JP3091177B2 - 製鋼還元スラグの改質方法 - Google Patents
製鋼還元スラグの改質方法Info
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- JP3091177B2 JP3091177B2 JP11806398A JP11806398A JP3091177B2 JP 3091177 B2 JP3091177 B2 JP 3091177B2 JP 11806398 A JP11806398 A JP 11806398A JP 11806398 A JP11806398 A JP 11806398A JP 3091177 B2 JP3091177 B2 JP 3091177B2
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding
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- 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
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- Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、鋼の精錬過程で
発生し2CaO・SiO2を含有する、いわゆる「還元スラグ」
を有効利用できるように改質する方法に関する。
発生し2CaO・SiO2を含有する、いわゆる「還元スラグ」
を有効利用できるように改質する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄鋼製造の過程では大量の性質の異なる
スラグが発生する。その中で、高炉スラグは路盤材やセ
メント原料として、ほぼ全量が既に有効利用されてい
る。
スラグが発生する。その中で、高炉スラグは路盤材やセ
メント原料として、ほぼ全量が既に有効利用されてい
る。
【０００３】高炉で製造した銑鉄やスクラップを原料と
して鋼を製造するための転炉や電気炉による精錬の過程
でもスラグが発生する。転炉での精錬は、酸素の吹き込
みによって炭素等の不純物を酸化除去するのが狙いであ
り、その際に生成するスラグは酸化スラグと呼ばれる。
して鋼を製造するための転炉や電気炉による精錬の過程
でもスラグが発生する。転炉での精錬は、酸素の吹き込
みによって炭素等の不純物を酸化除去するのが狙いであ
り、その際に生成するスラグは酸化スラグと呼ばれる。
【０００４】電気炉での精錬は、酸化期と還元期とから
なり、前者でのスラグは酸化スラグ、後者でのスラグは
還元スラグと呼ばれる。また、転炉または電気炉での精
錬の後、更に鋼の純度を高めたり、成分調整を行う目的
で取鍋や特殊な炉を使用して二次精錬を行うがあるが、
このような二次精錬では還元精錬が行われるので、この
とき取鍋等に湯面に生成するスラグも還元スラグと呼ば
れる。
なり、前者でのスラグは酸化スラグ、後者でのスラグは
還元スラグと呼ばれる。また、転炉または電気炉での精
錬の後、更に鋼の純度を高めたり、成分調整を行う目的
で取鍋や特殊な炉を使用して二次精錬を行うがあるが、
このような二次精錬では還元精錬が行われるので、この
とき取鍋等に湯面に生成するスラグも還元スラグと呼ば
れる。
【０００５】上記の製鋼過程で発生するスラグは、精錬
する鋼種や精錬方法が異なるため、その化学組成は様々
で性質も多様である。この中で、酸化スラグ、即ち、転
炉スラグと電気炉酸化スラグは、残留している未滓化石
灰（フリーCaO）の吸湿による粉化と膨張という問題が
あるが、この分野に重点を置いた研究が従来から盛んに
行われ、フリーCaOを無害化するエージング法が開発さ
れて、路盤材などに使用する道が開けている。
する鋼種や精錬方法が異なるため、その化学組成は様々
で性質も多様である。この中で、酸化スラグ、即ち、転
炉スラグと電気炉酸化スラグは、残留している未滓化石
灰（フリーCaO）の吸湿による粉化と膨張という問題が
あるが、この分野に重点を置いた研究が従来から盛んに
行われ、フリーCaOを無害化するエージング法が開発さ
れて、路盤材などに使用する道が開けている。
【０００６】一方、還元スラグは、CaO、SiO2、MgO、Al
2O3の４成分が大部分を占めるが、これらが相互に結合
した他種類の複合酸化物も生成している。その中に残留
する未滓化石灰の影響もさることながら、含有される特
定の複合酸化物の結晶組織が、高温から常温に冷却され
る過程で結晶変態を生じ、この変態が体積膨張を伴うこ
とから、スラグの一部または全体が崩壊し、自己粉化す
る特性を持つ。そのために、これを再利用するのは著し
く困難である。
2O3の４成分が大部分を占めるが、これらが相互に結合
した他種類の複合酸化物も生成している。その中に残留
する未滓化石灰の影響もさることながら、含有される特
定の複合酸化物の結晶組織が、高温から常温に冷却され
る過程で結晶変態を生じ、この変態が体積膨張を伴うこ
とから、スラグの一部または全体が崩壊し、自己粉化す
る特性を持つ。そのために、これを再利用するのは著し
く困難である。
【０００７】図１は、CaO−SiO2の２元平衡状態図であ
る。後に説明する表１に示すように、還元スラグ中のCa
OとSiO2の含有量の比はおよそ７：３である。従って、
このスラグ中では2CaO・SiO2（ダイカルシウムシリケー
ト）が形成されており、さらに3CaO・2SiO2や3CaO・SiO2
のような複合酸化物も含まれている。
る。後に説明する表１に示すように、還元スラグ中のCa
OとSiO2の含有量の比はおよそ７：３である。従って、
このスラグ中では2CaO・SiO2（ダイカルシウムシリケー
ト）が形成されており、さらに3CaO・2SiO2や3CaO・SiO2
のような複合酸化物も含まれている。
【０００８】上記の自己粉化の原因となる複合酸化物
は、2CaO・SiO2である。図１に示されるように、2CaO・Si
O2は、通常の自然放冷を行うと、冷却過程でα組織から
α’組織へ、更に約725℃でα’組織からγ組織に変態
する。この変態の過程で体積が約10％膨張するので上述
の崩壊、自己粉化の現象が起きるのである。
は、2CaO・SiO2である。図１に示されるように、2CaO・Si
O2は、通常の自然放冷を行うと、冷却過程でα組織から
α’組織へ、更に約725℃でα’組織からγ組織に変態
する。この変態の過程で体積が約10％膨張するので上述
の崩壊、自己粉化の現象が起きるのである。
【０００９】上記の崩壊が生じると、その影響は、単に
2CaO・SiO2の粉化にとどまらず、冷却の過程で分離晶出
したCaOおよび結晶中に閉じ込められていた未滓化石灰
（これらを合わせて遊離石灰、即ち、フリーCaOと言
う）が露出して大気に触れることになって、その吸湿、
膨張がスラグの再利用を更に困難にする。
2CaO・SiO2の粉化にとどまらず、冷却の過程で分離晶出
したCaOおよび結晶中に閉じ込められていた未滓化石灰
（これらを合わせて遊離石灰、即ち、フリーCaOと言
う）が露出して大気に触れることになって、その吸湿、
膨張がスラグの再利用を更に困難にする。
【００１０】還元スラグは、溶製する鋼種や、製鋼工場
の操業条件によって組成が大きく異なるので、当然スラ
グに存在する複合酸化物の組成も異なる。また、スラグ
処理の条件も、大気中での放冷、強制冷却による急冷
等、様々であり、その条件次第では、塊状で取り扱うこ
とができる例も見られる。
の操業条件によって組成が大きく異なるので、当然スラ
グに存在する複合酸化物の組成も異なる。また、スラグ
処理の条件も、大気中での放冷、強制冷却による急冷
等、様々であり、その条件次第では、塊状で取り扱うこ
とができる例も見られる。
【００１１】しかし、基本的には、γ組織の2CaO・SiO2
の存在と、フリーCaOの存在は避けられず、たとえ塊状
になっていても、それを骨材として路盤材に使用した場
合には、内蔵する亀裂によって、全体の強度が低下する
上、亀裂から進入してきた水分とフリーCaOとの水和反
応で、体積が膨張し、道路が盛り上がるなどの不具合が
出ている。結果として、その再利用は大きく制約され、
一部が酸化スラグと混合されて路盤材に利用されるにし
ても、大部分は埋め立て等に使用されているにすぎな
い。
の存在と、フリーCaOの存在は避けられず、たとえ塊状
になっていても、それを骨材として路盤材に使用した場
合には、内蔵する亀裂によって、全体の強度が低下する
上、亀裂から進入してきた水分とフリーCaOとの水和反
応で、体積が膨張し、道路が盛り上がるなどの不具合が
出ている。結果として、その再利用は大きく制約され、
一部が酸化スラグと混合されて路盤材に利用されるにし
ても、大部分は埋め立て等に使用されているにすぎな
い。
【００１２】上記の粉化を防止する方策としては、たと
えば、溶融状態のスラグを特殊な容器に移し、散水強冷
を行って、結晶の成長を防ぐ方法や、高圧力の流水中に
溶融スラグを投入して、瞬間的に非結晶の砂状にしてし
まう方法、等が挙げられる。しかし、これらの方法は、
作業の安定性に欠ける上、製造されたスラグを活用する
ためには更に手を加えなければならず、総合的な処理費
が増加するので、実用化は困難である。
えば、溶融状態のスラグを特殊な容器に移し、散水強冷
を行って、結晶の成長を防ぐ方法や、高圧力の流水中に
溶融スラグを投入して、瞬間的に非結晶の砂状にしてし
まう方法、等が挙げられる。しかし、これらの方法は、
作業の安定性に欠ける上、製造されたスラグを活用する
ためには更に手を加えなければならず、総合的な処理費
が増加するので、実用化は困難である。
【００１３】一方、還元スラグの持つ「水硬性」を利用
して、これを土木・建築原料に利用しようという研究が
進められている（「建築用原材料」Vol.1、No.1、pp.29
-35、1991、および「廃棄物学会論文誌」Vol.1、No.1、
pp.19-20、1990、参照）。
して、これを土木・建築原料に利用しようという研究が
進められている（「建築用原材料」Vol.1、No.1、pp.29
-35、1991、および「廃棄物学会論文誌」Vol.1、No.1、
pp.19-20、1990、参照）。
【００１４】前述したように、還元スラグには、粉化を
生じる鉱物として2CaO・SiO2が含まれている。一方、土
木建設分野で、広く用いられているポルトランドセメン
トは、その主成分がCaOとSiO2で、これらの成分で構成
される複合酸化物の割合は、3CaO・SiO2が約50％、2CaO・
SiO2が約30％前後が一般的な例である。セメントには、
その用途および使用条件に応じて、これらの基礎成分に
加えて、Al2O3やFe2O3が配合されている。
生じる鉱物として2CaO・SiO2が含まれている。一方、土
木建設分野で、広く用いられているポルトランドセメン
トは、その主成分がCaOとSiO2で、これらの成分で構成
される複合酸化物の割合は、3CaO・SiO2が約50％、2CaO・
SiO2が約30％前後が一般的な例である。セメントには、
その用途および使用条件に応じて、これらの基礎成分に
加えて、Al2O3やFe2O3が配合されている。
【００１５】セメントの特性は、上記の複合酸化物の中
のある種のものが水と反応して水和成分を作り、これが
強固な硬化体に変化するいわゆる「水硬性」を発揮する
ことである。その水硬性は、主に3CaO・SiO2とαまたは
α’組織の2CaO・SiO2によって発揮され、3CaO・Al2O3お
よび4CaO・Al2O3・Fe2O3も水硬性に寄与する。
のある種のものが水と反応して水和成分を作り、これが
強固な硬化体に変化するいわゆる「水硬性」を発揮する
ことである。その水硬性は、主に3CaO・SiO2とαまたは
α’組織の2CaO・SiO2によって発揮され、3CaO・Al2O3お
よび4CaO・Al2O3・Fe2O3も水硬性に寄与する。
【００１６】セメントの製造過程においては、前記の組
成の原料を一括して焼成炉（キルン）に投入して焼成
し、化合物を生成させた後、急速冷却する。この時の加
熱と急冷の熱履歴によって、2CaO・SiO2の結晶組織は、
常温で安定なγ組織への変態が抑えられ、高温組織であ
るα、α’組織が常温までもたらされるのである。ま
た、高温で安定な3CaO・SiO2もγ2CaO・SiO2に変化するこ
となく、そのまま常温までもたらされる。水の添加で水
和反応を生じて水硬性を出現する特性は、主にこれらα
またはα’組織の2CaO・SiO2と3CaO・SiO2とによってい
る。
成の原料を一括して焼成炉（キルン）に投入して焼成
し、化合物を生成させた後、急速冷却する。この時の加
熱と急冷の熱履歴によって、2CaO・SiO2の結晶組織は、
常温で安定なγ組織への変態が抑えられ、高温組織であ
るα、α’組織が常温までもたらされるのである。ま
た、高温で安定な3CaO・SiO2もγ2CaO・SiO2に変化するこ
となく、そのまま常温までもたらされる。水の添加で水
和反応を生じて水硬性を出現する特性は、主にこれらα
またはα’組織の2CaO・SiO2と3CaO・SiO2とによってい
る。
【００１７】先に述べたように、還元スラグにも多量の
2CaO・SiO2が含まれ、また、3CaO・SiO2も含まれている。
即ち、還元スラグの成分構成は、セメントと類似してい
る。しかし、通常の冷却処理を受けた還元スラグは水硬
性をほとんど持たない。それは、2CaO・SiO2の大部分が
低温で安定なγ組織に変態していること、および溶融状
態で3CaO・SiO2として存在する複合酸化物も温度の降下
に伴ってCaOを晶出しつつγ組織の2CaO・SiO2に変化する
ので、セメントに較べて3CaO・SiO2の含有量も少ないこ
と、による。なお、天然の鉱石として存在する2CaO・SiO
2もγ組織であり、これには水硬性がない。
2CaO・SiO2が含まれ、また、3CaO・SiO2も含まれている。
即ち、還元スラグの成分構成は、セメントと類似してい
る。しかし、通常の冷却処理を受けた還元スラグは水硬
性をほとんど持たない。それは、2CaO・SiO2の大部分が
低温で安定なγ組織に変態していること、および溶融状
態で3CaO・SiO2として存在する複合酸化物も温度の降下
に伴ってCaOを晶出しつつγ組織の2CaO・SiO2に変化する
ので、セメントに較べて3CaO・SiO2の含有量も少ないこ
と、による。なお、天然の鉱石として存在する2CaO・SiO
2もγ組織であり、これには水硬性がない。
【００１８】なお、水冷のような急速冷却を受けた還元
スラグでは、2CaO・SiO2の一部がαまたはα’組織で残
り、これがスラグに水硬性をもたらす。また、若干量含
まれる3CaO・SiO2および12CaO・7Al2O3も水硬性に寄与す
る。しかし、その水硬性はセメントの水硬性に較べれば
極く小さく、セメントの代替物や添加剤等に使用するの
は困難である。
スラグでは、2CaO・SiO2の一部がαまたはα’組織で残
り、これがスラグに水硬性をもたらす。また、若干量含
まれる3CaO・SiO2および12CaO・7Al2O3も水硬性に寄与す
る。しかし、その水硬性はセメントの水硬性に較べれば
極く小さく、セメントの代替物や添加剤等に使用するの
は困難である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従
来、再利用が困難であった還元スラグを有効に活用でき
るように改質する方法、具体的には、還元スラグの水硬
性をセメント代替物等に使用できる程度にまで高める方
法を提供することにある。
来、再利用が困難であった還元スラグを有効に活用でき
るように改質する方法、具体的には、還元スラグの水硬
性をセメント代替物等に使用できる程度にまで高める方
法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記(1)
のスラグの改質方法にある。
のスラグの改質方法にある。
【００２１】(1) 2CaO・SiO2を含有する製鋼スラグ（以
下、このようなスラグを「還元スラグ」と記す）を一旦
冷却してγ組織への変態を起こさせて粉体とし、その粉
体を変態温度よりも高温の800〜1450℃に加熱して、α
または／およびα’組織に変態させ、次いで変態温度よ
りも低温に急冷して、上記αまたは／およびα’組織を
常温で維持せしめることを特徴とするスラグの改質方
法。
下、このようなスラグを「還元スラグ」と記す）を一旦
冷却してγ組織への変態を起こさせて粉体とし、その粉
体を変態温度よりも高温の800〜1450℃に加熱して、α
または／およびα’組織に変態させ、次いで変態温度よ
りも低温に急冷して、上記αまたは／およびα’組織を
常温で維持せしめることを特徴とするスラグの改質方
法。
【００２２】上記の変態温度よりも高温の800〜1450℃
での加熱は、15秒から2時間行うのが望ましい。
での加熱は、15秒から2時間行うのが望ましい。
【００２３】上記の方法で改質したスラグは、セメント
代替物もしくはセメント添加剤、土質改良剤、または建
築材料の原料もしくは添加剤として用いることができ
る。
代替物もしくはセメント添加剤、土質改良剤、または建
築材料の原料もしくは添加剤として用いることができ
る。
【００２４】上記(1)の方法においては、処理前の溶融
スラグに様々な副次的添加物を添加することができる。
例えば、石炭燃焼残灰（フライアッシュ）、高炉スラ
グ、ガラス屑、耐火物屑のような、主にSiO2、または更
にCaO、Al2O3を含有する物質を溶融スラグに混合して、
(1)の方法で処理してもよい。また、排ガスの脱硫処理
等で発生する石膏（CaSO4・2H2O）も添加できる。硫酸
法による酸化チタンの製造過程では、廃液中和の工程で
微細なFe2O3を含む石膏が多量に発生するが、これも副
次的添加物として利用できる。なお、これらの添加物、
特に石膏系の物は、(1)の処理が終わったスラグに混合
して利用に供してもよい。
スラグに様々な副次的添加物を添加することができる。
例えば、石炭燃焼残灰（フライアッシュ）、高炉スラ
グ、ガラス屑、耐火物屑のような、主にSiO2、または更
にCaO、Al2O3を含有する物質を溶融スラグに混合して、
(1)の方法で処理してもよい。また、排ガスの脱硫処理
等で発生する石膏（CaSO4・2H2O）も添加できる。硫酸
法による酸化チタンの製造過程では、廃液中和の工程で
微細なFe2O3を含む石膏が多量に発生するが、これも副
次的添加物として利用できる。なお、これらの添加物、
特に石膏系の物は、(1)の処理が終わったスラグに混合
して利用に供してもよい。
【００２５】上記の副次的添加物は、主に産業廃棄物で
あり、その有効利用は環境保全という観点からも有意義
である。
あり、その有効利用は環境保全という観点からも有意義
である。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明は、還元スラグの特異な組
成と、その中に含まれる複合酸化物の変態という現象に
着目し、これらを有効に利用しようという発想の基にな
されたものである。具体的には、還元スラグに含まれる
CaOおよびSiO2を主体とする複合酸化物を、セメント中
の主要構成成分で水硬性のあるαまたはα’組織の2CaO
・SiO2を主体とするものに人為的に変化させることに特
徴がある。それによって、還元スラグを有効活用し易い
物に改質するのである。以下、本発明方法の各工程を、
図２の工程略図に基づいて順次説明する。
成と、その中に含まれる複合酸化物の変態という現象に
着目し、これらを有効に利用しようという発想の基にな
されたものである。具体的には、還元スラグに含まれる
CaOおよびSiO2を主体とする複合酸化物を、セメント中
の主要構成成分で水硬性のあるαまたはα’組織の2CaO
・SiO2を主体とするものに人為的に変化させることに特
徴がある。それによって、還元スラグを有効活用し易い
物に改質するのである。以下、本発明方法の各工程を、
図２の工程略図に基づいて順次説明する。
【００２７】１．粉体化の工程図２ に示すように、還元スラグは、主に転炉1での精錬
後の二次精錬および電気炉2での精錬（その還元期精
錬）またはその後の二次精錬の過程で発生する。なお、
図２の二次精錬炉３としては、レードル・ファーネス
（LF)と呼ばれる装置が使用されることが多い。
後の二次精錬および電気炉2での精錬（その還元期精
錬）またはその後の二次精錬の過程で発生する。なお、
図２の二次精錬炉３としては、レードル・ファーネス
（LF)と呼ばれる装置が使用されることが多い。
【００２８】本発明方法では、従来、還元スラグの再利
用の上での問題点とされていた粉体化する特性を逆に積
極的に活用して、スラグの粉体化を図る。従って、この
粉体化工程では、還元スラグを冷却する過程で、2CaO・S
iO2がα組織からα’組織、更にγ組織へと変態するの
を妨げないようにする。具体的には、特にα’からγへ
の変態温度近くおよびこれ以下の温度域を徐冷して、変
態による膨張・崩壊と自己粉体化を積極的に促進する。
用の上での問題点とされていた粉体化する特性を逆に積
極的に活用して、スラグの粉体化を図る。従って、この
粉体化工程では、還元スラグを冷却する過程で、2CaO・S
iO2がα組織からα’組織、更にγ組織へと変態するの
を妨げないようにする。具体的には、特にα’からγへ
の変態温度近くおよびこれ以下の温度域を徐冷して、変
態による膨張・崩壊と自己粉体化を積極的に促進する。
【００２９】徐冷の方法には特に制限はない。従来のよ
うに、変態、言い換えれば、粉体化を阻止するための強
制冷却を行わなければよい。スラグ(4)をヤード積み(5)
して自然冷却してもγ組織への変態とそれに伴う粉体化
は十分に進行する。ただし、粉体の飛散と雨水等による
甚だしい吸湿を防ぐために、適当なカバーをするか、屋
内貯蔵(6)するといった処置を講じるのが望ましい。
うに、変態、言い換えれば、粉体化を阻止するための強
制冷却を行わなければよい。スラグ(4)をヤード積み(5)
して自然冷却してもγ組織への変態とそれに伴う粉体化
は十分に進行する。ただし、粉体の飛散と雨水等による
甚だしい吸湿を防ぐために、適当なカバーをするか、屋
内貯蔵(6)するといった処置を講じるのが望ましい。
【００３０】自然のままに粉体化させたばあいでも、50
〜500μｍ程度の微細な粒子からなる粉状スラグ7が得ら
れる。なお、部分的に塊状に凝固したものがある時に
は、破砕機を使用して粉砕する処理を行ってもよく、篩
い分けして塊状部分を除去してもよい。さらに、金属成
分、例えば金属鉄等は再利用に好ましくないので、比重
差や磁化特性を利用して分離除去するのがよい。
〜500μｍ程度の微細な粒子からなる粉状スラグ7が得ら
れる。なお、部分的に塊状に凝固したものがある時に
は、破砕機を使用して粉砕する処理を行ってもよく、篩
い分けして塊状部分を除去してもよい。さらに、金属成
分、例えば金属鉄等は再利用に好ましくないので、比重
差や磁化特性を利用して分離除去するのがよい。
【００３１】２．再加熱による結晶組織の変更工程 一旦冷却して粉体化したスラグ（2CaO・SiO2はγ組織に
なっている）を再度変態温度より上の温度、望ましくは
800〜1450℃の温度に加熱して、2CaO・SiO2をαまたは／
およびα’の組織を主体とする結晶組織に変える。これ
は、低温変態組織を高温変態組織に変化させる、いわゆ
る逆変態の処理で、本発明方法を最も特徴づける処理で
ある。従来、高炉スラグであれ、転炉または電気炉スラ
グであれ、一度冷却した後に再度加熱するという処理は
まったくなされていない。
なっている）を再度変態温度より上の温度、望ましくは
800〜1450℃の温度に加熱して、2CaO・SiO2をαまたは／
およびα’の組織を主体とする結晶組織に変える。これ
は、低温変態組織を高温変態組織に変化させる、いわゆ
る逆変態の処理で、本発明方法を最も特徴づける処理で
ある。従来、高炉スラグであれ、転炉または電気炉スラ
グであれ、一度冷却した後に再度加熱するという処理は
まったくなされていない。
【００３２】α’からγへの変態温度は、図１に示した
状態図では725℃であるが、スラグ中には様々な成分が
共存し、その第３成分が2CaO・SiO2に固溶されると変態
温度は低下するので、実際の変態温度は700℃程度にな
ることが多い。従って、理論上は、加熱の下限温度は70
0℃でよいが、この程度の低温では変態完了までの長時
間を要して実操業には好ましくない。望ましい処理温度
は800℃以上である。なお、加熱温度が高いほど変態は
早く進むが、1450℃を超えるような高温では液相が出て
粉体が凝集し、処理操作に支障を来すおそれがある。加
熱の時間は、1450℃に近い高温で粉体を火炎に直接接触
させるような場合は15秒程度でよく、800℃に近い低温
では２時間程度が望ましい。
状態図では725℃であるが、スラグ中には様々な成分が
共存し、その第３成分が2CaO・SiO2に固溶されると変態
温度は低下するので、実際の変態温度は700℃程度にな
ることが多い。従って、理論上は、加熱の下限温度は70
0℃でよいが、この程度の低温では変態完了までの長時
間を要して実操業には好ましくない。望ましい処理温度
は800℃以上である。なお、加熱温度が高いほど変態は
早く進むが、1450℃を超えるような高温では液相が出て
粉体が凝集し、処理操作に支障を来すおそれがある。加
熱の時間は、1450℃に近い高温で粉体を火炎に直接接触
させるような場合は15秒程度でよく、800℃に近い低温
では２時間程度が望ましい。
【００３３】加熱は、耐熱容器に収容したスラグ粉体を
所定温度に保った炉（バッチ炉８）中に装入してバッチ
処理で行っても良いが、被処理物が粉体であるから、そ
れにふさわしい種々の方法が採用できる。例えば、バー
ナーの火炎中に粉体を吹き込んで急速加熱する方法、ロ
ータリーキルン10の一方から粉体を装入して炉内を移動
させながら加熱し、他方から排出する方法、流動床式の
炉９で粉体を浮遊させながら加熱する方法、等の連続式
加熱方法が生産効率の面から望ましい。
所定温度に保った炉（バッチ炉８）中に装入してバッチ
処理で行っても良いが、被処理物が粉体であるから、そ
れにふさわしい種々の方法が採用できる。例えば、バー
ナーの火炎中に粉体を吹き込んで急速加熱する方法、ロ
ータリーキルン10の一方から粉体を装入して炉内を移動
させながら加熱し、他方から排出する方法、流動床式の
炉９で粉体を浮遊させながら加熱する方法、等の連続式
加熱方法が生産効率の面から望ましい。
【００３４】実際の操業では、前記１の還元スラグの粉
化工程で、露出したフリーCaOの吸湿や、粉自体の吸湿
などで、水分が含まれる場合があるが、再加熱工程は、
これらの水分の除去にも効果がある。
化工程で、露出したフリーCaOの吸湿や、粉自体の吸湿
などで、水分が含まれる場合があるが、再加熱工程は、
これらの水分の除去にも効果がある。
【００３５】３．急冷により高温組織の維持をはかる工
程 上記の処理で逆変態させた紛状のスラグを急速冷却し
て、高温変態組織、即ち、αまたはα’組織を固定し、
常温でその組織を常態化させる工程である。冷却温度
は、変態の再現を防ぐ温度であれば良く、およそ200℃
以下の温度に急冷すればよい。工業的に可能であれば、
常温まで急冷するのが望ましい。
程 上記の処理で逆変態させた紛状のスラグを急速冷却し
て、高温変態組織、即ち、αまたはα’組織を固定し、
常温でその組織を常態化させる工程である。冷却温度
は、変態の再現を防ぐ温度であれば良く、およそ200℃
以下の温度に急冷すればよい。工業的に可能であれば、
常温まで急冷するのが望ましい。
【００３６】この急冷処理は、前記の加熱装置に連続さ
せて設けた冷却装置11を使用して行うのがよい。例え
ば、加熱装置に接して、冷気（常温の大気でよい）を吹
き込む冷却塔を設けて、加熱装置から排出した高温の紛
状スラグを直ちに急冷する。また、水冷した金属製のジ
ャケットやロール等に高温粉体を接触させて急冷する方
法も採用できる。
せて設けた冷却装置11を使用して行うのがよい。例え
ば、加熱装置に接して、冷気（常温の大気でよい）を吹
き込む冷却塔を設けて、加熱装置から排出した高温の紛
状スラグを直ちに急冷する。また、水冷した金属製のジ
ャケットやロール等に高温粉体を接触させて急冷する方
法も採用できる。
【００３７】以上の工程で、大部分の2CaO・SiO2がαま
たはα’組織の微細な粉状スラグが得られる。その水硬
性は、セメントの水硬性にほぼ匹敵する。従って、セメ
ントの代替物または添加物として十分に使用できる。ま
た、建造物の壁材のような硬質ボードの原料や添加材と
して、あるいは土質改良剤として軟弱地盤の強化に利用
できる。なお、このスラグ中には若干のフリーCaOが存
在するが、上記のような用途に使用する場合には何ら障
害にはならない。
たはα’組織の微細な粉状スラグが得られる。その水硬
性は、セメントの水硬性にほぼ匹敵する。従って、セメ
ントの代替物または添加物として十分に使用できる。ま
た、建造物の壁材のような硬質ボードの原料や添加材と
して、あるいは土質改良剤として軟弱地盤の強化に利用
できる。なお、このスラグ中には若干のフリーCaOが存
在するが、上記のような用途に使用する場合には何ら障
害にはならない。
【００３８】
【実施例】還元スラグの代表として電気炉製鋼の二次精
錬で生成した還元スラグ（いわゆるLFスラグ）を使用し
て本発明方法による改質を行った。後述の表１に示すよ
うに、LFスラグの鉱物成分は大部分がCaOとSiO2で、そ
の他の成分としてAl2O3、Fe2O3、MgOが含まれる。この
組成は、ポルトランドセメントの組成とよく似ており、
還元スラグがセメント代替物または添加物として使用で
きる物であることが明かである。
錬で生成した還元スラグ（いわゆるLFスラグ）を使用し
て本発明方法による改質を行った。後述の表１に示すよ
うに、LFスラグの鉱物成分は大部分がCaOとSiO2で、そ
の他の成分としてAl2O3、Fe2O3、MgOが含まれる。この
組成は、ポルトランドセメントの組成とよく似ており、
還元スラグがセメント代替物または添加物として使用で
きる物であることが明かである。
【００３９】常温での結晶組織は、上記の構成成分を固
溶した複雑な形ではあるが、通常の冷却によって粉体化
したスラグでは大部分が結晶組織の変態の際に粉化現象
をもたらすγ組織の2CaO・SiO2である。一方、ポルトラ
ンドセメントでは、2CaO・SiO2はαまたはα’の組織に
なっている。
溶した複雑な形ではあるが、通常の冷却によって粉体化
したスラグでは大部分が結晶組織の変態の際に粉化現象
をもたらすγ組織の2CaO・SiO2である。一方、ポルトラ
ンドセメントでは、2CaO・SiO2はαまたはα’の組織に
なっている。
【００４０】１．粉体化の工程 二次精錬炉（LF）から排出した溶融スラグをスラグヤー
ドに熱い状態で山積みして自然冷却した。これによっ
て、変態温度前後の温度域で徐冷され、高温のαまたは
α’組織からγ組織への変態が完全に進行し、その際の
自己崩壊による粉体化でスラグのほぼ全量が10μｍから
0.1mmの範囲の微細な粉体になった。わずかに残留して
いる塊状のスラグを篩い分けして分離した。
ドに熱い状態で山積みして自然冷却した。これによっ
て、変態温度前後の温度域で徐冷され、高温のαまたは
α’組織からγ組織への変態が完全に進行し、その際の
自己崩壊による粉体化でスラグのほぼ全量が10μｍから
0.1mmの範囲の微細な粉体になった。わずかに残留して
いる塊状のスラグを篩い分けして分離した。
【００４１】２．再加熱の工程 前記の粉体化したスラグを耐熱容器に入れて、組織変態
温度以上の1000℃を選び、10分間加熱炉で保持した。な
お、前記のとおり、粉体の加熱には連続加熱方式とバッ
チ加熱方式のいずれも採用が可能であり、また、直接加
熱法、間接加熱法のいずれも採用が可能であるが、ここ
では、バッチ式の直接加熱で試験した。
温度以上の1000℃を選び、10分間加熱炉で保持した。な
お、前記のとおり、粉体の加熱には連続加熱方式とバッ
チ加熱方式のいずれも採用が可能であり、また、直接加
熱法、間接加熱法のいずれも採用が可能であるが、ここ
では、バッチ式の直接加熱で試験した。
【００４２】３．急速冷却工程 所定の温度に達し、変態が完了した還元スラグ粉を200
℃以下に急冷して、高温組織（αまたはα’組織）を常
温までもたらした。急速冷却の方法は、被処理物が粉体
であることを利用し、常温空気の気流中に粉体を接触さ
せて、一気に冷却する方式をとった。
℃以下に急冷して、高温組織（αまたはα’組織）を常
温までもたらした。急速冷却の方法は、被処理物が粉体
であることを利用し、常温空気の気流中に粉体を接触さ
せて、一気に冷却する方式をとった。
【００４３】４．粉体製品の評価（水硬性） 得られた粉状スラグ（再加熱−急冷によって改質された
もの）の組成を表１に示す。参考にポルトランドセメン
トの組成も表１に併記した。
もの）の組成を表１に示す。参考にポルトランドセメン
トの組成も表１に併記した。
【００４４】改質前、即ち、溶融状態から冷却されて紛
体化した状態でのスラグでは、2CaO・SiO2の組織はほぼ1
00％がγ組織である。また、このスラグには3CaO・SiO2
はほとんど含まれていない。前述したように、セメント
の水硬特性は、3CaO・SiO2やαまたはα’組織の2CaO・Si
O2によるとされる。従って、改質前のスラグの水硬性は
セメントのそれに較べればはるかに劣る。
体化した状態でのスラグでは、2CaO・SiO2の組織はほぼ1
00％がγ組織である。また、このスラグには3CaO・SiO2
はほとんど含まれていない。前述したように、セメント
の水硬特性は、3CaO・SiO2やαまたはα’組織の2CaO・Si
O2によるとされる。従って、改質前のスラグの水硬性は
セメントのそれに較べればはるかに劣る。
【００４５】本発明方法で処理した後の粉状スラグでは
2CaO・SiO2の大部分がαまたはα’組織になっている。
従って、この粉状スラグはセメントとほぼ同等の水硬性
を持つことが明かである。実際に、この紛状スラグ重量
比で約60％の水分を添加し撹拌した後、静置した結果、
１〜３週間で、水和反応による硬化特性が出現した。
2CaO・SiO2の大部分がαまたはα’組織になっている。
従って、この粉状スラグはセメントとほぼ同等の水硬性
を持つことが明かである。実際に、この紛状スラグ重量
比で約60％の水分を添加し撹拌した後、静置した結果、
１〜３週間で、水和反応による硬化特性が出現した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
【発明の効果】本発明方法によれば、従来、再利用が困
難で廃棄物として埋め立て処理されることが多かった還
元スラグをセメント代替物等として有効利用できる形に
改質することができる。さらに、SiO2−CaO系、SiO2−C
aO-Al2O3系、CaSO4・2H2O系等の産業廃棄物も併せて処
理して再利用することもできる。従って、本発明は、廃
棄物処理という環境問題の解決と資源リサイクルの拡大
に大きく寄与する。
難で廃棄物として埋め立て処理されることが多かった還
元スラグをセメント代替物等として有効利用できる形に
改質することができる。さらに、SiO2−CaO系、SiO2−C
aO-Al2O3系、CaSO4・2H2O系等の産業廃棄物も併せて処
理して再利用することもできる。従って、本発明は、廃
棄物処理という環境問題の解決と資源リサイクルの拡大
に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】SiO2−CaO二元系平衡状態図である。
【図２】本発明方法を説明する工程略図である。
1.転炉、 2.電気炉、 3.二次精錬炉（LF)、 4.スラ
グ、 5.ヤード積み、 6.屋内貯蔵、 7.粉状スラグ、 8.バッチ炉、 9.流動
床炉、 10.ロータリーキルン、11.急速冷却、 12.回収・貯
蔵、 13.利用
グ、 5.ヤード積み、 6.屋内貯蔵、 7.粉状スラグ、 8.バッチ炉、 9.流動
床炉、 10.ロータリーキルン、11.急速冷却、 12.回収・貯
蔵、 13.利用
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 5/00 C04B 18/14
Claims (1)
- 【請求項１】2CaO・SiO2を含有する製鋼還元スラグを一
旦冷却してγ組織への変態を起こさせて粉体とし、その
粉体を変態温度よりも高温の800〜1450℃に加熱してα
または／およびα’組織に変態させ、次いで変態温度よ
りも低温に急冷して、上記αまたは／およびα’組織を
常温で維持せしめることを特徴とするスラグの改質方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11806398A JP3091177B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 製鋼還元スラグの改質方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11806398A JP3091177B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 製鋼還元スラグの改質方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11310441A JPH11310441A (ja) | 1999-11-09 |
| JP3091177B2 true JP3091177B2 (ja) | 2000-09-25 |
Family
ID=14727099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11806398A Expired - Fee Related JP3091177B2 (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 製鋼還元スラグの改質方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3091177B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0545489U (ja) * | 1991-10-17 | 1993-06-18 | 昭和アルミニウム株式会社 | 熱交換器 |
| JPH079122A (ja) * | 1993-06-28 | 1995-01-13 | Kokumei Ko | アルゴン溶接に於て溶填金属を予置する方法及びその部品 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002047052A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-12 | Nc Kk | コンクリート及びその製造方法 |
| JP2003147708A (ja) * | 2001-11-14 | 2003-05-21 | Hoshino Sansho:Kk | アスファルト混合物 |
| ITMI20050538A1 (it) * | 2005-04-01 | 2006-10-02 | Techint Spa | Metodo e apparato per il recupero della scoria di metallurgia secondaria -lf-e suo riciclo nel processo produttivo di acciaio tramite forno ad arco elettrico |
| JP4942433B2 (ja) * | 2006-09-13 | 2012-05-30 | テイカ株式会社 | 中和滓を利用した路盤材料及びその製造方法 |
| JP4992778B2 (ja) * | 2008-03-19 | 2012-08-08 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 混合セメント用スラグの製造方法 |
| JP2018020943A (ja) * | 2016-08-05 | 2018-02-08 | デンカ株式会社 | ダスティングスラグ、それを用いたセメント混和材およびその製造方法 |
| JP2019182671A (ja) * | 2018-04-02 | 2019-10-24 | 合同製鐵株式会社 | 人工石材の製造方法 |
| CN109943339B (zh) * | 2019-04-18 | 2021-01-26 | 江苏爱佳福如土壤修复有限公司 | 一种富硅的土壤改良剂及其制备方法与应用 |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP11806398A patent/JP3091177B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0545489U (ja) * | 1991-10-17 | 1993-06-18 | 昭和アルミニウム株式会社 | 熱交換器 |
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| JPH11310441A (ja) | 1999-11-09 |
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