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【発明の名称】 耐火原料の選別方法
【発明者】 【氏名】吉富丈記

【氏名】内田良彦

【氏名】南祐基

【要約】 【課題】

【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
純度が90質量%以上で粒度が20mm以下の耐火原料の粒子を色彩選別によって純度に応じて選別する耐火原料の選別方法。
【請求項2】
耐火原料の粒子が、電気炉から取り出した耐火原料のインゴットを粗選別後、粉砕したものである請求項1に記載の耐火原料の選別方法。
【請求項3】
耐火原料の粒子が、粒度が0.2mm以下の粒子の含有量を10質量%以下に調整したものである請求項1または請求項2に記載の耐火原料の選別方法。
【請求項4】
色彩選別は、耐火原料の粒子を移送手段によって移送して移送終端部から空中に放出し、この放出された耐火原料の粒子に光を照射し、照射した光を光学判別手段で検出し、所定のしきい値に応じた噴射流を耐火原料粒子に当てて選別する色彩選別機によって行う請求項1〜請求項3のいずれかに記載の耐火原料の選別方法。
【請求項5】
光学判別手段で検出する色彩選別のための光が、透過光及び/または反射光である請求項4に記載の耐火原料の選別方法。
【請求項6】
耐火原料がマグネシアである請求項1〜請求項5のいずれかに記載の耐火原料の選別方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、耐火原料を純度によって選別する方法に関する。
【0002】
本発明において、耐火原料の純度とは、耐火物を構成する主要化学成分の質量%による含有割合を意味する。例えば、耐火物を構成するマグネシア原料が電融マグネシアクリンカーであれば、そのクリンカー中のMgOの含有割合を意味し、また、ジルコニア原料が電融ジルコニアクリンカーであれば、そのクリンカー中のZrOとCaO、Y、あるいはMgOの安定化材との合量の含有割合を、また、電融スピネルクリンカーであれば、クリンカー中のAlとMgOとの合量の含有割合を意味する。
【背景技術】
【0003】
鉄鋼、非鉄金属用の各種窯炉、セメント窯業炉、焼却炉等の内張りや精錬に使用する耐火物製ノズルの製造のための耐火原料として、アルミナ、マグシア、シリカ、ムライト、炭化珪素等が用いられる。
【0004】
例えば、製鋼炉用耐火物としては、マグネシアカーボンれんがが一般的に用いられており、そのための耐火原料としてのマグネシア原料は主に電融マグネシアクリンカーが使用されている。この電融マグネシアクリンカーは、高純度であればある程、耐用性に優れたマグネシアカーボンれんがが得られるとされている。他方においては、製鋼炉の炉壁に接した箇所に使用されるパーマれんがとして用いられるマグネシア焼成れんがの場合は、原料として、それほど高純度のものは必要とされない。
【0005】
このように、耐火原料は、電融マグネシアクリンカーの例に見られるとおり、用途別の必要純度に応じて分けられる。
【0006】
電融マグネシアクリンカーは、天然のマグネサイトあるいは海水から得たマグネシアクリンカーを電気炉で溶融する電融法で製造され、例えば、特許文献1には、純度が99.8質量%以上の原料マグネシアに、電極を埋設して電融することによって高純度で良質の単結晶マグネシアを得ることが記載されている。
【0007】
さらに、特許文献2には、海水から得たマグネシアクリンカーを円筒状の電気炉で溶融し、冷却後、円柱状のインゴットを取り出し、このインゴットの未溶融部や半溶融部を分離し、電極周辺の中心で完全溶融し結晶化した部分を50〜100mmの塊状に粗粉砕し、結晶サイズにより、選別することによって、電融マグネシア純度を95質量%以上にすることが可能であると記載されている。
【0008】
しかしながら、この方法では、選別物が50〜100mmと大きな塊状であることと人の目視による判断であることから選別による精度に限界があり、高純度の電融マグネシアクリンカーを得ることは困難である。
【0009】
このため、高純度の電融マグネシアクリンカーを得るためには、特許文献1のようにあらかじめ高純度に精製された高価な原料を使用するしか方法がなくしかも得られ耐火原料の選別に非常に手間を要するため、得られた耐火物原料は高価なものとなり、限られた用途にしか使用することができない。
【0010】
したがって、高純度の電融マグネシアクリンカーを実用的な耐火物原料とするためには、出発原料の純度を予め高めるよりは、選別精度の向上に依ることの方が望ましい。
【0011】
耐火原料ではないが、大豆、米、樹脂ペレット等の粒状物中の不純物の選別手段として、例えば、特許文献3には、粒状物を一定の落下軌跡で落下させ、落下する各粒状物に照射光を照射して各粒状物の透過光量及び反射光量を所定のしきい値と比較して異色部分を有する粒状物を判定して良品と不良品とを判別し、噴射遅延制御手段に信号が送られて所定の遅延時間で噴風手段を作動させ、この噴風によって不良品を選別除去させる方法が開示されている。
【0012】
また、耐火物の選別に色彩選別を利用した例としては、特許文献4には、使用済耐火物におけるスラグ浸潤の有無を選別に際して、色彩選別機を使用してスラグ浸潤層の有無を分類することが記載されている。
【特許文献1】特開平5−170430号公報
【特許文献2】特開平8−183653号公報
【特許文献3】特開2000−197855号公報
【特許文献4】特開2003−88845号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は、高精度で、かつ、効率的に、耐火原料を純度別に選別するための方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0014】
耐火原料の純度と色彩とには相関関係があるのではないかとの仮定の下での種々検討の結果として、比較的純度が高い耐火原料の場合にはその純度と色彩との間に相関関係があることがわかった。その結果、色彩選別機を利用して選別してみたところ、その純度によって複数のグループに選別でき、より高品質な耐火原料が得られることを知見した。
【0015】
すなわち、本発明は、純度が90質量%以上で粒度が20mm以下の耐火原料の粒子を色彩選別によって純度に応じたグレード別に選別することを特徴とする耐火原料の選別方法である。
【0016】
また、耐火原料の粒子が、電気炉から取り出した耐火原料のインゴットを粗選別後、粉砕したものとすることができる。
【0017】
本発明でいう色彩とは、色相、明度、透明度が複合された色感を意味し、その検知のためには市販の色彩選別機が使用できる。
【0018】
色彩選別は、耐火原料の粒子を移送手段によって移送して移送終端部から空中に放出し、この放出された耐火原料の粒子に光を照射し、照射した光を光学判別手段で検出し、所定のしきい値に応じた噴射流を耐火原料粒子に当てて選別する色彩選別機によって行うことができる。光学判別手段としてはCCDカメラ、フォトトランジスター、太陽電池等光電素子を、検出光としては反射光及び/または透過光を検出し、しきい値として、色相、明度、彩度、反射光量、及び/または透過光量が設定可能な色彩選別機であることがより好ましい。このタイプの色彩選別機は、耐火原料の選別に高能率で使用することがきる。
【0019】
高精度で耐火原料の粒子を色彩選別するためには、その選別すべき原料の純度は90質量%以上が好ましく、より好ましくは95質量%以上である。純度が90質量%未満の場合には純度と色彩との相関が低くなり選別の精度が劣ることになる。
【0020】
ここで言う純度が90質量%以上としては、選別しようとする耐火原料をサンプリングして化学成分を測定した値を用いることができる。この条件下で、耐火原料粒子を色彩選別することによって、耐火原料粒子は純度によって複数のグループに明確に選別され、その結果、高純度の耐火原料が効率良く得られる。
【0021】
なお、選別のための耐火原料が電融法によって得られたものである場合には、電融物の塊によって化学成分の差が大きいため、電融する前に使用した原料の化学成分を以て純度とする。例えば、電融マグネシアの純度とは、電気炉に投入する前のマグネサイトや海水マグネシアクリンカーの灼熱減量(イグロス)を除いたものの純度とする。
【0022】
また、選択する耐火原料の粒度を20mm以下、好ましくは、10mm以下に粉砕しておくことで色彩選別の精度を高くすることができる。20mmを超える大きさの粒度では色彩選別による選別の精度が不十分となる。
【0023】
本発明に基づいて、耐火原料の粒子を色彩選別するには、あらかじめ、粒度が20mm以下になるように調整するが、これは、耐火原料を粉砕後、篩い目の開きが20mm以下の篩いを通過させることで粒度を20mm以下とすることができる。例えば、篩い目の開きが10mmの篩いを通過した耐火原料も使用することができる。しかしながら、粒度が0.2mm以下の微粉部分は、少ない方が選別精度が向上する。そのためには、その割合が10質量%以下になるように整粒した耐火原料を使用することが望ましい。耐火原料において、選別の精度は粒度の範囲が狭い程向上するが、現在の粉砕技術では粒度範囲の狭い耐火原料を高収率で得ることは難しい。このため粒度の上限を20mm以下とすることで十分な精度でしかも低コストで選別できるが、必要に応じて、10mm以下、さらに5mm以下とし、しかも粒度の下限として0.2mm以下を10質量%以下とすることで、粒度の範囲を狭くするとより高精度で選別することができる。
【0024】
具体的には、電気炉から取り出したインゴットの破砕粒を粗選別後、さらに粒度が20mm以下になるように粉砕し、しかも必要に応じて粒度が0.2mm以下が10質量%以下になるように粒度割合を調整し、この粒度調整した耐火原料の粒子を色彩選別機によって純度に応じたグレード別に選別する。
【0025】
電気炉で溶融後冷却して取り出したインゴットは、外周側の未溶融部の直ぐ内側に大きな結晶が生成し、中心に向って段階的に小さい結晶となり、さらに最後に固化する中心部は不純物が集積した部分となりインゴットは不均一な組織となる。そのため、結晶径が大きい程不純物を含む粒界の割合が少なくなるため高純度になる。
【0026】
このように、インゴットは、結晶径の異なる領域が半径方向に層状に積層しているため、希望する結晶径の部分を他の部分から分離して高精度で分離することが非常に難しい。一方、インゴットを粒度が20mm以下に粉砕した原料粒子は、純度と色彩との相関性がより高いため、色彩選別機を使用することで、非常に精度良く選別することができる。
【0027】
本発明に適用可能な耐火原料としては、天然の耐火原料でも焼結耐火原料や電融耐火原料等の合成耐火原料が使用でき、調製源を問わない。より好ましくは電融耐火原料である。マグネシアの場合、電融された耐火原料は、結晶粒径が大きいほど透明度があがるため、透明度を含めた色彩選別により結晶サイズをグループに分けることができる。このため、かなり高精度で結晶サイズ別に、即ち純度別に粒を選別することができる。その他の電融耐火原料としては、アルミナ、スピネル、ムライト、ジルコニア、アルミナジルコニア、マグネシア、カルシア等を挙げることができる。
【発明の効果】
【0028】
色彩選別を行うことで、耐火原料をその純度に応じて自動的にグレード別に分けることができるため、高純度の耐火原料が低コストで得られる。そして、用途に最適なグレード別の耐火原料を使用することで、高品質の耐火物が効率的に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
本発明の実施の形態を実施例によって説明する。
【実施例】
【0030】
図1は使用した色彩選別機の概要を示す。同図に示す色彩選別機は、耐火原料粒子1を移送して移送終端部から空中に放出するベルトコンベア2と、この放出された耐火原料粒子1に上下から光を照射する蛍光灯3と、耐火原料粒子1からの反射光及び透過光を検出するCCDカメラ4と、検出した光を所定のしきい値によって空気を噴射するノズル5と、この噴射空気によって分別された粒子を収納する選別容器6とからなる。
【0031】
表1に、この色彩選別機を用いて、電融マグネシア原料の選別を行った結果を示す。
【0032】
同表において、各実施例と比較例は、それぞれ、色彩選別を2度行い、3つのグループに分別し、それぞれのグループ別に測定した化学成分と物理的特性を示す。
【0033】
表1の原料の欄に示すAからEは使用した電融する前のマグネシア原料を示すもので、表2にそれぞれのマグネシア原料の成分の含有量を示す。MgOの質量%はマグネシア原料としての純度を示す。原料A、BおよびCは天然原料のマグネサイトを灼熱減量(イグロス:1050℃で1時間保持した後の重量減)を除いた部分を100質量%とした化学成分を示す。また、原料DおよびEは電融する前の海水マグネシアクリンカーの化学成分を示す。
【0034】
表2に示すマグネシア原料を1000kVAの電気炉で電融し、そのまま冷却し電融マグネシアのインゴットを作成した。このインゴットを分割しながら外周部の未溶融部や半溶融部分等の不要部分を取り除き溶融部分の塊を取り出した。この塊を粉砕機にかけて粉砕し、目の開きが10mmの篩いを通過した電融マグネシアの粉砕物を表1に示す実施例及び比較例として色彩選別のための供試材とした。表1で示す粒度分布はこの電融マグネシアの粉砕物の粒度分布を測定した結果を示している。粒度分布の測定には篩いを使用した。
【表1】


【表2】


【0035】
表1に示す実施例1は、表2のAに示す純度が96.5質量%のものを電融し、符号G1aの無色透明、G1bの白灰色およびG1cの茶灰色の3グレードに色彩選別したものである。G1aの無色透明の部分はMgO純度が98.7質量%と高く、かさ比重が高く、見掛気孔率が低く、緻密である。G1bの白灰色の部分は、MgO純度が97.0質量%と高く、かさ比重が高く、見掛気孔率が低く緻密であった。しかしながら、G1cの茶灰色の部分はMgO純度が95.0質量%と低く、かさ比重が低く見掛気孔率が高く比較的ポーラスであった。
【0036】
実施例2は、表2のAを使用し、その純度は実施例1と同じであるが電融マグネシアの粉砕物において0.2mm以下の粒度が10質量%と実施例1より多いものであった。G2aの透明部分のMgOは98.3質量%とG1aよりやや低く、かさ比重もやや低く見掛気孔率はやや高かった。またG2cの茶灰色の部分もMgOがやや高くなり、緻密性を示すかさ比重がやや高く、見掛気孔率はやや低く全体的に選別による区別はやや甘くなったが、これも色彩選別機で3種類のグレード分けができた。
【0037】
実施例3は、表2のAを使用し、その純度は実施例1と同じであるが電融マグネシアの粉砕物において0.2mm以下の粒度が15質量%とさらに実施例2より多いものである。実施例2よりも、3グループ間の化学成分及び物理的特性の差が小さくなっているが、MgOの純度別に3つのグループに選別することができた。
【0038】
実施例4は、MgO純度が92.6質量%の表2のBを使用した場合であるが、色彩選別機でG4a(無色透明)とG4b(灰色)とG4c(茶灰色)の3種類に選別できた。無色透明なものの収率は5質量%に低下し、茶灰色の部分が40質量%と多くなったが、選別されたものは、純度を示すMgO量および緻密さを示すかさ比重と見掛気孔率でも3種類にグレード分けができた。
【0039】
実施例5および実施例6は、それぞれ、表2のD、Eを使用した場合であるが、ともに、MgO純度の異なる3つのグレートに分けることができた。とくに実施例6は、もともと高純度の出発原料を使用しているためより選別が難しくなるが、MgO純度99.4質量%の高純度品の収率が33質量%と多く選別することができた。
【0040】
これに対して、比較例1は、表2に示すMgO純度が86.2質量%の出発原料Cを使用したものである。 色彩選別機により同じ茶色系の濃さにより何とか3種類に分けられた。その中でH1aの1種類のみが、出発原料より、MgO純度が86.3質量%と僅かに多かったが、他のH1bとH1cの2種類はMgOの純度は同じであった。さらに耐火物原料の品質として重要な緻密さを示すかさ比重および見掛気孔率は3種類ともほとんど差は見られず、耐火物製造原料としてのMgOの純度のグレード分けはできなかった。
【0041】
次に、表1に示す実施例1、実施例3、実施例5、実施例6において選別された電融マグネシア原料G1a、G1b、G1c、G3a、G5a、G6aを各々80質量%と、純度98質量%の黒鉛を20質量%と金属Alを配合し、バインダーにフェノール樹脂を使用して混練し、成形後250℃で熱処理してマグネシアカーボンれんがを試作した。その物性と耐食性を表3に示す。
【0042】
同表に示すように、MgO成分が高く、かさ比重が高く見掛気孔率が低い緻密な高品質の原料ほど、得られた耐火れんがは、かさ比重が高く、見掛気孔率が低く、圧縮強さも高い良い品質のものが得られ、スラグに対する耐食性も優れていた。
【表3】


【0043】
表4および表5は、耐火物原料として部分安定化ジルコニアクリンカーを本発明によって色彩選別した例を示す。
【0044】
表5に示す実施例7の例は、ZrO成分が95質量%とCaO成分が4質量%の部分安定化ジルコニアクリンカーを、それぞれ、表4に示す成分を有するジルコニアの出発原料のバデライトを94質量%と炭酸カルシウムを6質量%とからなる配合物を電気炉で電融して作った。
【0045】
得られたインゴットを粒度が10mm以下になるように粉砕し、かつ粒度が0.2mm以下の粒子を10質量%以下に調整した整粒物を図1に示す色彩選別機で選別した。
【0046】
選別の結果を表5に実施例7として示すように、G7a(黄色)とG7b(赤色)の2種類に選別できた。
【0047】
選別されたG7aはG7bに比べ、ZrO量が高く、CaO量は低く、かさ比重が高く、見掛気孔率が低く緻密であった。選別された電融ジルコニア2種類を各々90質量%と黒鉛10質量%を配合して連続鋳造用のジルコニア黒鉛質の浸漬ノズルをCIP成形で成形し、還元焼成して作成した。その耐火物の物性と連続鋳造パウダーによる侵食試験結果を表5に示す。G7aを使用した耐火物は、G7bを使用した耐火物に比べかさ比重が高く、見掛気孔率が低く緻密で、かつ耐食性が15%優れたものであった。
【表4】


【表5】


【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】実施例で使用した色彩選別機の構成と機能を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【0049】
1 耐火原料粒子
2 ベルトコンベア
3 蛍光灯
4 CCDカメラ
5 噴射ノズル
6 選別容器
【出願人】 【識別番号】000170716
【氏名又は名称】黒崎播磨株式会社
【出願日】 平成18年6月22日(2006.6.22)
【代理人】 【識別番号】100082164
【弁理士】
【氏名又は名称】小堀 益

【識別番号】100105577
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 隆人


【公開番号】 特開2008−687(P2008−687A)
【公開日】 平成20年1月10日(2008.1.10)
【出願番号】 特願2006−172798(P2006−172798)