JPH11510470A - 高炉スラグ粒状物をロールプレス粉砕する時の補助剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高炉スラグ粒状物を粉砕する時の粉砕補助剤および強化ロールプレス方法であって、ここでは、該ロールプレスのスラグ供給材料の処理を、約０．００２から０．２重量パーセント量のポリアクリル酸もしくはそれのアルカリ金属塩を約４重量パーセント以下の量の水と組み合わせて用いて行う。

Description

【発明の詳細な説明】 高炉スラグ粒状物をロールプレス粉砕する時の補助剤 発明の背景 本発明は、粉砕補助組成物（ｇｒｉｎｄｉｎｇ ａｉｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉ ｏｎ）そして上記粉砕補助剤をロールプレス（ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓ）と協力さ せて用いることでスラグ（ｓｌａｇ）粉砕を強化させた方法に向けたものである 。具体的には、本発明は、ロールプレス製粉回路によるスラグ材料の粉砕効率を 高める手段としてポリアクリル酸もしくはそれのアルカリ金属塩を用いることに 向けたものである。 スラグは鉄の高炉運転で通常生じる副生成物である。高炉には、通常、鉄鉱石 の層、フラックス（ｆｌｕｘ）石、燃料および他の酸化鉄源が高度に管理された 金属加工の一部として仕込まれる。上記炉では、非常に高い温度を達成する目的 で熱および酸素が強制的に供給されておりそして溶融した鉄を上記炉の下部から 抜き取ることで溶融鉄を集めることが行われている。この溶融鉄の直ぐ上部に生 じた溶融スラグもまた上記炉から抜き取られることで取り出され、それを水で急 冷すると、湿っている粒状のスラグ材料が生じる。 このような高炉スラグ粒状物は非金属性の生成物であり、これは主にカルシウ ムのケイ酸塩およびアルミノケイ酸と他の塩基から成っている。コンクリートお よびモルタル組成物で使用可能な粒状スラグの仕様がＡＳＴＭ Ｃ−９８９に与 えられておりそしてブレンドセメントに入れる１成分として使用可能な粉砕品（ 粒状スラグから生じさせることができる）の仕様がＡＳＨＴＯ−ＭＲ０２に与え られている（例えばブレンド水硬セメントに関するＡＳＴＭ Ｃ−５９５標準仕 様など）。 セメント組成物に含める水硬セメント成分の一部（約５０重量パーセント以下 ）をスラグの粉砕粉末品に置き換えることでブレンドセメント組成物を生じさせ ることができる。モルタル（水硬セメントと小型骨材、例えば砂などと水）およ びコンクリート（水硬セメントと小型骨材と大型骨材、例えば石などと水）のセ メント組成物にスラグをこの組成物の一部として存在させると、そのような組成 物は一般に向上した後期熟成強度（ｌａｔｅｒ ａｇｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を 示す。 粒状スラグを粉末品にする場合、通常、ボールミル（ｂａｌｌ ｍｉｌｌ）ま たはロールプレスによる処理が行われている。ボールミル運転の場合、上記粒状 物を上記ミルのボール要素で連続的であるがランダムに打つことでその粒状物を 粉砕して所望の粉末を生じさせることで処理が行われる。生じた粒子がボールミ ル内に分散したまま維持されるのを促す作用剤（通常は「粉砕補助剤」と呼ばれ る）をこのミル内に存在させると、ボールミルの運転効率がより高くなる。従っ て、ボールミルの運転ではリグニンスルホネート類、トリエタノールアミンなど の如き化合物が用いられてきた。 ロールプレスの作動機構はボールミルのそれとは明らかに異なる。スラグ粒状 物が１対のロールのロール間隙に送り込まれる。上記粒状物は、この粒状物がロ ールの間を通る間に生じる圧縮力を１回受ける。上記粒状物は、上記ローラーに よって圧縮させることで非常に小さい粒子に崩壊するばかりでなく、この粒状物 を崩壊させておくことで、これを次に脱凝集装置（ｄｅａｇｇｌｏｍｅｒａｔｏ ｒ）にかけた時に完全な分解が起こる。 このロールプレスに関連した１つの問題は、供給材料である粒状物を ローラーの間に通すことができる速度である。小型の粒子（再循環流れに由来す る）はほとんど問題なく通過するが、より大型の粒状物（原料に由来する）はロ ーラーのロール間隙上に保持される傾向がある。水を少量、例えば供給材料全体 を基準にして約３重量パーセントの如き量で添加すると大型の粒状物がロール間 隙領域の中により容易に入ることを促す補助手段が得られることが一般に知られ ている。この水によって上記粒状物および粒子が接着して相互作用することでそ れらがロール間隙の領域を通り抜けるのが促されると考えている。 最終製品は乾燥粉末でなければならず、従って、その工程の最終仕上げで水を 除去する必要がある。水を用いると、その粉末製品から水を追い出す時に多量の エネルギーを要し、脱凝集装置の効率が低下し、かつ上記工程に関連した粉じん 収集装置の詰まりが起こると言った欠点が生じる。従って、必要な水の量を低く する一方でロールミルによるスラグの粉末化効率を高める手段を与える組成物を 提供することが望まれている。 発明の要約 本発明は、高炉スラグ粒状物から粉末スラグ製品を製造する改良ロールプレス 方法および上記改良方法をもたらし得る粉砕補助剤に向けたものである。本方法 では、ロールプレス供給材料がロールミルを通る速度を速めかつこの工程におけ る水含有量を低くする目的で、以下に詳細に記述する如きポリアクリル酸または それのアルカリ金属塩をロールプレス供給材料に供給する必要がある。 詳細な説明 本発明は、高炉スラグ粒状物から粉末、即ち粉砕されたスラグを生じ させる改良ロールプレス方法に向けたものである。この改良では、ポリアクリル 酸もしくはそれのアルカリ塩またはそれらの混合物をロールプレスの供給材料流 れに少量供給する必要がある。ポリアクリル酸またはそれのアルカリ塩を供給す ると、スラグ粒状物がロールミルの中を通る流れが増強される一方で供給原料に 供給すべき水の量を大きく減少させることができる。従って、ここに記述するよ うにポリアクリル酸を供給すると、上記工程の最終仕上げ段階で行う水の除去で 要するエネルギー消費量が低下し、かつこの主題工程で水を用いることに通常関 連する他の欠陥が実質的に減少する。 水に溶解し得るポリアクリル酸またはそれのアルカリ金属塩が本発明で用いる に有用な作用剤であることを見い出した。本明細書および添付請求の範囲で用い る如き用語「ポリアクリル酸」は、アクリル酸のホモポリマー、およびアクリル 酸と共重合性エチレン系モノマー類、例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン 、スチレン、メタアクリル酸などから作られたコポリマー類を意味する。上記共 重合性モノマー類の存在量は通常３０モルパーセント以下、好適には２０モルパ ーセント以下である。好適な作用剤は、アクリル酸のホモポリマー、およびアク リル酸のホモポリマーをアルカリ金属塩基で部分的に中和したもの、例えばポリ アクリル酸のナトリウム塩などである。このポリマーは水溶性でなければならな い。これの重量平均分子量は少なくとも約２５，０００であるベきである。好適 なポリマーの分子量は少なくとも５０，０００、最も好適には約５０，０００か ら５００，０００である。この上に記述したポリアクリル酸を用いる時、そのポ リマーの分子量が低いと向上した特性が得られないことを確認した。 このポリマーを水に溶解させてポリマー固体が溶液中に約１０から５０（好適 には２５から４５）重量パーセント入っている水溶液を生じさせる。この溶液の 供給が容易であるに充分なほど流動することを条件として、より高い濃度の溶液 も使用可能である。 スラグを処理する通常のロールプレスにおいて、そのロールミルを通る流れを 増強させる目的で用いられる水の量は、供給材料の約１から４重量パーセントの 範囲である。本方法でロールミル供給材料（即ち粒状のスラグと、分級装置およ び／または脱凝集装置からいくらか再循環して来るスラグ材料）の一部として用 いるポリアクリル酸の量は、スラグ供給材料全体を基準にして約０．００２から ０．３（好適には０．０１から０．２）重量パーセントの範囲でなければならな い。このポリアクリル酸は個々別々の水溶液として供給可能であるか、或は粒状 スラグに供給する水の全体量が以下に記述する如き本方法で必要とする水の量に なるようにそれを追加的量の水と前以て混合しておくことも可能である。 この主題ポリアクリル酸を用いるとロールミル工程で用いる水の量を実質的に 下げることができることを予想外に見い出した。本発明に従ってポリアクリル酸 を少量用いると水の量をほぼ半分にしたとしても達成される結果は同じで同じ効 率をロールプレスで達成することができることを予想外に見い出した。ここで必 要な水の総量はスラグ供給材料全体の約０．１から４（好適には０．１から２、 最も好適には０．２から１）重量パーセントである。このポリアクリル酸溶液に 入っている水も要求される水の総量の一部になると見なされるべきである。従っ て、工程操作中に存在させそして最終仕上げ段階で除去する必要がある水の量は 、通常用いられる量よりも実質的に少ない。従って、粉じん収集装置で観 察されるケーキングの度合が低くなり、かつ乾燥粉末製品の製造で要求されるエ ネルギー量が少なくなる。 この主題ポリアクリル酸を第三級ヒドロキシアルキルアミン類、例えばトリ（ Ｃ₂−Ｃ₄ヒドロキシアルキル）アミン、例えばトリエタノールアミン、トリイソ プロパノールアミンなどばかりでなくヒドロキシアルキル基の１つまたは２つが Ｃ₁−Ｃ₆アルキルおよびシクロアルキル基に置き換わっている上記第三級アミン 類、例えばジエタノールエチルアミン、ジエチルエタノールアミンなどと組み合 わせて用いることができることを更に見い出した（但し、上記第三級アミンが水 に溶解し得ることと上記ポリアクリル酸溶液に混和し得ることを条件とする）。 使用するポリアクリル酸に対するアミンの比率は０．１から１０の比率でなけれ ばならない。 製造した粉末スラグ製品はその中に本発明のポリアクリル酸剤をまだ含有して いる可能性がある。本方法で用いる必要があるポリアクリル酸は、生じさせるセ メント組成物のパックセット（ｐａｃｋ ｓｅｔ）特性にも圧縮強度にも硬化時 間にも悪影響を与えない（通常の組成物に比較して）。 この主題方法は特にロールプレス工程に向けたものである。上記工程でロール ミルに供給される供給材料は、新しく供給される高炉スラグ粒状物とそれに混ぜ 合わせる再循環材料［分級装置および任意に脱凝集装置（例えばハンマーミル） から来る］で構成される。この供給材料全体を構成する混合物に含まれるところ の、再循環に由来するスラグ材料と新しく供給される粒状スラグの比率は通常３ ：１から５：１である。その結果として得られる製品は高いＢｌａｉｎｅ表面積 である約５００か ら９００ｍ²／ｋｇの表面積を有する微粉末であるが、通常望まれる表面積は５ ００から７００ｍ²／ｋｇである。 実施例１ スラグ材料に高い圧力を１回受けさせそしてその結果として圧縮されたケーキ 状生成物に撹拌を短期間受けさせる静的実験室試験でロールプレス力を評価した 。この最初に生じた圧縮ケーキ状生成物が撹拌後にそれの一体性を保持し得るこ とは、操作が向上するようにスラグが凝集してロールプレスのロール間隙の中に 運ばれ得ることに対して直接的な相関関係を示すと考えている。 米国基準ふるいサイズの８号上に保持される材料の量が１０．６％で１６号上 に保持される量が３４．３％で３０号上に保持される量が３７．１％で５０号上 に保持される量が１４．３％で通過する量が３．７％であることに相当する粒子 サイズ分布を示す高炉スラグ粒状物を用いた。各々の粒状スラグの量が８０重量 部になるようにサンプルを複数作成し、そのスラグの各々をＣａｒｖｅｒプレス に備わっている２インチの円形ダイスの中に入れて１０６バールの圧力を１回受 けさせた。この圧力を受けさせるに先立って、上記スラグに水を０重量％、４％ 重量および８重量％加えることで数組のサンプルを作成しておいた。加うるに、 重量平均分子量（Ｍ_w）が５０，０００のポリアクリル酸を上記４％用量の一部 として上記スラグに加えた１組のサンプルを作成した。 圧縮ケーキの各々を積み重ねたふるいの一部としての８号ふるい上に置いて、 垂直方向と水平方向の両方に動く撹拌を１分間受けさせた（Ｒｏ−Ｔａｐ装置を 用いて）。上記積み重ねたふるいの各々に保持された材料の重量を測定すること で、達成された合着力（ｃｏｈｅｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）を測定した（メッシュサイズが大きいふるいに保持された材料の量 ）。 以下の表Ｉに示す結果は、水を添加すると圧縮ケーキの合着力が高くなること を示している。水を０％、４％および８％入れたサンプルのそれぞれで８号のふ るいに保持された材料の量が６．８から９．７そして１８．４に増えたことで、 上記を確認した。用量が４％になるようにポリアクリル酸を０．２重量％と水を ３．８重量％入れたサンプルでは、水のみを４％入れたサンプルに比較して合着 力が約２６０％高くなり、そして水を８％入れたサンプルよりも結果が１３８％ 向上した。 このような結果は、ポリアクリル酸を少量添加すると向上した合着力を得るこ とができることと、水の含有量を低くしても水をより多い用量で用いた時に達成 される合着力に相当する合着力を達成することができることを示している。 実施例２ 水のみを０．５％、１％および２％入れたサンプルを、液体用量の全体が０． ５％になるようにポリアクリル酸（Ｍｗ＝５０，０００）を０．０５％および水 を０．４５％入れたサンプルと比較する以外は、実施例 １の試験を繰り返した。使用したスラグは、この上の実施例１に記述した高炉ス ラグ粒状物が１部で分級装置の流れから得た再循環材料が４部の混合物であり、 それによって、８号上に保持される量が１３．８％で１６号上に保持される量が １３．７％で３０号上に保持される量が１７．０％で５０号上に保持される量が １１．０％で通過する量が４４．５％である粒子サイズ分布を示す供給材料組成 物を生じさせた。 ＰＡＡを０．０５％および水を０．４５％入れたサンプルが示す合着力は、水 のみを入れたサンプルが示す合着力に等しいか或はそれよりも良好であった。表 ＩＩのデータは、ニップロールプレス（ｎｉｐ ｒｏｌｌ ｐｒｅｓｓ）に通す 時に達成される処理は等しいか或は良好でありながらロールプレス供給材料の水 含有量を実質的に低くすることができることと、水を多量に除去することが回避 されることを示している。 実施例３ ポリアクリル酸を入れたサンプルに更にトリイソプロパノールアミンを０．０ ５重量％添加して実施例２と同様なサンプルを作成した。圧縮ケーキを４ポンド のインパクター（ｉｍｐａｃｔｏｒ）（５０ジュールのエネルギー）に３回かけ た。その結果として生じた材料をふるいにかけ、８号のふるいに保持された材料 と１６号のふるいに保持された材料 を一緒にして、それらに更に衝撃を３回受けさせた。その結果として生じた材料 を積み重ねたふるいに通すことで、それの分析を行った。サンプルにトリイソプ ロパノールアミンを添加剤の一部として含有させることでそれを脱凝集装置、例 えばハンマーミルなどにかけると微細物のパーセントがより高くなるであろうこ とを確認した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． スラグ供給材料流れをロールプレスにかけることでロールプレスケーキ を生じさせ、このプレスにかけたケーキを脱凝集装置にかけることで粉末材料を 生じさせ、この粉末材料を分級装置にかけることで粉砕スラグ粉末を分離して回 収する一方、該材料の残りを該ロールプレス供給材料流れに戻すことを通して、 高炉スラグ粒状物を粉砕スラグ粉末に変換する方法であって、ここでの改良が、 少なくとも２５，０００の重量平均分子量を有するポリアクリル酸もしくはそれ のアルカリ金属塩またはそれらの混合物を該ロールプレスへのスラグ供給材料の 全重量を基準にして０．００２から０．３重量パーセント含みかつ水を約０．１ から４重量パーセント含む組み合わせを該スラグ供給材料流れに供給することを 含む方法。 ２． 該ポリアクリル酸を固体状ポリマーが中に約１０から５０重量パーセン ト入っている水溶液として供給する請求の範囲第１項の方法。 ３． 該ポリアクリル酸と水全体を前以て混合しておいて一緒に供給する請求 の範囲第１項の方法。 ４． 該ポリアクリル酸が約５０，０００から５００，０００の重量平均分子 量を有する請求の範囲第２項の方法。 ５． 該ポリアクリル酸を該ロールプレス供給材料の全体を基準にして約０． ０１から０．２重量パーセントの用量で供給しかつ水を０．１から２重量パーセ ントの量で供給する請求の範囲第４項の方法。 ６． 高炉スラグ粒状物をロールプレス工程で粉砕する時に用いるに有用な粉 砕補助組成物であって、少なくとも２５，０００の重量平均分子量を有するポリ アクリル酸もしくはそれのアルカリ金属塩またはそれ らの混合物が中に約１０から５０重量パーセント溶解している水溶液で構成させ た粉砕補助組成物。 ７． 上記水溶液に更に少なくとも１種のトリ（Ｃ₂−Ｃ₄ヒドロキシアルキル ）アミンが入っている請求の範囲第６項の粉砕補助組成物。 ８． 上記ヒドロキシアルキル基が２つ以下の数でＣ₁−Ｃ₅アルキル基（類） に置き換わっている請求の範囲第７項の粉砕補助組成物。 ９． 該ポリアクリル酸が約５０，０００から５００，０００の重量平均分子 量を有する請求の範囲第６項の粉砕補助組成物。 １０． 該ポリアクリル酸が約５０，０００から５００，０００の重量平均分 子量を有する請求の範囲第７項の粉砕補助組成物。 １１． 該ポリアクリル酸が約５０，０００から５００，０００の重量平均分 子量を有する請求の範囲第８項の粉砕補助組成物。