JPH11201653A - 低通気性定形材を内装した誘導炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 操業中に素材中に混入する亜鉛等の低融点、
低沸点金属が誘導炉の内張り耐火物中の組織内に浸透
し、炉本体側に配設されている湯もれセンサー感知で内
張り材が充分使用に耐えれる状態にあるにも拘らず湯も
れとして検知され、湯もれ警報を発するため、継続使用
ができなくなると共に、コイルの損傷を助長させる等の
不具合を解決することを技術的課題とする。 【解決手段】 電気式誘導炉の内張り用耐火物におい
て、最内側層稼働層を側壁一体成形耐火物でその外層部
を乾式不定形耐火物による多層構造となし、更に用いる
定形耐火物の通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃｍ²，
ｓｅｃ）が４０以下であること、外層部に用いる乾式不
定形耐火物の熱間線膨張率が内装する定形耐火物と同等
あるいは同等以上である耐火物で築造された電気式誘導
炉を提供すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属の溶解およびま
たは精錬を行なう時に用いられる定形耐火材を内装した
誘導炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、主に鋳鉄の溶解およびまたは精錬
は主にキュポラでの溶解し前炉又は取鍋内での精錬処理
が行われていたが、近年、バラツキの無い品質を持つ
製品高い生産性より良い作業環境が求められている
昨今、これらの要求に対応するため、キュポラ操業に比
べ、溶解効率がよく炉および炉の内張り耐火材の保全機
会が少なく、かつ容易で、均一性の高い溶湯が得られる
と共に操炉時の作業環境のよい誘導炉が急速に普及して
きている。この誘導炉は外周部に電気式の誘導コイルを
持ち、このコイルの内側に必要ならばコイルセメントに
よりコイルを被覆保護する耐火層を設け、湯もれセンサ
ー、絶縁材および断熱材等々を順次配設した後、最内側
に一般には一層の耐火物により炉床部、側壁部に内張り
層を構築して使用されている。

【０００３】この耐火物による内張り耐火材の施工方法
は一般には乾式不定形耐火物を用いて先ず炉の底部を所
定の厚みだけつきかためるか、加振充填施工し、この上
部に所定の側壁の厚みを持たせるように設計された寸法
の鋼製の内枠（以下フォーマーと称する）を炉のほぼ中
心部に配設し、このフォーマーと炉体との間隙部に乾式
不定形耐火物を投入した後、フォーマーの内側に直接振
動を与え、上下させながら投入した不定形耐火物を加振
充填させて施工する。

【０００４】このようにして、施工された耐火物は充填
密度が低く、かつ均一性の高い施工体を構築しがたく、
炉の寿命のバラツキが出易いなどの不具合を持ち合わせ
ており、この施工の良否が炉材の寿命を大きく左右させ
るため、予想外の保全作業が余儀なくされて突発的に工
場の操業停止となる大きな損失をまねく等、工場の操業
面での影響が大きいため、安定した操業を行なうには、
より確実な施工を行なう必要がある。それには高い熟練
が必要とされる。

【０００５】また、施工の良否と共にここに用いられる
耐火物も特に吟味された珪石質材、アルミナ質材、マグ
ネシア質材、およびスピネル質材等の諸材料に必要なら
ば無水硼酸等の焼結助材を添加した乾式不定形耐火物を
使用条件にあわせて選定しながら使用されているが、均
一な充填密度や高い充填密度が得がたいのでガスや鋳鉄
材中に含まれる亜鉛等の低融点金属等は高温度中に存在
する場合は非常に低粘性になるとか、一部気化現象を生
じ、炉の内張り耐火材の組織中に容易に浸透現象を起こ
すことになる。

【０００６】現在誘導炉において溶解される鋳鉄用材料
は新材屑にかわり、亜鉛メッキ鋼板屑も多く使用される
ようになってきている。亜鉛金属は融点４１９．５℃、
沸点が９０６℃と非常に低耐熱性材であるため、鋳鉄材
の溶湯温度は１４５０〜１５５０℃と高く溶解、精錬さ
れるため、内張り耐火材の組織中に容易に浸透して裏側
に配設されている湯もれセンサーに検知され作動するこ
ととなり、湯もれでなくても、湯もれか否かが判定でき
ぬまま、継続使用することが安全操業上できず、解体
し、新しく内張り材を張り替えねばならない。このため
内張り材の保全作業の機会が多くなり、３Ｋ作業を余儀
なくされていると共に、炉の操業はもとより上工程およ
び下工程にも影響が出て、工場全体の操業をも低下させ
ることとなる。尚、誘導コイル近傍にまで浸入してきた
これら亜鉛等の低融点金属は誘導コイルの寿命をも短く
させる原因となり、その損傷は大きくひいては製造コス
トを高めることとなっているのが現状である。現在この
ような問題点を解決し、安定した操炉ができ、かつ製造
コストを引き下げられるようにすることが強く望まれて
いるのが現状である。

【０００７】

【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、前述のごとく操業中に鋳鉄材中に混入す
る亜鉛等の低融点、低沸点金属が誘導炉の内張り耐火物
の組織内に浸透し、炉本体側に配設させている湯もれセ
ンサーが感知し、内張り材が充分使用に耐えられる状態
にあるにもかかわらず、湯もれとして検知し、湯もれ警
報を発するため継続使用ができないと共に誘導コイルの
損傷を助長させる等の不具合を解決することを技術的課
題とするものである。

【０００８】

【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、炉の操業が安定してでき、且つ内張り用耐
火物が充分に使いきることができ、長い寿命を有するこ
とができるように種々調査検討を行なった結果、亜鉛等
の低融点、低沸点の金属が耐火物の組織内を透過する現
象を起こすのは耐火物の組織、密度と通気率に起因する
ものであろうとの結論を得て、先ず、現在の乾式不定形
耐火物を用いての加振充填された炉の内張り用材の充填
密度と通気率を調べた結果、充填密度は７５〜８２％で
通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃｍ²，ｓｅｃ）が８
００前後と高く、低密度で高通気性であることが判明し
た。この結果より、耐火物の密度と通気率、そして
小型の高周波誘導炉において鋳物銑９５重量％と亜鉛５
重量％を溶解して溶湯温度を１６００℃とし、６０分間
保持した後出湯する試験を繰り返し行い調べた、亜鉛
の浸透度と、この三者の関係につき種々研究と実用試験
を重ねた結果、通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃ
ｍ²，ｓｅｃ）が４０以下ならばほぼ亜鉛メッキ鋼板等
の亜鉛の混入材を鋳鉄の素材として使用して溶解された
溶湯の温度が１６００℃でも亜鉛等の低融点、低沸点の
金属が浸入してきても誘導炉の操業上不具合の発生もな
く、操炉することが可能であることを知見し得た。

【０００９】このように通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²，
ｇ／ｃｍ²，ｓｅｃ）４０以下の低通気性の特性を具備
する内張り材を得ることは現在の施工方法の主流をなす
乾式不定形耐火物を炉性能上適正な厚みの内張り層を設
けるように設計されたフォーマーを底打ち後、炉のほぼ
中央部に配設した後、炉本体とフォーマーの間隙部に投
入しフォーマーの内側に直接、振動を与えながら加振充
填するのでは達成することが出来ない。必要とする低通
気性を得るためにはあらかじめ、側壁一体成形体あるい
は側壁と底部を一体成形体として工場で製作し、この成
形体を炉底最下部層に乾式不定形耐火物をつき固めた
後、炉本体のほぼ中央部に設置し、その稼働層を少なく
とも側壁一体の成形体とほぼ同等以上の熱膨張率を有す
る乾式不定形耐火物で高密度に充填する内張り材二層構
造とすることが最も好ましい手法であることを見い出し
た。尚、より低気孔性耐火物を製出するには乾式成形
法、半乾式成形法、湿式成形法と種々ある成形法の内、
低水分での湿式振動成形法による成形が容易であり且つ
成形体の均質が得やすく、より経済的な手法であること
を共に知り得ることが出来た。

【００１０】このようにして製出された通気率（ｃｍ・
ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃｍ²，ｓｅｃ）が４０以下の低通気
性で少なくとも側壁一体成形された耐火物を炉のほぼ中
央部に配設し、この定形体と炉本体との間隙部に乾式不
定形耐火物を投入し振動棒等で直接加振又はつきかため
て充填施工することにより、 亜鉛等の低融点金属が内張り材の組織中への浸透を軽
減することができた。 二層構造とすることにより万一浸透あるいは最内層材
に亀裂が入り、地金が浸入しても第二層目をなす不定形
耐火物が固まっていないため、割り込むことなく成形体
と不定形耐火物の間に薄く入り凝固するので安全に操炉
を行なうことができる。 亜鉛等の低融点金属がコイルセメントの組織内への浸
透や直接誘導コイル外表面への付着も軽減されることに
より誘導コイル自体の保全作業も少なくなり、かつ寿命
が延長された。

【００１１】このような低通気性の成形体を最内層材と
し、その外周部に使用時に定形内装材を外回りより拘束
することのできる同等あるいは同等以上の熱膨張率を有
し、使用時の受熱により固まらない乾式不定形耐火物で
構成することにより、安全且つ安定した操業ができ、ま
た誘導コイルの長寿命化が計れる効果をもたらすことが
できて現在の問題点が解決し得る手段をここに提供する
ものである。

【００１２】 （限定理由） (1)稼働層を少なくとも側壁一体の成形体耐火物とし外
周部層を乾式不定形耐火物での二層方式とする。 (a)一体成形体とすることにより充填密度を高めること
ができ、低通気性材とすることが出来る。 (b)内張り用耐火物は稼働層が焼結度が高く高密度体と
なり亀裂が発生せず、外周部は未焼結状態で自在性を有
することが操業上の安全性が高いことおよび解体時
に炉底部よりの押し抜き又はこわしがラクにできる熱
の伝導度も低く保つことが出来る。 (2)稼働層に用いる定形耐火物の通気率（ｃｍ・ｃｍ／
ｃｍ²，ｇ／ｃｍ²，ｓｅｃ）が４０以下であること。通
気率が低くなるにつれ亜鉛等の低融点物の浸透が抑制さ
れ、少なくなるが定形耐火物が重力入りのバランスがと
れ、正常稼働している間は安全に使用ができる特性値を
示している。 (3)定形耐火物の外周部に用いる乾式不定形耐火物の熱
間線膨張率が定形耐火物材に比べ、同等又は同等以上で
あること。内装された定形耐火物を背面より拘束して割
れの発生、発達を抑制することが背面部に充填する乾式
不定形耐火物の役目である。この役割をより確実とする
には熱間の膨張率が最内層を形成する定形耐火物を保護
するには高いことが望ましい。以下実施例を示す。

【００１２】

【実施例】１．実施例に用いた原料の化学成分値例を表
１に示す。

【００１３】

【表１】

【００１４】２．実施例に用いた耐火物の粒度構成を表
２に示す。

【００１５】

【表２】

【００１６】３．実施例材の配合比率と耐火物の形態を
表３に示す。

【００１７】

【表３】

【００１８】４．評価試験内材の製造方法 本発明の実施例は表１に示される原料を用い、表２、表
３に示されるように粒度構成に調製し、配合、混合又は
混練を行なう。 実施態様Ａ 、は定められた材料比を配合、混合し、この乾式不定形耐火 物に調製する。 実施態様Ｂ 、、、は定められた材料を配合、混合、混練し、湿式坏 土を調製する。 実施態様Ｃ は定められた材料を配合、混合、混練を行い、半乾式のラミン グ材を用い、調製する。

【００１９】以上の如く調製された材料を用いて、実施
態様Ａ、Ｂ、Ｃ共に２５０ｍｍ×１１４ｍｍ×６５ｍｍ
形状に充填し、加熱処理を行い、評価用材を製造する。
その評価用材の成形 実施態様Ａ、Ｂ、Ｃ詳記すれば、 実施態様Ａ→調製された乾式不定形耐火物を所定の形
状に製出する。型内に１ｍｍのステンレス鋼板にてほぼ
同形状の薄鋼板枠を挿入して、振動台上に固定して加振
充填した後、内枠ごと電気炉中にいれ、８００℃で３時
間保持して硬化させ製造する。 実施態様Ｂ→調製された材料に、、材はリン酸
ソーダと水、材はコロイダルシリカと水を基定量添加
し、混合、混練を湿式材となし、容器内に厚み２０〜４
０ｍｍ位加振し、材料中の気泡をのぞきながら原料調製
を行い、所定の大きさの吸水性能を有する鋳込用型中に
順次投入しながら、加振鋳込み成形を行い、１６時間以
上放置、自然養生した後、脱型し、約２４時間２０〜５
０℃で予備乾燥を行なった後、１時間あたり３０℃の昇
温速度で１５０℃まで高め、１０時間保持し、乾燥後１
時間あたり４０℃で８００℃まで昇温させ、３時間保持
して製出する。 実施態様Ｃ→調製された材料をミキサー内にてリン酸
ソーダと水を添加、混練して、材料を調製し、所定の大
きさの型を用いて、エアーランマーにてつき固めて製造
し、１６時間自然養生後、１時間あたり３０℃で１５０
℃まで昇温し、１０時間保持の乾燥を行った後、１時間
あたり４０℃で８００℃まで高めた後、３時間保持して
製出する。

【００２０】以上のごとき製法により製出した各試験体
の品質特性値を同試験体を用いて、高周波誘導炉の内張
り用として張り分け、侵食、浸透試験を行なう。この張
り分け試験の条件は次の通りである。 １．溶解物 鋳物銑５０％、打ち抜き鋼材屑２５％、もどり材２０％、 亜鉛５％。 ２．溶解温度 １５４０℃ ３．溶解時間 ６０分 ４．保持時間 ３０分 ５．試験回数 １００回 ６．試料の大きさ 巾４０ｍｍ、厚み６０ｍｍ、高さ２５０ｍｍ ａ．試験材とは乾式不定形材一層で６０ｍｍ ｂ．試験材〜は定形試料４０ｍｍで乾式不定形材、２０ｍｍ、６０ｍ ｍで張り分けをする。 で行い、その結果を表４に示す。

【００２１】

【表４】

【００２２】以上の結果に示されるように、一般に用い
られている乾式不定形耐火物との振動充填材は通気
率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃｍ²，ｓｅｃ）がそれぞ
れ８１４、７１５と高くこれに対して同材質でも湿式振
動成形体とでは２７、１２と低く、成形方法の違い
により大きな差を生じている。この通気率の差が組織内
への浸透深さに関連している結果を得ることができた。
この結果より、本発明品の通気率の範囲を４０（ｃｍ・
ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃｍ²，ｓｅｃ）以下とする。この試
験の結果に基づき、本発明範囲内実施例材として３材と
６材、比較例材として材と材を実用試験に供し、性
能比較を行なう。

【００２３】 実用試験の使用条件 １．炉の大きさ ５ＴＯＮ低周波誘導炉 ２．溶解材 鋳物銑２０％、亜鉛メッキ鋼板屑８０％、カーボン４％ ３．溶解精錬速度 １５４０℃±１０℃ ４．１日の溶解量 出湯時間（３ｔｏｎ＋３ｔｏｎ＋３ｔｏｎ＋５ｔｏｎ＝ 合計１４ｔｏｎ） 実用試験供試材の製造方法 実用試験用材は評価試験用材と同一の製造方法で行な
う。本発明範囲内の実施例材材と材は実施態様Ｂの
製法により行なう。材については表３のに示される
配合比率に調製された材料に所定のリン酸ソーダと水を
添加し、混合、混練を行なう。また材も同表３のに
示された配合比率に調製した材料に所定のコロイダルシ
リカと水を添加し、混合、混練を行い、後に平型の原料
用客器に浸け出して振動台上で２０〜４０位の厚みに
し、加振脱泡を行い、調製された原料をそれぞれ定めら
れた形状を成形する成形型を振動台上に設置して、この
鋳込み成形用型を振動させながら型中に順次投入し加振
充填を行い、側壁一体成形体を成形し、４８時間自然放
置養生後、脱型し、約４８時間を２０〜５０℃で予熱乾
燥を行なった後、１時間あたり３０℃の昇温速度で１５
０℃迄高め１０時間保持し乾燥を行い、更に１時間当た
り４０℃の昇温速度で８００℃まで高め、１０時間保持
して成形体を製造する。この一体成形材をそれぞれ誘導
炉の炉底に所定の珪石質乾式不定形耐火物を定められた
厚みに打設施工した上にほぼ炉の中央部に設置し、炉本
体と成形体との間隙に炉底施工材と内材の乾式不定形耐
火物を加振充填して、固定した後、内底部を側壁部と内
材質の乾式不定形材で打設充填施工した。尚、比較用材
の表３、材と材は表３に示された配合比率に原料を
配合混合を行い乾式不定形耐火物を調製して、先ず炉底
部に定められた厚みを打設後、所定の鋼製枠（以下フォ
ーマーと称する）をほぼ炉の中央部に設置し、炉本体と
フォーマーの間に材、材をそれぞれ投入しフォーマ
ーの内側より、打ちたたき、内部に投入した乾式不定形
耐火物に振動を与えながら加振充填を行い施工を行な
う。

【００２４】このようにして本発明実施例はあらかじ
め、成形された緻密な成形体を内層材として外周部を乾
式不定形耐火物で充填し拘束した二層構造とし、比較材
は従来通り乾式不定形耐火物の一層構造で内張り材を築
造して実用に供した。使用に際し本発明材は低温での焼
結工程は全くなく、直ぐ溶解を行い得るも、比較材は低
温での焼結工程１６時間を要した。尚、初溶解時のみ、
溶解後は通常の溶湯温度より１００℃上昇させ、時間の
保持を行い、内張り材の安定を計った。このようにそれ
ぞれ調製施工された誘導炉での実操業による実施結果を
表５に示す。

【００２５】

【表５】

【００２６】尚、実用実施例の炉の内張り材の構成を表
６に示す。

【００２７】

【表６】

【００２８】以上の如く、側壁溶損量をほぼ３０ｍｍを
目度とするも、比較材材、材は溶損量が２０ｍｍ、
２２ｍｍと少ないにもかかわらず浸透が深く、センサー
が動き中止となるが、本発明実施例範囲内材は予定通り
使用ができ、異状な不具合もなく終了した結果を得た。

【００２９】

【発明の効果】あらかじめ、一体成形とすることにより
表４に示されるように従来の乾式不定形耐火物を直接加
振充填施工するものに比べ、高い充填密度が得られ、ま
た低通気製の特性を有する内張り材とすることができ、
溶損量では材：材が７５．９：１．００、材：
材が８４．３：１．００、浸透深さについては、材：
材が３６：１．００、材：材が２５．５：１００
となり溶損量＋浸透量を総損傷量としても本発明の範囲
内材材と材は比較材に対してはそれそれ２５．０
％、３６．９％、比較材に対しては３０．４％、４
４．９％にとどまり大きな改善を修めることができた。
尚、問題の亜鉛等の浸透深さについては約１９％で耐用
寿命は本発明範囲内材材と材は同材料である。比較
材材、材に対してそれぞれ１９２％、１５８％の耐
用を示し、安全なる操業ができ、内張り材の組織内への
低融点金属等の浸透による不具合をも大きく改善するこ
とができてその効果は絶大なるものがある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属を溶解およびまたは精錬を行なう電
   気式誘導炉の内張り用耐火物において最内側層（稼働
   層）を少なくとも側壁一体成形耐火物で、その外層部を
   乾式不定形耐火物による多層構造となし、ここに用いる
   定形耐火物の通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃｍ²，
   ｓｅｃ）が４０以下であること、外層部に用いる乾式不
   定形耐火物の熱間線膨張率が内装する定形耐火物と同等
   または同等以上である耐火物で築造されたことを特徴と
   する低通気性定形材を内装した誘導炉。