JPH04332386A - 窯炉内面のコーティング材料と方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窯炉内面のコーティン
グ方法、鉄鋼製造プロセス等において使用する窯炉の内
張のコーティング方法に関するもので、内張耐火物を補
強し、溶鋼清浄度の維持向上に寄与する施工法に関する
。

【０００２】

【従来の技術】最近、鉄鋼製造プロセスでは連続鋳造の
急速な普及や鋼の高級化の要求が高まり、鋳込工程での
取鍋やタンディッシュなど窯炉の使用条件が変化し、内
張りの高性能化が進んできた。例えば、取鍋においては
一部精錬工程を受け持つ等使用条件が変化し、不焼成高
純度アルミナ質またはＭｇＯ−Ｃレンガの部分張り等多
くの改良がみられるようになった。また、タンディッシ
ュにおいては連々指数の増大による材質の塩基性化と共
に、堰や介在物吸着フィルターを設置する等、炉材、形
態面での改善も盛んとなっている。

【０００３】また、省力化の観点からは耐火物の不定形
化や施工の機械化が進み、高アルミナ質や塩基性質の不
定形化が実施されるようになってきた。しかし、一般に
不定形耐火物や不焼成レンガでは焼成された定形レンガ
と異なり組織の結合状態は有機系もしくは無機系バイン
ダーの結合強度に初期強度が依存するため脆弱であり、
焼結した結合状態に達するまでは、熱的あるいは機械的
衝撃に弱く、剥離が生じ易い。このような剥離は鋼の清
浄度を維持向上させる上で好ましくない。

【０００４】一方、溶鋼取鍋では、溶損バランスを得る
ために、スラグライン部や炉床部で含炭素型耐火物を使
用するが、そのような場合には極低炭素鋼の溶製に際し
ては炭素ピックアップの懸念が大きく好ましくない。こ
のため、溶製鋼種別に内張内容をかえた取鍋を準備する
場合が多く、製鋼工場内に保有する鍋基数を増やす結果
となり、製鋼工程での内張炉材コストを引き上げるばか
りでなく、作業上も取鍋の振り当て作業を煩雑な状況に
至らしめている。

【０００５】そこで、本発明者等は溶射によるコーティ
ングに着目した。鉄鋼プロセスでの溶射の活用は、製鋼
炉では転炉等での湿式吹付法の代替技術として進歩して
きた。この溶射方法は主に次のように区分できる。■コ
ークス粉等の固形燃料、ＬＰＧ　、灯油等の気体あるい
は液体燃料を熱源とする火炎法、■プラズマ炎を用いる
法　（プラズマ法）　、■金属粉のテルミット反応熱を
利用する方法　（テルミット法）の三つである。

【０００６】これらの溶射方式は、従来の湿式方法に比
べ壁面を過冷却しないため、接着強度が優れ、耐用性が
高まると考えられている。しかし、燃料燃焼方式をとる
火炎法では火炎温度を高くすることが困難なため、２０
００℃を越える融点の高い耐火物原料を使用することが
できず、溶射皮膜の耐久性は劣る。プラズマ炎によるプ
ラズマ法では容易に一万度を越える熱源が得られるもの
の、熱源等付帯設備が膨大で汎用性に欠ける面を有する
。一方、従来のテルミット反応熱を利用するテルミット
法では、Ｓｉを多用するため、生成するＳｉＯ２はフリ
ーの状態で多量に生成するので鋼質清浄化に悪影響を及
ぼす。

【０００７】このような観点から、特開昭５８−５５３
８４　号、特開昭５８−８５０９０　号等においては、
水プラズマ溶射法が検討されている。また、特公昭４９
−４６３６４　号公報ではテルミット法が検討されてい
る。しかしこれらの従来技術は種々の可能性を示唆する
のみで、最近の不定形化が先行した取鍋やタンディッシ
ュに対する具体的な適用方法については全く記載がなく
、示唆するところもない。特に、特公昭４９−４６３６
４　号公報の開示する方法は施工対象がＳｉＯ２質ライ
ニングであって、塩基性、特にＣａＯ　質ライニングに
対してはそのような溶射法はむしろ有害で、前述のよう
な今日的問題に何ら解決手段を示唆するものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように鋳込工程に
おける窯炉の内張り、特に不定形施工した内壁面に高融
点で耐火性に優れたコーティングを施すことは、溶鋼に
接したときの耐食性、溶鋼の清浄度の向上に有効である
が、未だ適切な方法が確立していないのが現状である。 すなわち、従来の例えば取鍋における不定形内張り施工
やコーティング方法における問題をまとめると次のよう
である。

【０００９】■同一工場内で小量多品種製造に対して溶
製鋼種別に内張内容を変えた取鍋を準備する必要があり
、製鋼コスト、作業上きわめて効率が悪い状況に至らし
められる。■不定形内張りに湿式の吹付を行う方法では
、受鋼時の剥離は防止できず、またその効果は一過性で
ある。■従来の転炉等での火炎法による溶射補修法の場
合、材料融点は２０００℃未満で、耐火性が低く、多量
にフリーのＳｉＯ２を含むため耐食性が劣る。■一般に
鋼質の清浄度を保持する材質としてＡｌ２０３−ＳｉＯ
２系より塩基性系が良好であるが、融点が２８００℃で
あるＭｇＯ　を効率よくコーティングさせる方法がない
。■溶射熱源としてＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａおよびそれ
らの合金粉を考えた場合、平均粒径１０μｍ　程度の微
粉は粉塵爆発が生じ易く、材料の製造から使用に至る全
作業工程で防爆に対して多大の施策を要し、実施が困難
である。■ＭｇＯ−ＣａＯ　系あるいはＭｇＯ−Ｃｒ２
０３　系炉材を内張したいわゆる塩基性取鍋は、材質の
熱特性からきわめて熱放散の著しいもので、炉材は耐食
性にすぐれているものの、熱的、構造的スポーリングで
剥離し易く、場所によっては地金付きを生じ、通常の溶
鋼取鍋の１／３　未満の耐用寿命しか得られない。

【００１０】したがって、本発明の一般的目的は、窯炉
内面に高融点で耐火性に優れたコーティング層を施す方
法を提供することである。本発明のより具体的目的は、
窯炉内面に溶射法により例えばＭｇＯ−ＣａＯ　系ある
いはＭｇＯ−Ａｌ２０３　系塩基性コーティング層を施
す方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するため、種々検討を重ねた結果、装置および操作
が簡便なテルミット法に着目し、１０トンの溶鋼取鍋で
溶射施工実験を行って以下の知見を得た。

【００１２】■熱源として易酸化性金属粉、例えば微粉
のＳｉと粗粒のＭｇ粉との組合せからなる易酸化性金属
粉を用い、これに骨材として例えば塩基性骨材を混合し
て得た複合粉体を予め有機樹脂を使って造粒し、６００
　〜７００　℃に予熱した壁面に酸素ガスで吹付けたと
ころ良好なコーティング層が得られた。■さらに施工を
良好ならしめる上で用いた粉粒体に次のような付帯条件
を付与することが特に有効であると判明した。易酸化性
金属粉としてＳｉ粉は平均粒径２０μｍ　未満のものを
用い、Ｍｇ粉は２００　μｍ　〜１００　μｍ　のもの
を用いることで、防爆上の改善が図られる。

【００１３】■金属粉と造粒される塩基性骨材として粒
度２ｍｍ〜０．１ｍｍのもので、空隙率の高いＭｇＯ　
系軽量骨材を用いることで、塩基性コーティング層のマ
トリックス部の改善が図られる。

【００１４】ここに、本発明に要旨とするところは、易
酸化性金属粉と搬送ガスを兼ねた酸素ガスとの組合せを
熱源とした溶射法による窯炉内面のコーティング方法に
おいて、前記易酸化性金属粉のうち、Ｓｉ粉と軽量骨材
を予め有機バインダーを使って造粒したものを配合し、
さらに６００　℃以上に予熱した窯炉内面に酸素ガスと
ともに吹き付けることを特徴とする方法である。

【００１５】本発明の好適態様によれば、主たる前記易
酸化性金属粉は、Ｓｉ粉とＭｇ粉との混合物である。好
ましくは、　　前記Ｓｉ粉の平均粒径が２０μｍ　未満
、前記Ｍｇ粉の平均粒径が１００〜２００　μｍ　であ
る。本発明の別の好適態様によれば、前記骨材が平均粒
度０．１　〜２ｍｍ　、空隙率８０％である。

【００１６】好ましくは、金属粉と共に造粒される前記
軽量骨材は、ＭｇＯ　系であり、必要によりさらにこの
塩基性耐火　（材料）　骨材以外に、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ
３　系あるいはＭｇＯ−ＣａＯ系骨材を含有するもので
あってもよい。前記有機樹脂としては、特定のものに制
限されないが、一般にはフェノール樹脂、ポリ塩化ビニ
ル、およびアクリル樹脂から成る群から選んだ少なくと
も一種の非水系有機樹脂であればよい。

【００１７】別の面からは、本発明は、鋳込終了して排
滓したのちに付着物を除去し、炉温６００　℃以上に予
熱した後、上述のいずれかの方法で厚さ５〜３５ｍｍの
範囲でプロフィルを修復することを特徴とする窯炉内面
のコーティング方法である。なお、本発明が対象とする
窯炉としては、取鍋、タンディッシュなどが想定され、
通常は取鍋、タンディッシュにおけるコーティングに本
発明を適用すると効果的である。酸素ガスを熱源として
用いる溶射法においてはＡｌ粉を着火促進剤として用い
る場合があるが、本発明にあってもそのような着火促進
剤の使用を制限するものではない。

【００１８】

【作用】本発明において金属によるテルミット反応熱を
利用する理由は以下の如くである。すなわち、Ｓｉ粉、
Ｍｇ粉のような易酸化性金属粉は発熱反応後ＳｉＯ２−
ＭｇＯ系の液滴となって溶射層のマトリックスを形成す
る形態をとって凝固するため、溶射直後には可塑性に富
み、相変化の進行で層中の気孔層に比し、強固な結合組
織を形成する。特に、Ｍｇ金属は他の金属に比し急激な
酸化反応性に富み、極めて短時間に大量の発熱能を有す
ると共に、酸化物粒子とのなじみも良い。一方では爆燃
性もあり、そのため好ましくは粒度は２００　〜１００
　μｍ　の範囲に限定される。２００μｍを大幅に越え
るとＭｇＯ　の巨大粒となる恐れがあり、組織構成上好
ましくない。１００　μｍ　未満では既述の如く安全上
取り扱いに特別の注意を要する。

【００１９】Ｓｉは高融点のＭｇＯ　を急速溶融させる
ため細粒が望ましく、平均粒径２０μｍ　未満が望まし
い。また、酸化後ＳｉＯ２の単独粒子の形成は溶鋼への
溶解すなわち溶射層の侵食を促進するのでＳｉＯ２粒生
成を防止する上でも細粒構造が望ましい。さらにＳｉＯ
２とならずＭｇＯ−ＳｉＯ２系の鉱物相、望ましくはＭ
ｇ２ＳｉＯ４　相とするため、ＳｉとＭｇの配合比率は
Ｓｉ／Ｍｇ比で１：２が望ましく、ヒュームロス等を肝
案すると３０／７０〜６０／４０の範囲が好ましい。こ
の範囲を外れる場合、ＳｉＯ２もしくはＭｇＯ　の単独
粒を形成し、得られるコーティング層の耐火物性状が劣
る。特に微粒で空隙率の高いＭｇＯ　骨材と事前に混合
造粒すると、溶射時にＭｇＯ　を溶解し、ＭｇＯ−Ｓｉ
Ｏ２系溶融相となって溶射層を形成する。

【００２０】Ａｌ粉は、一般に着火促進剤として配合さ
れるが、場合によってはＡｌ粉も易酸化性金属として配
合してもよく、その場合にはＡｌ２Ｏ３　を形成し、マ
トリックスの一部となる。本発明の好適態様において、
Ｓｉとの組合せで造粒に供する高空隙率の骨材としてＭ
ｇＯ　質に限定したのは、融点が２７００℃以上と高く
、また低比熱で酸化発熱したＳｉＯ２と反応して容易に
Ｍｇ２ＳｉＯ４　層を得やすいためである。この種の材
料としては海水マグネシアの副成品でＭｇＯ　９５％、
ＳｉＯ２あるいはＢ２０３含有量約１％の多孔質マグネ
シアが好適である。この材料は嵩比重が１．５　〜１．
７で平均気孔径１０〜５０μｍ　のポアを０．５ｃｃ／
ｇ　内包したもので活性に富む。粒度２ｍｍ〜０．１　
ｍｍに限定したのは０．１　ｍｍ未満では造粒時のバイ
ンダー使用量が多くなり、溶射熱源のヒートロスが無視
できなくなるためである。また、２ｍｍ超では空隙率が
低下したものとなり、上記目的が達成できない。

【００２１】上記の金属粉で造粒された骨材と易酸化性
金属粉とを造粒するには、転動造粒機または流動層造粒
機を用いて０．５　ｍｍから３ｍｍ程度の球状粒子とす
る。押出し造粒機では柱状粒子となって被覆が不十分で
あると共に溶射前の気流搬送に不向きである。造粒用バ
インダーとしては非水溶性で熱硬化性を有するものが有
効である。水溶性バインダーは、接着力が弱く、また水
分の蒸気は溶射熱源のロスを招く。具体的には、フェノ
ール樹脂、ポリ塩化ビニルあるいはアクリル樹脂が温風
乾燥しながら骨材に効率良く、Ｓｉ粉を被覆し造粒でき
た。特に、溶射時に熱分解点の低いアクリル樹脂が好適
である。また、一部もしくは全量のＭｇ粉を同時に混合
造粒しても良く、金属粉の防爆の観点では望ましい処理
である。Ａｌ粉の場合には、球状化処理されていれば不
必要である。

【００２２】以上の如く造粒した金属粉被覆によるＭｇ
Ｏ　から成るＭｇＯ　系軽量骨材と残部を形成する骨材
　（例：ＭｇＯ、ＭｇＯ−Ａｌ２０３　、ＭｇＯ−Ｃａ
Ｏ　もしくはＭｇＯ−Ｃｒ２０３）との配合割合は５重
量％以上３０重量％以内とする。金属粉被覆による造粒
骨材の配合割合が５％未満では溶射熱源として満足した
溶射用フレームは得られない。３０％を越えると熱源は
必要十分量確保できるが、多量のＳｉＯ２系鉱物相が溶
射相内に形成され、使用に耐えない。

【００２３】残部の骨材としては、単独ＳｉＯ２粒　（
例えば、石英質粒）　を含まぬ純度が９０％以上のもの
を用いる。具体的には電融ＣａＯ　クリンカー、電融Ｃ
ａＯ−ＭｇＯ　クリンカーあるいは焼結品、電融もしく
は焼結ＭｇＯ−Ａｌ２０３　クリンカー、電融ＭｇＯ−
Ｃｒ２０３　クリンカーが好適である。しかし、例えば
ＭｇＯ−Ｃｒ２０３　系のクロム鉄鉱は脈石として石英
を含むものであり、鉄系酸化物を含むため生鉱石は使用
に耐えない。また、これら材料の粒度は２．５　ｍｍ〜
０．５　ｍｍの造粒粒子より粗いものが良い。２．５　
ｍｍ超では気流搬送時の流動性や材料粒子の均一性に問
題があるが、同時に骨材として緻密であるため溶融が困
難となり、溶射の付着率に影響する。０．５　ｍｍ未満
では溶融性は良いが、吸湿性をおびる場合があり、気流
搬送時の流動性、均一性に問題が生ずる。

【００２４】本発明によれば、以上の如くに構成された
粉体をＯ２ガスで気流搬送して赤熱した炉壁面に吹付け
て材料を着火させて火炎を持続させて溶射層を形成する
。 粉体の飛行速度はＯ２ガス量で調整する。火炎を着火す
るには６００　℃以上でなければならない。このため、
定形耐火物を新たに築炉した新鍋では最低６００　℃と
した予熱を要する。多数回使用した鍋では鋳込完了後、
徐滓を確認して、炉温度を６００　℃以上にしてから溶
射施工する。地金付やビルドアップした壁面ではこれら
を除去し、炉温の確認を行って溶射施工する。

【００２５】通常の条件下では、施工厚さは５〜３５ｍ
ｍの範囲とする。５ｍｍ未満では、１チャージの使用に
耐えない部分も生じ易く、付着率と粉体の供給速度を肝
案して施工する。３５ｍｍを超える場合、溶射層と施工
壁面の変質した旧材もしくは異材質との膨脹差等で熱間
容積安定性が不安定となり、剥離を生じ易い。特に、徐
滓した鍋に施工する場合は炉壁面上でコーティング状態
となっているスラグフィルムの影響を考えると３５ｍｍ
以下で、１５ｍｍ以上の厚さに施工する。１５ｍｍ未満
では受鋼後再加熱状態下でスラグフィルム層からの溶融
、剥離が進行し易い。本発明によれば、以上の如く窯炉
内面にコーティング施工した取鍋を１０００℃以上で保
熱し、溶鋼を受鋼するが、被覆層の剥離は見られず、さ
らに耐用寿命の延長が図られる。

【００２６】

【実施例１】炭化珪素（ＳｉＣ）　電気抵抗体を熱源と
する電気炉内で６５０　℃に予熱した中アルミナれんが
面（５００×５００　ｍｍ）に表１に示す配合構成の材
料、つまり金属粉と共にアクリル樹脂で造粒したマグネ
シア軽量骨材　（粒径１ｍｍ）　に各種骨材を配合した
ものを酸素ガスと共に吹付けて厚さ１０〜１５ｍｍまで
慣用法で溶射し、３０分間熱間で保持して４℃／ｍｉｎ
　の速度で徐冷して３０×７０×１８０　ｍｍのサンプ
ルを切り出した。なお、比較例では造粒は行わなかった
。溶射材の付着量を調べると軽量骨材を用いない比較例
を１００　として本発明によれば１４５　以上であった
。

【００２７】これらのサンプルをルツボ状に張合わせ高
周波誘導炉で２５ｋｇの溶鋼を１６５０℃×２ｈｒ保持
する侵食テストを行った。なお、表１のＡｌ粉は着火促
進材として添加したもので平均粒径５０μｍであった。 結果の複数例を表２に示す。従来の気孔量および侵食量
を１００　として示す。

【００２８】この結果、従来例に比し、本発明に係る溶
射層では見掛気孔率に比して、侵食量は極めて低く、優
れた耐食性を有することが判る。比較例の溶射層組成は
本発明のそれに近似しているが気孔量が多いことから侵
食量は増大している。また各サンプルの稼動面近傍　（
〜５ｍｍ）　をエネルギー分散型Ｘ線アナライザーで微
構造観察したところ、骨材間のマトリックスにＡｌ、Ｓ
ｉの集積がみられた。これに対して従来材ではＳｉＯ２
の溶出が著しく、Ａｌが多くなるが、Ｆｅと共通した領
域に分布してスピネルを形成していた。

【００２９】

【実施例２】容量が５０トンの取鍋の側壁に本発明のコ
ーティング施工を適用し、アルミキルド鋼を鋳込んだ。 取鍋の永久張りれんがは通常のロウ石れんがを内張りし
たもので、ウェアは不焼成ハイアルミナれんが（Ａｌ２
０３　８０　％）　であった。３０　回鋳込後、マス煉
瓦の交換に際し、底部を中間修理した後に、本発明にし
たがってコーティング施工を行った。壁面温度は７５０
　℃で表１に示すＡ材を厚さ１５〜２５ｍｍの範囲で側
壁全面　（スラグライン部を含む）　に施工し、１１５
０℃まで予熱後、受鋼し５回連続使用した。本発明にか
かるコーティング施工前には一部地金付きを除去した後
に予熱バーナーで壁面温度を７５０　℃の設定温度まで
高めた。

【００３０】比較のため、リン酸塩をバインダーとした
ＭｇＯ　系吹付材　（ＭｇＯ　８５％、ＣａＯ　６％）
　を２０〜３０ｍｍの厚さで施工した。適用した取鍋は
同一容量の別個の取鍋で、３４回使用後にマス交換した
中間修理鍋で使用条件はほぼ同一であった。すなわち、
施工時の壁面温度は７５０　℃でさらに１１５０℃まで
予熱後に受鋼した。使用回数は連続３回であった。鋳込
終了後に炉壁の侵食状況と介在の析出状況を比較した結
果を表３に示す。鋳込み終了後侵食深さ（ｍｍ）と鋳込
回数の比を求め、従来の結果（ｍｍ／ｃｈ）　を１００
　とした指数で示した。また、鋼の清浄度については各
施工鍋によりなる鋳片で比較したが、ＪＩＳ−Ｇ０５５
５　により非金属介在物量で比較表示した。

【００３１】この結果、本発明によりなる効果が明白で
あるが、特に溶射施工した鍋ではスラグを一部浸透して
変質した旧材と溶射層の接着状態も良好で、使用中の剥
離はなかったものと見られる。また、各取鍋のスラグラ
イン部には、ＭｇＯ−Ｃ　れんが（Ｃ量１８％）　を内
張りしていたが、従来は炭素ピックアップが１０〜１５
ｐｐｍ　認められていたが、今回の施工鍋では５ｐｐｍ
　未満であった。したがって、使用途中の取鍋で溶射に
よるコーティング施工を行うことにより、清浄性を要求
される鋼種を問題なく受容するこができることが判明し
た。なお、ＭｇＯ　軽量骨材での被覆造粒は、イソ・プ
ロピル・アルコールで１０％濃度にまで希釈したアクリ
ル樹脂を用い、転動造粒機に骨材と既述のＳｉ粉を５：
１の比で装入し、バインダーを噴霧しながら造粒した。 被覆造粒された粒子径とバインダー使用量は転動時間に
応じて増加するが、一定時間造粒後０．５　ｍｍ以上の
ものを回収し構成原料とした。なお、表１のＡｌ粉は着
火促進材として添加したもので平均粒径５０μｍ　であ
った。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明方法に
よりコーティング施工された窯炉は、従来に比較して耐
食性において優れ、溶鋼の清浄度を向上させることがで
きる。特に使用途中の鍋に施工することにより一つの鍋
で任意の鋼種を受容できるこになり、オンラインする鍋
基数を削減することにより産業上益するところ極めて大
である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　易酸化性金属粉と搬送ガスを兼ねた酸
   素ガスとの組合せを熱源とした溶射法による窯炉内面の
   コーティング方法において、前記易酸化性金属粉のうち
   、Ｓｉ粉と軽量骨材を予め有機バインダーを使って造粒
   したものを配合し、さらに６００　℃以上に予熱した窯
   炉内面に酸素ガスとともに吹き付けることを特徴とする
   方法。
2. 【請求項２】　　鋳込終了して排滓したのちに付着物を
   除去し、炉温６００　℃以上に予熱した後、請求項１に
   記載の方法で厚さ５〜３５ｍｍの範囲でプロフィルを修
   復することを特徴とする窯炉内面のコーティング方法。