JPH0798677B2

JPH0798677B2 - 不定形耐火物

Info

Publication number: JPH0798677B2
Application number: JP1246695A
Authority: JP
Inventors: 幸次河野; 高芳佐藤; 尚弘上野; 久義村岡
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1995-10-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: JPH03109273A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、耐スポール性や耐蝕性に優れ、主として、混
銑車炉口内張用に使用される不定形耐火物に関するもの
である。

従来の技術近年、溶銑予備処理技術の発達により、混銑車でも脱珪
処理などが行われるようになってきた。そして、この処
理を行うに際し、処理剤としてFeOやFe₂O₃からなるミル
ケースや酸素ガスなどが用いられるようになっており、
混銑車内張用耐火物に要求される条件も非常に厳しくな
ってきた。そのため、従来、混銑車炉口内張用不定形耐
火物として耐スポール性や耐蝕性が優れていることから
炭化けい素やカーボン類等の非酸化物を配した不定形耐
火物が使用されてきたが、厳しい酸化雰囲気に晒される
ようになったことによって損耗が著しくなってきた。

この厳しい酸化雰囲気に耐えられる不定形耐火物とし
て、アルミナを主成分とし、これにマグネシアやスピネ
ルを配することによって耐蝕性を高め不定形耐火物が開
発されてした（例えば、特公昭61−328号公報、特公昭
第61−11906号公報）。しかし、このような不定形耐火
物は、溶銑やスラグに浸った部分の内張りであれば使用
可能であったが、第１図に示したように、溶銑２を収容
し、せり出した形状３を有するのみならず、脱珪処理前
後の急昇温、急降温による熱衝撃が大きい混銑車炉口１
のような部位に使用した場合は、スポーリング抵抗性が
小さく、亀裂の発生や剥離、剥落現象が著しいために、
炭化けい素やカーボン類等の非酸化物を配した不定形耐
火物に対する優位性は得られなかった。

発明が解決しようとする課題従来のアルミナ−スピネル系もしくはアルミナ−マグネ
シア系のような酸化物系不定形耐火物は、炭化けい素や
カーボン類等の非酸化物を配した不定形耐火物と比較し
て、耐蝕性の点では良好な結果が得られているが、耐ス
ポール性の点では著しく劣っている。これは酸化物系不
定形耐火物は、炭化けい素やカーボン類等の非酸化物を
配した不定形耐火物と比較して、特に高温加熱した場
合、焼結が進むことによって高弾性率化するため、熱衝
撃による発生熱応力が増大し、急昇温、急降温時に亀裂
や剥離が発生しやすいためである。同様に、熱間線膨張
係数が大きいことも発生する熱応力が大きくなる原因と
なっている。従って、耐スポール性の向上を図るために
は、即ち、発生熱応力を小さくするためには、熱間線膨
張係数や弾性率を小さくする必要がある。

課題を解決するための手段本発明は、0.5〜3mmの粒径の純度90重量％以上のマグネ
シアが３〜15重量％、高純度アルミナセメントが0.5〜
５重量％、残部が純度90重量％以上のアルミナからなる
高耐蝕性、高耐スポール性の不定形耐火物を提供するも
のである。また、本発明は、0.5〜3mmの粒径の純度90重
量％以上のマグネシアが３〜15重量％、高純度アルミナ
セメントが0.5〜５重量％、0.5mm未満の粒径の純度90重
量％以上のマグネシアが１〜５重量％もしくは0.5mm未
満の粒径の純度90重量％以上のスピネルが１〜20重量
％、残部が純度90重量％以上のアルミナからなる高耐蝕
性、高耐スポール性の不定形耐火物を提供するものであ
る。

実施例第１表に本発明の実施例及び比較例を示した。なお、第
１表の本発明の実施例及び比較例に使用したアルミナ、
マグネシア及びスピネルの純度はいずれも99重量％であ
る。また、耐スポール性や耐蝕性の評価は以下のように
して行った。まずスポールテストを述べる。４×４×16
cm供試体を1500℃×3hr焼成し、この時の弾性率E₀を測
定した。その後これを電気炉にて1500℃×20min急熱の
後急冷した。この急熱・急冷を３サイクル繰り返し、ｎ
サイクル後の弾性率（E_n）とE₀との比（E_n/E₀）を算出
し、この値で評価した。E_n/E₀が１に近いほど耐スポー
ル性が優れている。次に、耐蝕性は誘導炉法を用いて評
価した。この時使用したスラグの塩基度CaO/SiO₂＝3.
5、溶銑温度は1600℃である。なお、比較例４は酸化劣
化を考慮して1000℃×3hr酸化処理した供試体にて評価
した。この評価法によって得られた結果は実機での結果
との対応が良好であった。

比較例１にマグネシアを配さない場合の物性を示した。
この比較例１に対し、実施例１〜実施例３のように１〜
3mmの粒径を持つマグネシアを配した場合、その配合量
が増すにつれて1500℃×3hr焼成後の弾性率は小さくな
り、1500℃×3hr焼成後の熱間線膨張係数も小さくなっ
ており、それにつれて耐スポール性が向上している。こ
れに対して、比較例２のようにマグネシア粒径が0.3mm
以下のものを配した場合は、1500℃×3hr焼成後の弾性
率は増大し、耐スポール性も劣化している。また、比較
例３のようにマグネシアのかわりに1mm以上の粒径を持
つスピネルを配した場合は、アルミナのみの場合よりも
1500℃×3hr焼成後の弾性率はやや低下する。しかし、
熱間線膨張係数がかなり大きくなっているため耐スポー
ル性はむしろ劣化する。

この0.5mm以上の以上の粒径を持つマグネシアの耐スポ
ール性向上効果は、以下のような特性によってもたらさ
れる。第１表の実施例や比較例に示した不定形耐火物の
試供体を各々高温（1200℃以上）加熱すると、供試体内
部の粒子、特に0.5mm以上の粒径を持つ粒子は、熱間線
膨張係数と温度とに比例して膨張する。この時、高温加
熱した後、室温まで徐冷した供試体の切断面の走査型電
子顕微鏡写真では、0.5mm以上の粒径を持つアルミナや
スピネルは周囲の微粉部（以下、マトリックスと称す）
と反応、焼結しているが、マグネシアの周囲にはマトリ
ックスとの間に0.03〜0.06mmの空隙が形成されているこ
とが明らかになった。

この空隙の形成は次のように推察される。即ち、0.5mm
以上の粒径を持つ粒子は、いずれも高温下で膨張してマ
トリックスを押し広げるが、マグネシアの場合はマトリ
ックスと焼結し難いか、あるいは分離しやすいため、冷
却時にはマトリックスと分離してマグネシアのみが大き
く収縮するためマトリックスとの間に空隙が形成され
る。一方、アルミナやスピネルは、周囲のマトリックス
と反応、焼結するため、冷却時にはマトリックスと連動
して収縮する。この空隙を形成するか否かは、1500℃加
熱時を基準として、室温まで冷却した時の供試体の収縮
率にも影響し、マグネシアを配した場合は小さくなり、
スピネルを配した場合は最も大きくなる。また、この空
隙は際加熱時の0.5mm以上の粒径を持つマグネシアやマ
トリックスの熱膨張を吸収する働きをなすため、再加熱
時の熱間線膨張率も小さくなる。更に、この空隙は弾性
率を小さくする効果を有し、ひいては急熱・急冷時の熱
歪みによる弾性エネルギーを吸収する働きもなしてい
る。

なお、第１表に示した熱間線膨張係数値は、1500℃×3h
r焼成後の供試体について測定した値である。これに対
し、110℃を基準とし、昇温時の熱間線膨張率を測定し
た場合は、空隙が未形成のためマグネシアを配した場合
が最も大きい。しかし、実際に使用する場合は乾燥、予
熱等の緩やかな昇温前工程があるため、問題とならな
い。

このマグネシアを配することによる空隙の形成の有無
は、その粒径と密接に関わっており、マグネシアの粒径
が0.5mmよりも小さいと、空隙の形成に必要な熱関膨張
の絶対量が不足する。さらアルミナとの反応によるスピ
ネルの生成にともなう体積膨張反応が起こり、組織の緻
密化現象が顕著に現れることによって、耐スポール性の
向上効果が認められなくなる。場合によっては、比較例
２のようにマトリックス組織の緻密化にともなう高弾性
率化によって耐スポール性の劣化もみられるようにな
る。粒径が3mmを超えると空隙が大きくなりすぎるため
か、強度低下が著しくなり好ましくない。

また、粒径が0.5〜3mmのマグネシアの配合量が３重量％
未満になると、耐スポール性の向上効果が見られなくな
る。また、15重量％を超えるとスラグの浸透が顕著とな
る他、強度低下も著しくなるため好ましくない。

マグネシアやアルミナは焼結・電融いずれでも良い。但
し、その純度は90重量％以上でなければならない。低純
度の原料に含まれるSiO₂やFe₂O₃等の不純物は、高温加
熱時の焼結の進行を促すために、高弾性率化し、耐スポ
ール性の劣化が顕著となり好ましくない。第２表に低純
度アルミナを使用した例として実験例１及び２を示した
が、例えば、実験例１に示すように１〜3mmのマグネシ
アを15重量％添加しても十分な耐スポール性が得られな
い。さらに20重量％まで増量しても十分な耐スポール性
が得られず、むしろスラグの浸透が増すようになり、構
造スポーリングによる損耗が懸念されるようになる。ア
ルミナセメントもCaOやSiO₂、Fe₂O₃等を多く含む低純度
品を使用すると、前述した理由と同様に耐スポール性の
劣化が顕著となり好ましくない。しかしながら、高純度
のアルミナセメントもその配合量が５重量％を超えると
十分な仮使時間が得られなくなる他、耐蝕性を損なう、
耐スポール性が劣化するなど好ましくない。また、0.5
重量％未満になると養生後の強度が低下し、構造体とし
て十分なものが得られなくなる。

耐蝕性をさほど要求しない部位であればマトリックス部
の組成は特に問題としないが、スラグスプラッシュによ
る溶損の著しい部位などに適用する場合は、実施例４、
５のようにマトリックス部に粒径が0.5mm未満のスピネ
ルやマグネシアなどを配することによって高耐蝕性化が
得られる。ここで使用するマグネシアやスピネルも焼結
・電融いずれでも良いが、その純度は90重量％以上でな
ければならない。また、これらの配合量はいずれも１重
量％未満では効果はなく、またマグネシアが５重量％、
スピネルが20重量％を超えると、スラグの浸透が著しく
なり、好ましくない。

このようにして得られた不定形耐火物（実施例５）を、
脱珪処理を行っている混銑車の炉口に使用した結果、従
来材の炭化けい素やカーボン類を配した不定形耐火物
（比較例４）や比較例２の不定形耐火物と比較して50％
以上の寿命向上が可能となった。

発明の効果以上のように、本発明は、純度90重量％以上のマグネシ
アの粒径を0.5〜3mmに限定し、これを純度90重量％以上
のアルミナ質の不定形耐火物に配することによって耐蝕
性、耐スポール性に優れた材料を得ることができた。本
発明は、混銑車で最も高い耐スポール性が要求されると
考えられる部位である炉口の内張用不定形耐火物に最適
なものである。また、本発明は、同じように苛酷な熱衝
撃を受けるランス材などにも適用できる。また、混銑車
炉口ほどの熱衝撃を受けない部位に使用する不定形耐火
物に関しても、本発明を適用することによってより安定
した特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、混銑車受銑口部の断面を示した説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤高芳千葉県君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内 (72)発明者上野尚弘福岡県北九州市戸畑区牧山新町１番１号大光炉材株式会社内 (72)発明者村岡久義福岡県北九州市戸畑区牧山新町１番１号大光炉材株式会社内 (56)参考文献特開昭59−128272（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−108374（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】0.5〜3mmの粒径の純度90重量％以上のマグ
ネアが３〜15重量％、高純度アルミナセメントが0.5〜
５重量％、残部が純度90重量％以上のアルミナからなる
高耐蝕性、高耐スポール性を特徴とする不定形耐火物。
【請求項２】0.5〜3mmの粒径の純度90重量％以上のマグ
ネアが３〜15重量％、高純度アルミナセメントが0.5〜
５重量％、0.5mm未満の粒径の純度90重量％以上のマグ
ネシアが１〜５重量％もしくは0.5mm未満の粒径の純度9
0重量％以上のスピネルが１〜20重量％、残部が純度90
重量％以上のアルミナからなる高耐蝕性、高耐スポール
性を特徴とする不定形耐火物。