JPH02199087A - 金属含浸不焼成耐火物の製造方法 - 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） 本発明は、金属製造炉および熱処理炉等に用いられる不
焼成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、スラグに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
より耐火物組織が破壊されてしまう。

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、レンガ母材の熱応力が大きくなり、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がらも耐スラグ浸
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
拳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℃のタールバスに浸漬し、これに３乃
至４　ｋｇ　／　ｃｄの圧力を加える方法がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のタール含浸レンガは、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、タール含浸の効果は小さい。

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」ニ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
リング性に優れた不焼成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、多孔質の不焼成耐火物を予熱する工程
と、予熱された不焼成耐火物の開気孔内に存在するガス
を脱気する工程と、脱気された不焼成耐火物を溶融金属
中に浸漬する工程と、不焼成耐火物が浸漬されている溶
融金属に０．１乃至２０００ｋｇ／ｃシの圧力を加える
ことにより、溶融金属を不焼成耐火物の開気孔内に含浸
させる工程とを具備する金属含浸不焼成耐火物の製造方
法によって達成することができる。

不焼成耐火物とは、フェノール樹脂等のバインダーを用
いて成形した後、約２００〜３００’Ｃの温度でベーキ
ングして製造された耐火物であり、例えばマグネシア質
レンガ、クロム・マグネシア質レンガ、高アルミナ質レ
ンガ、およびシャモットレンガ等がある。

なお、本発明の金属含浸不焼成耐火物の製造方法におい
て、不焼成耐火物を溶融金属中に浸漬した後、脱気を行
なってもよい。

（作用） 本発明に予熱工程を設けた理由は、不焼成耐火物を予熱
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、不焼成耐火物表面と溶融金属との温度差が
かなり大きいため、溶融金属は不焼成耐火物表面で急激
に冷却され凝固してしまい、不焼成耐火物表面に溶融金
属の被膜が生じてしまうからである。不焼成耐火物表面
に金属波膜が生じると、それ以上不焼成耐火物内部に金
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、不焼成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、
不焼成耐火物表面で溶融金属が凝固することを防Ｉ卜す
る必要がある。

本発明に脱気工程を設けた理由は、不焼成耐火物の開気
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、不焼成耐火物をほぼ完
全に脱気することが重要である。

本発明の加圧工程における圧力を０．１乃至２０００ｋ
ｇ／ｃＪの範囲とした理由は、外圧を全く加えないと、
不焼成耐火物多孔体の内部圧と溶融金属圧が均衡し、溶
融金属が開気孔内部に浸透しないからである。逆に、圧
力が２０００　ｋＨ／ｃｄを越えると、不焼成耐火物自
体が損壊する恐れがある。一般に、圧力が不焼成耐火物
の圧縮強度を越えると、不焼成耐火物臼体の損壊、金属
含浸量の減少ならびに金属含浸後の不焼成耐火物の熱間
強度の低下等が起こるので、圧力は不焼成耐火物の圧縮
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が、本発明は実施例に限定されるも
のではない。

（実施例） まず切めに、第１図を参照しながら、本発明の金属な浸
不焼成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不焼成
耐火物製造装置の一例を表わした図である。第１図によ
ると、金属含浸不焼成耐火物製造装置は、予熱炉２、真
空加圧炉１および焼鈍炉３を具備している。

予熱炉２は、不焼成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。したがって、予熱
炉に要求される性能は、予熱炉壁２′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５が不焼成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。

真空加圧炉１は、不焼成耐火物を脱気し、金属を含浸さ
せる装置である。真空加圧炉１は、加圧ガス供給管７と
吸引管８とを具備している。

吸引管８は、真空加圧炉１内の圧力を約２０〜１０−４
Ｌｏｒｒに減圧するためのものである。それとは逆に、
加圧ガス供給管７は、前記吸引管により減圧させた真空
加圧炉１内に、ガスを噴入して加圧するためのものであ
る。さらに、真空加圧炉１の中には、メタルバス４が配
置されている。メタルバス４は、溶融金属を収容する容
器であるので、耐熱性であることが必要である。このメ
タルバス４には、通常の耐火物を用いることができるが
、特にち密質のものが望ましく、マグネシアルツボが好
ましい。メタルバス４の外壁周囲には、加熱コイル６が
配置されている。この加熱コイル６によって、メタルバ
ス４は金属の融点以上に保たれている。

焼鈍炉３は、金属を含浸させた不焼成耐火物を焼鈍する
ためのものであり、従来の焼鈍炉を用いることができる
。

本発明において、予熱炉２、真空加圧炉１および焼鈍炉
３は、必ずしも一体化されている必要はない。しかし、
第１図に示した通り、これらの炉を一体化し、レール９
、搬送保持アーム１０および駆動装置（図示せず）等か
らなる保持搬送装置によって、ｒ熱炉２、真空加圧炉１
および焼鈍炉３の順に不焼成耐火物を保持および搬送す
ることにより、連続操作することが可能である。

以下、本発明の金属含浸不焼成耐火物の製造方法を詳し
く説明する。

本発明の金属含浸不焼成耐火物の製造方法は、不焼成耐
火物を予熱する工程と、不焼成耐火物の開気孔に金属を
含浸させる工程と、金属を含浸させた不焼成耐火物を焼
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 本予熱工程は溶融金属中に浸漬する前に、不焼成耐火物
を予熱するものである。

本予熱工程の目的は、以下の通りである。

不焼成耐火物は、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、不焼成耐火物を予熱せ
ずにそのまま溶融金属に含浸すると、その温度差により
溶融金属は不焼成耐大物との接触面で急激に冷却され凝
固してしまう。

また、不焼成耐火物は金属により急熱され、熱的スポー
リングを起こし割れてしまう。その結果、不焼成耐火物
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、浸漬前に不焼成耐火物を
予熱することによって、不焼成耐火物表面と溶融金属の
温度差をできるだけ小さくし、不焼成耐火物表面での溶
融金属の凝固を防ぐのである。

ｐｌＡ温度は含浸させる金属の溶融温度以上が好ましい
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。また、本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。

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、不焼成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。

不焼成耐火物の開気孔から空気を除去する理由は、開気
孔内に空気が存在すると、以下の加圧工Ｎ　（ｃ）での
加圧により含浸した金属が、復圧後、開気孔内の圧縮空
気によって排出されてしまうからである。

本脱気工程の目的は、搬送保持アーム１０により不焼成
耐火物１１を予熱炉２から真空圧内炉１内に導入し、真
空ポンプ（図示せず）等を用いて減圧することによって
達成することができる。

不焼成耐火物を脱気するためには、真空加圧炉１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、真空加圧炉１内に溶融金属が存在するため、該溶融
金属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、２０乃至１０−４ｔｏｒｒ程度の減
圧が好ましい。

（ｂ）浸漬工程 本浸漬工程は、脱気された不焼成耐火物１１を溶融金属
中に浸漬する工程であり、脱気された不焼成耐火物１１
を搬送保持アーム１０によりメタルバス４中に浸漬する
。

金属の含浸速度は、溶融金属の不焼成耐火物に対するぬ
れ性と、不焼成耐火物の気孔率と、次工程による圧力と
に依存する。したがって、含浸時間は、用いる不焼成耐
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、１〜１２０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が、不焼成耐火物の脱気を完全に行
なえるという点から、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、不焼成耐火物１１がメタルバス４
内に浸漬されているあいだ加圧し、その圧力を以て金属
を不焼成耐火物１１の開気孔内に含浸させることである
。

加圧方法は、加圧ガス供給管７から真空加圧炉１に加圧
ガスを供給することにより行なう。加圧ガスには、不活
性ガスまたｃコ窒素ガスを用いることが好ましい。これ
は、真空加圧炉内の雰囲気を非酸化性にすることにより
、加熱コイル６の酸化を防止することができ、コイルの
熱効率低下を防止できるからである。

先にも述べた通り、不焼成耐火物１１への金属の含浸難
易（含浸速度）は、溶融金属１２の不焼成耐火物に対す
るぬれ性と、不焼成耐火物の見掛は気孔率と、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、不焼成耐火物に金属を含浸させる難易は、
主に本加圧工程で適用する圧力に依存することになる。

一般に、高い圧力を適用するほど金属を含浸させること
ができる。しかしながら、適用する圧力が不焼成耐火物
の圧縮強度以」二になると、不焼成耐火物自体の破壊、
金属含浸量の減少あるいは金属含浸後の不焼成耐火物の
熱間強度の低下が起こってしまう。したがって、不焼成
耐火物の圧縮強度より小さい圧力を適用しなければなら
ない。

本加圧工程で適用する圧力は、不焼成耐火物の種類と含
浸させる金属の種類の組合わせによって変化するので一
慨には言えないが、約０．１乃至２０００ｋｇ／１４が
適切である。

焼鈍工程 前記浸漬工程では、不焼成耐火物１１は約１５００℃以
上のメタルバス４中に浸漬されており、不焼成耐火物自
体もほぼ同じ程度になっている。この不焼成耐火物を室
温まで冷却する際、急激に冷却すると、不焼成耐火物中
に含浸された金属が急激に凝固し、不焼成耐火物に割れ
やひびが生じてしまう。また、不焼成耐火物の内外に生
じる温度差に起因する熱応力により、熱的スポーリング
を起こす可能性もある。したがって、本焼鈍工程によっ
て、高温まで加熱された不焼成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。

に述の予熱工程、金属含浸工程および焼鈍工程によって
、不焼成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１３．５容積％のマグネシア
・クロム質レンガを脱気し、５ＵＳ３０４溶湯中に浸漬
し、４　ｋｇ　／　ｃシの圧力をかけて、金属を含浸さ
せた場合、見掛は気孔率は０，３容積％まで低下した。

また、変形例として、上記加圧工程（Ｃ）を用いない方
法がある。

第３図に、変形例を示した。

これによると、真空加圧炉内に数メートルの高さを有す
るメタルバス４′が提供されている。本変形例では、搬
送保持アーム１０′により、予熱した不焼成耐火物１１
がメタルバス４′の底まで浸漬されている。本変形例は
、ガス加圧の代わりに溶融金属１２の重量で不焼成耐火
物１１を圧縮するものであり、その他の工程は上記と同
様である。

（発明の効果） 本発明の方法によって、不焼成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不焼成耐火物を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の金属含浸不焼成耐火物の製造方法に
用いることができる装置の一例を表わした図。 第２図は、真空加圧炉の拡大図。 第３図は、真空加圧炉の変形例を示した図。 １・・・真空加圧炉、２・・・予熱炉、３・・・焼鈍炉
、４．４′・・・メタルバス、５・・・予熱コイル、６
・・・加熱コイル、７・・・加圧ガス供給管、８・・・
吸引管、１０・・・搬送保持アーム、１１・・・不焼成
耐火物、１２・・・溶融金属 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質の不焼成耐火物を予熱する工程と、予熱さ
   れた不焼成耐火物の開気孔内に存在するガスを脱気する
   工程と、脱気された不焼成耐火物を溶融金属中に浸漬す
   る工程と、不焼成耐火物が浸漬されている溶融金属に０
   ．１乃至２０００ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力を加えることに
   より、溶融金属を不焼成耐火物の開気孔内に含浸させる
   工程とを具備する金属含浸不焼成耐火物の製造方法。
2. （２）多孔質の不焼成耐火物を予熱する工程と、予熱さ
   れた不焼成耐火物を溶融金属中に浸漬する工程と、溶融
   金属中に浸漬された不焼成耐火物の開気孔内に存在する
   ガスを脱気する工程と、不焼成耐火物が浸漬されている
   溶融金属に０．１乃至２０００ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力を
   加えることにより、溶融金属を不焼成耐火物の開気孔内
   に含浸させる工程とを具備する金属含浸不焼成耐火物の
   製造方法。
3. （３）前記圧力の最大値が、不焼成耐火物の圧縮強度よ
   り小さいことを特徴とする請求項１または請求項２のい
   ずれかに記載の金属含浸不焼成耐火物の製造方法。