JP2023112275A - mud material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高炉出銑孔等の閉塞に用いられるマッド材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a mud material used for plugging a blast furnace taphole or the like.
高炉出銑孔等を閉塞するためのマッド材として、例えば、ろう石、シャモット、アルミナ、炭化けい素、カーボンなどの耐火骨材と、粘土成分（耐火粘土）、金属けい素、窒化けい素などの焼結材と、タール、フェノールレジンなどの有機バインダーを配合してなる組成物などが使用されている。 Refractory aggregates such as rose stone, chamotte, alumina, silicon carbide, and carbon, clay components (refractory clay), metallic silicon, silicon nitride, etc. sintered materials and organic binders such as tar and phenol resin.
ここで粘土成分は、マッド材充填時の滑り性や保形性などに寄与している。しかしながら粘土成分は高炉スラグと反応し、低融点化合物を生成する。従って、粘土成分を多量に使用すると出銑中に出銑孔径が急速に拡大しやすくなる。一方で、粘土成分の配合割合を減少させると、充填機から材料を押し出して出銑孔に充填する際に、押し出すことが困難になったり、押し出すことができなくなったりする。 Here, the clay component contributes to slipperiness and shape retention when filling the mud material. However, clay components react with blast furnace slag to produce low melting point compounds. Therefore, if a large amount of clay component is used, the tap hole diameter tends to increase rapidly during tapping. On the other hand, if the blending ratio of the clay component is reduced, it becomes difficult or impossible to extrude the material from the filling machine to fill the tap hole.
特許文献１は、耐食性に優れ、かつ、充填性、開孔性の良好なマッド材を提供することを目的に、３重量％以下の粘土成分と、２～２０重量％のカーボンブラックを含有させたマッド材を開示している。
特許文献１は、カーボンブラックを添加することにより、粘土成分の含有量を減らしても、滑り性や保形性などに優れたマッド材が得られるとしている。しかしながら、カーボンブラックは溶銑に溶解しやすいため耐食性が低下する。またカーボンブラックを添加しても、粘土成分を３質量％以下に減らすと依然として滑り性や保形性が劣る問題があった。
本発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、粘土成分を低減しても良好な滑り性や保形性を示し、耐食性にも優れるマッド材を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of the above-mentioned conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a mud material that exhibits good slipperiness and shape retention even when the clay component is reduced, and is also excellent in corrosion resistance. .
本発明は、耐火原料と、有機結合剤を配合してなるマッド材に対し、有機変性粘土鉱物を含有せしめたものである。 According to the present invention, a mud material comprising a refractory raw material and an organic binder is incorporated with an organically modified clay mineral.
前記有機変性粘土鉱物は有機ベントナイトを用いるのが好ましい。 Organic bentonite is preferably used as the organically modified clay mineral.
前記有機変性粘土鉱物は、前記耐火原料１００質量％中に、８質量％以下（ゼロを除く）含む組成とする。 The composition contains 8% by mass or less (excluding zero) of the organically modified clay mineral in 100% by mass of the refractory raw material.
上記組成により、従来の一般的な粘土成分を低減しても良好な滑り性や保形性を示し、耐食性にも優れるマッド材が得られる。 With the above composition, it is possible to obtain a mud material that exhibits good lubricity and shape-retaining properties even when the conventional general clay component is reduced, and that is also excellent in corrosion resistance.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本開示の解決手段として必須であるとは限らない。 Preferred embodiments of the present invention are described in detail below. Note that the embodiments described below do not unduly limit the content of the present disclosure described in the claims, and all the configurations described in the embodiments are essential as a solution to the present disclosure. Not necessarily.
本発明は、耐火原料と、有機結合剤を配合してなるマッド材に対し、有機変性粘土鉱物を含有せしめたものである。有機結合剤としてはタールもしくはフェノールレジンが使用される。 According to the present invention, a mud material comprising a refractory raw material and an organic binder is incorporated with an organically modified clay mineral. Tar or phenolic resins are used as organic binders.
＜有機変性粘土鉱物＞
前記有機変性粘土鉱物として、有機ベントナイトが例示される。有機ベントナイトとしては、モンモリロナイトの層表面を４級アンモニウムイオンと反応させた有機変性粘土鉱物が例示できる（非特許文献１参照）。
<Organic Modified Clay Minerals>
An example of the organically modified clay mineral is organic bentonite. An example of the organic bentonite is an organic modified clay mineral obtained by reacting the layer surface of montmorillonite with quaternary ammonium ions (see Non-Patent Document 1).
前記有機ベントナイトは未変性ベントナイトと異なり、有機溶媒中で膨潤する特徴を有する。マッド材に有機ベントナイトを添加すると従来の未変性ベントナイトや一般的な粘土成分より少ない量で保形性、滑り性を向上させることができる。その結果、マッド材の耐食性が向上する。 The organic bentonite has the characteristic of swelling in an organic solvent, unlike unmodified bentonite. By adding organic bentonite to the mud material, it is possible to improve shape retention and slipperiness with a smaller amount than conventional unmodified bentonite or general clay components. As a result, the corrosion resistance of the mud material is improved.
有機ベントナイトの添加量は８質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましい。下限は定めないが、０．１質量％以上が好ましく、０．３質量％以上がより好ましい。有機ベントナイトの添加量をこの範囲にすることによって、従来の一般的な粘土成分を添加せずとも保形性および滑り性が向上し耐食性も向上する。ここで従来の一般的な粘土成分とは、木節（きぶし）粘土、蛙目（がいろめ）粘土、ボールクレー、未変性ベントナイト等をいう。 The amount of organic bentonite added is preferably 8% by mass or less, more preferably 3% by mass or less. Although the lower limit is not specified, it is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. By adjusting the amount of the organic bentonite to be added within this range, the shape retention and lubricity are improved and the corrosion resistance is also improved without adding a conventional general clay component. Here, the conventional general clay component means kibushi clay, gairome clay, ball clay, undenatured bentonite, and the like.
＜粘土質原料（有機変性粘土鉱物以外）＞
本発明の有機変性粘土鉱物以外の粘土質原料は、耐火原料中１０質量％以下とするのが好ましく、３質量％以下がより好ましく、無添加とするのがさらに好ましい。当該粘土質原料を低減することによって、マッド材の耐食性が向上する。
<Clay raw materials (other than organically modified clay minerals)>
The content of the clay raw material other than the organically modified clay mineral of the present invention is preferably 10% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, more preferably no addition, in the refractory raw material. Corrosion resistance of the mud material is improved by reducing the clay material.
＜耐火原料＞
本発明に係るマッド材に使用される耐火原料の種類は、従来のマッド材に使用される耐火原料と同様である。主材として、例えば、アルミナ質原料、粘土質原料、炭化けい素質原料、窒化けい素質原料、炭素質原料等を用いることができる。
<Refractory Raw Materials>
The type of refractory raw material used for the mud material according to the present invention is the same as the refractory raw material used for the conventional mud material. As the main material, for example, an alumina raw material, a clay raw material, a silicon carbide raw material, a silicon nitride raw material, a carbonaceous raw material, or the like can be used.
また、所望の特性が得られる範囲であれば、閉塞充填時の可塑性をさらに付与するために、カーボンブラック、シリカフューム、粘土質原料等を添加することも可能である。なお、本発明では、後述のように、バインダーの添加量を、バインダーを除く他の原料に対して外掛けで規定するため、便宜上、耐火原料にバインダーは含まないものとする。 In addition, carbon black, silica fume, clay material, etc., can be added in order to further impart plasticity at the time of closed filling, as long as the desired properties can be obtained. In the present invention, as will be described later, the amount of the binder to be added is defined by the amount of the other raw materials other than the binder.
＜アルミナ質原料＞
アルミナ質原料としては、Ａｌ２Ｏ３含有量が８０質量％以上のボーキサイト、ばん土頁岩、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ことができる。アルミナ質原料は耐火原料中３５質量％以下とすればスラグに対する耐食性が向上する。特に、好ましい範囲は、２０～３０質量％である。
<Alumina raw material>
As the alumina raw material, bauxite or sand shale having an Al 2 O 3 content of 80% by mass or more, or electrofused alumina, sintered alumina, or calcined alumina having an Al 2 O 3 content of 95% by mass or more is used. can be used. Corrosion resistance to slag is improved by setting the alumina raw material to 35% by mass or less in the refractory raw material. A particularly preferred range is 20 to 30% by mass.
なお、耐食性を確保するために耐火原料としてアルミナ質原料を使用することが好ましいが、耐火原料の配合としてアルミナ質原料無添加を採用することもできる。この場合、アルミナ質原料に代えてシリカ質原料であるろう石、けい石等を使用することができる。また、シリカ質原料は、上述の範囲のアルミナ質原料に加えて、耐火原料に添加してもよい。 In order to ensure corrosion resistance, it is preferable to use an alumina raw material as the refractory raw material, but it is also possible to employ no addition of an alumina raw material as the blend of the refractory raw material. In this case, siliceous raw materials such as roseite and silica can be used in place of the alumina raw material. Further, the siliceous raw material may be added to the refractory raw material in addition to the alumina raw material within the range described above.
＜炭化けい素質原料＞
炭化けい素質原料は必要に応じて使用することができる。炭化けい素質原料の使用は、特に、スラグへの耐食性に有効である。炭化けい素質原料は耐火原料中３０質量％以下添加するのが好ましい。３０質量％以下とすれば溶銑に対する耐食性が向上する。
<Silicon carbide raw material>
Silicon carbide raw materials can be used as needed. The use of silicon carbide raw material is particularly effective for slag corrosion resistance. The silicon carbide raw material is preferably added in an amount of 30% by mass or less in the refractory raw material. If the content is 30% by mass or less, the corrosion resistance to hot metal is improved.
＜窒化けい素質原料＞
窒化けい素質原料には、窒化けい素、窒化けい素鉄が挙げられ、どちらか単品、または両方を混合したものを使用することができる。窒化けい素質原料は耐火原料中１０質量％以上添加するのが好ましい。窒化けい素質原料を１０質量％以上にすると使用時にＳｉＣボンドを形成し強度が向上する。
<Silicon nitride raw material>
The silicon nitride raw material includes silicon nitride and silicon iron nitride, and either of them can be used alone or a mixture of both can be used. The silicon nitride raw material is preferably added in an amount of 10% by mass or more in the refractory raw material. When the silicon nitride raw material is 10% by mass or more, SiC bonds are formed during use and the strength is improved.
＜炭素質原料＞
炭素質原料としては、炭素含有量が８０質量％以上の石油コークス、石炭コークス、無煙炭、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック等の１種または２種以上を必要に応じて使用することが可能である。
<Carbonaceous raw material>
As the carbonaceous raw material, one or more of petroleum coke, coal coke, anthracite, natural graphite, artificial graphite, carbon black, etc. having a carbon content of 80% by mass or more can be used as needed. be.
＜金属粉末＞
さらに、強度発現効果を図るため必要に応じて各種金属粉末を添加してもよい。金属源としては、アルミニウム、シリコン、フェロシリコン、チタン、Ａｌ－Ｓｉ合金、二硼化マグネシウム（ＭｇＢ２）等が適用可能である。尚、後述する表１の実施例では、金属粉末を使用しない例を示した。
<Metal powder>
Furthermore, various metal powders may be added as necessary in order to achieve the effect of developing strength. Aluminum, silicon, ferrosilicon, titanium, Al—Si alloy, magnesium diboride (MgB 2 ), etc., can be used as the metal source. In addition, in the examples in Table 1, which will be described later, an example in which no metal powder is used is shown.
＜バインダー＞
バインダー（有機結合剤）はタール類、ピッチ類、フェノール樹脂類などを用いることができる。その添加量は耐火原料に対し外掛けで５～３０質量％の範囲が好ましい。また、必要によってはこれらのバインダーに対し、クレオソート等の溶剤を添加することも可能である。
<Binder>
Tars, pitches, phenol resins and the like can be used as binders (organic binders). The amount to be added is preferably in the range of 5 to 30% by mass based on the refractory raw material. Also, if necessary, a solvent such as creosote can be added to these binders.
以下に実施例及び比較例を示し本発明のマッド材を詳細に説明する。 The mud material of the present invention will be described in detail below with reference to examples and comparative examples.
＜試験試料＞
表１に従い耐火原料配合物を作成した。表１中、配合物ＡおよびＢ（比較品）は本発明範囲外であり、従来の粘土成分を含み、有機ベントナイトを含まないものである。配合物Ｃ～Ｈ（本発明品）は本発明範囲内であり、有機ベントナイトを含むものである。配合物I（比較品）は本発明範囲外であり、従来の粘土成分も有機ベントナイトも含まないものである。配合物J～Ｌ（本発明品）は配合物Ｅをベースに耐火原料の量を変えたもので、いずれも本発明範囲内である。
<Test sample>
A refractory raw material composition was prepared according to Table 1. Formulations A and B (comparative) in Table 1 are outside the scope of the invention and contain conventional clay components and no organic bentonite. Formulations C through H (invention) are within the scope of the invention and contain organic bentonite. Formulation I (comparative) is outside the scope of the invention and contains neither conventional clay components nor organic bentonite. Formulations J to L (products of the present invention) are based on Formulation E with different amounts of refractory raw materials, and are all within the scope of the present invention.
以上の耐火原料配合物を万能ミキサーで３分混練した後、６０℃に保温したバインダーを添加して２０分混練し、試験試料を得た。試験試料は６０℃に保持し、配合物Ａ～Ｉについては次に示す保形性および滑り性を調査した。また、配合物Ａ、Ｅ、Ｊ、Ｋ、Ｌについては、表１中、溶損指数で表される耐食性試験を行った。 After kneading the above refractory raw material composition for 3 minutes with a universal mixer, a binder kept at 60° C. was added and kneaded for 20 minutes to obtain a test sample. The test samples were kept at 60° C. and Formulations AI were investigated for shape retention and slipperiness as shown below. In addition, the compounds A, E, J, K, and L were subjected to a corrosion resistance test represented by the erosion index in Table 1.
＜保形性＞
保形性は、ＪＩＳ Ｒ２５０６「耐火モルタルのちょう度試験方法」に規定されている針入度試験機を使用して評価した。なお、ちょう度値は針が５秒間に侵入する長さを０．１ｍｍ単位で測定した数値を１０倍した値（無名数）である。ちょう度値が小さいほど保形性に優れると判定した。
<Shape retention>
Shape retention was evaluated using a penetration tester specified in JIS R2506 "Consistency test method for refractory mortar". The consistency value is a value (unnamed number) obtained by multiplying the value obtained by measuring the penetration length of the needle in 5 seconds in units of 0.1 mm and multiplying the value by 10. It was determined that the smaller the consistency value, the better the shape retention.
＜滑り性＞
滑り性は、当業者が「マーシャル試験」と通称する試験法による押出荷重値で評価した。試験装置と試験方法は次のとおりである。
<Slipperiness>
Slipperiness was evaluated by extrusion load value by a test method commonly called "Marshall test" by those skilled in the art. The test equipment and test method are as follows.
図１は、図２に示す押出荷重測定装置に使用するステンレス製試料ホルダー１を示ものである。空洞の先端がノズル状になっており、ここで使用した製試料ホルダー１の各部の大きさは（Ｌ１＝９ｃｍ、Ｌ２＝６ｃｍ、Ｌ３＝２６ｃｍ、Ｌ４＝１２ｃｍ、Ｌ５＝２ｃｍ）である。
FIG. 1 shows a stainless
図２は、前記テンレス製試料ホルダーを使用した押出荷重測定装置を示ものであり、試料押出用面板４に、台座３上に載置された試料を充填した試料ホルダー１をセットする。試料ホルダー１の後端にはシリンダーヘッド２が挿入され、当該シリンダーヘッド２を所定速度で移動させて、試料ホルダー１の先端からの試料の押出荷重値を評価する構成になっている。
FIG. 2 shows an extrusion load measuring apparatus using the stainless steel sample holder. A
まず、試料ホルダー１には、６０℃で保温した試験試料が充填され、前記シリンダーヘッド２の押出速度を１０ｍｍ／秒とする。このとき、下部からマッド材を流出させる間に試料押出用面板４に掛かる荷重を連続的に測定し、最大荷重を押出荷重値とする。押出荷重値が小さいほど滑り性に優れると判定する。
First, the
次に、バインダー添加量の増加に伴う保形性、滑り性の変化を調査した。試験試料混練後さらにバインダーを少量添加し、５分混練後のちょう度値および押出荷重値を測定した。押出荷重値が２ｋＮ程度に低下するまで上記操作を繰り返し、ちょう度値および押出荷重値の関係を測定した。その結果を図３に示す。 Next, changes in shape retention and slipperiness were investigated with an increase in the amount of binder added. After kneading the test sample, a small amount of binder was further added, and the consistency value and extrusion load value after kneading for 5 minutes were measured. The above operation was repeated until the extrusion load value decreased to about 2 kN, and the relationship between the consistency value and the extrusion load value was measured. The results are shown in FIG.
図３中、比較品である配合物Ａは従来の粘土成分を１０質量％含むものであり、ちょう度および押出荷重値は小さいが、後述するように耐食性に劣る。同じく比較品である配合物Ｂは従来の粘土成分を１質量％まで減量したものであるが、ちょう度の変化に対する押出荷重値の変化が大きく、バインダー量調整によるちょう度と押出荷重値の適正化が困難である。 In FIG. 3, compound A, which is a comparative product, contains 10% by mass of a conventional clay component, and has small consistency and extrusion load value, but is inferior in corrosion resistance as described later. Compound B, which is also a comparative product, has the conventional clay component reduced to 1% by mass, but the change in the extrusion load value with respect to the change in consistency is large. It is difficult to convert
本発明品である配合物Ｃ～Ｇはちょう度の変化に対する押出荷重値の変化が小さく、バインダー量調整によるちょう度と押出荷重値の適正化が容易である。本発明品の配合物Ｈはややちょう度の変化に対する押出荷重値の変化が大きくなっているが、ちょう度と押出荷重値の適正化は可能な範囲である。 Compounds C to G, which are the products of the present invention, show little change in extrusion load value with respect to change in consistency, and it is easy to optimize consistency and extrusion load value by adjusting the amount of binder. The blend H of the present invention shows a slightly large change in the extrusion load value with respect to the change in consistency, but the consistency and the extrusion load value can be optimized within a possible range.
比較品である配合物Ｉは押出荷重値を小さくしようとして有機変性粘土鉱物あるいは従来の粘度成分を添加しないようにすると、ちょう度値が大きくなりすぎ、保形性が失われる。 When the addition of the organically modified clay mineral or the conventional viscosity component is omitted in order to reduce the extrusion load value of the comparative formulation I, the consistency value becomes too large and the shape retention is lost.
以上のことから、本発明品はちょう度の変化に対する押出荷重値の変化が小さい。また、押出荷重値が小さく、ちょう度も小さいので、滑り性、保形性に優れていると評価できる。 From the above, the product of the present invention shows little change in extrusion load value with respect to change in consistency. In addition, since the extrusion load value is small and the consistency is also small, it can be evaluated to be excellent in slipperiness and shape retention.
＜耐食性＞
試験試料をアムスラー試験機で加圧して所定の形状に成形し、回転ドラム法による耐食性試験を行った。侵食剤には高炉スラグを使用した。試験温度、時間は１５５０℃×２ｈとした。試験後試料を切断し、侵食深さを測定した。比較品の試料Ａの浸食深さを１００とし、溶損指数を求めた。
<Corrosion resistance>
A test sample was pressurized by an Amsler testing machine to form a predetermined shape, and a corrosion resistance test was performed by a rotating drum method. Blast furnace slag was used as the erosion agent. The test temperature and time were 1550° C.×2 hours. After the test, the samples were cut and the depth of erosion was measured. Taking the corrosion depth of sample A of the comparative product as 100, the erosion index was determined.
表１からも分るように、保形性と押出荷重値をそろえるため、比較品である試料Ａのボールクレー添加量１０％に対して、有機ベントナイトの添加量は１％とし、差分はろう石、ばん土頁岩、アルミナ微粉、コークス粉に置き換えた。本発明品はいずれも保形性、滑り性に優れ、耐食性にも優れる結果が得られた。 As can be seen from Table 1, in order to match the shape retention and extrusion load value, the amount of organic bentonite added was 1% with respect to the amount of ball clay added of 10% in Sample A, which is a comparative product, and the difference was 1%. Replaced by stone, sand shale, alumina fine powder and coke powder. All the products of the present invention were excellent in shape retention, slipperiness, and corrosion resistance.
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できる。したがって、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれる。例えば、明細書において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、本実施形態の構成も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。 Although the present embodiment has been described in detail as above, those skilled in the art can easily understand that many modifications are possible without substantially departing from the novel matters and effects of the present disclosure. Accordingly, all such variations are included within the scope of this disclosure. For example, a term in the specification at least once described with a different, broader or synonymous term may be replaced with the different term anywhere in the specification. Also, the configuration of this embodiment is not limited to that described in this embodiment, and various modifications are possible.
１ 試料ホルダー
２ シリンダーヘッド
３ 台座
４ 試料押出用面板
５ 押出荷重測定装置
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
有機変性粘土鉱物を含有することを特徴とするマッド材。 In a mud material made by mixing refractory raw materials and tar or phenolic resin,
A mud material characterized by containing an organically modified clay mineral.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2022013948A JP2023112275A (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | mud material |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP2022013948A JP2023112275A (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | mud material |
Publications (1)
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| JP2023112275A true JP2023112275A (en) | 2023-08-14 |
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Family Applications (1)
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| JP2022013948A Pending JP2023112275A (en) | 2022-02-01 | 2022-02-01 | mud material |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
2022
- 2022-02-01 JP JP2022013948A patent/JP2023112275A/en active Pending
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