JPH0568424B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は鉄鋼業等に用いられる耐火物に関する
ものである。

［従来の技術］ 純酸素転炉操業は上吹から底吹き、および上底
吹へと大きな変革をもたらし、その変革を大きく
支えたのがマグネシア・カーボン煉瓦の出現であ
つた。昭和40年代前半に主として電気炉むけに開
発されたマグネシア・カーボン煉瓦はタールで結
合され還元焼成された焼成品であつたが、40年代
後半に入つて熱硬化性レジンを耐火物用結合材に
利用することによつて不焼成マグネシア・カーボ
ン煉瓦が開発され50年代前半は、それまで主流で
あつた焼成ドロマイト煉瓦が耐耐性能で２倍以上
優れる不焼成マグネシア・カーボン煉瓦に急速に
置き換えられていつた時代である。50年代後半に
入つてマグネシア・カーボン煉瓦の性能向上が図
られ、マグネシア・クリンカーの高純度化、粗大
結晶化、黒鉛の高純度化、電融マグネシアの利
用、真空大型プレスを用いた高純度化、酸化防止
のための金属添加等種々の改良によつて、相当性
能は向上した。他方、転炉操業の方も主流は上底
吹きで定着したがマグネシア・カーボン煉瓦の内
張りは、かつての焼成ドロマイト煉瓦に較べて補
修材の付着が悪く、局部溶損対策がむつかしくな
り材質の性能とライニング厚を変えることによつ
て損耗バランスをとることが余儀なくされた。特
に底吹ノズルのある底部および鋼浴部の損耗、エ
ネルギー補償操業による炉腹の損耗等、損耗部位
も多様化し、ますますレベルの高いところでバラ
ンスをとる高性能炉材の要求が強くなつてきた。
高価な電融マグネシアを大量にもちいたマグネシ
ア・カーボン煉瓦を最も厳しいところに配したと
ころで精一杯の状態であり、損耗の少ない部分は
大きな残厚のまま廃却される無駄も生じている。

従来形のマグネシア・カーボン煉瓦もほぼゆき
つくところに到着しており、経済性を加味した炉
材の高性能化の尽きない要求を満たすためには、
このマグネシア・カーボンの壁をつき破る新しい
耐火物技術の開拓が強く望まれている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、マグネシア・カーボン煉瓦を構成す
るマグネシアとカーボンの機能の研究の成果とし
て得られたものであり、下記に詳述するごとく、
煉瓦も構成する強い骨材のスラグコーチング効
果、および反応層保護効果に着眼し、骨材の効果
を最大限に発揮せしめるため、骨材の特に粗粒子
の形状、大きさ、分布密度、方向性をコントロー
ルして新規な耐火物を創作し、溶融金属容器用内
張りとして画期的な性能の耐火物を提供すること
を目的としている。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、黒鉛、コークス、オイルカーボン等
の炭素原料の１種又は２種以上、および又はレジ
ン、ピツチ、タール等の高炭素残留樹脂の１種又
は２種以上を含有する炭素含有耐火物において、
主量成分としての耐食性骨材が長柱状をなし、そ
の長柱状の耐食性骨材の長手方向が溶融金属又は
スラグとの接触面に対して略垂直方向に配列され
ていることを特徴とする溶融金属容器用耐火物で
ある。

［作用］ 以下に本発明の作用を説明する。先ず従来のマ
グネシア・カーボン煉瓦について説明する。

マグネシア・カーボン煉瓦の有利性は、そこに
用いられたグラフアイトおよび結合部の炭素から
もたらされている。グラフアイトの高熱伝導性に
よつて稼働面の温度が下がり、侵食反応のスピー
ドが著しく低減されるだけでなく、グラフアイト
の濡れに対する抵抗性によつて外来スラグの浸潤
が稼働面の極く薄い表層にとどめられている。従
つて煉瓦の侵食は主として、酸素分圧による気相
酸化、スラグ等の液相酸化、内在するSiO₂、
Fe₂O₃等不純物の触媒的作用による酸化等グラフ
アイトおよび結合部の炭素の酸化が律速するもの
である。次に従来のマグネシア・カーボン煉瓦の
骨材について述べる。

マグネシア・カーボン煉瓦の骨材粗粒子は、そ
の化学組成および結晶構造にあつて、SiO₂、
Al₂O₃、Fe₂O₃、B₂O₃等の不純物を低減すること
によつて、実験室でも実炉でも煉瓦の損耗スピー
ドが低減し、耐食性能は向上している。

このように重要視される骨材粗粒子が、多くの
使用済み煉瓦を回収し観察した結果、殆どの場合
炭素を含む微粒子部分（以下マトリツクス部とい
う）から突出しており、場合によつては脱落した
大きな孔の部分も見受けられる。高純度電融マグ
ネシアは原粒形を保ちながらの突出であり、焼成
マグネシア・クリンカーはやや丸く角がとれて突
出しており、概して高純度品の方が突出度が大き
い。従つてマグネシア・カーボン煉瓦の骨材粗粒
子は稼働面を洗う流動溶損に対して防波堤のよう
な役割を演じてスラグコーテイングを促進し、粘
稠な反応層を保持する作用があつて、マトリツク
ス部の侵食作用を低減せしめる効果がある。現実
に、トツプサイズ５mmのマグネシア・クリンカー
を用いた煉瓦とトツプサイズ１mmのマグネシア・
クリンカーを用いた煉瓦とでは、実炉テストにお
いて前者の損耗スピードが30％小さかつた。

第３図に上底吹転炉で用いた従来のマグネシ
ア・カーボン煉瓦の断面図を示したが、１は突出
したマグネシア粒子、２はコーチングしたスラグ
層、３は脱落したマグネシア粒子の抜けあと、４
は原煉瓦組成である。マトリツクス部の侵食が進
んで、粗骨材の原煉瓦に喰いこんだ根の部分が少
なくなると突然３のように脱落し、一挙にその抜
けあとにスラグがアタツクするので次の粗骨材が
現われるまでかなり速いスピードで侵食が進行す
る。

本発明者等の数多くの写真観察によつて、この
脱落は根の部分が粗骨材の30〜40％で起つてお
り、粗骨材の突出表面のみが、やや丸味をおびる
ところまで侵食抵抗体として寄与するが、次に脱
落して部分的には瞬間侵食スピードが大きくな
る。このような部分の集合で稼働面が構成されて
いるので脱落を防止することが重要である。

次に本発明の好ましい構成は黒鉛、コークス、
オイルカーボン等の炭素原料の１種又は２種以上
および又はレジン、ピツチ、タール等の高炭素残
留樹脂の１種又は２種以上を含有する炭素含有耐
火物である。ここで炭素含有耐火物とした理由は
炭素の濡れに対する強さによつてスラグの浸潤を
防止できるからである。同様な濡れの抵抗性は
BN（六方晶）でも期待できる。場合によつては
SiC、B₄Cにも期待できる。浸潤が防止できない
マトリツクスの構成では、本発明の長柱状の耐食
性骨材を用いる特徴は消失し、浸潤層が次々に構
造的にスポーリングないし剥離する。本発明者等
は濡れに強い性質をもつた安価な材料の代表とし
て黒煙、コークス、オイルカーボン等を、および
またはレジン、ピツチ、タール等を含有すること
としたが、BNが耐火物原料として経済ベースに
載れば当然これを利用できる。

本発明は、また主量成分である耐食性骨材が長
柱状をなし、その長柱状の耐食性骨材（以下長柱
状骨材と略記する）が煉瓦稼働面（溶融金属との
接触面）に対して垂直方向に配列されることを特
徴とする耐火物である。長柱状骨材の成分は転炉
であればマグネシア、あるいはジルコニア、他の
容器であればアルミナ、マグネシア・ドロマイト
系、マグ・クロ系等侵食に強いものであれば利用
できる。転炉でマグネシアライム系についても利
用できるクリンカーが出現している。転炉の出孔
口および羽口ではジルコニアも適当である。高炉
では今後SiC、Si₃N₄骨材のような非酸化物系で
展開できる。要は、これらの成分から成る長柱状
骨材がマトリツクス部よりも侵食に強いことが条
件であり、突出したこれらの長柱状骨材がスラグ
を造膜し、マトリツクスを保護することにある。

次に長柱状骨状の形状、寸法について説明す
る。第１図は長柱状骨材の例示である。５はスト
レートな棒状物で、例えば直径が５mm、長さが30
mmのものでは、長さが侵食によつて減少してきて
２〜３mmになると脱落し易い。６はネジ切状の凹
凸部を設けたもので、これは減つた状態でも脱落
し難い。７は大きな凹部を有するもので、これも
脱落に対して効果的である。８，８Ａは断面が丸
形で８Ａは凹凸部を有するもの、９，９Ａは断面
が四角形で９Ａは凹凸部を有するもの、１０，１
０Ａは断面が六角形で、１０Ａは同じく凹凸部を
有するものである、凹凸部を有することによつて
脱落に対しては効果的であるが反面、クリンカー
製造時の折れ、煉瓦成形時の折れを生じ易いので
一長一短である。その他原料特性によつては結晶
構造的に柱状結晶、劈開性等により、破砕時に柱
状物が得られるものがあるが、これ等も利用でき
る。その例を第５図に示す。

長骨状骨材を分けて、断面直径が３〜５mmのも
のをＡ型、１〜３mmのものをＢ型、0.3〜１mmの
ものをＣ型と以後称するが、従来の骨材のような
粒度充填はあまり必要としない簡便さがある。

長柱状骨材の長さは上述の如く形状によつても
異なるが、長さは直径あるいは横断面の外接円直
径の３倍以上15倍未満のものがよい。あまり長く
すると製造上の折れと使用上のスポーリングが起
り易くなるので好ましくない。

第２図は直径４mmの長さ30mmのＡ型長柱状骨材
を５mm方眼に配列した断面、及び側面の図であ
る。この場合は、長柱状骨材の占める部分が体積
の約50％で、その他が炭素を含むマトリツクスで
ある。同じ断面構造で芯間距離を変えずに直径５
mmの長柱状骨材にすると、長柱状骨材の体積は76
％まで可能である。更に4.5mm角にすると長柱状
骨材の体積は78.4％まで可能である。この場合の
すきまは何れも１mmで、そこにマトリツクス部が
ある。これを更に正六角形で１辺2.6mmの長柱状
骨材にすると、長柱状骨材の体積は93％まで可能
である。この六角形の場合は隣の辺との間に、ど
こも１mmのすきまを残している。要は形を選ぶこ
とによつてマトリツクスの存在を損うことなく長
柱状骨材の体積比をどのようにでも加減すること
が可能である。

煉瓦の大きさ、厚み、形状によつて長柱状骨材
を使い分けすることがあるが、本発明者等が実施
する溶融金属容器の場合はＡ型、Ｂ型の場合が多
い。第２図の矢印は稼働面を示し、突出した長柱
状骨材の根元がスラグ付着による反応層である。
長柱状骨材の体積比を上げることにより、マトリ
ツクス部の耐食性は、そう大きな問題ではなくな
り、むしろMgO＋Ｃ→Mg＋COの還元反応を抑
制するためにCaOの活用や酸化防止用金属の使用
量低減等、別の観点での検討が可能となつた。次
に本発明の耐火物の製造方法を実施例として述べ
る。

［実施例］ クリンカーメーカーが用いる押出し成形機およ
びロール方式の造粒器を用いて、第１図５の形状
物と６の形状物を断面丸形で成形し、小形のロー
タリーキルンを用いて1900℃で焼成し、直径４
mm、長さ30mmの長柱状骨材を製造した。この長柱
状骨材のカサ比重は3.45でその組成はMgO：98.5
％、SiO₂：0.3％、Fe₂O₃：0.5％、B₂O₃：0.02％
であつた。

耐火物製造用の下廻りミキサーに25℃に保温し
た上記の長柱状骨状300Kgと純度98％で粒度0.2mm
の鱗状黒煙100Kgを投入し、市販の高炭素残留性
のレジンと硬化剤を各々16Kg、１Kgを加え、長柱
状骨材および黒鉛のまわりにレジンをまぶした
後、200μ以下100％、74μ以下82％の高純度マグ
ネシア・クリンカー（MgO：98.6％）を加えて
約40分間混練した。その配合物を第４図に示す方
法でモールド内で長柱状骨材の方向性をもたせ
た。第４図の１３は側壁および下部の金属、１４
は配合物、１５は強靭でフレキシブルな布地に巾
20mm、厚さ0.6mm、長さは金型長さマイナス0.5mm
のバネ鋼を10mm間隔に張り付けた配合物転がしベ
ルト、１７はそのベルトに張りつけたバネ鋼で、
１６はバネ鋼とバネ鋼の間の布地のみの部分であ
る。ベルトを一方に長く引つ張るか又は交互に引
き上げることによつて配合物はずりを生じなが
ら、長柱状骨材の全ては煉瓦の長方向に再配列し
た。再配列が完了した段階で一方向にベルトを引
抜き、金型内を配合物のみとした。

油圧加圧方式で1500Kg／cm²の圧力で150mm×150
mm×450mmの煉瓦を成形した。

乾燥炉に入れて200℃でレジンを硬化せしめ、
煉瓦としての一般品質を測定した結果、カサ密度
3.10、見掛気孔率1.7％であつた。

高周波電気炉を用いて溶鋼とスラグの侵食試験
を行つた結果、従来の高純度電融マグネシアを60
％用いた最高級のマグネシア・カーボン煉瓦の損
耗を100とすると47の損耗があつた。

この煉瓦を上底吹転炉の比較的損傷の激しい出
鋼口周辺およびスラグラインの交点に内張り、テ
ストした結果、500回出鋼までに周囲の高純度電
融マグネシアを使用した従来のマグネシア・カー
ボン煉瓦よりも100mm以上突出し、著しく優秀で
あることが分かつた。

［発明の効果］ 以上述べてきたように本発明は、長柱状骨材の
形状、大きさ、配列をコントロールするという点
で、従来の耐火物製造技術とは大きく異なるもの
であり、その性能において画期的な効果をもたら
すものである。

即ち本発明による耐火物は、転炉、電気炉を始
めとする製鋼炉のダイナミツクなアブレージヨン
に対して従来品に比べて1.5〜２倍の耐食性能を
示し、画期的な性能の向上が認められた。即ち本
発明品はスラグの付着を促進し、スラグのリフレ
ツシユを阻止するためにスラグによる液相酸化を
遅らせ、且つ気相酸化を防止する点で著しい改良
である。今後、AOD、VOD、LF鍋、DH、RH、
製鋼用取鍋、高炉用内張、出銑樋、出鋼樋等多く
の使用箇所で、その著しい使用効果が期待され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は長柱状骨材の形状を例示した図、第２
図は長柱状骨材とマトリツクスを示す図、第３図
は従来の煉瓦の使用後の断面図、第４図は本発明
の耐火物の製造方法を例示した図、第５図は原料
の破砕時に得られる長柱状物を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 黒鉛、コークス、オイルカーボン等の炭素原
   料の１種又は２種以上、および又はレジン、ピツ
   チ、タール等の高炭素残留樹脂の１種又は２種以
   上を含有する炭素含有耐火物において、主量成分
   としての耐食性骨材が長柱状をなし、その長柱状
   の耐食性骨材の長手方向が溶融金属又はスラグと
   の接触面に対して略垂直方向に配列されているこ
   とを特徴とする溶融金属容器用耐火物。