JP2018062459A - 耐火物煉瓦および耐火物煉瓦の製造方法 - Google Patents
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本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下を要旨とするものである。
アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質の使用済み耐火物を粉砕して得られた粒径8mm以下の耐火物屑(x)を、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合で17質量%以上90質量%以下含有するとともに、下記(1)〜(4)の条件を満足することを特徴とする耐火物煉瓦。
(1)耐火物屑(x)のうちの粒径2.8mm超の耐火物屑の全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合が10質量%以上
(2)耐火物屑(x)のうち、粒径2.8mm超の耐火物屑と粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑の含有比率(質量比)が2:10〜20:10
(3)耐火物屑(x)のうち、粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑と粒径1mm以下の耐火物屑の含有比率(質量比)が10:2〜10:20
(4)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が19質量%以下
[3]上記[1]または[2]の耐火物煉瓦において、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が12質量%以下であることを特徴とする耐火物煉瓦。
[4]上記[3]の耐火物煉瓦において、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が9質量%以下であることを特徴とする耐火物煉瓦。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの耐火物煉瓦において、未使用の酸化物系耐火物原料の一部として、アルミナの純度が93質量%以上のアルミナ原料を全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合で5質量%以上含有することを特徴とする耐火物煉瓦。
アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質の使用済み耐火物を粉砕・分級して得られた粒径が8mm以下の耐火物屑であって、粒径2.8mm超の耐火物屑と粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑の含有比率(質量比)が2:10〜20:10、粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑と粒径1mm以下の耐火物屑の含有比率(質量比)が10:2〜10:20である耐火物屑(x)に対して、下記(i)〜(iii)の条件を満足するように未使用の耐火物原料を配合することを特徴とする耐火物煉瓦の製造方法。
(i)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での耐火物屑(x)の割合が17質量%以上90質量%以下
(ii)耐火物屑(x)のうちの粒径2.8mm超の耐火物屑の全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での割合が10質量%以上
(iii)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が19質量%以下
[9]上記[7]または[8]の製造方法において、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が12質量%以下となるように、耐火物屑(x)に対して未使用の耐火物原料を配合することを特徴とする耐火物煉瓦の製造方法。
[10]上記[9]の製造方法において、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が9質量%以下となるように、耐火物屑(x)に対して未使用の耐火物原料を配合することを特徴とする耐火物煉瓦の製造方法。
[12]上記[7]〜[11]のいずれかの製造方法において、未使用の酸化物系耐火物原料の一部として、アルミナの純度が93質量%以上のアルミナ原料を全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合で5質量%以上配合することを特徴とする記載の耐火物煉瓦の製造方法。
耐火物原料の残部は、未使用の原料(バージン原料)であり、通常、バージン原料として、酸化物系原料(アルミナ原料、シリカ原料など)、カーボン原料、炭化珪素、金属Siなどを含有する。ここで、酸化物系原料としては、例えば、バン土頁岩、ブラウンアルミナ、ホワイトアルミナ、ろう石などが挙げられ、これらの1種以上を配合することができる。カーボン原料としては、例えば、鱗状黒鉛などが挙げられ、これらの1種以上を配合することができる。
また、煉瓦をより低熱伝導化するには、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量(JIS R2011に示される化学分析法で測定される遊離炭素量)を9質量%以下とすることが好ましい。遊離炭素量が9質量%以下であれば、煉瓦の熱伝導率を低位でほぼ一定にできる。遊離炭素量が9質量%を超えると、遊離炭素量の増加に伴い熱伝導率が高くなる。
本発明の耐火物煉瓦を製造する場合、まず、回収されたアルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質使用済み耐火物を粉砕した後、分級することにより、リサイクル原料となる粒径が8mm以下の耐火物屑であって、粒径2.8mm超の耐火物屑と粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑の含有比率(質量比)が2:10〜20:10、粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑と粒径1mm以下の耐火物屑の含有比率(質量比)が10:2〜10:20である耐火物屑(x)を調製する。具体的な調製方法としては、回収されたアルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質の使用済み耐火物を粉砕機によって例えば粒径8mm以下に粉砕した後、篩分けし、耐火物屑を粒径2.8mm超(8mm以下)の耐火物屑、粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑、粒径1mm以下の耐火物屑という3つの粒度区分に分別する。そして、これら3つの粒度区分の耐火物屑を所定の割合で配合(混合)することにより、上記条件を満足する耐火物屑(x)を調製する。
(i)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での耐火物屑(x)の割合が17質量%以上90質量%以下、好ましくは60質量%超90質量%以下
(ii)耐火物屑(x)のうちの粒径2.8mm超の耐火物屑の全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での割合が10質量%以上、好ましくは30質量%以上
(iii)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が19質量%以下、好ましくは12質量%以下、さらに好ましくは9質量%以下
(iv)未使用の酸化物系耐火物原料の粒径が2.8mm以下であり、この未使用の酸化物系耐火物原料のうち、粒径2.8mm以下1mm超の酸化物系耐火物原料と、粒径1mm以下の酸化物系耐火物原料の含有比率(質量比)が10:3〜10:16
また、上記(iii)の条件については、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が19質量%を超えないように、好ましくは12質量%を超えないように、さらに好ましくは9質量%を超えないように、未使用のカーボン原料を添加する。
本発明の耐火物煉瓦は、種々の設備や容器の耐火物として使用できるが、なかでも、製鉄所の精錬設備や溶解物(溶銑、スラグ)の搬送容器の内張り耐火物として好適であり、特に、溶銑予備処理に使用される高炉鍋用の耐火物として好適である。
嵩密度についてはJIS R2205に示される方法により、遊離炭素量についてはJIS R2011に示される化学分析法により、熱伝導率についてはレーザーフラッシュ法により、それぞれ測定した。
残存膨張率については、円柱型の試料を用いてJIS R2207に示される方法で熱膨張試験を実施し、試験前の寸法L0、試験終了後の寸法L1の差ΔL=L1−L0を算出し、下式によって残存膨張率Eiを求めた。
残存膨張率Ei(%)=ΔL/L0×100
耐食性については、高周波誘導炉を用いた内張り張り分け法で評価した。試験温度は1500℃とし、表8に示す合成スラグを1時間毎に4回投入した。試験後に溶損量を測定し、表2中の「発明例1−3」の溶損量を100として溶損指数を求めた。
以上の嵩密度、遊離炭素量、熱伝導率及び残存膨張率の測定値と、耐スポール性と耐食性の評価結果を、原料配合及び煉瓦構成とともに表2〜表7に示す。
比較例1−1が示す通り、耐火物屑を9質量%含有する煉瓦は、耐火物屑をより多く配合した他の煉瓦と比較して嵩密度が高く、熱伝導率が高いことから、高炉鍋で使用した場合に熱ロス量が増大する可能性が高い。また、比較例1−2が示す通り、新規の耐火物原料を全く含有せず、耐火物屑を100質量%含有する煉瓦は、溶損量が極めて大きく、耐食性が大幅に劣ることから、高炉鍋での長期間の使用は極めて困難と予想される。
これらの結果から、全耐火物原料(但し、金属Siを除く。)中において、耐火物屑の含有量(配合量)を17質量%以上90質量%以下、好ましくは60質量%超90質量%以下とし、+2.8mmの耐火物屑の含有量(配合量)を10質量%以上とする必要があることが判る。
発明例1−6が示す通り、+2.8mmの耐火物屑と2.8−1mmの耐火物屑の含有比率を2:10とした煉瓦は、発明例1−4、発明例2−1及び発明例2−2の煉瓦と比較して、耐食性は同程度であり、耐スポール性が僅かに劣るが、実機での使用には全く支障がない程度のレベルである。また、遊離炭素量、熱伝導率、嵩密度、残存膨張率もほぼ同じであり、いずれも適正である。
比較例2−1が示す通り、+2.8mmの耐火物屑と2.8−1mmの耐火物屑の含有比率を30:10とした煉瓦は、発明例1−4、発明例2−1及び発明例2−2の煉瓦と比較して、耐スポール性、遊離炭素量、熱伝導率、嵩密度、残存膨張率は同程度であるが、耐食性は大幅に低下している。
これらの結果から、+2.8mmの耐火物屑と2.8−1mmの耐火物屑の含有比率(配合比率)を2:10〜20:10とすることにより、耐スポール性と耐食性を更に高められることが判る。
比較例3−1が示す通り、2.8−1mmの耐火物屑と−1mmの耐火物屑の含有比率を10:1とした煉瓦は、発明例3−1〜発明例3−3の煉瓦と比較して、遊離炭素量、熱伝導率、嵩密度は同程度であるが、耐食性が大幅に低下している。
これらの結果から、2.8−1mmの耐火物屑と−1mmの耐火物屑の含有比率(配合比率)を10:2〜10:20とすることにより、耐スポール性と耐食性を更に高められることが判る。
発明例4−2が示す通り、2.8−1mmのバージン酸化物原料と−1mmのバージン酸化物原料の含有比率を10:3とした煉瓦は、発明例4−3〜発明例4−5の煉瓦と比較して、耐スポール性は同程度であり、耐食性が僅かに劣っているが、実機での使用には全く支障がない程度のレベルである。また、遊離炭素量、熱伝導率、嵩密度、残存膨張率もほぼ同じであり、いずれも適正である。
発明例4−6が示す通り、2.8−1mmのバージン酸化物原料と−1mmのバージン酸化物原料の含有比率を10:20とした煉瓦も、発明例4−3〜発明例4−5の煉瓦と比較して、遊離炭素量、熱伝導率、嵩密度は同程度であるものの、残存膨張率がやや低く、耐スポール性、耐食性も僅かに低下しているが、実用上、支障がないレベルである。
これらの結果から、2.8−1mmのバージン酸化物原料と−1mmのバージン酸化物原料の含有比率(配合比率)を10:3〜10:16とすることにより、耐スポール性と耐食性が更に高められ、高い残存膨張率を維持できることが判る。
また、発明例6−1−B、発明例6−2−B、発明例6−3−Bは、アルミナバージン原料としてアルミナ純度が93質量%のブラウンアルミナを5質量%以上配合したものであるが、この高純度アルミナバージン原料(ブラウンアルミナ)を配合していない発明例6−1−A、発明例6−2−A、発明例6−3−Aと比較して、耐食性が大幅に向上している。
Claims (12)
- アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質の耐火物からなる煉瓦において、
アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質の使用済み耐火物を粉砕して得られた粒径8mm以下の耐火物屑(x)を、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合で17質量%以上90質量%以下含有するとともに、下記(1)〜(4)の条件を満足することを特徴とする耐火物煉瓦。
(1)耐火物屑(x)のうちの粒径2.8mm超の耐火物屑の全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合が10質量%以上
(2)耐火物屑(x)のうち、粒径2.8mm超の耐火物屑と粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑の含有比率(質量比)が2:10〜20:10
(3)耐火物屑(x)のうち、粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑と粒径1mm以下の耐火物屑の含有比率(質量比)が10:2〜10:20
(4)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が19質量%以下 - 耐火物屑(x)を、全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合で60質量%超90質量%以下含有することを特徴とする請求項1に記載の耐火物煉瓦。
- 全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が12質量%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の耐火物煉瓦。
- 全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が9質量%以下であることを特徴とする請求項3に記載の耐火物煉瓦。
- 未使用の酸化物系耐火物原料の粒径が2.8mm以下であり、この未使用の酸化物系耐火物原料のうち、粒径2.8mm以下1mm超の酸化物系耐火物原料と粒径1mm以下の酸化物系耐火物原料の含有比率(質量比)が10:3〜10:16であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の耐火物煉瓦。
- 未使用の酸化物系耐火物原料の一部として、アルミナの純度が93質量%以上のアルミナ原料を全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合で5質量%以上含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の耐火物煉瓦。
- アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質の耐火物からなる煉瓦の製造方法において、
アルミナ・シリカ・炭化珪素・カーボン質の使用済み耐火物を粉砕・分級して得られた粒径が8mm以下の耐火物屑であって、粒径2.8mm超の耐火物屑と粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑の含有比率(質量比)が2:10〜20:10、粒径2.8mm以下1mm超の耐火物屑と粒径1mm以下の耐火物屑の含有比率(質量比)が10:2〜10:20である耐火物屑(x)に対して、下記(i)〜(iii)の条件を満足するように未使用の耐火物原料を配合することを特徴とする耐火物煉瓦の製造方法。
(i)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での耐火物屑(x)の割合が17質量%以上90質量%以下
(ii)耐火物屑(x)のうちの粒径2.8mm超の耐火物屑の全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での割合が10質量%以上
(iii)全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が19質量%以下 - 全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での耐火物屑(x)の割合が60質量%超90質量%以下となるように、耐火物屑(x)に対して未使用の耐火物原料を配合することを特徴とする請求項7に記載の耐火物煉瓦の製造方法。
- 全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が12質量%以下となるように、耐火物屑(x)に対して未使用の耐火物原料を配合することを特徴とする請求項7または8に記載の耐火物煉瓦の製造方法。
- 全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを配合する場合はこれを除く。)中での遊離炭素量が9質量%以下となるように、耐火物屑(x)に対して未使用の耐火物原料を配合することを特徴とする請求項9に記載の耐火物煉瓦の製造方法。
- 未使用の酸化物系耐火物原料の粒径が2.8mm以下であり、この新規の酸化物系耐火物原料のうち、粒径2.8mm以下1mm超の酸化物系耐火物原料と粒径1mm以下の酸化物系耐火物原料の含有比率(質量比)が10:3〜10:16であることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の耐火物煉瓦の製造方法。
- 未使用の酸化物系耐火物原料の一部として、アルミナの純度が93質量%以上のアルミナ原料を全耐火物原料(但し、未使用の耐火物原料として金属Siを含有する場合はこれを除く。)中での割合で5質量%以上配合することを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の耐火物煉瓦の製造方法。
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