JPH05246767A - ガス吹込み用耐火物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐食性と耐スポーリング性を兼ね備えたガス
吹込み用耐火物を従来にない新規で、しかも簡便な方法
で製造するものである。 【構成】 粉状および／または塊状の耐火材料と金属あ
るいは合金の粉末または繊維などとの混合物を成形ある
いは容器に充填後加熱することによって製造した耐火材
料を金属で結合した構造を有するガス吹込み用耐火物で
あって、この加熱を加圧状態で行うこともでき、さら
に、加熱を黒鉛または黒鉛と耐火材料よりなる容器内で
該容器を通電しながら常圧下または加圧下に行えばいっ
そう簡便にガス吹込み用耐火物が製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶融金属にガスを吹込む
ための耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から鉄鋼業において、精錬容器中で
の温度偏差の解消や冶金反応の促進等の目的で溶銑、溶
鋼中に不活性ガスや酸素、空気などを吹込む操業が実施
されている。特に、転炉における吹錬作業の短縮や冶金
反応の促進、副原料歩留り向上の目的から底吹き羽口の
重要性が指摘されている。この羽口は耐火物とガス供給
管から構成されたもので、溶鋼やスラグと接触し高温に
曝されると同時にガスによる冷却作用が加わり羽口部分
の耐火物は溶損に加えて熱的スポーリングを起こし損耗
していた。

【０００３】このような過酷な状態にある羽口に使用さ
れる耐火物としては、マグネシア・ドロマイト質、マグ
ネシア・カルシア質などの酸化物系耐火物（例えば、特
開昭５７−７８６４号公報参照）やマグネシア・カーボ
ン質、マグネシア・カルシア・カーボン質などの炭素含
有耐火物（例えば、特開昭５４−５４９０４号公報参
照）が開発され使用されてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸化物
系耐火物の羽口は耐食性には優れているけれどもスポー
リングによる損傷が大きい欠点がある。一方、炭素含有
耐火物で形成された羽口もスポーリング性と耐食性を兼
ね備えているものの、稼働面からやや内側でスポーリン
グを起こしたり、強度的に溶鋼摩耗に弱い点があり、さ
らに炭素含有耐火物はＦｅＯや酸素により炭素が酸化さ
れてしまうと耐火物の損傷が助長されるという別の欠点
を有している。

【０００５】この羽口の耐食性と耐スポーリング性の両
方を満足させるものとして、特開平２−２６３９１１号
公報に開示されているように、最近多孔質の耐火物に溶
融金属を含浸した羽口が提案されている。この方法は画
期的な方法であるが、羽口が収納される容器とその容器
全体を金属の溶融温度以上に加熱する装置と、加えて容
器全体を脱気および加圧する必要があり装置が膨大とな
る。さらに、多孔質耐火物へ溶融金属を含浸する場合、
多孔質耐火物であっても密閉気孔が存在し、こうした密
閉気孔への金属の含浸は不可能であり、耐用性低下の原
因となる。また、開放気孔についても自由に気孔率を調
整して金属の含浸量をコントロールすることはできない
という難点を有している。

【０００６】本発明は、羽口耐火物の損耗状況や容器内
の羽口近傍にできるマッシュルームと呼ばれる笠状の固
体金属の形状や組成について本発明者らの詳細な調査結
果に基づいて完成したもので、上述したような従来の問
題点を解消し、しかも特開平２−２６３９１１号公報の
ものより簡便で耐用もよいガス吹込み用耐火物の製造方
法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、耐火材料を金属で結合した構造を有する
ガス吹込み用耐火物の製造方法であり、粉状および／ま
たは塊状の耐火材料と金属あるいは合金の粉末または繊
維などとの混合物を成形あるいは容器に充填後加熱する
ことを第１の特徴とし、この加熱を加圧状態で行うこと
を第２の特徴とし、さらに加熱を黒鉛または黒鉛と耐火
材料よりなる容器内で該容器を通電しながら常圧下また
は加圧下に行うことを第３の特徴とするものである。

【０００８】本発明に使用される耐火材料の材質は従来
のガス吹込み用耐火物と同じものが使用でき、マグネシ
ア質、カルシア質、ドロマイト質、マグクロ質、スピネ
ル質、アルミナ質、シリカ質、ジルコニア質などの１種
あるいは２種以上であるが、転炉羽口の場合にはマグネ
シア質などの塩基性素材を主体とするものが好ましい。
これに炭素材料を添加することも可能である。また、こ
れら材質の１種あるいは２種以上を成形後粉砕して粒度
を整えたものやその類似品を使用することもできる。そ
の粒度構成は耐食性と耐スポーリング性との兼ね合いを
もとに決定するが、粗粒を主体とし、耐食性を重視する
場合は細粒部分を多くし、耐スポーリング性を重視する
場合は細粒部分を少なくする。１５〜４０mmの粗大粒を
使用すると耐スポーリング性を低下させずに耐食性をよ
り向上させることができる。

【０００９】この耐火材料を結合する金属または合金は
溶融温度１２００℃以上のものが使用可能であるが、何
らかのトラブルでガスの吹込みが減ったり止まったりし
た場合の危険を回避するため１５００℃以上のものが好
ましい。代表的なものはステンレス鋼、鋼鉄、銑鉄、ク
ロム、ニッケル、シリコン、フェロクロム、フェロシリ
コンなどの１種あるいは２種以上の組合せであり、形状
は粉末または繊維などが適している。その添加量は５〜
５０重量％とする。添加量が５重量％未満では耐スポー
リング性が低下し、５０重量％を超えると耐食性が低下
する。使用する金属あるいは合金の粒度は０．１mm以
下、好ましくは０．０５mm以下が望ましい。この粒度が
大きすぎると製品内部に気孔が多くなりスラグや溶鋼の
侵入により耐食性が低下する。

【００１０】本発明のガス吹込み用耐火物の製造方法は
粒度調整した耐火材料と金属あるいは合金粉末を混合し
成形あるいは容器に充填後加熱するもので、プレスなど
の適当な成形装置によりガス吹込み用耐火物の形状に圧
縮成形したり、振動成形などで所定の形状とする。この
際に成形物の形状を保つために既知の結合剤を使用する
ことは構わない。あるいは耐火材料と金属粉末の混合物
を適当な容器に充填後加熱して金属粉末が溶融すると同
時に耐火材料が所定形状に充填させることも可能であ
る。なお、この場合は冷却後加工が必要になる場合もあ
る。この成形物あるいは充填物を電気炉などの加熱装置
で加熱する。加熱温度は金属あるいは合金粉末の融点よ
り１００℃程度低い温度以上が適当である。加熱時間は
５分から２時間の範囲である。この温度範囲で加熱する
ことにより成形体中の金属あるいは合金粉末は溶融ある
いは軟化状態となり粉末同士が結合しマトリックス部は
金属の連続層となり耐火材料と一体化する。その際成形
体中に存在する気孔はそのまま密閉気孔として保持され
る。

【００１１】本発明の製造方法において加熱は常圧下で
行うことが可能であるが、これを加圧下で行うとより緻
密な製品とすることができる。加圧下で行う場合は成形
体を適当な耐熱容器に加圧密封し加熱する。成形も含め
てホットプレスやホットアイソスタティックプレスで行
うことも可能である。加圧下で加熱する場合は加圧の程
度に応じて加熱は融点よりさらに低い温度で行うことが
できる。

【００１２】さらに、本発明の製造方法における加熱を
黒鉛容器中で行うと好都合である。黒鉛容器は黒鉛のみ
で構成することも可能であり、黒鉛と耐火材料との混合
物であってもよく、いずれにしても通電することにより
成形体中の金属粉末の融点付近まで加熱できるものであ
ればよい。この黒鉛容器に電極を付け電源装置より電力
を供給して黒鉛容器自体を発熱させる。この容器を密閉
できる構造とすれば加圧下での加熱も可能となる。この
黒鉛容器を使用する方法は特に加熱装置を必要としない
簡便な方法である。

【００１３】

【作用】本発明のガス吹込み用耐火物は溶融金属と接し
てはいてもガス流により冷却されるため結合金属が溶融
して崩壊することはないのである。従来羽口用耐火物と
して使用されているマグネシア・カーボン系耐火物で
は、耐火材料の結合はカーボンボンドであるが、本発明
では微粉部に金属の粉末や繊維などを使用するため金属
が完全に連続しており結合は完全に金属結合である。従
って構造体の熱間強度はほぼ金属のそれであり非常に大
である。また、ボンド部が金属のため耐火物内の熱伝導
がよく熱勾配を生じないので熱的スポーリングに強く、
同時に荷重に対する変形が大きく耐機械的スポーリング
性も大幅に向上する。さらに、稼働面にボンドに使用さ
れた金属が露出しているため溶製金属とボンド部の金属
との合金化作用により更に堅固な保護層が発達し羽口耐
火物の損耗速度の軽減となる。一方、多孔質耐火物に金
属を含浸させる方法と本発明の方法とを比較しても、本
発明の方法は金属の含有量が自由に変えられるため耐食
性と耐スポーリング性とのバランスをとることができ、
しかも結合が前者は耐火物のケミカルボンドやセラミッ
クボンドが残っているので耐スポーリング性がそれほど
向上せず、せっかくの金属含有の効果が十分に発揮でき
ない。製造方法についても本発明の方法では、耐火物を
成形後加熱するだけでよく、特に容器として黒鉛容器を
用いれば大がかりな加熱装置は不要であり、金属を溶融
し含浸する手間もなく、非常に簡便にガス吹込み用耐火
物が製造できる。

【００１４】以上本発明について転炉羽口を主に説明し
たが、溶融金属容器でガス冷却を伴う部分や電気炉など
の水冷ボックスに連接した部位などに一般に使用でき
る。

【００１５】

【実施例】黒鉛製の円筒スリーブに表１の配合を混練、
プレス成形した後、黒鉛スリーブに通電加熱し１５００
℃に昇温し１５分間保って羽口スリーブれんがを製造し
た。なお、実施例１および２はマグネシアクリンカーの
みで粒度構成の異なるもの、実施例３はマグネシアクリ
ンカーと比較例１のマグネシア・カーボンれんがの破砕
品を併用したものであり、比較例は従来のマグネシア・
カーボンれんがによるものである。

【００１６】上記の羽口耐火物に孔をあけガス吹込み管
をセットし３５０ｔ上底吹き転炉に使用した。損耗速度
は表１に示した通りである。実施例のものはいずれもス
ポーリングなく耐食性もよかったが、比較例の羽口はス
ポーリングによる折損があったため平均損耗速度が大き
くなっている。また、耐用は実施例１および３はいずれ
も２０００〜３０００heatもの耐用を示し、特に実施例
２のものは４０００heat以上使用できた。これに対し比
較例１のものは１６００heatで熱間交換せねばならなか
った。

【００１７】このように本発明のガス吹込み耐火物は従
来にない高熱間強度でしかも耐摩耗性、耐食性に優れた
ものである。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明法によって
得た耐火物は、内部に金属が連続的に結合しているた
め、熱間強度が大きく、また、耐スポーリング性も大幅
に向上している。また、成形後加熱するだけの非常に簡
易な方法で耐火物を製造できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高長 茂幸 岡山県備前市香登西字塚の北433−２ (72)発明者 内田 峯夫 岡山県岡山市南方３丁目２−19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉状および／または塊状の耐火材料と金
   属あるいは合金の粉末または繊維などとの混合物を成形
   あるいは容器に充填後加熱することによって耐火材料を
   金属で結合することを特徴とするガス吹込み用耐火物の
   製造方法。
2. 【請求項２】 加熱を加圧状態で行うことを特徴とする
   請求項１記載のガス吹込み用耐火物の製造方法。
3. 【請求項３】 加熱を黒鉛または黒鉛と耐火材料よりな
   る容器内で該容器に通電しながら行うことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載のガス吹込み用耐火物の製
   造方法。