高炉用出銑孔閉塞材
【課題】 高炉出銑孔の開孔時に発生する亀裂が少なく、安定した出銑が可能な高炉用出銑孔閉塞材を提供すること。
【解決手段】 本発明の高炉用出銑孔閉塞材は、４５μｍ以下の粒度範囲において、アルミナ質原料を１５〜５０重量％含み、かつ、窒化珪素あるいは窒化珪素鉄を４０〜６５重量％含み、更に１〜３ｍｍの粒度範囲においてロー石を５０重量％以上含み、１５００℃加熱後に膨張性を有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明の高炉用出銑孔閉塞材は、４５μｍ以下の粒度範囲において、アルミナ質原料を１５〜５０重量％含み、かつ、窒化珪素あるいは窒化珪素鉄を４０〜６５重量％含み、更に１〜３ｍｍの粒度範囲においてロー石を５０重量％以上含み、１５００℃加熱後に膨張性を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高炉の出銑孔に充填し出銑孔を閉塞するために用いられる出銑孔閉塞材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の出銑孔を閉塞するための出銑孔閉塞材としては、粘土を含む耐火原料とタール、フェノール樹脂などの有機バインダーを配合してなる組成物が一般的に使用されている。
【０００３】
耐火原料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭素（Ｃ）などが使用され、マッド材の品質特性としては出銑時間の延長を目的に、低気孔率、高強度の出銑孔閉塞材が主流となっている。出銑時間延長対策として出銑孔閉塞材の強度を向上させる等が行われてきているが、出銑孔の開孔作業において強度の高い出銑孔閉塞材は開孔中に亀裂（横穴）を発生させる等の不具合を生じさせる可能性が高くなり、更に、この亀裂より侵入した溶銑により開孔機のドリルが溶けることにより、亀裂より奥側が開孔不能となる現象をしばしば生じさせる。
【０００４】
このため、出銑孔閉塞材の強度を高めることにより耐用性を高める対策は、開孔時に亀裂が発生しやすい状況になりやすい問題を抱える。そこで、材質強度を抑制し、かつ、耐用性を高める必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−２８５０１５号公報
【０００６】
特許文献１では、シリカ含有量が７５〜９０％の高珪酸ロー石を使用することが開示されている。これは、出銑孔閉塞材の耐食性を強化するための対策であって、材質の膨張による先に充填された出銑孔閉塞材（旧材）との接着性は特に考慮されておらず、前記「横穴」発生を防止する効果を有していなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は出銑孔内部に充填された出銑孔閉塞材旧材と新材との境界部の接着性に優れ、開孔時に発生する亀裂が少なく、安定した出銑が可能な高炉用出銑孔閉塞材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その対策として、出銑孔内の新旧出銑孔閉塞材同士の接着性を高めることが有効と考える。閉塞前の出銑孔は、旧出銑孔閉塞材（旧材）に囲まれた孔であり、新たに充填される新しい出銑孔閉塞材（新材）は、旧材により拘束された状態となる。この状況より、新材が旧材と十分に接触し、接着するためには、新たに充填された新材が、加熱された後に、収縮することなく、若干の膨張性を持たせることが重要であると考える（図１参照）。
【０００９】
現在のマッド材は耐食性等の向上を目的に、強度向上あるいは出銑孔閉塞材の緻密化のために、出銑孔閉塞材は加熱後に収縮傾向にあるものが、ほとんどである。加熱後に膨張性を有するためには、１ｍｍ以上の粒度域において加熱後に膨張する原料を使用することが有効であり、その原料としてはパイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２を６０〜８０重量％含むＳｉＯ２系原料（いわゆるロー石）を使用することが有効である。特許文献１（特開平０２−２８５０１５号公報）ではＳｉＯ２含有量７５〜９０％の高珪酸ロー石を使用することが開示されているが、これは出銑孔閉塞材の耐食性を強化するための対策であり、材質の膨張による旧材との接着性は特に考慮されていない。
【００１０】
このことから、本発明に使用するロー石中のＳｉＯ２含有量が特許文献１と異なる結果となっている。本研究ではロー石の膨張特性を重要視しているため、ロー石としては一般的に産出されるグレードのもので使用上問題は無い。ただし、ロー石の膨張特性を出銑孔閉塞材に反映させるために、１ｍｍ以上の粒度域にて５０重量％以上の添加量を必要としている。これにより加熱後の体積変化を膨張傾向にすることが可能となる。更に、ロー石粒度を１ｍｍ以上に限定するのは、１ｍｍ未満の粒度では、ロー石の膨張特性が出銑孔閉塞材に反映されず、更に、ＳｉＯ２成分が耐スラグ性を低下させるためである。
【００１１】
また、材料強度が高い場合には、開孔性も低下し、開孔時に時間がかかり、横穴（クラック）を発生させる可能性が高くなる。
【００１２】
そこで、本発明では、材質強度を極力抑制し、耐食性を向上させることで、出銑孔閉塞材の耐用性を高めることを目的とした。よって、金属シリコン、金属アルミニウムなどを使用して材質強度を高めることが、一般に行われているが、本開発では金属シリコン、金属アルミニウムの添加は行わず、耐食性を向上させるため、もっとも有効である４５μｍ以下の粒度範囲（マトリックス部）において、アルミナ原料および窒化珪素鉄を使用することで、耐食性の向上を可能とした。アルミナ原料は４５μｍ以下で使用することにより最も効果的に耐溶銑性を向上させることが可能である。更に、窒化珪素鉄は耐スラグ性を高めるには最も有効であり、この２種類を４５μｍ以下の粒度範囲で使用することで、材質強度を抑制し、かつ、耐用性を高めることが可能となった。耐スラグ性に関してはＳｉＣ（炭化珪素）原料の使用も有効であるが、４５μｍ以下の粒度範囲にＳｉＣを使用した場合、耐溶銑性が極度に低下するため、ＳｉＣは４５μｍ以下の粒度範囲では極力使用しないことが望ましい。
【００１３】
これらのことから、１〜３ｍｍの粒度範囲にはロー石原料を使用し、４５μｍ以下の粒度範囲にアルミナ原料と窒化珪素鉄を使用することで、材質強度を抑制し、かつ、耐食性を高めることが可能となった。本発明を高炉用出銑孔閉塞材に適用することで、開孔性に優れ、横穴（クラック）等のトラブルが削減され、かつ、長時間の安定出銑が可能となる。
【実施例】
【００１４】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明の出銑孔閉塞材を説明する。
【００１５】
表に示す配合割合で耐火性原料の配合物を作成し、得られた配合原料を約５分間混錬した後、６０℃に保温したバインダーを添加して約１時間混錬した。なお、本実施例及び比較例では、バインダーとして無水コールタールを使用した。そして、約５ＭＰａの成形圧で４０×４０×１６０ｍｍに成形し、１５００℃で３時間にわたり還元加熱後の供試体について曲げ強さおよび見掛気孔率の測定を行った。更に、耐食性試験は、回転アーク炉侵食試験法により、銑鉄と高炉スラグを侵食剤として使用し、還元雰囲気、１５５０℃で１０時間にわたり試験を行った後、供試体を切断し、侵食寸法を測定し、比較例１の侵食寸法を１００とした時の浸食寸法を指数化して溶損指数としたものである。溶損指数は小さいほど、耐食性が良いことを示す。これらの結果を表に示す。
【００１６】
粒度１〜３ｍｍのアルミナ原料を１２重量％添加し、５００μｍ以下の粒度のロー石を１５重量％使用した比較例１に対し、実施例１は粒度１〜３ｍｍのロー石原料を１２重量％添加し、４５μｍ以下の粒度域にアルミナ原料を１５重量％使用している。１５００℃加熱後の線変化率が実施例１では＋０．６％と膨張性を有しているが、比較例１は−０．７％と収縮傾向を示している。そして、実施例１は比較例１に対して見掛け気孔率が高く、曲げ強さも低いが、耐食性試験による損耗指数が低い結果を得た。このことは、実施例１は膨張傾向であり旧材との接着性が良好であり、強度特性が低いことは開孔性に優れることが推察され、かつ耐食性に優れることを意味する結果である。
【００１７】
実施例２は粒度１〜３ｍｍのロー石原料を１５重量％および４５μｍ以下の粒度のアルミナ原料を１０重量％、窒化珪素鉄原料を３０重量％添加しているが、実施例１と同様に線変化率で＋１．０％と膨張傾向を有し、かつ良好な耐食性を示している。
【００１８】
比較例２は粒度１〜３ｍｍのロー石原料を１５重量％使用し、１５００℃加熱後に膨張傾向を示しているが、４５μｍ以下の粒度範囲にアルミナ原料を５重量％のみ使用した配合であり、耐食性試験の結果、溶損指数が高く、アルミナ原料を４５μｍ以下の粒度域で５重量％と少ない場合には耐食性が低下している。
【００１９】
比較例３は実施例１と比較し窒化珪素鉄を１０重量％と減量した配合である。耐食性の明らかな低下が認められたことより、窒化珪素鉄が１５重量％以上含まれることが望ましい。
【００２０】
比較例４は粒度構成において４５μｍ以下の耐火原料の合計が７０重量％であり、バインダーとしてのタール添加量が増えており、気孔率が低下し、耐食性の低下が認められた。また、４５μｍ以下の耐火原料の合計が４０重量％以下であると、出銑孔閉塞材としてのスベリ性が低下する。よって粒度構成において４５μｍ以下の耐火原料の合計は４０〜６０重量％が望ましい。
【００２１】
また、上記実施例および比較例においては、バインダーとして無水コールタールを使用した例を説明したが、石油系タール、レジン系バインダー等を使用することも可能であり、上記実施例と同様な結果を得ることが可能である。
【００２２】
【表】
【産業上の利用可能性】
【００２３】
熱間で膨張性を有して新材と旧材同士の接着性を向上させる本発明のような高炉用出銑孔閉塞材によって、高炉出銑孔の開孔時に発生する亀裂が少なく、安定した出銑が可能となり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】 出銑孔閉塞材が高炉出銑孔に充填された時点での、前に充填された出銑孔閉塞材（旧材）と新たに充填された出銑孔閉塞材（新材）の状況の模式図。
【符号の説明】
【００２５】
１ 新たに充填された出銑孔閉塞材（新材）
２ 前に充填された出銑孔閉塞材（旧材）
３ 高炉出銑孔
４ 高炉の炉壁
５ 高炉の炉内
【技術分野】
【０００１】
本発明は高炉の出銑孔に充填し出銑孔を閉塞するために用いられる出銑孔閉塞材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の出銑孔を閉塞するための出銑孔閉塞材としては、粘土を含む耐火原料とタール、フェノール樹脂などの有機バインダーを配合してなる組成物が一般的に使用されている。
【０００３】
耐火原料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭素（Ｃ）などが使用され、マッド材の品質特性としては出銑時間の延長を目的に、低気孔率、高強度の出銑孔閉塞材が主流となっている。出銑時間延長対策として出銑孔閉塞材の強度を向上させる等が行われてきているが、出銑孔の開孔作業において強度の高い出銑孔閉塞材は開孔中に亀裂（横穴）を発生させる等の不具合を生じさせる可能性が高くなり、更に、この亀裂より侵入した溶銑により開孔機のドリルが溶けることにより、亀裂より奥側が開孔不能となる現象をしばしば生じさせる。
【０００４】
このため、出銑孔閉塞材の強度を高めることにより耐用性を高める対策は、開孔時に亀裂が発生しやすい状況になりやすい問題を抱える。そこで、材質強度を抑制し、かつ、耐用性を高める必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−２８５０１５号公報
【０００６】
特許文献１では、シリカ含有量が７５〜９０％の高珪酸ロー石を使用することが開示されている。これは、出銑孔閉塞材の耐食性を強化するための対策であって、材質の膨張による先に充填された出銑孔閉塞材（旧材）との接着性は特に考慮されておらず、前記「横穴」発生を防止する効果を有していなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は出銑孔内部に充填された出銑孔閉塞材旧材と新材との境界部の接着性に優れ、開孔時に発生する亀裂が少なく、安定した出銑が可能な高炉用出銑孔閉塞材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
その対策として、出銑孔内の新旧出銑孔閉塞材同士の接着性を高めることが有効と考える。閉塞前の出銑孔は、旧出銑孔閉塞材（旧材）に囲まれた孔であり、新たに充填される新しい出銑孔閉塞材（新材）は、旧材により拘束された状態となる。この状況より、新材が旧材と十分に接触し、接着するためには、新たに充填された新材が、加熱された後に、収縮することなく、若干の膨張性を持たせることが重要であると考える（図１参照）。
【０００９】
現在のマッド材は耐食性等の向上を目的に、強度向上あるいは出銑孔閉塞材の緻密化のために、出銑孔閉塞材は加熱後に収縮傾向にあるものが、ほとんどである。加熱後に膨張性を有するためには、１ｍｍ以上の粒度域において加熱後に膨張する原料を使用することが有効であり、その原料としてはパイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２を６０〜８０重量％含むＳｉＯ２系原料（いわゆるロー石）を使用することが有効である。特許文献１（特開平０２−２８５０１５号公報）ではＳｉＯ２含有量７５〜９０％の高珪酸ロー石を使用することが開示されているが、これは出銑孔閉塞材の耐食性を強化するための対策であり、材質の膨張による旧材との接着性は特に考慮されていない。
【００１０】
このことから、本発明に使用するロー石中のＳｉＯ２含有量が特許文献１と異なる結果となっている。本研究ではロー石の膨張特性を重要視しているため、ロー石としては一般的に産出されるグレードのもので使用上問題は無い。ただし、ロー石の膨張特性を出銑孔閉塞材に反映させるために、１ｍｍ以上の粒度域にて５０重量％以上の添加量を必要としている。これにより加熱後の体積変化を膨張傾向にすることが可能となる。更に、ロー石粒度を１ｍｍ以上に限定するのは、１ｍｍ未満の粒度では、ロー石の膨張特性が出銑孔閉塞材に反映されず、更に、ＳｉＯ２成分が耐スラグ性を低下させるためである。
【００１１】
また、材料強度が高い場合には、開孔性も低下し、開孔時に時間がかかり、横穴（クラック）を発生させる可能性が高くなる。
【００１２】
そこで、本発明では、材質強度を極力抑制し、耐食性を向上させることで、出銑孔閉塞材の耐用性を高めることを目的とした。よって、金属シリコン、金属アルミニウムなどを使用して材質強度を高めることが、一般に行われているが、本開発では金属シリコン、金属アルミニウムの添加は行わず、耐食性を向上させるため、もっとも有効である４５μｍ以下の粒度範囲（マトリックス部）において、アルミナ原料および窒化珪素鉄を使用することで、耐食性の向上を可能とした。アルミナ原料は４５μｍ以下で使用することにより最も効果的に耐溶銑性を向上させることが可能である。更に、窒化珪素鉄は耐スラグ性を高めるには最も有効であり、この２種類を４５μｍ以下の粒度範囲で使用することで、材質強度を抑制し、かつ、耐用性を高めることが可能となった。耐スラグ性に関してはＳｉＣ（炭化珪素）原料の使用も有効であるが、４５μｍ以下の粒度範囲にＳｉＣを使用した場合、耐溶銑性が極度に低下するため、ＳｉＣは４５μｍ以下の粒度範囲では極力使用しないことが望ましい。
【００１３】
これらのことから、１〜３ｍｍの粒度範囲にはロー石原料を使用し、４５μｍ以下の粒度範囲にアルミナ原料と窒化珪素鉄を使用することで、材質強度を抑制し、かつ、耐食性を高めることが可能となった。本発明を高炉用出銑孔閉塞材に適用することで、開孔性に優れ、横穴（クラック）等のトラブルが削減され、かつ、長時間の安定出銑が可能となる。
【実施例】
【００１４】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明の出銑孔閉塞材を説明する。
【００１５】
表に示す配合割合で耐火性原料の配合物を作成し、得られた配合原料を約５分間混錬した後、６０℃に保温したバインダーを添加して約１時間混錬した。なお、本実施例及び比較例では、バインダーとして無水コールタールを使用した。そして、約５ＭＰａの成形圧で４０×４０×１６０ｍｍに成形し、１５００℃で３時間にわたり還元加熱後の供試体について曲げ強さおよび見掛気孔率の測定を行った。更に、耐食性試験は、回転アーク炉侵食試験法により、銑鉄と高炉スラグを侵食剤として使用し、還元雰囲気、１５５０℃で１０時間にわたり試験を行った後、供試体を切断し、侵食寸法を測定し、比較例１の侵食寸法を１００とした時の浸食寸法を指数化して溶損指数としたものである。溶損指数は小さいほど、耐食性が良いことを示す。これらの結果を表に示す。
【００１６】
粒度１〜３ｍｍのアルミナ原料を１２重量％添加し、５００μｍ以下の粒度のロー石を１５重量％使用した比較例１に対し、実施例１は粒度１〜３ｍｍのロー石原料を１２重量％添加し、４５μｍ以下の粒度域にアルミナ原料を１５重量％使用している。１５００℃加熱後の線変化率が実施例１では＋０．６％と膨張性を有しているが、比較例１は−０．７％と収縮傾向を示している。そして、実施例１は比較例１に対して見掛け気孔率が高く、曲げ強さも低いが、耐食性試験による損耗指数が低い結果を得た。このことは、実施例１は膨張傾向であり旧材との接着性が良好であり、強度特性が低いことは開孔性に優れることが推察され、かつ耐食性に優れることを意味する結果である。
【００１７】
実施例２は粒度１〜３ｍｍのロー石原料を１５重量％および４５μｍ以下の粒度のアルミナ原料を１０重量％、窒化珪素鉄原料を３０重量％添加しているが、実施例１と同様に線変化率で＋１．０％と膨張傾向を有し、かつ良好な耐食性を示している。
【００１８】
比較例２は粒度１〜３ｍｍのロー石原料を１５重量％使用し、１５００℃加熱後に膨張傾向を示しているが、４５μｍ以下の粒度範囲にアルミナ原料を５重量％のみ使用した配合であり、耐食性試験の結果、溶損指数が高く、アルミナ原料を４５μｍ以下の粒度域で５重量％と少ない場合には耐食性が低下している。
【００１９】
比較例３は実施例１と比較し窒化珪素鉄を１０重量％と減量した配合である。耐食性の明らかな低下が認められたことより、窒化珪素鉄が１５重量％以上含まれることが望ましい。
【００２０】
比較例４は粒度構成において４５μｍ以下の耐火原料の合計が７０重量％であり、バインダーとしてのタール添加量が増えており、気孔率が低下し、耐食性の低下が認められた。また、４５μｍ以下の耐火原料の合計が４０重量％以下であると、出銑孔閉塞材としてのスベリ性が低下する。よって粒度構成において４５μｍ以下の耐火原料の合計は４０〜６０重量％が望ましい。
【００２１】
また、上記実施例および比較例においては、バインダーとして無水コールタールを使用した例を説明したが、石油系タール、レジン系バインダー等を使用することも可能であり、上記実施例と同様な結果を得ることが可能である。
【００２２】
【表】
【産業上の利用可能性】
【００２３】
熱間で膨張性を有して新材と旧材同士の接着性を向上させる本発明のような高炉用出銑孔閉塞材によって、高炉出銑孔の開孔時に発生する亀裂が少なく、安定した出銑が可能となり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】 出銑孔閉塞材が高炉出銑孔に充填された時点での、前に充填された出銑孔閉塞材（旧材）と新たに充填された出銑孔閉塞材（新材）の状況の模式図。
【符号の説明】
【００２５】
１ 新たに充填された出銑孔閉塞材（新材）
２ 前に充填された出銑孔閉塞材（旧材）
３ 高炉出銑孔
４ 高炉の炉壁
５ 高炉の炉内
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒度構成において４５μｍ以下のものが４０〜６０重量％、かつ、１〜３ｍｍのものが１５〜２５重量％であり、４５μｍ以下の粒度範囲において、アルミナ質原料を１５〜５０重量％含み、かつ、窒化珪素あるいは窒化珪素鉄を４０〜６５重量％含み、更に、１〜３ｍｍの粒度範囲においてロー石（パイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２を６０〜８０重量％含む）を５０重量％以上含み、１５００℃加熱後に膨張性を有することを特徴とする高炉用出銑孔閉塞材。
【請求項１】
粒度構成において４５μｍ以下のものが４０〜６０重量％、かつ、１〜３ｍｍのものが１５〜２５重量％であり、４５μｍ以下の粒度範囲において、アルミナ質原料を１５〜５０重量％含み、かつ、窒化珪素あるいは窒化珪素鉄を４０〜６５重量％含み、更に、１〜３ｍｍの粒度範囲においてロー石（パイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２を６０〜８０重量％含む）を５０重量％以上含み、１５００℃加熱後に膨張性を有することを特徴とする高炉用出銑孔閉塞材。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２４２２１８（Ｐ２００９−２４２２１８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１７８３３（Ｐ２００８−１１７８３３）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００１９７１）品川白煉瓦株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００１９７１）品川白煉瓦株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
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