JP6795773B1 - 焼付け補修材 - Google Patents

Abstract

【課題】流動化促進剤以外の手段でさらに展開性を向上させ、熱間での広がり性に優れた焼付け補修材を提供する。【解決手段】本発明に係る焼付け補修材は、不焼成オリビン５〜６０質量％、マグネシア１０〜６５質量％、コールタールピッチ９〜２０質量％、５質量％以下のｐ−オクチルフェノール、および３０質量％以下の鉄粉を含む。【選択図】なし

Description

本発明は、各種精錬炉、溶融金属容器などを熱間で補修するための焼付け補修材に関するものである。

転炉等の各種精錬炉の損傷部位へ施工される補修材として、熱間焼付け材が使用されている。このような熱間焼付け材として、マグネシア等の耐火原料と熱間でカーボンボンドを形成するバインダーを混合した粉粒体を炉内損傷部に投入し、炉内熱により溶融展開し焼付けさせて補修するものがある（特許文献１、特許文献２）。

特開２００８−２８５３７９号公報 特開平１１−２７８９４８号公報

特許文献１は、熱間でカーボンボンドを形成するバインダー１重量％に対して、流動化促進剤を０．１〜１重量％含有させた焼付け補修材を開示している。また特許文献２は、流動化促進剤として多価アルコール、重油、軽油、クレオソート油、アントラセン油、ワックス油などを１０重量％以下使用した焼付け補修材を開示している。これら先行文献はいずれも展開性を向上させようとする課題の認識がある。しかし流動化促進剤だけでは依然としてその効果は不十分であった。

したがって本発明が解決しようとする課題は、流動化促進剤以外の手段でさらに展開性を向上させ、熱間での展開性に優れた焼付け補修材を提供することにある。

本発明者らは種々検討した結果、骨材の種類が焼付材の展開性に与える影響が未だ検討されていないことに着目した。そこで各種の骨材が焼付材の展開性に与える影響を調査したところ、不焼成オリビンを使用した場合に良好な展開性が得られるとの知見を得た。その理由は必ずしも明らかでないが、不焼成オリビンの気孔率がマグネシアクリンカーの気孔率に比べて低いことによってバインダー成分の吸収が少なくなり、これによってバインダーによる流動効果を十分発揮できるためだと考えられる。また、不焼成オリビンは結晶水を含有しており熱間で結晶水を放出するため、これによって熱間でバインダーを撹拌し、バインダーの流動効果をさらに高めていると考えられる。なお、不焼成オリビンの気孔率は一般的に焼成オリビンの気孔率より小さく、たとえば３体積％以下である。

本発明に係る焼付け補修材は、不焼成オリビン５〜６０質量％、マグネシア１０〜６５質量％、コールタールピッチ９〜２０質量％、５質量％以下のｐ−オクチルフェノール、３０質量％以下の鉄粉および５質量％以下のアルミニウム粉を含むことを特徴とする。

この構成によれば、熱間での展開性に優れた焼付け補修材が得られる。また、焼付け補修材の耐食性が向上しうる。

以下、本発明の好適な態様について説明する。ただし、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定されるわけではない。

本発明に係る焼付け補修材は、一態様として、前記アルミニウム粉は、アルミニウム金属およびアルミニウム合金の少なくとも一つからなる粉体であることが好ましい。

この構成によれば、焼付け補修材の耐食性が向上しうる。

本発明のさらなる特徴と利点は、以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

以下では、本発明に係る焼付け補修材の実施形態について説明する。本発明に係る焼付け補修材は、不焼成オリビン、マグネシア、コールタールピッチ、ｐ−オクチルフェノール、および鉄粉を含む。また、任意に、アルミニウム材を含みうる。以下、各構成成分について説明する。

本発明に係る焼付け補修材は、５〜６０質量％の不焼成オリビンを含む。ここで、不焼成オリビンの含有量が５質量％未満であると、焼付け補修材の展開性が低下しうる。また、不焼成オリビンの含有量が６０質量％を超えると、焼付後の施工体の気孔率が過度に高くなり、焼付け補修材の耐食性が低下しうる。なお、不焼成オリビンの粒度は、焼付け補修材組織が密充填組織になるように、その粒度を粗粒、中粒、微粒に適宜調整するのが好ましい。この点は従来材質と同様である。

本発明に係る焼付け補修材は、１０〜６５質量％のマグネシアを含む。ここで、マグネシアの含有量が１０質量％未満であると、大幅に展開性が悪化するため補修材が広がらずに補修部に接着せず、固まって燃焼し続けるため硬化に時間がかかる。一方、マグネシアの含有量が６５質量％を超えると、展開性が劣る。

本発明に係る焼付け補修材は、９〜２０質量％のコールタールピッチを含む。コールタールピッチは、高温で流動化し、その後カーボン結合を形成することから、焼付け補修材に耐食性および接着強度を付与するバインダーとして作用する。ここで、コールタールピッチの含有量が９質量％未満であると、焼付け補修材の展開性、接着性および耐食性が低下しうる。なお、コールタールピッチの添加量が多いほど、焼付け補修材の展開性が向上し、かつ、形成されるカーボン結合が増加するため、焼付け補修材の接着性および耐食性は向上する。しかし、コールタールピッチの添加量が２０質量％を超えると、焼付け補修材の燃焼時間が長くなることから、焼付け補修材の硬化に要する時間が過度に長くなるおそれがある。

本発明に係る焼付け補修材は、５質量％以下のｐ−オクチルフェノールを含む。ｐ−オクチルフェノールは、親油性のオクチル基と親水性のヒドロキシ基とを有しているため、コールタールと骨材とのなじみを良くし、焼付け補修材の展開性を高める効果を有する。ｐ−オクチルフェノールの添加により展開性が向上する効果は、ごく微量のｐ−オクチルフェノールの添加によっても得られうるが、１質量％以上のｐ−オクチルフェノールを添加することがより好適である。なお、焼付け補修材を焼き付ける際に、ｐ−オクチルフェノールは燃焼して取り除かれ、焼付後の施工体において空孔となる。そのため、ｐ−オクチルフェノールの添加量が５質量％を超えると、焼付後の施工体の気孔率が上がり耐食性が低下する場合がある。以上の事項に鑑みて、本発明に係る焼付け補修材において、ｐ−オクチルフェノールの含有量を１〜５質量％とすることが好ましい。

本発明に係る焼付け補修材は、３０質量％以下の鉄粉を含む。鉄粉は高い熱伝導率を有するため、鉄粉の添加により焼付け補修材の熱伝導率が上昇し、焼付け補修材が熱間で流動し受熱する際の材料温度の上昇が早くなる。これによって、バインダーの炭化が促進され、硬化時間を大幅に短縮しうる。鉄粉の添加により熱伝導率が上昇する効果は、微量の鉄粉の添加によっても得られうるが、５質量％以上の鉄粉を添加することがより好適である。また、鉄粉の含有量が３０質量％を超えると、鉄粉が沈降して焼付け補修材と被補修材との接着を阻害し、耐食性が低下する場合がある。以上の事項に鑑みて、本発明に係る焼付け補修材において、鉄粉の含有量を５〜３０質量％とすることが好ましい。

本発明に係る焼付け補修材は、５質量％以下のアルミニウム材をさらに含むことが好ましい。ここで、アルミニウム材とは、アルミニウムおよびアルミニウム合金の少なくとも一つである。アルミニウム材の添加により焼付け補修材の耐食性が向上しうる。アルミニウム材の添加により耐食性が向上する効果は、微量のアルミニウム材の添加によっても得られうるが、１質量％以上のアルミニウム材を添加することがより好適である。また、アルミニウム材の含有量が５質量％を超えると、焼付け補修材の耐食性が低下する場合がある。以上の事項に鑑みて、本発明に係る焼付け補修材において、アルミニウム材の含有量を１〜５質量％とすることがより好ましい。

本発明に係る焼付け補修材は、上記の構成成分を公知の方法により混合することによって得られる。

本発明に係る焼付け補修材は、公知の焼付け補修材と同様に、各種精錬炉、溶融金属容器などを熱間で補修する補修方法に使用できる。

その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。

〔使用した材料〕
いずれも市販の、不焼成オリビン、マグネシア、コールタールピッチ、ｐ−オクチルフェノール、鉄粉、およびアルミニウム粉（アルミニウム材の例）を用いた。

〔試料の調製〕
後掲する表１〜５に示す組成に従って秤量した各材料を袋に入れてよく混合し、実施例および比較例の各例の焼付け補修材を得た。

実施例１〜６ならびに比較例１〜３（表１）では、不焼成オリビンの含有率を変化させた。実施例７および８ならびに比較例４および５（表２）では、コールタールピッチの含有率を変化させた。実施例９および１０ならびに比較例６および７（表３）では、鉄粉の含有率を変化させた。実施例１１および１２ならびに比較例８および９（表４）では、ｐ−オクチルフェノールの含有率を変化させた。実施例１３および１４ならびに比較例１０（表５）では、アルミニウム粉の含有率を変化させた。

〔試料の評価〕
実施例および比較例の各例の焼付け補修材の展開性、硬化時間、接着性、および耐食性を、それぞれ以下の方法により評価した。また、上記４項目の評価に基づき、総合評価を行った。
総合評価Ａ：Ａが４項目のもの、または、Ａが３項目、Ｂが１項目のもの
総合評価Ｂ：Ａが２項目、Ｂが２項目のもの
総合評価Ｃ：総合評価Ａ、Ｂ、およびＤに該当しないもの
総合評価Ｄ：Ｄが１項目以上あるもの

《展開性評価》
１０００℃に保持した炉内のキャスタブル試験板上に、焼付け補修剤を８００ｇ投入した。消火後に板を取り出し、焼付材が広がった直径を測定した。かかる直径が大きいほど展開性が高いと認められる。表における記号と、展開性評価における直径との関係を以下に示す。
Ａ：２５０ｍｍ以上
Ｂ：２１０ｍｍ以上２５０ｍｍ未満
Ｃ：１８０ｍｍ以上２１０ｍｍ未満
Ｄ：１８０ｍｍ未満

《接着性評価》
面積０．０１ｍ^２のキャスタブル試験板を、試験板表面温度が１０００℃に到達するまで箱型炉で加熱した。加熱した試験板の上に鉄製円筒金枠（内径７０ｍｍ、高さ２０ｍｍ）を置き、金枠の中に試料を１５０ｇ投入し、消火するまでそのまま保持した。消火後の試験板を取り出して冷却した後、鉄製円筒金枠の側面から荷重を加えて、焼付け補修材が試験板からはがれる最大荷重を測定した。当該最大荷重を接着面積で除して、接着強度の値を求めた。表における記号と接着強度との関係を以下に示す。
Ａ：２．０ＭＰａ以上
Ｂ：１．５ＭＰａ以上２．０ＭＰａ未満
Ｃ：１．０ＭＰａ以上１．５ＭＰａ未満
Ｄ：１．０ＭＰａ未満

《硬化時間評価》
接着性評価試験において、焼付け補修材が消火するまでの時間を硬化時間として測定した。表における記号と硬化時間との関係を以下に示す。
Ａ：４分未満
Ｂ：４分以上５分未満
Ｃ：５分以上６分未満
Ｄ：６分以上

《耐食性評価》
耐火物製の容器に試料を充てんし、１０００℃で３時間焼成した後、所定の形状に切り出して試験用試料とした。回転ドラム浸食試験装置において、スラグ（ＣａＯ／ＳｉＯ２＝３）と焼付け補修材とを１６５０℃に３時間保持した。試験後、試料を稼働面に対し垂直な方向に切断し切断面の溶損面積を測定した。溶損指数は、比較例１の溶損面積を１００とした場合の溶損面積を指数で表した。かかる溶損指数が小さいほど耐食性が高いと認められる。表における記号と溶損指数との関係を以下に示す。
Ａ：９０未満
Ｂ：９０以上１００未満
Ｃ：１００以上１１０未満
Ｄ：１１０以上

〔試験結果〕
実施例および比較例の各例の焼付け補修材について、組成および各評価結果を表１〜５に示した。不焼成オリビン、マグネシア、およびコールタールピッチを好ましい量含む実施例１〜６は、不焼成オリビンまたはマグネシアの含有量が小さい比較例１〜３に比べて、良好な展開性、接着性、および硬化時間を示した。

表１：不焼成オリビンの含有率と評価結果との関係

コールタールピッチを好ましい量含む実施例７および８は、良好な耐食性を示した。一方、コールタールピッチの含有量が好ましい範囲より小さい比較例４は、耐食性が実施例７および８に劣った。また、コールタールピッチの含有量が好ましい範囲より大きい比較例５は、高い耐食性を示したものの、硬化時間が長かった。

表２：コールタールピッチの含有率と評価結果との関係

鉄粉を好ましい量含む実施例９および１０は、良好な耐食性を示した。一方、鉄粉の含有量が好ましい範囲にない比較例６および７は、耐食性が劣った。

表３：鉄粉の含有率と評価結果との関係

ｐ−オクチルフェノールを好ましい量含む実施例１１および１２は、良好な耐食性を示した。一方、ｐ−オクチルフェノールの含有量が好ましい範囲にない比較例８および９は、耐食性が劣った。

表４：ｐ−オクチルフェノールの含有率と評価結果との関係

アルミニウム粉を好ましい量含む実施例１３および１４は、良好な耐食性を示した。一方、アルミニウム粉の含有量が好ましい範囲にない比較例１０は、耐食性が劣った。

表５：アルミニウム粉の含有率と評価結果との関係

以上に説明したように、本発明に係る焼付け補修材は、展開性を向上させることで展開性に優れ、さらには耐食性と接着性が向上することが明らかである。

本発明は、たとえば各種精錬炉、溶融金属容器などを熱間で補修するための焼付け補修材に利用することができる。

Claims (2)

1. 不焼成オリビン５〜６０質量％、マグネシア１０〜６５質量％、コールタールピッチ９〜２０質量％、５質量％以下のｐ−オクチルフェノール、３０質量％以下の鉄粉および５質量％以下のアルミニウム粉を含む焼付け補修材。
2. 前記アルミニウム粉は、アルミニウム金属およびアルミニウム合金の少なくとも一つからなる粉体である請求項１に記載の焼付け補修材。