WO2015025501A1 - 凝固スラグの製造方法、凝固スラグ、コンクリート用粗骨材の製造方法、コンクリート用粗骨材 - Google Patents

凝固スラグの製造方法、凝固スラグ、コンクリート用粗骨材の製造方法、コンクリート用粗骨材 Download PDF

Info

Publication number
WO2015025501A1
WO2015025501A1 PCT/JP2014/004157 JP2014004157W WO2015025501A1 WO 2015025501 A1 WO2015025501 A1 WO 2015025501A1 JP 2014004157 W JP2014004157 W JP 2014004157W WO 2015025501 A1 WO2015025501 A1 WO 2015025501A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
slag
solidified
mold
solidified slag
coarse aggregate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/004157
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
博幸 當房
恵太 田
勇樹 萩尾
渡辺　圭児
桑山　道弘
大輔 今西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Priority to JP2015508916A priority Critical patent/JP6184476B2/ja
Priority to KR1020157036662A priority patent/KR101839667B1/ko
Priority to CN201480045258.1A priority patent/CN105452187B/zh
Publication of WO2015025501A1 publication Critical patent/WO2015025501A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B5/00—Treatment of  metallurgical  slag ; Artificial stone from molten  metallurgical  slag 
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/141—Slags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B3/00—General features in the manufacture of pig-iron
    • C21B3/04—Recovery of by-products, e.g. slag
    • C21B3/06—Treatment of liquid slag
    • C21B3/08—Cooling slag
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/02—Physical or chemical treatment of slags
    • C21B2400/022—Methods of cooling or quenching molten slag
    • C21B2400/026—Methods of cooling or quenching molten slag using air, inert gases or removable conductive bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/04—Specific shape of slag after cooling
    • C21B2400/044—Briquettes or moulded bodies other than sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B2400/00—Treatment of slags originating from iron or steel processes
    • C21B2400/05—Apparatus features
    • C21B2400/052—Apparatus features including rotating parts
    • C21B2400/058—Rotating beds on which slag is cooled
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a solidified slag that solidifies molten blast furnace slag (blast ⁇ furnace slag) on a metal mold and drops the solidified slag (solidified slag) from the mold to produce a plate-like solid slag.
  • a solidified slag produced by the method for producing the solidified slag, a method for producing coarse aggregate for concrete (coarse ⁇ aggregate for concrete) using the solidified slag, and a method for producing the coarse aggregate for concrete It relates to coarse aggregate for concrete.
  • blast furnace slow cooling slag has been applied to coarse aggregate for concrete to replace gravel.
  • Solidifying molten slag in a metal mold yields solidified slag that is larger than granulated slag and smaller than slowly cooled slag, and can be easily crushed by crushing it. Compared to slowly cooled slag, the time for crushing can be shortened, and a desired solidified slag having a particle size of about 20 mm can be easily obtained.
  • Examples of solidifying molten slag using a metal mold include, for example, aggregate for asphalt pavement described in Patent Document 1, a manufacturing method thereof, and asphalt pavement.
  • the molten blast furnace slag is cooled and solidified by flowing it in a single layer on a metal moving mold so that the layer thickness is 10 to 30 mm.
  • the solidified slag is crushed to produce an aggregate for asphalt pavement having a water absorption percentage of 1.5% or less and an abrasion loss of 20% or less.
  • the coarse aggregate for concrete made of slag disclosed in Patent Document 2 is made by pouring molten slag into a metal mold to solidify, crushing the slag obtained after solidification, water absorption of 1.5% or less, and particle size Is adjusted to 5 to 20 mm.
  • the method for solidifying molten slag described in Patent Document 1 is to cool and solidify a molten blast furnace slag by pouring it into a metal moving mold in a single layer so that the solidified thickness is 10 to 30 mm.
  • the method for solidifying molten slag described in Patent Document 1 is to cool and solidify a molten blast furnace slag by pouring it into a metal moving mold in a single layer so that the solidified thickness is 10 to 30 mm.
  • a plate-like solidified slag having a glassy surface on one side is generated.
  • an aggregate is produced by crushing such a plate-like solidified slag, a part of the surface is formed.
  • Coarse aggregate that is glassy is produced.
  • a coarse aggregate having a glassy surface is used as a coarse aggregate for concrete, there is a problem that it is likely to be bleeding when the fresh concrete is solidified. Breathing is a phenomenon in which a part of kneaded water is released and rises to the surface due to sedimentation or separation of a solid material in fresh concrete.
  • the coarse aggregate for concrete disclosed in Patent Document 2 uses blast furnace slag solidified on a metal mold as in Patent Document 1, and the blast furnace slag is crushed to obtain a water absorption of 1.5% or less.
  • a coarse aggregate having a particle size of 5 to 20 mm is used.
  • Molten slag is poured into a metal mold and solidified to a thickness of 20 to 30 mm, and the contact surface with the metal mold is likely to be vitrified as in Patent Document 1.
  • the compressive strength of the concrete blended with the coarse aggregate for concrete of Patent Document 2 (mixcurproportion) and curing period (curing period) of 7 days and 28 days is clear, but breathing is not clear.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and a method for producing solidified slag that can be a raw material for high-quality concrete coarse aggregate, and a solidified slag produced by the method for producing solidified slag. Another object is to provide a method for producing a coarse aggregate for concrete using the solidified slag and a coarse aggregate for concrete produced by the method for producing the coarse aggregate for concrete.
  • the gist of the present invention for solving the above problems is as follows.
  • a slag solidification step in which molten blast furnace slag is poured into a moving metal mold, cooled and solidified into a plate shape in the mold, and slag solidified to the inside in the mold.
  • the slag surface temperature is maintained at 900 ° C. or more for 5 minutes or more for 80 area% or more of the mold contact surface during solidification among the surfaces of the solidified slag dropped from the mold.
  • the drop strength (Shatter Index) evaluated by the mass ratio of the sample that does not pass through the 40 mm aperture sieve to the sample before the drop test is 70% or more after the drop test in which the slag sample is dropped 4 times from a height of 2 m.
  • a solidified slag production process including the method for producing a solidified slag according to any one of [1] to [5], a solidified slag crushing process for crushing the produced solidified slag, and a crushed solidified slag
  • the vitreous portion formed on the contact surface of the solidified slag with the metal mold is crystalline while the slag surface temperature is maintained at 900 ° C. or higher for 5 minutes or longer. Since it changes, solidified slag with high drop strength can be obtained.
  • the coarse aggregate for concrete produced by further crushing and classifying the solidified slag produced by the method for producing solidified slag according to the present invention has a small proportion of vitreous portions on the surface, High strength can be obtained stably, and a coarse aggregate suitable for producing high-strength concrete can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing a configuration of an embodiment of a solidified slag production apparatus that realizes a solidified slag production method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view schematically showing a solidified slag holding container in the solidified slag manufacturing apparatus shown in FIG.
  • FIG. 3 is a graph showing the temperature transition at each measurement position when the slag is cooled on a metal mold.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a one-dimensional heat transfer analysis model of a slag and a mold.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the holding time of the slag at a surface temperature of 900 ° C. or more and the glassy area ratio in the mold contact surface during solidification.
  • FIG. 1 is a schematic view schematically showing a configuration of an embodiment of a solidified slag production apparatus that realizes a solidified slag production method according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view schematically showing a
  • FIG. 6 is a graph showing the calculation result of the temperature distribution in the thickness direction of the solidified slag.
  • FIG. 7 shows the measured surface temperature of the slag below the solidified slag on the surface layer deposited in the solidified slag holding container 3 minutes after slag storage, and immediately after discharge from the mold at the mold contact surface of the solidified slag and It is a graph which shows the relationship between the calculated value of the slag temperature after hold
  • FIG. 8 is a photograph showing the appearance of the slag before and after the drop strength test when the mold contact surface during solidification is crystalline.
  • FIG. 9 is a photograph showing the appearance of the slag before and after the drop strength test when the mold contact surface during solidification is glassy.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the drop strength and the vitreous portion ratio in the mold contact surface during solidification.
  • FIG. 11 is a graph showing the product yield at the time of manufacturing a coarse aggregate of 20 to 5 mm by comparing the example of the present invention with the comparative example.
  • FIG. 12 is a graph showing a comparison of the amount of breathing in concrete using the coarse aggregates of the present invention example and the comparative example.
  • the method for producing solidified slag includes a slag solidification step in which molten blast furnace slag is poured into a moving metal mold, cooled, and solidified into a plate shape in the mold, A slag dropping step in which the slag solidified inside the mold is dropped from the mold by reversing the mold, and a slag that holds the surface temperature of a part or the entire surface of the dropped slag at 900 ° C. or more for 5 minutes or more. And a temperature holding step.
  • FIG. 1 shows an example of a solidified slag manufacturing apparatus that can realize the above-described solidified slag manufacturing method.
  • the solidified slag manufacturing apparatus 1 (FIG. 1) shown in FIG. 1 is made of a plurality of metals having recessed portions 5a (recessed rod parts) into which molten blast furnace slag accommodated in a slag pan 23, that is, molten slag 3 is poured.
  • the mold 5 is supported so as to be able to move around, and the molten slag 3 is poured into the recessed portion 5a while the mold 5 goes around to continuously produce the solidified slag 18.
  • the solidified slag manufacturing apparatus 1 that performs such an operation is provided with a revolving mechanism 7 that revolves horizontally in a state where a plurality of molds 5 are brought close to each other and supported.
  • This circular movement mechanism 7 moves the mold 5 in the circular direction while holding the molten slag 3 poured into the recessed portion 5a while the mold makes one round, and air-cools the air by cooling and solidifying the molten slag 3.
  • a re-inversion unit 15 that re-inverts the mold 5 in the inverted state so that the recessed portion 5a faces upward, and a re-inversion moving unit 17 that moves the re-inverted mold 5 to a portion into which the molten slag 3 is poured. And a cooling device 21 for cooling the inverted mold 5.
  • the re-inversion moving unit 17 may be omitted.
  • the solidified slag manufacturing apparatus 1 is provided with a gutter 20 so that the molten slag 3 can be easily poured into the mold 5.
  • the solidified slag manufacturing apparatus 1 has a pit 19 provided below the casting mold 5 that circulates around the reversal discharge unit 11, and the pit 19 has a solidified slag holding container 22 that can accommodate the solidified slag 18 to be discharged. Has been placed.
  • the solidified slag holding container 22 has a capacity capable of holding the solidified slag 18 in an amount corresponding to the molten slag 3 for one cup of the slag pot 23, and solidifies for one cup of the slag pot 23.
  • the slag 18 may be carried out from the slag dropping position and replaced with an empty solidified slag holding container 22. In this way, even if slag is held in the solidified slag holding container 22 for a long time, the molten slag 3 in the next slag pot 23 is continuously added without causing a waiting time and reducing productivity. Can be processed.
  • the solidified slag holding container 22 has a low thermal conductivity fire resistance of about 5 W / (m ⁇ K) or less. It is desirable to be composed of objects. Further, after the solidified slag 18 is accommodated, the solidified slag holding container 22 is provided with a lid, a simple heating source such as a burner is added to the solidified slag holding container 22, or the pit 19 itself at the slag dropping position. Can be used as a solidified slag holding container, and a mode in which a cover is installed and held after the solidified slag is accommodated can be selected.
  • the orbiting moving mechanism 7 is rotated at a predetermined speed, and the molten slag 3 is poured into the circulating mold 5 at the molten slag inflow portion through the gutter 20.
  • the mold 5 into which the molten slag 3 is poured moves through the air-cooling moving part 9, and the molten slag 3 is cooled by air to become a solidified slag 18 (slag solidification step).
  • the thickness of the solidified slag 18 is 20 mm or more and 30 mm or less. If the thickness of the solidified slag is 20 mm or more, by pulverizing the solidified slag 18, a particle size distribution suitable for a coarse aggregate product having a general coarse aggregate size of 5 to 20 mm, which is widely used, is obtained. Can be obtained. If the thickness of the solidified slag 18 is 20 mm or more, as will be described later, when the solidified slag 18 is charged into the solidified slag holding container 22, the average heat content (average (amount of heat) is sufficiently increased. Therefore, it is possible to raise the slag surface temperature of the mold contact surface to 900 ° C. or higher and hold it for 5 minutes or more simply by keeping the solidified slag 18 warm without adding a heating source.
  • the thickness of the solidified slag 18 is 30 mm or less, the cooling rate of the slag is in an appropriate range, and pore generation inside the slag is suppressed, so the water absorption rate of the coarse aggregate product is reduced to 1.5% or less.
  • This is also preferable for obtaining coarse aggregate particles having a high strength such as a compressive strength of 100 N / mm 2 or more.
  • the mold 5 that has arrived at the reverse discharge unit 11 rotates and reverses in the circumferential direction in the reverse discharge unit 11, and the solidified slag 18 is discharged to the pit 19 or the solidified slag holding container 22 in the pit 19 (slag Dropping process).
  • the mold 5 from which the solidified slag 18 has been discharged moves the reversal moving unit 13 in a reversal state, and is cooled by the cooling device 21 during the movement.
  • the mold 5 that has passed through the inversion moving unit 13 rotates in the circumferential direction in the reinversion unit 15 and reinverts so that the recessed portion 5a faces upward.
  • the molten slag 3 is poured into the re-inverted mold 5 immediately after re-inversion or after moving the re-inversion moving part 17 at the slag inflow portion.
  • the solidified slag 18 discharged into the pit 19 and charged into the solidified slag holding container 22 is laminated in the solidified slag holding container 22 and is a mold of the solidified slag 18 that is reduced during solidification due to the amount of heat held by the solidified slag 18 itself.
  • the temperature of the contact surface rises.
  • the glassy surface of the mold contact surface in the solidified slag 18 can be modified to crystalline (slag temperature holding step).
  • the solidified slag 18 is discharged from the solidified slag holding container 22 to the slag cooling bed 24.
  • the method for producing solidified slag of the present invention has three steps of a slag solidification step, a slag dropping step, and a slag temperature holding step, and among these three steps, the slag temperature holding step is particularly characteristic. This will be described in detail below.
  • the surface temperature of the solidified slag 18 on the atmosphere side is measured using a radiation thermometer, and a thermocouple is installed on the back of the mold, and the temperature transition until the molten slag 3 flowing on the mold is cooled and solidified is measured.
  • the measurement was performed for a case where the solidified slag 18 had a thickness of 23 mm.
  • the measurement results are shown in FIG. FIG. 3 also shows the transition of the slag temperature at the central position in the thickness direction of the slag and the position in contact with the mold 5, which was obtained by heat transfer analysis described later.
  • the initial cooling rate of the slag at the position in contact with the mold 5 is remarkably large due to heat transfer to the mold, decreases to 400 ° C.
  • the temperature of the central part of the slag is slow, and after about 2 minutes, the temperature decreases only to about 1150 ° C., and the atmosphere side surface also decreases only to about 900 ° C. after 2 minutes.
  • the mold contact surface is rapidly cooled, but the thermal conductivity of the slag is as small as 2 W / (m ⁇ K) or less, The heat conduction inside the slag is slow, and the cooling rate other than the mold contact surface is small. Therefore, only the slag on the mold contact surface is quenched and vitrified.
  • the solidified slag 18 after the mold 5 is inverted and dropped from the mold 5 is conveyed one by one, the cooling progresses from the surface during the conveyance, so that the glassy surface remains as it is.
  • vitreous remains, as described above, when used as a coarse aggregate for concrete, there are problems that it is easy to breathe and the yield of the coarse aggregate is reduced. It needs to be modified. Therefore, a temperature maintaining step for modifying the vitreous portion to be crystalline is necessary.
  • ⁇ is the thermal conductivity (W / (m ⁇ K))
  • ⁇ is the density (kg / m 3 )
  • Cp is the specific heat (J / (kg ⁇ K))
  • T is the slag or mold temperature (K )
  • X is the length (m) in the thickness direction
  • t is the time (s).
  • FIG. 4 shows an analysis model
  • FIG. 4 (a) shows a state where slag is accommodated in the mold
  • FIG. 4 (b) shows solidified slag dropped from the mold.
  • the thickness direction of the slag and mold was calculated by dividing the slag into 10 parts and dividing the mold into 10 parts. Only the solidified slag was calculated after dropping from the mold.
  • the heat transfer coefficient hs at the air-slag interface, the heat transfer coefficient hm at the mold-atmosphere interface, and the thermal resistance R at the slag-mold interface are used as parameters, and the calculated temperature matches the measured value in FIG.
  • the parameter values were determined as follows. Since the air-slag interface has a high temperature difference of 1300 K or more in the initial stage, heat radiation was considered.
  • the ambient temperature Ta was assumed to be constant at 293 K and there was no temperature rise. After dropping from the mold, it was assumed that it was in a heat-insulating state, and there was no heat transfer to the outside of the slag.
  • Cp 1039J / (kg ⁇ K) when T ⁇ 1443K
  • Cp 2242.5J / (kg ⁇ K) when 1443K ⁇ T ⁇ 1673K, 1673K ⁇ T ⁇ 1773K
  • Cp 1326 J / (kg ⁇ K).
  • the surface temperature required to crystallize the vitreous part was investigated.
  • the surface temperature of the solidified slag immediately after the slag dropping process varies depending on the slag solidified thickness and the cooling time of the slag until the slag is peeled after the mold is reversed. Therefore, the solidified slag surface temperature is changed by variously changing the solidified slag thickness and the cooling time, and the solidified slag having variously changed surface temperatures is held in the solidified slag holding container for 24 hours, and the solidified slag mold contact surface
  • the relationship between the maximum temperature of the glass and the area ratio of the vitreous part was investigated. As a result, it was confirmed that it is effective to raise the surface temperature to 900 ° C. or higher in order to crystallize the vitreous portion.
  • the solidification slag mold was changed by changing the holding time in the solidification slag holding container under the condition that the solidification thickness of the slag and the cooling time of the slag until the slag was peeled after reversing the mold were fixed.
  • the metal mold 5 is repeatedly wound twice to continuously process 12 tons of molten slag 3 in 6 minutes, and the mold 5 is inverted.
  • the solidified slag 18 is held in the solidified slag holding container 22 disposed at the slag dropping position at that time, and then held for a predetermined time.
  • the solidified slag 18 is immediately discharged to the slag cooling floor 24. Spread and cooled in the atmosphere.
  • the holding time at 900 ° C. or higher it is necessary to specify the time point when the surface temperature on the mold contact surface side of the slag rises to 900 ° C. and the time point when the surface temperature falls below 900 ° C. Therefore, when the surface temperature on the mold contact surface side of the slag rises to 900 ° C., the last solidification slag is stored in the solidified slag holding container, and the surface temperature of the slag on the mold contact surface side reaches 900 ° C. This time was determined by assuming that the surface of the slag is adiabatic boundary condition in the solidified slag holding container in the heat transfer analysis. Moreover, the time when the surface temperature decreased to less than 900 ° C.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the glassy area ratio (%) and the time (min) held at 900 ° C. or higher. As shown in the graph of FIG. 5, by holding at 900 ° C. or higher for 5 minutes, the area ratio of the glassy portion of the mold contact surface decreases to about 10%, and even if the holding time is increased, It can be seen that the area ratio does not change greatly. From this, in order to crystallize the vitreous part of the mold contact surface, it was confirmed that it was effective to maintain the surface temperature of the solidified slag at 900 ° C. or more for 5 minutes or more.
  • the reason why the area ratio of the vitreous portion does not greatly decrease from about 10% even if the holding time at 900 ° C. or higher is extended beyond 5 minutes is the solidification that is laminated and deposited in the slag holding container. It is considered that the solidified slag having the mold contact surface facing upward at the outermost layer portion of the slag was not crystallized because the temperature did not rise to 900 ° C. or higher even when the holding time was increased. Therefore, the area ratio of the vitreous portion can be further reduced by installing a lid after the slag is accommodated in the slag holding container or by reheating using a simple heating source such as a burner.
  • the reason why some vitreous slag is crystallized even when the calculated value of the retention time at 900 ° C. or higher is zero is that the lower part of the deposited layer contained in the slag holding container at the initial stage of the slag treatment.
  • the rise in surface temperature progressed within the time until the final solidified slag was accommodated, and the temperature was maintained at 900 ° C. or higher for 5 minutes or longer.
  • the solidified slag accommodated in the slag holding container at the initial stage of the slag treatment has been crystallized by satisfying the crystallization conditions.
  • FIG. 6 shows a calculation result of the temperature distribution inside the solidified slag 18 120 seconds after the molten slag 3 is injected into the mold.
  • the temperature distribution inside the solidified slag is, for example, as shown by a solid line graph in FIG. Since the temperature of the solidified slag immediately after being discharged from the mold is considered to be substantially the same as the temperature of the solidified slag immediately before dropping from the mold, it is indicated as “immediately after being discharged from the mold” in FIG.
  • the temperature of the mold contact surface and the air surface is lowered, but the internal temperature is high. If the solidified slag is dropped into the holding container in this state and stacked one after another, the slag inside the deposited layer becomes a heat-retaining state. Conducted to the air side and the atmosphere side, the entire slag approaches a uniform temperature distribution. The temperature distribution calculation result after 3 minutes is shown by a broken line in FIG. Under these conditions, the temperature of the mold contact surface once lowered also rises to about 1000 ° C.
  • the surface temperature of a part or the whole surface of the solidified slag including the mold contact surface is raised to 900 ° C. or higher. It is essential to hold for more than a minute. This can be performed without using a new heating source by setting the average temperature in the slag thickness direction of the solidified slag discharged from the mold to be over 900 ° C. and laminating the solidified slag in the pit 19 or the solidified slag holding container. I confirmed that there was.
  • ⁇ Temperature by slag lamination> Increasing the surface temperature of the slag to 900 ° C or higher due to the heat content of the solidified slag itself means that the solidified thickness of the solidified slag, the cooling time of the slag until the solidified slag is dropped after inverting the mold, and the solidified slag holding container This is realized by appropriately selecting conditions such as the holding time at. This point will be specifically described below.
  • the slag FIG. 7 shows the relationship between the average thickness and the slag surface temperature in the slag deposit layer in the solidified slag holding container.
  • the surface temperature of “sometimes referred to as subsurface solidified slag” is plotted in FIG.
  • the surface temperature of the solidified slag having an average thickness of 22 mm or more existing under this surface layer was over 900 ° C. in all measured values.
  • the slag thickness on the horizontal axis in FIG. 7 is an average value of values measured after cooling the slag thickness near the surface layer.
  • the solid line shows the calculated value of the temperature of the solidified slag at the mold contact surface, and the temperature immediately after discharge from the mold and the solidified slag under the surface layer in the solidified slag holding container for 3 minutes (180 seconds) It is the temperature after holding.
  • the calculated temperature at the mold contact surface of the solidified slag after being held for 3 minutes exceeds 900 ° C. if the average thickness is 20 mm or more, and the mold contact increases as the average thickness increases. It was found that the temperature at the surface was high.
  • the measured value of the surface temperature of the solidified slag under the surface layer laminated in the holding container tends to be higher as the slag thickness is larger as in the calculation result, and all the solidified slag having an average thickness of 22 mm or more tested After 3 minutes, it was 900 ° C or higher. That is, the surface temperature measurement value of the solidified slag under the surface layer is in good agreement with the calculation result. From the calculation result and the actual measurement value, the solidified slag having an average thickness of 20 mm or more is laminated, and the solidified slag after 3 minutes. It was confirmed that the surface temperature of can be made 900 ° C. or higher.
  • the heat source for raising the surface temperature of the solidified slag is limited to the heat content of the solidified slag itself, it is stored in a solidified slag holding container in order to reduce the influence of heat radiation to the outside. It is necessary to secure a certain amount of solidified slag. Specifically, it is preferable that the solidified slag of 5 tons or more, more desirably 10 tons or more is stacked and accommodated with a thickness of 1 m or more.
  • Plate-shaped solidified slag cast with a metal mold has a larger average solidification rate than slow-cooled slag, and therefore tends to have smaller crystal grains. By relieving and eliminating the residual stress, a material superior in strength characteristics to that of slowly cooled slag can be obtained.
  • the solidified slag produced by the method for producing solidified slag according to the present invention has a drop strength (Shatter Index) defined later which is 70% or more, and the method for producing solidified slag according to the present invention provides a drop strength (Shatter A high-strength plate-like solidified slag having an index of 70% or more is obtained.
  • a drop strength Shatter A high-strength plate-like solidified slag having an index of 70% or more is obtained.
  • plate-shaped solidified slag cast with a metal mold having a drop strength of 70% or more this is crushed and classified to produce slag products such as coarse aggregate for concrete. The yield is improved.
  • the coarse aggregate for concrete having an average compressive strength measured by the method described later of 100 N / mm 2 or more. And is suitable as a raw material for coarse aggregate when producing high-strength concrete.
  • solidified slag was manufactured using the apparatus shown in FIG.
  • the mold 5 is made of cast steel having a trapezoidal shape in plan view, the thickness thereof is 45 mm, the outer dimension of the mold corresponding to the upper base of the trapezoid is 0.7 m, and the outer method of the mold corresponding to the lower base of the trapezoid.
  • the dimension was 1.0 m, and the outer dimension of the mold corresponding to the height of the trapezoid was 2.7 m.
  • template 5 which pours molten slag was 100 mm.
  • the mold 5 was circulated and conveyed by the circulatory movement mechanism 7, and the conveying speed of the circulatory conveyance was 14 m / min at the mold center.
  • molten blast furnace slag 1360 ° C. or higher and 1410 ° C. or lower was flowed into the mold 5 at about 2 ton / min.
  • the mold 5 into which the molten slag 3 has been poured conveys the air-cooled moving part 9 for about 120 seconds ⁇ the length of the air-cooled moving part is 2/3 (240 degrees) of the entire circumference ⁇ . did.
  • the mold 5 was inverted and the solidified slag 18 peeled off from the mold was dropped into the solidified slag holding container 22 arranged in the pit 19.
  • the casting mold 5 from which the solidified slag 18 was discharged was moved while the inversion moving unit 13 was in the inverted state, and was rapidly cooled by injecting cooling water from the upper and lower surfaces at the site where the cooling device 21 was installed.
  • the mold 5 in the inverted state was re-inverted by the re-inversion part 15 and returned to the state in which the original recessed part 5a was directed upward again. Thereafter, molten slag was poured again into the returned mold. The above process was repeated 5 times for one slag pan, and 30 tons of molten slag was continuously processed in 15 minutes.
  • the solidified slag was held in the solidified slag holding container for a predetermined time, and then the solidified slag was discharged from the solidified slag holding container to the slag cooling bed and spread and cooled in the atmosphere.
  • the molten slag temperature is 1385 ° C.
  • the holding time after completion of slag storage in the solidified slag holding container is 10 minutes
  • the average thickness of the solidified slag is 25 mm
  • the solidified slag is held immediately after a predetermined holding time.
  • the solidified slag was discharged from the container to the slag cooling bed, spread and cooled in the atmosphere.
  • the molten slag temperature is 1380 ° C.
  • the average thickness of the solidified slag is 23 mm
  • the solidified slag is dropped from the mold into the pit, and after all the solidified slag has fallen from the mold, the solidified slag is immediately removed with a shovel car. It was taken out from the pit and cooled in the slag cooling bed, and prepared for the treatment of the molten slag in the next slag pan.
  • the solidification thickness of the solidified slag was measured after cooling, it was 20 to 26 mm, and the average thickness was 23 mm. The influence of the solidification thickness on the glassy abundance ratio on the mold contact surface was not in the range of 20 to 26 mm.
  • the ratio of the vitreous portion of the mold contact surface during solidification was evaluated, and the drop strength of the slag was evaluated.
  • the glass contact surface (crystalline) is visually selected from the solidified slag, and on the other hand, the solidified slag produced according to the comparative example is contacted with the mold.
  • a drop test was performed by visually selecting glassy surfaces.
  • FIG. 8A shows the state before the test of the example of the present invention
  • FIG. 8B shows the state after the drop test of the example of the present invention.
  • FIG. 9B shows a state after the drop test of the comparative example.
  • the drop strength (Shatter Index) was measured by the method described below.
  • the apparatus described in JIS M8711 Iron Ore Sinter-Drop Strength Test Method was used as the apparatus for the drop strength test. Using a sample of plate-like solidified slag of 40 to 100 mm (a sample of plate-like solidified slag whose sieve opening passes through a 100-mm sieve and does not pass through a sieve of 40 mm; about 3 kg) Then, a drop test was performed in which the sample was dropped four times. After the drop test, a ratio that was not crushed to 40 mm or less (mass ratio of the sample that does not pass through a sieve having an opening of 40 mm) was obtained, and this ratio was defined as drop strength (Shatter index).
  • Other test conditions were in accordance with the JIS M8711 iron ore sinter ore drop strength measurement method, which is a test method for sintered ore.
  • FIG. 10 shows the result of comparing the relationship between the ratio of the vitreous portion on the mold contact surface and the drop strength S between the inventive example and the comparative example.
  • the ratio of the vitreous portion was reduced from 52 area% in the comparative example to 9 area%, and the drop strength S was improved from 46% in the comparative example to 89%.
  • the area ratio of the vitreous portion of the mold contact surface of the solidified slag is It is preferable that the content be less than 20 area%, more desirably less than 10 area%.
  • the results of the yield of coarse aggregate products of 20 to 5 mm with respect to the solidified slag used as a raw material are shown in FIG.
  • the yield of the coarse aggregate product of the present invention example was 71%, and the comparative example was 65%. That is, the inventive example was 6% higher than the yield of the comparative coarse aggregate product.
  • the water absorption rate of the coarse aggregate of the example of the present invention is 0.9%, which is significantly smaller than the water absorption rate of 3 to 4% of the conventional blast furnace slow-cooled slag coarse aggregate, which is equivalent to that of natural aggregate. Things were obtained.
  • the compressive strengths of the slag coarse aggregates of the present invention and the comparative examples were compared.
  • Samples for compressive strength measurement were cut from large coarse aggregate particles including a flat surface to a size of 10 mm ⁇ 10 mm ⁇ 10 mm using a diamond cutter with the flat surface as the bottom, and an Amsler compression testing machine (universal testing machine) Compressive strength was measured for each of the six samples.
  • the compressive strength of the sample collected from the coarse aggregate of the comparative example has an average value of 50 N / mm 2 and a minimum value of 10 N / mm 2. did.
  • the compressive strength of the samples taken from the coarse aggregate of the present invention example the average value of 167N / mm 2, a minimum value is 80 N / mm 2, a high compressive strength stably is obtained .
  • the concrete was compounded using the slag coarse aggregates of the present invention example and the comparative example, and the characteristics were evaluated.
  • the amount of breathing was compared between the fresh concrete blended with the coarse aggregate of the present invention and the fresh concrete blended with the coarse aggregate of the comparative example.
  • the survey results are shown in FIG. In the present invention example having a small glassy surface, the amount of breathing was smaller than in the comparative example having a large glassy surface.
  • the 28-day strength was 53 N / mm 2
  • the concrete using the coarse aggregate of the present invention example it was 75 N / mm 2
  • the 28-day strength of the concrete using natural limestone coarse aggregate is 72 N / mm 2
  • the concrete using the coarse aggregate of the example of the present invention is compressed higher than the concrete using the natural limestone coarse aggregate. Strength was obtained. Therefore, it can be said that the coarse aggregate of the example of the present invention is a material suitable as a coarse aggregate for high-strength concrete.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

　品質の良いコンクリート用粗骨材の原料となり得る凝固スラグの製造方法、該凝固スラグの製造方法で製造される凝固スラグ、該凝固スラグを用いたコンクリート用粗骨材の製造方法、該コンクリート用粗骨材の製造方法によって製造されるコンクリート用粗骨材を提供する。　本発明に係る凝固スラグの製造方法は、溶融状態の高炉スラグ３を、移動する金属製の鋳型５に流し込んで冷却し、前記鋳型内で板状になるように凝固させるスラグ凝固工程と、前記鋳型内で内部まで凝固したスラグを、前記鋳型を反転して鋳型から落下させるスラグ落下工程と、落下したスラグのスラグ表面の一部または全面の表面温度を９００℃以上で５分間以上保持するスラグ温度保持工程と、を有する。

Description

凝固スラグの製造方法、凝固スラグ、コンクリート用粗骨材の製造方法、コンクリート用粗骨材
　本発明は、溶融状態の高炉スラグ(blast furnace slag)を金属製の鋳型上で凝固させ、凝固させた凝固スラグ(solidified slag)を鋳型から落下させて板状の凝固スラグを製造する凝固スラグの製造方法、該凝固スラグの製造方法で製造される凝固スラグ、該凝固スラグを用いたコンクリート用粗骨材(coarse aggregate for concrete)の製造方法、該コンクリート用粗骨材の製造方法によって製造されるコンクリート用粗骨材に関する。
　金属の精錬工程などで発生する溶融スラグ(molten slag)を凝固させる方法としては、高圧の冷却水を溶融スラグに吹き付けて急冷する方法、あるいは、溶融スラグをドライピット(dry pit)やスラグ冷却ヤード(slag cooling yard)に排出して大気中で徐冷する方法が広く用いられている。
　溶融スラグを急冷する方法においては、高圧の冷却水を大量に吹き付けるので、多数の気孔(pore)を有する粒径５ｍｍ以下の砂状の凝固スラグ（いわゆる水砕スラグ(water granulated slag)）となる。一方、溶融スラグをドライピットやスラグ冷却ヤードなどに流して凝固させ、徐冷する方法では、数ｍの大きさの塊となり、これを破砕して塊状の凝固スラグ（いわゆる徐冷スラグ(air-cooled slag)）としている。
　最近、砂利(gravel)などに代わるコンクリート用粗骨材に高炉徐冷スラグの適用が図られている。高炉スラグをコンクリート用粗骨材に適用するには、スラグ中の気孔を低減し、かつスラグ粒径の最大値を２０ｍｍ程度に調整する必要がある。
　したがって、水砕スラグは、そのままでは、気孔が多く、かつ粒径が小さいことから、コンクリート用粗骨材には適用できない。一方、徐冷スラグは、気孔の問題はないものの、数ｍの大きさの塊を２０ｍｍ程度の粒径に破砕する必要があり、この破砕に膨大な時間を要し、効率的でない。
　そこで、コンクリート用粗骨材として、気孔が少なく破砕が容易な凝固スラグを得るために、金属製の鋳型を用いて溶融スラグを凝固させる技術が種々提案されている。金属製鋳型のなかで溶融スラグを凝固させると、水砕スラグよりも大きくて、かつ、徐冷スラグよりも小さいサイズの凝固スラグが得られ、これを破砕することで所望するサイズのスラグを容易に得ることができ、徐冷スラグに比較して破砕の時間を短縮でき、粒径２０ｍｍ程度の所望の凝固スラグを容易に得ることができる。
　金属製鋳型を用いて溶融スラグを凝固する例として、例えば特許文献１に記載されたアスファルト舗装用骨材(aggregate for asphalt pavement)及びその製造方法ならびにアスファルト舗装がある。特許文献１の溶融スラグの凝固方法は、溶融状態の高炉スラグを層厚が１０～３０ｍｍの板状になるように金属製の移動鋳型上に単層で流して冷却凝固させ、単層板状の凝固スラグにするものである。この単層板状のスラグを破砕して、吸水率(water absorption percentage)が１．５％以下、すりへり減量(abrasion loss percentage)が２０％以下のアスファルト舗装用骨材を製造するものである。
　また、金属製の鋳型を用いて高炉スラグを凝固させてコンクリート用粗骨材を製造する方法としては、特許文献２に開示されたコンクリート用粗骨材がある。特許文献２に開示されたスラグからなるコンクリート用粗骨材は、金属製鋳型に溶融スラグを流し込んで凝固させて、凝固後得られたスラグを破砕し、吸水率１．５％以下及び粒径が５～２０ｍｍに調整するというものである。
特許第３８５５７０６号公報 特開２００４－２７７１９１号公報
　特許文献１に記載の溶融スラグの凝固方法は、溶融状態の高炉スラグを凝固厚みが１０～３０ｍｍの板状になるように金属製の移動鋳型上に単層で流し込んで冷却凝固するものであり、急速に冷却凝固することで、凝固スラグ内部で生成する気孔の成長を抑制し、低気孔率で吸水率が低く、耐摩耗性(abrasion resistance)の高い骨材を製造するものである。
　ただし、特許文献１の実施例にも記載されているように、高炉スラグを金属製鋳型上で板状に凝固させた場合、金属製鋳型に接していた下面から１ｍｍ程度はガラス状(glassy state)になってしまう。これは、溶融スラグにおいては、金属製鋳型との接触面が最も急速に冷却されてガラス質(glassy state)になるが、溶融スラグの熱伝導率が非常に小さいので、溶融スラグ内部の冷却速度は大きくならずに結晶質の状態(crystalline state)で凝固することによる。
　上記のように、特許文献１の方法では、片面がガラス質の板状凝固スラグが生成されるが、このような板状凝固スラグを破砕して骨材を製造した場合、表面の一部がガラス質である粗骨材ができてしまう。表面がガラス質の粗骨材をコンクリート用粗骨材として使用した場合、フレッシュコンクリート(fresh concrete)が固まる際にブリージング(bleeding)しやすいという問題がある。ブリージングとは、フレッシュコンクリートにおいて固体材料の沈降または分離により、練り混ぜ水の一部が遊離して表面まで上昇する現象である。
　また、金属製鋳型と接触していた面から１ｍｍ程度のガラス質部分と結晶質部分との境目で割れやすくなる。そのため、破砕して粗骨材粒度に調整する際にガラス質部分は細粒になりやすく、粗骨材の歩留が低下するという問題もある。
　特許文献２のコンクリート用粗骨材は、特許文献１と同様に、金属製の鋳型上で凝固した高炉スラグを利用するものであり、この高炉スラグを破砕して、吸水率１．５％以下、粒径５～２０ｍｍの粗骨材とするものである。溶融スラグを金属製鋳型に流し込んで２０～３０ｍｍの厚みに凝固しており、特許文献１と同様に金属製鋳型との接触面はガラス化している可能性が高い。特許文献２のコンクリート用粗骨材を配合したコンクリートの配合条件(mix proportion)、養生期間(curing period)が７日、２８日の圧縮強度は明らかであるが、ブリージングについては明らかでない。
　本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、品質の良いコンクリート用粗骨材の原料となり得る凝固スラグの製造方法、該凝固スラグの製造方法で製造される凝固スラグ、該凝固スラグを用いたコンクリート用粗骨材の製造方法、該コンクリート用粗骨材の製造方法によって製造されるコンクリート用粗骨材を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
　［１］溶融状態の高炉スラグを、移動する金属製の鋳型に流し込んで冷却し、前記鋳型内で板状になるように凝固させるスラグ凝固工程と、前記鋳型内で内部まで凝固したスラグを、前記鋳型を反転して鋳型から落下させるスラグ落下工程と、落下したスラグのスラグ表面の一部または全面の表面温度を９００℃以上で５分間以上保持するスラグ温度保持工程と、を有する凝固スラグの製造方法。
　［２］前記鋳型内で板状になるように凝固させた高炉スラグの厚みが２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする上記［１］に記載の凝固スラグの製造方法。
　［３］前記スラグ温度保持工程は、前記鋳型から落下させた凝固スラグの表面のうち、凝固時における鋳型接触面の８０面積％以上について、スラグ表面温度を９００℃以上で５分間以上保持することを特徴とする上記［１］または上記［２］に記載の凝固スラグの製造方法。
　［４］前記スラグ温度保持工程は、前記鋳型から落下させた凝固スラグを、スラグ厚み方向平均温度が９００℃超で積層させることを特徴とする上記［１］乃至上記［３］の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法。
　［５］前記スラグ温度保持工程は、前記鋳型から落下させた凝固スラグを、該落下位置から搬出可能な保持容器内に積層させることを特徴とする上記［１］乃至上記［４］の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法。
　［６］上記［１］乃至上記［５］の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法で製造した凝固スラグであって、目開き１００ｍｍの篩を通過し、目開き４０ｍｍの篩を通過しないスラグ試料を、２ｍの高さから４回落下させる落下試験後に、目開き４０ｍｍの篩を通過しない試料の落下試験前の試料に対する質量比率で評価する落下強度（Shatter Index）が７０％以上である凝固スラグ。
　［７］上記［１］乃至上記[５]の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法を含む凝固スラグ製造工程と、製造した凝固スラグを破砕する凝固スラグ破砕工程と、破砕した凝固スラグを分級する分級工程と、を備えるコンクリート用粗骨材の製造方法。
　［８］上記［７］に記載のコンクリート用粗骨材の製造方法で製造したコンクリート用粗骨材であって、平均圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ2以上であるコンクリート用粗骨材。
　本発明に係る凝固スラグの製造方法によれば、凝固スラグの金属製鋳型への接触面に生成したガラス質の部分が、スラグ表面温度を９００℃以上で５分間以上保持する間に結晶質に変化することから、落下強度の高い凝固スラグが得られる。また、本発明に係る凝固スラグの製造方法によって製造した凝固スラグを、さらに破砕、分級(screening)して製造したコンクリート用粗骨材は、表面にガラス質の部分を有する割合が小さいことから、安定して高い強度が得られ、高強度のコンクリートを製造するうえで好適な粗骨材が得られる。
図１は、本発明に係る凝固スラグ製造方法を実現する凝固スラグ製造装置の一実施形態の構成を模式的に示す模式図である。 図２は、図１に示した凝固スラグ製造装置における凝固スラグ保持容器を模式的に示す模式図である。 図３は、金属製の鋳型上でスラグを冷却する場合の各測定位置における温度推移を示すグラフである。 図４は、スラグ及び鋳型の一次元伝熱解析モデルを示す模式図である。 図５は、スラグの表面温度９００℃以上での保持時間と凝固時の鋳型接触面に占めるガラス質面積比率との関係を示すグラフである。 図６は、凝固スラグの厚さ方向の温度分布の計算結果を示すグラフである。 図７は、スラグ収容３分後の、凝固スラグ保持容器内に堆積した、表層の凝固スラグの下のスラグの表面温度測定値、及び、凝固スラグの鋳型接触面での、鋳型から排出直後及び凝固スラグ保持容器内で表層下の凝固スラグとして３分保持した後のスラグ温度の計算値と、スラグ厚さとの関係を示すグラフである。 図８は、凝固時の鋳型接触面が結晶質の場合における落下強度試験前後のスラグの外観を示す写真である。 図９は、凝固時の鋳型接触面がガラス質の場合における落下強度試験前後のスラグの外観を示す写真である。 図１０は、落下強度と凝固時の鋳型接触面に占めるガラス質部分比率との関係を示すグラフである。 図１１は、２０～５ｍｍ粗骨材製造時の製品歩留を本発明例と比較例とで比較して示すグラフである。 図１２は、本発明例及び比較例のそれぞれの粗骨材を用いたコンクリートでのブリージング量を比較して示すグラフである。
　以下、本発明について具体的に説明する。
　本実施の形態に係る凝固スラグの製造方法は、溶融状態の高炉スラグを、移動する金属製の鋳型に流し込んで冷却し、前記鋳型内で板状になるように凝固させるスラグ凝固工程と、前記鋳型内で内部まで凝固したスラグを、前記鋳型を反転して鋳型から落下させるスラグ落下工程と、落下したスラグのスラグ表面の一部または全面の表面温度を９００℃以上で５分間以上保持するスラグ温度保持工程と、を有する。
　上記のような凝固スラグの製造方法を実現できる凝固スラグ製造装置の一例を図１に示す。図１に示した凝固スラグ製造装置１（図１）は、スラグ鍋２３に収容された溶融状態の高炉スラグ、つまり、溶融スラグ３が流し込まれる凹陥部５ａ(recessed part)を有する複数の金属製の鋳型５を周回移動可能に支持し、鋳型５が周回する間に凹陥部５ａに溶融スラグ３を流し込んで凝固スラグ１８を連続的に製造する。
　このような動作を行う凝固スラグ製造装置１は、複数の鋳型５を近接させ支持した状態で水平方向に周回移動させる周回移動機構７を備えている。この周回移動機構７は、鋳型が１周回する間に、流し込まれた溶融スラグ３を前記凹陥部５ａに保持した状態で鋳型５を周回方向に移動させ、溶融スラグ３を空冷して凝固させる空冷移動部９と、鋳型５をその凹陥部５ａが下方に向くように反転させて凝固スラグ１８を排出する反転排出部１１と、反転した鋳型５を反転した状態のままで移動させる反転移動部１３と、反転状態にある鋳型５を凹陥部５ａが上方に向くように再反転させる再反転部１５と、再反転させた鋳型５を溶融スラグ３が流し込まれる部位まで移動させる再反転移動部１７と、反転した鋳型５を冷却する冷却装置２１と、を備えている。再反転移動部１７は省略してもよい。なお、凝固スラグ製造装置１は、鋳型５に溶融スラグ３を流し込みやすいようにするために、樋２０が設置されている。
　また、凝固スラグ製造装置１は、反転排出部１１の周回する鋳型５の下方に設けられたピット１９を有し、ピット１９には排出される凝固スラグ１８を収容可能な凝固スラグ保持容器２２が配置されている。
　凝固スラグ保持容器２２は、図２に示すように、スラグ鍋２３の１杯分の溶融スラグ３に相当する量の凝固スラグ１８を保持できる容量を有し、スラグ鍋２３の１杯分の凝固スラグ１８を収容した後、スラグ落下位置から搬出して、空の凝固スラグ保持容器２２と交換するようにしてもよい。このようにすれば、凝固スラグ保持容器２２内で或る程度長時間スラグを保持しても、待ち時間が生じて生産性を低下させることなく、続けて次のスラグ鍋２３の溶融スラグ３を処理することができる。
　凝固スラグ保持容器２２の底面及び側面は、保温性の観点から、各面の法線方向に沿って少なくとも一部が、熱伝導率が５Ｗ／(ｍ・Ｋ)程度以下といった低熱伝導率の耐火物で構成されることが望ましい。また、凝固スラグ１８を収容した後に凝固スラグ保持容器２２に蓋を設置する態様や、バーナーなどの簡易な加熱源を凝固スラグ保持容器２２に付加して備える態様、あるいはスラグ落下位置のピット１９そのものを凝固スラグ保持容器として用い、凝固スラグを収容した後にカバーを設置して保持する態様などを選択することもできる。
　以上のように構成された本実施の形態の凝固スラグ製造装置１を用いて凝固スラグ１８を製造する方法の一例を、凝固スラグ製造装置１の動作と共に説明する。
　周回移動機構７を所定の速度で回転させ、溶融スラグ流入部位にて、周回している鋳型５に、樋２０を介して溶融スラグ３を流し込む。溶融スラグ３が流し込まれた鋳型５は空冷移動部９を移動し、溶融スラグ３は空冷されて凝固スラグ１８になる（スラグ凝固工程）。
　ここで、凝固スラグ１８の厚みが２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下となるように、鋳型５の周回移動速度及び／または溶融スラグ３の流し込み速度を制御することが好ましい。凝固スラグの厚みが２０ｍｍ以上であれば、この凝固スラグ１８を粉砕することによって、広く用いられている、一般的な粗骨材サイズである５～２０ｍｍの粗骨材製品に適した粒度分布を得ることが可能となる。また、凝固スラグ１８の厚みが２０ｍｍ以上であれば、後述するように、凝固スラグ１８が凝固スラグ保持容器２２内に装入される際に、平均含熱量(average amount of heat)を十分大きくすることができるので、加熱源を追加することなく凝固スラグ１８を保温するだけで、鋳型接触面のスラグ表面温度を９００℃以上まで上昇させて５分間以上保持することが可能となる。
　一方、凝固スラグ１８の厚みが３０ｍｍ以下であれば、スラグの冷却速度が適正な範囲となり、スラグ内部の気孔生成が抑制されるので、粗骨材製品の吸水率を１．５％以下に低減することが可能になると共に、例えば圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ2以上といった高強度の粗骨材粒子を得るうえでも好ましい。
　反転排出部１１に到着した鋳型５は、反転排出部１１において周回方向に向けて回転して反転し、凝固スラグ１８は、ピット１９またはピット１９内の凝固スラグ保持容器２２に排出される（スラグ落下工程）。
　凝固スラグ１８を排出した鋳型５は反転状態で反転移動部１３を移動し、該移動途中において冷却装置２１によって冷却される。
　反転移動部１３を通過した鋳型５は再反転部１５において周方向に向けて回転して凹陥部５ａが上方に向くように再反転する。再反転した鋳型５には再反転直後または再反転移動部１７を移動した後、再びスラグ流入部位で溶融スラグ３が流し込まれる。
　ピット１９に排出されて凝固スラグ保持容器２２に装入された凝固スラグ１８は、凝固スラグ保持容器２２内に積層され、凝固スラグ１８自身の保有する熱量によって、凝固時に低下した凝固スラグ１８の鋳型接触面の温度が上昇する。このとき、落下した凝固スラグ１８のスラグ表面温度を９００℃以上で５分間以上保持することで、凝固スラグ１８における鋳型接触面のガラス質を結晶質に改質することができる（スラグ温度保持工程）。このようにして、ガラス質が結晶質に改質された後、凝固スラグ保持容器２２から凝固スラグ１８をスラグ冷却床２４に排出する。
　以上のように、本発明の凝固スラグ製造方法は、スラグ凝固工程、スラグ落下工程及びスラグ温度保持工程という３工程を有しているが、これら３工程のなかで、特にスラグ温度保持工程に特徴があるので、これについて以下詳細に説明する。
　＜スラグ温度保持工程が必要な理由＞
　鋳型５から落下した板状の凝固スラグ１８の断面を観察すると、鋳型接触面から約１ｍｍ程度までの範囲がガラス化している。鋳型接触面から１ｍｍ程度の範囲のみガラス化している理由は、冷却速度がこの部分だけ速いためである。凝固スラグ１８の凝固厚みが変化しても、ガラス質の部分は鋳型接触面から約１ｍｍと変わらなかった。
　凝固スラグ１８の大気側の表面温度を放射温度計を用いて測定すると共に、鋳型背面に熱電対を設置して、鋳型上に流した溶融スラグ３が冷却されて凝固する過程までの温度推移を、凝固スラグ１８の厚み２３ｍｍの場合について測定した。測定結果を、図３に示す。図３には後述する伝熱解析により求めた、スラグの厚み方向中心位置及び鋳型５に接する位置でのスラグ温度の推移も合わせて示した。鋳型５に接する位置のスラグは、鋳型への熱伝達によって初期の冷却速度が著しく大きく、約１５秒で４００℃まで低下し、その後ほぼ一定の温度になる。スラグの中心部は温度の低下が遅く、２分後で１１５０℃程度、大気側の表面も２分後で９００℃程度までしか低下しない。
　このように、主として鋳型５への熱伝達によって溶融スラグ３を冷却する本方式では、鋳型接触面は急冷却されるが、スラグの熱伝導率が２Ｗ／(ｍ・Ｋ)以下と小さいため、スラグ内部の熱伝導が遅く、鋳型接触面以外の冷却速度は小さい。そのため、鋳型接触面のスラグのみが急冷されてガラス化する。鋳型５を反転して、鋳型５から落下した後の凝固スラグ１８は、１枚１枚ばらばらで搬送されると搬送中に表面から冷却が進むため、表面のガラス質がそのまま残留する。
　ガラス質が残留すると、前述したように、コンクリート用粗骨材として使用した場合にブリージングしやすいという問題や粗骨材の歩留が低下するという問題が生じることから、ガラス質部分を結晶質に改質する必要がある。そこで、ガラス質部分を結晶質に改質する温度保持工程が必要となる。
　＜解析による冷却速度の検討＞
　ガラス質部分を結晶質に改質するには如何にすべきかについて検討した。検討に際して、伝熱解析によりスラグ内部の冷却速度を検討した。本プロセスはスラグを板状に凝固するので、冷却・凝固過程での温度推移は単純な平板の非定常一次元熱伝導(unsteady one-dimension heat conduction)と考えてよい。この基礎式は下記の（１）式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、λは熱伝導度（Ｗ／(ｍ・Ｋ)）、ρは密度（ｋｇ／ｍ3）、Ｃｐは比熱（Ｊ／(ｋｇ・Ｋ)）、Ｔはスラグまたは鋳型の温度（Ｋ）、Ｘは厚み方向の長さ（ｍ）、ｔは時間（ｓ）である。
　図４は解析モデルを示すものであり、図４（ａ）は鋳型にスラグが収容されている状態であり、図４（ｂ）は鋳型から落下した凝固スラグを示している。図４に示すように、スラグ、鋳型の厚み方向を、スラグを１０分割、鋳型を１０分割して計算を行った。鋳型から落下後については凝固スラグのみを計算した。
　ここで、大気－スラグの界面(interface)の熱伝達係数ｈs、鋳型－大気界面の熱伝達係数ｈm、スラグ－鋳型界面の熱抵抗Ｒをパラメーターとし、温度計算値が図３の実測値に合うようにパラメーターの値を決定した。大気－スラグ界面は、初期には１３００Ｋ以上の高温の温度差であるため、熱放射を考慮した。雰囲気温度Ｔaは２９３Ｋで一定とし、温度上昇はないものとした。鋳型から落下後は、断熱状態と仮定し、スラグ外部との熱移動はないものとした。Δｔ＝０．５ｓｅｃとして、陽解法(explicit solution technique)により計算した。
　スラグの熱伝導率λ（Ｗ／(ｍ・Ｋ)）は、下記の（２）式、（３）式から計算した値を用いた。
Ｔ＞１４００Ｋのとき、
　λ＝－５．０×１０-3Ｔ＋９．２０　・・・（２）
Ｔ≦１４００Ｋのとき、
　λ＝７．７８×１０-4Ｔ＋１．１１　・・・（３）
　スラグの比熱Ｃｐは、Oginoらの高炉スラグの熱容量測定結果（K.Ogino and J.Nishiwaki、鉄鋼物性値便覧　製鉄編　（2006）p.350、（社）日本鉄鋼協会、（独）日本学術振興会　製銑第５４委員会）に基づき、Ｔ＜１４４３ＫのときＣp＝１０３９Ｊ／(ｋｇ・Ｋ)、１４４３Ｋ≦Ｔ＜１６７３ＫのときＣp＝２２４２．５Ｊ／(ｋｇ・Ｋ)、１６７３Ｋ≦Ｔ＜１７７３ＫのときＣp＝１３２６Ｊ／(ｋｇ・Ｋ)とした。
　スラグ表面の熱伝達率及び鋳型背面の熱伝達率をそれぞれｈs＝３０Ｗ／(ｍ2・Ｋ)、ｈm＝１０Ｗ／(ｍ2・Ｋ)、スラグ－鋳型界面の熱抵抗をＲ＝９×１０-4ｍ2・Ｋ／Ｗと設定することにより、図３の温度の実測値とほぼ一致させることができた。
　これにより、スラグの温度変化を計算可能となり、これに基づいてスラグ温度保持工程における温度条件及び保持時間について検討した。
　＜温度条件＞
　ガラス質部分を結晶化するために必要な表面温度について検討した。スラグ落下工程直後の凝固スラグの表面温度は、スラグ凝固厚さと、鋳型を反転してスラグを剥離するまでのスラグの冷却時間とによって変化する。そこで、スラグ凝固厚さと前記冷却時間とを種々変更することで凝固スラグ表面温度を変化させ、表面温度を種々変化させた凝固スラグを凝固スラグ保持容器に２４時間保持し、凝固スラグの鋳型接触面の最高温度とガラス質部分の面積比率との関係を調べた。その結果、ガラス質部分を結晶化するためには表面温度を９００℃以上に上昇することが有効であることを確認した。
　＜保持時間＞
　次に、スラグの凝固厚さと、鋳型を反転してスラグを剥離するまでのスラグの冷却時間とを一定とした条件で、凝固スラグ保持容器内での保持時間を変更して、凝固スラグの鋳型接触面側の表面温度が９００℃に上昇した時点からの保持時間、即ち、スラグ表面温度を９００℃以上で保持した時間と、凝固スラグの鋳型接触面のガラス質部分の面積比率との関係を調査した。
　具体的には、後述する実施例に示した凝固スラグ製造装置において、金属製鋳型５の周回を２周繰り返して６分間で１２トンの溶融スラグ３を連続して処理し、鋳型５を反転する際のスラグ落下位置に配した凝固スラグ保持容器２２への凝固スラグ１８の収容を完了した後に所定時間保持し、所定の保持時間となった時点で直ちに凝固スラグ１８をスラグ冷却床２４に排出して広げ、大気中で冷却した。
　９００℃以上での保持時間を計算するには、スラグの鋳型接触面側の表面温度が９００℃に上昇した時点と、９００℃未満に低下した時点とを特定する必要がある。そこで、スラグの鋳型接触面側の表面温度が９００℃に上昇した時点は、最後の凝固スラグの凝固スラグ保持容器への収容が終了し、当該スラグの鋳型接触面側の表面温度が９００℃に達する時点とし、この時点を前記の伝熱解析で凝固スラグ保持容器内ではスラグ表面が断熱境界条件(adiabatic boundary condition)であると仮定して求めた。また、表面温度が９００℃未満に低下した時点は、凝固スラグを凝固スラグ保持容器からスラグ冷却床に排出して広げた時点とした。これは、凝固スラグを凝固スラグ保持容器からスラグ冷却床に排出して広げた時点で直ちに凝固スラグの表面温度は９００℃未満に低下するとの仮定に基づくものである。
　図５は、ガラス質面積比率（％）と、９００℃以上で保持した時間（ｍｉｎ）との関係を示すグラフである。図５のグラフに示されるように、９００℃以上で５分間保持することによって鋳型接触面のガラス質部分の面積比率はほぼ１０％程度まで低下し、さらに保持時間を増してもガラス質部分の面積比率は大きく変化しないことが分かる。このことから、鋳型接触面のガラス質部分を結晶化するためには、凝固スラグの表面温度を９００℃以上で５分間以上保持することが有効であることを確認した。
　なお、図５で９００℃以上での保持時間を５分間よりも延長してもガラス質部分の面積比率が１０％程度から大きく低下しない理由は、スラグ保持容器内に積層して堆積させた凝固スラグの最表層部分で鋳型接触面が上を向いた凝固スラグについては、保持時間を長くしても９００℃以上に温度が上がらず結晶化しなかったことによると考えられる。したがって、スラグ保持容器にスラグ収容後に蓋を設置したり、バーナーなどの簡易な加熱源を用いて再加熱したりするようにすれば、さらにガラス質部分の面積比率を低下することができる。
　また、図５で９００℃以上での保持時間の計算値がゼロでも一部のガラス質スラグが結晶化している理由は、スラグ処理の初期にスラグ保持容器内に収容された堆積層内下部の凝固スラグでは、最終の凝固スラグが収容されるまでの時間内に表面温度の上昇が進行し、９００℃以上で５分間以上保持されていたことによると考えられる。つまり、スラグ処理の初期にスラグ保持容器内に収容された凝固スラグは、結晶化の条件が満たされて結晶化が進行したものと考えられる。
　次に、スラグ落下工程によって落下した凝固スラグを積層させることによって上記の温度条件と保持時間とを確保できるかについて検討した。
　＜保温状態のスラグ温度＞
　スラグ厚み２５ｍｍの凝固スラグについて、鋳型から落下する直前の温度分布を計算した。一例として、溶融スラグ３を鋳型に注入してから１２０秒後の凝固スラグ１８内部の温度分布の計算結果を図６に示す。凝固スラグ内部の温度分布は、例えば、図６の実線のグラフのようになる。鋳型から排出直後の凝固スラグの温度は、鋳型から落下する直前の凝固スラグの温度とほぼ同一と考えられるので、図６中においては「鋳型から排出直後」と表記している。
　鋳型から排出直後の凝固スラグでは、鋳型接触面、大気面の温度は低下するが、内部の温度は高い状態になっている。この状態で凝固スラグを保持容器内に落下させ、次々に積層して堆積させると、堆積層内部のスラグは保温状態になるので、時間経過に伴ってスラグ内部の熱が凝固時の鋳型接触面側及び大気側に伝導して、スラグ全体が均一な温度分布に近づく。３分後の温度分布計算結果を図６の破線で示した。本条件では、一度低下した鋳型接触面の温度も上昇して１０００℃程度の温度になっている。
　本発明に係る凝固スラグの製造方法では、凝固スラグを鋳型から落下・排出させた後に、鋳型接触面を含む凝固スラグのスラグ表面の一部または全面の表面温度を９００℃以上に上昇させて５分間以上保持することを必須とする。これは、鋳型から排出させる凝固スラグのスラグ厚み方向平均温度を９００℃超とし、この凝固スラグをピット１９または凝固スラグ保持容器内で積層させることによって、新たな加熱源を用いることなく実施可能であることを確認した。
　＜スラグ積層による温度＞
　凝固スラグ自身の含熱量によってスラグ表面温度を９００℃以上に上昇させることは、凝固スラグの凝固厚さ、鋳型を反転して凝固スラグを落下させるまでのスラグの冷却時間、及び凝固スラグ保持容器内での保持時間などの条件を適切に選択することにより実現される。この点を以下に具体的に説明する。
　例えば、溶融スラグの鋳型注入後の冷却時間を２分間、最後の凝固スラグが落下して収容されてからの凝固スラグ保持容器内での保持時間を３分間（１８０秒）とした場合について、スラグ厚さの平均値と凝固スラグ保持容器内のスラグ堆積層内のスラグ表面温度との関係を図７に示す。
　赤外線サーモグラフィーを用いて、凝固スラグ保持容器上部から凝固スラグの温度を測定し、表層の凝固スラグではなく、表層の凝固スラグの間隙から測定される、表層の凝固スラグの下にある凝固スラグ（以下、「表層下の凝固スラグ」と称することもある）の表面温度を図７にプロットした。この表層下に存在する、試験した平均厚さが２２ｍｍ以上の凝固スラグの表面温度は何れの測定値も９００℃を超えていた。図７の横軸のスラグ厚さは表層付近のスラグの厚さを冷却後に測定した値の平均値である。
　一方、実線で示したのは、凝固スラグの鋳型接触面での温度の計算値であり、鋳型から排出直後の温度と、凝固スラグ保持容器内で表層下の凝固スラグとして３分（１８０秒）保持した後の温度である。図７に示すように、３分保持した後の凝固スラグの鋳型接触面での温度計算値は、平均厚みが２０ｍｍ以上であれば、９００℃を超えており、平均厚みが大きくなるほど、鋳型接触面での温度は高くなることが分かった。
　保持容器内で積層された表層下の凝固スラグの表面温度の測定値は、計算結果と同様にスラグ厚さが大きいほど高くなる傾向であり、試験した平均厚さが２２ｍｍ以上の凝固スラグは全て３分後には９００℃以上になっていた。即ち、表層下の凝固スラグの表面温度測定値は計算結果と良く一致しており、計算結果及び実測値から、平均厚さが２０ｍｍ以上の凝固スラグを積層させることで、３分後には凝固スラグの表面温度を９００℃以上にできることを確認した。
　なお、凝固スラグの表面温度を上昇させるための熱源を凝固スラグ自身の含熱量のみとする場合には、外部への放熱の影響を小さくするために、凝固スラグ保持容器内に積層して収容する凝固スラグの量は或る程度の量を確保する必要がある。具体的には、５トン以上、より望ましくは１０トン以上の凝固スラグを１ｍ以上の厚みに積層して収容することが好適である。
　金属製の鋳型で鋳造した板状凝固スラグは、徐冷スラグに比べて、平均的な凝固速度が大きいことから、結晶粒が小さい傾向があり、また、後述のように、鋳型接触面近傍の残留応力(residual stress)が緩和・解消されることにより、徐冷スラグよりも強度特性に優れた材質が得られる。
　また、本発明に係る凝固スラグの製造方法によって製造した凝固スラグは、後述する定義の落下強度（Shatter Index）が７０％以上であり、本発明に係る凝固スラグの製造方法により、落下強度（Shatter Index）が７０％以上である高強度の板状の凝固スラグが得られる。また、落下強度が７０％以上である、金属製鋳型で鋳造した板状の凝固スラグを用いることにより、これを破砕、分級してコンクリート用粗骨材などのスラグ製品を製造する場合の製品歩留が向上する。
　さらに、本発明に係る凝固スラグの製造方法によって製造した凝固スラグを破砕、分級して得た粗骨材では、後述する方法で測定した平均圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ2以上のコンクリート用粗骨材が得られ、高強度コンクリートを製造する場合の粗骨材原料として適している。
　本発明の作用効果について、具体的な実施例に基づいて説明する。
　本実施例においては、図１に示した装置を用いて凝固スラグを製造した。鋳型５は平面視台形形状の鋳鋼製で、その厚みを４５ｍｍとし、台形の上底に相当する鋳型の外法寸法（outer dimension）を０．７ｍ、台形の下底に相当する鋳型の外法寸法を１．０ｍとし、台形の高さに相当する鋳型の外法寸法を２．７ｍとした。また、溶融スラグを流し込む鋳型５の凹陥部５ａの深さを１００ｍｍとした。鋳型５を周回移動機構７により周回搬送し、周回搬送する搬送速度は鋳型中心で１４ｍ／ｍｉｎとした。
　スラグ流入部位において、鋳型５には、１３６０℃以上１４１０℃以下の溶融状態の高炉スラグを約２ｔｏｎ／ｍｉｎで流入させた。溶融スラグ３が流し込まれた鋳型５は空冷移動部９を約１２０秒間｛空冷移動部の長さが全周の２／３（２４０度）｝搬送し、溶融スラグ３を空冷によって凝固スラグ１８とした。
　反転排出部１１では鋳型５を反転して、鋳型から剥離させた凝固スラグ１８をピット１９に配置した凝固スラグ保持容器２２に落下させた。凝固スラグ１８が排出された鋳型５を、反転移動部１３を反転状態のまま移動させ、冷却装置２１が設置されている部位にて上下両面から冷却水を噴射して急冷した。
　続いて、反転状態の鋳型５を、再反転部１５によって再反転して、再び元の凹陥部５ａが上方を向いた状態に戻した。その後、戻された鋳型に再び溶融スラグを流し込んだ。以上の工程を１回のスラグ鍋に対して５周繰り返し、１５分間で３０トンの溶融スラグを連続して処理した。
　全ての凝固スラグが鋳型から落下した後、凝固スラグ保持容器内で所定時間保持し、その後、凝固スラグを凝固スラグ保持容器からスラグ冷却床に排出して広げ、大気中で冷却した。
　本発明例では、溶融スラグ温度が１３８５℃、凝固スラグ保持容器内でのスラグ収容完了後の保持時間が１０分、凝固スラグの平均厚みが２５ｍｍの条件とし、所定の保持時間後直ちに凝固スラグ保持容器から凝固スラグをスラグ冷却床に排出して広げ、大気中で冷却した。
　比較例では、溶融スラグ温度が１３８０℃、凝固スラグの平均厚みが２３ｍｍの条件とし、鋳型からピットに凝固スラグを落下させ、全ての凝固スラグが鋳型から落下した後、直ちにショベルカーで凝固スラグをピットから搬出してスラグ冷却床で冷却し、次のスラグ鍋内の溶融スラグの処理に備えた。比較例において、冷却後に凝固スラグの凝固厚みを測定すると２０～２６ｍｍであり、平均厚みは２３ｍｍであった。鋳型接触面のガラス質の存在率への凝固厚みの影響は２０～２６ｍｍの範囲ではなかった。
　冷却後の凝固スラグにおいて、凝固時の鋳型接触面のガラス質部分の比率を評価すると共に、スラグの落下強度を評価した。
　まず、本発明例によって製造された凝固スラグのなかから鋳型接触面にガラス質のないもの（結晶質のもの）を目視によって選別し、他方、比較例によって製造された凝固スラグのなかから鋳型接触面がガラス質のものを目視によって選別して、落下試験を行った。
　図８、図９が試験結果を示す写真であり、図８（ａ）は本発明例の試験前、図８（ｂ）は本発明例の落下試験後の状態をそれぞれ示し、図９（ａ）は比較例の試験前、図９（ｂ）は比較例の落下試験後の状態をそれぞれ示している。
　凝固スラグの鋳型接触面部分がガラス質となっている比較例の凝固スラグでは、図９（ｂ）に示すように、落下によって全体が細かく砕けた。これは、凝固時に大きな温度勾配となっている表面近傍に大きな残留応力が生じていることから、１ｍ落下程度の比較的小さな衝撃でも破壊されやすいためである。
　他方、本発明に係る凝固スラグの製造方法によって製造した凝固スラグでは、図８（ｂ）に示すように、落下によって端部が欠ける程度で全体が砕けることはほとんどなく、高強度の板状の凝固スラグとなっていた。これは、鋳型接触面のガラス質部分が結晶化する際に、表面近傍の残留応力が緩和あるいは解消されるためである。
　落下強度（Shatter Index）は、以下に説明する方法で測定した。落下強度試験の装置は、JIS M8711鉄鉱石焼結鉱-落下強度試験方法に記載される装置を用いた。４０～１００ｍｍの板状凝固スラグのサンプル（目開き(sieve opening)が１００ｍｍの篩を通過し、目開きが４０ｍｍの篩を通過しない板状凝固スラグの試料；約３ｋｇ）を用い、２ｍの高さから４回落下させる落下試験を実施した。落下試験後に、４０ｍｍ以下に砕けなかった比率（目開き４０ｍｍの篩を通過しない試料の質量比率）を求め、この比率を落下強度（Shatter Index）とした。その他の試験条件については、焼結鉱の試験方法であるJIS M8711鉄鉱石焼結鉱-落下強度測定方法に準じた。
　板状スラグの落下強度（Shatter Index）は、下記の（４）式により算出した。
Ｓ（％）＝Ａ／Ｂ×１００　・・・（４）
　　Ｓ；４０ｍｍ以上で判定した板状スラグの落下強度（Shatter Index）
　　Ａ；試験後の４０ｍｍ以上の質量（ｋｇ）
　　Ｂ；試験前の４０～１００ｍｍの試料の質量（ｋｇ）
　鋳型接触面のガラス質部分の比率と落下強度Ｓとの関係を、本発明例と比較例とで比較した結果を図１０に示した。本発明例では、ガラス質部分の比率が比較例の５２面積％から９面積％に低下し、落下強度Ｓは比較例の４６％から８９％に向上した。
　上記の結果から、ガラス質部分の結晶化による凝固スラグの強度改善を効果的に行うためには、凝固スラグの表面のうち、凝固時での鋳型接触面の８０面積％以上、より望ましくは９０面積％以上について、スラグ表面温度を９００℃以上で５分間以上保持することが好適であるといえる。即ち、凝固スラグの凝固時での鋳型接触面の８０面積％以上、より望ましくは９０面積％以上を結晶質とすること、換言すれば、凝固スラグの鋳型接触面のガラス質部分の面積比率を２０面積％未満、より望ましくは１０面積％未満とすることが好適である。
　次に、上記のようにして製造された本発明例及び比較例の凝固スラグをコンクリート粗骨材にするために、板状の凝固スラグ１０トンを、インパクトクラッシャーを用いて破砕した。そして、破砕したスラグを２０ｍｍ、５ｍｍの篩で分級した。これにより、２０～５ｍｍのコンクリート用粗骨材を製造した。
　原料とした凝固スラグに対する２０～５ｍｍの粗骨材製品の歩留の結果を、本発明例と比較例とで比較して図１１に示す。本発明例の粗骨材製品の歩留は７１％であり、比較例は６５％であった。つまり、本発明例は比較例の粗骨材製品の歩留よりも６％高かった。
　本発明例の粗骨材の吸水率を測定すると０．９％であり、従来の高炉徐冷スラグ粗骨材の吸水率である３～４％に比べて著しく小さく、天然骨材と同等のものが得られた。
　また、本発明例及び比較例のスラグ粗骨材の圧縮強度を比較した。圧縮強度測定用のサンプルは、平坦面を含む大きめの粗骨材粒子から、この平坦面を底面にしてダイヤモンドカッターで１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍのサイズに切り出し、アムスラー式圧縮試験機（universal testing machine）を用いて各６個の試料について圧縮強度を測定した。
　比較例の粗骨材から採取した試料の圧縮強度は、平均値が５０Ｎ／ｍｍ2、最低値が１０Ｎ／ｍｍ2であり、非常にばらつきが大きく、非常に強度の低い粗骨材試料が存在した。これに対して、本発明例の粗骨材から採取した試料の圧縮強度は、平均値が１６７Ｎ／ｍｍ2、最低値が８０Ｎ／ｍｍ2であり、安定的して高い圧縮強度が得られた。
　本発明例及び比較例のスラグ粗骨材を用いてコンクリートを配合して特性を評価した。本発明例の粗骨材を配合したフレッシュコンクリートと比較例の粗骨材を配合したフレッシュコンクリートとでブリージング量を比較した。調査結果を図１２に示す。ガラス質表面が少ない本発明例では、ガラス質表面が多い比較例よりもブリージング量が小さくなった。
　次に、それぞれの粗骨材を用いて、高強度を志向した水セメント比(water-cement ratio)が３５％の配合でコンクリートを練り、圧縮強度測定用の供試体を作製して、２８日強度を比較した。比較のために、市販の天然の石灰石を粗骨材に用いた供試体も同様に作製して評価した。
　比較例の粗骨材を用いたコンクリートでは２８日強度が５３Ｎ／ｍｍ2であったのに対し、本発明例の粗骨材を用いたコンクリートでは７５Ｎ／ｍｍ2であった。天然の石灰石の粗骨材を用いたコンクリートの２８日強度が７２Ｎ／ｍｍ2であり、本発明例の粗骨材を用いたコンクリートは天然の石灰石の粗骨材を用いたコンクリートよりも高い圧縮強度が得られた。したがって、本発明例の粗骨材は、高強度コンクリート用の粗骨材として適した材料と言える。
　１　凝固スラグ製造装置
　３　溶融スラグ
　５　鋳型
　５ａ　凹陥部
　７　周回移動機構
　９　空冷移動部
　１１　反転排出部
　１３　反転移動部
　１５　再反転部
　１７　再反転移動部
　１８　凝固スラグ
　１９　ピット
　２０　樋
　２１　冷却装置
　２２　凝固スラグ保持容器
　２３　スラグ鍋
　２４　スラグ冷却床

Claims (8)

  1. 　溶融状態の高炉スラグを、移動する金属製の鋳型に流し込んで冷却し、前記鋳型内で板状になるように凝固させるスラグ凝固工程と、前記鋳型内で内部まで凝固したスラグを、前記鋳型を反転して鋳型から落下させるスラグ落下工程と、落下したスラグのスラグ表面の一部または全面の表面温度を９００℃以上で５分間以上保持するスラグ温度保持工程と、を有する凝固スラグの製造方法。
  2. 　前記鋳型内で板状になるように凝固させた高炉スラグの厚みが２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の凝固スラグの製造方法。
  3. 　前記スラグ温度保持工程は、前記鋳型から落下させた凝固スラグの表面のうち、凝固時における鋳型接触面の８０面積％以上について、スラグ表面温度を９００℃以上で５分間以上保持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の凝固スラグの製造方法。
  4. 　前記スラグ温度保持工程は、前記鋳型から落下させた凝固スラグを、スラグ厚み方向平均温度が９００℃超で積層させることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法。
  5. 　前記スラグ温度保持工程は、前記鋳型から落下させた凝固スラグを、該落下位置から搬出可能な保持容器内に積層させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法。
  6. 　請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法で製造した凝固スラグであって、目開き１００ｍｍの篩を通過し、目開き４０ｍｍの篩を通過しないスラグ試料を、２ｍの高さから４回落下させる落下試験後に、目開き４０ｍｍの篩を通過しない試料の落下試験前の試料に対する質量比率で評価する落下強度（Shatter Index）が７０％以上である凝固スラグ。
  7. 　請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の凝固スラグの製造方法を含む凝固スラグ製造工程と、製造した凝固スラグを破砕する凝固スラグ破砕工程と、破砕した凝固スラグを分級する分級工程と、を備えるコンクリート用粗骨材の製造方法。
  8. 　請求項７に記載のコンクリート用粗骨材の製造方法で製造したコンクリート用粗骨材であって、平均圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ2以上であるコンクリート用粗骨材。
PCT/JP2014/004157 2013-08-20 2014-08-08 凝固スラグの製造方法、凝固スラグ、コンクリート用粗骨材の製造方法、コンクリート用粗骨材 Ceased WO2015025501A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015508916A JP6184476B2 (ja) 2013-08-20 2014-08-08 凝固スラグの製造方法及びコンクリート用粗骨材の製造方法
KR1020157036662A KR101839667B1 (ko) 2013-08-20 2014-08-08 응고 슬래그의 제조 방법, 응고 슬래그, 콘크리트용 조골재의 제조 방법, 콘크리트용 조골재
CN201480045258.1A CN105452187B (zh) 2013-08-20 2014-08-08 凝固炉渣的制造方法、凝固炉渣、混凝土用粗骨料的制造方法以及混凝土用粗骨料

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013170043 2013-08-20
JP2013-170043 2013-08-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015025501A1 true WO2015025501A1 (ja) 2015-02-26

Family

ID=52483296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/004157 Ceased WO2015025501A1 (ja) 2013-08-20 2014-08-08 凝固スラグの製造方法、凝固スラグ、コンクリート用粗骨材の製造方法、コンクリート用粗骨材

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP6184476B2 (ja)
KR (1) KR101839667B1 (ja)
CN (1) CN105452187B (ja)
TW (2) TWI659005B (ja)
WO (1) WO2015025501A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016047782A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 Ｊｆｅスチール株式会社 凝固スラグの熱回収方法および熱回収システム

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113620631B (zh) * 2021-07-27 2022-11-01 湖北大学 一种用于混凝土大骨料生产熔炼过程均匀成型装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09156991A (ja) * 1995-09-26 1997-06-17 Rasa Shoji Kk 焼却灰溶融スラグからの人工岩石合成処理法および装置
JP2003082606A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Kawasaki Steel Corp アスファルト舗装用骨材およびその製造方法ならびにアスファルト舗装
JP2004277191A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Jfe Steel Kk コンクリート用粗骨材
JP2009227497A (ja) * 2008-03-20 2009-10-08 Jfe Steel Corp 溶融スラグの冷却処理装置および冷却処理方法
US20130175736A1 (en) * 2010-09-27 2013-07-11 Shandong Coking Group Co., Ltd. Method for manufacturing stone material using molten slag
JP2013139358A (ja) * 2011-12-30 2013-07-18 Jfe Steel Corp 高炉水砕スラグ細骨材の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10120449A (ja) * 1996-10-16 1998-05-12 Furukawa Co Ltd 溶融炉のスラグの製品化方法及び製品化設備
JPH11246244A (ja) * 1997-12-03 1999-09-14 Ebara Corp 廃棄物からのスラグ回収装置
JP2008266104A (ja) * 2007-04-25 2008-11-06 Nippon Steel Corp 白色高炉スラグ粒子の製造方法
JP5942427B2 (ja) * 2011-12-28 2016-06-29 Ｊｆｅスチール株式会社 溶融スラグの熱回収方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09156991A (ja) * 1995-09-26 1997-06-17 Rasa Shoji Kk 焼却灰溶融スラグからの人工岩石合成処理法および装置
JP2003082606A (ja) * 2001-09-10 2003-03-19 Kawasaki Steel Corp アスファルト舗装用骨材およびその製造方法ならびにアスファルト舗装
JP2004277191A (ja) * 2003-03-13 2004-10-07 Jfe Steel Kk コンクリート用粗骨材
JP2009227497A (ja) * 2008-03-20 2009-10-08 Jfe Steel Corp 溶融スラグの冷却処理装置および冷却処理方法
US20130175736A1 (en) * 2010-09-27 2013-07-11 Shandong Coking Group Co., Ltd. Method for manufacturing stone material using molten slag
JP2013139358A (ja) * 2011-12-30 2013-07-18 Jfe Steel Corp 高炉水砕スラグ細骨材の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016047782A (ja) * 2014-08-27 2016-04-07 Ｊｆｅスチール株式会社 凝固スラグの熱回収方法および熱回収システム

Also Published As

Publication number Publication date
TWI613178B (zh) 2018-02-01
JP6184476B2 (ja) 2017-08-23
KR20160013180A (ko) 2016-02-03
KR101839667B1 (ko) 2018-03-16
TW201512147A (zh) 2015-04-01
CN105452187B (zh) 2017-09-12
CN105452187A (zh) 2016-03-30
TWI659005B (zh) 2019-05-11
JPWO2015025501A1 (ja) 2017-03-02
TW201802057A (zh) 2018-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Sinterability, microstructure and compressive strength of porous glass-ceramics from metallurgical silicon slag and waste glass
Wei et al. Microstructure evolution and mechanical properties of ceramic shell moulds for investment casting of turbine blades by selective laser sintering
CN104114969B (zh) 凝固炉渣制造装置、混凝土用粗骨料的制造装置、凝固炉渣制造方法和混凝土用粗骨料的制造方法
Li et al. Microstructure and mechanical properties of Al2O3-ZrO2 ceramic deposited by laser direct material deposition
CN103131980B (zh) 一种通过控制球晶稳定化实现细晶凝固方法
Zhang et al. Improved Defect Control and Mechanical Property Variation in High-Pressure Die Casting of A380 Alloy by High Shear Melt Conditioning: Zhang, Patel, Lazaro-Nebreda, and Fan
JP6184476B2 (ja) 凝固スラグの製造方法及びコンクリート用粗骨材の製造方法
TWI640615B (zh) 電融氧化鋁顆粒、電融氧化鋁顆粒之製造方法、磨石及研磨布紙
Chen et al. Elastocaloric effect of NiTi shape memory alloys manufactured by laser powder bed fusion
RU2559964C1 (ru) Слюдокристаллический материал на основе фторфлогопита и способ его производства
RU2410349C1 (ru) Способ получения плавленолитого материала комсилит стс для футеровки тепловых агрегатов цветной металлургии
CN103726024B (zh) 一种溅射镀膜用金靶材的生产方法
Ta et al. Behavior of crack generation of slag in continuous solidification process of blast furnace slag
JP3855706B2 (ja) アスファルト舗装用骨材およびその製造方法ならびにアスファルト舗装
JP6865424B1 (ja) 溶融風砕法人工砂及びその製造方法
JP2004277191A (ja) コンクリート用粗骨材
WO2022270480A1 (ja) 粒状凝固スラグの製造方法及び製造設備
Zhao et al. Si3N4/fused quartz composite crucible with enhanced thermal conductivity for multicrystalline silicon ingot growth
Tobo et al. Solidification conditions to reduce porosity of air-cooled blast furnace slag for coarse aggregate
JP5994558B2 (ja) コンクリート用粗骨材の製造方法及び装置
JPS58130157A (ja) 耐熱衝撃性に優れた耐火骨材の製造法
JP7173425B1 (ja) 粒状凝固スラグの製造方法及び製造設備
RU2303583C2 (ru) Способ получения огнеупорных изделий для футеровки тепловых агрегатов, преимущественно, в цветной металлургии
RU2532750C1 (ru) Способ изготовления отливок по выплавляемым моделям
Holt Reclamation of Fused Silica From Investment Shells Used for Casting Steel

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480045258.1

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015508916

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14838261

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20157036662

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14838261

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1