JPS6028783B2 - 溶融金属容器用塩基性不定形耐火物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は取鍋、炉外精錬炉、、タンディッシュなど（
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、取鍋精錬等の採用により出鋼温度が
上昇し、取鍋等の使用温度は高くなり、しかも鋼の取鍋
内滞留時間が長くなるなど取鍋等の使用条件は益々苛酷
になっている。

このため取鍋等の内張り耐火物としてこれまで汎用され
ていた高けし、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耐火物が使用されるようになっ
てきているが、これらはスラグ耐食性の点で充分満足す
る耐用が得られないのが現状である。このスラグ耐食性
の向上による耐用の飛躍的増大と共に、鋼の清浄化をは
かる目的で塩基性耐火物を取鍋等に適用する試みがなさ
れてはいるが、塩基性耐火物の宿命である熱的および構
造的スポーＩＪングによる亀裂の発生と、この亀裂への
地金の侵入と耐火物の剥離の発生による損耗によって塩
基性耐火物の有する優れた効果を活用できず、未だ実用
化されるまでに至っていない。

取鍋等の施工面では、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。‘２１施工現場での発塵などがなく作業環境が
改善される。‘３｝中間修理時に継ぎ足し施工が可能で
、れんがの場合のように残寸のある未使用部を廃却しな
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ルギーとなる。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１５瓜ｏｎ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
性耐火物による取鋼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、体積変化が大きく、また
充填が悪いうえに塩基性材料の特性である熱膨張が大き
く、熔融スラグを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。

これらの問題を鯛決すべ〈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。■
流し込み施工時にバ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、禾だ不十分である。
本発明者らは、これらの点に鑑み種々検討を重ねた結果
、塩基性不定形耐火物による取鍋等に発生する亀裂と剥
離の防止のために粗大粒の使用に着目したものである。

特公昭５６一２２８３５号公報にはセメントロータリー
キルンのキヤスタブル施工に粒径４仇奴以下のアルミナ
ーシリカ系粗大粒を用いて、熱による体積安定性、耐摩
耗性、強度の向上がなされ、しかも材料のポンプ圧送が
可能であることがのべられている。また特関昭５３−４
０２２号‘こは高炉出鉄樋用耐火物に粒径１０〜１０仇
舷の高アルミナ費粗大粒を用いて充填率、強度、耐食性
、耐摩耗性などを向上させる方法についてのべられてい
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結果、加熱冷却
に伴なつ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、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。

しか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
粗粒がある程度以上に大きいと、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く微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判った
。一方、敬鍋等の溶融金属容器に塩基性不定形材をｌｏ
ｗ肋以上の施工厚さで施工した場合、稼動面より３０〜
５０肋内部までに集中的に亀裂が発生し、受鋼を重ねる
と亀裂が大きく発達して３０〜５仇肋の厚さの処で剥離
が起る。

稼動面より６仇伽以上の内部には亀裂の発生は非常に少
なく剥離の原因とはならない。

この理由としては、主に次の２点が考えられる。

一つは、稼動中の取鍋等は１０００午Ｃから１６００『
０程度の範囲で急熱、急冷が繰返されており、この熱サ
イクルの温度差は稼動面より内部になるに従って次第に
小さくなり稼動面より６仇吻内部では温度差は非常に小
さくなる。もう一つの理由はスラグの侵入である。

稼動面より３０〜５仇豚まではスラグの侵入が著しく、
侵入したスラグと耐火物とが反応し「原組織と異なった
組織となり、構造的スポーリングが発生し剥離となる。
この発明は塩基性耐火材料中に粒径５０〜９比廠の粗大
粒を１５〜５の重量％配合した溶融金属容器用塩基性不
定形耐火物である。

粗大粒として粒径５０〜９仇舷のものを使用することに
より、マトリックス部に発生した熱応力の伝播がこの粗
大粒で阻止され、一点に集中することがない。

即ち通常に使われる粒度構成の塩基性不定形材にみられ
る稼動面より３０〜５Ｑ吻内部に集中的に発生する亀裂
が、粒径５０〜９仇帆の粗大粒を使用することにより分
断され、連続した亀裂となることを防止するのである。
実際に取鍋に使用した内張り耐火物の結果をみても粒径
５０〜９比吻の粗大粒を用いたものは一部の粗大粒とマ
トリックス部の境界部あるいはマトリックス部に断続的
に微細な亀裂が多く発生しその亀裂は全て粗大粒により
分断されており、連続的な集中亀裂はなかった。

これは粗大粒が組織全体の挟的効果を果しているのであ
り、また微細亀裂のため池金の侵入もなく剥離も発生し
ていない。

しかし粗大粒として４０肋以下の粒径のものを使用した
場合には、亀裂の分断効果は小さく、換的役割が十分に
発揮されず、粗大粒を使用しない場合ほどではないが、
亀裂の集中発生とその亀裂の発達による地金の侵入と剥
離が起り、また粒径９仇舷以上とすると施工時の流動性
が悪くて粒分離する可能性があって好ましくなく、この
ためこの発明では粗大粒の粒径は５０〜９仇岬の範囲の
使用を必須とするものである。しかし、粒径５仇舷以下
の粗大粒を併用することも可能である。上記のようにこ
の発明では粒径５０〜９物舷の粗大粒を塩基性耐火材料
中に１５〜５の重量％好ましくは２５〜４広重量％含有
させるものであり、この粗大粒の含有量が１５重量％以
下では粗大粒の数が少なすぎて亀裂の分断が十分でなく
集中亀裂が発生し、地金の侵入剥離が起こり、また５の
重量％以上では混練時や施工時に流動性が十分でなくて
粒分離が起こりやすくなって好ましくない。

この発明で塩基性耐火材料とは、マグネシアクＩＪンカ
ー、ドロマイトクリンカ−、マグネシアスピネルクリン
カー、マグクロクリンカー、マグネシアシリカ質などの
公知のものを云い、Ｍｇ０とＣａ○の含有量がその合計
で５の重量％以上のものが好ましい。これは５の重量％
以下では塩基性材料のスラグに対する耐食性が著しく失
われるためである。この塩基性材料中のＭｇＯとＣａ○
以外の成分としては、Ｓｉ０２、Ａ〆２０３、Ｚｈ〕２
、Ｔｉ０２、Ｃｒ２０３などであってＭｇ０やＣａ○と
反応して融点を下げたり、その他の特性を著しく低下さ
せるものでなければよい。この発明に使用する粗大粒は
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あって、粗大粒の圧縮
強さが３００ｋｇ／ｃ虎以上、好ましくは５００ｋ９／
鮒以上、気孔率は２０％以下のものが必要である。

これは圧縮強さが３００ｋ９／均未満では熱応力によっ
て粗大粒自身が割れたり、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、また気孔率が
２０％をこえると、スラグが侵入しやすくなって好まし
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より原料を粒度配合し、バインダー
を加え混練、成形、焼成したものを粗砕して節分ける方
法、ベレッター、転勤造粒機その他の方法で造粒し、そ
のまま使用する方法、あるいは天然マグネサイト鉱石を
そのまま焼成し、粗砕して節分ける方法など、各種の方
法が用いられ、前述の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。

この発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、性状などに影響を及ぼすものは、徴粉部（粒蓬
０．１２５肌以下）である。

この徴粉の使用量は、粗大粒の使用量によって調整され
るが、耐火材原料の２５〜３５重量％用いることが好ま
しい。耐火材以外では必要に応じて結合剤、減水剤、分
散剤、解豚剤、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、目硬性または熱硬化性物質例えばリン酸アルミニュ
ウム、アルミナセメント、けし、酸ソーダ、マグネシア
セメント、硫酸アルミニウム、粘士、エチルシリケート
などがある。減水剤、分散剤、解豚剤、としてはリン酸
塩、けし、酸塩、スルホン酸系化合物などが、また爆裂
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
よる粒分離は起こりにくいが、バイブレーターを使用す
る場合には公知のパルプ廃液、シリカゲル、粘士、ＣＭ
Ｃ、アルギン酸ソーダ、ＰＶＡなどの増粘剤を少量添加
することによって粗大粒の沈降を防止することができる
。この発明による粗大粒を配合した塩基性不定形耐火物
の敬鍋等への施工法としては、流し込み、スタンプ、振
動成形など公知の施工法を採用すればよいが、なかでも
流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、結合剤などの添加剤を
秤量し、ボルテックスミキサー、モルタルミキサー、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
類を用いて混合し、次いで水を固形物の５〜８％加えて
３〜２び分間漉練し、型枠に流し込む。

脱型までの養生時間は気温に左右されるが、０．５〜４
時間程度が好ましい。その後昇温乾燥され、使用される
。この発明による粗大粒使用の塩基性不定形耐火物は、
特に高温で使用される取鍋等の内張り耐火材として使用
され、塩基性材料の弱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５０〜９仇帆の粗大粒の使用
で防止して、塩基性材料のスラグ耐食性の特徴を十分に
発揮させるものである。

同時に粗大粒の使用により、耐火物層の熱による体積安
定性、耐溶鋼摩耗性および骨材効果による強度を合わせ
もたせて、塩基性と不定形材の利点を充分に利用できる
ものである。

以下実施例によってこの発明を詳細に説明する。

実施例 １ （粗大粒の製造） 第１表に示す組成のマグネシアドロマィトクリンカーを
粒度配合し、水３％を加えてウェットパンで混綾し、４
５びプレスで並型れんが形状に成形後トンネルキルン中
１５８０ｑｏで焼成した。

焼成後のれんがの見掛気孔率は１１％、圧縮強さは９８
０ｋ９／めであった。このれんがをジョ−クラッシャで
粗砕し、節分けにより９０〜５仇帆、５０〜５肋とした
。第１表 実施例 ２〜４ 取鍋を想定した直径１．５の、高さ０．８ｍの鉄製容器
の内側に１１４肋厚さに断熱れんがを築造し、その中央
に層厚さ２０仇吻となるように鉄製中子を設置した。

この容器内に第２表の配合となるような粗大粒およびマ
グネシアドロマイトクリンカーとバインダーをボルテツ
クスミキサーで混合し、水を加えて３分間鶴綾した材料
を流し込み施工した。

２時間放置後中子を取除き、直ちに酸素−プロパンバー
ナーにより１００ｏｏ／ｈｒの昇溢速度で１０００午０
はで昇縞し、３時間保持したのち、放冷した。

冷却後亀裂の状態を測定した。

再び１００ｏｏ／ｈｒの昇温速度で１６００ｏｏまで昇
温し、１畑時間保持した。熱間において第１表に示す組
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１０００二○程度まで冷却された
ので再度１００午○／ｈｒで１６００ｑｏまで昇温した
。このスラグ吹付け、昇温の操作を５回繰返したのち冷
却した。冷却後施工体の亀裂剥離の状態を観察した。そ
の結果は第２表に示した。比較例 １〜４ 実施例２〜４と全く同じ方法で粗大粒等の配合組成の異
なる流し込み材について実験を行った。

結果は第２表に示した。第２表 上記第２表の結果から明らかなように、粒径５０〜９仇
駁の粗大粒を１５〜５の重量％使用した流し込み材は亀
裂の発生は微細亀裂のみに留り、剥離の発生はみられな
かった。

しかし、粒蓬５０〜９＆肋の粗大粒の使用量が少ないか
、あるいは粒径が５仇肋以下であったり、粗大粒を全く
使用しない場合は、大きな亀裂が集中的に発生し、その
亀裂も容器の上から下まで稼動面から背面までに達し、
剥離を伴っていた。‐これによってこの発明の優秀性が
認められた。

実施例 ５実施例３の流し込み材を１５び取鍋に施工厚
み１８仇肌こ全体施工（材料使用量１３．８）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
おこらず、比較例３の材料を施工した場合の２倍の耐用
を示した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 塩基性耐火材料中に粒径５０〜９０ｍｍの粗大粒を
   １５〜５０重量％配合してなる溶融金属容器用塩基性不
   定形耐火物。