JPH09169574A - アルミナ−スピネル質流し込み材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種精錬に使用される取鍋などの内張りに使
用されるアルミナ−スピネル質流し込み材において、従
来材質に比べスラグ浸透を大幅に改善した流し込み材を
提供することが本発明の目的である。 【解決手段】 スピネル質クリンカー10〜96重量％、ア
ルミナ質原料2〜88重量％およびアルミナセメント2〜15
重量％からなり、スピネル質クリンカーのうち少なくと
も一部は粉末Ｘ線解析において、面間隔ｄ＝2.40、1.99
の回折線を示すＭｇ−Ａｌ−Ｏからなる物質を含有する
クリンカーであることを特徴とするアルミナ−スピネル
質流し込み材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶鋼の各種精錬に使用さ
れる取鍋などの内張り施工に適したアルミナ−スピネル
質流し込み材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、製鋼プロセスの多様化すなわち連
鋳比率、脱ガス比率の増加、取鍋精錬の導入および溶鋼
輸送に伴う出鋼温度の上昇、滞留時間の延長、溶鋼攪拌
等により取鍋内張り耐火物の使用条件は過酷なものとな
ってきた。従来、取鍋内張り耐火物はロー石、ジルコン
質が主体であったが、上記製鋼プロセスの多様化に加
え、高級鋼の要求が強まりＳｉＯ₂の少ない耐火物とし
てマグネシアなどの塩基性材料やアルミナなどの中性材
料が多く使用されるようになっている。塩基性材料はス
ラグ耐食性の点では優れているが、スラグ浸透による構
造スポーリングを起こしやすい欠点がある。これに対し
アルミナなどの中性材料は耐食性と耐スポーリング性を
共に満足するものとして優れた素材である。

【０００３】しかしアルミナ質耐火物はＦｅＯ成分の多
いスラグに対しては耐食性が低下するという欠点を有し
ている。そこでＦｅＯの多いスラグに強いＭｇＯ成分を
含む材料としてマグネシア−アルミナスピネル（以下単
にスピネルという）が注目され、アルミナ−スピネル質
の耐火物が使用されるようになってきている。

【０００４】また築炉の面からは容器の一体施工をめざ
して流し込みによる不定形耐火物の施工が最近の人手不
足とも相まって次第に行われるようになってきており、
アルミナ−スピネル質流し込み材が開発されている（特
開平4-59665号公報など）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】アルミナ−スピネル質
材料は、スラグ浸透抑制についてアルミナ質あるいはマ
グネシア質材料に比べると改善されていることが明らか
であるが、ロー石、ジルコン質材料に比べると十分とは
いえず、満足できる耐用が得られているとはいいがた
い。このためさらにスラグ浸透抑制効果の高い材料の開
発が望まれている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らはスラグ浸透
抑制に関しスピネル質原料に着目し種々検討を行った結
果、クリンカー中にＭｇ−Ａｌ−Ｏからなる物質（以下
単にＭｇ−Ａｌ−Ｏという）を含有するクリンカーを使
用することにより、大幅なスラグ浸透抑制効果を得るこ
とに成功し本発明を完成させたものである。即ち、本発
明はスピネル質クリンカー10〜96重量％、アルミナ質原
料2〜88重量％およびアルミナセメント2〜15重量％から
なり、スピネル質クリンカーのうち少なくとも一部は粉
末Ｘ線解析において、面間隔ｄ＝2.40、1.99の回折線を
示すＭｇ−Ａｌ−Ｏを含有するクリンカーであることを
特徴とするアルミナ−スピネル質流し込み材である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明に使用するスピネル質クリ
ンカーは電融品、焼結品のいずれでもよく、またそれら
の併用も可能であるが、スピネル質クリンカーのうち少
なくとも一部はＭｇ−Ａｌ−Ｏを含有するものを使用す
ることが本発明の特徴である。Ｍｇ−Ａｌ−Ｏは粉末Ｘ
線解析によりその存在が確定できるので、その回折線が
見られるスピネル質クリンカーを使用すればよい。Ｘ線
解析においてＭｇ−Ａｌ−Ｏの代表的な回折線は面間隔
ｄ＝2.40、1.99に見られ（Powder Diffraction Fil
e，Joint Committee on Powder Diffraction Stan
dards 発行（以下ＰＤＦという）10-238）、一方スピ
ネルの代表的な回折線はｄ＝2.44、2.02(ＰＤＦ 21-115
2）であるのでスピネルに対して明確に同定が可能であ
る。

【０００８】Ｍｇ−Ａｌ−Ｏはスピネル構造に近い準安
定な物質であり、モル比ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝1/2.5以上
の合成スピネルにのみ観察されるものであるが、化学組
成については不明である（ＰＤＦ 10-238）。しかし粉
末Ｘ線解析による回折線の強度によりＭｇ−Ａｌ−Ｏの
含有度合いの比較は可能である。また本発明者らの検討
によると、モル比ＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝1/2.5（ＭｇＯ＝1
3.6重量％）以下の組成であっても、Ｍｇ−Ａｌ−Ｏを
含有するスピネル質クリンカーも存在し本発明の流し込
み材に使用可能である。これはクリンカー製造時の加熱
−冷却過程において組成の不均一な状態が生じ、Ｍｇ−
Ａｌ−Ｏを生成した部分が存在したものと考えられる。

【０００９】本発明におけるスピネル質クリンカーにお
いてスピネルを構成するＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃の各成分の比
は必ずしもモル比がＭｇＯ／Ａｌ₂Ｏ₃＝1/1の理論組成
でなくともよいが、理論組成かあるいはそれよりＡｌ₂
Ｏ₃成分の多い組成のものが好ましい。クリンカー中の
ＭｇＯ成分が多くなるとスピネルとペリクレースが共存
するようになり、流し込み材施工時に水分とＭｇＯ成分
が反応して施工体に亀裂を生じやすくなるためである。
スピネル質クリンカーの使用量は10〜96重量％である。
この量が10重量％未満ではスラグ浸透抑制効果が発揮さ
れず、上限を越えるようになると耐食性、耐スポーリン
グ性の低下につながる。

【００１０】アルミナ−スピネル質流し込み材は耐食
性、スラグ浸透、耐スポーリング性などを総合的に考慮
すると材料中のＭｇＯ量に適正範囲があり、通常はＭｇ
Ｏ＝3〜20重量％程度の範囲の組成のものが多く使用さ
れている。本発明の流し込み材においても同様の組成範
囲の材料設計とするのが望ましい。スピネル質クリンカ
ー中のＭｇＯ量によってクリンカー使用量は変動し、そ
れにより適正な粒度構成の配合を設計すればよいが、Ｍ
ｇ−Ａｌ−Ｏを含有するスピネル質クリンカーは微粉あ
るいは粒径1mm以下の中粒域に使用することがスラグ浸
透改善に対してより効果的である。この場合、その他の
粒度域にはアルミナ質原料を使用すれば良いが、スピネ
ル質クリンカー中のＭｇＯ量が少ない場合には、粗粒、
中粒、微粉すべての粒度域にスピネル質クリンカーを配
合することも可能である。

【００１１】アルミナ質原料は電融アルミナ、焼結アル
ミナ、ボーキサイト、バン土頁岩等のうち一種または二
種以上を使用できる。しかし材料中のＳｉＯ₂成分の増
加は低融物生成の原因となり耐食性の低下を招くため電
融アルミナあるいは焼結アルミナの使用が望ましい。ア
ルミナ質原料は流し込み材の耐スポーリング性、容積安
定性等に寄与するが、スラグ浸透抑制にも関与する。即
ち、アルミナ質原料はスラグ中のＣａＯ成分を捕捉しＣ
ａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃系化合物生成によりＣａＯ成分の浸透を
防止するのである。この反応はアルミナ質原料としてア
ルミナ質超微粉を使用することにより特に促進される。
アルミナ質原料の使用量は2〜88重量％の範囲であり、2
重量％未満ではＣａＯ成分の捕捉が不十分となり、88重
量％を越えるとスピネル質クリンカー、アルミナセメン
トの量が少なくなるためスラグ浸透、強度面で問題が生
じるようになる。

【００１２】アルミナ質超微粉を使用する場合は焼結ア
ルミナや電融アルミナの超微粉で粒径10μｍ以下のもの
を流し込み材の2〜15重量％の範囲で使用するのが望ま
しい。粒径が10μｍを越えるようになると超微粉の効果
が発揮されず、平均粒径は0.5〜3μｍのものが好まし
い。使用量が2重量％未満では超微粉の効果が得られ
ず、15重量％を越えると添加水分の増加による物性の低
下や高温での過焼結を招くようになり好ましくない。

【００１３】アルミナセメントは流し込み材の結合剤と
して従来から使用されているものが使用できる。その量
は2〜15重量％の範囲であり、2重量％未満では材料の強
度が弱いものとなり、15重量％を越えると低融物生成の
原因となり耐食性の低下を招くようになる。

【００１４】この他にも通常の流し込み材で使用される
各種繊維、分散剤、解膠剤等の添加剤を本発明の効果を
損なわない範囲で併用することが可能であり、混練、施
工も従来の流し込み材と同様の方法で行うことができ
る。

【００１５】アルミナ−スピネル質流し込み材がスラグ
と接触した場合、スラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯ成分はスピ
ネル中に固溶され、材料深部への浸透が抑制されるが、
本発明のアルミナ−スピネル質流し込み材においては、
Ｍｇ−Ａｌ−Ｏを含有するスピネル質クリンカーを使用
することにより上記のスラグ成分の浸透抑制効果をさら
に大幅に向上させたものである。

【００１６】スピネル構造に近い準安定な物質であるＭ
ｇ−Ａｌ−Ｏは高温においては原子の再配列が起こりス
ピネル型の結晶構造をとるようになるが、この二次的に
生成されたスピネルは格子欠陥を多く有する構造を成し
ており、スラグ中のＦｅＯ、ＭｎＯは空孔となっている
陽イオン位置に容易に取り込まれる。このため該スピネ
ル質クリンカーは通常のスピネルに比べてスラグ中のＦ
ｅＯ、ＭｎＯに対する固溶能力が大幅に優れているた
め、それらの成分を稼働面付近で止め、材料内部への浸
透を著しく抑制する作用効果を有している。

【００１７】またアルミナ−スピネル質流し込み材にお
いてスピネルとアルミナが接触しているとアルミナはス
ピネル中に固溶しアルミナリッチな陽イオン欠陥を伴っ
た格子欠陥型スピネル固溶体を生成するが、アルミナ超
微粉を配合することでスピネル中への固溶が進みやすく
なり、固溶能力の高いアルミナリッチスピネルとなるこ
とによりスラグ浸透の抑制効果が促進され、さらにアル
ミナ質超微粉はスラグ中のＣａＯ成分を稼働面付近で捕
捉しＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃系化合物を生成し、ＣａＯ成分の
深部への浸透を抑制する働きをするのである。

【００１８】

【実施例】以下に実施例により本発明を説明する。表１
に実施例に使用した原料の化学組成を示す。スピネル質
クリンカーについては粉末Ｘ線解析によるＭｇ−Ａｌ−
Ｏとスピネルの回折強度比も合わせて示す。スピネル
Ａ、ＢはＭｇ−Ａｌ−Ｏの回折線が見られたもの、スピ
ネルＣはその回折線が見られなかったものである。

【００１９】表２に示す配合の材料に適量の水分を添加
し、型枠に流し込み24時間養生させ、脱枠後110℃で24
時間乾燥し試料とした。比較のため表３に示す配合のも
のも同様に試作した。実施例、比較例ともに試料作成時
の流動性、硬化性などの作業性は良好であり問題はなか
った。それらの試料を用いて耐食性の試験を行った結果
も表２、表３に合わせて示す。各試料の結果は比較例１
の溶損量、浸透量を100とした場合の指数で示した。試
験はＣａＯ／ＳｉＯ₂＝3、Ｆｅ₂Ｏ₃含有量15％のスラグ
を用い、回転式スラグ試験法により、1700℃で保持し、
1時間ごとにスラグを入れ替え7時間実施した。

【００２０】表２、表３の結果から分かるように、本発
明で規定するＭｇ−Ａｌ−Ｏを含有するスピネル質クリ
ンカーを使用することによりスラグ浸透を大幅に改善で
きることが明らかであり、粉末Ｘ線解析によるＭｇ−Ａ
ｌ−Ｏの回折強度の強いクリンカーを使用すればその効
果は一層大きいことが明らかである。しかし比較例４の
ようにＭｇ−Ａｌ−Ｏを含有するクリンカーを使用して
もアルミナセメントの量が多すぎると、溶損量が大幅に
増加するようになる。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】

【００２３】

【表３】

【００２４】

【発明の効果】本発明の流し込み材は特定組成のスピネ
ル質クリンカーを使用しているので、従来のアルミナ−
スピネル質流し込み材に比べ耐スラグ浸透性が大幅に優
れているため、使用条件の過酷な取鍋等の内張りに使用
した場合、その主損傷要因である構造スポーリングを防
止し、耐用向上に著しい効果が得られるものである。

【００２５】

【表１】 注）強度を比較した回折線はＭｇ−Ａｌ−Ｏは面間隔ｄ＝2.40、スピネルは ｄ＝2.44である。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【表３】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スピネル質クリンカー10〜96重量％、ア
   ルミナ質原料2〜88重量％およびアルミナセメント2〜15
   重量％からなり、スピネル質クリンカーのうち少なくと
   も一部は粉末Ｘ線解析において、面間隔ｄ＝2.40、1.99
   の回折線を示すＭｇ−Ａｌ−Ｏからなる物質を含有する
   クリンカーであることを特徴とするアルミナ−スピネル
   質流し込み材。