JP7348541B2 - 膨張黒鉛シートの破砕粒体及びカーボン含有れんが - Google Patents
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Description
本開示は、膨張黒鉛シートの破砕粒体及びそれを含むカーボン含有れんがに関する。
鉄鋼プロセス等の高温装置用材料として、カーボン含有れんがが広く使用されている。カーボン含有れんがの材料としては、例えば、マグネシア・カーボン質、マグネシア・スピネル・カーボン質、スピネル・カーボン質、アルミナ・マグネシア・カーボン質、アルミナ・炭化けい素・カーボン質等がある。カーボンとしては、通常カーボン原料が使用されるが、特許文献１は、耐スポーリング性や耐食性等の維持、向上のため、膨張後、圧縮、粉砕した膨張黒鉛を使用することを開示する。
膨張後、圧縮、粉砕した膨張黒鉛は、れんが坏土の成形作業性の向上にも一定の効果を示すものの、れんが坏土はかさ高い。成形時にれんが坏土が成形枠内に収まりきらず、仮成形を要することがある等、成形作業性に課題が残る。
本開示は上記実状を鑑みてなされたものであり、カーボン含有れんがの耐スポーリング性や耐食性等を維持、向上させるとともに、れんが坏土のかさ高さを抑え、成形作業性を向上させることができる膨張黒鉛シートの破砕粒体及びそれを含むカーボン含有れんがを提供することを目的とする。
（１）本開示の一の態様は、
膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなる、膨張黒鉛シートの破砕粒体であって、
前記複数の粒子のうちの一粒子を第１の水平面上に静置させ、前記一粒子の前記第１の水平面上への投影像と接する２本の平行線のうち、間隔が最小のものを第１の平行線とし、前記第１の平行線の間隔を前記一粒子の幅（ｗ）とし、
前記投影像と接する、前記第１の平行線に直角な２本の第２の平行線の間隔を前記一粒子の長さ（ｌ）とし、
前記一粒子と接する、前記第１の水平面に平行な第２の水平面と、前記第１の水平面との間隔を前記一粒子の高さ（ｈ）とし、
前記一粒子の幅（ｗ）の前記一粒子の高さ（ｈ）に対する比を前記一粒子の扁平度（ｗ／ｈ）とし、
前記一粒子の長さ（ｌ）の前記一粒子の幅（ｗ）に対する比を前記一粒子の伸長度（ｌ／ｗ）とするとき、
前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の平均がそれぞれ３～６０ｍｍ、０．１～６ｍｍであり、
前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の幅（ｗ）の平均と、前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の長さ（ｌ）の平均と、前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）がそれぞれ１．５～１０、２～２０であることを特徴とする膨張黒鉛シートの破砕粒体に関する。
膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなる、膨張黒鉛シートの破砕粒体であって、
前記複数の粒子のうちの一粒子を第１の水平面上に静置させ、前記一粒子の前記第１の水平面上への投影像と接する２本の平行線のうち、間隔が最小のものを第１の平行線とし、前記第１の平行線の間隔を前記一粒子の幅（ｗ）とし、
前記投影像と接する、前記第１の平行線に直角な２本の第２の平行線の間隔を前記一粒子の長さ（ｌ）とし、
前記一粒子と接する、前記第１の水平面に平行な第２の水平面と、前記第１の水平面との間隔を前記一粒子の高さ（ｈ）とし、
前記一粒子の幅（ｗ）の前記一粒子の高さ（ｈ）に対する比を前記一粒子の扁平度（ｗ／ｈ）とし、
前記一粒子の長さ（ｌ）の前記一粒子の幅（ｗ）に対する比を前記一粒子の伸長度（ｌ／ｗ）とするとき、
前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の平均がそれぞれ３～６０ｍｍ、０．１～６ｍｍであり、
前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の幅（ｗ）の平均と、前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の長さ（ｌ）の平均と、前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）がそれぞれ１．５～１０、２～２０であることを特徴とする膨張黒鉛シートの破砕粒体に関する。
本開示の一の態様の膨張黒鉛シートの破砕粒体は、膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなり、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の平均がそれぞれ３～６０ｍｍ、０．１～６ｍｍであり、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の幅（ｗ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）がそれぞれ１．５～１０、２～２０であることにより、カーボン含有れんがに添加されると、耐スポーリング性や耐食性等を維持、向上させるとともに、れんが坏土のかさ高さを抑え、成形作業性を向上させることができる。
（２）本開示の一の態様では、ゆるみかさ密度が０．３３～０．５０ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。れんが坏土のかさ高さを抑え、成形作業性をより向上させることができる。
（３）本開示の他の態様は、
耐火原料と、カーボン原料と、バインダーとを主成分として含み、
前記カーボン原料が本開示の一の態様の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含むことを特徴とするカーボン含有れんがに関する。
耐火原料と、カーボン原料と、バインダーとを主成分として含み、
前記カーボン原料が本開示の一の態様の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含むことを特徴とするカーボン含有れんがに関する。
本開示の他の態様のカーボン含有れんがは、カーボン原料が本開示の一の態様の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含むため、耐スポーリング性や耐食性等を維持、向上させるとともに、れんが坏土のかさ高さを抑え、成形作業性を向上させることができる。
（４）本開示の他の態様では、
前記耐火原料がマグネシアであることが好ましい。耐スポーリング性や耐食性等をより向上させることができる。
前記耐火原料がマグネシアであることが好ましい。耐スポーリング性や耐食性等をより向上させることができる。
以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本開示の解決手段として必須であるとは限らない。
＜粒子形状パラメータ＞
本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体は、膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなる。図１は複数の粒子のうちの一粒子１０の形状パラメータを示す。膨張黒鉛シートを粉砕した一粒子１０を第１の水平面１１上に静置させ、一粒子１０の第１の水平面１１上への投影像と接する２本の平行線のうち、間隔が最小のものを第１の平行線１２とし、第１の平行線１２の間隔を一粒子１０の幅（ｗ）とする。投影像と接する、第１の平行線１２に直角な２本の第２の平行線１３の間隔を一粒子１０の長さ（ｌ）とする。一粒子１０と接する、第１の水平面１１に平行な第２の水平面１４と、第１の水平面１１との間隔を一粒子１０の高さ（ｈ）とする。一粒子１０の幅（ｗ）の一粒子１０の高さ（ｈ）に対する比を粒子の扁平度（ｗ／ｈ）とし、一粒子１０の長さ（ｌ）の一粒子１０の幅（ｗ）に対する比を粒子の伸長度（ｌ／ｗ）とする。
本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体は、膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなる。図１は複数の粒子のうちの一粒子１０の形状パラメータを示す。膨張黒鉛シートを粉砕した一粒子１０を第１の水平面１１上に静置させ、一粒子１０の第１の水平面１１上への投影像と接する２本の平行線のうち、間隔が最小のものを第１の平行線１２とし、第１の平行線１２の間隔を一粒子１０の幅（ｗ）とする。投影像と接する、第１の平行線１２に直角な２本の第２の平行線１３の間隔を一粒子１０の長さ（ｌ）とする。一粒子１０と接する、第１の水平面１１に平行な第２の水平面１４と、第１の水平面１１との間隔を一粒子１０の高さ（ｈ）とする。一粒子１０の幅（ｗ）の一粒子１０の高さ（ｈ）に対する比を粒子の扁平度（ｗ／ｈ）とし、一粒子１０の長さ（ｌ）の一粒子１０の幅（ｗ）に対する比を粒子の伸長度（ｌ／ｗ）とする。
本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体の幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）については、それぞれ複数の粒子のうちの２以上の一粒子の幅（ｗ）の平均、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均及び複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均とする。算出方法の一例を示す。複数の粒子から２以上の一粒子をランダムサンプリングし、各一粒子の幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）を測定する。サンプリング方法は、例えば、ＪＩＳ Ｍ８１００「粉塊混合物－サンプリング方法通則」に従う。サンプリングの大きさは９５％信頼区間を満足できるサイズとする。検査手順は、例えば、ＪＩＳ Ｚ ９００４「計量規準型一回抜取検査（標準偏差未知で上限又は下限規格値だけ規定した場合）」に従う。測定方法はノギスでもよいし、適当な画像処理でもよい。複数の粒子のうちの２以上の一粒子の幅（ｗ）の平均、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均及び複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均は、それぞれの個数平均、即ち、サンプリングした２以上の一粒子の幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）の測定値の合計をサンプリングの大きさで除した値とする。本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体の扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）は、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の幅（ｗ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される。
＜ゆるみかさ密度＞
ゆるみかさ密度は、メスシリンダーに測定対象物を静かに入れ、測定対象物の質量をその容積で除した値をいう。
ゆるみかさ密度は、メスシリンダーに測定対象物を静かに入れ、測定対象物の質量をその容積で除した値をいう。
＜膨張黒鉛シートの破砕粒体＞
本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体は、膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなり、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の平均がそれぞれ３～６０ｍｍ、０．１～６ｍｍであり、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の幅（ｗ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）がそれぞれ１．５～１０、２～２０である。
本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体は、膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなり、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の平均がそれぞれ３～６０ｍｍ、０．１～６ｍｍであり、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の幅（ｗ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）がそれぞれ１．５～１０、２～２０である。
膨張黒鉛シートの破砕粒体の製造方法は次のとおりである。天然黒鉛等、結晶性の高い黒鉛の層間に、硫酸や硝酸等を侵入させて黒鉛層間化合物を形成し、黒鉛層間化合物を短時間で高温に加熱すると急激に膨張して膨張化黒鉛が得られる。なお、本明細書において、膨張黒鉛とは、膨張後、圧縮等の処理をされた膨張化黒鉛をいうものとする。膨張化黒鉛をロール等で圧延して膨張黒鉛シートが得られる。圧延の圧力を調整することで破砕粒体の高さ（ｈ）を調整してもよい。膨張黒鉛シートを破砕して膨張黒鉛シートの破砕粒体が得られる。膨張黒鉛シートはそのまま使用してもよいし、打ち抜き後の端材等を使用してもよい。膨張黒鉛シートの破砕は公知の方法を使用してよく、例えば、シュレッダーのように円筒状の刃物を回転させて膨張黒鉛シートを裁断してもよいし、ピンミル等の粉砕機を使用してもよい。裁断機の場合、刃物の幅を調整することで破砕粒体の幅（ｗ）等を調整することができる。粉砕機の場合、ピンの間隔や回転数を調整することで破砕粒体の幅（ｗ）等を調整することができる。
膨張黒鉛シートの破砕粒体は、膨張黒鉛シートを破砕した複数の粒子からなり、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均は３～６０ｍｍであり、耐スポーリング性を重視する場合は２０～６０ｍｍが好ましく、成形作業性を重視する場合は５～２０ｍｍが好ましく、両者をバランスしたより好ましい範囲は１２．５～２５ｍｍである。複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均は０．１～６ｍｍであり、耐スポーリング性を重視する場合は０．１～０．５ｍｍが好ましく、成形作業性を重視する場合は２～６ｍｍが好ましく、両者をバランスしたより好ましい範囲は０．１～２．０ｍｍである。膨張黒鉛シートの破砕粒体の長さ（ｌ）、高さ（ｈ）を上記の好ましい範囲にすることにより、カーボン含有れんがの成形作業性と耐スポーリング性をより高度に両立させることができる。
膨張黒鉛シートの破砕粒体の扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）は、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の幅（ｗ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の長さ（ｌ）の平均と、複数の粒子のうちの２以上の一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される。膨張黒鉛シートの破砕粒体の扁平度（ｗ／ｈ）は１．５～１０であり、耐スポーリング性を重視する場合は２．５～１０が好ましく、成形作業性を重視する場合は１．５～２．５が好ましく、両者をバランスしたより好ましい範囲は２．５～５である。扁平度（ｗ／ｈ）が１．５以上で耐スポーリング性が向上し、１０以下で成形作業性が向上する。膨張黒鉛シートの破砕粒体の伸長度（ｌ／ｗ）は２～２０であり、耐スポーリング性を重視する場合は１０～２０が好ましく、成形作業性を重視する場合は２～１０が好ましく、両者をバランスしたより好ましい範囲は５～２０である。伸長度（ｌ／ｗ）が２以上で耐スポーリング性が向上し、２０以下で成形作業性が向上する。扁平度、伸長度を上記の好ましい範囲にすることにより、カーボン含有れんがの成形作業性と耐スポーリング性を高度に両立させることができる。
膨張黒鉛シートの破砕粒体のゆるみかさ密度は０．３３～０．５０ｇ／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは０．３７～０．３９ｇ／ｃｍ３である。この範囲にすることによって、れんが坏土のかさ高さを抑え、成形作業性をより向上させることができる。
＜カーボン含有れんが＞
本実施形態のカーボン含有れんがは、耐火原料と、カーボン原料と、バインダーとを主成分として含み、カーボン原料が本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含む。カーボン原料が本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含むため、耐スポーリング性や耐食性等を維持、向上させるとともに、れんが坏土のかさ高さを抑え、成形作業性を向上させることができる。
本実施形態のカーボン含有れんがは、耐火原料と、カーボン原料と、バインダーとを主成分として含み、カーボン原料が本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含む。カーボン原料が本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含むため、耐スポーリング性や耐食性等を維持、向上させるとともに、れんが坏土のかさ高さを抑え、成形作業性を向上させることができる。
＜耐火原料＞
耐火原料は、例えば、マグネシア原料、スピネル原料、アルミナ原料、炭化けい素原料等、一般的な耐火原料を使用することができる。
耐火原料は、例えば、マグネシア原料、スピネル原料、アルミナ原料、炭化けい素原料等、一般的な耐火原料を使用することができる。
マグネシア原料は、一般にマグネシア・カーボン質耐火物に使用されるものであればよく、例えば、電融マグネシア、海水マグネシア、天然マグネシア、焼結マグネシア等が挙げられる。マグネシア原料の純度はＭｇＯ：９８質量％以上が好ましい。この場合、マグネシア・カーボン質耐火物の耐食性が向上するとともに、マグネシア・カーボン反応を抑制することもできる。
スピネル原料は、一般にカーボン含有れんがに使用されるものであればよく、例えば、電融スピネル、焼結スピネル等が挙げられる。スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）の化学量論組成は、Ａｌ２Ｏ３が７１．７質量％、ＭｇＯが２８．３質量％であるが、その他に種々の組成のものがある。化学量論組成よりＡｌ２Ｏ３を多く含むものはアルミナリッチスピネル、ＭｇＯを多く含むものはマグネシアリッチスピネルと呼ばれる。本実施形態に用いられるスピネル原料としては、いずれのものでもよい。
アルミナ原料は、一般にカーボン含有れんがに使用されるものであればよく、例えば、電融アルミナ、焼結アルミナ、天然アルミナ等が挙げられる。Ａｌ２Ｏ３の純度は９５質量％以上が好ましい。この場合、耐食性が向上する。
炭化けい素原料は、一般にカーボン含有れんがに使用されるものであればよい。ＳｉＣの純度は９５質量％以上が好ましい。この場合、耐食性が向上するとともに、カーボンの酸化を抑制することができる。
＜カーボン原料＞
カーボン原料としては、本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体の他、例えば、鱗状黒鉛、土状黒鉛、カーボンブラック、無煙炭、人造黒鉛等、市販の固体状カーボンを含んでもよい。これらのカーボン原料は単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
カーボン原料としては、本実施形態の膨張黒鉛シートの破砕粒体の他、例えば、鱗状黒鉛、土状黒鉛、カーボンブラック、無煙炭、人造黒鉛等、市販の固体状カーボンを含んでもよい。これらのカーボン原料は単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
＜バインダー＞
バインダーは一般にカーボン含有れんがに使用されるものであればよく、例えば、熱硬化性（レゾール型）又は熱可塑性（ノボラック型）フェノール樹脂、エチレングリコール等が挙げられる。バインダーの形態は一般に使用されるものであれば特に制限はなく、例えば、液体、粉末等が挙げられる。常温で粘性が低いバインダーや一定温度に加温して粘性を低下させたバインダーは、少量の添加で均質に分散させることができるため、特に好ましい。また、バインダーは、一般に不焼成れんがに使用されるものであれば樹脂でなくてもよく、例えば、糖蜜等の多糖類溶液、珪酸塩等の無機化合物が挙げられる。
バインダーは一般にカーボン含有れんがに使用されるものであればよく、例えば、熱硬化性（レゾール型）又は熱可塑性（ノボラック型）フェノール樹脂、エチレングリコール等が挙げられる。バインダーの形態は一般に使用されるものであれば特に制限はなく、例えば、液体、粉末等が挙げられる。常温で粘性が低いバインダーや一定温度に加温して粘性を低下させたバインダーは、少量の添加で均質に分散させることができるため、特に好ましい。また、バインダーは、一般に不焼成れんがに使用されるものであれば樹脂でなくてもよく、例えば、糖蜜等の多糖類溶液、珪酸塩等の無機化合物が挙げられる。
＜少量添加物＞
一般にカーボン含有れんがに使用されるものであれば主成分以外の少量添加物を添加してもよく、例えば、酸化防止剤、カーボンブラック、粉末ピッチ等が挙げられる。酸化防止剤としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ、Ａｌ－Ｍｇ合金等が挙げられる。
一般にカーボン含有れんがに使用されるものであれば主成分以外の少量添加物を添加してもよく、例えば、酸化防止剤、カーボンブラック、粉末ピッチ等が挙げられる。酸化防止剤としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ、Ａｌ－Ｍｇ合金等が挙げられる。
以下、本開示の実施例について詳細に説明する。
［試験片の作成］
膨張化処理によりゆるみかさ密度０．０１ｇ／ｃｍ３の膨張化黒鉛を得た後、圧縮してシート化、裁断し、膨張黒鉛シートの破砕粒体を得た。膨張黒鉛シートの破砕粒体からランダムサンプリングし、各粒子の幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）を測定し、幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）の個数平均を算出した。幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）の個数平均から扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）を算出した。さらに、膨張黒鉛シートの破砕粒体のゆるみかさ密度を測定した。表１にその結果を示す。
膨張化処理によりゆるみかさ密度０．０１ｇ／ｃｍ３の膨張化黒鉛を得た後、圧縮してシート化、裁断し、膨張黒鉛シートの破砕粒体を得た。膨張黒鉛シートの破砕粒体からランダムサンプリングし、各粒子の幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）を測定し、幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）の個数平均を算出した。幅（ｗ）、長さ（ｌ）及び高さ（ｈ）の個数平均から扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）を算出した。さらに、膨張黒鉛シートの破砕粒体のゆるみかさ密度を測定した。表１にその結果を示す。
膨張黒鉛シートの破砕粒体Ａ，Ｂ，Ｑ，Ｒは、扁平度（ｗ／ｈ）が本発明の範囲外であり、Ｃ，Ｈ，Ｒは、伸長度（ｌ／ｗ）が本発明の範囲外であり、Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ，Ｐは、本発明の範囲内である。
表１に示す膨張黒鉛シートの破砕粒体を用い、表２に示す配合に従って混練物（れんが坏土）を得た。
実施例１～１２は、カーボン原料の種類を、本発明の範囲内の膨張黒鉛シートの破砕粒体Ｄ～Ｇ，Ｉ～Ｐで変更したものである。実施例１３～１８は、膨張黒鉛シートの破砕粒体Ｐを使用し、本発明の範囲内でマグネシア原料とカーボン原料の含有量を変化させたものである。実施例１９～２２は、膨張黒鉛シートの破砕粒体Ｐを使用し、本発明の範囲内でマグネシア原料以外の耐火原料と、一部マグネシア原料を含有させたものである。一方、比較例１～６は、カーボン原料の種類を、本発明の範囲外の膨張黒鉛シートの破砕粒体Ａ～Ｃ，Ｈ，Ｑ，Ｒとしたものである。
混練物を、長さ９００ｍｍ×幅１８０ｍｍ×高さ１５０ｍｍの直方体形状に成形した後、２５０℃で２４時間乾燥してれんがを得た。必要に応じてれんがを所定の形状に加工し、試験片とした。
［評価方法］
試験片について、以下の評価を行った。
試験片について、以下の評価を行った。
＜ゆるみかさ密度＞
混練物のゆるみかさ密度は、メスシリンダーに測定対象物を静かに入れ、測定対象物の容積と質量を測定して求めた。
混練物のゆるみかさ密度は、メスシリンダーに測定対象物を静かに入れ、測定対象物の容積と質量を測定して求めた。
＜気孔率・曲げ強さ＞
気孔率はＪＩＳ Ｒ２２０５（耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法）に従って測定した。曲げ強さはＪＩＳ Ｒ２２１３（耐火れんがの曲げ強さの試験方法）に従って測定した。
気孔率はＪＩＳ Ｒ２２０５（耐火れんがの見掛気孔率・吸水率・比重の測定方法）に従って測定した。曲げ強さはＪＩＳ Ｒ２２１３（耐火れんがの曲げ強さの試験方法）に従って測定した。
＜耐食性（溶損指数）＞
耐食性は高周波内張り法で評価した。即ち、試験温度は１７００℃とし、侵食剤にはＣａＯ／ＳｉＯ２（質量比）が２．８の合成スラグを使用した。侵食剤は１回に４００ｇ投入し、１時間毎に入れ替え、計６時間試験を継続した。試験後の試験片を稼働面に垂直な方向に切断して溶損面積を測定した。比較例１の溶損面積を１００とする溶損指数で耐食性を評価した。溶損指数が小さいほど耐摩耗性は良好である。
耐食性は高周波内張り法で評価した。即ち、試験温度は１７００℃とし、侵食剤にはＣａＯ／ＳｉＯ２（質量比）が２．８の合成スラグを使用した。侵食剤は１回に４００ｇ投入し、１時間毎に入れ替え、計６時間試験を継続した。試験後の試験片を稼働面に垂直な方向に切断して溶損面積を測定した。比較例１の溶損面積を１００とする溶損指数で耐食性を評価した。溶損指数が小さいほど耐摩耗性は良好である。
＜耐摩耗性（摩耗指数）＞
耐摩耗性はＡＳＴＭ Ｃ７０４（Ａｂｒａｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｔ Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に準じて評価した。即ち、所定の形状：１１５×１１５×３０ｍｍの直方体に加工した試験片を還元雰囲気中１０００℃で焼成し、１１５×１１５ｍｍの面を摩耗材の吐出方向に対し４５°傾斜させてセットした。１５回転／分で回転させた試験片に摩耗材を連続的に吹き付けた。摩耗材として粒径が０．３～１ｍｍのＳｉＣ粒子を使用した。吹き付けた摩耗材の量は１ｋｇとし、吹き付けエアー圧は０．４ＭＰａとした。吹き付け試験前後の試験片の質量を測定し、質量変化と試験片の嵩比重から摩耗体積を算出した。比較例１の摩耗体積を１００とする摩耗指数で耐摩耗性を評価した。摩耗指数が小さいほど耐摩耗性は良好である。
耐摩耗性はＡＳＴＭ Ｃ７０４（Ａｂｒａｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｔ Ｒｏｏｍ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に準じて評価した。即ち、所定の形状：１１５×１１５×３０ｍｍの直方体に加工した試験片を還元雰囲気中１０００℃で焼成し、１１５×１１５ｍｍの面を摩耗材の吐出方向に対し４５°傾斜させてセットした。１５回転／分で回転させた試験片に摩耗材を連続的に吹き付けた。摩耗材として粒径が０．３～１ｍｍのＳｉＣ粒子を使用した。吹き付けた摩耗材の量は１ｋｇとし、吹き付けエアー圧は０．４ＭＰａとした。吹き付け試験前後の試験片の質量を測定し、質量変化と試験片の嵩比重から摩耗体積を算出した。比較例１の摩耗体積を１００とする摩耗指数で耐摩耗性を評価した。摩耗指数が小さいほど耐摩耗性は良好である。
＜耐スポーリング性（弾性率低下率）＞
耐スポーリング性は急熱急冷試験で評価した。即ち、所定の形状：４０×４０×１６０ｍｍの直方体に加工した試験片を還元雰囲気中１０００℃で焼成した。試験片を１６８０℃の溶銑に６０秒間浸漬した後、１５秒間冷水に浸漬する操作を２回繰り返した。浸漬試験前後の試験片の弾性率を測定し、以下の式により弾性率低下率を算出し、耐スポーリング性を評価した。弾性率は試験片の長手方向（１６０ｍｍ長さ方向）の超音波伝播速度より求めた。
弾性率低下率＝（試験前の弾性率－試験後の弾性率）／試験前の弾性率×１００
耐スポーリング性は急熱急冷試験で評価した。即ち、所定の形状：４０×４０×１６０ｍｍの直方体に加工した試験片を還元雰囲気中１０００℃で焼成した。試験片を１６８０℃の溶銑に６０秒間浸漬した後、１５秒間冷水に浸漬する操作を２回繰り返した。浸漬試験前後の試験片の弾性率を測定し、以下の式により弾性率低下率を算出し、耐スポーリング性を評価した。弾性率は試験片の長手方向（１６０ｍｍ長さ方向）の超音波伝播速度より求めた。
弾性率低下率＝（試験前の弾性率－試験後の弾性率）／試験前の弾性率×１００
弾性率低下率が小さいほど耐スポーリング性は良好であり、４０％未満を優、４０％以上５０％未満を良、５０％以上５５％未満を可、５５％以上を不可と評価した。
＜成形作業性＞
成形作業性は、成形金型への充てん度で評価した。即ち、所要量のれんが坏土を成形金型に投入したとき、金型からあふれる場合は成形作業性が不良であり、金型にほぼ収まる場合は成形作業性が良好である。この指標として、混練物のゆるみかさ密度（ｇ／ｃｍ３）で評価した。ゆるみかさ密度が０．８５以上を優、０．８０以上０．８５未満を良、０．７７以上０．８０未満を可、０．７７未満を不可と評価した。
成形作業性は、成形金型への充てん度で評価した。即ち、所要量のれんが坏土を成形金型に投入したとき、金型からあふれる場合は成形作業性が不良であり、金型にほぼ収まる場合は成形作業性が良好である。この指標として、混練物のゆるみかさ密度（ｇ／ｃｍ３）で評価した。ゆるみかさ密度が０．８５以上を優、０．８０以上０．８５未満を良、０．７７以上０．８０未満を可、０．７７未満を不可と評価した。
＜総合評価＞
成形作業性及び耐スポーリング性の評価結果において、優＝３点、良＝２点、可＝１点、不可＝０点とし、成形作業性と耐スポーリング性の評価結果をかけ合わせた数値を用いて総合評価を行った。即ち、成形作業性と耐スポーリング性の評価結果をかけ合わせた数値が、４点以上＝優、３点＝良、２点＝可、０点＝不可と評価した。
成形作業性及び耐スポーリング性の評価結果において、優＝３点、良＝２点、可＝１点、不可＝０点とし、成形作業性と耐スポーリング性の評価結果をかけ合わせた数値を用いて総合評価を行った。即ち、成形作業性と耐スポーリング性の評価結果をかけ合わせた数値が、４点以上＝優、３点＝良、２点＝可、０点＝不可と評価した。
［評価結果］
評価結果を表３に示す。
評価結果を表３に示す。
実施例１～２２のカーボンれんがは、いずれも良好な特性を示した。粒体の長さ（ｌ）が２０～６０ｍｍの実施例３～４、６～９、１２は特に耐スポーリング性が良好であり、長さ（ｌ）が長くなるに従い耐スポーリング性が向上した。また、粒体の長さ（ｌ）が５～２０ｍｍの実施例１～２、５～６、９～１２は成形作業性が特に良好であり、長さ（ｌ）が短くなるに従い成形作業性が向上した。粒体の高さ（ｈ）が０．１～０．５ｍｍである実施例１０～１２は特に耐スポーリング性が良好であり、高さ（ｈ）が低くなるに従い耐スポーリング性が向上した。高さ（ｈ）が２～６ｍｍである実施例５～９は特に成形作業性が良好であり、高さ（ｈ）が高くなるに従い成形作業性が向上した。粒体の扁平度（ｗ／ｈ）が１．５～１０の実施例１～１２は耐スポーリング性、成形作業性が良好であり、扁平度（ｗ／ｈ）が２．５～１０の実施例５～１２は特に耐スポーリング性が良好であり、扁平度（ｗ／ｈ）が大きくなるに従い耐スポーリング性が向上した。粒体の扁平度（ｗ／ｈ）が１．５～２．５の実施例１～８は特に成形作業性が良好であり、扁平度（ｗ／ｈ）が小さくなるに従い成形作業性が向上した。粒体の伸長度（ｌ／ｗ）が２～２０の実施例１～１２は耐スポーリング性、成形作業性が良好であり、伸長度（ｌ／ｗ）が１０～２０の実施例３、４、８、１１、１２は特に耐スポーリング性が良好であり、伸長度（ｌ／ｗ）が大きくなるに従い耐スポーリング性が向上した。粒体の伸長度（ｌ／ｗ）が２～１０の実施例１～３、５～８は特に成形作業性が良好であり、伸長度（ｌ／ｗ）が小さくなるに従い成形作業性が向上した。なお、粒体の伸長度（ｌ／ｗ）が２～１０の実施例９～１１の成形作業性が可に留まったのは、粒体の扁平度が５以上と、やや大きかったためと考えられる。粒体のゆるみかさ密度が０．３９～０．５０ｇ／ｃｍ３の実施例１～３、５～８は成形作業性が良であり、ゆるみかさ密度が大きくなるに従い成形作業性が向上した。粒体のゆるみかさ密度が０．３３～０．４１ｇ／ｃｍ３の実施例４、９～１１は耐スポーリング性が良好であり、ゆるみかさ密度が小さくなるに従い耐スポーリング性が向上した。
比較例１～３は、いずれも耐スポーリング性に劣る結果となった。粒体の扁平度（ｗ／ｈ）又は伸長度（ｌ／ｗ）が本発明の範囲より小さかったためと考えられる。比較例４～６は、成形作業性が劣る結果となった。粒体の扁平度（ｗ／ｈ）及び伸長度（ｌ／ｗ）のいずれか一方又は両方が本発明の範囲より大きかったためと考えられる。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれる。例えば、明細書において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。また、本実施形態の構成も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。
１０ 一粒子、１１ 第１の水平面、１２ 第１の平行線、１３ 第２の平行線、１４ 第２の水平面
Claims (3)
- 複数の粒子からなる、膨張黒鉛シートの破砕粒体であって、
前記複数の粒子のうちの一粒子を第１の水平面上に静置させ、前記一粒子の前記第１の水平面上への投影像と接する２本の平行線のうち、間隔が最小のものを第１の平行線とし、前記第１の平行線の間隔を前記一粒子の幅（ｗ）とし、
前記投影像と接する、前記第１の平行線に直角な２本の第２の平行線の間隔を前記一粒子の長さ（ｌ）とし、
前記一粒子と接する、前記第１の水平面に平行な第２の水平面と、前記第１の水平面との間隔を前記一粒子の高さ（ｈ）とし、
前記一粒子の幅（ｗ）の前記一粒子の高さ（ｈ）に対する比を前記一粒子の扁平度（ｗ／ｈ）とし、
前記一粒子の長さ（ｌ）の前記一粒子の幅（ｗ）に対する比を前記一粒子の伸長度（ｌ／ｗ）とするとき、
前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の長さ（ｌ）と高さ（ｈ）の平均がそれぞれ３～６０ｍｍ、０．１～６ｍｍであり、
前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の幅（ｗ）の平均と、前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の長さ（ｌ）の平均と、前記複数の粒子のうちの２以上の前記一粒子の高さ（ｈ）の平均から算出される扁平度（ｗ／ｈ）と伸長度（ｌ／ｗ）がそれぞれ１．５～１０、２～２０であり、
ゆるみかさ密度が０．３３～０．５０ｇ／ｃｍ ３ であることを特徴とする膨張黒鉛シートの破砕粒体。 - 耐火原料と、カーボン原料と、バインダーとを主成分として含み、
前記カーボン原料が請求項１に記載の膨張黒鉛シートの破砕粒体を含むことを特徴とするカーボン含有れんが。 - 請求項２に記載のカーボン含有れんがにおいて、
前記耐火原料がマグネシアであることを特徴とするカーボン含有れんが。
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