JPH08143373A

JPH08143373A - 不定形耐火物用表面処理黒鉛および不定形耐火物

Info

Publication number: JPH08143373A
Application number: JP6281694A
Authority: JP
Inventors: Masato Takagi; 正人高木; Keiichiro Isomura; 敬一郎磯村; Masato Kumagai; 正人熊谷; Yasunobu Toritani; 恭信鳥谷; Junichiro Mori; 淳一郎森; Katsufumi Kino; 勝文城野
Original assignee: Kawasaki Refractories Co Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Refractories Corp
Priority date: 1994-11-16
Filing date: 1994-11-16
Publication date: 1996-06-04

Abstract

(57)【要約】【目的】不定形耐火物用原料粉として適した親水性の
擬粒状表面処理黒鉛を、容易かつ安価に得ること。【構成】疎水性である黒鉛母粒子の表面に、親水性を
付与した炭素子粒子を分散状態で固着して擬似粒子状と
した不定形耐火物用表面処理黒鉛ならびに、この表面処
理黒鉛を３〜４０wt％含有する流し込み成形用不定形耐
火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、親水性に優れる他、耐
食性および強度にも優れる不定形耐火物用表面処理黒鉛
と、この黒鉛を含有する不定形耐火物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、黒鉛などの炭素原料を含有する不
定形耐火物は、炭素が具える特性, 即ち、耐酸化性の点
では問題はあるものの、高熱伝導性を示し、溶融金属や
スラグに対して濡れにくくかつ反応しにくいために高耐
食性を示し、しかも熱膨張も小さいことから耐用性に優
れており、それ故に各種の冶金用耐火物として広く利用
されている。ところで、かかる不定形耐火物の使用環境
は、近年ますます苛酷化しているのが実情であり、こう
した背景の下で、上述した特性のより一層の向上を図る
ために炭素含有量をさらに増加させることが検討されて
いる。しかしながら、黒鉛などの炭素原料は一般に、疎
水性を示すために水中への分散性に乏しく、それゆえに
流し込み不定形耐火物中に多量に添加すると、凝集を起
こすことから、緻密で均質な構造体になりにくいという
欠点があった。このような意味において、不定形耐火物
中への炭素材料の添加については、従来、多量に添加す
ることは困難とされていたのである。

【０００３】これに対し従来、こうした炭素材料とくに
黒鉛のもつ欠点を克服するために、こうした黒鉛等を表
面処理する試みが行われている。例えば、、黒鉛表面に
界面活性剤をコーティングする方法（特開平４−12064
号公報参照) があるが、この方法の場合、金属酸化物な
どとの共存下では、界面活性剤が水に再溶出するため
に、製品の流動性に顕著な優位性を見い出すことができ
なかった。また、黒鉛表面に金属酸化物や金属耐火物の
微粒子を固着して親水化させる方法( 特開平５−194044
号公報参照) もある。しかし、この方法については、黒
鉛表面に固着させる金属化合物を超微粒子にする必要が
あるが、このような金属微粒子の製造は極めて困難で、
また高価になるという問題を抱えていた。さらに、流し
込み成形用不定形耐火物において、その骨格成分中に炭
化珪素と親水処理カーボン( カーボンをリノール酸ソー
ダ等で表面処理) を配合した例 (特開平５−330930号公
報参照) も提案されているが、この技術は、カーボンの
黒鉛表面をリノール酸ソーダの薄膜で完全に被覆する方
法であるから、リノール酸ソーダが再溶出するため、分
散が不完全であるという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来技
術、とくに従来の不定形耐火物用表面処理黒鉛は、製造
が難しく高価である他、分散性が不十分であるという未
解決の課題を残しており、これらの課題解決が必要であ
った。そこで、この発明の目的は、従来技術が抱えてい
る上述した課題のない表面処理黒鉛を提案すること、即
ち、もともと疎水性を示す黒鉛粒子を、不定形耐火物用
原料粉として適した親水性の擬粒状表面処理黒鉛に変化
させるための技術を確立することにあり、とりわけ容易
かつ安価に得られる前記表面処理黒鉛とこの黒鉛を用い
た不定形耐火物を提案することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、もともと疎
水性を示す黒鉛の表面を親水化させることによって親水
性黒鉛に改質すると同時に、表面処理したその黒鉛を３
〜４０wt％含有させることによって、耐熱衝撃性, 耐ス
ラグ性に優れた炭素含有不定形耐火物を得ようとするも
のである。こうした要請に応えられる表面処理黒鉛とし
て本発明は、 (1) 疎水性である黒鉛母粒子の表面に、親水性を付与し
た炭素子粒子を分散状態で固着して擬粒状とした不定形
耐火物用表面処理黒鉛を提案する。 (2) ただし、上記親水性炭素子粒子は、その平均粒径が
黒鉛母粒子の平均粒径に対して1/100 〜1/10の大きさと
なるものを用いることが好ましい。 (3) なお、上記親水性炭素子粒子としては、親水性を付
与したカーボンブラック, 土状黒鉛, 親水性を付与した
土状黒鉛のうちから選ばれるいずれか１種以上であるこ
とが好ましい。 (4) また、骨格成分中に黒鉛を含有させてなる本発明に
かかる不定形耐火物は、前記黒鉛として、親水性の炭素
粒子が黒鉛母粒子の表面を包囲するように固着されてい
る不定形耐火物用表面処理黒鉛を組成物中に３〜40wt％
含有させることによって製造することを特徴とする。 (5) 上記不定形耐火物は、骨格成分として、骨材, 微
粉, 炭素材料ならびに分散剤, 硬化剤, 硬化遅延剤の如
き助剤を適宜に配合した組成物であり、表面処理黒鉛は
内枠量で好ましくは５〜２０wt％含有させる。

【０００６】

【作用】この発明は、素数性である黒鉛粉（母粒子）の
表面に、この母粒子よりも平均粒径の小さい親水性を付
与してなる炭素微粉末（子粒子）を分散状態で固着して
擬似粒子状とした表面処理黒鉛である。母粒子となる上
記黒鉛粉は、平均粒径が４〜150 μｍ, 好ましくは５〜
100 μｍの大きさを有し、一方、その表面に固着する炭
素子粒子は、母粒子の 1/100〜1/10の大きさのものを用
いる。この両者の比率が 1/100未満では、疎水性母粒子
表面の露出面が相対的にが多く親水性炭素粒子の占める
割合いが少なくなって親水性付与に不十分で、改質の目
的が達成できない。一方、1/10よりも大きいと擬似粒子
を作ることが難しく、やはり母粒子表面の露出が多くな
り改質が不充分となる。

【０００７】なお、本発明において用いる上記黒鉛母粒
子は、疎水性を示す一般的な天然リン片状黒鉛、土状黒
鉛、人造黒鉛などを用いることが好ましい。一方、親水
性炭素子粒子としては、親水性カーボンブラックや土状
黒鉛自体あるいは更に親水性を付与した土状黒鉛, 親水
性人造黒鉛などを用いることが好ましい。例えば、親水
性カーボンブラックは、0.01〜0.1 μｍのカーボンブラ
ックを、空気や酸素による気相酸化や、硫酸, 過マンガ
ン酸カリウムなどの湿式酸化によって親水性を付与した
ものが用いられる。また、親水性土状黒鉛なども酸化あ
るいはフッ素化によって親水化させる。

【０００８】本発明にかかる表面処理黒鉛は、いわゆる
黒鉛粉をメカノケミカル改質して親水性を付与したもの
である。このメカノケミカル改質による親水性付与の方
法としては、次のような方法が有効である。まず、上記
黒鉛母粒子と上記親水性カーボンブラックとを所定の配
合割合にて混合し、その混合物を、例えば高速気流中で
衝撃処理することによって黒鉛母粒子表面に親水性カー
ボンブラックを均一分散状態で付着させて擬似粒子を形
造らせると同時に、衝撃力, 摩砕力, 剪断力を加えなが
らめり込むように結合させることによって、機械的に強
固に接合させたものである。この改質処理に使用する装
置としては、粒子に強い衝撃力, 摩砕力, 剪断力を加え
ることのできる混合機、例えば、オングミル（ホソカワ
ミクロン製）、ハイブリダイゼーションシステム（奈良
機械製）、ハイエックス（日清製粉製）、ヘンシェルミ
キサー（三井三池機械製）などが有利に用いられる。

【０００９】かかる改質処理に当たっては、好ましい表
面処理黒鉛を得るためには、上述した粒径の制御に加
え、黒鉛母粒子と親水性炭素子粒子との配合割合を調整
することも重要である。即ち、この両者の配合割合は、
99.9： 0.1〜50：50の範囲, とくに99：１〜80：20にす
ることが好ましい。この理由は、この範囲を外れて子粒
子の量が多くなると、母粒子表面に付着しない子粒子が
多くなり、不定形耐火物用表面処理黒鉛としての特性が
劣化することに加え、価格的にも不利である。一方、子
粒子の量が上記の範囲内の割合よりも少ないと、母粒子
表面の露出面積が大きくなり、改質の目的が達成できな
いからである。

【００１０】次に、上述した表面処理黒鉛を配合した本
発明にかかる不定形耐火物について説明する。まず、こ
の耐火物の骨格成分を構成する骨材は、塩基性, 中性,
酸性のものから選ばれる一種または二種以上を使用す
る。例えば、マグネシア、スピネル、アルミナ、ジルコ
ニア、ジルコン、シリカ、けい石、ろう石、炭化珪素、
シャモットなどである。これらの骨材粒度は、密充填組
織が得られるように、粗粒、中粒、微粒、微粉にそれぞ
れ分けて調整したものを用いることが好ましい。

【００１１】この不定形耐火物中に、上記の骨材ととも
に配合する上記親水性表面処理黒鉛の配合量は、３〜４
０wt％の範囲とする。それは、この配合量が３wt％未満
ではスラグ浸透防止効果が得にくく、４０wt％を超える
と充填性を害して耐火物がポーラスになると共に、耐熱
衝撃性が劣化するからである。

【００１２】その他の炭素源として本発明では、上記表
面処理黒鉛に加えて、通常のタールピッチ粉末、フェノ
ールレジン粉末なども添加することができる。

【００１３】なお、本発明においては、上記の骨格成分
の他に助剤として、分散剤（界面活性剤）, 硬化剤, 硬
化遅延剤などを用いることができる。例えば、分散剤と
しては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソー
ダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸
ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダなどの無機塩、クエ
ン酸ソーダ、酒石酸塩、ポリアクリル酸ソーダ、スルホ
ン酸ソーダなどの１種または２種以上が使用できる。ま
た、硬化剤としては、耐火物に使用する一般的なアルミ
ナセメントなど、そして、硬化遅延材としては、シュウ
酸, クエン酸,ポリアクリル酸などが使用できる。

【００１４】さらに、本発明にかかる不定形耐火物とし
ては、上掲の配合物以外に、本発明の本来的な特性を損
なわないかぎりにおいて、既知の焼結助剤やファイバー
類、金属粉などの強化成分, あるいは結合剤などを添加
してもよい。

【００１５】

【実施例】

実施例１この実施例において用いた表面処理黒鉛は、表１に示し
たように、平均粒径が１〜150 μｍの疎水性リン状黒
鉛, 土状黒鉛, 人造黒鉛を母粒子とし、これの表面に付
着させる親水性の炭素子粒子として、平均粒径が0.01〜
0.1 μｍの大きさの東海カーボン製親水性カーボンブラ
ックを１〜10％配合して図２(a) に示すような擬似粒子
状としたものを用いた。なお、この表面処理黒鉛を調整
するための表面改質装置としては、ホソカワミクロンオ
ングミルならびに高速気流衝撃機（ＮＨＳ）を用いた。
図１は、上記表面処理黒鉛の親水性を、擬似粒子の形成
に寄与せず浮遊状態にある黒鉛量にて評価したものであ
る。即ち、この評価試験は、表面処理黒鉛を純水中に入
れ、５分後に表面に浮遊している黒鉛粉の量を添加黒鉛
量の重量百分率で示したものである。図示のように、本
発明にかかる表面処理黒鉛は、改質処理時間が10分を超
えるものでは水に浮遊する黒鉛量が圧倒的に減少してお
り、水に対する濡れ性が著しく向上していることがわか
る。また、表１中に比較例３〜４として示す黒鉛と対比
するとわかるように、未処理の比較例２の黒鉛、子粒子
をもたない比較例３の黒鉛、およびアルミナ微粉を被覆
した比較例４の黒鉛は、いずれも浮遊黒鉛量が７０〜９
５％と大きく、親水性が悪いことが確かめられた。

【００１６】実施例２この実施例２は、実施例１で用いた表面処理黒鉛を配合
した高炉樋用流し込み成形用不定形耐火物についてその
特性を試験した。その結果を表１に示す。表１中の表面
処理黒鉛Ａ〜Ｅは、本発明に適合するもので、比較例１
は従来のアルミナ−SiＣ−Ｃ系キャスタブル、比較例２
は表面処理を行っていないリン状黒鉛、比較例３は子粒
子を持たない人造黒鉛、比較例４はアルミナ（５μ）の
子粒子を５％固着した黒鉛を使用した例である。この表
から明らかなように、実施例１〜５では、比較例２の未
処理黒鉛使用品より大幅に緻密性（見掛け気孔率）が向
上しているだけでなく、いずれも耐熱衝撃性（曲げ強
さ）に優れ、さらには従来のアルミナ−SiＣ−Ｃ系キャ
スタブル（比較例１）よりも明らかに耐食性が向上して
いる。これに対し比較例２〜４は、浮遊黒鉛量に見られ
るように、いずれも見掛気孔率が大きく親水性が悪いこ
とが明らかであり、しかも曲げ強さが小さく耐食性が悪
いことが明白である。なお、本発明の流し込み用不定形
耐火物は、上記の高炉樋用の不定形耐火物としてだけで
はなく、溶銑鍋、混銑車、溶鋼鍋スラグライン用の流し
込み耐火物などとしても使用できる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、親
水性に優れた表面処理黒鉛を簡易にかつ安価に得ること
かできると共に、緻密質で耐熱衝撃性ならびに耐食性に
優れた流し込み用不定形耐火物を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる表面処理黒鉛の親水特性を示す
説明図。

【図２】本発明にかかる熱処理黒鉛を模式的に示す断面
図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 41/87 Ｒ (72)発明者磯村敬一郎千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社鉄鋼研究所内 (72)発明者熊谷正人千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社鉄鋼研究所内 (72)発明者鳥谷恭信兵庫県赤穂市中広字東沖1576番地の２川崎炉材株式会社内 (72)発明者森淳一郎兵庫県赤穂市中広字東沖1576番地の２川崎炉材株式会社内 (72)発明者城野勝文兵庫県赤穂市中広字東沖1576番地の２川崎炉材株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛母粒子表面に、親水性炭素子粒子を
分散状態で固着してなる不定形耐火物用表面処理黒鉛。
【請求項２】親水性炭素子粒子は、その平均粒径が黒
鉛母粒子の平均粒径に対して1/100 〜1/10の大きさのも
のを用いることを特徴とする請求項１に記載の黒鉛。
【請求項３】親水性炭素子粒子が、親水性カーボンブ
ラック, 土状黒鉛,親水性土状黒鉛のうちから選ばれる
いずれか１種以上であることを特徴とする請求項１また
は２に記載の黒鉛。
【請求項４】骨格成分中に黒鉛を含有させてなる不定
形耐火物において、前記黒鉛として、黒鉛母粒子の表面
に、親水性の炭素子粒子を分散状態で固着してなる不定
形耐火物用表面処理黒鉛を３〜40wt％含有させたことを
特徴とする不定形耐火物。