JP3241161B2 - スラグの破砕処理及びエージング処理方法 - Google Patents

スラグの破砕処理及びエージング処理方法

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保雄 尾花
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies

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  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Carbon Steel Or Casting Steel Manufacturing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、固化した高温の製鋼ス
ラグを大量の冷却水に接触させことにより破砕と水和反
応を促進させた製鋼スラグを、さらにスラグの残存膨張
率を減少するためのスラグのエージング処理期間を短縮
するエージング処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の製鋼スラグ処理においては、製鋼
工場から搬出したスラグは土場又は鉄板の上に放流され
一時破砕、一時冷却、二次冷却及びピット水没冷却等の
種々の処理工程がなされる。これらの処理を施したスラ
グは、冷却ヤードに約1日〜2日放置され自然冷却さ
れ、その後二次破砕、磁選及び磨鉱が行われ、鉄分等は
製鋼工程へリサイクルされる。鉄分回収が完了したスラ
グはエージングヤードに運搬され、土木建築材料等に使
用可能とするために野積みにより約1〜3年間放置され
エージング処理がなされる。この従来の処理方法は、多
工程、長時間処理及び大きなヤードが必要となり不経済
である。さらに、これらの一連の処理は、高温と粉塵を
伴う作業であるため安全と健康面からも問題がある。
【0003】そこでこれらの問題を解決するため、スラ
グのエージング処理方法に関し種々の技術が開示されて
いる。その一つとして、特公昭58−55093号公報
に記載のスラグの安定化、冷却及び改質のための処理方
法は、溶融スラグを固化した後に破砕して得た高温状態
の小片スラグを密閉容器内に収容し、このスラグに散水
を行うことにより、発生した水蒸気の圧力及び高温雰囲
気を利用してスラグのエージングと冷却を行っている。
しかし、この技術には、散水方法に問題があるため、長
時間この技術による処理を行っても水和反応は十分に進
展せず、エージングは不十分である。また、この処理で
は破砕は全くされないため、土木建築等に使用可能とす
るため破砕処理とエージング処理の後工程が必要であ
る。
【0004】また、特公昭59−12613号公報は、
製鋼スラグを道路用材、港湾工事用等に適したスラグに
短期間のうちに改良する方法を開示している。この方法
は、製鋼スラグをヤードに排滓後、60〜100℃の温
水に1〜3週間浸漬することにより、スラグ中の遊離石
灰分等の水和反応を促進させ、短期間にエージングを終
了するとしている。この技術によっても、土木建築材料
用の使用基準である残存膨張率を2%以下を満足するに
は、約1〜3週間の期間のエージングを必要とする。そ
のため、この処理方法では、スラグ全量をこの処理方法
で処理するには広大な面積の温水ピットが必要となり、
用地確保、設備投資額が甚大であり実操業への適用は困
難である。さらに、大きなスラグ内部では、水和反応が
起こらず、この処理の後にこの大きいスラグの選別を必
要とする。
【0005】本出願人は特願平4−97699号におい
て、粗破砕した高温のスラグを充填した密閉容器内の散
水速度、水蒸気圧及び処理時間を限定し、急冷却と水和
反応により自己破砕を生じさせ更に新しい破砕面で水和
反応を進展させるSQ処理(Slag Quench
Process)を開示している。この処理方法の30
分間の処理よって、平均スラグ粒径11〜18mm,残
存膨張率3〜12%(平均8%)のスラグを得ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、粗破砕した
高温の製鋼スラグに本出願人の前記SQ処理を施し、ス
ラグを破砕し、水和反応を促進させた後、SQ処理によ
り発生する高温の製鋼のスラグの熱及び水和反応の熱を
後工程の温水によるエージング処理に有効利用して、土
木建築材料用に求められている2%残存膨張率を非常に
短期間の処理で達成し、製鋼スラグのエージングを経済
的且つ安全に処理することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明によ
れば、スラグの破砕処理及びエージング処理方法におい
て、機械的に粗破砕した高温のスラグを圧力容器内の中
子容器に充填し、前記圧力容器を密閉した後、前記スラ
グ充填層の上方から、冷却水を5〜30ton/hrm
2 の散水密度で散水し、冷却水と高温のスラグの接触に
より発生した水蒸気によって前記圧力容器の水蒸気圧力
を高めて該水蒸気圧力と処理時間との関係を下式
(1): 3.50≧P0.6 ×T0.4 ≧1.48・・・(1) 但し、P:水蒸気圧力(kg/cm2 ) T:処理時間
(hr) で規定した範囲内に維持して、前記粗破砕した高温のス
ラグのエージングを行い、且つ冷却水による急冷却及び
水和反応によるスラグ膨張とにより破砕を行い、次いで
前記破砕及び前記エージングを行ったスラグを80〜1
00℃の温度の温水に12時間以上浸漬して、さらに温
水によるエージングを行うことを特徴とするスラグの破
砕処理及びエージング処理方法によって達成される。
【0008】さらに、上記目的は、本発明によれば、ス
ラグの破砕処理及びエージング処理方法において、冷却
水と高温のスラグの接触により発生した前記水蒸気を利
用して前記温水の温度を80〜100℃に保持すること
を特徴とするスラグの破砕処理及びエージング処理方法
によって達成される。
【0009】
【作用】本発明のSQ処理及び後工程の温水処理とを行
う製鋼スラグの2段処理方法は、1段目のSQ処理によ
って水和反応を効果的に且つ迅速に促進するため、急冷
却と水和反応の膨張によりスラグを自己破砕し、且つス
ラグのエージングが大幅に進展する。さらに、SQ処理
で回収された顕熱を利用して2段目の温水によりエージ
ング処理を行うことで、スラグのエージングはさらに進
展し、土木建築材料用として満足できる製品となる。以
上のSQ処理及び温水処理方法は、従来技術に比較して
処理時間の大幅な短縮、処理工程の簡素化、処理コスト
及び設備投資額の低減等の経済性と安全性に甚大な効果
をもたらす。以下にその作用を説明する。
【0010】製鋼スラグに存在する遊離CaOは、水又
は水蒸気と反応し次式に示す水和(消化)反応を起こ
す。 CaO+H2 O=Ca(OH)2 +15.2Kcal この水和反応で生成された水酸化カルシウム(Ca(O
H)2 )は体積膨張するので、スラグ中に生成され水酸
化カルシウムによってスラグは自己破砕する。この水和
反応は、比較的低温度で反応が進み且つ発熱反応である
ため適度の冷却を必要とする。
【0011】1段目のスラグの急冷却と水和反応により
自己破砕とエージングを進展させるSQ処理は、機械的
に粗破砕した高温のスラグを圧力容器内の中子容器に充
填し、この圧力容器を密閉した後、スラグ充填層の上方
から冷却水を5〜30ton/hrm2 の散水密度で散
水する。この散水は、冷却と水和反応の状況に合わせて
時間をおいて間欠的に行ってもよい。5ton/hrm
2 以上の散水密度であると、スラグ充填層に冷却水が均
一にかかり偏流を起こさずに容器内全てのスラグは水和
反応と急冷却がなされ、同時に急冷却による熱収縮と水
和反応による膨張で破砕され新しく出現した破砕面で水
和反応がさらに進展する。30ton/hrm2 を越え
た散水密度で散水しても、スラグの冷却速度は変わら
ず、圧力容器内の水蒸気が冷却されすぎて、圧力維持の
ため外部からの水蒸気の補給が必要となる。
【0012】このSQ処理は、冷却水と高温のスラグの
接触により発生した水蒸気及び外部より注入した水蒸気
によって前記圧力容器の水蒸気圧力を高めてこの水蒸気
圧力と処理時間との関係を下式(1): 3.50≧P0.6 ×T0.4 ≧1.48・・・(1) 但し、P:水蒸気圧力(kg/cm2 ) T:処理時間
(hr) で規定した範囲内に維持する。水蒸気圧力(P)と処理
時間(T)を規定することで、自己破砕が起き、この自
己破砕により新しく出現した破砕面でさらに水和反応が
生じ、従って、水和反応面積が広がるだけでなく、スラ
グ温度を低下させるため、発熱を伴う水和反応をさらに
促進させる。この約30分の短時間のSQ処理によっ
て、スラグの水和未反応による残存膨張率は3〜12%
(平均8%)程度となる。スラグの残存膨張率を販売に
適した2%以下に低減するには、従来の野積み方法では
スラグは、12〜36か月の大気暴露のエージング期間
が必要であった。しかし、このSQ処理方法を行った状
態のスラグは、6〜9か月の大気暴露のエージング期間
に短縮される。
【0013】さらに短期間で残存膨張率を2%以下とす
るため、本発明においてはSQ処理を行ったスラグをさ
らに効果的に且つ経済的に処理するため、80〜100
℃の温度の温水に12時間以上浸漬する2段目の温水に
よるエージング処理をする。この温水エージング処理
は、好ましくは90℃以上とし平均温度は95℃の温水
とする。この温水によるエージング処理は上記加圧容器
内で行ってもよいが、この場合、圧力容器の上部の開閉
部又は排気バルブを開放して大気圧とする。また、別に
設けたその他の任意の容器或いはプールのような浴漕で
行ってもよい。この温水によるエージング処理には、S
Q処理時に発生する水蒸気又は外部から供給された水蒸
気を利用して温めた温水、又は、外部から補給する温水
を使用しても良い。SQ処理時に発生する水蒸気を利用
して温めた温水を利用することにより、温水使用コスト
をゼロにすることができ、エージング処理コストの低減
に大きな効果がある。
【0014】SQ処理後にさらに温水処理を行う本発明
の2段処理方法により、製鋼スラグを非常に短時間に破
砕とエージングを行うことができ、広いヤードでの12
〜36か月にも及ぶエージング処理が不要となる。ま
た、従来の温水のみによるエージング方法に比較してエ
ージング処理時間が非常に短縮できるため、エージング
処理に必要な温水槽設備は小規模でよく、設備投資額を
大幅に削減できる。以下に、実施例により本発明を更に
詳細に説明する。
【0015】
【実施例】SQ処理後に更に温水処理を行う本発明の2
段処理方法、及び従来技術の処理方法によって処理した
転炉滓、脱PS滓と造塊滓の結果を次ぎに示す。図1に
本発明の2段処理方法と従来技術の温水のみによるエー
ジング処理方法により処理を行った転炉滓、脱PS滓及
び造塊滓の粒径加積曲線を示す。図1の(a)の転炉滓
において、本発明のSQ処理後に温水エージング処理を
24(+印)、48(△印)、72(▽印)時間施した
スラグの粒径加積曲線は、従来技術の温水のみのエージ
ング処理を24(□印)、48(◇印)、72(×印)
時間施したスラグの粒径加積曲線より全て左側上方に位
置している。このことは、本発明による2段処理を受け
たスラグは、エージングによるスラグの細粒化が進行し
てることを示している。図1に示す脱PS滓(b)と造
塊滓(c)についても同様に、本発明による2段処理方
法の結果が、従来技術の処理方法の結果より優れている
ことを示している。
【0016】図2に本発明の2段処理方法と従来技術の
処理方法により処理を行った転炉滓(a)、脱PS滓
(b)及び造塊滓(c)の温水処理時間と崩壊度DP5
0(スラグのふるい通過重量比が50%となるときの粒
径で、スラグ平均粒径を表す)の粒径との関係を示す。
崩壊度DP50の粒径に及ぼす温水処理時間の結果か
ら、本発明の2段処理方法においては24時間の温水処
理で粒径がほぼ満足できる。本発明の2段処理方法によ
り破砕されたスラグの崩壊度は、転炉滓(a)、脱PS
滓(b)と造塊滓(c)のいずれの結果においても従来
技術の処理方法の結果より優れており、その効果は、転
炉滓(a)において最も大きかった。
【0017】図3に本発明の2段処理方法と従来技術の
処理方法により処理を行った転炉滓(a)、脱PS滓
(b)及び造塊滓(c)の温水処理時間と残存膨張率と
の関係を示す。本発明の2段処理方法により処理を行っ
た場合、転炉滓(a)、脱PS滓(b)及び造塊滓
(c)の販売可能となる2%残存膨張率は、12時間以
下の処理時間で充分に達成された。本発明のSQ処理後
にさらに温水処理を行う2段処理方法は、従来技術の温
水のみによる処理方法より優れたエージング効果を有す
る。
【0018】
【発明の効果】本発明のSQ処理とその後のさらに温水
処理を行う2段処理方法による製鋼スラグの破砕は、転
炉滓に特に破砕効果が大きく、脱PS滓及び造塊滓にお
いても従来技術の処理よりも大きな効果が得られ、その
処理時間は24時間以内で充分に達成される。
【0019】本発明の2段処理による製鋼スラグのエー
ジングは、転炉滓、脱PS滓と造塊滓のいずれにおいて
も12時間以内で約2%以下の残存膨張率を達成するこ
とができ、販売に適するエージング効果が得られる。従
って、転炉滓と造塊滓については、ヤードにおけるエー
ジングが不要となり即販売可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の2段処理方法と従来技術の処理方法に
より処理を行った転炉滓(a)、脱PS滓(b)及び造
塊滓(c)の粒径加積曲線を示す。
【図2】本発明の2段処理方法と従来技術の温水のみに
よる処理方法により処理を行った転炉滓(a)、脱PS
滓(b)及び造塊滓(c)の温水エージング破砕処理時
間と崩壊度DP50(スラグのふるい通過重量比が50
%となるときの粒径で、スラグ平均粒径を表す)の粒径
との関係を示す。
【図3】本発明の2段処理方法と従来技術の処理方法に
より処理を行った転炉滓(a)、脱PS滓(b)及び造
塊滓(c)の温水処理時間と残存膨張率との関係を示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 慎二 大分県大分市大字西ノ洲1番地 新日本 製鐵株式会社 大分製鐵所内 (72)発明者 柏原 司 大分県大分市大字西ノ洲1番地 新日本 製鐵株式会社 大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 平5−295409(JP,A) 特開 平6−256047(JP,A) 特開 平6−247753(JP,A) 特開 昭54−2295(JP,A) 特開 平5−296673(JP,A) 特公 昭58−55093(JP,B2) 特公 昭59−12613(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 5/28

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スラグの破砕処理及びエージング処理方
    法において、 機械的に粗破砕した高温のスラグを圧力容器内の中子容
    器に充填し、前記圧力容器を密閉した後、前記スラグ充
    填層の上方から、冷却水を5〜30ton/hrm2
    散水密度で散水し、冷却水と高温のスラグの接触により
    発生した水蒸気によって前記圧力容器の水蒸気圧力を高
    めて該水蒸気圧力と処理時間との関係を下式(1): 3.50≧P0.6 ×T0.4 ≧1.48・・・(1) 但し、P:水蒸気圧力(kg/cm2 ) T:処理時間
    (hr) で規定した範囲内に維持して、前記粗破砕した高温のス
    ラグのエージングを行い、且つ冷却水による急冷却及び
    水和反応によるスラグ膨張とにより破砕を行い、次いで
    前記破砕及び前記エージングを行ったスラグを80〜1
    00℃の温度の温水に12時間以上浸漬して、さらに温
    水によるエージングを行うことを特徴とするスラグの破
    砕処理及びエージング処理方法。
  2. 【請求項2】 スラグの破砕処理及びエージング処理方
    法において、冷却水と高温のスラグの接触により発生し
    た前記水蒸気を利用して前記温水の温度を80〜100
    ℃に保持することを特徴とする請求項1記載のスラグの
    破砕処理及びエージング処理方法。
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