JPS63162544A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
性を利用して愚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、グラスウールは珪砂等を、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、もしくは藩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、キューボラ炉等の溶解炉で溶解する際に、
原料の溶融温度を低下’＋　シめ、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ａ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ｆｊｌに言亥当する。

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裔＜、
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Ｃａ０ｄＱ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、スピンナー等の繊維
化装置に供給する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た
溶融原料の成分および注入温度を、下式により示される
Ｐ値が５〜１５の範囲に入る様に調整することから、構
成される。

Ｐ＝　１０８ 但し、Ｘ−（−０．０２００（ａ＋ｂ＋ｃ）＋０．０４
６５ｄ−０．０１６４ｅ−０．０２６７ｆ　＋０．０３
８６ｇ−０．００３６７＋４．２７８４　〕ａ＝ＭｎＯ
含有量（χ）、ｂ＝Ｆｅｏ含有楢（Ｚ）　。

ｃ　＝Ｃｒ２（ｈ含有量（χ）、　ｄ　＝ＳｉＯｚ含有
ｌ（＄）。

ｅ＝ｃａＯ含有量（χ）、ｆ＝Ｍｇｏ含有ｆｆｉ　（＄
）　。

ｇ＝＾７！２０３含有量（χ）、Ｔ＝注入温度（’Ｃ）
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、珪砂、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５ｉＯｚ　：　５３
〜５６％、ＣａＯ：０〜３％、　ＭｇＯ：　３３〜３６
％。

ＦｅＯ：３〜１０％、ＡｌｚＯ，、：　０〜３％の成分
を有し、その製錬炉からの出滓温度は１５６０〜１６０
０℃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５ｉＯｚ　：　３３〜３
８％、ＣａＯ：０〜５％、ＭｇＯ：　　３０〜３５％、
ＦｅＯ＋ＣｒｚＯ３：　３〜８％、　１ｚｏ３：　２０
〜２５％の成分を有し、その製錬炉からの出滓温度は１
６５０〜１７００℃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、ベキ敗の符号が十になっている成
分、すなわちＳｉＯ□とＡ　Ｉｌ　２０３の含有量を増
やすことが必要であり、特にＡ　Ｉｌ　ｚＯｙ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５
ｉＯｚ：　５０〜６５％、　ＣａＯ：　５％以下、門ｇ
Ｏ：２０〜２７％、ＡＮ２０．：５〜２０％、　ＦｅＯ
＋ＭｎＯ→Ｃｒ２Ｏ，：　１０％以下となる様に調整す
るのが好ましい。

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熔融して使
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、１４５
０〜１６５０℃、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、
溶融原料がショブ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、珪砂及び煉瓦層は５龍以下の
サイズに粉砕したものを、ＦｅＮ　ｉ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（％）
」の欄に示しである。

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基あたり１９８０ｋｇ／Ｈ
ｒ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用の割合）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　／　ｃｏｔ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ＦｅＮ　ｆ製錬スジ１フ０％
、煉瓦層１３％、珪砂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０．１４２ｇ　／　ｃｔ＆の繊維が収率７
４％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＜　　（ＣａＯ−ＭｇＯ−へβ２０３−５ｉＯ□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％に対し珪砂を２５
％混合しくこの混合比率により状態図からの融点は１４
５．０℃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　／　ｃｎｆの繊維が収率７５％で
得られた。

実施例４はＦｅＣｒ製錬スラグ７０％に対し珪砂を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／ｃｔ
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ｆｆ１５０００キロボルトア
ンペアの電気炉を使用し、原料のうち、珪砂は５１以下
のサイズに粉砕したものを、ＦｅＮｉ製錬スラグ、Ｆｅ
Ｃｒ製錬スラグ、ＦｅＭｎ　”Ｊ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／ｌｌｒ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２１５０ｋ
ｇ／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／　ｃ！であった。

〔比較例２〕 比較例２はＦｅＮ　ｉ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、ＦｅＮ　ｉ製錬スラグ８０％に対し、煉
瓦屑、珪砂をそれぞれ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２６００ｋｇ／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／ｌｌｒ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３．６μと細くなり、嵩比重
も０　、３００ｇ　／　ｃＪ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　八９５０４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／ｃ１１
１として、直径５０龍、高さ８０１ｍ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／
ｃｍとした後、２００℃までは約り℃／分、２００℃以
上では約り℃／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　！！
！錬スラスラグ料としたもの）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８２０〜８６０℃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ＩＮのＮａ０１１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。

表−２

【図面の簡単な説明】

第１図はｒ）値と収ｚｆ＋の関係を示す図、第２図は実
施例２においζ得られた無機１１繊維をＩＮ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′ｎ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。 、Ｄ　　−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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１４５０〜１
   ６５０℃の範囲で、下式により示されるＰ値が５〜１５
   の範囲になる様に、原料の成分及び注入温度を調節する
   ことからなる無機質繊維の製造方法 Ｐ＝１０＾Ｘ 但し、Ｘ＝〔−０．０２００（ａ＋ｂ＋ｃ）＋０．０４
   ６５ｄ−０．０１６４ｅ−０．０２６７ｆ＋０．０３８
   ６ｇ−０．００３６Ｔ＋４．２７８４〕ａ＝ＭｎＯ含有
   量（％）、ｂ＝ＦｅＯ含有量（％）、ｃ＝Ｃｒ＿２Ｏ＿
   ３含有量（％）、ｄ＝ＳｉＯ＿２含有量（％）、ｅ＝Ｃ
   ａＯ含有量（％）、ｆ＝ＭｇＯ含有量（％）、ｇ＝Ａｌ
   ＿２Ｏ＿３含有量（％）、Ｔ＝注入温度（℃）