JP2024027731A - マグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物及びマグネシア・クロム質耐火れんがの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温で焼成しなくても耐スポーリング性に優れるマグネシア・クロム質耐火れんがの製造と、エネルギーと温室効果ガス排出量の低減が可能なマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物を提供すること。【解決手段】マグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物は、ヘルシナイトを含み、前記ヘルシナイトの含有量が１～１５質量％であることを特徴とする。【選択図】なし
Description
本開示は、鉄鋼用二次精錬炉やセメントロータリーキルン等に使用されるマグネシア・クロム質耐火れんが（マグクロれんが）の原料配合物及びマグネシア・クロム質耐火れんがの製造方法に関する。
鉄鋼用二次精錬炉やセメントロータリーキルン等において、使用条件が厳しい部位には、ダイレクトボンド（直接結合）の高温焼成マグクロれんがが使用されている。これは、電融高純度の原料を使用し、１７００℃以上の高温で焼成してれんがの結合組織を発達させ、熱間強度を向上させたものである。
例えば、特許文献１は、耐火原料配合物を混練し、成形後、１７００℃以上の温度で焼成して得られるマグクロれんがであって、前記耐火原料配合物が、Ｂ２Ｏ３含有量が０．２～１．０質量％、ＣａＯ含有量が０．８質量％以下、及びかさ密度が３．２０ｇ／ｃｍ３以上であるマグネシアクリンカ２０～８０質量％と、クロム鉱２０～６０質量％とからなり、かつ前記耐火原料配合物中のＣａＯ含有量が０．８質量％以下でＳｉＯ２含有量が２．５質量％以下であるマグクロれんがを開示する。
特許文献２は、ＣａＯが１．５～３．０重量％でＦｅ２Ｏ３が０．５重量％未満のＣａＯ含有マグネシアクリンカ－を１５～７０重量％と、Ｆｅ２Ｏ３が２０～３０重量％の高Ｆｅ２Ｏ３クロム鉱を２５～４５重量％とを使用し、残部が一般のマグネシアクリンカ－、クロム鉱、酸化クロム、電融又は焼結マグクロクリンカー、れんが屑などからなるマグクロ質れんがであって、該れんが中にＳｉＯ２が０．８重量％未満、ＣａＯが０．８～１．６重量％、Ｆｅ２Ｏ３が７～１１重量％、Ｃｒ２Ｏ３が１５～２５重量％含有する高温焼成マグクロ質れんがを開示する。また、特許文献２は、１６５０～１９００℃での焼成を開示する。
特許文献１、２のマグクロれんがは耐スポーリング性に優れるものの、高温焼成には多くのエネルギーが必要であり、また、それに伴い温室効果ガスの排出量が多い。
本開示は上記実状を鑑みてなされたものであり、高温で焼成しなくても耐スポーリング性に優れるマグクロれんがの製造と、エネルギーと温室効果ガス排出量の低減が可能なマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物及びマグネシア・クロム質耐火れんがの製造方法を提供することを目的とする。
（１）本開示の一の態様は、ヘルシナイトを含むことを特徴とするマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物に関する。
本開示の一の態様のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物は、ヘルシナイトを含むことにより、高温で焼成しなくても耐スポーリング性に優れるマグクロれんがを製造することができるとともに、エネルギーと温室効果ガス排出量を低減することができる。
（２）本開示の一の態様では、
前記ヘルシナイトの含有量が１～１５質量％であることが好ましい。
前記ヘルシナイトの含有量が１～１５質量％であることが好ましい。
焼成温度を抑制しつつ、より耐スポーリング性に優れるマグクロれんがを製造することができる。
（３）本開示の一の態様では、
化学組成がＭｇＯ：５８～８７質量％、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％であり、
前記Ｆｅ２Ｏ３は、前記ヘルシナイト由来のものが５％以上であることが好ましい。
化学組成がＭｇＯ：５８～８７質量％、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％であり、
前記Ｆｅ２Ｏ３は、前記ヘルシナイト由来のものが５％以上であることが好ましい。
マグネシア・クロム質耐火れんがの容積安定性が優れるとともに、耐スポーリング性が良好となる。
（４）本開示の他の態様は、本開示の一の態様のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物を用いることを特徴とするマグネシア・クロム質耐火れんがの製造方法に関する。
本開示の一の態様のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物を用いることにより、焼成温度を抑制することができ、エネルギーと温室効果ガス排出量を低減することができる。
（５）本開示の他の態様では、焼成温度が１３００～１６００℃であることが好ましい。
以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本開示の解決手段として必須であるとは限らない。
本実施形態のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物はヘルシナイトを含むことを特徴とする。他の原料は特に限定されず、マグネシア原料、マグクロ原料、クロム原料等、マグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物として一般に使用されているものを含むことができる。
＜ヘルシナイト（ｈｅｒｃｙｎｉｔｅ）＞
ヘルシナイトは、ｘＦｅＯ・ｙＡｌ２Ｏ３からなる鉱物原料である。天然原料、合成原料のいずれでもよいが、不純物が少ない合成原料が好ましい。ＦｅＯとＡｌ２Ｏ３の比は化学量論比１：１（質量比４１．３：５８．７）に限定されず、質量比で３０：７０～５０：５０の範囲であればよい。ヘルシナイトの含有量：１～１５質量％で曲げ強さと、耐スポーリング性に優れ、１０～１２質量％で動弾性率（Ｅ）に対する曲げ強さ（Ｓ）の比率（Ｓ／Ｅ）が向上し、耐スポーリング性に特に優れる。また、本実施形態のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物は、化学組成がＭｇＯ：５８～８７質量％、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％であり、Ｆｅ２Ｏ３は、ヘルシナイト由来のものが５％以上となるように配合することで、マグクロれんがの容積安定性に優れるとともに、耐スポーリング性が良好となる。
ヘルシナイトは、ｘＦｅＯ・ｙＡｌ２Ｏ３からなる鉱物原料である。天然原料、合成原料のいずれでもよいが、不純物が少ない合成原料が好ましい。ＦｅＯとＡｌ２Ｏ３の比は化学量論比１：１（質量比４１．３：５８．７）に限定されず、質量比で３０：７０～５０：５０の範囲であればよい。ヘルシナイトの含有量：１～１５質量％で曲げ強さと、耐スポーリング性に優れ、１０～１２質量％で動弾性率（Ｅ）に対する曲げ強さ（Ｓ）の比率（Ｓ／Ｅ）が向上し、耐スポーリング性に特に優れる。また、本実施形態のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物は、化学組成がＭｇＯ：５８～８７質量％、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％であり、Ｆｅ２Ｏ３は、ヘルシナイト由来のものが５％以上となるように配合することで、マグクロれんがの容積安定性に優れるとともに、耐スポーリング性が良好となる。
＜マグネシア原料＞
マグネシア原料は、例えば、焼結マグネシア、電融マグネシア、マグネシアクリンカー等、マグクロれんがに使用される一般的なマグネシア原料を使用することができる。
マグネシア原料は、例えば、焼結マグネシア、電融マグネシア、マグネシアクリンカー等、マグクロれんがに使用される一般的なマグネシア原料を使用することができる。
＜マグネシア・クロム（マグクロ）原料＞
マグクロ原料は、例えば、マグクロクリンカーを使用することができる。マグクロクリンカーは、例えば、マグネシアと、酸化クロム及び／又はクロム鉱との混合物に、必要に応じてアルミナを添加し、アーク炉で溶融又は高温で焼成して得られ、前者を電融マグクロ、後者を焼結マグクロという。
マグクロ原料は、例えば、マグクロクリンカーを使用することができる。マグクロクリンカーは、例えば、マグネシアと、酸化クロム及び／又はクロム鉱との混合物に、必要に応じてアルミナを添加し、アーク炉で溶融又は高温で焼成して得られ、前者を電融マグクロ、後者を焼結マグクロという。
＜クロム原料＞
クロム原料は、酸化クロムを使用することができる。クロム原料として酸化クロムを使用する場合の含有量は１０質量％以下とすることが好ましい。また、マグクロれんが用原料配合物の化学組成がＣｒ２Ｏ３：８～３０質量％となるように配合を調整する。
クロム原料は、酸化クロムを使用することができる。クロム原料として酸化クロムを使用する場合の含有量は１０質量％以下とすることが好ましい。また、マグクロれんが用原料配合物の化学組成がＣｒ２Ｏ３：８～３０質量％となるように配合を調整する。
＜その他の原料＞
本開示のマグクロれんがの特性を逸脱しない範囲で、Ｆｅ２Ｏ３の微粉、クロム鉄鉱等を配合することもできる。その場合、マグクロれんが用原料配合物の化学組成が、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％となるように配合を調整する。
本開示のマグクロれんがの特性を逸脱しない範囲で、Ｆｅ２Ｏ３の微粉、クロム鉄鉱等を配合することもできる。その場合、マグクロれんが用原料配合物の化学組成が、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％となるように配合を調整する。
＜製造方法＞
本実施形態のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物に、一般的な耐火れんがの製造に使用されるバインダーを添加し、混練、成形する。マグクロれんがを緻密にするためにプレス圧を高くしたり、プレス回数を増やしたり等、必要な特性に応じて成形条件を適宜変更してもよい。焼成温度は１３００～１６００℃が好ましい。ヘルシナイトを含むことで、低い温度で焼成しても、耐スポーリング性が良好なマグクロれんがを得ることができる。このため、エネルギーと温室効果ガス排出量を低減することができる。
本実施形態のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物に、一般的な耐火れんがの製造に使用されるバインダーを添加し、混練、成形する。マグクロれんがを緻密にするためにプレス圧を高くしたり、プレス回数を増やしたり等、必要な特性に応じて成形条件を適宜変更してもよい。焼成温度は１３００～１６００℃が好ましい。ヘルシナイトを含むことで、低い温度で焼成しても、耐スポーリング性が良好なマグクロれんがを得ることができる。このため、エネルギーと温室効果ガス排出量を低減することができる。
以下、本開示の実施例について詳細に説明する。
バインダーとして外掛け２．５質量％のトウミツを添加した原料配合物をタイヤミキサーで混練し、混練物を得た。混練物を２３０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍに１．８ｔでプレス成形し、トンネルキルンを用いて大気雰囲気（酸化雰囲気）で焼成し、耐火れんがを得た。耐火れんがを所定の形状に加工し、試験片とした。
試験１の試験片について、原料の配合（質量％）と、原料配合物の主要成分：ＭｇＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３の化学組成（質量％）と、Ｆｅ２Ｏ３のうちのヘルシナイト由来のものの割合と、焼成温度を表１に示す。
実施例１、実施例２はヘルシナイトを含み、焼成温度をそれぞれ１４５０℃と、１６００℃とした。比較例１～３はヘルシナイトを含まず、比較例３はベンガラ（Ｆｅ２Ｏ３）を含み、比較例１、比較例２～３は焼成温度をそれぞれ１７００℃超、１４５０℃とした。
試験２の試験片について、原料の配合（質量％）と、原料配合物の主要成分：ＭｇＯ、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３の化学組成（質量％）と、Ｆｅ２Ｏ３のうちのヘルシナイト由来のものの割合と、焼成温度を表２に示す。
実施例３～６、実施例１、実施例７～８、実施例１０はヘルシナイトの含有量を変化させ、焼成温度は１４５０℃で一定とした。実施例９は実施例８と同配合で、焼成温度を１３００℃とした。
得られた試験片について、以下の評価を行った。
＜曲げ強さ：Ｓ＞
曲げ強さ：Ｓ（ＭＰａ）はＪＩＳ Ｒ２２１３：２００５（耐火れんがの曲げ強さの試験方法）に従って測定した。
曲げ強さ：Ｓ（ＭＰａ）はＪＩＳ Ｒ２２１３：２００５（耐火れんがの曲げ強さの試験方法）に従って測定した。
＜動弾性率：Ｅ＞
動弾性率：Ｅ（ＧＰａ）はＡＳＴＭ Ｃ１２５９－０８ｅ１で規格化されている打撃共振法に従って測定した。
動弾性率：Ｅ（ＧＰａ）はＡＳＴＭ Ｃ１２５９－０８ｅ１で規格化されている打撃共振法に従って測定した。
＜耐スポーリング性＞
耐スポーリング性はＪＩＳ Ｒ２６５７：１９９５（耐火れんが及び耐火断熱れんがのスポーリング試験方法）に従って試験し、試験面の剥落までの回数を、７０回以上：優、５０～６９回：良、３０～４９回：可、２９回以下：不可と評価した。
耐スポーリング性はＪＩＳ Ｒ２６５７：１９９５（耐火れんが及び耐火断熱れんがのスポーリング試験方法）に従って試験し、試験面の剥落までの回数を、７０回以上：優、５０～６９回：良、３０～４９回：可、２９回以下：不可と評価した。
試験１の評価結果を表３に示す。
比較例1はヘルシナイトを含まず、高温焼成した従来技術のマグクロれんがである。比較例２、比較例３はヘルシナイトを含まず、それぞれマグクロ原料（電融マグクロ）由来のＦｅ２Ｏ３、ベンガラ由来のＦｅ２Ｏ３を含み、焼成温度を１４５０℃とし、耐スポーリング性に劣る結果となった。また、比較例３は焼成後の寸法が収縮し、使用に適さない結果となった。これは、ベンガラ由来のＦｅ２Ｏ３微粉がれんが中に分散し、ＭｇＯとの焼結が過剰に促進されたためと考えられる。比較例に対し、ヘルシナイトを含み、焼成温度をそれぞれ１４５０℃、１６００℃とした実施例１、実施例２は、いずれも耐スポーリング性が１７００℃以上の高温で焼成した比較例１と同等の結果となり、ヘルシナイトを添加したことで、焼成温度を低くしても良好な特性が得られた。これは、ヘルシナイト中のＦｅ２Ｏ３が焼成過程で溶出してＭｇＯとの焼結が促進されたため、低温焼成しても動弾性率が過剰に高くならず、かつ、曲げ強さは十分に高くなり、耐スポーリング性に優れる結果となったと考えられる。
試験２の評価結果を表４に示す。
ヘルシナイトを含む実施例３～６、実施例１、実施例７～１０は、いずれも曲げ強さや耐スポーリング性に優れる結果となった。中でも、ヘルシナイトの含有量が１～１５質量％の実施例４～６、実施例１、実施例７～９は、曲げ強さや耐スポーリング性に特に優れる結果となった。また、原料配合物の化学組成はＭｇＯ：５８～８７質量％、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％であり、Ｆｅ２Ｏ３は、ヘルシナイト由来のものが５％以上となるように配合することで、マグクロれんがの容積安定性に優れるとともに、耐スポーリング性に優れる結果となった。ヘルシナイトの含有量が１０～１２質量％の実施例１、実施例７は、動弾性率（Ｅ）に対する曲げ強さ（Ｓ）の比率（Ｓ／Ｅ）がさらに向上し、耐スポーリング性に特に優れる結果となった。また、実施例９は、ヘルシナイトを含むため、焼成温度が低くても、曲げ強さや耐スポーリング性に優れる結果となった。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれる。例えば、明細書において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、本実施形態の製造装置等の構成及び動作も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
Claims (5)
- ヘルシナイトを含むことを特徴とするマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物。
- 請求項１に記載のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物において、
前記ヘルシナイトの含有量が１～１５質量％であることを特徴とするマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物。 - 請求項２に記載のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物において、
化学組成がＭｇＯ：５８～８７質量％、Ｃｒ２Ｏ３：８～３０質量％、Ｆｅ２Ｏ３：５～１２質量％であり、
前記Ｆｅ２Ｏ３は、前記ヘルシナイト由来のものが５％以上であることを特徴とするマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマグネシア・クロム質耐火れんが用原料配合物を用いることを特徴とするマグネシア・クロム質耐火れんがの製造方法。
- 請求項４に記載のマグネシア・クロム質耐火れんがの製造方法において、
焼成温度が１３００～１６００℃であることを特徴とするマグネシア・クロム質耐火れんがの製造方法。
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