JP2000039412A - 耐火物の試験装置 - Google Patents

耐火物の試験装置

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JP2000039412A
JP2000039412A JP10205068A JP20506898A JP2000039412A JP 2000039412 A JP2000039412 A JP 2000039412A JP 10205068 A JP10205068 A JP 10205068A JP 20506898 A JP20506898 A JP 20506898A JP 2000039412 A JP2000039412 A JP 2000039412A
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refractory
space
molten
wear
crucible
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JP10205068A
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Keiichiro Isomura
敬一郎 磯村
Yotsuo Nagahama
四雄 長浜
Nobuaki Saito
信昭 齋藤
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐火物の損耗の程度を実験室等で試験し、正確
に評価するための試験装置を提案すること。 【解決手段】るつぼ内に、耐火物試験材を環状設置し、
そのるつぼと該試験材との間の空間および該試験材の内
側空間に対し、そのいずれか一方の空間には溶融金属お
よび/または溶融スラグ等を収容すると共に、その他方
の空間には冷却ガスおよび/または断熱材からなる媒体
を収容した試験装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、耐火物の試験装
置に関し、とくに溶融した金属, スラグ等と接する耐火
物の損耗特性を実験室的に評価、検証するために用いら
れる装置についての提案である。
【0002】
【従来の技術】溶銑、溶鋼等の溶融金属や溶融スラグな
どに接する場所に用いられる冶金用耐火物は、酸化、浸
食、溶解等によって不可避に損耗が生じる。したがっ
て、こうした耐火物については、損耗量に着目した特性
評価が必要である。従来、このようにして評価した耐火
物特性に基づいて、耐火物構成材料の配合設計をした
り、現場での使用基準を定めており、この意味で評価方
法の精度を上げることが重要である。
【0003】一般に、冶金炉などに施工する耐火物の耐
久性を上げるためには、新しい材料の開発のみならず使
用条件について検討が必要である。例えば、高炉主樋や
製鋼用鍋で耐火物を冷却しながら使用する方法が実用化
されている。この場合、冷却に伴う種々の問題を1次元
や2次元の熱計算の結果から予見し、次いで実機での評
価、判断する必要がある。しかしながら、上記の熱計算
の精度は高くない。その理由は、永久れんがの目地劣化
等、計算に当たって導入できない要素や、溶銑、溶鋼と
耐火物の境膜条件等の設定が困難なためである。要する
に、使用時に保温したり、冷却したときの耐火物の損耗
の程度を実験室で予測できるようにすることが望ましい
と言える。
【0004】従来、耐火物の損耗量を測定する方法とし
ては、耐火物を溶銑, 溶鋼, 溶融スラグ中に浸漬する方
法や、耐火物の表面に、常に新鮮な溶融スラグを接触さ
せる装置 (実開平2−91948号公報) などが提案さ
れている。これらの方法は、現場条件の再現性に重点が
置かれており、そのために現場の条件に近い環境, 例え
ば実機と同じ組成のスラグ, 溶銑, 溶鋼を用いて耐火物
の損耗量を測定するというだけの方法であり、冷却時の
影響や温度勾配の影響を正確に予測するものではない。
【0005】また、従来の各種耐火物特性試験において
は、試験材である耐火物の厚みが薄いため、その影響が
大きく出るという問題があった。即ち、実使用時よりも
温度勾配が大きくなり、実際よりも冷却され過ぎてしま
うことがあった。従って、耐火物の冷却の影響を評価試
験する場合、温度勾配を任意に制御できる評価試験の方
法の開発が必要となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明の主
たる目的は、耐火物の損耗の程度を実験室等で試験し、
正確に評価するための試験装置を提案することにある。
この発明の他の目的は、実操業に近い試験環境を形成し
て、正確な測定を担保するための装置構成を提案するこ
とにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上掲の目的実現に向けて
鋭意研究した結果、発明者らは、次のような要旨構成に
係る試験装置が有効であるとの結論に達し、本発明を開
発するに到った。即ち、本発明は、るつぼ内に、耐火物
試験材を環状に設置し、そのるつぼと該試験材との間の
空間および該試験材の内側空間に対し、そのいずれか一
方の空間には溶融金属および/または溶融スラグを収容
すると共に、その他方の空間には冷却ガスおよび/また
は断熱材からなる媒体を収容したことを特徴とする耐火
物の試験装置である。
【0008】なお、本発明において、上記耐火物試験材
は、複数の板状耐火物からなり、かつその板状耐火物の
数に応じ、上記空間および内側空間のいずれか少なくと
も一方の空間が周方向に複数室に区画されている態様が
好ましい実施の形態と言える。また、本発明において、
複数室に区画された、媒体を収容する側の空間内に、異
なる冷却能を有する媒体を収容して、各耐火物試験材に
対して異なる温度勾配を付与して試験するようにした態
様が好ましい実施の形態と言える。さらにまた、本発明
においては、上記耐火物試験材中には、それの厚み方向
に1〜複数個の熱電対が埋設されているのが好ましい実
施形態である。
【0009】本発明に係る試験装置による、耐火物損耗
特性の評価試験に適合する耐火物については、特に限定
があるわけではないが、例えば、Al2O3 , Al2O3 −Si
O2, Al 2O3 −MgO , Al2O3 −SiC などのAl2O3 質耐火
物、SiO2−ZrO2耐火物、SiC 質耐火物、Al2O3 −SiC −
C, MgO −CなどのC質耐火物、MgO −Spinel, MgO −
Cr 2O3 などのMgO 質耐火物の如き耐火物を対象とする場
合が有利である。また、溶融金属としては、溶銑, 溶鋼
などが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に係る試験装置において重
要なことは、実際の使用環境に近い装置構成にしなけれ
ばならないということである。そのために本発明におい
ては、耐火物試験材の一方の面が、溶融金属および/ま
たは溶融スラグと接すると共に、他方の面は冷却または
保温される態様で、当該装置内に耐火物試験材の保持が
行われなければならない。こうした要求に応えられる構
成として、本発明は図1の如きものを提案する。ただ
し、この図1に示すものは1つの例示であって、本発明
はこの構成に制約されるものではない。
【0011】図面に示すとおり、本発明は、高周波溶解
炉のるつぼ1(Al2O3 −MgO)内に、その内底部に敷設し
たスタンプ材2を介して耐火物試験材3を環状を呈する
ように設置し、るつぼと該試験材3との間の空間4およ
び該試験材3の内側空間5に対し、そのいずれか一方の
空間には溶融金属および/または溶融スラグを収容する
と共に、その他方の空間には冷却ガスおよび/または断
熱材を収容するようにした装置である。ただし、この例
示の装置では、環状に設置した耐火物試験材3の内側面
に当たる前記内側空間5は、溶融金属6 (この場合、溶
銑) と溶融スラグ7とを収容し、その外側面に当たる前
記空間4には窒素ガス(但し、この場合、るつぼ上部を
施蓋して導出入口を設けることが好ましい)を流通させ
る構成例である。
【0012】上掲の装置において、内側空間5に溶銑と
溶融スラグ7の両方を収容したが、この方が界面におけ
る耐火物の損耗量の試験ができて好都合である。但し、
どちらか一方の溶湯を収容するようにしてもよく、また
これらの溶湯を逆に空間4の方に注入し、逆に内側空間
5には窒素ガスの如き冷却ガスを流通させる、あるいは
カオウールやアルミナビーズ、ジルコニアビーズのよう
な断熱材を充填するようにしてもよい。
【0013】上記耐火物試験材3は、筒状の一体成形品
で構成することもできるが、好ましくは図1(a)、図
2(a)、図3(a)、図4 (a)に示すように、周方
向が複数に分割されているもの、即ち複数の板状耐火物
を環状に並べて多角形(図1〜4の例は8角形)の筒状
にした形態が好ましい。
【0014】このような構成を採用する理由は、一度に
異なる条件の損耗テストを同時に行うことができる。即
ち、図2(a)に示すように、るつぼ1内に、複数の板
状耐火材3a〜3hを環状に立設し、例えば、前記内側空間
5内に溶融金属6、溶融スラグ7を収容するのに対し、
空間4には、図示のように各板状耐火物3a〜3hの境界に
仕切り壁8を設け、該空間4を前記板状耐火物3a〜3hの
数に応じた複数室の媒体室4a〜4hに区画する。そして、
前記内側空間5には一定温度の溶融金属5等を収容する
一方で、媒体室4a〜4hとする空間4には、それぞれ異な
る冷却能力をもつ冷却ガス、例えば、不活性ガス (N2
ス他) やカオウール等の断熱材を収容することで、個々
の板状耐火物3a〜3hに対し、温度勾配の異なる試験環境
を付与して、一度に多数の損耗テストができるようにす
るのである。上記仕切り壁8は、上述の如き空間4に限
るのではなく、図3(a) に示すように支柱9を介して内
側空間5の方に設けてもよい。この場合、該内側空間5
が媒体収納用画室となる。さらには、図4(a) に示すよ
うに、両方の空間4, 5を区画することも可能である。
【0015】図5は、図2に示す装置を使い、内側空間
に1650℃の溶銑と溶融スラグを収容する一方、環状空間
4の各媒体室4a〜4hに下記の表1に示す媒体を収容した
場合の各板状耐火物3a〜3hに現れる温度勾配を比較した
ものである。この図に示すように、本発明のように構成
すると、一度に異なる温度勾配を任意に設定でき、損耗
テストが可能になることがわかる。
【0016】
【表1】
【0017】次に、図6は、各板状耐火物3a〜3hに対
し、その厚み方向に複数のシース熱電対10を等間隔に埋
設して上掲の温度勾配を測定しやすくしたものの例示で
ある。これによって、温度勾配を正確に測定することが
できる。
【0018】上述した例は、環状空間4および内側空間
5のいずれか一方に、1種類の溶融金属6を収容した例
を示したが、図4に示す装置によれば、耐火物、溶融金
属および媒体の総てをそれぞれ異なるものをセットし
て、一度に全く異なる条件の耐火物損耗テストを行うこ
とが可能になる。また、本発明の試験装置は、高周波誘
導溶解炉中に保持して使用できる。
【0019】
【実施例】この実施例は、図2 に示す装置を使い、るつ
ぼ1内に8枚の板状耐火物3a〜3h(Al2O3 −MgO)をモル
タルを介して8角形の環状に接合した筒状の耐火物試験
材3を設置すると共に、内側空間5には溶銑6(M)と
溶融スラグ7(S)(M/S=9:1 (重量比) )を収
容し、8つの媒体室4a〜4hに区画した空間4にはそれぞ
れ表1に示す8つの媒体を流通もしくは充填し、かかる
るつぼ1を高周波誘導溶解炉中に保持して、溶銑温度
(1650℃) 、溶融スラグ( 1650℃) に昇温し、3時間保
持したときの各板状耐火物 (3a〜3h) の損耗量を測定し
た例を説明する。損耗量は、溶銑と、溶融スラグの界面
に接した部分を測定した。なお、耐火物試験材中に、図
6に示すように、3本のシース熱電対を等間隔に埋設
し、温度勾配を測定した。埋設深さは、溶銑, 溶融スラ
グの界面の位置にした。
【0020】この試験の耐火物の温度勾配の結果を図5
に、損耗量の測定結果を図7に示すが、温度勾配の大き
い環境で使う耐火物の方が損耗量が小さいことがわか
る。また、この実施例でもわかるように、本発明に適合
する装置で損耗テストを行うと、各種条件の下での損耗
量を比較的正確に予測でき、それ故に、耐火物の品質を
正しく評価することができるようになる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、耐
火物の損耗の程度を実験室において実際環境と同じ程度
に正確に予測・評価することができると共に、試験条件
とくに耐火物試験材に対し幅広く温度勾配を調節するこ
とができるので、温度勾配の影響をも定量的に把握する
ことができる。しかも本発明によれば、多くの条件下の
耐火物損耗テストを同時に行うことができ、時間的にも
また経済的にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の代表的な実施態様を説明する断面
図である。(a) は上から見た図、(b) は断面図である。
【図2】本発明装置の他の実施態様を説明する断面図で
ある。(a) は上から見た図、(b) は断面図である。
【図3】本発明装置の他の実施態様を説明する断面図で
ある。(a) は上から見た図、(b) は断面図である。
【図4】本発明装置のさらに他の実施態様を説明する断
面図である。(a) は上から見た図、(b) は断面図であ
る。
【図5】耐火物中の温度勾配曲線の図である。
【図6】板状耐火物中に埋設した熱電対の配置模様の説
明図である。
【図7】異なる損耗条件を付与したときの各耐火物の損
耗の程度の比較説明図である。
【符号の説明】
1 るつぼ、 2 スタンプ材、3a〜3h 板状耐火
物、 4a〜4h 空間、5 内側空間、 6 溶融金
属、7 溶融スラグ、 8 仕切り壁、9 支柱、
10 シース熱電対
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齋藤 信昭 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 2G040 AA05 AB08 BA05 BA14 BA27 CA02 CB03 DA02 DA14 DA15 EA08 EB02 EC09 FA01 FA09 GB01 GC01 HA07 ZA05

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 るつぼ内に、耐火物試験材を環状に設置
    し、そのるつぼと該試験材との間に形成される空間およ
    び該試験材の内側空間に対し、そのいずれか一方の空間
    には溶融金属および/または溶融スラグを収容すると共
    に、その他方の空間には冷却ガスおよび/または断熱材
    からなる媒体を収容したことを特徴とする耐火物の試験
    装置。
JP10205068A 1998-07-21 1998-07-21 耐火物の試験装置 Pending JP2000039412A (ja)

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