JP3267737B2 - 製鋼スラグの処理方法 - Google Patents

製鋼スラグの処理方法

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保雄 尾花
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  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Furnace Details (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て水和反応を促進し、且
つ破砕を行った製鋼スラグを、さらにエージング処理時
間を短縮するための製鋼スラグの処理方法に関する。
【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、二次冷却及び水没ピット冷却等の
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1〜2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、特開昭61−101441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山積み後、80〜100
℃の水蒸気で48時間以上加熱後、7日間大気中で養生
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、48時間以上の
水蒸気加熱後に7日間の大気暴露期間のエージングを必
要とする。また、この処理方法では、スラグの破砕はさ
れないため、事前に破砕処理工程が必要である。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。この処理方法よる3
0分間の処理によって、平均スラグ粒径11〜18m
m、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処理を施してス
ラグを破砕し、且つ水和反応を促進させた後、さらに、
SQ処理により発生する高温の製鋼スラグの熱及び水和
反応の熱を後工程の水蒸気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を行う製鋼
スラグの処理方法において、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、前記エージング及び破砕を行ったスラグを水蒸気に
より加熱しながら80〜100℃の状態で12時間以上
曝して水蒸気によるエージングを行うことを特徴とする
製鋼スラグの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を行う製鋼スラグの
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水蒸気によるエージング
を行うことを特徴とする製鋼スラグの処理方法によって
達成される。
【0009】
【作用】本発明のSQ処理及び後工程の水蒸気処理とを
行う製鋼スラグの2段処理方法は、1段目のSQ処理に
よって水和反応が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
理で回収されたスラグ自身の顕熱を利用して2段目の水
蒸気による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、土木建築材料として満足できる
製品となる。以上のSQ処理及び水蒸気処理方法は、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残
存膨張率(2%以下)までに低減するには、従来の野積
み方法では、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処理を行った状態
のスラグでは、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に、水蒸気に
より加熱しながら80〜100℃の状態で12時間以上
曝す2段目の水蒸気によるエージング処理をする。この
水蒸気エージング処理は、好ましくは90℃以上とし平
均95℃の温度の水蒸気とする。この水蒸気によるエー
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
ほぼ大気圧とする。また、別に設けたその他の任意の容
器又は土場で行ってもよい。この水蒸気によるエージン
グ処理は、SQ処理時に発生する水蒸気を利用するか、
又は、外部から補給する水蒸気を使用しても良い。SQ
処理時に発生する水蒸気を利用した場合、水蒸気コスト
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処理後にさらに水蒸気処理を行う本発
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1
2〜36か月にも及ぶエージング処理が不要となる。ま
た、従来の水蒸気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いため、処理に用いるエ
ージング設備は小規模でよく、設備投資額を大幅に低減
できる。以下に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
【0015】
【実施例】SQ処理後にさらに水蒸気エージング処理を
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)の水蒸気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
にさらに水蒸気処理を行う2段処理方法は、従来技術の
水蒸気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。
【0016】
【発明の効果】本発明の2段処理方法による製鋼スラグ
のエージングは、転炉滓、脱PS滓と造塊滓のいずれに
も12時間以内で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。従っ
て、転炉滓、脱PS滓及び造塊滓については、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)の水蒸気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 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F27D 15/00 - 15/02 C04B 5/00 - 5/02 C21B 3/06

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
    行う製鋼スラグの処理方法において、 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、前記エージング及び破砕を行ったスラグを水蒸気に
    より加熱しながら80〜100℃の状態で12時間以上
    曝して水蒸気によるエージングを行うことを特徴とする
    製鋼スラグの処理方法。
  2. 【請求項2】 スラグの破砕処理及びエージング処理
    行う製鋼スラグの処理方法において、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水蒸気
    によるエージングを行うことを特徴とする請求項1記載
    の製鋼スラグの処理方法。
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