JPH10226580A - 誘導炉内張り用不定形耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 操業面、炉の費用面、および３Ｋ作業面等々
の多くの問題をかかえており、これらの諸問題を解決し
て工場の稼動率面、製造コスト面、および作業面の改善
をすることのできる誘導炉の内張用耐火物を提供するこ
とにある。 【解決手段】炉の最内側壁部および底部を構成する耐火
物を溶融石英質材２０〜８５重量％，炭化珪素質材５〜
４０重量％，天然珪石質材を１０〜４０重量％とし、こ
の３者の合量が９０重量％以上である耐火材料に必要な
らば適宜の焼結助材を添加してなることを特徴とする誘
導炉内張り用不定形耐火物を提供する。 【効果】 耐用寿命の改善と共に炉の操業が円滑に行う
ことができる。そして操業の円滑度が高くなると共に内
張り材の耐用寿命の向上は炉内張り材の解体、施工と云
う３Ｋの代表的な作業機会も少なくする等の改善ができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野回】本発明は銅および銅合金の
溶解、精錬を行う場合に用いられる誘導炉の内張り用耐
火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来は、銅および銅合金等の金属を溶
解、精錬を行う場合、黒鉛ルツボを内装したルツボ炉が
用いられていたが、最近では操業上溶解、精錬が簡便で
あり溶湯の品質調整、管理がし易すく、作業上の省力化
が進め易く、炉の内張り材の保全の機会が少なくなると
共に作業環境が改善される誘導炉が用いられるようにな
ってきている。誘導炉は外周部に電気誘導コイルを配設
し、このコイルの内側に必要ならばコイル保護用のコイ
ルセメントにより被覆層を備えさせ、その内側に湯モレ
センサー、絶縁材、断熱材等々を配設しその最内側に１
層の耐火材壁（内張材）を構築して使用されている。こ
の内張耐火壁の構築方法は一般には炉体の内側に所定の
壁厚さを持たせるように設計された鋼製の内型枠（以下
フォーマーと称する）を炉本体内に配設し、このフォー
マーと炉本体との間隙部に乾粉状の不定形耐火物を投入
した後、フォーマーの内側より振動を与えながら投入さ
れた不定形耐火物を加振充填させて施工する。この乾式
不定形耐火物の施工の良否が内張材の耐用を大きく左右
し炉の寿命が決る。施工時の充填度が低く且つ充填度に
バラツキが有ると異状損傷を来たしその耐用は短命に終
る。この予定外の短命寿命の場合や大きな異状損傷は内
張材のみにとどまらず、炉本体の損傷にもつながる重大
事となり鋳造工場の稼動停止にもつながり大きな影響を
もたらす。安定した操炉を行うためにはより確実なる施
工を行うことが必要である。それには高い熟練度が必要
とされる。このような施工の良否と共に長寿命化をはか
り施工の省力化、工場の稼動率を高めるためこれに用い
られる耐火材は特に吟味されたハイアルミナ質材、アル
ミナ質材、マグネシア質材およびスピネル質材や、これ
らの材料に炭化珪素質材５〜２０重量％添加された炭化
珪素質の耐火物に必要ならば無水硼酸等の焼結助材を添
加した乾式不定形耐火物が使用に供されているが、炉の
操業中に生成する銅の酸化物を主な成分とするノロの付
着および組織内へのノロの選択的浸透により異成分組織
の形成や過焼結により使用中において、加熱冷却が繰り
返されることにより内張材に亀裂が発生し、この亀裂部
に地金が浸入し全体的には炉壁の残厚を多く残しながら
も耐用に耐えられなくなり、内張材の寿命を短かくして
いる。この間付着ノロの除去作業は高温中に行なはない
と除去が困難となるため非常な高熱下での作業が要求さ
れる。このため炉壁保全の機会が多くなり炉操業率を低
下させることや、炉の保全費がかさむことや解体、施工
と云う極度に作業環境の悪い３Ｋの代表的な作業をよぎ
なくされる。このような現状下でも作業効率を高め製造
コストの引さげ、製品の大型化等の要求により炉は大型
化の道を進んでおり、ますます過酷な作業がしいられて
きている。これらの諸問題を解決し安定した操炉ができ
て操業率が高く、ランニングコストが低く、良い環境下
での作業を目指すため炉内張り材の補修や解体、新規施
工と云う３Ｋ作業の頻度が少なく、且つ簡便で快適な作
業となることが強く望まれているのが現状である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の如く、炉の稼動
中は炉の内張材の稼動面に銅の酸化物を主成分とするノ
ロが多く付着する。このノロ取りは高熱場所での作業で
あることや亀裂の発生による地金差し等による突発的な
損傷は炉の操業率の低下をまねき、ひいては鋳造工場の
操業面にも支障を来たす。このための炉の保全費、チョ
コ停によるロスが非常に高くなることや炉の解体、打施
工と云う代表的な３Ｋ作業の機会が多くなり、操業面、
炉の費用面、および３Ｋ作業面等々の多くの問題をかか
えている。これらの諸問題を解決して工場の稼動率面、
製造コスト面、および作業面の改善をすることのできる
誘導炉の内張用耐火物を提供することを技術的な課題と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等はこのような
現状に鑑み炉が安定して操業ができ、且つノロ取り等の
高熱場所での作業頻度を少なくし、３Ｋ作業の軽減が計
られ、しかも亀裂の発生、発達により地金差しを生じ、
突発的な内張り材の張替えのための解体や施工作業を少
くし、より高い安全で安定した操業が維持することので
きる手段として内張り用耐火物の材料構成を溶融石英質
材２０〜８５重量％、炭化珪素質材５〜４０重量％、天
然珪石質材１０〜４０重量％でこの三者の合量が９０重
量％以上である耐火材料で構成、必要ならば適宜の焼結
助材を添加した乾粉状の不定形耐火物とすることにより
解決の道を見い出したものである。即ち溶融石英質材を
主体として低熱膨脹性と焼結性能を充分に活用しこれに
炭化珪素質材を加えて耐食性、スラグ等からの組織内へ
の異成分の浸透を抑える。更に天然珪石質材を添加する
ことにより残存膨脹性能を付与して耐火物の受熱による
焼結時の体積収縮を抑制して体積収縮に伴う亀裂の発
生、発達現象の出ないように耐火物自体を残存膨脹性と
すると共に耐食性をも改善する等の三者が持つ特性をそ
れぞれ活用して焼結性に富み、残存膨脹性がありしかも
耐食性の高い材質とすることができることにより溶損が
少なく、且つ割れ、亀裂が小さく、ノロの付着が少なく
なることにより現在の諸問題を大きく改善することがで
きて、安全且つ安定した操業が出来、チョコ停を改善し
た高能率な作業ができることおよび高熱下でのノロ除去
作業も大巾に軽減することができる不定形耐火物を提供
するものである。

【０００５】（限定理由） 炭化珪素質材の添加量５〜４０重量％ ａ ５重量％以下ではノロの付着性、ノロの浸透性およ
び耐食性の改善効果が小さい。 ｂ ４０重量％以上であると、導電材であるためエネル
ギー効率が小さくなること、耐食性および耐熱衝撃性の
改善効果が認められないことおよび原料コストが高くな
るためである。 溶融石英質材の添加量２０〜８５重量％ ａ ２０重量％以下となると、溶融石英の諸特性を引き
出すことができない。 ｂ ８５重量％以上となると
耐熱衝撃性，異成分の組織内への浸透等の面で
は改善が認められるが反面使用時の受熱による焼結が進
み体積収縮を生 じ亀裂の発生が促進されるため
である。 天然珪石質材の添加量１０〜４０重量％ ａ １０重量％以下では耐食性および焼結時の体積収縮
性を改善するにいたらない。 ｂ ４０重量％以上となると残存膨脹率が高くなると共
に焼結性能が低下して耐食性の低下および組織内へのス
ラグ成分が浸透し易くなり変質層の生成に伴いノロ付着
度が高くなると共に構造的な損傷度を高めるためであ
る。 炭化珪素質材、溶融石英質材、天然珪石質材の３者の
合量が９０重量％以上この３者以外にアルカリ等を含有
する材料が含まれると耐熱性をそこない体積の収縮を生
じたり亀裂や溝状の損傷現象を起こし溶損量異状損傷度
を高める可能性がでてくるためである。

【０００６】

【実施例】以下本発明の実施例について記載する。誘導
炉用内張り耐火物としての必要特性は、 １．使用中の受熱により残存膨脹性を示すこと。 ２．使用中のノロの付着が少ないこと。 ３．耐食性に富むこと。 等を具備していることが求められる。この条件に適合す
る内張り用耐火物を得るため基礎試験として １．第１次基礎試験 溶融石英材と天然珪石材の適正範囲（表３） ２．第２次基礎試験 基礎試験を基にしての炭化珪素質材の適正範囲（表４）
を確認して実炉にて実用試験を行う。 供試体の製造方法 試験体は表１、２に示す定められた材料を用いて表３に
示された配合比率に調整して、焼結助材として無水硼酸
１重量％添加し、ミキサーにて乾式混合を行ない供試材
とした。成形方法として乾式振動充填による成形を行な
った。即ち振動台（振動数１８００回／分のユーラスモ
ーターを設置する）上に２５０×４０×６５ｍｍの鋼製
枠内に１ｍｍ厚のステンレス製メタルケースを挿入した
型を固定し、静圧にて５分間加振充填を行ない、この成
形体を保形させるために８００℃で１０時間加熱した
後、ステンレス製メタルケースより取り出して、試験体
とした。尚第１次基礎試験は供試体を１３００℃×５時
間の熱処理を行った後 線変化率特性値と強度の確認を行う。第２次基礎試
験は第１次基礎試験と同じ方法で試験を行うと共に８０
０℃１０時間加熱して製造した試料を用いて高周波誘導
を用いて、側壁張り分け方での浸食試験を行う。実施例
に用いる耐火材料の化学成分値を表１に示し、基本粒度
構成を表２に示す。

【０００７】

【表１】

【０００８】

【表２】

【０００９】

【表３】

【００１０】以上の試験結果より溶融石英質材と天然珪
石質材の複合化材において焼結性能が高く、且つ残存膨
脹を示す適正範囲は溶融石英質材５０〜９０重量％，天
然珪石質材を１０〜５０重量％質が良い結果が得られた
のでこの試験結果より溶融石英質材６５重量％，天然珪
石質材３５重量％を基礎材として炭化珪素質材の配合量
の適正量について第２次基礎試験２を行った。基礎試験
結果を表４に示す。

【００１１】

【表４】

【００１２】この第２次基礎試験の結果より炭化珪素質
材の添加量は５重量％より焼結性能も改善され異成分の
浸透深さおよび耐溶損、耐スラグ性の効果が認められ、
添加量の増量にともない３５重量％まではその改善効果
が高くなるが４０重量％まではほぼ同じ位の平行値を示
すが５０重量％となると焼結性能も低下する傾向を示し
添加の効果がマイナス傾向となる。本発明品の実用実施
品として第２次基礎試験のＮｏ２およびＮｏ４の本発明
品を用いた。比較例としてＮｏ１、Ｎｏ６を用いた。い
ずれも基礎試験の製造方法と同様に焼結助材として、無
水硼酸１重量％添加し、ミキサーにて乾式混合を行な
い、乾式不定形材として試験材を製造し、各試験材は誘
導炉本体の底部に投設し底部を築造後、フォーマーを配
設し、炉本体とフォーマーとの間（所定の炉側壁ライニ
ング厚み）にこの乾式不定形材を投入して、フォーマー
の内側より打撃振動を加えながら加振充填して築造し、
フォーマーごと使用開始時の初回は低温度焼結させ、銅
および銅合金の溶解、精錬の通常温度よりも１０００℃
高い１３５０℃で２時間保持し、高温焼結を行なった
後、通常の１３００℃で溶解、精錬作業を繰返して使用
した。実炉試験に用いた誘導炉の使用条件を下記に示
す。 炉の大きさ ２Ｔ 溶解物 銅 溶湯温度 １２５０℃

【００１３】

【表５】

【００１４】

【発明の効果】以上の実用実施例の結果表５にも示され
るように実施比較例Ｎｏ１およびＮｏ６に比べ本発明品
Ｎｏ２，Ｎｏ４は亀裂の発生およびこれに起因する溝状
の耐用寿命上有害な異状損傷も小さく安全且つ安定した
耐用寿命を示すので耐用寿命の改善と共に炉の計画保全
作業が組込みの出来ること等炉の操業が円滑に行うこと
が出来る。尚内張り材の総損傷量は１ｃｈ当りの総損傷
量比は本発明品Ｎｏ２，Ｎｏ４は比較例品Ｎｏ１に対し
てそれぞれ２６％，２２％ 比較例品Ｎｏ６に対してそ
れぞれ７０％，６０％にとどまり大巾な耐用寿命の向上
が得られた。このように操業の円滑度が高くなると共に
内張り材の耐用寿命の向上は炉内張り材の解体、施工と
云う３Ｋの代表的な作業機会も少なくする等の幾多の改
善が出来絶大なる効果を修めることが出来た。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅および銅合金を溶解、精錬する誘導炉
   において、炉の最内側壁部および底部を構成する耐火物
   を溶融石英質材２０〜８５重量％，炭化珪素質材５〜４
   ０重量％，天然珪石質材を１０〜４０重量％としこの３
   者の合量が９０重量％以上である耐火材料に必要ならば
   適宜の焼結助材を添加してなることを特徴とする誘導炉
   内張り用不定形耐火物。