JPH07291710A - 黒鉛含有耐火れんが - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、溶銑予備処理容器の内張り耐火
物、特に断熱を必要とする部位に使われる耐火物に関
し、その耐用性を損なうことなく熱伝導率を下げた黒鉛
含有耐火物を提供する。 【構成】 平均粒径が７５〜１５０μｍであって、かつ
４４〜２００μｍのものを９０重量％以上含む天然の鱗
状黒鉛を、６〜１５重量％含有することを特徴とする。
本発明の耐火物は、骨材としてアルミナ、マグネシア、
スピネルのうち少なくとも１種類からなる酸化物を９４
〜８５重量％、鱗状黒鉛を６〜１５重量％用い、さらに
金属粉末２〜４重量％を添加した組成からなる。金属は
Ａｌ金属またはＡｌ金属を６０重量％以上含む合金であ
る。また炭化珪素が酸化物骨材を置換するかたちで６重
量％以下添加される。 【効果】 従来の耐火物を用いた場合に比べ溶銑温度低
下が５〜１０℃軽減され、熱補償コストが大幅に改善さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶銑予備処理容器の内
張り耐火れんが、特に断熱を必要とする部位に使われる
耐火れんがに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の高級化にともない脱珪、脱燐、脱硫
プロセスが分割化され、高炉から転炉の間で溶銑予備処
理が実施されている。溶銑予備処理を行う窯炉として
は、混銑車や取鍋があるが、その内張り耐火れんがに要
求される特性としてスラグに対する耐食性がある。

【０００３】高炉からのスラグは塩基度（Ｃ／Ｓ）１程
度であるが、溶銑予備処理によってスラグ塩基度は５く
らいまで上昇する。

【０００４】このため溶銑予備処理容器の耐火れんがに
は広範なスラグ塩基度への耐食性が要求される。

【０００５】一般に酸性耐火れんがは塩基性スラグに侵
食されやすく、塩基性耐火れんがは酸性スラグに侵食さ
れやすいので、溶銑予備処理容器の耐火れんがには中性
のアルミナを骨材に用いている。

【０００６】黒鉛はこの耐火れんがへのスラグの浸潤を
抑制するために用いられる。黒鉛には更に耐熱衝撃性を
向上させる利点もあるが、高温大気中で酸化脱炭しやす
いという欠点がある。従って黒鉛の酸化防止剤として炭
化珪素などが更に添加される。

【０００７】こうして溶銑予備処理容器の耐火れんがと
しては、アルミナ―黒鉛―炭化珪素系れんがが一般的に
用いられるようになった。

【０００８】これら黒鉛含有耐火れんがの主たる損耗
は、黒鉛の酸化あるいは鋼中への溶解であり、耐用性を
向上させるために黒鉛の種類や含有量の検討がなされて
いる。

【０００９】例えば特開昭５９―１６９９６８号公報で
は黒鉛含有耐火れんがの耐食性と耐スポーリング性を向
上させるために、用いる鱗状黒鉛の形態と含有量を開示
している。

【００１０】また特開昭６２―５６３５４号公報では黒
鉛含有耐火れんがの耐酸化性及び耐用性を向上させるた
めの黒鉛の粒径と添加量を開示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで黒鉛含有耐火
れんがは黒鉛の高熱伝導性のために熱伝導率が高い。そ
のため溶銑温度低下や溶銑予備処理反応効率低下の問題
がおきている。

【００１２】この問題に対して操業面では酸素を吹き込
む気酸処理による二次燃焼熱で溶銑温度確保を行ってい
るが、耐火れんがにあっては断熱材の利用などを試みた
がコストにみあう十分な断熱ができていない。

【００１３】これに対し耐火れんが自身の熱伝導率を下
げることが考えられる。しかしながら従来の技術は耐食
性、耐酸化性、耐スポーリング性の向上に重点がおか
れ、熱伝導に関してはほとんど考慮がなされていない
か、むしろ高熱伝導性によって耐スポーリング性を向上
させる利点が強調されていた。

【００１４】そこで本発明は溶銑予備処理容器の内張り
耐火れんが、特に断熱を必要とする部位に使われる黒鉛
含有耐火れんがにおいて、耐用性を損なうことなく熱伝
導性を下げることを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するため黒鉛含有耐火れんがとして、平均粒径が７５〜
１５０μｍであって、かつ４４〜２００μｍのものを９
０重量％以上含む天然の鱗状黒鉛を、６〜１５重量％含
有することを特徴とする。

【００１６】黒鉛源として本発明は天然鉱物から粉砕加
工して得られる鱗状黒鉛を用いる。

【００１７】黒鉛含有耐火れんがの主たる損耗原因が黒
鉛の酸化であることから、耐酸化性を低下させないよう
結晶性の高い鱗状黒鉛を用いる。

【００１８】ところで鱗状黒鉛は鱗片（箔片）状をして
おり、鱗片の厚み方向に層状の構造をとっていて、その
層面方向に熱伝導率が高い。また結晶性が高いほど熱伝
導率が高い。

【００１９】鱗状黒鉛の大きさはその層面の広がりと厚
みで規定できるが、熱伝導率に関しては層面の広がり寸
法によって決まる。

【００２０】従って本発明の耐火れんがでは、鱗状黒鉛
の層面の広がり寸法を粒径と定義し、粒径と添加量を制
御することで耐酸化性を損なうことなく熱伝導率を下げ
ることができる。

【００２１】発明者らは鱗状黒鉛の粒径と添加量が熱伝
導率に及ぼす影響を検討したところ、粒径が小さいほ
ど、また添加量が少ないほど熱伝導率が下がることが分
かった。

【００２２】しかしながられんがの成形性は、粒径が小
さいほど、また添加量が少ないほど悪くなることも分か
った。

【００２３】そこで先ず成形性について検討をしたとこ
ろ、含有量が６重量％未満であると黒鉛が十分に骨材間
に充填せず成形強度が低下して耐スポール性が悪くなっ
た。

【００２４】一方含有量が１５重量％を越えると熱伝導
率を下げるために黒鉛の粒径をかなり小さくしなければ
ならず成形性が悪くなり、強度も低下した。従って鱗状
黒鉛を６〜１５重量％含有すること、より好ましくは８
〜１２重量％が必要であった。

【００２５】次にこの含有範囲で熱伝導率を下げるため
には、含有量が多い場合には粒径を小さくし、少ない場
合には粒径は多少大きくてもよいと考えられた。

【００２６】平均粒径を３０，１００，３００μｍと変
えて実験したところ、含有量が１５重量％の場合、粒径
が約２００μｍを超えると熱伝導率が従来より高くなっ
た。

【００２７】一方耐酸化性は粒径が約４４μｍより小さ
いと従来より悪くなった。従って鱗状黒鉛の粒径は４４
〜２００μｍの範囲にあることが本発明の目的に最適で
あった。

【００２８】工業的に粒径を完全に当該範囲に分級する
ことは難しいが、当該範囲に９０重量％以上含まれ、そ
の平均粒径が７４〜１５０μｍであれば十分である。

【００２９】本発明は溶銑予備処理容器の内張り耐火れ
んがに関してなされたもので、黒鉛以外のれんが成分を
以下に説明する。

【００３０】れんが骨材としては、溶銑予備処理材に対
し耐食性の高いアルミナ、マグネシア及びアルミナとマ
グネシアの化合物であるスピネルを単独にまたは２種類
以上を混合したものを使用することが好ましい。

【００３１】れんが成分の配合量は骨材と黒鉛を合わせ
て１００％を基本とするが、前記のごとく骨材が９４重
量％を超えると骨材間に黒鉛が十分充填することができ
ず耐スポール性が悪くなり、骨材が８５重量％未満であ
ると熱伝導率を下げるために黒鉛の粒径を十分小さくし
なければならず成形性が悪くなってしまう。

【００３２】黒鉛の酸化防止として、金属粉末を添加す
る。添加量は前記黒鉛の配合範囲において２〜４重量％
であることが好ましい。

【００３３】２重量％未満では耐酸化効果が得られない
し、４重量％を超えると金属が酸化したあと組織が緻密
化して耐スポール性が低下する。

【００３４】さらに本発明では、金属粉末がＡｌ金属、
またはＡｌを６０重量％以上含むＡｌ系合金であること
が好ましい。

【００３５】発明者らは実験の結果溶銑予備処理用の黒
鉛含有耐火れんがの黒鉛の酸化防止にＡｌ系金属が最も
良いことを見いだした。

【００３６】Ａｌ金属は酸化した場合骨材成分と同じア
ルミナとなり組織が緻密化することがなかった。また低
温での酸化防止のためには合金化によって金属の融点を
下げ、酸化の原因となる気孔を塞ぐことが効果的であっ
た。

【００３７】合金の成分としては骨材成分に含まれる元
素であればよいが、骨材の主なる成分例えばＭｇ、Ｓｉ
であることがより好ましい。

【００３８】合金中のＡｌが６０重量％以下であると、
酸化後の生成物と骨材との反応生成物がスラグと低融点
化合物を作り易くなり耐食性が低下する。

【００３９】本発明による黒鉛含有耐火れんがを、気酸
処理が高い溶銑予備処理容器の内張り耐火れんがとして
利用するには、高温での黒鉛の酸化防止のためさらに炭
化硅素を添加する。

【００４０】炭化硅素の添加は骨材との置換においてな
される。即ち骨材と合わせて９４〜８５重量％とし、熱
伝導率を高くしないために６重量％を限度とすることが
好ましい。

【００４１】

【実施例１】表１に実施例に用いた本発明によるれんが
（Ｎｏ．５、６、７、１２、１３、１６、１７、１
９）、本発明の特徴から逸脱したれんが、および従来技
術による比較れんが組成を重量％で示す。

【００４２】鱗状黒鉛は、本発明の特徴とする平均粒径
１００μｍ、これより大きい３００μｍ、及び小さい３
０μｍの３種類を用いた。

【００４３】骨材はアルミナ、マグネシア、スピネルの
３種類の組み合わせとし粒径は全て２ｍｍ以下を用い
た。

【００４４】添加物は４種の金属または合金と炭化珪素
で何れも粒径４４μｍ以下のものを用い、金属について
は鱗状黒鉛と骨材の混合物に外掛け重量％で添加し、炭
化珪素は内掛け重量％で添加した。

【００４５】表１に示す配合の原料と、バインダーとし
てフェノール樹脂を３０分間混合した後、一軸プレス成
形機を用いて１０００ｋｇ／ｃｍ³下で２３０ｍｍ×１
１０ｍｍ×６５ｍｍの形状に成形した。

【００４６】その後還元雰囲気中２３０℃で２４時間焼
成してれんがを試作した。試作れんがより試験片を切り
出して以下の評価を行った。

【００４７】熱伝導率は、れんがの２３０ｍｍ方向に長
さ１５０ｍｍで直径２０ｍｍの円柱を切り出し、側面に
５箇所熱電対挿入孔を穿孔し、定常熱流法で測定した。

【００４８】評価結果は比較れんがを１００とした相対
値で示す。数値が小さいほど熱伝導率が小さくなったこ
とを示す。

【００４９】溶損は回転侵食試験で評価した。スラグ塩
基度（Ｃ／Ｓ）３．４、トータルＦｅ５％のスラグを用
い１７００℃で４時間侵食させた。

【００５０】各れんがの侵食長さを測定し、比較れんが
を１００としたときの相対値を溶損指数とする。数値が
小さいほど相対的に耐食性に優れることを示す。

【００５１】熱スポール試験は、れんがの２３０ｍｍ方
向に長さ２３０ｍｍで断面３０×３０ｍｍの角柱を切り
出し、１５００℃の溶銑に９０秒浸漬、３０秒水冷を５
回繰り返しした。

【００５２】試験前後の弾性率Ｅ₁とＥ₂を測定し、その
比（Ｅ₂／Ｅ₁）を耐スポール指数として評価した。数値
が大きいほど相対的に耐スポール性に優れることを示
す。

【００５３】酸化試験は３０×３０×３０ｍｍ試験片
を、大気中１４００℃で１０時間酸化したときの酸化層
厚みを測定した。

【００５４】比較れんがを１００とした相対値を酸化指
数として評価した。数値が小さいほど相対的に耐酸化性
に優れることを示す。

【００５５】表１に評価結果を示す。さらに図１〜４に
鱗状黒鉛の粒径及び添加量と各特性との関係、および本
発明の目的とする特性値の上限値、下限値を図示した。

【００５６】本発明では熱伝導指数を１００以下にする
ことを目的としたため、黒鉛含有量は１５重量％以下
で、さらに粒径が２００μｍ以下であることが好まし
い。

【００５７】溶損指数はより小さいほうが好ましく、本
発明によるれんがは１００以下で十分使用に耐える。

【００５８】一方耐スポール指数は、黒鉛含有量が少な
くなると低下し、６重量％以上、好ましくは８重量％以
上を必要とした。また酸化指数は黒鉛の粒径が小さいと
高くなるため、粒径は４４μｍ以上が好ましい。

【００５９】以上の結果より本発明による黒鉛含有耐火
れんがは比較の従来れんがより熱伝導率を下げ、耐食
性、耐スポーリング性、耐酸化性についても遜色ないも
のであった。

【００６０】

【実施例２】本発明の実施例１のＮｏ．６れんがを混銑
車内張りに適用した。気酸処理回数は通常より２倍ほど
多い条件であったが、本発明のれんがは低熱伝導性のた
めスラグ付着が多く、損耗速度は従来材と差がなかっ
た。溶銑温度低下は従来より平均約５℃軽減した。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【発明の効果】本発明による黒鉛含有耐火れんがを溶銑
予備処理容器の内張り耐火れんがに適用することで、溶
銑温度低下が５〜１０℃軽減され、熱補償コストが大幅
に改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】鱗状黒鉛の平均粒径及び添加量と熱伝導指数と
の関係を示す図。

【図２】鱗状黒鉛の平均粒径及び添加量と溶損指数との
関係を示す図。

【図３】鱗状黒鉛の平均粒径及び添加量と耐スポール指
数との関係を示す図。

【図４】鱗状黒鉛の平均粒径及び添加量と酸化指数との
関係を示す図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平均粒径が７５〜１５０μｍであって、
   かつ粒径４４〜２００μｍのものを９０重量％以上含む
   天然の鱗状黒鉛を、６〜１５重量％含有することを特徴
   とする黒鉛含有耐火れんが。
2. 【請求項２】 アルミナ、マグネシア、スピネルのうち
   少なくとも１種類からなる酸化物骨材９４〜８５重量％
   と黒鉛６〜１５重量％に、その外掛けで金属粉末２〜４
   重量％を添加した組成からなる請求項第１項記載の黒鉛
   含有耐火れんが。
3. 【請求項３】 金属粉末がＡｌ金属または、Ａｌを６０
   重量％以上含むＡｌ系合金であるところの請求項第２項
   の黒鉛含有耐火れんが。
4. 【請求項４】 炭化珪素６重量％以下とアルミナ、マグ
   ネシア、スピネルのうち少なくとも１種類からなる酸化
   物骨材と合わせて９４〜８５重量％、黒鉛６〜１５重量
   ％、外掛けで金属粉末２〜４重量％の組成からなる請求
   項第１項および第３項の黒鉛含有耐火れんが。