JP4348174B2 - 使用済耐火物を配合したタンデッシュ補修用乾式吹付け不定形耐火物 - Google Patents
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Description
本発明は使用済耐火物を配合したタンデッシュ補修用乾式吹付け不定形耐火物に関するものである。
従来、溶融金属の内張りに使用された後の耐火物は、その殆どが廃棄処分されている。そこで、資源の有効利用の観点からこの使用済耐火物の再利用が試みられている。
使用済耐火物の一般的な利用方法は、これを粉砕して、定形耐火物あるいは不定形耐火物の耐火原料の一部として配合するものである。例えば溶鋼精錬容器の内張りとして使用した後のマグネシア−クロム質耐火れんがの粉砕品を耐火れんがに配合することが提案されている（例えば特許文献1を参照）。
不定形耐火物への利用例は、マグネシア質れんがあるいはドロマイト質れんがの使用済品を配合した焼付け補修材（例えば特許文献2を参照）、マグネシア−カーボンれんがの廃材を使用したマグネシア質キャスタブル耐火物（例えば特許文献3を参照）、カーボン含有耐火物の廃材を使用した吹付け補修材（例えば特許文献4を参照）が提案されている。
特開平7−291718号公報
特開平3−251684号公報
特開平6−219853号公報
特開平9−278548号公報
不定形耐火物への利用例は、マグネシア質れんがあるいはドロマイト質れんがの使用済品を配合した焼付け補修材（例えば特許文献2を参照）、マグネシア−カーボンれんがの廃材を使用したマグネシア質キャスタブル耐火物（例えば特許文献3を参照）、カーボン含有耐火物の廃材を使用した吹付け補修材（例えば特許文献4を参照）が提案されている。
使用済耐火物の組織には複数の耐火原料が混在しており、品質が一定していない。また、焼成・電融の未使用の耐火原料に比べて緻密性に劣る。
耐火物の耐食性、強度等はマトリックス組織によって大きく左右される。このため、品質が一定しないことに加えて緻密性に劣る使用済耐火物は、主として粗粒部に配合するのが一般的である。
マグネシアカーボン質等のカーボン含有れんがの使用済耐火物を利用したものでは、例えば前記した特許文献3、特許文献4の発明のとおり、使用済耐火物を予めリン酸、リン酸の金属塩、酸化物ゾル、金属アルコキシド等をもって含浸処理している。この含浸による表面処理によって使用済耐火物は親水性、耐消化性が向上する。
しかし、以上の粗粒部に配合、さらには含浸処理によっても使用済耐火物の利用は、未使用の耐火原料による耐火物に比べて耐食性、強度等の特性に劣る。また、含浸処理はその処理工程の付加によって耐火物の製造コスト高が否めない。
連続鋳造容器等の内張り材で、流し込みによって施工されるアルミナ−シリカ質不定形耐火物がある。この材質は使用中に溶鋼の高温を受けてアルミナとシリカが反応し、ムライト（Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2）を生成し、その反応に伴う低熱膨張性によって耐火物の熱的組織安定性が向上し、耐亀裂性、耐剥離が向上する。
本発明者らは前記アルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物のうち、この不定形耐火物が使用中において生成したムライトを含むものを、特に乾式吹付け用不定形耐火物の耐火原料の一部として使用したところ、耐食性を損なうことなく、吹付け施工の特性に要求される付着性および接着性に優れた効果が得られることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。また、使用済耐火物に表面処理等を行わなくとも前記効果が得られることで、製造コスト高を招くこともない。
本発明の特徴とするところは、内張り本体の表面に耐火性コーティング材を被覆して使用されるタンデッシュの内張りを補修する乾式吹付け不定形耐火物であって、耐火物使用中に生成したムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を含むアルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物を粉砕し、粒度調整したもの10〜75質量％と、平均粒子径が10μｍ未満のアルミナ超微粉および／またはシリカ超微粉が3〜20質量％、残部がアルミナ質原料および／またはアルミナ−シリカ質原料を主体とした組成を耐火原料とし、アルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物の粒度構成を、耐火原料全体に占める割合で粒径8〜1ｍｍを10〜20質量％、粒径1ｍｍ未満を25〜45質量％とする。
吹付け不定形耐火物の耐火原料組成は、付着性、接着強度、耐食性等を考慮して粗粒、中粒、微粒に適宜調整されている。乾式吹付けでは不定形耐火物を材料タンクよりエアー圧送し、ノズルまたはノズル手前で加水して吹付ける。あるいは、材料タンクより、排出させた不定形耐火物を加水混錬しつつノズルに向けてエアー圧送し吹付ける。
本発明の吹付け不定形耐火物に耐火原料として用いるアルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物は、微粉と粗粒の集合体のために、一般のアルミナ質またはアルミナ・シリカ質の耐火原料にくらべて比重が小さい。その結果、吹付け時のリバウンドロスが少なく、付着性において優れた効果を発揮する。また、比重が小さい耐火原料の使用はホースおよびノズルの消耗を軽減できる効果もある。
さらに、使用済不定形耐火物は比重が小さい分、多孔質である。本発明の吹付け不定形耐火物はこの多孔質耐火原料を含むことで施工体の熱応力を吸収緩和し、被施工面からの剥離が防止され、接着性が向上する。
連続鋳造用容器としてのタンデッシュの内張り材として使用されるアルミナ−シリカ質不定形耐火物は、タンデッシュ受鋼による高温下においてその耐火原料成分であるアルミナとシリカとが反応し、ムライトを生成する。本発明の吹付け不定形耐火物は、耐火物使用中に生成したムライトを含むアルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物を耐火原料に使用吹付け材は、使用後不定形耐火物中の存在するムライトの低熱膨張性のため耐スポーリング性に優れる。また、ムライトは高温で安定であり、耐食性にも優れる。
タンデッシュの内張りの表面には地金除去を容易にするためにＭｇＯ質等のコーティング材が被覆されている。多孔質の使用済耐火物を耐火原料に使用した本発明の吹付け不定形耐火物は、通常の耐火物の使用では耐食性の低下が懸念されるが、タンデッシュの内張りとしての使用はコーティング材に被覆されていることで、その耐用性は耐食性の優劣に大きく影響しない。タンデッシュの内張りは熱スポールによる損傷が著しい。ムライトを含み且つ多孔質である使用後不定形耐火原料を使用した本発明の吹付け不定形耐火物は、吸収緩和能と低熱膨張性によって、タンデッシュの内張りに要求される耐熱スポール性に優れた効果を発揮する。
本発明の乾式吹付け不定形耐火物は、アルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物のうち、この不定形耐火物が使用中において生成したムライトを含むものを耐火原料の一部として使用したことにより、耐食性を損なうことなく、吹付け施工の特性に要求される付着性および接着性に優れた効果を得ることができる。また、使用済耐火物に表面処理等を行わなくとも前記効果が得られ、製造コスト高を招くこともない。これにより、従来廃棄処分されていた使用済み不定形耐火物の有効利用を図ることができる。
本発明の不定形耐火物に配合するアルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物は、主にタンデッシュの内張り材として使用されたものである。使用中の流し込み材マトリックス部にムライトを生成した材質であることが必要であり、ムライトの含有有無は例えばＸ線回折によって確認することができる。
アルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物であっても、温度が低い場所での使用等によってマトリックス中にムライト生成がない材質では、本発明の耐熱スポール性向上の効果が得られない。
アルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物は、吹付け不定形耐火物の耐火原料に占める割合で、10質量％未満では付着性、耐熱スポーリング性において本発明の効果が得られず、75質量％を超えると多孔質耐火原料の割合が過多となって耐機械的損傷性の低下を招く。さらに好ましい範囲は30〜60質量％である。
アルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物の粒度構成は、耐火原料組成全体に占める割合で粒径8〜1ｍｍを10〜20質量％、1ｍｍ未満を25〜45質量％とする。8〜1ｍｍの粗粒が少ないと耐機械的損傷性および熱膨張吸収緩和の効果に影響し、多過ぎると付着率の低下傾向が見られる。また、粒径1ｍｍ未満が多過ぎると粒度構成全体のバランスから粗粒部のアルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物の割合を少なくしなければならず、付着性、接着性において不十分となる。なお、本発明でいう粒度は、ＪＩＳふるい目開きに基づいた分級である。
アルミナ−シリカ質不定形耐火物の使用済廃材は、化学的成分値で例えばＳｉＯ２：30〜40質量％、Ａｌ2Ｏ3：55〜65質量％のものが好ましい。
耐火原料組成のうち残部となるアルミナおよび／またはアルミナ・シリカ原料は耐食性および容積安定性に優れた耐火原料である。具体的割合は5〜87質量％での範囲内での使用が好ましい。
アルミナおよび／またはアルミナ・シリカ原料の粒度は微粒主体での使用が好ましいが、前記した使用済廃材の使用割合が少ない場合は不定形耐火物全体の粒度バランスを図るために必要により、粗粒部にも使用する。
アルミナの具体例は、焼結アルミナ、電融アルミナ、ボーキサイト、ばん土けつ岩である。アルミナ・シリカ耐火原料の具体例は、ムライト、シャモット、アンダルサイト、カイヤナイトである。
平均粒子径が10μｍ未満のアルミナ超微粉の具体例は焼結品、電融品のいずれでもよい。アルミナ超微粉は、超微粉として入手しやすい仮焼アルミナが好ましい。仮焼アルミナは平均粒径が5μｍ未満の超微粉である。シリカ超微粉を使用する場合も同様に、平均粒子径が10μｍ未満のものを使用する。シリカ超微粉は、超微粉として入手しやすい揮発シリカの使用が特に好ましい。その使用量は耐火原料組成全体に占める割合で3〜20質量％、さらに好ましくは3〜10質量％である。3質量％未満の場合は、施工体組織強度が低下し接着性に劣り、20質量％を超えると流動性が過多となり付着性の低下を招く。なお、前記超微粉の平均粒子径はレーザー回折／散乱式粒度分布測定装置により求められる。
また、耐火原料組成には本発明の効果を阻害しない範囲で上記以外の耐火原料を組合わせてもよい。例えば、ろう石、けい石、ケイ石、溶融シリカ、粘土等である。
結合剤については従来の吹付け用不定形耐火物と特に変わりない。例えば、アルミナセメント、マグネシアセメント、ポルトランドセメント等が挙げられる。その添加量は耐火原料組成100質量％に対し、結合剤の種類に応じて1〜15質量％の範囲で調整するのが好ましい。中でも、施工体の強度付与および耐火性を兼備えたアルミナセメントが好ましい。
さらに、有機質短繊維あるいは無機質短繊維を例えば1質量％以下の範囲で添加し、付着性、乾燥性等の効果を付与してもよい。有機質短繊維の材質例としてはナイロン、ビニロン、ＰＶＡ、ポリエステル等である。無機質短繊維の材質例としてはアルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、ロックウール等である。
以上の他にも、吹付け用不定形耐火物の添加物として知られている、例えばピッチ、フェノール樹脂、ホウ酸塩、シリカゾル、アルミナゾル、乳酸アルミニウム、耐火性超微粉、ＣＭＣ、アルギン酸ナトリウム、粘土、ベントナイト、炭酸カルシウム、硝酸カリウム、消石灰、金属繊維、吸水性ポリマー、金属粉、分散剤などを必要に応じて添加してもよい。
施工は乾式吹付けで行う。すなわち、吹付け不定形耐火物を材料タンクよりエアー圧送し、ノズルまたはノズル手前で加水して吹付ける。あるいは、材料タンクより、排出させた吹付け不定形耐火物を加水混錬しつつノズルに向けてエアー圧送し吹付ける。加水量は、吹付け不定形耐火物に対する外掛けで２０〜２５質量％が好ましい。タンデッシュは、この吹付け補修後、さらにその上に耐火性コーティング材を被覆して使用される。
以下に本発明の実施例およびその比較例を示す。表1は各例で使用した主な耐火原料の化学分析値、Ｘ線回折結果、見掛気孔率を示す。見掛気孔率は日本学術振興会第124委員会試験法分科会の「学振法2.マグネシアクリンカーの見掛気孔率、見掛比重及びかさ比重の測定方法」に準じて測定した。
表１に示す使用済不定形耐火物、未使用不定形耐火物は、ともにアルミナ−シリカ質原料、アルミナ微粉およびシリカ微粉を含む耐火原料組成からなる不定形耐火物である。使用済不定形耐火物は、タンデッシュの内張りとして１５０チャージ使用されたものである。
未使用不定形耐火物は耐火原料中にムライトを一部含んでいる。一方、使用済不定形耐火物は、使用中にアルミナ微粉とシリカ微粉が加熱によりムライトが生成し、未使用品に比べてＸ線回折のムライトピーク強度が増大している。なお、表中において＋の数値はＸ線のピーク強度で、＋個数が多いほどピーク強度が大きい。
表2、表3は、各例における不定形耐火物の配合組成とその試験結果である。試験方法は以下のとおりである。
付着性：各例の吹付け不定形耐火物は、乾式吹付け装置にて吹付けた。加水量は、吹付け不定形耐火物に対する外掛けで２２質量％とした。垂直の被補修面に対して吹付け、不定形耐火物総施工量に対する吹付け後のリバウンドロスから、付着率を求めた。
接着性：吹付け後、曲げ強さを測定し、吹付け材と被補修材との境界部の接着強度を評価した。
耐スポール性: 吹付け後、60×60×230ｍｍのサイズに切り出した試験片を、110℃×24時間乾燥した後、加熱（1500℃）20分→水冷10分→空冷10分を10サイクル繰り返す片面加熱-冷却を実施した。試験片の亀裂、剥離の状況を3段階で評価した（○…剥離無し亀裂軽微、△…剥離無し、亀裂有り、×…剥離発生）。
耐食性：吹付け後、その施工体から試験片を切り出し、鋼と転炉スラグよりなる侵食剤を用いて1600℃での回転侵食試験を行い、溶損速度を求めた。
実機耐用性：60ｔタンデッシュの内張り補修として吹付け施工後の施工体が消滅するまでのチャージ数を求めた。
本発明実施例は、付着性、接着性および耐スポール性に優れた効果が得られた。その結果、これらの効果は実機評価においても良好な耐用性を示した。
これに対し、使用済不定形耐火物を使用しない比較例１は、耐食性には優れるものの付着性および耐スポール性に劣る。比較例２は、未使用不定形耐火物を使用したものであり、比較例1と同様に付着性、耐スポール性に劣る。比較例３は、使用済不定形耐火物の使用量が多く、付着性、接着性に劣る。超微粉の使用量が少ない比較例４は、付着性、接着性、耐スポール性に劣る。
本発明の乾式吹付け不定形耐火物は、内張り本体の表面に耐火性コーティング材を被覆して使用されるタンデッシュに対し、その内張り補修に使用する。
Claims (1)
- 内張り本体の表面に耐火性コーティング材を被覆して使用されるタンデッシュの内張りを補修する乾式吹付け不定形耐火物であって、耐火物使用中に生成したムライト（Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２）を含むアルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物を粉砕し、粒度調整したもの10〜75質量％と、平均粒子径が10μｍ未満のアルミナ超微粉および／またはシリカ超微粉が3〜20質量％、残部がアルミナ質原料および／またはアルミナ−シリカ質原料を主体とした組成を耐火原料とし、アルミナ−シリカ質使用済不定形耐火物の粒度構成を、耐火原料全体に占める割合で粒径8〜1ｍｍを10〜20質量％、粒径1ｍｍ未満を25〜45質量％とした、使用済不定形耐火物を配合したタンデッシュ補修用乾式吹付け不定形耐火物。
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