WO2007049822A1 - 不定形耐火物 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to, for example, an amorphous refractory material that is used in an environment that is lined in a furnace including an alkaline component in a furnace gas and exposed to a gas atmosphere containing the alkaline component in a hot state. .
- 0 is a diagram showing a rotary hearth type reduction furnace 10 0 0 used to receive steelmaking dust.
- This rotary hearth furnace 100 was tb to a hollow annular furnace 2 00, an annular hearth 3 0 0 that circulates in the furnace, and the furnace 2.0 0 side
- a furnace 2 00 having a predetermined number of burners 4 0 0 and 2 is provided with an alumina silicic refractory 2 2 0 on the inside of an outer wall 2 10 made of iron, and 1 0 0 0 0c It is designed to withstand ⁇ 1300 ° C temperatures in the furnace.
- composition of the refractory is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 06-206764.
- the pellets 5 0 0 and around the hearth 3 0 0 burner 4 Heating from 0 0 im L ⁇ pellet ⁇ o 0 0 Impurities such as zinc contained in it are removed.
- the pellets 500 from which the impurities have been removed are recovered. The pellets 500 thus collected are recycled.
- iron dust and sludge contain alkali components such as sodium (Na) and power rhodium (K) in the form of oxides, carbonates or chlorides. Therefore, when the temperature of the pellets 550 is heated in the furnace, the alkali components remain in the form of oxides, carbonates or chlorides, or sodium (Na) or calcium (K ) And the like are decomposed and volatilized, and the gas in the furnace contains alkali components. Then, the volatilized alkali component penetrates into the refractory and reacts with alumina and silica in the refractory.
- alkali components such as sodium (Na) and power rhodium (K) in the form of oxides, carbonates or chlorides. Therefore, when the temperature of the pellets 550 is heated in the furnace, the alkali components remain in the form of oxides, carbonates or chlorides, or sodium (Na) or calcium (K ) And the like are decomposed and volatilized, and the gas in
- the reaction product When the alkali component reacts with alumina and silica in the refractory, the reaction product may be clarified as a reaction product (K 2 O ⁇ A 1 2 O 3 ⁇ 2 S 1 0 2 ) or lucite ( 2 0 ' 8 1 2 ⁇ : ⁇ '4 S i ⁇ 2 ) etc. are generated, and large volume expansion occurs.
- the refractory 2 2 0 is peeled off, resulting in a problem that the life of the refractory 2 2 0 is shortened.
- a 1 2 O 3 is 92% by mass to 98% by mass as a refractory against a high temperature alkali atmosphere.
- refractories with a component ratio of Ca 0 to 2 mass% to 8 mass% are disclosed.
- the grain boundary joint portion 6 A 1 2 0 3 ⁇ C a 0 covers A 1 2 O 3 which is the aggregate, and the gas atmosphere containing the alkaline component A 1 It is said that the progress of reaction erosion of 20 3 can be suppressed.
- the purpose of the present invention is to provide a refractory material that is durable and has a long life under harsh conditions such as a gas atmosphere containing a high-temperature alkaline component.
- the amorphous refractory according to the present invention includes at least one of 2% by mass of 10% by mass of silicon carbide and 3% by mass to 10% by mass of chamomile as an auxiliary material, a binder, and the balance Is composed of a mixture of one or more main raw materials selected from corundum, Murray ⁇ , bauxite, chamotte, rholite, and silica, and is exposed to a gas atmosphere containing alkaline components It is used in.
- the temperature of the furnace is increased by heating the refractory having such a structure, for example, with the lining inside the furnace. Then, silicon carbide and / or chamo cake, which is an auxiliary material exposed on the surface layer of the refractory lined in the furnace, reacts hot with the alkali components contained in the furnace gas and melts. It is then vitrified.
- the alkaline component reacts with corundum or murai and the like, resulting in volume expansion. Due to the volume expansion due to the reaction with the Al force U component, the refractory was peeled off, and the life of the refractory became very short.
- silicon carbide and / or chamotte contained as an auxiliary material is melted to form a vitrified layer on the surface and prevent the invasion of gas. Prevent expansion, The durability of the refractory can be improved and the life can be extended.
- silicon carbide is 2% by mass to 10% by mass is that if the silicon carbide is less than 2% by mass, the vitrification layer film is incomplete and gas penetration cannot be blocked. When the content exceeds 10% by mass, the volume expansion of the reaction product generated by oxidation of silicon carbide is large. ⁇ The refractory is peeled off.
- the reason why the chamotte is 3 mass% to 10 mass% is that the vitrification layer film is incomplete and the gas intrusion cannot be blocked if the chamomile is less than 3 mass%. This is because the melting point of the entire refractory becomes too low when it exceeds 10% by mass, and it does not function as a refractory.
- the temperature is raised above a predetermined temperature while maintaining a fixed state, it means that powder is ⁇ .
- the binder include, for example, a material obtained by adding ultrafine alumina and Z or ultrafine silica to alumina cemento cocoon, and a material obtained by adding clay.
- the content of the binder is preferably o mass% or more in order to ensure strength, and 22 mass% or less in order to maintain corrosion resistance.
- the main raw material is to maintain the strength of the refractory. 5 8 mass% to mass
- the hot working temperature of the refractory of the present invention is 7 o 0 ° C or higher 1 4
- silicon carbide and / or chamomile does not melt and a glass coating is not easily formed unless the temperature is higher than 75 ° C.
- the refractory's refractory temperature 1 Of course, it can be used below 400 ° C.
- the glass coating tends to melt, which is not preferable.
- a sufficient vitrification layer is obtained when the auxiliary raw materials silicon carbide and Z or chamoso soot react with the alkali components contained in the furnace gas and are melted once and then vitrified.
- the concentration of the Al force component is preferably 0.1% by volume or more.
- the alkali components sodium (Na) and potassium (K) are oxides.
- K is in the form of oxides, ⁇ and N a 9 0, K as the metal vapor, N a is larger shadow to volume expansion of the refractories.
- the refractory of the present invention When it is contained in an amount of at least%, the refractory of the present invention is particularly effective because it exhibits its effect.
- the upper limit of the concentration of alkali components in the gas is 10 volume considering corrosion of post-processing equipment and accumulation of dust soot.
- gas of the Al force component is generated, but as other components in the atmospheric gas, it is ⁇ when heating in an oxidizing atmosphere.
- the binder is preferably 10 or less alumina cement, ultrafine alumina of 10% by mass or less, and / or ultrafine silica of 5% by mass or less.
- alumina cement ⁇ as a binder is 1
- the content is 0% by mass or less, the volume expansion of the alumina cement is not affected so much, and the function as a refractory can be achieved.
- the lower limit of the content of arsenate is not particularly stipulated, and a strength of 3% by mass or more is preferable in terms of securing strength.
- the force of ultrafine powder is not more than mass%.
- the lower limit of the content of finely powdered alumina and ultrafinely powdered silica is not particularly specified, but 1% by mass or more is preferable in terms of ensuring powder dispersion and strength and achieving a zero score.
- ultrafine powder is added for the purpose of ensuring fluidity by combining with a dispersing agent and for expressing high strength by reacting with arnacene ⁇ .
- a particle size of 101 ⁇ m or less is preferred.
- the lower limit of the particle size is not specified, but 1 Hm or more is preferred in terms of ensuring the dispersion and strength of the powder.
- At least one of the 2% by mass of 10% by mass of silicon carbide and the 3% by mass of 10% by mass of chamotte is contained.
- the particle size is preferably 200 ⁇ m or less.
- a glass film is formed on the surface of the refractory, and gas can be prevented from entering the refractory, thereby improving the durability of the refractory.
- the lower limit of the particle size of silicon carbide and silicon or chamotte is not particularly specified, and the force is less than 10 m, and the effect is saturated in that the glass film is formed by melting. Therefore, it is preferable to set it to 10 m or more.
- the present invention is a refractory formed inside a kiln, and after the amorphous refractory described in any of the above is lined in the furnace, it is hot in a gas atmosphere containing an Al force component. It is used in an environment exposed to, and a vitrified layer is formed on the surface with a thickness of 1 mm or less.
- the refractory of the present invention has a furnace temperature of 75 ° C. or higher 1 4
- the thickness of the vitrification layer is important to be 1 mm or less. This is because if the thickness of the vitrification layer exceeds 1 mm, it will be peeled off during cooling for furnace repair.
- the lower limit of the vitrification layer thickness is not particularly specified, but if it is less than 30 m, Since it may not be possible to prevent intrusion of a gas containing a sufficient amount of alkali components, it is preferable to set the length to 300 11 m or more.
- the vitrification layer thickness is usually usually 200 m or less.
- the refractory after lining the castable refractory, the refractory surface, it melted at 7 5 0 ° C or more, silica (S I_ ⁇ 2), Al Ca Li metal oxides (e.g., L i ⁇ 2, N a 2 ⁇ ), and the solution is applied containing alumina (A 1 2 0 3), exposed in hot subsequent gas atmosphere containing alkaline component I like it.
- silica S I_ ⁇ 2
- Al Ca Li metal oxides e.g., L i ⁇ 2, N a 2 ⁇
- the solution one containing silica as a main component and containing an oxide of alkali metal and alumina is used, and each component in the solution is composed of silica 70 to 9 7 mass. %, Alkali metal oxides 2 to 10% by mass, and alumina 1 to 20% by mass.
- the solution may be, for example, MgO, B,, O 3 etc. may be included.
- the reason why the temperature of the viscosity of the solution to be applied is based on 120 ° C. is that it is considered to be equivalent to the operating temperature in a furnace that handles gas.
- the upper limit of the viscosity of the above solution is not particularly limited, and a force of 0.5 Pa ⁇ s or less is preferable in terms of workability.
- the above solution is sprayed at room temperature and dried to remove moisture and vitrify. After that, the temperature is raised to the operating temperature, and when the furnace temperature exceeds 7500 ° C, partial melting starts, covering the entire refractory, and reacting with the gas containing alkaline components during operation. The formation of a gasified layer and subsequent invasion of gas containing alkali components can be prevented. 7 5 0 Melting is started at a temperature higher than ° C because the volatilization temperature of the gas containing the alkaline component is around 7500C.
- the film may be peeled off when used hot. Or it will melt. In that case, the refractory of the present invention and the Al force component in the gas reacts hot.
- vitrified layer Once melted, it is vitrified to form a vitrified layer, and the vitrified layer can prevent gas containing alkali components from entering the refractory.
- the present invention can also be established as a furnace, and has the following configuration.
- the kiln according to the present invention has the above-mentioned amorphous refractory lined, and the refractory is constructed in a plurality of sections, and between each adjacent section, the property ⁇ refractory material is applied. Is set within the range of the following formula (1) with respect to the theoretical expansion amount (D) of the refractory at the operating temperature.
- the kiln according to the present invention includes a plurality of compartments in which the above-described refractory is formed, and has a contractible refractory material provided in an adjacent section, and a set expansion allowance of each compartment is provided.
- the theoretical expansion amount (D) of the refractory at the operating temperature is within the range of the following formula (1).
- i, n an integer greater than or equal to 0
- the refractory tends to expand due to the hot condition, so when lining the amorphous refractory in the furnace, multiple refractories composed of amorphous refractories are used. It is constructed in sections and has a predetermined distance from the adjacent section so that when the refractory is heated and expanded, it is prevented from pushing out and pushing out each other. By applying at least the inside of the furnace, there is an effect of preventing the refractory materials corresponding to the length in the width direction from being pressed against each other during heating. (Hereafter, “predetermined spacing between sections of irregular refractory” and “space by breaks” may be collectively referred to as “expansion allowance.”)
- a contractible refractory material is installed in the space between the adjacent compartments so as to absorb the expansion of the refractory.
- the expansion allowance penetrates to the back of the refractory and is generally filled with a highly shrinkable refractory material 1 0 2 so that gas does not leak.
- a highly shrinkable refractory material 1 0 2 so that gas does not leak.
- coreline There are two main cases when 0 5 is inserted (hereinafter sometimes referred to as “scoreline”).
- the expansion allowance shown in Fig. 1 there is a thermal insulation brick 103 on the back of the refractory 10 1, and an iron skin 10 4 on the back.
- the expansion allowance is set in advance when the refractory is lined in the kiln, and the theoretical expansion amount of the refractory at the operating temperature is used as an index. This theoretical expansion amount can be obtained from the hot linear expansion coefficient measured by the method defined in JISR 2 5 5 5.
- the expansion allowance is set to a value that is less than 0.5 times the theoretical expansion amount, Since the refractory compartments strongly press the contractible refractory material together, gas leakage can be prevented.
- the expansion allowance set in advance is defined as “set expansion allowance” in the present application.
- the set expansion allowance is not less than 0.5 times and not more than 2 times the buried expansion amount (D) of the amorphous refractory at the operating temperature. As you can see, it is expressed by the following equation (1).
- i, n an integer greater than or equal to 0
- ⁇ PA means the length in the width direction when the shrinkable refractory material shrinks at the operating temperature
- ⁇ B is the width of the cut. It means the sum of the lengths in the direction.
- i and n are set to integers greater than or equal to 0 because the expansion allowance may be set only by the interval between adjacent sections when constructing the retractable refractory material. .
- silicon carbide and / or chamomile contained as an auxiliary material is melted to form a vitrified layer on the surface and prevent gas intrusion, so that the refractory by the reaction product Can prevent the expansion of the refractory, improve the durability of the refractory, and extend the life.
- the refractory by the reaction product Can prevent the expansion of the refractory, improve the durability of the refractory, and extend the life.
- the lifetime can be extended.
- by securing a sufficient expansion allowance even if the refractory expands hot, it is possible to prevent the refractory from sticking out.
- Figure 1 is a schematic diagram for explaining the set expansion allowance.
- Fig. 2 shows an example of a refractory according to the present invention, a conventional example, and a comparison.
- Figure 3 is a cross-sectional view of a rotary hearth furnace.
- Figure 4 is a cross-sectional view of a rotary hearth furnace.
- Figure 5 is a cross-sectional view of a rotary hearth furnace.
- Figure 6 shows the shape of the sample.
- Figure 7 shows the relationship between the silicon carbide content and the residual expansion.
- Fig. 8 is a diagram showing the relationship between the amount of residual expansion and the liquid phase ratio with respect to the content of chamomile.
- Figure 9 shows the effect of solution application on the residual expansion.
- Figure 10 shows a rotary hearth type main furnace.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of a refractory according to the present invention, a conventional example, and a comparative example.
- a refractory is a mixture of powders of different particle sizes mixed at a predetermined ratio with a binder.
- particles of each particle size are mixed at a ratio that results in a close packed structure when mixed.
- the particle size of the particles is classified into categories of 3 mm or more, lmm to 3 mm, 200 / m to: L mm, 200 m or less, and 10 X m or less.
- the particle size is classified by a sieve having a predetermined mesh.
- the embodiment of the present invention includes at least one main raw material selected from corundum, mullite, bauxite, chamotte, mouth stone, and shiki force, a binder, and an auxiliary raw material.
- the auxiliary raw material contains at least one of 2% by mass to 10% by mass of silicon carbide and 3% by mass to 10% by mass of chamotte.
- the particle size of silicon carbide and chamotte contained is 200 m or less.
- the binder is 10 mass% or less of alumina cement, ultrafine powder alumina with a particle size of 10 / m or less is 7 mass% or less, and ultrafine powder with a particle size of 10 m or less is 5 mass%. Contains at least one of the following. Specifically, in Examples 1 to 3, the main raw material is Murai rice cake.
- Example 1 3% by mass of silicon carbide having a particle size of 200 m or less is contained as an auxiliary material, 8% by mass of alumina cement as a binder, and a particle size of 10 m or less. 5% by mass of ultrafine alumina and 3% by mass of ultrafine silica having a particle size of 10 m or less are contained.
- Example 2 3% by mass of chamo cake having a particle size of 200 m or less as an auxiliary material was contained, 8% by mass of alumina cement as a binder, and an ultrafine particle having a particle size of 10 m or less. It contains 5% by mass of finely divided alumina and 3% by mass of ultrafine silica having a particle size of 10 / im or less.
- Example 3 3% by mass of silicon carbide having a particle size of 20.0 / m or less is contained as an auxiliary material, and 5% by mass of chamotte of 2300 or less of grain is contained in the binder.
- alumina cement As an 8 mass% alumina cement And 5% by mass of ultrafine alumina having a particle size of 10 m or less and 3% by mass of ultrafine silica having a particle size of 10 m or less.
- FIG. 3 to 5 are cross-sectional views of the furnace 2 0 0 of the rotary hearth furnace 1 0 0 described in FIG. 1 0 (background art).
- the refractory 6 00 mixed according to Examples 1, 2, and 3 is poured into the furnace, and the refractory 6 00 is lined (FIG. 3). Then, steelmaking dust or sludge pellets 550 are supplied into the furnace, and the burner 40 00 is ignited to raise the temperature of the furnace to 7500 ° C. to 130 ° C. ( Figure 4).
- alkaline components are derived from components concentrated in dust sludge, and usually 0.1% by mass or more is detected. By treating such dusty pellet pellets hot, the atmospheric gas will contain 0.1% by volume or more of alkaline components.
- Alkaline components volatilized from the perez ⁇ 50 0 react with silicon carbide and / or chamotte contained in the refractory 6 00 at the surface of the refractory 6 0 0.
- Alkali components (Na and K) react with silicon carbide and / or chamotte to produce products with low melting points and high temperatures in the furnace (750 ° C to 13 ° C). Once melted by 0 0 ° C), it is vitrified. Then, as shown in FIG. 5, a glass coating 6 10 is formed on the surface of the refractory 6 0 0.
- a glass coating 6 1 0 is formed on the surface layer of the refractory 6 0 0. Then, since the alkali component is shielded by the glass coating 61, it does not enter the refractory 6100. As a result, since there is no volume expansion due to the reaction between the refractory 6 00 and the alkali, the durability of the refractory 6 00 is improved and the life of the refractory 600 is extended.
- each sample is prepared by solidifying a refractory having a component ratio and a particle size ratio of Examples 1 to 3, Conventional Examples 1 and 2, and Comparative Example 1 into a brick shape as shown in FIG.
- the sample size is 1 14 mm x 65 mm x 23 Om m.
- each sample is set in the manhole part located 34 circles downstream from the feed port of the pellets 500.
- the actual furnace of Nippon Steel Kimitsu Works was used as the rotary furnace.
- the temperature in the furnace is about 1270 ° C, and the air ratio is about 0.95.
- the amount of expansion measured is the average of the expansion rates of the sample height a and length b.
- the conventional example 1 showed an expansion of 1.0% by volume or more
- the conventional example 2 showed an expansion of 0.5% by volume.
- Example 1 the expansion amount was 0.2% by volume, and in Example 3, the expansion amount was suppressed to 0.1% by volume. In contrast 1, measurement was not possible because a melted part occurred in the sample. Further, when the thickness of the vitrified layer was measured by cutting out a sample of the refractory according to each example, embedding in resin, polishing and observing the structure of the cross section, the surface of the refractory in each example was measured. The thickness of the vitrification layer was about 3 0 0 ⁇ m in Example 1, about 3 0 0 m in Example 2, and about 2 0 0 m in Example 3.
- FIG. 7 is a graph showing the relationship between the content of silicon carbide and the residual expansion amount
- FIG. 8 is a graph showing the relationship between the residual expansion amount and the liquid phase ratio with respect to the content of chamotte; It is.
- the liquid phase ratio is a theoretical value in a state of 1300 ° C.
- the data of Fig. 7 and Fig. 8 are shown in Table 1 and Table 2, respectively.
- Fig. 7 it is shown that the amount of residual expansion increases when silicon carbide is less than 2% by mass. This is because the glass film formed on the surface of the refractory is incomplete due to too little silicon carbide, and the gas containing the alkaline component penetrates into the refractory, and the refractory and alkali This is thought to be because the reaction proceeds.
- the content of chamo cake is preferably 3% by mass or more so that an effective glass film is formed on the surface of the refractory.
- the melting point of the refractory decreases, and the melting rate increases and the liquid phase ratio increases, so the content of chamo cake becomes higher than the melting point of the refractory. It must be so small that it does not drop too much. So, Shamo '
- Table 3 shows Examples 4 5 6 of the solution applied to the surface of the refractory. In either case, melting starts at 75 ° C. or higher and the viscosity at 120 ° C. is 0.1 Pa ⁇ s or higher. The effect when the coating material is applied after lining the above-mentioned amorphous refractory inside the rotary hearth reduction furnace 100 in Fig. 10 will be described. Table 3
- the coating materials of Examples 4 to 6 were applied off-line to the material of Example 1, and a sample of the refractory coated with the coating material of each Example was cut out and embedded in resin.
- the film thickness of the coating material was measured by polishing and observing the cross-sectional structure, the film thickness of the coating material was about 100 m in all cases.
- the actual furnace of Nippon Steel Kimitsu Works was used as the rotary furnace.
- the temperature in the furnace is about 1270 ° C, and the air ratio is about 0.95.
- a sample was collected and the amount of swelling was measured.
- the amount of expansion measured is the average of the expansion rates of the sample height a and length b.
- samples after the exposure test are collected by core boring and collected.
- part of the coating material was peeled off, and it was confirmed that the amount of expansion could be further suppressed by applying a coating that would cause the coating material to peel off during exposure.
- the operating temperature is determined from the planned operating conditions.
- the theoretical expansion amount of the refractory is obtained from the hot linear expansion coefficient measured according to JI S R 2 5 5 5 from the operating temperature. Then, the set expansion allowance is arbitrarily determined within the range of the upper limit value and the lower limit value of the following formula (1). After that, the number of score lines n, the interval B, and the interval A of the section corresponding to the contraction rate of the compressible refractory used are determined so as to match the set expansion amount to be secured. '.
- the wall of the castable wall is constructed using the refractory of Example 1 at intervals of about 2 m.
- the operating temperature is 1300 ° C.
- the theoretical expansion coefficient at that temperature is 0.8% according to JI S R 2 5 5 5.
- the theoretical expansion of the working surface is 16 mm.
- refractory construction can be designed to meet the set expansion.
- the main raw material is Murray cocoon, but the main raw material may be any one selected from ⁇ Random, Mulite, Bokisai moth, Chamochi moth, Rhoishi, and Siri force.
- the ratio of the particle diameter is not particularly limited, and the coarse to fine powder may be mixed at a predetermined ratio. However, it is preferable that the ratio be dense when mixed as a refractory.
- the particle size of silicon carbide and chamomile contained is not more than 200 m, but is not limited to this.
- the glass is appropriately vitrified. For example, it may be 300 m or less.
- the field ⁇ used as a refractory for a rotary hearth furnace has been described as an example, but it can be used as a refractory for various other purposes.
- the furnace temperature is 4 00 to 1500 ° C
- a melting tank that does not come into contact with molten glass It may be applied to the ceiling of a building or the wall of a heat storage room.
- Alkaline vapor is generated from glass in these parts, the temperature is as high as 7 ⁇ 0 ° C to 140 ° C, and refractories are also known to be damaged by alkaline vapor erosion. It is a part.
- the present invention may be applied to a portion where the temperature is from 75 ° C. to 120 ° C. and where the alkali vapor exists.
- the stalker type can be applied to the wall part from the combustion stage to the post-combustion stage, and the fluidized bed type can be applied to the freeboard part or the upper part of the gas cooling chamber.
- the present invention can be suitably used in a gas furnace in which alkaline steam is generated.
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Abstract
過酷な条件においても耐久性を保ち長寿命である耐火物を提供する。不定形耐火物は、補助原料として、2質量%~10質量%の炭化珪素および3質量%~10質量%のシャモットの少なくともいずれか1つと、結合材と、残部がコランダム、ムライト、ボーキサイト、シャモット、ロー石、シリカから選ばれた1種以上の主原料、との混合物からなり、アルカリ成分を含むガス雰囲気に熱間で曝される環境で用いられる。高温(750℃以上)でかつアルカリ成分を含むガス雰囲気において、炭化珪素および/またはシャモットが耐火物の表層で厚み1mm以下でガラス化して、耐火物の内部にアルカリ成分を含むガスが侵入するのを防止する。
Description
耐火物
技術分野
本発明は、 例えば、 炉内ガス中にアルカ リ成分を含む窯炉等に内 張り されて、 アルカ リ成分を含むガス雰囲気に熱間で曝される環境 で用いられる不定形耐火物に明関する。
背景技術
書
製鉄ダス トゃスラッジを還元して亜.鉛等の不純物を除去し、 得ら れた還元鉄を高炉の原料'等に再利用することが行われている。 図 1
、、 、
0 は、 製鉄ダス 卜ゃスフ ッ ン 迎元するのに用いられる回転炉床式 還元炉 1 0 0 を示す図でめる。
この回転炉床炉 1 0 0 は、 中空の円環状である炉 2 0 0 と、 炉内 において周回する円環状の炉床 3 0 0 と 、 炉 2 .0 0 の側 |¥に t b れた所定数のバーナー 4 0 0 と、 を備えている 炉 2 0 0 は、 鉄製 である外壁 2 1 0の内側にアルミナシリ力質の耐火物 2 2 0が内張 りされ、 1 0 0 0 °c 〜 1 3 0 0 °Cになる炉内の问温に耐 λるように なっている。
なお、 耐火物の組成と しては、 特開平 0 6 ― 2 0 6 7 6 4号公報 に開示力 ある。
ペレツ 卜状に固められた製鉄ダス 卜ゃスラヅ ンが炉床に供給され ると、 ペレツ 卜 5 0 0が炉床 3 0 0 ととちに炉内を回る 炉内を回 る際にバーナー 4 0 0からの加熱 im Lよ Όぺレッ 卜 o 0 0 中に含 まれる亜鉛等の不純物が取り除かれる。 そして 、 不純物が除去され たペレツ 卜 5 0 0が回収される。
このように回収されたペレツ ト 5 0 0がリサイ クルされる。
こ こで、 製鉄ダス トやスラッジにはナ ト リ ウム ( N a ) や力 リ ウ ム (K ) などのアルカ リ成分が酸化物、 炭酸塩、 または塩化物等の 形態で含まれているので、 炉内でペレツ 卜 5 0 0 を加熱昇温すると 、 アルカ リ成分が酸化物、 炭酸塩、 または塩化物等の形態のまま、 あるいはナ ト リ ウム ( N a ) やカ リ ウム ( K ) などが分解して揮発 し、 炉内のガスにアルカ リ成分が含まれることになる。 すると、 揮 発したアルカ リ成分が耐火物のなかに侵入し、 耐火物中のアルミナ およびシリカと反応する。 耐火物中のアルミナおよびシリカにアル カ リ成分が反応すると、 反応生成物と してやカ リ オファ ライ 卜 ( K 2 O · A 1 2 O 3 · 2 S 1 〇2 )ゃルーサィ ト ( 2〇 ' 八 1 2〇:< ' 4 S i 〇2 )などが生成され、 大'きな体積膨張が生じる。 このように耐火物 2 2 0のなかで部分的に体積膨張が生じる結果、 耐火物 2 2 0が剥 落し、 耐火物 2 2 0 の寿命が短くなるという問題が生じていた。
こ こで、 例えば、 特開平 0 6 — 2 0 6 7 6 4号公報には、 高温ァ ルカ り雰囲気に対する耐火物と して、 A 1 2 O 3 が 9 2質量%〜 9 8質量%であり、 C a〇が 2質量%〜 8質量%である成分割合の耐 火物が開示されている。
このような構成によれば、 6 A 1 2 〇 3 · C a 〇である粒界結合 部が骨材となる A 1 2 O 3 を被覆し、 アルカ リ成分を含むガス雰囲 気による A l 2 0 3 の反応侵食の進行を抑制することができるとさ れている。
しかしながら、 ペレツ ト 5 0 0 を加熱昇温するとペレツ ト 5 0 0 から水分が揮発する。 すると、 特開平 0 6 — 2 0 6 7 6 4号公報に 開示される成分割合では、 含有される C a 〇が水分と反応して体積 膨張して耐火物がスレーキングを起こ し、 耐火物が構造を保てなく なるという問題が生じる。 そのため、 製鉄スラ ッジを還元する炉の
耐火物と して高い耐久性能を有する耐火物が望まれていた。
本発明の 的は 、 高温のアルカ リ成分を含むガス雰囲気などの過 酷な条件において 、 耐久性を保ち長寿命である耐火物を提供するこ とにある 発明の開示
本発明の不定形耐火物は、 補助原料と して 2質量 % 1 0 量% の炭化 ¾素および 3質量%〜 1 0質量 %のシャモッ 卜の少なく とも いずれか 1 つと、 結合材と、 残部がコ ランダム、 ムラィ 卜、 ボーキ サイ ト、 シャモッ ト、 ロー石、 シリカから選ばれた 1 種以上の主原 料、 との混合物からなり、 アルカ リ成分を含むガス雰囲気に 間で 曝される環境で用いられ'ることを特徴とする。
このような構成による耐火物を例えば炉内に内張 Ό した状能で炉 内を加熱昇温する。 すると、 炉内に内張り された耐火物の表層部分 に露出している補助原料である炭化珪素および/またはシャモ 卜 が、 炉内ガスに含まれるアルカ リ成分と熱間で反応して 、 旦溶融 したのちにガラス化される。
このように耐火物 表層がガラス化されると、 炉内のガスが耐火 物の内部に侵入することが防止される
例えば、 炉内のガスがアル力 リ成分を含んでいる場 αに炉内のガ スが耐火物中に侵入すると、 アルカ リ成分がコランダムゃムラィ 卜 等と反応して体積膨張が生じる。 このようなアル力 U成分との反応 による体積膨張のために耐火物が剥落し、 耐火物の寿命が非常に短 くなつていた。
この点、 本発明では、 補助原料と して含有される炭化珪素および /またはシャモッ トが溶融して表面にガラス化層を形成し、 ガスの 侵入を防止するので、 反応生成物による耐火物の膨張を防止して、
耐火物の耐久性能を向上させ、 寿命を長くする とができる。
で、 炭化珪素を 2質量%〜 1 0質量%とするのは 、 炭化珪素 が 2質量%未満ではガラス化層の膜が不完全でガスの侵入を遮断で きないからであり、 炭化珪素が 1 0質量%を超えると 炭化珪素が 酸化されて生じる反応生成物の体積膨張が大き <な Ό 耐火物が剥 落してしまうカゝらである。
また 、 シャモッ トを 3質量%〜 1 0質量%とするのは 、 シャモッ 卜が 3質量%未満ではガラス化層の膜が不完全でガスの侵入を遮断 できない力、らであり、 シャモッ ト力 1 0質量%を えると耐火物全 体の融点が低くなりすぎて耐火物と して機能しな <なるからである なお 、 結合材とは、 常-温では粉末同士を結合させずに不定形状態 を保ち 、 所定の温度以上に昇温されると、 粉末を結 □させるものを いう。 結合材と しては、 例えば、 アルミナセメ ノ 卜に超微粉アルミ ナおよび Zまたは超微粉シリカを加えたものや さ らに粘土を加え たものが例と して挙げられる。
また 、 結合材の含有量は、 強度を確保するために o質量%以上と し、 耐食性を維持するために 2 2質量%以下とする とが好ましい 主原料は、 耐火物の強度を維持するために 5 8質量 % 〜 質量
%とすることが好ましい。
本発明の耐火物の熱間での使用温度と しては 7 o 0 °C以上 1 4
0 0 °C以下であることが好ま しい。
7 5 0 °c以上でなければ炭化珪素および/またはシャモッ 卜が溶 融してガラス被膜が生成されにく いからである
ただし、 予め耐火物を所定時間 7 5 0 °C以上に昇温して耐火物の 表層にガラス化層を形成させておけば、 耐火物の耐火温度である 1
4 0 0 °C以下で使用できることはもちろんである。
なお、 1 4 0 0 °Cを超えると、 ガラス被膜が溶融しやすく なるの で好ま しくない。
また、 補助原料である炭化珪素および Zまたはシャモソ 卜が、 炉 内ガスに含まれるアルカ リ成分と熱間で反応して、 一旦溶融したの ちにガラス化される際に、 充分なガラス化層厚を形成するためには
、 アル力 リ成分の濃度と しては、 0 . 1 容量 %以上であることが好 ま しい。
.例えば 、 製鉄ダス トやスラッジを被加熱休と して用いた場合、 ァ ルカ リ成分であるナ ト リ ウム ( N a ) やカ リ ゥム ( K ) は 、 酸化物
、 炭酸塩 、 あるいは塩化物の形態で含まれているため 、 加熱させた り、 一部分解や還元させ'ることで、 雰囲気ガスに含まれるアルカ リ 成分と しては、 酸化物の形態である K 2 〇や N a 2 〇 、 金厲蒸気と して K , N a、 炭酸塩、 塩化物などが考えられ 。 しの Όち、 特に
、 酸化物の形態である K , 〇や N a 9 0、 金属蒸気と して K , N a が 、 耐火物を体積膨張させる影 が大きい。
従って、 ガス成分中に K 2 oや N a 2 〇、 K 、 N a力' 0 . 1 容
%以上含まれている場合には、 特に、 本発明の耐火物が効力を発揮 するため好ましい。 一方、 ガス中のアルカ リ成分濃度の上限と して は 、 後処理設備の腐食やダス 卜の堆積問題を考慮すると、 1 0容
%以下が好ま しい。
尚、 ガス中のアル力 リ成分濃度を直接測定するのは困難なので 、 実際には、 被加熱体中のアル力 成分濃度と、 被加熱休の量と、 対 象とする炉内容積などから、 計算で求めることが現実的であ
また、 上記の通り、 アル力 リ成分のガスが発生するが、 雰囲気ガ ス中のその他の成分と しては、 酸化雰囲気中での加熱の場合は〇
、 C〇 2 、 H , 〇、 N 。 などが 、 還元雰囲気中での加熱の場合は C
〇、 H 2 などが例示できる。
本発明では、 前記結合材は、 1 0 以下のアルミナセメン 卜 と、 Ί 質量%以下の超微粉アルミナ 、 および または、 5質量 %以 下の超微粉シリカであることが好ま しい。
このような構成において、 結合材と してのアルミナセメン 卜を 1
0質量 %以下とすれば、 アルミナセメ ン 卜の体積膨張がそれほど影 響せずに耐火物と しての機能を果たすことができる。 また、 ァル ナセメン トの含有量の下限値は特に規定するものではない力 3質 量%以上が強度の確保という点で好ましレ
また、 超微粉アルミナが 7 量%超では 、 ガス中のアル力 リ成分 との反応による体積膨張の影響が大きくなるため、 7質量%以下と
「
することが好ましい。 一方、 超微粉シリ 力を 質量%以下とするの も同様の理由でめ' 。 微粉ァルミナおよび超微粉シリカの含有量 の下限値は特に規定するものではないが、 1 質量%以上が粉末の分 散および強度の確保とレ 0点で好ましい
また、 超微粉は 、 分散材と組み合わせることで流動性を確保する と、 およびアル ナセメ ン 卜と反応させて高い強度を発現させる とを目的に添加されるが 、 十分目的を達するためには、 超微粉ァ ルミナ、 超微粉シ 力ともに、 粒径 1 0 1丄 m以下が好ましい 。 また 超微粉アルミナ 、 超微粉シリカともに 、 粒径の下限値は特に規定 するものではないが 、 1 H m以上が粉末の分散および強度の確保と いう点で好ま しい o
本発明では、 含有される前記 2質量% 1 0質量%の炭化珪素お よび前記 3質量% 1 0質量%のシャモッ 卜の少なく ともいずれか
1 つは、 粒径が 2 0 0 μ. m以下であることが好ましい。
このような構成において 、 炭化珪素および/またはシャモッ 卜の 粒径を 2 0 0 m以下とすることにより 、 炭化珪素および Zまたは
シャモッ トが溶融しやすくなり耐火物の表面にガラス被膜を形成し やすく なる。
その結果、 耐火物の表面にガラス被膜が形成され、 ガスが耐火物 の内部に侵入することを防止して耐火物の耐久性能を向上させるこ とができる。
また、 炭化琏素およびノまたはシャモッ 卜の粒径の下限値は特に 規定するものではない力 1 0 m未満と してち、 溶融してガラス 被膜が生成されるという点では、 その効果が飽和するため、 1 0 m以上とすることが好ま しい。
また、 本発明は、 窯炉の内部に形成される耐火物であって、 前述 したいずれかに記載の不定形耐火物を炉内に内張り した後、 アル力 成分を含むガス雰囲気'に熱間で曝される環境で用いられて、 表層 にガラス化層が 1 m m以下の厚さで生じていることを特徴とする。 具体的には、 本発明の耐火物を炉内温度と して 7 5 0 °C以上 1 4
0 0 °c以下の熱間で、 炉内ガス成分と してアルカ リ成分が含まれる ガスに曝された場合、 アルカ リ成分と補助原料と して添加された炭 化珪素 、 および または 、 シャモッ 卜力 反応して 、 ガラス化層を生 成する その厚みは、 1 m m以下であることが重要である。 なぜな ら、 ガラス化層厚みが 1 m m超では炉補修を行 ための冷却時に剥 離してしまうためである 一方、 ガラス化層厚みの下限は特に規定 するものではないが、 3 0 m未満では十分にァルカ リ成分を含む ガスの侵入を防止できない場合があるため、 3 0 11 m以上とするこ とが好ましい。
尚、 本発明の耐火物を実炉に使用 した場合 、 ガラス化層厚みは、 通常は 2 0 0 m以下であることが多い。
前記耐火物に係る発明では、 前記不定形耐火物を内張り した後、 耐火物表面に、 7 5 0 °C以上で溶融し、 シリカ ( S i〇 2 ) 、 アル
カ リ金属の酸化物 (例えば L i 〇 2 、 N a 2 〇) 、 及びアルミナ ( A 1 2 0 3 ) を含む溶液が塗布され、 その後アルカ リ成分を含むガ ス雰囲気に熱間で曝されるのが好ま しい。
こ こで、 溶液と しては、 シリカを主成分と して、 アルカ リ金厲の 酸化物、 及びアルミナを含むものが用いられるが、 溶液中の各成分 は、 シリカ 7 0 〜 9 7 質量%、 アルカ リ金属の酸化物 2 〜 1 0質量 %、 及びアルミナ 1 〜 2 0質量%とするのが好ま しく 、 溶液は、 こ れらの他に、 例えば、 M g〇、 B, , O 3 等を含んでもよい。
溶液は、 7 5 0 °C以上で溶融し、 回転円筒法 (例えば、 「溶鉄 · 溶滓の物性値便覧」 (日本鉄鋼協会偏) P 35を参照) で測定した粘 度が 1 2 0 0 °Cにおいて 0 . 1 P a · s以上となるのが好ましく 、 5 0 m以上、 5 0 0 m'未満の膜厚で皮膜を形成するのが好ま しい 膜厚が 5 0 m未満では、 アルカ リ成分を含むガスの遮断効果が 薄れるためである。 一方、 膜厚を 5 0 0 w m未満とするのは、 それ 以上でもアルカ リ成分を含むガスの遮断効果がかわらないにもかか わらず、 溶液の特性上、 複数回の塗布が必要となり作業量が増える ためである。
ここで、 塗布する溶液の粘度の温度を 1 2 0 0 °Cを基準と したの は、 ガスを扱う炉における使用温度相当と考えられるためである。 また、 上記の溶液の粘度の上限値は特に規定するものではない力 0 . 5 P a · s以下が施工性という点で好ま しい。
上記の溶液は、 常温で吹き付け、 乾燥して水分を除去しガラス化 させる。 その後、 稼動温度まで上昇させて、 炉内温度が 7 5 0 °C以 上となると一部溶融を開始して、 耐火物全体を覆い、 稼動時にはァ ルカ リ成分を含むガスと反応してガラス化層を形成し、 その後のァ ルカ リ成分を含むガスの浸入を防止することができる。 尚、 7 5 0
°c以上で溶融を開始させるのは、 アルカ リ成分を含むガスの揮発温 度が 7 5 0 C前後であるためでめ
このように溶液を塗布して皮膜を形成することにより、 溶液を塗 布しない場口よ り も耐火物にァルカ リ成分を含むガスが侵入する とを確実に防止して耐火物の寿命をさ らに延長できる o
但し の様にアルカ リ成分を含むガスの遮断を目的と して、 上 記の溶液を塗 - fi して被膜を形成させたと しても、 熱間で使用する とにより、 被膜は剥離したり、 あるいは溶融することになる。 その 際には 、 本発明の耐火物とガス中のアル力 成分が熱間で反応して
、 一旦溶融したのちにガラス化されて、 ガラス化層を形成するこ と になり 、 ガラス化層によってァルカ リ成分を含むガスが耐火物中に 侵入するこ とを防止できる。
本発明は、 炉と しても成立するものであり、 具休的には 、 次の 構成を具備するものである。
すなわち、 本発明に係る窯炉は、 前述した不定形耐火物を内張し て耐火物が複数の区画で施工され、 かつ、 隣接.する区画間に 性 缓 耐火材が施ェされ それぞれの区画の設定膨張代が 、 使用温度での 前記耐火物の理 膨張量 (D ) に対して下記式 ( 1 ) の範囲内とな ることを特徴とする。
また、 本発明に係る窯炉は、 前述した耐火物が形成された複数の 区画を備え、 かつ、 隣接する区間内に設けられる可縮性耐火材を有 し、 それぞれの区画の設定膨張代が、 使用温度での前記耐火物の理 論膨張量 (D ) に対して下記式 ( 1 ) の範囲内となるこ とを特徴と する。
0. 5xD≤ ρΑ + γΒ i ≤ 2xD · · · (1)
i =0
A : 隣接する区画との間隔
P : 可縮性耐火材の可縮率
B i : 区画を構成している不定形耐火物の少なく とも炉内側 ί: 施された切れ目の幅方向の長さ
D : 使用温度での不定形耐火物の理論膨張量
i , n : 0以上の整数
一般的にガスを対象とする窯炉においては、 熱間状態によ り耐火 物が膨張しやすいため、 炉内に不定形耐火物を内張りする際に、 不 定形耐火物で構成される複数の区画に分けて施工され、 隣接する区 晖とは所定の間隔を有することにより 、 耐火物が加熱されて膨張し たときに、 お互い押し合つてせり出してしまう ことを防止している また、 耐火'物の少なく とも炉内 目を施すこと により、 の幅方向長さに相当する 耐火物が加熱 に 、 お互い押し合つてせ しまう ことを 防止する効果がある。 (以降、 「不定形耐火物の区画の所定の間隔 」 や 「切れ目による空間」 を総称して、 「膨張代」 と記載するこ と がある。 )
さ らに、 上記の隣接する区画との間の空間に、 耐火物の膨張を吸 収できる様に可縮性耐火材が施工される。
具体的に図 1 を用いて説明する。 膨張代は、 図 1 に示すように、 耐火物の背面まで貫通し、 一般にガスが漏れないように可縮率の高 い耐火材 1 0 2 を充填する場合と、 表面にある間隔で切れ目 1 0 5 を入れる場合 (以降、 「スコアライ ン」 と記載することがある。 ) の主に 2通り ある。 図 1 に示す膨張代では、 耐火物 1 0 1 の背面に は、 断熱用のれんが 1 0 3があり、 その背面に鉄皮 1 0 4 となる構 成となっている。
また、 上記の隣接する区画との間の空間に充填される耐火材 1 0
2は可縮性耐火材.が用いられており、 ガスを扱う炉では、 A l 2 〇 3 — S i O 2 系のセラミ ックファイノ 一や M g O— S i O 2 系のセ ラミ ックファイバ一などが例示される。
膨張代は、 耐火物を窯炉に内張りする際に、 事前に設定するもの であり、 その指標と して、 使用温度における当該耐火物の理論膨張 量が用いられる。 この理論膨張量とは、 J I S R 2 5 5 5に定 められた方法により測定した熱間線膨張率により求めることができ る。
通常、 ガスを扱う炉においては、 炉内からガスが漏れない様にす るために、 膨張代として理論膨張量の 0. 5倍未満という値に設定 して、 耐火物を施工することにより、 耐火物の区画同士が可縮性耐 火材を強く押し合うため'、 ガスの漏れを防止できている。 この様に 、 事前に設定する膨張代を、 本願では 「設定膨張代」 と定義する。
これに対して、 アルカ リ成分を含むガスが炉内に存在する場合、 すなわち、 耐火物がアルカ リ成分を含むガス雰囲気に熱間で曝され る場合に耐火物の膨張が大きくなること、 および、 補助原料と して 炭化珪素を用いる際にガス雰囲気中に酸素が存在する場合、 この酸 素と反応して S i 〇.2 を生成することで耐火物の膨張がより大きく なることが新たに判明したことから、 設定膨張代を従来より も大き くすることが重要であることを、 新たに見出した。
具体的には、 設定膨張代と して、 使用温度での不定形耐火物の埋 論膨張量 ( D ) に対して、 0. 5倍以上、 2倍以下とすることが好 ましいことがわかり、 式で表現すると下記式 ( 1 ) となる。
0. 5xD≤ A + ^B i ≤ 2xD · ' · (1)
i =0
A : 隣接する区画との間隔
P : 可縮性耐火材の可縮率
B i : 区画を構成している不定形耐火物の少なく とも炉内側に 施された切れ目の幅方向の長さ
D : 使用温度での不定形耐火物の埋論膨張量
i, n : 0以上の整数
尚、 式 ( 1 ) の中辺の意味は、 厂 P A」 が可縮性耐火材が使用温 度で収縮した際の幅方向長さを意味しており、 「∑ B ,」 は切れ目 の幅方向の長さの総和を意味している。
こ こで、 i 、 n を 0以上の整数と しているのは、 可縮性耐火材を 施工する際の隣接する区画との間隔のみで設定膨張代を設定する場 合もあるためである。
設定膨張代が上記の理論膨張量 ( D ) に対して 0 . 5倍未満では
、 アルカ リ成分を含むガスと耐火物との反応が促進され、 耐火物の 膨張量が大きく耐火物がお互いに迫るとと もに、 炉の冷却時にアル カ リ との反応層が剥離して耐火物の厚みが減ってしまう。 特に、 炭 化珪素を用いる際にガス雰囲気中に酸素が存在する場合、 この酸素 と反応して S i O 2 を生成することで耐火物の膨張がより大きくな るため、 耐火物がお互いに迫ることがより顕著になるため、 好ま し くない。
一方、 理論膨張量 ( D ) に対して 2倍を超える場合には、 隣接す る耐火物の区画との間の空間に施ェされている可縮性耐火材のシ一 ル性が低下するため、 炉内ガスが耐火物背面に回り、 炉殻である鉄 皮が赤熱してしまう可能性があるため、 好ま しくない。
本発明によれば、 補助原料と して含有される炭化珪素および/ま たはシャモッ 卜が溶融して表面にガラス化層を形成し、 ガスの侵入 を防止するので、 反応生成物による耐火物の膨張を防止して、 耐火 物の耐久性能を向上させ、 寿命を長くすることができる。 また、 所 定の性状の溶液を塗布して耐火物に膜を形成させることで、 さ らに
寿命を長くすることができる。 さ らに、 設定膨張代を十分に確保す ることで、 耐火物が熱間で膨張しても耐火物の押し合いによるせり 出しを防止することができる。 図面の簡単な説明
図 1 は設定膨張代を説明するための模式図。
図 2 は本発明にかかる耐火物の実施例と、 従来例および対比例を 示す図。 ,
図 3 は回転式炉床炉の炉を断面した図。
図 4 は回転式炉床炉の炉を断面した図。
図 5 は回転式炉床炉の炉を断面した図。
図 6 はサンプルの形状'を示す図。
図 7 は炭化珪素の含有量と残存膨張量との関係を示す図。
図 8 はシャモッ 卜の含有量に対する残存膨張量と液相率との関係 を示す図。
図 9 は残存膨張量への溶液塗布の影響を示す図。
、鹿
図 1 0は回転炉床式 元炉を示す図。
図において、 参照符 はそれぞ.れ下記の如くである : 1 0 0 …回 転式炉床炉、 2 0 0 炉、 2 1 0 …外壁、 2 2 0 …耐火物、 3 0 0
···炉床 、 4 0 0 ···ノ 一ナ一、 5 0 0 ···ペレッ ト、 6 0 0…耐火物、
6 1 0 …ガラス被膜、 1 0 1 …耐火物、 1 0 2…可縮性耐火材、 1
0 3 ···断熱れんが、 1 0 4…鉄皮、 1 0 5…スコアライ ン。 発明を実施する最良の形態
以下 、 本発明の実施の形態について説明する。
図 2 は、 本発明にかかる耐火物の実施例と、 従来例および対比例 を示す図である。
耐火物は、 異なる粒度の粉体を所定の割合で混合した混合物に結 合材を混ぜたものである。 本発明の実施例では、 混合したときに最 密充填構造となる割合で各粒径の粒子を混合する。 粒子の粒径と し ては、 3 m m以上、 l m m〜 3 m m、 2 0 0 / m〜 : L m m、 2 0 0 m以下、 1 0 X m以下のカテゴリーに分類される。 なお、 粒径は 、 所定のメ ッシュをもったふるいで分類したものである。
そして、 本発明の実施例では、 コ ランダム、 ムライ ト、 ボーキサ イ ト、 シャモッ ト、 口一石、 シ 力から選ばれた 1 種以上の主原料 と、 結合材と、 補助原料と、 を含み、 補助原料は、 2質量%〜 1 0 質量%の炭化珪素および 3質量%〜 1 0質量%のシャモッ 卜の少な く ともいずれか 1 つを含有している。 さ らに、 含有される炭化珐素 およびシャモッ 卜の粒径'が 2 0 0 m以下である。 また、 結合材と して 1 0質量%以下のアルミナセメ ン トと、 粒径 1 0 / m以下の超 微粉アルミナが 7質量%以下および粒径 1 0 m以下の超微粉シリ 力が 5質量%以下の少なく ともいずれか 1 つが含有されている。 具体的には、 実施例 1 〜 3では、 主原料がムライ 卜である。
そして、 実施例 1 では、 補助原料と して 2 0 0 m以下の粒径の 炭化珪素が 3質量%含有され、 結合材と して 8質量%のアルミナセ メン トと、 粒径 1 0 m以下の超微粉アルミナ 5質量%および粒径 1 0 m以下の超微粉シリカ 3質量%が含有されている。
実施例 2では、 補助原料と して 2 0 0 m以下の粒径のシャモッ 卜が 3質量%含有され、 結合材と して 8質量%のアルミナセメン 卜 と、 粒径 1 0 m以下の超微粉アルミナ 5質量%および粒径 1 0 /i m以下の超微粉シリカ 3質量%が含有されている。
実施例 3では、 補助原料と して 2 0 0 // m以下の粒径の炭化珪素 が 3質量%含有されるとともに 2 0 0 以下の粒怪のシャモッ ト が 5質量%含有され、 結合材と して 8質量%のアルミナセメン トと
、 粒径 1 0 m以下の超微粉アルミナ 5質量%および粒径 1 0 m 以下の超微粉シリカ 3質量%が含有されている。
次に、 このような成分組成および粒径割合の耐火物を炉の内張り に使用する形態について図 3〜図 5 を参照して説明する。
図 3〜図 5 は、 図 1 0 (背景技術) において説明した回転式炉床 炉 1 0 0の炉 2 0 0 を断面した図である。
まず、 例えば実施例 1 、 2 、 3 に従って混合した耐火物 6 0 0 を 炉内に流し込んで耐火物 6 0 0 を,内張りする (図 3 ) 。 そして、 炉 内に製鉄ダス 卜ゃスラッジのペレツ 卜 5 0 0 を供給するとともに、 バーナー 4 0 0 を点火して炉内を 7 5 0 °C〜 1 3 0 0 °Cに加熱昇温 する (図 4 ) 。
このとき、 ペレツ 卜 5 ' 0 0からは亜鉛等の不純物が除去されると ともに、 ペレッ ト 5 0 0 に含まれるアルカ リ金属の酸化物 ( N a 2 〇, K 2 〇) 、 炭酸塩、 塩化物といったアルカ リ成分がそのまま揮 発したり、 あるいは分解や還元されて揮発してく る。
これらのアルカ リ成分はダス トゃスラッジに濃化した成分に由来 し、 通常は、 0 . 1 質量%以上が検出される。 この様なダス トゃス' ラ ッジのペレツ 卜を.熱間で処理することにより、 雰囲気ガスには 0 . 1 容量%以上のアルカ リ成分が含まれることとなる。
ペレツ 卜 5 0 0から揮発したアルカ リ成分は、 耐火物 6 0 0 の表 層において耐火物 6 0 0 に含まれる炭化珪素および/またはシャモ ッ トと反応する。 炭化珪素および/またはシャモッ トに対してアル カ リ成分 ( N aや K ) が反応して、 低融点の生成物が生成されると ともに、 炉内の高温 ( 7 5 0 °C〜 1 3 0 0 °C ) によって一旦溶融し た後、 ガラス化される。 すると、 図 5 に示されるように、 耐火物 6 0 0 の表面にガラス被膜 6 1 0が形成される。
このように耐火物 6 0 0 の表層にガラス被膜 6 1 0が形成される
と、 アルカ リ成分がガラス被膜 6 1 0で遮蔽されるため、 耐火物 6 0 0 の内部には侵入しない。 その結果、 耐火物 6 0 0 とアルカ リ と の反応による体積膨張がないため、 耐火物 6 0 0 の耐久性が向上し 、 耐火物 6 0 0の寿命が長くなる。
〔 1 〕 実施例 1 〜実施例 3
次に、 図 2 の実施例 1 、 2 、 3で混合した耐火物を試験した結果 について説明する。
本発明に係る実施例 1 、 2 、 3(と、 従来例 1 、 2 、 加えて、 本発 明の成分割合から外れる対比例 1 について実験した。
実験方法について説明する。
まず、 実施例 1 〜 3 、 従来例 1 、 2および対比例 1 の成分割合お よび粒度割合の耐火物を'図 6 に示されるようなレンガ形状に固めて 各サンプルを作成する。 サンプルのサイズは、 1 1 4 m m X 6 5 m m X 2 3 O m mである。 そして、 回転炉床炉 1 0 0 の実炉において ペレツ 卜 5 0 0 の供給口から 3 4周下流側に位置するマンホール 部に各サンプルをセッ 卜する。
なお、 回転炉と しては、 新日鉄君津製鉄所の実炉を使用 した。 炉内の温度はおよそ 1 2 7 0 °Cであり、 空気比は 0 . 9 5程度で ある。 ペレツ 卜に含まれるアルカ リ成分は、 1< 2 〇で 1 質量%、 N a 2 〇で 1 質量%であった。 この状態で、 3 ヶ月間の曝露試験の後 、 サンプルを回収して、 膨張量を測定した。 測定する膨張量と して は、 サンプルの高さ a と縦 b とのそれぞれの膨張率の平均である。 試験の結果、 従来例 1 では 1 . 0容量%以上の膨張を示し、 従来 例 2 では 0 . 5容量%の膨張を示した。 これに対し、 実施例 1 、 2 では膨張量は 0 . 2容量%であり、 実施例 3では膨張量は 0 . 1 容 量%に抑えられた。 なお、 対比例 1 では、 サンプルに溶融部分が生 じたために測定不能であった。
また、 各実施例に係る耐火物のサンプルを切り出し、 樹脂に埋め 込み、 研磨して断面の組織を観察することにより、 ガラス化層の厚 みを測定したところ、 各実施例における耐火物表面のガラス化層の 厚みは、 実施例 1 では略 3 0 0 ^ m、 実施例 2では略 3 0 0 m、 実施例 3では略 2 0 0 mであった。
以上の実験から本発明の効果が確認された。
さ らに、 図 7 は、 炭化珪素の含有量と残存膨張量との関係を示す グラフであり、 図 8 は、 シャモッ; 卜の含有量に対する残存膨張量と 液相率との関係を示す図である。 なお、 図 8 において、 液相率は 1 3 0 0 °Cの状態における理論値である。 図 7 、 図 8 のデータをそれ ぞれ表 1 、 表 2 に表す。
表 1
表 2
図 7 について説明すると、 炭化珪素が 2質量%未満になると、 残 存膨張量が大きくなることが示されている。 これは、 炭化珪素が少 なすぎるために耐火物の表面に形成されるガラス被膜が不完全とな り、 耐火物の内部にアルカ リ成分を含むガスが侵入し、 耐火物とァ ルカ リ との反応が進行してしまうからであると考えられる。
また、 炭化珪素が 1 0質量%を超えた場合も耐火物の残存膨張量 が大きくなることが示されている。 · は、 炭化珪素が多すぎると
、 炭化珪素白体とアルカ リ成分 ¾含むガスとの反応によつて.生成さ れる反応生成物の体積膨張の影響が大きくなるためであると考えら れる。 したがつて、 炭化珪素は 2質量%〜 1 0質量 の含有量に 調整することが好ま しい。
次に、 図 8 について説'明すると、 シャモッ 卜の含有量が多く なれ ば残存膨張 は小さ くなつていく ことが示されている したが'つて
、 シャモッ 卜の含有量については、 耐火物の表面に効果的なガラス 被膜が形成される程 の 3質量 %以上であることが好ましいことが 示される。 その一方、 シャモッ 卜の含有量が多くなると 、 耐火物の 融点が下がり 、 溶ける割合が多く なって液相率が高くなつていく こ とが分かる したがって、 シャモッ 卜の含有量は耐火物の融点が下 がり過ぎない程度にしなければならない。 よつて、 シャモッ 卜は、
3質量%〜 1 0質量%の含有量に調整することが好ましい。
〔 2〕 実施例 4〜実施例 6
表 3 は、 耐火物の表面に塗布する溶液の実施例 4 5 6 を示し たものである 。 いずれも 7 5 0 °C以上で溶融を開始し 1 2 0 0 c 時の粘性が 0 . 1 P a · s 以上のものである 。 図 1 0 の回転炉床式 還元炉 1 0 0の内部に前述した不定形耐火物を内張り した後 、 コ ティ ング材を塗布したときの効果について述ベる。
表 3
まず、 実施例 1 の材料に、 実施例 4〜実施例 6 のコーティ ング材 をオフライ ンで塗布し、 各実施例のコーティ ング材が塗布された耐 火物のサンプルを切り出し、 樹脂に埋め込み、 研磨して断面の組織 を観察することにより、 塗布材の皮膜厚みを測定したところ、 塗布 材の皮膜厚みは、 いずれも略 1 0 0 mであった。
次に、 前述の方法と同.様に、 回転炉床炉 1 0 0実炉を用いて曝露 試験を行った。 何も塗布.しない実施例 1 の材料そのものと、 実施例 1 の材料に実施例 5のコ一ティ ング材を、 上記オフライ ンで塗布し た条件と同じ条件で塗布したものとを準備する。 サンプルのサイズ は、 1 1 4 m m X 6 S m m X 2 3 0 m mである。 そして、 回転炉床 炉 1 0 0の実炉においてペレツ 卜 5 0 0の供給口から 3 / 4周下流. 側に位置するマンホール部に各サンプルをセッ トする。
なお、 回転炉と しては、 新日鉄君津製鉄所の実炉を使用 した。 炉内の温度はおよそ 1 2 7 0 °Cであり、 空気比は 0 . 9 5程度で ある。 この状態で、 3 ヶ月間の曝露試験の後、 サンプルを回収して 、 膨張量を測定した。 測定する膨張量と しては、 サンプルの高さ a と縦 b とのそれぞれの膨張率の平均である。
試験の結果、 図 9 に示す様に、 実施例 5 の塗布なしでは 0 . 2容 量%の膨張を示したが、 塗布ありでは膨張量は 0 . 0 5容量%まで 抑制できた。
また、 曝露試験後のサンプルをコアボーリ ングにより採取し、 採
取した耐火物の断面を観察したところ、 コーティ ング材の一部が剥 離しており、 曝露中コーティ ング材は剥離してしまうカ^ 塗布する ことで膨張量を一層抑制できることが確認できた。
次に、 実炉に不定形耐火物を施工する場合、 その設計の考え方を 以下に示す。
まず最初に、 予定している操業条件から使用温度を決める。 次に
、 使用温度から J I S R 2 5 5 5に従い測定した熱間線膨張率 より 当該耐火物の理論膨張量が求まる。 そして、 下記式 ( 1 ) の上 限値と下限値の範囲内で、 任意に設定膨張代を決定する。 その後、 確保するべき設定膨張量に見合う様に、 スコアライ ンの数 n、 間隔 B , と、 用いる可縮性耐火材の可縮率に対応した区画の間隔 Aが決 まる。 ' .
0. 5xD≤ p A + VB i ≤ 2xD · · · (1)
1 =0 '
( i , nは 0以上の整数)
具体的に式 ( 1 ) を用いて設計するに際しての考え方を、 回転炉 床炉に適用するに際し、 回転炉床炉に施工する場合を例に挙げて以 下に示す。
回転炉床炉の施工に当って、 ほぼ 2 m間隔でキャス夕ブルの壁を 、 実施例 1 の耐火物を用いて施工する場合を想定する。
予定している操業条件から、 使用温度は 1 3 0 0 °Cとする。 その 温度での理論膨張率は J I S R 2 5 5 5に従い 0. 8 %と求ま る。 その結果、 稼動面の理論膨張量は、 1 6 mmとなる。
従って、 式 ( 1 ) から、 設定膨張代と して、 8 m m以上 3 2 m m 以下を確保することが好ましい。 そこで、 今回は 3 2 mmの設定膨 張代を確保することを選択した場合を想定する。
スコアライ ンは 1 箇所のみと して、 間隔を 1 1 mm確保すること
とする。 その結果、 残り 2 1 m mの膨張代を禱火.物! ¾画の間隔でと る必要がある。 ここでは 、 可縮率 7 0 %の A 1 2 O 3 - S i O 2 の セラミ ックファイバ一を耐火物区画の間の空間に施工するため 、 区 画の間隔 Aは、
0 . 7 X A = 3 2 m m — 1 1 m m = 2 1 m m
A = 2 1 m m ÷ 0 7 = 3 0 m m
となる。
この様にして、 設定膨張量に 合う様に、 耐火物の施工を設計す ることができる。
なお、 本発明は前述の実施形態に限定されず 、 本発明の目的を達 成できる範囲での変形 、 改良等は本発明に含まれる。
例えば、 実施例では 、 主原料をムラィ 卜と したが、 主原料は 、 ^ ランダム、 ムライ ト、 ボーキサイ 卜、 シャモッ 卜、 ロー石、 シリ 力 から 1 種以上選択したものであればよい。
粒径の割合は特に限定されるものではなく 、 粗粒から微粒の粉体 を所定の割合で混合すればよい。 ただし、 耐火物と して混合したと きに密になる割合であることが好ま しい。
ただし 、 本発明の趣旨から、 含有される炭化珪素およびシャモッ 卜の粒径が 2 0 0 m以下であることが好ま しい力 、 これに限定さ れず、 例 ば 、 適切にガラス化される程度であればよいので、 例 ば 3 0 0 m以下と してもよい。
また、 上記実施形態では回転炉床炉の耐火物と して利用する場 α を例にして 5兑明したが 、 耐火物と してその他種々の用途に利用でさ る。
例えば 、 炉内温度が 、 4 0 0 〜 1 5 0 0 °c 、
で 元雰囲気である高 炉シャフ 卜部に適用 しても良い。
あるいは、 ガラス溶解炉において、 溶融ガラスと触れない溶解槽
の天井部や蓄熱室壁などに適用 しても良い。 これらの部分は、 ガラ スからアルカ リ蒸気が発生し、 温度も 7 δ 0 °C〜 1 4 0 0 °Cと高温 であり、 耐火物もアルカ リ蒸気の侵食により損傷することが知られ ている部位である。
さ らには、 焼却炉において、 温度が 7 5 0 °C〜 1 2 0 0 °Cでアル カ リ蒸気が存在する部分へも適用 しても良い。 例えば、 ス トーカー 式であれば燃焼段から後燃焼段にかけての壁部分、 流動床式であれ ばフ リーボード部やガス冷却室上部などに適用可能である。 産業上の利用可能性
本発明は、 アルカ リ蒸気が発生するガス炉において、 好適に利用 できる。 '
Claims
1 . 補助原料と して、 2質量%〜 1 0質量%の炭化珪 および 3 質量%〜 1 0質量%のシャモッ 卜の少なく ともいずれか 1 つと 合材と、 残部が 3ランダム、 ムライ 卜、 ポーキサイ 卜、 シャモッ 卜
、 ロー石、 シリ力から選ばれた 1 種以上の主原料、 との 八口物から 青
なり、
アルカ リ成分を含むガス雰囲気に熱間で曝される環境で用いられ ことを特徴とする不定形耐火物。
2 . 請求項 1 に 己載の不定形耐火物において、
前記結合材は 1 0質量%以下のアルミナセメ ン 卜と 、 粒径 1 0 囲
以下の超微粉ァルミ'ナが 7質量%以下および粒径 1 0 m以下 の超微粉シリカが 5質量%以下の少なく ともいずれか 1 つ、 との混 合物であることを特徴とする不定形耐火物。
3 . 請求項 1 または請求項 2 に記載の不定形耐火物において 前記 2質量% 1 0質量%の炭化珪素および前記 3質量% 1 0 質量%のシャモッ 卜の少なく ともいずれか 1 つは、 粒径が 2 0 0 m以下であることを特徴とする不定形耐火物。
4 . 窯炉の内部に形成される耐火物であって、
請求項 1 〜請求項 3のいずれかに記載の不定形耐火物を炉内に内 張り した後、
アルカ リ成分を含むガス雰囲気に熱間で曝される環境で用いられ て、 表層にガラス化層が 1 m m以下の厚さで生じていることを特徴 とする耐火物。
5 . 請求項 4 に記載の耐火物において、
前記不定形耐火物を内張り した後、
耐火物表面に 7 5 0 °C以上で溶融し、 シリカを主成分と して、
アルカ リ金属の酸化物、 及びアルミナを含む溶液が塗布され、 その後アルカ リ成分を含むガス雰囲気に熱間で曝されることを特 徴とする耐火物。
6. 請求項 1 〜請求項 3のいずれかに記載の不定形耐火物を内張 して耐火物が複数の区画で施工され、 かつ、 隣接する区画間に可縮 性耐火材が施工され、
それぞれの区画の設定膨張代が、 使用温度での前記耐火物の理論 膨張量 (D) に対して下記式 ( 1,) の範囲内となることを特徴とす る.ことを特徴とする窯炉。
0. 5xD≤ p Α + ΥΒ i ≤ 2xD · · · (1)
A : 隣接す,る区画との間隔
P : 可縮性耐火材の可縮率
B i : 区画を構成している不定形耐火物の少なく とも炉内側に 施された切れ目の幅方向の長さ
D : 使用 曰度での不定形耐火物の理論膨張量 .
i 、 π : 0以上の整数
7. 請求項 4又は請求項 5に記載の耐火物が形成された複数の区 画を備え、 かつ 、 隣接する区画間に設けられる可縮性耐火材を有し それぞれの区画の設定膨張代が、 使用温度での前記耐火物の理論 膨張量 (D) に対して下記式 ( 1 ) の範囲内となることを特徴とす ることを特徴とする窯炉。
0. 5xD≤ pA + y,B i ≤ 2xD · · · (1)
i =0
A : 隣接する区画との間隔
P : 可縮性耐火材の可縮率
B i : 区画を構成している不定形耐火物の少なく とも炉内側に
施された切れ目の幅方向の長さ
D : 使用温度での不定形耐火物の理論膨張量 i 、 n : 0以上の整数
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