JPH032825B2

JPH032825B2 -

Info

Publication number: JPH032825B2
Application number: JP57203863A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tanaka; Sachoshi Isomura; Hitoshi Nakamura; Akira Watanabe; Takeo Okamura; Satomi Kawahara
Original assignee: Kyushu Refractories Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 1982-11-19
Filing date: 1982-11-19
Publication date: 1991-01-17
Also published as: JPS5992975A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は取鍋、炉外精錬炉、タンデイツシユ
等（以下単に取鍋等という）の主として製鋼用の
溶融金属容器の内張り耐火物として有用な塩基性
不定形耐火物に関するものである。近年、製鋼においては高級鋼種の需要増大に伴
なう連続鋳造、脱ガス処理、取鍋精錬などの採用
により出鋼温度が上昇し、取鍋等の使用温度は高
くなり、しかも鋼の取鍋内滞留時間が長くなるな
ど取鍋等の使用条件はますます苛酷となつてい
る。このため取鍋等の内張り耐火物としてこれまで
汎用されていた高けい酸質耐火物に代えてジルコ
ン質あるいは高アルミナ質等の高級耐火物が使用
されるようになつてきているが、これらはスラグ
耐食性の点で充分満足する耐用が得られていない
のが現状である。このスラグ耐食性の向上による耐用の飛躍的増
大と共に、鋼の清浄化を図る目的で塩基性耐火物
を取鍋等に適用する試みがなされてはいるが、塩
基性耐火物の宿命である熱的および構造的スポー
リングによる亀裂の発生と、この亀裂への地金侵
入と耐火物の剥離の発生による損耗によつて、塩
基性耐火物の有する優れた効果を活用できず、未
だ実用化されるまでには至つていない。取鍋等の施工面では、れんが積み施工から流し
込み、振動成形などを利用する不定形施工への移
行が行なわれている。この不定形施工は、(1)れん
が積み施工に比べて簡便である。(2)施工現場での
発塵などがなく作業環境が改善される。(3)中間修
理時に継ぎ足し施工が可能でれんがの場合のよう
に残寸のある未使用部を廃却しないですみコスト
低減となる。(4)耐火物製造時の焼成などが不要で
省エネルギーとなる。などの利点が多いが、なか
でも最大の利点は施工時間の短縮による省力化で
ある。例えば150ton取鍋の施工の場合、従来のれ
んが積み施工では３日を要するところが、流し込
み施工では僅か半日で終了するのである。しかして前述した塩基性耐火物を不定形施工す
れば最適であると考えられるが、塩基性不定形耐
火物による取鍋等の溶融金属容器は、れんが積み
施工に比較しても強度が小さく、体積変化が大き
く、また充填が悪いうえに塩基性材料の特性であ
る熱膨張が大きく、溶融スラグを吸収しやすいこ
とが重なつて亀裂の集中発生と剥離が起る欠点が
ある。これらの問題を解決すべくこれまでにも種々の
試みがなされている。例えば(1)添加水分を少なくする。(2)流し込み施
工時にバイブレーターを使用する。(3)乾式施工す
る。などの検討がなされ、これらの対策によりあ
る程度の改善はされているが未だ不十分である。本発明者らは、塩基性不定形耐火物施工体の加
熱冷却に伴なう亀裂の発生について詳細に検討し
た結果、加熱冷却に伴なつて施工体内に発生する
熱応力は、特にマトリツクス部を伝播して組織的
に特に弱い点に集中し、大きな亀裂となる。とこ
ろが施工体内に粗粒が存在すると、不定形施工体
ではマトリツクス部に比較して粗粒部の方が組織
が強固であるので応力の伝播は止まる。しかし粗粒があまり大きくない場合応力の伝播
が粗粒との境界に達すると、粗粒を回り込む形で
伝播する。この粗粒の粒径がある程度以上に大きいと、応
力の伝播が粗粒を回り込むことができず、そこで
伝播が止まり、結局応力が一点に集中することな
く、分散された状態で留まることになる。従つ
て、マトリツクス中に極く微細な亀裂が発生する
ことはあつても、集中して大きな亀裂になること
はなく、地金の侵入や剥離の発生にはつながらな
いことがわかつた。即ち、粗粒が楔的役割を果し
ていることになるのである。この亀裂の集中を止
めることのできる粗粒の最小粒径は、種々の実験
の結果、50mmであることを見出し、さきに特許出
願を行つた（特願昭57−135389号）。つまり粒径50mm以上の粗大粒を用いると、塩基
性不定形耐火物の取鍋等への適用が可能である。しかしながら例えば300tonというような超大型
取鍋等の溶融金属容器に粒径50mm以上の粗大粒を
配した塩基性不定形材を使用した場合には、鋼浴
の一部に亀裂が発生し、地金の侵入が見られた。この亀裂の発生と地金の侵入の状況について、
さらに詳しく検討した結果、マトリツクス部に発
生した微細な亀裂が大きくなり、地金が侵入して
いた。この亀裂も施工体内に発生する熱応力によ
るものである。拘束下において、施工体内に発生する熱応力
は、耐火材料の熱膨張率が大きいほど大きくな
り、また施工体が大きいほど大きくなるのであ
る。施工体がそれほど大きくなければ前述したよう
に、発生した熱応力は比較的組織がルーズである
マトリツクス部の塑性変形によつて吸収される。粗粒部にも熱応力は発生するが、粗粒部はマト
リツクス部に比べて強度が大きく、応力による塑
性変形は起りにくく、粗粒部の応力もマトリツク
ス部により吸収される。このマトリツクス部に吸
収された応力は微細な亀裂として残り、その亀裂
も粗大粒によつて分断されている。施工体が大きくなると、塩基性材料、特にマグ
ネシアは熱膨張率が大きいため、発生する熱応力
も大きくなり、マトリツクス部で応力を吸収しき
れず、亀裂が微細な状態で留まらず、地金が侵入
しうるような大きさの亀裂となることが判明し
た。本発明者らはさらに検討を進めた結果、この亀
裂は粗粒部の熱応力が主原因であることを突きと
め、この解決手段としてマトリツクス部に比較し
て熱膨張率の小さい材料による粗大粒を使用する
ことを見出したものである。即ち、この発明はマトリツクス部に比べて熱膨
張率の小さい材料を使用して製造した粗大粒を配
した塩基性不定形耐火物材であり、これによつて
施工体内の粗粒部に発生する熱応力は小さくな
り、従つてマトリツクス部の塑性変形によつて十
分に応力は吸収され、併せて粗大粒の効果により
集中した亀裂の発生はなく、これにより地金の侵
入や剥離の発生にはつながらないのである。実際にこの発明の塩基性不定形耐火材を超大型
取鍋（300ton）に使用した結果をみても、連続し
た集中亀裂はなく、従つて地金侵入や剥離は起こ
らなかつた。粗大粒にマトリツクス部と同じ耐火
材料のものを使用した場合は、粗大粒を使用しな
い場合ほどではないが、一部に集中した亀裂が発
生し、地金の侵入がみられた。この発明の塩基性不定形耐火材は、粗大粒とし
て粗大粒以外の塩基性耐火物より熱膨張率の小さ
い材料よりなる粒径50〜90mmの粗大粒を15〜60重
量％配合してなるものであり、粗大粒の粒径は50
〜90mmが適当であつて、50mm以下では発生した熱
応力の伝播が粗大粒で阻止できず、亀裂の集中が
起り、粒径90mm以上では混練、あるいは施工時に
流動性が低下し粒分離が起りやすい。また粗大粒の配合割合は、15〜60重量％が良
く、15重量％以下では施工体中の粗大粒の数が少
なすぎ、亀裂の分断が十分でなく、集中亀裂が発
生し、地金侵入、剥離がおこるのである。また60重量％以上では混練時や施工時の流動性
が低下するので好ましくない。この発明の粗大粒に使用される塩基性耐火材料
としては、粗大粒以外の成分と反応して低融点物
を形成したり、スラグ耐食性を低下させないもの
で、熱膨張率が小さければ小さいほど好ましい
が、粗大粒以外の塩基性耐火材料の熱膨張率より
10％以上小さいことが必要である。そのような塩基性耐火材料としては、例えばマ
グネシア−アルミナ質、クローム鉄鉱、クローム
−マグネシア質、マグネシア−シリカ質等が適当
である。一方、粗大粒以外の塩基性耐火材料における材
料中のMgOとCaOの含有量は合計で50重量％以
上が好ましい。これはその合計量が50重量％以下
では塩基性耐火材料のスラグに対する耐食性が著
しく失なわれるためである。 MgOとCaO以外の成分としては、SiO₂、
Al₂O₃、ZrO₂、TiO₂、Cr₂O₃などであつて、
MgOやCaOと反応して融点を下げたり、その他
の特性を著しく低下させるものでなければよい。
そのような塩基性耐火材料としては、例えば海水
マグネシアクリンカー、天然マグネシアクリンカ
ー、安定化ドロマイトクリンカー等が挙げられ
る。粗大粒として使用される材料は、マトリツクス
部に使用される材料に比べてスラグ耐食性のやや
劣るものもみられるが、粗大粒自身スラグ耐食性
がマトリツクス部に比較して大きいため心配はな
い。この発明にて用いる粗大粒としては、圧縮強さ
が300Kg／cm²以上、好ましくは500Kg／cm²以上、見
掛気孔率は20％以下であることが必要である。これは圧縮強さが300Kg／cm²未満では熱応力に
よつて粗大粒自身に亀裂を生じたり、マトリツク
ス部に発生した亀裂を止めることができないおそ
れがあり、また見掛気孔率が20％をこえると、粗
大粒中にスラグが侵入しやすくなつて好ましくな
いためである。次にこの発明で使用する粗大粒の製造方法とし
ては、公知のれんが製造法により原料を粒度配合
し、バインダーを加え混練、成形、焼成したもの
を粗砕して篩分ける方法、ペレツター、転動造粒
機その他の方法で造粒し、そのまま使用する方
法、あるいは天然クローム鉄鉱をそのまままたは
焼成後粗砕して篩分ける方法など各種の方法が用
いられ、前述の物性等の諸条件を満足するもので
あれば特に限定するものではない。この発明による塩基性不定形耐火物の粗大粒以
外で、特に施工法、性状などに影響を及ぼすもの
は、微粉部（粒径0.125mm以下）である。この微
粉部に使用される耐火材料は、前述の通りである
が、混練に水を使用する場合には遊離のCaOはな
るべく少ないものが好ましい。そしてこのような微粉の使用量は、粗大粒の使
用量によつて調整されるが、耐火材料のうちの25
〜35重量％とするのが好ましい。耐火材料以外では必要に応じて結合剤、減水
剤、分散剤、解膠剤、爆裂防止剤、増粘剤など通
常不定形耐火物に使用されるものを適宜用いれば
よく、結合剤としては、自硬性または熱硬化性物
質、例えばリン酸アルミニウム、アルミナセメン
ト、けい酸ソーダ、マグネシアセメント、硫酸ア
ルミニウム、粘土、エチルシリケートなどがあ
る。減水剤、分散剤、解膠剤としては、リン酸塩、
けい酸塩、スルホン酸系化合物などが、また爆裂
防止剤としては、各種界面活性剤が用いられる。これらの物質を適当量用いれば、流し込み施工
の場合にはボンド部の粘性は比較的大きく、粗大
粒を用いても沈降による粒分離は起こりにくい
が、バイブレーターを使用する場合には増粘剤と
して公知のパルプ廃液、シリカゲル、粘土、
CMC、アルギン酸ソーダ、PVAなどを少量添加
すれば粗大粒の沈降を防ぐことができる。この発明による粗大粒を使用した塩基性不定形
耐火物の取鍋等への施工方法としては、流し込
み、スタンプ、振動成形など公知の施工法を採用
すればよいが、なかでも流し込み施工法が最も好
ましい。この流し込み施工の場合には、粗大粒その他の
耐火材料、結合剤などの添加剤を秤量し、ボルテ
ツクスミキサー、モルタルミキサー、セメントミ
キサーなど、なるべく圧縮を伴なわないミキサー
類を用いて混合し、次いで水を固形物の５〜８％
加えて３〜20分間混練し、型枠に流し込む。脱型
までの養生時間は気温に左右されるが、0.5〜４
時間程度が好ましい。その後昇温乾燥され使用さ
れる。この発明による低熱膨張率材料よりなる粗大粒
使用の塩基性不定形耐火物は、特に高温で使用さ
れる取鍋等の内張り耐火材として使用され、塩基
性材料の弱点である亀裂の発生とそれに伴なう地
金の侵入と剥離を粒径50〜90mmの粗大粒の使用に
よつて防止するものである。特に、通常に使われる粒度構成の塩基性不定形
材にみられる稼動面より30〜50mm内部に集中的に
発生する亀裂が粒径50〜90mmの粗大粒を使用する
ことにより分断され、連続した亀裂とはならない
のである。さらに粗大粒に熱膨張率の小さい耐火材料を用
いることにより、超大型取鍋のように大きな施工
体においても亀裂の発生と地金の侵入を防ぐこと
ができ、塩基性材料のスラグ耐食性の特徴を十分
に発揮させるものである。同時に熱膨張率の小さい粗大粒の使用により、
耐火物層の熱による体積安定性、耐溶鋼摩耗性お
よび骨材効果による強度を併せ持たせて塩基性材
料と不定形材料の利点を十分に利用できるもので
ある。以下実施例によつてこの発明を詳細に説明す
る。実施例１（粗大粒の製造） (1) 電融スピネルを粒度配合し、30％にがり水溶
液を耐火材料の３重量％加えてウエツトパンで
混練し、450tonプレスで並型れんが形状に成型
後、トンネルキルン中で1580℃で焼成した。得られた焼成れんがをジヨークラツシヤーを
用いて粗砕し、篩分けにより90〜50mmとした。製造した粗大粒の化学組成と物性を第１表の
No.１に示した。 (2) クロム鉄鉱35重量％、海水マグネシアクリン
カー65重量％よりなる耐火材を用いて(1)と同様
の方法で粗大粒を製造した。その化学組成と物
性は第１表のNo.２の通りである。 (3) 天然クローム鉄鉱をトンネルキルン中1420℃
で焼成後、ジヨークラツシヤーで粗砕し、篩分
けにより90〜50mmとした。製造した粗大粒の化学組成と物性は第１表の
No.３に示した。 (4) 焼結性をよくするため、CaOを富化した海水
マグネシアクリンカーを用いて(1)と同様の方法
で粗大粒を製造した。その化学組成と物性は第
１表のNo.４に示した。

【表】実施例２〜６取鍋を想定した直径３ｍ、高さ1.5ｍの鉄製容
器の内側に114mm厚さに断熱れんがを築造し、そ
の中央に層厚が200mmとなるように鉄製中子を設
置した。そして第２表に示した粗大粒および耐火材料の
配合物とバインダーをボルテツクスミキサーで混
合し、水を加えて３分間混練後、上記容器内に流
し込み施工した。なお粗大粒以外の耐火材料には第３表に示す化
学組成の海水マグネシアクリンカーを使用した。２時間放置後中子を取除き、直ちに酸素−プロ
パンバーナーにより100℃／hrの昇温速度で1000
℃まで昇温し、３時間保持後放冷した。冷却後、
表面の亀裂の状態を観察した。その後再び100℃／hrの昇温速度で1600℃まで
昇温し、10時間保持した。その後熱間において、
第３表に示す化学組成の取鍋スラグの吹付けを行
つた。この吹付けにより、炉は1000℃程度まで冷
却されたので再度100℃／hrで1600℃まで昇温し
た。このスラグ吹付け−昇温の操作を５回繰返した
のち放冷した。放冷後施工体の亀裂、剥離の状態
を観察した。その結果は第２表の通りである。なお、粗大粒等の配合組成を異ならせた以外は
実施例２〜６と全く同じ方法で実験を行つた比較
例１〜４についてもその結果を第２表に示した。なお、比較例１は熱膨張率においてこの発明の
特許請求の範囲外の粗大粒（第１表のNo.４）を用
いたもの、比較例２と３は粗大粒の使用量がこの
発明の請求範囲外のもの、比較例４はこの発明で
規定する粗大粒を使用していないものである。

【表】

【表】上記第２表の結果から明らかなように、熱膨張
率の小さい材料よりなる粒径50〜90mmの粗大粒を
15〜60重量％使用した流し込み材は、1000℃加熱
冷却後における亀裂の発生は見られなかつた。ま
た1600℃加熱冷却後においても集中した亀裂はな
く、亀裂幅も１mm以下と小さく、剥離の発生はみ
られなかつた。しかしながら粗大粒を使用しないもの、熱膨張
率の大きい粗大粒を使用したもの、あるいは熱膨
張率の小さい粗大粒の使用量の少ないものは、
1000℃加熱後で亀裂が発生し、1600℃加熱冷却後
においては、その亀裂の長さ、幅はいずれも大き
くなり、一部では剥離を伴なつていた。これによりこの発明の耐火物の優秀性が認めら
れた。実施例７実施例３の配合の流し込み材を300トン取鍋に
施工厚み180mmに全体施工した結果、亀裂の集中
発生はなく、地金の材料中への侵入や剥離は起こ
らず、比較例１の材料を施工した場合の1.3倍の
耐用を示した。

Claims

【特許請求の範囲】

１塩基性耐火材料中に粒径50〜90mmの粗大粒で
あつて、その熱膨張率が該粗大粒以外の塩基性耐
火材料の熱膨張率より小さいものを15〜60重量％
配合したことを特徴とする溶融金属容器用塩基性
不定形耐火物。