JPH09268051A

JPH09268051A - スリット状通気孔を有するガス吹込用耐火物

Info

Publication number: JPH09268051A
Application number: JP8080363A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Nishiyama; 隆二西山; Masaki Yamamoto; 正樹山本; Tatsuya Ouchi; 龍哉大内
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1996-04-02
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】耐食性、耐摩耗性、耐スポーリング性のいず
れにも優れ、また、容易に製造可能なガス吹込用耐火物
を提供するものである。【解決手段】Ａｌ₂Ｏ₃７０〜９０重量％、ＺｒＯ₂１
０〜３０重量％の化学組成を有する粒径３〜０．２ｍｍ
のアルミナ・ジルコニア原料を５〜２２重量％、マグネ
シアの微粉を２〜７重量％、残部がアルミナ、スピネル
の一種又は２種を含有し、結合材としてＡｌ₂Ｏ₃が７０
重量％以上のアルミナセメントをＣａＯ量として１．５
重量％を超えない範囲で添加してなるキャスタブル耐火
物を鋳込み成形し、熱処理したスリット状通気孔を有す
るガス吹込用耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属中にアル
ゴン、窒素等の不活性ガスを吹き込み、撹拌するために
用いる通気性耐火物である、スリット状通気孔を有する
ガス吹込用耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼材品質の高級化に伴い、水素や
酸素等の脱ガス、非金属介在物の浮上分離、温度分布の
均一化等を目的として溶融金属中にアルゴン、窒素等の
不活性ガスを吹き込んで撹拌するために、ガス吹込用耐
火物を使用することが広く普及している。

【０００３】かかる耐火物としては、粒度構成を調整
し、多数の通気空隙を有する多孔質体が使用されている
が、耐火物粒子が点接触に近い結合形態で構成されてい
るため、溶鋼の撹拌による摩耗を受けやすく、また、ス
ラグアタックや酸素洗浄の際に鉄酸化物に対する抵抗性
に乏しいという欠点があり、高耐用化には限界があっ
た。

【０００４】そこで、ガス吹込用耐火物の耐摩耗性、耐
食性を向上させる手段として、実公昭５９−３８４３１
号公報、実開昭６２−１５３３５８号公報、及び実公平
３−３２５１２号公報では上下方向に多数の通気孔（ス
リット）を有する緻密質耐火物からなるポーラスプラグ
が紹介されている。この耐火物は、通常のれんが組織を
有する部分は緻密性を有し、耐摩耗性、耐食性に優れて
いるという特徴を有する。

【０００５】また、キャスタブル耐火物の耐スポーリン
グ性向上の手段として、特公平６−３３１８０号公報で
は、１０〜５０ｍｍのアルミナ質破砕粒の添加が提案さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記緻
密質耐火物からなるポーラスプラグは、スリット中への
溶鋼の侵入を考慮した場合、スリット幅を極めて小さく
する必要があり、且つ所定のガス吹き込み量を確保する
ためには、多数のスリットを配列する必要があり、耐火
物製造時、または加工により溝を作成することは技術的
に困難であった。また、ガス吹き込み用耐火物には、低
い温度のガスが導入されるため、熱スポーリングに対す
る高い抵抗性を有する耐火物を使用する必要があり、さ
らに、スリットを容易に形成するにはキャスタブル等の
流し込み可能な材質の適用が望ましいが、材質面におい
て如何にすべきかの示唆は無い。

【０００７】さらに、前記アルミナ質破砕粒を添加した
ものについては、大粗粒の存在はスリット形成を阻害す
る等の問題があり、ガス吹き込み用耐火物への適用は困
難である。

【０００８】以上のようにガス吹込用耐火物の高耐用化
を図る上で、製造技術、耐摩耗性、耐食性、耐スポーリ
ング性の全てに優れたものが無いのが現状である。

【０００９】そこで、本発明は、耐食性、耐摩耗性、耐
スポーリング性のいずれにも優れ、また、容易に製造可
能なガス吹込用耐火物を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のガス吹込用耐火
物は、Ａｌ₂Ｏ₃７０〜９０重量％、ＺｒＯ₂１０〜３０
重量％の化学組成を有する粒径３〜０．２ｍｍのアルミ
ナ・ジルコニア原料を５〜２２重量％、焼結マグネシア
及び／又は電融マグネシアの微粉を２〜７重量％、電融
アルミナ、焼結アルミナ、電融スピネル、焼結スピネル
の一種又は２種以上を含有し、結合材としてＡｌ₂Ｏ₃と
ＣａＯの全量が９８重量％以上のアルミナセメントをＣ
ａＯ量として１．５重量％を超えない範囲で添加してな
るキャスタブル耐火物を鋳込み成形する際に、焼成過程
で燃焼、消失し、且つ組織内に連続気孔を形成すること
が可能な形状の可燃性物質を配列セットし、１４００〜
１６５０°Ｃで焼成してなるものである。

【００１１】本発明は前記配合原料の他に、仮焼アルミ
ナ（粒径８μｍ以下）超微粉シリカ（平均粒径０．１５
μｍの非晶質や結晶質のものが使用できる。）を使用す
ることができる。これらの使用量については、キャスタ
ブル耐火物の耐火物の耐食性、耐熱性を低下させない範
囲とすることが好ましい。その使用量として、仮焼アル
ミナは１３重量％〜１重量％、超微粉シリカは１重量％
〜０．１重量％である。

【００１２】また、作業性を調整するための分散剤等の
添加剤の使用は何ら差し支えない。添加剤としては、ポ
リアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダのようなポリカル
ボン酸及びそのアルカリ塩、ヘキサメタリン酸ソーダ、
テトラポリリン酸ソーダ、トリポリリン酸ソーダ、酸性
ピロリン酸ソーダ等の縮合リン酸塩、クエン酸、クエン
酸ソーダ、乳酸等のオキシカルボン酸及びそのアルカリ
塩、炭酸ソーダ等のアルカリ炭酸塩、リグニンスルホン
酸及びそのアルカリ塩、ナフタレンスルホン酸塩、ホス
ホン酸塩、デキストリン等の１種又は２種以上を使用す
ることができる。その使用量は外掛０．０１〜０．５重
量％である。

【００１３】

【発明の実施の形態】アルミナ・ジルコニア原料は、ア
ルミナと比較してその熱膨張係数が小さいことから、キ
ャスタブル耐火物の使用過程や焼成過程における膨張差
によりマイクロクラックを生じ、このマイクロクラック
が発生熱応力を吸収し耐スポーリング性を向上させる。

【００１４】さらに、これらキャスタブル耐火物を連続
通気孔形成可能な形状の可燃性物質を型枠中へ配列セッ
トしたところへ流し込み成形し、焼成することにより、
スリット形状の連続通気孔を有する緻密質耐火物からな
るガス吹き込み用耐火物を容易に製造できる。また、緻
密質耐火物からなることにより、耐食性、耐摩耗性に優
れている。

【００１５】前記アルミナ・ジルコニア原料としては、
粒径３〜０．２ｍｍのものが使用される。粒径が０．２
ｍｍ未満では、膨張差により生じたマイクロクラックが
極めて微細でありマトリックス中に吸収され、耐スポー
リング性の向上効果が小さい。また、３ｍｍを超えると
膨張差によるギャップが大きく強度劣化を生じる。

【００１６】これらアルミナ・ジルコニア原料は、Ｚｒ
Ｏ₂を１０〜３０重量％含有するものが使用される。Ｚ
ｒＯ₂量が１０重量％未満では、アルミナ等の主骨材と
の膨張差が小さく、耐スポーリング性の向上効果は小さ
い。ＺｒＯ₂量が３０重量％を超えると主骨材との膨張
差が大きくなり強度劣化を生じる。

【００１７】本発明は、以上のようなアルミナ・ジルコ
ニア原料を５〜２２重量％使用する。アルミナ・ジルコ
ニア原料が５重量％未満では、耐スポーリング性を改善
させるのに十分ではない。また、２２重量％を超えると
膨張差によるギャップが大きく強度劣化を生じる。

【００１８】さらに、実炉操業においては一般的にガス
吹込プラグの通気性を確保するために、該耐火物の稼働
面側の酸素洗浄を行い通気孔に侵入凝固した金属を取り
除いており、この際生成する酸化鉄に対する抵抗性及び
耐食性を向上させるため、本発明ではマグネシア原料の
微粉、具体的には０．２ｍｍ以下の粒径を有する原料を
２〜７重量％使用する。マグネシアは焼成時に１２００
°Ｃ付近でアルミナとスピネル生成反応を生じる。この
時、膨脹係数が増大し組織の緻密化が図られ、耐食性、
耐酸化鉄性の向上が図られる。

【００１９】マグネシア原料が２重量％未満の範囲では
所望の効果が得られず、また７重量％を超える範囲で
は、アルミナとの反応により生成するスピネルの膨張が
過多となり、組織劣化を生じることから好ましくない。

【００２０】残部に使用するアルミナ原料は、耐食性向
上のため必要であるが、後述するスピネルに対してより
容積安定性の向上に有効であり、また、スピネル原料
は、耐食性向上、耐スポール性向上のために使用され
る。そして両者を混合して使用することもできる等用途
に応じて設計されている。

【００２１】アルミナ原料及びスピネル原料の粒径は他
の耐火原料を含めた全体の粒度構成を基にして決められ
るが、本発明キャスタブル耐火物に微粒マグネシアを２
〜７重量％添加し、熱処理時に正スピネルを生成させる
関係上、マグネシア微粒２重量％に対してはアルミナ原
料の微粒（例えば、０．０７４μｍ以下）の添加量は６
重量％以上を、マグネシア７重量％に対しては１８重量
％以上理論上添加する必要がある。しかし、正スピネル
は他のスピネルを含めてスピネルの生成量をどの程度に
するかによって、アルミナ原料の微粒、中粒、粗粒の粒
径や量が通常技術によって決められる。なお、アルミナ
微粒に限らず他の粒径のものもスピネル生成をもたらす
ものであり、この場合、微粒に比べて反応生成速度が遅
くなるとか、量が限られてくる。

【００２２】アルミナ原料、スピネル原料は共に、電
融、焼結の単独又は組合せで使用できる。そして、アル
ミナ原料成分は高純度品、普通品のものが適宜使用でき
る。また、スピネル原料は正スピネル、アルミナリッチ
スピネル、マグネシアリッチスピネルのものの１種又は
２種以上が使用できる。

【００２３】アルミナセメントについては、耐熱性付与
のためＡｌ₂Ｏ₃７０重量％以上含有するアルミナセメン
トを使用する必要があり、Ａｌ₂Ｏ₃が７０重量％未満で
は耐熱性に劣るものとなる。また、前記アルミナセメン
トをＣａＯ量が１．５重量％を超えない範囲で添加する
ことにより、耐熱性の劣化を最小限度に抑えることがで
きる。１．５重量％を超えると耐食性が低下するだけで
なく過焼結へと進み、耐スポール性へとつながる等の悪
影響が大となる。

【００２４】図１は、スリット状通気孔を有するガス吹
込用耐火物の斜視図で、ガス吹込用耐火物１は連続通気
孔として複数のスリット２が形成されている。

【００２５】本発明はかかるキャスタブル耐火物を鋳込
み成形する際に、組織内にスリット等の連続通気孔を形
成することが可能な形状の可燃性物質を型枠中に配列セ
ットする。可燃性物質としては、ポリエチレン，ポリプ
ロピレン，ポリスチレン，ポリ塩化ビニル等の熱可塑性
樹脂やメラミン，エポキシ、フェノール等の熱硬化性樹
脂を使用することができる。これらは所望の形状（例え
ばテープ状）に裁断し、帯状として上下方向を長手方向
として複数本型枠中に配列セットするほかに網目形状等
のフィルムを使用することも可能である。

【００２６】可燃性物質の配列本数に制限はなく、所望
のガス吹き込み量によって決定されるが、可燃性物質の
厚み（スリット）は溶鋼の浸透抑制の観点から０．３ｍ
ｍ以下が好ましい。そして、幅は任意（例えば２０ｍ
ｍ）、長さは成形体の長手寸法に合わせる。また、図示
していないが、長手方向に異なる通気性耐火物を２段に
分割組合せたものをセットして用いる場合は溶融金属に
接する上段側の通気性耐火物の長さ寸法に合わせればよ
い。また、下段側通気性耐火物に粒度構成による通気性
をもたせた通気性耐火物を用いたものと組み合わせ可能
であり、この場合、下段側にはスリットを形成する必要
がない。

【００２７】本発明は上記可燃性物質を添加したキャス
タブル耐火物を１４００〜１６５０°Ｃの温度で焼成す
ることから成る。焼成の目的の１つは可燃性物質を燃焼
させ、連続気孔を形成させることにあるが、他の大きな
目的は耐火物の耐スポーリング性の向上である。キャス
タブル耐火物は一般に１０００°Ｃ付近のいわゆる中間
温度で強度劣化を生じ、また、本発明のマグネシア添加
キャスタブルは、１２００°Ｃ付近からスピネル生成膨
張を生じ、膨張係数が増大する。かかる強度低下、熱膨
張係数の増大は耐火物の耐スポーリング性低下の原因と
なる。本発明は、キャスタブル耐火物の耐スポーリング
性を向上させるため、１４００〜１６５０°Ｃの温度で
焼成してなるが、これは、焼結により強度特性を安定化
せしめると同時に、添加したマグネシアを配合中のアル
ミナとによってスピネル化するのが目的である。アルミ
ナ・ジルコニア原料により適度なマイクロクラックが組
織内に形成され、優れた耐スポーリング性が得られると
同時に、マグネシアとアルミナが反応して得られる微細
なスピネルは、組織を緻密化してスラグメタルの浸透を
抑制し、かつスラグ、酸化鉄に対する耐食性を著しく向
上させる。

【００２８】焼成温度が１４００°Ｃ未満の範囲では焼
結が不充分なことから耐スポーリング性に劣り、また耐
摩耗性も劣化することから不適である。また、１６５０
°Ｃを超える温度で焼成した際には、焼結過多となりア
ルミナ・ジルコニア原料により生成したマイクロクラッ
クが集合し、耐スポーリング性が低下することから好ま
しくない。

【００２９】

【実施例】表１及び表２に実施例、表３に比較例を挙げ
て詳細を説明する。

【００３０】表中の＋印は外掛けを示す。

【００３１】

【表１】

【表２】

【表３】表１及び表２の実施例１〜２９、表３の比較例１〜１０
からなるキャスタブル耐火物を試作した。本発明による
耐火物を製造する際には、実際にはスリットを形成する
ために常法にしたがって鋳込み時に可燃性物質を型枠中
に配列セットするが、実施例及び比較例のキャスタブル
耐火物は、キャスタブル耐火物自体の耐食性及び耐スポ
ーリング性を評価するのが目的なので、可燃性物質を型
枠中にセットせずスリットを形成しなかった。常法で原
料を混練、鋳込み、乾燥後、所定の温度で５時間焼成し
た。見掛気孔率、かさ比重、曲げ強さの測定には、４０
×４０×１６０ｍｍ形状サンプルを使用し、見掛気孔率
及びかさ比重はＪＩＳＲ２２０５−７４、曲げ強さは
ＪＩＳＲ２２１３−７８に準じて行った。

【００３２】熱間曲げ強さは２０×２０×８０ｍｍ形状
サンプルを使用し、１４８０°Ｃで１５分キープした
後、測定を行った。また、耐食性テストはドラム式回転
侵食法により、ミルスケール１．５ｋｇを溶融し、１６
５０°Ｃ×ｌｈ×８回の条件で行い、溶損指数はアルミ
ナ・ジルコニア原料無添加の比較例１を１００とする指
数で示した。

【００３３】耐スポーリング性テストには、２３０×１
１４×６５ｍｍ形状サンプルを使用し、（１５００°Ｃ
×３０分×空冷１５分）×８回の条件で行い、テスト後
サンプルの亀裂発生状況により評価した。

【００３４】これらの試験結果より、本発明範囲の条件
を満足する実施例１〜２９は、アルミナ・ジルコニア原
料無添加の比較例１に比べ耐スポーリング性が著しく改
善される。

【００３５】比較例２及び３は、本発明範囲外のＺｒＯ
₂含有量からなるアルミナ・ジルコニア原料を使用して
いる。ＺｒＯ₂含有量が少ないところでは、耐スポーリ
ング性の改善効果に乏しく、逆に多いところでは主骨材
との膨張差が大きくなり強度劣化を生じる。

【００３６】また、比較例４及び５は、本発明範囲外粒
度のアルミナ・ジルコニア原料を使用しており、その粒
度が大きい場合、強度低下と耐食性の劣化を生じ、小さ
い場合は耐スポーリング性の改善効果が無い。

【００３７】更に、比較例６及び７は本発明範囲外の温
度で焼成しているが、低いところでは耐スポーリング性
の改善効果に乏しく、高いところでは焼結過多による耐
スポーリング性の劣化が生じる。また、マグネシア原料
を使用していない比較例８は、耐食性の劣化が著しい。

【００３８】比較例９はァルミナ・ジルコニア原料を２
５重量％使用しているが、強度低下に伴う耐スポーリン
グ性の劣化が生じる。

【００３９】比較例１０は本発明の範囲よりも過剰にア
ルミナセメントを使用した材料であるが、耐食性が劣化
し、好ましくない。

【００４０】実施例２からなるキャスタブルを図１に示
すガス吹き込みプラグに使用し、製鋼用取鍋に使用の条
件のもとで、従来の多孔質耐火物からなるものと比較し
た結果、２倍以上の耐用を示し、さらに、スポーリング
等による破損は確認されておらず、本発明の優秀性を立
証した。

【００４１】

【発明の効果】本発明のガス吹込用耐火物により以下の
効果が得られる。

【００４２】（１）連続スリット状通気孔を形成可能
な形状の可燃性物質を型枠中へ配列セット後、キャスタ
ブル耐火物を流し込み成形し、焼成するため、容易に製
造できる。

【００４３】（２）従来の多孔質耐火物からなるもの
に比べ、耐摩耗性、耐食性、耐スポーリング性のいずれ
においても優れた耐用性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】スリット状通気孔を有するガス吹込用耐火物の
斜視図である。

【符号の説明】

１ガス吹込用耐火物２スリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ₂Ｏ₃７０〜９０重量％、ＺｒＯ₂１
０〜３０重量％の化学組成を有する粒径３〜０．２ｍｍ
のアルミナ・ジルコニア原料を５〜２２重量％、マグネ
シアの微粉を２〜７重量％、残部がアルミナ、スピネル
の一種又は２種を含有し、結合材としてＡｌ₂Ｏ₃が７０
重量％以上のアルミナセメントをＣａＯ量として１．５
重量％を超えない範囲で添加してなるキャスタブル耐火
物を鋳込み成形し、熱処理したスリット状通気孔を有す
るガス吹込用耐火物。