JP2005186280A - プレキャストブロックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用済みの耐火物を破砕した粒径５ｍｍ以上の粗骨材を３０質量％以上配合することができ、耐溶損性と耐火性に優れるプレキャストブロックとその製造方法を提供する。
【解決手段】 耐火物を破砕してなる粒径５ｍｍ以上の粗骨材を３０質量％以上含有した流し込み不定形耐火物２を混練機３において混練し、混練した流し込み不定形耐火物２を混練機３から直接型枠４内に落下させ、型枠内で固化することを特徴とするプレキャストブロックの製造方法。型枠４内には予め仕切り板８を設け、型枠内に不定形耐火物２を充填した後に仕切り板８を取り除く。粗骨材は、使用済みの耐火物を破砕して用いる。粗骨材は、プレキャストブロックの用途に応じた同等材質の耐火物を選択して用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、耐溶損性、耐火性に優れるプレキャストブロックの製造方法に関するものである。

転炉や電気炉などの精錬炉、取鍋、樋、タンディッシュ等の溶融金属容器については、溶融金属が接する部分に耐火物が内張りされる。耐火物の内張り方法としては、耐火レンガを築造したり、あるいは不定形耐火物を流し込む方法が用いられる。

これらの耐火物は、溶融金属やスラグ等との接触によって損耗するため、残存する耐火物の厚みが薄くなった時点で新しい耐火物に張り替えられる。このときに発生する耐火物屑は、従来そのほとんどが埋め立て等に廃棄処分されていた。しかし、埋め立て場所の制限や廃棄するための回収作業、搬送作業に費用を要し、環境及び諸コストの面で問題がある。

溶融金属容器の内張り耐火物のうち、タンディッシュの堰や取鍋の底部に使用される耐火物については、予め不定形耐火物を大型に成形したプレキャストブロックが使用され始めている。プレキャストブロックは、事前成形を行うために高い耐溶損性や耐火性を具備することができると同時に、プレキャストブロックを製造する耐火物原料として使用済みの耐火物を用いることができ、耐火物屑の再利用、廃棄処理する耐火物の削減、廃棄処理コストの低減等を行うことができる。

特許文献１には、溶融金属容器の内張りに使用する流し込み不定形耐火物に関する発明が記載されている。不定形耐火物に粗骨材としてアルミナ系れんが屑などの６０〜５ｍｍ程度の塊状物を使用し、耐熱スポーリング性、耐スラグ浸透性などを改善することができるとしている。耐火物材料１００部に対する粗骨材の使用量は３０部までであるとしている。

特許文献１に記載の不定形耐火物をプレキャストブロックの耐火物原料として使用する場合、微粉中に粗骨材を均一に混合してから型枠に流し込む必要があり、しかも５〜６０ｍｍの粗骨材の配合を３０部超にすると、粗骨材と粗骨材の隙間を埋める不定形耐火物の充填が難しくなる。従って、プレキャストブロックの内部の粗骨材に偏りが発生し、結果としてプレキャストブロックの強度が局部的に低下し、同時に耐溶損性等も損なわれることとなる。

特許文献２においては、粗骨材の配合量を多くしてプレキャストブロックの組成を均一にし、プレキャストブロックの強度と耐溶損性を高めることを目的として、上下方向に設けられた複数の充填層からなり、各充填層の厚みは最大粒の粗骨材の厚みと実質的に一致しているプレキャストブロックが記載されている。また、プレキャストブロックの製造方法として、型枠内に予め粗骨材の最大粒径に等しい厚みで粗骨材を充填し、ついで不定形耐火物からなるスラリー状の流し込み材を粗骨材の最大粒径の厚みまで充填し、これらの工程を繰り返して連続した複数の充填層を形成する。粒径５〜６０ｍｍの粗骨材を５０重量％用いた例が記載されている。

特許文献３には、使用済み耐火物中の５〜６０ｍｍの非磁性物を粗骨材として３０重量％を超え５５重量％未満を不定形耐火物ブロックに配合する製造方法が記載されている。粗骨材を予め型枠に装入しておき、装入された粗骨材の隙間に、硬化剤と分散剤とを配合した耐火物原料に水を添加して混合したスラリーを充填する。型枠の底部から上方へかけてスラリーを充填すると、粗骨材の隙間に存在する空気をスラリーによって系外に排出できるため、気孔率を低くすることができるとしている。

特開平２−６３７３号公報 特開２００２−３２１９６８号公報 特開２００２−２４１１８１号公報

特許文献２、３に記載の発明は、粗骨材と粗骨材の隙間にスラリーを注入することで充填性を向上させる方法であり、注入するスラリーは流動性に優れている必要がある。スラリーの流動性を得るため、７〜１５％という多量の含有水分を必要とする。しかし、多量の水分を含むスラリーは、乾燥後の気孔率が高く施工体の強度が低くなるという問題を有している。

本発明は、上記課題を解決し、使用済みの耐火物を破砕した粒径５ｍｍ以上の粗骨材を３０質量％以上配合することができ、耐溶損性と耐火性に優れるプレキャストブロックの製造方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）耐火物を破砕してなる粒径５ｍｍ以上の粗骨材を３０質量％以上含有した流し込み不定形耐火物２を混練機３において混練し、混練した流し込み不定形耐火物２を混練機３から直接型枠４内に落下させ、型枠内で固化することを特徴とするプレキャストブロックの製造方法。
（２）混練後の流し込み不定形耐火物２のタップフロー値を１４０ｍｍ以下とし、流し込み不定形耐火物２を型枠４内に落下させる際に型枠４に振動を付与することを特徴とする上記（１）に記載のプレキャストブロックの製造方法。
（３）型枠４内には予め仕切り板８を設け、型枠内に流し込み不定形耐火物２を充填した後に仕切り板８を取り除くことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のプレキャストブロックの製造方法。
（４）粗骨材は、使用済みの耐火物を破砕してなることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のプレキャストブロックの製造方法。
（５）粗骨材は、プレキャストブロックの用途に応じた同等材質の耐火物を選択して用いることを特徴とする上記（４）に記載のプレキャストブロックの製造方法。

本発明のプレキャストブロックの製造方法においては、混練した流し込み不定形耐火物を混練機から直接型枠内に落下させ、型枠内で固化するので、耐火物を破砕してなる粒径５ｍｍ以上の粗骨材を３０質量％以上含有した流し込み不定形耐火物を用いることが可能となる。その結果、耐火物屑を多量に再利用することが可能になり、廃棄処理する耐火物の削減、廃棄処理コストの低減などの効果を発揮することができる。

従来、プレキャストブロック１を製造するにあたっては、各種サイズの耐火性骨材と流し込み不定形耐火物２に所定の量の水を加え、図３（ａ）に示すように混練機３で混練し、混練機３からホッパー１０に移し替え、次いで図３（ｂ）に示すようにホッパー１０から型枠４と定盤５とで形成される空間内に流し込み、型枠内で固化する方法が採用される。また、ホッパー１０から型枠内に流し込み不定形耐火物２を流し込む際には、流し込み不定形耐火物２を斜め下方に滑らせるシュート１１を用い、ホッパー１０からシュート１１を経由して型枠内に流し込む。ホッパーを用いずに混練機３から直接型枠内に流し込むに際しても、混練機３からシュート１１を経由して型枠内に流し込む方法が採用される。

ホッパー１０を用いて流し込み不定形耐火物を型枠内に流し込むためには、ホッパー１０の下方に配置した投入口１２を開いたときに、ホッパー内の流し込み不定形耐火物２が投入口１２を通って流れ出すことができる程度の流動性が必要である。一方、流し込み不定形耐火物中の粒径５ｍｍ以上の粗骨材の比率が増大すると、流し込み不定形耐火物の流動性が悪化し、ホッパー内で必要とする流動性が確保できなくなる。そのため、従来は流し込み不定形耐火物中の粒径５ｍｍ以上の粗骨材の比率を３０質量％以上に上げることができなかった。

また、シュート１１を経由して流し込み不定形耐火物２を流し込むに際しては、流し込み不定形耐火物中の粒径５ｍｍ以上の粗骨材の比率が増大すると、粗骨材とそれよりも小さい粒径の流し込み不定形耐火物とが分離してしまい、型枠内に均一に充填することができなくなる。そのため、従来は流し込み不定形耐火物中の粒径５ｍｍ以上の粗骨材の比率を３０質量％以上に上げることができなかった。

本発明においては、図１に示すように、耐火物を破砕してなる粒径５ｍｍ以上の粗骨材を３０質量％以上含有した流し込み不定形耐火物２を混練機３において混練し、混練した流し込み不定形耐火物２を混練機３の投入口７から直接型枠内に落下させ、型枠内で固化することを特徴とする。具体的には、型枠４と定盤５とで形成される空間内に流し込み不定形耐火物２を落下させる。混練した流し込み不定形耐火物２を、ホッパー１０もシュート１１も使用せずに混練機３から直接型枠内に落下させるので、粗骨材が多く流動性が悪いにもかかわらず型枠内に充填することができ、また、型枠内に均一に充填することができる。粗骨材の粒径を５ｍｍ以上とした理由は、粒径５ｍｍ以上の粗骨材を含有することで、耐熱スポール性、耐食性などを改善することができるからである。また、粗骨材の含有量を３０質量％以上とした理由は、これによって耐熱スポール性、耐食性などをより一層改善できるからであり、また耐火物屑を多量に使用することによって、環境、諸コストの改善効果が得られるからである。流し込み不定形耐火物中における粗骨材の含有量は、８０質量％以下とすると好ましい。耐火性骨材である粗骨材の粒径よりも小さい粒径の流し込み不定形耐火物の含有量が２０％未満となると、製造したプレキャストブロックの強度が低下するため、好ましくない。

なお、本発明において、粒径５ｍｍ以上の粗骨材とは、５ｍｍの篩を用いたときに篩上となる粒径の粗骨材をいう。

特許文献２に記載の発明では、まず粗骨材層を形成した後に不定形耐火物からなる流し込み材を注入し、複数の充填層を形成している。また特許文献３に記載の発明では、粗骨材を予め型枠に装入しておき、装入された粗骨材の隙間に、硬化剤と分散剤とを配合した耐火物原料に水を添加して混合したスラリーを充填している。これに対し本発明では、粗骨材を含めて予め混練機内で混練したのちに型枠内に落下させて充填する。このため、流し込み不定形耐火物の含有水分が少なく、流動性が低い場合においても、粗骨材間の隙間を十分に充填することが可能となる。このため、緻密で強度の高い施工体を得ることができる。

従来、流し込み不定形耐火物を混練するに際しては、流し込み不定形耐火物のタップフロー値を１４０〜１８０ｍｍとしていた。タップフロー値が１４０ｍｍ以下となると、ホッパー内で必要とする流動性が確保できなくなるからである。これに対し、本発明においては、混練後の流し込み不定形耐火物のタップフロー値を１４０ｍｍ以下であっても十分に型枠内に充填することができる。また、タップフロー値が１４０ｍｍ以下と低いので、含有水分が少なく、緻密で強度の高い施工体を得ることができるという効果を具備している。また、不定形耐火物を前記型枠内に落下させる際に型枠に振動を付与すると良い。型枠に振動を付与するに際しては、定盤６あるいは型枠５に接続した加振機６を介して２Ｇ程度の振動を付与する。これにより、粗骨材と粗骨材の隙間を埋める流し込み不定形耐火物の充填性を更に向上させることができる。このため緻密で強度の高い施工体を得ることができるという効果を具備している。

型枠内に流し込み不定形耐火物を充填するに際しては、図２（ａ）に示すように型枠内に予め仕切り板８を設けた上で流し込み不定形耐火物２を充填し、図２（ｂ）に示すように型枠内に流し込み不定形耐火物２を充填した後に、図２（ｃ）に示すように仕切り板８を取り除くこととすると好ましい。プレキャストブロック１の形状が大きい場合には、プレキャストブロックの全体形状を形成する型枠内に一度に流し込み不定形耐火物２を充填しようとすると、粗骨材と流し込み不定形耐火物とが分離し、粗骨材が偏る部位が発生し、均一な組織を有するプレキャストブロックは得られない。その結果、局部的な強度の低下と耐食性も低下するという問題を起こすことがある。これに対し、本発明のように型枠内に予め仕切り板８を設け、仕切り板８で仕切った小さな領域毎に流し込み不定形耐火物２を充填し、各小さな仕切り領域に流し込み不定形耐火物２を充填した後に仕切り板８を取り除く。これにより、上記問題を発生させることなく、型枠内に均一に流し込み不定形耐火物を充填することが可能になる。仕切り板８を取り除いた後に加振することで、仕切り板で仕切られていた境界部分に十分な強度を保持させることができる。

本発明において用いる粗骨材には、使用済みの耐火物を破砕したものを用いることとすると好ましい。本発明においては粗骨材の含有割合を大きくできるので、粗骨材として使用済み耐火物を用いることにより、大量の耐火物屑を有効利用することが可能になる。また、粗骨材の大きさは粒径５ｍｍ以上であるため、粉砕工程を簡略化することができ、粉砕費用を抑制できる。また、５ｍｍ未満の微粉にはスラグ成分を含んでいることがある。粒径５ｍｍ以上に限定することでこのようなスラグ成分を除去できるので、製造したプレキャストブロックの品質を良好に確保することができる。

本発明方法で製造したプレキャストブロックは、溶融金属容器としての取鍋底部に配置する取鍋敷きブロック、連続鋳造用タンディッシュ内に配置する堰として用いるタンディッシュ堰ブロック、高炉樋ブロックに用いることができる。

使用済みの耐火物を破砕して粗骨材として用いるに際しては、粗骨材はプレキャストブロックの用途に応じた同等材質の耐火物を選択して用いることとすると好ましい。例えば、アルミナ質流し込み不定形耐火物を用いて製造する取鍋敷きブロックやタンディッシュ堰ブロックへ耐火物屑を使用する場合は、アルミナ質耐火物屑を使用すると好ましい。アルミナ質流し込み不定形耐火物を使用する際に粗骨材としてマグネシア質耐火物のような塩基性耐火物屑を使用すると、流し込み不定形耐火物と耐火物屑との熱膨張率の差が大きくなり、プレキャストブロック製造後に亀裂が発生するという問題がある。

表１に示すとおり、取鍋敷きブロック（本発明例Ｎｏ．１）、タンディッシュ堰（本発明例Ｎｏ．２〜４）に本発明を適用した。粗骨材として粒径５〜５０ｍｍの耐火物屑を用い、流し込み不定形耐火物とともに混練し、混練機から直接型枠内に投入した。詳細な製造条件は表１に示すとおりである。比較例Ｎｏ．５は混練機からシュートを介して型枠内に投入してタンディッシュ堰を形成した例である。

本発明例Ｎｏ．１、２は、粗骨材含有量が５０％と高いにもかかわらず、粗骨材の偏り、充填状況、表面亀裂、耐用性ともに良好であった。本発明例Ｎｏ．３は、粗骨材の含有量が８０％と上限ぎりぎりであったため、プレキャストブロックの寿命が若干落ちる結果となった。本発明例Ｎｏ．４は、粗骨材としてマグネシアレンガ、流し込み不定形耐火物として高アルミナ質流し込み材を用いているので、表面に微亀裂が発生するとともに、寿命が若干落ちる結果となった。比較例Ｎｏ．５は、粗骨材の偏りが発生し、未充填部があるため実使用に耐えない結果となった。

本発明のプレキャストブロックを製造する状況を示す図である。 本発明のプレキャストブロックを製造する状況を示す図である。 従来のプレキャストブロックを製造する状況を示す図である。

符号の説明

１ プレキャストブロック
２ 流し込み不定形耐火物
３ 混練機
４ 型枠
５ 定盤
６ 加振機
７ 投入口
８ 仕切り板
１０ ホッパー
１１ シュート
１２ 投入口

Claims (5)

1. 耐火物を破砕してなる粒径５ｍｍ以上の粗骨材を３０質量％以上含有した流し込み不定形耐火物を混練機において混練し、混練した流し込み不定形耐火物を混練機から直接型枠内に落下させ、型枠内で固化することを特徴とするプレキャストブロックの製造方法。
2. 混練後の前記流し込み不定形耐火物のタップフロー値を１４０ｍｍ以下とし、流し込み不定形耐火物を前記型枠内に落下させる際に型枠に振動を付与することを特徴とする請求項１に記載のプレキャストブロックの製造方法。
3. 前記型枠内には予め仕切り板を設け、型枠内に流し込み不定形耐火物を充填した後に前記仕切り板を取り除くことを特徴とする請求項１又は２に記載のプレキャストブロックの製造方法。
4. 前記粗骨材は、使用済みの耐火物を破砕してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプレキャストブロックの製造方法。
5. 前記粗骨材は、プレキャストブロックの用途に応じた同等材質の耐火物を選択して用いることを特徴とする請求項４に記載のプレキャストブロックの製造方法。

Images