JP2002167264A

JP2002167264A - 炭素含有塩基性耐火物

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Publication number: JP2002167264A
Application number: JP2000361734A
Authority: JP
Inventors: Eiichiro Hatae; 英一郎波多江; Toshihiro Suruga; 俊博駿河
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-11

Abstract

(57)【要約】【課題】製鋼炉等に使用される炭素含有塩基性耐
火物において、金属粉と硼化物とを酸化防止材として併
用する場合、より高い酸化防止効果が得られなおかつ耐
スポーリング性の低下も抑制すること。【解決手段】マグネシア原料と炭素原料を主体とする
配合物に対して、Ａｌ粉を０．５〜６質量％、Ｍｇ粉を
０．２〜３質量％及び硼化物を０．１〜２質量％添加し
てなる炭素含有塩基性耐火物。Ａｌ／Ｍｇ比が１〜１
５、硼化物はＢＮ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，製鋼炉の内張り材
に使用される炭素含有塩基性耐火物に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】転炉、溶鋼鍋あるいは脱ガス炉等の製鋼
炉では、炭素含有塩基性耐火物として耐スラグ性、耐ス
ポーリング性に優れたＭｇＯ−Ｃ質耐火物が好適に使用
されている。しかしながら、最近、転炉では溶鋼温度の
上昇やスラグレス操業により耐火物稼働表面に付着する
スラグによる保護層が期待しづらい等、操業面での過酷
化がＭｇＯ−Ｃ質耐火物の耐用へ及ぼす影響は大きくな
っている。特にスラグの耐火物表面への付着が少ない場
合、ＭｇＯ−Ｃ質耐火物の欠点である溶鋼に対する機械
的摩耗、酸化損耗の影響が大きくなり十分な耐用が得ら
れない場合がある。

【０００３】そして酸化防止のため、ＡｌやＭｇ等の金
属粉を添加したり、あるいは硼化物等を添加した炭素含
有塩基性耐火物が使用されている。

【０００４】特開昭５９−２０７８７０号公報では、Ａ
ｌ粉を０．５〜１０％及びＭｇ粉を０．５〜１０％添加
したマグネシアカーボンれんがが記載されている。使用
中にＭｇが気化、拡散、反応によって稼働面に生成した
二次ペリクレス層によって炭素質の酸化防止とマグネシ
アクリンカーの溶損防止によって耐用が向上し、しかも
併用するＡｌが体積膨張することで、Ｍｇの気化拡散に
よって生じた気孔を閉塞し、れんがの劣化を防止する効
果があると記載されている。

【０００５】しかしながら、ＡｌとＭｇを単に混合して
使用しただけでは、Ｍｇの気化拡散防止が不充分なため
か、酸化防止効果がまだ不充分である。Ｍｇは蒸気とな
って耐火物内部を移動し、稼働面近傍や耐火物組織中の
空隙で酸化されＭｇＯとなり緻密層を形成し耐食性を向
上させる。ＡｌはＣＯガスと反応し炭化アルミニウムや
Ａｌ_２Ｏ_３となり強度発現と同時にＭｇの抜けた空隙を
埋め耐火物の劣化を防止する。このようにＭｇとＡｌの
併用による効果は得られるが、緻密層が溶損あるいは剥
離すると、次にＭｇの移動と酸化による緻密層が形成さ
れる間は、酸化を抑制できず炭素の酸化に起因した損耗
が進行するためと推定する。

【０００６】特公平７−７７９７９号公報では、硼化マ
グネシウムを０．１〜１０％添加、Ａｌ−Ｍｇ合金と併
用してなる炭素含有耐火物が記載されている。硼化マグ
ネシウムが分解して生じるＢ_２Ｏ_３は、マトリクス中で
溶融し、耐火物組織の気孔中にガラス質皮膜を形成して
炭素成分を外気と遮断することで酸化を抑制する。一
方、Ｍｇは耐火物組織の内部を移動し、稼動面近傍や気
孔中で酸化されてＭｇＯとなり、緻密層を形成するため
耐食性が向上することが記載されている。また、Ａｌの
酸化により生じたＡｌ_２Ｏ_３はＢ_２Ｏ_３とガラス相にな
りやすく、Ｂ_２Ｏ _３がＡｌ_２Ｏ_３と骨材粒とブリッジン
グし、酸化防止被膜を形成するため、Ｍｇが蒸気として
移動し稼働面近傍で形成したＭｇＯ緻密層が消失しても
耐火物の耐酸化性が損なわれることはないと考えられ
る。

【０００７】しかしながら、Ｍｇのみを添加した場合に
は特に耐スポーリング性の低下は認められないが、この
ようにＡｌと硼化物と併用してＭｇを使用する場合にの
み、Ｍｇの添加量が増えると耐スポーリング性の低下が
顕著になる。この理由は、ＭｇのみであればＭｇは蒸気
として移動し、れんが表面でＭｇＯを生成し、その後に
空隙を形成するため、この空隙が熱応力を吸収し耐スポ
ーリング性が得られるが、硼化物を併用するとＢ_２Ｏ_３
が低融点物を形成しＭｇの揮散を防ぐためＭｇＯの生成
が表面ではなく内部で起こり緻密化と組織破壊により熱
応力を吸収しきれないため耐スポーリング性が低下する
と推定する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、製鋼炉等に使用される炭素含有塩基性耐火
物において、金属粉と硼化物とを酸化防止材として併用
する場合、より高い酸化防止効果が得られなおかつ耐ス
ポーリング性の低下も抑制することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の炭素含有塩基性
耐火物は、マグネシア原料と炭素原料を主体とする配合
物に対して、Ａｌ粉を０．５〜６質量％、Ｍｇ粉を０．
２〜３質量％及び硼化物を０．１〜２質量％添加してな
ることを特徴とする。Ａｌ／Ｍｇ比は１〜１５、硼化物
はＢＮが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に使用するＡｌ粉は、耐火
物に一般的に使用されているものが使用でき、粉状（ア
トマイズ粉）あるいはフレーク状の何れも使用可能であ
る。使用量は、マグネシア原料と炭素原料を主体とする
配合物に対して０．５〜６質量％が好ましい。０．５質
量％未満においては熱間強度の面で不十分である。ま
た、７質量％を超える添加では耐スポール性の低下が著
しく不適である。

【００１１】マグネシア原料と炭素原料を主体とする配
合物とは、粒度調整されたマグネシア原料と炭素原料と
を所定割合で混合した配合物である。このマグネシア原
料と炭素原料を主体とする配合物に金属等を添加し、フ
ェノール樹脂等の有機バインダーを加えて混練後、成形
する。本願では、このマグネシア原料と炭素原料を主体
とする配合物１００質量％に対して、Ａｌ粉、Ｍｇ粉及
び硼化物を外掛けで添加する。

【００１２】Ｍｇ粉の添加量は０．２〜３質量％が好ま
しい。０．２質量％未満ではその効果が発揮されず、３
質量％を超えると耐スポーリング性の低下が著しく不適
である。Ｍｇの粒度域は、分散性の点から粒径０．６ｍ
ｍ以下での使用がより望ましい。

【００１３】このように、Ａｌ粉とＭｇ粉を合金として
ではなく、別々に添加することでＡｌが酸化して生成す
るＡ１_２Ｏ_３と、硼化物が酸化して生成するＢ_２Ｏ_３と
の反応がより速くしかも収率良くガラス層を生成するの
でより酸化防止効果が高くなる。さらにこの時にＭｇ粉
の添加量を特定の範囲に制限しているので、ＭｇＯ緻密
層の生成が適正量となり耐スポーリング性の低下も抑制
できる。

【００１４】また、ＭｇとＡｌとの比Ａｌ／Ｍｇは１〜
１５の時がより好ましい。つまりＡｌ、ＭｇはＣＯガス
と反応しＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯを生成し強度発現、緻密層
形成をもたらす一方でＢ_２Ｏ_３と反応し低融物を生成す
る。Ｍｇが多いとＭｇＯとＢ _２Ｏ_３ではガラス化しにく
いため酸化防止皮膜を形成しづらいが、Ａｌが多くなれ
ば、すなわちＡｌ_２Ｏ_３生成が多くなれば強度向上が図
れると同時に、Ａｌ_２Ｏ_３とＢ_２Ｏ_３はガラス化しやす
いために酸化防止効果が大であるとの理由から、Ａｌに
対してＭｇを常に少なく添加しておく必要があるためで
ある。Ａｌ／Ｍｇが１未満では前述したようにＭｇＯが
多くなるとガラス化による酸化防止の効果、強度発現効
果が小さくなり、１５を超えるとＭｇの量が少なくなり
ＭｇＯによる緻密層が生成されなくなるためである。

【００１５】また、Ａｌ及びＭｇとともに併用される硼
化物は硼素（Ｂ）を含む例えばＢ_４Ｃ、Ｂ_２Ｏ_３、Ｍｇ
Ｂ_２、ＢＮ、硼砂等のいずれにおいてもＭｇの揮散を抑
制する効果が認められ、粒度は均一分散の観点から０．
２ｍｍ以下の粒径での使用がより望ましい。添加量は
０．１質量％未満ではその機能が十分に発揮されず、ま
た２質量％を超える添加においては耐食性が著しく低下
し不適である。

【００１６】硼化物のうち、ＢＮはＡｌとＭｇとを併用
する場合に効果がもっとも優れている。この理由はＢＮ
とＣＯガスの反応（２ＢＮ＋３ＣＯ→Ｂ_２Ｏ_３＋３Ｃ＋
Ｎ_２）により生じたＮ_２ガスがＢ_２Ｏ_３のガラス化を促
進するためと推定する。従って、硼化物としてはＢＮが
より好ましい。

【００１７】使用する炭素原料としては天然鱗状黒鉛、
人造黒鉛、ピッチコークス、力ーボンブラック、メソフ
ェーズカーボン等の耐火物として一般的なものが使用で
きる。添加量は３〜３０質量％がより好ましく、３質量
％未満の場合，耐スポーリング性の低下が著しく、３０
質量％を超える場合、配合の充填性が悪化することによ
り熱間強度の低下が認められる。

【００１８】マグネシア原料としては電融マグネシアク
リンカー、焼結マグネシアクリンカーあるいはＣａＯを
含むマグライムクリンカー（ドロマイト）等の耐火物と
して一般的に使用されている原料が使用できる。

【００１９】本発明の炭素含有塩基性耐火物は、フェノ
ール樹脂、タール、ピッチ、及び／またはシリコーンレ
ジン等のバインダーを添加し、混練、成形後、１５０℃
〜３００℃で加熱処理することにより不焼成炭素含有塩
基性耐火物が得られる。また、５００℃〜１４００℃の
還元雰囲気で熱処理することにより焼成炭素含有塩基性
耐火物が得られる。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の炭素含有塩基性耐火物の実施
例を示す。

【００２１】表１〜表２に示す配合物に液状フェノール
レジンを適量添加し、混練、成形、加熱処理（２００℃
〜３００℃）により不焼成マグネシアカーボンれんがを
得た。

【００２２】使用したマグネシアクリンカーは電融品と
焼結品を半量づつ、炭素原料には純度９９％クラスの天
然鱗状黒鉛を使用した。

【００２３】金属は粒度０．１ｍｍ以下の粉末を使用
し、Ａｌ−Ｍｇ合金は、Ａｌ／Ｍｇ比３．０のものを使
用した。硼化物は、粒度０．１ｍｍ以下の粉末を使用し
た。表中の原料の単位は質量％である。

【００２４】

【表１】

【表２】各特性値の測定は以下の方法で行った。

【００２５】（１）耐食性回転侵食法により溶損寸法を測定した。侵食材として転
炉スラグを用い、１７００℃で４時間侵食させた。Ａｌ
単独添加の比較例１の溶損量を１００とする指数で表し
た。

【００２６】（２）耐スポーリング性１６５０℃の溶銑に浸漬する操作を３回繰り返し、前後
の弾性率の低下率を比較例１を１００とする指数で表し
た。

【００２７】（３）耐酸化性１４００℃で３時間空気中で加熱した後、切断し脱炭面
積を比較例１を１００とする指数で表した。

【００２８】いずれの指数も数字が小さいほど優れてい
る。

【００２９】総合評価として、比較例１を評価３として
総合的に優れるものを評価５として５段階評価を行っ
た。

【００３０】表１はＡｌ／Ｍｇの量比を変えてＢＮを一
定量添加したＭｇＯ−Ｃれんがの実施例である。Ａｌ、
Ｍｇ、ＢＮを組み合わせた実施例１〜５は、Ａｌ単独あ
るいはＡｌ−Ｍｇを組み合わせたものに比べ、耐スポー
リング性は同等であるが、耐食性、耐酸化性が優れてい
る。特に実施例３〜５は耐酸化性がすぐれ総合的に良好
な結果が得られている。Ｍｇが多い比較例３は耐スポー
リングが劣っていた。表２はＢＮと他の硼化物の比較で
は、ＢＮが特に耐酸化性が優れ総合評価では良い結果と
なっていた。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明の炭素含有塩基性
耐火物は、Ａｌ、Ｍｇ、硼化物を併用することにより耐
食性、耐酸化性に優れた効果を発揮する。特に、Ａｌ／
Ｍｇの量比を制御し、ＢＮを組み合わせることで良好な
酸化防止被膜を形成し、耐酸化性が格段に向上する。こ
れは、炭素含有耐火物の欠点である脱炭を防止するとい
う意味で極めて価値が高く、製鉄業において過酷化しつ
つある操業条件下での耐火物の寿命向上に与える影響は
大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4G030 AA07 AA50 AA60 AA62 AA63 BA25 4G033 AA03 AA14 AA18 AB09 AB10 BA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネシア原料と炭素原料を主体とする
配合物に対して、Ａｌ粉を０．５〜６質量％、Ｍｇ粉を
０．２〜３質量％及び硼化物を０．１〜２質量％添加し
てなることを特徴とする炭素含有塩基性耐火物。
【請求項２】Ａｌ／Ｍｇ比が１〜１５であることを特
徴とする請求項１に記載の炭素含有塩基性耐火物。
【請求項３】硼化物がＢＮであることを特徴とする請
求項１または２記載の炭素含有塩基性耐火物。