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備前から世界へ先端高温複合材料発信を目指す

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備前から世界へ先端高温複合材料発信を目指す
セラミックスのさらなる可能性を
高長所長は九州耐火煉瓦一筋に社
岡山備前地域は日本の耐火物の
三分の一を生産している耐火物関
岡山から発信し、高温複合材料の
長になり合併を経て今年4月1日
連企業の集積地である。この地に、 ﹁ 世 界 の 研 究 セ ン タ ー ﹂ を 目 指 し
付で研究所長に就任した。
耐火物産業支援を目的に岡山県に
ているところにある。事業概要は
よって1990 年設立されたのが、 ①研究開発〝耐火物の合成原料の
岡山セラミックスセンター︵略称
開発などをキーワードとして独自
OCC 、住所・備前市西片上14
の研究テーマに展開、②依頼測
06 ︲ ︶である。2013 年度
定・分析や受託研究・試験、普及
に一般財団法人に移行、岡山セラ
啓発・人材育成の大きく二つの柱
ミックス技術振興財団が運営して
からなる。そこで、高長茂幸研究
いる。日本で唯一の耐火物・高温
所長に同センターの取り組みにつ
セラミックスの研究を中心として、 いて訊いてみることにした。
産官学連携共同研究、依頼分析、
同センターは片上湾に面し、風
施設・機器開放、技術交流、人材
光明媚な地に立地する。近くには
育成、情報提供などに取り組んで
品川リフラクトリーズ、興亜耐火、
いる。
旧九州耐火煉瓦など耐火物メー
カーの工場が多くある。ちなみに、
注目されるのは、耐火物関連産
業の飛躍を支援するだけでなく、
九州耐火煉瓦は2012年7 月黒
崎播磨と
吸収合併
した。1
916 年
7 月に電
力の鬼と
呼ばれた
松永安左
エ 門 に
よって設
立された
名門耐火
物 煉 瓦
メーカー
であった。
2
(’
12 年度)
(’
12 年度)
マグネシア技術最前線特集
192
600
300
0
8
マグネシア・ミュー 2013年Fall
耐火物販売金額 (単位:億円)
耐火物生産量 (単位:万 t)
)
合計 1,486 億円
(
)
(
東北・関東
11
3
近畿
れんが:30.8 万 t 合計
不定形:64.9 万 t 95.7 万 t
196
不定形
近畿
れんが
9
6
東海
218
九州
東北・関東
14
239
東海
2
16
九州
584
岡山
15
17
岡山
40
20
0
特 集
「備前から世界へ先端高温複合材料発信を目指す」
一般財団法人岡山セラミックス技術振興財団
岡山セラミックスセンター
高長 茂幸研究所長
18
高長茂幸氏プロフィール
1947年生まれ
1972年3月 東北大学工学部応用化学科卒
同年
九州耐火煉瓦入社
1997年6月 取締役研究・技術統括部長
2001年6月 常務取締役研究・技術統括
2003年4月 代表取締役専務製造・技術・研究統括
2007年4月 代表取締役社長
2013年4月 岡山セラミックスセンター研究所長
世界の耐火物生産量と販売金額
備えている。
種類を超える測定・分析
﹁耐火物関連の測定・分析及び
装置が揃う
周辺装置など一通りそろっていま
岡山セラミックスセンターには、 す。耐火物関連メーカー、商社や
走 査 電 子 顕 微鏡など各種の組織観
大学など幅広い分野で活用されて
察装置、蛍光X 線分析装置など成
います。昨年度の利用実績からみ
分 分 析 装 置 、材料試験機など常温
ると依頼測定・分析、受託研究、
特 性 測 定 装 置、熱間曲げ・熱伝導
機 器 / 施 設 利 用 を 合 わ せ て1 4 ,
率 な ど 熱 間 特性測定装置、高温大
5 39 件になります。景気や季節
型 電 気 炉 ・ 通電加圧焼結装置など
変動に関係なく依頼はあり、測
各 種 電 気 炉 、手動式静水圧プレス
定・分析に携る技師はタイトな状
な ど 成 形 機 、粉砕加工機など 種
況が続いています。
﹂
類 を 超 え る 機器が設置され、あら
耐火物関連であれば全てを測
ゆ る 耐 火 物 研究開発や測定・分析
定・分析できるそうだが、﹁特定の
に 対 応 し て いる。施設としてセミ
分野、例えば煩雑で効率の悪かっ
ナー室、会議室、レンタルラボも
た不定形耐火物の通気率測定は、
50
50
岡山セラミックスセンター
岡山セラミックスセンター概要
運営管理:一般財団法人岡山セラミックス技術財団
所在地:岡山県備前市西片上 1406-18
敷地面積:5,599㎡、鉄筋コンクリート2階建て
電 話:0869-64-0505(代表)
FAX:0869-63-0227
URL http://occ.optic.or.jp
設立年月:平成2年3月
【設立目的】日本で唯一の耐火物に関する公的機関
であり、耐火物・高温セラミックスの研究を中心と
して、産学官連携共同研究、依頼分析、施設・機器
開放、技術交流、人材育成、情報提供を行っている。
項 目
140,000
H24
施設
利用
(来訪850 メール974件
電話1,762件)
3,586件
利用者数
(来訪者850)
4,090人
利用金額(千円)
120,000
技術
相談
機器利用
受託試験研究
依頼測定分析
100,000
80,000
60,000
セミナー室利用件数(70人)
15件
会議室利用件数
(15人)
10件
20,000
レンタルラボ件数
(2人×20日)
51件
0
40,000
H17
H18
H19
H20
H21
H22
H23
H24
年度
依頼測定・分析
16,000
100
施設利用
2,000
50
12,000
10,000
1,000
8,000
6,000
機器利用/件
1,500
受託試験・研究/件
14,000
依頼測定・分析/件
受託試験・研究
60
機器利用
80
40
60
30
40
20
500
4,000
20
10
2,000
0
0
H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24
0
0
H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24
H24年度 金額
(千円)
H24年度 件数
(件)
測定分析
12,489
受託研究
42
機器/施設
2,008
施設利用/件
18,000
合 計
14,539
測定分析
52,983
受託研究
21,781
機器/施設
39,668
合 計
114,432
岡山セラミックスセンターの利用実績
(同センター資料より)
9
2013年Fall マグネシア・ミュー
マグネシア技術最前線特集
見掛比重、かさ比重、吸水率、見掛気孔率、寸法
かさ比重、真密度(ガス法)
、ふるいわけ、粉化率
比表面積、粒度分布、細孔分布(ポロシメーター)、
通気率
電気炉焼成
高温大型電気炉、マッフル炉、高温カーボン炉、
乾燥試験
強度試験(曲げ強さ、圧縮強さ)、熱間曲げ強さ、
熱間圧縮試験、弾性率、ビッカース硬度
耐摩耗試験、スポーリング試験
10
マグネシア・ミュー 2013年Fall
Al4
Si
C4
10
耐 火 物 技 術 協会及び企業と共同で
取 り 組 み 、 装置を開発して評価技
術に貢献しています。﹂
です。アルミニウム、シリ
確かに金属酸化物耐火物は耐熱性
マグカーボン耐火物
コン、炭素の複合炭化物ですが興
もあり原料が得られやすいなど長
正 式 に は、 マ グ ネ シ ア・ カ ー
味深い特性がありまして耐火物を
所があります。しかし、国産と中
ボ ン 耐 火 物︵ Magnesia-Carbon
主に研究していますが耐火物以外
国産の海外品で価格だけで比較す
︶
。焼結や電融マグネ
refractories
の用途も考えられます。
﹂
ると競争力は残念ながらありませ
シアと数∼数十mass % の黒鉛
を主原料とした耐火物。主に、鉄
ん。それだけに多量合成原料によ
では、どのような特性があるの
鋼の転炉、電気炉、二次精錬炉な
か。
る高品質耐火物によって日本独自
どに用いられる。
の新しい耐火物を開発することが
﹁マグカーボンなどのカーボン
含有耐火物はアルミニウムを酸化
国際的な競争に打ち勝つことに繋
マイクロ波︵ Microwave
︶
防止剤として使っていますが、使
がります。
﹂
一般的には、波長1m 以下の電
はアルミニウム、 用中に炭化アルミニウムが生成し
しかも、 波を指す。マイクロ波と物質の相
ケイ素、カーボンと資源的にも豊
てしまい、空気中の湿気にあうと
互作用により加熱する方法をマイ
富な元素であり、レアメタル、レ
膨潤し、その結果、レンガが崩壊
クロ波加熱と呼び、誘電加熱の一
アアースのような資源ナショナリ
してしまいます。非常にリサイク
種。
ズム問題が生じないことも重要で
ルしにくい材料です。ところが、
ある。
この複合炭化物を用いた耐火物は
合
の谷を埋め、あるいは橋を架ける
ちなみに、複合炭化物
崩壊しません。このためリサイク
成 に は 無 酸 素 雰 囲 気 中 で 17 0
試みのひとつとして企業にも積極
ル、そして
0 ℃の高温で長時間加熱する必要
的に味利きをしてもらおう。関心
リユースで
があり、これがコストアップの要
を持った企業にはサンプルを出し
きる可能性
因であった。そこで同センターは
ていく。そしてその企業が持って
が高い。
﹂
企業と共同で 分間以下の短時間
いる生産技術や製造プロセスで実
複合炭化
で合成できる効率的な技術を開発
用化を目指してもらう。私共は生
物により、
したのである。
産設備を持っていません。実用化
耐火物の可
に繋げるにはサンプル作成が必要
能性も広が
サンプル作成が必要不可欠
不可欠です。今後論文発表する場
るのである。
しかし、これまでは情報発信の
合はサンプル出荷できる段階まで
﹁これま
段階から進めていない傾向があっ
私共が取り組んでいく。いわば、
での耐火物
た。
センター側がユーザーに対して情
はマグカー
報発信を呼びかけていきます。実
ボンをはじ ﹁ こ れ ま で は 次 世 代 研 究 開 発 を
目的にしてきましたので実用化と
際、サンプルが欲しいという問い
め金属元素
は乖離している面、言い換えれば
合わせがあります。
﹂
酸化物が主
g 程度のサンプル出荷
体でした。 〝 谷 〟 が あ り ま し た 。 そ こ で 、 そ 既に数百
物理特性
注目の新原料
機械的特性
最も力
独 自 の 研 究開発テーマで
を 入 れ て い るのが新規合成原料の
研 究 開 発 で ある。
﹁山口明良前所長︵現顧問、名
古屋工業大学名誉教授︶が5 年∼
年 先 の 次 世代耐火物研究開発を
進 め て い か なければ存在意義がな
く な る と し て添加物を含めた合成
原 料 研 究 に 取り組まれてこられま
し た 。 こ れ からもメインテーマに
し て 継 続 し ていきます。その中で
も 最 も 力 を 入れているのが新原料
組織観察
走査電子顕微鏡 SEM-EDS(二次電子像、反射電
子像、定性分析、定量分析、元素マッピング)
光学顕微鏡、デジタルマイクロスコープ、蛍光顕
微鏡、レーザー顕微鏡
Al4
Si
C4
熱的特性
熱重量示差熱分析 TG-DTA、示差走査熱量 DSC、
熱膨張 TMA、比熱、耐火度
熱伝導率(熱流法、熱線法、レーザーフラッシュ
法)
、荷重軟化点、荷重下膨張、クリープ
Al4
Si
C4
X 線回折
結晶相同定
蛍光 X 線分析(定量、半定量、フリー定量、オー
ダー分析、LOI)
各種定量分析:固定炭素、F.C(フリーカーボン)、
T.C( ト ー タ ル カ ー ボ ン )、SiC+F.C、SiC、S、
Fe、Si(遊離けい素)、F(フッ素)
化学分析
10
依頼測定・分析
Al4
Si
C4
出 来 る 体 制 になっている。
合的に安く量産するかが重要視さ
る成分がどの程度発熱するかデー
れます。製品提供の仕組みづくり
タがありませんでした。漸く無機
﹁これからの技術開発は、高機
能 だ け で な く原料、使い方からリ
は上手いと思いますが、性能の高
物もデータが揃ってきたので新し
サ イ ク ル 、 リユースなど環境性な
さや品揃えの多さなどユーザーの
い熱処理技術として実用化されま
ど ト ー タ ル で先進性を持つことが
痒いところに手が届くような製品
した。例えばマグネシアでは60
求 め ら れ て います。そうした製品
作りは日本に一日の長あるのは間
0 ℃以上になると急に温度が上昇
で あ れ ば コ ストに対する捉え方が
違いありません。新日鐵住金さん
しだすなど物質によって特性が違
変 わ っ て く るのではないでしょう
やJ FE スチールさんが海外に進
います。カーボンも少量を分散す
か。﹂
ると温度は上がりやすいのですが、 出する場合もまずは日本の耐火物
技術を使うと思います。トータル
カーボン含有量が多くなると反射
マイクロ波利用の新熱処理
でとらえることで日本の鉄鋼メー
して温度が上がりにくくなってし
技術
カーは品質の高い高級鉄鋼・鋼材
まいます。また、材料中の溶剤の
製品がつくれるのです。
﹂
影響などもわかってきました。そ
こ の 他 、 同センターで実用化さ
れ た 技 術 に は、マイクロ波を利用
れだけにデータが揃うことが重要 そして、耐火物開発の木目細か
した耐火物組織の新熱処理技術
さが新たな鉄鋼工法を生み出す可
でした。﹂
︵均一加熱や選択加熱が可能で省
能性を秘めているのである。
データを揃える測定・分析技術
エ ネ 対 策 効 果 も 高 い ︶、 耐 火 物 の
﹁転炉に使った耐火物を取鍋な
が同センターにあるからこそでき
通 気 率 測 定 装置︵ガスの通り抜け
どにカスケードリユースする利用
た技術である。
や す さ を 表 す通気率の評価技術の
法が出来れば耐火物に対する考え
﹁マグカーボン耐火物はグラ
高 度 化 ・ 効 率 化 ︶、 分 析 用 標 準 物
方も大きく変えることが出来ます。
ファイトを多量に使用して熱を逃
質 ︵ 蛍 光 物 質、炭素分析、硫黄分
そこにカーボンや窒素の金属化合
がすことでレンガが割れないなど
析の3 系統︶の世界に向けた情報
物を活用することによって総合的
性能を持たしています。これから
発 信 な ど が ある。
な性能をあげるという視点も生ま
は低カーボンにしても性能を維持
れてくるといえます。﹂
させ、外に熱を逃がさないで省エ
﹁マイクロ波は電子レンジに使
わ れ て い る 技術ですが、レンガを
高長所長は耐火物と共に歩いて
ネに繋げていくことが社会的ニー
乾燥させるのに1日かかったもの
きたわけだが、立場はこの4月に
ズに合ってくると思います。
﹂
が3 ∼4時間で短縮化出来ます。
大きく変わった。これからの同セ
木目細かな日本の耐火物が
ま た 、 こ れ までは外熱法ですから、
ンターの方向性については、
プロセスを変える
均 一 に 加 熱 できません。一方、マ
﹁山口前所長が常々言っておら
一方、世界の耐火物材料開発の
イ ク ロ 波 は 中から熱するので可能
れたことを念頭に置き、5 年先、
状況は日本と違うのだろうか。
で す 。 こ の 技術は食品乾燥分野が
年先をにらみながら足元のこと
﹁欧米は鉄鋼企業の合理主義が
先 行 し ま し た。耐火物に使えるの
をひとつずつ取り組んでいく。並
貫かれ、レンガの種類も少なく総
で は と い う 発想はありましたがあ
行してやらざるを得ません。私と
10
︶
Graphite
しては耐火物メーカーにいた経験
を活かし、トータルの耐火物とし
ての評価を上げていくテーマを選
択していきたいと思っています。
そして一般財団法人になったとい
うことは自立を目指していかなけ
ればなりません。それだけに耐火
物業界の企業のみなさんにこのセ
ンターをどんどん活用して頂ける
存在にしていきます。
﹂
グラファイト︵
石 墨、 あ る い は 黒 鉛。 特 徴 は
熱 に 強 く、 還 元 雰 囲 気 で あ れ ば
3 , 0 0 0 ℃ で も 使 用 可 能 で、
熱衝撃にも強く高温になるほど
強 度 が ま す。 ま た、 化 学 薬 品 に
対 す る 抵 抗 性 が 強 く、 酸・ ア ル
カ リ 性 に 優 れ た 耐 食 性 を 示 す。
更 に、 電 気 お よ び 熱 の 良 電 体。
熱膨張率が小さいため高温での
Cascade
寸 法 安 定 性 に 優 れ て い る。 軽 量
で潤滑の特性を持つ。
カ ス ケ ー ド リ ユ ー ス︵
︶
reuse
資源やエネルギーを利用する
と 品 質 が 下 が る が、 そ の 品 質 レ
ベルに応じて何度も使うことを
示す。
2013年Fall マグネシア・ミュー
11
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