JP2008013430A - 断熱材の製造方法、断熱材、窯炉容器、断熱材の施工方法、及び断熱材のリサイクル方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】純度95質量%以上で最大粒径100μm以下のマグネシアクリンカー粉末4〜17質量部と、純度99質量%以上で最大粒径310μm以下のアルミナ粉末70〜82質量部と、アルミナセメント10〜20質量部を加えて混合して、MgOを4〜16質量部、Al2O3を80〜93質量部、CaOを2〜4質量部の範囲とし、かつ、MgO:Al2O3の質量比を1:5〜25としたのち、気孔形成材を添加し、熱処理を行うことを特徴とする断熱材の製造方法、および、見掛け気孔率が50容量%以上、350℃における熱伝導率が0.7W/(m・K)以下、圧縮強度が5MPa以上、1500℃における再加熱収縮率が−0.05%以上の断熱材。
【選択図】なし
Description
しかし、一般的に耐火断熱レンガは気孔率が高いため、耐食性に劣る上に、材質もSiO2−Al2O3質(ムライト質)が基本であり、溶融金属や溶融塩基性スラグに対して耐食性が不足していた。そのため、混銑車、転炉、溶銑・溶鋼鍋、脱ガス炉及びタンディシュ等の溶銑・溶鋼を取り扱う炉にはあまり使用されていない。
(1)純度95質量%以上で最大粒径100μm以下のマグネシアクリンカー粉末4〜17質量部と、純度99質量%以上で最大粒径310μm以下のアルミナ粉末70〜82質量部と、アルミナセメント10〜20質量部を加えて混合して、MgOを4〜16質量部、Al2O3を80〜93質量部、CaOを2〜4質量部の範囲とし、かつ、MgO:Al2O3の質量比を1:5〜25としたのち、
気孔形成材を添加し、熱処理を行うことを特徴とする断熱材の製造方法。
(2)気孔形成材に加えて、過酸化水素水、又は、過酸化水素水と製泡剤を添加し、鋳込み成形することにより、鋳込み面から垂直方向に見掛け気孔率を連続的または段階的に変化させた後、熱処理を行うことを特徴とする(1)に記載の断熱材の製造方法。
(4)見掛け気孔率が連続的または段階的に変化していることを特徴とする(3)に記載の断熱材。
(6)前記断熱材に設けられた固定用孔を介して、ボルトで窯炉容器の鉄皮に該断熱材が固定され、かつ、該ボルト頭部が耐火キャスタブル又はモルタルで被覆されていることを特徴とする(5)に記載の窯炉容器。
前記断熱材を煉瓦状またはパネル状に成形加工し、
該断熱材に固定用孔を設け、該孔を介してボルトで窯炉容器の鉄皮に該断熱材を固定し、
該ボルト頭部を耐火キャスタブル又はモルタルで被覆することを特徴とする断熱材の施工方法。
(8)(5)または(6)に記載の窯炉容器で熱間で使用された断熱材の廃材を、耐火原料として活用することを特徴とする断熱材のリサイクル方法。
一方、これまで一般に永久張り材や準永久張り材についてはリサイクルされていなかったが、本発明の断熱材は、素材そのものが十分に熱履歴を受け容積変化が無くなっており、しかもアルミナ−スピネル質となっているため、高耐火性骨材としてリサイクルが可能となる。
第1点は、SiO2成分を結合剤として意図的に配合することがなく、一般耐火煉瓦と同等、又はそれ以上に耐食性の向上が図られ、熱間での強度も向上した。
第2点は、アルミナセメント中のCaO成分の反応によって生じる膨張性を利用し、高温時の再加熱収縮を抑えることも可能になった。この高温時の膨張反応により、実炉使用時に目地が開かなくなるため、目地からの湯差しを防ぐ効果がある。
以下、本発明の構成について詳細に説明する。
ここで、混合した後の化学組成は、MgOを4〜16質量部、Al2O3を80〜93質量部、CaOを2〜4質量部の範囲とし、かつ、MgO:Al2O3の質量比を1:5〜25となる様に配合する。
上記混合原料100kgに対して、気孔形成材を例えば10〜20L加えて混合し、所定の水を添加して混練したのち、鋳込み成形して脱型後、乾燥し、あるいは乾燥した後に次いでトンネルキルンで例えば1500℃程度の条件で焼成する等の熱処理を行う。
気孔形成材としては、オガクズ、ポリスチレンなど焼成時に消失する可燃性物質、又はパーライト等の中空耐火粒子等が好ましい。
ここで、カサ比重と圧縮強さの相関については、通常、一般的な耐火物製品については、この相関性が高位であるため、カサ比重を把握することにより、圧縮強さの指標とすることができる。しかし、前記の通り、最大粒径が粗くなり過ぎると、カサ比重と圧縮強さの相関性が低下し、カサ比重を圧縮強さの指標とすることができないため、製造管理上、不都合となる。
従って、最大粒径の上限値を、それぞれ前記の如く規定することで、熱処理工程においてスピネルの生成反応を短時間で良好に行わせると共に、熱処理後のカサ比重と圧縮強さの相関を高位に安定させることができる。
さらに、マグネシアクリンカー粉末およびアルミナ粉末の純度を、それぞれ前記の如く規定したのは、マグネシアクリンカーの純度が95質量%未満であると、製法と出発原料上SiO2、Fe2O3などが混入し、耐火性を低下させる要因となる。
一方、アルミナ粉末が純度99質量%未満であると、アルカリ成分の混入が増え熱処理時のスピネル化反応により異常膨張が発生するためである。
Al2O3を80〜93質量部としたのは、アルミナセメント中のアルミナ成分も含め上記の理由によりMgOとの配合比から設定したものである。
CaOを2〜4質量部としたのは、アルミナセメント中のCaO成分が2質量部未満だと強度発現が弱く亀裂破損を招き、4質量部を超えると使用中に過焼結となるとともに耐食性が劣化するということによる。
さらに、MgO:Al2O3の質量比が1:5〜13の範囲では、耐食性が最も高く、亀裂の発生や変形もなく、かつ焼結も良好であるため好ましい。
特に、MgO:Al2O3の質量比が1:5〜8の範囲では、1500℃における再加熱収縮率がわずかに膨張するため、より好ましい。
また、焼結アルミナの一部を仮焼アルミナに置き換えると、熱処理温度を緩和することができるため、好ましい。
さらに、本発明のアルミナ−スピネル質耐火断熱材の製造において、スピネル化促進のための鉱化剤、例えば弗化アルカリ、炭酸リチウム、ホウ酸等を添加することは何等差し支えない。
ここで、MgOが4〜16質量部、Al2O3が80〜93質量部、CaOが2〜4質量部の範囲で、かつ、MgO:Al2O3の質量比が1:5〜25と規定した理由は、上述の通りである。
また、SiO2は不可避不純物として混入する程度のものは、許容できるが、極力含有させないことが好ましい。
見掛け気孔率の上限値は、特に規定するものではないが、強度を考慮すると、70容量%以下とすることが好ましい。
また、350℃における熱伝導率を0.7W/(m・K)以下としたのは、マグネシア質耐火断熱材の熱伝導率1.3W/(m・K)、アルミナ質耐火断熱材の熱伝導率1.0W/(m・K)に比べて大幅に小さく、その耐食性と併せて、混銑車、転炉、溶銑・溶鋼鍋、脱ガス炉及びタンディシュ等の溶融金属を取り扱う炉の断熱材として使用することにより、優れた断熱効果を発揮し、大幅にエネルギーを節約することが出来るからである。尚、熱伝導率の下限値は、特に規定するものではないが、強度を考慮すると、0.2W/(m・K)以上とすることが好ましい。
圧縮強度の上限値は、高いほど好ましいため、特に規定するものではない。
さらに、1500℃における再加熱収縮率を−0.05%以上としたのは、使用時に収縮亀裂が発生せずに且つ膨張性目地モルタルにてパネル間に隙間を発生させないことが可能であるということによる。再加熱収縮率の上限値は、特に規定するものではないが、−0.01%以下とすることが好ましい。
具体的には、例えば、まず水だけで混練後、過酸化水素水、又は、過酸化水素水と製泡剤を添加し、均一混合し、その後45℃の乾燥器に入れ24時間養生硬化させる。その後、更に乾燥、焼成を行う。
また、製泡剤としては、発泡する泡を微細なまま安定にするものであれば特に限定されるものではないが、例として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、マイレン酸亜鉛、マイレン酸カルシウムなどの脂肪酸金属塩、ひまし油系の界面活性剤、ガゼインなど動物系蛋白質等を用いることができる。
この傾斜材は、溶銑、溶鋼に近い稼動面側では緻密とし、より耐食性が高く鉄皮側では見掛け気孔率が高く熱伝導率が低い為に断熱性を保持できるという利点があり、溶銑、溶鋼を保持する窯炉設備の永久張りや準永久張り等に用いることができる。
ここで、ボルト頭部を被覆する耐火キャスタブル、又は高アルミナ系プラスチック材等の材料のものが好適である。
また、この断熱材に設けられた固定用孔を介して、ボルトで窯炉容器の鉄皮に該断熱材が固定され、かつ、該ボルト頭部が耐火キャスタブル又はモルタルで被覆されているので、煉瓦施工のように目地部に溶銑・溶鋼が差し込むような漏れには至らないと同時に局部的な損傷部の交換が熟練を要せずに可能であるという利点がある。
一般に、永久張り材又は準永久張り材についてはSiO2成分の高いろう石質煉瓦やシャモット質煉瓦のために、リサイクルされていなかった。
しかし、本発明の断熱材の廃材は、素材そのものが十分に熱履歴を受け容積変化が無くなっており、しかもアルミナ−スピネル質となっているため、高耐火性骨材として活用することが可能となる。従って、この廃材を粉砕および整粒することで、耐火原料としてリサイクルすることができる。
耐火原料は、例えばウェア材や吹付け補修材等にリサイクルすることができる。
純度95質量%で最大粒径100μm(全通)のマグネシアクリンカー粉末を13質量部、純度99質量%で最大粒径310μm(全通)の焼結アルミナを22質量部、仮焼アルミナの粗粉平均粒径50μmを20質量部、仮焼アルミナの微粉平均粒径4μmを30質量部に、アルミナセメント15質量部を添加したのち、気孔形成材として前記混合原料100kgに対して発泡ポリスチレンを15L添加混合し、添加水分29質量部を加えて混練後、内寸250mm×130mm×85mmに流し込み成型し脱型後、ドライヤーで乾燥させたのちトンネルキルンで1500℃で焼成した。
純度95質量%で最大粒径100μm(全通)のマグネシアクリンカー粉末15質量部、純度99質量%で最大粒径310μm(全通)の焼結アルミナ20質量部、仮焼アルミナの粗粉平均粒径50μmを24質量部、仮焼アルミナの微粉平均粒径4μmを28質量部に、アルミナセメント13質量部を添加したのち、気孔形成材として前記混合原料100kgに対して発泡ポリスチレンを17L添加混合し、添加水分29質量部を加えて混練後、内寸250mm×130mm×85mmに流し込み成型し脱型後、ドライヤーで乾燥させたのちトンネルキルンで1500℃で焼成した。
実施例1及び実施例2で製造された断熱材と一般耐火煉瓦との耐食性試験を、スラグ回転侵食法(例えば、耐火物手帳‘99.P.64耐火物技術協会編(1999)を参照)を用いて比較した。試験条件としては、ガスバーナ温度を1550℃に調節し、4時間、塩基度(質量ベースでCaO/SiO2)が3.2の溶鋼鍋スラグを投入して、損耗量を調査した。尚、比較例として用いた一般耐火煉瓦は、アルミナ−スピネル質、高アルミナ質、ろう石質のものを採用した。実施例1、2及び比較例の評価結果を表3に示す。
これに対し、比較例のアルミナ−スピネル質耐火煉瓦では、熱伝導率は満足するものの、強度特性や再加熱収縮率が大きく侵食試験後の亀裂発生を招いていた。
一方、比較例の高アルミナ質耐火煉瓦、ろう石質耐火煉瓦では熱伝導率の点で断熱性を満足出来ていない。
実施例1の配合の原料に、気孔形成材として前記混合原料100kgに対して発泡ポリスチレン3Lを添加混合し、添加水分29質量部を加えて混練後、発泡剤として過酸化水素水(濃度10質量%)5質量部を速やかに添加し、均一になった段階で、養生温度を30℃に保持し、鋳込み方向に見掛け気孔率を連続的に変化させ厚み60mm、高さ400mm、幅500mmのパネル板を製作した。
その結果、実施例3に係るパネル板の稼動面側約30mmの見掛け気孔率は58%で、背面では70%であった。
この間の溶鋼温度ロスについては、一般のろう石質煉瓦を適用した場合と比較し、溶鋼受鋼から鋳造完了までの溶鋼温度低下が、一炉代通じて平均5.5℃/ヒ−ト、少ないことが判った。
次に、前記の実施例3に適用した永久張り材の一部を解体回収し、破砕、磁選後、1〜3mm粒度を篩で調整し、アルミナ−スピネル質の湿式吹き付け材へ、外掛けで15質量%添加し、溶鋼鍋側壁に適用した。
その結果、リサイクル材を適用していない湿式吹き付け材を用いた場合と比べ、遜色ない耐用を示した。すなわち、リサイクル材を含まないアルミナ−スピネル質の湿式吹き付け材の耐用性が平均20ヒ−トに対し、本発明のリサイクル材を15質量%添加した湿式吹き付け材の耐用性が平均20ヒ−トの耐用回数を示し、補修材原単位低減に寄与出来た。
Claims (8)
- 純度95質量%以上で最大粒径100μm以下のマグネシアクリンカー粉末4〜17質量部と、純度99質量%以上で最大粒径310μm以下のアルミナ粉末70〜82質量部と、アルミナセメント10〜20質量部とを加えて混合して、MgOを4〜16質量部、Al2O3を80〜93質量部、CaOを2〜4質量部の範囲とし、かつ、MgO:Al2O3の質量比を1:5〜25としたのち、
気孔形成材を添加し、熱処理を行うことを特徴とする断熱材の製造方法。 - 気孔形成材に加えて、過酸化水素水、又は、過酸化水素水と製泡剤を添加し、鋳込み成形することにより、鋳込み面から垂直方向に見掛け気孔率を連続的または段階的に変化させた後、熱処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の断熱材の製造方法。
- MgOが4〜16質量部、Al2O3が80〜93質量部、CaOが2〜4質量部の範囲で、かつ、MgO:Al2O3の質量比が1:5〜25であり、見掛け気孔率が50容量%以上、350℃における熱伝導率が0.7W/(m・K)以下、圧縮強度が5MPa以上、1500℃における再加熱収縮率が−0.05%以上であることを特徴とする断熱材。
- 見掛け気孔率が連続的または段階的に変化していることを特徴とする請求項3に記載の断熱材。
- 煉瓦状又はパネル状に成形加工された請求項3又は請求項4に記載の断熱材が少なくとも一部に張り付けられたことを特徴とする窯炉容器。
- 前記断熱材に設けられた固定用孔を介して、ボルトで窯炉容器の鉄皮に該断熱材が固定され、かつ、該ボルト頭部が耐火キャスタブル又はモルタルで被覆されていることを特徴とする請求項5に記載の窯炉容器。
- 請求項3または4に記載の断熱材を、窯炉容器の少なくとも一部に張り付ける断熱材の施工方法であって、
前記断熱材を煉瓦状またはパネル状に成形加工し、
該断熱材に固定用孔を設け、該孔を介してボルトで窯炉容器の鉄皮に該断熱材を固定し、
該ボルト頭部を耐火キャスタブル又はモルタルで被覆することを特徴とする断熱材の施工方法。 - 請求項5または6に記載の窯炉容器で熱間で使用された断熱材の廃材を、耐火原料として活用することを特徴とする断熱材のリサイクル方法。
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