JP4475635B2 - アルミナ成分を主体とした不焼成れんが及びアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法 - Google Patents
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Description
本発明は、アルミナ成分を主体とした不焼成れんが及びアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法に関し、特に、アルミナ・カーボン質使用済み耐火物を３ｍｍ以下の粒度に粉砕して高効率、低コストにて処理するための新規な改良に関する。
従来、使用済み耐火物をリサイクルする方法については、種々考案されており、実際に利用されている。
例えば、リサイクルを行う為の使用済み耐火物の処理方法に関しては、例えば、特許文献１，２，３等に記載されている様に、地金、スラグ浸潤層の除去等を行い、使用済み耐火物の高純度化を行うことを目的とした処理方法の開発が行われている。
また、本発明に関わるアルミナ・カーボン質使用済み耐火物（以下、ＡＣ屑と記載）の活用方法として、特許文献４，５に記載されている様に微粉部を除いた粗粒、微粉部分を不定形耐火物に適用する方法や、特許文献６に記載されている様に、粉砕処理を一切行わずプレキャストブロックに適用する方法がある。
従来方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、使用済み耐火物からスラグ浸潤層の除去を完全に行い、これらの高純度化を過度に行う場合、設備面や分別されたスラグ浸潤層の処理費用がかかり、結果的に使用済み耐火物を利用する場合のコストメリットが得られにくくなる。
すなわち、使用済み耐火物からスラグ浸潤層の除去を完全に行い、これらの高純度化を過度に行う場合、設備面や分別されたスラグ浸潤層の処理費用がかかり、結果的に使用済み耐火物を利用する場合のコストメリットが得られにくくなる。
また、不定形耐火物に利用する場合、施工性を確保或いは一定に保つ為、処理後の耐火物の粒度を細分化する必要があり、また、微粉部分の利用が困難であるといった問題がある。また、粉砕設備の特性によっては、粉砕物の粒度と必要とする粒度のバランスが取れず、一定の粒度だけが余剰になってしまう場合もある。特に今回リサイクル化を行うＡＣ屑は、カーボンを含有している為、施工性、耐酸化性の面から微粉部分の使用は特に困難である。
また、特許文献６に記載されている様に、アルミナ・カーボン質使用済み耐火物を脱鉄のみ行い、湯当り部用プレキャストブロックに適用した場合は、前述のような処理費用高、微粉部等の廃棄を行う必要はないが、一般的な湯当りブロックの使用量からすると、使用済み耐火物の使用量は限定され、結果的に発生量の全てを消費することは困難である。
本発明によるアルミナ成分を主体とした不焼成れんが耐火物は、アルミナ・カーボン質使用済み耐火物を３ｍｍ以下の粒度に粉砕した粉砕物を原料の一部として４０〜８０ｗｔ％有するアルミナ成分を主体とした不焼成れんが耐火物において、前記粉砕物に対して、純度が９０ｗｔ％以上で粒度が０．０７４ｍｍ以下のマグネシア微粉原料が３〜１０ｗｔ％添加され、且つ、バージン原料であり、天然鱗状黒鉛、ピッチ、カーボンブラックのいずれかよりなるカーボン微粉原料を含み、アルミナ・カーボン屑中のカーボンとの合計のカーボン成分含有量が９〜１３ｗｔ％となるようにカーボン微粉原料が添加された構成であり、また、本発明によるアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法は、アルミナ・カーボン質使用済み耐火物を３ｍｍ以下の粒度に粉砕した粉砕物を原料の一部として４０〜８０ｗｔ％使用するアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法において、前記粉砕物に対して、純度が９０ｗｔ％以上で粒度が０．０７４ｍｍ以下のマグネシア微粉原料が３〜１０ｗｔ％添加され、且つ、バージン原料であり、天然鱗状黒鉛、ピッチ、カーボンブラックのいずれかよりなるカーボン微粉原料を含み、アルミナ・カーボン屑中のカーボンとの合計のカーボン成分含有量が９〜１３ｗｔ％となるようにカーボン微粉原料を添加する方法である。
本発明によるアルミナ成分を主体とした不焼成れんが及びアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、前述の手法によって、３ｍｍ以下の粒度に粉砕したＡＣ屑を４０〜８０ｗｔ％添加したれんがを用いることで、使用済みアルミナ・カーボン質耐火物を廃棄することなく、リサイクル化することが可能となる。
使用済み耐火物の処理工程を簡素化することで、使用済み耐火物を安価なリサイクル原料として配合添加できる為、耐火物の原料費を低減することが可能となる。
ＡＣ屑を不焼成れんがに配合添加する際、バージン原料部のマグネシア原料、カーボン原料の添加量に留意し、両原料を配合添加することで、従来のＡＣ屑を使用しない不焼成れんがと同等の耐用性が得られ、結果原単位増による、使用済み耐火物の発生量増及びコスト高になることなく、ＡＣ屑のリサイクル化が可能となる。
すなわち、前述の手法によって、３ｍｍ以下の粒度に粉砕したＡＣ屑を４０〜８０ｗｔ％添加したれんがを用いることで、使用済みアルミナ・カーボン質耐火物を廃棄することなく、リサイクル化することが可能となる。
使用済み耐火物の処理工程を簡素化することで、使用済み耐火物を安価なリサイクル原料として配合添加できる為、耐火物の原料費を低減することが可能となる。
ＡＣ屑を不焼成れんがに配合添加する際、バージン原料部のマグネシア原料、カーボン原料の添加量に留意し、両原料を配合添加することで、従来のＡＣ屑を使用しない不焼成れんがと同等の耐用性が得られ、結果原単位増による、使用済み耐火物の発生量増及びコスト高になることなく、ＡＣ屑のリサイクル化が可能となる。
本発明は、３ｍｍ以下の粒度に粉砕したＡＣ屑を用いてアルミナ成分を主体とした不焼成れんが耐火物を製造することにより、従来と同様の混練、成形、乾燥方法を用いてリサイクルによる不焼成れんがを作ることを目的とする。
以下、図面と共に本発明によるアルミナ成分を主体とした不焼成れんが及びアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法の好適な実施の形態について説明する。
本発明は、アルミナ・カーボン質使用済み耐火物の処理において、スラグ浸潤層の分別除去、粉砕工程での粒度の細分化を必要とせず、かつ、粉砕時に発生する微粉部分を全て利用することで、処理費用の低減及び廃棄物量の低減を図ることを目的に、ＡＣ屑をアルミナ成分を主体とする不焼成れんが（以下、不焼成れんがと記載）に配合添加するための技術である。
具体的には、使用済みアルミナ・カーボン質耐火物を粗砕、磁選後、更に２次粉砕により３ｍｍ以下の粒度に粉砕したものを不焼成れんがの原料の一部としてリサイクル化を行う。３ｍｍ以下に粉砕する理由としては、ＡＣ屑粒度の偏析によるれんがの成形性のバラツキを抑制するためである。また、３ｍｍ以下に粉砕した場合の粒度分布が極端に偏った場合は添加量が制限されるので、望ましくは３〜１ｍｍ＝４０〜６０ｗｔ％、１ｍｍ未満＝６０〜４０ｗｔ％になるように、粉砕機の調整を行うとよい。また、粉砕ロット毎による粒度分布のバラツキを抑制する意味で、粉砕機の調整を行うほうがよい。
ＡＣ（アルミナ・カーボン）屑の配合添加量は４０〜８０ｗｔ％とする。添加量については、れんがの使用される部位の過酷度により調整する（スラグライン（ＳＬ）、フリーボード（ＦＢ）部＝４０〜６０ｗｔ％、メタルライン（ＭＬ）部＝６０〜８０ｗｔ％）。
添加方法は、ＡＣ屑の粒度に相当する、不焼成れんが中のバージン原料との置換で行う。通常この粒度域はブラウンアルミナ、天然高アルミナ、ボーキサイト、白色電融アルミナ、焼結アルミナ、ムライト、焼結マグネシア、電融マグネシアの内の一種または複数種で構成されている。
ＡＣ屑は従来高純度アルミナ原料を主原料とし、カーボン原料が添加されている。このため、リサイクル原料として使用した場合、他のバージン原料との焼結性が低い。例えば、不焼成アルミナ・マグネシア・カーボンれんがの様に、元々マグネシア原料が配合添加されているものは問題ないが、例えば、不焼成アルミナ・炭珪・カーボンれんがの様にマグネシア原料が配合添加されていない材質においては、新たにマグネシア原料を配合添加する必要がある。これはマグネシア原料を添加することで、ＡＣ屑及びバージン原料中のアルミナ分とのスピネル化による焼結性を付与するためである。尚、不焼成アルミナ・マグネシア・カーボンれんがであっても、マグネシア原料が微粉部に使用されていない場合は、同じ理由で微粉部での添加が必要である。微粉部で添加するマグネシア原料は、焼結マグネシア、電融マグネシアであって、純度が９０ｗｔ％以上であり、添加する範囲は３〜１０ｗｔ％とする。純度が９０％以下の場合は耐食性の面で問題があり、また、３ｗｔ％以下の添加量では効果が得られず、１０ｗｔ％以上では焼結性過多及び膨張性過多による耐スポーリング性の面で問題がある。
ＡＣ屑中にはカーボンが含有されているが、これ以外にもバージン原料としてのカーボンを添加する。これはカーボンによるスラグ浸潤抑制効果を得ようとした場合、カーボンが微粉であることが望ましく、ＡＣ屑中の微粉部中のカーボン源だけではこの効果が得られにくいためである。バージン原料としてのカーボン添加量は以下の範囲である。使用するカーボン原料は天然鱗状黒鉛、ピッチ、カーボンブラックのいずれでもよい。
れんが中のカーボン含有量＝９ｗｔ％＜ＡＣ屑中のカーボン含有量＋バージンのカーボン原料＜１３ｗｔ％
れんが中のカーボン含有量＝９ｗｔ％＜ＡＣ屑中のカーボン含有量＋バージンのカーボン原料＜１３ｗｔ％
ＡＣ屑中のカーボン及びバージンのカーボン原料の酸化防止剤として、金属アルミニウム、金属シリコニウム、Ｂ４Ｃの１種又は複数種を使用する。
れんがのプレスによる成形性及び製品強度付与に必要となる、成形助剤（粘土等）及び結合剤（フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂）は通常の不焼成れんがと同様にし、残部は通常の不焼成れんがと同じとする。
次に、実際に実験した本発明と比較例との場合について開示する。
尚、３ｍｍ以下の粒度に粉砕したＡＣ屑を、溶銑予備処理鍋（脱燐、脱硫処理鍋）の側壁ワーク材に使用する、不焼成アルミナ・炭珪・カーボンれんがに配合添加した。表１の第１表に実炉評価を行った各配合を記載する。
尚、３ｍｍ以下の粒度に粉砕したＡＣ屑を、溶銑予備処理鍋（脱燐、脱硫処理鍋）の側壁ワーク材に使用する、不焼成アルミナ・炭珪・カーボンれんがに配合添加した。表１の第１表に実炉評価を行った各配合を記載する。
次に、ＡＣ屑の添加量は、スラグライン部、フリーボード部用れんがに４０〜６０ｗｔ％、メタルライン部用れんがに６０〜８０ｗｔ％とし、実炉評価を行った。
本実施例は不焼成アルミナ・炭珪・カーボンれんがに対しＡＣ屑を配合添加しているため、マグネシア原料を新たに配合添加した。マグネシア原料は純度９５％の電融マグネシアを０．０７４ｍｍ以下の粒度で各実施例とも使用した。
表１の第１表に記載した各配合を説明する。比較例１は、ＡＣ屑が未添加の通常使用している、不焼成アルミナ・炭珪・カーボン質れんがである。実施例１〜４はＡＣ屑を４０〜８０ｗｔ％添加し、本発明の範囲内でマグネシア原料、カーボン原料を使用した。比較例２，３，４はＡＣ屑を添加し、カーボン含有量、マグネシア添加量について、本発明の請求範囲を超え、それぞれ添加されている。
実施例４のメタルライン部においてＡＣ屑添加量を８０ｗｔ％とした。れんがを成形する上でバージン原料として必要な成形助剤等を添加した残部に、マグネシア原料、カーボン原料を添加したため、他の実施例よりこれら添加量が少なくなっている。
尚、図１に、表１の第１表に記載した各配合の実炉評価の結果を示す。
尚、図１に、表１の第１表に記載した各配合の実炉評価の結果を示す。
損傷の主因は、実施例１〜４、比較例１〜３共に、スラグライン部の溶損であり、比較例４は、スラグライン部メタルライン部の迫割れであった。又、比較例４の非迫割れ部の残寸は実施例２と同等であった。
比較例１の耐用回数は４００ｃｈであり、これに対し、実施例１〜４それぞれ同等の耐用回数が得られた。
実施例１と２を比較した場合、マグネシア添加量が多い実施例２の方が耐用性に優れていることから、マグネシア添加による効果が確認できる。
比較例２は、カーボン含有量が本発明の範囲を超えているため、耐食性低下により十分な耐用性が得られなかった。この理由としては、カーボン量過多により成形性が低下し、物性面で比較例１及び実施例１〜４と比較し劣っているためである。
比較例３マグネシア添加量が発明の範囲より少ないため、十分な耐食性が得られず、逆に比較例４は本発明の範囲より過剰なため、耐スポーリング性に問題があり、結果、比較例３，４共に耐用回数が低下した。又、比較例４の廃却時の残寸が、実施例２と差異がなかったことから、マグネシア添加量が１０ｗｔ％を超えても耐食性の向上は期待できないことが判明した。
従って、本発明によれば、アルミナ・カーボン質使用済み耐火物を３ｍｍ以下の粒度に粉砕した粉砕物を原料の一部として４０〜８０ｗｔ％有することを特徴とするアルミナ成分を主体とした不焼成れんが耐火物を得ることができ、又、前記粉砕物に対してマグネシア微粉原料及びカーボン微粉原料が添加されたことを特徴とするアルミナ成分を主体とした不焼成れんが耐火物を得ることができ、さらに、前記マグネシア微粉原料が３〜１０ｗｔ％添加され、且つ、カーボン成分含有量が９〜１３ｗｔ％となるように前記カーボン微粉原料が添加された不焼成れんが耐火物を得ることができる。
本発明は、製鉄工程に用いるれんが耐火物に限らず、建物、地面等の使用にも適用可である。
Claims (2)
- アルミナ・カーボン質使用済み耐火物を３ｍｍ以下の粒度に粉砕した粉砕物を原料の一部として４０〜８０ｗｔ％有するアルミナ成分を主体とした不焼成れんが耐火物において、
前記粉砕物に対して、純度が９０ｗｔ％以上で粒度が０．０７４ｍｍ以下のマグネシア微粉原料が３〜１０ｗｔ％添加され、且つ、バージン原料であり天然鱗状黒鉛、ピッチ、カーボンブラックのいずれかよりなるカーボン微粉原料を含み、アルミナ・カーボン屑中のカーボンとの合計のカーボン成分含有量が９〜１３ｗｔ％となるようにカーボン微粉原料が添加されたことを特徴とするアルミナ成分を主体とした不焼成れんが耐火物。 - アルミナ・カーボン質使用済み耐火物を３ｍｍ以下の粒度に粉砕した粉砕物を原料の一部として４０〜８０ｗｔ％使用するアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法において、
前記粉砕物に対して、純度が９０ｗｔ％以上で粒度が０．０７４ｍｍ以下のマグネシア微粉原料が３〜１０ｗｔ％添加され、且つ、バージン原料であり、天然鱗状黒鉛、ピッチ、カーボンブラックのいずれよりなるカーボン微粉原料を含み、アルミナ・カーボン屑中のカーボンとの合計のカーボン成分含有量が９〜１３ｗｔ％となるようにカーボン微粉原料を添加することを特徴とするアルミナ・カーボン質使用済み耐火物をアルミナ成分を主体とした不焼成れんがに再生する再生方法。
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