JP2002220290A

JP2002220290A - キャスタブル耐火物

Info

Publication number: JP2002220290A
Application number: JP2001007619A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Mori; 淳一郎森; Masanori Saito; 正宣斉藤; Kenichi Tanmachi; 健一反町
Original assignee: Kawasaki Refractories Co Ltd
Current assignee: JFE Refractories Corp
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融金属容器などの内張りに使用するのに適
した亀裂、剥離が少なく、耐用性を向上させることがで
きるキャスタブル耐火物を得ることにある。【解決手段】粒径１〜１０ｍｍのジルコニアムライト
原料、アルミナジルコニア原料、ＳｉＣ原料の１種また
は２種以上の合量が１〜５０重量％、粒径０．１ｍｍ以
下のマグネシア原料１〜１０重量％、アルミナセメント
０．１〜１０重量％、シリカ超微粉０．５〜１０重量
％、残部をアルミナ系原料で構成したり、粒径１〜１０
ｍｍ以下のジルコニアムライト原料、アルミナジルコニ
ア原料、ＳｉＣ原料の１種または２種以上の合量が１〜
５０重量％、粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア系原料１
０重量％以下、アルミナセメント０．１〜１０重量％、
粒径１ｍｍ以下のスピネル系原料１〜３０重量％、残部
をアルミナ系原料で構成するキャスタブル耐火物であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、耐火物分野におけ
る溶融金属容器などの内張りに使用するのに適したキャ
スタブル耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶鋼取鍋等の溶融金属容器の内張
りに使用される耐火物としては、アルミナ質原料とスピ
ネル質原料とアルミナセメントを配合したアルミナ・ス
ピネル質キャスタブル耐火物が使用されてきた。

【０００３】上記したアルミナ・スピネル質キャスタブ
ル耐火物は、配合されたスピネル（MgAl₂O₄)が、稼働面
から浸透しようとする鉄酸化物をとらえるため、優れた
耐食性、耐スラグ浸透性を備えるものである。しかしな
がら、高温、長時間保持の条件下では、なお耐食性、耐
スラグ浸透性が不十分であることが指摘されている。

【０００４】アルミナ・スピネル質キャスタブル耐火物
の耐食性、耐スラグ浸透性の向上を目的として、アルミ
ナ原料とマグネシア原料とアルミナセメントを使用した
アルミナ・マグネシア質キャスタブル耐火物が提案され
ている。

【０００５】たとえば、特公平７−１０６９４６号公報
には、粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア系原料３〜１０
重量％、アルミナセメント３〜１０重量％、残部をアル
ミナ系原料で構成される耐火物原料１００重量％におい
て、ＭｇＯ含有量が３〜１０重量％の範囲にある取鍋内
張り用不定形耐火物を提案している。

【０００６】これは、マグネシア系原料は稼働面付近に
おいて、侵入したスラグにより容易にアルミナ系原料
（特に粒系０．１ｍｍ以下のアルミナ微粉）と反応して
二次スピネルを生成し、ＦｅＯ、ＭｎＯ成分を効果的に
固溶する、としている。しかし、スラグ浸透の抑制には
ある程度効果が認められるが、繰り返して加熱、冷却を
受ける条件下では、亀裂、剥離が発生して損傷する問題
がある。

【０００７】また、特公昭６１−３１８号公報には、Al
₂O₃ 質原料を主成分とし、しかもその成分量は９０重量
％以上であり、残部はＭｇＯ１〜５重量％、およびアル
ミナセメント１〜１０重量％を添加してなることを特徴
とする溶銑の脱珪樋用流し込み材を提案している。

【０００８】これは、アルミナとマグネシアの反応によ
り生成したスピネルがスラグ中に含まれる酸化鉄を固溶
し、スラグの浸透を抑制することによって、耐用性の向
上をはかっている。しかしながら、同様に加熱冷却の繰
り返しに伴う亀裂、剥離が発生する問題があった。

【０００９】また、特開昭５９−１３７３６７号公報に
は、マグネシアの粗粒側とアルミナの微粉側を骨材と
し、粒子径１０μｍ以下のシリカ超微粉を１〜１０重量
％含有することを特徴とするマグネシア・アルミナ系キ
ャスタブル耐火物を提案している。

【００１０】これは、マグネシアとアルミナを使用し、
シリカ超微粉を添加することにより、耐スラグ性と耐構
造的スポール性を向上させたとしている。しかし、微粉
にマグネシアを使用していないため、マトリックスにス
ピネルが生成せず、スラグ浸透が大きくなり、亀裂や剥
離発生の問題を生じた。

【００１１】さらに、特開昭６０−１０８３７４号公報
には、主成分としてAl₂O₃ とMgO とSiO₂＋CaO ＋その他
の3 成分系よりなり、Al₂O₃ 含有量が、７０〜８５重量
％、ＭｇＯ含有量が５〜２０重量％、SiO₂＋CaO ＋その
他が５〜２５重量％の領域にある組成分布であること特
徴とする溶融金属容器用高アルミナ質流し込み材を提案
している。

【００１２】これは、Al₂O₃ 、MgO 、SiO₂＋CaO ＋その他の成分組成を制限することにより、亀裂、剥離、
せり出しによる損傷を抑制したとしている。しかしなが
ら、マグネシアの粒径が０．３ｍｍ以上と粗い粒度域に
使用しているため、アルミナとの反応によるスピネル生
成が不十分で、耐スラグ浸透性に劣った。

【００１３】またさらに、特開平６−８０４７７号公報
には、耐火骨材が、粒径０．３ｍｍ以上のジルコンおよ
び／またはジルコニアムライト１５〜７５重量％と、残
部をアルミナ主材にしてなる取鍋敷用不定形耐火物を提
案している。これは、ジルコンやジルコニアムライト
は、熱膨張率が小さいために耐スポーリング性が向上し
たとしている。しかしながら、スピネルやマグネシアが
添加されておらず、スラグ浸透が大きく、耐食性にも劣
るといった問題があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このようにキャスタブ
ル耐火物に関する公知技術においては、スピネルの配合
あるいはアルミナとマグネシアの反応によりスピネルを
生成させ、そのスラグ浸透抑制を利用して耐用性の向上
を図る手段を利用しているが、亀裂、剥離を根本的に解
決する手段はいまだ得られていなかった。

【００１５】アルミナ・マグネシア質キャスタブル耐火
物、アルミナ・スピネル質キャスタブルは、耐食性、耐
スラグ浸透性には優れるものの、焼結にともなう緻密化
によりスポールが発生しやすくなり、亀裂や剥離が発生
するという問題点があった。そのため、アルミナマグネ
シアキャスタブル、アルミナスピネル質キャスタブルの
亀裂や剥離をなくして、高耐用性を得ることが可能なキ
ャスタブル耐火物が要望されていた。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記のような
点に鑑みたもので、上記の課題を解決するために、粒径
１〜１０ｍｍのジルコニアムライト原料、アルミナジル
コニア原料、ＳｉＣ原料の１種または２種以上の合量が
１〜５０重量％、粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア原料
１〜１０重量％、アルミナセメント０．１〜１０重量
％、シリカ超微粉０．５〜１０重量％、残部をアルミナ
系原料で構成することを特徴とするキャスタブル耐火物
を提供するものである。

【００１７】また、粒径１〜１０ｍｍのジルコニアムラ
イト原料、アルミナジルコニア原料、ＳｉＣ原料の１種
または２種以上の合量が１〜５０重量％、粒径０．１ｍ
ｍ以下のマグネシア系原料１０重量％以下、アルミナセ
メント０．１〜１０重量％、粒径１ｍｍ以下のスピネル
系原料１〜３０重量％、残部をアルミナ系原料で構成す
ることを特徴とするキャスタブル耐火物を提供するもの
である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明のキャスタブル耐火物は、
粒径１〜１０ｍｍのジルコニアムライト原料、アルミナ
ジルコニア原料、ＳｉＣ原料の１種または２種以上の合
量が１〜５０重量％、粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア
原料１〜１０重量％、アルミナセメント０．１〜１０重
量％、シリカ超微粉０．５〜１０重量％、残部をアルミ
ナ系原料で構成することを特徴としている。

【００１９】またキャスタブル耐火物は、粒径１〜１０
ｍｍのジルコニアムライト原料、アルミナジルコニア原
料、ＳｉＣ原料の１種または２種以上の合量が１〜５０
重量％、粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア系原料１０重
量％以下、アルミナセメント０．１〜１０重量％、粒径
１ｍｍ以下のスピネル系原料１〜３０重量％、残部をア
ルミナ系原料で構成することを特徴としている。

【００２０】ジルコニアムライト、アルミナジルコニ
ア、ＳｉＣ原料は、アルミナ系マトリックスに対して相
対的に熱膨張率が小さく、高温加熱後にマトリックスと
骨材の間に微亀裂が生じ、弾性率が低下することで耐熱
スポーリング性を向上できる。

【００２１】粒径１〜１０ｍｍのジルコニアムライト原
料としては、たとえばアルミナとジルコンを出発原料と
して電気炉で溶融して製造したものが市販品として入手
できる。ジルコニアムライト原料は、アルミナ原料など
と比較して、熱膨張率が小さい特性を示す。

【００２２】代表的な化学組成としては、ZrO₂＝３７重
量％、 Al₂O₃ ＝４５重量％、SiO₂＝１８重量％のもの
が挙げられるが、これに限定されるものではなく、適宜
に選択できる。不純物としては、Na₂O、Fe₂O₃ などがあ
るが、それらの合量は０．５重量％未満であることが好
ましい。不純物の合量が０．５重量％以上では、耐食性
が低下するため好ましくない。

【００２３】また、粒径１〜１０ｍｍのアルミナジルコ
ニア原料は、たとえばアルミナとジルコニアを電気炉で
溶融して製造されるアルミナジルコニアが挙げられる。
アルミナジルコニアは、アルミナ原料などと比較して熱
膨張率が小さい特性を示す。

【００２４】代表的な化学組成としては、ZrO₂＝２４重
量％、 Al₂O₃ ＝７６重量％のものが挙げられるが、ZrO
₂含有量が１０重量％以上であることが好ましい。ZrO₂
含有量が１０重量％未満では、Al₂O₃ としての特性が強
くなり、低膨張の特性が失われるためである。

【００２５】また、粒径１〜１０ｍｍのＳｉＣ原料は、
耐火物原料や研磨材用原料として市販されているものが
使用できる。ＳｉＣ原料は、アルミナ原料などと比較し
て熱膨張率が小さい特性を示す。純度としては、ＳｉＣ
含有量９５重量％以上、好ましくは９８重量％以上ある
ことが必要である。ＳｉＣ含有量９５重量％未満では、
耐食性、耐酸化性が低下するため好ましくない。

【００２６】また、粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア系
原料としては、たとえば海水マグネシア、電融マグネシ
ア、天然マグネシアなどが挙げられる。純度としては、
MgO 含有量９５重量％以上、好ましくは９９重量％以上
あることが必要である。MgO 含有量が９５重量％未満で
は、耐食性が低下する。

【００２７】粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア系原料
は、キャスタブル全体に対して１〜１０重量％使用する
ことが必要であり、より好ましくは、さらに細かい０．
０４５ｍｍ以下の粒径に使用すると良い。これは０．１
ｍｍ以下の粒径のマグネシアが、キャスタブル全体に対
して１〜１０重量％入っていることが必要条件であるこ
とを示すもので、マグネシア原料選択によっては、必然
的に入ってくる０．１ｍｍを超える粒径のマグネシアが
入ることを排除するものではない。

【００２８】マグネシアの粒径を０．１ｍｍ以下に、キ
ャスタブル全体に対して１〜１０重量％使用することに
よって、スピネル生成反応が促進され、スラグ浸透が抑
制される。０．１ｍｍ以下のマグネシアがキャスタブル
全体に対して１重量％未満であるとスピネル生成量が不
足し、スラグ浸透が大きくなって亀裂、剥離が発生して
好ましくない。０．１ｍｍ以下のマグネシアが、キャス
タブル全体に対して１０重量％を超えると、スピネル生
成に伴う膨張が大きくなり、同様に亀裂、剥離が発生し
て好ましくない。

【００２９】さらに、粒径１ｍｍ以下のスピネル系原料
としては、たとえば電融スピネル、焼結スピネルなどが
挙げられる。純度としては、 Al₂O₃とMgO の合計量が９
５重量％以上、好ましくは９９重量％以上あることが必
要である。 Al₂O₃とMgO の合計量が９５重量％未満で
は、耐食性が低下する。粒径１ｍｍ以下のスピネル系原
料は、キャスタブル全体に対して１〜３０重量％使用す
ることが必要であり、より好ましくは、５〜２５重量％
使用することが好ましい。

【００３０】またさらに、アルミナセメントとしては、
ＣａＯ含有量３０重量％以下、好ましくは２５重量％以
下であることが必要である。ＣａＯ含有量３０重量％を
超えるアルミナセメントを使用した場合、焼結が過多と
なって亀裂や剥離が発生する。

【００３１】上記アルミナセメントの使用量は０．１〜
１０重量％であることが必要であり、０．１〜５重量％
がより好ましい。０．１重量％未満では強度が発現せ
ず、１０重量％を超えるとスピネル生成に必要なアルミ
ナ原料をアルミナセメントが消費するので、スピネル生
成量が少なくなり、スラグ浸透抑制に効果がなくなり、
耐食性も低下する。

【００３２】またさらに、シリカ原料としては、フェロ
シリコン製造時に副生するフュームドシリカや、純度の
高いシリコンを含む塩を燃焼させて作られたフュームド
シリカなどが使用できる。添加量は０．５〜１０重量％
であることが必要であり、１〜５重量％がより好まし
い。シリカ超微粉を使用することによって、スピネル生
成反応が促進される。シリカ超微粉の添加量が１０重量
％を超えると、焼結が過多となって、熱スポールが発生
して好ましくない。

【００３３】またさらに、残部のアルミナ原料として
は、たとえば焼結アルミナ、電融アルミナ、超微粉アル
ミナなどがあげられる。純度としては、 Al₂O ₃ 含有量
は９５重量％以上、好ましくは９９重量％以上あること
が必要である。 Al₂O₃含有量が９５重量％未満では、亀
裂が発生するとともに、耐食性も低下する。これは、不
純物の影響により、焼結過多になるためである。

【００３４】さらにまた、上記キャスタブル耐火物組成
物には、その特性を低下させない範囲で、最大粒子径６
０ｍｍ程度の粗大粒を添加することもできる。また、そ
の特性を低下させない範囲で、従来公知の結合材、分散
剤等の使用も可能である。たとえば、塩基性乳酸アルミ
ニウム、縮合リン酸ソーダ、ポリカルボン酸ソーダ、ナ
フタレンスルホン酸ソーダホルマリン縮合物などがあげ
られる。

【００３５】また、キャスタブル耐火物組成物には、そ
の特性を低下させない範囲で、従来公知の金属繊維、有
機繊維、棒状耐火性原料等の使用も可能である。たとえ
ば金属繊維としては、ステンレスファイバー、スチール
ファイバーなど、有機繊維としては、ビニロンファイバ
ー、ポリエチレンファイバー、ポリエステルファイバー
などがあげられる。棒状耐火性原料としては、棒状アル
ミナ、棒状シャモットなどがあげられる。また、その特
性を低下させない範囲で、従来公知の金属が添加でき
る。たとえば、アルミニウム、シリコン、マグネシウ
ム、これらの合金類があげられる。

【００３６】なお、上記キャスタブル耐火物は、水など
の液体とともに混練して所定の型枠に流し込み、硬化後
脱枠することにより成形体を得ることができる。

【００３７】

【実施例】次に、本発明の実施例を比較例とともに示
す。粒径１〜１０ｍｍのジルコニアムライト原料として
は、ZrO₂含有量３７重量％、 Al₂O₃含有量４５重量％の
電融ジルコニアムライトを使用した。粒径１〜１０ｍｍ
のアルミナジルコニア原料としては、ZrO₂含有量２４重
量％、 Al₂O₃含有量７６重量％の電融アルミナジルコニ
アを使用した。粒径１〜１０ｍｍのSiC 原料としてはSi
C 含有量９８重量％のものを使用した。

【００３８】０．１ｍｍ以下のマグネシア原料はＭｇＯ
含有量９９重量％以上の海水マグネシアを使用し、１ｍ
ｍ以下のスピネル原料としてはAl₂O₃＋ＭｇＯの合計量
が９９重量％以上の焼結スピネルを使用した。アルミナ
セメントとしては、電気化学工業株式会社製デンカハイ
アルミナセメントスーパーＳ−２を使用した。シリカ超
微粉としては、エルケム社製ミクロシリカ９７１Ｄを使
用した。アルミナ原料としては、Al₂O₃ 含有量９９重量
％以上の焼結アルミナを使用した。

【００３９】表１に示すような割合になるように流し込
み不定形耐火物を配合した。配合物は、水で混練して型
枠に流し込んで試料を作成した。本発明の実施例１〜３
は、粒子径１〜１０ｍｍのジルコニアムライト原料を使
用したものである。実施例４〜６は、粒子径１〜１０ｍ
ｍのアルミナジルコニア原料を使用したものである。実
施例７〜９は、粒子径１〜１０ｍｍのＳｉＣ原料を使用
したものである。実施例１０〜１２は、粒子径１〜１０
ｍｍのジルコニアムライト原料、アルミナジルコニア原
料、ＳｉＣ原料を組み合わせて使用したものである。

【００４０】表１本発明の実施例と比較例

【表１】

【００４１】比較例１〜４は、粒子径１〜１０ｍｍのジ
ルコニアムライト原料、アルミナジルコニア原料、Ｓｉ
Ｃ原料の使用量を本発明の特許請求の範囲を超えて変化
させたものである。

【００４２】作成した試料について、ＪＩＳＲ2554-197
6 に準じて焼成後の線変化率を測定した。また、ＪＩＳ
Ｒ 2657-1995に準じて急熱−急冷によるスポーリング試
験行った。試料表面の１／２が剥落した時点の加熱−冷
却のサイクル数を測定した。その結果を表１に示してい
る。

【００４３】本発明の実施例のキャスタブル耐火物は、
スポーリングに至るまでに要した加熱、冷却回数が、従
来のキャスタブル耐火物に比べてはるかに多く、スポー
リングに強いことが明らかである。

【００４４】実施例１と比較例１について、Ａ社Ｂ製鉄
所３２０ｔ取鍋敷湯当り部で使用した結果を表２に示し
ている。実施例１は、比較例１に対して亀裂、剥離も少
なく、高耐用性を示した。

【００４５】なお、この発明のキャスタブル耐火物は、
上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨の
範囲内において種々の応用、変形を加えることが可能で
ある。

【００４６】表２本発明の実施例１と比較例１

【表２】

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明にあっては、マトリ
ックスに対して相対的に熱膨張率の小さいジルコニアム
ライト原料、アルミナジルコニア原料、ＳｉＣ原料の１
〜１０ｍｍを所定量使用することで、高温加熱後にマト
リックスと骨材の間に微亀裂が生じ、弾性率が従来品よ
りも低下することで、耐熱スポーリング性が向上し、さ
らに粒径０．１ｍｍ以下のマグネシア原料１〜１０重量
％、アルミナセメント０．１〜１０重量％、シリカ超微
粉０．５〜１０重量％、残部をアルミナ系原料で構成す
ることによって、スピネル生成反応を適正に促進できて
スラグ浸透を抑制し、従来のアルミナ・マグネシアキャ
スタブルを用いた場合よりも亀裂、剥離が少なく、耐用
性を向上させることができる。そのため、施工体の耐用
回数を増大させ、耐火物原単位、原単価の低減に寄与す
ることができる。

【００４８】また、マトリックスに対して相対的に熱膨
張率の小さいジルコニアムライト原料、アルミナジルコ
ニア原料、ＳｉＣ原料の１〜１０ｍｍを所定量使用する
ことで、高温加熱後にマトリックスと骨材の間に微亀裂
が生じ、弾性率が従来品よりも低下することで耐熱スポ
ーリング性が向上できるとともに、粒径０．１ｍｍ以下
のマグネシア系原料１０重量％以下、アルミナセメント
０．１〜１０重量％、粒径１ｍｍ以下のスピネル系原料
１〜３０重量％を配合することによって、スラグ浸透を
効果的に抑制でき、従来のアルミナ・スピネルキャスタ
ブルを用いた場合よりも亀裂、剥離が少なく、耐用性を
向上させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者反町健一兵庫県赤穂市中広字東沖1576番地の２川崎炉材株式会社内Ｆターム(参考） 4G033 AA01 AA02 AB01 AB02 BA01 4K051 BE03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒径１〜１０ｍｍのジルコニアムライト
原料、アルミナジルコニア原料、ＳｉＣ原料の１種また
は２種以上の合量が１〜５０重量％、粒径０．１ｍｍ以
下のマグネシア原料１〜１０重量％、アルミナセメント
０．１〜１０重量％、シリカ超微粉０．５〜１０重量
％、残部をアルミナ系原料で構成することを特徴とする
キャスタブル耐火物。
【請求項２】粒径１〜１０ｍｍのジルコニアムライト
原料、アルミナジルコニア原料、ＳｉＣ原料の１種また
は２種以上の合量が１〜５０重量％、粒径０．１ｍｍ以
下のマグネシア系原料１０重量％以下、アルミナセメン
ト０．１〜１０重量％、粒径１ｍｍ以下のスピネル系原
料１〜３０重量％、残部をアルミナ系原料で構成するこ
とを特徴とするキャスタブル耐火物。