JP2001335377A - 廃材原料骨材を配合したキャスタブル耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廃材原料骨材の有効活用を促し、多量添加を
可能とし、かつ耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性が十分なキ
ャスタブル耐火物を提供する。 【解決手段】 粒径５〜１０mmの粗粒と、粒径２〜0.25
mmの細粒とから成るカーボン含有廃材原料骨材を30〜70
質量％、さらに酸化抑制剤、結合材、および耐火性骨材
を配合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャスタブル耐火
物、特に廃材となる耐火物 (以下、廃材耐火物という)
をリサイクルして配合したキャスタブル耐火物に関す
る。

【０００２】ここに、キャスタブル耐火物は、製鋼用鋳
造容器のタンディッシュや取鍋等の内張りに用いられ、
あるいはブロック製品にて提供されるタンディッシュ
堰、マスブロック、電炉蓋並びに溶銑、溶鋼の精練処理
に使用されるランスパイプ、シュノーケル等の製造に用
いられる不定形耐火物である。

【０００３】

【従来の技術】キャスタブル耐火物には、アルミナ超微
粉やシリカ超微粉の結合材や分散剤が添加されており、
それに伴うアルミナセメントの減少、添加水分量の減少
により、焼成処理した定形耐火物とほぼ同等に高強度で
緻密な組織となり耐熱性や耐食性が著しく向上したもの
となっている。かかるキャスタブル耐火物は、現在にお
いては、製鉄、製鋼の各工程において溶湯が直接に接触
し、溶湯による侵食を受ける部材にも使用されるに至っ
ている。

【０００４】また、近年開発されたカーボンを含有した
キャスタブル耐火物はその優れた耐食性からキャスタブ
ル耐火物の適用範囲をさらに拡大し、LFや取鍋のスラグ
ライン部への採用や溶鋼精錬用の各種部材において使用
されている。

【０００５】

【発明の解決すべき課題】しかし、緻密な組織形成のた
めの結合材としての超微粉原料の添加や分散剤による低
水分化はキャスタブル耐火物の優れた特徴である耐熱衝
撃性を低下させるという不具合を生ずる結果となる。

【０００６】この原因としては、低水分化を得るために
添加される５ミクロン以下のアルミナやシリカの超微粉
原料が加熱されることで磁器化ならびにガラス化するた
めである。

【０００７】一方、カーボン含有キャスタブル耐火物の
場合、流動性が極端に低下するために現在の技術におい
て天然黒鉛の添加は困難で、そのために人工のピッチ粉
末やカーボンブラックの添加が大勢を占め、そのために
多量の酸化抑制剤を同時に添加する必要がある。そして
そのような酸化抑制剤として超微粉のSiＣ原料や金属A
l、SiならびにB₄C 等の高価な原料を多量に添加させざ
るを得ない状況が発生し、材料コストを引き上げる原因
となっていた。

【０００８】ところで、地球環境的な観点から各種廃材
のリサイクル化は、現在多種分野で最も真剣に検討され
ているテーマであり、現在まで廃棄するいっぽうであっ
た使用済み耐火物の活用も今後メーカやユーザサイドが
責任をもって取り組むべき問題点としてクローズアップ
されている。

【０００９】この点に関して、従来にあっても、特開平
９−278541号、同９−278542号、同９−278549号各公報
では、炭素含有廃材耐火物を1 〜50mmの粒径に加工した
ものを５〜30重量％添加するという提案がなされてい
る。

【００１０】しかし、５〜30重量％添加量では、十分な
有効活用とは言い難く、少なくとも30質量％、好ましく
は50重量％以上の添加がなされてこそ初めて廃材の有効
活用や耐火物コストの削減に実用上の意義を有すること
になる。

【００１１】ここに、カーボン含有キャスタブル耐火物
の場合、廃材耐火物の添加量が増加するに従いキャスタ
ブル耐火物の強度低下や耐用寿命の著しい低下を招く結
果となり、十分な耐用寿命が得られるような対策が必要
であることが判明した。

【００１２】したがって、本発明の課題は、キャスタブ
ル耐火物の適用範囲を拡大するとともに、資源リサイク
ルの問題をも解決する新しい技術を開発することであ
る。より具体的には、本発明の課題は、廃材耐火物の原
料としての有効活用を促すと共に、そのような廃材耐火
物を多量に添加することにより、低コストでなおかつ従
来のキャスタブル耐火物のもつ耐熱性や耐食性ならびに
耐熱衝撃性を上回る特性を有するキャスタブル耐火物を
提供することである。

【００１３】

【課題を解決すべき手段】本発明者らは、廃材耐火物を
原料として多量に利用したキャスタブル耐火物を提供す
るために種々検討を重ね次のような知見を得た。なお、
以下において廃材耐火物は原料骨材として用いることか
ら「廃材原料骨材」と称する。 (1) 0.25〜10mmの粒状に粉砕した廃材原料骨材の添加に
より、キャスタブル耐火物の耐熱衝撃性と耐食性を大き
く向上させることが可能となる。

【００１４】廃材原料骨材中に含有されているカーボン
は、溶鋼やスラグに濡れ難い特性があり耐熱衝撃性にも
優れるという特性を有している。通常、カーボン含有キ
ャスタブル耐火物へ添加されるカーボン原料としては、
微粉末状のピッチやカーボンブラックが使用されるが、
本発明では使用後Al₂O₃-C 質耐火物廃材に含有されてい
るカーボンをより好適な状態で再利用化するためとリサ
イクルされず廃棄される廃材耐火物の量を極力減少させ
るための手法として、0.25〜10mmの粒状に粉砕したもの
が添加される。好ましくは、0.25〜2mm の細粒と５〜10
mmの粗粒とを混合したものが好ましい。 (2) しかし、そのようなカーボンの酸化による強度低下
がみられるため酸化を抑制する必要がある。耐火物の骨
材としてAl₂O₃-C 質廃材原料骨材を、前述したように粗
粒の状態で添加すると、酸化抑制剤は0.1 〜0.5 質量％
程度と微量の添加にて十分な効力を発揮できる。

【００１５】すなわち、ピッチやカーボンブラック等の
粉末状のカーボンは、耐火物使用時に酸化してしまう傾
向にあり、そのような酸化を防ぐために超微粉のSiC や
金属Al、SiならびにB₄C 等の高価な酸化抑制剤を多量添
加する必要がある。その場合、酸化抑制剤の添加量が少
なかったりまた無添加であった場合は酸化による強度低
下が発生し極端な耐食性低下を来すという不具合が生ず
る。

【００１６】しかし、本発明において耐火物の廃材原料
骨材として添加されるAl₂O₃-C 質の廃材原料骨材は前述
したように粗粒の状態で添加され、上述の酸化抑制剤は
単独もしくは混合により0.1 〜0.5 重量％程度と微量の
添加にて十分な効力を発揮できる。 (3) そのような微量の酸化抑制剤の添加により、キャス
タブル耐火物が使用されている段階で、廃材原料骨材の
表層面に耐食性に影響を来さない程度の酸化現象が起こ
り、かかる表面酸化によりキャスタブル耐火物のマトリ
ックスと廃材原料骨材との間に空隙が作られ、この空隙
が耐火物の弾性率を低下させ、使用時のキャスタブル耐
火物に発生する熱応力を緩和し、亀裂の発生や伝播を減
少させる作用を促し耐熱衝撃性に非常に優れるキャスタ
ブル耐火物を提供することが可能となる。

【００１７】耐熱衝撃性が強く要求される用途において
は、多量の廃材原料骨材の配合と微量の酸化抑制剤の配
合というこの手法がより良好な効果を生むことは、実際
に確認されている。 (4) カーボン含有廃材耐火物を用いることにより、廃材
原料骨材中のカーボンが地金やスラグの浸潤防止に著し
い作用をもたらし、外来成分の浸潤から発生する構造的
スポーリングの防止や耐食性の向上に著しい効果をもた
らす。

【００１８】本発明は、かかる知見に基づいて完成され
たものであって、その趣旨は次の通りである。 (1) 粒径５〜１０mmの粗粒と、粒径0.25〜２mmの細粒と
から成るカーボン含有廃材原料骨材を30〜70質量％配合
したことを特徴とするキャスタブル耐火物。 (2) 前記粗粒と細粒との混合比( 質量比) は、細粒/ 粗
粒＝0.2 〜1.5 である上記(1) 記載のキャスタブル耐火
物。 (3) 酸化抑制剤を0.1 〜0.5 質量％配合した請求項１ま
たは２記載のキャスタブル耐火物。 (4) 酸化抑制剤、結合材、分散剤および追加の耐火性骨
材を配合したことを特徴とする上記(1) ないし(3) のい
ずれかに記載のキャスタブル耐火物。 (5) 前記廃材原料骨材を50〜70質量％配合したことを特
徴とする上記(1) ないし(4) のいずれかに記載のキャス
タブル耐火物。 (6) 粒径0.25〜１０mmのカーボン含有廃材原料骨材30〜
70質量％に、さらに酸化抑制剤0.1 〜0.5 質量％を配合
したことを特徴とするキャスタブル耐火物。 (7) 前記廃材原料骨材を50〜70質量％配合したことを特
徴とする上記(6) 記載のキャスタブル耐火物。

【００１９】ここに、本発明の場合、カーボン含有廃材
原料骨材とは、カーボンを含有する廃材耐火物に由来す
るものであればいずれであっても特に制限はしないが、
より特定的には、廃材耐火物としては、製鋼鋳造時に流
量調整のために使用されるAl ₂O₃-C 質のスライドゲート
用耐火物を指し、使用後のフープ (金物枠) や断熱材を
取り外した、場合によって付着している地金やスラグを
除去したものである。「カーボン含有」の形態はカーボ
ン含有耐火物に由来する廃材耐火物におけるそれであ
り、廃材耐火物に別途ピッチ粉末およびカーボンブラッ
クを添加することによる「カーボン含有」を意味しない
趣旨である。このときカーボン含有量も特に制限なく、
例えば５〜20質量％であり、従来より使われているカー
ボン含有耐火物の廃材耐火物をそのまま使用すればよ
い。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明においてキャスタブ
ル耐火物の組成を上述のように規定した理由について説
明する。

【００２１】廃材原料骨材は、例えば、使用後のスライ
ドゲート用耐火物からフープ (金物枠) や断熱材を取り
外した後、付着している地金やスラグを除去してから所
定粒度に粉砕されて用意される。

【００２２】フープや断熱材の取り外しや地金、スラグ
の除去ならびに粉砕等に要する費用が必要となるもの
の、原料単価は同等の成分を有する原料と比較した場
合、約1/2 〜1/3 程度で、これをリサイクル化して再び
キャスタブル耐火物として用いた場合、廃材耐火物を用
いずに調製したキャスタブル耐火物に比較して同等以上
の耐用寿命が得られることが確認されていることから、
本発明にかかる方法は廃材耐火物の非常に有効な活用方
法の一例と言える。

【００２３】まず、このような廃材原料骨材を破砕して
用いるが、そのとき、粒径10〜0.25mmに粉砕されたもの
が使用される。上記の粒径に定めた理由は、粒径が0.25
mm未満の骨材では、やはり使用中の酸化により耐食性の
向上に良好な成果が得られないために、酸化抑制剤を多
量に必要とする結果となり、低コストの製品を提供する
という本発明の課題が達成されないからである。

【００２４】また、粒径が10mm超となるとキャスタブル
耐火物の施工体中に、均一に分布させることが困難とな
り骨材の沈降や偏りにより良好な成果が得られにくいこ
とと、ランス、シュノーケル等の施工の場合、成形体の
補強材として用いる金属製丸棒や金網等に骨材が堆積し
て良好な充填性が得られないためである。

【００２５】廃材原料骨材は、上記粒径の何れかが単独
もしくは混合にて使用され、その添加量は30〜70質量
％、好ましくは50〜70質量％の範囲内にて添加される。
廃材原料骨材の添加量が30重量％未満では、前述した廃
材耐火物の有効利用という効果が十分に発揮されず、耐
食性と耐熱衝撃性に期待する効果が得られない。一方、
70重量％超だと含有するカーボンの分散性が十分でなく
なり流動性が著しく低下し、キャスタブル耐火物の特性
を損ねるからである。

【００２６】さらに本発明の好適態様にあっては、上記
廃材原料骨材の粒度構成を、粒径５〜１０mmの粗粒と、
粒径0.25〜２mmの細粒との混合物とする。このときの粗
粒と細粒との混合比( 質量比) は、特に制限はないが、
好ましくは細粒／粗粒＝0.2〜1.5 である。

【００２７】本発明においては廃材耐火物はカーボンを
含有するものに制限されるが、それは、ピッチあるいは
カーボンブラック等のカーボンを廃材利用の時点で原料
に配合すると、すでに述べたように、耐衝撃性の低下を
もたらすからである。

【００２８】このような廃材耐火物を原料として構成し
た骨材を用いたキャスタブル耐火物へは、同時に次のよ
うな材料が配合される。つまり、アルミナ骨材のような
追加の耐火性骨材、超微粉金属シリコンのような酸化抑
制剤、アルミナセメントのような結合材、さらに分散材
である。

【００２９】ここに、追加の耐火性骨材としては、アル
ミナ、シャモット、ムライト、マグネシア、炭化珪素等
が例示される。追加の耐火性骨材の好適配合量は、10〜
50質量％である。

【００３０】酸化抑制剤としては、金属シリコンや金属
アルミニウムならびにSiC 超微粉、B₄C が例示される。
酸化抑制剤の好適配合量は、0.1 〜0.5 質量％である。
結合材としては、強度発現や流動性付与を目的としたア
ルミナセメントやマイクロシリカ、10μｍ以下の超微粉
アルミナ原料が例示される。ただし、アルミナセメント
だけでは900 ℃という高温での強度が低下することがあ
り、その場合には超微粉アルミナを配合することが好ま
しい。また、マイクロシリカの配合はガラス化をもたら
し骨材を保護し強度上昇に寄与する。これらの結合材の
好適配合量は、10〜30質量％である。

【００３１】これら原料の分散を促進させるための分散
剤として縮合リン酸ソーダやポリカルボン酸塩等が微量
添加される。この分散剤の好適配合量は、0.05〜0.2 質
量％である。

【００３２】かくして、本発明によれば、廃材耐火物の
リサイクル化が効率的に行われるのであって、しかもキ
ャスタブル耐火物への配合量も30〜70質量％と比較的高
く、大量の廃材耐火物のリサイクルが可能となるという
優れた効果を発揮できる。

【００３３】

【実施例】表１に、本例において使用した、スライドゲ
ートからの廃材耐火物の組成例を示す。

【００３４】表２は、実施例および比較例について、上
記廃材耐火物を粉砕して得た廃材原料骨材を添加したキ
ャスタブル耐火物の組成、粒径、特性評価の結果をそれ
ぞれまとめて示す。実施例１〜５ 本例では、追加の耐火性骨材として、アルミナ、ムライ
ト、シャモット、マグネシア、炭化珪素原料の１種以上
を用いた。この耐火性骨材に結合材としてアルミナ微粉
および／またはシリカ微粉配合し、さらに酸化抑制剤と
して金属シリコン、アルミニウム、超微粉SiC 原料を用
い、これらの混合粉体に対する結合材としてさらにアル
ミナセメント添加した。

【００３５】得られた混合粉体には、粒径0.25〜10mmに
粉砕した各割合の廃材原料骨材を組合せ、所定水量にて
混練し供試体を得た。各供試体に900 ℃、1300℃の加熱
処理による焼成を行った後、気孔率、曲げ強さを測定し
た結果、従来と変わらぬ特性が得られると共に、1400℃
加熱冷却によるスポーリング試験では15回以上繰り返し
行っても試験片が剥離脱落することはなかった。

【００３６】本発明による廃材原料骨材の添加の効果を
確認するために、実施例４に示した組成の耐火物を製鋼
用精錬ランス耐火材として実際の使用に供した。従来品
が亀裂の発生とスラグライン部溶損により７〜10回程度
で廃却されていたのに対し、本発明品の結果は20回、18
回と２倍以上の耐用が得られ、本発明の効果を十分確認
することができた。比較例１〜５ 比較例１〜５も実施例と同様の条件にて作成し供試体を
得た。

【００３７】比較例１、２は、ピッチやカーボンブラッ
クを添加したが、廃材原料骨材を添加していない、ある
いは実質上添加していない場合を示す。これらの例では
強度特性や耐スポーリング性ならびに耐食性において良
好な結果が得られるものの、金属Alや超微粉の炭化珪素
原料の添加を必要とすることから、製品コストが高くな
り本発明例の結果と比較すると必ずしも満足のいく結果
とは言えない。

【００３８】比較例３、４は、本発明例の場合と粒径が
異なる廃材原料骨材を添加した場合を示す。比較例３で
は流動特性に欠如し同時に耐スポーリング性と耐食性に
も劣る結果となった。

【００３９】比較例４では、15回の耐スポーリング性が
得られたものの耐食性に著しく劣る結果となった。比較
例５は、粒度構成の異なる廃材原料骨材を添加した場合
を示す。比較例５では、耐スポーリング性には優れるも
のの耐食性は実施例と比較すると低位であった。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、キャスタブル耐火物の
優れた特性である強度特性や耐熱衝撃性を損なうことな
く、耐食性を著しく向上させることが可能となり、低コ
ストでありながらランスパイプやシュノーケルの耐用性
が著しく向上、原単位の向上に著しく効果を得るという
結果が得られた。

【００４３】さらに、何百トン／月と発生する廃棄物が
有効に活用され、地球環境保護が叫ばれている昨今、廃
材耐火物の再生使用比率が極めて大きい本発明は、環境
汚染防止や資源の再生活用に十分な効果をもたらすもの
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 和昭 愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地 東芝セ ラミックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4G033 AA16 BA01

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粒径５〜１０mmの粗粒と、粒径0.25〜２
   mmの細粒とから成るカーボン含有廃材原料骨材を30〜70
   質量％配合したことを特徴とするキャスタブル耐火物。
2. 【請求項２】 前記粗粒と細粒との混合比( 質量比)
   は、細粒/ 粗粒＝0.2〜1.5 である請求項１記載のキャ
   スタブル耐火物。
3. 【請求項３】 酸化抑制剤を0.1 〜0.5 質量％配合した
   請求項１または２記載のキャスタブル耐火物。
4. 【請求項４】 酸化抑制剤、結合材、分散剤および追加
   の耐火性骨材を配合したことを特徴とする請求項１ない
   し３のいずれかに記載のキャスタブル耐火物。
5. 【請求項５】 前記廃材原料骨材を50〜70質量％配合し
   たことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
   のキャスタブル耐火物。
6. 【請求項６】 粒径0.25〜１０mmのカーボン含有廃材原
   料骨材30〜70質量％に、さらに酸化抑制剤0.1 〜0.5 質
   量％を配合したことを特徴とするキャスタブル耐火物。
7. 【請求項７】 前記廃材骨材原料を50〜70質量％配合し
   たことを特徴とする請求項６記載のキャスタブル耐火
   物。