JPH08188476A

JPH08188476A - 不定形流し込み耐火物成形体

Info

Publication number: JPH08188476A
Application number: JP7018404A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Oshima; 明博大嶋; Yukihiro Nakamura; 幸弘中村; Shinichi Tamura; 信一田村; Shiro Sukenari; 史郎祐成
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-01-11
Filing date: 1995-01-11
Publication date: 1996-07-23
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JP3238592B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、溶融金属容器、特に脱ガス精錬炉
の内張りに用いる不定形流し込み耐火物に関して、耐ス
ラグ浸透性に極めて優れ、かつ強度的にもマグネシア―
クロム質れんがに匹敵する熱間強度を発現し、結果とし
てマグネシア―クロム質れんがに匹敵する耐用性を持つ
流し込み耐火物を提供する。【構成】耐火性粒子として、すべての粒子が０．１ｍ
ｍ以上の粒子径を有するマグネシアと、すべての粒子が
１ｍｍ以下の粒子径を有するアルミナを配合し、その配
合割合がマグネシア３５〜８５ｗｔ％、アルミナ６５〜
１５ｗｔ％の範囲にあり、使用開始時の成形体の平均細
孔径が５μｍ以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、耐用性に優れた、溶融
金属容器、特に脱ガス精錬炉の内張り用不定形流し込み
耐火物成形体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、溶鋼精錬設備であるＲＨ、Ｄ
Ｈといった真空脱ガス精錬炉の内張り耐火物に、主とし
て焼成マグネシア―クロム質れんがが使用されている。

【０００３】しかしながら、これらの耐火物は、製造に
当たり成形・焼成工程を経るためにコストが高くなるこ
と、築炉に特殊技能と多くの工数が要求されること等の
問題を抱えている。

【０００４】また、マグネシア―クロム質れんがは、ク
ロムを含有しているために、環境保全の面から使用後の
廃棄処理時に問題が生じる。そこで、真空脱ガス精錬炉
の内張りに際しては、近年、脱クロムと不定形化が強く
要求されるようになった。

【０００５】しかし、真空脱ガス精錬炉の内張り耐火物
は、真空条件下、１６００℃以上の高温で、高塩基度
（Ｃ／Ｓ）スラグに常時接触し、しかも溶鋼流動による
物理的摩耗を受けるという極めて過酷な使用条件のため
に、不定形耐火物はもちろんのこと、れんがであって
も、高耐食性を示すマグネシア―クロム質れんが以外の
材質では対応できないのが現状である。

【０００６】例えば、マグネシア質れんがでは、スラグ
・溶鋼に対する耐食性は優れているが、熱膨張が大きい
ために亀裂剥離が進行しやすく、しかも耐スラグ浸透性
に劣るという欠点を有しており、変質層の剥離現象が顕
著に生じて、実際の使用は困難である。

【０００７】また、マグネシア―カーボン質れんがを使
用することも検討されたが、原料組成や結合剤にカーボ
ン質材料が使用されるために、酸化による組織劣化で充
分な耐用性が得られない上、溶鋼へのカーボンピックア
ップ等、鋼品質上の問題点もある。

【０００８】その中にあって、作業が簡便な流し込み施
工が行え、熱膨張が小さく、しかもスラグ浸透が比較的
少ない塩基性不定形耐火物として、例えば特開昭６０―
２１８６８号公報で開示されているようなマグネシア骨
材８６〜９６ｗｔ％と、アルミナ超微粉、シリカ超微粉
合量で１４〜４ｗｔ％とからなる不定形耐火物が提案さ
れている。

【０００９】このマグネシア―アルミナ―シリカ系材料
は、不定形耐火物であることで築炉作業を必要とせず、
施工性の点で好ましい。また、スラグに対する耐食性に
ついては、高塩基性組成であることからかなり高い耐食
性を発現する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記不
定形耐火物のようにシリカ成分を含む材料は、熱間強度
が極めて低い。また、高Ｃ／Ｓスラグの浸透により容易
にＭｇＯ―ＣａＯ―ＳｉＯ₂系低融物（融点１５００℃
以下）を生成し、スラグ浸透性が大きくなる。

【００１１】溶鋼の動きが激しく、物理的摩耗条件が加
味される脱ガス精錬炉においては、このような熱間で殆
ど強度がない浸透層は、摩耗により連続的に損耗し、マ
グネシア―クロム質れんがと比べると極めて耐用性が悪
くなる。

【００１２】また、シリカ分を含まないマグネシア―ア
ルミナ系材料の場合でも、上記不定形耐火物の組成範囲
では、ＣａＯ―ＳｉＯ₂系浸透スラグ中に溶解すること
によりスラグの粘性を高める働きをするＡｌ₂Ｏ₃成分が
少ない。

【００１３】代わりに、添加したアルミナは高温下で使
用するうちにすべて周囲のマグネシアと反応してスピネ
ルへと化学変化を生じ、粒子間の細孔径が大きくなる。
従って、耐火物中へのスラグの浸透を根本的に抑制する
ことはできない。

【００１４】不定形耐火物の場合、焼成れんがのダイレ
クトボンドのような、高温、スラグ浸透下においても即
座には分断されない結合が存在しないため、スラグ浸透
を極力抑制することが重要となる。また、生じてしまっ
た浸透層の摩耗や剥離を少しでも緩和するためには、高
熱間強度化を指向することも重要である。

【００１５】本発明は、溶融金属容器、特に脱ガス精錬
炉の内張り用不定形流し込み耐火物に関して、耐スラグ
浸透性に極めて優れ、かつ強度的にもマグネシア―クロ
ム質れんがに匹敵する熱間強度を発現し、結果としてマ
グネシア―クロム質れんがに匹敵する耐用性を持つ流し
込み耐火物を提供する。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、耐火性粒子と
して、すべての粒子が０．１ｍｍ以上の粒子径を有する
マグネシアと、すべての粒子が１ｍｍ以下の粒子径を有
し、平均粒子径がマグネシアよりも小さいアルミナを配
合して得られる不定形流し込み耐火物成形体であって、
その配合割合がマグネシア３５〜８５ｗｔ％、アルミナ
６５〜１５ｗｔ％の範囲にあり、少なくともその成形体
の使用開始時の平均細孔径が５μｍ以下であることを特
徴とする不定形流し込み耐火物成形体である。

【００１７】

【作用】塩基性マグネシア質耐火物は、鋼の精錬工程に
おける高Ｃ／Ｓスラグに対して高い耐食性を示す一方、
材料内部へのスラグ浸透が著しく大きく、摩耗や剥離と
いった損傷が生じやすいため、実炉で使用するのは難し
い。

【００１８】このスラグ浸透の主な原因として考えられ
るのは、浸透スラグの粘性と、使用時の高温下における
細孔径レベルである。

【００１９】ＣａＯ―ＳｉＯ₂系スラグがマグネシア粒
子間の細孔中を浸透していく際には、スラグ中にＭｇＯ
成分が溶解し、ＭｇＯ―ＣａＯ―ＳｉＯ₂系の粘性の低
いスラグとなることからその浸透を抑制するのは難し
い。

【００２０】また、マグネシアは膨張係数が大きいた
め、施工時には細孔径が小さく緻密な状態でも、高温状
態では細孔径レベルが大きくなり、これもスラグ浸透の
抑制には不利に働く。

【００２１】加えて、マグネシア原料中には不純物Ｓｉ
Ｏ₂成分が含まれることから、熱間での高強度発現は難
しい。

【００２２】さらに不定形流し込み耐火物として使用す
る場合、その施工水分の影響によるスレーキング現象も
大きな問題である。この問題に関しては、特開平６―３
００４３８号公報による乾燥方法にて解決される。

【００２３】本発明は、上記のようなスラグ浸透性の軽
減、熱間強度向上という未解決の課題を解決するため
に、不定形耐火物の粒子構成として、粗粒部に、高Ｃ／
Ｓスラグに対する耐食性を保持する目的でマグネシアを
用い、スラグ浸透を抑制する目的で、その浸透経路とな
るマトリックス微粉部にアルミナを配合したものであ
る。

【００２４】これによって、本来塩基性耐火物が持つス
ラグに対する高耐食性を維持したまま、耐火物中へのス
ラグの浸透を飛躍的に抑制することが可能となった。

【００２５】これは、微粉部に使用したアルミナは膨張
係数が小さく、高温状態でも小さい細孔径レベルを維持
する一方、細孔内に浸透したスラグ中には微粉部のＡｌ
₂Ｏ₃成分が溶解して、Ａｌ₂Ｏ₃―ＣａＯ―ＳｉＯ₂系の
粘性の高いスラグ組成へと変化するからである。

【００２６】さらにＡｌ₂Ｏ₃成分が溶解すると、高融点
の固相ＣａＯ・６Ａｌ₂Ｏ₃が析出し、浸透抑制の方向に
働く。また、今回使用したアルミナ中の不純物ＳｉＯ₂
量は、マグネシア中のそれよりも少ないことから、焼成
時の微粉部粒子間に、高温強度特性に劣るシリケートボ
ンドが形成されるようなことは無く、高熱間強度の発現
が可能となる。

【００２７】本発明は、耐火性粒子として、すべての粒
子が０．１ｍｍ以上の粒子径を有するマグネシアと、す
べての粒子が１ｍｍ以下の粒子径を有し、平均粒子径が
マグネシアよりも小さいアルミナを配合して得られる不
定形流し込み耐火物成形体であって、その配合割合がマ
グネシア３５〜８５ｗｔ％、アルミナ６５〜１５ｗｔ％
の範囲にあり、少なくともその成形体の使用開始時の平
均細孔径が５μｍ以下であることを特徴とする不定形流
し込み耐火物成形体である。

【００２８】ここで、０．１ｍｍ未満の粒子径のマグネ
シアを使用すると、焼成時の細孔径が大きくなり、スラ
グ浸透性が大きくなる。また、粒子径が１ｍｍを超えた
アルミナを使用すると、スラグに対する耐食性が顕著に
劣化する。

【００２９】一定の耐食性を維持するためには、３５ｗ
ｔ％以上のマグネシアが必要であるが、８５ｗｔ％を超
えると、微粉部のアルミナをもってしてもスラグ浸透を
抑制することができず、膨張が大きくなって熱間強度特
性が劣るようになる。

【００３０】各部の詳細な粒度構成は、少なくとも使用
開始時の平均細孔径が５μｍ以下に保たれるように設計
する必要がある。なぜならば、焼成後の成形体の平均気
孔径が５μｍを超えると、スラグ浸透の抑制効果が小さ
くなるからである。

【００３１】なお、好ましいマグネシアの配合割合とし
て、４０〜７０ｗｔ％が最適である。

【００３２】本発明で使用するマグネシア及びアルミナ
クリンカーは、残部不純物成分が２ｗｔ％以下の焼結品
または電融品とする。残部不純物成分が２ｗｔ％を超え
ると、熱間強度及び耐食性の低下をもたらす。

【００３３】本発明の不定形耐火物中には、本発明の不
定形耐火物１００重量部に対して、５〜３０重量部の範
囲の外掛けで、熱膨張が小さく、体積安定性に優れ、マ
グネシア―アルミナ系の化合物である、焼結あるいは電
融スピネルクリンカーを添加しても良い。

【００３４】５重量部未満では添加の効果が現れず、３
０重量部を超えると、スピネル中へスラグ中ＦｅＯ成分
が固溶し、そのために、スラグ浸透性が大きくなる。５
〜３０重量部の範囲では、耐食性及び熱膨張特性に好影
響を与える。

【００３５】骨材粒子全体の粒度構成は、例えば、粒径
が５ｍｍ以下かつ３ｍｍを超える範囲の粗粒、３ｍｍ以
下かつ１ｍｍを超える範囲の中粒、１ｍｍ以下かつ０．
１ｍｍ以上の微粒、０．１ｍｍ未満かつ１０μｍ以上の
微粉、及び１０μｍ未満の超微粉に分け、マグネシアあ
るいはアルミナを、これらの粒度域でもって記載する。

【００３６】配合された耐火性粒子に、分散剤、結合剤
等を添加することは従来の流し込み施工による不定形耐
火物と同様である。分散剤としては、例えばトリポリリ
ン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ等の無機塩類、ポ
リアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ等の有機塩類等
を用いる。

【００３７】添加量は耐火性骨材１００部に対して０．
００１〜１部が好ましい。結合剤としては、例えばＣａ
Ｏ成分を約３０ｗｔ％含有するアルミナセメントを１〜
１０部添加する。

【００３８】また、必要により、ファイバー類、金属
粉、硬化促進剤、硬化遅延剤、耐火性極微粉、シリカゾ
ル、アルミナゾル、仮焼アルミナ等を、本発明の効果を
損なわない範囲で添加してもよい。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例及びその比較例を示
す。

【００４０】表１は、本発明による不定形耐火物の実施
例、及び比較例の特性をまとめたものである。

【００４１】実機試験は、不定形耐火物１００部に対し
て外掛けで４〜６部の施工水分を添加し、充分な混練の
後、ＲＨ真空脱ガス精錬炉下部槽の内側に、中子を使用
して振動を付与しながら流し込み施工し、所定の乾燥を
施して形成した施工体について実施した。乾燥は、減圧
雰囲気下、あるいは熱風の循環下において、マイクロ波
加熱か、一般的なガスバーナー加熱による方法にて行っ
た。

【００４２】乾燥後施工体中から特定の形状でサンプリ
ングした試料について見掛け気孔率、平均細孔径、熱間
曲げ強度、耐スラグ浸透性、耐食性、耐スポール性を求
めた。なお、マグネシア―クロム質れんがについては、
１８００℃焼成品の試験結果を掲載している。

【００４３】各試験方法は次の通りである。見掛け気孔率；ＪＩＳ―Ｒ２２０５に準じる。平均細孔径；乾燥後及び１５００℃焼成後試料につい
て、水銀圧入法により細孔径分布を測定し、累積体積百
分率で５０％の細孔径値とした。熱間曲げ強度；１５００℃で１Ｈｒ保定後、曲げ強度を
測定した。耐スラグ浸透性；重量比が鋼片：転炉スラグ＝６０：４
０の侵食剤を使用し、１６００℃で３時間の回転侵食試
験を行って、スラグの浸透寸法を測定した。耐食性；前記の回転侵食試験後の溶損寸法を測定した。耐スポール性；１５００℃で２０分間加熱した後、大気
中で空冷する作業を繰り返し、剥落するまでの回数を求
めた。数値が大きいほど耐スポール性に優れる。実機試験；実施例、比較例の一部をＲＨ下部槽にて実使
用し、耐用性を１ｃｈ当たりの平均損耗量ｍｍ／ｃｈで
求めた。数値が小さいほど耐用性に優れる。

【００４４】試験結果が示すように、本発明の不定形耐
火物である実施例１〜９は、不定形耐火物の比較例１０
〜１４に比べて焼成後の細孔径レベルが低く、耐スラグ
浸透性に優れており、また熱間強度も高くて、ほぼマグ
ネシア―クロム質れんがに匹敵する強度を発現してい
る。しかし、実施例９については、使用しているマグネ
シア骨材の純度が低いことから若干強度が低く、溶損寸
法が大きい傾向にある。

【００４５】一方、比較例１０及び１１は、共に耐スラ
グ浸透性に優れている。しかし、比較例１０の場合、１
ｍｍを超える大粒径部にもアルミナ粒を使用しているこ
とから、耐食性が悪く、比較例１１では、アルミナの使
用量が多すぎて耐食性が極めて劣っている。

【００４６】また、比較例１２及び１３は、共に耐食性
には優れるものの、比較例１２はマグネシアの使用量が
多すぎ、比較例１３は０．１ｍｍ未満の微粉部にもマグ
ネシアを使用していることから、共に耐スラグ浸透性が
極端に劣っている。また比較例１４はスピネルの使用量
が多すぎ、耐食性、耐スラグ浸透性ともに劣る。

【００４７】さらに、本発明の実施例に示す施工体を実
機にて評価した結果、いずれの場合も現行のマグネシア
―クロム質れんが（例１５）と同等以上の耐用性を示し
た。

【００４８】これは、焼成過程を経たれんがの方が熱間
強度及び耐食性には優れるものの、耐スラグ浸透性、耐
スポール性の面では本発明実施例１〜９が断然優れてい
るため、総合的には本発明の不定形材料の方が実炉での
耐用性に優れる結果となった。

【００４９】尚、本発明の材料は、いずれの乾燥方法に
も耐え得るものであるが、減圧マイクロ波乾燥による低
温乾燥が最も望ましい。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【発明の効果】以上、特定の粒度構成、化学組成を有す
る不定形耐火物を流し込み施工し、硬化後、所定の乾燥
を施すことにより得られる本発明の不定形耐火物施工体
は、耐スラグ浸透性、熱間強度の面で優れた特性を発現
する。その耐用性は、現行のマグネシア―クロム質れん
がと同等以上であり、例えば真空脱ガス精錬炉の内張り
耐火物として使用した場合、築炉作業の省力化、及び耐
火物材料コストの削減が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者祐成史郎東京都千代田区大手町二丁目６番３号新日本製鐵株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火性粒子として、すべての粒子が０．
１ｍｍ以上の粒子径を有するマグネシアと、すべての粒
子が１ｍｍ以下の粒子径を有し、平均粒子径がマグネシ
アよりも小さいアルミナを配合して得られる不定形流し
込み耐火物成形体であって、その配合割合がマグネシア
３５〜８５ｗｔ％、アルミナ６５〜１５ｗｔ％の範囲に
あり、少なくともその成形体の使用開始時の平均細孔径
が５μｍ以下であることを特徴とする不定形流し込み耐
火物成形体。