JP6383033B1 - 焼付け補修材 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼時間が短く、かつ、ピッチとの相溶性に優れ、さらには昇華性のない流動助剤を使用した焼付け補修材を提供する。
【解決手段】耐火材料１００質量％に対して、ピッチを５質量％以上４０質量％以下、流動助剤を１質量％以上２０質量％以下含む焼付け補修材において、前記流動助剤として、前記ピッチと当該流動助剤とを２：１の割合で混和し１２０℃で加温した状態で溶融させた際に前記ピッチと分離せず１つの層になり、かつ、昇温速度１０℃／分において前記ピッチの軟化点以上３００℃以下で１００％揮発し、さらに昇華性がないものを使用する。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種精錬炉や容器などを補修するための焼付け補修材に関する。

各種精錬炉や容器などの内張り耐火物の補修方法として、不定形耐火物よりなる補修材を投入し、被補修部の残熱により溶融、固化させ、局所的な損傷部を補修する焼付け補修方法がある。焼付け補修方法に用いる焼付け補修材としては、塩基性耐火骨材などの耐火材料にカーボンボンドを形成するピッチと、材料の熱間での広がりを促進する流動助剤を添加し混練したものが主流である。焼付け補修材に必要な特性としては、経時変化がなく、流動性（広がり性）がよく、被補修体との接着性に優れかつ強固な補修施工体を形成すること、溶融、接着、固化にいたるまでの時間（燃焼時間）が短いことが挙げられる。

従来、特に流動性の向上を狙って、流動助剤としてアセト酢酸アニリドを使用した焼付け補修材が提案されている（例えば、特許文献１参照）。アセト酢酸アニリドはピッチとの相溶性が高いので、熱間でピッチと溶け合って優れた流動促進作用を発現する。
また、Ｐ−アルキルフェノールを流動助剤として使用した焼付け補修材（例えば、特許文献２参照）や、ナフタリンを流動助剤として使用した焼付け補修材（例えば、特許文献３）も開発されている。

特許第３７８３２５４号公報 特許第４０４４１５１号公報 特許第３０３７６２５号公報

しかしながら、特許文献１の焼付け補修材は、揮発分の消失が遅く、焼付けが遅いこと、すなわち燃焼時間が長いことが問題となっている。また、特許文献２の焼付け補修材は、Ｐ−アルキルフェノールとピッチとの相溶性があまり高くないため流動性が十分でなく、強固な補修施工体を形成できないという問題がある。さらに、特許文献３の焼付け補修材は、ナフタレンに昇華性があるため経時変化が生じるという問題がある。
そこで、本発明の課題は、燃焼時間が短く、かつ、ピッチとの相溶性に優れ、さらには昇華性のない流動助剤を使用した焼付け補修材を提供することにある。

本発明の一観点によれば、次の焼付け補修材が提供される。
「耐火材料１００質量％に対して、ピッチを５質量％以上４０質量％以下、流動助剤を１質量％以上２０質量％以下含む焼付け補修材において、
前記流動助剤は、パラクミルフェノール、シクロヘキサノンオキシム、フルオレン及びデヒドロ酢酸の少なくとも１つであり、前記ピッチと当該流動助剤とを２：１の割合で混和し１２０℃で加温した状態で溶融させた際に前記ピッチと分離せず１つの層になり、かつ、昇温速度１０℃／分において前記ピッチの軟化点以上３００℃以下で１００％揮発し、さらに昇華性がないことを特徴とする焼付け補修材。」

本発明の焼付け補修材に使用する流動助剤は、ピッチとの相溶性が高く、熱間でピッチと溶け合ってピッチの粘度を低下させ、優れた流動促進作用を発現する。また、揮発性が高く燃焼時間の短縮効果を発揮する。さらに昇華性がないので、経時変化がなく、保管が容易となる。

本発明の焼付け補修材は、耐火材料１００質量％に対して、ピッチを５質量％以上４０質量％以下、流動助剤を１質量％以上２０質量％以下含む。

本発明に使用する耐火材料は特に限定はされず、被補修部に使用されている母材に合わせた適当なものが使用できる。例えば、シリカ、ジルコン、ジルコニアなどの酸性酸化物、アルミナ、クロミアなどの中性酸化物、マグネシア、カルシア、ドロマイトなどの塩基性酸化物や、炭素材料、炭化珪素、窒化珪素などの非酸化物などの１種又は２種以上である。その他に金属粉末の併用も可能である。なお、本発明において金属粉末は耐火材料に含まれるものとする。耐火材料の粒度構成は、通常の焼付け補修材と同様でよい。

ピッチは、耐火材料１００質量％に対して５質量％以上４０質量％以下使用する。ピッチの使用量が５質量％未満では流動性が低下し、４０質量％を超えると燃焼時間が長くなる。ピッチの好ましい使用量は、耐火材料１００質量％に対して１０質量％以上２５質量％以下である。
ピッチとしては焼付け補修材に一般的に使用されているものを使用できるが、保管性及び流動性の点から、軟化点が１００℃以上３００℃以下のものを使用することが好ましい。

流動助剤は、耐火材料１００質量％に対して１質量％以上２０質量％以下使用する。流動助剤の使用量が１質量％未満では流動性が低下し、２０質量％を超えると焼付け施工後の施工体の緻密性が低下し、強固な補修施工体を形成できない。流動助剤の好ましい使用量は、耐火材料１００質量％に対して２質量％以上１５質量％以下である。

本発明は、流動助剤として、次の（１）ないし（３）の性質（物性）を兼ね備えるものを使用することを特徴とする。
（１）ピッチと流動助剤とを２：１の割合で混和し１２０℃で加温した状態で溶融させた際にピッチと分離せず１つの層になること。
（２）昇温速度１０℃／分においてピッチの軟化点以上３００℃以下で１００％揮発すること。
（３）昇華性がないこと。

このうち、前記（１）の性質（物性）はピッチとの相溶性を表している。すなわち、本発明ではピッチと流動助剤とを２：１の割合で混和し１２０℃で加温した状態で溶融させた際にピッチと分離せず１つの層になるか否かでピッチとの相溶性を評価する。この評価基準は、実際の焼付け補修材の使用条件等を考慮して定めたもので、実際の焼付け補修材の流動性等の評価とも適合することを確認している。

前記（２）の性質（物性）は揮発性を表しており燃焼時間に関係する。すなわち、昇温速度１０℃／分において３００℃以下で１００％揮発する流動助剤を使用することで燃焼時間を短縮できる。一方、流動助剤がピッチの軟化点未満で１００％揮発してしまうと、流動助剤とピッチとの相溶による流動促進作用が得られない。なお、軟化点の異なる複数のピッチを使用する場合、前記の「ピッチの軟化点以上」とは最低の軟化点以上のことを意味する。

前記（３）の「昇華性」は物質固有の性質（物性）であり、流動助剤を構成する物質が定まれば昇華性の有無が判断できる。例えば、前記特許文献３で流動助剤として使用しているナフタレンには昇華性がある。

以上の（１）ないし（３）の性質（物性）を兼ね備えた流動助剤としては、パラクミルフェノール、シクロヘキサノンオキシム、フルオレン及びデヒドロ酢酸が挙げられる。すなわち本発明の実施形態では、流動助剤として、パラクミルフェノール、シクロヘキサノンオキシム、フルオレン及びデヒドロ酢酸の少なくとも１つ（１つ又は２つ以上）を使用する。

本発明の焼付け補修材は、耐火材料に対してピッチ及び流動助剤を添加し混練するという、通常の焼付け補修材の製造方法によって得ることができる。また、本発明の焼付け補修材は、各種精錬炉や容器などの内張り耐火物の被補修部に向けて投入し、その被補修部の残熱により溶融、固化させ、局所的な損傷部を補修するという、通常の焼付け補修方法に使用することができる。

表１に、各種流動助剤とピッチとの相溶性の評価結果を示す。この相溶性の評価は前述のとおり、ピッチと流動助剤とを２：１の割合で混和し１２０℃で加温した状態で溶融させた際にピッチと分離せず１つの層になるか否かで行った。表１に示すとおり、前記特許文献２で流動助剤として使用しているパラオクチルフェノールは、ピッチとの分離が生じ、ピッチとの相溶性が不十分であった。それ以外の流動助剤はピッチと分離せず１つの層になり、ピッチとの相溶性に優れていることが確認された。

表１に示す流動助剤のうちピッチとの相溶性が不十分であったパラオクチルフェノールを除いた５種の流動助剤を使用して、表２に示す配合で焼付け補修材を作製し、後述の各評価を行った。なお、耐火材料としては、マグネシアを用い、比重が３のものを使用した。また、ピッチとしては軟化点が１１０℃のものを使用した。

評価については、表２の各例の焼付け補修材組成４００ｇを、約１０００℃の温度に保った実験炉に水平に設置した耐火物（被補修部）に対して投入して焼付け施工し、その際の流動性、燃焼時間及び緻密性を評価するとともに、各例で使用した流動助剤の揮発性を評価した、そしてこれらの評価から総合評価を行った。各評価の要領は以下のとおりである。
[流動性]
焼付け完了後の施工体の面積を求め、比較例１の面積を１００とした指数で評価した。この流動性指数が大きいほど流動性が良いということである。
[燃焼時間]
焼付け施工後、ピッチの燃焼による発煙が終了するまでの時間を燃焼時間とし、比較例１の燃焼時間を１００とした指数で評価した。この燃焼時間指数が小さいほど燃焼時間が短いということである。
[緻密性]
焼付け完了後の施工体の気孔率で評価した。気孔率はＪＩＳ−Ｒ２２０５−１９９２に準拠して測定した。具体的には、気孔率が３０％未満の場合を◎（優）、気孔率が３０％以上３２％未満の場合を○（良）、気孔率が３２％以上の場合を×（不可）とした。
[揮発性]
各例で使用した流動助剤について、昇温速度１０℃／分において揮発する割合で評価した。具体的には、ピッチの軟化点（１１０℃）以上３００℃以下で１００％揮発した場合を○（良）、３００℃において残留有りの場合を×（不可）とした。
[総合評価]
流動性指数が１００超、燃焼時間指数が１００未満、緻密性が◎又は○、かつ揮発性が○の場合を○（合格）、流動性指数が１００以下、燃焼時間が１００以上、緻密性が×、又は揮発性が×の場合を×（不合格）とした。

表２中、実施例１ないし９は、前記（１）ないし（３）の性質（物性）を兼ね備えた流動助剤を本発明の範囲内で使用した例で、流動助剤として前記特許文献１に記載のアセト酢酸アニリドを使用した比較例１に対していずれの評価項目においても優れており、総合評価も○（合格）であった。また、実施例１ないし９で使用した流動助剤はいずれも昇華性がないので、経時変化の問題はなく保管上の問題もない。

比較例１は前述のとおり、流動助剤として前記特許文献１に記載のアセト酢酸アニリドを使用した例で、揮発性に劣り燃焼時間が長くなった。また、流動性も十分ではなく緻密性にも劣る結果となった。
比較例２は流動助剤を使用しなかった例で、流動性が低下するとともに燃焼時間も長くなった。
比較例３は流動助剤の使用量が過多な例で、緻密性が低下した。
比較例４はピッチの使用量が過少な例で、流動性が低下するとともに燃焼時間も長くなった。
比較例５はピッチの使用量が過多な例で、燃焼時間が長くなり緻密性も十分ではなかった。

なお、前記実施例１ないし９においてピッチの使用量は１０質量％が最少であるが、耐火材料の比重がより大きい場合など耐火材料の性状やピッチ自体の性状に応じて、ピッチの使用量は５質量％まで低減しても本発明の課題を解決することができる。

Claims (1)

1. 耐火材料１００質量％に対して、ピッチを５質量％以上４０質量％以下、流動助剤を１質量％以上２０質量％以下含む焼付け補修材において、
   前記流動助剤は、パラクミルフェノール、シクロヘキサノンオキシム、フルオレン及びデヒドロ酢酸の少なくとも１つであり、前記ピッチと当該流動助剤とを２：１の割合で混和し１２０℃で加温した状態で溶融させた際に前記ピッチと分離せず１つの層になり、かつ、昇温速度１０℃／分において前記ピッチの軟化点以上３００℃以下で１００％揮発し、さらに昇華性がないことを特徴とする焼付け補修材。