JPH02199088A - 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、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、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、機械的スボ“−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・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℃のタールバスに浸漬し、これに３乃
至４　ｋｇ　／　ｃｊ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、その効果は小さい。

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
って不焼成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、溶融金属を不焼成耐火物に含浸させ
る工程とを具備する金屑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℃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する工程の前に、
不焼成耐火物をＴ−Ｍ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、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１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止す
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。

本発明に加圧工程を設けた理由は、不焼成耐火物が浸漬
している溶融金属に圧力を印加しないと、不焼成耐火物
の内部圧と溶融金属圧とが均衡し、溶融金属が不焼成耐
火物に開気孔中に含浸されないからである。逆に、印加
する圧力が不焼成耐火物の圧縮強度を越えると、不焼成
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］ まず初めに、図面を参照しながら、本発明の金属含浸不
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示した図である。

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■、金属含浸加圧炉！および焼鈍炉■を具備してい
る。

予熱炉■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１
２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ａ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ｌ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ｌは、不焼成耐火物を脱気し、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ｌ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１ａ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は不焼成耐火物保持装置５、搬送装置６、お
よび真空弁７を具備してる。

不焼成耐火物保持装置５は、不焼成耐火物とピストン１
ａとを連結させる装置である。不焼成耐火物保持装置５
には、まず不焼成耐火物をシリンダ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。これによって不焼成耐火物１
３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、不焼成耐火物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１
ｂ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
。

なお、上記の予熱炉■、金属含浸加圧炉！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 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。

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火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、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。

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。

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、不焼成耐火物を保持し
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ｌ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、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、不焼成耐火物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、不焼成耐火物
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１、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ｌｂ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に保持された不焼成耐火物がシリン
ダ１ｂの外にある状態で、金属含浸加圧炉１全体を減圧
し、不焼成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。

不焼成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Ｉ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、不焼成耐火物を溶融金属中に浸漬する工
程であり、ピストン１ａに保持された不焼成耐火物１３
を溶融金属２中に浸漬することにより行なう。これは、
不焼成耐火物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がで
きる。また、不焼成耐火物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の不焼成耐火物１３に対
するぬれ性と、不焼成耐火物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、５〜３
０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、脱気工程は不焼成耐火
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不焼
成耐火物を予熱することにより、不焼成耐火物表面で溶
融金属が凝固するのを防止するためである。

なお、不焼成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、不焼成耐火物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不焼成耐火物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、不焼成耐火物１３への金属の含浸難
易（含浸速度）は、溶融金属２の不焼成耐火物１３に対
するぬれ性と、不焼成耐火物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、不焼成耐火物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。一般に、高い圧力を印加する
ほど金属を含浸させることができる。しかしながら、印
加する圧力が不焼成耐火物の圧縮強度以上になると、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生じるので、
不焼成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、不焼成耐火物に圧力を印加しない場
合は、不焼成耐火物の内部圧と溶融金翼圧均衡し、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、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１　ｋｇ　／　ｃ−
以上であることが必要であり、かつ本発明に用いる不焼
成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、不焼成耐火物１３は溶融金属２中に
浸漬されており、不焼成耐火物自体もかなりの高温にな
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
。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。

上述の予熱工程、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１９．５容積％のマグネシア
レンガを脱気し、Ｆｅ溶湯中に浸漬し、２３　ｋｇ　／
　ｃｄの圧力をかけて、金属を含浸させた場合、見掛は
気孔率は０．０１容積％まで低下した。

［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・・・不焼成耐火物保持装置、６・・・搬送装置
、８・・・真空弁、９・・・加熱コイル、１２・・・予
熱コイル、１３・・・不焼成耐火物 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不焼成
   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、溶融金属を不焼成耐火物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、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
   よって不焼成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、溶融金属を不焼成耐火物に含浸さ
   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）多孔質の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予熱する
   工程と、予熱された不焼成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不焼成
   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、溶融金属を不焼成耐火物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。