TW201906804A - 肥料原料用製鋼爐渣、肥料原料用製鋼爐渣的製造方法、肥料的製造方法及施肥方法 - Google Patents
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Abstract
[課題]容易又低成本地將多種元素作為植物的肥料來供給，且即便供給在降雨量多的地區或河川氾濫頻繁的地區之酸性土壤也不會因水流而流失。 [解決手段]本發明之肥料原料用製鋼爐渣，其以質量%計含有：P2
O5
：2%以上且在8%以下、MnO：3%以上且在10%以下、硼：0.005%以上且小於0.05%、全鐵：15%以上且在30%以下、CaO：29%以上且小於38%、SiO2
：16%以上且小於22%、硫：0.1%以上且在0.6%以下、MgO：4%以上且在8%以下、及Al2
O3
：0.5%以上且在3%以下，並且，前述P2
O5
中之可溶性P2
O5
之比率為50%以上，前述MnO中之檸檬酸溶性MnO之比率為80%以上；以(CaO含量/SiO2
含量)表示之爐渣鹼度大於1.5且在2.2以下；且體積比重為2.3以上且在3.2以下。
Description
本發明是有關肥料原料用製鋼爐渣、肥料原料用製鋼爐渣的製造方法、肥料的製造方法及施肥方法。
背景技術 作為植物生長所必需之元素，已知有：氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、氧(O)、氫(H)、碳(C)、鎂(Mg)、硫(S)、鐵(Fe)、錳(Mn)、硼(B)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、銅(Cu)、氯(Cl)。
上述元素中，氮(N)、磷(P)及鉀(K)被稱為肥料的三要素，且已知該等為植物所大量需要之元素。又，鈣(Ca)、鎂(Mg)及硫(S)被稱為次要要素，且一般認為是植物次於上述之三要素所需要的元素。並且，由於植物需要微量之鐵(Fe)、錳(Mn)、硼(B)、鋅(Zn)、鉬(Mo)、銅(Cu)及氯(Cl)，因此該等被稱為微量要素。
並且，上述元素中，硼(B)在近年逐漸被發現是形成植物之根部細胞的細胞壁所需之元素。又，米、小麥及玉米等世界人口之主要糧食作物，是除了上述元素外還大量需要矽(Si)的矽酸作物。
用以對植物供給Ca、P、Si、Mg、Fe、Mn、B及S之各元素的方法之一為葉面施肥。葉面施肥中，就各元素而言是使用例如下述物質。 Ca：氯化鈣 P：磷酸二氫鉀 Mg：硫酸鎂 Fe：硫酸亞鐵 Mn：硫酸錳 B：硼酸、 Si：矽酸鉀、 S：硫酸鈣(石膏)、硫酸鎂、硫酸亞鐵、硫酸錳
然而，由於葉面施肥是在作業上較為費工的方法，因此謀求一種可不利用葉面施肥而能從根部吸收如上所述之各元素的方法。
另一方面，由於在製鐵業之熔鐵預備處理及脫碳處理所得之製鋼爐渣，其構成成分包含各種礦物質，因此如以下專利文獻1~專利文獻9所揭示，該製鋼爐渣會被用來作為肥料及土壤改良資材。
例如以下專利文獻1中，已報告有一種在製鐵過程中之高爐熔鐵的熔鐵預備處理時利用脫磷處理而回收之矽酸磷酸肥料用原料、及該矽酸磷酸肥料用原料之製造方法。
以下專利文獻2中，已報告有一種以從製鐵過程之熔鐵預備處理過程獲得之製鋼爐渣為原料來製造礦渣磷酸肥料的方法。
以下專利文獻3中，已報告了由製鐵過程之製鋼爐渣所構成之爐渣粒具有水稻之增收效果，並且也具有抑制溫室氣體的效果。
以下專利文獻4及專利文獻5中，已報告有一種使用一座轉爐型精煉爐來依序實施脫矽處理及脫磷處理的熔鐵預備處理方法，且以下專利文獻6中，已報告有一種在製鐵過程之熔鐵預備處理步驟中製造矽酸質肥料的方法。
以下專利文獻7中，已報告有一種矽酸質肥料，其是藉由將僅含不溶出性之矽酸的煤灰與熔融狀態之不鏽鋼的爐渣混合，而使矽酸可溶出。
以下專利文獻8中，已報告有一種肥料用之含磷酸爐渣的製造方法，且以下專利文獻9中，已報告有一種可從製鐵過程獲得之磷酸質肥料原料的製造方法。
先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本專利特許第5105322號公報 專利文獻2：日本專利特許第6040064號公報 專利文獻3：日本專利特許第5881286號公報 專利文獻4：日本專利特許第5983900號公報 專利文獻5：日本專利特開2016-29206號公報 專利文獻6：日本專利特許第4246782號公報 專利文獻7：日本專利特許第4040542號公報 專利文獻8：日本專利特許第6119361號公報 專利文獻9：日本專利特許第6011556號公報
發明概要 發明欲解決之課題 將含P、Fe、Mn、Zn、Si、Ca、Mg、B、S等各元素之多種類的物質以可期待各元素之肥料效果的比例來施用是既花費成本又費工的。並且，當對土壤施用含各元素之物質時，由於每種物質比重不同，因此比重小的物質在降雨量多的地區或河川氾濫頻繁的地區之土壤中會有流失的可能性。其結果，會有在栽培植物之一個期作的期間中，不得不在欠缺每種元素之平衡的條件下栽培植物的疑慮。雨水會因空氣中的二氧化碳溶入，而顯示出pH5.6左右的弱酸性。並且，近年來，因含硫氧化物或含氮氧化物的排放氣體的影響，在東南亞地區等降下pH4程度的酸雨的情形也成為問題。降雨量多的地區或因該雨水造成河川氾濫頻繁的地區的土壤，會因長期曝於如上述之酸性雨水下的影響，而有Fe、Mn、B等元素從土壤流失而不足的可能性。
由穩定供給糧食的觀點來看，能夠以降雨量多的地區或河川氾濫頻繁的地區之土壤穩定地栽培米、小麥、玉米等矽酸植物也是極為重要的。
又，次要要素當中，Ca、Mg是植物之根部的生長及光合作用所需的元素。並且，該Ca、Mg是作為石灰、苦土而顯示鹼性，且是以肥料分析法等所測定之鹼性度的主要構成元素，對於因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤，其等亦為具有提高土壤之pH以改良為適合栽培植物的pH之效果的元素。
並且，在次要要素中S是含硫胺基酸之生物合成所必須的元素，對大蒜、洋蔥、蔥等石蒜科或百合科植物的栽培而言是尤其需要的元素。然而，S是在添加於土壤後會氧化成為硫酸而使土壤酸性化、或者會因硫酸鹽還原細菌的作用被還原成硫化氫而成為根部腐爛之原因的元素。
此外，Si是用以穩定地栽培米、小麥、玉米等矽酸植物之必要元素，由穩定供給糧食的觀點來看也是極為重要的。
呈上所述，現今正尋求開發一種肥料及施肥方法是可容易又低成本地將P、Fe、Mn、Si、Ca、Mg、S、B多種元素作為植物的肥料來供給，且即便供給在降雨量多的地區或河川氾濫頻繁的地區之土壤也不會因水流而流失。
因此，本發明是有鑑於上述問題而作成者，本發明之目的在於提供一種可容易又低成本地將多種元素作為植物的肥料來供給，且即便供給在降雨量多的地區或河川氾濫頻繁的地區之土壤也不會因水流而流失之肥料原料用製鋼爐渣、肥料原料用製鋼爐渣的製造方法、肥料的製造方法及施肥方法。
用以解決課題之手段 本發明人等有鑑於上述課題而精闢研討的結果，為了供給P、Fe、Mn、Si、Ca、Mg、B、S之多種元素，而開發出特殊化為肥料原料用之製鋼爐渣及其製造方法、以及可供給各該元素之肥料的製造方法及施肥方法，終至完成本發明。 本發明主旨如下。
[1]一種肥料原料用製鋼爐渣，其以質量%計含有：P2
O5
：2%以上且在8%以下、MnO：3%以上且在10%以下、硼：0.005%以上且小於0.05%、全鐵：15%以上且在30%以下、CaO：29%以上且小於38%、SiO2
：16%以上且小於22%、硫：0.1%以上且在0.6%以下、MgO：4%以上且在8%以下及Al2
O3
：0.5%以上且在3%以下，並且，前述P2
O5
中之可溶性P2
O5
之比率為50%以上，前述MnO中之檸檬酸溶性MnO之比率為80%以上；以(CaO含量/SiO2
含量)表示之爐渣鹼度大於1.5且在2.2以下；且體積比重為2.3以上且在3.2以下。 [2]如[1]之肥料原料用製鋼爐渣，其分別含有2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體。 [3]如[1]或[2]之肥料原料用製鋼爐渣，其中前述硼中之檸檬酸溶性硼之比率為95%以上。 [4]如[1]至[3]中任一項之肥料原料用製鋼爐渣，其粒徑以整體計小於5mm並且粒徑小於600μm者的質量比率相對於總質量為60%以上。 [5]一種肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，是製造如[1]至[4]中任1項之肥料原料用製鋼爐渣的方法，且 該製造方法是以以下方式進行製造：對轉爐型鍋槽注入高爐熔鐵，使(與從爐口到熔鐵液面為止之長度相對應的出水高度/與從爐口到爐內底為止之長度相對應的爐內高度)所示之空隙比例為0.5以上且在0.9以下後，對前述轉爐型鍋槽中之前述高爐熔鐵添加錳礦石、含錳脫碳爐渣及錳鐵中之至少任一者，並對前述高爐熔鐵加入粒徑30mm以下之生石灰及/或碳酸鈣後，從插在前述高爐熔鐵內之噴槍對前述高爐熔鐵吹入氧，然後於1300℃以上且1400℃以下使爐渣發泡，進行脫磷處理，製造成(CaO含量/SiO2
含量)所示之爐渣鹼度大於1.5且在2.2以下，且爐渣中之MnO含量為3質量%以上且在10質量%以下。 [6]如[5]之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，該製造方法是藉由將前述脫磷處理後之熔融爐渣注入盤狀耐熱性容器內並急速冷卻，使其固化。 [7]如[6]之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是藉由進行灑水來急速冷卻前述脫磷處理後之熔融爐渣。 [8]如[5]至[7]中任一項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是藉由使前述轉爐型鍋槽傾斜，將前述脫磷處理後之熔融爐渣傾注於爐渣鍋槽後，將前述爐渣鍋槽中之前述熔融爐渣傾注到可傾翻的第1耐熱性容器中後，藉由在前述第1耐熱性容器內進行灑水將前述熔融爐渣急速冷卻使其固化後，將已固化之爐渣予以碎裂，並傾翻前述第1耐熱性容器，使已固化之前述爐渣滑落至第2耐熱性容器內，藉此使其碎裂。 [9]如[5]至[8]中任1項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是藉由急速冷卻而分別形成2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體。 [10]如[5]至[9]中任1項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是將爐渣予以粉碎，使粒徑以整體計小於5mm並且粒徑小於600μm者的質量比率相對於總質量為60%以上。 [11]一種肥料的製造方法，是將經以如[5]至[10]中任1項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法製出之肥料原料用製鋼爐渣予以粉化。 [12]如[11]之肥料的製造方法，其是在對粉化後之前述肥料原料用製鋼爐渣添加預定之結合劑後，進行造粒。 [13]如[11]或[12]之肥料的製造方法，其對所獲得之肥料進一步混合有機物。 [14]如[13]之肥料的製造方法，其中前述有機物為家畜糞便、植物殘渣及從水產類所得堆肥中之至少任一者。 [15]一種施肥方法，是對土壤施予肥料且該土壤之pH(H2
O)為5.6以上且在7.5以下、有效磷酸為5mg/100g乾土以下、及/或錳含量為50mg/100g乾土以下、及/或硼含量為0.05mg/100g乾土以下，該肥料包含：如[1]至[4]中任1項之肥料原料用製鋼爐渣、經以如[5]至[10]中任1項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法製出之肥料原料用製鋼爐渣、或經以如[11]至[14]中任1項之肥料的製造方法製出之肥料。 [16]如[15]之施肥方法，其中前述肥料的施用量以前述肥料原料用製鋼爐渣計是在0.05t/ha以上且在2t/ha以下。 [17]如[15]或[16]之施肥方法，其是在播種或植苗前，將前述肥料撒於耕作層表面或與該耕作層混合。 [18]如[15]或[16]之施肥方法，其是將前述肥料撒於所栽培之植物體附近的耕作層表面或是混合於該耕作層中。
發明效果 如以上所說明，依據本發明，可容易又低成本地將多種元素作為植物的肥料來供給，且即便供給在降雨量多的地區或河川氾濫頻繁的地區之酸性土壤也不會因水流而流失。
發明實施形態 以下詳細說明本發明的較佳實施形態。
(有關本發明人等所進行之研討内容) 在說明本發明實施形態之前，先就本發明人等所實施之有關如先前所說明之對於肥料及施肥方法之訴求的研討結果作詳細說明。
＜專利文獻1所揭示之技術之相關研討＞ 有關如先前所說明之訴求，由於上述專利文獻1所揭示之矽酸磷酸肥料用原料(CaO含量/SiO2
含量)所示之鹼度為1.0以上且在1.4以下之較低鹼度，因此難以對酸性土壤產生效果。並且，由於上述專利文獻1所揭示之矽酸磷酸肥料用原料的可溶性CaO含量在30質量%以下為較低而鹼性弱，因此還是難以對酸性土壤產生效果。
而且，上述專利文獻1中，雖然記載有Al2
O3
含量為10質量%以下的內容，但當觀察實施例時，Al2
O3
含量為4.84質量%以上且在6.33質量%以下，而為大於4質量%之高數值。由於Al是容易與磷酸離子結合且會成為妨礙植物吸收磷之原因的物質，因此較低之Al2
O3
含量較為理想。
又，上述專利文獻1中，並不存在關於含有硼的記載以及關於硼之肥料效果的記載。
＜專利文獻2所揭示之技術之相關研討＞ 上述專利文獻2中，雖然揭示了以從製鐵過程之熔鐵預備處理過程所得之製鋼爐渣為原料來製造礦渣磷酸肥料的方法，但並不存在關於成為礦渣磷酸肥料之原料的製鋼爐渣之製造方法的記載。並且，由上述專利文獻2之實施例可知：成為原料之製鋼爐渣的檸檬酸溶性磷酸含量為2.56質量%以上且在2.62質量%以下，並無法滿足礦渣磷酸肥料之規格的「檸檬酸溶性磷酸含量3質量%以上」的條件。再者，上述專利文獻2中，並不存在關於含有硼與錳的記載以及關於硼及錳之肥料效果的記載。
＜專利文獻3所揭示之技術之相關研討＞ 上述專利文獻3中，雖然記載有磷酸含量為1.5質量%以上且在5質量%以下的內容，但其中有多少比率為可對植物有效作用之可溶性磷酸(在彼得曼檸檬酸銨溶液中溶出之磷酸)，並無相關記載存在。
專利文獻3中記載有CaO含量為20質量%以上且在50質量%以下的內容。而為該含量之理由，則是顯示在製鐵步驟中，幾乎不會產生CaO含量小於20質量%或大於50質量%之製鋼爐渣。
並且，專利文獻3中記載有由製鋼爐渣所構成之爐渣粒含有10質量%以上且在30質量%以下之SiO2
的內容。作為其理由，專利文獻3中顯示若SiO2
小於10質量%，由於溶出之可用態矽酸的量會變少，因此變得無法期待促進矽藻於充滿水的水田之土壤表面繁殖的效果，前述矽藻具有藉由光合作用產生氧的機能。再者，專利文獻3中顯示在製鐵步驟中幾乎不會產生如含有大於30質量%之SiO2
的製鋼爐渣，因此難以取得該爐渣。
該專利文獻3中並無關於爐渣鹼度(=CaO/SiO2
)的記載存在，因此如上述只要CaO含量為20質量%以上且在50質量%以下並且SiO2
含量為10質量%以上且在30質量%以下即可，且爐渣之鹼度可取為0.67(CaO：20質量%、SiO2
：30質量%)至5(CaO：50質量%、SiO2
：10質量%)之範圍非常寬的值。由於爐渣鹼度與磷、鐵、錳等肥料有效成分的溶出有很大的關係，因此認為必須設定適合該等肥料有效元素溶出之鹼度。
而且，專利文獻3中記載有由製鋼爐渣所構成之爐渣粒含有3.5質量%以上且10質量%以下之MnO的內容。作為其理由，專利文獻3中顯示若MnO含量小於3.5質量%，會有無法溶出充分的多價錳來使水田土壤之氧化還原電位上升的可能性。此處，專利文獻3所記載之施用量為0.5t/ha以上至5t/ha，並且假設以該範圍之施用量而言，可溶出充分的多價錳來使水田土壤之氧化還原電位上升。而當施用量較上述範圍少時，必須研討出可使錳更有效率地溶出的條件。
如上述，專利文獻3中並不存在關於爐渣鹼度的記載，因此針對在根據專利文獻3之CaO含量及SiO2
含量而假設之鹼度0.67~5的範圍中適於有效率地溶出磷及錳的鹼度，並無任何研討。
又，專利文獻3中並不存在關於硼的記載，並且也不存在關於磷、鈣、矽、錳等是從爐渣之何種組織溶出的記載。而且，關於施用量也是0.5t/ha以上至5t/ha，而必須施用較多，因此會花費肥料所需的成本及與散撒該肥料所需之勞力有關的成本，而為不利。
＜專利文獻4、專利文獻5所揭示之技術之相關研討＞ 專利文獻4及專利文獻5所揭示之熔鐵預備處理方法中，是藉由使用一座轉爐型精煉爐依序進行脫矽處理及脫磷處理，而將對肥料有效之含矽酸爐渣及含磷酸爐渣分開回收。然而，以肥料而言，宜同時含有矽酸與磷酸。又，由獲得成為肥料之原料的爐渣之觀點來看，分開進行脫矽處理與脫磷處理既費工又花費成本。並且，專利文獻4及專利文獻5中針對所製造之脫磷爐渣的組成毫無任何揭示，且亦不存在關於肥料之記載。因此，無法判斷該等專利文獻4及專利文獻5所揭示之爐渣是否適合作為肥料。
並且，為了適當控制所製造之爐渣的組成，如以下所詳述地，本發明人等認為轉爐型鍋槽中之出水高度(亦即從爐口到熔鐵液面為止之長度)為重要條件之一。然而，專利文獻4中針對使用一座轉爐型精煉爐來依序進行脫矽處理及脫磷處理時的出水高度毫無任何揭示。並且，專利文獻5中僅針對脫矽處理有出水高度之比例的記載，而針對脫磷處理並不存在關於出水高度的記載。
＜專利文獻6所揭示之技術之相關研討＞ 專利文獻6中揭示有在製鐵過程之熔鐵預備處理步驟中製造矽酸質肥料的方法，並記載有對因熔鐵預備處理而產生之轉爐爐渣添加檸檬酸溶性磷酸，且將檸檬酸溶性磷酸設為5質量%以上之內容。並且，專利文獻6中針對原本的爐渣之磷酸含量記載有1質量%以上且在4質量%以下的內容。而且，專利文獻6中，針對硼之含有以及硼之肥料效果毫無任何記載。再者，專利文獻6中並無關於爐渣製造時之出水高度的記載，並且亦不存在關於利用爐渣之排渣所進行之回收方法及冷卻方法的記載。
＜專利文獻7所揭示之技術之相關研討＞ 專利文獻7中揭示有一種矽酸質肥料，其是藉由將僅含不溶出性之矽酸的煤灰與熔融狀態之不鏽鋼的爐渣混合，而使矽酸可溶出。然而，由於該矽酸質肥料為不鏽鋼的爐渣，因此含有許多鉻。因此，若大量施用或長時間施用以該爐渣為原料之肥料，會有土壤之鉻含量變高的疑慮。並且，由於必須混合煤灰，因此會成為因作業增加所導致之成本增加的重要原因。
＜專利文獻8所揭示之技術之相關研討＞ 專利文獻8中揭示有肥料用之含磷酸爐渣的製造方法，該肥料用之含磷酸爐渣的磷酸含量是設為18.32質量%以上。然而，該磷酸含量大幅脫離了能夠以通常之製鐵過程的熔鐵預備處理及脫碳處理製造之製鋼爐渣的磷酸含量，以通常之製鐵過程的熔鐵預備處理及脫碳處理是不可能製造的。因此，為了製造該爐渣會需要特別的步驟，而成為成本增加的主要原因。
＜專利文獻9所揭示之技術之相關研討＞ 專利文獻9中也揭示有可從製鐵過程獲得之磷酸質肥料原料的製造方法，且成為該磷酸質肥料原料之爐渣的磷酸含量是設為15質量%以上。然而，該磷酸含量大幅脫離了能夠以通常之製鐵過程的熔鐵預備處理及脫碳處理製造之製鋼爐渣的磷酸含量，以通常之製鐵過程的熔鐵預備處理及脫碳處理是不可能製造的。因此，為了製造該爐渣會需要特別的步驟，而成為成本增加的主要原因。
如以上所詳細說明，在製造製鐵過程之製鋼爐渣作為肥料原料時，或使用製鐵過程之製鋼爐渣來作為可供給多樣之礦物質的肥料原料時，會有須解決之各種問題點存在。
本發明人等針對上述問題點進行精闢研討之結果，為了供給P、Fe、Mn、Si、Ca、Mg、B、S之多種元素，而開發出特殊化為肥料原料用之製鋼爐渣及其製造方法、以及可供給各該元素之肥料的製造方法及施肥方法，並且可獲得一種能更容易且以低成本供給多種元素作為植物肥料的肥料原料用之製鋼爐渣。以下，詳細說明本發明之實施形態。
(實施形態) ＜有關一般之製鋼爐渣＞ 在詳細說明本發明實施形態之肥料原料用製鋼爐渣之前，為了比較，先簡單說明一般的製鋼爐渣。
一般作為使用於肥料之製鋼爐渣，可舉例如脫磷爐渣，其為在鋼鐵製造過程之熔鐵預備處理步驟中副生成之製鋼爐渣的一種。又，所謂脫磷爐渣是含磷的爐渣且為製鋼爐渣的一種，前述含磷的爐渣是為了除去熔鐵中所含之磷而於熔鐵中添加石灰、氧化鐵等作為脫磷劑並吹入氧等的氣體，因此而副生成出來的。
鋼鐵爐渣協會已公開代表性的製鋼爐渣(轉爐爐渣)之組成(http://www.slg.jp/character.html)，其代表性組成係如以下。 CaO：45.8、SiO2
：11.0、全鐵：17.4、MgO：6.5、 Al2
O3
：1.9、S：0.06、P2
O5
：1.7、MnO：5.3(各質量%)
以下詳述之本發明實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是脫磷爐渣的一種，但如以下所詳述地，其特徵在於：相較於如上述之代表性的製鋼爐渣之組成，P2
O5
及SiO2
之含量高，且CaO含量低。並且，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣之特徵在於：相較於如上述之代表性的製鋼爐渣之組成，檸檬酸溶性硼的含量也較高。
＜有關肥料原料用製鋼爐渣＞ 以下，詳細說明本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣。 本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣為含有預定量之成分且藉由對高爐熔鐵進行脫磷處理而得之製鋼爐渣，且含有預定量之Ca、P、Si、Mg、Fe、Mn、B、S、Al等各種元素。
更詳細地說，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣以質量%計含有：P2
O5
：2%以上且在8%以下、MnO：3%以上且在10%以下、硼：0.005%以上且小於0.05%、全鐵：15%以上且在30%以下、CaO：29%以上且小於38%、SiO2
：16%以上且小於22%、硫：0.1%以上且在0.6%以下、MgO：4%以上且在8%以下、及Al2
O3
：0.5%以上且在3%以下。並且，除上述成分以外，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣有時還會含有各種不純物。 以下，詳細說明本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣所含有之各成分。
[CaO：29質量%以上且小於38質量%] 首先，針對Ca作說明。 Ca是植物之必要肥料元素。以肥料或製鋼爐渣而言，在標記Ca含量時是換算成氧化物之CaO來標記含量，因此以下是以CaO之形態來表示Ca含量。
CaO是顯示鹼性之化合物，其在改良因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤方面具有效果。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣所含的CaO含量是在29質量%以上且小於38質量%，與如上述之代表性組成之製鋼爐渣所含的CaO之45.8質量%相較之下，其CaO含量相當低。這是因為藉由在製造製鋼爐渣時減少對熔鐵添加的CaO量，而有削減花費於CaO之成本的利處。然而，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，當CaO含量小於29質量%時鹼性會變弱，因此就算施用含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料，也無法充分實施改良因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤。
又，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，P主要是以2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
之固溶體的形態存在，為了使P以此形態存在，必須要存在有充分量的CaO。當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的CaO含量小於29質量%時，會有可能變得無法將P維持在含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料中，該P是以上述形態存在於肥料中且可慢慢溶出到土壤中。
另一方面，當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的CaO含量在38質量%以上時，與通常之製鋼爐渣的製造成本相較之下，變得無法獲得如上所述之藉由減少對用以製造製鋼爐渣的熔鐵添加的CaO量來削減成本的效果。並且，從肥料原料用之觀點看來，若CaO含量在38質量%以上，會因施用本發明之肥料原料用製鋼爐渣，而有施用之土壤的pH過度鹼化的可能性，故不佳。
基於該觀點，本實施形態之該肥料原料用製鋼爐渣的CaO含量是設為29質量%以上且小於38質量%。且CaO含量宜為30質量%以上且在37質量%以下，更宜為31質量%以上且在36質量%以下。
又，該CaO含量可以譬如螢光X射線分析法來測定。 具體而言，將已知CaO含量之測定試樣進行含量變更並準備多數個，且藉由螢光X射線分析裝置來測定所準備之測定試樣之源自Ca的螢光X射線強度。利用所得之源自Ca的螢光X射線強度與CaO含量，預先製成顯示CaO含量與螢光X射線強度之間的關係的校準曲線。然後，針對所著眼之未知CaO含量的試料，可藉由螢光X射線分析裝置測定源自Ca之螢光X射線強度，並使用所得之螢光X射線強度與校準曲線來特定出CaO含量。
此處，所著眼之試料是如以下方式採取試樣後，依如以下的順序準備並在以下所示之測定條件下測定螢光X射線強度。 亦即，將分析試料安裝於振動研磨機(vibrating mill)(川崎重工業股份有限公司製 T-100型)並將分析試料粉碎為粉末狀(裝置條件：粉碎時間30秒、1000rpm)。使用篩孔212μm之篩網對已粉碎之試料實施篩分。接著，在鉑皿中投入四硼酸鋰(熔劑)6g、通過上述篩孔(212μm)之篩網的試料0.3g及藥匙2匙左右之碘化鋰(剝離材)後，以珠粒取樣器(bead sampler)實施1,150℃×10分鐘×3~4次熔解以製作玻璃珠。同樣地，針對標準物質亦實施加工，以作成為玻璃珠狀。並在使用螢光X射線分析裝置(理學電氣工業公司製 ZSX PrimusII)製成校準曲線後，再用通過上述篩孔(212μm)的篩網之試料的定量及標準物質實施確認分析。本分析方法是根據JIS規格「JIS M 8205」之方法。
[SiO2
：16質量%以上且小於22質量%] 接下來，針對Si作說明。 Si雖非植物之必需要素，但對稻、小麥、玉米等禾本科之矽酸植物而言是非常重要的元素。矽酸(SiO2
)約佔稻之植物體之乾燥質量的5%。以肥料或製鋼爐渣而言，在標記Si含量時是換算成氧化物之SiO2
來標記含量，因此以下是以SiO2
之形態來表示Si含量。
如先前所提及，與代表性之製鋼爐渣的組成相較之下，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣富含SiO2
。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣因富含對植物有效之可用態矽酸，因此在用以對禾本科植物等供給Si方面是很有效的。
當減少對熔鐵添加的CaO量以削減花費於CaO之成本，並以如以下詳述之轉爐步驟來製造本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣時，Si會以Ca2
SiO4
、CaSiO3
、CaFeSiO4
等與Ca之化合物的形態或以2CaO・SiO2
固溶體等形態存在於製鋼爐渣中。以本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣而言，為了削減成本而減少對熔鐵添加的CaO量之結果，雖然製鋼爐渣的Ca含量變低，但為了如後述滿足鹼度條件，必須使Ca含量變低且亦須使Si含量一併變低。
如上述，在削減對熔鐵添加的CaO量之條件下製造本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣時，藉由將SiO2
含量設為小於22質量%，不僅能獲得Si的肥料效果，還可與其他元素即Ca、P、Mn、Fe、Mg、B、S等均衡協調地獲得肥料效果。故，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是將SiO2
含量設為小於22質量%，以積極實現所述肥料效果。另一方面，若本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的SiO2
含量小於16質量%，會變得難以發揮Si之肥料效果。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是將SiO2
含量設為16質量%以上。SiO2
含量宜為17質量%以上且在21質量%以下，更宜為18質量%以上且在20質量%以下。
又，該SiO2
含量可以譬如螢光X射線分析法來測定。 具體而言，將已知SiO2
含量之測定試樣進行含量變更並準備多數個，且藉由螢光X射線分析裝置來測定所準備之測定試樣之源自Si的螢光X射線強度。利用所得之源自Si的螢光X射線強度與SiO2
含量，預先製成顯示SiO2
含量與螢光X射線強度之間的關係的校準曲線。然後，針對所著眼之未知SiO2
含量的試料，可藉由螢光X射線分析裝置測定源自Si之螢光X射線強度，並使用所得之螢光X射線強度與校準曲線來特定出SiO2
含量。
此處，所著眼之試料的準備方法及螢光X射線強度的測定條件是與CaO的情況相同。
[鹼度(CaO含量/SiO2
含量)：大於1.5且在2.2以下] 本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣同時滿足如上所述之有關CaO含量及SiO2
含量的條件，並且以(CaO含量/SiO2
含量)所示之鹼度大於1.5且在2.2以下。
本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，由於CaO含量為29質量%以上且小於38質量%，因此當如下述鹼度時，SiO2
含量規定如下。 鹼度為2.3之情況：12質量%以上且在16質量%以下 鹼度為2.2之情況：13質量%以上且在17質量%以下 鹼度為2.1之情況：14質量%以上且在18質量%以下 鹼度為1.8之情況：16質量%以上且在21質量%以下 鹼度為1.5之情況：19質量%以上且在25質量%以下 鹼度為1.4之情況：21質量%以上且在27質量%以下
當鹼度在1.5以下或大於2.2時，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的SiO2
含量就變成不會在16質量%以上且小於22質量%之範圍內。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的鹼度是設為大於1.5且在2.2以下。
最可彰顯爐渣性狀之特性是鹼性。CaO是爐渣鹼性之主因成分。又，實際之製鐵步驟中以熔鐵預備處理之脫磷處理所得之製鋼爐渣的鹼度多為1.5~1.8左右，很容易取得。並且，本發明人等試驗研討後發現了以下結果：可更均衡地實現矽酸、磷酸、錳、硼等肥料有效成分之溶出的爐渣鹼度在1.5~1.8附近。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的鹼度宜大於1.5且在1.8以下。
當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中鹼度為1.5以下時，若從肥料原料用之觀點來考慮，因相對於SiO2
，CaO相對變少，而變得難以形成後述之2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體，故不佳。另一方面，當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中鹼度大於2.2時，若從肥料原料用之觀點來考慮，因會有對因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤，將較改良土壤所需之CaO更多之CaO施肥的可能性，且會成為作為CaO源而被添加之石灰的成本增加之原因，故不佳。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，鹼度是設為大於1.5且在2.2以下。藉由將鹼度設為大於1.5且在2.2以下，由肥料原料用的觀點來看可抑制石灰的成本，該石灰是為了提高對於因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤之土壤改良效果與提高CaO含量而添加。鹼度宜為1.6以上且在2.1以下，更宜為1.6以上且在2.0以下。
又，將鹼度調整為大於1.5且在2.2以下，藉此在所製出之製鋼爐渣中就會變得容易同時形成2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體。並且，如以下所詳述，在製鋼爐渣之製造過程中，藉由在使爐渣固化時進行急冷會變得更加容易形成如上述之2種固溶體。而如以下所詳述地，該等固溶體除矽酸之外也會促進磷酸、錳及硼的溶出，因此以肥料原料用之製鋼爐渣而言宜同時具有該等固溶體。
[P2
O5
：2質量%以上且在8質量%以下、可溶性P2
O5
之比率：50%以上] 接著，針對P作說明。 P與N、K都是植物的必要要素。P是基因即DNA或RNA、ATP等之能量代謝物質、細胞膜之構成物質等所必需的元素。又，P是作用於根部之生長點且對根部之生長具有效果的元素。一旦P不足，根部的生長將被抑制。
以肥料及製鋼爐渣而言，在標記P含量時是換算成氧化物之P2
O5
來標記含量，因此以下是以P2
O5
之形態來表示P含量。
在酸性且Al及Fe離子化而容易溶出之條件的土壤中，P會作為磷酸鋁(AlPO4
)或磷酸鐵(FePO4
)而被不溶解化，導致會有植物根部無法吸收含P之磷酸離子(PO4 3-
)的可能性。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣含有CaO及MgO且為鹼性，因此可改良酸性土壤以防止Al及Fe離子化而由土壤溶出，並且可慢慢溶出P作為磷酸離子(PO4 3-
)。
本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，P主要是以Ca2
SiO4
-Ca3
(PO4
)2
之組成存在。在土壤中，P會作為PO4 3-
從包含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣之肥料與Ca、Si一起慢慢溶出。因此，在相當於稻等作物之一個期作之數個月程度的長期間中，可不被Al及Fe不溶解化而對植物慢慢地供給P。
若本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中P2
O5
含量小於2質量%，會無法確實實現如上所述之效果。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，P2
O5
含量是設為2質量%以上。
另一方面，當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中P2
O5
含量大於8質量%時，若從肥料原料用的觀點來看，會有欠缺P2
O5
與其他之肥料三要素即氮及鉀之間的平衡而對土壤過量供給P2
O5
的可能性，而不理想。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，P2
O5
含量是設在8質量%以下。
另，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，P2
O5
含量宜為3質量%以上且在8質量%以下，更宜為3質量%以上且在6質量%以下。
日本肥料管理法(Fertilizer Regulation Act)中，就礦渣磷酸肥料而言是將檸檬酸溶性P2
O5
含量規定為3質量%以上。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣雖未必為滿足礦渣磷酸肥料之規格者，但根據上述理由而可期待P之肥料效果。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，P2
O5
含量在2質量%以上，而檸檬酸溶性P2
O5
含量大約相當於1.0質量%以上。
另一方面，已知有關實際上植物可由根部吸收之P2
O5
，相較於會在2%檸檬酸水溶液中溶出之檸檬酸溶性P2
O5
，會在中性之檸檬酸銨水溶液(彼得曼檸檬酸銨溶液)中溶出之可溶性P2
O5
會是較適當之值。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是藉由爐渣之組成及組織控制，而成功將爐渣所含之P2
O5
中可溶性P2
O5
的比率提高至50%以上者。亦即，藉由依據如下所詳述之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法來製造肥料原料用製鋼爐渣，可使爐渣所含之P2
O5
中可溶性P2
O5
之質量比率在50%以上。爐渣所含之P2
O5
中可溶性P2
O5
之質量比率的上限值並未特別規定且愈高愈好，但由實際製作數量眾多的製鋼爐渣試料並進行分析而得之結果來看並無法設為100%，上限值約為85%左右。而爐渣所含之P2
O5
中可溶性P2
O5
之質量比率宜為50%以上，更宜為60%以上。
又，P2
O5
含量可以譬如螢光X射線分析法來測定。 具體而言，將已知P含量之測定試樣進行含量變更並準備多數個，且藉由螢光X射線分析裝置來測定所準備之測定試樣之源自P的螢光X射線強度。利用所得之源自P的螢光X射線強度與由P含量算出之P2
O5
的換算量，預先製成顯示P2
O5
之換算量與螢光X射線強度之間的關係的校準曲線。然後，針對所著眼之未知P含量的試料，可藉由螢光X射線分析裝置測定源自P之螢光X射線強度，並使用所得之螢光X射線強度與校準曲線來特定出P2
O5
含量。
此處，所著眼之試料的準備方法及螢光X射線強度的測定條件是與CaO的情況相同。
又，可溶性P2
O5
之含量可藉由使用有彼得曼檸檬酸銨溶液之釩鉬酸銨吸光光度法來測定。使用所測出之P2
O5
含量及可溶性P2
O5
含量可算出P2
O5
中之可溶性P2
O5
的質量比率。
[MgO：4質量%以上且在8質量%以下] 接著，針對Mg作說明。 Mg對植物而言為必需元素，並被當作次要要素。
一般來說，製鋼爐渣之MgO含量會是大幅低於CaO含量的值。製鋼爐渣所含之Mg主要是因燒結步驟中所添加及從轉爐爐壁的耐火磚溶出之Mg所造成。以肥料或製鋼爐渣而言，在標記Mg含量時是換算成氧化物之MgO來標記含量，因此以下是以MgO之形態來表示Mg含量。
MgO為鹼性，其與CaO同樣在改良因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤方面具有效果。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，CaO含量較一般的製鋼爐渣之CaO含量更低，故當MgO含量小於4質量%時，Mg的供給量變少而會變得無法期待Mg之肥料效果。另一方面，以MgO含量大於8質量%的情況而言，在實際的製鐵過程中除非追加添加Mg源，否則便難以使MgO含量大於8質量%。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，MgO含量是設為4質量%以上且在8質量%以下。且MgO含量宜為4質量%以上且在7質量%以下，更宜為4質量%以上且在6質量%以下。
又，MgO含量可以譬如螢光X射線分析法來測定。 具體而言，將已知Mg含量的測定試樣進行含量變更並準備多數個，且藉由螢光X射線分析裝置來測定所準備之測定試樣之源自Mg的螢光X射線強度。利用所得之源自Mg的螢光X射線強度與由Mg含量算出之MgO的換算量，預先製成顯示MgO之換算量與螢光X射線強度之間的關係的校準曲線。然後，針對所著眼之未知Mg含量的試料，可藉由螢光X射線分析裝置測定源自Mg之螢光X射線強度，並使用所得之螢光X射線強度與校準曲線來特定出MgO含量。
此處，所著眼之試料的準備方法及螢光X射線強度的測定條件是與CaO的情況相同。
[全鐵：15質量%以上且在30質量%以下] 接著，針對Fe作說明。 Fe是植物所需之微量要素，且含鐵物是被當作特殊肥料來使用。然而，Fe在酸性土壤中會有使植物發生鐵過剩症的可能性，因此亦為可能對植物有害的元素。
本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣含有29質量%以上且小於38質量%之CaO，且含有4質量%以上且在8質量%以下之MgO，故為鹼性。然而，若與如上所述之代表性製鋼爐渣之組成，即CaO含量：45.8質量%、MgO含量：6.5質量%相較之下，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣可說是鹼性較弱的製鋼爐渣。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是以15質量%以上且在30質量%以下之高含量含有全鐵，故含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料宜使用在發生有鐵過剩症的土壤以外之土壤。
此外，就含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料特徴而言，有以下特徵：由於體積比重大，故不會因雨水而流失且會殘留而可長期溶出具有肥料效果之各元素。在用以提高含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料其體積比重上，Fe亦為重要元素。
因此，基於防止流失的觀點，會以體積比重越高亦即製鋼爐渣之總Fe含量越高越為理想。若本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中全鐵含量大於30質量%，會有從肥料溶出鐵而導致造成鐵過剩症之疑慮。
又，當以如以下詳述之製造方法來製得本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣時，會在高溫且短時間下進行處理，故所製出的製鋼爐渣之全鐵含量會有相對變高的傾向，其全鐵含量會在15質量%以上。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的全鐵含量是設為15質量%以上且在30質量%以下。且全鐵含量宜為16質量%以上且在28質量%以下，更宜為17質量%以上且在26質量%以下。
當利用X射線繞射裝置來分析本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣時，可觀測到歸屬於FeO-CaO-SiO2
系之礦物的波峰。另一方面，將本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣長期浸漬於水中後，以電子微探分析儀(Electron Probe Micro Analyzer：EPMA)觀察組織時，於Fe與Mn重疊存在的部分可觀察到濃度降低的痕跡。基於此點，而認為當有MnO與FeO互相固溶之FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體形成時，會更促進Mn與Fe一起往土壤中溶出。此種Fe的氧化狀態可藉由依據如以下詳述之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，來製造肥料原料用製鋼爐渣而被實現。並且，本實施形態中固溶體名稱是明示主要化學成分者，其性質上亦可包含未明示之成分。例如，FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體中亦包含固溶有MgO者。
又，全鐵的含量可以譬如螢光X射線分析法來測定。 具體而言，將已知全鐵含量的測定試樣進行含量變更並準備多數個，且藉由螢光X射線分析裝置來測定所準備之測定試樣之源自Fe的螢光X射線強度。利用所得之源自Fe的螢光X射線強度與全鐵含量，預先製成顯示全鐵含量與螢光X射線強度之間的關係的校準曲線。然後，針對所著眼之未知全鐵含量的試料，可藉由螢光X射線分析裝置測定源自Fe之螢光X射線強度，並使用所得之螢光X射線強度與校準曲線來特定出全鐵含量。
此處，所著眼之試料的準備方法及螢光X射線強度的測定條件是與CaO的情況相同。
[MnO：3質量%以上且在10質量%以下、檸檬酸溶性錳之比率：80%以上] 接著，針對Mn作說明。 Mn也是作為微量要素而對植物具有肥料效果的元素。以肥料或製鋼爐渣而言，在標記Mn含量時是換算成氧化物之MnO來標記含量，因此以下是以MnO之形態來表示Mn含量。
當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中MnO含量小於3質量%時，因MnO含量少而導致從含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料之Mn溶出變得不充分，而變得無法發揮Mn的肥料效果。另一方面，當MnO含量大於10質量%，尤其在酸性土壤中會成為使植物發生錳過剩症的原因，故不佳。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，MnO含量是設為3質量%以上且在10質量%以下。且MnO含量宜為4質量%以上且在9質量%以下，更宜為5質量%以上且在8質量%以下。
又，在本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中同時形成2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體，藉此除了如上述之Mn溶出會更受到促進之外，還可促進矽酸、磷酸及硼的溶出。
已知植物會由根部分泌有機酸，將會溶出於2%檸檬酸水溶液之錳即檸檬酸溶性錳視為植物可利用之錳即為其一指標。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣，是藉由控制組成及組織而成功將製鋼爐渣所含之MnO中80%以上作成檸檬酸溶性MnO。亦即，藉由依據如下所詳述之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法來製造肥料原料用製鋼爐渣，可使爐渣所含之MnO中檸檬酸溶性MnO的質量比率在80%以上。爐渣所含之MnO中檸檬酸溶性MnO之質量比率的上限值並未特別規定且愈高愈好，但由實際製作數量眾多之製鋼爐渣並進行分析而得之結果來看並無法設為100%，上限值約為95%左右。爐渣所含之MnO中檸檬酸溶性MnO之質量比率宜為85%以上，更宜為90%以上。
又，MnO含量可以譬如螢光X射線分析法來測定。 具體而言，將已知Mn含量的測定試樣進行含量變更並準備多數個，且藉由螢光X射線分析裝置來測定所準備之測定試樣之源自Mn的螢光X射線強度。利用所得之源自Mn的螢光X射線強度與由Mn含量算出之MnO的換算量，預先製成顯示MnO換算量與螢光X射線強度之間的關係的校準曲線。然後，針對所著眼之未知Mn含量的試料，可藉由螢光X射線分析裝置測定源自Mn之螢光X射線強度，並使用所得之螢光X射線強度與校準曲線來特定出MnO含量。
此處，所著眼之試料的準備方法及螢光X射線強度的測定條件是與CaO的情況相同。
又，檸檬酸溶性MnO之含量可藉由以下來測定：利用使用有2%檸檬酸水溶液之溶出與火焰式原子吸光法等的由獨立行政法人農林水產消費安全技術中心(Food and Agricultural Materials Inspection Center：FAMIC)所規定之肥料等試驗法(2016)中記載的方法。使用所測出之MnO含量及檸檬酸溶性MnO含量可算出MnO中檸檬酸溶性MnO的質量比率。
[硼：0.005質量%以上且小於0.05質量%、檸檬酸溶性硼之比率：95%以上] 接著，針對硼作說明。 硼是植物所需之微量要素，且已知若缺乏硼，植物會產生缺硼症。硼是合成植物之細胞壁的必要元素。
另一方面，已知當土壤之硼含量大於5mg/kg時，植物會有發生硼過剩症的可能性。5mg/kg之硼含量是非常低的值。作為市售之含硼肥料，有例如：硼酸鹽肥料(檸檬酸溶性硼35%以上)、熔成硼肥料(檸檬酸溶性硼24%左右)、熔成微量要素複合肥料(FTE)(檸檬酸溶性硼5~9%)，但由於皆含大量的硼，因此會有因過量使用該等肥料導致發生硼過剩症的疑慮。要將該等市售肥料施用於土壤並使土壤之硼含量在5mg/kg以下並非易事。
例如，對1kg的土壤施用硼含量5%之肥料時，即便土壤中未含硼，要使土壤之硼含量在5mg/kg以下，也必須將100mg以下之少量肥料與土壤混合使其等變得均勻而施用。因此，若為一般之施用量，則過量施用硼的疑慮大。為了少量使用該等含大量硼的肥料並均勻地施用，雖然也可考慮使其溶解或分散於水中來施用，但認為以往之肥料容易因雨水等而流失。因此，為了對土壤最適當地供給硼，是以硼含量低且不會流失之類型的肥料為佳。
當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中硼含量小於0.005質量%(=50mg/kg)時，即便對土壤施用含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料，也會因硼之供給量少而無法發揮硼對於植物的肥料效果。另一方面，硼含量成為0.05質量%以上的製鋼爐渣並無法在一般之製鐵過程中獲得，而為了要提高硼含量刻意追加添加硼砂等硼源的做法會成為成本增加之主要原因，故不佳。又，相較於以往之硼系肥料，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣所含的硼中檸檬酸可溶性硼之比率非常高，因此即使硼含量小於0.05質量%，仍具有與以往之硼系肥料相同程度的硼供給能力。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，硼含量是設為0.005質量%以上且小於0.05質量%。且硼含量宜為0.01質量%以上且在0.05質量%以下，更宜為0.02質量%以上且在0.05質量%以下。
如上所述，已知植物會由根部分泌有機酸，將會溶出於2%檸檬酸水溶液之硼即檸檬酸溶性硼視為植物可利用之硼即為其一指標。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是將CaO與SiO2
含量的比即鹼度設為大於1.5且在2.2以下，並藉由著墨於熔融爐渣生成時之溫度與爐渣固化時之冷卻方法來進行組織控制，且使硼作為例如以B2
O3
置換SiO2
化合物中一部分的SiO2
而得的化合物等來生成，藉此而成功包含在土壤中容易溶化之形態的硼，並能將製鋼爐渣所含之硼中95%以上作成檸檬酸溶性硼。亦即，藉由依據如下所詳述之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法來製造肥料原料用製鋼爐渣，可使爐渣所含之硼中檸檬酸溶性硼的質量比率在95%以上。藉由提高了檸檬酸溶性硼的比率，就算肥料原料用製鋼爐渣所含之硼含量低，仍可獲得高施肥效果。
又，硼含量可以譬如ICP發光分析法來測定。 具體而言，將試料0.5g與試劑(碳酸鈉2g、過氧化鈉3g)放入Ni坩堝，並實施鹼熔(燃燒器加熱)。將鹼熔後之Ni坩堝放入燒杯並放入水與鹽酸(1：9)，在Ni坩堝內容物溶化後，取出Ni坩堝並加熱燒杯使試料溶解。將所得之溶解試料導入高頻感應耦合電漿中(裝置：日立先端科技 SPS3100)，並以波長249.753nm測定硼之發光，以將硼定量。本分析方法是依據JIS A 5011-3 附屬書A的方法。
又，檸檬酸溶性硼之含量可藉由以下來測定：利用使用有2%檸檬酸水溶液之溶出與偶氮甲鹼H(Azomethine-H)法的由獨立行政法人農林水產消費安全技術中心(Food and Agricultural Materials Inspection Center：FAMIC)所規定之肥料等試驗法(2016)中記載的方法。使用所測出之硼含量及檸檬酸溶性硼含量可算出硼中檸檬酸溶性硼的質量比率。
[硫：0.1質量%~0.6質量%] 接著，針對硫作說明。 硫是半胱胺酸、甲硫胺酸等含硫胺基酸之生物合成所需的元素，且是蛋白質之生物合成所需的元素，對於蔥、洋蔥、大蒜等之繁殖而言是不可或缺的元素。
當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的硫含量小於0.1質量%時，即便對土壤施用使用有本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料，也會因為硫之供給量少而有無法發揮硫對於植物之肥料效果的可能性。另一方面，當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的硫含量大於0.6質量%時，會因肥料所供給之硫而在土壤中產生硫化氫，而有使根部腐爛等問題發生的可能性。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的硫含量是設為0.1質量%以上且在0.6質量%以下。且硫含量宜為0.2質量%以上且在0.6質量%以下，更宜為0.3質量%以上且在0.6質量%以下。
另，所述硫含量可藉由例如鹼熔與ICP發光分析法來測定。 具體而言，將試料0.5g與試劑(碳酸鈉2g、過氧化鈉3g)放入Ni坩堝，並實施鹼熔(燃燒器加熱)。將鹼熔後之Ni坩堝放入燒杯並放入水與鹽酸(1：9)，在Ni坩堝內容物溶化後，取出Ni坩堝並加熱燒杯使試料溶解。將所得之溶解試料導入高頻感應耦合電漿中(裝置：日立先端科技 SPS3100)，並以波長182.036nm測定硫之發光，以將硫定量。本分析方法是依據JIS A 5011-3 附屬書A的方法。
[Al2
O3
：0.5質量%以上且在3質量%以下] 接著，針對Al作說明。 以肥料及製鋼爐渣而言，在標記Al含量時是換算成氧化物之Al2
O3
來標記含量，因此以下是以Al2
O3
之形態來表示Al含量。
由於Al在酸性土壤中會成為鋁離子Al3+
並與磷酸離子PO4 3-
結合，因此具有抑制植物根部吸收P的作用。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣之Al2
O3
含量宜盡量低。
當本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的Al2
O3
含量大於3質量%時，因如上所述之理由，會抑制P從含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料溶出。另一方面，當對高爐熔鐵施行脫磷處理時，爐渣中無法避免地會有Al2
O3
混入，要將Al2
O3
含量設為0.5質量%以下是有困難的。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，Al2
O3
含量是設為0.5質量%以上且在3質量%以下。且Al2
O3
含量宜為0.5質量%以上且在2.5質量%以下，更宜為0.5質量%以上且在2質量%以下。
又，Al2
O3
含量可以譬如螢光X射線分析法來測定。 具體而言，將已知Al含量的測定試樣進行含量變更並準備多數個，且藉由螢光X射線分析裝置來測定所準備之測定試樣之源自Al的螢光X射線強度。利用所得之源自Al的螢光X射線強度與由Al含量算出之Al2
O3
的換算量，預先製成顯示Al2
O3
換算量與螢光X射線強度間之關係的校準曲線。然後，針對所著眼之未知Al含量的試料，可藉由螢光X射線分析裝置測定源自Al之螢光X射線強度，並使用所得之螢光X射線強度與校準曲線來特定出Al2
O3
含量。
此處，所著眼之試料的準備方法及螢光X射線強度的測定條件是與CaO的情況相同。
[體積比重：2.3以上且在3.2以下] 本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣具有如上所述之組成，故其體積比重(更詳細地說，是鬆散體積比重)會成為2.3以上且在3.2以下。若體積比重小於2.3，會產生因大量降雨而導致肥料流失的可能性，故不佳。另一方面，若體積比重大於3.2，使用有本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料會變重，而成為需要過多勞力以搬運及撒佈肥料之原因，故不佳。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣之體積比重宜為2.4以上且在3.0以下，更宜為2.4以上且在2.8以下。
又，肥料原料用製鋼爐渣之體積比重可藉由例如如以下的方法來測定。亦即，可將疏鬆充填於一定容積內之質量除以容積得出數值，以此來求取體積比重(鬆散體積比重)。此處，用於測定之爐渣是作成相當於JIS A5015所規定之MS-25之粒度，並依據JIS A1104來測定單位容積質量(=體積比重)。
[有關肥料原料用製鋼爐渣之組織] 本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣，就其組織而言，宜同時含有2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體。如以下所說明，當製造肥料原料用製鋼爐渣時，在使處於熔融狀態之爐渣固化之際將爐渣急冷，藉此可更有效率地形成該等固溶體。
在土壤中，除了鈣及矽酸之外，磷酸也會更有效率地從2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體溶出。並且，在土壤中，鐵及錳會更有效率地從FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體溶出。因此，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣藉由同時含有該等固溶體作為其組織，而可更有效率地使鈣、矽酸、磷酸、鐵、錳之類具有肥料效果的元素溶出至土壤中。又，理由雖未確定，惟歷經如以下所說明之製造方法而製出的肥料原料用製鋼爐渣中，該等固溶體中之SiO2
的一部分容易被B2
O3
置換，因此藉由同時含有該等固溶體便可使硼也溶出。
另，上述2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體之存在可利用如以下所示之方法來確認。
例如，在將本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣作成粉末之後，利用一般之X射線繞射裝置(例如Rigaku Corporation製X射線繞射裝置SmartLab)，並將X射線源設為Co-Kα(λ=1.7902Å)、X射線源負載電力(管電壓/管電流)設為5.4kW(40kV/135mA)，且檢測器為閃爍計數器(scintillation counter)，並藉由集中法(θ-2θ測定)以掃描速度1.5°/分鐘實施X射線繞射，來確認2CaO・SiO2
結晶及FeO・CaO・SiO2
結晶等。又，將本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣嵌埋於環氧樹脂等周知之樹脂後，進行磨削及研磨使該肥料原料用製鋼爐渣的平滑截面露出，並使用一般之EPMA裝置(例如日本電子製 JXA-8100型)將以加速電壓15kV在截面上觀察到之爐渣組織的各元素分布作成分布圖。並且，縮小至直徑100μm之測定領域後在同時觀察到Ca、Si、O及P之爐渣組織以及在同時觀察到Fe、Mn、Ca、Si及O之爐渣組織中，以ZAF法來解析並半定量各元素之以EPMA的計數，藉此可確認有2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體或FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體存在。
[有關肥料原料用製鋼爐渣之粒徑] 本實施形態中，利用粉碎等將如以上說明之肥料原料用製鋼爐渣調整為適當粒徑，藉此可適合用作肥料之原料。要粉碎該肥料原料用製鋼爐渣，可使用例如顎式軋碎機(jaw crusher)、鎚式壓碎機、棒磨機、球磨機、輥磨機(roll mill)、滾筒粉碎機(roller mill)等周知手段。
藉由如上所述之粉碎方法，肥料原料用製鋼爐渣以成為粒徑小於5mm為佳，且粒徑小於600μm更佳。另，該等粒徑是藉由使用有JIS Z8801所規定之網篩的篩分法所得之粒徑。若肥料原料用製鋼爐渣之粒徑在5mm以上，肥料原料用製鋼爐渣之比表面積會變得過小，而有各肥料效果元素之溶出效率變低的可能性。又，藉由使肥料原料用製鋼爐渣之粒徑小於600μm，肥料原料用製鋼爐渣之比表面積會變得更大，而變得可更加提高各肥料效果元素的溶出效率。
並且，本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣中，粒徑小於600μm之爐渣的質量比率宜相對於總質量為60%以上。藉由使粒徑小於600μm之爐渣的質量比率成為60%以上，可更加提高各肥料效果元素之溶出效率。粒徑小於600μm之爐渣的質量比率為80%以上更佳。
以上，詳細說明了本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣。
＜有關肥料原料用製鋼爐渣的製造方法＞ 接下來，詳細說明本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣，係藉由對於高爐熔鐵進行如以下所說明之特定脫磷處理而製造的。
如以上所說明之本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是以以下方式製造：(1)對轉爐型鍋槽注入高爐熔鐵，使(與從爐口到熔鐵液面為止之長度相對應的出水高度/與從爐口到爐內底為止之長度相對應的爐內高度)所示之空隙比例為0.5以上且在0.9以下後，(2)對轉爐型鍋槽中之高爐熔鐵添加錳礦石、含錳脫碳爐渣及錳鐵中之至少任一者，並(3)對高爐熔鐵加入粒徑30mm以下之生石灰及/或碳酸鈣後，從插在高爐熔鐵內之噴槍對高爐熔鐵吹入氧，然後於1300℃以上且1400℃以下使爐渣發泡，進行脫磷處理。此時，是製造成(CaO含量/SiO2
含量)所示之爐渣鹼度大於1.5且在2.2以下，且爐渣中之MnO含量為3質量%以上且在10質量%以下。
[1：高爐熔鐵注入步驟] 上述(1)所示之高爐熔鐵注入步驟是將所生成之高爐熔鐵注入轉爐型鍋槽中的步驟。將高爐熔鐵注入轉爐型鍋槽中時，若(出水高度/爐內高度)所示之空隙比例小於0.5，出水高度會變得過小，結果導致熔鐵液面之上方存在的空隙變得過於狹小，因此難以使高爐熔鐵充分發泡而變得無法使脫磷反應充分進展，故不佳。另一方面，若(出水高度/爐內高度)所示之空隙比例大於0.9，脫磷之熔鐵量會變少而變得沒有效率，故不佳，並且由於轉爐型鍋槽中僅有些微高爐熔鐵注入，因此操作效率降低而生產性降低。以(出水高度/爐內高度)所示之空隙比例宜為0.5以上且在0.8以下，更宜為0.6以上且在0.8以下。
[2：添加材投入步驟] 上述(2)所示之添加材投入步驟是以成為所欲之爐渣中MnO含量(亦即，爐渣中MnO含量為3質量%以上且在10質量%以下)之方式，對轉爐型鍋槽中之高爐熔鐵投入錳礦石、含錳脫碳爐渣及錳鐵中之至少任一者的步驟。此處，上述添加材當中，就要將哪個添加材投入多少分量而言並無特別限定，視所欲之爐渣中MnO含量來適當決定即可。
[3：脫磷處理步驟] 上述(3)所示之脫磷處理步驟是對調整MnO含量後之高爐熔鐵在供給鈣源後吹入氧，並藉由在預定溫度下使爐渣發泡來進行高爐熔鐵之脫磷處理的步驟。
此處，作為脫磷處理所使用之鈣源，是使用粒徑在30mm以下之生石灰及碳酸鈣之至少任一者。另，粒徑在30mm以下之生石灰及碳酸鈣可使用JIS Z8801所規定之工業用網篩來獲得。作為鈣源，亦可使用平均粒徑在1mm以下之生石灰。此處，生石灰之平均粒徑意指通過JIS Z8801所規定之工業用網篩的粒度分布中累積質量%值為50%的粒徑。所述鈣源之添加量是設為在脫磷處理步驟結束時成為所欲鹼度(亦即，大於1.5且在2.2以下)的量。
並且，發泡時之爐渣溫度是設為1300℃以上且在1400℃以下。若爐渣溫度低於1300℃，脫磷反應便不會進展，故不佳。另一方面，若爐渣溫度高於1400℃，會有磷熔回到鋼液中之復磷的可能性，故不佳。發泡時之爐渣溫度宜為1310℃以上且在1390℃以下，更宜為1320℃以上且在1380℃以下。又，爐渣溫度可以使用熱電偶或光學高溫計(optical pyrometer)來測定。
如上所述之脫磷處理是以爐渣鹼度成為大於1.5且在2.2以下，且爐渣中之MnO含量為3質量%以上且在10質量%以下的方式實施，並在爐渣鹼度及MnO含量成為如上所述之範圍內的時間點結束脫磷處理。
藉由實施如上之脫磷處理，所製出之製鋼爐渣的成分會成為具有如先前說明之特性，且其比重也會在上述範圍內。
在以上說明之脫磷處理步驟後，宜實施如以下所說明之(4)爐渣固化步驟與(5)爐渣粉碎步驟。
[4：爐渣固化步驟] 上述(4)所示之爐渣固化步驟是以預定方法使脫磷處理後之熔融爐渣固化的步驟。
所述爐渣固化步驟亦可為例如：藉由將脫磷處理後之熔融爐渣注入盤狀耐熱性容器內並急速冷卻，使其固化的步驟。此時，為了更有效地冷卻熔融爐渣，宜使熔融爐渣薄薄地散佈於盤狀耐熱性容器內，並且宜對薄薄地散佈之熔融爐渣進行灑水，藉以將熔融爐渣急速冷卻(急冷)。
又，除上述方法以外，亦可採用如以下的方法來作為爐渣固化步驟。 亦即，(a)藉由使轉爐型鍋槽傾斜，將脫磷處理後之熔融爐渣傾注於爐渣鍋槽後，將爐渣鍋槽中之前述熔融爐渣傾注到可傾翻的第1耐熱性容器中後，(b)藉由在第1耐熱性容器內進行灑水將熔融爐渣急速冷卻至例如600℃左右使其固化後，將已固化之爐渣予以碎裂，並(c)傾翻第1耐熱性容器，使已固化之爐渣滑落至第2耐熱性容器內，藉此使其碎裂。
如上所述之2種爐渣固化步驟中，皆宜藉由在使熔融爐渣固化時進行灑水等來使熔融爐渣急速冷卻。藉由將熔融爐渣急速冷卻，可更加確實地使2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體兩者形成於爐渣中。
[5.爐渣粉碎步驟] 上述(5)所示之爐渣粉碎步驟是粉碎以上述方式固化之製鋼爐渣，使其成為所欲粒徑的步驟。
所述爐渣粉碎步驟中，是使用例如顎式軋碎機、鎚式壓碎機、棒磨機、球磨機、輥磨機、滾筒粉碎機等周知手段，來將固體狀態之製鋼爐渣予以破裂/粉碎成所欲粒徑。此處，如先前所提及，製鋼爐渣之粒徑是以整體粒徑小於5mm，且粒徑小於600μm之爐渣的質量比率相對於總質量為60%以上的方式來予以碎裂/粉碎為佳。
藉由歷經如以上說明之步驟，便可製造本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣。
＜有關肥料的製造方法＞ 接下來，簡單說明製造使用有本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣之肥料的方法。 如以上說明之本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣，藉由將其粒徑調整於預定範圍內(例如全部小於600μm左右)，便可直接作為肥料使用。亦即，本實施形態之肥料的製造方法，是藉由周知之手段將經以如上所述之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法製出之肥料原料用製鋼爐渣予以粉化。
又，粉化後之肥料原料用製鋼爐渣雖可如上述直接作為肥料使用，但亦可在添加預定之結合劑後進行造粒。此處，就造粒時所使用之結合劑而言並無特別限定，但可使用例如：糖蜜、木質素(lignin)、木質素磺酸金屬鹽、澱粉、聚乙烯醇、羧甲基纖維素等。
此外，對於以如上述方法製得之肥料，可進一步混合有機物。作為此類有機物，可舉出由例如牛糞、豬糞、雞糞等家畜糞便、植物殘渣及從水產類所得堆肥中之至少任一者。藉由進一步混合上述有機物，可更加提升含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣的肥料其肥料效果。
藉由如以上說明的本實施形態之肥料可更有效地供給磷(P)、鐵(Fe)、錳(Mn)、矽(Si)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、硼(B)、硫(S)之多種之各元素。
＜有關施肥方法＞ 接下來，說明含本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣之肥料的施肥方法。 含如以上說明之肥料原料用製鋼爐渣的肥料可容易又低成本地將多種元素作為植物的肥料來供給，且即便供給在降雨量多的地區或河川氾濫頻繁的地區之土壤也不會因水流而流失。更詳細地說，藉由以如以下說明之方法對因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤施肥，可謀求抑制土壤酸性化，並可更有效地對欲繁殖之植物供給多種元素作為肥料。
亦即，本實施形態之施肥方法是對土壤施予肥料且該土壤之pH(H2
O)為5.6以上且在7.5以下、(i)有效磷酸為5mg/100g乾土以下、及/或(ii)錳含量為50mg/100g乾土以下、及/或(iii)硼含量為0.05mg/100g乾土以下，該肥料包含如上所述之肥料原料用製鋼爐渣或肥料。
此處，所謂pH(H2
O)意指以預定比例對土壤添加水而得之懸浮液的pH，且表示溶於土壤水分中的H+
濃度。一般認為pH(H2
O)是顯示與植物根部的繁殖直接相關之土壤酸性的強弱(活酸性)。所謂土壤的pH(H2
O)為5.6以上且在7.5以下是表示為弱酸性到中性之土壤，一般認為是適於植物之繁殖的pH。
又，上述pH(H2
O)、pH(KCl)可藉由將風乾土20g放入100ml振動瓶，並添加蒸餾水50ml或1N KCl水溶液50ml振動30分鐘後，以pH玻璃電極來測定水溶液之pH而測得。並且，有效磷酸含量可藉由Truog法來測定。
本實施形態之肥料在因多雨導致各肥料效果元素容易流失而不足的地區，可對如上所述之磷酸、錳及硼中之至少任一者不足之因長期曝於酸性雨水下的影響而有變成酸性之傾向的土壤發揮優異的肥料效果。
當上述(i)所示之有效磷酸為5mg/100g乾土以下時，會有可從土壤往植物供給之磷酸不足的可能性。並且，當上述(ii)所示之錳含量為50mg/100g乾土以下時，會有可從土壤往植物供給之錳不足的可能性。並且，當上述(iii)所示之硼含量為0.05mg/100g乾土以下時，會有可從土壤往植物供給之硼不足的可能性。所以，藉由施用以本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣為原料的肥料，而會變得亦可使植物吸收磷酸、錳及硼。
此處，本實施形態之肥料的施用量，以肥料原料用製鋼爐渣計，宜為0.05t/ha以上且在2t/ha以下。若施用量小於0.05t/ha，因施用量過少會有無法明確發揮包含多數種肥料效果元素之本實施形態之肥料效果的可能性。另一方面，若施用量大於2t/ha，會因大量使用本實施形態之肥料而導致成本變高。較佳施用量為0.1t/ha以上且在1t/ha以下。
本實施形態之施肥方法中，亦可在播種或植苗前，將如上所述之本實施形態之肥料撒於耕作層表面或與該耕作層混合。並且，亦可將如上所述之本實施形態之肥料撒於所栽培之植物體附近的耕作層表面或是混合於該耕作層中。
作為如上所述之本實施形態之肥料的對象作物，可舉出屬於例如以下之任一植物等：禾本科植物、莎草科植物、葫蘆科植物、豆科植物、石蒜科植物、百合科植物、茄科植物、十字花科植物、薔薇科植物、芭蕉科植物、棕櫚科植物、葡萄科植物、天南星科植物、蘭科植物、旋花科植物、菊科植物、胡麻科植物、薄荷科植物、罌粟科植物、芸香科植物、繖形花科植物、胡椒科植物、茜草科植物、蕁麻科。本實施形態之肥料原料用製鋼爐渣是容易釋放肥料之三要素、次要要素及微量要素之物，使用有該肥料原料用製鋼爐渣之肥料是如以下實施例所示地在代表性之禾本科植物即水稻上證實了其效果，因此也可以期待在禾本科以外之如上所述的植物上獲得效果。又，對於上述以外之植物，本實施形態之肥料亦當然可適用。
以上，簡單地說明了本實施形態之施肥方法。 實施例
以下，顯示實施例及比較例，並具體說明本發明之肥料原料用製鋼爐渣、使用有該製鋼爐渣之肥料及施肥方法。又，以下所示之實施例僅為一例，本發明並不受限於以下所示之例。
(實施例1) 利用以下所示方法，製造出肥料原料用製鋼爐渣。 亦即，在(出水高度/爐內高度)所示之空隙比例為0.8的轉爐內，對含MnO高爐熔鐵投入平均粒徑30mm以下之碳酸鈣後，從噴槍吹入氧同時並加入平均粒徑1mm以下之生石灰，然後在1350℃下使其發泡並進行了脫磷處理；該含MnO高爐熔鐵是藉由對一般的高爐熔鐵投入錳礦石而得。出鋼後，對所生成之爐渣實施了二個冷卻處理。其中一個是在將所生成之爐渣從轉爐傾注到爐渣鍋槽後，傾注到可傾翻的耐熱性容器中，並藉由在該容器內進行灑水來使其急冷至600℃並固化。傾翻該耐熱性容器，使已固化之爐渣滑落到下一個耐熱性容器中以將爐渣予以碎裂，並進一步在所述耐熱性容器內灑水而將爐渣急冷至300℃。之後，停止灑水，使其為常溫。另一個是在將所生成之爐渣從轉爐傾注到爐渣鍋槽後，於30分鐘後藉由在排渣場使爐渣鍋槽傾斜而將爐渣排渣並放置以徐冷至常溫。
分別將藉由上述而得之急冷後的製鋼爐渣及徐冷後的製鋼爐渣予以粉碎，而作成整體粒徑小於5mm，且粒徑小於600μm者之質量比率為60%以上。依據先前說明之方法進行所得製鋼爐渣之分析，並將急冷後之製鋼爐渣的分析結果顯示於以下表1中。使用於分析之螢光X射線分析裝置為理學電氣工業公司製ZSX PrimusII，且使用於分析之ICP發光分光分析裝置為島津製作所製ICPS-8100。
另，急冷後之製鋼爐渣及徐冷後之製鋼爐渣的化學成分互相相同。並且，徐冷後之製鋼爐渣的可溶性P2
O5
之質量比率、檸檬酸溶性MnO之質量比率以及檸檬酸溶性硼之質量比率分別為60%、65%及75%。
此處，在以下表1中，鹼度及比重以外項目的單位為質量%，且可溶性P2
O5
、檸檬酸溶性MnO及檸檬酸溶性硼的值是含量換算後的值。又，以下表1中所謂鹼性度是顯示該肥料可中和土壤酸性之能力者，且是顯示藉由獨立行政法人農林水產消費安全技術中心(Food and Agricultural Materials Inspection Center：FAMIC)所規定之肥料等試驗法(2016)中記載的乙二胺四乙酸鹽法測定而得之值。
根據以下表1，急冷後之製鋼爐渣的可溶性P2
O5
之質量比率為76%，檸檬酸溶性MnO之質量比率為87%，且檸檬酸溶性硼之質量比率為100%。並且，針對所得之製鋼爐渣，CaO、P2
O5
、SiO2
、MgO、Al2
O3
、全鐵、MnO、硼及硫之合計含量為92.61質量%，且剩餘部分為不純物。
[表1]
又，依據先前說明之方法，藉由X射線繞射(Rigaku Corporation製 X射線繞射裝置SmartLab)及EPMA(日本電子製 JXA-8100型)來調查構成急冷後之製鋼爐渣與徐冷後之製鋼爐渣各自之結晶相的物質，並將所得結果顯示於以下表2中。以下所示之表2中，「○」表示有確認到所著眼之固溶體，「×」表示未確認到所著眼之固溶體。如以下表2明白可知，急冷後之製鋼爐渣中可確認到2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體與FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體兩者之存在，相對於此，徐冷後之製鋼爐渣中雖可確認到2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體的存在，但未能確認到FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體的存在。
[表2]
使用如上所述之肥料，並在於以下表3記有分析結果的土壤中實施了水稻的栽培試驗。又，pH(H2
O)、有效磷酸含量是依先前說明之方法來測定，針對錳含量是依螢光X射線分析法來測定，針對硼含量則是依ICP發光分析法來測定。
[表3]
更詳細地說，針對以下情況進行了對於水稻之肥料效果試驗：施用以上述急冷後之製鋼爐渣及徐冷後之製鋼爐渣為原料的肥料之情況、施用以在(出水高度/爐內高度)所示之空隙比例為0.4的轉爐內產生之製鋼爐渣為原料的市售肥料之情況、不施用以製鋼爐渣為原料的肥料之情況。
將以在(出水高度/爐內高度)所示之空隙比例為0.4的轉爐內產生之製鋼爐渣為原料的市售肥料之分析結果顯示於以下表4。以下表4中，鹼度及比重以外項目的單位為質量%，且可溶性P2
O5
、檸檬酸溶性MnO及檸檬酸溶性硼的值是含量換算後的值。並且，針對鹼性度，是與上述表1同樣進行而測定。
根據以下表4，在空隙比例為0.4之轉爐內產生之製鋼爐渣，其可溶性P2
O5
之質量比率為44%，檸檬酸溶性MnO之質量比率為53%且檸檬酸溶性硼之質量比率為80%。並且，就在空隙比例為0.4之轉爐內產生的製鋼爐渣而言，CaO、P2
O5
、SiO2
、MgO、Al2
O3
、全鐵、MnO、硼及硫之合計含量為84.105質量%，且剩餘部分為不純物。
並且，確認到該市售肥料之整體粒徑小於5mm，且粒徑小於600μm者之質量比率為60%以上。
[表4]
以於表4中顯示分析結果之製鋼爐渣為原料的肥料，與以本發明之製鋼爐渣為原料的肥料相較之下，因相對於CaO之SiO2
含有比率少而鹼度高，且P2
O5
及可溶性P2
O5
之含量低。又，與以於上述表1中顯示組成之2種爐渣為原料的肥料相較之下，檸檬酸溶性MnO之含量低。
依據先前說明之方法，藉由X射線繞射及EPMA調查製鋼爐渣之結晶相的物質，並將所得之結果顯示於以下表5，該製鋼爐渣是構成如上所述之市售肥料的原料。以下表5中之標記方法與表2相同。如以下表5所示，分別皆未能確認到2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體的存在、以及FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體的存在。
[表5]
對插秧前之水田土壤，就基肥而言分別施加了60kg/ha之尿素、氯化鉀來作為氮、鉀。於該水田設置9個0.6×0.5m的框，其中在每3個中各施加15g(相當於施用量0.5t/ha)之以下肥料：以於表1及表2中顯示分析結果之急冷後的製鋼爐渣為原料之肥料及徐冷後之製鋼爐渣為原料的肥料、以及以於表4及表5中顯示分析結果之在空隙比例0.4的轉爐內製出之製鋼爐渣為原料的市售肥料(已確認分別為整體粒徑小於5mm並且粒徑小於600μm者之質量比率為60%以上者)。
在與深度10cm之土壤充分混合後，將水稻苗(品種：越光米)以4支為1株在各框內種植6株並栽培至收穫期為止。 作為對照，針對未施加資材的3個框也以同様條件實施了試驗。如此，反覆進行試驗3次。
插秧後，於4個月之後進行收穫量調査。將各框內之6株全部收割後，調查了精玄米重及千粒重。於以下表6顯示所得結果。
[表6]
如上述表6明白可知，藉由施用有以急冷後之製鋼爐渣為原料的肥料，收穫量(精玄米重)相較於對照區增加了約27%。又，當施用有以徐冷後之製鋼爐渣為原料的肥料時，收穫量(精玄米重)相較於對照區增加了約22%。另一方面，當施用有等量之以製鋼爐渣為原料之市售肥料時，收穫量(精玄米重)相較於對照區增加了約9%。
又，關於千粒重，其在施用有以急冷後之製鋼爐渣為原料的肥料時成為最高值，在施用有以徐冷後之製鋼爐渣為原料的肥料時成為第二高值，在施用有以製鋼爐渣為原料之市售肥料時成為第三高值，在不施用以製鋼爐渣為原料之肥料時則成為最低值。
根據該結果明白可知，即便為同一化學成分之肥料原料用製鋼爐渣，比起含有2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體但不含FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體之徐冷後的製鋼爐渣， 同時含有2CaO・SiO2
-3CaO・P2
O5
固溶體與FeO-MnO-CaO-SiO2
系固溶體之急冷後的製鋼爐渣其肥料效果較高。
如以上所說明，可知藉由使用以本發明之肥料原料用製鋼爐渣為原料的肥料，可使稻的收穫量增加。
(實施例2) 使用上述實施例1所記載之以急冷後之製鋼爐渣為原料的肥料、以徐冷後之製鋼爐渣為原料的肥料、及以製鋼爐渣為原料的市售肥料，並在於以下表7中記有分析結果的pH(H2
O)5.2的土壤中實施了水稻的栽培試驗。另，土壤的分析方法與實施例1相同。
[表7]
對插秧前之水田土壤，就基肥而言分別施加了60kg/ha之尿素、氯化鉀來作為氮、鉀。於該水田設置9個0.6×0.5m的框，其中在每3個中各施加15g(相當於施用量0.5t/ha)之以下肥料：以於表1及表2中顯示分析結果之急冷後的製鋼爐渣為原料的肥料及以徐冷後之製鋼爐渣為原料的肥料、以及以於表4及表5中顯示分析結果之製鋼爐渣為原料的市售肥料(已確認分別為整體粒徑小於5mm並且粒徑小於600μm者之質量比率為60%以上者)。
在與深度10cm之土壤充分混合後，將水稻苗(品種：越光米)以4支為1株在各框內種植6株並栽培至收穫期為止。另外，作為對照，針對未施加資材的3個框也以同様條件實施了試驗。如此，反覆進行試驗3次。
插秧後，於4個月之後進行收穫量調査。將各框內之6株全部收割後，調查了精玄米重及千粒重。於以下表8顯示所得結果。
[表8]
如上述表8明白可知，藉由施用有以急冷後之製鋼爐渣為原料的肥料，收穫量(精玄米重)相較於對照區增加了約12%。又，當施用有徐冷後之製鋼爐渣時，收穫量(精玄米重)相較於對照區增加了約9%。另一方面，當施用有等量之以既有的製鋼爐渣為原料之市售肥料時，收穫量(精玄米重)相較於對照區增加了約3%。
又，關於千粒重，其在施用有以急冷後之製鋼爐渣為原料的肥料時成為最高值，在施用有以徐冷後之製鋼爐渣為原料的肥料時成為第二高值，在施用有以製鋼爐渣為原料之肥料時成為第三高值，在不施用以製鋼爐渣為原料之肥料時則成為最低值。
如以上所說明，可知藉由使用以本發明之肥料原料用製鋼爐渣為原料的肥料，即便是在pH(H2
O)5.2的土壤，仍可使稻的收穫量增加。
惟，相較於實施例1的結果，在於表3顯示分析結果的土壤中，與未施用製鋼爐渣肥料之對照區的收穫量相較之下，施用使用了本發明之肥料原料用製鋼爐渣的肥料時的收穫量增加了約27%，相對於此，在於表7顯示分析結果的土壤中，與未施用製鋼爐渣肥料之對照區的收穫量相較之下，施用使用了本發明之肥料原料用製鋼爐渣的肥料時的收穫量增加了約12%，增加幅度縮小。
其理由在於相較於實施例1，未施用製鋼爐渣肥料之對照區的收穫量高。於表3顯示分析結果之土壤其有效磷酸為2.5mg/100g乾土，錳為20mg/100g乾土，硼為0.02mg/100g乾土，從土壤往植物供給的磷酸、錳及硼不足。另一方面，於表7顯示分析結果之土壤其有效磷酸為25mg/100g乾土，在農林水產省所定之農地土壤的有效磷酸之推薦值(10~75mg/100g乾土)的範圍內，因此就算不使用以製鋼爐渣為原料之肥料，也可由土壤對植物供給磷酸。並且，於表7顯示分析結果之土壤其錳、硼分別為70(mg/100g乾土)及0.2(mg/100g乾土)，就算不使用以製鋼爐渣為原料之肥料，也可由土壤對植物供給錳及硼。
因此，明白可知以本發明之肥料原料用製鋼爐渣為原料的肥料，雖然在表7的土壤中也有效果，但在表3的土壤中具有更加顯著的效果。
以上，已詳細說明了本發明之較佳實施形態，惟本發明不受該等示例限定。且顯而易見地，只要是具有本發明所屬技術領域之通識人士，皆可在申請專利範圍中所記載之技術思想範疇內思及各種變更例或修正例，並知悉該等亦理當歸屬於本發明之技術範圍。
Claims (18)
- 一種肥料原料用製鋼爐渣，其以質量%計含有： P2 O5 ：2%以上且在8%以下、 MnO：3%以上且在10%以下、 硼：0.005%以上且小於0.05%、 全鐵：15%以上且在30%以下、 CaO：29%以上且小於38%、 SiO2 ：16%以上且小於22%、 硫：0.1%以上且在0.6%以下、 MgO：4%以上且在8%以下、及 Al2 O3 ：0.5%以上且在3%以下，並且， 前述P2 O5 中之可溶性P2 O5 之比率為50%以上， 前述MnO中之檸檬酸溶性MnO之比率為80%以上； 以(CaO含量/SiO2 含量)表示之爐渣鹼度大於1.5且在2.2以下；且 體積比重為2.3以上且在3.2以下。
- 如請求項1之肥料原料用製鋼爐渣，其分別含有2CaO・SiO2 -3CaO・P2 O5 固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2 系固溶體。
- 如請求項1或2之肥料原料用製鋼爐渣，其中前述硼中之檸檬酸溶性硼之比率為95%以上。
- 如請求項1至3中任一項之肥料原料用製鋼爐渣，其粒徑以整體計小於5mm並且粒徑小於600μm者的質量比率相對於總質量為60%以上。
- 一種肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，是製造如請求項1至4中任一項之肥料原料用製鋼爐渣的方法，且 該製造方法是以以下方式進行製造： 對轉爐型鍋槽注入高爐熔鐵，使(與從爐口到熔鐵液面為止之長度相對應的出水高度/與從爐口到爐內底為止之長度相對應的爐內高度)所示之空隙比例為0.5以上且在0.9以下後， 對前述轉爐型鍋槽中之前述高爐熔鐵添加錳礦石、含錳脫碳爐渣及錳鐵中之至少任一者， 並對前述高爐熔鐵加入粒徑30mm以下之生石灰及/或碳酸鈣後，從插在前述高爐熔鐵內之噴槍對前述高爐熔鐵吹入氧， 然後於1300℃以上且1400℃以下使爐渣發泡，進行脫磷處理， 製造成(CaO含量/SiO2 含量)所示之爐渣鹼度大於1.5且在2.2以下，且爐渣中之MnO含量為3質量%以上且在10質量%以下。
- 如請求項5之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，該製造方法是藉由將前述脫磷處理後之熔融爐渣注入盤狀耐熱性容器內並急速冷卻，使其固化。
- 如請求項6之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是藉由進行灑水來急速冷卻前述脫磷處理後之熔融爐渣。
- 如請求項5至7中任一項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是藉由使前述轉爐型鍋槽傾斜，將前述脫磷處理後之熔融爐渣傾注於爐渣鍋槽後，將前述爐渣鍋槽中之前述熔融爐渣傾注到可傾翻的第1耐熱性容器中後， 藉由在前述第1耐熱性容器內進行灑水將前述熔融爐渣急速冷卻使其固化後，將已固化之爐渣予以碎裂，並 傾翻前述第1耐熱性容器，使已固化之前述爐渣滑落至第2耐熱性容器內，藉此使其碎裂。
- 如請求項5至8中任一項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是藉由急速冷卻而分別形成2CaO・SiO2 -3CaO・P2 O5 固溶體及FeO-MnO-CaO-SiO2 系固溶體。
- 如請求項5至9中任一項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法，其是將爐渣予以粉碎，使粒徑以整體計小於5mm並且粒徑小於600μm者的質量比率相對於總質量為60%以上。
- 一種肥料的製造方法，是將經以如請求項5至10中任一項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法製出之肥料原料用製鋼爐渣予以粉化。
- 如請求項11之肥料的製造方法，其是在對粉化後之前述肥料原料用製鋼爐渣添加預定之結合劑後，進行造粒。
- 如請求項11或12之肥料的製造方法，其對所獲得之肥料進一步混合有機物。
- 如請求項13之肥料的製造方法，其中前述有機物為家畜糞便、植物殘渣及從水產類所得堆肥中之至少任一者。
- 一種施肥方法，是對土壤施予肥料且該土壤之pH(H2 O)為5.6以上且在7.5以下、有效磷酸為5mg/100g乾土以下、及/或錳含量為50mg/100g乾土以下、及/或硼含量為0.05mg/100g乾土以下，該肥料包含：如請求項1至4中任一項之肥料原料用製鋼爐渣、經以如請求項5至10中任一項之肥料原料用製鋼爐渣的製造方法製出之肥料原料用製鋼爐渣、或經以如請求項11至請求項14中任一項之肥料的製造方法製出之肥料。
- 如請求項15之施肥方法，其中前述肥料的施用量以前述肥料原料用製鋼爐渣計是在0.05t/ha以上且在2t/ha以下。
- 如請求項15或16之施肥方法，其是在播種或植苗前，將前述肥料撒於耕作層表面或與該耕作層混合。
- 如請求項15或16之施肥方法，其是將前述肥料撒於所栽培之植物體附近的耕作層表面或是混合於該耕作層中。
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