JP2014227312A - 耐火モルタル - Google Patents
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Abstract
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。
前記耐火煉瓦の材質は、溶融金属の種類や製錬工程の条件などによって適宜選択する。例えば、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耐火煉瓦の材質は、処理工程の変遷に伴い、シャモット質から高アルミナ質、さらにはアルミナ−炭化珪素−炭素質へと変遷している(非特許文献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、スラグによる耐火モルタル自体の溶損などが考えられる(非特許文献1)。
したがって、先行目地損耗を抑制するため耐火モルタルには、スラグに対して優れた耐食性(以下、単に耐食性と称する場合もある。)を有することが必要である。
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。
本発明の耐火モルタルは、耐火組成物が炭化珪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、炭化珪素原料を90質量%〜98.5質量%、炭素原料を1質量%〜5質量%及びチタニア原料を0.5質量%〜5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、耐食性に優れる炭化珪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、炭化珪素の酸化を防止することができるため、先行目地損耗を抑制できることである。
炭化珪素原料の表面をチタニア原料が均一に分散し被覆することで、炭化珪素の酸化を防止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、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。
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、1質量%〜5質量%である。炭素原料の含有量が1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5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、2質量%〜4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、0.5質量%〜5質量%である。チタニア原料の含有量が0.5質量%未満では、炭化珪素の酸化防止効果がないため耐食性が低下する。また、チタニア原料の含有量が5質量%を超えて多くなると、炭化珪素の酸化防止効果がなく、また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、1質量%〜3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。
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する。耐食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材、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。
(実施例1)
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、以下の要領で酸化試験及び耐食性試験を行なった。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。
4cm×4cm×4cmの試験片を作製し、各試験片を大気中1300℃で24時間焼成し、焼成前後の炭化珪素の量を測定した。それらから下記の式(1)により炭化珪素の酸化率を算出した。なお、炭化珪素量は、JISR−2011に準じて測定した。
酸化率(%)=[(焼成前の炭化珪素量−焼成後の炭化珪素量)÷焼成前の炭化珪素量]×100・・・・・・(1)
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。
それに対して、チタニア原料の含有量が0.5質量%よりも少ないNo.1−4の耐火モルタルは炭化珪素の酸化防止効果がないため、酸化率が高く溶損量が増えている。また、チタニア原料の含有量が6質量%よりも多いNo.1−5の耐火モルタルは、炭化珪素の酸化防止効果がないために酸化率が高く、低融点のTiO2を多量に含むため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90質量%より少ないNo.2−4の耐火モルタル及び炭素原料の含有量が1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。
炭素原料の含有量が5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を行なった。結果を表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。
耐火組成物100質量%に対して分散剤を0.1質量%〜1.0質量%の範囲で添加したNo.3−1〜No.3−3の耐火モルタル(本発明の耐火モルタル)は、溶損量が少なく耐食性に優れる。これに対し、分散剤を無添加のNo.3−4及び分散剤の添加量が1.1質量%のNo.3−5の耐火モルタルは、添加水量が増えるため、溶損量が増える。
本発明について実機にて比較評価をおこなった。比較例は、従来使用していたアルミナ−炭化珪素−炭素質の耐火モルタルとした。本発明の耐火モルタルと併せて表6に示す。
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。使用方法は、混銑車から溶銑を受け、その後に溶銑予備処理を実施し、転炉に溶銑を装入するまでを1chとするものである。溶銑予備処理は脱硫処理であり、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。溶銑鍋1基あたり1日に9〜12chの処理を行った。
Claims (1)
- 耐火組成物が炭化珪素原料、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、炭化珪素原料を90質量%〜98.5質量%、炭素原料を1質量%〜5質量%及びチタニア原料を0.5質量%〜5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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