JPH11211361A - 内張り材の外層部に施釉定形材を配して多層内張り構造とした誘導炉 - 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モレセンサーが感知
し、内張り材が充分使用に耐えうる状態にあるにもかか
わらず、湯モレとして検知され、湯モレ警報を発するた
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。 【解決手段】 誘導炉の内張り材の構造を、セラミック
ス釉薬を施釉することにより通気率を１０ｃｍ・ｃｍ／
ｃｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃとした定形耐火物の外スリー
ブと乾式不定形耐火物による２層構造として築造された
電気式誘導炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は亜鉛メッキされた亜
鉛も含有する金属屑をも材料として用い、溶解およびま
たは精錬を行なう際に用いられる誘導炉の内張り材の外
層部に施釉定形材を配して多層内張り構造とした誘導炉
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
は主にキュポラで溶解し必要ならば前炉又は取鍋内での
精錬処理が行われているが、近年、品質のバラツキが
小さい安定した製品高い生産性より良い作業環境等
々が強く求められている昨今、これらの要求に応ずるた
め、キュポラ操業に比べ、溶解効率が高く、品質の均一
性の高い溶湯が得易く、作業環境が良い、また炉および
炉の内張り材の保全機会が少ないなどの優位性の認めら
れている電気式誘導炉が急速に普及してきている。誘導
炉は外周部に電気式誘導コイルを備え、このコイルの内
側にコイルセメントによりコイルを耐火物により被覆保
護した本体内側に湯モレセンサー絶縁材、断熱材等を配
設した後、最内側に一般的には１層の乾式耐火物により
炉床部、側壁部の各部の内張り層を構築して使用に供さ
れている。

【０００３】この炉の内張り材の施工方法は一般的には
乾式不定形耐火物を用いて先ず炉の底部を所定の厚みに
つきかためるか、加振充填施工し、この上部に所定の側
壁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）を炉のほぼ中央部に配置、
設し、このフォーマーと炉本体との間隙部（稼動層）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
接たたき振動を与えながら上下させ投入した不定形耐火
物を加振充填させて施工を行なうが炉の内張り材の長寿
命化と寿命の安定性を高めるためには、より確実なる施
工を行なう必要がある。そのため高い熟練度が要求され
ると共に使用条件に最も適した耐火物が必要となること
より、ここに用いられる耐火物は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合わせて選定しなが
ら使用されているが、均一性、充填密度の高い内張り材
は得がたい。このため使用時に内張り材の組織中にスラ
グやガスそして鋳鉄用材中に含まれている亜鉛等の低融
点金属が融点、沸点以上の高温度域にさらされているた
め非常に低粘性化すると共に、一部蒸発現象を生じるこ
と等により浸透現象を起こしやすい状態となっている
が、現在の鋳鉄用の材料事情は亜鉛メッキ鋼板類の混入
比率が高まってきている。

【０００４】亜鉛金属は融点４１９℃、沸点が９０６℃
と非常に低耐熱性材料である。鋳鉄材を溶解、精錬時の
溶湯温度は１４５０℃〜１５７０℃と高温度下で行なう
ため、内張り材の組織内へ容易に浸透するので配設され
ている湯モレセンサーに検知され作動し、湯モレがなく
ても、湯モレ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
替えなければならない。このため内張り材の保全作業の
機会が多くなり、解体施工と云う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、工場全体の操業率を低下させること
となる。尚、コイル近傍に迄浸入してきたこれら亜鉛等
の低融点金属はコイルの寿命をも短くさせる原因ともな
り、その損失は大きく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
定した操炉ができ且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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の如く操業中に金
属材料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
させている湯モレセンサーが感知し、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、湯モレとし
て検知し、湯モレ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ものである。

【０００６】

【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
火物を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へ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８００ｍｍ・ｍｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ前
後と、低密度で高通気性であることが判明した。

【０００７】この結果に基づき、耐火物の密度と通
気率と亜鉛の浸透度の関係につき種々研究と実用試験
を重ねた結果、同材質の場合、亜鉛の浸透度は充填密度
が高く、通気率が小さければ少なく、密度が低く、通気
率が高ければ大きくなる相関関係を有することも判明し
た。試験の結果、通気率１５ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／
ｃｍ³・ｓｅｃとすれば一応の効果があることを見い出
した。

【０００８】しかし、このように通気率１５ｃｍ・ｃｍ
／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ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に投入
しフォーマーの内側をたたき振動を与えながら加振充填
するのでは達成することができない。

【０００９】必要とする低通気性材とするため更に小型
高周波誘導炉による試験を重ねた結果、炉本体側にあら
かじめ側壁部一体成形された通気率１５ｃｍ・ｃｍ／ｃ
ｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ以下の円筒状品の外スリーブを
装入した後、現在一般に使われている乾式不定形耐火物
を底打後、炉のほぼ中央に設計されたフォーマーを配設
し、外スリーブとフォーマーとの間に投入してフォーマ
ーの内側よりたたき振動を与えながら加振充填して施工
することにより亜鉛の浸透による不具合を解決すること
ができた。即ち、乾式不定形耐火物を用いて加振充填し
て施工された内張り材の組織中に亜鉛等の低融点物が浸
透しても内張り材の外層部を構成する通気率１５ｃｍ・
ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ以下の外スリーブによ
り亜鉛の浸透は止められて、湯モレセンサーを作動させ
るまでには至らないことを見い出した。

【００１０】このように通気率１５ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²
・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ以下の外スリーブと乾式不定形材
の加振充填施工層と２層構成とすることにより一応の成
果を修めることができるが、より安定性を高めるには外
スリーブの緻密性を高めることにあるが耐熱スポーリン
グ抵抗性が小さくなるため、亀裂の発生や割れの現象を
を生じ易くなり、外スリーブの目的とする機能を充分果
すことができなくなる可能性があること、および炉保全
時、使用中等の機械的耐衝撃性にも耐えなければならな
い等の諸特性を具備していなければならない。

【００１１】これらの諸条件に適応できる材質について
種々研究し、実炉により実用試験を重ねた結果、 耐機械的強度 ……圧縮強さ３００ｋｇ／ｃｍ²以
上であること 耐熱衝撃性 ……熱間線膨張率１０００℃で０．
５％以下であること 耐亜鉛等の浸透性……通気率１０ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²
・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ以下であること 耐熱性 ……内張り材の外周部３０〜５０ｍ
ｍの使用中の温度は５００℃以下であり、５００℃に耐
えればよい。 等々の特性を有していることが必要であることが知見し
得た。

【００１２】このような外スリーブを炉本体側の側壁に
内装し、その内側に従来一般に用いられている乾式不定
形材をフォーマーを用いての通常の施工方法で施工すれ
ば現在の不具合が解決できた。尚、外スリーブ材は損傷
がなければ多数回使用が可能であることより取替え炉材
費の低減にもつながる効果をも副次的効果として得るこ
とができた。また外スリーブ材は低熱間線膨張性材で強
度が高い品質を具備させることが損傷度を低くすること
により有効である結果をも共に得ることができた。

【００１３】以上記述した通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²
・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ）１０以下、圧縮強さ３００ｋｇ
／ｃｍ²、熱間線膨張率（ａｔ１０００℃％）０．５％
以下の特性を持つ外スリーブ材を製出するには、アルミ
ナ質原料、アルミナ−シリカ系（ハイアルミナ質からシ
ャモール質系材）材料や低熱間線膨性材料である溶融シ
リカ、チタン酸アルミニウム質材、コーディライト質
材、および窒化珪素質材の一者または二者以上を配合す
ることが有効である、成形に対しては大型成形体をより
均質でより粒子間結合の高い材質を得るには湿式振動鋳
込成形法が製造設備費および製造費を低くすることがで
き適した製造方法である。

【００１４】また外スリーブの特性値を高強度低通気性
素材とすると熱衝撃抵抗性が低下して亀裂の発生、割れ
を生ずる危険性を有することとなるため、亜鉛等の低融
点、低沸点金属等の浸入をより確実に阻止するために外
スリーブ材自体の通気率１５ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／
ｃｍ³・ｓｅｃ以下を満足しなくても良く、外スリーブ
の内表面に５００℃以上の耐熱性のあるセラミックス釉
薬を施こした内表面施釉スリーブ材となし、この外スリ
ーブの内表面での通気率を１０ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ ²・ｇ
／ｃｍ³・ｓｅｃ以下とすることにより確実な効果を修
めることができることを知り得た。

【００１５】耐熱スポーリング性を重視した多通気性ス
リーブ材を母材としても、このようにして製造されたセ
ラミックス釉薬を外スリーブの内表面に施こした施釉ス
リーブを最外側層内張り材としてその内側層に従来の乾
式不定形耐火物で構成する２層方式とすることにより安
定した操業ができ、また亜鉛の浸透による内張り材の短
寿命およびコイルの寿命低下も改善される効果をももた
らすことができて現状の問題点を解決し得る手段をここ
に提供するものである。

【００１６】 （限定理由） 炉の内張り材を最外側層に通気率１０ｃｍ・ｃｍ／ｃ
ｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓｅｃ以下の側壁一体成形体の外スリ
ーブ材で内側層を乾式不定形耐火物を用いての加振充填
施工体による２層構造施工体とする。外スリーブと乾式
不定形対物との２層構造とするのは内側層の組織内に亜
鉛等の低融点材が浸透しても外スリーブにより浸透が阻
止されることにより浸透物による不具合を改善すること
ができるためである。 外スリーブ材の内表面に少なくとも５００℃に耐え得
るセラミックス釉薬を施こしてこの施釉層を含めての通
気率が１０ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ²・ｓｅｃ以下
であること。誘導炉の内張り材の最外側層の受熱温度は
最も高くても正常な場合は５００℃以内であることよ
り、耐熱性を少なくとも５００℃に耐えるセラミック釉
薬とすること、尚、このセラミックス釉薬層を含めての
通気率を１０ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ²・ｓｅｃ以
下としたのは通気率が１０ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃ
ｍ²・ｓｅｃ以下であればほぼ浸透を阻止でき浸透によ
る不具合を全く起こさないためである。 熱間線膨張率が１０００℃で０．５％以下であること
熱間線膨張率が１０００℃で０．５％以上と高くなると
加熱、冷却の繰り返しにより亀裂の発生が容易に生ずる
危険性があるためである。 セラミックス釉薬の耐熱性５００℃以上とする。コイ
ルセメントおよび内張り材の外周部３０〜５０ｍｍは最
も温度が高くなっても５００℃迄であることより、外ス
リーブの内表層をなすセラミックス釉薬はこの温度に耐
え得れば良いためである。 以下、本発明の実施例を示す。

【００１６】

【実施例】１．実施例に用いる原料の化学成分値を表１
に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】２．実施例に用いた耐火物の粒度構成を表
２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】３．実施例材の配合比率と耐火物の形態を
表３に示す。

【００２１】

【表３】

【００２２】４．セラミックス釉薬材の配合比率を表４
に示す。 成形体外スリーブの内表面に施す釉薬の配合比率を表４
に示す。

【００２３】

【表４】

【００２４】５．評価試験用材の製造方法 Ａ．第一工程（外スリーブ一体成形体の製造） 本発明の評価試験用材は表１に示される材料を用いて表
２、表３に示されるような粒度構成に調製し配合、混合
混練を行なう。 実施態様Ａ 定められた材料を配合、混合して乾式不定
形耐火物とする。 実施態様Ｂ 定められた材料を配合、混合し、バインダ
ーを添加し混練して湿式坏土を調整する。

【００２５】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。成形用型内に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入
れ、８００℃で３時間保持して硬化させ製造する。 実施態様Ｂ→調製された材料にコロイダルシリカと水
を基準量添加し、混合、混練し、湿式材となし、平底の
ステンレス製容器に受け取りこれを振動台上に置き、２
０〜４０ｍｍ位の厚さで加振し、のばしながら気泡を脱
し坏土の調製を行い、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
〜５０℃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℃迄高め、１０時間保持し、乾燥後
１時間あたり４０℃で８００℃まで昇温させ、６時間保
持して製出する。

【００２６】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、浸食、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２５ｍｍ、高さ２
５０ｍｍ ａ．試験材〜は乾式不定形材一層で６０ｍｍ ｂ．試験材〜は定形試材４０ｍｍ、乾式不定形材２
０ｍｍで６０ｍｍで張り分けをする。 以上による試験結果を表５に示す。

【００２７】

【表５】

【００２８】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による振動充填材、、
はそれぞれ通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ³・
ｓｅｃ）が８０３、８３４、８１１、これに対して湿式
振動成形体、、はそれぞれ３７、５３、１２と低
く、成形方法の差が大きく影響しかつこの通気率の差が
組織内への浸透深さにも相関性を有している結果を得る
ことができた。

【００２９】この結果より本発明の誘導炉の内張り材の
施工方法は外スリーブの内表面にセラミックス釉薬を施
こした通気率１０ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²，ｇ／ｃｍ³，ｓｅ
ｃ以下の外スリーブを内側の稼動層を従来の乾式不定形
耐火物にて加振充填施工して２層構造方式とする。本発
明の実施例としては外スリーブを材、内側層の乾式不
定形耐火物材と材を用いる。また比較例材を材と
材の乾式不定形耐火物によりそれぞれ加振充填施工し
築造して、実用試験に供す。

【００３０】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８
０％、カーボン４％ ３．溶解精錬温度 １５４０℃±１０℃ ４．１日の溶解量 出湯４回（３ｔｏｎ＋３ｔｏｎ＋３
ｔｏｎ＋５ｔｏｎ＝合計１４ｔｏｎ） 実用試験供試材の製造方法と施工 Ａ．第一工程（外スリーブの母材製造工程） 実用試験用材は評価試験用材の製造方法で行なう。本発
明実施例材は外スリーブを表３に示される材で調製
し、所定のバインダーと水を添加し、混合、混練、加振
脱泡を行い、実施態様Ｂに基づき、調整された坏土を用
い、設計された形状を製造する型を振動台上に設置し
て、この鋳込成形用型を振動させながら型中に順次投入
しつつ加振鋳込側壁一体成形物を成形し、４８時間自然
養生後、脱型し、約４８時間を２０〜５０℃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
℃迄高め１０時間保持し乾燥を行い、更に１持間あたり
４０℃の昇温速度で１３５０℃迄高め、１０時間保持し
て成形体を製造する。 Ｂ．第二工程（外スリーブ材の内表面にセラミックス釉
薬を施釉する工程） 表４に示すようにフリットに増粘性と粒子の解膠性を高
めさせるために有機物のデキストリンとリン酸ソーダを
添加し、水で泥漿状態とし、これを外スリーブの内表面
に約２ｍｍの厚みで塗布した後、電気炉中にて１時間あ
たり７０℃で昇温し、最高７５０℃とし３時間保持して
炉中冷却を行なうことにより施釉工程とする。

【００３１】上記の１、２工程をへて、製造された外ス
リーブを炉本体側壁最外側に珪石質モルタルを介して施
工した後、表３に示される乾式不定形耐火物材と材
をそれぞれの配合比率に原料を配合混合を行い、乾式不
定形耐火物を調整した。先ず、炉底部に定められた厚み
を打設後、所定の鋼板枠（以下フォーマーと称する）を
ほぼ炉中央部に設置し、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。

【００３２】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外スリーブを炉本体の壁部に
張り付け、その内側に乾式不定形耐火物を加振施工して
の２層構造とし、比較材は従来通り、乾式不定形耐火物
の１層構造で内張り材を築造して実用に供した。尚、実
用実施例の内張り材の構成は表７に示す通りで、外スリ
ーブ材の通気率は９ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓ
ｅｃであった。

【００３３】

【表６】

【００３４】この実用試験の結果を表７に示す。

【００３５】

【表７】

【００３６】以上の如く炉の正常な操業ができる範囲損
傷量を３０〜３５ｍｍを目度としている比較例材と
材による乾式不定形材料による１層構造の加振充填施工
炉は損傷量材、材はそれぞれ２１．５ｍｍ、２２．
０ｍｍと少ないにもかかわらず、７４１トン、４２３ト
ンの溶解量で湯モレセンサーが作動し、中止となるも、
本発明範囲内実施例の外スリーブの内表面にセラミック
ス釉薬を施釉した外スリーブと乾式不定形材による２層
構造体炉はほぼ予定の溶損量は材、材はそれぞれ３
２．５ｍｍ、３３．０ｍｍまで異状な不具合もなく使用
でき、それぞれ１１６１トン、６３４トンと溶解するこ
とができた。

【００３７】

【発明の効果】本発明は誘導炉の内張り材の構造を外ス
リーブと乾式不定形耐火物による２層構造とし、且つ定
形耐火物の外スリーブの内表面にセラミックス釉薬を施
釉することにより通気率を１０ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ
／ｃｍ³・ｓｅｃ以下の低通気性とした外層材として施
工し、内側層の乾式不定形耐火物材を用いた場合本発
明の実施例１の−材が１１６１トンに対して、比較
例は７４１トンで６３．８％の耐用で内側層の乾式不定
形耐火物材を用いた本発明の実施例２の−材が６
３４トンに対して、比較例は４２３トンと６８．１％の
耐用にとどまっている。これは溶解時に内張り材の組織
中に浸透してきた亜鉛等の低融点物の浸入が２層目の定
形耐火物の外スリーブにより浸透が少なく、浸透による
異状不具合の発生をなくすることができたためである。
尚、この外スリーブは引き続き多回数の使用は可能であ
った。このように耐用寿命において同じ内張り材の不定
形耐火物による施工体でも耐用寿命は材が約１５７
％、材が約１５０％と耐用寿命を延長させることがで
き、操業の安定性、寿命延長による解体施工等の３Ｋ作
業の軽減、炉材使用量が少なくなる等々、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外側層（非稼働
   層）に少なくとも側壁一体成形体とし、この一体成形体
   （以下外スリーブと称する）の内表面に５００℃以上の
   耐熱性を持つセラミックス釉薬を施釉して、ガラス質層
   を形成し、通気率（ｃｍ・ｃｍ／ｃｍ²・ｇ／ｃｍ³・ｓ
   ｅｃ）を１０以下と成した外スリーブを炉本体の壁部に
   施工し、その内側層（稼動層）を乾式不定形耐火物で施
   工してなる多層構造耐火物で築造されたことを特徴とす
   る内張り材の外層部に施釉定形材を配して多層内張り構
   造とした誘導炉。