JPS5849512B2 - 高炉出銑口用マツド材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉出銑口に用いるマツド材の構或に係り、と
くにタール、ピンチ等の炭素質有機粘結剤に基因する使
用時の諸欠点を解決した焼結性の良好なマツド材に関す
る。

最近の高炉における犬型化や高圧操業による生産能力の
増大は、同時に２個以上の出銑口からのラツプ出銑等に
より、１日の出銑回数が増加し、また炉内圧力の増大等
により出銑口の開口、閉塞等の作業性、安全性等が高炉
操業全体の作業性および生産能率向上の面からとくに重
要なものとなってきた。

これらの対策の一環として出銑口の口径を一定に保ち、
出銑時間と出銑量を定常化することが要望されているが
、従来の出銑口閉塞用マッド材ではまだ満足されるよう
な実績は得られていない。

本発明は従来使用されていろマツド材の性状を改良して
大型高炉における高圧操業に適応した出銑口閉塞用マツ
ド材を提供することを目的とする。

最近の大型高炉は数個の出銑口を有し、出銑作業は数個
の出銑口を交互に使用するため、出銑口の閉塞および開
口の時間的間隔は同一出銑口につき通常数時間であるが
、出銑樋の状況によっては、数日間の場合や連続出銑の
ように１時間前後の場合もある。

このような操業上、マツド材に要求される性質としては
、 （１）マツドガンによる出銑口充填作業に最も適した流
動性を有すること、 （２）焼成所要時間が短かく、早期に焼結すること、（
３）焼成時間の長短によって焼結強度の変動が少なく、
開口作業が容易であること、 （４）溶銑、溶滓等に対して耐侵蝕性があり、出銑の口
径拡大が少なく、また適当な出銑口深度を維持すること
、 等である。

これらの条件を満足するマツド材を使用すれば、炉内の
溶銑面は常に低いレベルで管埋され、機械的故障による
突発休風時の二次的被害が未然に防止できて、生産性お
よび安全面においても大きな役割を果すことになる。

したがって、マツド材品質の改良は重大な関心事になっ
ており、窯業関係者のみならず、高炉操業関係者におい
ても改良、研究に取組んでいる現状であるが、まだ満足
できるような成果は得られていない。

現在一般に使用されているマツド材は、コークス、ロー
石、シャモット、高アルミナ、粘土および炭化珪素等の
粉粒（最大粒径４〜５ｍｍ程度）からなる組成物に、タ
ールまたはその他の有機炭素化合物からなる粘結剤を添
加して充分混練したものがマツドガンにより出銑口に押
し込み充填されている。

炉内に充填されたマツド材は加熱によって、粘結剤中の
揮発分が除去され、残留炭素と粘土、ロー石、シャモッ
ト等の耐火材が結合して強固な組織をつくる。

しかしながら、従来使用されているマツド材は大型高炉
の高圧操業では強度不足になり、これを改善するために
焼結材（金属けい素、フエロ・シリコンなど）の添加量
を増量する手段がとられているが、それにともなって揮
発分も増加するため、加熱時に揮発ガス圧の上昇に基因
して、マッド材組織が破壊して組織結合が弱化したり、
またタール等の粘結剤を増加するにともない、気孔が大
きくなり焼結がおくれるなどの欠点が生ずる。

また、粘土の添加量を増すと焼結時間が長《なるととも
に、焼結中に体積が収縮して組織強度も劣化し、さらに
溶滓が組織内に浸入して侵蝕傾向が大きくなる。

したがって従来使用されているマツド材を高圧操業の大
型高炉の出銑口に使用する限り、溶銑、溶滓等に対して
出銑口の口径拡大や出銑口深度を一定に維持することは
不可能である。

本発明は、出銑口の現状に即応した最適粒度範囲の大粗
粒耐火骨材を最適量配合することにより、炭素質粘結剤
の添加量を自動的に制約することができ、実作業時のマ
ツド材の焼結性を良好にしたものであって、高圧操業の
大型高炉出銑口に対して十分満足される性状を具備した
マツド材である。

つぎに本発明を詳細に述べる。

従来のマツド材の原料粒度は最大５關以下でほとんど粉
末によって構成されており、これらにタールまたはその
他の有機炭素化合物からなる粘結剤を添加することによ
って、マツドガンを用いて出銑口に押し込む場合の可塑
性を得るように考慮されているが、この場合の粘結剤の
添加量は１５〜２０重量％になり、高炉が大型化される
にともない、さらに増量される傾向である。

このように、粘結剤が多いほど、粘結剤中の揮発ガス量
が多くなり、焼結がおくれ、組織的に悪くなることは前
述のとおりであるが、本発明は、コークス、シャモット
、高アルミナ、粘土および炭化珪素の粉末（３．０ｍｍ
以下）に対して、骨材の最大部１０−３０ｍｍのほぼ球
状、または楕円体、アーモンド状、棒状の形状のうちい
ずれかあるいはこれらの混合物すなわち１形状または２
形状以上の耐火骨材を１０〜４０重量％添加するもので
あって、これによってタール、ピッチなどの粘結剤は従
来品に《らべて２〜８重量％減量できるようになる。

添加すべきタール、ピッチなどの粘結剤の量が少くなれ
ば、それだけ操業中のマツド材のキレツ発生が抑制され
、早期に焼結できるマツド材が得られる。

粘結剤が減量することにより、揮発量が低下し、さらに
かかる骨材を使用することで通気性を高め、いっそう粘
結剤の揮発を促進することができ、早強性のマツド材を
得る。

また、品質的にも低気孔性であって密度を高め、さらに
圧縮強度を大きくし、骨材が微粉部の繋ぎ効果をいっそ
う有効にするため、曲げ強度を高めることができる。

高炉の出銑口は開孔時出銑初期にはドリルで開口し、４
０〜５０關の口径を有しているが、溶銑・スラグの侵蝕
、摩耗により７０〜８０ｍｍの口径に拡大した時点で出
銑を完了し閉塞する。

開口がドリルでおこなわれる関係上、マツド材中の骨材
は開口可能な材質でな《ではならない。

あまりかたすぎるとドリルで開孔できなくなる。

また、閉塞時にマツドガンで押し出し可能な形状や大き
さの骨材に制限される。

さらに、炉内に圧入されているマツド材との接着性も重
要であって、とくに好ましいことは、微粉部と同一材質
か、または炭素質の骨材が効果的であるが、開孔可能で
あれば、材質上とくに制限はない。

耐火骨材の形状としては、叙上の観点から種々検討した
結果、開口、開塞時にマツドガンで操作し易い移動性の
良い形状を選定した。

すなわちほぼ球状、楕円体アーモンド状、棒状であって
、これらの形状は厳密な意味で表現するものではなく、
大体これらの形状に近似したものを総称する。

これらのうち１形状または２種以上の形状を使用する。

耐火骨材の形状は最大部の大きさ（長さ寸法）が１０−
３０朋とする。

各形状の例については第５図に示してあり、ａは球形、
ｂは楕円形、Ｃはアーモンド状、ｄは棒状であって前記
最大部の大きさｌは図示のように定義するものである。

通常のボタ材をあらかじめ加圧成形して粘結剤の揮発分
を加熱除去し強固なものにしてから破砕し、球状骨材と
して使用したり、または、球状、あるいは楕円体、アー
モンド状、棒状に或形したものを本発明の耐火骨材とし
て使用する。

耐火骨材の材質は天然産耐火原料、合成耐火原料、また
炭素製品等いずれでも十分その効果を発揮することがで
きる。

本発明に係る耐火骨材の材質は従来一般に使用されてい
るあらゆる耐火材料（組成物）を配合できるものであっ
て、本発明の目的、効果を十分に発揮し実用に供し得る
ものである。

つぎに本発明のマツド材を完或するためにおこ※※なっ
た実験および試作結果について第１図ないし第３図の特
性試験を示す。

また、第１図ないし第３図の特性試験のための本発明の
配合と従来品Ａ一１の配合を第１表に示す。

本発明における配合例の符号Ａ１、Ａ２、Ａ３、＆４（
第１図乃至第３図においても同じ）は、球状耐火骨材の
それぞれについて最大部の大きさｌ、即ち、直径が１０
ｍ汎、２０間、３０ｍｍ、４０ｍｍの粒度のものの添加
割合（重量）として、各粒度のものがｌＯ％、２０％、
３０％、４０％について記載した。

上表中本発明における耐火骨材は同表中の従来品配合す
なわち高アルミナ質、シャモット質、ロー石質、コーク
ス、炭化珪素、粘土、タールの表示中の配合割合によっ
て混練したマツド材をあらかじめ球状の最大部ｌの長さ
を１０１１Ｌｍ、２０關、３０關、４０山の４種類に区
分して、２００ｋｇ／ｃｒｒｔの圧力で戒形し、３５０
〜４００℃に保たれたトンネル式乾燥炉内で３０時間乾
燥し、夕一ル、揮発分を十分除去して、上記最大部が４
種類の耐火骨材を得た。

これらの骨材を第１表の配合にもとづいて混練し、マツ
ド材をさらに２３０Ｘ１ ００ＸＩ ００ｍｍの直方体
にエアーランマーで成形し供試体にした。

この球状の最大部ｌの大きさ、すなわち直径を上記４種
類に区分してそれぞれ１０％、２０％、３０％、４０％
添加して４種類の配合符号によって１６種類の供試体を
つくり、それぞれの特性値（強度）を測定した結果をグ
ラフにまとめたのが第１図、第２図、第３図である。

尚、第１，２図において曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ
耐火骨材の大きさ１０朋、２０關、３０朋、４０朋を示
し、第３図における曲線Ｅ，Ｆ，Ｇは乾燥時間がそれぞ
れ３時間、６時間、１０時間の場合を示す。

このうち、最大部の大きさ、すなわち球径１−２０ｍｍ
の球状耐火骨材を配合した第１表中のＡＩないしＡ４に
よる供試体を３００℃の温度で１０時間乾燥し、従来品
Ａ−１との品質比較をおこなった結果を第２表に示す。

第２表に示すごとく従来品Ａ−１に比較して本発明にお
ける耐火骨材の添加量が増すにしたがって見掛気孔率が
小さくなるとともに嵩比重（充填度を示す）が大きくな
っている。

また強度特性として耐圧強度、曲げ強さともに耐火骨材
３０重量％添加品までは増大しているが、４０重量％を
こえると次第に低下する傾向を示している。

本発明における他の耐火骨材配合品についても、すべて
同条件で試験した結果、第１図：耐火骨材大きさと添加
量が耐圧強度に及ぼす影響に示すごとく、骨材の大きさ
を問わず、骨材を添加することによって、従来品のマツ
ド材にくらべ、耐圧強度が著しく向上していることが判
る。

また、耐火骨材の１＝１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０１ｒＬ
７ＩＬと次第に強度が向上しているが、４０間の大きさ
になると、他の骨材を配合したものより低下する傾向が
ある。

また、ｌ＝１０ｍｍの骨材の添加量２０重量％が強度の
最高値であって、それ以上の添加量では逆に強度が低下
する。

ｌ＝２０ｍｍの骨材についても、その傾向が見られ、ｌ
＝３０ｍｍの骨材では２０重量％で強度は最高値になり
急に低下する。

ｌ＝４０ｍｍの骨材配合品は１０重量％の添加で最高値
の強度になり、それ以上の添加量では、極端に強度低下
をきたす。

また、出銑口の口径は通常７０〜８０ｍｍφであるため
、ボタ材に配合する本発明骨材の最大部の寸法を３０間
をこえないように限定して、出銑口ヘの円滑な充填を期
した。

出銑口の口径の１／２近くの大きさの骨材を使用すると
、ボタ材の装填作業に不都合が生ずる恐れを配慮したの
である。

これらの実験結果から、本発明に係る形状および大きさ
の耐火骨材をボタ材に添加することにより、強度が増大
することが、明らかになった。

よって、添加量は１０〜４０重量％が最適であると決定
した。

また、第２図は、耐火骨材の大きさとその添加量が曲げ
強さに及ぼす影響を示す。

これも第１図の耐圧強度と同傾向を示している。

つぎに第３図に乾燥時間と耐圧強度の関係を示す。

これは、耐火骨材の１＝３０ｍｍ添加品について、３０
０℃の温度で乾燥時間をそれぞれ３時間（Ｅ）、６時間
（Ｆ）、１０時間（Ｇ）と変化させて、タールの揮発速
度について本発明品がいかに有効であるかを示すもので
ある。

骨材添加量が増すにしたがい乾燥時間と耐圧強度（二股
に強度）の差が少なくなり、骨材２０重量％添加ではこ
の差はあまり認められず、３０重量％添加ではほとんど
その差は見られなくなる。

これらの結果から、本発明品は早強性であることが確認
できた。

さらに、本発明に係るマツドガンで良好な押出し操作が
可能か、確認試験を第４図のごときマッド材押出試験機
を使用して試験した。

第４図中、機内に装入したマツド材１がピストン２によ
リ圧入方向３から排出口４に向って押出される。

使用した装置では図中のφＡ＝１００ｍｉφ、φＢ一５
０關φであった。

この装置を使用して、従来品マッド材（第１表に示す従
来品Ａ−１の配合）と、同じく第１表に示す本発明品蔦
．２配合（耐火骨材１＝２０ｍｍ、２０重量％添加品）
との比較試験をおこなった。

この結果、従来品Ａ−１マツド材は押出圧力１ ３ ０
ｋｙ／ｃｙ４であるのに対し、本発明品は１３５ｋｇ
／ｃｒｒｔであり、両者はほとんど差異が見られず従来
通り十分押出し可能なことが確認された。

つぎに、本発明のマッド材を４５０００ｍの容積を有す
る大型高炉の出銑口に実用試験した結果を第３表に示す
。

第１表中の盃２配合品（耐火骨材の１＝２０ｍｍ重量％
添加）のマツド材を出銑口閉塞用に１０日間実用した。

１回当りのボタ材使用量一〇．５トン／回、すなわち１
日１０回使用して５トン／日。

１０日間のボタ材使用回数をｎ＝１００とした。

Ｘ：平均値 σ：標準偏差 この実績を考察すると、出銑速度がほとんど同じである
にも拘らず出銑時間が本発明品の方が１９分延びたこと
は、出銑口の拡大を防止したことを証明している。

このことが出銑時間の安定、出銑量の安定に寄与してい
るのである。

また、本発明品の方が出銑口深度で３２０間大きくなっ
たことは、深い所から溶銑（湯）がとりだせるというこ
とになり、出銑時間がそれだけ延び（前記のごとく１９
分延びた）、溶銑面が低くなり管理上有利になる。

すなわち、出銑量が約１０％増加し、換言すると、出銑
回数が２回／日減少し、マツド材使用量が約１０％節減
できた。

実施例に用いたマツド材バインダーの性状は下記の通り
である。

（第１０頁第１表のタールは石炭系タールである） 結合材について石炭系及び石油系のタール、そしてフェ
ノールを配合した場合も第４表に示すごとく物理的特性
値は所期の効果を実証した。

すなわち従来から慣用されているタール、有機樹脂系の
結合材が広く採用できる。

なお、前述配合Ａ−１のほか第４表に示す、配合Ａ−２
、Ａ−３、配合Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３に対して、耐火
骨材は、同配合のもので作戒（前述Ａ−１の方法と同じ
）したｌ＝２０ｍｍのものを各々２０重量％添加した＆
５、６、７、８、９について実験した結果物理的性質、
及び粘結材の低減において、同様の効果を得た。

粘結剤は第５表に示す性状のものを使用した。

本発明品篇．５、６、７、８、９について、蔦２と同様
に４５００ｍ″の高圧高炉に使用した結果、何れも、耐
火骨材未添加品（Ａ−２、Ａ−３、Ｂ■、Ｂ−２、Ｂ−
３）に比較して、出銑時間約１４％、出銑口深度約１０
％と共に延長し、その効果は確認できた。

従って、本発明の耐火骨材は、現在一般的に使用されて
いるあらゆるマツド材に対して、１０〜４０重量％添加
することによって大幅な改善効果が得られることが判っ
た。

このように、本発明のマツド材は出銑時間の延長および
出銑速度の低下で判るように、出銑口の拡大が防止でき
、出銑時間ならびに出銑量が安定した。

また出銑口深度も延長でき、この結果から、本発明品は
従来品にくらべて、耐摩耗性であり、耐蝕性かつ早強性
で、さらに速硬性を具備し、大型高炉出銑口用として最
適のボタ材であることが確認された。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において、耐火骨材の大きさと添加量が
耐圧強度に及ぼす影響を実験したグラフ、第２図は、本
発明において、耐火骨材の大きさと添加量が曲げ強さに
及ぼす影響を実験したグラフ、第３図は、本発明品にお
ける乾燥時間と耐圧強度の関係を実験したグラフ、第４
図は、本発明゛品の押し出し実験に用いたマッド材押出
試験機の側断面略図、第５図は耐火骨材の形状をそれぞ
れ例示するものである。 図中、曲線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれ耐火骨材の最大部
の大きさ１０朋、２０ｍｍ，３０ｍｍ、４０朋を示し、
曲線Ｅ，Ｆ，Ｇはそれぞれ乾燥時間が３、６、１０時間
を示し、１はマツド材、２はピストン、３は圧入方向、
４は排出口、ｌは耐火骨材の最大部の大きさを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 最太部が１０〜３０ｍｍのほぼ球状、楕円体、アー
   モンド状、棒状の形状の１種または２種以上からなる耐
   火骨材１０〜４０重量％を有する高炉出銑口用マツド材
   。