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技術 熱間充填材

出願人 黒崎播磨株式会社
発明者 本田和寛白曼統一赤井哲中道翼大野洋輔
出願日 2018年10月22日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2018-198629
公開日 2020年4月30日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-066537
状態 特許登録済
技術分野 セラミック製品3 炉の外套、ライニング、壁、天井(炉一般1)
主要キーワード 施工対象箇所 塩基性原料 のれん 充填直後 転炉出鋼口 見掛け気孔率 ブルーサイト 低融点化合物
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年4月30日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題

熱間充填材充填性を向上させる。

解決手段

耐火原料100質量%に対してバインダー及び水を添加してなる熱間充填材において、前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径1mm以上の塩基性原料を25質量%以上60質量%以下、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を5質量%以上25質量%以下含み、前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径20μm未満の塩基性原料の含有量が30質量%以下(0を含む。)である。

概要

背景

転炉出鋼口スリーブ交換作業を例に挙げて、熱間充填材の一使用形態を説明する。 図1(A)に示すように、まず、出鋼を終えた転炉1を、トラニオン2を軸として、出鋼口3が作業床4に近づくように傾動させる。作業者は、ブレーカー5によって、古いスリーブ6を解体し、これを出鋼口3から除去する。
図1(B)に示すように、次に、トラニオン2を軸として、出鋼口3が下方を向くように転炉1を傾動させ、出鋼口3に新しいスリーブ7を嵌め込む。次に、吐出装置9を用いて、新しいスリーブ7と転炉1本体との間の隙間(以下「施工対象箇所」という。)に熱間充填材8を吐出し、施工対象箇所を熱間充填材8で充填する。

熱間充填材8は、塩基性原料を含む耐火原料バインダー及び水を加えてなる。図1(B)の例では、水は、吐出装置9の吐出パイプ10内で加えられる。施工対象箇所の温度は例えば600〜1000℃程度であり、熱間充填材8は充填直後沸騰を生じる。この沸騰する力により、熱間充填材8が施工対象箇所内で攪拌され、施工対象箇所に密に充填される。沸騰が沈静化した後、バインダーの結合作用により熱間充填材8が硬化する(例えば特許文献1参照)。

このような熱間充填材には、その基本的な特性として前述の施工対象箇所のような隙間への充填性が求められるが、従来、その充填性は十分とはいえなかった。

概要

熱間充填材の充填性を向上させる。耐火原料100質量%に対してバインダー及び水を添加してなる熱間充填材において、前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径1mm以上の塩基性原料を25質量%以上60質量%以下、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を5質量%以上25質量%以下含み、前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径20μm未満の塩基性原料の含有量が30質量%以下(0を含む。)である。なし

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

耐火原料100質量%に対してバインダー及び水を添加してなる熱間充填材であって、前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径1mm以上の塩基性原料を25質量%以上60質量%以下、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を5質量%以上25質量%以下含み、前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径20μm未満の塩基性原料の含有量が30質量%以下(0を含む。)である、熱間充填材。

請求項2

前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径1mm以上の塩基性原料を30質量%以上50質量%以下、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を10質量%以上20質量%以下含み、前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径20μm未満の塩基性原料の含有量が20質量%以下(0を含む。)である、請求項1に記載の熱間充填材。

請求項3

前記耐火原料100質量%中に占める割合で、SiO2及びFe2O3の合量が3.2質量%以上7質量%以下であり、かつFe2O3の含有量が1.5質量%以下(0を含む。)である、請求項1又は2に記載の熱間充填材。

請求項4

前記耐火原料100質量%中に占める割合で、SiO2及びFe2O3の合量が3.2質量%以上5.5質量%以下であり、かつFe2O3の含有量が1.5質量%以下(0を含む。)である、請求項1又は2に記載の熱間充填材。

請求項5

前記バインダーは、リン酸塩及び珪酸塩の中から選択される少なくとも1種を含むものである、請求項1から4のいずれか一項に記載の熱間充填材。

技術分野

0001

本発明は熱間充填材に関する。

背景技術

0002

転炉出鋼口スリーブ交換作業を例に挙げて、熱間充填材の一使用形態を説明する。図1(A)に示すように、まず、出鋼を終えた転炉1を、トラニオン2を軸として、出鋼口3が作業床4に近づくように傾動させる。作業者は、ブレーカー5によって、古いスリーブ6を解体し、これを出鋼口3から除去する。
図1(B)に示すように、次に、トラニオン2を軸として、出鋼口3が下方を向くように転炉1を傾動させ、出鋼口3に新しいスリーブ7を嵌め込む。次に、吐出装置9を用いて、新しいスリーブ7と転炉1本体との間の隙間(以下「施工対象箇所」という。)に熱間充填材8を吐出し、施工対象箇所を熱間充填材8で充填する。

0003

熱間充填材8は、塩基性原料を含む耐火原料バインダー及び水を加えてなる。図1(B)の例では、水は、吐出装置9の吐出パイプ10内で加えられる。施工対象箇所の温度は例えば600〜1000℃程度であり、熱間充填材8は充填直後沸騰を生じる。この沸騰する力により、熱間充填材8が施工対象箇所内で攪拌され、施工対象箇所に密に充填される。沸騰が沈静化した後、バインダーの結合作用により熱間充填材8が硬化する(例えば特許文献1参照)。

0004

このような熱間充填材には、その基本的な特性として前述の施工対象箇所のような隙間への充填性が求められるが、従来、その充填性は十分とはいえなかった。

先行技術

0005

特許第4960906号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明が解決しようとする課題は、熱間充填材の充填性を向上させることにある。

課題を解決するための手段

0007

熱間充填材は隙間へ充填されるものであることから、隙間へ充填される前に硬化すると充填性が悪くなる(隙間への充填性を確保できない)。そこで本発明者らが、熱間充填材を構成する塩基性原料の粒度構成に着目して実験及び検討を重ねた結果、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を適量含むと、熱間充填材が隙間へ充填されやすくなり、しかも隙間へ充填された後に硬化するという知見を得た。

0008

すなわち本発明の一観点によれば、次の熱間充填材が提供される。
耐火原料100質量%に対してバインダー及び水を添加してなる熱間充填材であって、
前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径1mm以上の塩基性原料を25質量%以上60質量%以下、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を5質量%以上25質量%以下含み、
前記耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径20μm未満の塩基性原料の含有量が30質量%以下(0を含む。)である、熱間充填材。

0009

なお、本発明でいう粒径とは、耐火原料粒子いで篩って分離したときの篩い目の大きさのことであり、例えば粒径20μm未満の塩基性原料とは、篩い目が20μmの篩いを通過する塩基性原料のことで、粒径20μm以上の塩基性原料とは、篩い目が20μmの篩い目を通過しない塩基性原料のことである。

発明の効果

0010

本発明によれば、熱間充填材の充填性を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0011

熱間充填材の一使用形態を示す図。
充填性の評価に使用したれんがセットを示す図。

0012

本発明の熱間充填材は、耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を5質量%以上25質量%以下含む。塩基性原料は、Mg2+イオンやCa2+イオンを溶出し、この溶出したMg2+イオンやCa2+イオンがバインダー等と反応して施工体の硬化に寄与するところ、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料は比表面積が適度であることから、Mg2+イオンやCa2+イオンを適切な溶出速度で溶出する。したがって、この粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を適量含むことにより、施工体を適切なタイミングで硬化させることができる。また、この粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を適量含むことにより、熱間充填材の流動性が向上し、隙間へ充填されやすくなる。すなわち、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料を5質量%以上25質量%以下含む熱間充填材は隙間へ充填されやすくなり、しかも隙間へ充填された後に硬化するから、隙間への充填性が向上する。
粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料の含有量が5質量%未満であると、施工体が硬化しないか施工体の硬化に長時間を要するため実操業に支障をきたす。一方、粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料の含有量が25質量%超であると、一旦、隙間へは充填されるものの、受熱により施工体が収縮し再び隙間が生じる。
粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料の含有量は、10質量%以上20質量%以下であることが好ましい。

0013

本発明の熱間充填材は、耐火原料100質量%中に占める割合で、粒径1mm以上の塩基性原料を25質量%以上60質量%以下含む。この粒径1mm以上の塩基性原料の含有量が25質量%未満の場合、耐火原料の粒度構成のバランスが悪くなり、施工体強度が低下する。一方、粒径1mm以上の塩基性原料の含有量が60質量%超の場合、施工体中に空隙が多くなり、やはり施工体強度が低下する。
粒径1mm以上の塩基性原料の含有量は、30質量%以上50質量%以下であることが好ましい。

0014

本発明の熱間充填材において粒径20μm未満の塩基性原料の含有量は30質量%以下(0を含む。)とする。この粒径20μm未満の塩基性原料の含有量が30質量%超の場合、Mg2+イオンやCa2+イオンの溶出が早すぎて、隙間に充填される前に硬化し、均一に充填できない。粒径20μm未満の塩基性原料の含有量は20質量%以下(0を含む。)であることが好ましい。

0015

なお、本発明の熱間充填材は、粒径106μm以上1mm未満の塩基性原料を含んでもよいし含まなくてもよい。

0016

塩基性原料としては、熱間充填材に一般的に使用されている塩基性原料を使用することができ、例えば、マグネシアドロマイトオリビンブルーサイト炭酸カルシウム、マグネシア−カーボン系などが挙げられる。また、本発明の熱間充填材は、塩基性原料以外の耐火原料として、アルミナスピネル炭化ケイ素、アルミナ−シリカ系などを含み得る。

0017

本発明の熱間充填材は、耐火原料100質量%中に占める割合で、SiO2及びFe2O3の合量が3.2質量%以上7質量%以下であり、かつFe2O3の含有量が1.5質量%以下(0を含む。)であることが好ましい。SiO2及びFe2O3は、塩基性原料中のMgOやCaOと化合物を形成し、Mg2+イオン、Ca2+イオンの溶出を抑える効果を奏する。このため、施工体が早期に硬化し粘性が高くなって充填性が低下するのを抑えることができるが、SiO2及びFe2O3の合量が3.2質量%未満では、Mg2+イオン、Ca2+イオンの溶出を抑える効果が十分には発揮されない。一方、SiO2及びFe2O3の合量が7質量%を超えると、Mg2+イオン、Ca2+イオンが適切な溶出速度を下回り、硬化しづらくなる。SiO2及びFe2O3の合量は3.2質量%以上5.5質量%以下であることがより好ましい。
また、Fe2O3の含有量が1.5質量%を超えると、低融点化合物を生成し耐食性が低下するおそれがあるので、Fe2O3の含有量は1.5質量%以下(0を含む。)であることが好ましい。
ここで、Fe2O3の含有量は、蛍光X線分析にて試料中のFe量を検出し、酸化物換算(Fe2O3)したものとする。同様にSiO2の含有量は、蛍光X線分析にて試料中のSi量を検出し、酸化物換算(SiO2)したものとする。

0018

本発明の熱間充填材は、前述のような耐火原料100質量%に対して、バインダー及び水を添加したものである。
バインダーとしては、熱間充填材に一般的に使用されているものを使用することができ、例えばリン酸塩珪酸塩ピッチ粉末樹脂アルミナセメントなどが挙げられるが、典型的にはリン酸塩及び珪酸塩の中から選択される少なくとも1種を含むものを使用する。リン酸塩としては、リン酸ソーダリン酸カリウムリン酸リチウムリン酸カルシウムリン酸マグネシウムリン酸アルミニウムなどがあり、珪酸塩としては、珪酸ソーダ珪酸カリウム珪酸カルシウムなどがある。また、バインダーの添加量も一般的な熱間充填材と同様でよく、例えば耐火原料100質量%に対して外掛けで1質量%以上10質量%以下である。
なお、バインダーには添加剤を使用してもよい。添加剤としては、硬化剤分散剤増粘剤などの各種の添加剤を使用することができる。例えば、硬化剤としては消石灰、分散剤としてはリン酸塩、増粘剤としては粘土を使用することができる。

0019

水の添加量も一般的な熱間充填材と同様でよく、例えば耐火原料100質量%に対して外掛けで30質量%以上60質量%以下である。

0020

以上のような本発明の熱間充填材は、図1(B)に示したように吐出装置9を用いてエアーで吐出してもよいし、吐出装置9を用いずに流し込んでもよいし、焼失する容器に入れて投入してもよい。

0021

表1及び表2に、本発明の実施例及び比較例の耐火原料構成と評価結果を示している。表1及び表2において「塩基性原料」としては実施例8を除いてマグネシアを使用し、実施例8ではマグネシアとドロマイトを併用した。評価項目評価方法は、以下のとおりである。

0022

<充填性>
表1及び表2に示す各例の耐火原料に適量のバインダー(リン酸ソーダ)及び水を添加して得た各例の熱間充填材を、図2に示すようにれんがセット11(4個のマグネシア−カーボンれんが11aの組合せ)に形成した15mm角×230mmの四角錐状の隙間12に、このれんがセット11を1000℃に加熱したうえで流し込んだ。冷却後、れんがセット11を切断し、隙間12への充填性(未充填の隙間の大きさ)を確認した。充填性の評価では、未充填の隙間がない又は未充填の隙間の大きさが1mm未満の場合を○(良)、未充填の隙間の大きさが1mm以上2mm未満の場合を△(可)、未充填の隙間の大きさが2mm以上の場合を×(不可)とした。

0023

<施工体強度>
表1及び表2に示す各例の耐火原料に適量のバインダー(リン酸ソーダ)及び水を添加して得た各例の熱間充填材を、1000℃に加熱した型枠内に流し込み、沸騰及び硬化を経て常温に冷ました後に型枠から施工体として取り出し、この施工体から40mm×40mm×160mmの寸法に切り出したものを試験片とし、これ以外の条件はJIS−R2575に従って曲げ強さを測定した。各例の曲げ強さを比較例1の曲げ強さで割って100倍した値を曲げ強さ指数とした。この曲げ強さ指数が大きいほど施工体強度が高いということである。施工体強度の評価では、曲げ強さ指数が110超の場合を○(良)、100超110以下の場合を△(可)、100以下の場合を×(不可)とした。

0024

緻密性
前述した施工体の見掛け気孔率をJIS−R2205−1992に準拠して測定した。各例の見掛け気孔率を比較例1の見掛け気孔率で割って100倍した値を見掛け気孔率指数とした。この見掛け気孔率指数が小さいほど施工体の緻密性が高いということである。緻密性の評価では、見掛け気孔率指数が90以下の場合を○(良)、90超100未満の場合を△(可)、100以上の場合を×(不可)とした。

0025

耐スラグ浸潤性
回転式侵食試験装置において、侵食剤として転炉スラグを用い、前述した施工体から切り出した試験片を、1650℃で5時間侵食させたときの最大スラグ浸潤深さを測定した。各例の最大スラグ浸潤深さを比較例1の最大スラグ浸潤深さで割って100倍した値をスラグ浸潤深さ指数とした。このスラグ浸潤深さ指数が小さいほど耐スラグ浸潤性が高いということである。耐スラグ浸潤性の評価では、スラグ浸潤深さ指数が90以下の場合を○(良)、90超100未満の場合を△(可)、100以上の場合を×(不可)とした。

0026

総合評価
前述の各評価において、全て○の場合を○(良)、×がなく、いずれかに△がある場合を△(可)、いずれか一つが×の場合を×(不可)とした。

0027

0028

0029

実施例1〜11は本発明の範囲内にある熱間充填材である。いずれも総合評価は○(良)又は△(可)であり、良好な結果が得られた。

0030

比較例1は粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料の含有量が少ない例である。施工体が十分に硬化できず、各評価が全て×(不可)となった。
比較例2は粒径20μm以上106μm未満の塩基性原料の含有量が多い例である。充填性の評価が×(不可)となった。

0031

比較例3は粒径1mm以上の塩基性原料の含有量が少ない例である。施工体強度の評価が×(不可)となった。
比較例4は粒径1mm以上の塩基性原料の含有量が多い例である。施工体中に空隙が多くなり緻密性が低下すると共に施工体強度及び耐スラグ浸潤性が低下した。また、粒径1mm以上という粗粒の塩基性原料の含有量が多いことから、隙間への充填性も低下した。

実施例

0032

比較例5は粒径20μm未満の塩基性原料の含有量が多い例である。充填性の評価が×(不可)となった。

0033

1転炉
2トラニオン
3 出鋼口
4作業床
5ブレーカー
6 古いスリーブ
7 新しいスリーブ
8熱間充填材
9吐出装置
10吐出パイプ
11れんがセット
11aマグネシア−カーボンれんが
12 隙間

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