JPS5992975A - 溶融金属容器用塩基性不定形耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は取鍋、炉外精錬炉、タンディツシュ等（以下
単に取鍋等という）の主として製鋼用の溶融金属容器の
内張り耐火物として有用な塩基性不定形耐火物に関する
ものである。

近年、製鋼においては高級鋼種の需要増大に伴なう連続
鋳造、脱ガス処理、取鍋精錬などの採用により出鋼温度
が上昇し、取鍋等の使用部１ｇ’は高くなり、しかも鋼
の取鍋内滞留時間が長くなる彦ど取鍋等の使用条件はま
すます苛酷となっている。

このため取鍋等の内張り耐火物としてこれ壕でｐｔ用さ
れていた高けい酸質耐火物に代えてジルコン質あるいは
高アルミナ質等の高級■１人物が使用されるようになっ
てきているが、これらはスラグ耐良性の点で充分満足す
る耐用が得られていないのが現状である。

と（Ｊ）スラグ耐良性の向上による耐用の飛Ｋｅ的増大
と共に、川の清浄化を図る目的で榎基性耐火物を取鍋＠
に適用する試みがなされてはいるが、塩基性耐火物の１
［８？命である熱的および構造的スポーリングによる亀
裂の発生と、この亀裂への地金侵入と１呵人物の剥離の
発生による損耗によって、塩厚性１肘人物の有する優れ
た効果を活用できず、未だ実用化されるまでには至って
いない。

取鍋晴、の施工面では、れんが積み施工から流し込み、
振動成形などを利用する不定形施工への移行が行なわれ
ている。この不定形施工は、（１）れんが積み施工に比
べて簡便である。（２）施工現場での発塵なとがなく作
業環境が改善される。（３）中間修理時しこ継ぎ足し施
工が可能でれんがの場合のように外回のある未使用部全
廃却しないですみコスト低減となる。（４）耐火物製造
時の焼成などが不要で省エネＩＶギーとなる。などの利
点が多いが、なかでも最大の利点は施工時間の短縮によ
る省力化である。例えば１５０　ｔｏｎ取鍋の施工の場
合、従来のれんが積み施工では３日を要するところが、
流し込み施工では僅か半日で終了するのである。

しかして前述した塩基性耐火物を不定形施工すれば最適
であると考えられるが、塩基性不定形耐火物による取鍋
等の溶融金属容器は、れんが積み施工に比較しても強度
が小さく、体積変化が太きく、また充填が想いうえに塩
基性材料の特性である熱膨張が大きく、溶融スラダ全吸
収しやすいことが重なって亀裂の集中発生と剥離が起る
欠点がある。

これらの問題を解決すべくこれまでにも種々の試みがな
されている。

例えば＋１１添加水分を少なくする。（２）流し込み施
工時に７ペイブレーターを使用する。（３）乾式施工す
る。などの検討がなされ、これらの対策によりある程度
の改善はされているが未だ不十分である。

本発明者らは、塩基性不定形耐火物施工体の加熱冷却に
伴なう亀裂の発生について詳細に検討したｖｉ果、加熱
冷却に伴なって施工体内に発生する熱応力は、特にマト
リックス部を伝播して組織的に特に弱い点に集中し、大
きな亀裂となる。ところが施工体内に粗粒が存在すると
、不定形施工体ではマトリックス部に比較して粗粒部の
方が組織が強固であるので応力の伝播は止まる。

したし粗粒があまり大きくない場合応力の伝播が粗粒と
の境界に達すると、粗粒を回り込む形で伝播する。

この粗粒の粒径がある程度以上に太きいと、応力の伝播
が粗粒を回り込むことができず、そこで伝播が止まり、
結局応力が一点に集中することなく、分散された状態で
留まることになる。従って、マトリックス中に極＜＊細
な亀裂が発生することはあっても、集中して大きな亀裂
になることはなく、地金の侵入や剥離の発生にはつなが
らないことがわかった。即ち、粗粒が横曲役割を果して
いることになるのでおる。この亀裂の集中を止めること
のできる粗粒の最小粒径は、種々の実験の結果、５０簡
であること全見出し、ききに特許出願を行った（特願昭
５７−１３５３８９号）。

つ筐り粒径５０ｒＩｒＩｎ以上の粗大粒を用いると、塩
基性不定形耐火物の取鍋等への適用が可能である。

しかじな゛がら例えば３００ｔｏｎというような超大型
取鍋等の溶融金属容器に粒径５０ｖｎｎ以上の粗大粒を
配した塩基性不定形材全使用した場合には、鋼浴の一部
に亀裂が発生し、地金の侵入が見られた。

この亀裂の発生と地金の侵入の状況について、さらに詳
しく検討した結果、マトリックス部に発生した微細な亀
裂が大きくなり、地金が侵入していた。この亀裂も施工
体内に発生する熱応力によるものである。

拘束下において、施工体内に発生する熱応力は、耐火材
料の熱膨張率が大きいほど太きくなり、また施工体が大
きいほど大きくなるのである。

施工体がそれほど大きくなければ前述したように、発生
した熱応力は比較的組織がルーズであるマトリックス部
の塑性変形によって吸収される。

粗粒部にも熱応力は発生するが、粗粒部はマトリックス
部に比べて強度が大きく、応力による塑性変形は起りに
＜＜、粗粒部の応力もマトリックス部により吸収される
。このマトリックス部に吸収された応力は微細な亀裂と
して残り、その亀裂も粗大粒によって分断されている。

施工体が大きくなると、塩基性材料、特にマクネシアは
熱膨張率が大きいため、発生する熱応力も大きくなり、
マトリックス部で応力（、ｌ吸収しきれず、亀裂が餓相
な状態で留まらす、地金が侵入しうるような大きさの亀
裂となることが判明した。

本発明者らはさらに枳討を進めた結果、この亀裂は粗粒
部の熱応力が主原因であることを突きとめ、この解決手
段としてマトリックス部に比較して熱膨張率の小さい材
料による粗大粒を使用することを見出したものである。

即ち、この発明はマトリックス部に比べて熱膨張率の小
さい材料を使用して製造した粗大粒を配した塩基性不定
形１１０１人物材であシ、これによって施工体内の粗粒
部に発生する熱応力は小さくなり、従ってマ）ソックス
部の塑性変形によって十分に応力は吸収され、併せて粗
大粒の効果により集中した亀裂の発生はなく、これによ
り地金の侵入や剥離の発生にはつながらないのである。

実際にこの発明の塩基性不定形耐火材を超大型取鍋（３
００Ｅ’ｏｎ）に使用した結果をみても、連続した集中
亀裂はなく、従って地金侵入や剥離は起こらなかった。

粗大粒にマトリックス部と同じ耐火材料のものを使用し
た場合は、粗大粒全使用し力い場合はどではないが、一
部に集中した亀裂が発生し、地金の侵入がみられた。

この発明の塩基性不定形耐火材は、粗大粒として粗大粒
以外の塩基性耐火物より熱膨張率の小さい材料よりなる
粒径５０〜９０票の粗大粒全１５〜６重合量係配合して
なるものであり、粗大粒の粒径は５０〜９０ｍｍが適当
であって、５０厩以下では発生した熱応力の伝播が粗大
粒で阻止できず、亀裂の集中が起り、粒径９ＯＮ＋＋＋
以上では混線、あるいは施工時に流動性が低下し籾分離
が起りやすい。

また粗大粒の配合割合は、１５〜６０重量％が良く、１
５重量％以下では施工体中の粗大粒の数が少なすぎ、亀
裂の分断が十分でなく、集中亀裂が発生し、地金侵入、
剥離がおこるのである。

１だ６０重賦形以上では混線時や施工時の流動性が低下
するので好１しくない。

この発明の粗大粒に使用きれる塩基性耐火材料としては
、粗大粒以外の成分と反応し、て低融点物を形成したり
、スラグ耐食性を低下させないもので、熱膨張率が小さ
ければ小さいほど好ましいが、粗大粒以外の塩基性耐火
材料の熱膨張率より１０％以上小さいことが必要である
。

そのような塩基性耐火材料としては、例えばマグネシア
−アルミナ質、クローム鉄鉱、クロームーマクネシア質
、マグネシア−シリカ質等が適当である。

一方、粗大粒以外の塩基性耐火材料における材料中のＭ
ｇＯとＯａＯの含有斌は合計で５０重量％以上が好まし
い。これはその合計是が５０重量％以下では塩基性耐火
材料のスラグに対する耐食性が著しく失なわれるためで
ある。

ＭｇＯとＣａＯ以外の成分としては、５ｉｎ２゜Ａ４２
０３．　ＺｒＯ２，Ｔｉｅ□、　Ｃｒ２Ｏ３＆どであっ
て、ＭｇＯやＣａＯと反応して融点金工げたり、その他
の特性を著しく低下させるものでなければよい。

七のような塩基性耐火材料としては、例えば海水マグネ
シアクリンカ−１天然マグネシアクリンカ−１安定化ド
ロマイトクリンカ−等が挙げられる。

粗大粒として使用される材料は、マ）　ＩＪックス部に
使用される材料に比べてスラグ耐食性のやや劣るものも
みられるが、粗大粒自身スラグ耐食性がマｌ−ＩＪソク
ス部に比較して大きいため心配はない。

この発明にて用いる粗大粒としては、圧縮強さが３００
　ｋｇ／ｃ７Ｊ以上、好１しくは５００　ｋｇ／Ｃｄ以
上、見掛気孔率は２０％以下であることが必要である。

これは圧縮強さが３００　ｋｇｌｃ−未満では熱応力に
よって粗大粒自身に亀裂を生じたり、マトリックス部に
発生した亀裂を止めることができないおそれがあり、ま
た見８Ｆ気孔率が２０％をこえると、粗大粒中にスラグ
が侵入しやすくなって好捷しくないためである。

次にこの発明で使用する粗大粒の製造方法としては、公
知のれんが製造法にエリ原料を粒度配合し、バインダー
を加え混線、成形、焼成したものを粗砕して篩分ける方
法、ペレノター、転動造粒機その他の方法で造粒し、そ
の１瞥使用する方法、あるいは天然クローム鉄鉱をその
まままたは焼成後札砕して篩分ける方法など各種の方法
が用いられ、前述の物性等の諸条件を満足するものであ
れば特に限定するものではない。

この弁明による塩基性不定形耐火物の粗大粒以外で、特
に施工性、性状などに影吉を及ぼすものは、餓粉部（粒
径０．１２５１ｎｍ以下）である。この漱粉部に使用さ
れる耐火材料は、前述の辿りであるが、混線に水を使用
する場合には遊離のＵａＯはなるべく少ないものが好ま
しくハ。

ぞしてこのような微粉の使用量は、粗大粒の使用量によ
っで調整されるが、耐火材料のうちの２５〜３５重量％
とするのが好ましい。

耐火材料以外では必要に応じて結合剤、減水剤、分散剤
、解膠剤、爆裂防止剤、増粘剤など通常不定形耐火物に
使用されるものを適宜用いればよく、結合剤としては、
自硬性または熱硬化性物質、例えばリン酸アｌレミニウ
ム、ア、ｒレミナ士メント、ケい酸ソーダ、マグネシア
クリンカ、硫酸アルミニウム、ｆ占ヨニ、エチルシリケ
ートなどがある。

減水剤、分散剤、解膠剤としては、リン酸塩、けい酸塩
、スルホン酸系化合物などが、甘た爆裂防止剤としては
、各種界面活性剤が用いられる。

これらの物質を適当量用いれば、流し込み施工の場合に
はボンド部の粘性は比較的大きく、粗大粒を用いても沈
降による籾分離は起こりにくいか、ノ＼イブレーター全
使用する場合には増粘剤として公知のバルブ廃液、シリ
カゲル、粘土、ＣへｉＣ。

アルギン酸ソーダ、ＰＶＡなどを少泣添加すれば粗大粒
の沈降を防ぐことができる。

この冗明による粗大粒を使用した桓基性不定形耐火物の
ＩＩＲ鍋等への施工方法としては、流し込み、スタンプ
、振動成形など公知のか！１工法を採用すればよいが、
な刀）でも尻し込み施工法が最も好ましい。

この流し込み施工の場合には、粗大粒その他の耐火材料
、結合剤などの深加剤を秤量し、ポルテックスミキサー
、七ルタｌレミキサー、セメントミキサーなど、なるべ
く圧縮を伴なわないミキサー知を用いて混合し、次いで
水を固形物の５〜８％加えて３〜２０分間混練し、型枠
に流し込む。脱型１での養生時間は慨温に左右されるが
、０．５〜４時間程度が好贅しい。その後昇温乾燥され
使用される。

この発明による低畿膨張率材ｌよりなる１１［大粒使用
の塩基性不定形耐火物は、待に制振で使用される取鍋等
の内張り耐火材として使用され、塩基性材料の翁点であ
る亀裂の発生とそれに伴なう地金の侵入と剥離を粒径５
０〜９　Ｑ　Ｍｍの粗大粒の使用によって防止するもの
である。

特に、通常に使われる粒度構成の塩基性否定形材にみら
れる稼動面より８０−５０πｍ内部に集中的に発生する
亀裂が粒径５０〜９０朋の１４−１大粒を使用すること
により分断され、連続した亀裂とはならないのである。

さらに粗大粒に熱膨張率の小さい耐火材料を用いること
により、超大型取Ｓ１．２５のように大きな施工体にお
いても亀裂の発生と地金の侵入を防ぐことができ、塩基
性材料のスラグ朗良性の特徴全十分に発揮させるもので
ある。

同時に熱膨張率の小さい粗大粒の使用により、耐火物層
の熱による仕損安定性、耐溶鋼摩耗性および骨材効果に
よる強度を併せ持たせて塩基性材料と不定形材料の利点
を十分に利用できるものである。

以下実施例によってこの発明の詳細な説明する。

実施例１．（粗大粒の製造） （１）電融スピネルを粒度配合し、３０％にがり水溶液
を耐火材料の３重量％加えてウェットパンで混純し、４
５０　ｔｏｎプレヌで亜型れんが形状に成型後、トンネ
ルキルン中で１５８０’Ｃで焼成した。

得られた焼成れんがをショークラッシャーを用いて粗砕
し、篩分けにより９０〜５０πＭとした。

製造した粗大粒の化学組成と物性を第１表の應１に示し
た。

の方法で粗大粒全製造した。その化学組成と物性は第１
表の１ｆＥ＝　２の通りである。

（３）　　天然クローム鉄鉱をトンネルキルン中１４２
０°Ｃで焼成後、ショークラッシャーで粗砕し、篩分け
により９０〜５　Ｑ　ｊｌｌｇとした。

製造した粗大粒の化学組成と物性は第１表の／Ｉｉ３に
示した。

（４）焼結性をよくするため、ＣａＯ金富化した海水マ
グネシアクリンカ−を用いて＋１＋と同様の方法で粗大
粒を製造した。その化学組成と物性は第１表の＆、４に
示した。

実施例２〜６ 取鍋を想定した直径３ｍ１高さ１．５ｍの鉄製容器の内
側に１１４朋厚さに断熱れんがを築造し、その中央に層
厚が２００８となるように鉄製中子を設置した。

セしてＮ２表に示した粗大粒および耐火材料の配合物と
バインダーをボルテックヌミキサーで混合し、水を加え
て３分間混練後、上記容器内に流１−込み施工した。

なお粗大粒以外の耐火拐料には第３表に示す化学組成の
海水マクネジアクリンカ−を使用した。

２時間放置後中子を取除き、直ちに酸素−プロパンハー
ナーにより１００℃／ｈｒの昇温速度で１０００°Ｃま
で昇温し、３時間保持後放冷した。

冷却後、表面の亀裂の状態を観察した。

その後再び１００℃／ｈｒの昇温速度で１６００°Ｃま
で昇温し、１０時間保持した。その後熱間において、第
３表に示す化学組′成の取鍋スラグの吹付けを行った。

この吹付けにより、炉は１０００°Ｃ程度まで冷却され
たので再度１００℃／ｈｒで１６００°Ｃまで昇温した
。

このスラグ吹付け−ＪＪ＋温の操作を５回繰返したのち
放冷した。力父冷後施工体の亀裂、剥離の状態を観察し
た。その結果は第２表の通りである。

なお、粗大粒等の配合組成を異ならせた以外は実施例２
〜６と全く同じ方法で実験を行った比較例１〜４につい
てもその結果を第２表に示した。

第３表 上記第２表の結果から明らかなように、熱膨張率の小さ
い材料よりなる粒径５０〜９０朋の粗大粒を１５〜６０
重景％使置火た流し込み材は、１０００℃加熱冷却後に
おける亀裂の発生は見られなかった。また１６００°Ｃ
加熱冷却後においても集中した亀裂はなく、亀裂幅も１
ＭＩＩ以下と小さく、剥離の発生ばみられなかった。

しかしながら粗大粒を使用しないもの、熱膨張率の大き
い粗大粒を使用したもの、あるいは熱膨張率の小さい粗
大粒の使用量の少ないものは、１０００°Ｃ加熱後で亀
裂が発生し、１６００°Ｃ加熱冷却後においては、その
亀裂の畏さ、幅はいずれも大きくなり、一部では剥離全
停なっていたつこれによりこの発明の耐火物の・優秀性
が認められた。

実施例７゜ 実施例３の配合の流し込み材’ｅ８００トン取鍋に施工
厚み１８０１１Ｎに全体施工した結果、亀裂の集中発生
はなく、地金の材料中への侵入や剥離は起こらず、比較
例１の材料全施工した場合の１．３倍の耐用を示した。

特許出願人　　　　　　　　　新日本製鐵株式会社同　
　　　　　　　　　　　　　　　九州耐火煉瓦株式会社
代理人　　　　弁理士和１）昭 備前市浦伊部１１７５番地 手続ネ甫正書（自発） １、事件の表示 ＦＪＥ和５７年特許ａｍ２０３８６３＠３、補正をする
者 事件との関係　　特許出願人 住　　所　　　　東京都千代田区大手町二丁目６番３号
氏　　名　　（６６５）新日本製鐵株式会社　（ほか１
名）４、代理人 住　　所　　大阪市大淀区中津１丁目１８番１８号若杉
ビル 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 補正の内容 （１）明細書箱１７頁７行目の後に次の文章を加入しま
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 塩基性耐火材料中に粒径５０〜９０票の粗大粒であって
   、その熱膨張率が該粗大粒以外の塩基性耐火材料の熱膨
   張率より小さいものｉ１５〜６０重量係配合重合ことを
   特徴とする溶融金属容器用塩基性不定形耐火物。