JPH07237976A - 高炉の圧入用不定形耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄皮に設けた同一の圧入孔を繰り返し使用で
き、多孔質化による熱伝導率の低下のない高炉の圧入用
不定形耐火物を提供する。 【構成】 軟化点150 〜250 ℃のピッチ15〜40重量部
と、粒度調整した耐火骨材60〜85重量部、あわせて100
重量部に対し、ヘキサメチレンテトラミンを混合したノ
ボラック型フェノール樹脂からなる結合剤を７〜20重量
部と、２価フェノール、３価フェノール、アルキル基が
メタ位に置換されている１価アルキルフェノールおよび
ビスフェノールＡの中の１種以上と芳香族スルホン酸の
１種以上とからなる硬化促進剤が５〜10重量部と、多価
アルコール類および高級アルコール類から選ばれた溶剤
が20〜40重量部と、同溶剤に溶解または相溶する有機凝
集剤が0.7 〜3.0 重量部であることを特徴とする高炉の
圧入用不定形耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉のように鉄皮の内
側に耐火物の内張りを施されている炉体を、補修する際
に用いる圧入用不定形耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、高炉の炉底部側壁のライニング
は、鉄皮、スタンプ材、カーボンれんがで構成される。
ところが、稼働中、鉄皮とスタンプ材、またはスタンプ
材とカーボンれんが間に隙間が生じ、熱伝導率の低下を
きたす。そうすると、外部 (鉄皮) からの冷却能が低下
するため、カーボンれんがの稼働面側の温度が上昇し、
れんがの溶損速度は上昇する。そのため、この鉄皮とス
タンプ材、またはスタンプ材とカーボンれんがの隙間に
圧入材を施工することによって、そのような問題の発生
を防止している。

【０００３】従来、この種の不定形耐火物は、骨材たる
粒状または粉状の耐火性物質と珪酸アルカリまたはリン
酸塩、アルミナセメント等の無機質結合剤、もしくはコ
ールタールピッチ、石油系ピッチのような有機質結合剤
とを適切な比率で調合し、作業性付与剤として、水また
は非水系溶媒を添加し、注入使用するのが一般的であ
る。

【０００４】この種の不定形耐火物の要求特性として
は、従来においては(1) 鉄皮との付着性が良いこと、
(2) コークス粒間への停まりが良いこと、(3) コークス
との一体化が良いこと、(4) 80〜90℃で２時間以内に硬
化し高硬度を発現し得ること、などが挙げられている。

【０００５】このうち(4) が求められる理由は、一般
に、稼働高炉において、炉壁の損傷が進み、鉄皮に赤熱
や亀裂が発生すると、鉄皮保護のために、鉄皮に散水す
るのが常であり、また耐火物の注入は、高炉の休風中に
行われるため、休風からの時間の経過とともに、炉内の
鉄皮付近の温度は低下し、実際に硬化するころには、80
〜90℃というような低温になる傾向があるためである。
前記の不定形耐火物には、このような特性は備わってい
なく、従来から改善策が検討されている。

【０００６】このような目的を達成する結合剤として近
年では、熱硬化性樹脂が挙げられ、その内でも、炭化収
率の高さ、コスト、原料供給面からフェノール樹脂が賞
用されている。

【０００７】フェノール樹脂には大別して二系列あり、
一つはレゾール型フェノール樹脂(以下、レゾール型樹
脂) 、他方は、ノボラック型フェノール樹脂 (以下ノボ
ラック型樹脂) である。前者は比較的低い温度 (80〜15
0 ℃) で十分硬化するが、遊離ホルムアルデヒドを含む
ため、作業時に人体への悪影響を及ぼす。後者は遊離ホ
ルムアルデヒドを含まないため、作業時にホルムアルデ
ヒドによる人体への悪影響を回避できるが、やや高い温
度 (150 〜250 ℃) でないと十分硬化しないといった欠
点がある。

【０００８】かかるレゾール型樹脂の弊害を避け、かつ
適温での硬化と適当な硬化時間、可使時間 (80〜90℃、
２時間以内で硬化) を達成するため、特公昭60−3035号
公報に示す以下の組成の高炉の圧入用不定形耐火物が開
発されている。すなわち(1)粒状または粉状耐火性物
質、(2) ノボラック型樹脂素材に硬化材ヘキサメチレン
テトラミンを添加した結合剤、(3) フェノール類と芳香
族スルホン酸の硬化促進剤、(4) エチレングリコールま
たは高級アルコール類から選ばれた溶剤、および(5) 合
成縮合型または合成重合型の凝集剤からなる高炉の圧入
用不定形耐火物である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
60−3035号公報に開示された高炉の圧入用不定形耐火物
には、次のような欠点がある。稼働に伴い、再度補修の
必要が生じた場合、圧入孔およびその周辺はすでに十分
硬化しているため、鉄皮に孔をあけ、圧入孔を別途設置
しなければならず、鉄皮強度の低下が大きな問題となっ
ている。

【００１０】また、ノボラック型樹脂を含む圧入用不定
形耐火物は温度の上昇( 特に、200℃付近) とともに水
蒸気、CO、Ｈ₂ 等のガスが急激に発生するため、硬化後
の耐火物の組織は多孔質となり、熱伝導率の低下に伴い
冷却能が低下し、内張りれんがの溶損が懸念されてい
た。

【００１１】本発明の目的は、以上の問題点の克服、つ
まり鉄皮に設けた同一の圧入孔を繰り返し使用でき、熱
伝導率の低下のない高炉の圧入用不定形耐火物を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特公昭60
−3035号公報で開示している不定形耐火物に加え、軟化
点が150 〜250 ℃のピッチを併用することにより、上記
の課題を解決できることを知見して本発明を完成させ
た。

【００１３】ここに、本発明は、最も広義には、軟化点
150 〜250 ℃のピッチと、粒度調整した耐火骨材と、ヘ
キサメチレンテトラミンを混合したノボラック型フェノ
ール樹脂からなる結合剤と、２価フェノール、３価フェ
ノール、アルキル基がメタ位に置換されている１価アル
キルフェノールおよびビスフェノールＡの中の１種以上
と芳香族スルホン酸の１種以上とからなる硬化促進剤
と、多価アルコール類および高級アルコール類から選ば
れた溶剤と、同溶剤に溶解または相溶する有機凝集剤と
を添加してなることを特徴とする高炉の圧入用不定形耐
火物である。

【００１４】本発明の好適態様としては、軟化点150 〜
250 ℃のピッチ15〜40重量部と粒度調整した耐火骨材60
〜85重量部、あわせて100 重量部に対し、ヘキサメチレ
ンテトラミンを混合したノボラック型フェノール樹脂か
らなる結合剤を７〜20重量部と、２価フェノール、３価
フェノール、アルキル基がメタ位に置換されている１価
アルキルフェノールおよびビスフェノールＡの中の１種
以上と芳香族スルホン酸の１種以上とからなる硬化促進
剤が５〜10重量部と、多価アルコール類および高級アル
コール類から選ばれた溶剤が20〜40重量部と、同溶剤に
溶解または相溶する有機凝集剤が0.7 〜3.0 重量部を含
むことを特徴とする高炉の圧入用不定形耐火物である。

【００１５】

【作用】ピッチについて 本発明において特徴的な添加物であるピッチは、軟化点
が150 〜250 ℃のものであり、具体的にはコールタール
系および石油系ピッチがあり、残留炭素量を規定するこ
とによって軟化点を調整できる。

【００１６】軟化点が150 ℃未満のものでは再度圧入す
る際、既に圧入している耐火物中の軟化したピッチが炉
外に流出して危険であり、一方、軟化点が250 ℃を超え
るものでは再度圧入する際、既に圧入している耐火物中
のピッチが硬化しているため圧入が不可能である。好ま
しい軟化点は180 〜230 ℃である。

【００１７】ピッチが果たす作用は、下記の通りであ
る。圧入時の鉄皮温度（耐火物が注入される部分）は、
250 〜300 ℃になる。そのため、圧入後、フェノール樹
脂部は完全に硬化するが、ピッチはフェノール樹脂硬化
組織の中で軟化し溶融状態で存在する。

【００１８】したがって、補修のため耐火物を再度圧入
する際、この軟化溶融したピッチを介して圧入が可能と
なるため、今まで必要だった新たな圧入孔を設置する必
要がない。そのため、鉄皮の強度低下の懸念がなくな
り、圧入補修の頻度も十分確保でき、その結果、圧入補
修の効果を飛躍的に向上させることができる。

【００１９】さらにピッチによる熱伝導率向上作用は以
下の通りである。本発明では、軟化点が150 〜250 ℃の
ピッチを使用しているため、ノボラック型樹脂が多孔質
化しても、軟化溶融したピッチが多孔質組織を充填する
ため、熱伝導率は確保され、その結果、冷却能の向上が
得られる。従って、鉄皮に内張りされているカーボン系
れんがの溶損抑制に大きな効果が期待される。

【００２０】ピッチの粒径は0.8mm 以下が好ましい。添
加量は15〜40重量部で、さらに好ましくは20〜30重量部
である。15重量部未満では、同一圧入孔から再圧入を試
みた場合、軟化溶融部が少ないため、圧入が容易でなく
なる。また40重量部超では耐火骨材の比率が低下し圧入
用不定形耐火物の強度が低下する。

【００２１】耐火骨材について ここで粒状または粉状耐火性物質とはアルミナ質、珪酸
質、ロー石質、カーボン質、粘土等の１種または２種以
上の素材混合物であり、一般の不定形耐火物に用いられ
る粒度構成を有する。流動性の面より、最大粒径は0.1
〜0.8 mm、0.075 mm以下の粒子が全骨材の40wt％以下が
望ましい。

【００２２】結合剤について ここで結合剤としては、ノボラック型フェノール樹脂お
よび該樹脂に対して５〜25％の範囲で添加配合されたヘ
キサメチレンテトラミンよりなる混合物を用いる。これ
らを用いる理由は、前記のように、人体への悪影響が少
ないからである。結合剤の重量は、耐火骨材とピッチの
合計100 部に対し７〜20部を使用する。ここで結合剤が
５部以下では、硬化促進剤と併用しても所望の低温にお
ける強度が発現せず不適当であり、22部以上になると結
合剤の揮発分等の影響により耐火物組織が劣悪化し、加
えて、コスト高になる等の問題があるため、好ましくは
７〜20部である。

【００２３】硬化促進材について 本圧入用不定形耐火物を80〜90℃で硬化させるために使
用する硬化促進剤としては、ノボラック型樹脂と溶剤と
に相溶し、ノボラック型樹脂の硬化に活性化をもたらす
物質、すなわち、通常のフェノールとホルムアルデヒド
との反応よりもホルムアルデヒドとより早く反応するフ
ェノール類、具体的には、２価フェノール、３価フェノ
ール、アルキル基がメタ位に置換されている１価アルキ
ルフェノールおよびビスフェノールＡの中の１種以上と
芳香族スルホン酸の１種以上を使用する。硬化促進剤
は、３部以下では所望の強度が得られず、また、10部を
境にしてそれ以上添加しても、硬化促進剤の効果は、ほ
とんど同じため、５〜10部が適当である。

【００２４】溶剤について 溶剤は、比較的沸点が高く、引火点も高いアルコール類
で、ノボラック型樹脂、ヘキサメチレンテトラミン、上
記硬化促進剤の成分と反応せず、かつ、溶解性の良好な
ものとする。具体的には、メタノール、エタノール、エ
チレングリコール、ジエチレングリコール等である。溶
剤の添加量は、20重量部未満では粘度が高く適当でな
い。また40重量部超になると、耐火物組織が劣悪化する
ため、好ましくは、20〜40部が適当である。

【００２５】凝集材について 凝集剤は、圧送機で圧送可能な能力範囲内の粘度で、し
かも、本耐火物のコークス粒間への滞留を良くするため
添加されるもので、合成縮合型凝集剤、もしくは合成重
合型凝集剤（具体的にはポリアクリルアミド等が用いら
れる）が使用される。凝集剤は、0.7 重量部未満では所
望の耐火物の状態を得ることはできず、また、3.0 重量
部超では、耐火物の粘度が高くなりすぎ、圧入時の耐火
物の圧送性に問題が生じるので0.7 〜3.0 重量部が適当
である。

【００２６】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に例証す
る。 (圧入用不定形耐火物組成) (1) 粒度調整したアルミナ質耐火骨材と石油系ピッチ合
計100 重量部。そのうち、石油系ピッチ (軟化点：220
℃) の添加比率を表１に示した。 (2) ノボラック型フェノール樹脂とヘキサメチレンテト
ラミンを混合した( 重量比 10 ：１) 結合剤を10重量
部。 (3) レゾルシン、パラトルエンスルホン酸をエチレング
リコールで溶解した( 重量比１：１：２) 硬化促進剤５
重量部。 (4) エチレングリコールからなる溶剤25重量部。 (5) ポリアクリルアミドとエチレングリコール (重量比
１：200 ) の凝集剤１重量部。

【００２７】これらの試料を、アルゴン雰囲気下、５℃
/ min の昇熱速度で250 ℃まで加熱し、その温度で５時
間保持した。室温まで冷却後、見掛気孔率、嵩比重の測
定および断面の組織観察を行った。以上の試験結果をま
とめて表１に示す。表１に示す試料のうち試料ＥとＣに
ついて組織観察結果の説明図を試料Ｅは図１、試料Ｃは
図２に示す。

【００２８】図１に示す本発明のピッチを適量併用した
圧入用不定形耐火物 (試料Ｅ) の組織内部には、連続し
たピッチが網目状に拡がり、その周囲に耐火骨材＋残炭
部が適度に連続して拡がっているが、図２に示すピッチ
の添加が少量のもの（試料Ｃ）はピッチが耐火骨材＋残
炭部に取り囲まれており、連続していない。

【００２９】このピッチは250 ℃の温度では、溶融状態
であり、試料Ｄ、Ｅについては、この軟化溶融物を介し
て再度、圧入が可能となった。しかし試料Ａ、Ｂ、Ｃに
ついてはピッチが連続していないため、再度の圧入がで
きなかった。一方、試料Ｆについては、耐火骨材が固定
されず、強度が低かった。

【００３０】また、本発明のピッチ併用材料は、耐火骨
材の隙間にピッチが入り込み、見掛気孔率が低く嵩比重
も高い（熱伝導率の低い空気が少ないことを示す）こと
から、ピッチを添加することで組織が緻密となり、熱伝
導率も向上する。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【発明の効果】本発明により、軟化溶融物 (ピッチ) を
介して、同じ圧入孔から何度も圧入用不定形耐火物の圧
入が可能となる。そのため、従来の低温硬化性圧入用不
定形耐火物の欠点である圧入孔の設置数増大の問題を解
決できる。さらに、圧入用不定形耐火物の組織を緻密化
でき、圧入用不定形耐火物の必要特性である熱伝導率を
向上させることができる。従って、本発明の圧入用不定
形耐火物は、高炉の寿命延長に貢献し、実用上の意義は
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例において、圧入用不定形耐火物
試料のうち、本発明のピッチを適量添加した試料Ｅの組
織観察結果を示す説明図である。

【図２】本発明の実施例において、圧入用不定形耐火物
試料のうち、本発明のピッチを少量添加した試料Ｃの組
織観察結果を示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軟化点150 〜250 ℃のピッチ15〜40重量
   部と粒度調整した耐火骨材60〜85重量部、あわせて100
   重量部に対し、ヘキサメチレンテトラミンを混合したノ
   ボラック型フェノール樹脂からなる結合剤を７〜20重量
   部と、２価フェノール、３価フェノール、アルキル基が
   メタ位に置換されている１価アルキルフェノールおよび
   ビスフェノールＡの中の１種以上と芳香族スルホン酸の
   １種以上とからなる硬化促進剤が５〜10重量部と、多価
   アルコール類および高級アルコール類から選ばれた溶剤
   が20〜40重量部と、同溶剤に溶解または相溶する有機凝
   集剤が0.7 〜3.0 重量部を含むことを特徴とする高炉の
   圧入用不定形耐火物。