JPH0645472B2

JPH0645472B2 - 耐熱性、耐アルカリ性、低ｐＨ性に優れた無機質繊維の製造方法

Info

Publication number: JPH0645472B2
Application number: JP61307764A
Authority: JP
Inventors: 伸吉小池; 浩介村井; 弘昌薬師寺
Original assignee: 大平洋金属株式会社
Priority date: 1986-12-25
Filing date: 1986-12-25
Publication date: 1994-06-15
Anticipated expiration: 2009-06-15
Also published as: JPS63162544A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は合金鉄製錬スラグであるフェロニッケル製錬ス
ラグ及びフェロクロム製錬スラグを出発原料として耐熱
性，耐アルカリ性，低pH性を有する無機質繊維を製造す
る方法に関する。

（従来の技術及び問題点）スラグウール、ロックウール、グラスウール、セラミッ
クウール等の無機質繊維はその耐火性、断熱性、吸音性
等の優れた性質を利用して建材、保温材等として各種の
産業分野に需要が増加しており、最近では通気性や保水
性を利用して農業分野にも用途が拡大しつつある。

このうちスラグウールは高炉スラグやフェロマンガンス
ラグを、ロックウールは天然岩石である玄武岩やかんら
ん岩等を、グラスウールは硅砂等を、セラミックウール
は合成アルミナやシリカ等を、それぞれ主原料として、
いずれも遠心力を利用して繊維化するいわゆるスピニン
グ法、もしくは蒸気もしくは空気の高速気流を利用した
ブローイング法により製造されている。

これら従来の無機質繊維はその成分としてアルカリ分、
特にCaOを高濃度で含有している。すなわち、例えば高
炉スラグでは３５〜４０％程度、フェロマンガンスラグ
では２５〜３０％、玄武岩、かんらん岩を原料とするロ
ックウールでは２０〜３０％程度のCaOを含有している
のが一般的である。

CaOは原料中に既に含有されている場合もあるが、原料
を電気炉、キューポラ炉等の溶解炉で溶解する際に、原
料の溶融温度を低下せしめ、繊維化の操業を容易にする
ために石灰石等の形で添加される場合もある。

しかし、このことが意味する様に、CaOが含有されると
その繊維は熱に対して弱く、耐熱性が劣るという欠点が
あり、またアルカリや水と接触した際、アルカリや水と
の反応によってCaOが溶出するという欠点もあった。こ
れは農業用として溶液栽培、水耕栽培等に使用した場
合、繊維と接触した水のpHを上昇せしめ、植物の成長を
阻害するという問題をもたらすものである。

逆にCaOを含有しない材料を原料として無機質繊維を製
造する場合には、溶融温度が著しく高く繊維化が困難で
あると同時に、その製造コストも高いという欠点があっ
た。セラミックウールはこの例に該当する。

本発明者らは、CaO含有量が少なく、かつ入手も容易で
安価な材料として特にフェロニッケル、フェロクロムの
製錬スラグに着目し、その繊維化を目指す過程におい
て、種々の実験を行い、CaO以外の成分および繊維化時
の温度を調整すれば、従来一般的に溶融温度が高く、繊
維化が困難であった上記のごときスラグでも容易に繊維
化できることを発見し、その成分及び温度と粘度との相
関を重回帰解析した結果、前記のＰ値を制御することに
より繊維化する方法を確立したものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は上記従来技術の問題点の解決のため、CaO含有
量が低いフェロニッケル製錬スラグ、フェロクロム製錬
スラグでも、特に石灰石等CaO源を追加添加することな
く、容易かつ安価に繊維化できる方法を提供し、もって
耐熱性、耐アルカリ性、低pH性等に優れた、安価な無機
質繊維を提供することを目的とするものである。

本発明は前記目的を達成するため、フェロニッケル製錬
スラグ、フェロクロム製錬スラグの１種類または２種類
を出発原料として無機質繊維を製造するにあたり、繊維
化装置への注入温度が１４５０〜１６５０℃の範囲で、
下式により示されるＰ値が５〜１５の範囲であって、か
つｅ(CaO)が５％以下になる様に、原料の成分及び注入
温度を調節することからなる耐熱性、耐アルカリ性、低
pH性に優れた無機質繊維の製造方法を要旨とする。

Ｐ＝１０^ｘ但し、Ｘ＝〔-0.0200(a+b+c)+0.0465d-0.0164e −0.02
67f+0.0386g-0.0036T+4.2784〕ａ＝MnO含有量（％），ｂ＝FeO含有量（％），ｃ＝Cr₂O₃含有量（％），ｄ＝SiO₂含有量（％），ｅ＝CaO含有量（％），ｆ＝MgO含有量（％），ｇ＝Al₂O₃含有量（％），Ｔ＝注入温度（℃）すなわち、本発明は上記出発原料に１種類ないしはそれ
以上の種類の追加原料を、その合計した成分から計算し
たＰ値が５〜１５となる様な比率で混合し、しかる後に
この混合された原料を溶融し、繊維化装置に供給するも
のである。

ここでＰ値を５〜１５に限定した理由について述べる。
Ｐ値が５未満であると、溶融原料がショット化し、収率
すなわち原料の装入重量に対する回収繊維重量の比率が
低下するためであり、一方Ｐ値が１５超では追加原料の
量を多く必要とし、其の溶解に要する電力等の熱エネル
ギーを多く消費し、経済的でないからである。

本発明の無機質繊維製造方法は、資源の有効利用という
観点から、現在廃棄されているか乃至は利用度の低いフ
ェロニッケル製錬スラグ、フェロクロム製錬スラグを出
発原料とするものであり、Ｐ値を５〜１５の範囲に調整
するための追加原料として、煉瓦屑、硅砂、粘土等の安
価な原料を使用することができる。

一般にフェロニッケル製錬スラグはSiO₂：５３〜５６
％，CaO：０〜３％，MgO：３３〜３６％，FeO：３〜１
０％，Al₂O₃：０〜３％の成分を有し、その製錬炉から
の出滓温度は1560〜1600℃で、Ｐ値を計算すると2.0以
下である。

またフェロクロム製錬スラグはSiO₂：３３〜３８％，Ca
O：０〜５％，MgO：３０〜３５％，FeO＋Cr₂O₃：３〜８
％，Al₂O₃：２０〜２５％の成分を有し、その製錬炉か
らの出滓温度は1650〜1700℃で、Ｐ値を計算すると1.0
以下である。

この様な合金鉄製錬スラグを主原料として無機質繊維を
製造する場合には、できるだけ追加原料を使用しないと
いう観点からも（追加原料を多く使用するとその分だけ
熱エネルギー使用量が増加することになる）、さきに述
べた如くＰ値を１５以下に制限することが必要である。
すなわち前述のＰ値を求める式から分かる様に、Ｐ値を
大きくするためには、ベキ数の符号が＋になっている成
分、すなわちSiO₂とAl₂O₃の含有量を増やすことが必要
であり、特にAl₂O₃は通常の合金鉄スラグにはそれほど
多く含有されていないためＰ値を高くするには、それだ
け追加原料の量を多く必要とし、その溶解に要する電力
等の熱エネルギーを多く消費し、経済的でないからであ
る。

この様な観点から、フェロニッケル製錬スラグ、フェロ
クロム製錬スラグを出発原料として上記Ｐ値を満足させ
るためには、繊維化装置に注入する溶融原料の成分はCa
Oを５％以下とし、その他の成分はSiO₂：５０〜６５
％，MgO：２０〜２７％，Al₂O₃：５〜２０％，FeO＋MnO
＋Cr₂O₃：１０％以下となる様に調整するのが好まし
い。

ここで、CaOを５％以下に限定した理由について述べ
る。CaOが少なければ優れた耐熱性を有することもさる
ことながら、CaOを５％以下とすることによって、繊維
と水が接触した際、水との反応によって溶出するCaOが
減少し、水のｐＨの上昇を抑え、農業用として溶液栽
培、水耕栽培に適した無機質繊維を得ることができる。

この様な合金鉄製錬スラグは、固体状態、すなわち冷原
料を電気炉、キューポラ炉のごとき溶解炉で溶融して使
用するが、またフェロニッケル、あるいはフェロクロム
製錬炉から出滓されたままの溶融原料をそのまま使用す
ることも可能である。熱経済的には、製錬炉から出滓し
た溶融原料をそのまま使用することがこのましい。ただ
しこの場合でも成分・温度の調整のための炉等の手段が
別個に必要である。

この際の繊維化装置への溶融原料の注入温度は、1450〜
1650℃、このましくは1500〜1600℃の範囲に制御するこ
とが望ましい。1450℃未満では、溶融原料がショット化
する割合が多くなって収率が低下し、一方1650℃超の温
度は、大量の熱エネルギーを必要とし経済的でなくなる
ためである。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

〔実施例〕

以下の実施例及び比較例において用いた原料の化学成分
を表−１に示す。また表−２には各実施例と比較例の主
要データを総括して示している。

〔実施例１〕実施例１はフェロニッケル製錬スラグを主原料とし、Ｐ
値を本発明による適正範囲の下限値付近である5.4で繊
維化した例である。

すなわち、変圧器容量5000キロボルトアンペアの電気炉
を溶解、成分・温度調整用の炉として使用し、この電気
炉に表−１に示した化学成分を有する各種原料を、重量
比で表−２の「原料混合比」の欄に示した重量割合で装
入した。原料のうち、硅砂及び煉瓦層は５mm以下のサイ
ズに粉砕したものを、FeNi製錬スラグは電気製錬炉から
出滓されたものを、上記電気炉に装入した。原料の装入
量は合計で１０トンである。全ての原料が溶融した段階
で溶融原料をサンプリングし、その成分分析を行った結
果が表−２の「溶融原料の化学成分（％）」の欄に示し
てある。

この溶融原料を電気炉から鍋に取り出し、この鍋を傾動
装置にセットして、溶融原料を繊維化装置であるスピン
ナーに対し、スピンナー１基あたり2750kg/Hrの割合で
注入した。この際、注入口ではバーナーを燃焼させて溶
融原料の温度を1572℃に維持した。この様な操業によ
り、スピンナー１基あたに1980kg/Hrの無機質繊維が製
造され、その収率（溶融原料の装入量に対する回収繊維
量の割合）は７２％であった。また得られた無機質繊維
の繊維径は4.4μ、嵩比重は0.153g／cm³で、良好な繊維
として評価できるものであった。

〔実施例２〕次に実施例２は、得られる無機質繊維の耐熱性を改善す
るため、原料の混合比率をFeNi製錬スラグ７０％、煉瓦
層１３％、硅砂１７％とし、注入温度1590℃、Ｐ値7.3
で繊維化した例である。その他の装置、方法についての
条件は実施例１と同一である。繊維径4.8μ、嵩比重0.1
42g／cm³の繊維が収率７４％で得られた。

〔実施例３〜４〕実施例３〜４は、FeNi製錬スラグよりさらに融点が高く
（CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系状態図からの融点は約1700℃で
ある）、それだけ繊維化が困難であったFeCr製錬スラグ
を用いた繊維化の実施例である。装置等の条件は実施例
１と同様であり、FeCr製錬スラグは電気製錬炉から出滓
されたままの溶融原料を使用した。

実施例３はFeCr製錬スラグ７５％に対し硅砂を２５％混
合し（この混合比率により状態図からの融点は1450℃に
低下する）、注入温度1560℃、Ｐ値6.3で繊維化した例
である。これにより繊維径4.6μ、嵩比重0.145ｇ／cm³
の繊維が収率７５％で得られた。

実施例４はFeCr製錬スラグ７０％に対し硅砂を３０％混
合し、Ｐ値を13.2と高目にした例である。収率は７２
％、繊維径4.8μ、嵩比重0.145ｇ／cm³の良好な繊維が
得られた。

〔比較例１〕比較例１はFeMn製錬スラグを使用しCaO含有量を高くし
た原料を繊維化した例である。

実施例１と同じく変圧器容量5000キロボルトアンペアの
電気炉を使用し、原料のうち、硅砂は５mm以下のサイズ
に粉砕したものを、FeNi製錬スラグ、FeCr製錬スラグ、
FeMn製錬スラグはそれぞれの電気製錬炉から出滓された
ものを、上記電気炉に装入した。原料の装入量は合計で
１０トンである。溶融原料を上記電気炉から鍋に取り出
し、この鍋を傾動装置にセットして、溶融原料をスピン
ナーに対し、スピンナー１基あたり2760kg/Hrの割合で
注入した。注入口ではバーナーを燃焼させて溶融原料の
温度を1467℃に維持した。Ｐ値は9.9で、本発明による
適正範囲のほぼ中央である。

この様な操業により、スピンナー１基あたり2150kg/Hr
の無機質繊維Ｂが製造され、その収率（溶融原料の装入
量に対する回収繊維量の割合）は７８％であった。また
得られた無機質繊維の繊維径は4.5μ、嵩比重は0.145g/
cm³であった。

〔比較例２〕比較例２はFeNi製錬スラグについての、繊維化の例であ
り、使用設備はすべて比較例１におけるものと同じであ
るが、Ｐ値を適正範囲外の2.2としたものである。

比較例２では、FeNi製錬スラグ８０％に対し、煉瓦屑、
硅砂をそれぞれ１０％ずつ混合し、電気炉で溶融後、温
度を1616℃に維持しながら、スピンナー１基あたり約26
00kg/Hrの溶融原料を注入して繊維化した。収率は３５
％に低下し、スピンナー１基あたり910kg/Hrの無機質繊
維が製造されたが、表−２に示した様に、繊維径は3.6
μと細くなり、嵩比重も0.300g/cm³に増加したため、無
機質繊維として使用するのには適切なものではなかっ
た。

〔収率〕

以上述べた実施例１〜４及び比較例１〜２を含めて、Ｐ
値を種々変化させて、実施例１とほぼ同一の設備および
条件で繊維化した時の、Ｐ値と収率の関係を第１図に示
した。第１図からは、Ｐ値を５以上にしないと収率が低
く、経済的な繊維化ができないことがわかる。

〔耐熱温度〕

表−２に示した耐熱温度は、上記実施例及び比較例にお
いて得られた無機質繊維をJIS A9504に規定された耐熱
温度の測定方法により、測定した結果である。すなわち
得られた無機質繊維を密度１５０kg／cm³として、直径
５０mm、高さ８０mmの加熱容器に入れ、荷重板及び荷重
棒により試料にかかる圧力を５gf／cm²とした後、２０
０℃までは約５℃／分、２００℃以上では約３℃／分の
速度で加熱昇温させ、試料の厚さが１０％収縮する温度
を読み取り耐熱温度としたものである。通常のスラグウ
ール（高炉スラグ、FeMn製錬スラグを原料としたもの）
やロックウールの耐熱温度が７００〜７５０℃であるの
に比較し、本発明により製造した無機質繊維のそれは８
２０〜８６０℃であり、耐熱性に優れていることがわか
る。また、CaO含有量が高い比較例１では８００℃であ
り、さらにCaO含有量は低くてもＰ値が適正でない比較
例２では７８０℃であり、本発明による実施例で得られ
た無機質繊維の耐熱温度はこれら比較例で得られた繊維
のそれに比較しても高い。

〔低pH性〕

上記の実施例及び比較例において得られた無機質繊維
を、pH＝６．２の原水に１週間浸漬し、繊維を濾過分離
後の液のpH値を測定した結果を、表−２に示した。実施
例１〜４のそれがすべて7.0以下、すなわち酸性を保っ
ており、従来技術の項で述べた様な分野の農業用として
適しているのに比較し、比較例１では7.3、比較例２で
は7.5であった。

比較例１は原料のCaO含有量が高いためＰ値が適正であ
ってもpH値が7.3と高く、アルカリ分の溶出をきらう農
業用としては満足されているとは云えない繊維であり、
さらに、比較例２は原料のアルカリ含有量が低くてもＰ
値が適正範囲でないとpH値が高くなり、Ｐ値の制御が必
要であることを示している。

〔耐アルカリ性〕

表−２に示した耐アルカリ性は、各実施例及び比較例に
おいて得られた無機質繊維を１ＮのNaOH水溶液に１週間
浸漬した後、繊維の表面を電子顕微鏡により観察し、劣
化状況を観察したものである。

第２図および第３図は実施例２と比較例２の繊維表面を
倍率4000倍で撮影したものであり第３図から分かる様
に、Ｐ値が適正でないと繊維表面がアルカリにより侵食
されて粗面化し、耐アルカリ性が低下していることがわ
かる。

（発明の効果）以上述べた様に、フェロニッケル製錬スラグ、フェロク
ロム製錬スラグを、本発明に従ってＰ値を制御して無機
質材料を繊維化すれば、耐熱性、耐アルカリ性、pH値の
いずれも優れた繊維が製造できる。本発明による無機質
繊維の製造方法はどの様な無機質材料を原料とする繊維
の製造にも適用可能であり、原料に限定されないが、原
料の調達性等から考えた場合には前述の様に合金鉄製錬
スラグ、特にフェロニッケル、フェロクロムの製錬スラ
グの繊維化に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰ値と収率の関係を示す図、第２図は実施例２
において得られた無機質繊維を１ＮのNaOH水溶液に１週
間浸漬した後の繊維の形状を示す写真、第３図は比較例
２において得られた無機質繊維を前記水溶液に１週間浸
漬後の繊維の形状を示す写真である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭47−35324（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−49923（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−5539（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェロニッケル製錬スラグ、フェロクロム
製錬スラグの１種類または２種類を出発原料として無機
質繊維を製造するにあたり、繊維化装置への注入温度が
１４５０〜１６５０℃の範囲で、下式により示されるＰ
値が５〜１５の範囲であって、かつｅ(CaO)が５％以下
になる様に、原料の成分及び注入温度を調節することか
らなる耐熱性、耐アルカリ性、低pH性に優れた無機質繊
維の製造方法。Ｐ＝１０^ｘ但し、Ｘ＝〔-0.0200(a+b+c)+0.0465d-0.0164e −0.0267f+0.0386g-0.0036T+4.2784〕ａ＝MnO含有量（％），ｂ＝FeO含有量（％），ｃ＝Cr₂O₃含有量（％），ｄ＝SiO₂含有量（％），ｅ＝CaO含有量（％），ｆ＝MgO含有量（％），ｇ＝Al₂O₃含有量（％），Ｔ＝注入温度（℃）