JP2596700B2 - 特定炭素含有不定形耐火物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶融金属あるいはス
ラグに対する耐食性を向上した炭素含有不定形耐火物と
くにキャスタブル耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、キャスタブル耐火物においては、
溶融金属やスラグに対する耐食性と耐スポーリング性を
向上するために、熱伝導度の高いピッチペレットあるい
は黒鉛などの炭素源を添加することが行われていた。

【０００３】しかしながら、キャスタブルにピッチペレ
ットや黒鉛を添加すると、それ自体が疎水性であり、粒
子形状が異方性であることからキャスタブルの流動性が
下がり、施工時に添加水分を大幅に増加して施工せざる
を得なかった。そのために、施工体中の気孔率が増加し
て組織が著しく劣化し、その上、炭素原料の酸化が著し
く強度や耐食性低下して、本来の炭素の特性が生かされ
ないという問題があった。

【０００４】このキャスタブルへの炭素質材の添加によ
る問題を解決するために、特開昭５８−１３０１７２号
公報には、界面活性剤入りの水中で攪拌した親水処理黒
鉛を使用することが開示されているが、使用時の耐食性
の点で十分でなかった。また特開昭６３−２１５５７３
号公報には、黒鉛をピッチで熱間混練し、混練後破砕し
て得られたピッチ処理黒鉛を破砕して使用することが開
示されているが、破砕時に発生するピッチで覆われてい
ない黒鉛のためにキャスタブルの流動性を著しく阻害す
るのでこの方法では改善効果が充分ではない。

【０００５】さらには、特開昭５３−１２３４１３号公
報には、炭素原料の中でもカーボンブラックは、他のカ
ーボン類に比べて溶鋼への溶解度が小さく、この現象を
利用して連続鋳造用のスライディングプレートに添加す
ることが開示されている。

【０００６】しかしながら、カーボンブラックをキャス
タブルに適用した場合には、カーボンブラックは通常平
均粒子径が約０．１μｍ以下の超微粉であり、その性状
から比表面積すなわち疎水面が大きく、しかも、ストラ
クチャーによる拘束水があるために分散剤と併用を行っ
てもカーボンブラックのわずかの添加量でキャスタブル
の流動性を著しく阻害する。

【０００７】このカーボンブラックの溶鋼への溶解度が
小さい利点を活かすために、特開昭５８−１３０１７１
号公報には、カーボンブラックを予め親水処理して、１
００ｍμ以下の小粒径部分を除去したのち、造粒して使
用することが開示されているが、超微粉のため粒径処理
をすることは困難で実用的でない。

【０００８】このように、カーボンブラックは使用し難
い原料であり、添加した場合には耐食性を考慮して混練
時に添加水分をできる限り増加させないようにすること
が必要とされる。このため、耐食性向上を目的にカーボ
ンブラックを炭素原料としてキャスタブルに添加するこ
とは難しく、添加量は０．１重量％程度以下に制限され
るので耐食性の向上は認められず、使用時の耐食性の点
で十分でなく、ほとんど実用化されていないのが現状で
ある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、カー
ボンブラックを耐火骨材に添加配合する際の混練時にお
ける流動性を改善して、炭素原料、とくに、カーボンブ
ラックの添加配合による耐食性の向上の効果を十分に発
揮できる不定形耐火物を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の炭素含有不定形
耐火物は、径が０．０２〜０．５０μｍ程度の粒子径が
大きくストラクチャーの発達していない球状カーボンブ
ラックを耐火骨材に０．１〜３重量％添加したことによ
ってその目的を達成した。

【００１１】粒子径が大きくストラクチャーの発達して
いない球状カーボンブラックは、この造粒粒子の硬さを
ビード硬さと言うが、流し込み材に適用するためにはビ
ード硬さが１０ｇｆ（ＪＩＳ Ｋ６２２１）以下のカー
ボンブラック、または未造粒状態のカーボンブラックに
選定しなけばならない。

【００１２】粒子径が大きく球状粒子でストラクチャー
の発達していない球状カーボンブラックとしては、スト
ラクチャーの発達がないサーマル級またはミディアムサ
ーマル、ファインサーマルのようなサーマル法によって
製造された球状カーボンブラックが適している。

【００１３】耐火骨材としては、電融アルミナ、焼結ア
ルミナ、仮焼アルミナ、ボーキサイト、カイヤナイト、
ムライト、ロー石、珪石、アルミナ−マグネシアスピネ
ル、マグネシア、ジルコン、炭化珪素、窒化珪素、窒化
珪素鉄、珪素、フェロシリコン、黒鉛、無定型炭素、粘
土、べントナイト、含水無定形シリカ、無水無定形シリ
カなどからなる群より選択し、必要に応じて１種または
２種以上を併用することができる。

【００１４】本発明の流し込み材には、通常の流し込み
材に使用する分散剤を使用することができる。分散剤と
しては、例えばアルカリ金属リン酸塩、アルカリ金属カ
ルボン酸塩、アルカリ金属フミン酸塩、ポリカルボン酸
ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウム、芳香族ス
ルホン酸ナトリウム等、及びこれらと同様な効果が得ら
れる物質から１種または２種以上を選択して使用でき
る。これら分散剤の使用量は慣用の使用範囲内であり、
例えば耐火骨材１００重量部当たり０．００５〜１．０
００重量％程度である。

【００１５】また、結合剤としてアルミナセメントや過
焼結防止用としてピッチ類を併用添加できる。

【００１６】

【作用】カーボンブラックの性能を把握する重大要素と
して粒子径、ストラクチャー、表面性状があげられる。
粒子径については比表面積が小さく粒径の大きい球状の
ものであり、ストラクチャーの発達がないカーボンブラ
ックであればその目的を達成することができることを見
出した。

【００１７】カーボンブラックは製造時における作業性
及び環境面からビードを形成する事が多いが、これは、
乾式又は湿式に依る直径１〜２ｍｍ程度の造粒粒子にす
ることである。この造粒粒子の硬さをビード硬さと言う
が、流し込み材に適用するためにはビード硬さが１０ｇ
ｆ以下のカーボンブラック、または未造粒状態のカーボ
ンブラックに選定しなけばならない。即ち、キャスタブ
ルの混練時にカーボンブラックが凝集せずに容易に一次
粒子に分散し、流動性に寄与する必要があるからであ
る。

【００１８】カーボンブラックは製造方法により、ファ
ーネスブラック、チャネルブラック、アセチレンブラッ
ク、サーマルブラック、ランプブラックに分類される。

【００１９】この中でファーネスブラックでは、サーマ
ルブラック級と呼ばれる特殊品、またはファインサーマ
ル、ミディアムサーマル等のサーマルブラックは、上記
の粒子径が大きい球状粒子でストラクチャーの発達して
いない条件に合致しており、ビード硬さが１０ｇｆ以下
のカーボンブラックを選定して分散剤と併用すると混練
時における添加水分が本カーボンブラック源のないベー
ス配合と同等以下に減少することを見出した。

【００２０】また、粒子径が大きな球状粒子であること
から、一般のカーボンブラックに比べて酸化温度が高い
ことが熱分析の結果より確認された。これにより、キャ
スタブルの耐酸化性が向上する。黒鉛原料の中でもカー
ボンブラックは、超微粉であるため次のような効果があ
る。

【００２１】（１）キャスタブル中のマトリックスに均
一に分散するため、粒度の大きな他の炭素原料に比べて
耐食性が向上する。

【００２２】（２）超微粉をキャスタブルに添加するこ
とにより、目潰し効果による気孔率の減少を期待するこ
とができる。これにより、使用時に溶融金属及びスラグ
との濡れ性を改善することができる。

【００２３】（３）キャスタブル中のマトリックスは高
温化（約１０００℃以上）で長期に使用すると焼結し、
耐スポーリング性が劣化しやすい。マトリックス中で焼
結しないカーボンブラックを添加するとこれを防止でき
る。さらに、Ｂ₄ Ｃのような酸化防止または焼結剤など
のフラックス成分との併用による過焼結防止や耐スポー
リングの向上にも効果がある。

【００２４】上記構成によって、粒子形態がほぼ球体で
容易に１次粒子に分散するカーボンブラックを配合する
ことにより、原料中の各耐火骨材の粒子間に上記カーボ
ンブラックが介在して、摩擦抵抗を低減し、もって流し
込み耐火物の流動性が低下することを抑制できる。

【００２５】本発明で使用するカーボンブラックの添加
量は０．１〜３重量％が望ましい。０．１重量％以下で
は効果が現れにくく、３重量％以上になると配合にした
不定形耐火物の水との混練後の粘性が高すぎ、充填性が
低下し、かえって流動性が悪く実用的でない。

【００２６】

【実施例】表１は、国内で一般に製造されているファー
ネスブラックとサーマルブラックとの特性値の例を示
す。

【００２７】

【表１】 同表において、ＣＴＡＢ比表面積はカーボンブラックの
粒子形態（細孔や表面のラフネス）、ＤＢＰ吸油量は粒
子凝集体（ストラクチャー）の目安となる数値である。

【００２８】表２に高炉用大樋材の配合に従来の炭素分
を添加しない比較例１と、ピッチ、親水性黒鉛、ファー
ネスブラックの添加した比較例２〜５と、本発明に係る
実施例１、２の配合並びに添加水分と流動性及び１１０
℃乾燥、１５００℃焼成後の品質結果を示す。

【００２９】添加水分と流動性が施工時の作業性の目安
となり、見掛気孔率が施工体の緻密さの目安になる。

【００３０】また、耐酸化性は５０φ×５０ｍｍのサン
プルを１０００℃で３時間焼成後に中央を切断し、脱炭
した層の厚さを測定した。この値が小さいほど耐酸化性
が良いことを示す。また、比較例１を１００とし耐食性
指数＊１は耐溶銑性について、耐食性指数＊２は耐スラ
グ性についての耐食性を示している。

【００３１】ファーネスブラックＡ、Ｂはそれぞれ汎用
のゴム用、印刷用カーボンブラックを使用している。こ
れらと比較すると、本カーボンブラックは同一流動性で
かなりの低水分で混練できることが確認された。

【００３２】

【表２】 表３及び表４には高炉用大樋材の配合に、本発明に用い
るカーボンブラックを過剰添加した比較例６、７及び規
定内で添加した実施例３〜１０の配合と添加水分と品質
を示す。

【００３３】なお、表３及び表４は比較例２を１００と
して、耐食性指数＊１は耐溶銑性について、耐食性指数
＊２は耐スラグ性についての耐食性を示している。

【００３４】これらの結果より、ファインサーマル級及
びミディアムサーマルを添加すると添加水分が同等以下
になり、見掛気孔率は低下して組織が緻密化し、耐酸化
性及び耐食性が向上している。一方、焼成強度は押さえ
られて過焼結の改善が確認された。

【００３５】

【表３】

【表４】

【００３６】

【発明の効果】本発明は、サーマル級またはミディアム
サーマル、ファインサーマルのようなサーマル法によっ
て製造された球状カーボンブラックを不定形耐火物に添
加することにより、混練時の流動性を下げることなく炭
素原料を添加することができるため、キャスタブルの組
織は緻密化し、耐食性は向上する。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 径が０．０２〜０．５０μｍ程度の粒子
   径が大きくストラクチャーの発達していない球状カーボ
   ンブラックを耐火骨材に０．１〜３重量％添加した特定
   炭素含有不定形耐火物。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、粒子径が大き
   く球状粒子でストラクチャーの発達していない球状カー
   ボンブラックが、サーマル級またはミディアムサーマ
   ル、ファインサーマルのようなサーマル法によって製造
   された球状カーボンブラックである特定炭素含有不定形
   耐火物。