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公開番号2025082121
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-28
出願番号2023195380
出願日2023-11-16
発明の名称粒状凝固スラグの製造方法
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類C04B 5/00 20060101AFI20250521BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】破砕機を用いることなく道路用鉄鋼スラグの規格の粒度分布を有する粒状凝固スラグを効率的に製造することができ、かつ、その過程で高効率な熱回収を行うことが可能な、粒状凝固スラグの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の方法は、鋳型内に粒状固形物S1を供給する第1工程と、鋳型内に溶融スラグS2を流し込み、凝固させて板状凝固スラグを得る第2工程と、板状凝固スラグを鋳型から剛体面上に落下させて破砕し、破砕凝固スラグS4を得る第3工程と、破砕凝固スラグS4を熱回収容器に装入し、熱回収容器内にガスを通気させて熱回収を行い、熱回収容器から冷却破砕凝固スラグS6を排出する第4工程と、を有する。第1工程における鋳型内への粒状固形物S1の供給量が互いに異なる複数の条件下にて、第1工程から第4工程までを個別に実施し、前記複数の条件の各々により得られた冷却破砕凝固スラグS6を混合して、粒状凝固スラグSgを得る。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
鋳型内に粒状固形物を供給する第１工程と、
前記鋳型内に溶融スラグを流し込み、前記鋳型内で前記溶融スラグが前記粒状固形物を包含した状態で前記溶融スラグを凝固させて、前記溶融スラグが凝固してなる凝固部と前記粒状固形物とからなる板状凝固スラグを得る第２工程と、
前記板状凝固スラグを前記鋳型から剛体面上に落下させて破砕し、破砕凝固スラグを得る第３工程と、
前記破砕凝固スラグを熱回収容器に装入し、前記熱回収容器内にガスを通気させて、前記ガスにより前記破砕凝固スラグから熱回収を行い、前記熱回収容器から前記破砕凝固スラグが冷却されてなる冷却破砕凝固スラグを排出する第４工程と、
を有し、
前記第１工程における前記鋳型内への前記粒状固形物の供給量が互いに異なる複数の条件下にて、前記第１工程から前記第４工程までを個別に実施し、
前記複数の条件の各々により得られた前記冷却破砕凝固スラグを混合して、粒状凝固スラグを得ることを特徴とする、粒状凝固スラグの製造方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記粒状固形物が粒状スラグである、請求項１に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項３】
前記粒状スラグが、炭酸化処理及び蒸気エージング処理を行っていない粒状スラグである、請求項２に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項４】
前記粒状固形物が、粒度が４０～０ｍｍの範囲内であり、ＪＩＳＺ８８０１－１：２０１９に規定する金属製網ふるいの公称目開きで、５３ｍｍの篩い通過率が１００質量％、３７．５ｍｍの篩い通過率が９５～１００質量％、１９ｍｍの篩い通過率が５０～８０質量％、４．７５ｍｍの篩い通過率が１５～４０質量％、２．３６ｍｍの篩い通過率が５～２５質量％の粒度分布を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項５】
前記粒状固形物が、１９ｍｍ未満の粒度を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項６】
前記粒状凝固スラグが、粒度が４０～０ｍｍの範囲内であり、ＪＩＳＺ８８０１－１：２０１９に規定する金属製網ふるいの公称目開きで、５３ｍｍの篩い通過率が１００質量％、３７．５ｍｍの篩い通過率が９５～１００質量％、１９ｍｍの篩い通過率が５０～８０質量％、４．７５ｍｍの篩い通過率が１５～４０質量％、２．３６ｍｍの篩い通過率が５～２５質量％の粒度分布を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項７】
前記第３工程において、前記板状凝固スラグの落下距離が１ｍ以上２ｍ以下である、請求項１～３のいずれか一項に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項８】
前記第４工程において、前記ガスが、空気、窒素、二酸化炭素、及び水蒸気からなる群から選択される少なくとも一つである、請求項１～３のいずれか一項に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項９】
前記第４工程において、前記ガスが二酸化炭素及び水蒸気の一方又は両方を含み、前記熱回収に加えて、前記破砕凝固スラグと前記ガスとの反応を行う、請求項１～３のいずれか一項に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
【請求項１０】
前記ガスが二酸化炭素を含み、前記反応が前記破砕凝固スラグの炭酸化処理である、請求項９に記載の粒状凝固スラグの製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融スラグを凝固させて得た凝固スラグを破砕して粒状凝固スラグを得る、粒状凝固スラグの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ
２
排出量削減のため、鉄鋼製造プロセスにおいて排出される溶融スラグなど、高温の副生成物の保有熱を回収して利用する省エネルギー技術が重要となりつつある。溶融スラグの保有熱量は、その温度にも依存するが、スラグ１トン当たり１．５ＧＪ以上あり、溶融スラグの保有熱を回収して有効活用できれば、省エネルギーによるＣＯ
２
削減が期待できる。
【０００３】
溶融スラグの保有熱を回収する方法として、溶融スラグを凝固させた直後の高温の凝固スラグを熱回収槽（容器）に装入して充填層を形成し、容器内の充填層に常温のガスを吹き込み、容器内で凝固スラグの熱を奪って高温化したガスを容器から排出させて回収する方法（充填槽方式）が知られている。
【０００４】
また、鉄鋼スラグの一種である製鋼スラグは、その大半が道路用鉄鋼スラグ（ＪＩＳＡ５０１５－２０１８）として再生利用されている。その製造プロセスは、溶融スラグを冷却ヤードに流し込み、凝固して得られた凝固スラグを破砕し、さらに粒度調整を行うことを含む。その後、破砕及び粒度調整された粒状凝固スラグに含まれる遊離石灰（ｆｒｅｅ－ＣａＯ）を水和させるために、蒸気エージング処理又は炭酸化処理が行われる。こうして得られた粒状凝固スラグが道路用鉄鋼スラグとして出荷される。
【０００５】
道路用鉄鋼スラグの粒度分布は、ＪＩＳＡ５０１５－２０１８で規定されており、特にＣＳ－４０（スラグ粒子径が最大で４０ｍｍ程度）が用いられている。特許文献１には、「鋳型内に粒状固形物と溶融スラグとを供給する工程と、前記鋳型内で前記溶融スラグを前記粒状固形物とともに凝固させて、前記溶融スラグが凝固してなる凝固域と前記粒状固形物とからなる厚み３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の板状凝固スラグを得る工程と、前記板状凝固スラグを前記鋳型から取り出す工程と、回転する筒状容器を備える回転装置の前記筒状容器内に前記板状凝固スラグを装入し、前記筒状容器を回転させて前記板状凝固スラグを破砕して、粒状凝固スラグを得る工程と、を有する粒状凝固スラグの製造方法（請求項１）」によって、ＣＳ－４０の粒度分布を有する粒状凝固スラグを簡易に製造することができることが記載されている。特許文献１には、得られた高温の粒状凝固スラグに対して、熱回収処理、炭酸化処理、及び蒸気エージング処理などの後処理を行うことも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２０２２／２７０４８０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の回転装置のような破砕機を用いて凝固スラグの熱間破砕を行う場合、以下のような課題があることを本発明者らは認識した。
【０００８】
まず、破砕機を使用すること自体、工程を増やし、設備が大規模になる点で不利である。さらに、凝固直後のスラグは１０００℃以上の高温を有するため、破砕機の内壁には耐火物を用いる必要がある。ただし、凝固スラグは耐火物と同程度の硬度を有するため、耐火物が凝固スラグと衝突した際、破損するリスクがある。耐火物が破損した場合、これを交換するため、破砕機を一旦停止する必要がある。設備全体の操業停止を回避するには、代わりの破砕機を用意しておき、ある破砕機での耐火物の破損が確認され次第、代わりの破砕機を使用する必要がある。また、耐火物が脱落しスラグに混入した場合、スラグ品質が変化するため、混入を回避するためには短期間で耐火物を交換する必要がある。
【０００９】
また、破砕機を用いて高温の凝固スラグを破砕するにあたり、スラグと耐火物が熱交換するため、スラグの温度が低下する。一定量以上のスラグを処理すれば、耐火物が高温になり、スラグの温度低下量は抑制されるが、一定量のスラグを破砕することで、破砕機の耐火物が破損すれば、耐火物を交換する必要がある。そうすると、耐火物の温度が再度低くなるため、破砕によりスラグの温度が大きく低下する。つまり、破砕機を用いる凝固スラグの破砕においては、スラグの温度低下が著しい。そのため、破砕後の粒状凝固スラグに対して熱回収処理又は反応処理（蒸気エージング処理又は炭酸化処理）を行う際に、熱回収量の低下又は反応量の低下を引き起こす。
【００１０】
とは言え、熱回収処理及び反応処理は、凝固スラグの破砕後に行う必要がある。スラグの表面積が少ない破砕前の段階で熱回収を行うのは効率が悪く、また、反応後に破砕を行った場合、反応していない新生面が生じ、最終製品の膨張抑制のためには再度の反応処理が必要となるからである。しかしながら、特許文献１のように、破砕して得たＣＳ－４０の粒度分布を有する粒状凝固スラグに対して、熱回収処理又は反応処理を行う場合、以下の課題も考えられる。すなわち、ＣＳ－４０は粒度が４０～０ｍｍという非常に広い粒度分布を有しているため、ＣＳ－４０の粒度分布を有する粒状凝固スラグを容器に投入し、充填層を形成した際、スラグの偏析が生じる。偏析が生じると、充填層内部のガス流れが不均一になり、スラグとガスの熱交換又はスラグの反応が不均一となるため、熱回収効率又は反応効率が低下する。
（【００１１】以降は省略されています）

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