JP7333166B2

JP7333166B2 - スラリー、モールドパウダーの製造方法及びモールドパウダー

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Publication number: JP7333166B2
Application number: JP2018189012A
Authority: JP
Inventors: 周平原; 陸北川
Original assignee: Nippon Steel Metal Products Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Metal Products Co Ltd
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: JP2020055027A

Description

本発明は、スラリー、モールドパウダーの製造方法及びモールドパウダーに関する。

現在、鋼の連続鋳造において鋳型内の湯面に散布されるモールドパウダーとしては、主に中空顆粒状のものが用いられている。中空顆粒状のモールドパウダーは、一般的に数百μｍ～１ｍｍ程度の粒径を有しており、例えば１００μｍ程度の粒径を有する紛体状のモールドパウダーに比べて、粉塵の発生を抑制し、作業環境を良好に維持できる。例えば特許文献１には、有機樹脂を有機溶剤に溶解したものをバインダーとして用いる連続鋳造用顆粒状モールドパウダーが開示されている。

特開平６－６３７１３号公報

ところで、モールドパウダーは、鋳型から離れた位置に貯蔵され、使用時に貯蔵場所から鋳型まで気体搬送されることが多い。そして、その搬送距離は数ｍ又は百ｍ以上に及ぶこともあるため、モールドパウダーには気体搬送に耐え得る強度が求められる。特に中空顆粒状のモールドパウダーを気体搬送する場合、顆粒強度の不足により搬送途中で破砕して粉化すると、粉塵の発生に伴って作業環境が悪化してしまうため、上述したような中空顆粒状のモールドパウダーの利点が損なわれる可能性がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、顆粒強度に優れるモールドパウダーを得ることを目的とする。

一般に、顆粒強度は、有機バインダーの含有量に依存すると考えられているが、本発明者の検討によれば、有機バインダーの含有量が同じであっても、顆粒強度は大きく変わり得ることが判明した。より具体的には、本発明者は、モールドパウダーの製造に用いられるスラリー及び得られるモールドパウダー中の有機バインダーの含有量が特定の範囲である場合、当該スラリー中の固形分及びモールドパウダーのｐＨが顆粒強度に影響を及ぼすことを見出した。

すなわち、本発明の一側面は、モールドパウダーの製造に用いられるスラリーであって、固形分と、分散媒とを含有し、固形分が、固形分全量を基準として２～４質量％の有機バインダーを含有し、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となる、スラリーである。

本発明の他の一側面は、スラリーからモールドパウダーを得る工程を備え、スラリーが、固形分と、分散媒とを含有し、固形分が、固形分全量を基準として２～４質量％の有機バインダーを含有し、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となる、モールドパウダーの製造方法である。

本発明の他の一側面は、モールドパウダー全量を基準として２～４質量％の有機バインダーを含有し、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となる、モールドパウダーである。

本発明によれば、顆粒強度に優れるモールドパウダーを得ることができる。

気送破砕率の測定に用いた気体搬送装置を示す模式図である。ｐＨと気送破砕率との関係を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

一実施形態に係るモールドパウダーの製造方法は、スラリーからモールドパウダーを得る工程を備える。この工程では、例えば、固形分と、固形分を分散させるための分散媒とを含有するスラリーを、スプレー等を用いて噴霧造粒し、乾燥することで、分散媒の少なくとも一部を揮発させ、中空顆粒状のモールドパウダーを得る。なお、固形分とは、スラリーに含まれる全成分から分散媒を除いた成分を意味する。固形分は、例えば、原料（モールドパウダーの原料）と、有機バインダーとを含有する。

原料は、例えば、基材原料と、フラックス原料と、炭素質原料とを含んでいてよい。基材原料は、例えばプリメルト基材原料であってよく、具体的には、製銑及び製鋼工程で生成される高炉スラグ及び転炉スラグ、電気炉・キュポラ等で生成される電気炉スラグ、黄リンスラグ及び合成珪酸カルシウムなど、加熱溶融工程を経て生産される原料であってよい。フラックス原料は、例えば、二酸化マンガン等の金属酸化物、フッ化カルシウム、フッ化ナトリウム等のフッ化物、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム等の炭酸塩などであってよい。炭素質原料は、例えば炭素粉末であってよい。原料の含有量は、固形分全量を基準として、例えば、６０質量％以上、７０質量％以上、８０質量％以上、又は９０質量％以上であってよく、９８質量％以下であってよい。

有機バインダーは、例えば、デキストリン、セルロース系半合成高分子化合物等であってよい。有機バインダーの含有量は、スラリーのｐＨによる顆粒強度の向上効果が好適に得られる観点から、スラリー中の固形分全量を基準として、２～４質量％であり、２～３．９質量％、２～３．８質量％、２～３．７質量％、２～３．６質量％、又は２～３．５質量％であってもよい。

分散媒は、例えば水（純水）であってよい。分散媒の含有量は、スラリー全量を基準として、例えば、２０質量％以上であってよく、７０質量％以下、６０質量％以下、５０質量％以下、又は４０質量％以下であってよい。

固形分は、モールドパウダーの顆粒強度を向上させる観点から、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となるような固形分である。分散液のｐＨは、モールドパウダーの顆粒強度を更に向上させる観点から、好ましくは１０．８以上又は１０．９以上であり、より好ましくは１１．０以上である。分散液は、固形分濃度が５０質量％となるように固形分に水（純水）を添加して、マグネティックスターラーを用いて３０分間撹拌することにより得られる。分散液のｐＨは、ｐＨテスター（例えば、ハンナインスツルメンツ・ジャパン株式会社製ＨＩ９８１０６）を用いて、温度２５℃において測定される。

上記分散液のｐＨが１０．７以上となるような固形分とするためには、固形分に塩基性物質を添加すればよい。塩基性物質は、好ましくは水に溶解して塩基性を示す物質である。塩基性物質は、好ましくは、５０ｍＬの水に０．５ｇの塩基性物質を添加したときに、１０．７以上のｐＨを示す塩基性物質（強塩基性物質）である。塩基性物質は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、二酸化ナトリウムアルミニウム（アルミン酸ソーダ）、炭酸ナトリウム（ソーダ灰）、炭酸カリウム、炭酸リチウム、セメント等であってよい。これらの塩基性物質は、スラリーを調製する際に、原料、有機バインダー及び分散媒と共に添加してもよく、原料、有機バインダー及び分散媒を予め混合した後に添加してもよい。

以上のようにして、顆粒強度に優れるモールドパウダーが得られる。得られるモールドパウダーの化学組成は、特に限定されないが、例えば以下のような化学組成であってよい。
ＳｉＯ_２：２０～４５質量％、ＣａＯ：１５～５５質量％、Ａｌ_２Ｏ_３：１～１５質量％、Ｆｅ_２Ｏ_３：０～２質量％、Ｆ：０．５～３０質量％、Ｃ：０．５～１０質量％、Ｚｒ_２Ｏ：０～５質量％、Ｍｎ_２Ｏ：０～５質量％、Ｎａ_２Ｏ＋Ｌｉ_２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＳｒＯ：０～３０質量％（いずれもモールドパウダー全量を基準とした質量％）

モールドパウダーは、モールドパウダー全量を基準として、２～４質量％の有機バインダーを含有している。有機バインダーの含有量は、モールドパウダー全量を基準として、２～３．９質量％、２～３．８質量％、２～３．７質量％、２～３．６質量％、又は２～３．５質量％であってもよい。

モールドパウダーは、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となるようなモールドパウダーである。当該分散液のｐＨは、好ましくは１０．８以上又は１０．９以上であり、より好ましくは１１．０以上である。モールドパウダーのｐＨは、水（純水）２０ｍＬにモールドパウダー２０ｇを添加し、マグネティックスターラーを用いて３０分間撹拌して得られる。分散液のｐＨは、ｐＨテスター（例えば、ハンナインスツルメンツ・ジャパン株式会社製ＨＩ９８１０６）を用いて、温度２５℃において測定される。なお、モールドパウダーは、上述したスラリー中の分散媒を揮発させて造粒されたものであることから、上記のように定義されるモールドパウダーから調製される分散液のｐＨは、上述した固形分から調製される分散液のｐＨと略同一となる。

モールドパウダーは、例えば中空顆粒（中空粒子）状であってよい。このモールドパウダーは顆粒強度に優れているため、モールドパウダーを貯蔵場所から鋳型まで気体搬送する場合にも、搬送途中での粉化が抑制される。したがって、このモールドパウダーは、中空顆粒状のモールドパウダーとしての利点（粉塵の発生の抑制、及びそれによる作業環境の維持）を発揮し、鋼の連続鋳造用モールドパウダーとして好適に用いられる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例又は比較例のモールドパウダーＮｏ．１～１４を以下の手順で作製した。
基材原料、フラックス原料、炭素質原料、デキストリン（有機バインダー）及び塩基性物質を混合して固形分を得た後、水を更に加えて固形分を懸濁させた。スラリー中の固形分濃度は、６０～７０質量％であった。なお、所望のｐＨとなるように、固形分中の塩基性物質の添加量を調整した。また、上記固形分を、固形分濃度が５０質量％となるように水（純水）に添加して、マグネティックスターラーを用いて３０分間撹拌することにより分散液を得た。この分散液のｐＨを、ｐＨテスター（例えば、ハンナインスツルメンツ・ジャパン株式会社製ＨＩ９８１０６）を用いて、温度２５℃において測定した。得られたスラリー中の有機バインダーの含有量（固形分全量基準）、及び分散液のｐＨを表１に示す。

上記スラリーを熱風乾燥塔内で噴霧造粒・乾燥して、中空顆粒状のモールドパウダーを得た。得られたモールドパウダーの気送破砕率を以下の手順で測定することにより、モールドパウダーの顆粒強度を評価した。なお、得られたモールドパウダー２０ｇを水（純水）２０ｍＬに添加し、マグネティックスターラーを用いて３０分間撹拌して得られた分散液の２５℃におけるｐＨが、上記の固形分から調製された分散液のｐＨと同一となることを確認した。

［気送破砕率の測定］
図１に示す気体搬送装置を用いて気送破砕率を測定した。具体的には、気体搬送装置１では、エアー源２からエアーを供給し、流量レギュレータ３及び流量計４により圧力５ｋｇ／ｃｍ^３及び流量４００Ｌ／分となるように調整した上で、エアーをモールドパウダー搬送用配管５内に供給した。一方、供給タンク６からモールドパウダー搬送用配管５内に４ｋｇのモールドパウダー７を供給し、エアーによりモールドパウダー搬送用配管５内を１００ｍ搬送した。次いで、気体搬送後のモールドパウダー７をモールドパウダー集積槽８の底部に集積させた。
気体搬送前のモールドパウダー及び気体搬送後のモールドパウダーのそれぞれについて、１００メッシュ（約１５０μｍ）で篩にかけ、１００メッシュアンダー分（すなわち、粒径が約１５０μｍ以下であるモールドパウダー）の重量を測定した。測定値から下記式（１）で表される気送破砕率を算出した。
気送破砕率（重量％）＝Ｘ１－Ｙ１（１）
Ｘ１：搬送後のモールドパウダーに占める１００メッシュアンダー分の割合（重量％）
Ｙ１：搬送前のモールドパウダーに占める１００メッシュアンダー分の割合（重量％）
結果を表１に示す。また、スラリーのｐＨと気送破砕率の関係を図２（〇：実施例、×：比較例）に示す。なお、気送破砕率が小さいほど、モールドパウダーの顆粒強度に優れる。

また、各モールドパウダーの化学組成を表２に示す。なお、各成分の含有量は、モールドパウダー全量を基準とした含有量（質量％）である。

以上のとおり、２～４質量％の有機バインダーを含有する固形分として、所定の分散液のｐＨが１０．７以上となるような固形分を用いることにより、モールドパウダーの顆粒強度を顕著に向上させることができる。特に、モールドパウダーの化学組成が略同一であり、かつ有機バインダーの含有量が同一であるＮｏ．７とＮｏ．８との比較から、ｐＨによりモールドパウダーの顆粒強度が向上するという効果が得られることは明らかである。また、このような効果は、モールドパウダーの化学組成によらず得られるものであることもわかる。

１…気体搬送装置、２…エアー源、３…流量レギュレータ、４…流量計、５…モールドパウダー搬送用配管、６…供給タンク、７…モールドパウダー、８…モールドパウダー集積槽。

Claims

モールドパウダーの製造に用いられるスラリーであって、
固形分と、分散媒とを含有し、
前記固形分が、固形分全量を基準として２～３．５質量％のデキストリンを含有し、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに前記分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となる、スラリー。
スラリーからモールドパウダーを得る工程を備え、
前記スラリーが、固形分と、分散媒とを含有し、
前記固形分が、固形分全量を基準として２～３．５質量％のデキストリンを含有し、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに前記分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となる、モールドパウダーの製造方法。
モールドパウダー全量を基準として２～３．５質量％のデキストリンを含有し、固形分濃度５０質量％の分散液を調製したときに前記分散液の２５℃におけるｐＨが１０．７以上となる、モールドパウダー。