JPH02175680A - 金属含浸耐火物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、金属製造炉および熱処理炉等に用いられる耐
火物の製造方法に関する。

［従来の技術］ 加圧炉等の熱処理炉の内壁に用いられた耐火物は、約１
０００℃以上の苛酷な条件下に曝されるので、徐々に表
面剥離が起こってしまう。一方、転炉、取鍋、脱ガス炉
等の溶湯容器の内壁は、溶湯およびスラグに接触し、溶
損や剥離を生じる。

特に、スラグラインでは、内壁耐火物が著しく溶損し、
更に溶融スラグが耐火物内部に侵入することにより耐火
物は破壊されてしまう。上記の問題点を解決するために
、耐火物には、耐スポーリング性と耐スラグ浸潤性が要
求されている。

スポーリングとは、耐火物が熱衝撃、機械的または構造
的原因により割れを起こし、損壊する減少をいう。熱衝
撃によるスポーリング（以下、熱的スポーリングという
）は、急熱急冷時の熱応力により発生する。機械的原因
によるスポーリング（以下、機械的スポーリングという
）は、主に機械の作動による耐火物の損傷により発生す
る。また、構造的原因によるスポーリング（以下、構造
的スポーリングという）は、主にスラグの浸潤と関連し
て発生する。すなわち、レンガの開気孔に浸潤したスラ
グによって周囲のレンガ母材に熱応力が加わり、母材の
損壊を生じる。

これらのスポーリングのうち、機械的スポーリングは、
装置等の改良によりある程度まで改善することができる
。したがって、耐火レンガの特性の点では、特に耐熱的
スポーリング性および耐構造的スポーリング性の改善が
望まれる。耐構造的スポーリング性を改善するためには
、上記理由から耐スラグ浸潤性を改善しなければならな
い。また、スラグの浸潤はレンガ表面からの母材の溶損
を増大するから、溶損を抑制する意味からも耐スラグ浸
潤性に優れた耐火物が望まれている。

これらの特性に比較的優れた耐火レンガとして、高アル
ミナ質レンガ、シャモットレンガ、マグネシアレンガ、
クロム争マグネシア質レンガ等が使用されている。また
最近では、耐熱的スポーリング性を改善したマグネシア
・カーボン質レンガ等の黒鉛添加耐火物や、金属ファイ
バーを含有するキャスタブル等が実用化されている。

さらに、耐スラグ浸潤性を改善するために、レンガの多
孔体にタールを含浸させたタール含浸レンガが、転炉や
ステンレス精練炉等の内張りに使用されている。タール
含浸レンガは、レンガの開気孔にタールが充填されてい
るので、スラグの浸潤が防止され、構造的スポーリング
が抑制される。

タール含浸レンガを製造する方法の一つに、ドロマイト
粉末をタールを結合剤として混合成形し、これを焼成し
て所望の見掛は気孔率とし、溶媒に希釈したタールに真
空槽内で常温常圧下にて浸漬する方法がある。

また、タール含浸レンガを製造する他の方法の一つに、
ドロマイト粉末をタールを結合剤として混合成形し、こ
れを焼成して所望の見掛は気孔率とし、真空槽内で温度
２００乃至３００℃のタルバスに浸漬し、これに３乃至
４　ｋｇ　／　ｃｔｌの圧力を加える方法がある。

［発明が解決しようとする課８］ しかしながら、上記のタール含浸レンガの製造方法にお
いては、タールの浸透深さに限界がある。

さらに、耐火物を炉等に使用した場合、高熱によりター
ルを含浸させるために用いた溶媒が揮発してしまい、レ
ンガの見掛は気孔率が上昇してしまう。このため、スラ
グの浸潤を十分に防止することができず、一般にレンガ
の寿命が短い。また、大型のレンガを製造することが困
難である。

一般に、耐スラグ浸潤性を向上させるためには耐火物を
ち密化すればよいが、ち密化しすぎると熱的スポーリン
グが起り易くなる。このように、耐スラグ浸潤性および
耐スポーリング性の双方を向上させることは困難である
。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐スラ
グ浸潤性、耐構造的スポーリング性並びに耐熱的スポー
リング性に優れた耐火物の製造方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は、多孔質の耐火物を予熱する工程と、予
熱された耐火物の開気孔内に存在するガスを脱気する工
程と、脱気された耐火物をシリンダ状容器内の溶融金属
中に浸漬する工程と、前記シリンダ状容器内に摺動自在
に設けられたピストン状加圧板によって耐火物が浸漬さ
れている溶融金属に圧力を印加することにより、溶融金
属を耐大物に含浸させる工程とを具備する金属含浸耐火
物の製造方法によって達成することができる。

なお、本発明の金属含浸耐大物の製造方法において、耐
火物を溶融金属中に浸漬する工程の前に、耐火物を予熱
する工程を必ず行なうならば、予熱工程、脱気工程、お
よび浸漬工程は任意の順序で行なうことができる。

［作用］ 本発明に予熱工程を設けた理由は、耐火物を予熱せず、
そのままの温度（すなわち室温）で溶融金属中に浸漬す
ると、耐火物表面と溶融金属との温度差がかなり大きい
ため、溶融金属は耐火物表面で急激に冷却され凝固して
しまい、耐火物表面に溶融金属の被膜か生じてしまうか
らである。耐火物表面に金属被膜が生じると、それ以上
耐火物内部に金属を含浸させることが不可能になる。し
たがって、溶融金属中に浸漬する前に、耐火物を予め加
熱することにより、溶融金属との温度差をできるだけ小
さくし、耐火物表面で溶融金属が凝固することを防止す
る必要がある。

本発明に脱気工程を設けた理由は、耐火物の開気孔中に
空気が残存すると、金属の含浸が残存する空気によって
阻止され困難になるからである。

仮に、加圧することにより金属を含浸できたとしても、
復圧後は開気孔中の圧縮空気により金属の一部が押出さ
れてしまう。したがって、本脱気工程において、耐火物
をほぼ完全に脱気することが重要である。

本発明に加圧工程を設けた理由は、耐火物が浸漬してい
る溶融金属に圧力を印加しないと、耐火物の内部圧と溶
融金属圧とが均衡し、溶融金属が耐火物に開気孔中に含
浸されないからである。逆に、印加する圧力が耐火物の
圧縮強度を越えると、耐火物自体の損壊、金属含浸量の
減少ならびに金属含浸後の耐火物の熱間強度の低下等が
起こるので、圧力は耐火物の圧縮強度より小さくなけれ
ばならない。

以下、実施例において、図面を参照しながら本発明をよ
り具体的に説明するか、本発明は実施例に限定されるも
のではない。

［実施例］ まず初めに、図面を参照しながら、本発明の金属含浸耐
火物の製造方法に用いられる装置について説明する。

第１図は、本発明に用いることができる金属含浸耐火物
製造装置の概念図である。

第１図によると、金属含浸耐人物製造装置は、予熱炉■
、金属含浸加圧炉Ｉおよび焼鈍炉■を具備している。

予熱炉■は、耐火物を予め含浸させる金属の融点付近ま
で加熱するための装置である。したかって、予熱炉に要
求される性能は、予熱炉壁が含浸させる金属の融点付近
まで耐えられるものであることと、予熱コイル１２が耐
火物を含浸させる金属の融点付近まで加熱できることで
ある。上記の性能を有する加熱炉であれば、本発明に用
いることができる。後述する通り、予熱工程を金属含浸
加圧炉Ｉ内で行なう場合は、本予熱炉■を設ける必要は
ない。

金属含浸加圧炉Ｉは、耐火物を脱気し、溶融金属２内に
浸漬させ、圧力を印加することにより金属を含浸させる
装置である。第２図は、金属含浸加圧炉Ｉの拡大図であ
る。これによると、金属含浸加圧炉Ｉ内には、加圧装置
１が配置されている。

加圧装置１はピストン１ａとシリンダ１ｂとからなって
いる。ピストン１ａをシリンダ１ｂに挿入することによ
り完全密封された空間３を形成させ、ピストン１ａをシ
リンダ１ｂ内に退入させることにより密封空間３に圧力
を印加させることができる。したがって、ピストン］ａ
とシリンダ１ｂとの接触部分４は密封性および摺動性に
優れていなければならない。さらに加圧装置１は、後述
の通り、溶融金属２と接触または接近するため耐熱性で
あることと、かなりの圧力を印加するため耐圧性である
ことが必要である。これらの条件を満たすため、加圧装
置１の材質にはＣｒ４Ｃ３およびＺｒＢ２等のセラミッ
ク材料を用いるのが好ましく、黒鉛−セラミック系材料
を用いるのが特に好ましい。

ピストン１ａは、シリンダ１ｂ内に挿入下降させること
によって密封空間３に圧力を印加させる装置である。ピ
ストン１ａは耐火物保持装置５、搬送装置６、および真
空弁７を具備してる。耐火物保持装置５は、耐火物とピ
ストン１ａとを連結］０ させる装置である。耐火物保持装置５には、まず耐火物
をシリンダ１ｂや処理工程の途中で落とさないようしっ
かりとピストン１ａと連結させておく保持性が必要であ
り、さらに保持装置５は溶融金属２と接触または接近す
るため耐熱性や、密封空間３での圧力に曝されるため耐
圧性等が必要である。これらの条件を満たすものであれ
ば、従来の保持装置を用いることができる。搬送装置６
は、主にレール８、駆動装置（図示せず）、および制御
装置（図示せず）からなっている。この搬送装置６を設
けることにより、本発明を連続化あるいは自動化するこ
とができる。搬送装置６には、従来のものを用いること
ができる。真空弁７は真空ポンプ（図示せず）等を具備
しているものであり、密封空間３を減圧する装置である
。これによって耐火物１３の開気孔中にあるガスを脱気
することができる。

シリンダ１ｂは、耐火物１３の開気孔中に含浸させる溶
融金属２を収容しておく装置である。シリンダ１ｂの周
囲には、加熱コイル９が配置させている。この加熱コイ
ル９はシリンダ１ｂを加熱して、金属を溶融状態に維持
するためのものである。したがって、加熱コイル９には
、含浸させる金属の融点まで加熱できるものを用いる。

焼鈍炉■は、金属を含浸させた耐火物を焼鈍するための
ものであり、従来の焼鈍炉を用いることができる。

なお、上記の予熱炉■、金属含浸加圧炉Ｉおよび焼鈍炉
■は、必ずしも一体化されている必要はない。

以下、本発明の金属含浸耐火物の製造方法を詳しく説明
する。

本発明の金属含浸耐大物の製造方法は、耐火物を予熱す
る工程と、耐火物の開気孔に金属を含浸させる工程と、
金属を含浸させた耐火物を焼鈍する工程とに分けること
ができる。

以下、図面を参照しながら、各工程ごとに説明する。

予熱工程 予熱工程は溶融金属中に浸漬する前に、耐火物を予熱す
るものである。

予熱工程の目的は、以下の通りである。

耐火物は、次工程において、溶融金属中に浸漬される。

溶融金属は、かなりの高温（例えば、ステンレスでは、
１４５０℃以上）であり、耐火物を予熱せずにそのまま
溶融金属に含浸すると、その温度差により溶融金属は耐
火物との接触面で急激に冷却され凝固してしまう。また
、耐火物は急冷されるため激しく熱的スポーリングを起
こし、損壊してしまう可能性もある。その結果、耐火物
表面に金属被膜が生じてしまい、それ以上金属を含浸さ
せることができない。そこで、浸漬前に耐火物を予熱す
ることによって、耐火物表面と溶融金属の温度差をでき
るだけ小さくし、耐火物表面での溶融金属の凝固を防ぐ
のである。

予熱温度は含浸させる金属の融点以上が好ましいが、本
予熱工程の目的を達せられるならば、融点より小さくて
もよい。予熱工程に用いる予熱炉■は、所望の温度が得
られ、かつ耐熱性ならば、従来のものを用いることがで
きる。

］　３ なお、予熱工程は金属含浸加圧炉Ｉにおいて行なうこと
もできる。この場合は、予熱炉■は不要である。金属含
浸加圧炉Ｉで予熱を行なうには、耐火物を保持したピス
トン１ａをシリンダ１ｂに挿入した後、溶融金属中に含
浸する前に、加熱コイル９によって加熱すればよい。こ
のように、金属含浸加圧炉Ｉ内で予熱工程を行なうこと
によって、本発明に用いる装置を簡略化することができ
る。

金属含浸工程 本金属含浸工程は、さらに以下の３工程に分けることが
できる。

（ａ）脱気工程 本脱気工程は、耐火物の開気孔中に存在する空気を除去
することが目的である。

耐火物１３の開気孔からガスを除去する理由は、開気孔
内にガスが存在すると、以下の加圧工程（Ｃ）での加圧
により含浸した金属が、復圧後、開気孔内の圧縮ガスに
よって排出されてしまうからである。脱気工程は、既述
した予熱工程の前または後のいずれで行なってもよい。

脱気工程は、耐火物１３を保持したピストン１ａをシリ
ンダｌｂ内に挿入し密封空間３を形成した後、真空ポン
プ（図示せず）等を具備した真空弁７で減圧することに
より行なうことができる。

その際、耐火物１３を保持したピストン１ａをシリンダ
ｌｂ内に挿入するとき、シリンダ１ｂ内に収容されてい
る溶融金属の上面１０とピストン１ａの下面１１の間に
ある程度の距離を設ける必要がある。この距離が小さす
ぎると、減圧したときに溶融金属２が真空弁７から外部
に吸い出されてしまうからである。この距離は、減圧す
る程度および溶融金属２の重量等に依存し、その組合わ
せによって変化する。したがって、前記距離はシリンダ
１ｂ内の溶融金属量を調節したり、ピストン１ａをシリ
ンダ１ｂに挿入させる距離を調節したりして所望の効果
が得られるよう便宜選択する。

また、ピストン１ａに保持された耐火物がシリンダ１ｂ
の外にある状態で、金属含浸加圧炉Ｉ全体を減圧し、耐
火物を脱気することもできる。しかし、この方法では金
属含浸加圧炉Ｉの全体を減圧するため、比較的大規模な
真空ポンプを必要とする。

耐火物を脱気するためには、密封空間３または金属含浸
加圧炉■全体を可能な限り減圧することが望ましい。し
かしながら、実際には、密封空間３内に溶融金属２が存
在するため、該溶融金属２の蒸気圧を考慮して減圧を行
わなければならない。

本発明においては、１０−２乃至２０　ｔｏｒｒ程度の
減圧が好ましい。

（ｂ）浸漬工程 本浸漬工程は、耐火物を溶融金属中に浸漬する工程であ
り、ピストン１ａに保持された耐火物１３を溶融金属２
中に浸漬することにより行なう。

これは、耐火物１３が溶融金属２に浸漬されるまでピス
トン１ａを下降させることによって容易に行なうことか
できる。また、耐火物１３を保持装置５から外して落下
させてもよい。なお、浸漬工程を行なうとき、真空弁７
を閉じておくのが好ましい。

金属の含浸速度は、溶融金属２の耐火物１３に対するぬ
れ性と、耐火物１３の気孔率と、次工程による圧力とに
依存する。したがって、含浸時間は、用いる耐火物の種
類および含浸させる金属の種類の組合わせにより変化す
るので一慨には言えないが、５〜３０分程度である。

先の脱気工程（ａ）と本浸漬工程（ｂ）は、任意の順序
で行うことができる。すなわち、脱気工程は耐火物を溶
融金属２に浸漬した状態で行なってもよい。しかし、予
熱工程は本含浸工程の前に行なわなければならない。こ
れは前述した通り、溶融金属に浸漬する前に耐火物を予
熱することにより、耐火物表面で溶融金属が凝固するの
を防止するためである。

なお、耐火物の脱気を完全に行なうことができるという
点から、浸漬工程の前に脱気工程を行なうのが好ましい
。

（Ｃ）加圧工程 本加圧工程の目的は、耐火物１３が溶融金属２内に浸漬
されているあいだ、ピストン１ａによって加圧し、その
圧力を以て金属を耐火物１３の開気孔内に含浸させるこ
とである。

加圧方法としては、例えば以下の手段を用いることがで
きる。

浸漬工程（ｂ）が終了した状態でピストン１ａが溶融金
属２の液面から離間しているときは、ピストン１ａと溶
融金属２との間の密封空間３に高圧ガスを導入すること
によって、加圧を行なうことができる。その場合、ピス
トン１ａをさらに下降させることによって、加圧効果を
高めることができる。場合によっては、特に高圧ガスを
用いることなく、密封空間３を常圧に戻した後にピスト
ン１ａを下降させるだけで所望の加圧を行なうことがで
きる。また、条件的に可能な場合には、ピストン１ａを
溶融金属２の液面に接触させた状態で下方に押圧するこ
とにより、溶融金属２を直接加圧してもよい。

先にも述べた通り、耐火物１３への金属の含浸難易（含
浸速度）は、溶融金属２の耐火物１３に対するぬれ性と
、耐火物１３の見掛は気孔率と、本加圧工程で適用する
圧力とに依存する。しかしながら、前記ぬれ性および見
掛は気孔率を改善することには、ある程度の限界がある
。したがって、耐火物１３に金属を含浸させる難易は、
主に本加圧工程で印加する圧力に依存することになる。

般に、高い圧力を印加するはと金属を含浸させることが
できる。しかしながら、印加する圧力が耐火物の圧縮強
度以上になると、耐火物自体の破壊、金属含浸量の減少
あるいは金属含没後の耐火物の熱間強度の低下が生じる
ので、耐火物の圧縮強度より小さい圧力を印加しなけれ
ばならない。また、耐火物に圧力を印加しない場合は、
耐火物の内部圧と溶融金属２中衡し、溶融金属を開気孔
内部に含浸させることができないので、ある程度の圧力
を印加しなければならない。

したがって、本加圧工程で印加する圧力は、耐火物の種
類と含浸させる金属の種類の組合わせによって変化する
のて一慨には言えないが、約１　ｋｇ／　ｅＪ以上であ
ることが必要であり、かつ本発明に用いる耐火物の圧縮
強度より小さいことが必要である。

焼鈍工程 前記浸漬工程では、耐火物１３は溶融金属２中に浸漬さ
れており、耐火物自体もかなりの高温になっている。こ
の耐火物を室温まで冷却する際、急激に冷却すると、耐
火物中に含浸された金属が急激に凝固し、耐火物に割れ
やひびが生じてしまう。したがって、本焼鈍工程によっ
て、高温まで加熱された耐火物を徐々に室温まで冷却す
る。本焼鈍工程には、従来の焼鈍炉を用いることができ
る。

上述の予熱工程、金属含浸工程および焼鈍工程によって
、耐火物の開気孔に金属を含浸させることができる。例
えば、見掛は気孔率１５容積％のジルコニアレンガを脱
気し、溶融させた鉄の中に浸漬し、２０ｋｇ／ｃ♂の圧
力をかけて、金属を含浸させた場合、見掛は気孔率は０
．２容積％まで低下した。

（発明の効果） 本発明の方法によって、耐火物の開気孔に金属を含浸さ
せることができ、耐スポーリング性および耐スラグ浸潤
性が優れている金属含浸耐大物を製造することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の金属含浸耐火物の製造方法を概念的
に示した図。 第２図は、金属含浸加圧炉の断面図。 １・・・加圧装置、２・・・溶融金属、３・・・密封空
間、５・・・耐火物保持装置、６・・・搬送装置、８・
・・真空弁、９・・・加熱コイル、１２・・・予熱コイ
ル、１３・・・耐火物

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質の耐火物を予熱する工程と、予熱された耐
   火物の開気孔内に存在するガスを脱気する工程と、脱気
   された耐火物をシリンダ状容器内の溶融金属中に浸漬す
   る工程と、前記シリンダ状容器内に摺動自在に設けられ
   たピストン状加圧板によって耐火物が浸漬されている溶
   融金属に圧力を印加することにより、溶融金属を耐火物
   に含浸させる工程とを具備する金属含浸耐火物の製造方
   法。
2. （２）多孔質の耐火物を予熱する工程と、予熱された耐
   火物をシリンダ状容器内の溶融金属中に浸漬する工程と
   、溶融金属中に浸漬された耐火物の開気孔内に存在する
   ガスを脱気する工程と、前記シリンダ状容器内に摺動自
   在に設けられたピストン状加圧板によって耐火物が浸漬
   されている溶融金属に圧力を印加することにより、溶融
   金属を耐火物に含浸させる工程とを具備する金属含浸耐
   火物の製造方法。
3. （３）多孔質の耐火物の開気孔内に存在するガスを脱気
   する工程と、脱気された耐火物を予熱する工程と、予熱
   された耐火物をシリンダ状容器内の溶融金属中に浸漬す
   る工程と、前記シリンダ状容器内に摺動自在に設けられ
   たピストン状加圧板によって耐火物が浸漬されている溶
   融金属に圧力を印加することにより、溶融金属を耐火物
   に含浸させる工程とを具備する金属含浸耐火物の製造方
   法。