(57)【要約】【課題】保温性に優れると共に、コストの低減が図れ、取扱性に優れた保温材を提供する。【解決手段】本発明の保温材は、製紙パルプを２０〜５０重量％、植物繊維類の炭化品を５〜２０重量％、加熱により膨張性を有する無機材料を５〜２０重量％、加熱により酸化発熱性を有する酸化発熱材を５〜１５重量％、上記の各材料を固形化する固形材を５〜４０重量％含む固形物からな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】
製紙パルプを２０〜５０重量％、植物繊維類の炭化品を５〜２０重量％、加熱により膨張性を有する無機材料を５〜２０重量％、加熱により酸化発熱性を有する酸化発熱材を５〜１５重量％、上記の各材料を固形化する固形材を５〜４０重量％含む固形物からなることを特徴とする保温材。
【請求項２】
外径が略３０ｍｍ〜４０ｍｍとなる略球形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の保温材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼鍋に収容された溶融金属の冷却を防止する溶融金属用の保温材に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、製鉄所において用いられる溶融金属を収容する溶鋼鍋は、その側面部及び底部を、溶融金属の種類に適合する材質の耐火物で内張りしており、更にその裏面についても、耐火性を有し断熱性の高い材料で被覆し、これによって、溶融金属からの熱伝導による溶融金属の冷却を防止する構造となっている。
【０００３】
通常、前記溶鋼鍋には、転炉又は電気炉において一次精錬が終了した溶融金属が注入されるようになっており、溶融金属が収容された溶鋼鍋は、その後、連続鋳造機が設置されている場所まで搬送されて、溶融金属を中間取鍋（タンディッシュ）に注ぐようにしている。最近では、一次精錬後に、更に不純物を取り除く等の目的で二次精錬を行うケースもあり、溶鋼鍋に収容されている溶融金属の冷却を防止することが重要となっている。すなわち、溶鋼鍋の上面は、溶融金属の注入作業や二次精錬作業などのために開放しておく必要がある一方、開放された上面からの熱放散によって溶融金属が冷却してしまうという問題がある。
【０００４】
溶融金属の溶鋼鍋への注入後に、熱放散防止のために蓋を掛けることは、溶融金属の冷却防止に有効な手段の一つではあるが、大型の溶鋼鍋の場合、溶融金属の熱容量が非常に大きいために、熱放射による蓋の損耗が早く、蓋の改修、更新に多大な費用を要するという欠点がある。
【０００５】
このため、溶鋼鍋に注入された溶融金属の上面に、溶融金属からの熱放散を遮断する材料を載せて、蓋を掛けずに溶融金属の冷却を防止する方式が採用されている。このような熱放散を防止する材料、いわゆる保温材として、従来、特許文献１等に開示されているように、炭化された製紙パルプ（いわゆる、製紙工場等から出されるスラッジを焼却したパルプスラッジ焼却灰）や、特許文献２等に開示されているように、炭化された籾殻（焼籾殻）等が知られている。これらの保温材は、炭素やＳｉ０2 を多く含むことに起因して、保温効果が得られることから、溶鋼鍋の上面に投入することで、溶融金属の熱放散を防止することが可能となる。
【０００６】
また、実際の現場では、保温板と称する板状の部材を投入することも行われている。通常、この種の保温板は、パルプ繊維、アスベスト、蛭石、珪砂、金属アルミ粉等に水を添加しながら混合し（水分２００％のスラリー）、これを、金網を有する型枠に流し込んで加圧しながら脱水し、板状に成形することで製造される。
【特許文献１】特開昭５２−１６０４４号
【特許文献２】特開平７−２１４２８７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１や特許文献２に開示されているような炭化された製紙パルプや籾殻は、軽量で容積が大きい（嵩比重が小さい）ため、輸送費用等、コストの面で問題があり、更には実際に溶鋼鍋に投入した際、溶鋼鍋からの熱気流によって舞い上がってしまい、環境上好ましくはない。また、上記した保温板については、アスベストを混入しているため、環境汚染、人体への影響等があり、好ましくはない。
【０００８】
さらに、上記した目的で使用される保温材については、できるだけ、長時間に渡って保温効果が維持されるものであることが好ましく、従来用いられている保温材については、保温性能の面から、更に改良する余地があると考えられる。
【０００９】
本発明は、上記した問題に基づいて成されたものであり、保温性に優れると共に、コストの低減が図れ、取扱性に優れた保温材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成するために、本発明に係る保温材は、製紙パルプを２０〜５０重量％、植物繊維類の炭化品を５〜２０重量％、加熱により膨張性を有する無機材料を５〜２０重量％、加熱により酸化発熱性を有する酸化発熱材を５〜１５重量％、上記の各材料を固形化する固形材を５〜４０重量％含む固形物からなることを特徴とする。
【００１１】
上記した構成において、製紙パルプは、例えば、製紙工場から破棄処分される製紙パルプスラッジが用いられる。この製紙パルプスラッジは、製紙工程で出される繊維質と水を含んでスラリ状となっており、通常は廃棄処分されるが、本発明では、これを有効活用し、脱水処理して再利用する。この場合、脱水処理では、含有水分を５０％以下になるように処理することが好ましい。また、植物繊維類の炭化品は、例えば、籾殻やとうもろこしの茎等の植物繊維類を炭化処理することで用いられる。また、加熱により膨張性を有する無機材料は、例えば、蛭石、膨張性黒鉛等が用いられる。また、加熱により酸化発熱性を有する酸化発熱材は、例えば、金属アルミニウム粉末や金属マグネシウム粉末が用いられる。また、上記した各材料を固形化する固形材は、例えば、軽焼マグネシアやアルミナセメントが用いられる。
【００１２】
そして、上記した構成材料からなる固形物は、外径が略３０ｍｍ〜４０ｍｍとなる略球形状に成形されていることが好ましい。
【００１３】
このように略球形状に成形することで、搬送し易くなると共に、実際に溶融金属に投入した際、均一に膨張して、有効的に保温膜を形成し、溶融金属の冷却を効果的に防止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、溶鋼鍋に保持されている溶融金属の保温性に優れると共に、搬送する際のコストの低減が図れ、取扱性に優れた保温材が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明者らは、一般的に、製鉄所に用いられている溶鋼鍋に投入する保温材に関し、実際の保温効果を始めとして、輸送に伴うコスト（輸送コスト）及び投下するに際しての取扱性等について鋭意検討を重ねた結果、そのような保温材として使用可能な各種の材料を、後述するような配分比率で混合し、これを固形化することで、好ましい作用効果が得られることを見出した。以下、そのような保温材を構成する構成材料について具体的に説明する。
【００１６】
まず、保温効果が認められる好適な材料として、製紙パルプ（パルプスラッジ）や炭化した植物繊維類（籾殻、とうもろこしの茎等）が挙げられる。これらは、成分炭素成分やＳｉＯ2 成分が多く含むため保温効果が認められるが、これらの材料については、溶融金属に投入して膨張した際の膨張密度が異なることに着目し、個別に用いるのではなく、所定の割合で混合する。すなわち、製紙パルプは、膨張した際の密度が低いため、空気の層を多数含み、そのような空気の層が断熱効果を発揮して良好な保温効果が得られると考えられるが、逆に、余り多く含みすぎると膨張した際の空間部分が広くなりすぎてしまい、溶融金属の熱を流通させ易くなって、外部から冷たい空気が流入し易い傾向となってしまう。このため、膨張密度の高い炭化した植物繊維類を所定の比率で混入しておくことで、同様な保温効果を発揮しつつ、そのような空気の流通を効果的に抑制することが可能となる。
【００１７】
上記した製紙パルプの混入比率は２０〜５０重量％に設定される。すなわち、混入比率を２０重量％以下にしてしまうと、充分な保温効果が得られなくなってしまい、逆に５０重量％を超えてしまうと、膨張した際、空気が流通し易くなって溶融金属の熱を放散したり、固形化したときの嵩比重を増加する要因となってしまう。そこで、このような欠点を補うために混入される植物繊維類の炭化品の混入比率は、５〜２０重量％に設定される。ここでは、混入比率を５重量％以下にしてしまうと、膨張密度が低い製紙パルプの比率が大きくなり過ぎて、空気の流通による保温効果の低下が生じ易くなってしまい、逆に２０重量％を超えてしまうと、固形化したときの嵩比重を増加する要因となってしまう。
【００１８】
上記した製紙パルプや炭化した植物繊維類は、溶鋼鍋に投入した際、直ちに膨張して、溶融金属を覆うように表面に広がることで、保温効果を効率的に発揮することが可能となる。そこで、このような膨張作用を助長できるように、加熱により膨張性を有する蛭石、膨張性黒鉛等の無機材料が所定量混入される。
【００１９】
上記した蛭石、黒鉛等の無機材料の混入比率は５〜２０重量％に設定される。すなわち、混入比率を５重量％よりも少なくすると、充分な膨張効果が得られなくなって保温効果の発現が遅れる等、保温効果が低下してしまい、逆に２０重量％を超えて混入してしまうと、膨張が速すぎて溶融金属の表面に沿って広く広がる傾向が強くなり、保温効果のある膜の厚さが充分確保できず、保温効果が低下してしまう。
【００２０】
また、加熱により酸化発熱性を有する酸化発熱材、例えば、金属アルミニウム粉末や金属マグネシウム粉末を混入することで、上記した蛭石、膨張性黒鉛等の無機材料を急速に膨張させることが可能になる。すなわち、このような酸化発熱材は、加熱を受けることで、急速に酸化する際に発熱する性質があるため、上記した蛭石や膨張性黒鉛の急速膨張を溶融金属からの熱吸収なしに発現させることができ、保温材の容積を拡大して、溶融金属からの熱放散を遮断する効果を短時間で発揮することが可能になる。
【００２１】
上記した酸化発熱材の混入比率は５〜１５重量％に設定される。すなわち、混入比率を５重量％よりも少なくすると、上記した蛭石、膨張性黒鉛等の無機材料の急速な膨張効果が発揮されなくなって保温効果の発現が遅れてしまい、逆に１５重量％を超えて混入してしまうと、材料自体が熱を放散する現象に転化して、保温効果が早期になくなってしまう。
【００２２】
そして、上記した各材料を固形化するための固形材、例えば、軽焼マグネシア又はアルミナセメントを混入することで、固形化された保温材が成形される。すなわち、このような固形材は、所定の形状を保った状態で保温材としての強度を維持する機能を有し、輸送時や投入時において、保温材が粉砕したり粉状になることを防止し、取扱性を向上する。
【００２３】
上記した固形材の混入比率は５〜４０重量％に設定される。すなわち、混入比率を５重量％よりも少なくすると、充分な強度が維持できなくなって取扱性が低下してしまい、逆に４０重量％を超えて混入してしまうと、保温材全体の比重が大きくなりすぎて、保温効果が減退してしまう。
【００２４】
上述したような構成材料を含む保温材は、例えば、図１に示すような製造工程によって成形される。
【００２５】
すなわち、保温材の構成材料となる製紙パルプ（パルプ繊維）１、植物繊維類の炭化品２、加熱により膨張性を有する無機材料３、及び酸化発熱性を有する酸化発熱材４、並びに上記の各材料を固形化する固形材５を、所定の重量配分となるように計量し、各材料を混合機１０に投入する。混合機１０では、材料を均一に攪拌しながら押し付けて、各材料間にある空気を脱気して圧着が容易になるように調整する。この際、水分を添加することで材料全体を湿潤させ、混入した材料を球状体に成形することを容易にする。
【００２６】
そして、湿潤状になった混合材料を造球機２０に投下する。この場合、造球機２０は、混合材料を受け入れるホッパ２１が混合機の下方に設置されており、混合機１０から溢れ出るスラリを、そのままホッパ２１で受け取るように設置する。
【００２７】
ホッパ２１の下側には、所定の隙間を空けて回転する２つの回転ドラム２２が設けられている。各ドラム２２の表面には、半球状に形成された凹型の窪み２２ａが多数形成されており、回転するドラム間の隙間を通過した材料は、両方のドラムの窪み２２ａに入り込んで圧着されて成形され、略球形の外形を持って連続的に排出される。
【００２８】
そして、連続的に排出された保温材は、そのまま乾燥台車３０に載せられる。この乾燥台車３０は、常温下で４８〜７２時間程度、放置、養生され、これにより、前記固形材（軽焼マグネシア又はアルミナセメント）の硬化反応によって硬化強度が発現し、梱包搬送による壊れや紛化が生じることなく、現場に輸送することが可能となる。更に、例えば、１１０℃以上で加熱乾燥を施し、残存水分を２％以下に調整して、溶鋼鍋に投入されたときの水蒸気の発生を防止する処理を行う。
【００２９】
なお、造球機２０による成形に際しては、輸送性や取扱性を考慮して、外径が３０〜４０ｍｍ程度の略球形状に成形することが好ましい。また、このように略球形状に成形することで、投入時に均等に膨張するようになり、保温効果を向上することが可能となる。もちろん、本発明の保温材は、固形材によって強度が維持されるため、取扱性が良好であれば、様々な塊形状にすることが可能である。
【００３０】
上記したような混合比率の材料によって成形された保温材は、後述する実施品のように、嵩比重が１以上を確保していることから、従来の炭化籾殻（嵩比重０．２６）、及び保温板（嵩比重０．７５〜０．８５）と比較して、輸送コストは勿論、製鉄所における在庫のコストが低減できると共に、取扱も容易に行えるようになる。
【００３１】
そして、上記した構成材料によって成形された保温材と、従来から用いられている保温材について、その保温効果について比較試験を行ったところ、以下のような結果が得られた。
【００３２】
ここでは、上記した範囲の混合比率による保温材を、表１に示す構成材料比率として２種類（本発明品Ａ，Ｂ）製造し、これを表１に示す構成材料比率による従来の保温板及び炭化籾殻、並びに、保温材がない状態と比較した。
【００３３】
【表１】
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また、比較試験は以下の条件で行った。まず、溶融金属となる金属アルミ（サッシュ屑）２Ｋｇを黒鉛ルツボに投入すると共に、ルツボ中に熱電対を設置した状態で毎分１０℃のペースで昇温し金属アルミを溶解する。そして、溶湯が７５０℃に達した後、そのまま２０分間保持して、その後、加熱電源を遮断する。そして、直ちに試験品を５０ｇ溶湯上面に投入し、１０分間隔で、溶湯及びルツボ上面の温度を測定する。
【００３４】
図２は、溶湯の内部の温度変化を時間の経過と共に示した表及びグラフであり、図３は、ルツボ表面の温度変化を時間の経過と共に示した表及びグラフである。
【００３５】
図２から明らかなように、溶融金属の凝固完了温度である６２０℃付近に温度が低下するまでの時間は、保温材がない場合は約６０分、炭化籾殻の場合は約７０分、保温板の場合は約７５分であるのに対し、本発明品Ａ及びＢは、共に約９０分と、良好な保温効果を発揮することができた。
【００３６】
また、図３から明らかなように、ルツボ上面（保温材上面）の温度についても、本発明品Ａ及びＢは、比較品と比べると上面温度が低い状態が保持されており、熱放散量が低い結果が得られた。これは、投下した保温材が充分な保温効果を発揮していることから、表面に発散する熱量が少ないことを意味している。
【００３７】
以上の実験結果から明らかなように、本発明に係る保温材によれば、保温効果が良好な結果が得られるようになる。また、本発明に係る保温材によれば、従来の炭化された製紙パルプや籾殻と比較して嵩比重が大きいため、輸送費用等のコストの低減が図れると共に、溶鋼鍋に投入した際に熱気流によって舞い上がることもなく、環境問題を害するようなこともない。また、搬送や投入する際の取扱性に優れ、長時間に渡って保温効果が維持されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る保温材の製造工程の一例を示す図。
【図２】本発明に係る保温材と従来の保温材の比較試験による測定結果を示しており、溶湯の内部の温度変化を時間の経過と共に示した表及びグラフ。
【図３】本発明に係る保温材と従来の保温材の比較試験による測定結果を示しており、ルツボ表面の温度変化を時間の経過と共に示した表及びグラフ。
【符号の説明】
【００３９】
１  製紙パルプ
２  植物繊維類の炭化品
３  加熱により膨張性を有する無機材料
４  酸化発熱性を有する酸化発熱材
５  固形材
１０  混合機
２０  造球機
２１  ホッパ
２２  回転ドラム
２２ａ  凹型の窪み
３０  乾燥台車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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