WO2000035829A1 - Tap hole blocking material for metal melting apparatus - Google Patents

Description

明 細 書

金属溶融装置の出湯 口充填材

技 術 分 野

本発明 は、 金属溶融装置の出湯 口充填材に関する 。

背 景 技 術

出湯 口充填材は、 夕一ル、 フ エ ノ ール樹脂な ど を結合 材 と して、 アル ミ ナ、 炭化珪素、 ボーキサイ ト 、 ム ラ イ ト 、 シャ モ ッ ト 、 蠟石、 コ ー ク ス な どの耐火性骨材混合 物 を混練 した も のであ る。 その役割は、 金属溶融装置か ら溶湯を噴出 さ せる出湯口 を必要に応 じて閉塞 し 出湯を 停止する こ とお よび出湯停止か ら一定時間経過後 に溶湯 を出湯する際の湯道を形成 して出湯を容易 にする こ と に あ る 。 そのため、 以下に述べる よ う な多 く の特性が求め ら れる 。

出湯 口充填材は、 通常マ ッ ド ガ ン と呼ばれる押 し 出 し 装置 によ り 出湯 口 に充填さ れる。 出湯 口充填材の可塑性 が不足する と 、 マ ッ ド ガ ンか ら の押 し出 し不能や出湯口 への充填不足が発生 し、 出湯を停止できな く な る 。 従つ て、 出湯口充填材には、 良好な充填性や可塑性が要求さ れる 。

出湯口充填材には、 出湯口 に充填後に炉内温度に よ つ て早期 に焼固 し （焼固性）、 溶湯の噴出 を防止する程度の 焼結強度を示す こ とが求め ら れる 。 焼固性が不足する と 出湯 を停止 し きれず溶湯が噴出 し、 ト ラ ブル とな る。 出 湯 口充填材が固化する 際には、 結合材が高熱によ り 急激 にガス化さ れる ので、 充填材に崩れや粗雑化が生 じ る。 こ のため、 出湯口充填材には、 焼固後に高 い気孔率を有 する こ と （ガス抜け性）も要求さ れる 。

出湯を停止 してか ら一定時間経過 した後 に は、 開孔機 と呼ばれる ド リ ルを用 いて、 焼結 した出湯 口充填材を貫 通する孔を開 けて、 出湯を再開 しな ければな ら な い。 充 填材の焼結強度 （固化後の強度）が高すぎる場合な ど には 短時間 に容易 に開孔できないので、 出湯 口充填材には、 適度な焼結強度が要求さ れる 。 また、 開 口 時には、 発煙 や発塵な ど を伴 う ので、 低公害性 も充填材の重要な特性 と して評価される。

さ ら に、 開 口後に は、 溶湯が出湯 口 を通過する ので、 焼固 した出湯口充填材には、 溶湯 と の磨耗に耐え る強度 耐食性および出湯口 の炉壁 レ ンガ に対する接着強度が要 求さ れる 。 これ ら の性能が不十分であ る と 、 貫通孔内径 の拡大が起 こ り 出湯時に溶湯が散乱する ので、 出湯が不 安定 とな り 、 最悪の場合には、 出湯完了前 に炉を閉塞せ ざる を得な く なる。

出湯 口充填材の結合材 と しては、 古 く か ら安価な夕一 ルゃ ピ ッ チが使用 さ れてきた。

「タ ール」と は、 石炭、 木材その他有機物の熱処理乃至 熱分解によ っ て生ずる黒色または褐色の粘稠性の油状歴 青物質であ る 。 例えば、 コ ールタール （石炭の乾留生成 油）、 ケッ岩タール （油ケッ岩の乾留生成油）、 木タール、 オイ ルガス タ ール （石油のガス化副生油）、 石油 夕 一ル （石 油 またはその熱分解生成物の蒸発或いは蒸留残留物、 即 ち石油アス フ ァ ル ト 、 力 マ残油、 熱分解タ ールな どの総 称）な どが挙げ ら れる。 「ピ ッ チ」と は、 上記の蒸留、 乾留 等の熱処理乃至熱分解によ り 得 ら れる黒色の炭素質固形 残留物であ る 。

タ ールや ピ ッ チを結合材 と して使用する 出湯 口充填材 は、 出湯 口 の炉壁 レ ンガに対する接着性に優れて い る 力 、 焼固する まで に時間がかかる ので、 自 噴 と呼ばれる 出湯 現象を生ずる場合があ る。 また、 タ ールや ピ ッ チ には、 閉塞時ゃ開孔時に著 し い発煙や発塵を生 じ る と い う 重大 な欠点があ る 。

フ エ ノ ール樹脂も 出湯口充填材の結合材 と して用 い ら れてい る。 フ エ ノ ール樹脂を用 い る 出湯口充填材は、 優 れた速乾性 （液体成分が速やかに揮発する こ と） と高 い焼 結強度を示すが、 焼結強度が高すぎる ため に開孔が困難 となる こ とがあ る。 また、 樹脂自体が高価なので、 安価 なタ ールを結合材 とする 出湯 口充填材に比べて、 経済性 に劣る。

上述の よ う に、 フ エ ノ ール樹脂 と ピ ッ チ と は、 結合材 と してそれぞれ長所を有 して い る ので、 両者を併用する 結合材が、 近年開発 さ れてい る。 しか しなが ら 、 これ ら の結合材を利用 した充填材も 、 ガス抜け性 （気孔率）や炉 壁 レ ンガ に対する接着強度な どの点につ いては、 十分で はない。

技 術 的 課 題

本発明 は、 上記 した従来技術の問題点を解決乃至大幅 に軽減する も のであ っ て、 結合材 と しての ピ ッ チ と フ エ ノ ール樹脂の両方の優れた効果を十分 に発現 し 、 更にガ ス抜け性や接着強度な ど に も優れた出湯 口充填材を提供 する こ と を主な 目 的 とする。

発 明 の 開 示

本発明者は、 上記課題を解決する ため に鋭意研究を重 ねた結果、 以下に示す各成分 を配合する こ と によ り 優れ た特性を有する 出湯 口充填材 を完成する に至っ た。 すな わち 、 本発明 は下記の出湯 口充填材に係る も のであ る 。 1 . )最大粒径 5 mm以下の耐火性骨材、 （b )最大粒径 0. 2 mm以下の黒鉛および窒化珪素、 （c )耐火粘土、 （d )フ エ ノ ール樹脂、 ケ ト ン化合物およびピ ッ チを含む相溶性結 合材並びに （e)有機微細繊維を含む金属溶融装置の出湯 口 充填材。

2 . (a)耐火性骨材が、 アル ミ ナ、 ハイ アル ミ ナ、 炭化珪 素、 ボーキサイ ト 、 ム ラ イ ト 、 シ ャ モ ッ ト 、 蠟石、 コ 一 ク ス 、 ジルコ ニァ、 フ エ 口 シ リ コ ンおよびマ グネ シア力、 ら なる群か ら 選択さ れる少な く と も 1種であ る上記 1 に記 載の出湯 口充填材。

3 . (d)相溶性結合材におけ る ピ ッ チの含有量が、 相溶性 結合材 100重量部中 0. 5〜 30重量部であ る こ と を特徴 とす る 上記 1 に記載の出湯 口充填材。

4 . (e)有機微細繊維が、 ボ リ エス テル繊維、 ボ リ ビニル アルコ ール繊維、 ア ク リ ル繊維、 ポ リ 塩化 ビ二ル繊維、 アセテー ト繊維、 レー ヨ ン繊維、 ポ リ ア ミ ド繊維、 ポ リ エチ レ ン繊維、 ポ リ プロ ピ レ ン繊維、 ポ リ ウ レ タ ン繊維 およびボ リ 塩化 ビニ リ デン繊維か ら な る群か ら 選択さ れ る少な く と も 1種であ る 上記 1 に記載の出湯口充填材。

5 . (e)有機微細繊維が、 繊維径 5〜 200 mであ り 、 且つ 繊維長 3〜 15mmであ る上記 1 に記載の出湯 口充填材。

6 . )耐火性骨材、 （b)黒鉛および窒化珪素並びに （c)耐 火粘土か ら なる耐火粉体 100重量部中 において、 （a)耐火 性骨材の配合量が 60〜 85重量部、 （b)黒鉛および窒化珪素 の配合量が 5〜 30重量部、 （c)耐火粘土の配合量が 5〜 15重 量部であ っ て、 （d)相溶性結合材の配合量が耐火粉体

100重量部に対 して 15〜 25重量部並びに （e)有機微細繊維 の配合量が耐火粉体 100重量部に対 して 0.01〜 0. 75重量部 であ る 上記 1 に記載の出湯口 充填材。

本発明 に係 る 出湯 口 充填材は、 )最大粒径 5mm以下の 耐火性骨材、 （b)最大粒径 0. 2mm以下の黒鉛および窒化珪 素、 （c)耐火粘土、 （d)フ エ ノ ール樹脂、 ケ ト ン化合物お よびピ ッ チ を含む相溶性結合材並びに （e)有機微細繊維 を 含む金属溶融装置の出湯 口充填材であ る 。 以下、 それぞ れの成分 につ いて詳述する。

(a)耐火性骨材

本発明 にお いて用 い る耐火性骨材の最大粒径は、 5mm以 下程度であ り 、 好ま し く は 4mm以下程度、 よ り 好 ま し く は 3. 5mm以下程度で あ る。 あ る い は、 粒径 1〜 4minの粒度分布 が 40 %以下であ る耐火性骨材が好ま し い。

本発明 にお いて用 い る耐火性骨材は、 当該分野で通常 用 い ら れる耐火性骨材であれば特 に制限さ れな い。 耐火 性骨材 と しては、 例え ば、 アル ミ ナ、 ハイ アル ミ ナ、 炭 化珪素、 ボーキサイ ト 、 ム ラ イ ト 、 シャ モ ッ ト 、 蠟石、 コ ー ク ス 、 ジ レコ ニァ 、 フ エ 口 シ リ コ ン、 マ グネ シアな どが挙げ ら れる 。 これ ら の中では、 アル ミ ナ、 ノ、ィ アル ミ ナ、 炭化珪素、 ボーキサイ ト 、 ム ライ ト 、 シ ャ モ ッ ト 、 蠟石、 コ 一 ク スが好ま し く 、 アル ミ ナ、 ノ、ィ アル ミ ナ、 炭化珪素、 ボーキサイ ト 、 コ ーク ス がよ り 好ま し い。 こ れ ら の耐火性骨材は、 1種ま たは 2種以上を混合 して用 い る こ とができ る。

( b )黒鉛および窒化珪素

本発明 にお いては、 黒鉛 と窒化珪素 と を併用する こ と を必須 とする。

本発明 にお いて用 い る黒鉛および窒化珪素の最大粒径 は、 通常 0. 2 mm以下程度であ り 、 好ま し く は 0. 1 5 πιπι以下程 度であ り 、 よ り 好ま し く は 0. 1 2 5 mm以下程度であ る。 あ る い は、 粒径 0. 1 2 5〜 0. 0 44 mmの粒度分布が 40 %以下程度であ る黒鉛および窒化珪素が、 好ま し い。

黒鉛の最大粒径が大きすぎる場合 に は、 マ ツ ド ガ ンか ら充填材を押 し 出す際に、 充填材のス ベ リ 性が低下する ので、 予定量の充填ができな い こ と があ る。 また、 黒鉛 の最大粒径が大きすぎる場合には、 溶湯 と の接触面積が 減少する ので、 焼固 した出湯 口充填材の耐食性が低下す る。

窒化珪素は、 充填材の耐食性を向上さ せる と と も に、 焼結強度を高め る ため に使用する。 窒化珪素の最大粒径 が大きすぎる場合には、 比表面積が小さ く な り 、 溶湯 と の接触面積が減少する ので、 充填材の耐食性が低下する ま た、 充填材中での窒化珪素の容積比が小 さ く な る ので、 充填材の焼結強度が小さ く な る。

黒鉛 と窒化珪素 と の混合比は、 特 に制限さ れな いが、 重量比と して、 黒鉛 ： 窒化珪素 = 25〜 65 ： 75〜 35程度、 よ り 好ま し く は 35〜 55 : 65〜 45程度であ る 。

(c)耐火粘土

本発明 にお いて用 い る耐火粘土は、 当該分野で通常用 い ら れる ものであれば特に制限さ れない。 通常、 力 オ リ ナイ ト 、 ノ\ ロ イ サイ ト な どの力 オ リ ン鉱物を主成分 とす る耐火度の高 い粘土であ る。

耐火粘土の最大粒径は、 特 に制限さ れないが、 通常 50 m以下程度、 好ま し く は 30 /X m程度、 よ り 好ま し く は 20 m以下程度であ る 。 あ る い は、 粒径 1 /i m以下の粒子が 40 %以上であ る耐火粘土が好ま し い。

(a)耐火性骨材、 （b)黒鉛および窒化珪素並びに （c)耐火 粘土の混合物 （以下、 こ れを 「耐火粉体」と い う こ とがあ る）中 にお ける これ ら の成分の配合量は特 に制限さ れない (a)耐火性骨材の配合量は、 耐火粉体 100重量部中 、 通常 60〜 85重量部程度、 好ま し く は 70〜 83重量部程度であ る。 (b)黒鉛および窒化珪素の配合量は、 耐火粉体 100重量部 中 、 通常 5〜 30重量部程度、 好ま し く は 8〜 20重量部程度 であ る。 （c)耐火粘土の配合量は、 耐火粉体 100重量部中 通常 5〜 1 5重量部程度、 好ま し く は？〜 1 3重量部程度であ る。

( d )相溶性結合材

本発明 において使用する相溶性結合材は、 フ エ ノ ール 樹脂、 ケ ト ン化合物お よびピ ッ チを含む。

フ エ ノ ール樹脂は、 当該分野で結合材 と して通常用 い ら れてい る フ エ ノ ール樹脂、 変成フ エ ノ ール樹脂な どで あれば特 に制限さ れず、 市販品を用 いて も よ い。 フ エ ノ ール樹脂 と しては、 例 えば、 ノ ボ ラ ッ ク 型熱可塑性 フ エ ノ ール樹脂、 レゾ一ル型熱硬化性フ エ ノ ール樹脂、 ベ ン ジ リ ッ ク エーテル型熱硬化性 フ エ ノ ール樹脂な どが挙げ ら れる。 フ エ ノ ール樹脂の一方の原料であ る フ エ ノ ール 類 と しては、 例え ば、 フ エ ノ ール ； ク レ ゾール、 キ シ レ ノ ールな どの置換フ エ ノ ールな どが挙げ ら れる 。 フ エ ノ ール樹脂の他方の原料であ る アルデヒ ド と しては、 例え ば、 ホルム アルデヒ ド 、 ァセ ト アルデヒ ド 、 ブチルァル デヒ ド 、 フ ルフ ラールな どが挙げ ら れる。 フ エ ノ 一ル樹 脂は、 1 種または 2 種以上を混合 して用 い る こ とができ る。

相溶性結合材にお いて用 い る ケ ト ン化合物は、 特に制 限さ れず、 脂肪族ケ ト ン、 アルキルァ リ 一ルケ ト ン、 芳 香族ケ ト ン、 環状ケ ト ンな ど を例示する こ とができ る 。 よ り 具体的 に は、 式 1 に示すケ ト ン化台物 を例示でき る 。

Ri—— C— R₂ (式 1 )

II

o

[式中 、 R ,およ び R 2は、 同一 ま た は相異な っ て、 置換 さ れて いて も よ い直鎖または分枝状 C ！ ~ 6ア ルキル、 置換 さ れて いて も よ い直鎖 ま た は分枝状 C ！ ~ _ϋアルケニル、 置換 さ れて いて も ょ レ、 C ₈シ ク ロ ア ルキル、 置換さ れて いて も よ ぃ ァ リ ール基、 置換 さ れて いて も よ い アルアルキル 基な ど を示す。 あ る いは、 R ,お よ び R ₂は、 一緒になつ て、 置換 さ れて いて も よ い C 3〜 ₈シ ク ロ ァリレキリレ、 置換さ れて いて も よ い ァ リ ール基な ど を形成 し て いて も 良 い。 ]

直鎖 ま たは分枝状 C , ア ルキルの置換基 と しては、 水 酸基な どが挙げ ら れる。

直鎖 ま た は分枝状 C 6アルケニルの置換基 と しては、 フ エ二リレ、 ナ フ チルな どの ァ リ ール基 ； 水酸基な どが挙 げら れる 。

ァ リ ー ル基 と しては、 フ エ ニル基、 ナ フ チル基な どが 挙げ ら れる。

アルア ルキル基の ア ルキル部分 と しては、 直鎖 ま たは 分枝状 C アルキルな どが挙げ ら れる 。 ア ルア ルキル基 のァ リ ール部分 と し ては、 フ エ ニル基、 ナ フ チル基な ど が挙 げ ら れ、 こ れ ら は置換 さ れて いて も よ い。

C 3 8シ ク ロ ア ルキル、 ァ リ ール基およ びアル アルキル 基の ァ リ ール部分の置換基 と し ては、 直鎖 ま た は分枝状 C i ~ 6ア ルキルな どが挙 げ ら れる 。

ケ 卜 ン化合物 と しては、 具体的 に は、 アセ ト ン 、 ジェ チル ケ ト ン 、 メ チルェチルケ ト ン 、 イ ソ プチル メ チルケ ト ン 、 ジイ ソ プチルケ ト ン 、 ァセ ト フ エ ノ ン 、 ベ ン ゾフ ェ ノ ン、 ジ シ ク ロ プロ ピルケ ト ン 、 ジア セ ト ン アルコ 一 ル、 メ シチルォキ シ ド 、 ホ ロ ン 、 イ ソ ホ ロ ン 、 シ ク ロ へ キサ ノ ン、 メ チル シ ク ロ へキサ ノ ン 、 ジプノ ン、 シ ョ ウ ノ ウ な どが挙げ ら れる 。 こ れ ら の中では、 ジァ セ 卜 ンァ ルコ ール、 メ シチルォキ シ ド 、 ホ ロ ン 、 シ ク ロ へキサ ノ ン 、 メ チリレ シ ク ロ へキサ ノ ン 、 ァセ ト フ ェ ノ ン、 ジ プノ ン、 シ ョ ウ ノ ウな どが好 ま し い。 こ れ ら の ケ ト ン化合物 は、 1 種または 2 種以上 を混合 して用 い る こ と ができ る 相溶性結合材 にお け る フ エ ノ ール樹脂 と ケ 卜 ン化合物 の混合比は、 特 に制限さ れな いが、 重量比で、 通常 9 0

2 0： 1 0 80程度、 好ま し く は 80 3 0： 2 0 7 0程度で あ る。

相溶性結合材 にお いて使用する ピ ッ チ は、 当 該分野で 通常用 い ら れる も のであれば特 に制限さ れな い。 例 えば 石炭系 ピ ッ チ （コ ール 夕 一ル ビ ッ チ）、 石油 系 ピ ッ チ、 木 炭系 ピ ッ チな どが挙げ ら れる 。

相溶性結合材 にお け る ピ ッ チの配合量は 、 特 に制限さ れな いが、 相溶性結合材 〗 0 0重量部中 、 通常 0. 5〜 3 0重量 部程度、 好 ま し く は 1〜 2 5重量部程度、 よ り 好 ま し く は 3〜 2 0重量部程度であ る 。 ピ ッ チが多すぎる場台 に は、 フ エ ノ 一ル樹脂の長所で あ る 速乾性、 焼結強度な どが低下 する 。 ま た 、 相溶性結合材 と し ての粘性が上昇する ので、 結合材の配合量 を増加せ ざる を得な く な り 、 経済性 を損 な う 。

本発明 の充填材にお いては、 結合材 と して相溶性結合 材 と タ ール と を併用 し て も よ い。 夕 一ルは、 当 該分野で 通常用 い ら れる も ので あれば特 に制限さ れな い。 例 え ば、 コ ールタ ール （石炭の乾留生成油）、 ケ ッ岩 タ ール （油 ケッ 岩の乾留生成油）、 木 夕 一ル、 オイ ルガス タ ール （石油の ガス化副生油）、 石油 夕 一ル （石油 また はその熱分解生成 物の蒸発或いは蒸留残留物 、 即ち 石油 ア ス フ ァ ル ト 、 力 マ残油、 熱分解 タ ールな どの総称）な どが挙 げ ら れる 。

タ ールの配合量は、 特 に制限さ れな いが、 相溶性結合 材 1 0重量部に対 し て、 通常 2 0重量部以下程度、 好 ま し く は 3〜 1 5重量部程度、 よ り 好 ま し く は 5〜 1 0重量部程度で あ る 。 本発明 にお いて用 い る 相溶性結合材の粘性は、 特 に制 限 さ れな いが、 30°C にお いて 、 通常 1000〜 40000m Pa. s程 度であ り 、 好ま し く は 2000〜 10000 mPa's程度であ る 。 相 溶性結合材 と タ ール と を併用 する 結合材の粘性は、 特 に 制限 さ れな いが、 30°C にお レ て通常 1000〜 40000mPa.s程 度で あ り 、 好 ま し く は 2000〜 10000mPa's程度であ る 。

本発明 に お いて用 い る結合材は、 例 えば以下の方法で 製造する こ と ができ る 。 まず、 フ エ ノ ール樹脂 と ケ ト ン 化合物 と を混合 して溶液 とする 。 こ の溶液 に 、 ピ ッ チお よび必要 に応 じて夕 一ル を添加 し混練する 。 混練時間 は、 一様 に混練 さ れれば特 に制限 さ れな いが、 通常 0. 5〜 2時 間程度であ る 。 混練時 に は、 ピ ッ チおよびタ ールの粘性 を下げる ため に 、 必要 に応 じ て、 加熱 し て も よ い。 加熱 温度 は、 特 に制限さ れず、 通常 100 °C以下程度、 好 ま し く は 60〜 80°C程度であ る 。 あ る い は、 フ エ ノ ール樹脂に ケ ト ン化合物、 ピ ッ チおよ び必要に応 じて夕 一ルを同時に 添加 し 、 混練 し て も よ い。 あ る い は、 まず相溶性結合材 を製造 し 、 こ れ と タール を混練 し て も よ い。 こ れ ら の方 法 にお いて、 フ エ ノ ール樹脂は、 樹脂化さ れた も の を用 いて も 良 いが、 樹脂化前の フ エ ノ ール類、 アルデ ヒ ド な ど を用 いて、 樹脂化を行 いなが ら 、 相溶性結合材 を製造 し て も 良 い。 本発明 の出湯 口 充填材 にお け る 相溶性結合材の混合量 は、 特 に制限 さ れな いが、 耐火粉体 100重量部 に対 して、 通常 15〜 25重量部程度、 好 ま し く は 17〜 23重量部程度で あ る 。 相溶性結合材 と 夕 一ル と を併用す る 場合の結合材 混 合量 （相溶性結合材 と タ ールの 合計量）は、 特 に制限さ れな いが、 耐火粉体 100重量部 に対 し て、 通常 15〜 25重量 部程度、 好 ま し く は 17〜 23重量部程度であ る 。

(e)有機微細繊維

本発明 にお いて用 い る有機微細繊維は、 繊維素材の融 点が炉壁の温度 （約 300°C )よ り も低い も のであれば特 に制 限さ れな い。 有機微細繊維の融点は、 好ま し く は 250 °C以 下程度、 よ り 好 ま し く は 100〜 200 °C程度であ る 。 こ の様 な繊維 と しては、 例えば、 ポ リ エス テル繊維、 ポ リ ビニ ルア ル コ ール繊維、 ァ ク リ ル繊維、 ポ リ 塩化 ビ二ル繊維、 アセテー ト繊維、 レー ヨ ン繊維、 ポ リ ア ミ ド繊維、 ポ リ エチ レ ン繊維、 ポ リ プロ ピ レ ン繊維、 ポ リ ウ レ タ ン繊維、 ボ リ 塩化 ビニ リ デン繊維な どの低融点有機繊維な どが挙 げ ら れ、 好 ま し く はポ リ エス テル繊維、 ポ リ ビニルァル コ ール繊維、 ア ク リ ル繊維、 ポ リ 塩化 ビニル繊維であ り 、 よ り 好 ま し く はポ リ エス テル繊維、 ポ リ ビニルア ル コ ー ル繊維で あ る 。 有機微細繊維は、 1種ま た は 2種以上 を使 用する こ とができ る。 有機微細繊維の形状は、 繊維 と しての形状 をな して い れば特 に制限さ れな い。 有機微細繊維の繊維径は、 特 に 制限 さ れな いが、 通常 5〜 200 m程度、 好 ま し く は 5. 5〜 100 / m程度、 よ り 好 ま し く は 6〜 50 / m程度であ る 。 繊維 径が小 さ 過 ぎる場合 に は、 充填材中 にお け る 有機微細繊 維の分散性が悪 く な る 。 一方、 繊維径が大 き過ぎる場合 に は、 所望の効果が得 ら れな いおそれがあ る 。 有機微細 繊維の長 さ は、 特 に制限 さ れな いが、 通常 3〜 15mm程度、 好 ま し く は 4. 5〜 12mm程度であ る。 有機微細繊維の長さ が 短すぎる場合 に は、 粉体状 と な り 繊維 と し て の機能が発 揮 さ れな いの に対 し 、 有機微細繊維の長 さ が長すぎる場 合 には、 充填材のス ベ リ 性が低下するおそれがあ る。

有機微細繊維の配合量は、 特 に制限さ れな いが、 耐火 粉体 100重量部 に対 して 、 通常 0. 01〜 0. 75重量部程度 、 好 ま し く は 0. 03〜 0. 7重量部程度、 よ り 好 ま し く は 0. 05〜 0. 6重量部程度であ る。 繊維の添加量が少な過ぎる場合に は、 充填材の ガス抜 け性や接着強度が十分 に得 ら れな い。 こ れに対 して 、 有機微細繊維の添加量が多す ぎる 場合 に は、 充填材の混練性、 可塑性、 ス ベ リ 性 （充填性）が十分 に得 ら れな い こ とがあ る 。 ま た、 相溶性結合材が大量に 必要 となる ので、 経済的 に好 ま し く な い。

本発明の出湯 口充填材は、 必要 に応 じて、 当該分野で 通常用 い ら れ る添加剤 を更 に 含んで いて も よ い。 こ のよ う な添加剤 と し ては、 例え ば、 硬化剤、 粘性調整剤な ど が挙 げ ら れ る。 硬化剤 と し ては、 例 え ば、 へキサ メ チ レ ンテ ト ラ ァ ミ ン 、 ノ ラ ホルム ア ルデ ヒ ド な ど を用 い る こ と ができ る 。 粘性調整剤 と し ては、 例え ば、 エチ レ ン グ リ コ ール、 ジエチ レ ン グ リ コ ール、 プロ ピ レ ン グ リ コ 一 ルな どの グ リ コ ール ； ボ リ ォキ シエチ レ ン ノ ニル フ エ ノ ール 、 ポ リ オキ シエチ レ ン才 レ イ ルエーテル 、 ド デ シル ベ ンゼン ス ル フ ォ ンサ ンナ 卜 リ ウムな どの界面活性剤な どが挙げ ら れる。

本発明の出湯 口充填材は、 例え ば以下の よ う に して製 造する こ とができ る。 まず、 常法 に従っ て （a )耐火性骨材

( b )黒鉛および窒化珪素並びに （c )粘土 をそれぞれ粒度調 整 し 、 混合 し て耐火粉体 を調製す る 。 次 いで 、 得 ら れた 耐火粉体に 、 有機微細繊維 を添加 し 、 有機微細繊維が十 分 に分散 さ れる まで混合 し た後、 加熱下にお いて 、 混練 しなが ら 相溶性結合材を加え 、 均一 にな る ま で混合 して 充填材 とする 。 また、 結合材 と し て相溶性結合材 と 夕一 ル と を併用 する場合に は、 予め製造 し た充填材に更に 夕 —ル を加え、 一様になる まで混練 し て も 良 い。 あ る いは、 予め タ ール と相溶性結台材 と を混練 し て結合材 を調整 し 、 こ の結合材 を耐火粉体 と有機微細繊維 と の混合物 に加え て 、 充填材 を製造 し て も 良 い。

本発明 に よ る 出湯 口 充填材は、 銑鉄な ど を生産する溶 鉱炉の 出銑 口 充填材、 電気炉の出鋼 口 充填材、 キ ュ ボ ラ の出湯 口 充填材な どの金属溶融装置の出湯 口 充填材な ど と し て利用 する こ とができ る 。

発 明 の 効 果

本発明 に よ る 出湯 口 充填材は、 結合材 と し ての ピ ッ チ と フ エ ノ ール樹脂の両方の優れた効果な ど を有する 。 即 ち 、 本発明 に よ る 出湯 口充填材は以下の優れた効果 を有 する 。

1 )本発明 の充填材は、 混練 し 易 く 、 可塑性や充填性 に も 優れて い る ので、 施工 しやすい。

2 )本発明 の充填材は、 焼固性 に優れて い る ので、 施工後 速やか に溶湯の出湯 を停止す る こ と ができ る 。

3 )本発明 の充填材は、 高 い気孔率 を有 し てお り 、 ガ ス 抜 け性 に優れて い る ので、 焼固時 に崩れた り 、 粗雑化 し づ ら い。

4 )本願発明 の充填材は、 充填時 に 、 充填材 に含 まれる 有 機微細繊維が、 炉壁の温度に よ っ て融解する 。 従っ て、 焼固後の線変化率が高 く 、 炉壁 と の接着強度が高 い。

5 )本発明 の充填材は、 焼固後の耐食性 に優れ る ので、 長 期 にわた つ て 、 溶湯の噴出 を防止す る こ と ができ る 。 6 )本発明 の充填材は、 適度な焼結強度 を有する ので、 溶 湯の噴出 を防止する こ とができ 、 且つ開 口 作業が容易で あ る 。

7 )本発明 の充填材 を用 い る と 、 開 口 時に 、 発煙や粉塵 を 伴わな い。

8 )本発明 の充填材は、 安価で あ る。

好ま し い実施の態様

以下 に実施例 を示 し 、 本発明 の特徴 とす る と こ ろ を よ り 一層明 ら か にする 。 本発明が こ れ ら 実施例 によ り 限定 さ れな レ こ と は、 言 う まで も な い。

<充填材 （実施例 1 〜 6 )の製造法〉

粒度調整を し た （a )耐火性骨材、 （b )黒鉛および窒化珪 素並びに （c )耐火粘土 を混合 して、 耐火粉体を調製 し た。 こ れに （e )有機微細繊維 を添加 し 、 有機微細繊維が十分 に 分散する ま で混合 し た。 こ れ に ·（d )相溶性結合材 を加え 、 混練 した。 結合材 と し て相溶性結合材 と タ ール と を併用 する場合 に は、 予め 夕 一ル以外の各成分 を用 いて調製 し た充填材 に タ ールを加え、 一様 にな る ま で混練 し た。 全 ての混練操作は、 7 0 °C にお いて行 っ た。

実施例 1 〜 6 にお い て用 いたそれぞれの成分の配合量 を表 1 に示す。 なお 、 タ ールお よ びピ ッ チ は、 共 に石炭 系の 夕 一ルお よびピ ッ チ を使用 し た。 相溶性結合材 と し

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9

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61

otOLo66df 3d 6rese/oo ΟΛ\ 表 1

； 施 例 比 較 例

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 アルミナ 3.4議以下 15 15 15 15 15 15 15 15 15 16.5 16 15 アルミナ 6画以 Γ 15 15

アルミナ 5 〜8議 15 ポーキサイ卜 3.4誦以下 15 15 15 15 15 15 15 15 15 16.5 16 15 15 ボーキサイ卜 6誦 feA下 15 15

コークス 3匪 iiA f 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 10 10

Mアルミナ微粉 0.5 nun以！" 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 20 19 18 18 炭化珪素微粉 0.5 nun以 r 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 26 25 24 24 黒鉛 0. 125画以" 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4.5 4 4 黒鉛 1 〜3mm 4 窒化珪素 0. 125隱以 r 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5.5 5 5 耐火粘土 20 以下 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9.5 9 9 而 i火粉体の合計 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 相溶性結合材（ピッチ 5重量部） 18 18 18 10 18 18 18 18 18 18 相溶性結合材（ピツチ 10重量部） 19

フエノール樹脂 18 21 18

タール 8 18

有機微細繊維 （繊維長 6mm) 0.1 0.3 0.5 0.3 0.3 0.2 0.8 0.1 0.1 0.1 メタル繊維 （繊維長 6mm) 0.1

O 注 1 )表中 の値は、 耐火粉体の 合計 を 100重量部 と し た場合 の混合量 （重量部） を示す。 注 2 )耐火粉体の各成分 の櫚 に記載 さ れて い る 数値は、 最 大粒径 ま た は粒度範囲 を示す。 注 3 )相溶性結合材の櫊 に記載 さ れて い る 数値は、 相溶性 結合材 100重量部 に対す る ピ ッ チの配合量 （重量部）を示す 実施例 1 〜 6 および後述する 比較例 3 〜 7 およ び 9 に お いて使用 し た耐火粉体 （最大粒径 3. 4mm)の粒度分布 を表 2 に示す。 実施例 1 〜 6 、 後述す る 比較例 1 〜 5 および 7 〜 9 にお いて使用 し た耐火粘土の粒度分布を表 3 に示 す。

表 2

表 3 度 ( urn) く 0.5 0.5〜1 1〜2 2〜5 5〜10 10〜20 粒度分布 （％) 21 16 15 22 19 7 実施例 1 〜 4 、 6 お よ び後述する 比較例 5 〜 9 にお い て使用 し た相溶性結合材 （相溶性結合材 1 0 0重量部 に対す る ピ ッ チの配合量 5重量部）の物性な ど を表 4 に ま と めた 表 4

表 5 に 、 実施例 1 〜 6 および後述する 比較例 1 〜 9 に お いて製造 し た充填材の混練性状、 可塑性 、 ス べ リ 性 （充 填性）、 焼固性、 公害性、 接着強度およ び経済性 を示す。 表 6 に 、 実施例 1 〜 6 および比較例 1 〜 9 にお いて製造 し た充填材の線変化率、 曲 げ強度、 圧縮強度、 気孔率お よび耐食性指数を示す。 表 5 実 施 例 比 蛟 例

1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 混練性状 A A A A A A B B C B B D B D A 可塑性 A A A A A A C C C C C D B D A o

スベリ性（充填性） A A B A B A D D C C C D B D C 焼固性 （MPa) 3.5 3.7 4.0 2.1 3.3 3.6 0.0 3.4 2.7 3.2

o 2.1 1.9 2.2 公害性 少量 少 ffl en 少量 中量 少量 少量 多量 少最 少蛩 少量 少量 少 £ 少量

o

接卷強度 （MPa) 0.50 0.51 0.47

O C

経済性 B B B A B B A D D D B B B B B o 注 1) 表中の記号の意味は、 以下の通りであ oる。

A:良好 B:やや良好 C:やや劣る D:劣る o

注 2) 混練性状及び可塑性は、 混練物触感によって o評価した。

注 3) スベリ性（充填性）は、 100φの円柱筒の先端を 45n i° の角度で 20φまで絞った容器に充填材を投入し、 充填材 を 100kg/cm²の圧力で 20φの筒先の先端から押し出した時の連続性及び表面性状で評価した。

注 4) 焼固性は、 50φΧ50Ηに成形した充填材を 600 の雰n i囲気中に投入し 10分問保持後取り出して、 その圧縮 強度を測定した。 o

注 5) 公害性は、 50φΧ50Ηに成形した充填材を 600^：の雰囲気中に0 0投入し 10分間保持した時の発煙状況を評価 した。

注 6) 接着強度は、 800 :に加熱したシャモット煉瓦に 50φΧ50Ηに成形した充填材を押し付けた後、 800^：で 10 分問加熱し接着焼固させて、 レンガとの接着強度を測定した。

o 表 6

注 1 ) 線変化率は、 以下のようにして求めた。 ⁴0膽 X 40mm x 160画に成形した充填材を 100kg/cm²の圧力でプレス 成形し、 160mmに対応する辺のプレス成形後の長さを とする。 プレス後、 更に 1450での還元雰囲気下で 3時間 焼成し、 160mmに対応する辺の加熱後の長さを 1₂とする。 線変化率は、 これらの長さの変化率であって、 以下の式 に従って求めた。

線変化率（％ )

/ ） 100

注 2 ) 曲げ強度および圧縮強度は、 JIS R2553に従って求めた。

注 3 ) 耐食性指数は、 成形サンプルを高周波溶解試験炉に組込み、 鉄とスラグを 1500 :で溶解させ、 試験サンプルの溶 損量から溶損指数を算定し評価した。 耐食性指数は、 数値が小さいほど耐食性に優れることを示す。

実施例 1 〜 6 にお いて製造 し た充填材は、 いずれ も焼 固後出湯 を停止する の に十分な焼結強度 を示 し 、 且つ容 易 に開孔機 を用 いて貫通孔 を開 け る こ と ができ た。

実施例 1 〜 3 およ び 6 の充填材は、 様 々 な有機微細繊 維量 を採用 し た場合の充填材で あ る 。 表 6 か ら 明 ら かな よ う に 、 こ れ ら の充填材は、 優れた混練性状、 可塑性、 ス ベ リ 性 （充填性）な ど を示 し 、 施ェ性 に優れて い る 。 こ れ ら の充填材の線変化率は、 正の値 を示 し 、 耐食性な ど の物理特性 に優れて い る （表 7 )。 ま た後述する 比較例 と 対比 し て も 、 焼固性、 接着強度な ど に優れてお り 、 充填 材 と し ての優れた特性 を有 して い る 。

実施例 4 の充填材は、 結合材 と し て相溶性結合材 と従 来の結合材であ る 夕一ル と を併用 し た充填材であ る 。 実 施例 4 では、 相溶性結合材に起因す る長所 を損 う こ と な く 、 経済性 を向上さ せる こ とができ た。

実施例 5 の充填材は、 相溶性結合材 1 0 0重量部 に対 して ピ ッ チ 1 0重量部 を溶解 さ せた相溶性結合材 を採用 し た充 填材であ る 。 実施例 5 では、 相溶性結合材の粘性が若干 上昇する ので、 実施例 1 〜 4 に比較 して、 相溶性結合材 の配合量が若干増量 し たが、 経済性 と して は許容範囲で あ り 、 優れた諸特性 を示 し て い る

比較例 1 〜 2 最大粒径が 6 ιη πι以下の耐火性骨材 を使用 し 、 相溶性結合 材の代わ り に 、 それぞれ夕 一ル或 い はフ エ ノ ール樹脂を 結合材 と し て使用 し 、 更 に有機微細繊維 を使用 し な い以 外は、 実施例 1 と 同様 に し て充填材を製造 した。 使用 し た各成分の混合量 を表 1 に示す。

比較例 1 〜 2 の充填材は、 と も に耐火性骨材で あ る ァ ル ミ ナ と ボーキサイ 卜 の最大粒径が大きすぎる ので、 可 塑性、 ス べ リ 性 （充填性） な ど に劣る 。 比較例 1 は、 経 済性 に優れる も の の焼固性、 公害性にお いて、 実施例 に 比 して大 き く 劣る 。 比較例 2 は、 焼固性、 公害性は満足 でき る範囲であ る も の の接着強度、 経済性 にお いて実施 例 に劣る。

比較例 3

結合材 と して 、 相溶性結合材の代わ り に 、 フ エ ノ ール 樹脂を用 いた以外は、 実施例 と 同様 に し て充填材 を製造 した。 使用 し た各成分の混合量を表 1 に示す。

比較例 3 の充填材は、 実施例 に比 して、 混練性、 可塑 性、 スべ リ 性 （充填性）、 接着強度な どが不十分であ る。

十 士 ^

c* 、 口 口 材であ る フ エ ノ ール樹脂を多量 に使用 する の で経済性 に も 欠 ける 。

比較例 4

結合材 と して 、 相溶性結合材の代わ り に 、 フ エ ノ ール 樹脂 を使用 し 、 有機微細繊維 を用 い な い以外は、 実施例 1 と 同様 に し て充填材 を製造 し た。 使用 し た各成分の配 合量 を表 1 に示す。

比較例 4 の充填材は、 実施例 に比 し て 、 可塑性、 ス ベ リ 性 （充填性 )、 耐食性な どが不十分であ り 、 かつ経済性 に劣る 。 比較例 4 の充填材は、 実施例の充填材 に比 し て 開 口 に手間 ど つ た。

比較例 5

有機微細繊維 を配合 し な い以外は、 実施例 1 と 同様に し て充填材を製造 した。

比較例 5 の充填材は、 実施例 に比 して、 可塑性、 ス べ リ 性 （充填性）、 耐食性が不十分であ る 。 更 に 、 比較例 5 の充填材は、 線変化率がマイ ナスで あ る ので、 実施例 に 比 し て、 炉壁 と の接着強度に劣る 。

比較例 6

耐火粘度を配合 しな い以外は、 実施例 1 と 同様 に して 充填材の製造 を試みたが、 混練 しづ ら く 、 可塑性 に乏 し く 、 成形する こ とができ なかっ た。 そのた め、 焼固性、 接着性な ど につ いては、 測定できなか っ た。

比較例 Ί

窆化珪素 を配合 し な い以外は、 実施例 1 と 同様 に して 充填材 を製造 し た。 比較例 7 の充填材は、 実施例 に比 し て、 焼固性 に劣 り 、 特 に耐食性 に著 し く 劣る 。

比較例 8

粒度範囲が 5〜 8 m mの アル ミ ナ と粒度範囲が 1〜 3 m mの黒 鉛 を用 い た以外は、 実施例 1 と 同様 に して 、 充填材の製 造を試みたが、 混練 し づ ら く 、 可塑性 に乏 し く 、 成形す る こ と ができ なかっ た。 そのため、 焼固性、 接着性な ど につ いては、 測定できなか っ た。

比較例 9

有機微細繊維の代わ り に金属繊維 （銪鉄製繊維、 繊維径 9 0 i m )を使用 し た以外は、 実施例 1 と 同様 に して、 充填 材を製造 し た。

比較例 9 の充填材は、 実施例 と比較する と 、 焼固性、 耐食性 に 劣る。

比較例 1 0

フ エ ノ ール樹脂 （9重量部） と ピ ッ チ （ 1重量部）のみを直 接的 に併用 し た結合材を調製する こ と を試みたが、 フ エ ノ ール樹脂 と ピ ッ チ に相溶性がな いので、 一様な結合材 を得る こ と ができなか っ た。 そのため、 こ れを用 いた充 填材を製造できなかっ た。

Claims

請求の範囲

1 . (a)最大粒径 5mm以下の耐火性骨材、 （b)最大粒径 0. 2mm以下の黒鉛およ び窒化珪素、 （c)耐火粘土、 （ つェ ノ ール樹脂、 ケ ト ン化合物および ピ ッ チ を 含む相溶性結 合材並びに （e)有機微細繊維 を 含む金属溶融装置の出湯 口 充填材。

2 . (a)耐火性骨材が、 アル ミ ナ、 ハイ アル ミ ナ 、 炭化珪 素 、 ボーキサイ ト 、 ム ラ イ ト 、 シ ャ モ ッ ト 、 蠟石、 コ 一 ク ス 、 ジルコ ニ ァ、 フ エ 口 シ リ コ ンおよびマ グネ シア力、 ら な る群か ら 選択さ れる 少な く と も 1種であ る請求項 1 に 記載の出湯口充填材。

3 . (d)相溶性結合材におけ る ピ ッ チの含有量が、 相溶性 結合材 100重量部中 0. 5〜 30重量部で あ る こ と を特徴とす る請求項 1 に記載の出湯 口 充填材。

4 . (e)有機微細繊維が、 ポ リ エス テル繊維、 ポ リ ビニル アルコ ール繊維、 ア ク リ ル繊維、 ポ リ 塩化 ビニル繊維、 アセテー ト繊維、 レー ヨ ン繊維、 ポ リ ア ミ ド繊維、 ポ リ エチ レ ン繊維、 ポ リ プロ ピ レ ン繊維、 ポ リ ウ レ タ ン繊維 およびポ リ 塩化 ビニ リ デ ン繊維か ら な る群か ら選択さ れ る少な く と も 1種であ る 請求項 1 に記載の出湯 口充填材。

5 . (e)有機微細繊維が、 繊維径 5〜 200 2 mであ り 、 且つ 繊維長 3〜 15 mmであ る請求項 1 に記載の出湯 口充填材。

6 . (a)耐火性骨材、 （b)黒鉛および窒化珪素並びに （c)耐 火粘土か ら なる 耐火粉体 100重量部中 にお いて、 （a)耐火 性骨材の配合量が 60〜 85重量部、 （b)黒鉛お よ び窒化珪素 の配合量が 5〜 30重量部、 （c)耐火粘土の配合量が 5〜 15重 量部であ っ て、 （d)相溶性結合材の配合量が耐火粉体 100重量部に対 して 15〜 25重量部並びに （e)有機微細繊維 の配合量が耐火粉体 100重量部に対 して 0. 05〜 0. 5重量部 であ る 請求項 1 に記載の出湯 口充填材。