JP2001517189A - 断熱材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 籾殻灰、セラミック粘土バインダー、米ぬかおよび剥離剤を含んでなる、粒状の断熱材料と、該断熱材料を製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】 断熱材料 技術分野 本発明は、取鍋およびタンディッシュにおける溶融金属を絶縁するのにとくに 好適な断熱材料に関するものである。 背景技術 籾殻灰（rice hull ash）は、溶融金属を含むタンディッシュおよび取鍋に対 する絶縁カバーとして、製鋼所において幅広く使用されている。籾殻灰は、安価 であり鋼表面に流れてその表面を良好にカバーし、かつ使用時にクラストを生じ ず、あるいは金属スカルの原因とならないので、優れた絶縁材である。籾殻灰は 、世界中で様々な燃焼プロセスにより製造されている。最も望ましい籾殻灰は実 質上非晶質のシリカを含む。 籾殻灰の大きな問題点は、その低い嵩密度が低いこと、ならびに粒子サイズが 小さいことにより、これが熱金属と接触したときに幾分かの灰が飛散してしまう ことである。生じるダストは、眼の損傷の原因となり、隣接する作業場の妨害物 となる。シリカ／カーボンのダストもまた頭上のクレーンスイッチギアおよびエ アコンディショニングシステムの電気的な危険物となる得る。 溶融鋼絶縁物のための籾殻灰の性質を改善する従来の試みは、あまり成功して いない。ペレット、ブリケットまたは種々のバインダーにより単に凝集したもの として凝集した籾殻灰絶縁物を製造する試みはなされている。従来提案されたバ インダーは、ベントナイトクレー、澱粉、セメント澱粉を有するダスト、石灰、 糖蜜、米粉および米ぬか、珪酸ナトリウム、木材または紙パルプ、およびリグノ スルホネートを含む。提案されている籾殻灰の例としては、米国特許第４４４０ ５７５号および同第５０７３２８１号明細書に見られる。 しかしながら、従来の技術の製造物では使用されるバインダーにより数多くの 問題点が見られる。これらの問題点は、珪酸ナトリウムの使用によりクラストを 発生する低融点である。この材料は、使用時に分解せず、拡散を阻害し、絶縁性 を減少させる。幾つかのバインダーは、過剰の煙を発生させ、炎さえも発生させ 、これらはとくに望まれないことである。他のバインダー類は、鋼中に望まれな い元素、例えば硫黄を導入してしまう。多くの絶縁製造物は、低密度であり、こ れは絶縁物としては理想的であるかもしれないが、籾殻灰よりも重量が増加し、 輸送コストを増大させる。 本発明者らは、従来技術の籾殻灰絶縁材料の多くの不利益を解決する、改善さ れた断熱材料に対する要求があることを認識している。 発明の開示 第１の見地において、本発明は、籾殻灰、セラミック粘土バインダー、ぬか（ 好ましくは米ぬか）および剥離剤（exfoliating agent）を含む粒状の断熱材料 からなる。 さらに本発明は、籾殻灰、セラミック粘土バインダー、ぬか（好ましくは米ぬ か）および剥離剤を含む粒状の断熱材料であって、該断熱材料が１０００℃以上 にさらされたとき、該断熱材料が剥離し、膨張した粒状材料を形成するものであ る。 断熱材料は、これを包装および輸送するのを容易にするサイズおよび形状の粒 状である。また、使用時、膨張するよりも前に材料の空中分散がほとんどあるい は全く生じないように粒子は形成される。好ましくは、粒子はペレットまたはデ ィスクの形状がよい。 さらに本発明は、７０〜９５乾燥重量％、好ましくは８５〜９５乾燥重量％の 籾殻灰、２〜２０乾燥重量％、好ましくは５〜１５乾燥重量％のセラミック粘土 バインダー、１〜１０乾燥重量％、好ましくは２〜７乾燥重量％のぬか（好まし くは米ぬか）、０．１〜１０乾燥重量％、好ましくは０．２〜５乾燥重量％の剥 離剤および１〜１０重量％、好ましくは１〜５重量％の水を含む粒状の断熱材料 からなる。 本発明に好適なセラミック粘土バインダーは、次の元素の適切な範囲を有する 耐火性粘土の定義にあるものである： ＳｉＯ₂＜５５％、Ａｌ₂Ｏ₃＞２０％、Ｋ₂Ｏ＜１％、Ｎａ₂Ｏ＜０．５％ 好適なセラミック粘土は、ベントナイトである。本発明に好適な他のセラミッ ク粘土は、Commercial Mineral社により製造された商品名クレーセラム（Clay C eram）である。このセラミック粘土の典型的な塑性を表１に示す。 表 １ 商品名Clay Ceramの典型的な化学的および物理的性質 ぬかは、穀粒の外側コーティングとして一般的に定義される。米ぬかは、本発 明にとくに好ましく、白米を製造するために米粒から除去された褐色の層である 。米ぬかは本発明に好ましいものであるが、他の穀物から得られるぬか類もまた 適切である。 粒状の断熱材料の１０００℃以上の温度での剥離（膨張または分解）をもたら し、微細な粒状材料を形成する任意の剥離剤が好適である。このような剥離剤の 例は、グラファイト、バーミキュライトおよびパーライトである。しかしながら 、好適な材料は剥離性グラファイト（exfoliating graphite）である。本発明に おいてバーミキュライトまたはパーライトを使用する場合、およそ５倍以上のバ ーミキュライトまたはパーライトを必要とする。なぜならば、これらの剥離活性 は、グラファイトほど大きくないからである。 さらに好ましい態様において、粒状の断熱材料は、約８５乾燥重量％の籾殻灰 、約５乾燥重量％のセラミック粘土バインダー、５乾燥重量％の米ぬか、約０． ３５乾燥重量％の剥離剤および約４重量％の水を含む。 第２の見地において、本発明は、粒状の断熱材料の製造方法からなるものであ り、この方法は： （ａ）籾殻灰、セラミック粘土バインダー、ぬか（好ましくは米ぬか）および剥 離剤を混合し； （ｂ）水を上記混合物に加えスラリーを形成し； （ｃ）上記スラリー混合物を粒状に成形し；および （ｄ）材料を乾燥させる； ステップを含む。 この本発明の第２の見地の好適な態様によれば、ステップ（ｂ）において水が 混合物の２５〜５０重量％加えられる。さらに好ましくは、水は粒状化の前に、 最終混合物の３０〜３５重量％加えられるのがよい。ステップ（ａ）および（ｂ ）は、同じ装置で行われるのがよいが当業界で公知の任意の方法によって行って もよい。各成分を混合し、スラリーを形成するのにとくに好適な装置は、、スロ ーリボンブレンダーである。 粒状化ステップ（ｃ）は、任意の公知の装置において行うことができる。例え ばブリケット製造機、ディスクペレタイザーおよび押出ペレット成形機等である 。 粒子は、約４ｍｍ〜１２ｍｍの直径を有する円筒形の形状のペレットがよい。 さらに好ましくは、直径８ｍｍ、長さ４ｍｍ〜２０ｍｍのペレットがよい。粒子 は、包装や溶融金属上におくのに適切な任意サイズであることができる。 乾燥ステップ（ｄ）は、公知の乾燥装置において行うことができる。しかし、 微細物質の発生を減少させるために、乾燥プロセスは、穏やかなものが好ましい 。この点について、１００〜１３０℃の温度が好適であることが見出された。こ の乾燥により、保持水として約５重量％未満の粒状の断熱材料が得られるのがよ い。 第３の見地において、本発明は溶融鋼または金属を断熱する方法からなり、こ の方法は、溶融鋼または金属に、本発明の第１の見地による粒状の断熱材料を加 え、該断熱材料が１０００℃以上の温度にさらされたときに剥離（膨張または分 解）し、溶融鋼または金属上に断熱層を形成するというものである。 さらに本発明は、溶融鋼または金属を断熱するための、本発明の第１の見地に よる粒状の断熱材料の使用からなるものである。 この断熱材料は、タンディッシュ、取鍋、湯道、魚雷型取鍋およびインゴット トップ等の鉄鋼産業への用途において有用である。鋳造産業において、この断熱 材料は、型や湯道に使用するのに好適であり、また銅の製錬のような様々な他の 金属生産産業にも好適である。 本発明をさらに明確に理解するために、以下の実施例により好適な態様を記載 する。 発明を実施するための方法 ペレット化する前に、籾殻灰にセラミック粘土バインダー、米ぬかおよび剥離 剤を加えると、高密度の粒子またはペレットになり、これは加熱時に剥離（膨張 または分解）し、従来技術の絶縁材料の欠点のない優れた絶縁材料を形成する。 絶縁材料を調製するとき、原料の適切な混合が重要である。籾殻灰の極端な研 磨性により、全ての混合は、できるだけゆっくりと行い、装置の摩耗および損傷 を避けるのがよい。 以下の実施例において、混合は２つの段階によって行われる。 第１段階は、スローリボンブレンダーにおける完全乾式混合であるが、オーバ ーラップセグメント三日月型のネジ山を有する長い（５〜１０分の滞留時間）ス クリューコンベヤにおいて行うのがよい。 スクリューコンベヤの約２／３は、乾式混合に用いられる。コンベヤの残りの １／３は、湿式混合のためのものであり、計量された水が加えられ均一な混合が 行われる。水の添加は、ペレット化前の最終混合物の重量の２０〜５０％であり 、好ましくは３０〜３５％である。 第２段階において、混合された製造物は、所望の造塊プロセス、例えばロビン ソンブリケット製造機（Robinson Briquetter）、ディスクペレタイザー、ある いは好ましくは押出ペレット成形機（多くの製造業者により製品化されている） に供給される。適量の水が存在すれば、正確な温度制御およびペレット成形機の ダイホールの形状を、スチーム注入することなく可能にする。これにより、約４ ｍｍ〜１２ｍｍの直径（好適な直径は８ｍｍ）、４ｍｍ〜２０ｍｍの長さ、かつ 高密度の円筒形状のペレットが製造される。 第３段階において、ペレットは市販されている任意の乾燥器において１００〜 １３０℃の温度で乾燥される。この段階での重要な点は、乾燥プロセスを穏やか にして微細物質の発生を減少させることである。次にペレットをふるいにかけ、 微細物質を除去し、１ｍｍのふるいを通過する微細物質が５重量％未満である製 造物を得る。微細物質はリサイクルされ、ペレットはユーザーの要求に応じて適 切な袋の中に充填される。 実施例 以下、本発明を実施例により説明する。 実施例１ 籾殻灰を、５００ｋｇ／時の割合で、適切な炉（本例ではＫＣリアクター）に より連続法で製造した。使用したセラミック粘土バインダーは、Commercial Min erals社により製造された商品名Clay Ceramであり、計量フィードスクリューを 経て、混合スクリューコンベヤに計量され導入された。剥離性グラファイトは、 計量振動供給装置を経て混合スクリューコンベヤに計量され導入された。混合ス クリューコンベヤに沿っておよそ２／３のところで水を計量供給ポンプを経て加 えた。遅い速度で稼動する三日月型のネジ山の混合コンベヤの精密な設計により 、十分な混合がなされた。余分な水分は除去された。 次に混合した製造物を、標準California Pellet Mill(CPM)押出タイプペレッ ト成形機に供給した。ここでも、圧縮される前、またダイから押出される前に混 合がなされた。約４ｍｍ〜１２ｍｍの直径を有する円筒形のペレットを製造する ことができた。なお、乾燥効率、製造効率、ユーザーの要求を満たす妥協点とし て、好ましい直径は８ｍｍである。 配合割合は、籾殻灰１０００ｇ、商品名Clay Ceram５０ｇ、米ぬか５０ｇ、水 ３５０ｇおよび剥離性グラファイト４ｇである。ユーザーに要求される最終特性 、例えば被覆面積、熱保持能力および用途に応じて、Clay Ceramの量は、２５ｇ 〜２００ｇの範囲で、グラファイトは１ｇ〜１０ｇ以上の範囲で変化させること ができる。 実施例２ 本実施例は、実施例１とほぼ同じであるが、混合した製造物は、好適なサイズ 、すなわち約２０ｍｍ×１５ｍｍ×１０ｍｍのピロー(Pillow)型のブリケットを 製造するロビンソンブリケット製造機に供給した。溶融鋼に対するブリケットの 性質は、実施例１のそれと区別できるものではなかった。 実施例３ 本実施例は、実施例１とほぼ同じであるが、混合した製造物は、ディスクがゆ っくりと回転する標準的なディスクペレタイザーに供給した。前記ディスクは、 水平方向に対して約３０°傾斜している。 このプロセスにより得られたペレットは、ほぼ球形であった。５ｍｍ平均直径 が達成されたとき、ペレットを連続的に取り出し、新たなる予備混合した灰と置 き換えた。 得られたペレットは、先の２つの実施例のような高密度ではなく、通常は、次 のような好適な配合割合であればよい。 籾殻灰１０００ｇ 商品名Clay Ceram５０ｇ 米ぬか５０ｇ 水３００ｇ 剥離性グラファィト１ｇ しかしながら、熱金属の製造におけるこれらのペレットの使用時の最終性能は 、非常に満足の行くものであった。この“ディスク”ペレット化プロセスは、通 常それほどコストがかからないので、ユーザーまでの輸送距離が短い場合や、低 コストが要求される場合にとくに適している。 実施例４ バーミキュライト：グラファイト＝５：１の割合で、実施例１〜３の剥離性グ ラファイトに代えて、非膨張バーミキュライト（水和シート状シリケート）を使 用することができる。１５００℃超の高温での性能は、幾分低下した。しかしな がら、鉄鋳造や１５００℃未満で実施する他の金属製造業における使用では、ほ ぼ満足の行くものであった。 実施例５ 実施例１〜４に記載したプロセスでは、４０重量％の高いカーボン含量から１ 重量％未満のカーボン含量まで、如何なるタイプの籾殻灰を使用することができ る。 本実施例において、好適な籾殻灰は、３５〜４０％のカーボンを含む灰であり 、得られるペレット状のタンディッシュ用絶縁材料は、該材料の１ｋｇあたり約 ６ＭＪを該材料の絶縁性能に与える、非常に発熱性のものである。 使用対象がカーボンに敏感である場合は、低いカーボン含量の籾殻灰に代える ことができる。 実施例６ 実施例１から５に記載したプロセスを行ったが、本実施例ではClay Ceramの代 わりにクレープラス（Clay Plas）を使用した。 実施例７ 実施例１から５に記載したプロセスを行ったが、本実施例ではClay Ceramの代 わりにベントナイト（０．５％未満にナトリウム分を変更した）を使用した。 試験した各種絶縁材料の結果を表２に示す。 表 ２ 各種絶縁材料の比較結果（ＡＳ1774.10により、オーストラリア耐火物 センターにより試験された） 注）ベントナイト（１）は、Ｎａ＜０．５％にナトリウム分が改質されている。 使用時にダストをほとんど形成しない、より高い溶融温度が望ましい。本発明 により製造された好適な製造物は、ベントナイトおよび米ぬかを含むものである 。サンプル５は、高い溶融温度を有していたが、使用時にダストを発生する傾向 にあり、理想的ではない。 上記の説明は、特定の態様を示すものであり、本発明の精神または範囲を逸脱 しない限り、それへの様々な変化および変更が可能であることは、当業者ならば 理解される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年８月１０日（１９９８．８．１０） 【補正内容】 請求の範囲 １．粒状の断熱材料であって、該断熱材料が： （ａ）籾殻灰７０〜９５乾燥重量％、 （ｂ）セラミック粘土バインダー２〜２０乾燥重量％、 （ｃ）米ぬか０．１〜１０乾燥重量％、 （ｄ）剥離剤０．１〜１０乾燥重量％および （ｅ）水１〜１０重量％を含み、 使用の際において、該断熱材料が１０００℃以上の温度にさらされたとき、該断 熱材料が剥離し、膨張した粒状の材料を形成する断熱材料。 ２．（ａ）籾殻灰８５〜９５乾燥重量％、 （ｂ）セラミック粘土バインダー５〜１５乾燥重量％、 （ｃ）米ぬか２〜５乾燥重量％、 （ｄ）剥離剤０．２〜５乾燥重量％および （ｅ）水１〜５重量％を含む請求の範囲第１項に記載の断熱材料。 ３．（ａ）籾殻灰約８５乾燥重量％、 （ｂ）セラミック粘土バインダー約５乾燥重量％、 （ｃ）米ぬか約５乾燥重量％、 （ｄ）剥離剤約０．３５乾燥重量％および （ｅ）水約４重量％を含む請求の範囲第２項に記載の断熱材料。 ４．セラミック粘土バインダーが、次の元素の範囲を含む耐火性粘土である請求 の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の断熱材料。 ＳｉＯ₂＜５５％、Ａｌ₂Ｏ₃＞２０％、Ｋ₂Ｏ＜１％、Ｎａ₂Ｏ＜０．５％ ５．剥離剤が、非膨張グラファイト、バーミキュライトおよびパーライトからな る群から選択される請求の範囲第１項ないし第４項のいずれか１項に記載の断熱 材料。 ６．剥離剤が、剥離性グラファイトである請求の範囲第５項に記載の断熱材料。 ７．籾殻灰約８５乾燥重量％、セラミック粘土バインダー約５乾燥重量％、米ぬ か約５乾燥重量％、剥離性グラファイト約０．３５乾燥重量％および水約４重量 ％を含む請求の範囲第６項に記載の断熱材料。 ８．粒状の断熱材料が、ペレット、ディスク、球形または粒状の形態である請求 の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記載の断熱材料。 ９．溶融鋼または金属に、請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１項に記載 の粒状の断熱材料を加え、該断熱材料が１０００℃以上の温度にさらされたとき に剥離し、溶融鋼または金属上に断熱層を形成する溶融鋼または金属の断熱方法 。 １０．溶融鋼または金属のための、請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１ 項に記載の粒状の断熱材料の使用。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 タウンセンド、マーク・ウィリアム オーストラリア国、2680 ニュー・サウ ス・ウェールズ、グリフィス、クリフト ン・ブールヴァード 41―51、ユニット ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．籾殻灰、セラミック粘土バインダーおよび剥離剤を含んでなる、粒状の断熱 材料。 ２．籾殻灰、米ぬか、セラミック粘土バインダーおよび剥離剤を含んでなる粒状 の断熱材料であって、該断熱材料が１０００℃以上の温度にさらされたとき、該 断熱材料が剥離して膨張した粒状の材料を形成する、断熱材料。 ３．粒状の断熱材料が、ペレット、ディスク、球形または粒状の形態である請求 の範囲第１項または第２項に記載の断熱材料。 ４．籾殻灰７０〜９５乾燥重量％、セラミック粘土バインダー２〜２０乾燥重量 ％、米ぬか０．１〜１０乾燥重量％、剥離剤０．１〜１０乾燥重量％および水１ 〜１０重量％を含む請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の断熱 材料。 ５．籾殻灰８５〜９５乾燥重量％、セラミック粘土バインダー５〜１５乾燥重量 ％、米ぬか２〜５乾燥重量％、剥離剤０．２〜５乾燥重量％および水１〜５重量 ％を含む請求の範囲第４項に記載の断熱材料。 ６．籾殻灰約８５乾燥重量％、セラミック粘土バインダー約５乾燥重量％、米ぬ か約５乾燥重量％、剥離剤約０．３５乾燥重量％および水約４重量％を含む請求 の範囲第５項に記載の断熱材料。 ７．セラミック粘土バインダーが、次の元素の範囲を含む耐火性粘土である請求 の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の断熱材料。 ＳｉＯ₂＜５５％、Ａｌ₂Ｏ₃＞２０％、Ｋ₂Ｏ＜１％、Ｎａ₂Ｏ＜０．５％ ８．剥離剤が、グラファイト、バーミキュライトおよびパーライトからなる群か ら選択される請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記載の断熱材料。 ９．剥離剤が、剥離性グラファイトである請求の範囲第８項に記載の断熱材料。 １０．籾殻灰約８５乾燥重量％、セラミック粘土バインダー約５乾燥重量％、米 ぬか約５乾燥重量％、剥離性グラファイト約０．３５乾燥重量％および水約４重 量％を含む請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項に記載の断熱材料。 １１．（ａ）籾殻灰、セラミック粘土バインダー、米ぬかおよび剥離剤を混合し ； （ｂ）水を上記混合物に加えスラリーを形成し； （ｃ）上記スラリー混合物を粒状に成形し；および （ｄ）材料を実質上乾燥させる； ステップを含む粒状の断熱材料の製造方法。 １２．ステップ（ｂ）において、水が混合物の２０〜５０重量％で加えられる請 求の範囲第１１項に記載の方法。 １３．ステップ（ｂ）において、水が混合物の３０〜３５重量％で加えられる請 求の範囲第１２項に記載の方法。 １４．ステップ（ａ）および（ｂ）が、同じ装置内で行われる請求の範囲第１１ 項ないし１３項のいずれか１項に記載の方法。 １５．各成分を混合するための装置およびスラリーを形成するための装置が、ス ローリボンブレンダーである請求の範囲第１４項に記載の方法。 １６．造粒ステップ（ｃ）が、ブリケット製造機、ディスクペレタイザーまたは 押出しペレット成形機において行われる請求の範囲第１１項ないし第１５項のい ずれか１項に記載の方法。 １７．粒子が、４ｍｍ〜１２ｍｍの直径を有する実質上円筒状のペレットである 請求の範囲第１１項ないし１６項のいずれか１項に記載の方法。 １８．ペレットが、８ｍｍの直径および４〜２０ｍｍの長さを有する請求の範囲 第１７項に記載の方法。 １９．乾燥ステップ（ｄ）が、１００〜１３０℃の温度で行われる請求の範囲第 １１項ないし１８項のいずれか１項に記載の方法。 ２０．溶融鋼または金属に、請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか１項に 記載の粒状の断熱材料を加え、該断熱材料が１０００℃以上の温度にさらされた ときに剥離し、溶融鋼または金属上に断熱層を形成する溶融鋼または金属の断熱 方法。 ２１．溶融鋼または金属のための、請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか １項に記載の粒状の断熱材料の使用。