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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024018043
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 28/08 20060101AFI20240201BHJP
C04B 18/14 20060101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
C04B28/08
C04B18/14 A
C04B18/14 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022121086
(22)【出願日】2022-07-29
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001553
【氏名又は名称】アセンド弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】神保 正人
【テーマコード（参考）】
4G112
【Ｆターム（参考）】
4G112PA29
4G112PD01
(57)【要約】
【課題】優れた膨張安定性が得られる鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する準備工程と、１ｍ３あたりで、１０００～２０００ｋｇの製鋼スラグと、３００～４００ｋｇの結合材と、１５０～２５０ｋｇの水と、０～７００ｋｇの高炉スラグと、を練混ぜる練混ぜ工程とを含む。練混ぜ工程では、製鋼スラグにおいて、電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とし、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする。
【選択図】図１
【解決手段】本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する準備工程と、１ｍ３あたりで、１０００～２０００ｋｇの製鋼スラグと、３００～４００ｋｇの結合材と、１５０～２５０ｋｇの水と、０～７００ｋｇの高炉スラグと、を練混ぜる練混ぜ工程とを含む。練混ぜ工程では、製鋼スラグにおいて、電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とし、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する準備工程と、
１ｍ３あたりで、
１０００～２０００ｋｇの製鋼スラグと、
３００～４００ｋｇの結合材と、
１５０～２５０ｋｇの水と、
０～７００ｋｇの高炉スラグとを練混ぜる練混ぜ工程と、
を含み、
前記練混ぜ工程では、
前記製鋼スラグにおいて、前記電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とし、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の製鋼スラグである低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
１ｍ３あたりで、
１０００～２０００ｋｇの製鋼スラグと、
３００～４００ｋｇの結合材と、
１５０～２５０ｋｇの水と、
０～７００ｋｇの高炉スラグとを練混ぜる練混ぜ工程と、
を含み、
前記練混ぜ工程では、
前記製鋼スラグにおいて、前記電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とし、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の製鋼スラグである低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項2】
請求項１に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物は、主としてＭｇを含有する鉱物相であるＭｇ含有鉱物相である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物は、主としてＭｇを含有する鉱物相であるＭｇ含有鉱物相である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項3】
請求項２に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記Ｍｇ含有鉱物相は、
オケルマナイト、ダイオプサイド、モンチセライト及びスピネルからなる群から選択される１種以上からなる、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
前記Ｍｇ含有鉱物相は、
オケルマナイト、ダイオプサイド、モンチセライト及びスピネルからなる群から選択される１種以上からなる、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項4】
請求項２又は請求項３に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、前記Ｍｇ含有鉱物相の含有率は、質量％で５０％以上である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、前記Ｍｇ含有鉱物相の含有率は、質量％で５０％以上である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【請求項5】
請求項４に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、遊離ＭｇＯの含有率は質量％で５％以下である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、遊離ＭｇＯの含有率は質量％で５％以下である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄鋼の生産工程では、鉄鋼の生産の副産物として、鉄鋼スラグが生成する。鉄鋼産業における環境対策の一つとして、鉄鋼スラグをリサイクル材として、道路材、コンクリート材、建築材等に利用するための開発が行われている。
【0003】
鉄鋼スラグは、製銑工程で得られる高炉スラグ、製鋼工程で得られる製鋼スラグ、に分類される。高炉スラグはさらに、高炉徐冷スラグと、高炉水砕スラグと、高炉スラグ微粉末とに分類される。高炉スラグ微粉末は、高炉水砕スラグをさらに粉砕して形成される。
【0004】
製鋼スラグはさらに、主として、転炉スラグ、電気炉スラグ、還元炉スラグに分類される。転炉スラグは転炉を用いた精錬工程で生成するスラグである。転炉スラグには、溶銑予備処理スラグも含まれる。溶銑予備処理スラグは、溶銑予備処理で生成するスラグである。電気炉スラグは、電気炉を用いた精錬工程で生成するスラグである。還元炉スラグは、特殊鋼等の製造工程での還元炉での精錬工程で生成するスラグである。還元炉は例えば、ＡＯＤ炉、ＶＯＤ炉等である。
【0005】
鉄鋼スラグをリサイクル材として上述の用途に利用する場合、鉄鋼スラグを原材料とした鉄鋼スラグ水和固化体を製造する。鉄鋼スラグ水和固化体は、次の方法で製造される。鉄鋼スラグ水和固化体の原料として、製鋼スラグ、結合材及び水を準備する。製鋼スラグは骨材として使用される。これらの原料を練混ぜる。このとき、水和反応により練混ぜた原料が固化して、鉄鋼スラグ水和固化体が生成する。
【0006】
ところで、製鋼スラグの一部は、時間の経過に伴って膨張する場合がある。このような膨張する可能性のある製鋼スラグを鉄鋼スラグ水和固化体の骨材として使用した場合、時間の経過に伴い、鉄鋼スラグ水和固化体が変形して、亀裂が生じる可能性がある。そのため、鉄鋼スラグ水和固化体で亀裂を抑制するためには、骨材として用いる製鋼スラグに、時間が経過しても膨張しにくい特性が求められる。本明細書において、時間が経過しても膨張しにくい特性を「膨張安定性」と称する。
【0007】
鉄鋼スラグ水和固化体の時間の経過に伴う亀裂の発生を抑制する研究は従来から行われている。鉄鋼スラグの時間の経過に伴う亀裂は、次のメカニズムで発生すると考えられている。鉄鋼スラグ水和固化体の原料である製鋼スラグは、遊離ＭｇＯ（ｆｒｅｅ－ＭｇＯ）を含有する場合がある。遊離ＭｇＯとは、製鋼スラグ内で他の化合物と水和反応せずに、単体で残存する酸化マグネシウム（ＭｇＯ）である。
【0008】
遊離ＭｇＯを含有する製鋼スラグを原料として鉄鋼スラグ水和固化体を製造した場合、製造した鉄鋼スラグ水和固化体内に遊離ＭｇＯが残存する。鉄鋼スラグ水和固化体内の遊離ＭｇＯは、時間の経過とともに水と反応して（水和して）、Ｍｇ（ＯＨ）２に変化する。遊離ＭｇＯがＭｇ（ＯＨ）２に変化すると、体積が膨張する。遊離ＭｇＯの水和反応速度は遅い。そのため、長期に亘って膨張が進行する。以上のメカニズムにより、鉄鋼スラグ水和固化体が膨張して変形し、亀裂が発生すると考えられる。
【0009】
上述のとおり、遊離ＭｇＯは、鉄鋼スラグ水和固化体の亀裂を発生させる要因の一つである。したがって、鉄鋼スラグ水和固化体の亀裂や変形を抑制するためには、鉄鋼スラグ水和固化体の原料に含まれる遊離ＭｇＯは少ない方が好ましい。そのため、「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル（改訂版）」の「附属書１ 鉄鋼スラグ水和固化体用製鋼スラグ」（非特許文献１）では、ＪＩＳ Ｍ ８２０５：２０００に準拠して求められるＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下である製鋼スラグを、鉄鋼スラグ水和固化体の原料として使用することを推奨している。
【0010】
鉄鋼スラグ水和固化体の亀裂の発生を抑制する技術が、特開２００１－３２３４０３号公報（特許文献１）、特開２００２－３０８６６２号公報（特許文献２）に提案されている。特許文献１では、製鋼スラグのうちの溶銑予備処理スラグを用いて、鉄鋼スラグ水和固化体を製造する。特許文献２では、製鋼スラグのうちの転炉スラグを用いて、鉄鋼スラグ水和固化体を製造する。溶銑予備処理スラグ及び転炉スラグは、上述のＪＩＳ規格に準拠して求められるＭｇＯ含有率が８．５％以下である。特許文献１及び特許文献２では、ＭｇＯ含有率の低い製鋼スラグを用いて、鉄鋼スラグ水和固化体の膨張を抑制し、変形に伴う亀裂の発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開２００１－３２３４０３号公報
【特許文献2】特開２００２－３０８６６２号公報
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】一般財団法人沿岸技術研究センター編（平成２０年２月）「鉄鋼スラグ水和固化体技術マニュアル（改訂版）」一般財団法人沿岸技術研究センター
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
特許文献１及び特許文献２に開示された鉄鋼スラグ水和固化体では、変形に伴う亀裂の発生を抑制できる。しかしながら、特許文献１及び特許文献２で提案された手段以外の他の手段により、鉄鋼スラグ水和固化体において膨張を抑制し、変形に伴う亀裂の発生を抑制できてもよい。
【0014】
本開示の目的は、膨張を抑制し、変形に伴う亀裂の発生を抑制できる鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本開示による鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する準備工程と、１ｍ３あたりで、１０００～２０００ｋｇの製鋼スラグと、３００～４００ｋｇの結合材と、１５０～２５０ｋｇの水と、０～７００ｋｇの高炉スラグとを練混ぜる練混ぜ工程と、を含む。練混ぜ工程では、製鋼スラグにおいて、電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とし、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の製鋼スラグである低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする。
【発明の効果】
【0016】
本開示の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、膨張を抑制し、変形に伴う亀裂の発生を抑制できる鉄鋼スラグ水和固化体を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
本発明者は、鉄鋼スラグ水和固化体において、膨張を抑制でき、変形に伴う亀裂の発生を抑制できる製造方法について検討を行った。その結果、次の知見を得た。
【0019】
上述のとおり、従来では、製鋼スラグのうち、ＭｇＯ含有率が８．５％を超える製鋼スラグの膨張安定性は悪いと考えられていた。そのため、ＭｇＯ含有率が８．５％を超える製鋼スラグを骨材として製造した鉄鋼スラグ水和固化体は、膨張しやすく、変形に伴う亀裂が発生しやすいと考えられていた。
【0020】
ところで、電気炉での精錬工程では、粗鋼生産速度を速くすることが求められている。粗鋼生産速度を速くすると、結果として、スラグ中のＭｇＯ含有率が高まる場合がある。この場合、電気炉スラグ中のＭｇＯ含有率が８．５％を超える。そのため、従来では、電気炉スラグの膨張安定性は悪いと考えられていた。その結果、上述の特許文献１及び特許文献２にも開示されているとおり、鉄鋼スラグ水和固化体の骨材としては通常、ＭｇＯ含有率が８．５％以下である溶銑予備処理スラグや転炉スラグが採用されており、電気炉スラグの採用は避けられていた。
【0021】
しかしながら、本発明者は、膨張安定性が悪いと考えられていた電気炉スラグであっても、膨張安定性に優れる可能性があり得ると考えた。そこで、製鋼スラグのうち、転炉スラグ、電気炉スラグ、還元炉スラグの膨張安定性について、次の試験を実施して調査した。
【0022】
転炉スラグ、電気炉スラグ、還元炉スラグＡ、及び、還元炉スラグＢを準備した。還元炉スラグＡは、還元炉スラグＢと異なる還元炉で生成したスラグであった。準備した各製鋼スラグに対して、ＪＩＳ Ａ ５０１５：２０１３の附属書Ｂに規定された水浸膨張試験方法に倣った、次の試験を実施した。
【0023】
各製鋼スラグを、内径１５０ｍｍ、高さ１２５ｍｍのモールドに突き固めた。突き固めた製鋼スラグを内部に含むモールドを、８０℃の温水に浸漬し、ダイヤルゲージを用いて膨張量を測定した。上述のＪＩＳ規格では、８０℃の温水に６時間浸漬した後、放冷し、ダイヤルゲージで膨張量を測定する操作を１日１回、１０日間繰り返す。しかしながら、本試験では、８０℃の温水への浸漬を維持した状態で、ダイヤルゲージを用いて膨張量を測定した。得られた結果に基づいて、経過日数と膨張率との関係をグラフにした。
【0024】
さらに、各製鋼スラグに対して、ＪＩＳ Ｍ ８２０５：２０００に準拠して、ＭｇＯ含有率を求めた。
【0025】
得られた結果を図１に示す。図１を参照して、転炉スラグでは、ＭｇＯ含有率が質量％で５．０％であり、８．５％以下であった。一方、電気炉スラグ、還元炉スラグＡ及び還元炉スラグＢでは、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超えた。
【0026】
しかしながら、水浸膨張試験の結果では、従来の知見とは異なる結果が見られた。具体的には、図１中の経過日数と膨張率との関係を示すグラフを参照して、還元炉スラグＡ及び還元炉スラグＢはいずれも、経過日数の増加に伴い膨張率が顕著に上昇し、膨張安定性が悪かった。一方、電気炉スラグでは、ＭｇＯ含有率は８．５％を大きく超えたものの、還元炉スラグＡ及び還元炉スラグＢと比較して、経過日数の増加に伴う膨張率の上昇は顕著に抑えられ、還元炉スラグよりも膨張安定性に優れた。電気炉スラグはさらに、転炉スラグと比較しても、膨張安定性が優れていた。
【0027】
以上の結果を踏まえて、本発明者は次のとおり考えた。ＪＩＳ Ｍ ８２０５：２０００に準拠して求められるＭｇＯ含有率は、製鋼スラグ中のＭｇが全てＭｇＯとして存在していると仮定して、Ｍｇ定量値から換算して求めた値である。そのため、この方法で求めたＭｇＯ含有率は、実際に製鋼スラグ内に存在する遊離ＭｇＯの含有率とは異なる場合がある。図１の結果に基づいて、本発明者は、上記方法により求めたＭｇＯ含有率が８．５％を超える場合であっても、実際の電気炉スラグ中のＭｇは、遊離ＭｇＯとして必ずしも存在していないと考えた。
【0028】
そこで、本発明者は、電気炉スラグに対して、Ｘ線回折分析による化合物の解析を実施した。Ｘ線回折分析では、スラグ中の化合物の特定が可能である。Ｘ線回折分析の結果、電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物は、主として、Ｍｇを含有する鉱物相（Ｍｇ含有鉱物相）であった。そして、Ｘ線回折分析では、遊離ＭｇＯがほとんど検出されないことが判明した。
【0029】
以上の知見に基づいて、本発明者は、従来から電気炉スラグは鉄鋼スラグ水和固化体の骨材としての使用が避けられていたが、実は、鉄鋼スラグ水和固化体の骨材としての使用に適しているのではないかと考えた。そこで、骨材として電気炉スラグを使用した鉄鋼スラグ水和固化体の膨張安定性について調査した。その結果、ＭｇＯ含有率が８．５％を超える電気炉スラグを骨材に含む鉄鋼スラグ水和固化体では、時間が経過しても膨張しにくく、変形しにくいため、亀裂の発生が抑制されることが判明した。したがって、本発明者は、ＭｇＯ含有率が８．５％を超える電気炉スラグは、鉄鋼スラグ水和固化体の骨材として適していることを初めて知見した。
【0030】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、次の工程を含む。
【0031】
［１］
ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する準備工程と、
１ｍ３あたりで、
１０００～２０００ｋｇの製鋼スラグと、
３００～４００ｋｇの結合材と、
１５０～２５０ｋｇの水と、
０～７００ｋｇの高炉スラグとを練混ぜる練混ぜ工程と、
を含み、
前記練混ぜ工程では、
前記製鋼スラグにおいて、前記電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とし、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の製鋼スラグである低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する準備工程と、
１ｍ３あたりで、
１０００～２０００ｋｇの製鋼スラグと、
３００～４００ｋｇの結合材と、
１５０～２５０ｋｇの水と、
０～７００ｋｇの高炉スラグとを練混ぜる練混ぜ工程と、
を含み、
前記練混ぜ工程では、
前記製鋼スラグにおいて、前記電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とし、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の製鋼スラグである低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【0032】
［２］
［１］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物は、主としてＭｇを含有する鉱物相であるＭｇ含有鉱物相である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
［１］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物は、主としてＭｇを含有する鉱物相であるＭｇ含有鉱物相である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【0033】
［３］
［２］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記Ｍｇ含有鉱物相は、
オケルマナイト、ダイオプサイド、モンチセライト及びスピネルからなる群から選択される１種以上からなる、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
［２］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記Ｍｇ含有鉱物相は、
オケルマナイト、ダイオプサイド、モンチセライト及びスピネルからなる群から選択される１種以上からなる、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【0034】
［４］
［２］又は［３］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、前記Ｍｇ含有鉱物相の含有率は、質量％で５０％以上である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
［２］又は［３］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、前記Ｍｇ含有鉱物相の含有率は、質量％で５０％以上である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【0035】
［５］
［４］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、遊離ＭｇＯの含有率は質量％で５％以下である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
［４］に記載の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法であって、
前記電気炉スラグ中のＭｇを含有する化合物のうち、遊離ＭｇＯの含有率は質量％で５％以下である、
鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法。
【0036】
以下、本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法について、詳細に説明する。本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、次の工程を含む。
（工程１）準備工程
（工程２）練混ぜ工程
以下、各工程について説明する。
（工程１）準備工程
（工程２）練混ぜ工程
以下、各工程について説明する。
【0037】
［（工程１）準備工程］
初めに、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する。ここで、本明細書において、「ＭｇＯ含有率」とは、製鋼スラグ中のＭｇが全てＭｇＯとして存在していると仮定して、Ｍｇ定量値から換算して求めた値である。
初めに、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える電気炉スラグを準備する。ここで、本明細書において、「ＭｇＯ含有率」とは、製鋼スラグ中のＭｇが全てＭｇＯとして存在していると仮定して、Ｍｇ定量値から換算して求めた値である。
【0038】
［電気炉スラグについて］
電気炉スラグは、電気炉で鋼を溶製するときに生成するスラグである。上述のとおり、電気炉での精錬では、粗鋼生産速度を速くすると、結果的に、スラグ中のＭｇＯ含有率が高まる場合がある。そのため、電気炉スラグのＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える場合がある。
電気炉スラグは、電気炉で鋼を溶製するときに生成するスラグである。上述のとおり、電気炉での精錬では、粗鋼生産速度を速くすると、結果的に、スラグ中のＭｇＯ含有率が高まる場合がある。そのため、電気炉スラグのＭｇＯ含有率が質量％で８．５％を超える場合がある。
【0039】
しかしながら、上述のとおり、電気炉スラグ中のＭｇのほとんどは、遊離ＭｇＯとして存在するのではなく、鉱物相に含まれている。つまり、電気炉スラグでは、遊離ＭｇＯはほとんど含有されていない。その結果、従来の知見とは異なり、図１で示すとおり、電気炉スラグは膨張安定性に優れる。したがって、ＭｇＯ含有率が８．５％を超える電気炉スラグは、鉄鋼スラグ水和固化体の骨材の原料として適切である。
【0040】
［ＭｇＯ含有率の求め方］
電気炉スラグ中のＭｇＯ含有率（質量％）は次の方法で求める。電気炉スラグから試料を採取する。採取した試料に対して、ＪＩＳ Ｍ ８２０５：２０００「鉄鉱石－蛍光Ｘ線分析法」に準拠した蛍光Ｘ線分析を実施して、試料中のＭｇ量を定量する。得られたＭｇの定量値に基づいて、試料中のＭｇが全てＭｇＯとして存在していると仮定して、ＭｇＯに換算した含有率を、質量％でのＭｇＯ含有率（％）とする。
電気炉スラグ中のＭｇＯ含有率（質量％）は次の方法で求める。電気炉スラグから試料を採取する。採取した試料に対して、ＪＩＳ Ｍ ８２０５：２０００「鉄鉱石－蛍光Ｘ線分析法」に準拠した蛍光Ｘ線分析を実施して、試料中のＭｇ量を定量する。得られたＭｇの定量値に基づいて、試料中のＭｇが全てＭｇＯとして存在していると仮定して、ＭｇＯに換算した含有率を、質量％でのＭｇＯ含有率（％）とする。
【0041】
［電気炉スラグ中のＭｇ化合物中のＭｇ含有鉱物相について］
本明細書において、Ｍｇを含有する化合物を「Ｍｇ化合物」と称する。電気炉スラグ中のＭｇ化合物は、主としてＭｇを含有する鉱物相であるＭｇ含有鉱物相である。
本明細書において、Ｍｇを含有する化合物を「Ｍｇ化合物」と称する。電気炉スラグ中のＭｇ化合物は、主としてＭｇを含有する鉱物相であるＭｇ含有鉱物相である。
【0042】
Ｍｇ含有鉱物相は、例えば、オケルマナイト（Ａｋｅｒｍａｎｉｔｅ：Ｃａ２（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）２Ｏ７）、ダイオプサイド（Ｄｉｏｐｓｉｄｅ：Ｃａ（Ｍｇ，Ａｌ）（Ｓｉ，Ａｌ）２Ｏ６）、モンチセライト（Ｍｏｎｔｉｃｅｌｌｉｔｅ：ＣａＭｇＳｉＯ４）、及び、スピネル（Ｓｐｉｎｅｌ：Ｍｇ（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ４）からなる群から選択される１種以上からなる。
【0043】
好ましくは、電気炉スラグ中のＭｇ化合物のうち、Ｍｇ含有鉱物相の含有率は質量％で５０％以上である。つまり、電気炉スラグ中のＭｇ化合物の総質量を１００％としたときの、Ｍｇ含有鉱物相の含有率が５０％以上である。Ｍｇ含有鉱物相の含有率のさらに好ましい下限は５５％であり、さらに好ましくは６０％であり、さらに好ましくは７０％である。
【0044】
［Ｍｇ含有鉱物相の含有率の求め方について］
電気炉スラグ中のＭｇ含有鉱物相の質量％での含有率は、Ｘ線回折分析法（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて、次の方法で求める。電気炉スラグから試料を採取する。採取された試料を用いて、Ｘ線回折分析法（ＸＲＤ）により回折プロファイルを得る。ＸＲＤ回折分析では、管球をＣｕ、管電圧を４０ｋＶ、管電流を２００ｍＡ、回折角（２θ）を５～９０°、ステップを０．０２°、スキャンスピードを４°／分、発散・散乱スリットを１／２ｄｅｇ、受光スリットを０．３ｍｍとする。得られた回折プロファイルにおける回折角とピーク強度とに基づいて、Ｍｇ化合物、及び、Ｍｇ含有鉱物相とを特定する。
電気炉スラグ中のＭｇ含有鉱物相の質量％での含有率は、Ｘ線回折分析法（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて、次の方法で求める。電気炉スラグから試料を採取する。採取された試料を用いて、Ｘ線回折分析法（ＸＲＤ）により回折プロファイルを得る。ＸＲＤ回折分析では、管球をＣｕ、管電圧を４０ｋＶ、管電流を２００ｍＡ、回折角（２θ）を５～９０°、ステップを０．０２°、スキャンスピードを４°／分、発散・散乱スリットを１／２ｄｅｇ、受光スリットを０．３ｍｍとする。得られた回折プロファイルにおける回折角とピーク強度とに基づいて、Ｍｇ化合物、及び、Ｍｇ含有鉱物相とを特定する。
【0045】
特定されたＭｇ化合物のうちのＭｇ含有鉱物相の質量％での含有率を次の方法で求める。得られた回折プロファイルにおいて、特定された各Ｍｇ化合物のピーク面積を求める。全てのＭｇ化合物のピーク面積の合計に対する、全てのＭｇ含有鉱物相のピーク面積の合計の比率を、Ｍｇ含有鉱物相の含有率（質量％）と定義する。
【0046】
［電気炉スラグ中のＭｇ化合物中の遊離ＭｇＯについて］
上述のとおり、電気炉スラグ中のＭｇ化合物は主としてＭｇ含有鉱物相であり、遊離ＭｇＯはほとんど存在しない。電気炉スラグ中のＭｇ化合物のうち、遊離ＭｇＯの含有率は質量％で５％以下である。
上述のとおり、電気炉スラグ中のＭｇ化合物は主としてＭｇ含有鉱物相であり、遊離ＭｇＯはほとんど存在しない。電気炉スラグ中のＭｇ化合物のうち、遊離ＭｇＯの含有率は質量％で５％以下である。
【0047】
［（工程２）練混ぜ工程］
練混ぜ工程では、次の原料１～原料３を以下に示す配合量で練混ぜる。
（原料１）製鋼スラグ：１ｍ３あたりで１０００～２０００ｋｇ
（原料２）結合材：１ｍ３あたりで３００～４００ｋｇ
（原料３）水：１ｍ３あたりで１５０～２５０ｋｇ
以下、各原料について説明する。
練混ぜ工程では、次の原料１～原料３を以下に示す配合量で練混ぜる。
（原料１）製鋼スラグ：１ｍ３あたりで１０００～２０００ｋｇ
（原料２）結合材：１ｍ３あたりで３００～４００ｋｇ
（原料３）水：１ｍ３あたりで１５０～２５０ｋｇ
以下、各原料について説明する。
【0048】
［（原料１）製鋼スラグ：１ｍ３当たりで１０００～２０００ｋｇ］
電気炉での酸化処理（溶製）により生成する電気炉スラグは、鉄鋼スラグ水和固化体の骨材として利用される。製鋼スラグは１ｍ３当たりで１０００～２０００ｋｇ配合する。
電気炉での酸化処理（溶製）により生成する電気炉スラグは、鉄鋼スラグ水和固化体の骨材として利用される。製鋼スラグは１ｍ３当たりで１０００～２０００ｋｇ配合する。
【0049】
本実施形態では、製鋼スラグにおいて、電気炉スラグの配合率を質量％で２５超～１００％とする。また、ＭｇＯ含有率が質量％で８．５％以下の低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率を質量％で０～７５％未満とする。ここで、低Ｍｇ含有製鋼スラグとは、製鋼スラグのうち、ＪＩＳ Ｍ ８２０５：２０００に準拠して求めたＭｇＯ含有率が８．５％以下の製鋼スラグである。低Ｍｇ含有製鋼スラグは、任意の原料である。低Ｍｇ含有製鋼スラグは例えば、転炉スラグである。
【0050】
電気炉スラグの粒径は特に限定されず、周知の粒度でよい。電気炉スラグの粒度は例えば、４０ｍｍ以下である。粒径が４０ｍｍ以下であれば、後述のエージング処理工程において、電気炉スラグのエージング処理効率が高まる。電気炉スラグの好ましい粒度は２５ｍｍ以下である。
【0051】
製鋼スラグ中の電気炉スラグの配合率の好ましい下限は３０％であり、さらに好ましくは３５％であり、さらに好ましくは４０％である。低Ｍｇ含有製鋼スラグの配合率の好ましい上限は７０％であり、さらに好ましくは６５％であり、さらに好ましくは６０％である。製鋼スラグの１ｍ３当たりの量の好ましい下限は１１００ｋｇであり、さらに好ましくは１１５０ｋｇである。製鋼スラグの１ｍ３当たりの量の好ましい上限は１９００ｋｇであり、さらに好ましくは１８００ｋｇである。
【0052】
［（原料２）結合材：１ｍ３あたりで３００～４００ｋｇ］
本実施形態において、結合材は１ｍ３あたりで３００～４００ｋｇ配合する。結合材は周知の結合材を用いればよい。結合材はシリカ含有物質及びポラゾン反応性を有する材料である。結合材は例えば、高炉スラグ微粉末、高炉セメント、及び、ポルトランドセメントからなる群から選択される１種以上からなる。結合材の１ｍ３当たりの量の好ましい下限は３１０ｋｇであり、さらに好ましくは３２０ｋｇである。結合材の１ｍ３当たりの量の好ましい上限は３８０ｋｇであり、さらに好ましくは３６０ｋｇであり、さらに好ましくは３５０ｋｇである。
本実施形態において、結合材は１ｍ３あたりで３００～４００ｋｇ配合する。結合材は周知の結合材を用いればよい。結合材はシリカ含有物質及びポラゾン反応性を有する材料である。結合材は例えば、高炉スラグ微粉末、高炉セメント、及び、ポルトランドセメントからなる群から選択される１種以上からなる。結合材の１ｍ３当たりの量の好ましい下限は３１０ｋｇであり、さらに好ましくは３２０ｋｇである。結合材の１ｍ３当たりの量の好ましい上限は３８０ｋｇであり、さらに好ましくは３６０ｋｇであり、さらに好ましくは３５０ｋｇである。
【0053】
高炉スラグ微粉末は、高炉水砕スラグを粉砕加工した粉末である。高炉スラグ微粉末は、ＪＩＳ Ａ ６２０６：２０１３（コンクリート用高炉スラグ微粉末）に規定される通り、粉末度に応じて４０００、６０００、８０００の３種類が存在する。本実施形態では、３種類の粉末度の高炉スラグ微粉末のいずれか１種以上を結合材として用いてもよい。
【0054】
［（原料３）水：１ｍ３あたりで１５０～２５０ｋｇ］
本実施形態において、水は１ｍ３あたりで１５０～２５０ｋｇ配合する。原料として利用する水は、例えば、通常の工業用水である。水の１ｍ３当たりの量の好ましい下限は１５５ｋｇであり、さらに好ましくは１６０ｋｇである。水の１ｍ３当たりの量の好ましい上限は２４５ｋｇであり、さらに好ましくは２４０ｋｇである。
本実施形態において、水は１ｍ３あたりで１５０～２５０ｋｇ配合する。原料として利用する水は、例えば、通常の工業用水である。水の１ｍ３当たりの量の好ましい下限は１５５ｋｇであり、さらに好ましくは１６０ｋｇである。水の１ｍ３当たりの量の好ましい上限は２４５ｋｇであり、さらに好ましくは２４０ｋｇである。
【0055】
［練混ぜについて］
練混ぜ工程では、上述の原料１～原料３を上述の配合として練混ぜる。このとき、水和反応が生じ、原料１～原料３の混合物が固化する。以上の工程により、本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体が製造される。本実施形態の水和固化体の製造方法では、電気炉スラグを骨材として利用して、鉄鋼スラグ水和固化体を製造する。製造された水和固化体は、時間が経過しても膨張しにくい。そのため、変形に伴う亀裂の発生が抑制される。
練混ぜ工程では、上述の原料１～原料３を上述の配合として練混ぜる。このとき、水和反応が生じ、原料１～原料３の混合物が固化する。以上の工程により、本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体が製造される。本実施形態の水和固化体の製造方法では、電気炉スラグを骨材として利用して、鉄鋼スラグ水和固化体を製造する。製造された水和固化体は、時間が経過しても膨張しにくい。そのため、変形に伴う亀裂の発生が抑制される。
【0056】
［原料１～原料３以外の任意の原料について］
原料１～原料３だけでなく、任意の原料として、次の原料４を原料１～原料３とともに配合して練り混ぜてもよい。
（原料４）高炉スラグ：１ｍ３あたりで０～７００ｋｇ
原料１～原料３だけでなく、任意の原料として、次の原料４を原料１～原料３とともに配合して練り混ぜてもよい。
（原料４）高炉スラグ：１ｍ３あたりで０～７００ｋｇ
【0057】
高炉スラグは任意の原料である。つまり、高炉スラグは配合しなくてもよい。配合する場合、高炉スラグは１ｍ３あたりで７００ｋｇ以下配合する。高炉スラグは１ｍ３あたりで１００ｋｇ以上配合するのが好ましく、さらに好ましくは３００ｋｇ以上配合する。高炉スラグの１ｍ３あたりの好ましい上限は６８０ｋｇであり、さらに好ましくは６６０ｋｇである。
【0058】
高炉スラグは例えば、高炉水砕スラグである。好ましくは、高炉水砕スラグは、ＪＩＳ Ａ ５０１１－１「コンクリート用スラグ骨材－第１部：高炉スラグ骨材」に適合する。高炉水砕スラグの粒度は、公称目開きが５ｍｍのふるいを通過する質量百分率が１００％である。高炉水砕スラグは細骨材として利用してもよい。
【0059】
［原料４以外の任意の原料について］
本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の原料として、上述の原料１～原料４以外の他の原料を含んでもよい。原料１～原料４以外の他の原料は例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５に準拠した周知のフライアッシュ、周知のアルカリ刺激材、ＪＩＳ Ａ ６２０４：２０１１に準拠した周知のＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高機能ＡＥ減水剤、樹脂繊維等である。
本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の原料として、上述の原料１～原料４以外の他の原料を含んでもよい。原料１～原料４以外の他の原料は例えば、ＪＩＳ Ａ ６２０１：２０１５に準拠した周知のフライアッシュ、周知のアルカリ刺激材、ＪＩＳ Ａ ６２０４：２０１１に準拠した周知のＡＥ剤、ＡＥ減水剤、高機能ＡＥ減水剤、樹脂繊維等である。
【0060】
［任意の製造工程について：エージング処理工程］
上述のとおり、本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、任意の工程として、準備工程後であって練混ぜ工程前に、エージング処理工程を実施してもよい。つまり、エージング処理工程は、任意の工程である。
上述のとおり、本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法は、任意の工程として、準備工程後であって練混ぜ工程前に、エージング処理工程を実施してもよい。つまり、エージング処理工程は、任意の工程である。
【0061】
エージング処理とは、製鋼スラグの水和反応を進行させる処理である。エージング処理工程を実施する場合、準備した電気炉スラグに対して、大気圧以上で５日以上、水蒸気を供給する。つまり、大気圧以上の湿潤雰囲気下で５日以上電気炉スラグを保持する。
【0062】
エージング処理を実施する期間の上限は特に限定されない。エージング処理は例えば、大気圧以上で５日以上２０日以下実施すればよい。
【0063】
電気炉スラグへの水蒸気の供給方法として、電気炉スラグの表面に水蒸気を供給してもよい。また、特開２００９－２８０４４５号公報に記載されているように、電気炉スラグを容器に入れ、容器内の製鋼スラグの内部に蒸気配管を通して、水蒸気を供給してもよい。この場合、電気炉スラグが収納される容器を耐圧容器とし、大気圧よりも高い圧力で水蒸気を供給してもよい。この場合は、エージング処理を例えば、１時間以上２４時間以下で実施すればよい。
【実施例0064】
以下、実施例により本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鉄鋼スラグ水和固化体の製造方法の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の製造方法はこの一条件例に限定されない。
【0065】
表１に示す原料番号の製鋼スラグを準備した。各原料番号の製鋼スラグに対して、ＪＩＳ Ｍ ８２０５：２０００「鉄鉱石－蛍光Ｘ線分析法」に準拠して、ＭｇＯ含有率（質量％）を求めた。
【0066】
【表1】
【0067】
［エージング処理工程］
表１に示す製鋼スラグのうち、転炉Ａ及び転炉Ｂの製鋼スラグに対して、次のエージング処理を実施した。転炉Ａ及び転炉Ｂの製鋼スラグを屋外に載置した。各製鋼スラグに対して、水蒸気を吹き付けながら、製鋼スラグの温度が１００℃になるまで昇温した。昇温後、製鋼スラグを１００℃で５日間保持した。５日間保持した後、１日かけて常温まで降温した。
表１に示す製鋼スラグのうち、転炉Ａ及び転炉Ｂの製鋼スラグに対して、次のエージング処理を実施した。転炉Ａ及び転炉Ｂの製鋼スラグを屋外に載置した。各製鋼スラグに対して、水蒸気を吹き付けながら、製鋼スラグの温度が１００℃になるまで昇温した。昇温後、製鋼スラグを１００℃で５日間保持した。５日間保持した後、１日かけて常温まで降温した。
【0068】
また、表１に示す製鋼スラグのうち、電気炉及び還元炉の製鋼スラグに対して、次のエージング処理を実施した。電気炉及び還元炉の製鋼スラグを屋外に載置した。各製鋼スラグに対して、水蒸気を吹き付けながら、製鋼スラグの温度が１００℃になるまで昇温した。昇温後、製鋼スラグを１００℃で１２日間保持した。１２日間保持した後、１日かけて常温まで降温した。
【0069】
［練混ぜ工程］
練混ぜ工程では、次の原料を準備した。
（原料１）製鋼スラグ
製鋼スラグとして、表１に示す製鋼スラグを準備した。
（原料２）結合材
結合材として、市販の太平洋セメント株式会社製の高炉セメントＢ種を準備した。
（原料３）水
水として、工業用水を準備した。
（原料４）高炉スラグ
高炉スラグとして、高炉水砕スラグを準備した。高炉水砕スラグの粒度は５ｍｍ以下であった。
なお、上記以外の原料として、竹本油脂株式会社製の高機能ＡＥ減水剤（商品名：チューポールＥＸ６０）と、萩原工業株式会社製のポリプロピレン繊維（商品名：バルリンク）とを準備した。
練混ぜ工程では、次の原料を準備した。
（原料１）製鋼スラグ
製鋼スラグとして、表１に示す製鋼スラグを準備した。
（原料２）結合材
結合材として、市販の太平洋セメント株式会社製の高炉セメントＢ種を準備した。
（原料３）水
水として、工業用水を準備した。
（原料４）高炉スラグ
高炉スラグとして、高炉水砕スラグを準備した。高炉水砕スラグの粒度は５ｍｍ以下であった。
なお、上記以外の原料として、竹本油脂株式会社製の高機能ＡＥ減水剤（商品名：チューポールＥＸ６０）と、萩原工業株式会社製のポリプロピレン繊維（商品名：バルリンク）とを準備した。
【0070】
上述の原料を、表２に示す配合（ｋｇ／ｍ３）で練混ぜて、型枠に入れて鉄鋼スラグ水和固化体（以下、供試体という）を製造した。なお、表２中の「配合率（％）」は、低Ｍｇ含有製鋼スラグ（転炉Ａ及び転炉Ｂ）及び電気炉スラグの合計質量に対する電気炉スラグの質量の比率（質量％）を示す。
【0071】
【表2】
【0072】
具体的には、ＪＩＳ Ａ １１３２：２０２０に準拠して、各試験番号の供試体を製造した。型枠の取り外しは、打ち込み４８時間後とした。以上の製造工程により、表２に示す各試験番号の供試体を製造した。
【0073】
［評価試験］
製造した供試体（鉄鋼スラグ水和固化体）に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）圧縮強度評価試験
（試験２）膨張安定性評価試験
以下、各試験について説明する。
製造した供試体（鉄鋼スラグ水和固化体）に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）圧縮強度評価試験
（試験２）膨張安定性評価試験
以下、各試験について説明する。
【0074】
［（試験１）圧縮強度評価試験］
供試体の養生温度を２０±３℃とし、型枠を取り外した後７日間、２８日間とそれぞれ湿潤養生をおこなった。これらの供試体に対してＪＩＳ Ａ １１０８：２０１８に準拠して圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を求めた。得られた圧縮強度を表３に示す。表３に示すとおり、試験番号８では、製鋼スラグが還元炉スラグであったため、圧縮強度が低かった。これに対して、試験番号１～７及び９では、十分な圧縮強度が得られた。
供試体の養生温度を２０±３℃とし、型枠を取り外した後７日間、２８日間とそれぞれ湿潤養生をおこなった。これらの供試体に対してＪＩＳ Ａ １１０８：２０１８に準拠して圧縮強度（Ｎ／ｍｍ２）を求めた。得られた圧縮強度を表３に示す。表３に示すとおり、試験番号８では、製鋼スラグが還元炉スラグであったため、圧縮強度が低かった。これに対して、試験番号１～７及び９では、十分な圧縮強度が得られた。
【0075】
【表3】
【0076】
［（試験２）膨張安定性評価試験］
各試験番号の１０個の供試体に対して、ＪＩＳ Ａ ５０１５：２０１３の附属書Ｂに規定された水浸膨張試験方法に倣った、次の膨張安定性評価試験を実施した。
各試験番号の１０個の供試体に対して、ＪＩＳ Ａ ５０１５：２０１３の附属書Ｂに規定された水浸膨張試験方法に倣った、次の膨張安定性評価試験を実施した。
【0077】
打ち込み４８時間後に型枠を取り外した各供試体を、水を貯留する養生装置に浸漬した。このとき、養生装置の水面は、供試体の上面から１５ｍｍ以上高くなるようにした。各供試体を養生装置の水に浸漬した後、養生装置内の水を８０℃に昇温した。８０±３℃となった時点から水温を保持した。表４に示す日程毎に供試体を養生装置から取出し、常温まで放冷した。その後、供試体の外観を目視観察して、割れの有無を確認した。割れは、次のとおり評価した。
○：割れが確認されない
×：クラック幅０．３ｍｍ以上でクラック深さ４ｍｍ以上のヒビ割れが確認できる
８０±３℃に水温を保持してから５日目、１０日目、１５日目の供試体の外観を目視観察した。なお、目視観察が完了した供試体は、８０±３℃の水温に保たれた養生装置に再び浸漬した。試験結果を表４に示す。
○：割れが確認されない
×：クラック幅０．３ｍｍ以上でクラック深さ４ｍｍ以上のヒビ割れが確認できる
８０±３℃に水温を保持してから５日目、１０日目、１５日目の供試体の外観を目視観察した。なお、目視観察が完了した供試体は、８０±３℃の水温に保たれた養生装置に再び浸漬した。試験結果を表４に示す。
【0078】
【表4】
【0079】
表１～表４を参照して、試験番号１～５の供試体では、製鋼スラグとして電気炉スラグを配合し、かつ、配合率が２５％超であった。そのため、これらの試験番号の供試体では、試験番号６、７及び９と同様に、１５日目までにクラック幅０．３ｍｍ以上でクラック深さ４ｍｍ以上のヒビ割れは確認されなかった（上記評価で「○」に相当）。つまり、本発明例の鉄鋼スラグ水和固化体は、電気炉スラグを多く含有しているにもかかわらず、従来の鉄鋼スラグ水和固化体と同等レベルで膨張に伴う割れを抑制できた。
【0080】
一方、還元炉スラグを製鋼スラグとして用いた試験番号８では、１０日目までにクラック幅０．３ｍｍ以上でクラック深さ４ｍｍ以上のヒビ割れ（上記評価で「×」に相当）が確認された。
【0081】
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【図1】