JP2000063183A - 閉塞材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 出銑開始後の発塵、発煙が少なく、良好な作
業環境を実現し得る閉塞材を提供する。 【解決手段】 耐火原料をレゾール型フェノール樹脂、
ノボラック型フェノール樹脂及びコールタールピッチか
らなるバインダーに配合した閉塞材において、コールタ
ールピッチの含有量が５重量％〜３０重量％であり、閉
塞材の圧縮強さが１．５ＭＰａ〜４ＭＰａであり、ま
た、揮発分が１２％以下であることを特徴とする。閉塞
材試料を成形圧力５ＭＰａで加圧成形し、５０ｍｍφ×
５０ｍｍの形状とし、３００℃に保持した恒温容器に装
入し２０分後に厚さ方向の圧縮強さを測定する。また閉
塞材試料を成形圧力５ＭＰａで加圧成形し、電気炉を使
用して、５℃／分で８００℃まで昇温し、３時間保持し
た後、室温（２５℃）まで自然冷却し加熱前後の重量差
を測定し揮発成分量を計算する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は出銑口閉塞材に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】高炉の出銑口を閉塞するための出銑口閉
塞材としては、例えば、粘土を含む耐火原料と金属等の
焼結助剤にタール、フェノール樹脂などの有機バインダ
ーを配合してなる組成物が一般的に使用されている。 【０００３】高炉出銑口閉塞材に要求される一般的な特
性としては、 マッドガンによる充填性が良好なこ
と、 高温下での結合強度が大きく、耐溶銑滓性に優
れていること、 開孔作業性が良いこと等である。 【０００４】ところで、出銑口数が少ない小型あるいは
中型高炉においては、樋などの炉材補修期間を確保する
ため、１つの出銑口のみを使用して繰り返し出銑するこ
とがある（以下、連続出銑と記す）。一方、出銑口数が
多い大型高炉においても、上記の理由の他、出銑管理の
集約化及び労力低減の観点から連続出銑が望まれてい
る。すなわち、連続出銑を行うことにより、出銑作業に
関連するコストを低減できる可能性があるためである。 【０００５】通常の交互出銑（２つ或いはそれ以上の出
銑孔を交代で使用して出銑する出銑方法）の場合、出銑
孔を閉塞後、再度同じ出銑孔から出銑するまでの時間は
一般的に１００分〜３００分程度である。しかしなが
ら、連続出銑の場合においては同一出銑孔のみを使用す
るため、閉塞後出銑までの時間が、特に内容積が２５０
０ｍ³ 以上の高炉では３０分以下、望ましくは１０分程
度と通常の交互出銑と比較して著しく短くなる。この様
な状況では、充填した閉塞材の硬化が不充分であった
り、閉塞材の残留揮発分に起因して出銑開始直後の発
煙、発塵が非常に激しいものとなる。したがって、前述
した閉塞材の必要特性に加えて、 出銑孔に充填後、
速やかに硬化して、出銑時の溶銑滓の摩耗に耐えうる強
度に達すること、 マッドガンに充填された状態で硬
化が進行しないこと、 出銑開始時の発煙、発塵が少
ないことが特に重要となる。 【０００６】上述の 、 の条件を同時に満たして
良好な作業性を得るには、閉塞材の速度をある一定範囲
に厳密に制御する必要がある。また、 の条件を満た
すには、バインダー等に由来する揮発分をできる限り低
減しなければならない。 【０００７】しかしながら、連続出銑時に使用される閉
塞材として、例えば従来一般的に使用されているタール
系閉塞材は、充填後の硬化が緩慢であるため十分な初期
強度を確保するのが困難であり、かつバインダーの揮発
も緩慢であるため、出銑開始時の発煙、発塵が多く、安
定した出銑あるいは環境保全の点でも満足できるもので
はない。また、フェノール樹脂などの樹脂バインダーを
用いた閉塞材においても、熱可塑性樹脂のみを用いた場
合は、タール系閉塞材と同様の特性となり、満足できる
ものではない。 【０００８】これらの問題を解決すべく、特性の改善を
図った閉塞材及び閉塞材に使用されるバインダーについ
て、種々、提案されている。硬化特性の改善を目的に、
例えば特公昭５６−６３９６号公報では、各種耐火原料
にレゾール型フェノール樹脂（Ｒ）とノボラック型フェ
ノール樹脂（Ｎ）の比率がＲ／（Ｎ＋Ｒ）×１００＝３
〜２５％、更にアルコール系溶剤が４〜１５％であるバ
インダーを配合してなる、早期強度発現性、高強度特性
を有する高炉用マッドが開示されている。 【０００９】また、同様の目的で、特開昭５７−８８０
７１号公報では、ノボラック型フェノール・メチルフェ
ノール共縮合樹脂にヘキサメチレンテトラミンまたはレ
ゾール型フェノール樹脂を特定量含有させ、更にグリコ
ール、芳香族炭化水素、あるいは芳香族炭化水素油を特
定量配合した高炉マッド用バインダー等が開示されてい
る。すなわち、熱可塑性樹脂を主体に、硬化剤あるいは
熱硬化性樹脂を加えたバインダーを使用して必要な硬化
速度を実現している。しかし、単に硬化速度を速くした
のみでは、熱間における可塑性が不足し、旧材との接着
性が低下する結果、出銑時に容易に剥離し出銑孔径拡大
を起こすこととなり、耐用性の面で満足できるものは得
られない。硬化速度についても十分考慮されているとは
言えず、これらの構成内容を実施しようとすると、十分
な硬化速度が得られなかったり、マッドガンで硬化する
などの問題が多く発生する。また、バインダーの揮発も
十分早いとは言えず、出銑開始時にはかなりの発塵、発
煙を伴い、環境上間題がある。 【００１０】耐用性の間題を解決する方法としては、例
えば、特公昭６３−２９７１９号公報では、耐火原料１
００重量部に、軟化点９０〜３００℃、固定炭素４０％
以上およびキノリン不溶分１０〜８０％の粉末状ピッチ
１〜２５重量部を配合し、次いでコンラドソン炭素２５
％以上の石油系重質油芳香族石油樹脂および熱硬化性樹
脂を含有する結合剤１５〜４０重量部を配合してなる閉
塞材組成物が開示されており、熱間における結合強度を
高めることにより、耐用性の向上を図っている。 【００１１】しかしながら、これにおいても、厳密な硬
化速度の制御及び揮発成分量についての考慮は不充分で
あり、連続出銑時における作業性、出銑開始直後の発
塵、発煙の問題を解決するものではない。 【００１２】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、作業性、耐
用性に優れ、出銑開始後の発塵、発煙が極めて少なく、
良好な作業環境を実現することが可能な閉塞材を提供す
ることを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】上記の従来技術の問題点
に鑑みて検討を重ねた結果、耐火原料をレゾール型フェ
ノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂及びコールタ
ールピッチとからなるバインダーに配合した閉塞材にお
いて、硬化特性と揮発成分量とを厳密に制御することに
より、作業性、耐用性に優れ、出銑開始後の発塵、発煙
が極めて少ない閉塞材が得られることを見出し、本発明
を完成した。 【００１４】すなわち、本発明の閉塞材は、耐火原料を
レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹
脂及びコールタールピッチとからなるバインダーに配合
した閉塞材において、該バインダーにおけるコールター
ルピッチの含有量が５重量％〜３０重量％であり、か
つ、閉塞材が、下記の測定方法（１）により測定される
圧縮強さが１．５ＭＰａ〜４ＭＰａであり、また、下記
の測定方法（２）により測定される揮発分が１２％以下
であることを特徴とする。 【００１５】測定方法（１） 手順１． 閉塞材試料を成形圧力５ＭＰａで加圧成形
し、５０ｍｍφ×５０ｍｍの形状とした。 【００１６】手順２． ３００℃に保持した恒温容器
に、室温（２５℃）で保持した成形試料を装入する。 【００１７】手順３． 装入し２０分経過後に取り出し
て、直ちにその厚さ方向の圧縮強さを測定する。 【００１８】測定方法（２） 手順１． 閉塞材試料を５０ｍｍφ×５０ｍｍの形状に
成形圧力５ＭＰａで加圧成形し、重量（Ｗ１）を測定す
る。 【００１９】手順２． 図１に示すように、閉塞材試料
１を耐火性の容器２（８０ｍｍφ×８０ｍｍ程度）に入
れて蓋をし、更にその容器を耐火性の容器３に入れ、容
器間にコークスブリーズ４を充填し、蓋をする。 【００２０】手順３． 電気炉を使用して、５℃／分で
８００℃まで昇温し、３時間保持した後、室温（２５
℃）まで自然冷却する。 【００２１】手順４． 試料を取り出し、重量（Ｗ２）
を測定する。 【００２２】手順５． 揮発成分量（％）＝（Ｗ１−Ｗ
２）／Ｗ１×１００を計算する。 【００２３】 【発明の実施の形態】ノボラック型フェノール樹脂、レ
ゾール型フェノール樹脂、及びコールタールピッチをバ
インダーとする閉塞材にあっては、ノボラック型フェノ
ール樹脂は熱可塑性であり、レゾール型フェノール樹脂
は熱硬化性であるため、両者を併用することにより、そ
の配合比率によって閉塞材の熱硬化速度を厳密に制御す
ることが可能となる。しかしながら、閉塞材の硬化速度
に影響を及ぼす要因は、レゾール型フェノール樹脂の含
有量だけではなく、樹脂の硬化特性、ピッチ等の添加有
機化合物の種類及び添加量、及び耐火原料の種類や粒度
構成等によっても影響を受ける。したがって、例えばこ
れらの要素をすべて規定して硬化速度を制御しようとす
ることは、非常に複雑であり現実的ではない。 【００２４】本発明は、閉塞材の硬化特性を規定し、こ
の硬化速度を基準にするとよいことを見出した。閉塞材
の硬化速度は、上記の測定方法（１）により成形し、測
定される圧縮強さにより特定される。なお、本発明にお
いては、上記の測定方法（１）の手順１における加圧成
形機としては、日生精機（株）製「５０ｔ粉末成形油圧
プレス」を使用し、手順３の圧縮強さは、（株）東京試
験機製作所製「１０ｔ圧縮強さ試験機」を使用して測定
した。 【００２５】本発明の閉塞材は、測定方法（１）により
成形され、測定される圧縮強さが、１．５ＭＰａ〜４Ｍ
Ｐａ、好ましくは２ＭＰａ〜４ＭＰａである。圧縮強さ
が１．５ＭＰａより低いと出銑開始時に溶銑滓の摩耗に
耐えうる十分な強度が確保できず、４ＭＰａより大であ
ると硬化が早すぎてマットガン中で固化する恐れがあ
り、また、熱間において短時間で可塑性を失うため、旧
材との接着性が低下し、耐用性の低下が顕著になる。 【００２６】硬化速度の調整は、通常、バインダーにお
けるノボラック型フェノール樹脂とレゾール型フェノー
ル樹脂の混合比を変更することにより行うとよいが、フ
ェノール樹脂の硬化特性や、ピッチ等の添加有機化合物
の種類及び添加量、及び耐火原料の種類や粒度構成等に
よっても変更しうるものである。 【００２７】一方、出銑開始時の発塵、発煙現象は、閉
塞材が急に溶銑滓に曝されることにより、未硬化組織が
崩壊したり、あるいは残留揮発分が急激に抜けることに
より生じるものであるから、発塵、発煙を抑制するため
には、硬化速度が早いことのほか、閉塞材中の揮発成分
量が少ないことが要求される。 【００２８】閉塞材中の揮発成分は、バインダー、その
他の有機化合物及び粘土等に由来するものである。閉塞
材中の揮発成分量は、これらの含有量の他、各々の揮発
成分量によって大きく異なる。したがって、例えばバイ
ンダー、その他の有機化合物や粘土等の配合量を規定し
ても、閉塞材中の揮発成分量そのものは大きく変動す
る。この問題を解決するためには、閉塞材中の揮発成分
量を直接評価し、これを指標として閉塞材組成を調整す
る必要がある。 【００２９】そのため、本発明は、上記の測定方法
（２）により成形され、測定される閉塞材の揮発成分量
が一定値以下である場合に発塵、発煙が問題のない程度
にまで抑制できることを見出した。なお、上記の測定方
法（２）の手順２におけるコークスブリーズとしては１
ｍｍ以下に粉砕したものを使用した。 【００３０】測定方法（２）により成形され、測定され
る閉塞材における揮発成分量が、１２％以下、好ましく
はできるだけ少ないものがよい。１２％を越えると出銑
開始時の発塵、発煙が多くなり、好ましくない。 【００３１】本発明の閉塞材に使用できる耐火原料は、
アルミナ、ムライト、マグネシア、スピネル、シリカ、
ジルコン等の酸化物原料の他、炭素原料、炭化珪素、窒
化珪素等の非酸化物原料等、閉塞材に一般的に使用され
る原料であり、例えば、粒径３ｍｍ以下のアルミナ粉２
０重量％〜３０重量％、粒径１ｍｍ以下のシリカ粉０〜
１０重量％、粒径１ｍｍ以下の炭化珪素粉１５重量％〜
２５重量％、窒化珪素鉄１０重量％〜３０重量％、粘土
７重量％〜１２重量％、カーボン原料７重量％〜１５重
量％からなる耐火原料が挙げられる。また、助剤として
金属類を添加することも可能である。 【００３２】バインダーとしては、ノボラック型フェノ
ール樹脂とレゾール型フェノール樹脂とコールタールピ
ッチとからなる。フェノール樹脂は、その分子量により
種々のものがあるが、ノボラック型フェノール樹脂は平
均分子量が２００〜１０００であり、レゾール型フェノ
ール樹脂は平均分子量が１３０〜１０００である。ま
た、フェノール樹脂の使用にあたり、混練性を確保する
目的でエチレングリコール等一般的に用いられる溶剤を
加えて粘性を調整することが可能である。ノボラック型
フェノール樹脂は熱可塑性であり、レゾール型フェノー
ル樹脂は熱硬化性であるため、両者を併用することによ
り、その配合比率によって閉塞材の熱硬化速度を厳密に
制御することが可能であり、適切な硬化速度を基準とし
てそれぞれのフェノール樹脂の混合比が決定される必要
がある。 【００３３】また、揮発分の多くの割合を占めるバイン
ダーを低減するためには、耐火原料の粒度構成に対する
配慮が非常に重要である。混練に必要なバインダー量
は、耐火原料中の微粉の割合によって大きな影響を受
け、通常、微粉の割合が少ない程バインダー量は低減で
きる。そのため、耐火原料中粒径が０．０７５ｍｍ以下
の微粉の割合が５０重量％以下、好ましくは４５重量％
以下であることが好ましく、これより多い場合には、バ
インダーの添加量が増大し、揮発分が増大するために規
定の揮発成分量を達成することが困難となる。 【００３４】また、ピッチは、熱間における十分な可塑
性を確保するために添加され、旧材との接着性を向上す
るほか、残留炭素組織を向上させ、溶銑、溶滓による損
傷を低減させる。バインダー中におけるピッチの含有量
は５重量％〜３０重量％、好ましくは１０重量％〜２５
重量％とするとよく、５重量％未満であると上記の効果
が十分でなく、また、３０重量％より多いと、閉塞材の
硬化を阻害し、また、必要バインダー量を増大させるた
めに、所望の硬化速度、揮発成分量を達成することが困
難となる。 【００３５】ピッチとしては、石炭系又は石油系のもの
が挙げられる。ピッチ中における固定炭素量は特に限定
はないが、固定炭素が多すぎると熱間における流動性が
得られなくなって旧材との接着性に劣るようになり、ま
た、固定炭素が少なすぎると残留炭素組織が緻密になら
ず、耐用性向上の効果が得られにくい。したがってピッ
チ中の固定炭素は４０％〜９０％が適切である。 【００３６】また、熱間における可塑性の観点から、ピ
ッチの軟化点はおよそ１５０℃〜４００℃、好ましくは
２５０℃〜３７５℃である。１５０℃より低いとマット
ガン保持中に溶融し保形性が不足し、筒先から垂れ等の
問題を引き起こしやすく、また、４００℃より高いと出
銑孔に充填した後も溶融しにくく、旧材との接着性の低
下を招きやすい。 【００３７】さらに、ピッチはフェノール樹脂及び溶剤
等と予め十分混練して用いられるのが好ましい。これは
ピッチの均一な分散を実現するためである。耐火原料粉
末中に配合した場合、分散が十分に行われず、ピッチ粒
が偏在しやすくなり、意図した効果が得られにくくな
る。 【００３８】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を
更に説明する。 【００３９】 【実施例】下記の表２〜表３に、実施例及び比較例を示
す。なお、下記の表中、ＥＧはエチレングリコールを意
味する。また、 ¹⁾ 、 ²⁾ 、 ³⁾ のフェノール樹脂の特
性を下記表１に示す。 【００４０】 【表１】 【００４１】 【表２】 【００４２】 【表３】【００４３】比較例１〜３は硬化速度が本発明品の範囲
外であり、実炉試験ではマットガン中で硬化するか、あ
るいは充填後１０分の開孔では十分に硬化しない問題を
生じた。また、硬化の早いものについては耐用性の低下
が認められ、硬化が遅いものについては、出銑開始時の
発煙、発塵が多く認められた。比較例４、５では揮発成
分量が多いことに起因して、出銑開始時の発煙、発塵が
多く認められた。 【００４４】これに対して、本発明品では同じ充填量
で、充填後１０分で安定した開孔ができ、出銑開始時の
発煙、発塵は２〜５分程度と大幅に抑制された。マット
ガン中で材料が硬化する問題も起こらなかった。出銑時
間は連続出銑時の平均が約１８０分であり、同時期にタ
ール系マッド材を用いて行った通常出銑時の出銑時間と
同程度であった。 【００４５】すなわち、当該発明品を用いることによ
り、連続出銑時においても通常出銑時と同等の出銑時間
を確保したうえで、更に出銑開始時の発煙、発塵を大幅
に抑制し、作業環境を改善することが可能であることが
実証された。 【００４６】 【発明の効果】本発明の出銑孔用閉塞材は、閉塞材の硬
化速度と揮発成分量を厳密に制御することにより、小
型、中型高炉のみならず、出銑間隔を長時間確保するの
が困難な大型高炉においても、耐用性を犠牲にすること
なく、良好な作業環境を維持した連続出銑を可能とする
ものである。

【図面の簡単な説明】 【図１】 図１は、本発明における測定方法（２）の手
順２を説明するための図である。 【符号の説明】 １…閉塞材試料、２…耐火性の容器、３…耐火性の容
器、４…コークスブリーズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 行利 広島県福山市千田町2913−１ (72)発明者 北村 匡譜 岡山県備前市東片上390 Ｆターム(参考） 4G033 AA14 AB24 AB25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 耐火原料をレゾール型フェノール樹脂、
   ノボラック型フェノール樹脂及びコールタールピッチと
   からなるバインダーに配合した閉塞材において、該バイ
   ンダーにおけるコールタールピッチの含有量が５重量％
   〜３０重量％であり、かつ、閉塞材が、下記の測定方法
   （１）により測定される圧縮強さが１．５ＭＰａ〜４Ｍ
   Ｐａであり、また、下記の測定方法（２）により測定さ
   れる揮発分が１２％以下であることを特徴とする閉塞
   材。 測定方法（１） 手順１． 閉塞材試料を成形圧力５ＭＰａで加圧成形
   し、５０ｍｍφ×５０ｍｍの形状とした。 手順２． ３００℃に保持した恒温容器に、室温（２５
   ℃）で保持した成形試料を装入する。 手順３． 装入し２０分経過後に取り出して、直ちにそ
   の厚さ方向の圧縮強さを測定する。 測定方法（２） 手順１． 閉塞材試料を５０ｍｍφ×５０ｍｍの形状に
   成形圧力５ＭＰａで加圧成形し、重量（Ｗ１）を測定す
   る。 手順２． 閉塞材試料を耐火性の容器（８０ｍｍφ×８
   ０ｍｍ程度）に入れて蓋をし、更にその容器を耐火性の
   容器に入れ、容器間にコークスブリーズを充填し、蓋を
   する。 手順３． 電気炉を使用して、５℃／分で８００℃まで
   昇温し、３時間保持した後、室温（２５℃）まで自然冷
   却する。 手順４． 試料を取り出し、重量（Ｗ２）を測定する。 手順５． 揮発成分量（％）＝（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１×
   １００を計算する。