JP4960906B2 - 熱間充填材 - Google Patents

Description

本発明は、工業窯炉又は溶融金属容器等の水平部分、水平にすることのできる部分、又は中子等を使用して熱間充填材を溜めることのできる部分に熱間で充填され、沸騰を生じた後に硬化する熱間充填材に関する。

転炉出鋼口スリーブの交換作業を例に挙げて、熱間充填材の一使用形態を説明する。

図１（Ａ）に示すように、まず、出鋼を終えた転炉１を、トラニオン２を軸として、出鋼口３が作業床４に近づくように傾動させる。作業者は、ブレーカー５によって、古いスリーブ６を解体し、これを出鋼口３から除去する。

図１（Ｂ）に示すように、次に、トラニオン２を軸として、出鋼口３が下方を向くように転炉１を傾動させ、出鋼口３に新しいスリーブ７を嵌め込む。次に、吹付け施工装置９を用いて、新しいスリーブ７と転炉１本体との間の隙間（以下、対象箇所という。）に熱間充填材８を吹付け、対象箇所を熱間充填材８で充填する。

熱間充填材８は、塩基性耐火粉体とリン酸塩とよりなる配合組成物に、施工水を加えてなる。図１（Ｂ）の例では、施工水は、吹付け施工装置９の吹付けパイプ１０内で加えられる。対象箇所の温度は例えば６００〜１０００℃程度であり、熱間充填材８は充填直後に沸騰を生じる。

この沸騰する力により、熱間補修材８が対象箇所内で攪拌され、対象箇所に密に充填される。沸騰が沈静化した後、リン酸塩の結合作用により熱間充填材８が硬化する。このような熱間充填材８としては、具体的には、以下のものが知られている。

特許文献１は、粒径３２μｍ未満の超微粒域の割合が１５質量％以上となるように粒度調整された塩基性耐火粉体とリン酸塩とよりなる配合組成物に、施工水を加えてなる熱間充填材を開示している。実施例では、塩基性耐火粉体にマグネシア質原料のみを用い、リン酸塩の添加量は、塩基性耐火粉体に対する外掛けで４質量％としている。

特許文献２は、粒径１ｍｍ未満の微粒域がマグネシア質原料よりなり、粒径１ｍｍ以上の粗粒域がドロマイト質原料よりなる塩基性耐火粉体と、リン酸塩とよりなる配合組成物に、施工水を加えてなる熱間充填材を開示している。実施例では、リン酸塩の添加量は、塩基性耐火粉体に対する外掛けで４質量％としている。
特公昭５７−４１６７１号公報 特開平６−２８７６２３号公報

特許文献１は、塩基性耐火粉体に用いる原料としてドロマイト質原料も例示するが、ドロマイト質原料はリン酸塩による硬化を早める性質をもつ。この性質は、ドロマイト質原料を配合する粒度が細かい程顕著となる。特許文献１の塩基性耐火粉体は、粒径３２μｍ未満の超微粒域を多く含むため、この塩基性耐火粉体にドロマイト質原料を用いると、対象箇所に充填した際に、施工水が充分に蒸発していない粗充填の段階でリン酸塩による硬化が発現する結果、多孔質な施工体が形成されやすくなる。

特許文献２は、まさにこの問題を防止するために、粒径１ｍｍ未満の微粒域には、ドロマイト質原料を配合しないことを推奨する（特許文献２の段落０００９参照）。しかし、耐スラグ湿潤性という観点からは、マグネシア質原料よりもドロマイト質原料の方が優れる。マトリクスとなる粒径１ｍｍ未満の微粒域にドロマイト質原料を配合しない場合、粗充填の段階で沸騰が沈静化することは防止できても、耐スラグ湿潤性を改善することに限界が生じることになる。

本発明の目的は、優れた耐スラグ浸潤性を発揮でき、かつ粗充填の段階で沸騰が沈静化することを防止できる熱間充填材を提供することにある。

本発明の一観点によれば、粒径３２μｍ未満の超微粒域の割合を１５質量％未満に抑え、かつ粒径１ｍｍ未満の微粒域の２０質量％以上をドロマイト質原料で構成した塩基性耐火粉体と、この塩基性耐火粉体１００質量％に対する外掛けで３．５質量％未満の量のリン酸塩とよりなる配合組成物に、施工水を加えてなる熱間充填材が提供される。

リン酸塩の添加量を上記のように抑えることでリン酸塩による硬化を緩和し、かつ塩基性耐火粉体に占める超微粒域の割合を上記のように抑えることでリン酸塩に対するドロマイト質原料の硬化促進作用を緩和したことにより、粗充填の段階で沸騰が沈静化してしまう問題が生じにくくなる。

リン酸塩の添加量を抑えた場合、施工体の強度が犠牲になりやすいが、併せて超微粒域の割合も上記のように抑えると、施工体の強度が低下しにくいことが判った。

粗充填の段階で沸騰が沈静化するといった弊害を生じさせることなく、マトリクスとなる微粒域の２０質量％以上をドロマイト質原料で構成することが可能となるため、耐スラグ湿潤性向上の効果をいかんなく発揮することができる。

以下、一実施形態に沿って本発明をより具体的に説明する。

熱間充填材は、塩基性耐火粉体とリン酸塩とよりなる配合組成物に施工水を加えてなる。

塩基性耐火粉体は、その４０〜７０質量％、好ましくは５０〜６０質量％が粒径１ｍｍ未満の微粒域で構成され、残部が粒径１ｍｍ以上の粗粒域で構成される。

本明細書において、数値範囲を表す「〜」の記号は両端点を含む意味で用いるものとする。また、本明細書において、粒子の粒径がｄ未満とは、その粒子がＪＩＳ−Ｚ８８０１に規定する目開きｄの標準ふるいを通過する粒度であることを意味し、粒子の粒径がｄ以上とは、その粒子が同ふるい上に残る粒度であることを意味する。

粗粒域は、骨材で構成され、その最大粒径は、例えば５ｍｍである。骨材には、マグネシア質原料及びドロマイト質原料の少なくともいずれか一方を用いることができる。マグネシア質原料としては電融マグネシアやマグネシアクリンカーが挙げられ、ドロマイト質原料としてはドロマイトクリンカーが挙げられる。なお、骨材は粒径が１ｍｍ以上と粗いため、リン酸塩に対する硬化促進作用は無視できる程小さい。

微粒域は、骨材間の隙間を埋めるマトリクスを構成する。マトリクスは、熱間充填材の耐スラグ浸潤性を大きく左右する部分である。このため、微粒域１００質量％中の２０質量％以上、好ましくは２５質量％以上を、塩基性材料の中でも特に耐スラグ浸潤性に優れたドロマイト質原料で構成する。ドロマイト質原料としては、ＣａＯ含有量が１５〜３０質量％のものが好ましく、これにより、耐スラグ浸潤性を高める効果がより確実となる。

微粒域は、粒径３２μｍ未満の超微粒域を含む。この超微粒域に属する粒子は細かく、反応性が高いため、微粒域に配合したドロマイト質原料のうち超微粒域に属するものは、リン酸に対して特に強い硬化促進作用を示す。リン酸に対する硬化促進作用が強すぎると、施工水が充分に蒸発していない粗充填の段階で沸騰が沈静化する結果、多孔質な施工体が形成されやすくなる。そこで、超微粒域の割合を少なく抑え、リン酸塩に対するドロマイト質原料の硬化促進作用を緩和する。

超微粒域は、具体的には、塩基性耐火粉体１００質量％中に占める割合で１５質量％未満に抑える。超微粒域の割合が１５質量％以上であると、微粒域の２０質量％以上にドロマイト質原料を配合する関係上、粗充填の段階で沸騰が沈静化する問題が起こりやすくなる。なお、塩基性耐火粉体の粒度構成を最密充填構造に近づけるという観点からは、塩基性耐火粉体に占める超微粒域の割合は、１０質量％以上であることが好ましい。

また、粗充填の段階で沸騰が沈静化する問題を防止する効果と、耐スラグ浸潤性を高める効果との兼ね合いを考慮すると、超微粒域の残部はマグネシア質原料で構成し、超微粒域におけるドロマイト質原料／マグネシア質原料の質量比を１／２０〜１／１０とすることが好ましく、１／１４〜１／１０とすることがより好ましい。

リン酸塩としては、縮合リン酸塩が好ましい。縮合リン酸塩としては、ヘキサメタリン酸ソーダ、テトラポリリン酸ソーダ、ウルトラリン酸ソーダ、ピロリン酸ソーダ、トリポリリン酸ソーダといった縮合リン酸ソーダの他、リン酸一カリウムといった縮合リン酸カリウムも用いることができる。本明細書において、リン酸塩とは、複数種のリン酸を組み合わせたものを含む概念とする。

リン酸塩の添加量は、塩基性耐火粉体１００質量％に対する外掛けで３．５質量％未満に抑える。このようにリン酸塩の添加量を抑えることでリン酸塩による硬化を緩和し、粗充填の段階で沸騰が沈静化してしまう問題を防止する効果を高めることができる。リン酸塩の添加量は、塩基性耐火粉体に対する外掛けで１．５〜３質量％であることが好ましい。

なお、リン酸塩の添加量を抑えた場合、施工体の強度が犠牲となりやすいが、本願発明者らの研究によると、併せて超微粒域の割合を上記のように抑えると、施工体の強度が低下しにくいことが判った。

この理由は、次の如くと考えられる。即ち、リン酸塩は主に微粒域を凝固させ凝固ボンドを形成することで施工体に強度を付与する。超微粒域を減らさずにリン酸塩だけを減らした場合、微粒域中に凝固できないものが多く存在することとなり、これが強度低下の要因になる。ところが、リン酸塩を減らし超微粒域も減らした場合は、凝固ボンドの絶対量は減るものの、微粒域中の凝固できない粒子の割合が減るため、施工体の強度低下を抑えることができる。但し、リン酸塩の硬化メカニズムは充分に解明されていない。以上はあくまでもメカニズムの推定であり、本発明の解釈を拘束するものではない。

以上のように、超微粒域の割合を抑えることは、リン酸塩に対するドロマイト質原料の硬化促進作用を緩和する効果だけでなく、施工体の強度低下を招くことなくリン酸の添加量を減らすことを可能にするという効果をもつ。

施工水の添加量は、例えば、塩基性耐火粉体に対する外掛けで２０〜４０質量％程度が好ましい。

熱間充填材の補修対象箇所への充填方法は、特に限定されない。図１（Ｂ）には乾式吹付け施工方法を例示したが、この他、湿式吹付け施工方法、流し込み施工方法、又は投げ込み施工方法等を用いてもよい。

表１に、本発明の実施例及び比較例による熱間充填材の構成と評価結果とを示す。

表１の各例で、ドロマイトクリンカーにはＣａＯ含有量が２５質量％のものを用いた。施工水の添加量は、いずれの例も塩基性耐火粉体に対する外掛けで３０質量％とした。以下、表１の評価項目について説明する。

曲げ強さ指数は、次の要領で測定した。各例の熱間充填材を、１０００℃に加熱した型枠内に流し込み、沸騰及び硬化を経て常温に冷ました後に型枠から取り出す。次に、取り出した施工体を４０ｍｍ×４０ｍｍ×１６０ｍｍの寸法に切り出したものを試験片とし、これ以外の条件はＪＩＳ−Ｒ２５７５に従って曲げ強さを測定する。各例の曲げ強さを、実施例６の曲げ強さで割って１００倍した値が、曲げ強さ指数である。

曲げ強さ指数は、施工体の強度を評価する値であり、この値が大きい程、強度に優れることを意味する。

スラグ浸潤深さ指数は、次の要領で測定した。回転式侵食試験装置において、侵食剤として転炉スラグを用い、上述した各例の試験片を、１６５０℃で５時間侵食させたときの最大スラグ浸潤深さを測定する。各試験片の最大スラグ浸潤深さを実施例６の最大スラグ浸潤深さで割って１００倍した値がスラグ浸潤深さ指数である。

スラグ浸潤深さ指数は、施工体の耐スラグ浸潤性を評価する値であり、この値が小さい程、耐スラグ浸潤性に優れることを意味する。

見掛け気孔率指数は、次の要領で測定した。上述した各例の試験片を測定対象としてＪＩＳ−Ｒ２２０５に従って見掛け気孔率を測定し、各例の見掛け気孔率を、実施例６の見掛け気孔率で割って１００倍した値が、見掛け気孔率指数である。

見掛け気孔率指数は、施工体の緻密さを評価する値であり、この値が小さい程、充填時に充分な沸騰時間を確保できたことにより緻密な施工体が得られたことを意味する。

実施例１〜１１は、いずれも本発明の規定を満たしており、大きな曲げ強さ指数、小さなスラグ浸潤深さ指数、及び小さな見掛け気孔率指数を達成した。

比較例１及び２は、実施例７をベースとして、塩基性耐火粉体に占める超微粒域の割合を本発明の規定（１５質量％未満）を上回る値に増やしたもので、超微粒域の割合を抑えることなくリン酸塩の添加量を１．５質量％に抑えたため、微粒域中に凝固できない粒子が多く生じたためか、曲げ強さ指数が小さい。

比較例３及び４は、微粒域に占めるドロマイトクリンカーの割合を本発明の規定（２０質量％以上）よりも少なくしたもので、沸騰時間は充分に確保できたため見掛け気孔率指数は充分な値であったが、マトリクスに充分な量のドロマイトクリンカーが配合されなかったためスラグ浸潤深さ指数が大きい。

比較例５は、実施例６をベースとして、ヘキサメタリン酸ソーダの添加量を本発明の規定（３．５質量％未満）よりも多くしたもので、ヘキサメタリン酸ソーダの硬化作用が強すぎて、沸騰時間を充分に確保できず、粗充填のまま沸騰が沈静化したため、見掛け気孔率指数が大きい。また、見掛け気孔率が大きいことに起因して、スラグ浸潤深さ指数も大きくなっている。

比較例６も、実施例６をベースとして、ヘキサメタリン酸ソーダの添加量を本発明の規定（３．５質量％未満）よりも多くし、かつ塩基性耐火粉体に占める超微粒域の割合も本発明の規定（１５質量％未満）よりも多くしたもので、ヘキサメタリン酸ソーダの硬化作用とドロマイトクリンカーの硬化促進作用とが強すぎたため、沸騰時間を充分に確保できず、見掛け気孔率指数が大きい。また、見掛け気孔率が大きいことに起因して、スラグ浸潤深さ指数も大きくなっている。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、種々の組み合わせ及び改良が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の熱間充填材は、各種窯炉又は溶融金属容器の水平部分、水平にすることのできる部分、又は中子等を使用して熱間充填材を溜めることのできる部分、例えば、転炉の出鋼口や炉底、脱ガス炉、取鍋、混銑車等の熱間補修に広く利用することができる。

転炉出鋼口周りの断面図。

符号の説明

１…転炉、２…トラニオン、３…出鋼口、４…作業床、５…ブレーカー、６…古いスリーブ、７…新しいスリーブ、８…熱間充填材、９…吹付け施工装置、１０…吹付けパイプ。

Claims (1)

1. 粒径３２μｍ未満の超微粒域の割合を１５質量％未満に抑え、かつ粒径１ｍｍ未満の微粒域の２０質量％以上をドロマイト質原料で構成した塩基性耐火粉体と、この塩基性耐火粉体１００質量％に対する外掛けで３．５質量％未満の量のリン酸塩とよりなる配合組成物に、施工水を加えてなる熱間充填材。

Images