JP7011010B2 - 黒鉛含有キャスタブル耐火物およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、低水分で流し込み施工性に優れた黒鉛含有キャスタブル耐火物およびその製造方法に関する。
近年、製鉄所で使用される耐火物に占める不定形耐火物の比率が増大している。不定形耐火物の１つであるキャスタブル耐火物は、高温で安定な金属酸化物のみで構成される場合が多い。キャスタブル耐火物は、水を添加して混練した後に型枠へ流し込み乾燥、焼成するという工程を必要とする。そのため、キャスタブル耐火物については、疎水性を有する炭化物や黒鉛などのカーボン原料などの使用を控えることが好ましい。その理由は、黒鉛含有キャスタブル耐火物の場合、型枠への流し込みを容易にする程度に流動性を与えるためには、必要な添加水量が多くなり、乾燥、焼成して黒鉛含有キャスタブル耐火物硬化体を形成した状態では見かけ気孔率の増大や耐食性の低下の原因になるからである。
一方、高炉用樋材として使用する場合では、高温の溶銑やスラグと接触するために、カーボンを含有させることで溶銑やスラグとの濡れ性を低減させることができ有効である。そのため、該樋材としては、炭化物やカーボン原料を含むＡｌ２Ｏ３－ＳｉＣ－Ｃ質や、ＳｉＣ－Ｃ質のキャスタブル耐火物などが使用されている。このとき高炉用樋材で使用されているカーボン原料は、ピッチ、カーボンブラックである。ピッチは、残炭率が５０～９０質量％となっており、使用時に加熱されて揮発成分がなくなった跡が気孔として残るので、見かけ気孔率の増大や耐食性の低下の原因になる。また、カーボンブラックは、粒子径が２０～１２０ｎｍと極めて小さく、酸化しやすいという問題がある。これらの欠点は、定型れんがで使用されている、熱伝導率や耐酸化性に優れる黒鉛を用いることで解決できると考えられる。
しかしながら、黒鉛は、カーボン原料の中でも疎水性が非常に高いことが知られている。そのため、水を用いて施工するキャスタブル耐火物に黒鉛を適用すると、十分な施工性（流動性）を与えるためには添加水量が多くなり、施工後に乾燥させたときに水分が抜けて気孔として残る。その結果、黒鉛をキャスタブル耐火物に適用した場合、見掛気孔率の増大や耐食性の低下といった問題が発生し、黒鉛をキャスタブル耐火物に使用することが困難であった。
上記の問題点を解決するために、黒鉛の表面に親水性であるアルミナなどの金属酸化物小粒子を固着させて、黒鉛の親水性を向上させることが提案されている。特許文献１には、メタノールなどの溶媒にフェノール樹脂やタールピッチなどの結合剤を希釈し、これにアルミナなどの微粉体を加えてスラリーを作製し、このスラリーを点滴、噴霧し、黒鉛の表面にコーティングすることで、黒鉛表面にアルミナなどの微粉体を固着させる技術が開示されている。また、特許文献２には、黒鉛粒子とアルミナなどの小粒子とを衝撃処理することで、黒鉛表面にアルミナなどの小粒子を固着させる技術が開示されている。
特許文献１に開示された技術では、エタノール等の有機溶媒で希釈されたフェノール樹脂やタールピッチなどの結合剤を用いて、アルミナなどの微粉体を黒鉛の表面に固着させているが、有機溶媒を用いているので、人体への影響が懸念され、作業に当たって換気対策が必要になるという問題があった。また、特許文献２に開示された技術においては、黒鉛の表面にアルミナまたはシリカを固着させる場合、粒径：０．２～０．６μｍの小粒子を高速気流処理装置に投入して乾式処理している。このように、特許文献２では、粒径が細かい小粒子は人体への影響が懸念されるので、防塵対策が必要になるという問題があった。さらに、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、処理費用が不定形耐火物の原料コストを増加させるという、経済性の面でも問題があった。
本発明の目的は、高価な原料を使用することなく、また環境への影響が少なく、安価に低水分量で流し込み施工に優れた黒鉛含有キャスタブル耐火物およびその製造方法を提供することにある。
従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べる新規な黒鉛含有キャスタブル耐火物およびその製造方法を開発するに到った。
即ち、本発明は、平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量％、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉を２～２０質量％、および、耐火原料を６５～９７質量％含有することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物である。
また、本発明は、平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、ＳｉＣを１～２０質量部と、アルミナを４０～８０質量部と、その他耐火原料を１～５４質量部とを、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるように配合し、混合することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物の製造方法である。
さらに、本発明は、平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、マグネシアを１～２０質量部と、アルミナを６０～９０質量部と、その他耐火原料を１～３８質量部とを、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるように配合し、混合することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物の製造方法である。
さらにまた、本発明は、平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、スピネルを４～５０質量部と、アルミナを４０～８５質量部と、その他耐火原料を１～５０質量部とを、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるように配合し、混合することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物の製造方法である。
なお、前記のように構成される本発明に係る黒鉛含有キャスタブル耐火物においては、
（１）前記耐火原料は、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびＳｉＣを含む耐火原料であること、
（２）前記耐火原料は、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびマグネシアを含む耐火原料であること、
（３）前記耐火原料は、前記粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびスピネルを含む耐火原料であること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
（１）前記耐火原料は、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびＳｉＣを含む耐火原料であること、
（２）前記耐火原料は、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびマグネシアを含む耐火原料であること、
（３）前記耐火原料は、前記粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびスピネルを含む耐火原料であること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
本発明において「粒径」とはＪＩＳ Ｚ ８８０１に準拠した公称目開きの篩を用いて篩分けされた粒径であり、例えば公称目開き２０μｍの篩で篩った篩上を２０μｍ以上、篩下を２０μｍ未満と呼ぶこととする。また、「平均粒径」とは、ＪＩＳ Ｚ ８８０１に準拠した公称目開きの篩を用いて目開き１．００ｍｍ以上、１．００ｍｍ－８５０μｍ、８５０μｍ－７１０μｍ、７１０μｍ－６００μｍ、６００μｍ－５００μｍ、５００μｍ－４２５μｍ、４２５μｍ－３００μｍ、３００μｍ－１８０μｍ、１８０μｍ－１００μｍ、１００μｍ未満に篩分けしたのち、各粒子群の重量比率と代表粒径から算出した質量基準の加重平均である。ここで代表粒径は、それぞれを１．０５ｍｍ、９２５μｍ、７８０μｍ、６５５μｍ、５５０μｍ、４６２．５μｍ、３６２．５μｍ、２４０μｍ、１４０μｍ、５０μｍとして計算する。
本発明に係る黒鉛含有キャスタブル耐火物およびその製造方法によれば、耐火原料に所定粒径の鱗状黒鉛およびアルミナ微粉を所定の割合で添加することによって、高価な特殊カーボン原料を使用することなく、低水分で流し込み施工性に優れる黒鉛含有キャスタブル耐火物を得ることができる。また、本発明によれば、黒鉛含有キャスタブル耐火物を流し込み施工する際に低水分で施工でき、見掛気孔率が減少するため、従来の耐火れんが並みに優れた、耐酸化性、耐スポーリング性、耐溶損性を示す黒鉛含有キャスタブル耐火物硬化体を確実に製造することができるという効果もある。
本発明において用いられる黒鉛含有キャスタブル耐火物は、鱗状黒鉛およびアルミナ微粉の他、耐火原料を添加して製造される。以下、そのキャスタブル耐火物の構成物質について順次説明していく。
本発明に係る鱗状黒鉛は、平均粒径が１００～９００μｍのものである。一般に、キャスタブル耐火物の施工性確保に必要な添加水量は、鱗状黒鉛の平均粒径に依存し、平均粒径が小さいものほど多量の水を必要とし、平均粒径が大きいものほど少量となる。例えば、鱗状黒鉛の平均粒径が１００μｍ未満の場合は、施工確保に必要な水量が増加し、同時に耐酸化性が低下する。また、鱗状黒鉛の平均粒径が９００μｍを超える場合は、含有した鱗状黒鉛が偏在し、耐スポーリング性改善の効果が小さくなると同時に、入手が困難で経済的に好ましくない。なお、鱗状黒鉛の平均粒径のより好ましい範囲は、５００～９００μｍである。
次に、前記鱗状黒鉛の含有量は、１～１５質量％である。鱗状黒鉛の含有量が１質量％未満であると、鱗状黒鉛添加の効果が小さく、十分な耐スポーリング性、耐溶損性を得ることができない。一方、鱗状黒鉛の含有量が１５質量％を超えると、施工性確保のために必要な添加水量が増加し、耐用性を損ねる。なお、鱗状黒鉛の含有量の好ましい範囲は、３～１１質量％である。特に、結晶性が高く疎水性が高い鱗状黒鉛を使用する場合には、本件発明の構成とすることによる効果が大きいことから、本発明で対象とする黒鉛は鱗状黒鉛に限定した。なお、鱗状黒鉛のうち、特に薄片状の黒鉛を鱗片状黒鉛と呼ぶが、本発明における鱗状黒鉛は鱗片状黒鉛を含むものとする。
本発明に係る黒鉛含有キャスタブル耐火物では、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉を２～２０質量％含有する。前記鱗状黒鉛だけでは、低水分で十分な流し込み施工性を得ることができない。平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛に対し、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉を組み合わせることにより、低水分化が可能となる。そのために、アルミナ微粉は２～２０質量％の含有量とする。
粒径が１００μｍ以上のアルミナ粉は、施工性確保に必要な添加水量の低減効果は小さく、低水分化に寄与しない。一方、粒径が２０μｍ未満のアルミナ微粉は、吸水してダマになることがあり、鱗状黒鉛と組み合わせたときの低水分化の効果が小さい。したがって、アルミナ微粉の粒径を２０μｍ以上かつ１００μｍ未満にしたものが、鱗状黒鉛と組み合わせたときに低水分化に効果がある。
鱗状黒鉛含有量が１～１５質量％の範囲では、アルミナ微粉の添加量が２０質量％を超えても、鱗状黒鉛添加により必要となる添加水量の低減効果は変わらず、かえって配合原料中の微粉量が多くなるために施工性確保に必要な添加水量が増加し、キャスタブル耐火物の耐溶損性が低下する。一方、アルミナ微粉の添加量が２質量％未満であると、鱗状黒鉛含有量に対するアルミナ微粉の量が少なく、キャスタブル耐火物の流し込み施工性の改善の効果が十分に得られない。したがって、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉の添加量を、２～２０質量％の範囲内とする。なお、好ましいアルミナ微粉の添加量は、５～１５質量％である。
上記鱗状黒鉛およびアルミナ微粉以外の耐火原料を、６５～９７質量％添加する。その他の耐火原料として、１００μｍを超える粒径のアルミナ、１０μｍ未満の粒径のアルミナ超微粉、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、マグネシア、スピネル、ピッチ、カーボンブラック、アルミナ・セメント、粘土などがある。これらの原料は、必要とされる特性に応じて適量を配合すれば良い。
アルミナおよびＳｉＣを含む黒鉛含有キャスタブル耐火物を製造する際は、平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、ＳｉＣを１～２０質量部と、アルミナを４０～８０質量部と、その他耐火原料を１～５４質量部とを、配合し混合する。このとき、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるようにする。配合するアルミナから一部サンプリングし、篩分けにより粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉の含有割合を予め求めておけば、混合後の黒鉛含有キャスタブル耐火物中のアルミナ微粉の含有率が２～２０質量部となるように配合できる。
また、アルミナおよびマグネシアを含む黒鉛含有キャスタブル耐火物を製造する際は、平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、マグネシアを１～２０質量部と、アルミナを６０～９０質量部と、その他耐火原料を１～３８質量部とを、配合し混合する。このとき、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるようにする。配合するアルミナから一部サンプリングし、篩分けにより粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉の含有割合を予め求めておけば、混合後の黒鉛含有キャスタブル耐火物中のアルミナ微粉の含有率が２～２０質量部となるように配合できる。
さらに、アルミナおよびスピネルを含む黒鉛含有キャスタブル耐火物を製造する際は、平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、スピネルを４～５０質量部と、アルミナを４０～８５質量部と、その他耐火原料を１～５０質量部とを、配合し混合する。このとき、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるようにする。配合するアルミナから一部サンプリングし、篩分けにより粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉の含有割合を予め求めておけば、混合後の黒鉛含有キャスタブル耐火物中のアルミナ微粉の含有率が２～２０質量部となるように配合できる。
＜実施例１＞
アルミナ、ＳｉＣを含む高炉鍋用キャスタブル耐火物に適用した実施例を以下の表１に、比較例を以下の表２に示す。黒鉛として鱗状黒鉛、人造黒鉛、土壌黒鉛を使用し、アルミナ微粉の他、耐火原料として０．３～１０ｍｍの電融アルミナに、ＳｉＯ２を４質量％、ＳｉＣを１５質量％、ピッチ粉末を２質量％、カーボンブラックを１重量％、アルミナ・セメント２質量％を、表１および表２に示す割合で混合し、種々のキャスタブル耐火物（実施例１～１４、比較例１～１３)を形成した。
アルミナ、ＳｉＣを含む高炉鍋用キャスタブル耐火物に適用した実施例を以下の表１に、比較例を以下の表２に示す。黒鉛として鱗状黒鉛、人造黒鉛、土壌黒鉛を使用し、アルミナ微粉の他、耐火原料として０．３～１０ｍｍの電融アルミナに、ＳｉＯ２を４質量％、ＳｉＣを１５質量％、ピッチ粉末を２質量％、カーボンブラックを１重量％、アルミナ・セメント２質量％を、表１および表２に示す割合で混合し、種々のキャスタブル耐火物（実施例１～１４、比較例１～１３)を形成した。
これらのキャスタブル耐火物に分散剤（例えば、メタクリル酸系ポリマー）を外掛けで０．１質量％添加し、フローテーブルを使用してテーブル・テストを行い、流動性を評価した。テーブル・テストはＪＩＳ Ｒ ５２０１に規定されており、流動性の指標である１５回タッピング・フローを測定した。
その後、各キャスタブル耐火物を４０×４０×１６０ｍｍの角柱状金型に流し込み、２４時間養生後に脱枠し、１１０℃で２４時間乾燥した。その後、コークスブリーズ中温度１４００℃で３時間保持して焼成し、焼成した各キャスタブル耐火物に対し、常温曲げ強度測定、スポーリング試験および気孔率測定を行った。この常温曲げ強度測定は、ＪＩＳ Ｒ ２５５３に規定されたキャスタブル耐火物の強さ試験方法に準じて行った。また、スポーリング試験は、ＪＩＳ Ｒ ２６５７に規定された耐火れんが及び耐火断熱れんがのスポーリング試験の方法に準じて行った。さらに、気孔率測定は、ＪＩＳ Ｒ ２２０５に規定された耐火れんがの見掛気孔率測定の方法に準じて行った。
なお、酸化試験は以下に示す方法で行った。
各キャスタブル耐火物を４０×４０×４０ｍｍの角柱状金型に流し込み、２４時間養生後に脱枠し、１１０℃で２４時間乾燥した。それを試験サンプルに用いた。酸化試験条件は、８００℃下３時間および１４００℃下３時間の２条件とした。酸化試験後、接地面に対して垂直に切断し、試験片中の酸化層の厚みを測定した。比較品として、高炉鍋用れんが（アルミナ－５質量％ＳｉＣ－１０質量％鱗状黒鉛）を用い、これの酸化厚みを１００としてサンプル厚みを算出した。
各キャスタブル耐火物を４０×４０×４０ｍｍの角柱状金型に流し込み、２４時間養生後に脱枠し、１１０℃で２４時間乾燥した。それを試験サンプルに用いた。酸化試験条件は、８００℃下３時間および１４００℃下３時間の２条件とした。酸化試験後、接地面に対して垂直に切断し、試験片中の酸化層の厚みを測定した。比較品として、高炉鍋用れんが（アルミナ－５質量％ＳｉＣ－１０質量％鱗状黒鉛）を用い、これの酸化厚みを１００としてサンプル厚みを算出した。
また、流動性を有する配合に関しては、実験室で溶融スラグに対する溶損試験を行った。溶損試験用の試験片は、台形形状の金型に流し込み、２４時間養生後に脱枠し、１１０℃で２４時間乾燥した後、コークスブリーズ中１４００℃で３時間保持して焼成し、作製した。溶損試験は、８枚の試験片でるつぼを組み、内部に溶銑を挿入し、窒素気流中で１５５０℃まで昇温後、高炉スラグを１時間毎に投入し、掻き出しを行いつつ、合計３時間保持し、冷却後に鉛直に（溶銑と接触する面と垂直）に切断し、溶損の最大深さ(溶銑とスラグの界面)を標準試料(高炉鍋用れんが（アルミナ－５質量％ＳｉＣ－１０質量％鱗状黒鉛）)と比較した。
上述した表１および表２の実施例１の結果から、以下の評価結果がわかる。
比較例１－１より、鱗状黒鉛の平均粒径が２０μｍであると、施工確保に必要な添加水量は１０質量％以上となる。一方で、実施例１－１～１－４より、鱗状黒鉛の平均粒径が１００～９００μｍであると、施工確保に必要な添加水量は７．６質量％以下となる。
比較例１－２より、鱗状黒鉛の添加量を２０質量％にすると、施工性確保のために必要な添加水量は１２質量％以上必要となる。また、比較例１－３および１－４より、鱗状黒鉛の添加量が１質量％未満であると、鱗状黒鉛添加の効果が小さく、溶損指数は３４０以上となる。一方で、実施例１－１および１－５～１－８より、鱗状黒鉛の添加量が１～１５質量％であると、施工性確保のために必要な添加水量は８．５質量％以下であり、溶損指数は１２６以下となる。
さらに、比較例１－５より、アルミナ微粉の粒径が２０μｍ未満であると、施工性確保に必要な添加水量は１０質量％と大きく、同時に耐火物の耐用性が低下している。また、比較例１－６より、アルミナ微粉の粒径が１００μｍ以上である場合においても、添加水量は１０質量％と大きい。一方で、実施例１－１、１－９および１－１０より、鱗状黒鉛の添加量が６質量％と同量の際、アルミナ微粉の粒径が２０μｍ以上かつ１００μｍ未満であると、施工性確保に必要な添加水量は７質量％以下となる。
比較例１－７および１－８より、アルミナ微粉の添加量が２質量％未満であると、施工性確保に必要な添加水量は９質量％とアルミナ微粉を添加していない時の添加水量と同量であり、流し込み施工性の改善の効果は得られない。また、比較例１－９より、アルミナ微粉の添加量が２２質量％であると、施工性確保に必要な添加水量は１０質量％となり、アルミナ微粉を添加していない時に比べ１質量％増加している。一方で、実施例１および１１～１４より、アルミナ微粉の添加量が２～２０質量％の際、施工性確保に必要な添加水量は７．６質量％以下となる。
比較例１－１０および１－１１は、実施例１－１の鱗状黒鉛をそれぞれ人造黒鉛と土壌黒鉛に変えたものである。人造黒鉛と土壌黒鉛を使用するとタップフローが低下し十分な流動性が得られない。流動性を得るために添加水量を増やした配合が、比較例１－１２および１－１３である。添加水量を増やすことにより、タップフローが大きくなり流動性が向上するものの、見掛気孔率が大きくなり、また溶損指数や耐酸化性が悪化する。
＜実施例２＞
次に、アルミナ、マグネシアを含む取鍋用キャスタブル耐火物に適用した実施例を以下の表３に、比較例を以下の表４に示す。前記鱗状黒鉛およびアルミナ微粉の他、耐火原料として電融アルミナ０．３－８ｍｍに、１０μｍ以下のアルミナ超微粉を１１質量％、マグネシアを９質量％、粘土を１質量％、アルミナ・セメント９質量％を、表３および表４に示す割合で混合し、種々のキャスタブル耐火物（実施例２－１～２－１１、比較例２－１～２－１３)を形成した。
次に、アルミナ、マグネシアを含む取鍋用キャスタブル耐火物に適用した実施例を以下の表３に、比較例を以下の表４に示す。前記鱗状黒鉛およびアルミナ微粉の他、耐火原料として電融アルミナ０．３－８ｍｍに、１０μｍ以下のアルミナ超微粉を１１質量％、マグネシアを９質量％、粘土を１質量％、アルミナ・セメント９質量％を、表３および表４に示す割合で混合し、種々のキャスタブル耐火物（実施例２－１～２－１１、比較例２－１～２－１３)を形成した。
これらのキャスタブル耐火物に分散剤（例えば、メタクリル酸系ポリマー）を外掛けで０．１質量％添加した。評価方法については、実施例１で示した高炉鍋用キャスタブル耐火物に適用した例と同様である。耐溶損性を示す溶損指数に関しては、工程品（９２質量％Ａｌ２Ｏ３－５質量％ＭｇＯキャスタブル）の溶損指数を１００とした。
上述した表３および表４の実施例２の結果から、以下の評価結果がわかる。
比較例２－１より、鱗状黒鉛の平均粒径が２０μｍであると、施工確保に必要な添加水量は１１質量％以上となる。一方で、実施例２－１～２－３より、鱗状黒鉛の平均粒径が１００～９００μｍであると、施工確保に必要な添加水量は６．８質量％以下となる。
比較例２－２より、鱗状黒鉛の添加量を１６質量％にすると、施工性確保のために必要な添加水量は１４質量％以上必要となる。また、比較例２－３および２－４より、鱗状黒鉛の添加量が１質量％未満であると、弾性率比は０．１３以下となり、耐スポーリング性が悪くなる。
一方で、実施例２－１および２－４～２－７より、鱗状黒鉛の添加量が１～１５質量％であると、施工性確保のために必要な添加水量は６．８質量％以下であり、さらに弾性率比０．５５以上となり、低水分かつ高い耐スポーリング性を示す。
さらに、比較例２－５より、アルミナ微粉の粒径が２０μｍ未満であると、施工性確保に必要な添加水量は１１質量％と大きく、同時に耐火物の耐用性が低下している。また、比較例２－６より、アルミナ微粉の粒径が１００μｍ以上である場合においても、添加水量は１１質量％と大きい。一方で、実施例２－１、２－８および２－９より、鱗状黒鉛の添加量が５質量％と同量の際、アルミナ微粉の粒径が２０μｍ以上かつ１００μｍ未満であると、施工性確保に必要な添加水量は６．２質量％以下となる。
比較例２－７および２－８より、アルミナ微粉の添加量が２質量％未満であると、施工性確保に必要な添加水量は１２質量％とアルミナ微粉を添加していない時の添加水量と同量であり、流し込み施工性の改善の効果は得られない。また、比較例２－９より、アルミナ微粉の添加量が２０質量％を超えると、施工性確保に必要な添加水量は１３．２質量％となり、アルミナ微粉を添加していない時に比べ１．２質量％増加している。一方で、実施例２－１、２－１０および２－１１より、アルミナ微粉の添加量が２～２０質量％の際、施工性確保に必要な添加水量は６．４質量％以下となる。
比較例２－１０および２－１１は、実施例２－１の鱗状黒鉛をそれぞれ人造黒鉛と土壌黒鉛に変えたものである。人造黒鉛と土壌黒鉛を使用すると流動性がまったく得られず試験体作製ができなかった。流動性を得るために添加水量を増やした配合が、比較例２－１２および２－１３である。添加水量を増やすことにより、流動性が得られるものの、見掛気孔率が大きくなり、また溶損指数や耐スポーリング性が悪化する。
＜実施例３＞
次に、アルミナ、スピネルを含む取鍋用キャスタブル耐火物に適用した実施例を以下の表５に、比較例を以下の表６に示す。前記鱗状黒鉛およびアルミナ微粉の他、耐火原料として電融アルミナ０．３－８ｍｍに、１０μｍ以下のアルミナ超微粉を１１質量％、スピネルを２５質量％、粘土を１質量％、アルミナ・セメント７質量％を、表５および表６に示す割合で混合し、種々のキャスタブル耐火物（実施例３－１～３－１１、比較例３－１～３－１３)を形成した。
次に、アルミナ、スピネルを含む取鍋用キャスタブル耐火物に適用した実施例を以下の表５に、比較例を以下の表６に示す。前記鱗状黒鉛およびアルミナ微粉の他、耐火原料として電融アルミナ０．３－８ｍｍに、１０μｍ以下のアルミナ超微粉を１１質量％、スピネルを２５質量％、粘土を１質量％、アルミナ・セメント７質量％を、表５および表６に示す割合で混合し、種々のキャスタブル耐火物（実施例３－１～３－１１、比較例３－１～３－１３)を形成した。
これらのキャスタブル耐火物に分散剤（例えば、メタクリル酸系ポリマー）を外掛けで０．１質量％添加した。評価方法については、実施例１で示した高炉鍋用キャスタブル耐火物に適用した例と同様である。耐溶損性を示す溶損指数に関しては、工程品（９２質量％Ａｌ２Ｏ３－５質量％ＭｇＯキャスタブル）の溶損指数を１００とした。
上述した表５および表６の実施例３の結果から、以下の評価結果がわかる。
比較例３－１より、鱗状黒鉛の平均粒径が２０μｍであると、施工確保に必要な添加水量は１１質量％以上となる。一方で、実施例３－１～３－３より、鱗状黒鉛の平均粒径が１００～９００μｍであると、施工確保に必要な添加水量は６．８質量％以下となる。
比較例３－２より、鱗状黒鉛の添加量を１６質量％にすると、施工性確保のために必要な添加水量は１４質量％以上必要となる。また、比較例３－３および３－４より、鱗状黒鉛の添加量が１質量％未満であると、弾性率比は０．１５以下となり、耐スポーリング性が悪くなる。
一方で、実施例３－１および３－４～３－７より、鱗状黒鉛の添加量が１～１５質量％であると、施工性確保のために必要な添加水量は６．８質量％以下であり、さらに弾性率比０．５１以上となり、低水分かつ高い耐スポーリング性を示す。
さらに、比較例３－５より、アルミナ微粉の粒径が２０μｍ未満であると、施工性確保に必要な添加水量は１１質量％と大きく、同時に耐火物の耐用性が低下している。また、比較例３－６より、アルミナ微粉の粒径が１００μｍ以上である場合においても、添加水量は１１質量％と大きい。一方で、実施例３－１、３－８および３－９より、鱗状黒鉛の添加量が５質量％と同量の際、アルミナ微粉の粒径が２０μｍ以上かつ１００μｍ未満であると、施工性確保に必要な添加水量は６．２質量％以下となる。
比較例３－７および３－８より、アルミナ微粉の添加量が２質量％未満であると、施工性確保に必要な添加水量は１１質量％とアルミナ微粉を添加していない時の添加水量と同量であり、流し込み施工性の改善の効果は得られない。また、比較例３－９より、アルミナ微粉の添加量が２０質量％を超えると、施工性確保に必要な添加水量は１２．５質量％となり、アルミナ微粉を添加していない時に比べ１．５質量％増加している。一方で、実施例３－１、３－１０および３－１１より、アルミナ微粉の添加量が２～２０質量％の際、施工性確保に必要な添加水量は６．４質量％以下となる。
比較例３－１０および３－１１は、実施例３－１の鱗状黒鉛をそれぞれ人造黒鉛と土壌黒鉛に変えたものである。人造黒鉛と土壌黒鉛を使用すると流動性がまったく得られず試験体作製ができなかった。流動性を得るために添加水量を増やした配合が、比較例３－１２および３－１３である。添加水量を増やすことにより、流動性が得られるものの、見掛気孔率が大きくなり、また溶損指数や耐スポーリング性が悪化する。
本発明に係る黒鉛含有キャスタブル耐火物およびその製造方法は、上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲において種々の応用を加えることが可能であり、黒鉛を含有するキャスタブル耐火物全てにおいて応用が可能である。
Claims (7)
- 平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量％、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉を２～２０質量％、および、耐火原料を６５～９７質量％含有することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物。
- 前記耐火原料は、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびＳｉＣを含む耐火原料であることを特徴とする、請求項１に記載の黒鉛含有キャスタブル耐火物。
- 前記耐火原料は、粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびマグネシアを含む耐火原料であることを特徴とする、請求項１に記載の黒鉛含有キャスタブル耐火物。
- 前記耐火原料は、前記粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉以外のアルミナおよびスピネルを含む耐火原料であることを特徴とする、請求項１に記載の黒鉛含有キャスタブル耐火物。
- 平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、ＳｉＣを１～２０質量部と、アルミナを４０～８０質量部と、その他耐火原料を１～５４質量部とを、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるように配合し、混合することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物の製造方法。
- 平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、マグネシアを１～２０質量部と、アルミナを６０～９０質量部と、その他耐火原料を１～３８質量部とを、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるように配合し、混合することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物の製造方法。
- 平均粒径１００～９００μｍの鱗状黒鉛を１～１５質量部と、スピネルを４～５０質量部と、アルミナを４０～８５質量部と、その他耐火原料を１～５０質量部とを、前記アルミナ中の粒径２０μｍ以上かつ１００μｍ未満のアルミナ微粉が２～２０質量部となるように配合し、混合することを特徴とする黒鉛含有キャスタブル耐火物の製造方法。
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