JP6470866B1

JP6470866B1 - 熱間充填材

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Publication number: JP6470866B1
Application number: JP2018198629A
Authority: JP
Inventors: 本田　和寛; 和寛本田; 統一白曼; 哲赤井; 翼中道; 洋輔大野
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2038-10-22
Also published as: JP2020066537A; TW202021931A; WO2020085191A1; TWI752363B; CN112823147B; CN112823147A

Abstract

【課題】熱間充填材の充填性を向上させる。
【解決手段】耐火原料１００質量％に対してバインダー及び水を添加してなる熱間充填材において、前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径１ｍｍ以上の塩基性原料を２５質量％以上６０質量％以下、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を５質量％以上２５質量％以下含み、前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量が３０質量％以下（０を含む。）である。
【選択図】なし

Description

本発明は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、吐出装置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「施工対象箇所」という。）に熱間充填材８を吐出し、施工対象箇所を熱間充填材８で充填する。

熱間充填材８は、塩基性原料を含む耐火原料にバインダー及び水を加えてなる。図１（Ｂ）の例では、水は、吐出装置９の吐出パイプ１０内で加えられる。施工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、熱間充填材８が施工対象箇所内で攪拌され、施工対象箇所に密に充填される。沸騰が沈静化した後、バインダーの結合作用により熱間充填材８が硬化する（例えば特許文献１参照）。

このような熱間充填材には、その基本的な特性として前述の施工対象箇所のような隙間への充填性が求められるが、従来、その充填性は十分とはいえなかった。

特許第４９６０９０６号公報

本発明が解決しようとする課題は、熱間充填材の充填性を向上させることにある。

熱間充填材は隙間へ充填されるものであることから、隙間へ充填される前に硬化すると充填性が悪くなる（隙間への充填性を確保できない）。そこで本発明者らが、熱間充填材を構成する塩基性原料の粒度構成に着目して実験及び検討を重ねた結果、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を適量含むと、熱間充填材が隙間へ充填されやすくなり、しかも隙間へ充填された後に硬化するという知見を得た。

すなわち本発明の一観点によれば、次の熱間充填材が提供される。
耐火原料１００質量％に対してバインダー及び水を添加してなる熱間充填材であって、
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径１ｍｍ以上の塩基性原料を２５質量％以上６０質量％以下、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を５質量％以上２５質量％以下含み、
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量が３０質量％以下（０を含む。）である、熱間充填材。

なお、本発明でいう粒径とは、耐火原料粒子を篩いで篩って分離したときの篩い目の大きさのことであり、例えば粒径２０μｍ未満の塩基性原料とは、篩い目が２０μｍの篩いを通過する塩基性原料のことで、粒径２０μｍ以上の塩基性原料とは、篩い目が２０μｍの篩い目を通過しない塩基性原料のことである。

本発明によれば、熱間充填材の充填性を向上させることができる。

熱間充填材の一使用形態を示す図。充填性の評価に使用したれんがセットを示す図。

本発明の熱間充填材は、耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を５質量％以上２５質量％以下含む。塩基性原料は、Ｍｇ^２＋イオンやＣａ^２＋イオンを溶出し、この溶出したＭｇ^２＋イオンやＣａ^２＋イオンがバインダー等と反応して施工体の硬化に寄与するところ、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料は比表面積が適度であることから、Ｍｇ^２＋イオンやＣａ^２＋イオンを適切な溶出速度で溶出する。したがって、この粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を適量含むことにより、施工体を適切なタイミングで硬化させることができる。また、この粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を適量含むことにより、熱間充填材の流動性が向上し、隙間へ充填されやすくなる。すなわち、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を５質量％以上２５質量％以下含む熱間充填材は隙間へ充填されやすくなり、しかも隙間へ充填された後に硬化するから、隙間への充填性が向上する。
粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料の含有量が５質量％未満であると、施工体が硬化しないか施工体の硬化に長時間を要するため実操業に支障をきたす。一方、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料の含有量が２５質量％超であると、一旦、隙間へは充填されるものの、受熱により施工体が収縮し再び隙間が生じる。
粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料の含有量は、１０質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。

本発明の熱間充填材は、耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径１ｍｍ以上の塩基性原料を２５質量％以上６０質量％以下含む。この粒径１ｍｍ以上の塩基性原料の含有量が２５質量％未満の場合、耐火原料の粒度構成のバランスが悪くなり、施工体強度が低下する。一方、粒径１ｍｍ以上の塩基性原料の含有量が６０質量％超の場合、施工体中に空隙が多くなり、やはり施工体強度が低下する。
粒径１ｍｍ以上の塩基性原料の含有量は、３０質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。

本発明の熱間充填材において粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量は３０質量％以下（０を含む。）とする。この粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量が３０質量％超の場合、Ｍｇ^２＋イオンやＣａ^２＋イオンの溶出が早すぎて、隙間に充填される前に硬化し、均一に充填できない。粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量は２０質量％以下（０を含む。）であることが好ましい。

なお、本発明の熱間充填材は、粒径１０６μｍ以上１ｍｍ未満の塩基性原料を含んでもよいし含まなくてもよい。

塩基性原料としては、熱間充填材に一般的に使用されている塩基性原料を使用することができ、例えば、マグネシア、ドロマイト、オリビン、ブルーサイト、炭酸カルシウム、マグネシア−カーボン系などが挙げられる。また、本発明の熱間充填材は、塩基性原料以外の耐火原料として、アルミナ、スピネル、炭化ケイ素、アルミナ−シリカ系などを含み得る。

本発明の熱間充填材は、耐火原料１００質量％中に占める割合で、ＳｉＯ_２及びＦｅ_２Ｏ_３の合量が３．２質量％以上７質量％以下であり、かつＦｅ_２Ｏ_３の含有量が１．５質量％以下（０を含む。）であることが好ましい。ＳｉＯ_２及びＦｅ_２Ｏ_３は、塩基性原料中のＭｇＯやＣａＯと化合物を形成し、Ｍｇ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオンの溶出を抑える効果を奏する。このため、施工体が早期に硬化し粘性が高くなって充填性が低下するのを抑えることができるが、ＳｉＯ_２及びＦｅ_２Ｏ_３の合量が３．２質量％未満では、Ｍｇ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオンの溶出を抑える効果が十分には発揮されない。一方、ＳｉＯ_２及びＦｅ_２Ｏ_３の合量が７質量％を超えると、Ｍｇ^２＋イオン、Ｃａ^２＋イオンが適切な溶出速度を下回り、硬化しづらくなる。ＳｉＯ_２及びＦｅ_２Ｏ_３の合量は３．２質量％以上５．５質量％以下であることがより好ましい。
また、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が１．５質量％を超えると、低融点化合物を生成し耐食性が低下するおそれがあるので、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は１．５質量％以下（０を含む。）であることが好ましい。
ここで、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量は、蛍光Ｘ線分析にて試料中のＦｅ量を検出し、酸化物換算（Ｆｅ_２Ｏ_３）したものとする。同様にＳｉＯ_２の含有量は、蛍光Ｘ線分析にて試料中のＳｉ量を検出し、酸化物換算（ＳｉＯ_２）したものとする。

本発明の熱間充填材は、前述のような耐火原料１００質量％に対して、バインダー及び水を添加したものである。
バインダーとしては、熱間充填材に一般的に使用されているものを使用することができ、例えばリン酸塩、珪酸塩、ピッチ、粉末樹脂、アルミナセメントなどが挙げられるが、典型的にはリン酸塩及び珪酸塩の中から選択される少なくとも１種を含むものを使用する。リン酸塩としては、リン酸ソーダ、リン酸カリウム、リン酸リチウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウムなどがあり、珪酸塩としては、珪酸ソーダ、珪酸カリウム、珪酸カルシウムなどがある。また、バインダーの添加量も一般的な熱間充填材と同様でよく、例えば耐火原料１００質量％に対して外掛けで１質量％以上１０質量％以下である。
なお、バインダーには添加剤を使用してもよい。添加剤としては、硬化剤、分散剤、増粘剤などの各種の添加剤を使用することができる。例えば、硬化剤としては消石灰、分散剤としてはリン酸塩、増粘剤としては粘土を使用することができる。

水の添加量も一般的な熱間充填材と同様でよく、例えば耐火原料１００質量％に対して外掛けで３０質量％以上６０質量％以下である。

以上のような本発明の熱間充填材は、図１（Ｂ）に示したように吐出装置９を用いてエアーで吐出してもよいし、吐出装置９を用いずに流し込んでもよいし、焼失する容器に入れて投入してもよい。

表１及び表２に、本発明の実施例及び比較例の耐火原料構成と評価結果を示している。表１及び表２において「塩基性原料」としては実施例８を除いてマグネシアを使用し、実施例８ではマグネシアとドロマイトを併用した。評価項目と評価方法は、以下のとおりである。

＜充填性＞
表１及び表２に示す各例の耐火原料に適量のバインダー（リン酸ソーダ）及び水を添加して得た各例の熱間充填材を、図２に示すようにれんがセット１１（４個のマグネシア−カーボンれんが１１ａの組合せ）に形成した１５ｍｍ角×２３０ｍｍの四角錐状の隙間１２に、このれんがセット１１を１０００℃に加熱したうえで流し込んだ。冷却後、れんがセット１１を切断し、隙間１２への充填性（未充填の隙間の大きさ）を確認した。充填性の評価では、未充填の隙間がない又は未充填の隙間の大きさが１ｍｍ未満の場合を○（良）、未充填の隙間の大きさが１ｍｍ以上２ｍｍ未満の場合を△（可）、未充填の隙間の大きさが２ｍｍ以上の場合を×（不可）とした。

＜施工体強度＞
表１及び表２に示す各例の耐火原料に適量のバインダー（リン酸ソーダ）及び水を添加して得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施工体として取り出し、この施工体から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した。各例の曲げ強さを比較例１の曲げ強さで割って１００倍した値を曲げ強さ指数とした。この曲げ強さ指数が大きいほど施工体強度が高いということである。施工体強度の評価では、曲げ強さ指数が１１０超の場合を○（良）、１００超１１０以下の場合を△（可）、１００以下の場合を×（不可）とした。

＜緻密性＞
前述した施工体の見掛け気孔率をＪＩＳ−Ｒ２２０５−１９９２に準拠して測定した。各例の見掛け気孔率を比較例１の見掛け気孔率で割って１００倍した値を見掛け気孔率指数とした。この見掛け気孔率指数が小さいほど施工体の緻密性が高いということである。緻密性の評価では、見掛け気孔率指数が９０以下の場合を○（良）、９０超１００未満の場合を△（可）、１００以上の場合を×（不可）とした。

＜耐スラグ浸潤性＞
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、前述した施工体から切り出した試験片を、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した。各例の最大スラグ浸潤深さを比較例１の最大スラグ浸潤深さで割って１００倍した値をスラグ浸潤深さ指数とした。このスラグ浸潤深さ指数が小さいほど耐スラグ浸潤性が高いということである。耐スラグ浸潤性の評価では、スラグ浸潤深さ指数が９０以下の場合を○（良）、９０超１００未満の場合を△（可）、１００以上の場合を×（不可）とした。

＜総合評価＞
前述の各評価において、全て○の場合を○（良）、×がなく、いずれかに△がある場合を△（可）、いずれか一つが×の場合を×（不可）とした。

実施例１〜１１は本発明の範囲内にある熱間充填材である。いずれも総合評価は○（良）又は△（可）であり、良好な結果が得られた。

比較例１は粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料の含有量が少ない例である。施工体が十分に硬化できず、各評価が全て×（不可）となった。
比較例２は粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料の含有量が多い例である。充填性の評価が×（不可）となった。

比較例３は粒径１ｍｍ以上の塩基性原料の含有量が少ない例である。施工体強度の評価が×（不可）となった。
比較例４は粒径１ｍｍ以上の塩基性原料の含有量が多い例である。施工体中に空隙が多くなり緻密性が低下すると共に施工体強度及び耐スラグ浸潤性が低下した。また、粒径１ｍｍ以上という粗粒の塩基性原料の含有量が多いことから、隙間への充填性も低下した。

比較例５は粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量が多い例である。充填性の評価が×（不可）となった。

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吐出装置
１０吐出パイプ
１１れんがセット
１１ａマグネシア−カーボンれんが
１２隙間

Claims

耐火原料１００質量％に対してバインダー及び水を添加してなる熱間充填材であって、
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径１ｍｍ以上の塩基性原料を２５質量％以上６０質量％以下、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を５質量％以上２５質量％以下含み、
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量が３０質量％以下（０を含む。）である、熱間充填材。
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径１ｍｍ以上の塩基性原料を３０質量％以上５０質量％以下、粒径２０μｍ以上１０６μｍ未満の塩基性原料を１０質量％以上２０質量％以下含み、
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、粒径２０μｍ未満の塩基性原料の含有量が２０質量％以下（０を含む。）である、請求項１に記載の熱間充填材。
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、ＳｉＯ_２及びＦｅ_２Ｏ_３の合量が３．２質量％以上７質量％以下であり、かつＦｅ_２Ｏ_３の含有量が１．５質量％以下（０を含む。）である、請求項１又は２に記載の熱間充填材。
前記耐火原料１００質量％中に占める割合で、ＳｉＯ_２及びＦｅ_２Ｏ_３の合量が３．２質量％以上５．５質量％以下であり、かつＦｅ_２Ｏ_３の含有量が１．５質量％以下（０を含む。）である、請求項１又は２に記載の熱間充填材。
前記バインダーは、リン酸塩及び珪酸塩の中から選択される少なくとも１種を含むものである、請求項１から４のいずれか一項に記載の熱間充填材。