(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窯炉で使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがを、れんがを構成している骨材の最大粒径以下に粉砕して得られたれんが屑粉砕材５〜５０重量部に、マグネシアクリンカー及びカーボンを加えて合計１００重量部とし、さらに酸化防止剤を含む添加物を加えて、全体の組成がマグネシア６９〜８９重量％、カーボン１０〜３０重量％、及び酸化防止剤を含む添加物１〜５重量％になるよう混合調整したのち、バインダーを添加して成形、乾燥することを特徴とするマグネシア−カーボン質耐火れんがの製造方法。
【請求項２】
窯炉で使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがを、該れんがを構成している骨材の最大粒径以下に粉砕し、そのうち粒径１ｍｍ未満の粒子を除去して得られたれんが屑粉砕材５〜５０重量部に、マグネシアクリンカー及びカーボンを加えて合計１００重量部とし、さらに酸化防止剤を含む添加物を加えて、全体の組成がマグネシア６９〜８９重量％、カーボン１０〜３０重量％、及び酸化防止剤を含む添加物１〜５重量％になるよう混合調整したのち、バインダーを添加して成形、乾燥することを特徴とするマグネシア−カーボン質耐火れんがの製造方法。
【請求項３】
れんが屑粉砕材として粉砕後または、粒径１ｍｍ未満の粒子を除去した後に１００〜６００℃で加熱処理したものを用いることを特徴とする請求項１または２に記載のマグネシア−カーボン質耐火れんがの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶鋼用窯炉に内張りされるマグネシア−カーボン質耐火れんがの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マグネシア−カーボン質耐火れんがは、マグネサイト鉱石を仮焼した天然マグネシア、海水から抽出した海水マグネシア、天然マグネシアを溶融して純度を高めた電融マグネシアなどの粒径約５ｍｍ以下のマグネシアクリンカーと、鱗状黒鉛などの粒径約３００μｍ以下のカーボンを原料とし、さらに酸化防止剤として、Ａｌ，Ｍｇなどの粒径数十μｍ以下の金属を添加して得られる粉体を、樹脂を用いて成形することにより製造される。
【０００３】
マグネシア−カーボン質れんがは、転炉のような非常に苛酷な環境で使用するため、従来から原料の高級化が指向されてきた。マグネシアクリンカーとして電融品が多く使用されたり、カーボンとして高品質の鱗状黒鉛が使用されている。
【０００４】
しかし、操業技術および補修技術の進歩により苛酷な環境下においてもれんがに対する負荷が軽減され、マグネシア−カーボン質れんがの高耐用化はそれほど高いニーズではなくなってきて、むしろれんがコストの低減が重要となってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、マグネシア−カーボン質れんがは、スラグの浸潤が生じにくいため、使用済みのれんがであっても稼働面より内部は使用前のれんがと殆ど同じ品質を保持している。特にマグネシアは品質が劣化しない。カーボンは多少酸化消耗するが、これは表面酸化して小さくなるのみであって鱗状黒鉛の特性は低下していない。しかしながらこれらの使用済みれんがは従来廃棄されていた。環境問題からもこれら廃棄物の有効利用が望まれている。
【０００６】
本発明は使用済みのマグネシア−カーボン質れんがを新たに使用するれんがに再生させることで、れんが廃材を有効に活用し、従来のれんがと同等の特性を発現可能なれんがを製造して、れんがコストの低減をはかることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明では、窯炉で使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがを、該れんがを構成している骨材の最大粒径以下に粉砕して得られたれんが屑粉砕材５〜５０重量部に、マグネシアクリンカー及びカーボンを加えて合計１００重量部とし、さらに酸化防止剤を含む添加物を加えて、全体の組成がマグネシア６９〜８９重量％、カーボン１０〜３０重量％、及び酸化防止剤を含む添加物１〜５重量％になるよう混合調整したのち、バインダーを添加して成形、乾燥することを特徴とする。
【０００８】
あるいは、れんが屑粉砕材として、窯炉で使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがを、該れんがを構成している骨材の最大粒径以下に粉砕し、そのうち粒径１ｍｍ未満の粒子を除去して得られたれんが屑粉砕材を用いるとさらによい。この場合も以下同様に、れんが屑粉砕材５〜５０重量部に、マグネシアクリンカー及びカーボンを加えて合計１００重量部とし、さらに酸化防止剤を含む添加物を加えて、全体の組成がマグネシア６９〜８９重量％、カーボン１０〜３０重量％、及び酸化防止剤を含む添加物１〜５重量％になるよう混合調整したのち、バインダーを添加して成形、乾燥する。特にれんが屑粉砕材は、粉砕後、または粒径１ｍｍ未満の粒子を除去した後に、１００〜６００℃で加熱処理したものを用いるとよい。
【０００９】
【作用】
使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがは、カーボンが酸化されて気孔率が高くなっており、粗粒のまま利用すると気孔を内在するために特性が低下する。そこで本発明では、使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがを、該れんがを構成している骨材の最大粒径以下に粉砕して用いる。一般にれんがに使用されている骨材の最大粒径は約５ｍｍである。使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがを５ｍｍ以下に粉砕することによって、マグネシア質の粒子とマグネシア−カーボン質の粒子とを得ることができる。
【００１０】
マグネシア質の粒子は従来のマグネシアクリンカーとなんら変わらない特性を持っている。マグネシア−カーボン質の粒子は、その形状ゆえに充填が困難な鱗状黒鉛とマグネシア骨材とを、充填性を上げるために高圧成形して得られたれんがに基づく粒子であるから、既に十分な緻密性を持ち合わせている。また粉砕して得られる粒子は原料粒子よりも表面の凹凸が大きいため、液状バインダーとの濡れ性が良く、強度の均質化に効果的である。
【００１１】
本発明は、前記のようなれんが屑粉砕材５〜５０重量部に、マグネシアクリンカー及びカーボンを加えて合計１００重量部とし、さらに、酸化防止剤を含む添加物を加えて、全体の組成がマグネシア６９〜８９重量％、カーボン１０〜３０重量％、及び酸化防止剤を含む添加物１〜５重量％になるよう混合調整したのち、バインダーを添加して成形、乾燥してマグネシア−カーボン質耐火れんがを得る。
【００１２】
れんが屑粉砕材、マグネシアクリンカー、及びカーボンにおけるれんが屑粉砕材の含有量は５〜５０重量％で、含有量が５重量％よりも少ない場合には従来となんら変わらない特性が得られる。しかし、効果的なれんがコストの低減と廃材の再利用がはかれない。一方、含有量が多くなっていくと、特性は徐々に劣化し、少なくとも従来なみの耐用性を維持するためには含有量は５０重量％が上限であることがわかった。
【００１３】
ところで、前述のように、使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがは、カーボンや酸化防止剤が一部酸化されて未使用れんがと成分が異なっていたり、粉砕によって、特に未使用れんがの微粉部に使用されていた成分が減少するため、従来と同等の耐用性を維持するためには成分調整を行う必要がある。
【００１４】
そこで本発明では、全体の組成がマグネシア６９〜８９重量％、カーボン１０〜３０重量％、及び酸化防止剤を含む添加物１〜５重量％になるようマグネシアクリンカー、カーボン、及び酸化防止剤を含む添加物の配合量を調整する。それによって、本発明のマグネシア−カーボン質耐火れんがの全体の組成を従来の同れんがと同一にする。
【００１５】
なお、マグネシアクリンカーとしては電融マグネシアや焼結マグネシアなど、カーボンとしては鱗状黒鉛など、酸化防止剤としてはＡｌ−Ｍｇ金属など従来と同じものを用いる。こうして全体の成分組成を調整した後は、従来と同様にバインダーを添加して成形、乾燥し、マグネシア−カーボン質耐火れんがを製造する。
【００１６】
また本発明では、使用するれんが屑粉砕材として、窯炉で使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがを、該れんがを構成している骨材の最大粒径以下に粉砕し、そのうち粒径１ｍｍ未満の粒子を除去して得られるれんが屑粉砕材を用いるとさらによい。発明者らは、マグネシア−カーボン質耐火れんがの廃材を粉砕してその成分を分析したところ、スラグなどが混入した廃材の場合、スラグは微粒子の部分に集まりやすいことを見いだした。
【００１７】
このれんが屑粉砕材中の微粒子はれんがの特性を低下させる要因となり、除去する必要がある。種々の廃材について粒径５ｍｍ以下に粉砕すると、スラグなどの成分は経験的に粒径１ｍｍ未満の微粒子に含まれることがわかった。そこで、本発明では粒径１ｍｍ未満の粒子を除去した粉砕材を用いることを推奨する。
【００１８】
さらに本発明では、れんが屑粉砕材を粉砕後または粒径１ｍｍ未満の粒子を除去した後に１００〜６００℃で加熱処理して使用するとよい。前記したように、マグネシア−カーボン質耐火れんがには酸化防止剤としてＡｌ，Ｓｉなどの金属が添加されている。これらは、そのれんがが使用された後にあっても一部未酸化のまま残り、れんが解体時の冷却水や、粉砕・保管時の吸湿によって消化することが考えられる。従って、そのまま使用すれば新たに製造されるれんがを劣化させる。そこで残存する酸化防止剤を十分酸化して安定にするため、れんが屑粉砕材を予め１００〜６００℃で加熱処理して用いる。
【００１９】
れんが屑粉砕材に付着している水分を除去するには、最低１００℃以上に加熱する必要がある。一方れんが屑粉砕材に含まれているカーボンの酸化を抑制するには、６００℃が上限である。使用済みのれんがに含まれている酸化防止剤を酸化するには前記温度範囲で十分可能であるが、好ましくは４００℃以上とするとよく、従って、好ましい温度範囲は４００〜６００℃である。
【００２０】
【実施例】
本発明に基づいて製造したマグネシア−カーボン質耐火れんがの実施例及び比較例についてその特性とともに表１に示す。用いたれんが屑は、転炉で使用済みのマグネシア−カーボン質耐火れんがで、最大粒径５ｍｍのマグネシア骨材を用いて製造されたものである。そこで、上記のれんが屑に付着しているスラグを除去した後、ジョークラッシャーによって粒径５ｍｍ以下に粉砕し、５〜３ｍｍ、３〜１ｍｍ、１ｍｍ未満に分級した。また比較例として粒径１０ｍｍ以下に粉砕して１０〜５ｍｍのれんが屑粉砕材も得た。
【００２１】
れんが屑の各粒度域の成分を分析したところ、未使用の場合のれんが成分に対し、粒径５〜３ｍｍ、３〜１ｍｍではマグネシアが約１０％多くてカーボンが約５％少なく、１ｍｍ未満ではマグネシアが約１０％少なくて、カーボンが約１０％多かった。一方、粒径１０〜５ｍｍは未使用とほぼ同一成分であった。
【００２２】
表１に示すように、比較例６を除く５ケースについて各原料を比較例７のれんが（未使用れんが）の粒度構成と鱗状黒鉛含有量とが同じになるように配合し、さらに酸化防止剤として全てのれんがにＡｌ−Ｍｇ金属を２重量％添加し、れんがを作成して評価を行った。
【００２３】
スラグ溶損指数は、Ｃ／Ｓ＝１．１、Ｔ．Ｆｅ＝３重量％の合成スラグを用い、１７００℃で８時間の回転侵食試験を行なったときの溶損深さを、れんが７の溶損深さを１００としたときの相対値で示した。数値が小さいほど耐スラグ溶損性に優れている。
【００２４】
耐熱スポールは、４０×４０×２３０ｍｍのれんがを用い、１６００℃の溶銑に９０秒浸漬した後に３０秒水冷するというサイクルを１５回繰り返し、れんが剥落するときの回数で示した。数値が大きいほど耐熱スポール性に優れている。
【００２５】
また、見かけ気孔率と曲げ強度は、れんがを作成した後、更に還元雰囲気中１４００℃で３時間焼成したのち常温で試験を行った。曲げ強度指数はれんが７の曲げ強度を１００としたときの相対値で示し、数値が大きいほど優れている。
【００２６】
実施例１、２のれんがは、れんが屑添加量を３０ないし４０重量％とした場合で、比較例７のれんがと比較してほぼ同等の特性を示しており、実炉で問題なく使用できた。実施例３のれんがは、れんが屑粉砕材で粒径１ｍｍ未満のものを除去したれんがで、特に耐スラグ溶損性に優れていた。
【００２７】
一方比較例４、５のれんがは、れんが屑を各々６０、８０重量％添加したれんがで、見かけ気孔率が高く、耐スラグ溶損性、耐熱スポール性、及び曲げ強度が低下していた。なお、実施例６のれんがは、使用済みのれんがの最大骨材粒径以上の粒径である１０〜５ｍｍのれんが屑を添加したれんがで、充填性が悪く、耐スラグ溶損性や曲げ強度が劣った。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
また、表１には示さなかったが、れんが屑を５００℃で焼成した後、実施例１のれんがと同一の粒度構成で製造したれんがは、れんが製造直後の物性は実施例１とほとんど変わらなかった。また、れんが製造後に長期保管した際も、実施例１のれんがと比較して物性の劣化は殆ど無かった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、従来廃棄物となっていた高級原料を含有するれんが屑を有効利用することが可能となるとともに、れんがコストの低減が図れる。