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、１〜５ｍｍの粒度域にロー石を１０〜２０重量％含有し、１５００℃加熱後に膨張性を有し、かつ、カーボンブラックを１〜９重量％含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、１〜５ｍｍの粒度域にロー石を１０〜２０重量％含有し、１５００℃加熱後に膨張性を有し、かつ、カーボンブラックを１〜９重量％含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高炉用出銑孔閉塞材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉用出銑孔閉塞材（以下、出銑孔閉塞材）の重要な特徴として、以下の（１）〜（３）が挙げられる。
（１）マッドガンによる高炉出銑孔への充填を容易に行うことができる押し出し性を有し、かつ出銑孔開孔時の被掘削性が良好なこと。
（２）充填後の閉塞材が短時間で硬化し、出銑時の溶銑及びスラグの磨耗損傷に耐えること。
（３）使用時の溶銑及びスラグによる化学的侵食に耐え、出銑口径の拡大が小さく、安定した出銑が長時間維持できる耐食性を有すること。
【０００３】
出銑孔閉塞材は，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。
【０００４】
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）等が使用され、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。
【０００５】
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（以下、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、さらに、この亀裂より侵入した溶銑により開孔中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ことがある（図示せず）。これらの亀裂は既に充填された出銑孔閉塞材と新たに充填された出銑孔閉塞材との境界部で発生することが多いと考えられており、この新旧出銑孔閉塞材の接着性を高めることにより亀裂の発生は削減できると考えられている。また、近年は出銑孔閉塞材の高強度、低気孔率化が進んだため弾性率が高くなり、かえって開孔時の衝撃等により亀裂が発生しやすい状況となっており、この亀裂対策も出銑孔閉塞材に要求されている重要な課題の１つである。
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−２８５０１５号公報
【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の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、さらに安定した長時間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】
上記課題を解決する手段として、出銑孔内の新旧出銑孔閉塞材の接着性を高めることが有効と考えられる。閉塞前の出銑孔は、旧出銑孔閉塞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】
現在の出銑孔閉塞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、その原料としてはロー石（パイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２組成を６０〜８０重量％含むＳｉＯ２系原料）を使用することが有効である。特許文献１ではＳｉＯ２含有量７５〜９０重量％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。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。
【００１０】
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、１〜５ｍｍの粒度域にて１０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。ロー石添加量を２０重量％以下に限定するのは、添加量が２０重量％を超えると、出銑孔閉塞材が過度に膨張し、組織強度の低下が大きすぎるためである。これらのことよりロー石添加量は１０〜２０重量％に限定する。さらに、ロー石粒度を１〜５ｍｍ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、さらに、耐食性の低下を招くためである。５ｍｍを超える場合は出銑孔直径４０〜７５ｍｍに対して大きすぎるため、出銑孔閉塞材の重要な具備特性の一つであるスベリ性が低下し、充填不良を招く可能性が高まるためである。
【００１１】
しかしながら、ロー石の使用により、出銑孔閉塞材のその加熱後の膨張により気孔率が高まり耐食性が低下することが懸念される。そこで、本発明はロー石を使用した出銑孔閉塞材に特殊なカーボンブラックを添加することで、気孔率を低下させることが可能であることを見出した。これはカーボンブラックの粒子が非常に細かく、膨張により拡大した気孔を塞ぎ、気孔率を低下させるものである。このロー石とカーボンブラックの組み合わせにより、出銑孔閉塞材が加熱により膨張し旧材との良好な接着性を保持し、かつ、緻密な組織を得ることで安定した長時間出銑が可能となる。
【００１２】
カーボンブラックの添加量が１重量％未満では、出銑孔閉塞材に発生する気孔を塞ぐには不十分で効果が小さい。また９重量％を超えると、バインダーの吸着量が過剰となってバインダー添加量が非常に増加するため、バインダーに含まれる揮発成分が増加し、揮発成分が抜けた後に生じる気孔が多くなり組織が脆くなる。このことからカーボンブラックの添加量は１〜９重量％が有効である。
【００１３】
また本発明に使用するカーボンブラックとしては粒子径が小さいほど気孔を塞ぎやすく、粒子径は１００ｎｍを超えると気孔を塞ぐように充填されないため、カーボンブラックは粒子径が１００ｎｍ以下のものが好ましい。さらに粒子径５０ｎｍ以下のものがより好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【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１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、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した後の供試体について線変化率、曲げ強さ及び見掛気孔率の測定を行った。
【００１６】
さらに、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、供試体を切断して侵食寸法を測定し、比較例１の侵食寸法を１００としたとき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。
【００１７】
【表】
【００１８】
実施例１はロー石原料を１〜５ｍｍの粒度域にて１５重量％添加し、粒子径３０ｎｍのカーボンブラックを３重量％添加した配合であり、比較例１は１〜５ｍｍの粒度域にてロー石原料を１５重量％添加しているが、カーボンブラックは無添加である配合である。実施例１および比較例１はともに１５００℃加熱後の線変化率が＋１．０と膨張性を有しているが、比較例１は見掛気孔率が２７％であるが、実施例１は２４％と緻密化されている。耐食性も損耗指数が比較例１の１００に対して実施例１は８５と向上している。このことはカーボンブラックが気孔を塞ぐことにより、気孔率が低下し、耐食性も向上した結果であると考えられる。
【００１９】
実施例２は実施例１よりもさらにカーボンブラック添加量を５重量％と増量した配合であるが、さらに見掛気孔率が低下し、耐食性も向上している。
【００２０】
比較例２は１〜５ｍｍの粒度域のロー石原料を５％のみ使用した配合であり、加熱後の線変化率が−１．０となり収縮傾向である。出銑孔閉塞材が加熱後収縮を起こす場合は、旧材との接着面に隙間を生じさせるため、接着性に問題が生じる可能性が考えられる。
【００２１】
比較例３は実施例１および２より粒子径の大きなカーボンブラック（粒子径１２０ｎｍ）を使用した配合である。実施例と比較し気孔率が高く、耐食性が劣る結果であった。このことはカーボンブラックの粒子径が１００ｎｍ以上と大きな場合には、気孔を塞ぐように充填されないためと考えられる。実施例１及び２と比較例３よりカーボンブラックの粒子径は１００ｎｍ以下の小径のものを使用することが望ましいと考えられる。
【００２２】
これらの結果より、１〜５ｍｍの粒度のロー石を１０〜２０重量％と粒子径が１００ｎｍ以下のカーボンブラックを１〜５重量％含有し、１５００℃加熱後に膨張性を有することを特徴とする出銑孔閉塞材を使用することにより、出銑孔内部に充填された出銑孔閉塞材の旧材と新材との境界部の接着性が高まり、開孔時に発生する亀裂が削減され、かつ、安定した長時間出銑が可能となる。
【００２３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によって、安定して長時間出銑が可能な高炉用出銑孔閉塞材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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。
【符号の説明】
【００２６】
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高炉用出銑孔閉塞材に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉用出銑孔閉塞材（以下、出銑孔閉塞材）の重要な特徴として、以下の（１）〜（３）が挙げられる。
（１）マッドガンによる高炉出銑孔への充填を容易に行うことができる押し出し性を有し、かつ出銑孔開孔時の被掘削性が良好なこと。
（２）充填後の閉塞材が短時間で硬化し、出銑時の溶銑及びスラグの磨耗損傷に耐えること。
（３）使用時の溶銑及びスラグによる化学的侵食に耐え、出銑口径の拡大が小さく、安定した出銑が長時間維持できる耐食性を有すること。
【０００３】
出銑孔閉塞材は，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。
【０００４】
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）等が使用され、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。
【０００５】
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（以下、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、さらに、この亀裂より侵入した溶銑により開孔中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ことがある（図示せず）。これらの亀裂は既に充填された出銑孔閉塞材と新たに充填された出銑孔閉塞材との境界部で発生することが多いと考えられており、この新旧出銑孔閉塞材の接着性を高めることにより亀裂の発生は削減できると考えられている。また、近年は出銑孔閉塞材の高強度、低気孔率化が進んだため弾性率が高くなり、かえって開孔時の衝撃等により亀裂が発生しやすい状況となっており、この亀裂対策も出銑孔閉塞材に要求されている重要な課題の１つである。
【０００６】
【特許文献１】特開平０２−２８５０１５号公報
【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の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、さらに安定した長時間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】
上記課題を解決する手段として、出銑孔内の新旧出銑孔閉塞材の接着性を高めることが有効と考えられる。閉塞前の出銑孔は、旧出銑孔閉塞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】
現在の出銑孔閉塞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、その原料としてはロー石（パイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２組成を６０〜８０重量％含むＳｉＯ２系原料）を使用することが有効である。特許文献１ではＳｉＯ２含有量７５〜９０重量％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。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。
【００１０】
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、１〜５ｍｍの粒度域にて１０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。ロー石添加量を２０重量％以下に限定するのは、添加量が２０重量％を超えると、出銑孔閉塞材が過度に膨張し、組織強度の低下が大きすぎるためである。これらのことよりロー石添加量は１０〜２０重量％に限定する。さらに、ロー石粒度を１〜５ｍｍ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、さらに、耐食性の低下を招くためである。５ｍｍを超える場合は出銑孔直径４０〜７５ｍｍに対して大きすぎるため、出銑孔閉塞材の重要な具備特性の一つであるスベリ性が低下し、充填不良を招く可能性が高まるためである。
【００１１】
しかしながら、ロー石の使用により、出銑孔閉塞材のその加熱後の膨張により気孔率が高まり耐食性が低下することが懸念される。そこで、本発明はロー石を使用した出銑孔閉塞材に特殊なカーボンブラックを添加することで、気孔率を低下させることが可能であることを見出した。これはカーボンブラックの粒子が非常に細かく、膨張により拡大した気孔を塞ぎ、気孔率を低下させるものである。このロー石とカーボンブラックの組み合わせにより、出銑孔閉塞材が加熱により膨張し旧材との良好な接着性を保持し、かつ、緻密な組織を得ることで安定した長時間出銑が可能となる。
【００１２】
カーボンブラックの添加量が１重量％未満では、出銑孔閉塞材に発生する気孔を塞ぐには不十分で効果が小さい。また９重量％を超えると、バインダーの吸着量が過剰となってバインダー添加量が非常に増加するため、バインダーに含まれる揮発成分が増加し、揮発成分が抜けた後に生じる気孔が多くなり組織が脆くなる。このことからカーボンブラックの添加量は１〜９重量％が有効である。
【００１３】
また本発明に使用するカーボンブラックとしては粒子径が小さいほど気孔を塞ぎやすく、粒子径は１００ｎｍを超えると気孔を塞ぐように充填されないため、カーボンブラックは粒子径が１００ｎｍ以下のものが好ましい。さらに粒子径５０ｎｍ以下のものがより好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【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１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、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した後の供試体について線変化率、曲げ強さ及び見掛気孔率の測定を行った。
【００１６】
さらに、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、供試体を切断して侵食寸法を測定し、比較例１の侵食寸法を１００としたとき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。
【００１７】
【表】
【００１８】
実施例１はロー石原料を１〜５ｍｍの粒度域にて１５重量％添加し、粒子径３０ｎｍのカーボンブラックを３重量％添加した配合であり、比較例１は１〜５ｍｍの粒度域にてロー石原料を１５重量％添加しているが、カーボンブラックは無添加である配合である。実施例１および比較例１はともに１５００℃加熱後の線変化率が＋１．０と膨張性を有しているが、比較例１は見掛気孔率が２７％であるが、実施例１は２４％と緻密化されている。耐食性も損耗指数が比較例１の１００に対して実施例１は８５と向上している。このことはカーボンブラックが気孔を塞ぐことにより、気孔率が低下し、耐食性も向上した結果であると考えられる。
【００１９】
実施例２は実施例１よりもさらにカーボンブラック添加量を５重量％と増量した配合であるが、さらに見掛気孔率が低下し、耐食性も向上している。
【００２０】
比較例２は１〜５ｍｍの粒度域のロー石原料を５％のみ使用した配合であり、加熱後の線変化率が−１．０となり収縮傾向である。出銑孔閉塞材が加熱後収縮を起こす場合は、旧材との接着面に隙間を生じさせるため、接着性に問題が生じる可能性が考えられる。
【００２１】
比較例３は実施例１および２より粒子径の大きなカーボンブラック（粒子径１２０ｎｍ）を使用した配合である。実施例と比較し気孔率が高く、耐食性が劣る結果であった。このことはカーボンブラックの粒子径が１００ｎｍ以上と大きな場合には、気孔を塞ぐように充填されないためと考えられる。実施例１及び２と比較例３よりカーボンブラックの粒子径は１００ｎｍ以下の小径のものを使用することが望ましいと考えられる。
【００２２】
これらの結果より、１〜５ｍｍの粒度のロー石を１０〜２０重量％と粒子径が１００ｎｍ以下のカーボンブラックを１〜５重量％含有し、１５００℃加熱後に膨張性を有することを特徴とする出銑孔閉塞材を使用することにより、出銑孔内部に充填された出銑孔閉塞材の旧材と新材との境界部の接着性が高まり、開孔時に発生する亀裂が削減され、かつ、安定した長時間出銑が可能となる。
【００２３】
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。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によって、安定して長時間出銑が可能な高炉用出銑孔閉塞材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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。
【符号の説明】
【００２６】
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】
１〜５ｍｍの粒度域にロー石（パイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２組成を６０〜８０重量％含む）を１０〜２０重量％含有し、１５００℃加熱後に膨張性を有し、かつ、カーボンブラックを１〜９重量％含有することを特徴とする高炉用出銑孔閉塞材。
【請求項２】
使用するカーボンブラックの粒子径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の高炉用出銑孔閉塞材。
【請求項１】
１〜５ｍｍの粒度域にロー石（パイロフィライト（Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２・Ｈ２Ｏ）を主成分とし、ＳｉＯ２組成を６０〜８０重量％含む）を１０〜２０重量％含有し、１５００℃加熱後に膨張性を有し、かつ、カーボンブラックを１〜９重量％含有することを特徴とする高炉用出銑孔閉塞材。
【請求項２】
使用するカーボンブラックの粒子径が１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の高炉用出銑孔閉塞材。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２６９８０９（Ｐ２００９−２６９８０９Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４３６８２（Ｐ２００８−１４３６８２）
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【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１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【出願人】（０００００１９７１）品川白煉瓦株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
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