特許 7564011 ステンレス鋼スラグ及びその製造方法、並びに土中埋設用材料

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】ステンレス鋼スラグ及びその製造方法、並びに土中埋設用材料

(51)【国際特許分類】

   C04B 5/00 20060101AFI20241001BHJP

   C04B 7/153 20060101ALI20241001BHJP

   C21C 7/00 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

C04B5/00 B

C04B7/153 ZAB

C21C7/00 J

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021022057

(22)【出願日】2021-02-15

(65)【公開番号】P2022124345

(43)【公開日】2022-08-25

【審査請求日】2023-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】503378420

【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】柴田 徹

(72)【発明者】

【氏名】江原 靖弘

(72)【発明者】

【氏名】蛭濱 修久

(72)【発明者】

【氏名】吉野 貴博

【審査官】大西 美和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１３２０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１７０５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７９１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５４０８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０４Ｂ ２／００－３２／０２

Ｃ０４Ｂ ４０／００－４０／０６

Ｂ０１Ｄ ５３／３４－５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／７４－５３／８５

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｂ０１Ｄ ５３／９６

Ｃ２１Ｃ ７／００－ ７／１０

Ｃ２１Ｂ ３／００－ ５／０６

Ｃ２１Ｂ １１／００－１５／０４

Ｃ２１Ｃ ５／００

Ｃ２１Ｃ ５／２８－５／５０

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣａＯ及びＳｉＯ₂を合計で５０質量％以上含み、
Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、Ｃｒ₂Ｏ₃が０．２～８．０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃が２．０～１５．０質量％、ＭｇＯが３．０～２０．０質量％、Ｍｎが０．１０～５．００質量％、Ｓが０．０１０～０．５００質量％、Ｆが０．５０質量％以下であり、
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が０．８～１．５であり、
ＭｎＳ相の平均粒子径が２５．０μｍ以下である、ステンレス鋼スラグ。

【請求項2】

Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ及びＰから選択される少なくとも１種を含み、その合計量が５．００質量％以下である、請求項１に記載のステンレス鋼スラグ。

【請求項3】

前記ＭｎＳ相が０．０１～２．００体積％、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相が０．０１～２０．００体積％であり、
前記ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相に対する前記ＭｎＳ相（ＭｎＳ相／ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相）の体積比が０．００４以上である、請求項１又は２に記載のステンレス鋼スラグ。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載のステンレス鋼スラグの製造方法であって、
Ｃ濃度が１．７質量％以上、Ｓｉ濃度が０．２質量％以上、式（１）で表されるＸが１０．０以下となるように原料を溶解して精錬することによりステンレス溶鋼の組成を制御する工程と、
前記ステンレス溶鋼の上部に生成した製鋼スラグを前記ステンレス溶鋼から分離して冷却する際に、その表面温度が５００℃以上である時間が１０時間以下となるように冷却する工程と
を含むステンレス鋼スラグの製造方法。
Ｘ＝Ｃｒ／（０．５×Ｃ＋Ｓｉ＋Ｍｎ） ・・・ （１）
式中、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ及びＭｎは、当該元素の含有量（質量％）を表す。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか一項に記載のステンレス鋼スラグを含む土中埋設用材料。

【請求項6】

高炉スラグ、固化助剤、混和剤及びアルカリ刺激剤から選択される少なくとも１種を更に含む請求項５に記載の土中埋設用材料。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ステンレス鋼スラグ及びその製造方法、並びに土中埋設用材料に関する。

【背景技術】

【0002】

ステンレス鋼の製造では、一般に、原料を溶解してステンレス溶鋼を得る際（以下、「溶解工程」という）や、ステンレス溶鋼を精錬する際（以下、「精錬工程」という）に製鋼スラグが発生する。こうした製鋼スラグには、ステンレス溶鋼中のＳｉやＡｌなどが酸化されたＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃などの酸化物や、溶解炉の耐火物に含まれるＣａＯやＭｇＯなどが含有される。また、溶解工程の低温期や精錬工程の酸素吹込み期においてＣｒの一部が酸化されて生成したＣｒ酸化物も製鋼スラグに含有される。Ｃｒ酸化物の一部は、排滓や冷却時の条件によっては微量の６価クロムに変化することがあり、製鋼スラグの資源化（例えば、道路材や土木用材などへの利用）における一つの懸念要因となっていた。

【0003】

そこで、６価クロムの溶出を抑制する方法として、特許文献１には、ステンレス鋼の脱炭製錬後、還元処理を経た溶融状態の酸化クロム含有スラグに対し、不活性ガスの吹込み攪拌下に、ＦｅＳなどの２価Ｓ化合物を添加して、スラグ中のＳ濃度を０．２０ｗｔ％以上とするステンレス鋼スラグの改質方法が提案されている。
しかしながら、この方法は、クロム含有スラグに２価Ｓ化合物を均一に混合させることが困難である。そのため、この方法によって得られるステンレス鋼スラグは、水に接触した場合に２価Ｓ化合物が溶解し、黄色を呈する「黄水」が発生することがある。

【0004】

また、特許文献２には、スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．２以下に調整して、遊離の未滓化ＣａＯを滓化させた後、排滓する含クロム鋼精錬スラグの処理方法が提案されている。
しかしながら、この方法は、遊離の未滓化ＣａＯを完全に滓化するために、１５５０℃以上に保つ必要があるため、消費電力量が増大し、多大な費用がかかる。

【0005】

また、特許文献３には、Ｃｒ₂Ｏ₃を含むスラグに含まれる全Ｃｒ量に対するＭｇＯ・Ｃｒ₂Ｏ₃に含有されるＣｒ量の割合に応じて、所定の温度まで非酸化雰囲気で冷却を行うＣｒ₂Ｏ₃含有スラグの処理方法が提案されている。
しかしながら、この方法は、実操業で非酸化雰囲気とするためには密閉容器が必要であり、非酸化雰囲気の使用も含めて多大な費用がかかる。

【0006】

さらに、特許文献４には、溶融状態にある酸化クロム含有スラグに対して、添加後の総重量に対しアルミ灰を１～３０重量％、及びマグネシア系産業廃棄物を０．５～１５重量％添加する酸化クロム含有スラグの改質方法が提案されている。
しかしながら、この方法は、溶融状態にある酸化クロム含有スラグと、アルミ灰及びマグネシア系産業廃棄物とを均一に混合させることが難しい上、アルミ灰及びマグネシア系産業廃棄物によって酸化クロム含有スラグの量が増大してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平８－１０４５５３号公報

【文献】特開２００３－３０１２１５号公報

【文献】特開２０１４－２３７５５６号公報

【文献】特開平６－１７１９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来の方法及びそれによって得られるステンレス鋼スラグは、上記のように様々な問題があることから、上記のような問題が生じないステンレス鋼スラグ及びその製造方法が求められていた。
したがって、本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、６価クロムの溶出を抑制可能なステンレス鋼スラグ及びその製造方法、並びに土中埋設用材料を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、ステンレス鋼スラグについて鋭意研究を行った結果、組成（特に、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ及びＳの含有量）及びＭｎＳ相の平均粒子径が、６価クロムの溶出と密接に関係しているという知見を得た。そして、ステンレス鋼スラグの組成及びＭｎＳ相の平均粒子径を制御することにより、上記の問題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
また、本発明者らは、ステンレス溶鋼の組成及び生成した製鋼スラグの冷却条件（特に、表面温度５００℃以上である時間）を制御することにより、ステンレス鋼スラグの組成及びＭｎＳ相の平均粒子径を制御し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0010】

すなわち、本発明は、ＣａＯ及びＳｉＯ₂を合計で５０質量％以上含み、
Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、Ｃｒ₂Ｏ₃が０．２～８．０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃が２．０～１５．０質量％、ＭｇＯが３．０～２０．０質量％、Ｍｎが０．１０～５．００質量％、Ｓが０．０１０～０．５００質量％、Ｆが０．５０質量％以下であり、
塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が０．８～１．５であり、
ＭｎＳ相の平均粒子径が２５．０μｍ以下である、ステンレス鋼スラグである。

【0011】

また、本発明は、前記ステンレス鋼スラグの製造方法であって、
Ｃ濃度が１．７質量％以上、Ｓｉ濃度が０．２質量％以上、式（１）で表されるＸが１０．０以下となるように原料を溶解して精錬することによりステンレス溶鋼の組成を制御する工程と、
前記ステンレス溶鋼の上部に生成した製鋼スラグを前記ステンレス溶鋼から分離して冷却する際に、その表面温度が５００℃以上である時間が１０時間以下となるように冷却する工程と
を含むステンレス鋼スラグの製造方法である。
Ｘ＝Ｃｒ／（０．５×Ｃ＋Ｓｉ＋Ｍｎ） ・・・ （１）
式中、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ及びＭｎは、当該元素の含有量（質量％）を表す。

【0012】

さらに、本発明は、前記ステンレス鋼スラグを含む土中埋設用材料である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、６価クロムの溶出を抑制可能なステンレス鋼スラグ及びその製造方法、並びに土中埋設用材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係るステンレス鋼スラグの断面のＳＥＭ像の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

【0016】

本発明の実施形態に係るステンレス鋼スラグ（以下、単に「スラグ」と略すことがある）は、原料を溶解してステンレス溶鋼を得る溶解工程及びステンレス溶鋼を精錬する精錬工程で発生する製鋼スラグを固化して得られたものである。
ステンレス鋼の精錬方法としては、特に限定されず、電気炉や転炉などを用い、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。例えば、電気炉内に原料を投入して加熱することでステンレス溶鋼とした後、ランスから酸素を吹き込むことによって精錬することができる。精錬終了後、電気炉内の製鋼スラグは、容器（例えば、スラグポット）に排滓し、冷却して固化させることにより、ステンレス鋼スラグとすることができる。

【0017】

スラグは、ＣａＯ及びＳｉＯ₂を主成分とする。すなわち、スラグは、ＣａＯ及びＳｉＯ₂を合計で５０質量％以上含む。
ＣａＯは、精練時に脱酸・脱硫剤として配合されるとともに、原料の溶解時に炉の耐火物が溶損することを抑制する目的でも配合され、スラグ中に含有される成分である。
ＳｉＯ₂は、ステンレス溶鋼中で脱酸元素であるＳｉが酸化されることで生成し、スラグ中に含有される成分である。

【0018】

スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）は、０．８～１．５である。塩基度が０．８未満であると、スラグ中のＳ濃度が低下するため、６価クロムの溶出が多くなる。一方、塩基度が１．５を超えると、スラグ中にＣａＳが生成し、水に溶出して黄水の原因となる。

【0019】

スラグは、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦを更に含む。
Ｃｒ₂Ｏ₃は、ステンレス溶鋼中のＣｒが酸化されることで生成し、スラグ中に含有される成分である。
スラグにおけるＣｒ₂Ｏ₃の含有量は、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、０．２～８．０質量％、好ましくは０．５～６．０質量％である。Ｃｒ₂Ｏ₃の含有量が０．２質量％未満であると、６価クロムが生成することはないため、本発明の対象外である。一方、Ｃｒ₂Ｏ₃の含有量が８．０質量％を超えると、６価クロムの溶出が多くなるとともに、有価金属である多くのＣｒが無駄になってしまう。

【0020】

Ａｌ₂Ｏ₃は、原料の溶解時に炉の耐火物が溶損することや、ステンレス溶鋼中において脱酸元素であるＡｌが酸化されることで生成し、スラグ中に含有される成分である。
スラグにおけるＡｌ₂Ｏ₃の含有量は、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、２．０～１５．０質量％、好ましくは５．０～１２．０質量％である。Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が２．０質量％未満であると、スラグの滓化性が低下し、粘度が高くなってしまう。その結果、スラグの除去が難しくなり、操業に適さなくなる。一方、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が１５．０質量％を超えると、６価クロムの生成原因となるＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃の生成量が増加し、６価クロムの溶出が多くなる。

【0021】

ＭｇＯは、原料の溶解時に炉の耐火物が溶損することでスラグ中に含有されるとともに、炉の耐火物が溶損することを抑制する目的でも配合される成分である。
スラグにおけるＭｇＯの含有量は、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、３．０～２０．０質量％、好ましくは４．０～１８．０質量％である。ＭｇＯの含有量が３．０質量％未満であると、溶解炉の耐火物の溶損が激しくなる。一方、ＭｇＯの含有量が２０．０質量％を超えると、６価クロムの生成原因となるＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃の生成量が増加し、６価クロムの溶出が多くなる。

【0022】

ＭｎＯ及びＭｎＳは、ステンレス溶鋼中のＭｎが酸化及び／又は硫化されることで生成し、スラグ中に含有される成分である。このようにＭｎは、冷却固化後のスラグ中においてＭｎＯ及びＭｎＳの形態で存在するが、これらの化合物を成分組成で区別することは難しいため、本発明ではＭｎとして組成を規定する。
スラグにおけるＭｎの含有量は、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、０．１０～５．００質量％、好ましくは０．５０～３．００質量％である。Ｍｎの含有量が０．１０質量％未満であると、６価クロムの生成抑制に有効なＭｎＳが生成し難くなるため、６価クロムの溶出が多くなる。一方、Ｍｎの含有量が５．００質量％を超えると、有価金属である多くのＭｎが無駄になってしまう。

【0023】

Ｓは、原料（ステンレス溶鋼）に含まれ、スラグ中に含有される成分である。
スラグにおけるＳの含有量は、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、０．０１０～０．５００質量％、好ましくは０．０５０～０．５００質量％である。Ｓの含有量が０．０１０質量％未満であると、６価クロムの生成抑制に有効なＭｎＳが生成し難くなるため、６価クロムの溶出が多くなる。一方、Ｓの含有量が０．５００質量％を超えると、スラグ中にＣａＳが生成し、水に溶出して黄水の原因となる。

【0024】

Ｆは、造滓剤（ＣａＦ₂）に含まれ、スラグ中に含有される成分である。造滓剤は、スラグの融点を低下し、スラグの流動性を向上させ、ステンレス溶鋼との反応性を高めるために用いられる。なお、ＣａＦ₂は、成分組成でＣａＯと区別することが難しいため、本発明ではＦとして組成を規定する。
スラグにおけるＦの含有量は、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときに、０．５０質量％以下、好ましくは０．３０質量％以下である。Ｆの含有量が０．５０質量％を超えると、スラグの水溶性が高くなるため、６価クロムやＦの溶出が多くなる。
なお、Ｆの含有量の下限は、特に限定されず、ゼロであってもよいが、好ましくは０．０１質量％である。

【0025】

スラグは、必要に応じて、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ及びＰから選択される少なくとも１種を更に含むことができる。これらの成分は、原料や各種添加剤に含まれ、スラグ中に含有される成分である。
スラグ（スラグ全体の量）におけるこれらの成分の含有量は、６価クロムの溶出にほとんど影響しないため特に限定されないが、合計量が好ましくは５．００質量％以下、より好ましくは４．５０質量％以下である。

【0026】

なお、スラグは、上記の成分以外に不可避不純物を含むことができる。不可避不純物とは、原料中に含まれる微量成分や各工程中に意図せず混入する微量成分などである。

【0027】

スラグは、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相を含むことができる。また、スラグは、ＭｎＳ相を含むことが好ましい。
これらの相は、スラグの断面をＳＥＭによって観察することによって特定することができる。
ここで、スラグ断面のＳＥＭ像の模式図を図１に示す。スラグは、図１に示されるように、ＣａＯ及びＳｉＯ₂を含む相１０と、ＭｎＳ相２０と、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相３０とを含む。
なお、ＭｎＳ相は、Ｍｎ濃度が２０質量％以上、及びＳ濃度が２０質量％以上である相である。また、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相は、Ｍｇ濃度が１０質量％以上、Ａｌ濃度が１０質量％以上、及びＣｒ濃度が１０質量％以上である相である。

【0028】

本発明者は、様々な組成を有するスラグを作製し、スラグにおけるＭｎＳ相及びＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相を調査した結果、特にＭｎＳ相の平均粒子径が６価クロムの溶出と密接に関係しているという知見を得た。
ＭｎＳ相の平均粒子径は、６価クロムの溶出を抑制する観点から、２５．０μｍ以下、好ましくは１０．０μｍ以下である。ＭｎＳ相の平均粒子径が２５．０μｍを超えると、ＭｎＳ相の個数密度が低下する。その結果、ステンレス鋼スラグを破砕すると、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相が表面に露出した際にその近傍にＭｎＳ相が十分に存在せず、Ｃｒが酸化し易くなるため、６価クロムの溶出を抑制する効果が十分に得られない。
一方、ＭｎＳ相の平均粒子径の下限値は、特に限定されないが、好ましくは０．５０μｍ、より好ましくは１．０μｍである。
なお、本明細書において平均粒子径とは、スラグ断面のＳＥＭ像において測定される円相当直径の平均値のことを意味する。円相当直径とは、観察面に現れている相の面積と等しい面積を持つ円の直径のことを意味する。

【0029】

一方、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の平均粒子径は、６価クロムの溶出にあまり影響しないため、特に限定されない。ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の典型的な平均粒子径は１０．０～５０．０μｍである。

【0030】

スラグにおけるＭｎＳ相の量は、特に限定されないが、６価クロムの溶出を安定して抑制する観点から、好ましくは０．０１～２．００体積％、より好ましくは０．０１～１．５０体積％である。
スラグにおけるＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の量は、特に限定されないが、６価クロムの溶出を安定して抑制する観点から、好ましくは０．０１～２０．００体積％、より好ましくは０．１０～１５．００体積％、更に好ましくは１．００～１２．００体積％である。
ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相に対するＭｎＳ相（ＭｎＳ相／ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相）の体積比は、好ましくは０．００４以上、より好ましくは０．００５以上である。なお、当該体積比の上限値は、特に限定されないが、好ましくは０．５００、より好ましくは０．１００、更に好ましくは０．０８０である。

【0031】

ここで、本明細書においてＭｎＳ相及びＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の量は、スラグ断面のＳＥＭ像の観察視野における各相の面積割合を、各相の体積割合（体積％）と推定した。

【0032】

上記のような特徴を有する本発明の実施形態に係るステンレス鋼スラグは、Ｃ濃度が１．７質量％以上、Ｓｉ濃度が０．２質量％以上、式（１）で表されるＸが１０．０以下となるようにステンレス溶鋼の組成を制御する工程（以下、「組成制御工程」という）と、生成した製鋼スラグを、表面温度５００℃以上である時間が１０時間以下となるように冷却する工程（以下、「冷却工程」という）とを含む方法によって製造することができる。
Ｘ＝Ｃｒ／（０．５×Ｃ＋Ｓｉ＋Ｍｎ） ・・・ （１）
式中、Ｃｒ、Ｃ、Ｓｉ及びＭｎは、当該元素の含有量（質量％）を表す。

【0033】

＜組成制御工程＞
ステンレス溶鋼のＣ濃度の上限値は、特に限定されないが、好ましくは５．０質量％、より好ましくは４．５質量％である。
ステンレス溶鋼のＳｉ濃度の上限値は、特に限定されないが、好ましくは３．０質量％、より好ましくは２．０質量％である。
ステンレス溶鋼のＣｒ及びＭｎの各濃度は、式（１）で表されるＸが上記の範囲となるような範囲であれば特に限定されない。ステンレス溶鋼の典型的なＣｒ濃度は、８．０～２５．０質量％である。また、ステンレス溶鋼の典型的なＭｎ濃度は、０．１～７．０質量％である。また、本発明の効果に対する影響が少ないため、特に記載していないが、ステンレス溶鋼中には、上記成分の他に、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｎなどのステンレス鋼に一般的に含有される成分が含有されていてもよい。

【0034】

ステンレス溶鋼の組成の制御方法は、特に限定されないが、例えば、脱酸剤（Ｓｉ、Ａｌ）、脱酸・脱硫剤（ＣａＯ）、耐火物溶損防止剤（ＭｇＯ）などの添加剤の量を調整することによって行うことができる。また、ステンレス溶鋼が上記の組成となるように、原料の種類を選択して用いてもよい。

【0035】

なお、組成制御工程は、原料を溶解してステンレス溶鋼を得る溶解工程や、ステンレス溶鋼を精錬する精錬工程の一部であり得る。
組成制御工程においてステンレス溶鋼の上部に生成した製鋼スラグは、ステンレス溶鋼と分離して容器（例えば、スラグポット）に排滓される。

【0036】

＜冷却工程＞
上記のようにして生成した製鋼スラグは、冷却工程によって固化させることにより、ステンレス鋼スラグとなる。
冷却工程では、生成した製鋼スラグを、表面温度５００℃以上である時間が１０時間以下となるように冷却する。表面温度５００℃以上である時間が１０時間を超えると、内部でＭｎＳ相が粗大化し、ＭｎＳ相の個数密度が低下する。また、ＭｎＳ相がＣａＳＯ₄相やスラグ中のＭｎＯ成分に分離してしまう場合があり、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相に対するＭｎＳ相の体積比を適切な範囲に制御するのが難しくなる。その結果、ステンレス鋼スラグを破砕すると、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相が表面に露出した際にその近傍にＭｎＳ相が十分に存在せず、Ｃｒが酸化し易くなるため、６価クロムの溶出を抑制する効果が十分に得られない。
冷却方法としては、上記の冷却条件を満たすことが可能な方法であれば特に限定されないが、製鋼スラグを排滓した容器に散水冷却する方法や、当該容器をスラグとともに水槽に浸漬する方法、又はスラグのみを水槽に浸漬する方法を用いることが好ましい。

【0037】

本発明の実施形態に係るステンレス鋼スラグは、６価クロムの溶出を抑制することができるため、道路材、土木用材、建築用材などの様々な用途で用いることができる。その中でも、このステンレス鋼スラグは、土中埋設用材料に用いることが好ましい。

【0038】

本発明の実施形態に係る土中埋設用材料は、上記のステンレス鋼スラグを含む。
土中埋設用材料に用いられるステンレス鋼スラグは、粉砕することにより、粒径が４０ｍｍ未満に調整されていることが好ましい。
土中埋設用材料におけるステンレス鋼スラグの含有量としては、特に限定されないが、好ましくは２０～４０質量％である。

【0039】

本発明の実施形態に係る土中埋設用材料は、ステンレス鋼スラグに加えて、必要に応じて、高炉スラグ、固化助剤、混和剤及びアルカリ刺激剤から選択される少なくとも１種を更に含むことができる。
土中埋設用材料における高炉スラグの含有量としては、特に限定されないが、好ましくは４０～６０質量％である。
固化助剤としては、特に限定されないが、シリカ含有物質及びポゾラン反応性を有する材料、石膏、ポルトランドセメントなどが挙げられる。シリカ含有物質及びポゾラン反応性を有する材料としては、例えば、石炭灰、各種セメント（高炉セメント、シリカセメント、フライアッシュセメント他）などがある。これらの中でも、ステンレス鋼スラグの有効利用という観点からは、高炉セメント、フライアッシュが好ましい。土中埋設用材料における固化助剤の含有量としては、特に限定されないが、好ましくは１０～３０質量％である。

【0040】

混和剤としては、特に限定されないが、カチオン型界面活性剤、アニオン型界面活性剤、ノニオン型界面活性剤、両性界面活性剤、高分子型分散剤などが含まれている分散剤などが挙げられる。混和剤の配合量は、特に限定されないが、ステンレス鋼スラグ、高炉スラグ及び固化助剤の合計１００質量部に対して、０．１～５質量部であることが好ましい。
アルカリ刺激剤としては、特に限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸化物、硫酸塩、塩化物、又はトリエチルアミン、ジエチルアミン、ｎ－ブチルアミン、ｐ－ジメチルアミノエタノール、トリエタノールアミンなどのアミン類、又はアンモニア、テトラメチルアンモニウムハイドロキサイド、テトラメチルアンモニウムフルオライド、テトラｎ－ブチルアンモニウムフルオライド、ベンジルトリメチルアンモニウムフルオライドなどの４級アンモニウム塩類などが挙げられる。アルカリ刺激剤の配合量は、特に限定されないが、ステンレス鋼スラグ、高炉スラグ及び固化助剤の合計１００質量部に対して、０．１～５質量部であることが好ましい。

【実施例】

【0041】

以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。

【0042】

ステンレス鋼の原料を電気炉に投入して加熱することでステンレス溶鋼とした後、脱酸剤（Ｓｉ、Ａｌ）、脱酸・脱硫剤（ＣａＯ）の添加量を調整し、表１の組成となるように制御して溶解した。

【0043】

【表1】

【0044】

溶解後、ステンレス溶鋼の上部に生成した製鋼スラグをステンレス溶鋼と分離して鉄製容器に排滓した（５～１０ｔ）。次に、鉄製容器を大気中で散水放冷することにより、製鋼スラグを表面温度５００℃以上である時間が表２に示す条件となるように冷却し、ステンレス鋼スラグを得た。得られたステンレス鋼スラグの組成を表２に示す。ステンレス鋼スラグの組成は、蛍光Ｘ線分析により求めた。ただし、Ｆの含有量についてはイオン電極分析により求めた。蛍光Ｘ線分析では、ステンレス鋼スラグを振動ミルで予め粉砕し、得られた粉末を圧粉して粉末ブリケットを作製し、蛍光Ｘ線分析試料として供した。蛍光Ｘ線分析は、島津製作所製のＭＸＦ－２１００（Ｘ線ターゲット：Ｒｈ）を用い、Ｘ線源の出力は、管電圧４５ｋＶ、管電流６０ｍＡとした。また、イオン電極分析では、ステンレス鋼スラグをアルカリ融解して溶液を作製し、イオン電極分析試料として供した。イオン電極分析は、サーモサイエンティフィック（Thermo Scientific）社製のＯｒｉｏｎ Ｄｕａｌ Ｓｔａｒ（登録商標）を用いた。なお、ステンレス鋼スラグの組成において、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｂ及びＰの含有量は、ステンレス鋼スラグ全体を１００％としたときの含有量であり、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの含有量は、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ｍｎ、Ｓ及びＦの合計量を１００質量％としたときの含有量である。

【0045】

【表2】

【0046】

上記で得られたステンレス鋼スラグを切断し、切断面を乾式切断した後にＳＥＭ観察を行った。ＳＥＭ観察では、未滓化ＣａＯの有無を確認するとともに、観察視野内におけるＭｎＳ相及びＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の量を求めた。ＭｎＳ相及びＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の量（体積％）は、上記の方法によって求めた。また、この結果からＭｎＳ相／ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の体積比を算出した。
また、ＳＥＭ観察で得られた１ｍｍ×１ｍｍ以上の視野中で任意のＭｎＳ相２０個の円相当直径を測定し、その平均値をＭｎＳ相の平均粒子径とした。

【0047】

次に、上記で得られたステンレス鋼スラグを粉砕し、６価クロムの溶出試験を行った。この試験は、土壌環境基準の検定方法である環境庁告示第４６号に則した溶出試験方法に基づいて行った。溶出試験に使用したステンレス鋼スラグの粒径は、環境庁告示第４６号に従い２ｍｍ以下に調整した。６価クロムの溶出量は、０．０５ｍｇ／Ｌ以下であれば合格とみなすことができる。
上記の各評価結果を表３に示す。

【0048】

【表3】

【0049】

表３に示されるように、Ｎｏ．１～１０のステンレス鋼スラグ（本発明例）は、６価クロムの溶出量が少なかった。
これに対してＮｏ．１１のステンレス鋼スラグ（比較例）は、Ｃｒ₂Ｏ₃の含有量が多すぎたため、６価クロムの溶出量が多くなった。これは、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相がＭｎＳ相に比べて多く生成したことが原因であると考えられる。
Ｎｏ．１２のステンレス鋼スラグ（比較例）は、Ａｌ₂Ｏ₃の含有量が多すぎたため、６価クロムの溶出量が多くなった。これは、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相がＭｎＳ相に比べて多く生成したことが原因であると考えられる。
Ｎｏ．１３のステンレス鋼スラグ（比較例）は、Ｓの含有量が少なすぎたため、６価クロムの溶出量が多くなった。これは、ＭｎＳ相がＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相に比べて少なく生成したことが原因であると考えられる。

【0050】

Ｎｏ．１４のステンレス鋼スラグ（比較例）は、Ｍｎの含有量が少なすぎるとともに、塩基度が高すぎたため、６価クロムの溶出量が多くなった。これは、ＭｎＳ相がＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相に比べて少なく生成したことが原因であると考えられる。
Ｎｏ.１５のステンレス鋼スラグ（比較例）は、ＭｎＳ相の平均粒子径が大きすぎたため、６価クロムの溶出量が多くなった。ＭｎＳ相が粗大化したのは、ステンレス鋼スラグの製造工程において、製鋼スラグの冷却速度が遅く、表面温度５００℃以上である時間が１５時間と長すぎたためであると考えられる。また、６価クロムの溶出量が多くなったのは、ＭｎＳ相の粗大化によってＭｎＳ相の個数密度が低下し、スラグ破砕時に露出したＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相の近傍にＭｎＳ相が十分に存在せず、Ｃｒが酸化して６価クロムを生成する反応が起こり易くなったためであると考えられる。

【0051】

以上の結果からわかるように、本発明によれば、６価クロムの溶出を抑制可能なステンレス鋼スラグ及びその製造方法、並びに土中埋設用材料を提供することができる。

【符号の説明】

【0052】

１０ ＣａＯ及びＳｉＯ₂を含む相
２０ ＭｎＳ相
３０ ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃・Ｃｒ₂Ｏ₃相

【図1】