JP2003340562A - 溶融金属の保温材及びその製造方法 - Google Patents
溶融金属の保温材及びその製造方法Info
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】保温性と被覆性に優れる溶融金属の保温技術を
提供する。 【解決手段】保温材が、中空部14を有する無機系粒子
12が多数個集合した複合粒子10を含有するようにす
る。複合粒子10は、無機系粒子12の他に、溶融金属
と接触して発熱する成分を含有する発熱性粒子16を含
有していてもよい。
提供する。 【解決手段】保温材が、中空部14を有する無機系粒子
12が多数個集合した複合粒子10を含有するようにす
る。複合粒子10は、無機系粒子12の他に、溶融金属
と接触して発熱する成分を含有する発熱性粒子16を含
有していてもよい。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、溶融金属を保温
及び/又は酸化防止する技術に関し、詳しくは、溶鉄や
溶鋼などの溶融金属の保温ないし断熱及び/又は酸化防
止を目的として、溶融金属の表面を被覆する溶融金属保
温材及び保温方法に関する。
及び/又は酸化防止する技術に関し、詳しくは、溶鉄や
溶鋼などの溶融金属の保温ないし断熱及び/又は酸化防
止を目的として、溶融金属の表面を被覆する溶融金属保
温材及び保温方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、金属溶湯の精錬及び鋳造工程にお
いては、溶融銑鉄の運搬や溶融鋼鉄を取鍋やタンデッシ
ュなどに供給した後に、鋳型に注入することが繰り返し
実施される。このような作業工程においては、取鍋やタ
ンデッシュなどにおける溶鉄あるいは溶鋼の表面からの
急激な放熱を防止する必要がある。このため溶湯などの
表面に、籾殻を主原料とする保温材を投入し、溶湯表面
を被覆することが行われている。籾殻を主原料とする保
温材は、籾殻そのもの、あるいはこの籾殻を炭化した焼
籾が主体となっている。かかる保温材は、SiO2や炭
素を多く含むことに起因して保温効果と酸素遮断効果と
を発揮すると同時に、溶湯中の浮遊物の吸着作用も同時
に発揮することができる。
いては、溶融銑鉄の運搬や溶融鋼鉄を取鍋やタンデッシ
ュなどに供給した後に、鋳型に注入することが繰り返し
実施される。このような作業工程においては、取鍋やタ
ンデッシュなどにおける溶鉄あるいは溶鋼の表面からの
急激な放熱を防止する必要がある。このため溶湯などの
表面に、籾殻を主原料とする保温材を投入し、溶湯表面
を被覆することが行われている。籾殻を主原料とする保
温材は、籾殻そのもの、あるいはこの籾殻を炭化した焼
籾が主体となっている。かかる保温材は、SiO2や炭
素を多く含むことに起因して保温効果と酸素遮断効果と
を発揮すると同時に、溶湯中の浮遊物の吸着作用も同時
に発揮することができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、籾殻を
主原料とする保温材には、原料収集において困難が伴
い、特に、季節的変動が大きく、年々収集コストが高騰
する傾向にある。また、籾殻を主原料とする保温材は、
軽く軟質であるために、溶湯への供給時において、高温
による上昇気流によって舞い上がり、周囲に飛散し、粉
塵を発生させるおそれがある。同時に、図4に示すよう
に、当該保温材30は、溶融金属表面に均一に分散させ
ることが困難であり、均一に溶融金属表面を被覆させる
ことができなかった。さらに、かかる保温材30は、長
時間溶融金属と接触することで溶解してしまい、溶解し
た保温材中に含まれていた炭素や鋼に有害な成分が溶融
金属を汚染するという問題点をかかえていた。
主原料とする保温材には、原料収集において困難が伴
い、特に、季節的変動が大きく、年々収集コストが高騰
する傾向にある。また、籾殻を主原料とする保温材は、
軽く軟質であるために、溶湯への供給時において、高温
による上昇気流によって舞い上がり、周囲に飛散し、粉
塵を発生させるおそれがある。同時に、図4に示すよう
に、当該保温材30は、溶融金属表面に均一に分散させ
ることが困難であり、均一に溶融金属表面を被覆させる
ことができなかった。さらに、かかる保温材30は、長
時間溶融金属と接触することで溶解してしまい、溶解し
た保温材中に含まれていた炭素や鋼に有害な成分が溶融
金属を汚染するという問題点をかかえていた。
【0004】ここに、近年、製紙工場から排出される製
紙スラッジを主原料とした保温材が開発されてきてい
る。これは、製紙スラッジに保温効果を高めるための炭
素含有成分や、燃焼抑制材を適宜添加し、混練造粒して
得られる保温材である。この保温材は、粉塵の発生を抑
制でき、かつ繊維質特有の内部微細気孔を無数に含有
し、この気孔が良好な断熱保温層を形成するため、初期
の保温効果に優れているが、燃焼速度が大きく、保温効
果の維持においては籾殻に劣っている。また、気孔含有
による断熱保温層に着目した中空セラミックス粒子保温
材も知られているが、高温乾燥法で内部の水分を除去す
る工程のため、大きな気孔を有することになり、断熱面
での効果は得られていない。
紙スラッジを主原料とした保温材が開発されてきてい
る。これは、製紙スラッジに保温効果を高めるための炭
素含有成分や、燃焼抑制材を適宜添加し、混練造粒して
得られる保温材である。この保温材は、粉塵の発生を抑
制でき、かつ繊維質特有の内部微細気孔を無数に含有
し、この気孔が良好な断熱保温層を形成するため、初期
の保温効果に優れているが、燃焼速度が大きく、保温効
果の維持においては籾殻に劣っている。また、気孔含有
による断熱保温層に着目した中空セラミックス粒子保温
材も知られているが、高温乾燥法で内部の水分を除去す
る工程のため、大きな気孔を有することになり、断熱面
での効果は得られていない。
【0005】そこで、本発明は、保温性と被覆性に優れ
る溶融金属の保温技術を提供することを目的とし、かか
る溶融金属の保温材及び保温方法を提供することを目的
とする。
る溶融金属の保温技術を提供することを目的とし、かか
る溶融金属の保温材及び保温方法を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、各種原材
料とその組み合わせについて検討した結果、天然又は人
工的に得られるバルーン状の微粉に着目した。そして、
この微粉を利用し、かつ、他の材料の組み合わせとこれ
らの材料を所定の形態で複合させることにより、保温性
を確保するとともに、上記した課題を解決できることを
見出し、発明を完成した。すなわち、本発明によれば、
以下の手段が提供される。
料とその組み合わせについて検討した結果、天然又は人
工的に得られるバルーン状の微粉に着目した。そして、
この微粉を利用し、かつ、他の材料の組み合わせとこれ
らの材料を所定の形態で複合させることにより、保温性
を確保するとともに、上記した課題を解決できることを
見出し、発明を完成した。すなわち、本発明によれば、
以下の手段が提供される。
【0007】(1)中空部を有する無機系粒子が多数個
集合した複合粒子を含有する、溶融金属の保温材。 (2)前記複合粒子は、溶融金属と接触して発熱する成
分を含有する発熱性粒子を含有する、溶融金属の保温
材。 (3)前記複合粒子は、当該複合粒子を構成する粒子間
に空隙を有する、(1)又は(2)に記載の保温材。 (4)前記複合粒子の表面あるいは内部には、当該複合
粒子を構成する粒子が内表面を構成する孔部を有する、
(1)〜(3)のいずれかに記載の保温材。 (5)さらに、炭素を高濃度に含有する材料を含有す
る、(1)〜(4)のいずれかに記載の保温材。 (6)前記無機系粒子は石炭灰由来粒子であり、前記発
熱性粒子は炭素分を1wt%以上含有する焼却灰あるい
はその汚泥である、(1)〜(5)のいずれかに記載の
保温材。
集合した複合粒子を含有する、溶融金属の保温材。 (2)前記複合粒子は、溶融金属と接触して発熱する成
分を含有する発熱性粒子を含有する、溶融金属の保温
材。 (3)前記複合粒子は、当該複合粒子を構成する粒子間
に空隙を有する、(1)又は(2)に記載の保温材。 (4)前記複合粒子の表面あるいは内部には、当該複合
粒子を構成する粒子が内表面を構成する孔部を有する、
(1)〜(3)のいずれかに記載の保温材。 (5)さらに、炭素を高濃度に含有する材料を含有す
る、(1)〜(4)のいずれかに記載の保温材。 (6)前記無機系粒子は石炭灰由来粒子であり、前記発
熱性粒子は炭素分を1wt%以上含有する焼却灰あるい
はその汚泥である、(1)〜(5)のいずれかに記載の
保温材。
【0008】これらの発明によると、複合化粒子内に存
在する無機系粒子の中空部により、優れた断熱効果を発
揮する。また、無機系粒子の中空部を有する複合化粒子
は、嵩比重が非常に小さいために、浴面上で浮遊による
バウンド効果が期待でき、溶融金属表面をよく被覆する
ことができる。また、発熱性粒子による発熱により、溶
融金属を有効に加熱することができる。このため、無機
系粒子と発熱性粒子とを含有することにより、発熱性粒
子による熱が有効に保持され、溶融金属を効果的に加熱
し保温することができる。複合化粒子内に、粒子間空隙
や、構成粒子表面が内表面を構成する孔部を有すること
により、複合化粒子による保温効果と被覆効果が向上し
ている。
在する無機系粒子の中空部により、優れた断熱効果を発
揮する。また、無機系粒子の中空部を有する複合化粒子
は、嵩比重が非常に小さいために、浴面上で浮遊による
バウンド効果が期待でき、溶融金属表面をよく被覆する
ことができる。また、発熱性粒子による発熱により、溶
融金属を有効に加熱することができる。このため、無機
系粒子と発熱性粒子とを含有することにより、発熱性粒
子による熱が有効に保持され、溶融金属を効果的に加熱
し保温することができる。複合化粒子内に、粒子間空隙
や、構成粒子表面が内表面を構成する孔部を有すること
により、複合化粒子による保温効果と被覆効果が向上し
ている。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。本発明の保温材は、中空部を有する
無機系粒子が多数個集合した複合粒子、あるいは当該無
機系粒子と溶融金属と接触して発熱する成分を含有する
発熱性粒子とが集合した複合粒子を含有している。 (無機系粒子)本発明で用いる無機系粒子は、無機系成
分を主体としている。無機系成分としては、SiO2、
Al2O3、CaOなどを含有している。なかでも、Si
O2を35wt%以上含有していることが好ましい。ま
た、Al2O3を12wt%以上含有していることが好ま
しい。通常、かかる組成の無機系粒子としては、石炭
灰、セノスフェアなどの人工的に取得されるものの他、
火山灰などの天然の鉱物微粉や海砂を例示することがで
きる。好ましくは、炭素含有量1wt%以下である。
て詳細に説明する。本発明の保温材は、中空部を有する
無機系粒子が多数個集合した複合粒子、あるいは当該無
機系粒子と溶融金属と接触して発熱する成分を含有する
発熱性粒子とが集合した複合粒子を含有している。 (無機系粒子)本発明で用いる無機系粒子は、無機系成
分を主体としている。無機系成分としては、SiO2、
Al2O3、CaOなどを含有している。なかでも、Si
O2を35wt%以上含有していることが好ましい。ま
た、Al2O3を12wt%以上含有していることが好ま
しい。通常、かかる組成の無機系粒子としては、石炭
灰、セノスフェアなどの人工的に取得されるものの他、
火山灰などの天然の鉱物微粉や海砂を例示することがで
きる。好ましくは、炭素含有量1wt%以下である。
【0010】本発明の無機系粒子を図1に例示してい
る。図1に示す無機系粒子2は、中空部を有しており、
好ましくは、中空部4を形成する外皮状粒子に形成され
ている。無機系粒子2の中空部4は、粒子外部と遮断さ
れた形態のみならず、外皮6の一部に開口を有して粒子
2の外部と連通した形態も包含している。粒子の外形形
態は、特に限定しないが、球状であることが好ましい。
また、複合化を考慮すると、平均粒径が5μm〜2mm
程度であることが好ましい。5μm未満及び2mmを超
えると、粒子間間隙及び複合粒子の孔部の総和が小さく
なり、断熱性能を低下させる傾向が顕著になるからであ
る。好ましくは、下限は10μmであり、また、上限は
1mmである。
る。図1に示す無機系粒子2は、中空部を有しており、
好ましくは、中空部4を形成する外皮状粒子に形成され
ている。無機系粒子2の中空部4は、粒子外部と遮断さ
れた形態のみならず、外皮6の一部に開口を有して粒子
2の外部と連通した形態も包含している。粒子の外形形
態は、特に限定しないが、球状であることが好ましい。
また、複合化を考慮すると、平均粒径が5μm〜2mm
程度であることが好ましい。5μm未満及び2mmを超
えると、粒子間間隙及び複合粒子の孔部の総和が小さく
なり、断熱性能を低下させる傾向が顕著になるからであ
る。好ましくは、下限は10μmであり、また、上限は
1mmである。
【0011】中空部を有する無機系粒子としては、天然
由来のものと人工的に取得できるものとの双方がある
が、特に限定しないで用いることができる。天然由来の
ものとしては、火山灰などの鉱物微粉であって、自然の
過程により中空部を持つようにバルーン化したものや中
空部を有する海砂がある。また、人工的に取得できるも
のとしては、セノスフェアなどの石炭灰のうち、高温燃
焼後、急冷されて溶融ガスが放出されてバルーン化した
粒子や、鉱物微粉をスプレー造粒法によってバルーン状
に加工した粒子や、鋳造用パウダーとその廃棄物などが
ある。例えば、セノスフェアの場合、石炭だきの燃焼ボ
イラーにおいて、燃焼過程において珪酸塩ガラス質の微
粒子溶体が生成される。次いで冷却過程において、溶体
中のガラス質は固化しようとし、溶体に溶存している内
部ガス(主としてCO 2)が分離される。この際、溶体
の固化分が膨張し、あるいは同時に内部ガスが排出され
ることによって、密閉状あるいは連通状の中空部を有す
るセノスフェア粒子が生成される。
由来のものと人工的に取得できるものとの双方がある
が、特に限定しないで用いることができる。天然由来の
ものとしては、火山灰などの鉱物微粉であって、自然の
過程により中空部を持つようにバルーン化したものや中
空部を有する海砂がある。また、人工的に取得できるも
のとしては、セノスフェアなどの石炭灰のうち、高温燃
焼後、急冷されて溶融ガスが放出されてバルーン化した
粒子や、鉱物微粉をスプレー造粒法によってバルーン状
に加工した粒子や、鋳造用パウダーとその廃棄物などが
ある。例えば、セノスフェアの場合、石炭だきの燃焼ボ
イラーにおいて、燃焼過程において珪酸塩ガラス質の微
粒子溶体が生成される。次いで冷却過程において、溶体
中のガラス質は固化しようとし、溶体に溶存している内
部ガス(主としてCO 2)が分離される。この際、溶体
の固化分が膨張し、あるいは同時に内部ガスが排出され
ることによって、密閉状あるいは連通状の中空部を有す
るセノスフェア粒子が生成される。
【0012】本複合粒子には、本発明における中空部を
有する無機系粒子の作用を阻害しない範囲で、中空部を
有しない無機系粒子の含有を排除しないが、中空部を有
する無機系粒子が無機系粒子の50wt%以上であるこ
とが好ましい。より好ましくは70wt%以上であり、
さらに好ましくは80wt%以上である。本発明に使用
するのに好ましい、中空部を有する無機系粒子を50w
t%以上含む無機系粒子群は、各種の無機系粒子から、
例えば、嵩比重などによって選別することができる。選
別には、例えば、嵩比重の相違により粉粒体を分別でき
る、振動や気流を利用する各種公知の手段を用いること
ができる。
有する無機系粒子の作用を阻害しない範囲で、中空部を
有しない無機系粒子の含有を排除しないが、中空部を有
する無機系粒子が無機系粒子の50wt%以上であるこ
とが好ましい。より好ましくは70wt%以上であり、
さらに好ましくは80wt%以上である。本発明に使用
するのに好ましい、中空部を有する無機系粒子を50w
t%以上含む無機系粒子群は、各種の無機系粒子から、
例えば、嵩比重などによって選別することができる。選
別には、例えば、嵩比重の相違により粉粒体を分別でき
る、振動や気流を利用する各種公知の手段を用いること
ができる。
【0013】本発明に用いるのに好ましい無機系粒子
は、嵩比重が0.4以上1.0以下程度であることが好
ましい。0.4未満であると製造工程上難点があり、
1.0を超えると空隙率が低くなってしまうからであ
る。また、より好ましくは、下限は0.5以上であり、
上限が0.7以下である。なお、嵩比重は、一定容積の
容器に入り得る試料重量によって測定することができ
る。また、かかる無機系粒子の熱伝導率(λ)(kca
l/mh℃)は、0.15以下であることが好ましく、
より好ましくは、0.10以下である。熱伝導率はJI
Sに基づく熱伝導率既知の測定板を使用した測定法によ
って測定することができ、その詳細は、「溶鉄溶滓物性
値便覧」等で知ることができる。
は、嵩比重が0.4以上1.0以下程度であることが好
ましい。0.4未満であると製造工程上難点があり、
1.0を超えると空隙率が低くなってしまうからであ
る。また、より好ましくは、下限は0.5以上であり、
上限が0.7以下である。なお、嵩比重は、一定容積の
容器に入り得る試料重量によって測定することができ
る。また、かかる無機系粒子の熱伝導率(λ)(kca
l/mh℃)は、0.15以下であることが好ましく、
より好ましくは、0.10以下である。熱伝導率はJI
Sに基づく熱伝導率既知の測定板を使用した測定法によ
って測定することができ、その詳細は、「溶鉄溶滓物性
値便覧」等で知ることができる。
【0014】(発熱性粒子)発熱性粒子は、溶融金属と
接触して発熱する成分を含有している。かかる成分は、
また、溶融金属と接触し加熱されて燃焼する成分でもあ
る。かかる発熱性成分としては、主として炭素である。
発熱性粒子として、入手が容易なものとしては、例え
ば、ガラス及びアルミ溶融炉の集塵灰、アルミ灰(アル
ミ溶融炉のアルミドロス)、鋳物製造工程の集塵灰、石
炭又はコークスの運搬工程の集塵灰、焼却炉の集塵灰、
焼却灰,又は古紙を燃料として炉より排出された焼却灰
及び炭化灰、炭化炉で炭化処理された炭化物などを挙げ
ることができる。なかでも、本発明においては各種スラ
ッジの焼却灰や炭化灰を好ましく使用することができ
る。これらは炭素分を多量かつ適正に含有しているた
め、保温材の保温性能を高めるからである。また、炭素
含有量の点からは、炭素を1wt%以上含有しているこ
とが好ましい。 また、上限は好ましくは20wt%以
下である。
接触して発熱する成分を含有している。かかる成分は、
また、溶融金属と接触し加熱されて燃焼する成分でもあ
る。かかる発熱性成分としては、主として炭素である。
発熱性粒子として、入手が容易なものとしては、例え
ば、ガラス及びアルミ溶融炉の集塵灰、アルミ灰(アル
ミ溶融炉のアルミドロス)、鋳物製造工程の集塵灰、石
炭又はコークスの運搬工程の集塵灰、焼却炉の集塵灰、
焼却灰,又は古紙を燃料として炉より排出された焼却灰
及び炭化灰、炭化炉で炭化処理された炭化物などを挙げ
ることができる。なかでも、本発明においては各種スラ
ッジの焼却灰や炭化灰を好ましく使用することができ
る。これらは炭素分を多量かつ適正に含有しているた
め、保温材の保温性能を高めるからである。また、炭素
含有量の点からは、炭素を1wt%以上含有しているこ
とが好ましい。 また、上限は好ましくは20wt%以
下である。
【0015】発熱性粒子の形態としては特に限定しない
が、球状であることが好ましい。また、中実状か中空状
かを問わないで用いることができる。また、無機系粒子
との複合化の観点からは、平均粒径が5μm以上2mm
以下であることが好ましい。5μm未満及び2mmを超
えると、粒子間空隙の総和が小さくなり、断熱性能を低
下させるからである。
が、球状であることが好ましい。また、中実状か中空状
かを問わないで用いることができる。また、無機系粒子
との複合化の観点からは、平均粒径が5μm以上2mm
以下であることが好ましい。5μm未満及び2mmを超
えると、粒子間空隙の総和が小さくなり、断熱性能を低
下させるからである。
【0016】本複合粒子は、無機系粒子が集合した形態
の他、無機系粒子と発熱性粒子とが集合した複合形態を
備えている。すなわち、無機系粒子、あるいは、無機系
粒子と発熱性粒子とが集合した二次粒子として形成され
ている。なお、二次粒子の形成にあたっては、適当なバ
インダーを含有している。バインダー成分は、粒子成分
に対して、好ましくは10wt%以下とする。複合粒子
の外形形態は、好ましくは球状あるいは円柱状である。
球状である溶融金属表面を被覆しやすいからである。ま
た、複合粒子の平均粒径は好ましくは1mm以上10m
m以下である。1mm未満であると、溶湯への添加時に
飛散しやすく使用環境を低下させる傾向があり、10m
mを超えると断熱性能が低下する傾向が顕著になるから
である。無機系粒子と発熱性粒子とを複合化した複合粒
子の一形態を図2に示す。図2には、複合粒子10の断
面図を示している。複合粒子10は、無機系粒子12と
発熱性粒子16とがおおよそ均一に分散された状態で集
合して形成されている。この複合粒子10は、ほぼ球状
又は円柱状となっている。また、複合粒子10内部に
は、一次粒子間の小さい空隙18の他、複数の一次粒子
によって構成される複合中空部20を有している。
の他、無機系粒子と発熱性粒子とが集合した複合形態を
備えている。すなわち、無機系粒子、あるいは、無機系
粒子と発熱性粒子とが集合した二次粒子として形成され
ている。なお、二次粒子の形成にあたっては、適当なバ
インダーを含有している。バインダー成分は、粒子成分
に対して、好ましくは10wt%以下とする。複合粒子
の外形形態は、好ましくは球状あるいは円柱状である。
球状である溶融金属表面を被覆しやすいからである。ま
た、複合粒子の平均粒径は好ましくは1mm以上10m
m以下である。1mm未満であると、溶湯への添加時に
飛散しやすく使用環境を低下させる傾向があり、10m
mを超えると断熱性能が低下する傾向が顕著になるから
である。無機系粒子と発熱性粒子とを複合化した複合粒
子の一形態を図2に示す。図2には、複合粒子10の断
面図を示している。複合粒子10は、無機系粒子12と
発熱性粒子16とがおおよそ均一に分散された状態で集
合して形成されている。この複合粒子10は、ほぼ球状
又は円柱状となっている。また、複合粒子10内部に
は、一次粒子間の小さい空隙18の他、複数の一次粒子
によって構成される複合中空部20を有している。
【0017】本複合粒子を含む保温材は、無機系粒子に
より、主として断熱性と保温性が付与されている。この
ために、優れた保温性能を発揮する。加えて、嵩比重が
小さいために、図3に示すように、溶融金属表面を容易
にかつ均一に被覆することができて、保温性能を確実に
発揮させることができる。また、外径が粒状であると、
よく流動して、溶融金属表面に供給するだけで、周囲に
よく拡散して、容易に表面を被覆することができる。同
時に、適当な大きさの粒子状に形成されているために、
粉塵汚染などの危険性がよく低減されている。加えて、
無機系粒子として石炭灰、火山灰、海砂由来粒子を用い
ることにより、保温性が付与され、複合粒子は、耐熱性
が高くなっており、溶解温度を1500℃以上とするこ
とができる。これは、中空部を有する無機系粒子が集合
されていることによる相乗効果である。かかる高い耐熱
性により、長時間溶融金属と接触していても、粒子形態
の崩壊が抑制され、保温性の高い状態を維持することが
できる。また、同時に、溶融金属への溶解が抑制されて
いるため、溶融金属の汚染も回避ないし抑制されてい
る。
より、主として断熱性と保温性が付与されている。この
ために、優れた保温性能を発揮する。加えて、嵩比重が
小さいために、図3に示すように、溶融金属表面を容易
にかつ均一に被覆することができて、保温性能を確実に
発揮させることができる。また、外径が粒状であると、
よく流動して、溶融金属表面に供給するだけで、周囲に
よく拡散して、容易に表面を被覆することができる。同
時に、適当な大きさの粒子状に形成されているために、
粉塵汚染などの危険性がよく低減されている。加えて、
無機系粒子として石炭灰、火山灰、海砂由来粒子を用い
ることにより、保温性が付与され、複合粒子は、耐熱性
が高くなっており、溶解温度を1500℃以上とするこ
とができる。これは、中空部を有する無機系粒子が集合
されていることによる相乗効果である。かかる高い耐熱
性により、長時間溶融金属と接触していても、粒子形態
の崩壊が抑制され、保温性の高い状態を維持することが
できる。また、同時に、溶融金属への溶解が抑制されて
いるため、溶融金属の汚染も回避ないし抑制されてい
る。
【0018】さらに、複合粒子が発熱性粒子を含有する
場合には、溶融金属以外に発熱性粒子により熱が供給さ
れている。このため、無機系粒子の中空部により、発熱
性粒子に起因する熱がよく保持されて保温性能がより一
層向上される。さらに、複合粒子には、無機系粒子、無
機系粒子と発熱性粒子との間に適当な空隙18を有して
いる。当該空隙により、さらに熱伝導率が低下して、断
熱性と保温性が向上される。また、被覆性も向上する。
場合には、溶融金属以外に発熱性粒子により熱が供給さ
れている。このため、無機系粒子の中空部により、発熱
性粒子に起因する熱がよく保持されて保温性能がより一
層向上される。さらに、複合粒子には、無機系粒子、無
機系粒子と発熱性粒子との間に適当な空隙18を有して
いる。当該空隙により、さらに熱伝導率が低下して、断
熱性と保温性が向上される。また、被覆性も向上する。
【0019】また、図2に示すように、複合粒子はその
表面及び/又はその内部に孔部を有することができる。
当該孔部は、主として多数個の構成一次粒子によって構
成される内表面を有している(以下、当該孔部を複合孔
部という。)。複合孔部は、粒子表面の凹部として形成
されている形態の他、外部と連通するあるいは連通する
空洞状の中空部として形成されている形態がある。この
ような複合孔部を有していると、複合粒子内に保有する
空気相が増大し、断熱保温効果も嵩比重低減効果も大き
く被覆性能もより一層向上する。また、発熱性粒子を併
存する場合においては、発熱性粒子による熱を有効に保
持し、効果的な保温を達成することができる。
表面及び/又はその内部に孔部を有することができる。
当該孔部は、主として多数個の構成一次粒子によって構
成される内表面を有している(以下、当該孔部を複合孔
部という。)。複合孔部は、粒子表面の凹部として形成
されている形態の他、外部と連通するあるいは連通する
空洞状の中空部として形成されている形態がある。この
ような複合孔部を有していると、複合粒子内に保有する
空気相が増大し、断熱保温効果も嵩比重低減効果も大き
く被覆性能もより一層向上する。また、発熱性粒子を併
存する場合においては、発熱性粒子による熱を有効に保
持し、効果的な保温を達成することができる。
【0020】本複合粒子の嵩比重は、好ましくは0.2
以上1.0以下である。0.2未満であると、添加時に
飛散しやすく、1.0を超えると断熱性能が低下するか
らである。好ましくは、下限は0.4であり、また、上
限は、0.7である。特に、上記複合中空部を備える場
合には、嵩比重が0.4以上0.6以下であることが好
ましい。
以上1.0以下である。0.2未満であると、添加時に
飛散しやすく、1.0を超えると断熱性能が低下するか
らである。好ましくは、下限は0.4であり、また、上
限は、0.7である。特に、上記複合中空部を備える場
合には、嵩比重が0.4以上0.6以下であることが好
ましい。
【0021】本複合粒子においては、無機系粒子と発熱
性粒子とは、これらの粒子の全重量に対して、無機系粒
子が10wt%以上90wt%以下、発熱性粒子が90
wt%以下10wt%以上であることが好ましい。無機
系粒子が10wt%未満であると、空隙率低下で断熱性
能が低下し、90wt%を超えると溶湯上のスラグを固
化させ断熱性能が低下するからである。一方、発熱性粒
子が10wt%未満であると発熱力低下によって保温性
能が低下し、90wt%を超えると燃焼速度が高まり、
加熱による保温性能の長時間保持が困難となるからであ
る。より好ましくは、無機系粒子が30wt%以上70
wt%以下、発熱性粒子が70wt%以下30wt%以
上である。
性粒子とは、これらの粒子の全重量に対して、無機系粒
子が10wt%以上90wt%以下、発熱性粒子が90
wt%以下10wt%以上であることが好ましい。無機
系粒子が10wt%未満であると、空隙率低下で断熱性
能が低下し、90wt%を超えると溶湯上のスラグを固
化させ断熱性能が低下するからである。一方、発熱性粒
子が10wt%未満であると発熱力低下によって保温性
能が低下し、90wt%を超えると燃焼速度が高まり、
加熱による保温性能の長時間保持が困難となるからであ
る。より好ましくは、無機系粒子が30wt%以上70
wt%以下、発熱性粒子が70wt%以下30wt%以
上である。
【0022】さらに、本保温材には、炭素を高濃度に含
有する材料(高濃度炭素含有材料)が他の粒子と同時に
複合粒子内に複合化されているか、あるいは複合粒子と
は別に添加されていることが好ましい。炭素を高濃度に
含有するために、燃焼速度を調整することが容易に実現
できる。炭素を高濃度に含有するとは、炭素含量が10
wt%以上であることが好ましい。炭素含量が10wt
%未満であると燃焼速度の調整効果が得られにくいから
である。より好ましくは12wt%以上である。さら
に、好ましくは40wt%以上である。さらに好ましく
は50wt%以上である。かかる材料としては、例え
ば、石炭粉、コークス粉を挙げることができる。
有する材料(高濃度炭素含有材料)が他の粒子と同時に
複合粒子内に複合化されているか、あるいは複合粒子と
は別に添加されていることが好ましい。炭素を高濃度に
含有するために、燃焼速度を調整することが容易に実現
できる。炭素を高濃度に含有するとは、炭素含量が10
wt%以上であることが好ましい。炭素含量が10wt
%未満であると燃焼速度の調整効果が得られにくいから
である。より好ましくは12wt%以上である。さら
に、好ましくは40wt%以上である。さらに好ましく
は50wt%以上である。かかる材料としては、例え
ば、石炭粉、コークス粉を挙げることができる。
【0023】本保温材を、化学組成的にみると、本保温
材は、SiO235wt%以上55重量%以下、Al2O
310wt%以上35wt%以下、CaO1wt%以上
5wt%以下、C5wt%以上20wt%以下であるこ
とが好ましい。当該組成範囲内であると、適度な燃焼性
(発熱性)を確保することができるとともに、耐熱温度
も1500℃を容易に確保することができる。
材は、SiO235wt%以上55重量%以下、Al2O
310wt%以上35wt%以下、CaO1wt%以上
5wt%以下、C5wt%以上20wt%以下であるこ
とが好ましい。当該組成範囲内であると、適度な燃焼性
(発熱性)を確保することができるとともに、耐熱温度
も1500℃を容易に確保することができる。
【0024】さらに、本保温材は、材料組成からみる
と、中空部を有する無機系粒子として中空部を有する石
炭灰10wt%以上90wt%以下、発熱性粒子として
焼却灰及び/又は高濃度炭素含有材料を10wt%以上
90wt%以下含有していることが好ましい。石炭灰が
10wt%未満であると、保温性能を確保することが困
難であり、90wt%を超えると、発熱性が低すぎて保
温性能が低下する傾向が顕著になるからである。また、
中空部を有する石炭灰10wt%以上90wt%以下、
焼却灰を5wt%以上45wt%以下、高濃度炭素含有
材料として炭素含有の集塵灰を5wt%以上45wt%
以下含有することが好ましい。当該範囲内であると、上
記した化学組成を容易に達成することができ燃焼性と保
温性を確保できるとともに、好ましい被覆性を得ること
ができる。
と、中空部を有する無機系粒子として中空部を有する石
炭灰10wt%以上90wt%以下、発熱性粒子として
焼却灰及び/又は高濃度炭素含有材料を10wt%以上
90wt%以下含有していることが好ましい。石炭灰が
10wt%未満であると、保温性能を確保することが困
難であり、90wt%を超えると、発熱性が低すぎて保
温性能が低下する傾向が顕著になるからである。また、
中空部を有する石炭灰10wt%以上90wt%以下、
焼却灰を5wt%以上45wt%以下、高濃度炭素含有
材料として炭素含有の集塵灰を5wt%以上45wt%
以下含有することが好ましい。当該範囲内であると、上
記した化学組成を容易に達成することができ燃焼性と保
温性を確保できるとともに、好ましい被覆性を得ること
ができる。
【0025】次に、本保温材の製造方法について説明す
る。本保温材は、中空部を有する無機系粒子、あるいは
この無機系粒子と発熱性粒子とを混練し、造粒すること
によって得ることができる。混練工程、造粒工程にあた
っては、従来公知の各種手法を採用することができる。
混練工程及び造粒工程のいずれかあるいは双方において
バインダーを適宜添加して、造粒し、次いで、乾燥し、
冷却し、篩分けして、所定粒径の複合粒子を得ることが
できる。なお、篩分け工程において、所定の粒径未満の
粒子は、混練工程あるいは造粒工程に返却して、再度、
返却された工程以降の工程を実施することで所定粒径の
複合粒子を効率よく得ることができる。特に、本発明の
複合粒子を製造するには、混練あるいは造粒工程におい
て、無機系粒子の中空部、粒子間空隙、複合中空部をバ
インダーで充てんしないようにする必要がある。造粒に
用いるバインダーの水分を50wt%以上とすることが
好ましい。また、乾燥時間等を考慮すると、上限は80
wt%以下とすることが好ましい。さらに、乾燥工程に
おいては、水分の蒸発を確保するとともに粒子の崩壊を
防ぐために、乾燥温度を150℃以下とすることが好ま
しく、また、乾燥時間を20分以上とすることが好まし
い。このような乾燥条件を適用するには、回転円筒掻上
げ板付きのロータリードライヤーもしくはバンド型通気
乾燥装置を採用することが好ましい。なお、スプレード
ライヤーによる乾燥方法も採用できる。この場合、70
0℃以上でかつ5分以下とすることが好ましい。スプレ
ードライヤーによる乾燥工程を実施する場合には、乾燥
工程実施前に、被乾燥物の水分濃度を2wt%以下に調
整しておくことが好ましい。
る。本保温材は、中空部を有する無機系粒子、あるいは
この無機系粒子と発熱性粒子とを混練し、造粒すること
によって得ることができる。混練工程、造粒工程にあた
っては、従来公知の各種手法を採用することができる。
混練工程及び造粒工程のいずれかあるいは双方において
バインダーを適宜添加して、造粒し、次いで、乾燥し、
冷却し、篩分けして、所定粒径の複合粒子を得ることが
できる。なお、篩分け工程において、所定の粒径未満の
粒子は、混練工程あるいは造粒工程に返却して、再度、
返却された工程以降の工程を実施することで所定粒径の
複合粒子を効率よく得ることができる。特に、本発明の
複合粒子を製造するには、混練あるいは造粒工程におい
て、無機系粒子の中空部、粒子間空隙、複合中空部をバ
インダーで充てんしないようにする必要がある。造粒に
用いるバインダーの水分を50wt%以上とすることが
好ましい。また、乾燥時間等を考慮すると、上限は80
wt%以下とすることが好ましい。さらに、乾燥工程に
おいては、水分の蒸発を確保するとともに粒子の崩壊を
防ぐために、乾燥温度を150℃以下とすることが好ま
しく、また、乾燥時間を20分以上とすることが好まし
い。このような乾燥条件を適用するには、回転円筒掻上
げ板付きのロータリードライヤーもしくはバンド型通気
乾燥装置を採用することが好ましい。なお、スプレード
ライヤーによる乾燥方法も採用できる。この場合、70
0℃以上でかつ5分以下とすることが好ましい。スプレ
ードライヤーによる乾燥工程を実施する場合には、乾燥
工程実施前に、被乾燥物の水分濃度を2wt%以下に調
整しておくことが好ましい。
【0026】
【実施例】以下、本発明を具体例を挙げて説明する。
(実施例1〜3)
保温材の製造
(実施例1)石炭火力発電所において発生した中空部を
有する石炭灰(平均粒径1.0mm)と、スラッジ焼却
灰とを、それぞれ解砕し、無機系粒子としての石炭灰が
50wt%、発熱性粒子としての焼却灰が50wt%と
なるように混練し、バインダー(糖蜜水溶液H2O75
%)を粒子の全量に対して30wt%を添加して造粒し
た。その後、造粒物をロータリードライヤーを用いて1
50℃で30分間乾燥し、放冷した後、メッシュサイズ
が1.0mmの篩いで篩い分けし、メッシュ上の造粒物
を実施例1の保温材とした。
有する石炭灰(平均粒径1.0mm)と、スラッジ焼却
灰とを、それぞれ解砕し、無機系粒子としての石炭灰が
50wt%、発熱性粒子としての焼却灰が50wt%と
なるように混練し、バインダー(糖蜜水溶液H2O75
%)を粒子の全量に対して30wt%を添加して造粒し
た。その後、造粒物をロータリードライヤーを用いて1
50℃で30分間乾燥し、放冷した後、メッシュサイズ
が1.0mmの篩いで篩い分けし、メッシュ上の造粒物
を実施例1の保温材とした。
【0027】(実施例2)実施例1で用いたのと同様の
石炭灰と、焼却灰とを、それぞれ解砕し、石炭灰が70
wt%、焼却灰が30wt%となるように混練し、バイ
ンダー(糖蜜水溶液H2O65%)を粒子の全量に対し
て35wt%添加して造粒した。その後、造粒物をロー
タリードライヤーを用いて150℃で30分間乾燥し、
放冷した後、メッシュサイズが1.0mmの篩いで篩い
分けし、メッシュ上の造粒物を実施例2の保温材とし
た。
石炭灰と、焼却灰とを、それぞれ解砕し、石炭灰が70
wt%、焼却灰が30wt%となるように混練し、バイ
ンダー(糖蜜水溶液H2O65%)を粒子の全量に対し
て35wt%添加して造粒した。その後、造粒物をロー
タリードライヤーを用いて150℃で30分間乾燥し、
放冷した後、メッシュサイズが1.0mmの篩いで篩い
分けし、メッシュ上の造粒物を実施例2の保温材とし
た。
【0028】(実施例3)実施例1で用いたのと同様の
石炭灰と、焼却灰と、炭素含有量が50wt%の集塵灰
とを、それぞれ解砕し、石炭灰が60wt%、焼却灰が
30wt%、集塵灰が10wt%となるように混練し、
バインダー(糖蜜水溶液H2O50%)を粒子の全量に
対して20wt%添加して造粒した。その後、造粒物を
ロータリードライヤーを用いて150℃で30分間乾燥
し、放冷した後、メッシュサイズが1.0mmの篩いで
篩い分けし、メッシュ上の造粒物を実施例3の保温材と
した。
石炭灰と、焼却灰と、炭素含有量が50wt%の集塵灰
とを、それぞれ解砕し、石炭灰が60wt%、焼却灰が
30wt%、集塵灰が10wt%となるように混練し、
バインダー(糖蜜水溶液H2O50%)を粒子の全量に
対して20wt%添加して造粒した。その後、造粒物を
ロータリードライヤーを用いて150℃で30分間乾燥
し、放冷した後、メッシュサイズが1.0mmの篩いで
篩い分けし、メッシュ上の造粒物を実施例3の保温材と
した。
【0029】(実施例4)
保温材の評価
実施例1〜3の保温材について、保温性、溶解温度、粉
塵飛散性について評価した。それぞれの評価方法を以下
に示す。なお、比較例として、籾殻(生)と製紙スラッ
ジ(未成形)についても同様に評価した。評価結果を表
1に示す。 1.保温性 金属溶湯の保温材添加前温度および最終工程に至るまで
の降下温度幅(℃/分)を計測し、評価した。 2.溶解温度 小型電気炉にて、溶解開始温度を測定した。 3.粉塵飛散性 ボールミルで粉砕を行い、篩い分けし、微粉の含有量
(%)を測定する方法及び圧壊試験による粉化度合いの
測定で評価した。
塵飛散性について評価した。それぞれの評価方法を以下
に示す。なお、比較例として、籾殻(生)と製紙スラッ
ジ(未成形)についても同様に評価した。評価結果を表
1に示す。 1.保温性 金属溶湯の保温材添加前温度および最終工程に至るまで
の降下温度幅(℃/分)を計測し、評価した。 2.溶解温度 小型電気炉にて、溶解開始温度を測定した。 3.粉塵飛散性 ボールミルで粉砕を行い、篩い分けし、微粉の含有量
(%)を測定する方法及び圧壊試験による粉化度合いの
測定で評価した。
【0030】
【表1】
表1に示すように、実施例1〜3の保温材によれば、保
温効果、溶解温度、粉塵飛散性のいずれもが優れてい
た。また、溶融金属の被覆状態を観察したところ、いず
れの実施例の保温材も、溶融金属表面に供給すると、周
囲によく広がるとともにほぼ均一な厚みで溶融金属の表
面を被覆した。また、溶融金属表面において1時間放置
したが、被覆状態に変化はなく、保温材を採取して観察
してみても、粒子構造に変化は認められなかった。これ
に対し、比較例の結果は、いずれも実施例の保温材に比
べて劣っていた。以上の結果から、本発明の保温材によ
れば、優れた保温性、被覆性、耐熱性を有するととも
に、粉塵の飛散性も抑制されていることがわかった。
温効果、溶解温度、粉塵飛散性のいずれもが優れてい
た。また、溶融金属の被覆状態を観察したところ、いず
れの実施例の保温材も、溶融金属表面に供給すると、周
囲によく広がるとともにほぼ均一な厚みで溶融金属の表
面を被覆した。また、溶融金属表面において1時間放置
したが、被覆状態に変化はなく、保温材を採取して観察
してみても、粒子構造に変化は認められなかった。これ
に対し、比較例の結果は、いずれも実施例の保温材に比
べて劣っていた。以上の結果から、本発明の保温材によ
れば、優れた保温性、被覆性、耐熱性を有するととも
に、粉塵の飛散性も抑制されていることがわかった。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、保温性と被覆性に優れ
る溶融金属の保温技術を提供することができる。
る溶融金属の保温技術を提供することができる。
【図1】無機系粒子の一例を示す図である。
【図2】複合粒子の断面構造を示す図である。
【図3】複合粒子が溶融金属表面に拡散して覆っている
状態を示す図である。
状態を示す図である。
【図4】従来の保温材である籾殻が溶融金属表面を覆っ
ている状態を示す図である。
ている状態を示す図である。
2、12 無機系粒子
4、14 中空部
6 外皮
10 複合粒子
16 発熱性粒子
18 空隙
20 複合中空部
Claims (6)
- 【請求項1】中空部を有する無機系粒子が多数個集合し
た複合粒子を含有する、溶融金属の保温材。 - 【請求項2】前記複合粒子は、溶融金属と接触して発熱
する成分を含有する発熱性粒子を含有する、溶融金属の
保温材。 - 【請求項3】前記複合粒子は、当該複合粒子を構成する
粒子間に空隙を有する、請求項1又は2に記載の保温
材。 - 【請求項4】前記複合粒子の表面あるいは内部には、当
該複合粒子を構成する粒子が内表面を構成する孔部を有
する、請求項1〜3のいずれかに記載の保温材。 - 【請求項5】さらに、炭素を高濃度に含有する材料を含
有する、請求項1〜4のいずれかに記載の保温材。 - 【請求項6】前記無機系粒子は石炭灰由来粒子であり、
前記発熱性粒子は炭素分を1wt%以上含有する焼却灰
あるいはその汚泥である、請求項1〜5のいずれかに記
載の保温材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002153000A JP2003340562A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 溶融金属の保温材及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002153000A JP2003340562A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 溶融金属の保温材及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003340562A true JP2003340562A (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=29770188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002153000A Pending JP2003340562A (ja) | 2002-05-27 | 2002-05-27 | 溶融金属の保温材及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003340562A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007537882A (ja) * | 2004-05-19 | 2007-12-27 | メタコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 溶融金属を処理するための方法 |
| CN102705814A (zh) * | 2012-06-04 | 2012-10-03 | 天津南极星隔热材料有限公司 | 一种燃烧发热的发热球 |
-
2002
- 2002-05-27 JP JP2002153000A patent/JP2003340562A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007537882A (ja) * | 2004-05-19 | 2007-12-27 | メタコン ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 溶融金属を処理するための方法 |
| CN102705814A (zh) * | 2012-06-04 | 2012-10-03 | 天津南极星隔热材料有限公司 | 一种燃烧发热的发热球 |
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