(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-19
(45)【発行日】2024-03-28
(54)【発明の名称】マッド材
(51)【国際特許分類】
C04B 35/66 20060101AFI20240321BHJP
C04B 35/632 20060101ALI20240321BHJP
C21B 7/12 20060101ALI20240321BHJP
C08L 61/06 20060101ALI20240321BHJP
C08K 5/3492 20060101ALI20240321BHJP
【FI】
C04B35/66
C04B35/632
C21B7/12 307
C08L61/06
C08K5/3492
(21)【出願番号】P 2022568267
(86)(22)【出願日】2021-12-06
(86)【国際出願番号】 JP2021044742
(87)【国際公開番号】W WO2022124267
(87)【国際公開日】2022-06-16
【審査請求日】2023-03-28
(31)【優先権主張番号】P 2020205976
(32)【優先日】2020-12-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000001971
【氏名又は名称】品川リフラクトリーズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090479
【氏名又は名称】井上 一
(74)【代理人】
【識別番号】100195877
【氏名又は名称】櫻木 伸一郎
(72)【発明者】
【氏名】山本 悠雅
【審査官】田中 永一
(56)【参考文献】
【文献】特開2021-187979(JP,A)
【文献】米国特許第04381355(US,A)
【文献】米国特許第06046252(US,A)
【文献】特開2017-071517(JP,A)
【文献】特開2018-158870(JP,A)
【文献】特開2017-154940(JP,A)
【文献】特開平06-306425(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第104164291(CN,A)
【文献】特開2018-178096(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2007/0224401(US,A1)
【文献】特表2014-516091(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C04B 35/66
C04B 35/632
C21B 7/12
C08L 61/06
C08K 5/098
C08K 5/3492
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
耐火原料と有機バインダーと硬化剤を含み、
前記有機バインダーの一部又は全部がノボラック型フェノール樹脂であり、
前記硬化剤の一部又は全部がメチレン供与体であり、
前記メチレン供与体がヘキサメトキシメチルメラミ
ンであることを特徴とするマッド材。
【請求項2】
耐火原料と有機バインダーと硬化剤を含み、
前記有機バインダーの一部又は全部がノボラック型フェノール樹脂であり、
前記硬化剤の一部又は全部がメチレン供与体であり、
前記メチレン供与体がヘキサメトキシメチルメラミン及びヘキサメトキシメチロールメラミンからなる群より選択される少なくとも一種であ
り、
ステアリン酸塩をさらに含むことを特徴とするマッド材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、高炉出銑孔の閉塞に用いられるマッド材に関する。
【背景技術】
【0002】
高炉の出銑孔は圧入されるマッド材によって閉塞される。閉塞後、出銑孔とマッド材の間の接着強度は直ちに発現する必要がある。マッド材は練土状の耐火物であり、耐火原料と有機バインダーが混合されており、接着強度は主に有機バインダーによって発現する。有機バインダーとしてはコールタールが採用されることが多いが、コールタールは臭気が強い。そこで、臭気抑制のため、フェノール樹脂が有機バインダーとして採用されることがある。
【0003】
ここで、出銑とは、焼結、硬化したマッド材に穴を開け、溶銑を高炉から流出させることであるが、出銑中、マッド材は、流出する溶銑及びスラグと接触する。したがって、マッド材はスラグによる侵食に耐え、出銑口径の増大(拡大)を抑制する必要がある。即ち、マッド材には優れた耐食性が求められる。しかし、フェノール樹脂を含むマッド材は、コールタールを含むマッド材よりも耐食性で劣ることがある。そこで、フェノール樹脂を含むマッド材に硬化剤を添加することがある。フェノール樹脂は硬化剤と高炉の熱によって重合硬化し、接着強度を発現する。
【0004】
ここで、マッド材が日本国外に輸出される場合、赤道付近を通過し、長時間高温に曝されることがある。そのような輸送・保管の後でもマッド材は経時変化せず、圧入に適した流動性を維持する必要がある。しかし、フェノール樹脂を含み、硬化剤を添加されたマッド材は、輸送・保管中の環境変化によって経時変化し、圧入に適した流動性を維持できず、接着強度の発現も不十分となることがある。これらの課題を解決するため、特許文献1は、(1)有機バインダーが重量平均分子量3000~10000の範囲内にあるノボラック型フェノール樹脂であり、(2)硬化剤がヘキサメチレンテトラミン(ヘキサミン)であり、(3)ヘキサメチレンテトラミンの配合量がノボラック型フェノール樹脂100質量%に対し外掛けで0.5~3.0質量%であることを特徴とするマッド材を開示する。
【0005】
また、高炉の炉前は高温であるのでマッドガンの温度が上昇し、装填されたマッド材が硬化してマッドガン内に固着する現象が発生することがある。特許文献2は、この現象によるマッドガンの閉塞を防止するため、マッドガン外周面にミストを吹き付けて冷却する装置および方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2018-158870号公報
【文献】特開平11-158517号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示されたマッド材は、流動性の経時変化の抑制効果とスラグに対する耐食性をある程度示すが、十分とはいえない。また、特許文献2に開示されたマッドガンの閉塞防止装置は、冷却装置の管理に作業負荷がかかる。
【0008】
本開示の態様は上記実状を鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、フェノール樹脂を含むマッド材において、スラグに対し十分な耐食性を有すると同時に、流動性の経時変化をさらに抑制することができるマッド材を提供することである。さらにはマッドガンに冷却装置等を設置しなくても、装填されたマッド材が硬化してマッドガン内に固着する現象を抑制することができるマッド材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一の態様は、耐火原料と有機バインダーと硬化剤を含み、有機バインダーの一部又は全部がノボラック型フェノール樹脂であり、硬化剤の一部又は全部がメチレン供与体であり、メチレン供与体がヘキサメトキシメチルメラミン及びヘキサメトキシメチロールメラミンからなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とするマッド材に関する。そのようなマッド材はスラグに対し十分な耐食性を有すると同時に、流動性の経時変化を抑制することができる。
【0010】
本開示の一の態様では、ステアリン酸塩をさらに含むことが好ましい。スラグに対する耐食性を高めると同時に、流動性の経時変化を低減することができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、請求の範囲に記載された本開示の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本開示の解決手段として必須であるとは限らない。
【0012】
本実施形態のマッド材は耐火原料と有機バインダーと硬化剤を含み、有機バインダーの一部又は全部がノボラック型フェノール樹脂であり、硬化剤の一部又は全部がメチレン供与体であり、メチレン供与体がヘキサメトキシメチルメラミン及びヘキサメトキシメチロールメラミンからなる群より選択される少なくとも一種である。
【0013】
<耐火原料>
耐火原料は、一般にマッド材に含有されるものであれば特に制限はなく、例えば、酸化物原料、炭素質原料、炭化珪素質原料、窒化珪素質原料等を含む。酸化物原料は、例えば、アルミナ質原料、アルミナ・シリカ質原料、耐火粘土及びシリカ質原料等を含み、より具体的には焼結アルミナ、電融アルミナ、バン土頁岩、ボーキサイト、シャモット質原料、ムライト、アンダリューサイト、ろう石、珪石及びシリカヒューム等を含む。炭素質原料は、例えば、黒鉛、土状黒鉛、石炭コークス、石油コークス及びこれらのコークスの粉末、黒鉛電極屑、カーボンブラック、石炭ピッチ及び石油ピッチ等を含む。炭化珪素質原料は、例えば、アチソン法で製造された炭化珪素質原料やシリカが還元炭化された炭化珪素質原料等を含む。窒化珪素質原料は、例えば、シリカが還元窒化された窒化珪素、金属珪素が直接窒化された窒化珪素及びフェロシリコンが直接窒化された窒化珪素鉄等を含む。
【0014】
<有機バインダー>
有機バインダーの一部又は全部はノボラック型フェノール樹脂である。ノボラック型フェノール樹脂の含有量は、耐火原料100質量%に対し外掛けで好ましくは5~30質量%であり、より好ましくは10~25質量%である。ノボラック型フェノール樹脂の含有量をこの範囲にすると、接着強度の発現及び経時変化の抑制効果を高めることができる。本開示の効果を阻害しない範囲であれば、本実施形態のマッド材は有機バインダーとしてノボラック型フェノール樹脂の他にコールタールやレゾール型フェノール樹脂等をさらに含んでもよい。
【0015】
<硬化剤>
硬化剤の一部または全部はメチレン供与体である。メチレン供与体は、例えば、ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサメトキシメチロールメラミン、ペンタメトキシメチロールメラミン、トリメチロールメラミン、トリスメトキシメチルメラミン、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサアルコキシメチルメラミン等を含み、メチレン供与体がヘキサメトキシメチルメラミン及びヘキサメトキシメチロールメラミンからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。特に、ヘキサメトキシメチルメラミン(N,N,N’,N’,N’’,N’’-ヘキサキス(メトキシメチル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6-トリアミン)は耐スラグ性発現及び経時変化抑制効果をより高めることができる。ヘキサメトキシメチルメラミン(HMMM)は、液状のものや粉体状のものを使用することができる。本開示の効果を阻害しない範囲であれば、本実施形態のマッド材は一般的なフェノール樹脂用硬化剤をさらに含んでもよい。硬化剤の含有量は、耐火原料100質量%に対し外掛けで好ましくは0.3~5.0質量%であり、より好ましくは0.5~4.0質量%であり、特に好ましくは0.8~3.5質量%である。硬化剤の含有量をこの範囲にすると、耐スラグ性及び経時変化の抑制効果を高めることができる。
【0016】
<ステアリン酸塩>
本実施形態のマッド材はステアリン酸塩をさらに含んでもよい。スラグに対する耐食性を高めると同時に、流動性の経時変化を低減することができる。ステアリン酸塩は、好ましくはステアリン酸金属塩であり、好ましくは、例えば、ステアリン酸鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等であり、特に好ましくはステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウムである。ステアリン酸金属塩は滑性作用を有し、マッド材の流動性を高めることもできる。
ステアリン酸塩の含有量は、耐火原料100質量%に対し外掛けで好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは0.3質量%以上であり、より好ましくは1.0質量%以上であり、さらに好ましくは2.5質量%以上である。ステアリン酸塩の含有量をこの範囲にすると、耐スラグ性及び経時変化の抑制効果をさらに高めることができる。
【0017】
<その他の原料>
出銑孔とマッド材の間の接着強度向上を目的として、本実施形態のマッド材はさらに1種または2種以上の金属粉を含んでもよい。金属粉は、例えば、アルミニウム粉、金属珪素粉及びアルミニウム・珪素合金粉を含む。
【0018】
<製造方法>
上記の耐火原料をミキサーで混合し、所定量の有機バインダー及び硬化剤を添加、混練することによりマッド材を製造することができる。耐火原料と有機バインダーの混練時間は、耐火骨材と有機バインダーが十分に混じり合えば特に制限はないが、例えば、10~120分とすることができる。
【実施例】
【0019】
以下、本開示の実施例について詳細に説明する。
【0020】
<実験方法>
耐火原料をミキサーで混合し、所定量の有機バインダー、硬化剤及びステアリン酸塩を添加、混練し、マッド材を得た。耐火原料の配合は、ろう石:5質量%、アルミナ質原料60質量%、粘土:5質量%、SiC+窒化ケイ素鉄:19質量%、炭素原料11質量%とした。有機バインダーとしては平均重量分子量約1500のノボラック型フェノール樹脂を採用した。硬化剤としては、実施例には液状のヘキサメトキシメチルメラミン(HMMM)を採用し、比較例には従来技術のヘキサメチレンテトラミンを採用した。ステアリン酸塩としてはステアリン酸カルシウムを採用し、実施例7~10に添加した。比較例2には硬化剤もステアリン酸塩も添加しなかった。マッド材の配合割合(質量%)を表1に示す。なお、硬化剤の配合割合は耐火原料100質量%に対する外掛けの値である。
【表1】
【0021】
有機バインダーのノボラック型フェノール樹脂は、次に示す0日の押し出し抵抗値が同一になるように配合した。即ち、マッド材を混練した直後を0日とし、0日の押し出し抵抗値が、出口から出てきた瞬間が約135、設定ストロークを出し切った時の値が約220になるように調整した。0日時の押し出し抵抗値を同一にすることにより、以後の経時変化を比較した。
【0022】
混練には万能混練機を使用し、混練時間は20分とした。得られたマッド材について、以下の評価を行った。
【0023】
<流動性の経時変化>
マッド材の流動性の経時変化はマーシャル試験で評価した。入口径φ60mm、出口径φ20mmのモールドにマッド材を投入し、マーシャル試験機にて体積速度2.82cm3/秒で押し出した際の押し出し荷重(kgf)を測定し、押し出し抵抗値とした。押し出し抵抗値が大きい場合、マッド材は圧入し難い硬さであり、流動性が低いと判断できる。
【0024】
マッド材の保管温度は40℃と60℃の2通りとし、保管開始後0日、14日、30日、62日、87日について押し出し抵抗値を測定し、流動性の経時変化を評価した。保管開始後0日の押し出し抵抗値の平均値をa、経時後の押し出し抵抗値の平均値をbとして、次式により押し出し抵抗値の経時変化指数を求めた。
押し出し抵抗値の経時変化指数=(b÷a)×100
【0025】
流動性は経時変化は小さい、即ち、押し出し抵抗値の経時変化指数が100に近い方が優れ、温度別に次のように評価した。40℃保管時の経時変化指数(マーシャル指数)が30日経過時点で250未満をA、250以上300未満をB、300以上をCとした。60℃保管時の経時変化指数が30日経過時点で1000未満をA、1000以上2000未満をB、2000以上をCとした。
【0026】
<耐スラグ性(耐食性)>
マッド材の耐スラグ性(耐食性)は回転ドラム侵食試験で評価した。型枠にマッド材を充填し、800℃で3時間焼成し、試験片とした。回転ドラム侵食試験機に試験片を装填し、1500~1600℃の試験温度でCaO/SiO2=1.2の高炉スラグを2時間侵食させた。侵食試験前後の試験片の寸法を測定し、次式により侵食深さを求めた。
侵食深さ=侵食試験前の寸法-侵食試験後の寸法
【0027】
比較例2の侵食深さをdとし、次式により耐スラグ性指数を求めた。
耐スラグ性指数=(侵食深さ÷d)×100
【0028】
耐食性は耐スラグ性指数が小さい方、即ち、0に近い方が優れ、次のように評価した。耐スラグ性指数の値が65未満をA、65以上80未満をB、80以上100未満をCとした。
【0029】
<マッドガン内の固着防止性能>
マッドガン内の固着防止性能はマーシャル試験で評価した。入口径φ60mm、出口径φ20mmのモールドに常温のマッド材を装填し、装填直後に測定したマーシャル値(a)と、装填後所定温度で9時間保持後に測定したマーシャル値(b)を測定し、次式により固着指数を求めた。
固着指数=b/a
【0030】
マッドガン内の固着防止性能は固着指数が小さい方が優れ、次のように評価した。固着指数の値が4未満をA、4以上5未満をB、5以上をCとした。
【0031】
【0032】
硬化剤もステアリン酸カルシウムも添加されていない比較例2は、耐スラグ性の評価基準である。硬化剤として従来技術のヘキサメチレンテトラミンが採用された比較例1は、流動性の経時変化及び耐食性の評価がいずれもCであった。これに対し、硬化剤としてヘキサメトキシメチルメラミンが採用された実施例1~10は流動性の経時変化の評価がいずれもA又はB、耐食性の評価がA~Cであり、流動性の経時変化を抑制し、耐食性を高めることができた。さらに、ステアリン酸カルシウムを含む実施例7~10は耐スラグ性に優れ、高温保管時の流動性の経時変化も抑制することができた。耐火原料100質量%に対するステアリン酸カルシウムの含有量が0.1質量%以上の実施例8~10は特にその効果が顕著であった。ステアリン酸カルシウムを添加すると、高い保管温度のためにマッド材が多少硬化したとしても、圧入時の摩擦が軽減され、押し出し抵抗値が抑制されたと考えられる。以上より、本実施形態のマッド材は輸送・保管に対し、耐久性が非常に優れていることがわかる。
【0033】
固着防止性能の評価については、硬化剤として従来技術のヘキサメチレンテトラミンが採用された比較例1がいずれもCであった。これに対し、硬化剤としてヘキサメトキシメチルメラミンが採用された実施例1~10はいずれもA又はBであった。以上より、本実施形態のマッド材を使用すれば、マッドガンに冷却装置等を設置しなくても、装填されたマッド材が硬化してマッドガン内に固着する現象を抑制することができる。
【0034】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれる。例えば、明細書において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、本実施形態の構成も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形が可能である。