JPH10279357A - 誘導炉用内張り材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高温下での炉の内張り材の補修、解体、新規
施工といった作業ができるを効率良く行うこと誘導炉の
内張り方法と耐火物を提供する。 【解決手段】 炭化珪素質材２５〜５５重量％、ムライ
ト質材１０〜５５重量％、溶融石英質材５〜３５重量
％、天然石英質材１０〜３０重量％で４者合量が９０重
量％以上で構成された耐火原料を用いて炉底部の厚み３
０ｍｍ以上で、炉底部の厚みの５０％迄と、側壁下部の
ハカマ部材として炉内高さで側壁の底部より１００ｍｍ
以上で全高の５０％迄の部位の最内側の所定の形状に１
体成形し、熱処理を行って気孔率１５％以下とした定形
耐火物を炉底最下部をアルミナ−シリカ−炭化珪素質の
乾式不定形耐火物３で打設した上部に配設し、フォーマ
ーを用いて側壁部と乾式不定形耐火物で加振成形して施
工、構築した炉底部及び側壁下部（ハカマ部）を多層構
造としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は銅および銅合金の溶
解や精錬を行う誘導炉の誘導炉用内張り材に関するもの
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、精錬を行う場合は主に黒鉛質のルツボを内装したル
ツボ炉が用いられているが最近では多量の溶解や精錬が
容易にできる作業効率が良く、品質の均一性や作業性が
高い上作業環境が良い等の優位性を持つ誘導炉が品質管
理上、作業効率上および作業環境上の諸問題より導入さ
れ、特に大型炉が急速に普及してきている。

【０００３】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、断熱材等を配設しその最内側に１層
の耐火材壁（内張り材）を構築して使用されている。こ
の内張り耐火壁の構築方法は小型炉では黒鉛ルツボを内
装して炉本体とルツボとの間隙に乾式不定形耐火物（以
下バック材と称する）を充填し施工されている。また大
型炉では一般的には炉本体の内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して使用に供されている。この
内張りされた底部や側壁の損傷が激しいとか稼働面の汚
れは炉の保全作業が多くなり炉の稼働率の低下が生じ工
場全体の操業にも支障をきたし大きな影響をもたらす。
このため炉の長寿命化をはかるためここに用いられる耐
火物は特に吟味された耐火材を用いて製造された耐火物
が使用されている。

【０００４】現在一般にはＳｉＣ５〜２０重量％、Ｓｉ
Ｏ₂２〜２０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃６０〜９５重量％の高ア
ルミナ−炭化珪素質耐火物に必要ならば無水硼酸等の適
宜の焼結助剤を添加した乾式不定形耐火物が使用されて
いるが使用回数が進むにつれて内張り材の稼働面の底部
より側壁へと操炉中に生成するスラグが徐々に付着、堆
積し、特に炉底部にその傾向は強く炉底が高く、または
炉内径が小さくなり炉有効容積が減少し、時にはその減
少率は容量で３０容量％にも達する。このため付着スラ
グ落し作業を余儀なくされている。このスラグ落し作業
は付着スラグが銅の酸化物と金属銅が混在することによ
り高熱下でないと落しずらいことより極度な３Ｋ作業と
なると共に炉の稼働率も低下することとなる。このよう
な現状下でも作業効率、省力化や大型製品の需要増等に
より炉容が大型化へと進みこの現象は更に増大し、ます
ますその作業は過酷の度を増し更に保全作業頻度を多く
している。

【０００５】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の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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等はこのよう
な現状に鑑み高熱下でのスラグ落し作業と云う悪環境下
での３Ｋ作業の軽減ができ、炉が正常で操炉ができ能力
を十分発揮でき得る状態が維持でき、効率良く生産する
ことが可能な誘導炉の内張り方法とその耐火物を提供す
ることを技術的な課題とする。

【０００７】

【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、高熱下で炉の上部より覗きこむような状態
で行なわれる３Ｋ作業であるスラグ等の付着物の除去作
業をより軽減にでき、炉が正常で安定した操業ができ、
炉本来の能力を十分発揮でき得る状態が維持できる方策
を見い出すためにスラグ等の付着物の付着、堆積の過程
を種々の角度より調査を行った。その結果は以下の順序
で進行している。

【０００８】操炉中に生成するスラグは出湯時に上部
より下部へ、さらに炉底部へと付着して行く。 繰返し繰返しされるため付着したスラグの成分が内張
り材の組織中に浸入して表層に異質層（以下変質層と称
する）を形成する。 変質層はスラグとのなじみが良く付着し易すくなり付
着度が増し堆積して行く、特に炉底部の内張り材の稼働
面は湯温がやや低いため付着度合が高くなる。 付着物とスラグ等となじみが良いので繰り返し層状付
着が進む。この付着物は銅の酸化物を主成分とし更には
金属銅と混在することとなり冷却すると展性の高い性状
を有してくる。 付着したスラグの除去作業は高熱下で行うが、より厚
い堆積状況となった場合は炉を冷却させて行う。

【０００９】このようにスラグの付着はまずスラグが内
張り材の組織内へ浸入し、稼働層に変質層が形成され
る。この生成された変質層はスラグや金属銅等とのなじ
みが良く容易に付着現象が発生し、付着速度が早くな
る。以後ほぼ同質のスラグが毎回接する。この両者はな
じみ易く、この現象は繰返して層状堆積へと繋がって行
く、この付着堆積物中には銅の酸化物を主体とし金属銅
が混在するため冷却させると銅の特性である展性が働き
除去作業は非常に困難となり手間がかかる過酷な作業と
なるため除去が容易である高熱下での除去作業となり代
表的な高熱下での３Ｋ作業がしいられる。

【００１０】このような作業を続けるうちにも付着、堆
積が進み炉容量が少なくなると共に溶解効率も大きく低
下し電気エネルギーの浪費、生産性の低下により、つい
には炉内張り材の取替えを余儀なくされ、その頻度が高
くなっている等の現状を知見し得た。

【００１１】以上の如くスラグの付着、堆積は操業上、
生産効率上大きな問題を生じている。現在最も多く一般
に用いられている耐火物の成分組成はＳｉＯ₂１５重量
％、ＳｉＣ１５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃７０重量％の乾式不定
形耐火物である。この耐火物により炉の底部および側壁
部共施工されている。本発明者等は使用耐火材の特性を
検討してさらに研究試験を重ねた結果、高シリカ−高炭
化珪素質材とすることによりスラグの浸透、付着を大き
く改善することを見いだし、誘導炉の内張り材の材料構
成を炭化珪素質材２５〜５５重量％、ムライト質材１０
〜５５重量％、溶融石英質材５〜３５重量％、天然珪石
質材１０〜３０重量％を含みこの４者の合量を９０重量
％以上で構成された耐火材料とすることにより材質的に
大きな改善を見い出すことができた。

【００１２】更にこの耐火物の性能を高めるため本耐火
材に水と適宜の硬化剤と必要ならば解膠剤を添加し混練
後、あらかじめ炉底部の厚み３０ｍｍ以上で炉底部厚み
の５０％迄と炉内高さで、側壁の底部より１００ｍｍ以
上で全高の５０％の高さ迄の部位を所定の形状にあらか
じめ一体成形体とし成形後１０００℃以下の熱処理を施
し気孔率を１５％以下とした緻密度の高い成形体を誘導
炉の底部に従来の乾式不定形耐火物によりまず一層打設
した後、その上部に配設した後、この外周部および上部
壁を構築する鋼製型枠のフォーマーを挿入設置し、従来
の乾式不定形耐火物を投入、側壁部打撃加振することに
より施工して、スラグの付着・堆積し難い底部や側壁下
部材として、本耐火材のあらかじめ成形した１体成形体
を用いたことにより、組織内へのスラグ成分の浸入によ
る変質層の生成、スラグの付着、堆積と大きく改善さ
せ、現在の問題点を解決することができて、安全な操業
を行なうことのできる方法をここに提供するものであ
る。

【００１２】（限定理由） 炭化珪素材質、２５〜５５重量％ ２５重量％以下ではスラグの耐浸入性や対付着効果が少
ない。５５重量％以上では５５重量％を越えてもその効
果は大きく改善されることもなく材料コストが高くな
る。 ムライト質材、１０〜５５重量％ 炭化珪素質材と混在材質となることにより組織の強化が
はかられ、物理的にも秀ぐれた特性を出すが１０重量％
以下ではその効果が少なく５５重量％以上となると緻密
度が低下してスラグの浸透や表層での付着度が高くなる
傾向を示す。 溶融石英質材、５〜３５重量％ 溶融石英質材は耐熱スポーリング性と焼結力を高める効
果があるが５重量％以下では効果が小さく３５重量％を
起えると耐食性が劣化する。 天然珪石質材、１０〜３０重量％ 天然珪石質材は熱間での残存膨張性を高めて耐火材の使
用中の受熱による焼結収縮を改善し、亀裂の発生を防止
するが１０重量％以下では効果が少なく、３０重量％を
越えると使用中の組織の脆弱化が進むためである。 炭化珪素材、ムライト質材、溶融石英質材および天然
珪石質材の合量が９０重量％以上この４者の合量が９０
重量％以下となると本耐火材の特質がそこなわれるため
である。 炉の底部に本耐火材を厚み３０ｍｍ以上で炉底部厚み
の５０％迄の厚さに施工する。炉底部材の厚みが３０ｍ
ｍ以下であると炉底部材の容損が進むと一部浮きあがり
現象を含めて損傷が大きくなる。又炉底部厚みの５０％
以上の厚み迄損傷は至らないためである。 炉底部より側壁下部より１００ｍｍ以上で全高の５０
％の高さ迄に施工する。炉底部に付着、堆積した付着物
は順次側壁へと生長し、付着してくるが、高さ１００ｍ
ｍ以下では効果が小さいため１００ｍｍ以上が必要であ
る。又、炉内高の５０％以上の高い所迄は問題となるほ
ど付着物の付着量がなく、また本耐火材は弱導電性材の
ため溶解に必要な電気エネルギーのロスがでるためであ
る。尚側壁下部のハカマ部材と炉底部材は１体成形体と
しても、また各独立の成形体としても良い。ハカマ部材
は分割成形して使用に供しても良い。

【００１３】

【実施例】実施例に用いた原料の化学成分値を表１に示
す。

【表１】 実施例材の粒度測定値を表２に示す。

【表２】 実施例に用いた本発明品と比較例としての一般品の配合
比率を表３に示す。

【表３】

【００１４】本発明の実施例として表１、２に示す定め
られた原料を用いて表３に示された配合比率に調整し
て、硬化剤、解膠剤としてリン酸ソーダ１重量％、水４
重量％を添加し、混練後、粗、中粒子部材を混合、さら
に混練後、振動台上で、加振脱泡を５分間行い、３０〜
５０ｍｍ厚みの成形用原料を作成し、振動台上に２５０
×１１４×６５ｍｍの成形用石膏型を固定し、振動させ
ながら石膏型内へこの成形用原料を順次投入して成形す
る。脱型後予備乾燥として３０〜５０℃２４時間乾燥
後、５００℃１０時間の熱処理を行ない製作する。

【００１５】比較品は表１、２に示す定められた原料を
用いて表３に示された配合比率に調整して、焼結助剤
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。

【００１６】成形方法として乾式振動充填による成形を
行った。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。この試験結果を表４に示す。

【表４】

【００１７】本発明の実用実施例として表４に示された
本発明品を表４の品質特性値試験材の製法と同じ様に
硬化剤、解膠剤として１重量％のリン酸ソーダと４重量
％の水を添加し、同様に原料を調製し振動台上に所定の
炉底用ブロックおよび側壁下部のハカマ部を炉高１／３
迄の高さの部位迄の型枠を取付けて型自体を振動させな
がら調製された原料を徐々に投入しながら振動鋳込成形
を行ない２０時間養生後脱型し３０〜５０℃で２４時間
予備乾燥をした後、１時間５０℃で昇温させながら、５
００℃迄昇温後２４時間熱処理をほどこしてそれぞれ成
形体を製作する。

【００１８】この成形体を誘導炉の最炉底部に乾式不定
形耐火物の比較品（表４）を打設後、あらかじめ１体
成形された所定の形状の炉底部と側壁下部のハカマ部を
１体成形したブロックをその上部に設置した後、この上
に所定の鋼製のフォーマーを配設する。このフォーマー
と炉本体の間（所定の炉壁内張り材の厚み）に炉底部ブ
ロック材の下敷用材と同様、乾式不定形耐火物の比較材
（表４）を投入してフォーマーの内側より打撃を与え
ながら振動を加えて側壁部を加振充填を行ない築造し通
電させ徐々に昇温しながら低温焼結させ不定形耐火物を
硬化させ溶解材を溶解するが、この初溶解時のみ炉壁の
安定性と耐久性を高めるために通常の溶解温度よりも溶
解温度を１００℃高い１３５０℃まで昇温、２時間〜３
時間保持し高温焼結を行い、後温度調整をして使用した
後は正規の操炉に入る。

【００１９】実用実施例に用いた誘導炉の使用条件を次
に示す。 炉の大きさ １０^T炉 溶解材 銅 溶湯温度 １２５０℃

【００２０】尚本発明実用実施例の誘導炉用内張り材の
構成を図１、従来方式を図２に示す。実炉使用試験結果
を表５に示す。

【表５】

【００２１】

【発明の効果】表５に示されるように実用試験の結果で
は比較例に比べ本発明の態様（内張り材のライニング
法）では炉底部でのスラグの付着開始時がおそくかつ付
着量が少ないことより付着したスラグの除去作業も比較
例に比べほぼ同じ使用回数時では５回が１回と少なくな
り、炉の冷却回数も１回と少なくなったことより炉の加
熱、冷却頻度の減少により炉壁の亀裂の発生、発達が軽
減、地金差しによる炉の寿命終了もなく良好なる結果が
得れらた。今回の試験結果では本発明の耐火物及び内張
り材の構成であれば更に耐用寿命の延長が見込まれる。
尚本発明の一番の課題であるスラグ付着の軽減と炉壁材
の損傷を小さくし安全な操業、３Ｋ作業の改善について
は付着したスラグの除去作業、補修作業の頻度減少によ
り１ｃｈ当りの作業頻度数が０．０３４１ｃｈ／回が
０．００４３ｃｈ／回となりその頻度比率は１００％が
１３．３％となり更に耐用寿命も１５４ｃｈが２３０ｃ
ｈとなり１４９％の耐用向上につながって溶解効率の改
善となり生産コストの引き下げにも大きな貢献をするこ
とができ、その効果は絶大なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の誘導炉用内張り材の実施態様を示す断
面図である。

【図２】従来の誘導炉用内張り材の実施態様を示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 従来の乾式不定形耐火物 ２ 本発明による１体成形耐火物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭化珪素質材２５〜５５重量％、ムライ
   ト質材１０〜５５重量％、溶融石英質材５〜３５重量
   ％、天然石英質材１０〜３０重量％で、この４者の合量
   が９０重量％以上で構成された耐火材料に水と適宜の硬
   化剤および必要ならば解膠剤を添加、混練した原料を用
   いてあらかじめ誘導炉の炉底部材として炉底部の厚み３
   ０ｍｍ以上で、炉底部の厚みの５０％迄と、側壁下部の
   ハカマ部材として炉内高さで側壁の底部より１００ｍｍ
   以上で全高の５０％迄の部位の最内側の所定の形状に１
   体成形体として成形し、１０００℃以下の熱処理を行な
   って、気孔率１５％以下とした定形耐火物を炉底最下部
   をアルミナ−シリカ−炭化珪素質の乾式不定形耐火物で
   打設した上部に配設し、フォーマーを用いて側壁部を乾
   式不定形耐火物で加振成形して施工、構築した炉底部お
   よび側壁下部（ハカマ部）を多層構造としたことを特徴
   とする誘導炉用内張り材。