JP2007277349A - Ｃｄｑ用アルミナ−シリカ系れんが - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＤＱのプレチェンバ下端部に築造するれんがとして、ＣＤＱの操業条件が従来よりもより高温領域になっても使用可能な、耐熱衝撃性と耐摩耗性に優れたＣＤＱ用アルミナ−シリカ系れんがを提供すること。
【解決手段】粒径１ｍｍ以上の耐火原料としてムライトを５〜４０質量％、非晶質シリカを５〜３０質量％、１ｍｍ以下の耐火原料としてアルミナを５〜３０質量％を含有し、残部がアルミナ−シリカ系耐火原料からなる耐火原料配合物を使用する。ムライトと非晶質シリカによって耐熱衝撃性が向上し、アルミナを使用することによって耐摩耗性が向上する。
【選択図】なし

Description

本発明は、コークス乾式消火設備（ＣＤＱ）、とくに、ＣＤＱのプレチェンバ下端部の築造に使用するアルミナ−シリカ系れんがに関する。

高炉製鉄用のコークスは、コークス炉より排出した赤熱コークスを消火後に切り出し、整粒を行って使用する。

赤熱コークスの消火法としては、近年、散水消火よる湿式消火法に代わって、赤熱コークスの顕熱回収あるいは生成するコークス品質の優位性から、ＣＤＱによる乾式法が広く行われている。

ＣＤＱにおいて、赤熱コークスは、頂部の投入口からプレチェンバ内に投入され、少しずつ下方に移動してクーリングチャンバー内に入り、下方から導入された冷却ガスにより冷却される構造になっている。このため、ＣＤＱの内張りれんがは、赤熱コークスに対する耐摩耗性と耐熱衝撃性が要求され、赤熱コークスが、投入後、滑り落ちるスロッピングフリュー部を含むプレチェンバ下端部は、コークスによる加熱と冷却ガスによる冷却が繰り返されるため割れ抜け落ちが非常に大きく、これがＣＤＱの寿命のネックとなっている。

このスロッピングフリュー部の内張りの割れ抜け落ちを防止するには、内張りの構造上と材質上の二面からの方策が採られてきた。

構造上の方策としては、特許文献１に、スロッピングフリュー柱れんがに楔による係止構造を設けて、荷重による割れ抜け落ちを防止することが、また、特許文献２には、プレチェンバの周囲に仕切壁を設けて柱部への荷重を分散する構造とすることが開示されている。

また、材質上の方策は、ＣＤＱによる顕熱回収のための媒体ガスとして、従来から、主に窒素が使用されているが、最近は、顕熱回収率の増大と省エネルギーの観点から、従来の窒素に加えて空気を導入する操業形態が増えつつあり、これに伴って、内張耐火物が曝される温度は高温側へ変化するとともに、ＣＤＱ内の温度変化も大きくなっていることにより、より重要性を帯びてきている。

通常、ＣＤＱ内張耐火物には、化学成分がＡｌ_２Ｏ_３が４０〜６０質量％、ＳｉＯ_２が３０〜５０質量％、それに、耐スポーリング性を付与するために、低熱膨張率鉱物としてムライト、シリナマイト、アンダリュサイトを含む耐熱衝撃性や耐摩耗性に優れたアルミナ−シリカ系れんがが主に使用されている。

しかしながら、従来からこのＣＤＱ内張耐火物の中でもプレチェンバ下端部に使用されているアルミナ−シリカ系れんがには、不純物の多い天然原料が多く用いられており、このため、操業中、れんが中の不純物が一部溶融しれんがの強度が低下し、高温における熱衝撃による割れと摩耗損傷、さらには、長期間稼働後の炉体変形が著しくなる等の問題がある。

そこで、ＣＤＱの耐用性を向上するために、内張耐火物の耐摩耗性や耐熱衝撃性を向上することも検討されており、例えば、特許文献３には、Ａｌ_２Ｏ_３が５０〜６０ｗｔ％、ＳｉＯ_２が３５〜４５ｗｔ％で、これら以外の微量化学成分の含有量が２ｗｔ％以下となるようにした配合組成をもつれんがが開示されている。そして、フラックス成分量は、２ｗｔ％以下にする必要があることも示されている。

この内張耐火物中のフラックス成分量を減らすことは、確かに耐熱衝撃性と耐摩耗性向上に効果をもたらすものではあるが、さらに耐用性を延ばすためには、れんがの化学成分に加えて、れんが中の鉱物相の構成割合が重要となってくる。

耐摩耗性を向上するためには、特許文献３の配合組成をもとにＡｌ_２Ｏ_３成分として耐摩耗性に優れるコランダムを多用することが考えられるが、コランダムは熱膨張が比較的大きいため耐熱衝撃性が低下しＣＤＱの内張耐火物として実用的なれんがが得られない。また、耐熱衝撃性を重視して熱膨張率の小さいムライトを多くしたとしても高温での耐熱衝撃性は不十分である。
実公平４−４９１６２号公報 特開平６−２４８２７０号公報 特開昭６３−１９０７５４号公報

本発明が解決しようとする課題は、ＣＤＱのプレチェンバ下端部に築造するれんがとして、ＣＤＱの操業条件が従来よりもより高温領域になっても使用可能な、耐熱衝撃性と耐摩耗性に優れたＣＤＱ用アルミナ−シリカ系れんがを提供することにある。

本発明のＣＤＱ用アルミナ−シリカ系れんがは、粒径１ｍｍ以上の耐火原料としてムライトを５〜４０質量％、非晶質シリカを５〜３０質量％、１ｍｍ以下の耐火原料としてアルミナを５〜３０質量％含有し、残部がアルミナ−シリカ系耐火原料からなる耐火原料配合物を使用してなるものである。

そして、残部のアルミナ−シリカ系耐火原料には、粒径１ｍｍ以下のアンダリュサイト及び／またはシリナマイトを１０〜４０質量％含むことができる。

本発明では、耐熱衝撃性を付与するために粒径１ｍｍ以上の耐火原料としてムライトと非晶質シリカを併用使用する。ムライトは、熱膨張率が小さくしかも１５００℃まで結晶構造が安定して変化しないことから、れんがに耐熱衝撃性と容積安定性を付与する。その使用量は、５〜４０質量％とする。５質量％未満では十分な耐熱衝撃性と容積安定性が得られず、４０質量％を超えると、粗粒部が多くなりすぎて耐摩耗性が低下する。

非晶質シリカは、耐熱衝撃性を向上する目的で使用する。その粒径は、ＣＤＱの操業過程でクリストバライトやトリジマイトに転移し難い、すなわち結晶化し難いように１ｍｍ以上のものを使用する。１ｍｍ未満ではＣＤＱの操業過程で結晶化してしまい耐熱衝撃性が低下してくる。また使用量は、５〜３０質量％とする。５質量％未満では、耐熱衝撃性の向上効果が不十分で、３０質量％を超えるとＣＤＱの操業過程で非晶質シリカ粒子の表層の一部がクリストバライトやトリジマイトへ転移した結晶相の割合がれんが組織に対して多くなりすぎて耐熱衝撃性の効果が不十分となる。

アルミナは、耐摩耗性を向上する目的で粒径１ｍｍ以下のものを使用する。粒径１ｍｍ以下の耐火原料はマトリクスを形成するが、低融物を含むために生じる高温での耐摩耗性低下を回避する必要があり、酸化物系の耐火原料の中では最も耐摩耗性に優れるアルミナを使用する。その使用量は、５〜３０質量％とする。５質量％未満では耐摩耗性の向上効果が不十分で、３０質量％を超えるとれんがの熱膨張率が大きくなり、耐熱衝撃性が不足する。

残部の耐火原料として使用するアンダリュサイト及び／またはシリナマイトは、粒径１ｍｍ以下のものを１０〜４０質量％使用する。アンダリュサイト及び／またはシリナマイトを粒径１ｍｍ以下の微粉として使用することで、れんがの熱膨張率を小さくし、しかも粒径１ｍｍ以下のアルミナ粒子と組み合わせて使用することでアルミナの一部と反応して耐熱性の高い緻密なマトリクスを形成することができる。その結果、マトリクス部は、アルミナ使用による耐摩耗性効果を十分引き出すことができ、しかも耐スポーリング性に優れる組織となる。なお、粘土はこのマトリクスのボンドを形成するために３〜１８質量％使用することが好ましい。３質量％未満の場合には、マトリクスのボンドが十分発達できず、１８質量％を超えると低融物の生成量が多くなりすぎ耐摩耗性が低下する。

本発明のアルミナ−シリカ系れんががプレチェンバ下端部に築造するれんがとして耐摩耗性と耐熱衝撃性を発揮するためには、焼成後の見掛け気孔率が１０〜２０％であることが好ましい。１０％以下であると高弾性率となり耐熱衝撃性が不十分となり、２０％を超えると組織がポーラスになりすぎて耐摩耗性が不十分となる。

そして、本発明のアルミナ−シリカ系れんがをＣＤＱのプレチェンバ下端部に使用することで、従来のアルミナ−シリカ系れんがより大幅に耐摩耗性と耐熱衝撃性が優れるためＣＤＱの寿命を大幅に延長することが可能になる。

耐熱衝撃性と耐摩耗性を併せ持つ本発明のアルミナ−シリカ系れんがによって、ＣＤＱの寿命が大幅に向上する。とくに、温度変化が顕著なプレチェンバ下端部に本発明のアルミナ−シリカ系れんがを築造することによって熱衝撃損傷が軽減される。したがって、炉寿命が延長し、しかも赤熱コークスの顕熱回収率増大とともに、高品質のコークスを安定的に製造することができる。

本発明で使用するムライトは、通常、耐火物用の耐火原料として市販されている焼結ムライトや電融ムライトを使用することができる。耐熱衝撃性及び耐摩耗性の面から、８０％以上がムライトの結晶からなり、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２の合計の含有率が９７質量％以上であることが好ましく、より好ましくは９９質量％以上である。

本発明で使用する非晶質シリカは、珪石等のシリカ原料を電気炉等で溶融して製造されたガラス状の非晶質組織を有するシリカ原料であって、耐火物として一般的に使用されている耐火原料を使用することができる。また、ＳｉＯ_２成分が９９質量％以上のものを使用することが好ましい。不純物が多いとＣＤＱの操業過程で非晶質シリカがクリストバライトやトリジマイトに結晶化するために、耐熱衝撃性が低下してくる。

本発明で使用するアルミナは、電融アルミナ、焼結アルミナ、仮焼アルミナ、ボーキサイト、あるいはバン土頁岩等のうち１種以上を使用することができる。より好ましくは、Ａｌ_２Ｏ_３含有率が９５質量％以上の電融アルミナあるいは焼結アルミナを使用する。

残部に使用する耐火原料は、粒径１ｍｍ以上の耐火原料として使用したムライト及び非晶質シリカに悪影響を与えず耐熱衝撃性と耐摩耗性に優れる結合組織を形成しやすい点からアルミナ−シリカ系耐火原料を使用する。このアルミナ−シリカ系耐火原料は、粒径１ｍｍ以下として使用することが好ましく、シリナマイト、アンダリュサイト、クリストバライト、トリジマイト、ムライト、ジルコニアムライト、アルミナジルコニア、ボーキサイト、バン土頁岩、シャモット、ロウ石、フリット、ガラス屑、Ｓｉ、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ合金あるいは粘土等のうち１種または２種以上を使用することができる。粒径１ｍｍ以上で使用する場合、シリナマイト、アンダリュサイト、クリストバライト、トリジマイト、アルミナ、ジルコニアムライト、アルミナジルコニア、ボーキサイト、バン土頁岩、シャモット、あるいはロウ石等のうち１種または２種以上を１０質量％以下であれば使用可能である。

本発明のアルミナ−シリカ系れんがは、これらの耐火原料から構成される耐火原料配合物にバインダーを添加して混練、プレス成形、焼成することで得られる。

耐火原料配合物の化学成分としては、Ａｌ_２Ｏ_３が４０〜７０質量％、ＳｉＯ_２が２５〜６０質量％、これら以外の成分が４質量％以下であることが好ましく、より好ましくは２質量％以下である。Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２以外の成分が４質量％を超えると、不純物によってＣＤＱの操業過程でれんが組織中に低融物が生成するため耐摩耗性及び耐熱衝撃性が不十分となる場合がある。

焼成温度の上限は、非晶質シリカがクリストバライトやトリジマイトへ転移しないかあるいは耐火原料粒子の表面のみが転移する温度であることが好ましい。好ましい焼成温度は、昇温時間やキープ時間によって異なるが、酸化雰囲気下で１１００〜１４５０℃の範囲であれば良い。

焼成後のれんがの見掛け気孔率を１０〜２０％にするためには、本発明の範囲内において原料粒径の最適化、成形圧、及び焼成条件等の調整を行うと良い。

このようにして得られたアルミナ−シリカ系れんがは、ＣＤＱのプレチェンバ下端部に築造することで、ＣＤＱの寿命延長に効果が得られる。ここでいうプレチェンバ下端部とは、プレチェンバの下から５段目までと、その下のスロッピングフリュー部をいう。

表２及び表３に示す耐火原料配合に、バインダーとしてリグニンスルホン酸０．５質量％を水溶液で適量の水とともに外掛けで添加して混練後、フリクションプレスで並形れんが形状に成形し、乾燥後、大気雰囲下で１３００℃で焼成した。使用した耐火原料の化学成分と鉱物組成は表１に示す。いずれも耐火物用として一般に市販されている耐火原料を使用した。

耐熱衝撃性は、ＪＩＳＲ２１０１に規定の標準並形形状に加工した各種試験れんがを１４００℃の大気中に１時間保持した後、１時間強制空冷するサイクルを１０回繰り返した時の亀裂発生程度から評価した。表中の○は亀裂発生したが剥落しない、△は６回から１０回の間で剥落した、×は５回以内で剥落した、を表す。耐摩耗性は、外径５０ｍｍで厚さ３０ｍｍの円盤形状に加工した各種試験れんがを、１１００〜１４００℃の大気中で、アルミナ焼結体と８０Ｎの荷重で摺動させ、摺動摩耗量を指数表示して比較評価した。摩耗指数が小さいほど耐摩耗性は高い。見掛け気孔率は、ＪＩＳ−Ｒ２２０５に従い測定した。曲げ強度は、ＪＩＳ−Ｒ２２１３に従い測定した。

表２において、実施例１は本発明の範囲内であり、耐熱衝撃性及び耐摩耗性ともに優れる結果となった。これに対して、比較例１は、実施例１の粒径１ｍｍ以上の耐火原料の焼結ムライトの代わりにシリナマイトを使用した例であり、耐摩耗性に劣る結果となっている。比較例２は、粒径１ｍｍ以上の耐火原料として焼結ムライトに代わりに焼結アルミナを使用した例であり、耐熱衝撃性が劣っている。比較例３は、粒径１ｍｍ以上の耐火原料として溶融シリカを使用しない例であり、耐熱衝撃性が劣っている。比較例４は、粒径１ｍｍ以上の耐火原料としてムライトを使用しない例であり、低強度で耐摩耗性が劣っている。比較例５は、粒径１ｍｍ以上の耐火原料としてムライト及び溶融シリカの代わりにシリナマイトを使用した例であり、耐熱衝撃性及び耐摩耗性ともに劣る結果となっている。比較例６は、粒径１ｍｍ以下の耐火原料としてアルミナを使用していない例であり、耐摩耗性に劣る結果となっている。

表３に示す実施例２〜実施例６は本発明の範囲内であり、耐熱衝撃性及び耐摩耗性ともに優れる結果となっている。

Claims (4)

1. 粒径１ｍｍ以上の耐火原料としてムライトを５〜４０質量％、非晶質シリカを５〜３０質量％、粒径１ｍｍ以下の耐火原料としてアルミナを５〜３０質量％含有し、残部がアルミナ−シリカ系耐火原料からなる耐火原料配合物を使用してなるＣＤＱ用アルミナ−シリカ系れんが。
2. 残部のアルミナ−シリカ系耐火原料に、粒径１ｍｍ以下のアンダリュサイト及び／またはシリナマイトを１０〜４０質量％含む請求項１に記載のＣＤＱ用アルミナ−シリカ系れんが。
3. 焼成後の見掛け気孔率が１０〜２０％である請求項１または請求項２に記載のＣＤＱ用アルミナ−シリカ系れんが。
4. ＣＤＱのプレチェンバ下端部に使用する請求項１、請求項２または請求項３に記載のＣＤＱ用アルミナ−シリカ系れんが。