JP4469217B2 - 使用済みの耐火物のリサイクル方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐火れんが、不定形耐火物等の耐火物の原料となる骨材や粉末材の処理方法に関する。

近年、施工の簡便さなどから、製鉄の製銑および製鋼工程で窯炉の内張り耐火物や補修用耐火物に不定形耐火物が多く使用されるようになってきている。不定形耐火物は、流し込み施工や、吹きつけ施工など多岐に亘る方法により作製される。不定形耐火物の耐用性を向上させるには、一般的には耐火物の原料の高純度化や施工体組織の緻密化の手法が用いられている。不定形耐火物組織を緻密化するためには、流し込み施工時や吹き付け施工時に添加する水分量をできるだけ減少させたほうが、水分乾燥後に耐火物組織の気孔率を低減でき、良好な施工体が得られる。

本来、添加する水分は、不定形耐火物中にバインダーとして使用されているセメント成分等との硬化反応（セメント反応）により施工体として必要な強度を発現させる役目を担っている。また、添加する水分は、流し込み施工や吹き付け施工に必要な作業性を確保する役目も担っているので、これらのための必要最小限の添加量が望ましい。ところが、主原料の耐火骨材または粉末原料が緻密質であれば、添加水分の吸湿は多少抑えられるが、耐火骨材または粉末原料が多孔質な場合や、使用済みの耐火物を再利用した原料の場合は、添加した水分がかなり耐火物の原料中に吸湿される。その結果、不定形耐火物のバインダーとして使用されるセメント成分等との硬化反応に供される水分が不足し、施工体の強度が低下気味となる。あるいは、施工時の充分な作業性が得られない。

このような状況を防ぐために、実作業においては添加水分を増加させ、対応しているのが実状である。添加水分の増加により強度と作業性は幾分改善されるものの、乾燥後の耐火物の気孔率は増加し、緻密な組織が得られず、耐火物の耐食性が低下する。

使用後の耐火物は解体後ほとんど廃棄されており、その一部が選別および破砕されて再利用されているに過ぎなかったが、最近では使用後の耐火物を破砕、粉砕して耐火物の原料に再利用する方法が徐々に普及しつつある。しかし、実際に使用後の耐火物の粉砕原料を不定形耐火物に添加して使用すると、上述したように、混練時の添加水分量が著しく増加する。これは、耐火物は高温で使用されるため、使用される度に焼成過程で微細な亀裂や気孔が増大し、更に、再利用のための使用後の破砕および粉砕工程では組織の脆弱部より破砕され、一般の耐火物の原料に比べ、比表面積が大きく、気孔率も高くなることに起因している。

使用後の耐火物のリサイクルに関するものとして、特許文献１に記載の発明は、使用後の耐火物を粗粉砕し、粗粉砕後の粒に摩擦力、または押し付け力を加えて骨材部分を分離回収し、耐火物の原料として再利用する方法が提案されている。また、特許文献２に記載の発明は、使用済み耐火物の粒塊を耐火物の原料と配合する前に、予めモルタルおよび水と混練して、粒塊表面をモルタルで被覆させた後、流し込み不定形耐火物として利用することを提案している。また、特許文献３に記載の発明は、使用済みのアルミナ質耐火物から汚染の少ない部分を回収し、破砕して粒度を調整したものに粉末状耐火物成分を配合して不定形耐火物として使用することを提案している。
特開平９−３２８３５４号公報 特開平６−３４５５４８号公報 特開平８−１８８４７５号公報

しかし、特許文献１に記載の方法では、粗粉砕後の粒に摩擦力、または押し付け力や衝突力を加えても骨材部分の気孔率やそれに伴う吸水性の改善は図れない。このため、使用済みの耐火物を耐火物の原料としてリサイクルする場合は、添加水分の増加を抑えきれない。また、特許文献２に記載の方法では、粒径１０ｍｍ以上の骨材にしか適用できず、１０ｍｍ未満の骨材は使用できない。また、配合割合も施工性の低下や耐用性の低下のため、添加率としてせいぜい４０％程度が限界である。また、特許文献３に記載の方法は、詳細な説明はないが、破砕原料を粒度調整し、これに粉末状の耐火物を配合して耐火物として使用しているものと考えられる。破砕原料の粒度調整だけでは、使用済みの耐火物から作られた耐火物の原料の添加率も３０％と少なく、しかも汚染の少ない部分の使用方法であり、スラグなどで浸潤されたような部分は使用することができず、廃棄せざるを得ない状況である。

本発明は、耐火物の低水分施工による施工体組織の緻密化、作業性の確保および耐用性の向上を図るための、耐火物、特に不定形耐火物の原料となる骨材や粉末材の処理方法を提供することを目的とする。また、使用済みの耐火物をリサイクルさせて、耐火物の原料として再生するための処理方法を提供することも目的とする。

本発明の要旨は以下のとおりである。
粉砕された使用済みの耐火物を、撥水性、遮水性のいずれか一方または双方を有する処理剤を用いて、浸漬処理し、耐火物の原料の一部または全部として使用する使用済みの耐火物のリサイクル方法であって、前記撥水性、遮水性のいずれか一方または双方を有する処理剤が、シリコーン樹脂の溶液またはエマルジョンであり、前記耐火物の原料として、添加率５０質量％以上で前記浸漬処理された使用済みの耐火物をリサイクルさせることを特徴とする使用済みの耐火物のリサイクル方法である。

本発明により、耐火物の低水分施工による組織の緻密化が図れ、耐用性を向上させることができ、耐火物コストの削減、窯炉設備の安定稼動に貢献できる。また、使用済み耐火物の改質処理により、耐火物、特に水と接触のある不定形耐火物等への活用に際して、同様に添加水分増加を抑制し、使用済み耐火物のリサイクル促進に貢献できる。

本発明者は、耐火物の耐用性向上と使用済み耐火物のリサイクル方法の従来の問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた。従来技術では使用済み耐火物の破砕および粉砕原料を単に耐火物と混ぜ合わせており、耐火物の原料が混練時に添加水分を吸湿してしまい、結果的に添加水分の増加を引き起こす。そこで、耐火物の原料の吸湿性を改善することに着目した。耐火物の原料の改質処理を行うことで、施工時の低水分化、混練時の低水分化が図れ、耐火物、特に水と接触のある不定形耐火物の乾燥後の気孔率低減に直接的に結びつくことを見出し、本発明を考案するに至った。

以下に詳細に説明する。まず、耐火物の原料となる骨材または粉末材に、撥水性、または遮水性のいずれか一方または双方を有する処理剤の溶液中に浸漬処理を行うと、これらの骨材または粉末材は大幅に水分を吸湿しにくくなる。

この方法を活用すると、添加した水分が耐火物の原料中に吸湿される量が減るため、例えば不定形耐火物の場合、実際の混練時には低水分で混練が可能で、かつ低水分でありながら不定形耐火物の施工時の作業性が確保される。流し込み不定形材料の場合は鋳込み時の流動性が確保され、吹きつけ補修材料の場合は搬送作業性が確保される。これは、これらの破砕された骨材または粉末材の表面が処理剤で被覆されていることや、気孔に処理剤が入り込むことで、水分が耐火物に吸湿されにくくなっているものと考えられる。また、これらの骨材または粉末材は、粉砕後、粒度ごとに分けられていない粗破砕のままの原料で処理しても同様に水分を吸湿しにくくなる。

本発明では、耐火物の材質には制限はない。例えば、主要な耐火物であるアルミナ質、アルミナ−シリカ質、アルミナ−スピネル質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−カーボン質、アルミナ−ＳｉＣ質、アルミナ−ＳｉＣ−カーボン質、マグネシア質またはマグネシア−カーボン質およびこれらの組み合わせである材質に問題なく適用できる。また、不定形耐火物として使用する場合は、養生、乾燥、使用は常法通りでよい。

次に、これら耐火物の原料の撥水処理剤、または遮水処理剤としては、シリコーン樹脂の溶液およびエマルジョンを使用することができる。

一方、使用済み耐火物を耐火物の原料としてリサイクルした時の吸水性については従来着目されていなかったが、本発明によれば、使用済み耐火物の破砕原料、および粉砕原料の吸水性も著しく抑制することが可能となり、施工時において同様の効果が得られる。

具体的には、使用済み耐火物を解体、破砕、および粉砕後、必要に応じて、粒度ごとに分け、撥水性または遮水性のいずれか一方または双方を有する処理剤の溶液中に浸漬処理するか、スプレーなどで塗布処理を行うことで、耐吸湿性は大幅に改善される。

従って、従来では廃棄していた使用済みの耐火物を、耐火物の原料として有効にリサイクルさせることができる。

（実施例１）
取鍋で使用済みの不定形耐火物（アルミナ−マグネシア質流し込み不定形材）を解体、破砕および粉砕後、２０〜１０ｍｍと１０〜５ｍｍの粒度に篩分けした原料を、表１に示す通り、３種類の樹脂系処理剤の溶液またはエマルジョン中に浸漬処理後、１００℃で２４時間の乾燥を行った。

上記の浸漬処理を行った耐火物と、無処理の耐火物について、水道水に３０秒浸漬して、その後に取り出し、浸漬前と浸漬後の原料の質量を測定し、質量変化を算出した。
その結果、表１に示すように、無処理品に比べて撥水性や遮水性を有する処理剤によって浸漬処理した材料については、吸湿性は大幅に改善された。

また、上記の樹脂系処理剤の溶液またはエマルジョン中への浸漬処理を行った使用済み耐火物の粉砕物を、耐火物の原料としてリサイクルさせ、通常品の不定形耐火物中に添加し、混練時の添加水分について調べた。具体的には、施工時の材料の流動性を示すタップフロー値（耐火物用アルミナセメントの物理試験方法 ＪＩＳ Ｒ２５２１規格）が１６０ｍｍ〜１８０ｍｍになるように適正な添加水分を調査した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、無処理のリサイクル材を５０質量％添加した場合には、適正な水分量は、新品の耐火物単独の場合と比較して約２．６質量％増加するが、浸漬処理を行った使用済み耐火物を５０質量％添加した場合には、添加水分量はわずかな増加しか示さなかった。

また、種々のリサイクル材に対しても同様な結果を得ており、実際の施工で水分添加量を増加させず、安定的な作業性と施工体品質が確保できる。

（実施例２）
表２に示す耐火物の原料を３００ｔ、溶鋼取鍋の底部（敷）に実際に適用した。

その結果、リサイクル材を使用しない通常品の耐火物の適正添加水分量は約６．８質量％であったが、リサイクル材の無処理品を５０質量％添加した場合は、従来どおりの施工フロー性を確保しようとすると、適正添加水分量は約９．５質量％に増加した。ところが、撥水性、または遮水性を有する表２の処理剤によって、浸漬処理したリサイクル骨材を使用した場合は、適正添加水分量は７．２〜７．８質量％の範囲に収まり、適正水分添加量の増加を抑制することができた。

この様にして築造した溶鋼取鍋を約１００回使用した時点で、敷の一部から試料を取り出し、その品質を調査した。

リサイクル材を使用しない通常品の損耗量が約２５〜３０ｍｍ（損耗速度０．２５〜０．３０ｍｍ／ヒート）であったが、無処理品５０質量％添加材は損耗量が約６５ｍｍ（損耗速度０．６５ｍｍ／ヒート）であった。一方、リサイクル材を撥水性または遮水性を有する処理剤によって浸漬処理したものを５０質量％添加した材料は、損耗量が３種類とも約３０〜３５ｍｍ（損耗速度０．３０〜０．３５ｍｍ／ヒート）と無処理品と比べて約５割の耐用性の向上が図れ、リサイクル原料を使用しても、通常品とさほど遜色がない良好な結果となった。

Claims (1)

1. 粉砕された使用済みの耐火物を、撥水性、遮水性のいずれか一方または双方を有する処理剤を用いて、浸漬処理し、耐火物の原料の一部または全部として使用する使用済みの耐火物のリサイクル方法であって、
   前記撥水性、遮水性のいずれか一方または双方を有する処理剤が、シリコーン樹脂の溶液またはエマルジョンであり、前記耐火物の原料として、添加率５０質量％以上で前記浸漬処理された使用済みの耐火物をリサイクルさせることを特徴とする使用済みの耐火物のリサイクル方法。