JP4484173B2 - 不定形耐火物 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばタンディッシュの内張り、タンディッシュカバー、高炉出銑樋カバー、ランスパイプ、溶銑搬送容器の内張り、パーマ部、焼却炉、焼成炉等に用いられる不定形耐火物に関する。
【0002】
【従来技術】
タンディッシュを例にとっていえば、タンディッシュの内張り用不定形耐火物として従来は一般に、未使用の天然及び合成原料を骨材に使用したアルミナ−シリカ質のものが用いられているが、コストの低減及び廃棄物の減少を目的として溶融金属容器の内張耐火物として一度使用した耐火物から溶鋼の浸潤やスラグとの反応で変質した部分を除去した残りを破砕して、これをそのまま或いは表面改質を行ってから再度不定形耐火物の骨材として利用する試みが種々なされている。
【0003】
このうち使用済み耐火物から溶鋼の浸潤やスラグとの反応で変質した部分を除去した残りを粉砕して使用する例としては、特開平8−188475号に溶鋼浸潤部を除去して使用することが記載され、また表面改質を行う例として、例えば特開平6−219853号にはマグーカーボンレンガ屑をシリカゾル溶液に浸漬し、レンガ層内部にシリカ分を含浸させる方法、特開平8−217553号には、使用済み耐火物を破砕して高分子化合物やピッチで被覆する方法、特開平9−278548号には、使用済み耐火物を破砕して加熱酸化処理し、ついで表面処理剤を含浸させる方法などが提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
使用済み耐火物からスラグ付着層やスラグとの反応により変質した部分を除去した残りを破砕して再利用する場合、スラグ付着層やスラグとの反応により変質した部分を選別除去するのに手間がかかりコスト高となるほか、再利用できる耐火物は全体の2/3程度となり、廃棄物の発生量と原料コストを低減させる効果が不十分となる。一方、使用済み耐火物を破砕して表面改質を行う方法は、コストがかかり過ぎ、使用済み耐火物を再利用する障害となっている。
【0008】
本発明は、選別処理や表面改質を行うことなく、より多くの使用済み耐火物を再利用できる不定形耐火物を提供することを目的とする。
【0009】
【課題の解決手段】
請求項1記載の発明は、アルミナ−シリカ質の不定形耐火物であって、アルミナ−シリカ質の未使用耐火物にアルミナ−シリカ質の使用済み耐火物をスラグ付着層を含めて破砕し、表面改質を行うことなく10〜40mmの粒度範囲のもの5〜20重量%と、3〜10mmの粒度範囲のもの25〜40重量%を合わせて合計35〜60重量%配合し、更に金属ファイバーを添加したことを特徴とする。
【0010】
本発明によれば、使用済み耐火物を破砕整粒するだけで表面改質を行うことなく35〜60重量%まで使用することができる。
10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物を使用する理由は、
(1)使用済み耐火物を使用現場で解体する場合、大凡500mm角程度に破壊される。これをジョークラッシャーを用いて破砕する場合、40mm程度の粒度で破砕すると、破砕効率及び歩溜りが最もよいこと。
【0011】
(2)10〜40mmの粒度範囲のものの中には比較的堅い部分、すなわち図1における耐火物のスラグ付着層と、使用済み耐火物の1層目とが多く含まれる。
よって10〜40mmの粒度範囲のものを更に10mm以下の微粉に破砕した場合、それ自体、受熱による劣化が促進されるばかりでなく、未使用の耐火材と反応し易くなり、耐火物全体の耐火度の低下、焼結の促進及び耐蝕性の低下が起きるため好ましくなく、吸水率と気孔率の影響の少ない10〜40mmの粒度範囲のものを使用するのが好ましいこと。
【0012】
等のためであるが、不定形耐火物は一般に骨材の粒度が大きくなるに従い、流動性が低下して水への分散が困難となり、粉体原料との混合も困難となる。
図2は、粉体状をなす未使用の原料に対して配合した10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物の配合量と、流動性発現に必要な混練水量との関係を示すものであり、図3は、同じく3〜10mmの粒度範囲の使用済み耐火物の配合量との関係を示すものである。ここで流動性発現に必要な混練水量とは、JIS A 1101に規定するスランプ試験方法に則って求めたスランプ値が150mm以上となる混練水量である。
【0013】
図2及び図3に示されるように、10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物の方が3〜10mmの範囲ものを使用するよりも作業流動性を得るための混練水量が大幅に増加することが分かる。
本発明において、10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物の使用量を20重量%以下としたのは、図2に示されるように、強度特性等の品質に悪影響を及ぼす混練水量の増加を最小限に抑えるためである。
【0014】
また3〜10mmの粒度範囲のものを使用する理由は、
(1)10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物は上述するように、それ自体に流動性がなく、しかも未使用の粉体原料中において、10〜40mm程度の使用済み耐火物が楔の役割をして粉体原料の流動性を低下させること。
(2)10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物のみを使用し、その使用量を増加させた場合は、混練ミキサー内の機械部品の摩耗を促進させ、更には流し込み施工したときに細部への充填性を阻害したり、粒度偏析を起こす原因となること。
等のためで、その使用量を40重量%以下としたのは、次の理由による。
【0015】
(1)図3に示されるように、流し込み作業に必要な流動性の低下を補うための混練水量の増加を最小限に抑えるため、
(2)図4は、3〜10mm範囲の使用済み耐火物の含有量と圧縮強さの関係を示す図で、同図に示されるように、圧縮強さは110℃の乾燥処理では添加量の増加に伴い低下する傾向にあるが、1000℃及び1500℃の焼成では、添加量が増加すると、耐火物中に含まれるスラグの反応による焼結性のため圧縮強さが上昇する。焼結による圧縮強さの上昇は、熱スポーリングによる亀裂・剥離の発生を助長し好ましくないため、
等である。
【0016】
3〜10mmの粒度範囲の使用済み耐火物は、10〜40mmの粒度に破砕、整粒したときに同時に発生するものを用いる。この10mm以下の粒度の使用済み耐火物中には、耐火物組織変化の少ない層である図1の3層目が多く含まれる。すなわちこの3層目は気孔率が大きく熱影響を余り受けていないため強度が弱く、粉砕性がよいことから細粒が多く含まれる。
【0017】
一方、組織変化の大きなスラグ付着層及び1層目は上記と逆に気孔率が小さくて強度が大であり、粉砕性が悪いことから細粒は極少量含まれるのみである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、使用済み耐火物はアルミナ含有量が40〜80重量%、残部の主成分がシリカで構成されることを特徴とする。
本発明において、使用済み耐火物のアルミナ含有量を40〜80重量%に限定した理由は次の結果によるものである。
【0018】
図5は、アルミナ成分値の異なる使用済耐火物の溶損性を評価したもので、アルミナ成分の異なるそれぞれの使用済の耐火物を破砕し、3〜10mmの粒度に調整したものを40重量%と未使用のアルミナ−シリカ質の耐火物を60重量%配合した試料を高周波誘導炉の内側に張りつけて、高周波誘導炉に塩基度CaO/SiO2≒2.9で、トータルFe≒13重量%のスラグと鋼を装入して溶解し、溶鋼の温度を1650℃で2時間保持して試料の侵食状態を調査した結果を示す。
【0019】
図6は、前記した溶損性の評価に用いた試料を65×65×65mmの立方体に成形し、乾燥した後、温度1200℃に保った電気炉に装入し、30分間加熱したのち直ちに常温の水に15分間浸けて水冷する操作を繰返したときに、耐火物に熱スポールによる亀裂が発生するまでの繰返し回数と使用済み耐火物中のアルミナ成分値との関係を示すものである。
図5及び図6に示されるように、アルミナ含有量が40重量%未満の場合、耐熱スポール性は向上するが、耐蝕性が低下するのに対し、アルミナ含有量が80重量%を超えると、耐蝕性は向上するが、熱スポールによる亀裂や剥離の発生が多くなる。
【0020】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、平均粒径が5μm 以下のアルミナ原料とシリカ原料を合計量で10〜20重量%、アルミナセメントを5〜10重量%添加したことを特徴とする。
本発明によれば、使用済み耐火物の使用による流動性の低下及び強度特性の低下を最小限に抑えることができる。
【0021】
本発明において、平均粒径が5μm 以下のアルミナ原料とシリカ原料(シリカフラワー)の合計量を10〜20重量%としたのは次の理由による。
図7は、10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物を20重量%、同じく3〜10mmの粒度範囲のものを40重量%使用した原料に平均粒径5μm 以下のアルミナ原料とシリカ原料を加えた場合のアルミナ原料とシリカ原料の含有量と流動性発現に必要な混練水量との関係を示す図であり、図8は圧縮強さの関係を示す図で、図7及び図8に示されるように、アルミナ原料とシリカ原料の含有量が10重量%未満では流動性発現に必要な混練水量の減少及び強度の低下を補うには不十分である。
【0022】
一方、アルミナ原料とシリカ原料の含有量が20重量%を越えると、混練水量の減少と強度向上には効果があるが、高価な原料であるためコストアップとなること、鋼中介在物生成防止の目的で耐火物表面に吹付け使用しているマグネシア質コーティング材との焼結反応が促進され、使用後の除去作業が困難になること、使用済み耐火物中に含まれているスラグ成分(CaO.SiO2等)と反応し、CaO ・ Al2O3・2SiO2や2CaO・Al2O3 ・SiO2及びクリストバライトの生成による焼結が促進され、亀裂や剥離が発生し易く安定した耐用性が得られなくなること等の問題があり、好ましくない。
【0023】
本発明で用いられるアルミナセメントは、CaO 含有量が20重量%以下の高アルミナセメントである。
アルミナセメントの使用量を5〜10重量%としたのは次の理由による。
図9は、アルミナセメントの含有量と圧縮強さの関係を示す図で、同図に示されるようにアルミナセメントの含有量が5重量%未満では強度付与に不十分であり、また10重量%を越えると、コスト高となるうえ、使用済み耐火物中に含まれるスラグ成分と反応し、CaO ・ Al2O3・2SiO2 や2CaO・Al2O3 ・SiO 及び3CaO・2SiO等の生成による焼結が促進され、亀裂や剥離の発生を助長する。
【0024】
【実施例】
実施例1
アルミナ−シリカ質の未使用の耐火材で、3mm以下の粒度のもの31重量%、平均粒径5μm 以下のもの16重量%、高アルミナセメント7重量%よりなる原料に対し、アルミナ60.7重量%、シリカ28.4重量%を含む使用済み耐火物を破砕整粒し、10〜40mmの粒度範囲のもの10重量%、3〜10mmの範囲もの36重量%を配合し、これに更に、金属ファイバーを外付けで2重量%添加してなる耐火材に流動性発現に必要な水を7.4重量%加えてミキサーにて混練し、型に流し込んで100mmφ、高さ200mmの円柱状試料を得た。そして電気炉に入れ1500℃で3時間焼成したのち圧縮試験機に掛け、圧縮試験を行った。その結果、圧縮強さは77MPa であった。また上述するようにして得られた耐火材をタンディッシュの内張り用流し込み材に使用し、実機テストを行った。その結果、後述の比較例1に示す従来品の耐用(繰返し使用回数)を100とした場合の耐用性比率は92であった。
【0025】
実施例2
3mm以下の粒度のもの17重量%、平均粒径5μm 以下のもの18重量%、高アルミナセメント10重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に対し、実施例1と同じ使用済み耐火物を破砕・整粒して得た10〜40mm粒度範囲のもの15重量%、3〜10mm粒度範囲のもの40重量%を配合し、これに更に外付けで金属ファイバーを2重量%添加してなる耐火材に流動性発現に必要な水7.7重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは81MPa 、耐用性比率は90であった。
【0026】
実施例3
3mm以下の粒度のもの14重量%、平均粒径5μm 以下のもの18重量%、高アルミナセメント8重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に対し、実施例1と同じ使用済み耐火物を破砕・整粒して得た10〜40mm粒度範囲のもの20重量%、3〜10mm粒度範囲のもの40重量%を配合し、更に金属ファイバーを外付けで2重量%添加してなる耐火材に流動性発現に必要な水7.9重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは75MPa 、耐用性比率は89であった。
【0027】
実施例4
3〜10mmの粒度範囲のもの3重量%、3mm以下の粒度のもの35重量%、平均粒径5μm 以下のもの15重量%、高アルミナセメント7重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に対し、実施例1と同じ使用済み耐火物を破砕・整粒して得た10〜40mm粒度範囲のもの5重量%、3〜10mm粒度範囲のもの35重量%を配合し、更に金属ファイバーを外付けで2重量%添加してなる耐火材に流動性発現に必要な水7.5重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは69MPa 、耐用性比率は93であった。
【0028】
実施例5
3〜10mmの粒度範囲のもの45重量%、平均粒径5μm 以下のもの14重量%、高アルミナセメント6重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に対し、実施例1と同じ使用済み耐火物を破砕・整粒して得た10〜40mm粒度範囲のもの10重量%、3〜10mmの粒度範囲のもの25重量%を配合し、更に金属ファイバーを外付けで2重量%添加してなる耐火材に流動性発現に必要な水7.0重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは61MPa 、耐用性比率は95であった。
【0029】
比較例1(従来品)
3〜10mmの粒度範囲のもの40重量%、3mm以下の粒度のもの48重量%、平均粒径5μm 以下のもの8重量%、高アルミナセメント4重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に金属ファイバー2重量%を外付けで添加し、これに流動性発現に必要な水7.1重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは75MPa であり、このときの繰返し使用回数(耐用)を100とした。
【0030】
比較例2
3〜10mmの粒度範囲のもの38重量%、3mm以下の粒度のもの42重量%、平均粒径5μm 以下のもの10重量%、高アルミナセメント5重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に、実施例1と同じ使用済み耐火物を破砕、整粒して得た10〜40mmの粒度範囲のもの5重量%を配合して更に金属ファイバー2重量%を外付けで添加し、これに流動性発現に必要な水6.9重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは72MPa であり、耐用性比率は99であった。
【0031】
比較例3
3〜10mmの粒度範囲のもの34重量%、3mm以下の粒度のもの36重量%、平均粒径5μm 以下のもの10重量%、高アルミナセメント5重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に、実施例1と同じ使用済み耐火物を破砕、整粒して得た10〜40mmの粒度範囲のもの15重量%を配合して更に金属ファイバー2重量%を外付けで添加し、これに流動性発現に必要な水6.5重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは68MPa であり、耐用性比率は98であった。
【0032】
比較例4
3〜10mmの粒度範囲のもの32重量%、3mm以下の粒度のもの30重量%、平均粒径5・以下のもの12重量%、高アルミナセメント5重量%よりなるアルミナ−シリカ質の未使用の耐火材に、実施例1と同じ使用済み耐火物を破砕、整粒して得た10〜40mmの粒度範囲のもの20重量%を配合して更に金属ファイバー2重量%を外付けで添加し、これに流動性発現に必要な水6.5重量%を加えて混練したのち、実施例1と同様の方法で圧縮試験及びタンディッシュでの実機テストを行った。その結果、圧縮強さは64MPa であり、耐用性比率は96であった。
以上の結果を以下の表に示す。
【0033】
【表1】
Figure 0004484173
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、使用済み耐火物を破砕整粒するだけの処理で選別処理や表面改質を行うことなく使用でき、使用量も35〜60重量%と従来に比べ格段に多くなり、低コストの処理費用で廃棄物のリサイクル使用が可能となる。またアルミナ−シリカ質の不定形耐火物としてアルミナ40〜80重量%、残部の主成分がシリカで構成されるものを用いることにより、耐蝕性や耐熱スポール性の低下を最小限にとどめることができる。
【0035】
また平均粒径5μm 以下のアルミナ原料とシリカ原料及びアルミナセメント量を調整することにより、使用済み耐火物の使用による流動性の低下及び強度特性の低下を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】使用済み耐火物の構成を示す断面図。
【図2】10〜40mmの粒度範囲の使用済み耐火物の配合量と流動性発現に必要な水量との関係を示すグラフ。
【図3】3〜10mmの粒度範囲の使用済み耐火物の配合量と流動性発現に必要な水量との関係を示すグラフ。
【図4】3〜10mmの粒度範囲の使用済み耐火物の配合量と圧縮強さの関係を示すグラフ。
【図5】使用済み耐火物中のアルミナ含有量と溶損比率の関係を示すグラフ。
【図6】使用済み耐火物中のアルミナ含有量と亀裂が発生するまでの加熱冷却回数の関係を示すグラフ。
【図7】平均粒径5μm 以下のアルミナ原料とシリカ原料の含有量と流動性発現に必要な水量との関係を示すグラフ。
【図8】平均粒径5μm 以下のアルミナ原料とシリカ原料の含有量と圧縮強さの関係を示すグラフ。
【図9】高アルミナセメントの含有量と圧縮強さの関係を示すグラフ。

Claims (3)

  1. アルミナ−シリカ質の不定形耐火物であって、アルミナ−シリカ質の未使用耐火物にアルミナ−シリカ質の使用済み耐火物をスラグ付着層を含めて破砕し、表面改質を行うことなく10〜40mmの粒度範囲のもの5〜20重量%と、3〜10mmの粒度範囲のもの25〜40重量%を合わせて合計35〜60重量%配合し、更に金属ファイバーを添加したことを特徴とする不定形耐火物。
  2. 使用済み耐火物はアルミナ含有量が40〜80重量%、残部の主成分がシリカで構成されることを特徴とする請求項1記載の不定形耐火物。
  3. 平均粒径が5μm以下のアルミナ原料とシリカ原料を合計量で10〜20重量%、アルミナセメントを5〜10重量%添加したことを特徴とする請求項1又は2記載の不定形耐火物。
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