JPH0585831A - ガス吹込み用耐火物およびその製造方法 - 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、しかも簡単な方法
で製造したものである。 【構成】 耐火材料よりなる円筒または角柱容器内に粉
状および／または塊状の耐火材料を充填後、充填された
耐火材料の間隙に溶融状態の金属あるいは合金を注入す
ることによって製造するか、あるいは、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る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は転炉の底吹き羽口に代表
される溶融金属にガスを吹込むための耐火物及びその製
造方法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）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）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、最近多孔質の耐火物に溶隔
金属を含浸した羽口が提案されている（特開平２−２６
３９１１号公報）。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り、簡便に行えるもの
ではない。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は存在し、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】

【課題を解決するための手段】本発明者らは羽口耐火物
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生成過程、形状および組成
などについて詳細に調査した結果、特開平２−２６３９
１１号公報のものより簡便で耐用もよいガス吹込み用耐
火物を完成したもので、本発明は耐火材料を特開平２−
２６３９１１号公報のように成形することなく、直接金
属で結合した構造を有するガス吹込み用耐火物とその製
造方法であり、その第一の製造方法は、耐火材料よりな
る円筒または角柱容器内に粉状や塊状の耐火材料を充填
後、充填された耐火材料の間隙に溶融状態の金属あるい
は合金（以下単に金属という）を注入し、耐火材料を金
属で結合するものである。また、第二の製造方法は、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（以下単に金属粉末という）との混
合物を成形あるいは容器に充填後加熱して、耐火材料を
金属で結合するものである。本発明のガス吹込み用耐火
物は耐火材料同士が結合するのではなく、耐火材料を金
属で結合することに特徴を有するものである。

【０００７】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。

【０００８】この耐火材料を結合する金属は溶融温度１
２００℃以上のものが使用可能であるが、何んらかのト
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る。特に本発明の
第二の製造方法の場合には後述するように金属を必ずし
も溶融させなくてもよいのでタングステン、モリブデン
などの高融点の金属も使用可能である。最終的な金属と
耐火材料との割合は金属が１０〜８０重量％とする。金
属量が１０重量％未満では耐スポーリング性が低下し、
８０重量％を越えると耐食性が低下する。

【０００９】次に、本発明のガス吹込み用耐火物の製造
方法について説明する。まず第一の製造方法は充填され
た耐火材料の間隙に溶融状態の金属を注入し、耐火材料
を金属で結合するものである。充填する耐火材料の粒度
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。この耐火材料は最終製品のガス吹込み用耐火
物の形状に合わせた円筒または角柱容器に充填される。
容器の材質は注入される溶融金属に耐え得るものであれ
ばよく、この容器を溶融金属の融点以上に加熱する。容
器の材質については特に限定はされないが、黒鉛または
黒鉛と耐火材料との混合物が特に好適である。黒鉛を使
用すれば、黒鉛に通電することによって容器を直接発熱
させることが可能で、別途特別な加熱装置が不要である
利点がある。

【００１０】黒鉛製の容器を用いて本発明のガス吹込み
用耐火物を製造する装置の模式図を図１に示す。図の５
は黒鉛を含む円筒または角柱（以下単に黒鉛円筒とい
う）であり、これに電極３を付け電源装置４より電力を
供給して黒鉛円筒５自体が発熱するものである。この黒
鉛円筒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
電により結合金属の融点以上まで加熱できればよい。そ
の黒鉛円筒の形状は製造するガス吹込み用耐火物に合わ
せて円筒や通柱とする。中心にガス供給管の寸法に合っ
た黒鉛丸棒を設けてもよい。丸棒を設けた場合は製造さ
れたるガス吹込み用耐火物はそのまま使用でき、丸棒を
設けない場合は後でボーリングしてガス供給管用の穿孔
をする。

【００１１】図１の黒鉛円筒５内に粒度調整した耐火材
料を入れ、電源装置４より黒鉛円筒５に通電し加える溶
融金属の流動性が十分に保てる温度まで加熱する。黒鉛
円筒５内が一定温度になった後、溶融金属を注入ロート
１から耐火管２を通じて注入口８より注入する。耐火材
料７に細粒部分が多い場合は溶融金属が完全に注入でき
ないので、必要により注入に先立って脱気孔６より脱気
する。溶融金属の注入が完了したら黒鉛円筒５の通電を
止め冷却する。この装置全体は断熱材１０により囲うと
省エネルギーとなる。

【００１２】本発明の第二の製造方法は、粒度調整した
耐火材料と金属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。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。成形
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
同時に耐火材料を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。

【００１３】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２００℃程度低い温度以上が適当である。加
熱時間は５分から５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。

【００１４】通常は金属部分は加熱により溶融して金属
の連続相となるが、融点の高い金属粉を使用する場合に
は溶融せずに焼結させるだけでも本発明の目的は達せら
れる。焼結によれば、融点よりより低い温度での製造が
可能である。

【００１５】なお、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
隔点よりさらに低い温度で行うことができる。

【００１６】さらに、本発明の製造方法における加熱を
第一の製造方法で述ベたような黒鉛容器中で行うと好都
合である。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。

【００１７】

【作用】本発明のメタルボンド耐火物では耐火材料が成
形体でなく充填体であり、耐火材料同士の接触は少なく
金属が粒界を占めるため、マトリックス部の金属が完全
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。さらに、耐火材料と金属との複合
体であるため、通常の耐火物と比較して弾性率が低く、
強度が高いという特徴を有している。即ち、同じ強度で
あれば弾性率が従来の成形耐火物より低く、弾性率が似
たものでは強度が大である。さらに都合のよいことに
は、本発明のガス吹込み用耐火物はボンド部が比較的融
点の低い金属であっても、ガス流により冷却されるため
溶融金属と接してはいても結合金属が溶融して崩壊する
ことはないのである。

【００１８】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
ーボンボンドであり、本発明の金属結合は強度的に強
く、また、マグクロれんがのダイレクトボンドのように
強度は大きいが弾性率もおおきいものに比べると、本発
明では弾性率が低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、羽口部分に生成するマッシュ
ルームと本発明の羽口耐火物とよく接合し、カス流の衝
撃などによりマッシュルームがちぎれることが少なく、
マッシュルームによる羽口の保護がより強くなる。加え
て、溶製金属と本発明耐火物の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。

【００１９】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。

【００２０】

【実施例】

実施例１〜３ 図１類似の黒鉛製円筒スリーブに表１の配合を混合装填
した後、黒鉛スリーブに通電加熱し１６００℃に保っ
た。次いでスリーブ内に１６００℃に溶融加熱したステ
ンレス鋼を注入し羽口スリーブれんがを製造した。な
お、比較例１は従来のマグネシア・カーボンれんがによ
るものであり、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で使用したマグネシア・カーボン
れんが破砕品を併用したものである。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例４〜６ 黒鉛製の円筒スリーブに表２の配合を混練、プレス成形
したものを入れ、黒鉛スリーブに通電加熱し１３５０℃
に昇温し１時間保って羽口スリーブれんがを製造した。
なお、比較例は表１の比較例１と同じものであり、実施
例４および５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６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
のである。

【００２３】

【表２】

【００２４】各実施例、比較例（実施例１〜３および実
施例４〜６と比較例１）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および２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がなく耐食性もよかったが、
比較例１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
のものはいずれも２０００ｈｅａｔ以上の耐用を示し、
特に実施例２および５のものは転炉４０００ｈｅａｔ無
交換使用できた。これに対し比較例１の従来の羽口は１
６００ｈｅａｔで熱間交換せねばならなかった。

【００２５】

【発明の効果】この実施例のように本発明のガス吹込み
用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、使用中にスポーリングによる損耗
も見られなかった。以上説明したように、本発明によっ
て得られた耐火物は、内部に連続した金属の結合相が存
在しているため、熱間強度が大きく、逆に弾性率は低
く、耐スポーリング性も大幅に向上している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガス吹込み用耐火物の製造方法の模式
図

【符号の説明】

１ 溶融金属注入ロート ２ 耐火管 ３ 電極 ４ 電源装置 ５ 黒鉛円筒 ６ 脱気孔 ７ 耐火材料 ８ 注入口 ９ 注入金属 １０ 断熱層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 三郎 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (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３−２−19 (72)発明者 高橋 宏邦 岡山県備前市伊部1799−１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐火材料を金属で結合した構造を有する
   ことを特徴とするガス吹込み用耐火物。
2. 【請求項２】 耐火材料よりなる円筒または角柱容器内
   に粉状および／または塊状の耐火材料を充填後、充填さ
   れた耐火材料の間隙に溶融状態の金属あるいは合金を注
   入し、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。
3. 【請求項３】 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。