JP2000109359A - 耐火物用組成物および耐火物 - Google Patents

耐火物用組成物および耐火物

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Yoko Miyamoto
陽子 宮本
Masato Kumagai
正人 熊谷
Toshihiro Suruga
俊博 駿河
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 従来品と比べて、耐食性が低下せずに、耐
スポーリング性が向上された耐火物、およびこれを得る
のに適した耐火物用組成物を得る。 【解決手段】 耐火性骨材、炭素および結合剤を含有す
る耐火物用組成物であって、前記結合剤が、40〜80重量
%の未変性フェノール樹脂と、60〜20重量%のアルキル
変性フェノール樹脂との混合物であり、かつ前記アルキ
ル変性フェノール樹脂は、750 ℃に加熱した後の残留炭
素量が15重量%以上のものである耐火物用組成物、およ
びこれを熱処理して得られた耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐火物用組成物お
よび耐火物に関し、特に、耐食性、耐スポーリング性に
優れる耐火物を得るに好適な耐火物用組成物、およびこ
れを熱処理して得られる耐火物に関する。
【0002】
【従来の技術】転炉、取鍋、溶融還元炉などの溶融金属
精錬炉において、MgO-Cれんがが使用されている。一般
に、MgO-Cれんがなどの不焼成れんがは、 MgO(マグネ
シア)、C(カーボン)およびバインダー(結合剤)を
混練、成形し、これを比較的低温(150 〜300 ℃)で加
熱し硬化させて得られる。
【0003】MgO-Cれんがが使用される部位は、高温に
さらされ強い熱衝撃が存在し、かつスラグなどにより浸
食される。MgO-Cれんがなどの不焼成れんがは耐スポー
リング性に関して、焼成れんがや不定形耐火物に比較し
て圧倒的に優れているため、耐食性の改善を中心に進歩
してきた。
【0004】その一方で、鋼の高級化指向に伴い、複合
吹錬の強化、吹錬時間の延長、精錬温度の上昇、多品種
生産による生産工程の都合による間欠操業など、MgO-C
れんがの使用環境が過酷になってきている。特に、高温
下操業や間欠操業により、MgO-Cれんがに過酷な熱応力
が生じ、耐スポーリング性が低下する。この結果、溶融
金属精錬炉の生産性や安定性が低下する。そこで、さら
なる耐スポーリング性の向上が要求されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】耐スポーリング性を改
善する目的で、バインダーとして、ピッチ相溶性フェノ
ール樹脂(特開平4−367556号公報)、芳香族炭化水素
系樹脂で変性されたフェノール樹脂(特開平5−139815
号公報)などが使用されてきた。これらを使用した場
合、耐スポーリング性は改善されるが、耐食性、熱間強
度などが低下する。また使用時に臭気が発生し、環境上
好ましくなかった。
【0006】そこで本発明は、バインダーに着目し、従
来品と比べて、耐食性、耐スポーリング性、熱間強度の
バランスのとれた耐火物、およびこれを得るのに適した
耐火物用組成物を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】アルキル変性フェノール
樹脂を使用した場合、れんがの微視的組織の中に欠陥
(この欠陥は通常の空孔などに比べて非常に小さい)を
生じ、れんがの組織は粗な構造になる。このため、耐ス
ポーリング性は向上すると考えられる。アルキル変性フ
ェノール樹脂と未変性のフェノール樹脂とを混合するこ
とにより、欠陥は、れんがの微細組織中に均一に分散で
きる。この結果、耐食性の低下も少なく、耐スポーリン
グ性に優れたものとなる。さらには、残留炭素量が15重
量%以上のアルキル変性フェノールを用いることによ
り、熱間強度が従来品よりも向上する。
【0008】すなわち、本発明は、耐火性骨材、炭素お
よび結合剤を含有する耐火物用組成物であって、前記結
合剤が、40〜80重量%の未変性フェノール樹脂と、60〜
20重量%のアルキル変性フェノール樹脂との混合物であ
り、かつ前記アルキル変性フェノール樹脂は、750 ℃に
加熱した後の残留炭素量が15重量%以上のものであるこ
とを特徴とする耐火物用組成物である。本発明におい
て、前記耐火性骨材がMgO であり、前記炭素が黒鉛であ
ることが好ましい。
【0009】また、本発明は、上記本発明の耐火物用組
成物を、熱処理して得られた耐火物である。
【0010】
【発明の実施の形態】まず、本発明の耐火物用組成物の
主構成因子(耐火性骨材、炭素、結合剤)について説明
する。 耐火性骨材:耐火性骨材として MgO,Al2O3, MgO-Al2O3
(スピネル), 3Al2O3-SiO2 (ムライト), CaO, MgO-C
aO混合物などが使用でき、これらのうちでも高塩基性ス
ラグに対する耐食性に優れるMgO が好ましい。耐火性骨
材は、高純度、高かさ密度のものが好ましく、また、電
融品、焼結品とも使用可能である。
【0011】炭素:炭素として天然リン片状黒鉛,土状
黒鉛,電極黒鉛,ピッチ炭化物,タール炭化物,コーク
ス,レジン炭化物などが使用でき、これらのうちでも耐
酸化性、耐食性に優れる黒鉛が好ましく、とくに天然リ
ン片状黒鉛が好ましい。 結合剤:本発明に係る結合剤は、未変性のフェノール樹
脂とアルキル変性フェノール樹脂の混合物である。未変
性フェノール樹脂は、フェノールとアルデヒドが反応し
て得られる樹脂であり、また、アルキル変性フェノール
樹脂は、フェノール分子にアルキル基を置換したもの
と、アルデヒドが反応して得られる樹脂である。アルキ
ル基としては、オクチル基,ノニル基などが好ましい。
【0012】さらに、アルキル変性フェノール樹脂は、
750 ℃に加熱した後の残留炭素量が15重量%以上のもの
である。より好ましくは、15重量%以上、30重量%以下
である。さらに好ましくは18〜27重量%である。残留炭
素量が少ないと熱間強度の向上が小さく、多すぎると耐
スポーリング性が低下する。このものを使うことによ
り、1400〜1500℃での強度(熱間強度とも称する)がさ
らに向上する。すなわち、750 ℃で樹脂の炭化がほぼ完
了し、炭素間、炭素−耐火性骨材間の強度が向上し、そ
れによって実使用時の耐久性が向上する。なお、残留炭
素量は、サンプルを還元性雰囲気中で750 ℃×3h加熱
し、加熱残留した物の重量パーセントである。残留炭素
量が15重量%未満の場合は熱間強度が低くなり、残留炭
素量が多すぎる場合は耐スポーリング性が劣化する。
【0013】結合剤中の未変性フェノール樹脂とアルキ
ル変性フェノール樹脂の含有量は、それぞれ、40〜80重
量%、60〜20重量%であり、より好ましくは、それぞれ
50〜70重量%、30〜50重量%である。この範囲内であれ
ば、耐食性、耐スポーリング性の両方に優れたものとな
る。アルキル変性フェノール樹脂の含有量が前記範囲を
下回ると耐スポーリング性が低下し、上回ると耐食性が
低下する。
【0014】なお、本発明の耐火物用組成物には、上記
の主構成因子以外に、強度、耐酸化性などの特性を向上
させるために、Alなどの金属を含有させてもよい。ま
た、上記の主構成因子の耐火物用組成物中の含有量は、
耐火性骨材:75〜93重量%、炭素:5〜25重量%、結合
剤:0.5 〜5重量%であることが好適である。この範囲
のものは、耐食性、耐スポーリング性、耐摩耗性のバラ
ンスがとれている。
【0015】次に、本発明の耐火物について説明する。
この耐火物は、耐火性骨材、炭素、未変性フェノール樹
脂、アルキル変性フェノール樹脂を、前記本発明の耐火
物用組成物が得られるように配合して混練、成形し、該
成形品に熱処理を施すことにより得られる。混練、成形
は、通常使用されている装置(混練機、プレス成形機な
ど)を用いて行えばよい。
【0016】熱処理条件は、温度:150 〜300 ℃、時
間:10〜24h(この条件で行われる熱処理をキュアリン
グという)、または、温度:500 〜1600℃、時間:0.
5 〜5h、雰囲気:還元性(この条件で行われる熱処理
を還元処理という)、がそれぞれに好適であり、、
のいずれを採用してもよい。また、の還元処理後、ピ
ッチを含浸させて、コーキング処理してもよい。
【0017】なお、成形品をの条件で熱処理した後、
溶銑取鍋内側などの耐火物として用い、溶銑と接触させ
ることも、本発明でいう「熱処理」に含まれる。このよ
うにして得られた耐火物は、耐食性、耐食性に優れるた
め、製鉄業の製鋼用転炉や取鍋の内壁、取鍋スラグライ
ン部内壁などに有利に使用することができる。
【0018】
【実施例】所定量の耐火性骨材、炭素、未変性フェノー
ル樹脂、アルキル変性フェノール樹脂を混練、成形後、
熱処理を行い、サンプルを試作した。試作した全サンプ
ルについて弾性率測定、耐スポーリング試験、耐食性試
験、熱間強度試験を行った。
【0019】これらの測定・試験方法を以下に記す。 弾性率測定:1000℃に保持したサンプルの応力−歪特性
を測定し、直線の傾きから弾性率を求めた。 耐スポーリング試験:1500℃の溶鋼にサンプルを2分浸
漬後、取り出し、室温まで冷却する操作を10回繰り返
す。この試験(一連の繰り返し)前後のサンプルの弾性
率を上記方法で測定する。試験前の弾性率が小さく、ま
た、試験前後の弾性率の変化が小さいほうが耐スポーリ
ング性に優れる。
【0020】耐食性試験:サンプルを内壁とする容器内
に溶鋼と溶融スラグを1600℃×3h保持し、排出した
後、内壁のスラグ接触部の浸食深さを測定する。 熱間強度試験:サンプルを1500℃に保持し、圧縮強度を
測定する。 (実施例1)電融マグネシア79重量%、リン片状黒鉛19
重量%、未変性フェノール樹脂1.6重量%、アルキル変
性フェノール樹脂(残留炭素量18重量%)0.4 重量%の
組成になるように混練、成形したものを、300 ℃、12h
の熱処理を行い、サンプルを得た。このサンプルの弾性
率測定、耐スポーリング試験、耐食性試験、熱間強度試
験を行った。結果を表1、図1に示す。 (実施例2〜5、比較例1〜4)未変性フェノール樹脂
とアルキル変性フェノール樹脂の混合比を変化させた以
外は実施例1と同様にサンプルを試作し、弾性率測定、
耐スポーリング試験、耐食性試験、熱間強度試験を行っ
た。結果を表1、図1に示す。 (実施例6)電融マグネシア79重量%、リン片状黒鉛19
重量%、未変性フェノール樹脂1.4重量%、アルキル変
性フェノール樹脂(残留炭素量15重量%)0.6 重量%の
組成になるように混練、成形したものを、1000℃、3
h、還元性雰囲気で熱処理を行い、サンプルを得た。こ
のサンプルの弾性率測定、耐スポーリング試験、耐食性
試験、熱間強度試験を行った。結果を表2、図2に示
す。 (実施例7〜15)アルキル変性フェノール樹脂の残留炭
素量、未変性フェノール樹脂とアルキル変性フェノール
樹脂の混合比を表2のように変化させた以外は、実施例
6と同様にサンプルを試作し、弾性率測定、耐スポーリ
ング試験、耐食性試験、熱間強度試験を行った。結果を
表2、図2に示す。
【0021】図1から、結合剤中の未変性フェノール樹
脂が40〜80重量%、アルキル変性フェノール樹脂が20〜
60重量%の範囲にあるものは、耐食性、耐スポーリング
性のバランスの取れたものであることがわかる。図2の
結果から、残留炭素量が15重量%以上のアルキル変性フ
ェノール樹脂を用いることにより、熱間強度がさらに向
上することもわかる。
【0022】さらに、150t上吹き転炉の炉腹部を、実施
例2のれんがを用いて築炉し、操業を行った。また、実
施例4、比較例1、比較例3のれんがを用いた炉も築炉
し、操業を行った。結果を表3に示す。本発明品は、空
炉後のスポーリングが発生せず、耐スポーリング性が向
上したことがわかる。さらに転炉の寿命(下地の永久れ
んがが露出するまでのチャージ数)が本発明品では700c
h であり、比較例よりも寿命が延びていることがわか
る。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
【発明の効果】本発明のれんがは、耐食性、耐スポーリ
ング性に優れるものである。このため、高温容器の内張
りれんがの寿命延長を図ることができ、れんがコストを
削減することができる。また、突然のれんがのスポーリ
ングが減少するため、築炉などの作業を計画的に実施で
き、労働環境の改善にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】結合剤の組成と耐スポーリング性、耐食性の関
係を示すグラフである。
【図2】アルキル変性フェノール樹脂の残留炭素量と物
性値の関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 陽子 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 (72)発明者 熊谷 正人 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 (72)発明者 駿河 俊博 福岡県北九州市八幡西区東浜町1−1 黒 崎窯業株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 4G030 AA07 AA08 AA36 AA37 AA60 BA25 GA04 GA27 HA04 HA12 PA14

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐火性骨材、炭素および結合剤を含有す
    る耐火物用組成物であって、前記結合剤が、40〜80重量
    %の未変性フェノール樹脂と、60〜20重量%のアルキル
    変性フェノール樹脂との混合物であり、かつ前記アルキ
    ル変性フェノール樹脂は、750 ℃に加熱した後の残留炭
    素量が15重量%以上のものであることを特徴とする耐火
    物用組成物。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の耐火物用組成物を、熱
    処理して得られた耐火物。
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