JP2021066620A - キャスタブル耐火物の製造方法 - Google Patents
キャスタブル耐火物の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021066620A JP2021066620A JP2019191403A JP2019191403A JP2021066620A JP 2021066620 A JP2021066620 A JP 2021066620A JP 2019191403 A JP2019191403 A JP 2019191403A JP 2019191403 A JP2019191403 A JP 2019191403A JP 2021066620 A JP2021066620 A JP 2021066620A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refractory
- mass
- less
- organic fiber
- castable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 101
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 34
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 33
- 239000004568 cement Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002518 antifoaming agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 30
- 238000004898 kneading Methods 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000009970 fire resistant effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 239000008187 granular material Substances 0.000 abstract description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 34
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 33
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 16
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 13
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 13
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 8
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013530 defoamer Substances 0.000 description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 6
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 6
- -1 aromatic sulfonates Chemical class 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920002125 Sokalan® Chemical class 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002978 Vinylon Polymers 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910000318 alkali metal phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940045714 alkyl sulfonate alkylating agent Drugs 0.000 description 1
- 150000008052 alkyl sulfonates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 150000003014 phosphoric acid esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000004584 polyacrylic acid Chemical class 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
Abstract
【課題】繊維径が１μｍ未満の有機繊維を使用することにより、加熱乾燥過程での爆裂を防止し、かつ、緻密な組織を有する施工体を提供する。【解決手段】繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤を含有するアルカリ性の有機繊維懸濁液を調製し、アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材に、前記有機繊維懸濁液を加えて混練することを特徴とするキャスタブル耐火物の製造方法。【選択図】なし
Description
本発明は、製鐵用窯炉設備の内張り炉材に用いられるキャスタブル耐火物の製造方法に関する。
キャスタブル耐火物は、築炉現場においてはミキサーを用いて水と混練し、得られた混練物を築炉箇所に振動を付与させながら流し込み施工するだけで、製鐵用窯炉設備の内張り炉材を築炉することができる。それ故、築炉作業の効率化、並びに、省力化を図る上でキャスタブル耐火物は非常に重要な耐火物として位置付けられている。
この様に、製鐵用窯炉設備の内張り炉材として築炉されたキャスタブル耐火物は水を含むために、使用する前にはガスバーナーやマイクロ波による加熱によりキャスタブル耐火物中の水を蒸発させ乾燥させる必要がある。
しかし、急激な加熱乾燥が起こると、キャスタブル耐火物内部で発生する水蒸気の量が増大し、高騰した水蒸気の圧力が原因でキャスタブル耐火物が爆裂を生じることがある。最近では、低セメントキャスタブルに代表される緻密質キャスタブル耐火物の使用が普及するにつれて、この問題の重要度は一層増している状況下にある。
水を含んだキャスタブル耐火物の加熱乾燥時の爆裂を解消するために、特許文献１ではキャスタブル耐火物に径１〜１００μｍ、長さ１〜１５ｍｍの有機繊維を０．０１〜１．０質量％添加する方法が開示されている。有機繊維の作用は、耐火物に含まれる水が加熱乾燥により蒸発し拡散する過程で、有機繊維が溶融又は分解により融失することにより水蒸気の拡散経路を耐火物内部で３次元的に生成し、水蒸気の耐火物系外への拡散を容易にして耐火物内部で発生する水蒸気の圧力を低減することにある。
特許文献２では、混練中にキャスタブル耐火物に添加された有機繊維の凝集を防止する技術が開示されている。また、特許文献３、４には、水を含んだキャスタブル耐火物の加熱乾燥過程中での水蒸気の拡散経路となる通気孔をより形成し易くするための技術が開示されている。
特許文献１〜４に記載の方法を用いることにより、水を含んだキャスタブル耐火物の加熱乾燥時の爆裂を解消することは可能となった。他方、特許文献１〜４に記載の有機繊維を添加したキャスタブル耐火物の加熱乾燥後の組織を観察すると、長さが約３００μｍ、幅が約２０μｍの巨大な通気孔が生成していることが確認できた。
この様な巨大な通気孔の生成は、キャスタブル耐火物の耐食性や引張強度を低下させるために、キャスタブル耐火物の耐用性を低下させる一因になる。
この様な巨大な通気孔の生成は、キャスタブル耐火物の耐食性や引張強度を低下させるために、キャスタブル耐火物の耐用性を低下させる一因になる。
従来技術の有機繊維を添加したキャスタブル耐火物の加熱乾燥後に観察される巨大な通気孔の生成を防止するには、繊維径が１μｍ未満の微細な有機繊維を使用することが有効である。
しかしながら、繊維径が１μｍ未満の有機繊維は微細であるために、凝集力が強いので混練中に容易に凝集するため、その機能が発揮できない課題がある。
しかしながら、繊維径が１μｍ未満の有機繊維は微細であるために、凝集力が強いので混練中に容易に凝集するため、その機能が発揮できない課題がある。
本発明者は、繊維径が１μｍ未満の有機繊維を分散させたアルカリ性の水溶液をアルミナセメント、並びに、最大粒子径が３０ｍｍ以下の耐火性粉粒体から構成される耐火性素材に加えて混練することにより、課題が解決することを知見し、本発明をなすにいたった。
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１）繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤を含有するアルカリ性の有機繊維懸濁液を調製し、
アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材に、前記有機繊維懸濁液を加えて混練することを特徴とするキャスタブル耐火物の製造方法。
（２）前記耐火性素材に対する前記有機繊維の添加量は、前記耐火性素材１００質量％に対して外掛けで０．０１〜０．５０質量％であることを特徴とする（１）に記載のキャスタブル耐火物の製造方法。
（３）前記有機繊維懸濁液は、ｐＨが８以上１３以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のキャスタブル耐火物の製造方法。
（１）繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤を含有するアルカリ性の有機繊維懸濁液を調製し、
アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材に、前記有機繊維懸濁液を加えて混練することを特徴とするキャスタブル耐火物の製造方法。
（２）前記耐火性素材に対する前記有機繊維の添加量は、前記耐火性素材１００質量％に対して外掛けで０．０１〜０．５０質量％であることを特徴とする（１）に記載のキャスタブル耐火物の製造方法。
（３）前記有機繊維懸濁液は、ｐＨが８以上１３以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載のキャスタブル耐火物の製造方法。
本発明により、キャスタブル耐火物を用い加熱乾燥過程での爆裂防止と緻密な施工体の作製ができ、製鐵用窯炉設備の寿命を延長させることができる結果、生産性が向上する。
本発明において、繊維径が１μｍ未満の有機繊維を使用する理由は、以下の２点である。
１点目は、耐火物に含まれる水が加熱乾燥により蒸発し拡散する過程で、前記有機繊維が溶融し消失することにより水蒸気の拡散経路を耐火物内部で３次元的に生成し、水蒸気の耐火物系外への拡散を容易にすることで耐火物内部に発生する水蒸気の圧力を低減することである。
２点目は、キャスタブル耐火物の加熱乾燥後に巨大な通気孔の生成を防止するためである。
１点目は、耐火物に含まれる水が加熱乾燥により蒸発し拡散する過程で、前記有機繊維が溶融し消失することにより水蒸気の拡散経路を耐火物内部で３次元的に生成し、水蒸気の耐火物系外への拡散を容易にすることで耐火物内部に発生する水蒸気の圧力を低減することである。
２点目は、キャスタブル耐火物の加熱乾燥後に巨大な通気孔の生成を防止するためである。
本発明に用いられる繊維径が１μｍ未満の有機繊維としては、繊維径が７００ｎｍのポリエステルナノファイバーや、繊維径が２０ｎｍのセルロースナノファイバー等を例示でき、これらの少なくとも一種を用いることができる。
本発明において繊維径が１μｍ未満の有機繊維の添加量は、アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材１００質量％に対し、外掛けで０．０１〜０．５０質量％の範囲であることが好ましい。繊維径が１μｍ未満の有機繊維の添加量が０．０１質量％未満では、加熱乾燥過程で生成される水蒸気の拡散経路となる通気孔の数が少ないために、水蒸気の耐火物系外への拡散が容易に進行せず、耐火物内部で発生する水蒸気の圧力が高騰し、爆裂するからである。繊維径が１μｍ未満の有機繊維の添加量が０．５０質量％超では、加熱乾燥後に生成される通気孔の数が多くなり、気孔率が高くなるために、耐食性が低下するからである。
本発明において、アルカリ性の有機繊維懸濁液を調製する方法は特に限定されない。例えば、繊維径が１μｍ未満の有機繊維をアルカリ性に調整した水溶液に分散することにより、或いは、前記有機繊維が分散された水溶液をアルカリ性に調整することにより、アルカリ性の有機繊維懸濁液を調製しても良い。また、水に前記有機繊維を分散しながら、有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤を投入し、更にｐＨがアルカリ性になるように前記有機繊維が分散された懸濁液を調製しても良い。
繊維径が１μｍ未満の有機繊維を分散させた懸濁液をアルカリ性とするのは、アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材と混練する際に、有機繊維の凝集を防止するためである。前記懸濁液がアルカリ性であると、有機繊維の表面にはＯＨ基が吸着し、有機繊維は見掛上マイナスに帯電した状態になる。
耐火性素材との混練過程では、アルミナセメント粒子は水と接触することでマイナスに帯電するが、有機繊維はマイナスに帯電しているため、アルミナセメント粒子とは反発するために、アルミナセメント粒子との合体による凝集は防止できる。
一方、繊維径が１μｍ未満の有機繊維を分散させた懸濁液が中性、乃至は酸性であると有機繊維は見掛上、無帯電乃至はプラスに帯電した状態になる。このような帯電状態にある有機繊維が、混練過程中にマイナスに帯電したアルミナセメント粒子と衝突すると、アルミナセメント粒子と合体し、凝集することになる。
繊維径が１μｍ未満の有機繊維を分散させた懸濁液のｐＨの調整は、リン酸を溶解させた水溶液と水酸化ナトリウムを溶解させた２種類の水溶液を用い、両者の水溶液の混合比を変えた混合水溶液を前記懸濁液に添加することで行うことができる。
具体的にはリン酸を溶解させた水溶液と水酸化ナトリウムを溶解させた水溶液の混合比率を変えて、前記有機繊維懸濁液のｐＨを調整することができる。
具体的にはリン酸を溶解させた水溶液と水酸化ナトリウムを溶解させた水溶液の混合比率を変えて、前記有機繊維懸濁液のｐＨを調整することができる。
有機繊維と共存する分散剤や消泡剤によって、特定のｐＨに調整できない場合があるが、前記有機繊維懸濁液のｐＨを８以上にできれば、繊維径が１μｍ未満の有機繊維を十分分散させることができる。またｐＨが１３以下であれば、Ｎａが混入されても耐食性が低下することはない。
アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材と混練する前記有機繊維懸濁液の溶媒に分散剤を溶解させる理由は以下の２点である。
１点目は、繊維径が１μｍ未満の有機繊維を溶媒中に均一に分散させるためである。２点目は、混練過程において耐火性粉粒体に含有される最大粒子径が１０μｍ以下の粉体を均一に分散させるためである。尚、前記懸濁液の溶媒とは、繊維径が１μｍ未満の前記有機繊維を分散させる水溶液又は水である。
１点目は、繊維径が１μｍ未満の有機繊維を溶媒中に均一に分散させるためである。２点目は、混練過程において耐火性粉粒体に含有される最大粒子径が１０μｍ以下の粉体を均一に分散させるためである。尚、前記懸濁液の溶媒とは、繊維径が１μｍ未満の前記有機繊維を分散させる水溶液又は水である。
前記有機繊維懸濁液の溶媒が予め分散剤を含有しない場合、例えば、アルミナセメント、並びに、最大粒子径が８ｍｍ以下の耐火性粉粒体に、水と分散剤を同時に添加し混練する場合には、分散剤が水に溶解し、溶解した分散剤が最大粒子径１０μｍ以下の粉体表面に吸着し、前記粉体を分散させる作用を発揮する前に、前記粉体同士が衝突し、凝集するからである。
分散剤には、アルカリ金属リン酸塩、ポリカルボン酸塩、ポリアクリル酸塩、アルキルスルホン酸塩、芳香族スルホン酸塩等が使用でき、これらの１種又は２種以上を用いることができる。分散剤の添加量は、アルミナセメント、並びに、最大粒子径が３０ｍｍ以下の耐火性粉粒体から構成される耐火性素材１００質量％に対し、外掛けで０．１〜０．６質量％の範囲であることが好ましい。尚、分散剤は粉末状、液体状いずれのものも使用できる。
アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材と混練する水に分散剤に加え、消泡剤を溶解させる理由は以下の通りである。
アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体に分散剤を溶解さえた水を添加し混練する過程では、混練物中に泡が発生する。この泡は、混練過程では消失することはないため、混練後に施工されたキャスタブル耐火物内部で空隙として残存することになる。キャスタブル耐火物内部に残存する空隙は、気孔率の増大を招く結果、耐食性を低下させることになる。以上のことから、消泡剤は、混練過程で発生する泡を消失させるために使用する。
アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体に分散剤を溶解さえた水を添加し混練する過程では、混練物中に泡が発生する。この泡は、混練過程では消失することはないため、混練後に施工されたキャスタブル耐火物内部で空隙として残存することになる。キャスタブル耐火物内部に残存する空隙は、気孔率の増大を招く結果、耐食性を低下させることになる。以上のことから、消泡剤は、混練過程で発生する泡を消失させるために使用する。
消泡剤には、アルコール類、脂肪酸エステル、アミン類、エーテル類、リン酸エステル類、シリコン類などが使用でき、これらの少なくとも一種を用いることができる。尚、消泡剤には、液体状、固体状、半固体状のものがあるが、いずれの状態のものでも使用可能である。消泡剤添加量は、アルミナセメント、並びに、最大粒子径が３０ｍｍ以下の耐火性粉粒体から構成される耐火性素材１００質量％に対し、外掛けで０．００３〜０．０１０質量％の範囲であることが好ましい。
繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤が分散、溶解した水溶液の作製には、手動による撹拌のほか、撹拌子を回転させる回転型撹拌装置、容器が回転あるいは振動・搖動する装置などを用いるようにしても良く、また、ノズルから吐出させた前記水溶液を衝突させて、その衝突エネルギーで撹拌できるような装置を用いても良い。
本発明に用いるアルミナセメントとしては、ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３を含有するアルミナセメントが使用できる。アルミナセメントの配合割合は、アルミナセメント、並びに、最大粒子径が３０ｍｍ以下の耐火性粉粒体から構成される耐火性素材１００質量％に対し、内掛けで２〜６質量％の範囲であることが好ましい。
本発明の耐火性粉粒体の原料には、電融アルミナ、焼結アルミナ、電融マグネシア、焼結マグネシア、電融スピネル、焼結スピネル、ジルコニア、ジルコン、溶融シリカ、珪石、シャモット、長石、コーディエライト、ムライト、炭化ケイ素、黒鉛、シリカヒューム、チタニア、イットリア、ムライト、コーディエライト、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、Ｂ４Ｃ、ＢＮ、ＺｒＢ２、カーボンからなるものを使用することができる。
本発明に用いる耐火性素材において、粒径が１０μｍ超３０ｍｍ以下の耐火性粉粒体は、耐火性素材１００質量％に対し、内掛けで８０〜９５質量が好ましく、最大粒子径が１０μｍ以下の耐火性粉粒体は、耐火性素材１００質量％に対し、５〜２０質量％が好ましい。
繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤が分散、溶解した水溶液をアルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材に加えて混練する際に使用するミキサーとしてはボルテックスミキサー、ターボミキサー、二軸ミキサー、並びに、高速ミキサー、ボールミルのいずれでも使用できる。
その他、キャスタブル耐火物の添加物として知られる硬化調整剤、金属短繊維（例えばステンレス鋼ファイバー）、セラミックスファイバー、クロム鉱等を添加してもよい。
本発明のキャスタブル耐火物の施工は、前記有機繊維懸濁液の溶媒が以上の前記耐火性素材全体に対して外掛けで４〜６質量％になるように、前記耐火性素材に前記有機繊維懸濁液を添加し、ミキサーによる混練により得られた混練物を型枠に流し込み施工することで行うことができる。施工の際には充填性を向上させるため、型枠にバイブレータを取り付けるか、あるいは耐火物中に棒状バイブレータを挿入して加振する。
以下に本発明の実施例とその比較例を示す。
［実施例１〜４の製造］
実施例１〜４において、繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤の水への分散、溶解はボールミルを用いて行った。本発明に用いた繊維径が１μｍ未満の有機繊維と各種添加材を水と混合した直後のｐＨは４〜８であった。水溶液のｐＨの調整は、リン酸を溶解させた水溶液と水酸化ナトリウムを溶解させた２種類の水溶液を用い、両者の水溶液の混合比を変えた混合水溶液を前記の水に添加することで行った。水溶液のｐＨは市販のｐＨメーターで測定した。
実施例１〜４において、繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤の水への分散、溶解はボールミルを用いて行った。本発明に用いた繊維径が１μｍ未満の有機繊維と各種添加材を水と混合した直後のｐＨは４〜８であった。水溶液のｐＨの調整は、リン酸を溶解させた水溶液と水酸化ナトリウムを溶解させた２種類の水溶液を用い、両者の水溶液の混合比を変えた混合水溶液を前記の水に添加することで行った。水溶液のｐＨは市販のｐＨメーターで測定した。
実施例３を例に具体的に述べる。耐火性素材１ｋｇに対し、混練に使用した水溶液は４０ｃｃである。有機繊維１ｇ、分散剤６ｇ、消泡剤０．１ｇ、並びに、濃度０．０２ｍｏｌ／Ｌのリン酸８ｃｃ、濃度０．０２ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウムを１６．６ｃｃ、水１５．４ｃｃをボールミルに装填し、３時間混合することにより行った。
実施例１〜４は、混練時に耐火性素材に添加する水への有機繊維，分散剤，消泡剤の事前の分散・溶解を行った発明例である。実施例１〜４は、アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材に、繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤を分散、溶解させアルカリ性に調整した水溶液を添加し、ボルテックスミキサーを用いて混練して製造した。
有機繊維としては、テイジン社製のナノフロント（直径が７００ｎｍ）とスギノマシン社製のビンフィス（直径が２０ｎｍ）を使用した。また、耐火性素材としては、製鉄用窯炉設備の内張り炉材として使用される代表的な不定形耐火物に使用される原料を用いた。
［比較例１〜４の製造］
比較例１と比較例２は高炉大樋の内張り炉材、比較例３は溶鋼鍋の内張り炉材、比較例４はタンディッシュの内張り炉材である。
比較例１と比較例２は高炉大樋の内張り炉材、比較例３は溶鋼鍋の内張り炉材、比較例４はタンディッシュの内張り炉材である。
表１−１及び表１−２に示されるように、比較例１及び５は実施例１の、比較例２は実施例２の、比較例３は実施例３の、比較例４は実施例４のそれぞれの原料配合に対応する。また、比較例１〜４及び実施例１〜５に用いられた耐火性粉粒体は、下記の通りである。
実施例１、比較例１及び比較例５の耐火性粉粒体：スピネル５４質量％、アルミナ４１質量％、シリカ２質量％、カーボン３質量％
実施例２と比較例２の耐火性粉粒体：アルミナ３３質量％、ＳｉＣ６２質量％、シリカ１．５質量％、
カーボン３質量％、Ｂ４Ｃ０．５質量％
実施例３と比較例３の耐火性粉粒体：アルミナ９２質量％、マグネシア７質量％、シリカ１質量％
実施例４と比較例４の耐火性粉粒体：アルミナ６７質量％、シャモット３０質量％、シリカ３質量％
実施例１、比較例１及び比較例５の耐火性粉粒体：スピネル５４質量％、アルミナ４１質量％、シリカ２質量％、カーボン３質量％
実施例２と比較例２の耐火性粉粒体：アルミナ３３質量％、ＳｉＣ６２質量％、シリカ１．５質量％、
カーボン３質量％、Ｂ４Ｃ０．５質量％
実施例３と比較例３の耐火性粉粒体：アルミナ９２質量％、マグネシア７質量％、シリカ１質量％
実施例４と比較例４の耐火性粉粒体：アルミナ６７質量％、シャモット３０質量％、シリカ３質量％
但し、比較例１〜４は、有機繊維、分散剤、消泡剤、アルミナセメントが配合された耐火性粉粒体に、水を添加しボルテックスミキサーを用いて全成分を一度に混練して製造した点で、実施例１〜４に対して異なる。比較例５は、有機繊維、分散剤、消泡剤を分散、溶解させた水溶液を事前に準備し、耐火性素材に添加し、ボルテックスミキサーを用いて混練して製造した例であるが、水溶液のｐＨが酸性である点で、実施例１に対して異なる。
表１−１には実施例１〜４、表１−２には比較例１〜５のキャスタブル耐火物の原料配合をそれぞれ示す。実施例１〜４及び比較例１〜５に用いられた分散剤は、ポリカルボン酸ナトリウム、消泡剤はシリコン、アルミナセメントはアルミナセメント（ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３の混合物）である。また、有機繊維として、比較例１、２、５にはポリプロピレン繊維、比較例３、４にはビニロン繊維が用いられた。
表１−１及び表１−２において、「耐火性粉粒体の粒子径範囲」の項目の「８ｍｍ」〜「１０μｍ以下」の項目の「配合量（質量％）」の数値は、耐火性素材１００質量％に対する内掛けの質量％を示す。また、表１−１及び表１−２において、「アルミナセメントの配合量（質量％）」の項目の数値は、耐火性素材１００質量％に対する内掛けの質量％を示す。その他の項目（外掛けで耐火性素材に添加する水の量、有機繊維の添加量、分散剤の添加量、消泡剤の添加量）は、いずれも、耐火性素材１００質量％に対する外掛けの質量％を示す。
［実施例及び比較例の評価］
実施例１〜４及び比較例１〜５の評価は、３００℃乾燥後の見掛気孔率、３００℃乾燥後の通気率、爆裂性、並びに、耐食性の測定から行った。
実施例１〜４及び比較例１〜５の評価は、３００℃乾燥後の見掛気孔率、３００℃乾燥後の通気率、爆裂性、並びに、耐食性の測定から行った。
見掛気孔率と通気率の測定は以下の方法で行った。混練物をφ５０ｍｍ×５０ｍｍ高さの形状の枠に振動を付与させながら流し込み成形した。その後、室温で２４ｈ養生してから脱枠し、３００℃で２４時間乾燥させて測定用試料を作製した。見掛気孔率はＪＩＳ−Ｒ２２０５に準拠し，通気率はＪＩＳ−Ｒ−２１１５準拠して測定した。
爆裂性の評価は以下の方法で行った。混練物をφ１００ｍｍ×１００ｍｍ高さの形状の枠に振動を付与させながら流し込み成形した。その後、室温で２４ｈ養生してから脱枠し、評価用試料を作製した。爆裂性は、予め８００℃に加熱した電気炉に、試料を装入し３０分保持した後に電気炉から取り出し、試料表面の亀裂の発生有無、並びに、試料の膨れの有無を目視観察で行うことにより評価した。試料に膨れがなく、かつ、試料表面に亀裂の発生が無いものを耐爆裂性に優れると判断した。
耐食性は、侵食材として高炉スラグを用いた回転侵食炉法により評価した。耐食性の評価試料は、混練物を所定寸法の金枠に振動を付与させながら流し込み、室温で２４時間養生した後に、１１０℃で２４時間乾燥させ、大気中で１０００℃×６時間焼成することにより作製した。
回転侵食炉法は、回転侵食炉内に、前記評価試料を内張りし、評価試料の表面温度が１６００℃に到達した時点で、炉内にスラグを投入し３０分経過後に溶融したスラグを排出し、新たにスラグを投入するという操作を４回繰り返すことにより試験を行った。試験後に試料を切断し、切断面における最大侵食深さを測定することにより耐食性を評価した。耐食性は比較例１、比較例２、比較例３、及び比較例４の試料の最大侵食深さを各々１００％の長さとして、耐火性素材が前記比較例と同じ組成で構成された実施例１、実施例２、実施例３、及び実施例４をそれぞれ相対評価した。数値が小さいほど、耐食性に優れることを意味する。
実施例１〜４及び比較例１〜５に関し、前記見掛気孔率、前記通気率、前記爆裂性、並びに、前記耐食性の測定結果を表１−１及び表１−２に示す。
実施例１〜４を比較例１〜４に対して各々比較すると、実施例は比較例よりも３００℃乾燥後の見掛気孔率が低く、耐食性に優れることに加え、耐爆裂性は比較例と同じく優れていることが確認できている。
実施例１〜４を比較例１〜４に対して各々比較すると、実施例は比較例よりも３００℃乾燥後の見掛気孔率が低く、耐食性に優れることに加え、耐爆裂性は比較例と同じく優れていることが確認できている。
比較例５は、繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤を分散、溶解させ水溶液のｐＨが５と酸性であるため、混練過程中に有機繊維が凝集したために、見掛気孔率が高く、耐爆裂性に優れるも、耐食性に劣っている。
本発明によれば、キャスタブル耐火物を用い加熱乾燥過程での爆裂が防止でき、かつ、緻密な組織を有する耐用性に極めて優れた製鐵用窯炉設備の内張り炉材を製造することができる結果、製鐵用窯炉設備の寿命を大幅に延長させることができる。
Claims (3)
- 繊維径が１μｍ未満の有機繊維、分散剤、並びに、消泡剤を含有するアルカリ性の有機繊維懸濁液を調製し、
アルミナセメント、並びに、耐火性粉粒体から構成される耐火性素材に、前記有機繊維懸濁液を加えて混練することを特徴とするキャスタブル耐火物の製造方法。 - 前記耐火性素材に対する前記有機繊維の添加量は、前記耐火性素材１００質量％に対して外掛けで０．０１〜０．５０質量％であることを特徴とする請求項１に記載のキャスタブル耐火物の製造方法。
- 前記有機繊維懸濁液は、ｐＨが８以上１３以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のキャスタブル耐火物の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019191403A JP7277773B2 (ja) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | キャスタブル耐火物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019191403A JP7277773B2 (ja) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | キャスタブル耐火物の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021066620A true JP2021066620A (ja) | 2021-04-30 |
| JP7277773B2 JP7277773B2 (ja) | 2023-05-19 |
Family
ID=75636622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2019191403A Active JP7277773B2 (ja) | 2019-10-18 | 2019-10-18 | キャスタブル耐火物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7277773B2 (ja) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6110079A (ja) * | 1984-06-26 | 1986-01-17 | 新日本製鐵株式会社 | 溶融金属用流し込み施工耐火物 |
| JPH01224274A (ja) * | 1988-03-01 | 1989-09-07 | Shinagawa Refract Co Ltd | 吹付施工用耐火組成物 |
| JPH03265572A (ja) * | 1990-03-14 | 1991-11-26 | Kurosaki Refract Co Ltd | キャスタブル耐火物 |
| JP2004307231A (ja) * | 2003-04-03 | 2004-11-04 | Taiko Rozai Kk | 脂肪族ポリエステル繊維含有キャスタブル耐火物 |
| JP2012091987A (ja) * | 2010-10-29 | 2012-05-17 | Kuraray Co Ltd | 不定形耐火物の耐爆裂性向上に適した繊維およびそれを添加した不定形耐火物 |
| US20190062211A1 (en) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | The Governors Of The University Of Alberta | Cementitious inorganic material containing cellulosic nanofibers |
| JP2019137561A (ja) * | 2018-02-06 | 2019-08-22 | Ａｇｃセラミックス株式会社 | 不定形耐火組成物 |
-
2019
- 2019-10-18 JP JP2019191403A patent/JP7277773B2/ja active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6110079A (ja) * | 1984-06-26 | 1986-01-17 | 新日本製鐵株式会社 | 溶融金属用流し込み施工耐火物 |
| JPH01224274A (ja) * | 1988-03-01 | 1989-09-07 | Shinagawa Refract Co Ltd | 吹付施工用耐火組成物 |
| JPH03265572A (ja) * | 1990-03-14 | 1991-11-26 | Kurosaki Refract Co Ltd | キャスタブル耐火物 |
| JP2004307231A (ja) * | 2003-04-03 | 2004-11-04 | Taiko Rozai Kk | 脂肪族ポリエステル繊維含有キャスタブル耐火物 |
| JP2012091987A (ja) * | 2010-10-29 | 2012-05-17 | Kuraray Co Ltd | 不定形耐火物の耐爆裂性向上に適した繊維およびそれを添加した不定形耐火物 |
| US20190062211A1 (en) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | The Governors Of The University Of Alberta | Cementitious inorganic material containing cellulosic nanofibers |
| JP2019137561A (ja) * | 2018-02-06 | 2019-08-22 | Ａｇｃセラミックス株式会社 | 不定形耐火組成物 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7277773B2 (ja) | 2023-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3397411A1 (en) | Castable refractory compositions comprising zeolithic microstructures and uses thereof | |
| JP5943032B2 (ja) | 軽量断熱アルミナ・マグネシア質耐火物の製造方法 | |
| JP4023916B2 (ja) | アルミナセメント、アルミナセメント組成物、その不定形耐火物、及びそれを用いた吹付施工方法 | |
| JP7003849B2 (ja) | キャスタブル耐火物の製造方法 | |
| JP6427456B2 (ja) | 不定形耐火組成物、及び不定形耐火物 | |
| US4117055A (en) | Low mass, high alumina-silica refractories | |
| KR100773574B1 (ko) | 부정형 내화물의 시공방법 및 그에 사용되는 부정형 내화물 | |
| JP2021066620A (ja) | キャスタブル耐火物の製造方法 | |
| JP2005154180A (ja) | アルミナセメント組成物及び不定形耐火物 | |
| JP7302543B2 (ja) | 不定形耐火物 | |
| JP2019131446A (ja) | アルミナ−マグネシア質キャスタブル耐火物の耐用性評価方法 | |
| JP2023122433A (ja) | アルミナ－シリカ質キャスタブル耐火物 | |
| JP5663122B2 (ja) | 非鉄金属製錬容器用キャスタブル耐火物及びそれを用いたプレキャストブロック | |
| RU2140407C1 (ru) | Огнеупорная бетонная смесь | |
| JP5676343B2 (ja) | 耐爆裂性水硬性硬化体 | |
| JP2009096658A (ja) | アルミナセメント組成物及びそれを用いた不定形耐火物 | |
| JP2000016874A (ja) | 耐火物用急結剤及びそれを用いた吹付施工方法 | |
| JP2011047563A (ja) | 不定形耐火物用粉体組成物及びそれを用いた耐火物の製造方法 | |
| JP4588239B2 (ja) | アルミナセメント、アルミナセメント組成物、及びそれを用いた不定形耐火物 | |
| JP2007217260A (ja) | ポーラス耐火物 | |
| JP3604301B2 (ja) | 不定形耐火物原料、原料混練物及び不定形耐火物 | |
| JPS63162579A (ja) | 熱硬性不定形耐火物 | |
| JP2007099562A (ja) | 通気性耐火物とその製造方法 | |
| JP2016069219A (ja) | アルミナ−マグネシア質流し込み材 | |
| JP2001080969A (ja) | 不定形耐火物原料及び不定形耐火物 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220606 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230323 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230404 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230417 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7277773 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |