JP2002121065A

JP2002121065A - 転炉出鋼口用耐火物

Info

Publication number: JP2002121065A
Application number: JP2000309019A
Authority: JP
Inventors: Osamu Nomura; 修野村; Shigeki Uchida; 茂樹内田; Yasuhiro Hoshiyama; 泰宏星山; I Hayashi; ▲韋▼ 林
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-23

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】耐酸化性、耐スポーリング性、耐溶損性並び
に耐摩耗性を充足して出鋼口スリーブ用耐火物の耐用を
向上させ、それに付随した出鋼口スリーブの補修の低減
及び出鋼口スリーブの交換頻度を減らし、転炉稼働率の
向上を実現できる転炉出鋼部に配設されるスリーブと、
該スリーブ周囲に配設されるブロックより構成される転
炉出鋼口用耐火物を提供する。【解決手段】転炉出鋼口用耐火物は、一部または全体
が、主成分がマグネシア及びアルミナであるスピネル原
料５０質量％未満（ゼロを含まず）、マグネシア原料５
０質量％未満（ゼロを含まず）及びカーボン原料５０質
量％以下（ゼロを含まず）よりなる配合物に対し、外掛
で結合剤を０．１〜２０質量％の範囲で添加、混練、成
形、乾燥後、非酸化性雰囲気中で焼成または焼成せずし
て得られた成形体であって、且つ該成形体の不可避不純
物量が１５質量％以下であるスピネル含有耐火物成形体
で構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転炉出鋼部に配設
されるスリーブと、該スリーブ周囲に配設されるブロッ
クより構成される転炉出鋼口に使用することが好適な転
炉出鋼口用スピネル質耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱衝撃の大きい条件下で使用される転炉
出鋼口のスリーブ及びブロック耐火物には、耐食性及び
耐スポーリング性に優れたマグネシア−カーボン耐火物
が使用されている。そして、このマグネシア−カーボン
耐火物が開発されて以来、転炉出鋼口耐火物の耐用は大
幅に向上している。しかし、マグネシア−カーボン耐火
物にも種々の欠点があるため、その改善が図られてい
る。

【０００３】例えば、転炉出鋼口用スリーブ耐火物は、
溶鋼が内孔を流通することで長さ方向全体が稼働面とな
るために加熱−冷却に伴う膨張収縮が著しく、マグネシ
ア−カーボン質耐火物であっても引っ張り応力に起因す
る亀裂が背面側に発生し、この亀裂が進展し稼働面に達
した時に、脱落や抜け落ちが生じたり、亀裂に溶鋼やス
ラグが侵入し、その溶損によって耐火物を容易に解体で
きなくなるといった問題を生ずる。この問題を解決する
ため、特開平６−１８４６１７号公報には、全体がマグ
ネシア−カーボン質耐火物よりなり、かつ、内周部にア
ルミナを含有したことを特徴とする転炉出鋼用スリーブ
耐火物が開示されている。該公報の発明は、スリーブ耐
火物の内周部にアルミナを含有させることにより、使用
中の熱によりマグネシアとアルミナが反応してＭｇＯ・
Ａｌ₂Ｏ₃系スピネルを生成させ、その反応に伴う体積膨
張でスリーブ耐火物の内周部を緻密化して溶鋼・スラグ
の侵入を防止しようというものである。また、外周部の
カーボン含有量を内周部より少なくすることも開示され
ている。

【０００４】また、転炉出鋼口用スリーブ耐火物は、通
常無予熱で使用される。従って、溶鋼温度とは１６００
〜１７５０℃の温度差があり、転炉からの出鋼時、その
熱衝撃によって出鋼口スリーブ稼働面に初期スポールが
生じ、無予熱で使用する上では熱衝撃による初期スポー
ルを抑える必要がある。そこで、特開平９−３１５２０
号公報では、スリーブが２段〜１０段積みの分割タイプ
で構成されており、その内周面に残存膨張性を有する不
定形耐火物をコーティングしたことを特徴とする転炉出
鋼口スリーブが開示されている。また、不定形耐火物と
してシリマナイト、アンダリュサイトやカイヤナイトの
ようなシリマナイト族鉱物を使用することが開示されて
いる。

【０００５】上述のように、マグネシア−カーボン質耐
火物は、耐食性及び耐スポーリング性に優れた材質では
あるが、耐火物中のカーボンの酸化に起因する酸化損傷
を生ずるという問題もある。そこで、特開平８−２５９
３１２号公報では、マグネシア原料：９２〜９９重量％
及びカーボン原料：１〜８重量％を含み、かつ外割りで
金属添加物：０〜１．５重量％、硼化物：０〜０．８重
量％を含むことを特徴とする転炉出鋼口スリーブ用低カ
ーボン質ＭｇＯ−Ｃ耐火物を開示している。

【０００６】また、転炉出鋼口用耐火物ではないが、特
公昭６１−３８１５６号公報には、溶融金属処理炉およ
び容器内張り用耐火物であって、粒度調整されたマグネ
シア、カルシア、ドロマイト、スピネル等の塩基性原料
６０〜９５重量部に対し、リン状黒鉛、無煙炭、カーボ
ンブラック等の炭素原料を５〜４０重量部加えてなる炭
素含有塩基性耐火物において、内部に単繊維を収束した
二次繊維径０．１〜３ｍｍの炭素あるいは黒鉛繊維束ま
たは該繊維束からなる網状のものを、その繊維束の長さ
方向または網状の平面が前記耐火物の炉内側から冷端側
方向軸線に対してほぼ平行の態様になるように、耐火物
断面積１００ｃｍ²当り繊維束にして５〜１００本配設
してなることを特徴とする耐火物が開示されている。該
公報は、炭素含有塩基性耐火物の強度特性を向上せしめ
る目的で、また、機械的衝撃等で発生する亀裂を介在し
て剥離する現象を防止する手法として、炭素あるいは黒
鉛繊維束が用いられていることに特徴がある。

【０００７】更に、特開昭６３−１２３８５７号公報に
は、炭素分３〜７０ｗｔ％、残部が耐火骨材よりなる耐
火材に対し、Ａｌ粉及びまたはＡｌ合金粉を１〜２０ｗ
ｔ％添加した配合物を３００〜８００℃で加熱し、加圧
成形することを特徴とする炭素含有耐火物の製造方法が
開示されている。また、該公報には、残部を占める耐火
骨材として、例えば、マグネシアクリンカー、ドロマイ
トクリンカー、スピネルクリンカー、石灰クリンカー、
アルミナ、ジルコン、ジルコニアなどを主材とし、必要
により炭化珪素、窒化珪素、シリカ、溶融石英、酸化ク
ロム、粘土などを組み合わせたものを用いることができ
る旨の記載もある。該公報は、炭素含有耐火物の使用段
階での気孔率の増加を抑え、従って、耐食性、耐酸化性
や加熱後の強度の点で優れるとしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記の如く各種公報が
開示されているにも拘らず、出鋼口スリーブの耐用の大
幅な向上は得られていない。特に、転炉本体の耐用が数
千チャージに達しているのに対して、出鋼口スリーブの
耐用はその２０分の１から３０分の１程度である。これ
は出鋼口用耐火物の使用上の特殊事情によるものであ
る。転炉では、溶銑中のカーボンを酸素で燃焼させて脱
炭し、脱炭が完了した溶鋼を出鋼口から流出させる。脱
炭完了時には余剰の酸素が溶鋼中に溶解しているので、
出鋼口用耐火物は鋼中酸素の高い溶鋼流に曝されるとい
う転炉の他の部位に適用される耐火物とは異なった苛酷
な条件下で使用されることになる。即ち、転炉の中にあ
っても、出鋼口用耐火物は他の部位の耐火物とは異なっ
た技術的課題をもち、その抜本的な解決策を求められて
いる。

【０００９】一般に、出鋼口スリーブ用耐火物に求めら
れる特性は、耐酸化性、耐スポーリング性、耐溶損性並
びに耐摩耗性である。マグネシア−カーボン質耐火物の
酸化は上述のようにカーボン材料に起因するものであ
り、スポーリングは出鋼開始時の急激な温度上昇と出鋼
終了時の急激な温度低下に起因するものであり、溶損は
スラグに起因するものであり、摩耗は材料の強度特性に
起因するものであると考えられている。勿論、これら主
原因が複合化してスリーブの損傷が助長されることは容
易に想像される。上記公報に記載の発明はこれら主原因
を解決することを目的としてなされたものであるが、出
鋼口スリーブの大幅な耐用が得られていないことは、マ
グネシア−カーボン質耐火物を使用している限り、抜本
的解決に至らないことを示唆するものである。

【００１０】前記状況に鑑み、本発明者らは、出鋼口ス
リーブ用耐火物の耐用が低い主原因の再検討を行った。
その結果、従来とは異なる出鋼口スリーブの損傷機構を
見いだすに至った。即ち、カーボンは酸化によって消失
する以外に、溶鋼中に速やかに溶解することによっても
消失することが判った。更に、もう一方の骨材であるマ
グネシアには、ＦｅＯやＭｎＯが比較的多く浸透するこ
とが判った。

【００１１】ここで、アルミニウム、シリコンのような
金属類、アルミニウム−マグネシウムのような合金類、
炭化硼素、硼化カルシウム等の酸化防止剤はカーボンの
酸化を防止するためには有効であるが、カーボンの溶鋼
中への溶解抑制には役立たない。一方、マグネシアに他
の成分が浸透することは、マグネシアの特性を劣化させ
ることになる。また、マグネシア自体の膨張率は、耐火
材料の中でも比較的大きく、この点でも耐スポーリング
性低下を引き起こすことが判った。

【００１２】以上の知見から従来技術を見直すと、カー
ボンが溶鋼から保護されずに用いられていることや、マ
グネシアを多量に使用することは、出鋼口スリーブの耐
用の大幅な向上には有効でないことが判る。

【００１３】上記特開平６−１８４６１７号公報では、
アルミナをマグネシア−カーボン質耐火物に添加してス
ピネルを生成しようとしている。しかしながら、添加さ
れるアルミナの全量がスピネルになるのではなく、マグ
ネシア及びアルミナが多量に残存する。そのため、アル
ミナの影響により溶損が大きく進む。また、スピネルが
生成される時に大きな体積膨脹を伴うので、亀裂の生
成、耐スポーリング性の低下が起こる。更に、スピネル
生成前にマグネシアとカーボンとの反応が起こるので、
後述のスピネルの緻密層が生成されず、カーボンの溶鋼
への溶解抑制は得られていない。生成されるスピネルは
マグネシア共存型のスピネルになり、理論組成のスピネ
ルは得られない。即ち、初期からスピネルを含有してい
るものとは異なる作用を示すことになる。従って、依然
としてマグネシア−カーボン質耐火物の欠点を抜本的に
改善するには至らず、しかも、アルミナは転炉スラグに
より容易に溶損するので、大幅な耐用向上は得られな
い。

【００１４】また、特開平９−３１５２０号公報におけ
る不定形耐火物のコーティングは、初期スポーリングの
抑制には有効であるが、該コーティングは直ぐに溶損し
てしまい、以後の使用時には効果は消滅する。即ち、出
鋼口スリーブの大幅な耐用向上は得られない。

【００１５】更に、特開平８−２５９３１２号公報にお
いては、マグネシア−カーボン質耐火物のカーボン量を
減らしているので、カーボンの溶解及び酸化は軽微であ
るが、相対的にマグネシアが多量に存在するので、出鋼
口スリーブの大幅な耐用向上は得られない。

【００１６】また、特公昭６１−３８１５６号公報は、
溶融金属処理炉および容器内張り用耐火物に特殊な形態
の繊維を配合することこより衝撃等の機械的応力に対す
る抵抗性に優れた耐火物を提供するものであり、転炉出
鋼口用耐火物としてスピネルを含有する耐火物を使用す
ることを開示または示唆するものではない。

【００１７】更に、特開昭６３−１２３８５７号公報
は、炭素含有耐火物にＡｌ粉等を配合して加熱しながら
加圧成形することにより耐火物の気孔率増加を抑制し、
優れた耐食性や耐酸化性を有する耐火物を提供できるこ
とを開示しているのみで、転炉出鋼口用耐火物としてス
ピネルを含有する耐火物を使用することを開示または示
唆するものではない。

【００１８】従って、本発明の目的は、耐酸化性、耐ス
ポーリング性、耐溶損性並びに耐摩耗性を充足して出鋼
口スリーブ用耐火物の耐用を向上させるだけでなく、そ
れに付随した出鋼口スリーブの補修の低減及び出鋼口ス
リーブの交換頻度を減らし、転炉稼働率の向上を実現で
きる転炉出鋼部に配設されるスリーブと、該スリーブ周
囲に配設されるブロックより構成される転炉出鋼口用耐
火物を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、転炉出
鋼部に配設されるスリーブと、該スリーブ周囲に配設さ
れるブロックより構成される転炉出鋼口用耐火物の一部
または全体が、主成分がマグネシア及びアルミナである
スピネル原料５０質量％未満（ゼロを含まず）、マグネ
シア原料５０質量％未満（ゼロを含まず）及びカーボン
原料５０質量％以下（ゼロを含まず）よりなる配合物に
対し、外掛で結合剤を０．１〜２０質量％の範囲で添
加、混練、成形、乾燥後、非酸化性雰囲気中で焼成また
は焼成せずして得られた成形体であって、且つ該成形体
の不可避不純物量が１５質量％以下であるスピネル含有
耐火物成形体で構成されていることを特徴とする転炉出
鋼口用耐火物を提供することにある。

【００２０】更に、本発明の転炉出鋼口用耐火物は、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｂ
₄Ｃ、ＳｉＣ、ＺｒＣ、ＺｒＢ₂、ＴｉＢ₂、ＮｂＢ₂、Ｗ
Ｂ、ＶＢ、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ及びＡｌＮからなる
群から選択された１種または２種以上の添加物を配合物
に対し外掛で１０質量％以下の量で含むことを特徴とす
る。

【００２１】また、本発明の転炉出鋼口用耐火物は、ピ
ッチ含浸処理またはタール含浸処理を施されていること
を特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の転炉出鋼口用耐火物で
は、その耐用を向上させるために以下の方針を採用して
いる：カーボン原料の酸化と溶鋼中への溶解を防止する
と同時に適量のカーボン原料の使用をも可能にし、耐ス
ポーリング性を容易に得ること；マグネシアに比べてＦ
ｅＯやＭｎＯの浸透が少なく、熱膨張率が小さく、強度
及び硬度の高い骨材を選定することにより耐食性、耐ス
ポーリング性、耐摩耗性の向上を得ること。

【００２３】従来、マグネシアと、ＦｅＯやＭｎＯの浸
透量との関係を検討した例は少なかった。本発明者ら
は、マグネシアよりもＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃質スピネルがＦ
ｅＯ、ＭｎＯの浸透量が少ないことを見いだした。ま
た、スピネルはマグネシアよりも膨張率が小さく、強
度、硬度の高い骨材である。更に、本発明者らは、マグ
ネシアにスピネルを添加すると溶鋼と接触する稼働面に
数μｍから数百μｍ程度のスピネルの緻密層が生成され
ることを見いだした。即ち、スピネルの緻密層が保護層
になって、カーボンの酸化及び溶鋼中への溶解を防止で
きること、及び薄い緻密層であるために、カーボンによ
る耐スポーリング性を損なうことがないことが判った。
また、このスピネルの緻密層は緻密であるため、耐摩耗
性も高まることが判った。以上のように、スピネルとカ
ーボンの併用は単なる組み合わせではなく、互いに効果
を増す相乗効果を示し、従来にない全く新しい技術的知
見であることが判った。

【００２４】以下、本発明の転炉出鋼口用耐火物につい
て詳述する。本発明の転炉出鋼口用耐火物は、転炉出鋼
部に配設されるスリーブと、該スリーブ周囲に配設され
るブロックより構成される転炉出鋼口用耐火物の一部ま
たは全体が、主成分がマグネシア及びアルミナであるス
ピネル原料５０質量％未満（ゼロを含まず）、マグネシ
ア原料５０質量％未満（ゼロを含まず）及びカーボン原
料５０質量％以下（ゼロを含まず）よりなる配合物に対
し、外掛で結合剤を０．１〜２０質量％の範囲で添加、
混練、成形、乾燥後、非酸化性雰囲気中で焼成または焼
成せずして得られた成形体であって、且つ該成形体の不
可避不純物量が１５質量％以下であるスピネル含有耐火
物成形体で構成されていることを特徴とするものであ
る。

【００２５】ここで、本発明に使用する主成分がマグネ
シア・アルミナであるスピネル原料は、電融品であって
も、焼結品であっても良い。また、マグネシア共存型、
アルミナ過剰型、理論組成型のいずれのスピネルでも良
いが、望ましくはマグネシアが２０〜３０質量％、好ま
しくは２４〜２９質量％、アルミナが７０〜８０質量
％、好ましくは７１〜７６質量％の化学組成をもち、不
可避不純物が３．０質量％以下、好ましくは１．５質量
％以下の理論組成型のスピネルがよい。理論組成型スピ
ネルの組成からはずれる程、耐食性や耐熱スポーリング
性に劣ることとなるために好ましくない。

【００２６】次に、本発明に使用するマグネシア原料
は、天然マグネサイト、海水マグネシア、甘水マグネシ
アなどの焼成クリンカーなどを例示することができる。

【００２７】また、主成分がマグネシア及びアルミナで
あるスピネル原料及びマグネシア原料は、粒径１ｍｍ以
上の粗粒を２０質量％以上、好ましくは２５質量％以
上、最適には３０〜７０質量％の量で含有するものが好
ましい。ここで、該スピネル原料及びマグネシア原料の
粒径１ｍｍ以上粗粒が２０質量％未満であると、耐スポ
ーリング性が低下するために好ましくない。

【００２８】更に、本発明に使用するカーボン原料は、
天然黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、コークス、無煙炭、キ
ッシュ黒鉛、ピッチ炭、タール炭、処理黒鉛、電極屑、
木炭熱分解黒鉛、カーボンブラック、再結晶黒鉛、非晶
質カーボン及び樹脂炭からなる群から選択される１種ま
たは２種以上である。

【００２９】本発明の転炉出鋼口用耐火物に使用するス
ピネル含有耐火物成形体において、上記スピネル原料と
マグネシア原料の配合割合は、スピネル原料５０質量％
未満（ゼロを含まず）、マグネシア原料５０質量％未満
（ゼロを含まず）、カーボン原料５０質量％以下（ゼロ
を含まず）、好ましくは３５質量％以下（ゼロを含ま
ず）の範囲内である。ここで、カーボン原料の配合割合
が５０質量％を超えると、スピネル原料とマグネシア原
料の配合割合が少なくなり過ぎるために好ましくない。

【００３０】また、本発明に使用する結合剤は、通常使
用されるフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂、
アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリビニルアルコー
ル、タール、ピッチ、苦汁及び糖蜜からなる群から選択
される１種または２種以上である。ここで、結合剤の配
合量は、前記マグネシア原料とスピネル原料からなる配
合物１００質量％に対し、外掛で０．１〜２０質量％、
好ましくは０．１〜１０質量％の範囲内である。結合剤
の配合量が０．１質量％未満であると、結合剤の添加効
果がなく、成形体を維持できないために好ましくない。
また、該配合量が２０質量％を超えると、成形体の乾燥
工程や焼成工程並びに使用時の加熱中に結合剤中の揮発
分が抜けた後に、多量かつ大きな気孔が生成し、成形体
の強度低下、酸化、溶鋼侵入等を招くこととなるために
好ましくない。

【００３１】上述のような配合割合を有する配合物を混
練して練り土とする。混練には、通常のウェットパン、
万能ミキサー、アイリッヒミキサー、プラネタリーミキ
サー、ニーダーミキサー、ハイスピードミキサー、オム
ニミキサー等のミキサーを使用することができる。得ら
れた練り土（混練物）は通常用いられるオイルプレス、
フリクションプレス、アイソスタティックプレス等のプ
レス機を用いて所定の形状になるように成形される。そ
の際、混練物中の空気を抜く目的で脱気（真空引き処
理）を行ってもよい。得られた成形体は、結合剤の硬化
処理及び／または結合剤中の揮発分の除去を目的に１０
０〜３００℃、好ましくは１５０〜２５０℃の範囲で乾
燥して不焼成品とするか、乾燥後に６００℃以上、好ま
しくは８００〜１４００℃以上の温度範囲で非酸化性雰
囲気（例えばブリーズ詰め）中で焼成して焼成品とす
る。

【００３２】また、必要に応じてタール含浸処理または
ピッチ含浸処理を行うことができる。含浸処理は、予め
１００〜６００℃、好ましくは１５０〜５００℃の範囲
の所定の温度に設定されたタールまたはピッチの溶融槽
中に、前記乾燥品または焼成品を投入することにより行
うことができ、乾燥品または焼成品の空気を除くために
脱気処理を行った後に含浸処理を行ってもよい。また、
含浸工程と再度の乾燥、焼成工程を複数回反復してもよ
い。含浸処理後は６００℃以下、好ましくは１００〜４
００℃で乾燥し、タールまたはピッチ中の揮発分を除去
することもできる。なお、最終形状にするために必要な
加工処理は、成形、乾燥後に行うことができ、また、焼
成後や含浸処理後に行ってもよい。

【００３３】本発明の転炉出鋼口用耐火物のような耐火
物を製造するに当り、その原料としては天然産鉱物や粘
土のような天然産原料あるいはそれらから製造される人
造原料を使用するのが普通であり、従って、上述のよう
にして得られた成形体には、これら原料に由来する不可
避不純物が含まれることがある。不可避不純物は、その
成分により、耐食性、耐スポーリング性、耐摩耗性、耐
酸化性を低下させる原因となるため、その割合は１５質
量％以下（ゼロを含む）、好ましくは１０質量％以下
（ゼロを含む）である。不可避不純物量が１５質量％を
超えると、上記特性が低下し、転炉出鋼口用耐火物の耐
用向上が得られない。ここで、不純物としては、前記マ
グネシア原料、スピネル原料及びカーボン原料を除く、
ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、Ｙ₂
Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｅＯ、Ｎ
ａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｂ₂Ｏ₃等の酸化物またはそれらの複合酸
化物等が挙げられる。

【００３４】また、本発明の転炉出鋼口用耐火物には、
Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、
Ｂ₄Ｃ、ＳｉＣ、ＺｒＣ、ＺｒＢ₂、ＴｉＢ₂、ＮｂＢ₂、
ＷＢ、ＶＢ、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ及びＡｌＮからな
る群から選択された１種または２種以上の添加物を配合
物に対し外掛で２０質量％以下（ゼロを含まず）、好ま
しくは１０質量％以下（ゼロを含まず）の量で配合する
こともできる。これらの成分は、耐火物の酸化を防止
し、強度を向上させるために作用する。ここで、これら
成分の配合量が２０質量％を超えると、スピネル原料の
効果が発揮されず、耐用向上が期待できなくなるために
好ましくない。

【００３５】本発明の転炉出鋼口用耐火物の配材及び材
料構成は次のようにして行うことができる。即ち、スリ
ーブとブロックを別々に作製し、使用時に組み合わせて
もよく、また、予めスリーブとブロックとを一体で成形
してもよい。また、スリーブは分割して作製し、使用時
に組み合わせてもよい。更に、分割部分を組み合わせる
とき、空目地で組み合わせてもよく、また、モルタル、
スタンプ材等の目地材料を用いて組み合わせることがで
きる。

【００３６】更に、溶鋼及び／またはスラグと接触する
スリーブの内管面側とスリーブ及びブロックの端面側の
一部または全部に一定の厚みの内管層及び端面層を設け
てもよい。内管層及び端面層の材質は内部の本体層とは
異なる材質を用いることができる。例えば、内管層及び
端面層にカーボンを含有する転炉出鋼口用耐火物を用
い、本体層に本発明のカーボン不含の転炉出鋼口用耐火
物を用いることができ、また、その逆でもよい。また、
内管層及び端面層に本発明のカーボンを含有する本体層
とは配合の異なる本発明の転炉出鋼口用耐火物を用い、
本体層に本発明の内管層及び端面層とは異なる配合の転
炉出鋼口用耐火物を用いることができる。また、内管層
及び端面層に本発明の転炉出鋼口用耐火物を配置し、本
体層に他の周知の耐火物を使用することもできる。他の
周知の耐火物としては、例えば溶融シリカ質、マグネシ
ア質、アルミナ質、コージライト質、シャモット質、ム
ライト質等の酸化物系耐火物、マグネシア−カーボン
質、アルミナ−カーボン質等の酸化物とカーボンを組み
合わせた耐火物、あるいは炭化珪素、炭化硼素等の炭化
物、窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物を単独で、
または酸化物、カーボンと組み合わせた耐火物を挙げる
ことができる。

【００３７】なお、本発明の転炉出鋼口用耐火物を構成
するスリーブ及びブロックの一例を図１に示す。図１
は、溶鋼通過方向の断面で、中心軸に対する対称図形で
ある。この実施態様によれば、円筒型のスリーブ及びブ
ロックを示しているが、本発明において、スリーブ及び
ブロックは円筒型に限らず、直管、楕円管、その他の形
状のものであってもよく、また、スリーブとブロックを
同一形状とする必要はない。例えば、スリーブを円筒形
状とし、ブロックを直管形状としても良い。なお、図１
中、１は端面層、２はブロック、３は転炉内側の稼働
面、４はスリーブ、５は内管層、６はスリーブの分割
部、７はスリーブ内孔部の稼働面、８は対称の中心軸、
９は本体層を示す。

【００３８】なお、内管層の厚みは任意に選択すること
ができるが、望ましくは本体層と内管層との合計厚みの
８０％以下、更に望ましくは５０％以下がよい。該厚み
が８０％を超えると、本体層と内管層とが剥離を起こし
望ましくない。また、端面層の厚みは同じく任意に選択
することができるが、本体層と内管層との合計厚みの８
０％以下、好ましくは５０％以下がよい。該厚みが８０
％を超えると、本体層と内管層とが剥離を起こして望ま
しくない。

【００３９】本発明の転炉出鋼部に配設されるスリーブ
と、該スリーブ周囲に配設されるブロックより構成され
る転炉出鋼口用耐火物は、その一部または全体が上述の
ようにして得られた成形体より構成されるものである
が、本発明の転炉出鋼口用耐火物は、溶鋼と接触する際
に、その稼働面に数μｍから数百μｍ程度のスピネルの
緻密層を生成するものであり、このスピネルの緻密層の
生成には、上記スピネル原料が存在していることが必須
となる。このスピネルの緻密層は、耐火物稼働面から数
百μｍと比較的厚みが薄く、しかも耐火物稼働面が最も
緻密で、背部に向って徐々に疎になり、やがて原耐火物
組織に結びつく特徴をもっている。そのため、使用中に
剥離することはなく、強固に付着している。また、スピ
ネルの緻密層が保護層になって、カーボンピックアップ
を防止すると同時にカーボンの溶鋼中への溶解を防止
し、耐火物組織の脆弱化を防ぐ効果を有すると共に、カ
ーボンの酸化防止の機能をも有する。また、スピネル自
体は溶鋼に対する耐溶損性が非常に高く、耐火物の損傷
も全くないものであった。

【００４０】

【実施例】以下に本発明の実施例及び比較例を挙げて本
発明を更に具体的に説明する。実施例本発明品並びに比較品の材質の配合割合を以下の表１に
示す。なお、諸特性を測定するための供試体は、以下の
表１に記載する原料配合物をオイルプレスにて４０ｍｍ
×４０ｍｍ×３００ｍｍの形状に成形し、得られた成形
体を２００℃で２４時間にわたり乾燥した後、焼成する
ものについては表１に記載する条件にて焼成（カーボン
ブリーズ雰囲気中）を行い、その後、含浸処理を施すも
のについては表１に記載する条件にて含浸を行うことに
より得た。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】

【００４７】

【表７】

【００４８】

【表８】

【００４９】

【表９】

【００５０】

【表１０】

【００５１】表１で、溶鋼浸漬実験は、転炉吹止め時の
鋼を用いて行った実験である。非酸化性雰囲気（Ａｒガ
ス）下で、Ｃ＝０．０６％、Ｍｎ＝０．２５％、Ｏ＝５
００ｐｐｍの成分を有する１７００℃の溶鋼中に、供試
体（４０ｍｍ×４０ｍｍ×３００ｍｍ）を１分間浸漬
し、カーボン消失量を測定した。これとは別に、供試体
を３０分間浸漬する実験を行い、供試体中へのＭｎＯ＋
ＦｅＯ浸透量を測定した。なお、カーボン消失量は、カ
ーボンがなくなっている範囲を試料の溶鋼との接触面か
らの距離（ｍｍ）として測定し、試料寸法に対する割合
で表示した。０％はカーボン消失が全くない場合を、１
００％はカーボンが全て消失した場合を示す。また、Ｍ
ｎＯ＋ＦｅＯの浸透量は、試料の溶鋼との接触面近傍の
数カ所をＥＰＭＡ分析し、ＭｎＯとＦｅＯの合計量とし
た。浸透量が多い程、特性劣化に繋がることを示す。

【００５２】侵食試験は、前記溶鋼とＣａＯ／ＳｉＯ₂
質量比＝３．７、ＭｎＯ＝５．０％、Ｔ．Ｆｅ（合計Ｆ
ｅ量）＝１８％の成分を有する転炉スラグを用いて行っ
た。供試体（４０ｍｍ×４０ｍｍ×３００ｍｍ）を１時
間浸漬した後に、供試体の侵食深さ及び緻密層が生成さ
れた場合にはその平均厚み（μｍ）を測定した。耐侵食
性は供試体寸法から侵食深さを差し引いた値を試料寸法
で除して求めた値であり、１００％は耐侵食性が高いこ
とを示し、０％は完全に侵食され、試料が消失したこと
を示す。なお、本発明品において生成された緻密層は全
てスピネルの緻密層であった。

【００５３】耐スポーリング性は、供試体（４０ｍｍ×
４０ｍｍ×３００ｍｍ）を１６５０℃の溶銑中に浸漬し
て熱衝撃を与えた際の浸漬前後の供試体の弾性率変化を
指標化したものである。浸漬前の弾性率に対する浸漬後
の弾性率の割合を百分率表示した。１００％は耐スポー
リング性が高いことを示し、０％は低いことを示すが、
５０％未満は供試体に多数の亀裂が生じ、事実上、弾性
率の測定が不可能なケースであった。

【００５４】耐酸化性は、前記溶鋼浸漬実験後の供試体
を１５００℃の大気雰囲気中で１時間加熱した際の試料
寸法に対する加熱面からのカーボン消失深さを指標化し
たものである。１００％の時、耐酸化性が最も高く、０
％の時、カーボンが完全に消失したことを示す。なお、
耐摩耗性は強度特性で評価できる。即ち、強度の高いも
のほど、耐摩耗性が高いことを示す。

【００５５】次に、表１に記載する本発明品並びに比較
品の転炉出鋼口用耐火物を実機に適用した場合の配材及
び材料構成と使用結果を以下の表２に示す。

【００５６】

【表１１】

【００５７】

【表１２】

【００５８】

【表１３】

【００５９】

【表１４】

【００６０】

【表１５】

【００６１】

【表１６】

【００６２】表２中のスリーブとブロックの組み合わせ
方法で、一体方式とはスリーブとブロックとを一体成形
によって製造した耐火物を使用する場合を示し、接合方
法とはスリーブとブロックとを別々に製造し、実機配材
時にモルタルを用いて両者を接合して使用する場合を示
す。また、スリーブ構造で、分割構造とは、図１に示す
ように、予め分割して製造したスリーブを配材時にモル
タルを用いて分割部分を接合して使用する場合を示し、
一体構造とは、製造時に実機で用いる時と同じ大きさに
製造し、そのまま使用する場合を示す。内管層及び端面
層は図１に示す部位を示し、それぞれに適用する材質は
表１中の番号を用いて示した。また、本体層材質におい
て、ＭｇＯ−Ｃ質は、マグネシア８０質量％とカーボン
２０質量％の配合物に金属Ａｌ粉を外掛で２質量％添加
した組成を有し、Ａｌ₂Ｏ₃−Ｃ質は、アルミナ８０質量
％とカーボン２０質量％の配合物にＳｉＣを外掛で５質
量％添加した組成を有し、コージライト質は、コージラ
イト９０質量％とマグネシア１０質量％の組成を有し、
ムライト質は、ムライト９０質量％とアルミナ１０質量
％の組成を有し、ＳｉＣ質は、炭化珪素に対して金属Ｓ
ｉ粉を外掛で３質量％添加した組成を有し、Ｓｉ₃Ｎ₄質
は、窒化珪素に対して金属Ｓｉ粉を外掛で５質量％添加
した組成を有し、ＭｇＯ質は、マグネシアに対してＣａ
Ｏを外掛で５質量％添加した組成を有し、溶融シリカ質
は、溶融シリカ１００質量％の組成を有し、ＡｌＮ質
は、窒化アルミニウム１００質量％の組成を有する。

【００６３】表２の実機使用評価試験で、耐用チャージ
増加率は、補修を開始するまでのチャージ数を出鋼口ス
リーブ及びブロックの耐用チャージ数とし、参考比較品
を基準にした時の増加率で示し、数値が大きい程、良好
なことを示すものである。補修頻度は１チャージ当たり
の補修回数を算出し、常用品の補修回数に対する割合を
百分率表示したものである。１００％は常用品と同等の
補修回数を示し、数値が小さい程、補修回数が少なく良
好なことを示す。交換頻度は、転炉本体が耐用限界に達
するまでに行われた出鋼口スリーブ及びブロックの交換
回数を転炉本体の耐用チャージ数で除し、常用品を基準
にした時の指数表示化したものである。１００％は常用
品と同等の交換頻度を表し、数値が小さい程、交換頻度
が少なく良好なことを示す。なお、表２中の参考比較品
は、該当する本発明品とスリーブ及びブロックの組み合
わせ方法、スリーブ構造及び内管層、端面層、本体層の
有無等がほぼ同等の比較例を示したものである。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明の転炉出鋼口用耐
火物は、スピネル原料自体の耐ＦｅＯ、ＭｎＯ浸透性、
耐食性、耐スポーリング性が高いだけでなく、スピネル
の緻密層を生成するという特徴を有するために、カーボ
ンの酸化及び溶鋼への溶解を抑制できるという効果を奏
するものである。そのため、従来のマグネシア−カーボ
ン質耐火物に比べ、大幅な耐用向上、補修頻度及び交換
頻度の大幅な減少を実現でき、転炉の稼働率向上に寄与
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転炉出鋼口用耐火物を構成するスリー
ブとブロックの一例を示す図である。

【符号の説明】

１端面層２出鋼口ブロック３転炉内側の稼働面４出鋼口スリーブ５内管層６出鋼口スリーブの分割部７出鋼口スリーブ内孔部の稼働面８対称の中心軸９本体層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月１３日（２０００．１１．
１３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６０】

【表１５】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】

【表１６】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星山泰宏東京都千代田区九段北四丁目１番７号品川白煉瓦株式会社内 (72)発明者林 ▲韋▼ 東京都千代田区九段北四丁目１番７号品川白煉瓦株式会社内Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA36 AA45 AA46 AA47 AA49 AA50 AA51 AA52 AA60 AA61 AA62 AA63 AA64 BA27 GA09 GA11 GA14 4K002 BD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】転炉出鋼部に配設されるスリーブと、該
スリーブ周囲に配設されるブロックより構成される転炉
出鋼口用耐火物の一部または全体が、主成分がマグネシ
ア及びアルミナであるスピネル原料５０質量％未満（ゼ
ロを含まず）、マグネシア原料５０質量％未満（ゼロを
含まず）及びカーボン原料５０質量％以下（ゼロを含ま
ず）よりなる配合物に対し、外掛で結合剤を０．１〜２
０質量％の範囲で添加、混練、成形、乾燥後、非酸化性
雰囲気中で焼成または焼成せずして得られた成形体であ
って、且つ該成形体の不可避不純物量が１５質量％以下
であるスピネル含有耐火物成形体で構成されていること
を特徴とする転炉出鋼口用耐火物。
【請求項２】主成分がマグネシア及びアルミナである
スピネル原料は、マグネシアが２０〜３０質量％、アル
ミナが７０〜８０質量％、不可避不純物量が３．０質量
％以下の理論組成型スピネル原料である、請求項１記載
の転炉出鋼口用耐火物。
【請求項３】主成分がマグネシア及びアルミナである
スピネル原料及びマグネシア原料が、粒径１ｍｍ以上の
粗粒を併せて２０質量％以上含有する、請求項１または
２項記載の転炉出鋼口用耐火物。
【請求項４】カーボン原料は、天然黒鉛、土状黒鉛、
人造黒鉛、コークス、無煙炭、キッシュ黒鉛、ピッチ
炭、タール炭、処理黒鉛、電極屑、木炭熱分解黒鉛、カ
ーボンブラック、再結晶黒鉛、非晶質カーボン及び樹脂
炭からなる群から選択される１種または２種以上であ
る、請求項１ないし３のいずれか１項記載の転炉出鋼口
用耐火物。
【請求項５】Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｇ合金、Ｆ
ｅ−Ｓｉ合金、Ｂ₄Ｃ、ＳｉＣ、ＺｒＣ、ＺｒＢ₂、Ｔｉ
Ｂ₂、ＮｂＢ₂、ＷＢ、ＶＢ、ＢＮ、Ｓｉ₃Ｎ ₄、ＴｉＮ及
びＡｌＮからなる群から選択された１種または２種以上
の添加物を配合物に対し外掛で１０質量％以下の量で含
む、請求項１ないし４のいずれか１項記載の転炉出鋼口
用耐火物。
【請求項６】ピッチ含浸処理またはタール含浸処理が
施されている、請求項１ないし５のいずれか１項記載の
転炉出鋼口用耐火物。