TW202237551A - 爐石材料之製造方法及製造裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種可透過更簡單之方法調整爐石材料的特性之爐石材料之製造方法。本發明之爐石材料之製造方法，係具有藉由將熔融爐石S1粒化並冷卻，形成「外部凝結固化而形成外殼，內部部分凝結固化之半熔融爐石粒子S2」之步驟，以及將半熔融爐石粒子S2冷卻之步驟。可將半熔融爐石粒子S2在進行冷卻前，於超過常溫之既定之溫度範圍內保持既定時間。

Description

爐石材料之製造方法及製造裝置

本申請案係依據2020年1月31日提出申請之日本專利申請特願第2020－14685號，並主張依據該申請案之優先權。本申請案係援用該申請案之全部內容做為參考。

本發明係關於爐石材料之製造方法與製造裝置，特別係關於使用鎳鐵爐石之爐石材料之製造方法。

從製鋼製程、合金精鍊製程等排出之爐石係用於作為用於製造水泥混凝土（以下稱混凝土）及水泥砂漿（以下稱砂漿）之細骨材。爐石在近年，從環境保護之觀點來看，係用於作為河砂、陸砂、碎砂、海砂等天然材料之替代物。日本特開第2019－163175號公報中，揭露一種爐石材料之製造方法，包含：使製鋼爐石液滴化並於空氣中飛行之步驟（風淬），以及使飛行之製鋼爐石撞擊回收板或立於回收板之隔板，並使其凝結固化之步驟。又，日本特開2019－163175號公報中，有記載爐石之組成會因製鋼爐石之飛行距離而變化。日本特許第6070614號公報中，揭露一種透過將1550℃以上之製鋼爐石進行風淬並使其撞擊壁面，以製造高扁平率之爐石材料之方法。

混凝土及砂漿的品質，有時會因作為細骨材而使用之爐石材料的物理構造及物理性質等特性而受到影響。另一方面，因作為爐石材料所期望之特性，取決於混凝土及砂漿之使用用途及使用形態等，而無法一概決定。因此，期望可由一具製造設備製造不同特性之爐石材料。但，調整爐石的飛行距離而調整爐石的特性時，如日本特開2019－163175號公報中亦揭露，設置複數之隔板等方法係為必要，對製造設備之影響較大。

本發明之目的在於提供一種可透過更簡單之方法調整爐石材料的特性之爐石材料之製造方法。

本發明之爐石材料之製造方法，係包含：藉由將熔融狀態之爐石粒化並冷卻，形成「外部凝結固化而形成外殼，內部部分凝結固化」之半熔融爐石粒子之步驟，以及將半熔融爐石粒子冷卻之步驟。

透過本發明，可提供一種可透過更簡單的方法調整爐石材料的特性之爐石材料之製造方法。

上述以及其他本發明之目的、特徵以及益處，透過參照例示本發明之附圖之以下所述之詳細說明應可明瞭。

以下參照圖式說明本發明之爐石材料之製造方法的實施態樣。爐石材料係用於作為混凝土組成物或砂漿組成物（水合硬化物）之細骨材。此等之水合硬化物係包含水泥、含有爐石材料之骨材以及水，亦可包含膨脹材料。圖1中，表示爐石材料之製造裝置1與製造方法之概念圖。熔融爐石係供給至爐石材料之製造裝置1。熔融爐石係熔融狀態之鎳鐵爐石（以下稱FeNi爐石S1），但不限於此。FeNi爐石S1係從鎳鐵電弧精煉爐底部，經由爐石溝3直接流下並注入至風淬機2。供給至風淬機2之FeNi爐石S1的溫度約係1500～1600℃。

爐石材料之製造裝置1係具有於風淬機2的內部形成開口之高壓空氣之供給噴嘴4、以及連接至供給噴嘴4，並向供給噴嘴4供給高壓空氣之鼓風機5。高壓空氣之風量以及風速可透過控制鼓風機5的轉速而進行調整。高壓空氣直接吹至供給至風淬機2之FeNi爐石S1，FeNi爐石S1透過氣流分解成許多熔融狀態之粒子。粒子透過高壓空氣之氣流於風淬機2的內部空間飛行。此期間粒子會受到冷卻，且外部會凝結固化而形成外殼。粒子內部因於爐石溫度下降之同時於熔融爐石中開始出現結晶，而部分凝結固化（結晶化），但不會整體凝結固化。將如此之粒子稱為半熔融爐石粒子S2。又，將粒子內部之如此狀態稱為半熔融狀態。只要粒子外部凝結固化並形成外殼，粒子內部部分凝結固化，半熔融爐石粒子S2的外殼可係結晶質，亦可係非晶質。於風淬機2的內部不會進行溫度管理。透過將FeNi爐石S1進行風淬，可於將FeNi爐石S1粒子化之同時，將粒子化後之FeNi爐石S1於飛行中均勻冷卻。

風淬機2的內部空間中，與爐石溝3反向側之位置上，設有撞擊板6。飛行之半熔融爐石粒子S2撞擊至撞擊板6而改變方向，並因重力而下降，而從風淬機2的底部之排出口7排出。排出之半熔融爐石粒子S2的溫度雖下降至約1300℃，但粒子內部依然係半熔融狀態。亦即，粒子仍係半熔融爐石粒子S2。本實施態樣中，從爐石溝3的前端到撞擊板6之距離約係18m，2具之供給噴嘴4供給風速120m/s、流量810Nm ³/min之高壓空氣。粒子從爐石溝3的前端到撞擊板6之飛行時間推算為約1秒，可於此條件下形成上述之半熔融爐石粒子S2。

從風淬機2排出之半熔融爐石粒子S2經過批次處理送至儲存容器11。半熔融爐石粒子S2係由設於排出口7正下方之料斗8暫時接收。完成容器9之接收準備後，料斗8旋轉並將半熔融爐石粒子S2供給至容器9。容器9係透過輸送帶10搬運至儲存容器11（儲存槽）之頂部。儲存容器11之頂部設有半熔融爐石粒子S2之供給口12，底部設有半熔融爐石粒子S2之排出口13。容器9透過設於儲存容器11之頂部之第1驅動裝置15而轉動，並將半熔融爐石粒子S2供給至儲存容器11。於排出口13設有用以開閉排出口13之閘門14。閘門14可透過設於儲存容器11之底部之第2驅動裝置16進行開閉。

半熔融爐石粒子S2之供給以及閘門14之開閉係透過控制裝置17進行控制。此處為了簡化，將容器9所搬運之半熔融爐石粒子S2的量設為每批次係固定量。又，儲存容器11之閘門14係間歇性開閉，設定1次之開門動作排出相當於1個批次的量之粒子。控制裝置17係儲存供給至儲存容器11之半熔融爐石粒子S2之批次，與將該批次供給至儲存容器11之時刻。控制裝置17控制閘門14之打開時機，以使各批次於儲存容器11滯留既定時間後即從儲存容器11排出。透過此方式，可使半熔融爐石粒子S2於儲存容器11的內部滯留既定時間。控制裝置17具有用以計測上述既定時間之計時器。半熔融爐石粒子S2之供給以及閘門14之開閉亦可由手動進行。

供給至儲存容器11之半熔融爐石粒子S2於儲存容器11的內部滯留既定時間，並逐漸冷卻。本實施態樣中，將半熔融爐石粒子S2經過約20～30分鐘，從約1300℃逐漸冷卻至約1100℃。儲存容器11的內部不會進行溫度管理（亦即，半熔融爐石粒子S2係透過自然冷卻而逐漸冷卻），但亦可為了於經過既定時間後以1100℃排出粒子，設置加熱器，熱交換器等溫度調整裝置。透過將半熔融爐石粒子S2於約1300～1100℃之高溫環境滯留保持並熟化，可控制半熔融爐石粒子S2的氣孔之形成以及成長，亦即可控制氣孔之大小、數量、形狀等。

逐漸冷卻至約1100℃之半熔融爐石粒子S2，從儲存容器11之排出口13排出。排出之粒子，於冷卻步驟P1中，以冷卻器（未圖示）冷卻至常溫。吾人認為冷卻器中之冷卻速度不會對爐石材料之特性造成巨大影響。此係因氣孔之大小、數量、形狀等，於從約1300℃至約1100℃之冷卻製程即大致決定。占爐石的成分一半以上之SiO ₂之結晶化係從約1300℃開始（生成SiO ₂之核），冷卻至約1100℃時，粒子及氣孔的構造已大致決定，吾人認為在此之後的冷卻製程不會對粒子及氣孔的構造造成巨大影響。冷卻後之粒子係進行微破碎，並進一步進行整粒（微破碎及整粒步驟P2）。粒子的外層，可能因SiO ₂成分於風淬機2的內部快速冷卻，而成為非晶質之脆弱組織。又，多數之半熔融爐石粒子S2於風淬機2的內部飛行時成為大致球形，但亦有無法由風乘載之半熔融爐石粒子S2在飛行中落下，形成扁平形狀或不規則形狀。粒子之中亦有於風淬機2或儲存容器11的內部合體而形成不規則形狀者。微破碎及整粒工程P2之目的不在於粒子之破碎，而係以「粒子之表面研磨、去除脆弱組織、整形」為目的進行。再者，粒子透過振動篩（未圖示）進行篩分（分粒工程P3），只取出粒子徑未滿5.0mm之粒子作為爐石材料。爐石粒子透過振動篩分類成粒子徑18mm以上、5～18mm、未滿5mm。一例中，從150t/h之半熔融爐石中，製造35t/h之粒子徑18mm以上之爐石、35t/h之粒子徑5～18mm之爐石、以及60t/h之粒子徑未滿5mm之爐石。

經過以上製程而形成之爐石材料中，會形成大致球形之開口氣孔（於粒子表面開口之氣孔，亦稱為開孔）、大致球形之閉口氣孔（未連通至粒子表面之關閉之氣孔，亦稱為閉孔。）、毛細管氣孔（毛細管孔）等。毛細管氣孔係因殘存於半熔融爐石粒子S2的內部之冷卻用高壓空氣等向黏性較低之部分網狀擴散而形成。形成於爐石材料的表面附近之閉口氣孔中，亦有經由毛細管氣孔而連通至爐石材料的表面者。開口氣孔與閉口氣孔主要係因高溫且黏性低之FeNi爐石S1於氣流中飛行時將空氣捲入而形成。因此，多數之閉口氣孔形成於半熔融爐石粒子S2較接近表面處。閉口氣孔與開口氣孔的數量及大小，可透過供給至風淬機2時之FeNi爐石S1的溫度、FeNi爐石S1的飛行距離、FeNi爐石S1的供給量、高壓空氣的風速與風量之比率等進行控制。

再者，藉由將半熔融爐石粒子S2於約1300～約1100℃之溫度範圍保持既定時間，捲入之空氣於半熔融爐石粒子S2之半熔融狀態之內部空間中移動、結合，並形成較大（粗大）之孔隙（氣孔）。如此形成之開口氣孔以及閉口氣孔，保水機能高，且進行水合反應時，能有效率地釋放保有之水分。混凝土及砂漿會因於水合反應時失去水分而產生自體收縮，但以本實施態樣製成之爐石材料，會於水合反應時有效率地釋放水分，並抑制混凝土及砂漿之自體收縮。

一般而言，用於混凝土以及砂漿之細骨材，係如該領域之「JIS A 5011」所規定，將組織緻密、絕乾（面乾）密度大、吸水率小、單位體積質量以及實積率大者視為品質好之材料。另一方面，亦有人提出藉由使用孔隙構造粗大且吸水率大之細骨材，可確保混凝土以及砂漿於混煉時以及打設時之流動性，並提升硬化後之強度，以及抑制自體收縮。細骨材無論係天然材料或爐石材料任一者，皆可能因細骨材之品質特性（性能物理性質、粒子形狀），而導致製造後經過硬化之混凝土以及砂漿的品質（收縮、龜裂等）降低。由本實施態樣製得之爐石材料，係孔隙構造粗大且吸水率大，以此作為細骨材之混凝土以及砂漿，流動性、強度、靜彈性係數高，自體收縮小。

本實施態樣中，可製造能發揮不同利用目的所要求之性能之細骨材。亦即，可將表示骨材品質之代表性指標如密度、吸水率、實積率等控制成符合目的之品質而進行製造。例如，若增加供給至風淬機2之高壓空氣的風速，則可於風淬機2中，將粒子整體冷卻至大致結晶化，製得氣孔小之緻密構造之爐石材料。若降低供給至風淬機2之高壓空氣的風速，則可使粒子粗大化，並降低粒子之冷卻速度，製得半熔融爐石粒子S2。

再者，可藉由將此半熔融爐石粒子S2在高溫狀態下於既定時間內熟化，得到上述之爐石材料。另一方面，若將儲存容器11的內部中半熔融爐石粒子S2之滯留時間縮短，或使其實質上為零，半熔融爐石粒子S2不會經過熟化，而會以下游側之冷卻製程快速冷卻。吾人認為此情況下，可製得氣孔不會粗大化，而分布許多較小氣孔之爐石材料。因此，可藉由先從FeNi爐石S1製成半熔融爐石粒子S2，而對應後續處理製得具備各種特性之爐石材料。爐石材料之特性可透過調整半熔融爐石粒子S2滯留於儲存容器11的內部之時間，而進行各種變化。保持半熔融爐石粒子S2之溫度範圍亦不限於從1300℃到1100℃之範圍，只要係超過常溫（常溫係例如約25℃）之既定之溫度範圍即可。例如，若將半熔融爐石粒子S2從儲存容器11之排出口13排出時之溫度設為低於1100℃，可能使氣孔更加成長，並得到更加粗大化之氣孔。半熔融爐石粒子S2之排出時之溫度可容易地藉由調整滯留時間而控制。半熔融爐石粒子S2的滯留時間之調整如上所述，可容易地透過控制裝置17進行，故不會大幅影響爐石材料之製造裝置1。

應了解以上已對本發明之數個較佳實施態樣詳細表示並說明，但仍可進行不脫離所附之請求項之主旨或範圍之各種變更以及修正。

1:爐石材料之製造裝置 2:風淬機 3:爐石溝 4:供給噴嘴 5:鼓風機 6:撞擊板 7:排出口 8:料斗 9:容器 10:輸送帶 11:儲存容器 12:供給口 13:排出口 14:閘門 15:第1驅動裝置 16:第2驅動裝置 17:控制裝置 S1:FeNi爐石 S2:半熔融爐石粒子 P1:步驟 P2:步驟 P3:步驟

圖1係表示爐石材料之製造方法之概念圖。

1:爐石材料之製造裝置

2:風淬機

3:爐石溝

4:供給噴嘴

5:鼓風機

6:撞擊板

7:排出口

8:料斗

9:容器

10:輸送帶

11:儲存容器

12:供給口

13:排出口

14:閘門

15:第1驅動裝置

16:第2驅動裝置

17:控制裝置

S1:FeNi爐石

S2:半熔融爐石粒子

P1:步驟

P2:步驟

P3:步驟

Claims (10)

1. 一種爐石材料之製造方法，包含以下步驟： 藉由將熔融爐石粒化並冷卻，形成外部凝結固化而形成外殼、內部部分凝結固化之半熔融爐石粒子之步驟；以及 將該半熔融爐石粒子冷卻之步驟。
2. 如請求項1所述之爐石材料之製造方法，其中， 將該半熔融爐石粒子於進行冷卻前，於超過常溫之既定之溫度範圍保持既定時間。
3. 如請求項2所述之爐石材料之製造方法，其中， 該既定之溫度範圍係1100℃以上、1300℃以下之溫度。
4. 如請求項3所述之爐石材料之製造方法，其中， 該既定時間係20分鐘以上、30分鐘以下。
5. 如請求項2至4中任一項所述之爐石材料之製造方法，其中， 該半熔融爐石粒子係於儲存容器的內部保持該既定時間。
6. 如請求項1至4中任一項所述之爐石材料之製造方法，其中， 藉由使該熔融爐石於氣流中飛行而形成該半熔融爐石粒子。
7. 如請求項1至4中任一項所述之爐石材料之製造方法，更包含以下步驟： 將該半熔融爐石粒子冷卻製得之爐石粒子進行微破碎、整粒、分粒，並取出既定之粒度以下之爐石粒子作為爐石材料之步驟。
8. 如請求項1至4中任一項所述之爐石材料之製造方法，其中， 該熔融爐石係熔融狀態之鎳鐵爐石。
9. 一種爐石材料之製造裝置，包含： 半熔融爐石粒子之製造手段，藉由將熔融爐石粒化並冷卻，形成外部凝結固化而形成外殼、內部部分凝結固化之半熔融爐石粒子； 保持手段，將該半熔融爐石粒子於超過常溫之既定之溫度範圍保持既定時間；以及 冷卻手段，將保持了該既定時間之該半熔融爐石粒子進行冷卻。
10. 如請求項9所述之爐石材料之製造裝置，更包含： 容器，將該半熔融爐石粒子供給至該保持手段； 閘門，用以將該半熔融爐石粒子從該保持手段排出；以及， 控制部，於該半熔融爐石粒子供給至該保持手段後，經過該既定時間後打開該閘門。

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