(57)【要約】【課題】本発明の目的は、出銑時間の短縮を招くことなく、スラグの排出が出銑初期より行なわれる出銑孔閉塞材を提供することにある。【解決手段】本発明の出銑孔閉塞材は、４５μｍ以上の原料４０〜６０質量％及び４５μｍ未満の原料４０〜６０質量％から構成され、４５μｍ未満の原料において、３〜９質量％が粘土質原料であり、且つ残部が炭素珪素、窒化珪素、窒化珪素鉄及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種以上の非酸化物原料から構成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４５μｍ以上の原料４０〜６０質量％及び４５μｍ未満の原料４０〜６０質量％から構成され、４５μｍ未満の原料において、３〜９質量％が粘土質原料であり、且つ残部が炭化珪素、窒化珪素、窒化珪素鉄及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種以上の非酸化物原料から構成されることを特徴とする出銑孔閉塞材。
【請求項２】
４５μｍ未満の原料のうち、非酸化物原料として炭素珪素を３０〜６０質量％含む、請求項１記載の出銑孔閉塞材。
【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て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金属等の焼結助剤にタール、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。
高炉出銑孔閉塞材に要求される技術として、圧入機による充填性が良好なこと、高温下での結合強度が強く、耐溶銑滓性に優れていることが一般的に挙げられる。しかしながら、溶銑滓をバランス良く排出するためには出銑初期より可能な限りスラグを排出することが必要となる。高炉内では溶銑とスラグが共に生成されるが、比重差により下部に溶銑、上部にスラグが貯蔵される。明確に溶銑とスラグは分離されてはいないが上部にスラグが貯蔵されるため、出銑初期に、出銑孔からの排出量をスラグの生成量が大幅に上回る場合にはスラグが排出されなくなる状況となる。出銑初期に、スラグレベルが上昇した場合には、溶銑が主に排出されるため、出銑孔の耐溶銑性が非常に優れている場合には、出銑孔の孔径拡大が抑制されてスラグの排出量よりスラグの生成量が大幅に上回り、スラグが排出されず、スラグが炉内に過剰に貯蔵され、炉内圧力が高まり、高炉にとっては危険な状態となる。よって、高炉からはスラグをできる限り、速い時期より充分な量を排出する必要がある。従って、従来、出銑滓のバランスは出銑孔の開孔径の大きさ等で調整するか、あるいは出銑孔閉塞材の充填量を削減することにより深度の浅い箇所より出銑する等の対策に留まり、出銑孔閉塞材の材質により出銑滓バランスを調整することは行なわれていなかった。
【０００３】
出銑孔閉塞材として、例えば、特許文献１には、炭素材料を４５〜８０重量％（質量％）と、アルミナ超微粉を１０〜２２重量％（質量％）と、金属粉としてアルミニウムと、フェロシリコンまたはシリコンを組み合わせて１０〜３０重量％（質量％）を含有する骨材に、有機結合剤を１０〜２０重量％（質量％）外掛け添加した高炉出銑口閉塞用炭素充填材（請求項１）、炭素材料を４５〜８０重量％（質量％）と、アルミナ超微粉を５〜２２重量％（質量％）と、金属粉としてアルミニウムと、フェロシリコンまたはシリコンを組み合わせて１０〜３０重量％（質量％）と、アルミナ質原料を５〜２０重量％（質量％）を含有する骨材に、有機結合剤を１０ないし２０重量％（質量％）外掛け添加した高炉出銑口閉塞用炭素系充填材（請求項２）が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、慣用の耐火材料と結合材とからなる配合物であって、粒径２０μｍ以下の耐火材料が耐火材料の２０〜６０質量％の範囲内にあり、且つ粒径２０μｍ以下の耐火材料の化学組成の内、ＳｉＣが５〜８０質量％、Ａｌ２Ｏ３とＳｉＯ２の合計量が３〜３５質量％の範囲内にあることを特徴とする高炉出銑口用閉塞材（請求項１）が開示されている。また、特許文献２の実施例によれば、粒径２０μｍ以下の耐火材料において、可塑性粘土の配合割合を大幅に上回る量のＡｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２が含まれている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４７７５５号公報  特許請求の範囲
【特許文献２】特開２００２−１６０９８１号公報  特許請求の範囲  ［００３７］
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている高炉出銑口閉塞用炭素系充填材には、アルミナ超微粉が１０〜２２質量％配合されており、このような高炉出銑口閉塞用炭素系充填材は、耐溶銑性に優れるため出銑初期の孔径拡大が小さく、スラグの排出が遅れる恐れがある。また、特許文献２に開示されている高炉出銑口用閉塞材では、長時間出銑の実現と高炉の安定操業とを両立する高炉出銑孔用閉塞材が開示されているが、実施例によれば、粘土成分以外からの酸化物原料に由来するＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２とが多量に含まれており、積極的にスラグの排出を促進するまでには至っていないのが現状である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、出銑時間の短縮を招くことなく、スラグの排出が出銑初期より行なわれる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】
即ち、本発明の出銑孔閉塞材は、４５μｍ以上の原料４０〜６０質量％及び４５μｍ未満の原料４０〜６０質量％から構成され、４５μｍ未満の原料において、３〜９質量％が粘土質原料であり、且つ残部が炭素珪素、窒化珪素、窒化珪素鉄及び炭素からなる群から選択される少なくとも１種以上の非酸化物原料から構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の出銑孔閉塞材は、４５μｍ未満の原料のうち、非酸化物原料としてＳｉＣを３０〜６０質量％含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の出銑口閉塞材は、耐溶銑性を抑制し、耐スラグ性を高めることによりスラグの排出を促進できるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の出銑孔閉塞材は、出銑孔閉塞材の耐スラグ性を高め、耐溶銑性を抑制することにより、出銑初期の溶銑先行時に、出銑孔の孔径を拡大して充分な孔径を確保してスラグを排出し、その後は、耐スラグ性に優れることにより出銑時間を左右し得る出銑口の孔径の更なる拡大を抑制して出銑時間の延長を図ることができるものである。
【００１２】
本発明の出銑孔閉塞材は、４５μｍ以上の原料４０〜６０質量％、好ましくは４３〜５３質量％及び４５μｍ未満の原料４０〜６０質量％、好ましくは４７〜５７質量％から構成される。ここで、４５μｍ以上の原料が４０質量％未満、即ち、４５μｍ未満の原料が６０質量％を超えると、有機バインダーの添加量が増大するために好ましくない。また、４５μｍ以上の原料が６０質量％を超えると、即ち、４５μｍ未満の原料が４０質量％未満となると、得られる出銑孔閉塞材が強度不足となるために好ましくない。
【００１３】
なお、４５μｍを超える原料としては、例えばロー石、シャモット、アルミナ、スピネル、マグネシア、ジルコニア等の酸化物系耐火材料、炭素質原料、炭化珪素、窒化珪素系原料等の非酸化物系耐火材料等を使用することができる。
【００１４】
次に、本発明の出銑孔閉塞材において、粒度４５μｍ未満の原料は、出銑孔閉塞材組織のマトリックスを構成するための重要な構成原料であり、この粒度範囲内の原料の配合割合は、出銑孔閉塞材の耐スラグ性、耐溶銑性に影響を及ぼす。出銑孔閉塞材の耐溶銑性を抑制するためには酸化物原料であるアルミナ、シリカ等を極力低減する必要がある。ここで、特にアルミナは、出銑孔閉塞材に優れた耐溶銑性を付与するが、耐スラグ性は低い原料成分である。これに対して、非酸化物原料である炭化珪素、窒化珪素、窒化珪素鉄、炭素等は、出銑孔閉塞材に優れた耐スラグ性を付与できるものの耐溶銑性は低く、特に、１０μｍ未満の炭素珪素は、溶銑に溶け易い傾向にある。このような非酸化物原料を配合することにより出銑孔の孔径が拡大される傾向にある。しかしながら、４５μｍ未満の非酸化物原料は、出銑孔閉塞材に優れた耐スラグ性を付与することができ、スラグが排出される際には、出銑孔の孔径拡大を抑制することができ、長時間にわたる出銑が可能となる。従って、これらの原料配合を調整して出銑口閉塞材の耐溶銑性と耐スラグ性とのバランスを調整することにより、出銑孔のスラグの排出性を向上することが可能となる。
【００１５】
本発明の出銑孔閉塞材の４５μｍ未満の原料において、粘土質原料の配合量は、３〜９質量％、好ましくは４〜６質量％の範囲内である。ここで、粘土質原料の配合量が９質量％を超えると、タール等のバインダーの配合量が増大し、揮発成分の増加による気孔率の増大により長時間わたる出銑が困難となるために好ましくない。また、粘土質原料の配合量が３質量％未満になると、耐火骨材の粒度のバラツキによりタール等のバインダーの配合量が変動し、均一な充填性を保持することが困難となるために好ましくない。即ち、３〜９質量％の粘土質原料を配合することにより、タール等のバインダーの配合量を安定化させることができる。これは粘土質原料（鉱物）が結晶構造中（層構造の層間）にタール等の有機バインダーを吸収し、有機バインダーを保持するにあたり緩衝作用が発揮されるためである。
【００１６】
粘土質原料としてはボールクレー、水ひ蛙目粘土、木節粘土、セリサイトクレーが挙げられる。粘土鉱物はカオリン族鉱物［主にカオリナイト：Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４、ナクラナイト、ディッカイト、ハロサイト］を含むもので、これらの粘土鉱物構造（層構造の層間に水やタール成分を取り込むことができる）に起因する特性を有するところに重要性が存在し、単なる化学成分としてのＡｌ２Ｏ３とＳｉＯ２では目的とする有機バインダーを保持する緩衝作用を発揮することができない。
【００１７】
上述のような配合割合を有する耐火性原料１００質量％に対して外掛で１２〜２０質量％、好ましくは１４〜１８質量％の有機バインダーを配合する。有機バインダーの配合量が１２質量％未満では、良好な作業性が確保できず、本発明の出銑孔閉塞材をマットガンから出銑孔に充填することができなくなるために好ましくなく、また、２０質量％を超えると、揮発成分が多くなり、組織劣化により耐食性が低下するために好ましくない。有機バインダーとしては、例えばコールタール、石油系タール、レジンバインダー等を例示することができる。
【実施例】
【００１８】
表１に記載するような配合割合で原料を配合し、得られた原料配合物を約５分間混練し、６０℃に加熱したコールタールを添加して約１時間混練した。コールタールの添加量は、押し出し抵抗測定（マーシャル試験）により約３５０ｋｇｆになるように調整した。この押し出し抵抗は、図２に示す形状のステンレス製試料ホルダー（Ｌ１＝９ｃｍ、Ｌ２＝６ｃｍ、Ｌ３＝２６ｃｍ、Ｌ４＝１２ｃｍ、Ｌ５＝２ｃｍ）に、６０℃で保温した練り土を充填し、図３に示す試料押し出し用面板（Ａ）、試料ホルダー（Ｂ）、台座（Ｃ）及びシリンダーヘッド（Ｄ）から構成される測定装置を用いて、シリンダーヘッド（Ｄ）の押し出し速度を１０ｍｍ／秒とした時の押し出し抵抗を試料押し出し用面板（Ａ）に掛かる総荷重として測定したものである。
そして、約５ＭＰａの成形圧で４０×４０×１６０ｍｍに成形し、１３５０℃で３時間還元加熱後の試料について曲げ強さ及び見掛気孔率の測定を行った。その結果を表１に併記する。
【００１９】
また、表１には高炉での使用結果より、スラグ排出時間（出滓時間）が出銑時間中に占める割合で示した数値を次の式に表す：
ＳＩ（Ｓｌａｇ  Ｉｎｄｅｘ）＝スラグ排出時間／出銑時間
このＳＩ値が１に近い程、スラグが出銑後に速く排出が始まったことを意味し、数値が小さくなるほどスラグ排出が出銑開始より送れたことを意味する。この数値を比較することにより４５μｍ未満の原料において酸化物原料（特に、アルミナ原料）が少ない方がスラグの排出開始が速くなることが確認された。４５μｍ未満のアルミナの添加量とＳＩの関係を図１のグラフに記載する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
本発明品１は、４５μｍ未満の原料が４質量％の粘土質原料以外は非酸化物で構成されており、コールタール添加量が１４％と少なく、出銑時間は２１５分と充分な時間を得ることができた。また、ＳＩ値も０．９６７と比較的高い数値を得ることができた。
本発明品２において、４５μｍ未満の原料が８質量％の粘土質原料以外は非酸化物原料で構成されており、出銑時間も２００分を超え、ＳＩ値も０．９７と高い数値を示した。  また、本発明品３では、４５μｍ以上の原料において、アルミナ原料の５０質量％をシリカ原料に変更したが、出銑時間は２００分間を保持し、ＳＩ値も０．９７５と高い数値を示した。このことにより粒度が４５μｍ以上の原料においてはアルミナ−シリカ質の原料を使用してもスラグ排出性に問題がないことが判った。
【００２２】
本発明品と比較して、比較品１では、４５μｍ未満の原料にアルミナ原料を３質量％添加したものであるが、出銑時間は充分であったが、ＳＩ値は０．９２７と低い値を示し、スラグの排出が遅れたことを示した。また、比較品２、比較品３も同様の傾向を示した。  また、比較品４では、４５μｍ未満の原料が３５質量％と少なく、出銑時間が本発明品と比較して短い結果となった。これはマッド材組織中の微粉原料が少なく、充分なマトリックスを形成することができず、材質強度が低下したためと考えられる。
比較品５は、４５μｍ未満の原料が６５質量％の例であるが、微粉原料が多いため、コールタール添加量が２２％と多くなり、揮発成分が増えることにより気孔率が高まり、マッド材組織の耐食性が低下し、出銑時間も低下する傾向が見られた。
また、比較品６は、粘土質原料を１０質量％に増量した例であるが、比較品４と同様にコールタール添加量が増加して同様の理由により出銑時間の低下が認められた。
【００２３】
本発明の出銑口は、高炉の出銑口等の閉塞材として好適に使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】４５μｍ未満のアルミナの添加量とＳＩの関係を示すグラフである。
【図２】実施例において、押し出し抵抗圧力を測定するために使用したステンレス製試料ホルダーの形状を説明するための図である。
【図３】押し出し抵抗圧力を測定するために使用した測定装置の概略図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ  試料押し出し用面板
Ｂ  試料ホルダー
Ｃ  台座
Ｄ  シリンダーヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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