熔渣的厚度為20 mm以上，則藉由將該凝固熔渣18粉碎，而可獲得被廣泛使用的適用於普通的粗骨材尺寸即5 mm～20 mm的粗骨材製品的粒度分佈。而且，若凝固熔渣18的厚度為20 mm以上，則如後述般，在凝固熔渣18被裝入至凝固熔渣保持容器22內時，可充分增大平均含熱量（average amount of heat），因而無須追加加熱源而僅將凝固熔渣18進行保溫，便可使鑄模接觸面的熔渣表面溫度上升至900℃以上為止並保持5分鐘以上。

另一方面，若凝固熔渣18的厚度為30 mm以下，則熔渣的冷卻速度為適當的範圍，抑制熔渣內部的氣孔生成，因而可將粗骨材製品的吸水率降低至1.5%以下，並且在獲得例如壓縮強度為100 N/mm² 以上的高強度的粗骨材粒子方面較佳。

已到達反轉排出部11的鑄模5在反轉排出部11中朝向環繞方向旋轉並反轉，凝固熔渣18被排出至坑19或坑19內的凝固熔渣保持容器22中（熔渣落下步驟）。

排出了凝固熔渣18的鑄模5以反轉狀態在反轉移動部13內移動，在其移動途中藉由冷卻裝置21而冷卻。

已通過反轉移動部13的鑄模5在再反轉部15中朝向周方向旋轉且以凹陷部5a朝向上方的方式再反轉。已再反轉的鑄模5中，在剛再反轉後或在再反轉移動部17內移動後，再次在熔渣流入部位流入熔融熔渣3。

排出至坑19並裝入至凝固熔渣保持容器22的凝固熔渣18，積層於凝固熔渣保持容器22內，藉由凝固熔渣18自身具有的熱量，凝固時降低的凝固熔渣18的鑄模接觸面的溫度上升。此時，藉由將落下的凝固熔渣18的熔渣表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上，而可將凝固熔渣18的鑄模接觸面的玻璃質改質為結晶質（熔渣溫度保持步驟）。如此，在玻璃質改質為結晶質後，將凝固熔渣18從凝固熔渣保持容器22排出至熔渣冷卻床24。

如以上般，本發明的凝固熔渣製造方法具有熔渣凝固步驟、熔渣落下步驟及熔渣溫度保持步驟這3個步驟，該些3個步驟中，尤其熔渣溫度保持步驟具有特徵，因而以下對其進行詳細說明。

＜需要熔渣溫度保持步驟的理由＞若觀察自鑄模5落下的板狀的凝固熔渣18的剖面，則自鑄模接觸面算起為約1 mm左右為止的範圍玻璃化。僅自鑄模接觸面算起為1 mm左右的範圍玻璃化的理由在於冷卻速度僅在該部分加快。即便凝固熔渣18的凝固厚度發生變化，玻璃質的部分仍自鑄模接觸面算起為約1 mm。

使用放射溫度計對凝固熔渣18的大氣側的表面溫度進行測定，並且在鑄模背面設置熱電偶，在凝固熔渣18的厚度為23 mm的情況下，對直至流到鑄模上的熔融熔渣3被冷卻而凝固的過程為止的溫度轉移（temperature transition）進行測定。將測定結果表示於圖3中。圖3中一併表示藉由後述的傳熱解析而求出的、熔渣的厚度方向中心位置及與鑄模5接觸的位置的熔渣溫度的轉移。與鑄模5接觸的位置的熔渣藉由向鑄模的熱傳導而初始冷卻速度顯著增大，以約15秒降低至400℃為止，然後成為大致固定的溫度。熔渣的中心部的溫度的下降慢且2分鐘後僅降低至1150℃左右，大氣側的表面亦在2分鐘後僅降低至900℃左右為止。

這樣，在主要藉由對鑄模5的熱傳導而將熔融熔渣3冷卻的本方式中，鑄模接觸面受到急冷，熔渣的導熱率小，為2 W/（m·K）以下，因而熔渣內部的熱傳導慢，鑄模接觸面以外的冷卻速度小。因此，僅鑄模接觸面的熔渣受到急冷而玻璃化。將鑄模5反轉，從鑄模5落下後的凝固熔渣18若逐片地分開被搬送，則搬送中冷卻從表面開始進行，因而表面的玻璃質直接殘留。

若玻璃質殘留，則如所述般，在用作混凝土用粗骨材的情況下，產生容易泌水的問題或粗骨材的良率降低的問題，因而需要將玻璃質部分改質為結晶質。因此，需要將玻璃質部分改質為結晶質的溫度保持步驟。

＜藉由解析進行的冷卻速度的研究＞對應如何將玻璃質部分改質為結晶質進行了研究。在進行研究時，藉由傳熱解析對熔渣內部的冷卻速度進行了研究。本製程將熔渣凝固成板狀，因而亦可認為冷卻、凝固過程中的溫度轉移為單純的平板的非穩態一維熱傳導（unsteady one-dimension heat conduction）。該基礎式為下述（1）式。

[數式1]

此處，λ為導熱度（W/（m·K）），ρ為密度（kg/m³ ），Cp為比熱（J/（kg·K）），T為熔渣或鑄模的溫度（K），X為厚度方向的長度（m），t為時間（s）。

圖4（a）、圖4（b）表示解析模型，圖4（a）表示鑄模中收容熔渣的狀態，圖4（b）表示從鑄模落下的凝固熔渣。如圖4（a）、圖4（b）所示，對熔渣、鑄模的厚度方向，將熔渣分為10份、鑄模分為10份而進行計算。在從鑄模落下後僅對凝固熔渣進行計算。

此處，將大氣-熔渣的界面（interface）的導熱係數hs、鑄模-大氣界面的導熱係數hm、熔渣-鑄模界面的熱阻R設為參數，以溫度計算值與圖3的實測值相符的方式來決定參數的值。大氣-熔渣界面在初期為1300 K以上的高溫的溫度差，因而考慮熱放射。環境溫度Ta固定為293 K，溫度不會上升。從鑄模落下後，假定為隔熱狀態，並無與熔渣外部的熱移動。設為△t=0.5 sec，藉由顯式解法（explicit solution technique）而進行計算。

熔渣的導熱率λ（W/（m·K））使用根據下述（2）式、（3）式計算的值。當T＞1400 K時， λ=-5.0×10^-3 T＋9.20…（2）當T≦1400 K時， λ=7.78×10^-4 T+1.11…（3）基於荻野（Ogino）等人的高爐熔渣的熱容量測定結果（K.荻野和J.西脇（K.Ogino and J.Nishiwaki），「鋼鐵物性值手冊」煉鐵編（2006）p.350，日本鐵鋼協會（股），（獨）日本學術振興會製鐵第54委員會），熔渣的比熱Cp在T＜1443 K時，設為Cp=1039 J/（kg·K），在1443 K≦T＜1673 K時，設為Cp=2242.5 J/（kg·K），在1673 K≦T＜1773 K時設為Cp=1326 J/（kg·K）。

熔渣表面的導熱率及鑄模背面的導熱率分別設定為hs=30 W/（m² ·K），hm=10 W/（m² ·K），熔渣-鑄模界面的熱阻設定為R=9×10^-4 m² ·K/W，藉此可與圖3的溫度的實測值大致一致。

藉此，可計算熔渣的溫度變化，並基於該溫度變化來對熔渣溫度保持步驟的溫度條件及保持時間進行研究。

＜溫度條件＞對將玻璃質部分結晶化所需的表面溫度進行了研究。剛進行熔渣落下步驟後的凝固熔渣的表面溫度，根據熔渣凝固厚度、將鑄模反轉直至剝離熔渣為止的熔渣的冷卻時間而發生變化。因此，藉由對熔渣凝固厚度與所述冷卻時間進行多種變更而使凝固熔渣表面溫度發生變化，將使表面溫度發生了多種變化的凝固熔渣保持於凝固熔渣保持容器中24小時，對凝固熔渣的鑄模接觸面的最高溫度與玻璃質部分的面積比率的關係進行調查。結果，確認為了將玻璃質部分結晶化，有效的是將表面溫度上升至900℃以上。

＜保持時間＞然後，在將熔渣的凝固厚度與將鑄模反轉直至剝離熔渣為止的熔渣的冷卻時間設為固定的條件下，變更凝固熔渣保持容器內的保持時間，對自凝固熔渣的鑄模接觸面側的表面溫度上升至900℃的時間點算起的保持時間，即，熔渣表面溫度保持為900℃以上的時間，與凝固熔渣的鑄模接觸面的玻璃質部分的面積比率的關係進行了調查。

具體而言，在後述實施例所示的凝固熔渣製造裝置中，將金屬製鑄模5的環繞重複2周而在6分鐘內連續地處理12噸的熔融熔渣3，在凝固熔渣18向凝固熔渣保持容器22的收容結束之後保持規定時間，且在成為規定的保持時間的時間點立即將凝固熔渣18向熔渣冷卻床24排出並擴散，且在大氣中進行冷卻，其中所述凝固熔渣保持容器22配置於將鑄模5反轉時的熔渣落下位置。

為了計算900℃以上的保持時間，需要特別指定熔渣的鑄模接觸面側的表面溫度上升至900℃的時間點、與下降至小於900℃的時間點。因此，熔渣的鑄模接觸面側的表面溫度上升至900℃的時間點，設為最後的凝固熔渣向凝固熔渣保持容器的收容結束、且該熔渣的鑄模接觸面側的表面溫度達到900℃的時間點，利用所述傳熱解析假定凝固熔渣保持容器內熔渣表面為絕熱邊界條件（adiabatic boundary condition）而求出該時間點。而且，表面溫度降低至小於900℃的時間點，設為將凝固熔渣從凝固熔渣保持容器向熔渣冷卻床排出並擴散的時間點。這基於如下的假定而得出，即，在將凝固熔渣從凝固熔渣保持容器向熔渣冷卻床排出並擴散的時間點，凝固熔渣的表面溫度立即降低至小於900℃。

圖5是表示玻璃質面積比率（%）與保持為900℃以上的時間（min）的關係的曲線圖。如圖5的曲線圖所示可知，藉由以900℃以上保持5分鐘，而鑄模接觸面的玻璃質部分的面積比率大致降低至10%左右為止，即便進一步增加保持時間，玻璃質部分的面積比率亦不會大幅變化。據此可確認：為了將鑄模接觸面的玻璃質部分結晶化，有效的是將凝固熔渣的表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。

另外，關於即便將圖5中900℃以上的保持時間較5分鐘延長，玻璃質部分的面積比率亦不會大幅低於10%左右的理由，認為基於如下而得出：對於在積層並堆積於熔渣保持容器內的凝固熔渣的最表層部分中，鑄模接觸面朝向上方的凝固熔渣而言，即便延長保持時間，溫度亦不會上升至900℃以上從而不會結晶化。因此，若在熔渣保持容器上，在熔渣收容後設置蓋，或使用燃燒器等簡易加熱源而進行再加熱，則可進一步降低玻璃質部分的面積比率。

而且，關於圖5中900℃以上的保持時間的計算值即便為零，而一部分玻璃質熔渣亦結晶化的理由，認為基於如下而得出：對於在熔渣處理的初期收容於熔渣保持容器內的堆積層內下部的凝固熔渣而言，在直至收容最終的凝固熔渣為止的時間內，表面溫度上升，且以900℃以上保持了5分鐘以上。即，認為在熔渣處理的初期收容於熔渣保持容器內的凝固熔渣滿足結晶化的條件而進行結晶化。

然後，對是否可藉由使經熔渣落下步驟而落下的凝固熔渣積層而確保所述溫度條件與保持時間進行了研究。

＜保溫狀態的熔渣溫度＞對熔渣厚度為25 mm的凝固熔渣，計算即將從鑄模落下前的溫度分佈。作為一例，圖6中表示在將熔融熔渣3注入至鑄模後的120秒後的凝固熔渣18內部的溫度分佈的計算結果。凝固熔渣內部的溫度分佈例如為圖6的實線曲線圖。認為剛從鑄模排出後的凝固熔渣的溫度與即將從鑄模落下前的凝固熔渣的溫度大致相同，因而圖6中表述為「剛從鑄模排出後」。

剛從鑄模排出後的凝固熔渣中，鑄模接觸面、大氣面的溫度下降，成為內部的溫度高的狀態。若該狀態下使凝固熔渣落下至保持容器內，並不斷地積層而堆積，則堆積層內部的熔渣成為保溫狀態，因而隨時間經過而熔渣內部的熱傳導至凝固時的鑄模接觸面側及大氣側，熔渣整體接近均勻的溫度分佈。由圖6的虛線表示3分鐘後的溫度分佈計算結果。本條件中，暫時降低的鑄模接觸面的溫度亦上升而成為1000℃左右的溫度。

本發明的凝固熔渣的製造方法中，在使凝固熔渣從鑄模落下、排出後，需要使包含鑄模接觸面的凝固熔渣的熔渣表面的一部分或整個面的表面溫度上升至900℃以上並保持5分鐘以上。確認使從鑄模排出的凝固熔渣的熔渣厚度方向平均溫度超過900℃，且使該凝固熔渣在坑19或凝固熔渣保持容器內積層，藉此無須使用新的加熱源便可實施所述步驟。

＜熔渣積層的溫度＞藉由凝固熔渣自身的含熱量使熔渣表面溫度上升至900℃以上的情況，可藉由適當地選擇凝固熔渣的凝固厚度、將鑄模反轉直至使凝固熔渣落下為止的熔渣的冷卻時間及凝固熔渣保持容器內的保持時間等條件來實現。以下對該點進行具體說明。

例如，圖7中表示：在將熔融熔渣注入鑄模後的冷卻時間設為2分鐘，自最後的凝固熔渣落下而收容後算起的凝固熔渣保持容器內的保持時間設為3分鐘（180秒）的情況下，熔渣厚度的平均值與凝固熔渣保持容器內的熔渣堆積層內的熔渣表面溫度的關係。

使用紅外線熱成像法（infrared thermography），從凝固熔渣保持容器上部測定凝固熔渣的溫度，並將從表層的凝固熔渣的間隙測定的凝固熔渣（以下有時亦稱作「表層下的凝固熔渣」）的表面溫度標示於圖7中，所述凝固熔渣為非表層的凝固熔渣且位於表層的凝固熔渣的下方。存在於該表層下的經試驗的平均厚度為22 mm以上的凝固熔渣的表面溫度的任一測定值均超過了900℃。圖7的橫軸的熔渣厚度為冷卻後測定表層附近的熔渣的厚度所得的值的平均值。

另一方面，實線所示的是凝固熔渣的鑄模接觸面的溫度的計算值，且是剛從鑄模排出後的溫度、與凝固熔渣保持容器內作為表層下的凝固熔渣而保持3分鐘（180秒）後的溫度。如圖7所示，可知只要平均厚度為20 mm以上，則保持了3分鐘後的凝固熔渣的鑄模接觸面的溫度計算值超過900℃，平均厚度越大，則鑄模接觸面的溫度越高。

保持容器內積層的表層下的凝固熔渣的表面溫度的測定值與計算結果同樣地存在熔渣厚度越大則越高的傾向，試驗後的平均厚度為22 mm以上的凝固熔渣均在3分鐘後為900℃以上。即，確認表層下的凝固熔渣的表面溫度測定值良好地與計算結果保持一致，根據計算結果及實測值，使平均厚度為20 mm以上的凝固熔渣積層，藉此3分鐘後可使凝固熔渣的表面溫度為900℃以上。

另外，在用以使凝固熔渣的表面溫度上升的熱源僅為凝固熔渣自身的含熱量的情況下，為了減小散熱對外部的影響，而需要將積層並收容於凝固熔渣保持容器內的凝固熔渣的量確保為某種程度的量。具體而言，較佳為將5噸以上、更理想的是10噸以上的凝固熔渣積層為1 m以上的厚度而收容。

由金屬製的鑄模鑄造的板狀凝固熔渣與緩冷熔渣相比，平均的凝固速度大，因而存在結晶粒小的傾向，而且，如後述般，可緩和、消除鑄模接觸面附近的殘留應力（residual stress），藉此獲得強度特性比緩冷熔渣優異的材質。

而且，藉由本發明的凝固熔渣的製造方法製造的凝固熔渣中，以下定義的落下強度（Shatter Index）為70%以上，藉由本發明的凝固熔渣的製造方法，獲得落下強度（Shatter Index）為70%以上的高強度的板狀的凝固熔渣。而且，藉由使用落下強度為70%以上、且由金屬製鑄模鑄造的板狀的凝固熔渣，將該凝固熔渣進行粉碎、篩選而製造混凝土用粗骨材等熔渣製品時的製品良率提高。

進而，在將藉由本發明的凝固熔渣的製造方法製造的凝固熔渣進行粉碎、篩選而獲得的粗骨材中，獲得利用後述方法測定的平均壓縮強度為100 N/mm² 以上的混凝土用粗骨材，從而適合作為製造高強度混凝土時的粗骨材原料。 [實施例]

根據具體實施例對本發明的作用效果進行說明。

本實施例中，使用圖1所示的裝置來製造凝固熔渣。鑄模5為俯視時為梯形形狀的鑄鋼製，其厚度設為45 mm，將相當於梯形的上底的鑄模的外部尺寸（outer dimension）設為0.7 m，將相當於梯形的下底的鑄模的外部尺寸設為1.0 m，將相當於梯形的高度的鑄模的外部尺寸設為2.7 m。而且，流入熔融熔渣的鑄模5的凹陷部5a的深度設為100 mm。藉由環繞移動機構7將鑄模5環繞搬送，環繞搬送的搬送速度在鑄模中心設為14 m/min。

在熔渣流入部位，使1360℃以上且1410℃以下的熔融狀態的高爐熔渣以約2 ton/min流入至鑄模5中。流入了熔融熔渣3的鑄模5在空冷移動部9內以約120秒｛空冷移動部的長度為全周的2/3（240度）｝進行搬送，藉由空冷使熔融熔渣3成為凝固熔渣18。

在反轉排出部11中將鑄模5反轉，使已從鑄模剝離的凝固熔渣18落下至配置於坑19的凝固熔渣保持容器22中。使已排出凝固熔渣18的鑄模5在反轉移動部13內保持反轉狀態而移動，且在設置著冷卻裝置21的部位從上下兩面噴射冷卻水而進行急冷。

繼而，藉由再反轉部15將反轉狀態的鑄模5再反轉，原來的凹陷部5a再次恢復為朝向上方的狀態。然後，再次向恢復的鑄模流入熔融熔渣。對1次的熔渣鍋將以上的步驟重複進行5周，在15分鐘內連續地處理30噸的熔融熔渣。

當所有凝固熔渣從鑄模落下後，在凝固熔渣保持容器內保持規定時間，然後，將凝固熔渣從凝固熔渣保持容器向熔渣冷卻床排出並擴散，且在大氣中冷卻。

本發明例中，設為如下條件，即，熔融熔渣溫度為1385℃，凝固熔渣保持容器內的熔渣收容結束後的保持時間為10分鐘，凝固熔渣的平均厚度為25 mm，從而在規定的保持時間後立即將凝固熔渣從凝固熔渣保持容器向熔渣冷卻床排出並擴散，且在大氣中冷卻。

比較例中，設為熔融熔渣溫度為1380℃、凝固熔渣的平均厚度為23 mm的條件，使凝固熔渣從鑄模向坑落下，在所有凝固熔渣從鑄模落下後，立即利用鏟車（shovel car）將凝固熔渣從坑中搬出並在熔渣冷卻床中冷卻，以備下一次熔渣鍋內的熔融熔渣的處理。比較例中，若冷卻後測定凝固熔渣的凝固，則厚度為20 mm～26 mm，平均厚度為23 mm。凝固厚度對鑄模接觸面的玻璃質的存在率的影響並非為20 mm～26 mm的範圍。

冷卻後的凝固熔渣中，對凝固時的鑄模接觸面的玻璃質部分的比率進行評估，並且對熔渣的落下強度進行評估。

首先，藉由目視從由本發明例製造的凝固熔渣中分選出鑄模接觸面無玻璃質的凝固熔渣（結晶質凝固熔渣），另一方面，藉由目視而從由比較例製造的凝固熔渣中分選出鑄模接觸面為玻璃質的凝固熔渣，並進行落下試驗。

圖8（a）、圖8（b）、圖9（a）、圖9（b）為表示試驗結果的照片，圖8（a）表示本發明例的試驗前的狀態，圖8（b）表示本發明例的落下試驗後的狀態，圖9（a）表示比較例的試驗前的狀態，圖9（b）表示比較例的落下試驗後的狀態。

在凝固熔渣的鑄模接觸面部分為玻璃質的比較例的凝固熔渣中，如圖9（b）所示，藉由落下而整體微細地粉碎。這是因為，在凝固時為大的溫度梯度的表面附近產生大的殘留應力，因而即便為1 m落下程度的相對小的衝擊亦容易斷裂。

另一方面，藉由本發明的凝固熔渣的製造方法製造的凝固熔渣中，如圖8（b）所示，幾乎不會有整體發生因落下而端部缺損的程度的破碎的情況，從而形成高強度的板狀的凝固熔渣。這是因為，在鑄模接觸面的玻璃質部分結晶化時，表面附近的殘留應力得到緩和或者消除。

利用以下說明的方法測定落下強度（Shatter Index）。落下強度試驗的裝置使用日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS） M8711鐵礦石燒結礦-落下強度試驗方法中記載的裝置。使用40 mm～100 mm的板狀凝固熔渣的樣本（通過孔徑（sieve opening）100 mm的篩、而未通過孔徑40 mm的篩的板狀凝固熔渣的試樣；約3 kg），實施從2 m的高度落下4次的落下試驗。落下試驗後，求出未粉碎為40 mm以下的比率（未通過孔徑40 mm的篩的試樣的質量比率），將該比率設為落下強度（Shatter Index）。關於其他試驗條件，依據作為燒結礦的試驗方法的JIS M8711鐵礦石燒結礦-落下強度測定方法。

板狀熔渣的落下強度（Shatter Index）藉由下述（4）式而算出。 S（%）：A/B×100…（4） S：判定為40 mm以上的板狀熔渣的落下強度（Shatter Index） A：試驗後的40 mm以上的質量（kg） B：試驗前的40 mm～100 mm的試樣的質量（kg）將鑄模接觸面的玻璃質部分的比率與落下強度S的關係在本發明例與比較例中進行比較的結果表示於圖10。本發明例中，玻璃質部分的比率從比較例的52面積%降低至9面積%，落下強度S從比較例的46%提高至89%。

根據所述結果，為了有效地藉由玻璃質部分的結晶化而進行凝固熔渣的強度改善，可以說較佳為對於凝固熔渣的表面中的凝固時的鑄模接觸面的80面積%以上、更理想的是90面積%以上，將熔渣表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。即，較佳為將凝固熔渣凝固時的鑄模接觸面的80面積%以上、更理想的是90面積%以上設為結晶質，換言之，將凝固熔渣的鑄模接觸面的玻璃質部分的面積比率設為小於20面積%、更理想的是設為小於10面積%。

然後，為了使如所述般製造的本發明例及比較例的凝固熔渣成為混凝土粗骨材，而使用撞擊粉碎機（impact crusher）將10噸板狀的凝固熔渣粉碎。然後，將經粉碎的熔渣以20 mm、5 mm的篩進行篩選。藉此，製造出20 mm～5 mm的混凝土用粗骨材。

將20 mm～5 mm的粗骨材製品相對於成為原料的凝固熔渣的良率的結果在本發明例與比較例中進行比較並表示於圖11中。本發明例的粗骨材製品的良率為71%，比較例為65%。即，比起比較例的粗骨材製品的良率，本發明例高出6%。

測定本發明例的粗骨材的吸水率為0.9%，與現有的高爐緩冷熔渣粗骨材的吸水率即3%～4%相比明顯減小，從而獲得與天然骨材同等的吸水率。

而且，對本發明例及比較例的熔渣粗骨材的壓縮強度進行比較。關於壓縮強度測定用的樣本，從包含平坦面的稍大的粗骨材粒子中，以該平坦面作為底面而利用金剛石切割器切出10 mm×10 mm×10 mm的尺寸，且使用安思來型壓縮試驗機（萬能式壓縮試驗機（Universal testing machine））對各6個試樣測定壓縮強度。

自比較例的粗骨材採取的試樣的壓縮強度的平均值為50 N/mm² ，最低值為10 N/mm² ，存在不均非常大、且強度非常低的粗骨材試樣。與此相對，自本發明例的粗骨材採取的試樣的壓縮強度的平均值為167 N/mm² ，最低值為80 N/mm² ，從而穩定地獲得高壓縮強度。

使用本發明例及比較例的熔渣粗骨材調配混凝土且對特性進行了評估。在調配了本發明例的粗骨材的新拌混凝土與調配了比較例的粗骨材的新拌混凝土中對泌水量進行比較。將調查結果表示於圖12中。玻璃質表面少的本發明例的泌水量比玻璃質表面多的比較例小。

其次，使用各個粗骨材，以追求高強度的水灰比（water-cement ratio）為35%的調配來對混凝土進行攪拌，從而製作壓縮強度測定用的供測試體，且對28日強度進行比較。為了進行比較，亦同樣地製作將市售的天然石灰石用於粗骨材而成的供測試體並進行評估。

使用了比較例的粗骨材的混凝土中，28日強度為53 N/mm² ，與此相對，使用了本發明例的粗骨材的混凝土中，28日強度為75 N/mm² 。使用了天然石灰石的粗骨材的混凝土的28日強度為72 N/mm² ，使用了本發明例的粗骨材的混凝土獲得了比使用了天然石灰石的粗骨材的混凝土高的壓縮強度。因此，可以說本發明例的粗骨材為適合作為高強度混凝土用的粗骨材的材料。

1‧‧‧凝固熔渣製造裝置
3‧‧‧熔融熔渣
5‧‧‧鑄模
5a‧‧‧凹陷部
7‧‧‧環繞移動機構
9‧‧‧空冷移動部
11‧‧‧反轉排出部
13‧‧‧反轉移動部
15‧‧‧再反轉部
17‧‧‧再反轉移動部
18‧‧‧凝固熔渣
19‧‧‧坑
20‧‧‧流槽:
21‧‧‧冷卻裝置
22‧‧‧凝固熔渣保持容器
23‧‧‧熔渣鍋
24‧‧‧熔渣冷卻床

圖1是示意性地表示實現本發明的凝固熔渣製造方法的凝固熔渣製造裝置的一實施形態的構成的示意圖。圖2是示意性地表示圖1所示的凝固熔渣製造裝置的凝固熔渣保持容器的示意圖。圖3是表示在金屬製的鑄模上將熔渣冷卻時的各測定位置的溫度轉移的曲線圖。圖4（a）、圖4（b）是表示熔渣及鑄模的一維傳熱解析模型的示意圖。圖5是表示熔渣的表面溫度為900℃以上的保持時間與佔據凝固時的鑄模接觸面的玻璃表面積比率的關係的曲線圖。圖6是表示凝固熔渣的厚度方向的溫度分佈的計算結果的曲線圖。圖7是表示熔渣的表面溫度測定值及熔渣溫度的計算值與熔渣厚度的關係的曲線圖，所述熔渣的表面溫度測定值是熔渣收容3分鐘後的堆積於凝固熔渣保持容器內的表層的凝固熔渣下方的熔渣的表面溫度測定值，所述熔渣溫度的計算值是凝固熔渣的鑄模接觸面的剛從鑄模排出後及凝固熔渣保持容器內作為表層下的凝固熔渣而保持3分鐘後的熔渣溫度的計算值。圖8（a）、圖8（b）是表示凝固時的鑄模接觸面為結晶質的情況下的落下強度試驗前後的熔渣的外觀的照片。圖9（a）、圖9（b）是表示凝固時的鑄模接觸面為玻璃質的情況下的落下強度試驗前後的熔渣的外觀的照片。圖10是表示落下強度與佔據凝固時的鑄模接觸面的玻璃質部分比率的關係的曲線圖。圖11是將20 mm～5 mm粗骨材製造時的製品良率在本發明例與比較例中加以比較而表示的曲線圖。圖12是將本發明例及比較例的各自在使用了粗骨材的混凝土中的泌水量加以比較而表示的曲線圖。

1‧‧‧凝固熔渣製造裝置

3‧‧‧熔融熔渣

5‧‧‧鑄模

5a‧‧‧凹陷部

7‧‧‧環繞移動機構

9‧‧‧空冷移動部

11‧‧‧反轉排出部

13‧‧‧反轉移動部

15‧‧‧再反轉部

17‧‧‧再反轉移動部

18‧‧‧凝固熔渣

19‧‧‧坑

20‧‧‧流槽

21‧‧‧冷卻裝置

22‧‧‧凝固熔渣保持容器

23‧‧‧熔渣鍋

Claims

一種凝固熔渣的製造方法，包括：熔渣凝固步驟，將熔融狀態的高爐熔渣流入至移動的金屬製的鑄模中進行冷卻，且以在所述鑄模內成為板狀的方式使其凝固；熔渣落下步驟，將所述鑄模反轉而使在所述鑄模內已凝固至內部為止的熔渣從鑄模落下；以及熔渣溫度保持步驟，將落下的熔渣的熔渣表面的一部分或整個面的表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。
如申請專利範圍第1項所述的凝固熔渣的製造方法，其中在所述鑄模內以成為板狀的方式凝固的高爐熔渣的厚度為20 mm以上且30 mm以下。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的凝固熔渣的製造方法，其中所述熔渣溫度保持步驟中，對於從所述鑄模落下的凝固熔渣的表面中的凝固時的鑄模接觸面的80面積%以上，將熔渣表面溫度以900℃以上保持5分鐘以上。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的凝固熔渣的製造方法，其中所述熔渣溫度保持步驟中，使從所述鑄模落下的凝固熔渣以熔渣厚度方向平均溫度超過900℃而積層。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的凝固熔渣的製造方法，其中所述熔渣溫度保持步驟中，使從所述鑄模落下的凝固熔渣積層於可從落下位置搬出的保持容器內。
一種凝固熔渣，為由如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的凝固熔渣的製造方法而製造的凝固熔渣，在進行將通過孔徑100 mm的篩而未通過孔徑40 mm的篩的熔渣試樣，從2 m的高度落下4次的落下試驗後，以未通過孔徑40 mm的篩的試樣的相對於落下試驗前的試樣的質量比率進行評估的落下強度（碎裂指數）為70%以上。
一種混凝土用粗骨材的製造方法，其包括：凝固熔渣製造步驟，包含如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的凝固熔渣的製造方法；凝固熔渣粉碎步驟，將所製造的凝固熔渣粉碎；以及篩選步驟，將經粉碎的凝固熔渣篩選。
一種混凝土用粗骨材，由如申請專利範圍第7項所述的混凝土用粗骨材的製造方法而製造，平均壓縮強度為100 N/mm² 以上。