JP2002364986A

JP2002364986A - マグネシア含有不定形耐火物の乾燥制御方法

Info

Publication number: JP2002364986A
Application number: JP2002088876A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Saito; 吉俊齋藤; Hatsuo Taira; 初雄平; Koji Aida; 広治合田; Takashi Nishi; 敬西; Kazutoshi Iwashita; 和俊岩下; Koji Ide; 浩二井手; Akihiro Shinpo; 章弘新保
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2002-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、マイクロ波を用いてマグネシア含
有不定形耐火物を乾燥する技術において、乾燥温度をコ
ントロールすることで、マグネシアの水和反応を抑制
し、高耐用のマグネシア含有不定形耐火物を得るための
乾燥制御方法を提供するものである。【解決手段】マイクロ波を用いてマグネシア含有不定
形耐火物を乾燥する際の乾燥保持条件を、図1のA(75,8
0)、B(95,80)、C(95,120)及びD(75,120)で囲まれる範囲
に含まれる温度及び保持時間で乾燥を行い、自由水を脱
水させることを特徴とするマグネシア含有不定形耐火物
の乾燥制御方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、 RH，DH等の二次
精錬炉、溶鋼鍋，転炉、溶銑予備処理ランス等に使用さ
れるマグネシア含有不定形耐火物をマイクロ波を用いて
乾燥する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マグネシアは、高耐火性、高塩基度スラ
グに対する高耐食性などの優れた性質を有するため、不
定形耐火物を構成する原料にも広く用いられている。し
かしながら、マグネシアは水分と容易に反応して劣化す
るため、その水和特性は不定形耐火物の性能に大きく影
響する。例えば、乾燥時に、マグネシアの水和反応によ
って引き起こされる消化の問題があり、体積膨張を起因
とする割れが頻発するという欠陥があった。マグネシア
の水和機構については、例えば、耐火物，48，3，112-1
22(1996)に記載されている。

【０００３】このように、マグネシアは本質的には水と
反応して、水酸化マグネシウムに変化する、すなわち消
化する性質をもっているが、空気中に放置しても急速に
消化することはない。しかし、水蒸気に触れると消化は
速くなる。したがって、不定形耐火物の乾燥では、消化
を避けることが重要であった。これに対して、従来、各
種の対策が講じられてきた。例えば、特開平8-183673号
公報では、マグネシア微粉の表面を水和しない親水性無
機材料によってコーティング処理することで、マグネシ
ア含有不定形耐火物の消化を抑制している。特開平9-59
017号公報では、平均粒径20μm以下のマグネシア微粉に
シリカ微粒子を予め混合し、マグネシア微粉表面にシリ
カ成分を被覆することで、マグネシア微粉の耐消化性を
確実に付与している。

【０００４】また、特開平6-300438号公報では、容器内
部を250Torr以下、30Torr以上の減圧下に保持して、マ
イクロ波照射を行う不定形耐火物の乾燥方法を提示して
いる。これにより、材料中のMgO等の水和による膨張に
伴う組織劣化を抑制し、高耐用の耐火物施工体を得るこ
とを可能にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの既知
の方法では、高耐食性と耐消化性を両立させることが、
極めて困難であることが明らかになった。例えば、水和
抑制のために添加されたシリカは、高塩基度スラグに対
する耐食性が低く、耐消化性を向上させるほど、耐火物
としての耐用性は著しく低下することが明らかになっ
た。このことから、添加物によりマグネシア含有不定形
耐火物の耐消化性を向上させることよりも、乾燥を最適
に制御することにより、乾燥中のマグネシアの水和反応
を極力抑制し、体積変化を起因とする割れの発生をおさ
えることが極めて重要である。

【０００６】また、減圧下でのマイクロ波乾燥では、大
型乾燥装置内を所定の圧力に維持するために、真空脱気
用のメカニカルポンプや水封式ポンプなどの大がかりな
設備を必要とする。

【０００７】本発明は、上記のような点を鑑みて、マイ
クロ波を使用したマグネシア含有不定形耐火物の乾燥方
法において、常圧下で乾燥中のマグネシアの水和反応を
極力抑制し、耐用性に優れた不定形耐火物を得ることが
できる乾燥制御方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は下記
（１）〜（４）のとおりである。

【０００９】(1)マイクロ波を用いてマグネシア含有不
定形耐火物を乾燥する方法において、保持温度T(℃)及
び保持時間t(hr.)の条件(T,t)を、図1のA(75,80)、B(9
5,80)、C(95,120)及びD(75,120)で囲まれる範囲として
乾燥を行うことを特徴とするマグネシア含有不定形耐火
物の乾燥制御方法。

【００１０】(2)乾燥前の前記不定形耐火物が含有する
自由水のうち、90質量%以上を脱水することを特徴とす
る（1）記載のマグネシア含有不定形耐火物の乾燥制御
方法。

【００１１】(3)乾燥中の炉内雰囲気、耐火物表面、耐
火物内部のいずれか1又は2以上の温度を光ファイバー式
温度センサーを用いて測定することを特徴とする(1)又
は(2)記載のマグネシア含有不定形耐火物の乾燥制御方
法。

【００１２】(4)図1のABCDで囲まれる範囲の温度に達す
るまで、不定形耐火物の表面、内部のいずれかを、1時
間あたり10℃以上50℃以下の昇温速度で加熱することを
特徴とする(1)〜(3)の何れか1項に記載のマグネシア含
有不定形耐火物の乾燥制御方法。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明において、自由水は、不定
形耐火物に水を加えて流動状にしたときに、結合材に用
いられているアルミナセメント等と反応にあずからなか
った自由な水と定義する。自由水の重量は、恒温槽中で
110℃24時間乾燥後の重量減少量により測定できる。

【００１４】以下に、図1に示す本発明の乾燥条件の限
定理由について説明する。

【００１５】75〜95℃における保持時間が80時間より短
い場合、自由水の脱水が十分に進行せず、得られた施工
体は余剰の水分を含有することになり好ましくない。保
持時間が120時間よりも長い場合、マグネシアの水和反
応が進行による体積膨張が発生する可能性があり、好ま
しくない。保持温度が75℃よりも低いと、水の蒸発がほ
とんど進行しないため、マグネシア含有不定形耐火物の
乾燥を進行させることができない。一方、95℃よりも高
い場合、局部的には水の蒸発が激しく進行し、均一に高
品質の不定形耐火物を得ることが困難になるので、保持
温度は75〜95℃と規定する。図1における乾燥終了時の
自由水の脱水率は、特に限定するものではないが、マグ
ネシアの水和に伴う体積変化による亀裂発生を抑えるに
は、90%以上であることが好ましい。

【００１６】乾燥終了後、常温までの温度降下速度及び
方法は特に規定しない。自然放冷、窒素や空気などの冷
却ガスを流す方法でも構わない。温度降下速度も特に限
定しないが、30℃／min.を超えると、急激な温度変化に
伴う体積変化により、微細な亀裂を発生する可能性もあ
り、30℃／min.未満であることが好ましい。

【００１７】図1のABCDで囲まれる範囲の温度に達する
までの昇温速度については、不定形耐火物の表面、内部
のいずれかが1時間あたり10℃以上50℃以下とすると、
短時間での乾燥が可能になり、マグネシアの水和反応に
伴う亀裂発生を抑制し、高耐用のマグネシア含有不定形
耐火物を得ることができる。昇温速度が1時間あたり10
℃未満では、トータルの乾燥時間が長くなり、不定形耐
火物中のマグネシアと水の反応が進行しやすく、水和に
伴う体積変化が大きくなり、亀裂発生の危険性が高くな
るために、好ましくない。一方、昇温速度が1時間あた
り50℃を超えると、昇温が速すぎるために、ABCDで囲ま
れる範囲の温度に到達した後に、所定の範囲の温度にコ
ントロールすることが困難であるために好ましくない。

【００１８】乾燥中の不定形耐火物の温度管理には、C/
A熱電対や光ファイバー式温度計の使用が挙げられる
が、特に、電界への影響を極力抑制する点から、光ファ
イバー式温度計の使用が望ましい。光ファイバー式温度
計は、通常400℃程度に耐えることができる光ファイバ
ーの端面に接着された半導体結晶の光吸収作用を利用し
ている。具体的に、使用する光ファイバー式温度計とし
ては、例えば、Canada NORTECH FIBRONIC INC.社のモデ
ルNoEMI-TSシリーズ、USA LUXTRON CORP.社のフロロプ
チック光ファイバー方式温度計、Canada FISO TECHNOLO
GIES INC.社の白色光ファブリーペローファイバーセン
サーなどを使用することができる。センサー部分は、通
常、直径1〜2mm，長さ50〜100mm程度である。

【００１９】本発明の対象とする不定形耐火物は、マグ
ネシア-ライム質、アルミナ−マグネシア質、粘土質、
ろう石質、マグネシア質、マグネシア・クロム質、ドロ
マイト質、マグネシア・カーボン質、アルミナ・マグネ
シア・カーボン質など、マグネシアを含有するものであ
れば、限定するものではない。また、硬化法も、アルミ
ナセメントのように水和反応を用いる水硬性に限らず、
化学硬化性、熱硬性、気硬性のいずれでもよく特に限定
するものではない。施工法も流し込み、こて塗り、吹き
付け、振動施工、打ち込み、圧入等のいずれでも構わな
い。化学組成や形状も特に規定しない。

【００２０】マイクロ波については、電波法でISM周波
数帯として、915MHz，2450MHzを含む4種類が割り与えら
れているが、周波数が大きいほど耐火物内部に浸透する
深さは浅くなるので、厚み方向の均一加熱性を考慮し
て、915MHzと2450MHzを用いることが望ましい。囲いは
銅、アルミニウム、ステンレス等の金属を用いることに
より、マイクロ波は壁反射され、炉内は均一な電界を形
成しやすい環境にあるので好ましい。特に、構造体とし
ての安定性から金属製で構成された加熱炉では、マイク
ロ波は壁反射され、炉内は均一な電界を形成しやすい環
境にあるので好ましい。被加熱物に集中的な電界が加わ
るように、例えば、電熱，No.27，p.7〜10(1986)に記載
されているように、工夫することが必要である。

【００２１】炉内雰囲気を測温する場所は、特に限定す
るものではないが、空気(熱風)吹き込み口では、風速の
変化等の影響も受けて温度の変動が激しいことから、空
気(熱風)吹き込み口よりも乾燥対象の試料表面に近い位
置で測温することが好ましい。耐火物表面は凹凸もあ
り、位置によって水の移動及び蒸発速度が異なる場合も
あるので、少なくとも3点以上測温することが好まし
い。耐火物内部は、施工時に表面から少なくとも深さ10
0mおきに、温度センサーを埋め込むことが好ましい。さ
らに、耐火物内部を管理する観点から、表面から少なく
とも100mmおきに3点以上、背面側まで測温することが好
ましい。

【００２２】不定形耐火物又はプレキャストブロックの
施工水分量は、特に限定するものではないが、3質量%未
満では流動性が不足し施工が困難である。8質量%を超え
ると、乾燥後の気孔率が高く、実炉における耐用性が不
十分になるので、3〜8質量%とすることが好ましい。

【００２３】

【実施例】［実施例1］以下に本発明を実施例によって
説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。

【００２４】大きさ600×1000×500mmでステンレス(SUS
304)製の囲いで構成された加熱炉に、アルミナ91質量
%、マグネシア5質量%，アルミナセメント4質量%、施工
水分として外掛けで5%の水を添加し、予め200×200×20
0mmの所定形状に流し込み施工し、養生、脱枠しプレキ
ャストブロックとした。この200×200×200mmのアルミ
ナ−マグネシア質プレキャストブロックを4個、合計100
kgを鋼製の囲い内部にセットした。ブロックの周囲をシ
リカ系断熱材で接触させて覆い、熱放散を抑制した。プ
レキャストブロックを載置した鋼製の囲いと開口部を覆
う金属蓋で形成した空間を空洞共振器として、周波数24
50MHzに対して±50MHzの範囲で誘電加熱を行った。プレ
キャストブロックの表面，表面から100mm及び背面の計3
点に、センサー部分の長さ15mm，直径0.6mmの光ファイ
バー式温度センサーを取り付け、この温度を監視しなが
ら、乾燥を実施した。比較例として、光ファイバー式温
度センサーと同じ位置でC/A熱電対を設置した。

【００２５】このアルミナ−マグネシア質不定形耐火物
の乾燥条件が得られたブロックの品質に関する検討を行
った。本発明例1は、保持条件を本発明の範囲である80
℃，100時間とした場合である。本発明例2は、保持条件
を本発明の範囲である95℃，120時間とした場合であ
る。本発明例1及び2では、温度管理に光ファイバーセン
サーを使用した。本発明例3は、保持条件は本発明例1と
同様であるが、温度管理を、通常のC/A熱電対を用いて
行った場合である。これに対して、比較例1は、100℃10
0時間で保持を行った場合である。本発明例1〜3及び比
較例1では、保持温度までの昇温速度は、本発明の請求
項4を満たす、1時間あたり12℃とした。一方、本発明例
4では、保持条件を本発明の範囲である95℃，120時間と
し、95℃までの昇温速度は、本発明の請求項4の範囲か
らは外れる、1時間あたり7℃とした。

【００２６】乾燥後試料の品質及び観察結果を表1に示
す。

【００２７】

【表１】

【００２８】本発明例1及び2では、乾燥後に得られたブ
ロックの上部と中央部の気孔率の差は小さくなり、均質
で高耐用なプレキャストブロックを得ることができた。
温度管理にC/A熱電対を使用した本発明例3では、電界の
影響を受け、十分に温度管理ができなかったため、電界
の影響を受けない光ファイバー式温度センサーを用いた
本発明例1に比べて、上部と中央部の気孔率の差が大き
く、十分に均一な乾燥を行うことができなかった。本発
明例4では、同様の保持条件で行った本発明例2に比べ
て、上部と中央部の気孔率や強度の差がやや開き、本発
明例2と比べると均一な乾燥ができなかった。一方、比
較例1では、乾燥中にMgOの水和反応が顕著に進行し、こ
れに伴う体積変化のため、多数の亀裂が発生し、高品質
なブロックを得ることができなかった。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、マグネシアを含有する不
定形耐火物をマイクロ波で乾燥するときに、常圧で乾燥
中のマグネシアの水和反応による亀裂発生を抑制するこ
とができ、目的通り、均一で高耐用な耐火物を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】マグネシア含有不定形耐火物の乾燥保持時間と
温度との関係を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平初雄千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者合田広治千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者西敬千葉県木更津市築地７番地の１黒崎播磨株式会社第二製造事業部木更津不定形工場内 (72)発明者岩下和俊千葉県木更津市築地７番地の１黒崎播磨株式会社第二製造事業部木更津不定形工場内 (72)発明者井手浩二千葉県木更津市築地７番地の１黒崎播磨株式会社第二製造事業部木更津不定形工場内 (72)発明者新保章弘千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内Ｆターム(参考） 4K051 AA02 AA06 AB03 AB05 LG03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を用いてマグネシア含有不定
形耐火物を乾燥する方法において、保持温度T(℃)及び
保持時間t(hr.)の条件(T,t)を、図1のA(75,80)、B(95,8
0)、C(95,120)及びD(75,120)で囲まれる範囲として乾燥
を行うことを特徴とするマグネシア含有不定形耐火物の
乾燥制御方法。
【請求項２】乾燥前の前記不定形耐火物が含有する自
由水のうち、90質量%以上を脱水することを特徴とする
請求項1記載のマグネシア含有不定形耐火物の乾燥制御
方法。
【請求項３】乾燥中の炉内雰囲気、耐火物表面、耐火
物内部のいずれか1又は2以上の温度を光ファイバー式温
度センサーを用いて測定することを特徴とする請求項1
又は2記載のマグネシア含有不定形耐火物の乾燥制御方
法。
【請求項４】図1のABCDで囲まれる範囲の温度に達す
るまで、不定形耐火物の表面、内部のいずれかを、1時
間あたり10℃以上50℃以下の昇温速度で加熱することを
特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のマグネシア
含有不定形耐火物の乾燥制御方法。