JP3781316B2

JP3781316B2 - 使用後の耐火物の原料リサイクル方法

Info

Publication number: JP3781316B2
Application number: JP14615696A
Authority: JP
Inventors: 謹二松下; 治幸上野; 輝男青木; 信夫伊藤; 篤首藤; 俊博駿河
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2016-06-07
Also published as: JPH09328354A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐火れんがや不定形耐火物等の耐火物において、使用後の耐火物から原料を再生する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
資源の有効利用と原料費コストダウンのために、工業炉等で使用される耐火物を回収し耐火原料として再利用する方法は、従来から検討されている。
【０００３】
例えば、転炉や取鍋で使用されるマグネシア−カーボンれんがは、使用後に回収し、付着物を除去した後、所定の粒度に粉砕し、マグネシア−カーボンれんがの配合に一部を添加して再び使用されているものもある。
【０００４】
一般にマグネシア−カーボンれんがは、骨材部としては粒径が５〜０．２ｍｍのマグネシアクリンカーが４０〜８０重量％（以下「％」は「重量％」である。）使用され、マトリクス部としては粒径０．２ｍｍ以下のマグネシアクリンカーが５〜４０％、粒径０．５ｍｍ以下の黒鉛が５〜４０％、有機結合材が２〜１０％及び粒径０．３ｍｍ以下の金属粉が０．１〜１０％等から成っている。マグネシアクリンカーは、ＭｇＯ含有量９５％以上でその純度によって数グレードのものが使用されている。
【０００５】
耐火物は、通常、このような異種原料を配合しており、前述のように使用後れんがを粉砕する方法で得られる再生原料は、異種原料を混合状態で含有する再生原料であり、添加金属の酸化物などが混入した不純物の多い状態でしか回収することができなかった。
【０００６】
この再生原料をマグネシア−カーボンれんがのマグネシア原料として使用する場合、不純物のためにれんがの品質が低下する問題がある。
【０００７】
したがって、品質低下を最小限に押さえるために、再生原料の配合への添加量は通常１０％以下と非常に少なく、しかも適用する配合も限定されるものであった。
【０００８】
この再生原料を純度高く得るために特開平３−７５２５５号では、黒鉛含有耐火物を円筒形あるいは円錐筒型回転容器にその容器の内容積率７０％以下で充填し、かつ容器を内径の臨界回転速度の５〜５０％で回転駆動させるとともに、容器内を高温酸化雰囲気にして黒鉛含有耐火物中の黒鉛あるいは含有燃焼成分を灰化して、黒鉛含有耐火物中の耐火組成物を抽出する方法が示され、この時の温度は５００°Ｃ以上と示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法は、回転容器を加熱するために装置が大がかりになることやエネルギーコストが必要となること等の問題がある。さらに、温度によっては、金属粉末等が溶解し新たな不純物として骨材に付着する問題がある。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、使用された耐火物から高純度の原料を回収する、使用後の耐火物の原料リサイクル方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、使用後の耐火物を粗粉砕し、粗粉砕後の粒に摩擦力、押しつけ力及び／又は衝突力を加えてもとの原料部分を回収し、耐火原料として再使用する使用後の耐火物の原料リサイクル方法である。
【００１２】
また、使用前に耐火物の材質を区別するための印をつけることが好ましい。
【００１３】
さらに、使用後の耐火物がカーボンを含む耐火物である使用後耐火物の原料リサイクル方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
回収された使用後の耐火物は、地金、スラグ等の浸入部分や付着部分をあらかじめ除去し、粒径が１００ｍｍ以下になるように粗粉砕して粗粉砕物とする。この際、粗粉砕物の粒度は、使用後の耐火物の強度により調整し、強度が高い場合は、後工程での細化が進みにくいので２０ｍｍ以下の粒度がよい。粗粉砕物が１００ｍｍ以上では、後工程での擦り合わせの能率が低下する。粗粉砕は、ジョークラッシャー、インペラブレーカー等の耐火原料の破砕に用いる装置で破砕する。
【００１５】
粗粉砕物は、ミキサーに投入して撹拌する。撹拌は、粗粉砕物が、互いにミキサー内で衝突したり、擦れ合ったり、押しつけられたりあるいは壁面等と摩擦することにより比較的強度の低いマトリクス部を粉化し、骨材を分離するために行う。
【００１６】
本発明に使用するミキサーは、ゴム容器の中でゴムが凹凸運動する揉みほぐし型、容器の中で羽が回転する回転羽型、タイヤで加圧しながらタイヤあるいは底盤が回転するタイヤ加重型、容器自体が回転する回転容器型等の粉砕機や混練機等が使用できる。例えば、オムニミキサー、ヘンシェルミキサー、パン回転式ローラー加圧型ミキサー、アトライター、ボールミル、チューブミル、フレットミル、螺旋式混練機等が使用できる。
【００１７】
図１に示すように、一般に耐火物の組織は、骨材部分１とマトリクス部分２からなっている。
【００１８】
例えば、不焼成マグネシア−カーボンれんがは、骨材部分として粒径０．２〜５ｍｍのマグネシア原料が使用され、気孔率が５％以下と非常に緻密で、圧縮強度が３０〜６０ＭＰａと強度が高い煉瓦であり、高純度の電融原料や焼結原料が使用されている。
【００１９】
この骨材部分は粒径０．２ｍｍ以下のマグネシア微粉、粒径０．３ｍｍ以下の金属粉末、粒径０．５ｍｍ以下の鱗状黒鉛及びフェノール樹脂からなるマトリクス部分により結合されている。マトリクス部分は主としてフェノール樹脂が加熱して硬化することで結合力を得ている。
【００２０】
一般的にマグネシア−カーボンれんがは、使用前は非常に緻密で強固であるが、実際に使用されて高熱を受けると、マトリックス部分の強度が低下して圧縮強度がおよそ５〜３０ＭＰａとなる。これは、フェノール樹脂が加熱され結合組織の一部が分解するため、マトリクス中に存在する黒鉛が焼結しにくいため及び使用中の加熱冷却による組織劣化のため、マトリクス部の強度が低下するからである。一方、骨材部分のマグネシア原料の圧縮強度は５００〜６００ＭＰａである。
【００２１】
このように、マトリクス部分の強度が骨材部分より低いため、使用後の耐火物を粗粉砕し、摩擦力、押しつけ力及び／又は衝突力を加えることで、強度が低く微粉で構成されているマトリクス部分がほぐれて骨材部分のみを分離することができるのである。
【００２２】
本発明に使用される耐火物は、使用後にマトリクス部分の強度が骨材部分より低い耐火物であれば良く、特に材質が限定されるものではない。ただし、処理効率の点からは、フェノール樹脂、フラン樹脂、タール、ピッチ等の使用中に分解しやすい有機結合材もしくはカーボンブラック、黒鉛、電極屑等の使用中に焼結しにくいカーボンを含有する耐火物が好ましい。しかしながら、アルミナ系、マグクロ系、シリカ系、ジルコニア系等の炭素を含まない耐火物でもマトリクス部分の強度が骨材より低いものであれば使用可能である。
【００２３】
また、処理効率を上げるためにＺｒＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の磨耗しにくいセラミックスボールをマトリックスの解砕メディアとして使用しても良い。
【００２４】
マトリクスがほぐされて骨材部分がバラバラになったら、必要な骨材の粒径に応じて分離することで、骨材が回収される。この骨材は、れんが製造時に使用したもとの原料とほぼ同じ形状で回収され、骨材表面にわずかのマトリクス部の微粉が付着しているものである。したがって、このまま再生原料として使用可能であり、従来の粉砕したものと比較して、原料としてより多く使用でき、品質低下も非常に少なくなる。
【００２５】
この再生原料は、純度が高いため、様々な耐火物の原料として使用可能であり、特に用途を限定するものではないが、同材質のれんがの原料として使用しても品質低下があまり見られず、その使用の効果が大きい。
【００２６】
使用後の耐火物の原料をリサイクルする場合、同じ材質の耐火物が一つの炉で使用される場合には問題ないが、一つの炉で様々な材質の耐火物が使用されている場合には、材質別に使用後耐火物を分別回収する必要がある。また、炉には単一材質が使用されるが、ユーザにより炉の材質が異なり、それらの使用後耐火物を混合状態で回収する場合にも同様である。このために、耐火物外面に、耐火材料の識別可能な物質を塗布、添付及び／又は埋設し、あるいは基の耐火物の耐火材料が識別可能な形状とする。
【００２７】
本発明が適用される炉は、転炉、熱処理炉、加熱炉、電気炉、ロータリーキルン、焼却炉等の工業炉の他、混銑車、取鍋、脱ガス炉、タンディッシュ、気体吹き込みランス等である。
【００２８】
【実施例】
実施例１
れんがの背面側に材質を区別するための印をつけたマグネシア−カーボンれんがを転炉で使用した。使用後、れんがを、材質別に分別回収し、付着物を除去した後、ジョークラッシャーで１００ｍｍ以下に粗粉砕した。
【００２９】
この粗粉砕したもの１０ｋｇをオムニミキサーによって摩擦力を加えて処理した。
【００３０】
処理物を０．５ｍｍと５ｍｍの網で篩い分けし、０．５〜５ｍｍの最初に使用した原料とほぼ同じ形のマグネシアクリンカーを主体とする原料が５．６ｋｇ得られた。
【００３１】
表１に示す使用後のれんがは全体のＭｇＯが７５％に対して、処理した粒度が０．５〜５ｍｍの原料の化学成分はＭｇＯが９４．８％と高純度であり、高純度なマグネシアクリンカーを主体とする原料が回収されたことが分かる。
【００３２】
【表１】

比較例１
実施例１と同様な方法で粗粉砕したもの１０００ｋｇを、インペラブレーカーを使用してさらに５ｍｍ以下になるように細かく粉砕した。粉砕物を０．５ｍｍの網で篩い分けし、０．５〜５ｍｍの粉砕物が約６００ｋｇ得られた。この化学成分はＭｇＯが７８．０％であった。
【００３３】
表２に実施例１と比較例１との比較を示す。
【００３４】
【表２】

実施例１が比較例１に比べて高純度なマグネシアクリンカーを主体とする原料が回収されたことが分かる。
【００３５】
実施例２〜５
実施例１の方法で、表３の耐火物について処理を行った。
【００３６】
【表３】

処理の結果、いずれの耐火物においてもマトリクス部に含まれているＣやＣｒ₂Ｏ₃の量が処理後により減少し効果が確認された。
【００３７】
実施例６〜８
本発明の実施例で得られた再生原料を使用して耐火物を製造し、実炉で使用した結果を表４に示す。
【００３８】
【表４】

本実施例よりわかるように、本発明の原料を用いたれんがの実施例の品質は、再生原料を使用しないもとのれんがに比べほぼ同等の値を示しており、品質の劣化がないこと示している。
【００３９】
また、実施例８においては、再生原料を使用しないれんがに比べて純度的に低いが、これは回収した使用後れんがの組織中に若干のスラグ侵入が認められたことから、結果的にれんが組織とスラグの反応部分を完全に分離できなかったことによる。但し、表３からも分かるように原料に摩擦力を加える擦り合せ処理により原料の純度アップは可能であり、擦り合せ処理方法が有効なことに変わりはない。また、比較例２においてはかさ比重が低く、曲げ強さも低いが、これは、擦り合せ処理を適用していない回収原料はポーラスな組織が多く、また、原料中の不純物（特にＡｌ₂Ｏ₃，Ａｌ（ＯＨ）₃）が、れんが中成分（ＣａＯ，Ａｌ等）と反応し低融物を形成したり、Ａｌの酸化によるＡｌ₄Ｃ₃の形成阻害を促進したためである。
【００４０】
また、実炉への適用結果においては、実施例６、７、８のいずれも従来品並、もしくはそれに近い実績を示した。なお、擦り合せ処理を適用していない回収原料を用いた比較例３については、大幅な耐用低下を示した。これは、擦り合せ処理を適用していない回収原料中の不純物（特にＡｌ₂Ｏ₃，Ａｌ（ＯＨ）₃）がスラグ成分（ＣａＯ等）と低融物を形成し、又上記の熱間曲げ強度の低下から、れんが組織の溶損、磨耗を促進したためである。
【００４１】
【発明の効果】
（１）使用後耐火物を、摩擦力を加えて擦り合わせることにより、従来の粉砕のみの方法に比べ高純度な再生原料を得ることができた。
【００４２】
（２）本発明は、従来の粉砕のみの方法に比べ、高純度な再生原料を得ることができるため、耐火物の品質が維持できる。
【００４３】
（３）本発明の処理方法は、基本的に粗骨材に付着したマトリックス部を擦り落とすために原料の粒同志を擦り合せるため、外部からの不純物が混入しにくい効果がある。
【００４４】
（４）本発明の処理方法は耐火物へのリサイクル原料の添加量を増量し、なおかつ品質レベルを維持できる。その結果、耐火物資源の有効活用、使用後耐火物廃棄物量の低減に繋がることが分かる。
【００４５】
（５）本発明によって使用後耐火物を分別回収することにより、使用後耐火物を目的とする材質分類に仕分けして回収することが効率的に行えるようになった。
【００４６】
（６）本発明によって使用後耐火物を分別回収することにより、再生原料の純度が向上する。
【００４７】
（７）本発明は、耐火物を製造する際に使用する既存のミキサーが使用でき、非常に簡便な方法である。
【００４８】
（８）本発明は、任意の粒径に篩い分けすることで、任意の高純度のものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐火物の組織図である。
【符号の説明】
１骨材
２マトリクス部分

Claims

骨材部分とマトリクス部分とからなる使用後の耐火物を粗粉砕し、粗粉砕後の粒をミキサーに投入して、ミキサーにより粗粉砕後の粒に摩擦力、押しつけ力、及び／又は衝突力を加えることでマトリクス部分を擦り落として骨材部分を分離回収し、耐火原料として再使用することを特徴とする使用後耐火物の原料リサイクル方法。
使用前の耐火物に耐火物の材質を区別するための印をつけたことを特徴とする請求項１に記載の使用後耐火物の原料リサイクル方法。
使用後の耐火物がカーボンを含むことを特徴とする請求項１に記載の使用後耐火物の原料リサイクル方法。
使用後の耐火物が耐火物製造時あるいは使用時に有機結合材を使用していたことを特徴とする請求項１に記載の使用後耐火物の原料リサイクル方法。
請求項１〜４のいずれかに記載の原料リサイクル方法により得られた耐火原料を使用する耐火物の製造方法。