JP2014094872A - 使用済みれんがを用いた吹付け補修材 - Google Patents

Abstract

【課題】使用済みＭｇＯ−Ｃ廃れんがを有効活用し、従来のマグネシア−ドロマイト質と同等以上の耐食性と耐スラグ性を有する吹付け補修材を提供することを課題とする。
【解決手段】使用済みＭｇＯ−Ｃ廃れんがを細かく粉砕し、粒径７５μｍのＭｇＯ−Ｃ廃れんがの含量が、吹付け補修材組成物全体に対して１〜１５質量％となるように配合する。また、バインダーとして、珪酸ソーダと第一燐酸カルシウムを使用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、製鋼工場などで発生する使用済みのマグネシア・カーボン（ＭｇＯ−Ｃ）系廃れんがを利用した吹付け補修材に関する。本発明の補修材は、転炉、取鍋、電気炉、ＲＨ脱ガス槽等の製鋼精錬容器の吹付け補修に利用される。

製鋼工場の転炉、ＡＯＤ炉、ＲＨ炉、電気炉、取鍋等の内張り用耐火物として、ＭｇＯ−Ｃれんがが大量に使用されている。

このＭｇＯ−Ｃれんがは、一定の使用期間が終わると解体され、新品に取り換えられる。その際大量の使用済みＭｇＯ−Ｃれんがを発生する。環境汚染防止、省資源等の観点から、ＭｇＯ−Ｃれんがを産業廃棄物として処理することなく、リサイクルすることが重要課題になっている。

当初、ＭｇＯ−Ｃれんがのリサイクルは、主としてれんがや不定形耐火物の分野で実施されていた。しかし、使用済みＭｇＯ−Ｃれんがを大量に配合すると、れんがや不定形耐火物の特性を大きく低下させるという問題があり、限定的な広がりに留まっていた。

近年、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがを大量に配合しても、リサイクル耐火物の性能を低下させにくいとして、熱間補修材あるいは吹付け補修材への配合が提案されている。

例えば、特許文献１には、粒径を０．３〜２０ｍｍに限定して、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがを配合した熱間補修材が開示されている。

ＭｇＯ−Ｃ廃れんがは親水性が悪いため、吹付け補修材に配合すると、施工時の添加水分が増加し耐用を低下させるという問題があると言われていた。特に、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがを微粉砕して配合すると、その影響が大きいとされていた。

特許文献２には、微粉を排除して粒径を１〜５ｍｍに限定し、しかも表面処理を施したＭｇＯ−Ｃ廃れんが原料を配合した吹付け補修材が開示されている。

特許文献３には、ドロマイト原料を併用することによって、ＭｇＯ−Ｃ廃れんが配合の弊害を防止した吹付け補修材が開示されている。

特開２００４−１６２９５２号公報 特開平９−２７８５４８号公報 特開２０１１−１２１７９８号公報

特許文献１に記載のＭｇＯ−Ｃ廃れんがの利用方法は、０．３ｍｍ以下の微粉を除外したものである。

特許文献２に記載のＭｇＯ−Ｃ廃れんがの利用方法は１ｍｍ以下の細粒及び微粉を除外したものである。

特許文献３に記載のＭｇＯ−Ｃ廃れんがの利用方法は、０．０７５ｍｍ以下の微粉の使用を排除していないものの、コストメリットが下がるとして、微粉を積極的には使用していない。更に、ＭｇＯ−Ｃ廃れんが配合の弊害を和らげるために、ドロマイト原料を配合するとしている。一般的に、ドロマイト原料はマグネシア原料に比べて高価である。

そこで本発明は、コストメリットを下げずに、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがを０．０７５ｍｍ以下の微粉まで有効に活用したマグネシア質吹付け補修材を提供することを目的とする。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究・検討を行った。その結果、マグネシア質吹付け補修材のバインダーを選定することにより、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがの親水性を向上させることが出来ることを見出した。その結果、０．０７５ｍｍ以下の微粉のＭｇＯ−Ｃ廃れんがを使用出来ることになった。更には、０．０７５ｍｍ以下の微粉のＭｇＯ−Ｃ廃れんがを一定量以上使用することにより、ドロマイト原料等を併用しなくても、スラグ浸透を抑制でき、熱間特性を向上させることが出来ることを見出した。

一般に製鋼精錬容器の吹付け補修に使われる主な材質はマグネシア質とマグネシア−ドロマイト質である。マグネシア質は耐食性に優れるがスラグが浸透し易いという欠点がある。浸透層は熱サイクルによって剥落し易い。マグネシア−ドロマイト質はスラグ浸透は少ないが、マグネシア質に比べて耐食性に劣るという欠点がある。両者ともに一長一短があるので、操業条件に応じて適宜選択されている。

本発明はＭｇＯ−Ｃ廃れんがの微粉を配合することにより、高価なドロマイト原料を使用しなくても、マグネシア−ドロマイト質と同等以上の性能を有する吹付け補修材を提供するものである。

ＭｇＯ−Ｃ廃れんがの微粉部に集中している、侵入スラグに起因するＣａＯ，ＳｉＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３等の成分が、マグネシア原料と反応して、吹き付け補修材に浸透防止層を形成することを見出した。

すなわち、本発明は、以下に記載される吹付け補修材を提供することによって、上記課題を解決するものである。

本発明に係る吹付け補修材は、使用済みＭｇＯ−Ｃ廃れんがとマグネシア原料とバインダーを主成分とし、バインダーが珪酸ソーダと第一燐酸カルシウムであることを特徴としている。（請求項１）

また、本発明に係る吹付け補修材は、吹付け補修材に占める粒径７５μｍ以下の使用済みＭｇＯ−Ｃ廃れんがの割合が、吹付け補修材１００質量％に対し、１〜１５質量％であることを特徴としている。（請求項２）

本発明によれば、微粉のＭｇＯ−Ｃ廃れんがを配合することによって、従来のマグネシア−ドロマイト質吹付け補修材と同等以上の耐食性と耐スラグ性を有する吹付け補修材を得ることができる。また、コスト的にも有利であり、省資源の効果もある。

本発明に用いるＭｇＯ−Ｃ廃れんが原料は、転炉、取鍋、電気炉等の通常の製鋼精錬容器で使用されたものであれば特に限定されない。各種精錬容器で使用されたＭｇＯ−Ｃれんがを解体し、付着している地金やスラグを除去した後に、ジョークラッシャー、ボールミル等によって、破砕、粉砕することによって得られる。

従来の廃れんがを配合していない吹付け補修材の骨材の配合割合は、一般的に、３〜１ｍｍの粗粒：３０〜５０質量％，１〜０ｍｍの中間粒：２０〜４０質量％，０．０７５ｍｍ以下の微粉：２０〜４０質量％である。

本発明の吹付け補修材では、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがを粉砕し、従来の廃れんがを配合していない吹付け補修材の粒径区分に合わせて篩い分けて配合する。但し、コストを考慮して、３〜０ｍｍ，１〜０ｍｍ，０．３〜０ｍｍの如く、小さい側の篩網を使用せずに、一つの篩を通過した篩下として準備する。

本発明の吹付け材では、使用するＭｇＯ−Ｃ廃れんが原料の０．０７５ｍｍ以下の細かい粒度分の量が重要であるので、配合量決定の前に粒度試験を行って、０．０７５ｍｍ以下の比率を知っておく。

ＭｇＯ−Ｃ廃れんが原料の配合割合は、０．０７５ｍｍ以下のＭｇＯ−Ｃ廃れんがが、吹付け補修材総量に対して、１〜１５質量％となるように配合するのが好ましい。
１質量％以下では、ＭｇＯ−Ｃ廃れんが添加の効果が少なく、浸透が大きい。
一方、１５質量％を超えると添加水量が多くなって、多孔質の施工体になる。
０．０７５ｍｍ以下のＭｇＯ−Ｃ廃れんがの、吹き付け補修材１００質量％に対する比率は、より好ましくは３〜１２質量％である。

本発明の吹付け補修材はマグネシア原料とＭｇＯ−Ｃ廃れんが原料とＡ，Ｂ両シリーズから成るバインダーを主剤とし、必要によっては、これに超微粉原料、有機質ファイバー、無機質ファイバー、増粘剤、保水剤が添加される。

マグネシア原料は、種類について、特に限定する必要はない。従来から製鋼精錬容器で使用されて来たものが使用可能である。天然マグネシア、海水マグネシア、電融マグネシア等各種のマグネシア原料が使用できる。

バインダーは、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがの、特に微細ＭｇＯ−Ｃ廃れんがの親水性を向上させ、なお且つ、吹付け補修材の添加水量を低減させる働きのある、分散剤、減水剤に属するＡシリーズのバインダーと、吹付けた後の吹付け材の垂れ防止の働きをする、凝集剤に属するＢシリーズのバインダーで構成させる。

Ａシリーズのバインダーの具体例として、Ｎａ^＋，Ｋ^＋等の一価の陽イオンを生成する珪酸ソーダ、珪酸カリウム、ヘキサメタ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸ナトリウム等の無機塩や、各種ポリカルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩等が挙げられる。
中でも、施工体の強度付与の面で珪酸ソーダが好ましい。珪酸ソーダは、１，２，３号いずれも使用できる。その配合量は、吹付け補修材１００質量％に対して外掛け０．５〜７質量％が好ましい。より好ましくは１〜５質量％である。ここで、該配合量が０．５質量％未満では、添加水量が増えて強度不足となるために好ましくない。また、７質量％を超えると粘性が大きくなって吹付け付着率が低下するので好ましくない。

Ｂシリーズのバインダーとして、Ｃａ^＋＋，Ｍｇ^＋＋等の二価の陽イオンを生成する第一燐酸カルシウム、Ａｌ^＋＋＋等の三価の陽イオンを生成する第一燐酸アルミニウム、第二燐酸アルミニウム等があげられる。Ｂシリーズのバインダーは凝集剤に属するものであり、吹付け直後のスランプ防止（垂れ防止）のために配合する。第一燐酸カルシウムが最も好ましい。好ましい添加量は吹付け補修材１００質量％に対して外掛け０．５〜５％である。

必要によっては、吹付け作業性改善のため、超微粉原料を組み合わせても良い。例えば、シリカフラワー、粘土、ベントナイト等である。超微粉原料を添加することによって、リバウンドロスを低減するとか、吹付け時の水分範囲を広くすることが可能となり、作業性が改善される。

有機質ファイバー、無機質ファイバーは乾燥性、耐爆裂性の改善に有効である。また、施工体のクラック発生防止に役立つ。有機質ファイバーの材質例はナイロン、ビニロン，ポバール等である。無機質ファイバーの代表例はアルミナ繊維、ガラス繊維等である。

施工は乾式吹付けによって行う。例えば、ロテクターによって吹き付け施工する。

以下に本発明の実施例およびその比較例を示す。表１は各例で使用した主な耐火原料の化学分析値である。

表２は各例で使用した主な耐火原料の粒度試験結果である。

表３は本発明実施例における吹付け補修材の配合組成とその試験結果である。

表４は比較例の配合組成とその試験結果である。

表１に示した天然マグネシアクリンカーをインペラブレーカーで粉砕し、篩分けて、３〜１ｍｍと１〜０ｍｍを作製した。天然マグネシアクリンカーの微粉は前記１〜０ｍｍを更にボールミルにかけることによって作製した。

ＭｇＯ−Ｃ廃れんがは転炉で２０００チャージ程度使用されたものである。ＭｇＯ−Ｃ廃れんがをインペラブレーカーで粉砕後に、それぞれ３ｍｍと１ｍｍ及び０．３ｍｍの網を一つだけ使用して篩上を除去することによって３〜０ｍｍ，１〜０ｍｍ，０．３〜０ｍｍを作製した。

天然ドロマイトクリンカー３〜１ｍｍは天然マグネシアクリンカー３〜１ｍｍと同じ方法で粉砕、篩分け作製した。

表１に示した原料とＡシリーズのバインダー（粉末珪酸ソーダ）とＢシリーズのバインダー（第一燐酸カルシウム）及びビニロン繊維を組み合わせて表３と表４に示した比率で混合し吹付け補修材を作製した。

表３，４に示した施工水分は、吹付け機を用い、１３００℃の炉内に吹付けた時、最も安定に施工できた時の水分量である。付着率は、吹付け量に対する施工体の重量から求めた。（リバウンド・ロスから逆算）

見掛気孔率はＪＩＳＲ２２０５−７４によって測定した。吹付け後に、施工体から切り出した試験片を１５００℃で３時間焼成したものについての値である。

回転浸食試験は、吹付け後、その施工体から試験片を切り出し、鋼と転炉スラグよりなる浸食剤を用いて１６００℃×６時間の条件で行った。試験後に試験片を切断して、溶損量と浸透量を計測しｍｍ単位で表示した。

試験結果の評価は、施工水分、付着性、見掛気孔率、回転浸食試験結果を合わせたものである。総合評価は試験結果の評価とコストの評価を総合したものである。

本発明実施例の総合評価が全て○（良好）であるのに対し、比較例７のマグネシア質吹付け補修材は浸透量が大きく、総合評価は×（劣）。比較例８は、ドロマイトが高価であるので、総合評価は×。比較例９は、ＭｇＯ−Ｃ廃れんが配合量過多のため、溶損量が大きく、総合評価は×。比較例１０はＭｇＯ−Ｃ廃れんが配合量が過少のため、比較例７に似た結果となり、総合評価は×。比較例１１と１２は、本発明に使用しているバインダーの組み合わせになっていないので、吹付け付着率が低いため、総合評価は×とした。

表２，３のデータから、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがを添加すると、マグネシア質吹付け補修材のスラグ浸透性を改善する働きがあることが読み取れる。しかも、ＭｇＯ−Ｃ廃れんがの粒径が細かい程（０．０７５ｍｍ以下含量が高い程）、その作用が大きいことがわかる。

表２，３のデータから、本発明のバインダーの組み合わせを適用することによって、添加水量を増やさずに吹付け施工が可能であることが明らかである。

表２，３のデータから、本発明のバインダーの組み合わせを使用し、粒径の細かいＭｇＯ−Ｃ廃れんがを使用することにより、従来のマグネシア・ドロマイト質と同等以上の性能を有する吹付け補修材が得られることが分る。

本発明により、使用済みＭｇＯ−Ｃ廃れんがを有効かつ大量に使用できる。性能的にも、コスト的にも、従来品と同等以上の吹付け補修材が得られるので、資源の有効利用と廃棄物のリサイクルに寄与できる。

Claims (2)

1. 使用済みＭｇＯ−Ｃ廃れんがとマグネシア原料とバインダーを主成分とする吹付補修材であって、前記バインダーが珪酸ソーダと第一燐酸カルシウムであることを特徴とするＭｇＯ−Ｃ質吹付補修材。
2. 吹付補修材に占める粒径７５μｍ以下の使用済みＭｇＯ−Ｃ廃れんがの割合が、吹付補修材１００質量％に対し、１〜１５質量％であることを特徴とする請求項１に記載のＭｇＯ−Ｃ質吹付補修材。