JP4143135B2 - マグネシア系耐火粒子 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は耐消化性を必要とする塩基性定形炉材及び不定形耐火物の原料として好適に使用しうるマグネシア系耐火粒子に関する。
【0002】
【従来技術及びその問題点】
製鋼用不定形耐火物材料である塩基性吹き付け材及び流し込み材は、近年材料密度の向上、水分比率の低減などの改良により、高温物性、特に耐スラグ溶損性等の耐食性の向上を図ることが検討されている。
さらに高温耐食性の向上のためには、不純物含有量のより少ない、しかも塩基度のより高い耐火物へ変更する必要があった。
【0003】
一方、塩基性耐火物原料であるマグネシアクリンカー、マグネシア−カルシアクリンカー及びマグネシア−スピネルクリンカーといったマグネシア系耐火粒子は、主要構成鉱物であるペリクレースやカルシアが空気中などの水分と反応して消化する欠点を持っており、特に、既存の焼結クリンカーあるいはその破砕粒はそのままでは流し込み材として安定して使用できるレベルではなかった。
このため、マグネシアクリンカーにおいては耐消化性を改善するために、クリンカー焼成時にSiO2 、B2O3等の液相形成成分を添加して、マグネシア粒子の結晶を液相成分で被覆することが行われている。
しかし、この方法では耐消化性は十分とはいえず、逆にクリンカー中にSiO2 、B2O3等の低融点不純物が残存するために耐食性が低下するという問題がある。
また、マグネシア−カルシアクリンカー及びマグネシア−スピネルクリンカーでは、耐消化性を大幅に改善するための有効な手段は見出されていなかった。
【0004】
したがって、不定形耐火物の高品位化のためには、不定形耐火物の原料であるマグネシア系耐火粒子のSiO2 、B2O3等の低融点不純物含有量を少なくして耐食性を向上させ、同時にマグネシア系耐火粒子の耐消化性を、学振法4(マグネシアクリンカーの消化性試験方法)による重量増加率0.5%以下にまで大幅に向上させた原料の開発が課題であった。
【0005】
【発明の目的】
本発明の目的は、前記問題点を解決し、SiO2 、B2O3等の低融点不純物含有量が少なく高温耐食性が向上しており、しかも耐消化性も大幅に向上しており、定形耐火物、不定形耐火物の原料粉末として、特に流し込み材料用の原料として安定して使用が可能であるマグネシア系耐火粒子を提供することにある。
【0006】
【問題点を解決するための手段】
本発明者らはマグネシア系耐火粒子の消化特性を改善する方法を種々検討した結果、マグネシア系耐火粒子を少量の有機珪素化合物で表面処理することにより、耐消化性が大幅に向上することを見い出した。即ち、本発明は、平均粒径が50μm以上で、SiO2 含有量が0.5重量%以下、B2O3含有量が0.5重量%以下であって、メチル水素シリコーンオイルで表面処理されてなり、且つ、学振法4(マグネシアクリンカーの消化性試験方法)による重量増加率が0.5%以下であることを特徴とするマグネシア系耐火粒子に関する。
【0007】
本発明のマグネシア系耐火粒子は、マグネシアクリンカー、マグネシア−カルシアクリンカー及びマグネシア−スピネルクリンカーから選ばれるいずれか一種である。マグネシアクリンカーではMgOの含有量が98重量%以上であることが好ましい。マグネシア−カルシアクリンカーでは、MgO・CaOの含有量が97重量%以上で、TiO2 またはZrO2 の含有量が0.4〜2.0重量%であることが好ましい。また、マグネシア−スピネルクリンカーでは、マグネシア及びスピネルの合計の含有量が98重量%以上で、MgOの割合が30重量%以上であることが好ましい。
【0008】
本発明のマグネシア系耐火粒子は平均粒径が50μm以上である。特に、耐消化性の面から、1750℃以上の温度で焼成して得られる、いわゆる高温焼成クリンカーであることが望ましい。
また、SiO2 含有量が0.5重量%以下、B2O3含有量が0.5重量%以下、好ましくは0.1重量%以下であるので、耐火物にした場合のスラグ等への耐食性が優れている。
本発明のマグネシア系耐火粒子は、有機珪素化合物で表面処理されているので、学振法4(マグネシアクリンカーの消化性試験方法)による重量増加率が0.5%以下と耐消化性が向上している。特に、マグネシア系耐火粒子が、マグネシアクリンカーの場合には、重量増加率が0.1重量%以下、特に好ましくは0.03重量%以下、マグネシア−カルシアクリンカー及びマグネシア−スピネルクリンカーの場合には、重量増加率が0.1重量%以下と著しく向上している。
これは、有機珪素化合物で表面処理することにより、マグネシア系耐火粒子の粒子表面が有機珪素化合物またはシリカの被膜で被覆されるためと考えられる。
【0009】
このようなマグネシア系耐火粒子は、平均粒径50μm以上のマグネシア系耐火粒子を有機珪素化合物で表面処理することにより得られる。有機珪素化合物としては、メチル水素シリコーンオイルを用いる。
【0010】
マグネシア系耐火粒子に対する有機珪素化合物の添加量は、SiO2 換算で、マグネシア系耐火粒子が、マグネシアクリンカーの場合には、0.001〜0.5重量%、好ましくは0.005〜0.5重量%、マグネシア−カルシアクリンカー及びマグネシア−スピネルクリンカーの場合には、0.01〜0.5重量%、好ましくは0.05〜0.5重量%である。添加量が前記範囲の下限よりも少ないと耐消化性の向上効果が認められず、また、上限よりも多くしても多くしたことによる効果はなく、逆に不純物として望ましくないSiO2成分の量が多くなるので好ましくない。
【0011】
表面処理の方法としては、マグネシア系耐火粒子に有機珪素化合物をそのまま、あるいは有機溶媒などに溶解あるいは分散して添加混合した後、必要により80〜200℃の範囲で有機珪素化合物が分解しない温度で加熱処理する。これにより、マグネシア系耐火粒子の粒子表面が有機珪素化合物で被覆されるので、耐消化性が向上する。有機珪素化合物の被覆量は、マグネシア系耐火粒子に対し、SiO2 換算で、マグネシアクリンカーの場合には、0.001〜0.5重量%、好ましくは0.005〜0.5重量%、マグネシア−カルシアクリンカー及びマグネシア−スピネルクリンカーの場合には、0.01〜0.5重量%、好ましくは0.05〜0.5重量%である。本発明においては、前記有機珪素化合物で被覆されたマグネシア系耐火粒子を、さらに200〜1000℃、好ましくは350〜600℃で加熱処理してもよい。この加熱処理により、有機珪素化合物が分解し、マグネシア系耐火粒子の粒子表面がシリカの被膜で被覆される。シリカの被覆量は、マグネシア系耐火粒子に対し、SiO2換算で、マグネシアクリンカーの場合には、0.0007〜0.35重量%、好ましくは0.0035〜0.35重量%、マグネシア−カルシアクリンカー及びマグネシア−スピネルクリンカーの場合には、0.007〜0.35重量%、好ましくは0.035〜0.35重量%である。
【0012】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をさらに詳しく説明する。なお、耐消化性の評価は、学振法4(マグネシアクリンカーの消化性試験方法)に従って行った。
実施例1
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量0.5重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.05重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の2.0%から0.03%と大幅に向上した。
【0013】
実施例2
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量27重量%、TiO2 含有量0.8重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.04重量%のマグネシア−カルシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.2重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の4.0%から0.09%と大幅に向上した。
【0014】
実施例3
ロータリーキルンで焼成したAl2O3含有量45重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.05重量%のマグネシア−スピネルクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.2重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の1.0%から0.04%と大幅に向上した。
【0015】
実施例4
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量1.2重量%、SiO2 含有量0.3重量%、B2O3含有量0.06重量%のマグネシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.02重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に450℃の電気炉中で0.5時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の3.0%から0.02%と大幅に向上した。
【0016】
実施例5
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量10重量%、TiO2 含有量0.6重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシア−カルシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.2重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に450℃の電気炉中で0.5時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の3.0%から0.05%と大幅に向上した。
【0017】
実施例6
ロータリーキルンで焼成したAl2O3含有量9重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシア−スピネルクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.2重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に450℃の電気炉中で0.5時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の3.0%から0.04%と大幅に向上した。
【0018】
実施例7
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量0.5重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.02重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の2.0%から0.04%と大幅に向上した。
【0019】
実施例8
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量27重量%、TiO2 含有量0.8重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシア−カルシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.2重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の4.0%から0.10%と大幅に向上した。
【0020】
実施例9
ロータリーキルンで焼成したAl2O3含有量45重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシア−スピネルクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.2重量%を添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の1.0%から0.05%と大幅に向上した。
【0021】
実施例10
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量0.5重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.01重量%をエタノール3重量%に溶解して添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の2.0%から0.03%と大幅に向上した。
【0022】
実施例11
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量27重量%、TiO2 含有量0.8重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.04重量%のマグネシア−カルシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.10重量%をエタノール3重量%に溶解して添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の4.0%から0.09%と大幅に向上した。
【0023】
実施例12
ロータリーキルンで焼成したAl2O3含有量45重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.05重量%のマグネシア−スピネルクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.10重量%をエタノール3重量%に溶解して添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の1.0%から0.04%と大幅に向上した。
【0024】
比較例1
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量0.5重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.0005重量%をエタノール3重量%に溶解して添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の2.0%と比べて1.5%とあまり効果はなかった。
【0025】
比較例2
ロータリーキルンで焼成したCaO含有量27重量%、TiO2 含有量0.8重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.04重量%のマグネシア−カルシアクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.001重量%をエタノール3重量%に溶解して添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の4.0%から3.0%とあまり効果はなかった。
【0026】
比較例3
ロータリーキルンで焼成したAl2O3含有量9重量%、SiO2 含有量0.2重量%、B2O3含有量0.02重量%のマグネシア−スピネルクリンカーの3〜1mm粒度を原料とし、これにメチル水素シリコーンオイル0.001重量%をエタノール3重量%に溶解して添加した後、10lの回転ドラム式混合器中で2分間攪拌した。次に120℃のエアーバス中で3時間保持した。
得られたクリンカーの耐消化性は重量増加率で原料の3.0%から2.5%とあまり効果はなかった。
【0027】
【発明の効果】
本発明のマグネシア系耐火粒子は、SiO2 、B2O3等の不純物含有量が少なく高温耐食性が向上しており、しかも耐消化性も大幅に向上していることから、定型耐火物、不定形耐火物の原料として、特に塩基性流し込み材料の粉末原料として極めて有用である。
Claims (1)
- 平均粒径が50μm以上で、SiO2含有量が0.5重量%以下、B2O3含有量が0.5重量%以下であって、被覆されたメチル水素シリコーンオイルが加熱処理により分解されたシリカの被膜で被覆されてなり、且つ、学振法4(マグネシアクリンカーの消化性試験方法)による重量増加率が0.1%以下であることを特徴とするマグネシア系耐火粒子。
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