JP2000095556A - マグネシア・カーボン系耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転炉、電気炉、取鍋等各種溶融金属容器に使
用されるマク゛ネシア・カーホ゛ン系耐火物のうち、耐消化性、耐食
性、耐スホ゜ーリンク゛性に著しく優れる耐火物の提供。 【解決手段】炭素質材料１〜２５重量％，シ゛ルコン酸カルシウム
を１〜１０重量部含有し、残部がマク゛ネシアクリンカーよりなるマ
ク゛ネシア・カーホ゛ン系耐火物。 【効果】マク゛ネシア・カーホ゛ン系耐火物にシ゛ルコン酸カルシウムを添加す
ることにより、耐火物中へのスラク゛の浸透を抑制し耐食
性、耐スホ゜ーリンク゛性を向上させることが可能となり、各種
溶融金属容器に使用されるマク゛ネシア・カーホ゛ン系耐火物の寿命
を延長させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉，電気炉，取鍋な
ど各種溶融金属容器に使用されるマグネシア・カーボン
系耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】転炉，電気炉，取鍋などの溶融金属容器
の内張り耐火物にはマグネシア・カーボンれんがが広く
使用されている。このマグネシア・カーボンれんがはマ
グネシアのスラグの浸透のしやすさ，熱膨張が大きいこ
とにより耐スポーリング性が劣るなどの欠点をカーボン
の添加により改善した材質である。近年の溶融金属容器
及び精錬炉の操業温度は脱ガス、合金の製錬など特殊処
理の増加に伴い、高温化し、１７００℃を越えることも
少なくない。また、滞留時間の延長も見られ、特にスラ
グの塩基度(ＣａＯ／ＳｉＯ₂比)が低い場合、スラグの
粘性が非常に低下するため、スラグがれんが内部に浸透
し溶損が増大したり、スポーリングを起こす場合があ
り、マグネシア・カーボンれんがであっても充分な耐用
が得られなくなってきているのが現状である。

【０００３】マグネシア・カーボンれんがの高温下の主
たる損傷原因については、主原料であるマグネシアとカ
ーボンがＭｇＯ＋Ｃ→Ｍｇ＋ＣＯの反応を起こすことに
よってマグネシアとカーボンが同時に消耗され組織が劣
化し損耗が助長されるというのが一般的であり、この高
温下におけるマグネシアとカーボンが同時に消耗される
反応を抑制する手段として、ＣａＯ成分を含むマグネシ
アカルシアクリンカーやドロマイトクリンカーをマグネ
シアクリンカーと併用したマグネシア・カーボンれんが
が使用されている。(例えば特公昭５９−１３４６８号
公報や特開昭６１−１４１６６３号公報等)

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らが、各種浸
食試験及び溶融金属容器に使用されたマグネシアカーボ
ン系れんが等を再度調査した結果、スラグ成分のＣａＯ
とＳｉＯ₂の比が低い場合はスラグ浸透が大きく、Ｃａ
Ｏ／ＳｉＯ₂比が高い場合は比較的スラグ浸透が低いこ
とが判明した。このことより、マグネシア・カーボン系
れんがの損傷原因は、マグネシアとカーボンの反応によ
るものだけでなく、スラグ成分のマグネシア・カーボン
れんがへの浸透による構造スポーリングやスラグ成分と
マグネシアとの反応による溶損が実質的には大きく関与
していると考えられ、ＣａＯ成分を含むマグネシアカル
シアクリンカーやドロマイトクリンカーはマグネシアと
カーボンの反応を抑制するばかりでなく、れんが稼働面
でＣａＯ成分が溶融スラグと反応しＣａＯ／ＳｉＯ₂比
を上げることによって溶融スラグの粘性が高くなり、れ
んがへのスラグ浸透を抑えているものと思われる。

【０００５】ＣａＯは高温時の熱的、化学的特性におい
ては非常に優れる材質であるが、常温付近でＨ₂Ｏが同
時に存在する場合においては、ＣａＯ＋Ｈ₂Ｏ→Ｃａ(Ｏ
Ｈ)₂となる水和反応を起こし、消化(粉化崩壊)すること
が知られている。

【０００６】ＣａＯ成分を含むマグネシアカルシアクリ
ンカーやドロマイトクリンカーにおいても上記の消化現
象を起こしやすく、耐消化性に優れる耐火物を提供する
ために、ＣａＯの粒子表面をＭｇＯやＣａＣＯ₃にて被
覆したクリンカーを使用して製造したマグネシア・カー
ボンれんがが開示されている。(特開平２−１２０２７
２号公報や特開平５−２４９１１号公報等）

【０００７】しかしながら、クリンカーにＭｇＯを被覆
する場合は一度焼成したクリンカーの表面にＭｇ（Ｏ
Ｈ）₂を被覆し、再度高温で焼成する工程が、また、Ｃ
ａＣＯ₃を被覆する場合においては、クリンカーの表面
層の炭酸化処理を６００〜７００℃で行う工程が必要で
あり、コストの面で不利になるばかりでなく、省エネル
ギー化が求められる現在においては大きな問題点として
指摘されているのが現状である。また、ＭｇＯやＣａＣ
Ｏ₃の被覆には、被覆するＭｇＯやＣａＣＯ₃の膜厚を調
整することが最も重要な点であり、ＭｇＯの場合は、１
０〜５００μm、ＣａＣＯ₃の場合は１〜５μmが適当と
されているが、クリンカーの表面に均一に皮膜を形成す
るのは極めて難しい。

【０００８】本発明は、ＣａＯ成分を含むマグネシアカ
ルシアクリンカーやドロマイトクリンカーを使用しなく
ても、耐食性、耐スポーリング性、耐消化性に優れるマ
グネシア・カーボン系れんがを提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、スラグ浸透について検討し耐火
物の耐食性，耐スポーリング性も合わせて考慮した結果
ジルコン酸カルシウムに注目し本発明に到達した。すな
わち本発明は炭素質材料１〜２５重量％，ジルコン酸カ
ルシウムを１〜１０重量部含有し、残部がマグネシアク
リンカーよりなるマグネシア・カーボン系耐火物であ
る。

【００１０】

【作用】本発明において使用されるマグネシアクリンカ
ーとしては焼結あるいは電融マグネシアクリンカーが使
用できＭｇＯ含有量９５％以上のものが好ましい。

【００１１】炭素質材料としては天然黒鉛，人造黒鉛，
カーボンブラック，ピッチ等が使用できるがその使用量
は１〜２５重量％とする。炭素質材料が１重量％未満で
はスラグ浸透防止効果がなく耐スポーリング性が劣る。
また２５重量％をこえると機械的強度，充填性，耐食性
が低下し好ましくない。

【００１２】さらに本発明のマグネシア・カーボン系耐
火物が激しい気相，液相酸化性の条件下で使用される場
合、炭素質材料の酸化防止材としてアルミニウム，シリ
コン，マグネシウム，カルシウムなどの金属粉を添加す
ることもできる。これらの金属粉は単独あるいは合金の
うちの１種あるいは２種以上を併用して添加される。こ
れらの金属粉の添加量は０.２〜１０条件下％が好まし
く、０.２条件下％未満では添加の効果が表れない。１
０重量％をこえると耐食性，耐スポーリング性が低下す
るので好ましくない。

【００１３】本発明の特徴であるジルコン酸カルシウム
の使用量は耐火物中の１〜１０重量％とするのが良い。
ジルコン酸カルシウムの使用量が１重量％未満では添加
効果が表れない。１０重量％をこえると解離したＣａＯ
が粒界部に存在し低融物を作り耐食性が低下するため好
ましくない。使用粒度に制限はないが、中粒，微粉部分
に使用すると特に大きな効果が得られる。

【００１４】本発明のマグネシア・カーボン系耐火物は
上記原料配合物を結合剤と共に混練し成形した後、２０
０〜５００℃程度で熱処理して不焼成れんがとして使用
する。結合剤としては強度付与効果が大きく、固定炭素
量の多いフェノールレジンを採用することができる。

【００１５】溶融金属容器が高温操業でしかも低塩基度
スラグの場合、スラグの粘性が極端に低下し、マグネシ
ア・カーボン系耐火物であってもスラグの浸透を十分に
抑制できないため溶損が大きくなる。本発明で使用され
るジルコン酸カルシウムは高温でＣａＯを解離し、この
ＣａＯがスラグに溶け込み低粘性のスラグの粘性を上げ
浸透を抑制する。一方のジルコニアは高温において溶鋼
やスラグとの反応性に乏しく高耐食性を示す。ジルコン
酸カルシウムは消化性がないため耐火物中の粗・中粒だ
けでなく微粉として添加することができるのでその効果
は大きい。

【００１６】またジルコン酸カルシウムの熱膨張はマグ
ネシアに比べて著しく低いためジルコン酸カルシウムの
使用により熱膨張率の減少が図られ、耐スポーリング性
を向上させることができる。

【００１７】

【実施例】表１に示すような組成の材料および結合材を
用いて比較例と実施例の試料を準備した。配合はすべて
重量部で表示してある。これらの各配合を常法に従い混
練，プレス成形した後、２００℃で２４時間熱硬化処理
を行なった。こうして製造した試料の物性も表１に示
す。なお、見掛気孔率、かさ比重はＪＩＳＲ２２０５
に、圧縮強さはＪＩＳ Ｒ２２０６にしたがって測定し
た。

【００１８】浸食試験は回転式浸食試験炉，プロパン，
酸素バーナーを用い、１６５０℃〜１７５０℃で７時間
保持した。使用したスラグの組成はＣａＯ ３２％，Ｓ
ｉＯ₂ ２９％，Ａｌ₂Ｏ₃ ２０％，Ｆｅ₂Ｏ₃ １０
％，ＭｇＯ ５％，ＭｎＯ ４％でＣａＯ／ＳｉＯ₂比
が約１.１のものを使用した。浸透層厚さは稼働面から
れんが内部にかけての緻密化された部分の厚さを測定し
た。

【００１９】浸透層厚さ指数，溶損量指数ともに比較例
１を１００とし相対値で示してある。

【００２０】スポーリング試験は誘導炉で１６５０℃に
保持した溶銑中に３０×３０×２３０ｍｍの角柱試料を
３分間浸漬した後、引き上げて自然冷却を行なった。各
試料の中央部を切断して内部に発生した亀裂の合計長さ
を測定し、比較例１の測定値を１００として相対値で示
してある。

【００２１】耐消化性試験については、気温３５℃、湿
度８０％に保持した恒温恒湿槽に１２０時間保存した
後、ＣａＯの消化にともなう寸法変化率の測定と圧縮強
さの測定により判断した。

【００２２】本発明のジルコン酸カルシウムを添加した
試料(実施例１〜４)はいずれもマグネシア・カーボンれ
んが(比較例１および２)に比して、スラグの浸透層厚さ
が非常に少なく溶損量も少ない結果が得られた。スポー
リング試験においても優れた耐スポーリング性を示して
いる。しかしジルコン酸カルシウムの量が多すぎる(比
較例３および４）と、スラグの浸透はある程度防止でき
ても、溶損量が増加することがわかる。また耐スポーリ
ング性が低下していることがわかる。

【００２３】

【発明の効果】本発明ではマグネシア・カーボン系耐火
物にジルコン酸カルシウムを添加することにより、実施
例の結果からも明らかなように、耐火物中へのスラグの
浸透を防止して溶損量を最小限に抑えることが可能とな
る。また耐スポーリング性、耐消化性にも優れ、各種溶
融金属容器の内張り耐火物の耐用を向上させることがで
きる。

【表１】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質材料１〜２５重量％，ジルコン酸
   カルシウムを１〜１０重量％含有し、残部がマグネシア
   クリンカーよりなることを特徴とするマグネシア・カー
   ボン系耐火物。