JPS5943434B2 - 高炉々底用カ−ボンブロツクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉々底層カーボンブロックの製造方法に関す
る。

近年、高炉の寿命が著しく延びたのは炉材の進歩が大き
く貢献していると云われている。

特に高炉々底部にカーボンブロックが使用されることに
より、耐用年数が５〜７年になっている。

カーボンは一般に１１００℃以上では溶銑によって侵食
を受は易く、この温度境界は溶損ラインと云われる。

ところが、カーボンは高い熱伝導性のため、これを高炉
々底に使用するとカーボンに接触している湯溜部の温度
が下り、それによって溶損ラインは従来よりも炉内側に
寄り、炉壁を厚く保つことが出来るので、高炉の寿命が
長いものと考えられる。

従来、高炉々底層カーボンブロックは仮焼無煙炭を骨材
にし、タール、ピッチのような粘結材（結合材）で混練
、成形、焼成したものが、耐溶銑性が優れ、また圧縮強
度も大きいので、一般に使用されている。

しかし仮焼無煙炭を骨材としたカーボンは熱伝導性が十
分でない。

そこで我々はカーボンブロックの熱伝導性を高めるため
に、骨材として人造黒鉛のような黒鉛質の粒、粉を無超
炭に添加したり、或いは黒鉛質骨材を主成分にしたカー
ボンブロックを高炉々底に用い、熱伝導性の面では良好
な成績を得ている。

他方、黒鉛質骨材は無煙炭骨材に比較して溶銑に対する
溶解速度が大きいので、この速度を小さくすることが耐
久性を向上させるために必要となった。

カーボンブロックは炭素骨材が有機結合材の炭素化物（
バインダーコーク）で一体に結合されて出来ているが、
一般に骨材は粉末から粗粒まで巾広い粒度分布を持つよ
うに配合されるのが普通である。

このカーポンプ爾ツクを高炉々底に使用すると骨材の粗
粒の間にある粉末或いは細粒部分及び骨材を結合してい
るバインダーコーク部分から先に侵食され、次に粗粒が
脱落して侵食が進行する。

そこで、我々は先に無煙炭の優れた耐溶銑性、高強度特
性および黒鉛の良好な熱伝導性を損うことなく、且つそ
の欠点である粗粒の脱落を防止しうる高炉々施用カーボ
ンブロックとして焼成無煙炭骨材２０〜７０重量％と黒
鉛質骨材３０〜８０重量％が有機結合剤の炭素化物によ
り一体に結合され、その気孔中に耐熱性もしくは加熱に
より耐熱性となる無機物質が含浸せる構造のものを発明
し、昭和５１年特許願第７８８８２号として出願した。

さらにその后の研究により１４００°Ｃ〜２２００℃に
仮焼した７０％を越える無煙炭骨材と３０％未満の黒鉛
骨材との混合物又は該無煙炭骨材のみより成り且つその
気孔中に耐熱性もしくは加熱により耐熱性となる無機物
質を含浸させた高炉々施用カーボンブロックは前記特願
昭５１−７８８８２号のカーボンブロックに比して強度
及び溶損性がすぐれ又使用中に粗粒の脱落もなく、更に
無煙炭は黒鉛よりも安価であるため製造コストも低く、
実用的価値の高いことを知り本発明を完成した。

即ち本発明は１４００〜２２００℃に仮焼した７０％を
越える無煙炭骨材と３０％未満の黒鉛骨材との混合物又
は該無煙炭骨材のみに有機質結合剤を加え、混練、成形
、焼成してカーボンブロックを得、次いでこのカーボン
ブロックの気孔中に耐熱性、もしくは加熱により耐熱性
となる無機物質を含浸することを特徴とする高炉々施用
カーボンブロックの製造方法に関する。

無煙炭は一般にかなりの揮発分を含んでいるのでそのま
Ｎ骨材として使用するとカーボンブロック製造における
焼成工程で揮発分が揮発し大きな収縮を起すのであらか
じめ仮焼しておくことが必要である。

又無煙炭は一般に仮焼によりその物性が変化する。

即ち仮焼温度が高い程、その熱伝導率は高くなるが、一
方溶損も犬となり、且つ強度も低下する傾向がある。

本発明者は実験の結果、カーボンブロックが高炉々底円
としての熱伝導率を保持するためには最低１４００℃の
仮焼温度が必要であり、又２２００℃を越ゆると溶損も
急に犬となり且強度の低下傾向は１４００°Ｃ〜２２０
０℃の間に於ては比較的少いことを知り、本発明におけ
る無煙炭の仮焼温度を１４００°Ｃ〜２２００℃とした
。

前記仮焼無煙炭のみ、又は黒鉛質骨材との混合物に有機
質結合剤を加え、混練、成形、焼成を行う。

黒鉛質骨材は人造黒鉛電極等黒鉛材の切削屑、黒鉛化さ
れた石油コークス等であり、例えば一般に黒鉛化度を表
わす指標であるＸ線指数で表わせば０．７５以上である
。

無煙炭及び黒鉛質の骨材は、粉末、粒状等各種の粒度の
ものが存在し、大きな粒では２メツシュ程度まで用いる
ことができる。

耐熱性無機物質としてはＳｉ 、ｆｌ、Ｚｒ 、Ｍｇ。

Ｔｉの酸化物、炭化物又は窒化物例えば８１０２゜Ａ１
２０３２Ｍｇ０２ＺｒＯ□、ＴｉＯ２，５ｉＣ９Ａ１４
Ｃ３゜ＺｒＣ，ＴｉＣ，Ｓｉ３Ｎ４．ＡＩＮ、Ｚｒ３Ｎ
４．Ｔｉ３Ｎ４等であり、又加熱により耐熱性となる無
機物質としてはＡｌ、Ｍｇの水酸化物又はＳｉ 、Ａｌ
、Ｔｉ 、Ｚｒ 。

Ｍｇの塩類、例えばＡｌ（ＯＨ）３．Ｍｇ（ＯＨ）２゜
Ｎａ２ＳｉＯ３，ＭｇＳｉＯ３，ＺｒＳｉＯ４，ＭｇＣ
Ｏ３゜Ｎ ａ Ａ ｌ ０２等を挙げることができる。

本発明の方法に於ては、前記仮焼無煙炭骨材のみ、又は
仮焼無煙炭骨材に黒鉛質骨材を３０％未満含有する如く
混合した混合物を常法に従いタールピッチ等の有機結合
剤で混練し、成形する。

成形はモールドや押出し等通常の方法で行えばよい。

次にこの成形物を焼成する。

焼成番１通常の方法で行えばよい。

即ち８００°Ｃから１２００℃未満の温度でもよいが、
望ましくは１２００℃〜１７００℃である。

焼成により有機質結合剤は炭素化され、且つその炭素化
物は骨材炭素質と一体に結合された構造となる。

焼成后必要によってはタール、ピッチ等を含浸し、再び
焼成する。

こうすれば得られたカーボンブロックは高密度化する。

かくして生成せるカーボンブロックには気孔を有する。

そこでこの気孔に耐熱性又は加熱により耐熱性となる物
質を含浸せしめる。

無機物質が水溶性の場合は水溶液とて含浸せしめるが、
無機物質がＡｌ２Ｏ３，５１０２２ＭｇＳｉＯ３゜Ｚｒ
ＳｉＯ４等水に不溶性な物質の場合は１ミクロン以下程
度の微粉末にしたものをコロイド溶液にして使用するこ
とが望ましい。

勿論、これらは二種以上併用してもよい。

また、この無機物質の含浸は、先に述べたタール、ピッ
チ等の含浸を行う場合は、このタール、ピッチ中に無機
物質を添加し、同時に行ってもよい。

この際、タール、ピッチ中の無機物質の懸濁をよくする
ため、溶融したタール、ピッチ等と無機物質の混合物に
超音波を与えることは有効な方法である。

無機物質の含浸はカーボンブロックを前記溶液に浸し、
常圧ないし加圧して行うが、この際、予じめカーボンブ
ロックを減圧下に置き、これに溶液を浸した後加圧する
ことが望ましい。

含浸後は加熱して水等の分散媒を除く。

Ａｌ（ＯＨ）３等を含浸した場合、加熱してＡｌ２Ｏ３
等にすることも勿論可能であるが、高炉々底に使用され
る際当然加熱されるので、そこでＡｌ２Ｏ３等耐熱性無
機物質となる。

カーボンブロックに滲透された無機物質は大部分は微粉
状でカーボンブロックの気孔中に含浸しており、その量
は含浸前のカーボンブロックの気孔率によって変るが、
はゾ２％〜８％である。

また無機物質の種類によっては使用中カーボンブロック
と反応し、カーバイドを生成するものもあるが、これは
本発明の効果を何ら損うことはないばかりか、かえって
生成したカーバイドが基材と密着するので好都合である
。

尚無機物質をカーボンブロックに含浸させるのでなく、
あらかじめ炭素質物質と混合して、その混合物よりカー
ボンブロックを製造すると無機物質を含有せる製品をう
ることかできる。

然しこのような方法で製造されたカーボンブロックは炭
素質物質粒中に無機物質が混在して存在する構造であり
、本発明の方法によってつくられたカーボンブロックの
如く、カーボンブロックの気孔中に無機物質が充填され
たものに比して熱伝導度や強度等の性質が劣るものであ
る。

更に又初めからＳｉＣを原料に混合して成形し、焼成後
加工してつくられたＳｉＣを含有するカーボンブロック
はＳｉＣが硬いので加工が困難である。

高炉炉底のカーボンブロックは精密加工寸法を要するた
め、焼成後の加工は不可欠であるので、このＳｉＣ混入
カーボンブロックの加工の悪さは大きな難点となる。

本発明のカーボンブロックは加工後に含浸することもで
き、また含浸後に加工する場合でも、無機物質は気孔中
に付着しているだけなので、加工に支障は来たさない。

そして使用中は耐熱性無機物質で気孔が覆われており、
溶銑に弱いバインダーコークや骨材の細粉核部分が保護
されているので、耐溶銑性に優れ、寿命が長い。

実験例 仮焼無煙炭 ２０〜４０メツシユの次表に示す温度で仮
焼せる無煙炭を使用した。

黒 鉛 ２０〜４０メツシユの人造黒鉛粒を使用し
た。

仮焼無煙炭骨材と黒鉛骨材とを表に示す重量比で混合し
、軟化点８０℃のコールタールピッチを加えて加熱混和
した後、押出し法により直径２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ
の寸法のブロックに成形し、これをコークス詰粉中に埋
めて２４時間で１２００℃まで除熱焼成した。

含浸剤は次の方法で充填した。

除熱焼成せる試料を容器に入れて真空脱気したる後火の
処理を行った。

５ｉ０２を充填せる場合 高分子量無水ケイ酸コロイド（商品名力タロイドＳ）を
注入した後、大気圧にて１．５時間保持することにより
含浸せしめ、さらにこれを１２０°Ｃにて３時間乾燥し
た。

Ａ ｌ ２０３を充填せる場合 セラミックバインダー（Ａ１２（ＯＨ）５・Ｃｌ）を含
有する水溶液（商品名タキンパイン）を注入した後、大
気圧にて１．５時間保持することにより含浸せしめ、１
２０℃で３時間乾燥后、更に３５０℃で１時間加熱した
。

本実験例におけるブロックの製造条件及び製造されたブ
ロックの各特性値を次表に示す。

溶損量はブロックを、１４００℃に加熱した炭素濃度４
％の溶銑中に１００ｍｍ浸漬し、毎分５０回転で回転し
ながら３０分間保ち、カーボン試料の溶損量を求めて測
定した。

図中比とあるのは本発明の範囲に入らないもので比較の
ため行った実験である。

実験中Ａはすべて含浸剤を充填していないもので、Ｂは
充填しである。

充填によって圧縮強度、熱伝導度は増加し、溶損量は低
下している。

特に本発明の方法によりつくられた試料は無煙炭のみ、
又は無煙炭の含有量が犬であるにもか−わらず、熱伝導
度があまり低下せず、且つ圧縮強度も犬で特に溶損量が
著しく少いという特徴を有し本発明の効果はあきらかで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １４００８Ｃ〜２２００℃に仮焼した７０％を越え
   る無煙炭骨材さ３０％未満の黒鉛骨材との混合物又は該
   無煙炭骨材のみに有機質結合剤を加え、混練、成形、焼
   成してカーボンブロックを得、次いでこのカーボンブロ
   ックの気孔中に耐熱性、もしくは加熱により耐熱性とな
   る無機物質を含浸することを特徴とする高炉々底層カー
   ボンブロックの製造方法。 ２ 耐熱性無機物質はＳｉ 、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｔｉ
   の酸化物、炭化物、又は窒化物のいずれかの１種以上で
   ある特許請求の範囲第１項に記載の高炉々底層カーボン
   ブロックの製造方法。 ３ 加熱により耐熱性となる無機物質は、Ａｌ。 Ｍｇの水酸化物、又はＳｉ 、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｇ
   の塩類のいずれかの１種以上である特許請求の範囲第１
   項に記載の高炉々底層カーボンブロックの製造方法。