JP2000001363A

JP2000001363A - 耐火物内張り

Info

Publication number: JP2000001363A
Application number: JP10175308A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Goto; 潔後藤; Hisashi Nakamura; 壽志中村; Akiyoshi Maekawa; 明慶前川; Hirosuke Osaki; 博右大崎
Original assignee: Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】鉄鋼精錬に用いられる窯炉、特に溶鋼を真空
処理する精錬設備において使用する耐火物内張りとし
て、従来のマグクロれんがに対して損耗速度を減じて寿
命を延長した耐火物内張りを提供する。【解決手段】鱗状黒鉛を３〜７重量％、非晶質炭素粉
を１〜４重量％含有し、更にＡｌ金属、Ｓｉ金属及びＡ
ｌ−Ｓｉ質金属のうちの１種あるいは２種以上を１〜５
重量％配合したマグネシア−カーボンれんがからなる耐
火物内張りであって、マグネシアの最大粒径は３ｍｍ以
下とすることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼精錬に用いら
れる窯炉、特に溶鋼を真空処理する精錬設備において使
用する耐火物内張りに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年鉄鋼業では、高級鋼の生産比率増加
に伴って、二次精錬設備の重要性が高まっている。二次
精錬設備の一つで溶鋼の真空脱ガス設備であるＲＨは、
極低炭鋼などの生産に欠かせない特に重要な設備の一つ
である。ＲＨは円筒状の槽の下端面に二本のパイプ状の
浸漬管が付いた構造となっており、浸漬管下端を取鍋内
の溶鋼に浸漬し、槽内を真空にして溶鋼を吸い上げ、さ
らに一方の浸漬管の内面からアルゴンガスを吹き込み、
その浮上力によって溶鋼を循環させ、連続的に溶鋼の脱
ガス処理を行う。浸漬時には溶鋼上に浮いているスラグ
が槽内に入り、また処理中には各種の副原料や合金が添
加されるため、槽内には溶鋼と共に少量ながらスラグが
存在する。処理終了後は槽内を大気圧に戻し、溶鋼を取
鍋内に戻す。槽が縦長のため、処理していない時すなわ
ち処理間には浸漬管から常温の大気が侵入し、槽内の温
度は急速に低下する。

【０００３】ＲＨの耐火物内張りには通常マグクロれん
がが使用されている。マグクロれんがは見掛気孔率が１
４〜１８％程度と多孔質であるため、使用中に表面すな
わち稼働面からスラグが浸潤し、変質層が形成される。
変質層が形成されると、磨耗や溶損に対する抵抗性が低
くなるため損耗しやすくなる。また熱衝撃が加わると変
質層の剥落、いわゆる構造スポールが起こり急速に損耗
する。他方、マグクロれんがは単純な熱衝撃にも弱く、
処理中と処理間の大きな温度変化によってスポールしや
すい。

【０００４】このような問題を解決するために、たとえ
ば特開昭５６−６３８７２号公報や特開昭６３−７４９
５６号公報に記載されているようなマグネシア−カーボ
ンれんがの適用が試みられている。マグネシア−カーボ
ンれんがはスラグの浸潤が少なく、また熱衝撃にも強
く、問題が解決できると考えられた。特に特開昭６３−
７４９５６号公報に記載されているれんがは、主な損耗
原因と考えられる酸化への対策として、カーボン量に対
して０．５〜０．７の量の金属を添加した、８〜２５重
量％のカーボンを含む真空脱ガス容器用マグネシア−カ
ーボンれんがである。なおこれに使用されるカーボン
は、詳しい記載はないが、一般的に使用されている鱗状
黒鉛と解される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このれんがを
ＲＨの内張りに使用すると、その損耗速度は従来のマグ
クロれんがとさして変わらない場合が多い。その原因
は、金属が多く添加されているため、使用中の受熱によ
り炭化物等が生成してれんがが熱衝撃によってスポール
しやすく、また金属起因の酸化物がスラグに侵されやす
いため耐食性が低下するためと考えられる。溶鋼中への
カーボンの溶出による損耗も考えられる。

【０００６】そこで本発明は、従来のマグクロれんがに
対して耐食性、耐スポール性、耐酸化性が優れたマグネ
シア−カーボンれんがからなる耐火物内張りを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は以下の（１）、
（２）の通りである。

【０００８】（１）鱗状黒鉛を３〜７重量％、非晶質
炭素粉を１〜４重量％含有し、更にＡｌ金属、Ｓｉ金属
及びＡｌ−Ｓｉ質金属のうちの１種あるいは２種以上を
１〜５重量％配合したマグネシア−カーボンれんがから
なる耐火物内張り。

【０００９】（２）マグネシアの最大粒径が３ｍｍ以
下であることを特徴とする前記（１）の耐火物内張り。

【００１０】

【発明の実施の形態】マグネシア−カーボンれんがの損
耗に影響を与える要因として、マグネシアの最大粒径、
鱗状黒鉛の量、金属の種類と量などを仮定し、これらの
異なるマグネシア−カーボンれんがを比較評価した。

【００１１】評価は耐食性、耐スポール性、耐酸化性の
三項目について行った。

【００１２】耐食性はドラム型回転侵食試験装置を用
い、スラグによる侵食と冷却を繰り返す方法で評価し
た。まずマグネシア−カーボンれんがを短冊状に加工し
て装置に内張りし、内部を酸素−プロパン火炎で徐々に
昇温した。内部の表面温度が１７００℃に達したらスラ
グを３０分毎に投入して６０分侵食させ、バーナーを止
めて６０分冷却した。６０分後にはれんが表面温度は約
１０００℃程度まで下がった。次に再びバーナーで急速
に加熱しながら温度の回復を待たずにスラグを投入し、
３０分後に再びスラグを投入して合計６０分侵食させ
た。その後再び同様に冷却と急熱侵食を繰り返して実験
を終了した。なお、用いたスラグは試薬の混合物で、組
成はＣ／Ｓ＝３、ＦｅＯ＝２０重量％とした。冷却後、
試料れんがを取り出して切断し、最大溶損部の残厚を測
定し、予め測定しておいた試料れんがの元厚から残厚を
差し引いて溶損深さを算出した。値は同時に試験したＣ
ｒ₂Ｏ₃量約３０重量％のマグクロれんがの溶損深さを
１００として指数化し、溶損指数とした。値が小さいほ
ど耐食性が優れている。

【００１３】耐スポール性は、溶銑浸漬試験で評価し
た。溶銑浸漬試験は、温度１６００℃の溶銑に１分浸
漬、１０秒水冷、４分５０秒放冷を繰り返す試験で、試
料下端が剥落するまでの繰り返し回数を調べた。試料形
状は４０×４０×２３０ｍｍで、長手に下端から１１０
ｍｍ浸漬した。結果は前述のマグクロれんがの場合を１
００として指数化し、スポール指数とした。値が大きい
ほど耐スポール性が優れている。

【００１４】耐酸化性は、電気炉内での大気酸化試験で
評価した。５０φ×高さ５０ｍｍの試料を電気炉内に入
れ、１０℃／ｍｉｎで１４００℃まで昇温し、１４００
℃で４時間保持した後そのまま冷却し、切断面において
白色化した脱炭層の厚さを測定した。結果はそれぞれの
試作回ごとに決めた基準試料を１００として指数化し、
酸化指数とした。値が小さい程耐酸化性が優れている。

【００１５】れんがの試作に使用した原料は、純度９８
重量％以上の電融マグネシア、純度重量９８％以上の鱗
状黒鉛、Ａｌを７５重量％とＳｉを２５重量％含有する
Ａｌ−Ｓｉ質金属、純度９０重量％以上の金属Ａｌ、お
よびフェノール樹脂である。配合物に数重量％のフェノ
ール樹脂を添加して混練し、３００ｔフリクションプレ
スで７５×１１４×３００ｍｍに成形した後、約２００
℃で乾燥させ、加工の後に侵食試験に供した。

【００１６】マグネシアの最大粒径は５ｍｍと３ｍｍ、
鱗状黒鉛の量は８重量％と５重量％、Ａｌ−Ｓｉ質金属
の量は６重量％と４重量％と変えてれんがを試作し、そ
れらを評価した結果を表１に示す。マグネシアの最大粒
径が５ｍｍと大きいＡとＣは、ＢやＤと比較して耐スポ
ール性は良好だったが耐食性と耐酸化性は相対的に悪か
った。鱗状黒鉛量とＡｌ−Ｓｉ質金属量が多いＡとＢは
耐食性が悪かった。これは金属起因の耐食性の低い酸化
物等の影響と、マグネシアの粗粒の周囲に形成された空
隙へのスラグの浸潤の影響によるものと考えられる。ち
なみにマグネシア粗粒の周囲の空隙は、マグネシアの最
大粒径が３ｍｍのＢ、Ｄ、Ｅでは観察されなかった。総
合すると、マグクロよりも耐食性、耐スポール性共に高
いのはマグネシアの最大粒径が３ｍｍで鱗状黒鉛５重量
％品であった。

【００１７】

【表１】原料の配合量の単位は重量％。Ａｌ−Ｓｉ質金属とＡｌ
の配合量は外掛け。酸化指数はＡ＝１００として指数
化。

【００１８】さらに、鱗状黒鉛の適正量を調べるため
に、マグネシアの最大粒径を３ｍｍとして、鱗状黒鉛量
とＡｌ−Ｓｉ質金属量を変化させたものを試作評価し
た。評価結果を表２に示す。

【００１９】

【表２】

【００２０】鱗状黒鉛量を変化させたＦ〜Ｊでは、量の
増加に伴って耐食性は低下し、９重量％ではマグクロよ
りも悪化した。耐スポール性は１重量％ではマグクロよ
りも悪いが３重量％以上では良好となった。耐酸化性は
鱗状黒鉛量増加に伴い改善された。総合すると、鱗状黒
鉛量は３〜７重量％が適正範囲である。

【００２１】一方、Ａｌ−Ｓｉ質金属の量を変化させた
Ｋ〜Ｑでは、耐食性はＡｌ−Ｓｉ質金属が１〜５重量％
で少なくなる。耐スポール性は６重量％添加のＱはマグ
クロよりも悪かった。耐酸化性は金属無添加では非常に
悪かったが、添加により改善された。総合すると、Ａｌ
−Ｓｉ質金属の適正量は１〜５重量％である。

【００２２】鱗状黒鉛３〜７重量％とＡｌ−Ｓｉ質金属
１〜５重量％が適正範囲であることはわかった。しかし
スポール指数は１００〜２００程度で、マグクロれんが
よりは良好だが、実炉に使用した場合にスポールする懸
念はある。そこでさらに耐スポール性を向上させるため
の方策を検討した。そして、耐スポール性向上に効果の
ある軟化温度１１０℃で残炭分６０重量％の非晶質炭素
粉を添加することにした。

【００２３】鱗状黒鉛量を５重量％、Ａｌ−Ｓｉ質金属
量を４％に固定し、非晶質炭素粉の添加量を変えてれん
がを試作、評価した。その結果を表３に示す。これによ
れば、非晶質炭素粉添加に伴って耐食性は徐々に悪化す
るが、耐スポール性は大きく改善される。また耐酸化性
は非晶質炭素粉量５重量％以上のＶとＷで大幅に悪化す
る。総合的には１〜４重量％が非晶質炭素粉の適正添加
量である。

【００２４】

【表３】

【００２５】本発明の耐火物内張りに使用されるマグネ
シアは電融あるいは焼結のどちらでもかまわない。純度
は９５重量％程度以上のものが望ましい。最大粒径は前
述の通り３ｍｍが望ましい。３〜１ｍｍ以上の粗粒の量
は５０〜６０重量％、１ｍｍ以下が５０〜４０重量％と
なるように配合するのが望ましい。

【００２６】鱗状黒鉛は通常使用されているものが使用
可能で、酸処理したものも使用可能である。できれば９
５重量％以上の高純度のものが望ましい。

【００２７】非晶質炭素粉は様々な種類のものが入手及
び使用可能であるが、軟化温度１１０℃以上、還元雰囲
気中の８００℃で熱処理した後の残炭分が６０重量％以
上のもので、粒径は１０μｍ程度以下のものが効果的で
あり望ましい。

【００２８】Ａｌ−Ｓｉ質金属はＡｌ成分が７５重量
％、Ｓｉ成分が２５重量％程度のものが入手しやすい。
これ以外の成分でも使用できるが、Ｓｉ成分が７０重量
％を越えるものはれんがの耐食性を低下させる可能性が
ある。粒径は５００μｍ以下が望ましい。なおＡｌやＳ
ｉを組み合わせて使用することもできる。

【００２９】Ａｌは純度９５％以上で粒径５００μｍ以
下が望ましい。Ｓｉも同様である。ただしれんがの耐食
性を低下させないためすべての金属成分中に占めるＳｉ
成分の割合は７０重量％を越えないことが好ましい。Ａ
ｌを使用した場合は、表１のＥの場合でわかるようにＡ
ｌ−Ｓｉ質金属を使用したＤと比較して相対的に耐スポ
ール性が低くなる傾向があった。このためＡｌはＡｌ−
Ｓｉ質金属あるいはＳｉと併用されることが望ましい。

【００３０】他の金属として、マグネシア−カーボンれ
んがに添加可能であることが知られているもの、たとえ
ばＭｇやＣａなどは耐スポール性が低下しない範囲で使
用可能である。

【００３１】バインダーとしては、通常マグネシア−カ
ーボンれんがの製造に使用されるフェノール樹脂などが
使用できる。

【００３２】なお、マグネシア−カーボンれんがに添加
し得る他の耐火材、たとえばアルミナ、スピネル、クロ
ム鉱、クロミア、ムライト、ジルコニア、ジルコン、カ
ルシア、ドロマイト、あるいはこれらを混合して電融し
たもの、炭化物、硼化物、窒化物なども、耐食性、耐ス
ポール性、耐酸化性が損なわれない添加量と粒径で添加
することは可能である。

【００３３】本発明の耐火物内張りを製造するには、通
常のマグネシア−カーボンれんがの製造方法をそのまま
採用できる。後述のように使用中のれんがの背面酸化を
抑制する目的でメタルケースを取り付ける場合は、成形
時に金型内にケースを予め入れてからはい土を投入して
成形する方法、あるいは成形済みのれんがにケースを被
せる方法などが採用できる。

【００３４】築炉に当たっては、れんがの背面酸化が懸
念されることから、対策として、れんが背面のメタルケ
ース被覆、背面への低通気性耐火物の施工などを行う。
また、後述の乾燥あるいは予熱中のれんがの酸化を防ぐ
ために、必要に応じて稼働面となる表面にコーティング
やカバーを施しておく。

【００３５】耐火物内張りの乾燥と予熱に当たっては、
れんがの酸化に注意する。ガスや油脂などの燃焼により
予熱する場合には、気燃比を調整する。電気加熱などの
場合は、雰囲気に注意する。また、必要に応じてコーテ
ィングを施したり、カバーを掛けておく。コーティング
としては酸化防止剤や鏝塗り材や吹き付け材が、またカ
バーとしては金属箔、金属板あるいは適当な材質のテー
プやシートが使用可能であるが、それらの耐熱温度と雰
囲気による損傷に注意して選択する。

【００３６】

【実施例】表３のＲとＵを３００ｔＲＨの側壁に内張り
し、損耗速度と損傷状況を調査し、従来材である前述の
マグクロれんがと比較した。張り分け方法は、ＲとＵを
下部槽側壁中部から上部にかけて半周ずつ張り分け、側
壁下部はマグクロれんがとした。

【００３７】使用後の槽内を観察したところ、ＲとＵを
張り分けた中〜上部は突出しており、Ｒの部分がやや残
寸が大きかった。またＲを張り分けた部分では所々にス
ポールによる欠落が見られ、Ｕを張り分けた部分の表面
は滑らかであったが、マグクロの部分にはかなり欠落が
あった。損耗速度は、Ｒはマグクロに対して約２５％
減、Ｕは約１５％減であった。

【００３８】

【発明の効果】本発明により、耐火物内張りの損耗速度
を減じて内張り寿命を延長することができ、耐火物コス
トの削減、槽の交換停止時間短縮による設備稼働率向上
と生産性向上を図ることができ、鉄鋼製造コストを引き
下げることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村壽志東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者前川明慶兵庫県高砂市荒井町新浜１−３−１ハリマセラミック株式会社内 (72)発明者大崎博右兵庫県高砂市荒井町新浜１−３−１ハリマセラミック株式会社内Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA60 AA61 BA27 CA04 PA14 4K051 AA09 BE01 BE03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鱗状黒鉛を３〜７重量％、非晶質炭素粉
を１〜４重量％含有し、更にＡｌ金属、Ｓｉ金属及びＡ
ｌ−Ｓｉ質金属のうちの１種あるいは２種以上を１〜５
重量％配合したマグネシア−カーボンれんがからなる耐
火物内張り。
【請求項２】マグネシアの最大粒径が３ｍｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１記載の耐火物内張り。