JP2014159350A - 耐火モルタル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 耐火組成物がアルミナ原料、炭化珪素原料、炭素原料及びチタニア原料からなる耐火モルタルであって、耐火組成物100質量%に対して、アルミナ原料を50質量%〜85質量%、炭化珪素原料を5質量%〜20質量%、炭素原料を5質量%〜15質量%及びチタニア原料を1質量%〜15質量%含有し、さらに、分散剤を外掛けで0.1質量%〜1.0質量%添加することを特徴とする耐火モルタル。図3において、No.1‐2は、本発明の耐火モルタルの溶損速度であり、No.1−5、No.1‐7及びNo.3‐4は、比較例の耐火モルタルの溶損速度である。
【選択図】図3
Description
さらに好適には、高炉、出銑樋、溶銑鍋または混銑車などの内張りを耐火煉瓦で築造する際に使用する耐火モルタルに関する。
そのような、アルミナ−炭化珪素−炭素質の耐火モルタルに関する技術として例えば、混銑車の内張りレンガ用として、アルミナ質耐火骨材粉末100質量部に対し1μm以下の粒子を70質量%以上有する超微粉炭化珪素を5〜20質量部、カーボンを2.5〜12.5質量部および硫酸アルミニウムを1〜4質量部併用した結合剤を添加混合した組成物よりなる耐火目地モルタルが開示されている(特許文献1)。
このような先行目地損耗の原因は色々と考えられ、耐火モルタルに起因するものとしては、(1)耐火モルタル自体の溶損、および(2)耐火煉瓦の膨張・収縮による耐火モルタルとの目地開きから溶融金属やスラグが侵入することによる溶損などが考えられる(非特許文献1)。
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、内張りを耐火煉瓦で築造した窯炉、特に溶銑鍋や混銑車などの溶銑予備処理を行う容器において、スラグに対する耐食性及び耐火煉瓦との接着性に優れ、もって先行目地損耗を抑制することが可能な耐火モルタルを提供することである。
すなわち、本発明の耐火モルタルは、耐火組成物がアルミナ原料、炭化珪素原料、炭素原料及びチタニア原料からなる耐火モルタルであって、耐火組成物100質量%に対して、アルミナ原料を50質量%〜85質量%、炭化珪素原料を5質量%〜20質量%、炭素原料を5質量%〜15質量%及びチタニア原料を1質量%〜15質量%含有し、さらに、分散剤を外掛けで0.1質量%〜1.0質量%添加することを特徴とする。
本発明の耐火モルタルの特徴は、耐食性に優れるアルミナ−炭化珪素−炭素質の耐火モルタルにおいて、特定割合のチタニア原料を含有し、さらに、分散剤を外掛けで0.1質量%〜1.0質量%添加することで、耐食性を損なうことなく耐火煉瓦との接着性が向上するため、先行目地損耗を抑制できることである。
チタニア原料による耐火煉瓦との接着性向上の作用機構は明らかではないが、例えば図1に示すように、高温になると耐火モルタルから耐火煉瓦へTiの移動が見られる。図1(B)にエネルギー分散型元素分析装置による分析をしめすが、白い点がTiである。このTiの移動によって耐火モルタルと耐火煉瓦が強固に結びつき、結果、接着性が向上するものと考えられる。
本発明の耐火モルタルの組成を、溶銑鍋や混銑車などの溶銑予備処理容器の内張りに使用する場合を例にとって説明する。耐火モルタルは、アルミナ原料、炭化珪素原料、炭素原料及びチタニア原料からなる耐火組成物に、さらに、分散剤を外掛けで0.1質量%〜1.0質量%と水を添加し、必要なちょう度になるよう適宜調整する。
また、各原料の粒度も特に限定されるものではなく、通常の耐火モルタルで使用する粒度の原料を使用することができる。すなわち、耐火モルタルの作業性(鏝切れ、鏝のび、接着時間)、目地の厚み、高温時の耐火モルタルの収縮性などを考慮し、適宜選択して使用する。好ましい粒度としては、平均粒径が1.0mm以下であり、より好ましくは平均粒径が0.3mm以下である。
アルミナ原料は、耐食性向上のためにAl2O3含有量が80質量%以上のボーキサイト、礬土頁岩、あるいはAl2O3含有量が95質量%以上の電融アルミナ、焼結アルミナ、仮焼アルミナ等を使用するのが好ましい。
アルミナ原料の含有量は、耐火組成物100質量%に対して50質量%〜85質量%である。アルミナ原料の含有量が50質量%未満では、相対的に炭化珪素原料や炭素原料などの非酸化物の含有量が多くなるため、非酸化物が酸化してガラスなどの低融点物をつくりやすくなり、耐食性が低下する。またアルミナ原料の含有量が85質量%を超えて多くなると、相対的に非酸化物の含有量が少なくなるためスラグに対する耐食性が低下する。好ましくは、55質量%〜70質量%である。
炭化珪素原料は、SiCの含有量が90質量%以上のものが好ましい。SiC以外の成分としては、金属鉄又は酸化鉄が挙げられる。金属鉄又は酸化鉄は炭化珪素原料の酸化を促進し劣化を助長するため、できるだけ少ない方が良い。高耐食性の観点から、炭化珪素原料中のSiC含有量は94質量%以上で、金属鉄又は酸化鉄の含有量はFe2O3換算で1質量%以下であるのがより好ましい。
炭化珪素原料の含有量は、耐火組成物100質量%に対して、5質量%〜20質量%である。炭化珪素原料の含有量が5質量%未満では、スラグに対する耐食性が低下する。また炭化珪素原料の含有量が20質量%を超えて多くなると、炭化珪素が酸化してガラスなどの低融点物をつくるため、耐食性が低下する。好ましくは、10質量%〜15質量%である。
炭素質原料は、C含有量が80質量%以上のカーボンブラック、石油コークス、石炭コークス、無煙炭、天然黒鉛、人工黒鉛等を使用するのが好ましい。
炭素原料の含有量は、耐火組成物100質量%に対して、5質量%〜15質量%である。炭素原料の含有量が5質量%未満では、スラグに対する耐食性が低下する。炭素原料の含有量が15質量%を超えて多くなると、作業性を得るための水の量が増え、耐食性が低下する。好ましくは、7質量%〜13質量%である。
チタニア原料は、TiO2含有量が90質量%以上のものが好ましく、結晶構造によってルチル型、アナターゼ型に区分されているが、そのいずれのものも使用できる。
チタニア原料の含有量は、耐火組成物100質量%に対して、1質量%〜15質量%である。チタニア原料の含有量が1質量%未満では、耐火煉瓦との接着性が向上しないため目地開きを起こす。また、チタニア原料の含有量が15質量%を超えて多くなると、TiO2自体が低融点であるため、耐食性が低下する。好ましくは、3質量%〜10質量%である。
本発明の耐火モルタルは、さらに分散剤を添加することで、添加水量を減らして耐食性を向上できる。添加水量は耐火組成物100質量%に対し、分散剤を添加しない場合は外掛けで20質量%〜26質量%必要となるが、分散剤を添加する場合は外掛けで10質量%〜20質量%とできる。そのような分散剤としては、ヘキサメタリン酸ソーダ等の縮合燐酸のアルカリ金属塩及び珪酸のアルカリ金属塩、あるいはカルボン酸、フミン酸、アルキルスルホン酸、芳香族スルホン酸等の有機酸及びそのアルカリ金属塩等のうち、1種以上を用いることができる。
分散剤の添加量は、耐火組成物100質量%に対して外掛けで0.1質量%〜1.0質量%である。添加量が0.1質量%未満では減水効果がなく、1.0質量%を超えて添加すると、反対に耐火組成物の凝集が起こってしまい、分散剤の使用による添加水量を減らす作用が得られない。より好ましくは、0.2質量%〜0.8質量%である。
本発明の耐火モルタルにおいて、添加水量は、耐火組成物100質量%に対して外掛けで10質量%〜20質量%であることが好ましい。添加水量が10質量%未満であると必要な作業性が得られ難い。また、添加水量が多いほど耐食性が低下し、耐火煉瓦との接着性も悪くなる傾向にある。耐食性や接着性と作業性の両立の点で添加水量はより好ましくは12〜18質量%である。
本発明の耐火モルタルでは、前記組成以外にも、発明の効果を阻害しない範囲において、アルミナセメント、ケイ酸塩またはリン酸塩などの結合剤、有機のりまたはメチルセルロースなどの硬化調整剤、B4Cなどの酸化防止剤を適宜選択して使用するとことができる。
チタニア原料の効果を調べるため、表1に示す耐火原料を用いて、表2に示す配合割合で耐火モルタルを製造した。ここで、表1に示す純度とは、それぞれの原料に含まれるアルミナ、炭化珪素、炭素及びチタニアの質量割合である。得られた耐火モルタルを用いて、以下の要領で耐食性試験及び接着性試験を行なった。なお、添加水量はJISR−2506に準じて測定した耐火モルタルのちょう度が60〜80の範囲になるよう調整した。
耐食性試験は、回転浸食試験法にて行なった。回転浸食試験は、JISには規格されていないが、一般的に耐火物の浸食試験を行う方法であり、たとえば文献(P65,耐火物手帳’99,耐火物技術協会)に記載されているものである。
試験用の耐火モルタル1を直方体(20mm×40mm×100mm)の耐火煉瓦2で挟んで形成した目地の幅が2mmとなるように調整し、耐火煉瓦の背面(試験面の反対面)側を不定形耐火物3で固定した図2に概要を示す試験片を作成した。目地部の厚み(試験面と背面の間の長さ)は40mmであった。試験片は乾燥機に入れ、110℃の温度で12hr乾燥した。得られた試験片を試験面が内側になるよう鉄製の内径300mm、長さ460mmのドラムに内張りした。
試験片を内張りしたドラムを回転台に載せ、ガスバーナーでドラムの内側を加熱し、1550℃に保持した。その状態でCaO/SiO2(モル比)=1.2のスラグを浸食剤として1回当たり500g投入し、ドラムを回転させて試験片を浸食させた。浸食させる時間は9時間とし、浸食剤は30分毎に交換した。
試験後、試験片を取り出して、切断し、試験前の目地部の厚みと試験後の目地部の厚みの差を溶損量として求め、溶損量が少ないほど耐食性に優れると判断した。結果を表2に示す。
アルミナ−炭化珪素−炭素質の耐火煉瓦を40mm×40mm×80mmに切り出した。断面積が40mm×40mmとなる部分に耐火モルタルを塗布し、耐火煉瓦同士を耐火モルタルの厚みが2mmとなるように接着させた。耐火煉瓦を接着させた試験片を110℃×24時間で乾燥後、1550℃で3時間還元焼成した。還元焼成は、実機での使用中に耐火モルタルと耐火煉瓦の相互作用(例えばTi成分の移動)を再現するために実施した。焼成した試験片を用いてJIS R−2553に準じて3点曲げ強度(接着強度)を測定した。接着強度が高いほど接着性に優れると判断した。結果を表2に示す。
それに対して、チタニア原料の含有量が0質量%のNo.1−5および1質量%より少ないNo.1−6の耐火モルタルは接着強度が低い。チタニア原料の含有量が15質量%を超えて多いNo.1−7の耐火モルタルは、接着強度は高いものの、TiO2を多量に含むため耐食性が低く溶損量が増えている。
炭化珪素原料及び炭素原料の効果を調べるため、表1に示す耐火原料を用いて、表3及び表4に示す配合割合で耐火モルタルを製造した。得られた耐火モルタルを用いて、実施例1と同じ要領で耐食性試験及び接着性試験を行なった。結果を表3及び表4に示す。なお、添加水量も実施例1と同じ要領で調整した。
それに対して、炭化珪素原料の含有量が5質量%より少ないNo.2−5の耐火モルタル及び炭素原料の含有量が5質量%より少ないNo.2‐9の耐火モルタルは、いずれも溶損量が増え、耐食性が低下する。
また、炭化珪素原料の含有量が20質量%より多いNo.2−6の耐火モルタルは、炭化珪素が酸化して低融点物を作るため、溶損量が増える。
炭素原料の含有量が15質量%より多いNo.2−10の耐火モルタルは、添加水量が増えるため、溶損量が増え、接着強度も低下する。
分散剤の効果を調べるため、表1に示す耐火原料を用いて、表5に示す配合割合で耐火モルタルを製造した。得られた耐火モルタルを用いて、実施例1と同じ要領で耐食性試験及び接着性試験を行なった。結果を表5に示す。なお、添加水量も実施例1と同じ要領で調整した。
本発明の耐火モルタルとしてNo.1−2、従来の耐火モルタルとしてチタニア原料を無添加のNo.1‐5、チタニア原料の含有量が耐火組成物100質量%に対して15質量%よりも多いNo.1‐7及び分散剤を添加していないNo.3−4の耐火モルタルを選定し、鉄鋼製造プロセスにおける溶銑鍋の内張りに耐火煉瓦の目地として施工した。
施工終了後、48時間ガスバーナーで乾燥させた後に溶銑鍋を使用した。使用条件は、合計500ch(溶銑を受けて溶銑予備処理を行い排出するまでを1chとする。)使用し、その間、溶銑予備処理を490ch行った。溶銑予備処理は脱S処理であり、溶銑鍋の上部から窒素ガスおよび生石灰の粉体を10分〜20分吹き込む処理を行った。1日に9〜12chの処理を行い、トータル500ch使用後の溶銑鍋を冷却し、先行目地損耗部の残厚を測定し、施工終了直後の厚みとの差から溶損量を求めた。得られた溶損量を使用回数で除したものを溶損速度(単位はmm/ch)として求めた。本発明品であるNo.1‐2の耐火モルタルを施工した部位の溶損速度は0.16mm/chであった。それに対し、No.1‐5の耐火モルタルを施工した部位の溶損速度は、耐食性にすぐれるものの接着強度が低いため、0.20mm/chであった。また、No.1‐7の耐火モルタルを施工した部位の溶損速度は、接着強度は高いもののスラグに対する耐食性に劣るため、0.21mm/chであった。No.3−4の耐火モルタルを施工した部位の溶損速度は、添加水量が増えたことによりスラグに対する耐食性に劣り接着強度も低いため、0.21mm/chであった。
このことから、本発明の耐火モルタルは、従来の耐火モルタルならびにチタニア原料の含有量が耐火組成物100質量%に対して15質量%よりも多い耐火モルタルに比べて、約20%先行目地損耗が抑えられることが確かめられ、本発明の有効性が確認された。結果を図3に示す。
Claims (1)
- 耐火組成物がアルミナ原料、炭化珪素原料、炭素原料及びチタニア原料からなる耐火モルタルであって、耐火組成物100質量%に対して、アルミナ原料を50質量%〜85質量%、炭化珪素原料を5質量%〜20質量%、炭素原料を5質量%〜15質量%及びチタニア原料を1質量%〜15質量%含有し、さらに、分散剤を外掛けで0.1質量%〜1.0質量%添加することを特徴とする耐火モルタル。
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