JPH07300360A

JPH07300360A - マグネシア質耐火物

Info

Publication number: JPH07300360A
Application number: JP6113776A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamaguchi; 明良山口; Akira Watanabe; 明渡辺; Yoshimitsu Takeuchi; 祥光武内
Original assignee: Kyushu Refractories Co Ltd
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1994-04-30
Filing date: 1994-04-30
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】炭素質材料を含有しないか、あるいは、極少
量含有するマグネシア質耐火物の耐熱スポ−リング性を
強化すると同時に、スラグの浸透とそれを原因とする構
造スポ−リング性も改善されたマグネシア質耐火物の提
供を目的とする。【構成】本発明はスピネル質ウイスカ−を0.1〜10重
量％含有し、残部がマグネシアを主体とする耐火材料よ
りなることを特徴とするマグネシア質耐火物である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は製鋼プロセスにおける転
炉、溶鋼鍋、精錬鍋、ＲＨなどの各種溶融金属容器の内
張り材として使用されるマグネシア質耐火物に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、取鍋などの溶融金属容器の内張り
耐火物は、操業温度の高温下に伴ってロウ石を主体とす
る耐火物から耐スラグ侵食性に優れたジルコン質、高ア
ルミナ質耐火物へと移行し、最近ではスラグが浸透しに
くいアルミナ・スピネル質不定形耐火物なども一般的に
使用されるようになっているが、十分満足できる耐用性
が得られるまでには至っていない。このため特に苛酷な
使用条件下では、マグネシア質材料を主体とするマグネ
シア・カ−ボンれんがやマグネシア・クロム質ダイレク
トボンドれんがなどの塩基性耐火物が使用されている。

【０００３】また、転炉用耐火物としては、転炉導入時
より長年に亘りドロマイト質あるいはマグネシア質れん
がが用いられてきたが、操業条件の苛酷化に伴いより高
品質の耐火物が要求されるようになり、現在では耐スポ
−リング性に優れるマグネシア・カ−ボンれんがが一般
的に用いられるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶融金属容器の内張り
材としては、マグネシア質材料を主体とする塩基性耐火
物が耐スラグ侵食性の点で優れている。しかしながらこ
の塩基性耐火物は、本質的に熱的スポ−リングを惹起し
やすい特性に加えて、次のような欠陥を備えている。マ
グネシア質材料を使用した耐火物は耐スラグ侵食性に優
れているため、耐火物中に侵入した粘性の低いスラグが
そのまま耐火物内部深く浸透し固化すると、マグネシア
部分とスラグ浸透部分との熱膨張率の違いにより構造的
スポ−リングを起こし、耐火物が剥離する現象が発生す
る。この塩基性耐火物におけるスラグの浸透は、焼成れ
んがに比較して気孔率の大きい不焼成れんがや不定形耐
火物において特に顕著である。

【０００５】このマグネシア質耐火物のスラグ浸透の防
止や熱的スポ−リング特性の向上を図ったものとして
は、前述したようなマグネシア・カ−ボン質れんがやマ
グネシア・クロム質ダイレクトボンドれんががある。マ
グネシア・カ−ボン質れんがは、炭素材料のスラグに対
する濡れ難さ、低熱膨張性、高熱伝導性によって耐スポ
−リング性や耐スラグ浸透性が著しく向上するため、転
炉や精錬鍋の内張り材として幅広く使用されている。し
かしながら最近は鋼の高級化が進み極低炭素鋼の溶製比
率の増加などにより、炭素含有れんがの使用は、カ−ボ
ンピックアップの原因となるため好ましくないものとな
りつつある。またマグネシア・クロム質ダイレクトボン
ドれんがは、耐スラグ侵食性や耐スラグ浸透性に優れて
いることから、精錬鍋やＲＨの内張り材として使用され
ている。しかし耐スポ−リング性についていえば、必ず
しも十分満足できるものではなかった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、極低炭素
鋼の溶製にも使用できるようマグネシア質材料を主体と
し、炭素材料をできるだけ含まない耐火物の耐熱的スポ
−リングや耐スラグ浸透性について検討した結果、耐火
物の材料構成をアルミニウム・マグネシウムスピネルウ
イスカ−を含有するマグネシア主体の材料とすることに
より、上述の目的が達成できることを見出し、本発明に
到達したものである。すなわち、本発明はスピネル質ウ
イスカ−を0.1〜10重量％含有し、残部がマグネシアを
主体とする耐火材料よりなるマグネシア質耐火物であ
る。

【０００７】本発明に使用するマグネシア質耐火材料
は、電融マグネシアクリンカ−、焼結マグネシアクリン
カ−、天然マグネシアクリンカ−など既知のマグネシア
質耐火材料を単独で、あるいは、これら材料とマグネシ
ア・アルミナスピネル、酸化クロム、マグネシア・クロ
ムスピネルなどの１種以上と混合して用いることもでき
る。

【０００８】また、スピネル質ウイスカ−はＭｇＯ−Ａ
ｌ₂Ｏ₃系よりなり、あらかじめ合成したものを耐火物の
配合に添加して使用する。このスピネル質ウイスカ−の
添加量は0.1〜10重量％、好ましくは0.3〜3.0重量％と
する。この量が0.1重量％未満であると添加効果が得ら
れないため、耐熱的スポ−リング性や耐スラグ浸透性が
得られない。反対に10重量％を越えると耐火物組織が緩
み、逆にスラグが浸透しやすくなり構造的スポ−リング
を引き起こすことになるため好ましくない。

【０００９】本発明で用いるスピネル質ウイスカ−は、
例えば、アルミニウム、マグネシアおよび炭素質材料を
出発原料として、一酸化炭素ガス雰囲気中で加熱し、間
欠的に炭酸ガスを導入することによる酸化還元反応によ
って調製される。すなわち、出発原料粉末を1300〜1700
℃に加熱した管状炉内に設置して一酸化炭素ガスおよび
炭酸ガスの雰囲気ガスを流入させウイスカ−を生成させ
る。ウイスカ−の形状としては、直径0.5〜10μm、長さ
0.5〜10mm、アスペクト比100〜10000のものが好まし
い。

【００１０】本発明の構成材料としては、上記以外に必
要に応じアルミナ、ジルコニア、窒化アルミニウム、炭
化ケイ素などの材料の内１種または２種以上を使用する
こともできるが、これらの耐火材料総量の50重量％以上
がＭｇＯであることが耐スラグ侵食性の上から好まし
い。また、５重量％未満の量であれば、天然黒鉛、カ−
ボンブラックなどの炭素質材料を添加することもでき
る。さらに炭素質材料を用いる場合は、酸化防止剤とし
てＡｌ，Ｓｉ，Ａｌ-Ｍｇなどの金属や合金を使用する
こともできる。

【００１１】本発明のマグネシア質耐火物は、焼成れん
がや不焼成れんがのような定形耐火物として用いられる
ことはもちろんのこと、流し込み成形材や吹き付け補修
材のような不定形耐火物としても用いることができる。
れんがを製造する場合は、常法に従いマグネシア質材
料、スピネル質ウイスカ−、必要に応じてその他の原料
を秤量し、結合剤を加えて混練後プレス成形する。この
成形体を200〜800℃の温度で熱処理して不焼成れんがと
して、またはこれを1000℃以上の温度で焼成し焼成れん
がとして使用する。結合剤としては、フェノ−ル樹脂な
どの有機結合剤、珪酸ソ−ダ、苦汁などの無機系結合剤
のいずれでも使用できる。

【００１２】また、不定形耐火物としては主として流し
込み成形材や吹き付け補修材として使用される。この場
合も常法通り所定の耐火材料に結合剤、分散剤、可塑
剤、硬化調整剤などを適宜選択し、水その他の溶剤と混
合して使用される。結合剤としてはアルミナセメント、
ケイ酸ソ−ダ、リン酸塩などの他、フェノ−ル樹脂も使
用できる。

【００１３】

【作用】スピネル質ウイスカ−をマグネシア質材料に添
加することにより、熱衝撃によってクラックが発生した
場合でもクラック先端の応力集中をウイスカ−が引き抜
けることにより緩和させることができる。またウイスカ
−の存在によりクラックの成長経路をジグザグに偏向さ
せる。これらの結果、耐熱スポ−リング性が著しく向上
することになる。また耐火物の使用時には、スピネル質
ウイスカ−は、稼働面においてスラグ成分と反応してス
ラグの粘性を増加させることによって、スラグが耐火物
内に浸透するのを抑制し、構造的スポ−リングの発生を
防止する。さらに、スピネル質ウイスカ−は単結晶に近
い形状で高強度であり、しかも熱的に安定な特性を有す
るため、マグネシア質耐火物に添加されると補強効果に
より熱間強度が著しく向上する。

【００１４】本発明に用いられるスピネル質ウイスカ−
の他にセラミックウイスカ−としてはアルミナ質、シリ
カ・アルミナ質、炭化ケイ素質、窒化ケイ素質などのウ
イスカ−が知られている。しかしながら、例えばＳｉＯ
₂を含むシリカ・アルミナ質、炭化ケイ素質、窒化ケイ
素質などのウイスカ−を本発明の目的に使用すると、耐
熱的スポ−リング性は改善できても、耐スラグ浸食性が
低下するため好ましくない。すなわち、使用時の稼働面
では、ウイスカ−中のＳｉＯ₂成分がスラグと反応して
スラグの粘性を低下させるため、耐火物の侵食が促進さ
れる。また、アルミナウイスカ−を用いると、使用時の
高温下ではＡｌ₂Ｏ₃が耐火物中のＭｇＯと反応してスピ
ネルを生成する際に、体積変化を生じると同時にウイス
カ−形状を失うため、本発明のスピネルウイスカ−を添
加による耐スポ−リング性のような効果は得られない。

【００１５】

【実施例】

スピネル質ウイスカ−の調製純度95％、粒径149μm以下のアルミニウム粉末５gと純
度99％の黒鉛粉末５gとを第１のアルミナボ−トに入
れ、同じアルミニウム粉末１gおよび黒鉛粉末4.5g、さ
らに純度99％、粒径149μm以下のマグネシア粉末4.5gを
第２のアルミナボ−トに入れ、管状電気炉の入口側が第
１のアルミナボ−ト、出口側が第２のアルミナボ−トに
なるように配置した。加熱前にあらかじめＡｒガスを流
し炉内の空気を除去した。600℃／hの速度で昇温し、50
0℃でＡｒカ゛スの流入を止め、その後ＣＯガスを0.1ｌ／m
inで流入して加熱し、所定温度（1500℃）に達した直後
からＣＯ₂の混入を開始し所定温度で8時間保持した。炉
内冷却後に観察したところ、ウイスカ−は流出側ボ−ト
の周縁上に生成していた。このウイスカ−をＸ線回折分
析した結果、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）であること
を確認した。

【００１６】耐火物の調製表１に示すような組成の材料および結合剤を用いて試料
を作製した。なお表１の配合はすべて重量部で表示し
た。また、表１中成形方法「Ｐ」は、常法に従い混練、
プレス成形したものであり、「Ｖ」は材料に水を加えた
後振動鋳込み成形をしたものである。焼成欄の「熱」は
混練物をプレス成形した後300℃で15時間熱処理したも
のである。また、「乾」は配合物を鋳込み後、150℃で2
4時間乾燥したものである。このようにして作製した試
料の物性を表１に示す。

【００１７】スラグテストはスポ−リングテストを兼ね
るもので、回転式スラグ試験炉を用い、酸素−プロパン
バ−ナ−で1600〜1650℃で通算3.5時間加熱し、途中で
設定温度に達して1時間後にバ−ナ−を切って30分間フ
ァンによる強制空冷をする操作を3回行った。なおスラ
グ組成は、Ａｌ₂Ｏ₃ 13.9％、ＳｉＯ₂ 16.0％、Ｆｅ₂
Ｏ₃20.3％、ＣａＯ 40.1％、ＭｎＯ₂ 4.5％、ＭｇＯ
5.2％、Ｃ／Ｓ 2.5のものを使用した。スラグテスト
の結果を表１に示す。表１の結果中、「無」は試験後試
料の切断面の肉眼観察において亀裂の発生がほとんど見
られなかったもの、「大」は大きな亀裂により試料が分
離していたもの、「中」、「小」はそれぞれ中程度、小
程度の亀裂が見られたものである。

【００１８】

【表１】

【００１９】本発明のスピネル質ウイスカ−を添加した
試料（実施例１）は無添加のもの（比較例１）に比して
耐スポ−リング性が著しく改善され、スラグの浸透も少
なくなっている。これは少量の黒鉛を添加した場合も同
様である（実施例２と比較例４）。また、アルミナや炭
化珪素のウイスカ−を添加した（比較例２、３）のでは
このような効果は得られない。この本発明の効果は不定
形耐火物においても同様である（実施例３と比較例
５）。

【００２０】

【発明の効果】本発明ではマグネシア質材料を主体とす
る塩基性耐火物において、スピネル質ウイスカ−を所定
量含有させることにより、実施例からも明らかなように
耐火物中へのスラグの浸透が抑制され、構造的スポ−リ
ングによる耐火物の損傷を最小限に抑えることが可能と
なる。またウイスカ−の引き抜きによる応力緩和効果等
で熱的スポ−リングによる耐火物の損傷が抑制される。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スピネル質ウイスカ−を0.1〜10重量％
含有し、残部がマグネシアを主体とする耐火材料よりな
ることを特徴とするマグネシア質耐火物。