JPH11228242A

JPH11228242A - 誘導炉用ラミング材

Info

Publication number: JPH11228242A
Application number: JP10048682A
Authority: JP
Inventors: Noboru Nakamura; 登中村; Makoto Ebina; 誠蝦名
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】誘導炉の内張り材として、稼働面には緻密な
焼結層を適正な厚さで形成し、然も非稼働面コイル側ま
では硬化されず粉体層が残存するため、耐食性、耐熱衝
撃性に優れると共に、例え、溶湯の流動摩擦や熱衝撃に
より稼働面に亀裂が発生した場合でも該亀裂が非稼働面
のコイル側まで進行せず、湯漏れ等のトラブルの発生を
回避出来る誘導炉用ラミング材を提供する。【解決手段】ＳｉＯ₂ 成分６７乃至７７重量％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 成分１８乃至２８重量％及びＴｉＯ₂ ，Ｆｅ₂
Ｏ₃ ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｎａ₂ Ｏ及びＫ₂ Ｏから選ばれ
た少なくとも１種の成分を合計量で２乃至７重量％含
有し、気孔率が２％以下の焼結体又は溶融固化体を粉砕
して成る粒径０．５ｍｍ以下の粉体１乃至７重量％と、
ＳｉＯ₂ 純度９８％以上、粒径５ｍｍ以下の溶融シリカ
３０乃至８０重量％と、残部が、ＳｉＯ₂ 純度９８％以
上、粒径５ｍｍ以下の天然シリカからなること特徴とす
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、鋳鉄等を溶解する
ための誘導炉の内張り材として用いるラミング材に関
し、より詳細には、誘導炉の内張り材として、稼働面に
は緻密な焼結層を適正な厚さで形成し、然も非稼働面コ
イル側までは硬化されず粉体層が残存するため、耐食
性、耐熱衝撃性に優れると共に、例え、溶湯の流動摩擦
や熱衝撃により稼働面に亀裂が発生した場合でも該亀裂
が非稼働面のコイル側まで進行せず、湯漏れ等のトラブ
ルの発生を回避出来る誘導炉用ラミング材に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋳鉄等の溶解を行う誘導炉の内張り材に
は、従来から焼結バインダ−として硼酸を添加した天然
シリカ質ラミング材や焼結バインダ−として硼酸を添加
した天然シリカ質と溶融シリカ質の混合系ラミング材、
或いは、焼結バインダ−を添加しない高純度溶融シリカ
質ラミング材等が一般的に使用されてきた。誘導炉の築
炉過程に於いて、炉の内張りは、通常、例えば図２に示
すように、誘導コイル１のコイル保護用耐火物２の内面
側に、断熱シート３をセットし、ラミング材４を先ず炉
床部に装入し、エアーランマーで充填施工し、仕上げの
後、築炉シリンダー５を炉床上の中央にセットし、築炉
シリンダー５と断熱シート３の間にラミング材４を更に
装入してエアーランマーで充填施工することによりによ
り行う。

【０００３】誘導炉の稼働は、この容器状に形成された
内張り材の内部に溶融すべき金属を投入しコイルに通電
することにより誘導加熱して、該金属を溶融し溶湯とす
る。この内張り材は、溶湯の流動摩擦による物理的損
耗、エロージョン等の化学作用が重畳された損耗、或い
は熱衝撃による損傷等に対し耐性を持たせる必要がある
ところから、鋳鉄等の溶湯と接するその稼動面側は、誘
導炉の稼働時に於いて、焼結層のような緻密で硬い層を
形成することが好ましく、一方内張り材のコイル側、即
ち非稼働面側は、例え、該稼動面側に亀裂等の損傷が発
生した場合でも、それが伝播して背面側（非稼動面のコ
イル側）にまで到達しないよう稼動面側層に比べてより
柔かく脆くない粉体層が残存することが好ましい。しか
しながら、上記、従来のラミング材の内、硼酸が添加さ
れたラミング材は、硼酸の添加によりその稼働面側の表
面近傍には緻密な焼結層が形成される反面、添加された
硼酸の影響により、ラミング材のコイル側（背面側）ま
で硬化し、稼働面に発生した亀裂が非稼働面のコイル側
まで達し、このため該稼働面の亀裂から侵入した金属溶
湯は非稼働面のコイル側まで浸透し、極端な場合には、
湯漏れ等のトラブルに至る場合もあった。

【０００４】一方、焼結バインダー無添加の高純度溶融
シリカ質ラミング材は、熱膨張率が小さいため亀裂の発
生は少なく、又、焼結バインダーが添加されないことか
ら非稼動面のコイル側には十分な粉体層が存在し、湯漏
れトラブルが少ない反面、稼動面に緻密な焼結層が生成
しにくく、このため溶湯成分との反応による化学的浸食
や、溶湯の電磁誘導攪拌作用による物理的損耗を受けや
すく、摩耗耐性に難があり、十分な耐用性を有するもの
は得られていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
記した技術的課題を解決するためになされたものであ
り、稼働面には緻密な焼結層が適正な厚さで存在し、そ
の背面側、即ち非稼動面コイル側には硬化されない粉体
層が残存し、両層がバランス良く存在するため、耐食
性、耐熱衝撃性に優れ、耐久使用性の極めて良好な誘導
炉用ラミング材提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＳｉＯ
₂ 成分６７乃至７７重量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ 成分１８乃至２
８重量％及びＴｉＯ₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｎ
ａ₂ Ｏ及びＫ₂ Ｏから選ばれた少なくとも１種の成分を
合計量で２乃至７重量％含有し、気孔率が２％以下の焼
結体又は溶融固化体を粉砕して成る粒径０．５ｍｍ以下
の粉体１乃至７重量％と、ＳｉＯ₂ 純度９８％以上、粒
径５ｍｍ以下の溶融シリカ３０乃至８０重量％と、残部
が、ＳｉＯ₂ 純度９８％以上、粒径５ｍｍ以下の天然シ
リカからなる誘導炉用ラミング材が提供される。

【０００７】本発明の誘導炉用ラミング材は、溶融シリ
カ、天然シリカの２種類のシリカ基材粉体に焼結助剤と
して機能する特定組成の粉体を少量、且つ特定配合範囲
で組合せ配合して成る点が顕著な特徴である。即ち、特
定量比のシリカとアルミナに少量のＴｉＯ₂ 、Ｆｅ₂ Ｏ
₃ 、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ₂ Ｏ及びＫ₂ Ｏから選ばれた
少なくとも１種の金属酸化物を組合せ配合した混合物の
焼結体乃至溶融固化体を粉砕して得られた粉体から成る
本発明のこの特定焼結助剤は、誘導炉稼動時に、内張り
材としてのラミング材中に於いて、稼働面には緻密な焼
結層を適正な厚さで形成させ、一方、その背面側、即ち
非稼動面コイル側には硬化されない粉体層を残存させる
作用を奏する。

【０００８】この本発明の特定焼結助剤の奏する特有の
作用効果が如何なるメカニズムにより達成されるかにつ
いては、必ずしも明確に解明されたわけではないが、コ
イルの高周波電流又は低周波電流により誘起された鋳鉄
等金属の発熱による溶融状態温度領域下で、該ラミング
材組織中に存在するこの特定焼結助剤が、その組織粒子
の粒界相に集まり組織粒同志の融着作用を促進すること
によりラミング材の該溶融金属と接する稼動側面に緻密
な焼結層を形成させる一方、該稼動面より低温となる背
面側では、この様な焼結助剤による融着促進作用が起ら
ず、粉体層のまま残留するためと推測される。

【０００９】後記の実施例からも明らかなように、本発
明のラミング材を内張りして築炉した誘導炉は、焼結層
と粉体層が夫々適正な厚みでバランス良く形成され、こ
のため、従来のラミング材を内張りした誘導炉に比べて
亀裂や損耗の発生が抑制されると共に、例え、溶湯の流
動摩擦や熱衝撃により稼働面に亀裂が発生した場合でも
該亀裂が非稼働面のコイル側まで進行せず、湯漏れ等の
トラブルの発生を回避でき、然も、耐熱性、耐食性、耐
熱衝撃性に極めて優れた誘導炉内張り材となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の誘導炉用ラミング材は、
上記した通り、２種類のシリカ基材粉体と焼結助剤とし
て用いる特定焼結体又は溶融固化体の粉砕物粉体との特
定配合比の混合物から成る。本発明のラミング材に用い
るこの焼結助剤としての粉体は、ＳｉＯ₂ 成分が６７乃
至７７重量％、好ましくは、６８乃至７６重量％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 成分が１８乃至２８重量％、好ましくは、１９乃
至２７重量％、及び、ＴｉＯ₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃，ＣａＯ，
ＭｇＯ，Ｎａ₂ Ｏ及びＫ₂ Ｏから選ばれた少なくとも１
種の金属酸化物成分を合量で２乃至７重量％、好ましく
は、３乃至６重量％、夫々含有した気孔率２％以下の焼
結体又は溶融固化体を原料材として用い、この焼結体又
は溶融固化体を粉砕して粒径０．５ｍｍ以下とした粉体
である。この粉体は、焼結助剤として、誘導炉稼動時
に、内張り材としてのラミング材中に於いて、稼働面に
は緻密な焼結層を適正な厚さで形成させ、一方、その背
面側、即ち非稼動面側には硬化されない粉体層を残存さ
せるという重要な作用をする。

【００１１】本発明の焼結助剤粉体に於いて、焼結体又
は溶融固化体に含有される金属酸化物成分は、ＴｉＯ
₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏの
内から選ばれた少なくとも１種であるが、これ等の内で
もＦｅ₂ Ｏ₃ 又はＭｇＯ、及びＫ₂ Ｏとの組合せ成分か
ら成るものが焼結性の点からより好ましい。本発明で規
定した上記組成の範囲外の焼結体乃至溶融固化体、又は
その気孔率が２％以上のものを用いた場合には、上記緻
密な焼結層と残存粉体層とが夫々適正な厚さでバランス
良く存在する誘導炉内張り材を形成させることはできな
い。

【００１２】また、本発明の該焼結助剤としての粉体
は、その粒径が０．５ｍｍ以下であることも重要で、
０．５ｍｍを越える粒径の粉体では、少量の添加量で稼
動面側に適正な焼結層を形成させる作用効果を充分有効
に達成させることができない。上記粉体粒径は、０．４
ｍｍ以下であることがより好ましい。本発明では、この
焼結助剤粉末をラミング材全量に対し１乃至７重量％、
好ましくは２乃至６重量％配合する。配合量が１重量％
未満の場合には、誘導炉内張り材の非稼動面側には十分
な粉体層が残存するが、稼動面側に緻密で適正な厚さの
焼結層を形成することができない。一方、配合量が７重
量％を越えると、稼動面側には十分な焼結層が生成され
るが、耐熱性が大きく低下し、又耐食性も低下する。

【００１３】本発明の焼結助剤粉末を調製するには、例
えば、高純度シリカ粉末、アルミナ粉末、及びＴｉＯ
₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｎａ₂ Ｏ、Ｋ₂ Ｏ等
の金属酸化物粉末の内１種乃至数種を混合し、この混合
粉に水を加え、練り土状に混練し、抜き出し成形あるい
はプレス成形法で緻密化して成形し、乾燥後の成形体を
炉内で、大気ガス雰囲気下に１３５０乃至１４５０℃の
温度で焼結するか、１７００乃至１８００℃で溶融固化
し、得られた焼結体乃至溶融固化体を粉砕して、篩別す
る等により粒径０．５ｍｍ以下の粉末に調製する。

【００１４】次に、本発明に於いて、該ラミング材を構
成するシリカ基材としての溶融シリカ粉体としては、Ｓ
ｉＯ₂ 純度９８％以上、好ましくは、９８．５％以上
で、粒径が５ｍｍ以下、好ましくは、４．５ｍｍ以下の
溶融シリカ破砕物粉体が用いられる。溶融シリカは、熱
膨張率が小さく、この純度９８重量％以上、粒径５ｍｍ
以下の溶融シリカ粉体を配合することにより、本発明の
ラミング材に優れた耐熱衝撃性を付与し、亀裂の発生を
抑制すると共に、仮に稼動面に亀裂が発生した場合でも
その亀裂の拡大、進行を抑止する作用を奏する。溶融シ
リカ粉体のＳｉＯ₂ 純度が９８％以下のものは、耐熱性
が劣ったり、溶融金属汚染の可能性があったり、緻密な
焼結層が形成し難い等のため好ましくなく、粒径が５ｍ
ｍ以上のものは振動充填成形時に粒度の偏析を起し易く
誘導炉内張り材として均質で十分な強度有する成形体に
成型することが困難であり、好ましくない。

【００１５】本発明のラミング材に於いては、溶融シリ
カ粉体を、３０乃至８０重量％、好ましくは、３５乃至
７５重量％の範囲で配合する。溶融シリカ粉体の配合量
が３０重量％未満では、ラミング材の耐熱衝撃性の向上
が殆ど見られず、８０重量％を越えると残存膨張性が低
下するため、冷却時に於ける亀裂発生の抑制効果が低減
される。

【００１６】また、上記溶融シリカ基材粉体と組合せで
用いられる天然シリカ粉体としては日本国内や世界各地
で産出される天然珪石の破砕物乃至粉末を用いることが
でき、本発明に於いては、これ等の天然シリカの内で
も、ＳｉＯ₂ 純度９８％以上、好ましくは、９８．５％
以上で、粒径が５ｍｍ以下、好ましくは、４．５ｍｍ以
下のものを用いる。上記天然シリカは、耐食性に優れて
いるという特性を有し、本発明のラミング材に優れた耐
食性を付与する。天然シリカ粉体のＳｉＯ₂ 純度が９８
％以下のものは、耐熱性が劣ったり、溶融金属汚染の可
能性があったり、緻密な焼結層が形成し難い等のため好
ましくなく、粒径が５ｍｍ以上のものは振動充填成形時
に粒度の偏析を起し易く、誘導炉内張り材として均質で
十分な強度有する成形体に成型することが困難であり、
好ましくない。

【００１７】本発明に於いて、上記の天然シリカ粉体の
配合量は、ラミング材全量に対し、前記溶融シリカの配
合量、前記焼結助剤の配合量の残部である。天然シリカ
の添加量が１５重量％未満では、ラミング材の耐食性が
劣るだけでなく適正な残存膨張性が得られない。また、
添加量が７０重量％を越えると、耐食性は向上するが、
熱膨張率が大きくなり、耐熱衝撃性の低下を来す。天然
シリカ粉体の添加量は、２５乃至６５重量％の範囲が特
に好ましい。

【００１８】本発明のラミング材を内張り材として誘導
炉を築炉するには、従来法と同様の方法を用いて良く、
例えば、３００ｋｇ高周波誘導炉の築炉の場合、本発明
のラミング材配合物を図１（ｂ）に示したように、コイ
ルの内側にあるコイル保護用耐火物の内面に断熱シート
をセットした後、ラミング材配合物を炉床部に所定量装
入し、エアーランマーで充填施工する。次いで、炉床施
工面を平滑に仕上げた後、築炉シリンダーを炉床中央に
セットし、築炉シリンダーと断熱シートの間の炉壁部に
所定量のラミング材を装入しエアーランマーで充填施工
する。炉壁部は、上記操作を繰り返しながら上部に延長
し炉上部迄充填施工して築炉を完了する。この様にして
築炉された炉の内張り材容器内に銑鉄等の原料を投入
し、コイルに通電して原料金属を溶融する。

【００１９】

【実施例】「実施例１乃至６」溶融シリカ粉末（ＳｉＯ
₂ 純度９８．５％、粒径５ｍｍ以下）と天然珪石粉末
（ＳｉＯ₂ 純度９８．５％、粒径５ｍｍ以下）及び焼結
助剤（成分組成：ＳｉＯ₂ ７２重量％、Ａｌ₂ Ｏ₃ ２３
重量％、Ｆｅ₂ Ｏ₃ １．０重量％、Ｋ₂ Ｏ３．５重量
％、他０．５重量％、気孔率：１．８％の焼結体の粒径
０．４ｍｍ以下の粉末）とを夫々表１に示された量配合
した誘導炉ラミング材用供試材を用意した（実施例１乃
至６）。これ等の供試材を図１に示す３００ｋｇ高周波
誘導炉に下記の方法で張り合わせた。張り合わせ方法
は、コイル保護用耐火物２の内面に、断熱シート３をセ
ットした後、実施例１の供試材を炉床部に所定量装入
し、エアーランマーで充填し施工した。施工完了後、炉
床施工面を平滑に仕上げ、築炉シリンダー５を炉床の中
央にセットし、図１及び図２に示すように築炉シリンダ
ー５と断熱シート３の間に仕切り板６を３等分間隔でセ
ットして、３種類の供試材（実施例１乃至３と実施例４
乃至６について夫々別個に作成）を各々仕切られた炉壁
部に所定量装入した。供試材を装入後、各供試材の表面
を平らに揃え、仕切り板６を炉上部に引き抜き、エアー
ランマーで充填施工した（１回当たりの施工高さ６０乃
至７０ｍｍ）。施工後、打ち継ぎ面でのラミネーション
防止のため、施工面の目荒らしを行い、再度仕切り板６
をセットし、以降同様な方法で炉上部まで充填施工し
た。築炉完了後、銑鉄を用いて熔解試験を行った。即ち
銑鉄２００ｋｇを、１６００乃至１６２０℃で５時間保
持し、その後出湯し冷却する試験を２回繰り返した。こ
の溶解試験終了後の内張り材の状態を評価した結果を表
１に示す。

【００２０】「比較例１乃至３」焼結助剤を使用せず
（比較例１）乃至焼結助剤として有水硼酸を用いた（比
較例２，３）以外は実施例と同じ溶融シリカ、天然珪石
を用い、それらを表２に示した量配合したラミング材用
供試材（比較例１乃至３）を用意し、実施例と同様にし
て誘導炉に張り合わせ、築炉完成後同様に溶解試験して
溶解試験終了後の内張り材の状態を評価した。結果を表
２に示す。

【００２１】表１及び表２に示した結果から、耐食性、
溶湯に対する耐浸潤性に関しては、実施例、比較例とも
ほぼ同等の性能を示すが、実施例１乃至６は、何れも良
好な焼結層を形成するのに対し、焼結助剤を配合しない
比較例１では焼結性が悪く充分な焼結層が形成されない
ことが判る。また、実施例では何れも非稼動面コイル側
には、充分な粉体層が残存するのに対し、焼結助剤とし
て有水硼酸を配合した比較例２，３の内張り材では粉体
層の残存が充分でなく、非稼動面コイル側にも硬化が生
じていることが判る。

【００２２】

【表１】

【００２３】尚、表１の焼結層、粉体層の評価について
は、以下の基準で評価した。即ち、焼結層の厚みが10mm
〜20mmの場合は優（○）、焼結層の厚みが9mm 以下及び
21mm以上の場合は劣（×）、粉体層の厚みが25mm以上の
場合は優（○）、粉体層の厚みが24mm以下の場合は劣
（×）とした。

【００２４】

【表２】

【００２５】尚、表２の焼結層、粉体層の評価について
は、表１の場合と同様、以下の基準で評価した。即ち、
焼結層の厚みが10mm〜20mmの場合は優（○）、焼結層の
厚みが9mm 以下及び21mm以上の場合は劣（×）、粉体層
の厚みが25mm以上の場合は優（○）、粉体層の厚みが24
mm以下の場合は劣（×）とした。

【００２６】

【発明の効果】本発明の誘導炉用ラミング材は上記した
構成により、誘導炉壁に内張りした場合、耐食性、耐熱
衝撃性に優れ、稼動面に緻密な焼結層が適正な厚さで形
成され、然もその非稼動面コイル側は硬化することなく
粉体層が残存する。このために、仮に稼動面に生じた微
細な亀裂から溶湯が進入した場合でも溶湯の進入はこの
硬化していない粉体層で阻止され非稼動面にまでは及ば
ず、操炉時の安全性が一層確実に担保される。また、こ
の硬化していない粉体層が存在することによって、焼結
バインダーとして硼酸を用いた従来品に比較して炉の解
体が容易で、解体に要する労力を大幅に低減できる。更
に、コイル側に粉体層が残存することにより、炉壁の断
熱効果も向上し、熱消費量の低減も達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、誘導炉の築炉に於いてラミング材を内
張りする過程を説明するための概略図（平面図）であ
る。

【図２】図２は、図１の一部断面図である。

【符号の説明】

１誘導コイル２コイル保護用耐火物３断熱シート４内張り材５築炉シリンダー６仕切板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＳｉＯ₂ 成分６７乃至７７重量％、Ａｌ
₂ Ｏ₃ 成分１８乃至２８重量％及びＴｉＯ₂ ，Ｆｅ₂ Ｏ
₃ ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｎａ₂ Ｏ及びＫ₂ Ｏから選ばれた
少なくとも１種の成分を合計量で２乃至７重量％含有
し、気孔率が２％以下の焼結体又は溶融固化体を粉砕し
て成る粒径０．５ｍｍ以下の粉体１乃至７重量％と、Ｓ
ｉＯ₂ 純度９８％以上、粒径５ｍｍ以下の溶融シリカ３
０乃至８０重量％と、残部がＳｉＯ₂ 純度９８％以上、
粒径５ｍｍ以下の天然シリカからなることを特徴とする
誘導炉用ラミング材。
【請求項２】前記焼結体又は溶融固化体の粉砕粉体の
粒径が０．４ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１
に記載された誘導炉用ラミング材。
【請求項３】前記焼結体又は溶融固化体の粉体２乃至
６重量％、前記溶融シリカ３５乃至７５重量％及び前記
天然シリカ１９乃至６３重量％からなることを特徴とす
る請求項１または請求項２に記載された誘導炉用ラミン
グ材。