JP2003095758A - 不定形耐火物材料及びその不定形耐火物材料を施行した構造物の使用方法 - Google Patents

不定形耐火物材料及びその不定形耐火物材料を施行した構造物の使用方法

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JP2003095758A
JP2003095758A JP2001294221A JP2001294221A JP2003095758A JP 2003095758 A JP2003095758 A JP 2003095758A JP 2001294221 A JP2001294221 A JP 2001294221A JP 2001294221 A JP2001294221 A JP 2001294221A JP 2003095758 A JP2003095758 A JP 2003095758A
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amorphous refractory
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Koji Nakanishi
康次 中西
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 損耗の少ない耐用性に優れた不定形耐火物材
料を提供する。 【解決手段】 不定形耐火物に、不定形耐火物よりも熱
伝導率の高い高熱伝導物質を配合してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不定形耐火物材料
及びその不定形耐火物材料を施行した構造物の使用方法
に関し、詳細には製銑、製鋼等の溶融金属を扱う現場で
使用されている樋、取鍋、ノズル及び各種ランス等の構
造物の構成本体に施工、使用される不定形耐火物の改良
技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鉄鋼生産現場においては、高炉、取鍋、
転炉、タンディッシュ等の構造物に多くの耐火物が使用
されるとともに、使用済み耐火物は解体後にその殆どが
廃棄されてきた。しかし近年、資源の有効利用の観点か
ら、使用済み耐火物の再利用技術が研究され、例えば、
特開平9−278541号公報、特開平9−27854
8号公報に提案されたものがある。
【0003】上記に提案の使用済み耐火物の再利用技術
は、使用済み耐火物を粉砕し不定形耐火物に配合して再
利用する技術であって、特開平9−278548号公報
の従来技術の項にも説明されているように煉瓦屑の再利
用技術として旧くより利用され比較的利用し易い技術で
ある。
【0004】一方、本発明者は、鉄鋼生産現場において
高炉樋、取鍋、転炉、タンディッシュ、注湯ノズル及び
各種ランス等の構造物に広く使用されている不定形耐火
物の耐用性の向上について研究してきた。すなわち、こ
の種の構造物に施行されている不定形耐火物としては、
通常、アルミナセメントあるいはこれにマグネシア、ス
ピネルを配合した不定形耐火物(以下、アルミナ質不定
形耐火物とも言う)が使用されているが、その不定形耐
火物の損耗により構造物の交換を余儀なくされている。
また、交換に伴う補修あるいは解体、再製作業の作業頻
度が多いことで現場作業性の劣化などが問題となってお
り、不定形耐火物の耐用性の向上が期待されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消するためになしたものであって、その目的は、
損耗の少ない耐用性に優れた不定形耐火物材料及びその
不定形耐火物材料を施行した構造物の使用方法を提供す
るものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため、調査、研究を行った。そして、通常、使
用されている耐火物は、溶鋼に接触することにより高温
下でスラグとの反応により溶融損耗するものと考え、耐
火物の熱伝導率に着目した。実際、高炉の内張り等に用
いられている高耐火性に優れるカーボン煉瓦、アルミナ
・カーボン質煉瓦、マグネシア・カーボン質煉瓦などの
カーボンを含有する煉瓦は、図1に示すように熱伝導率
が10W/m・K以上と極めて高い。これに対し、アル
ミナ質不定形耐火物の熱伝導率は、図2に示すようにア
ルミナの含有量が30〜80質量%の範囲で0.8〜1
W/m・K程度である。なお、図1は、耐火物手帳´9
9(耐火物技術協会編)の第585頁、資料6を引用、
図2は、新版不定形耐火物(発行:日本プライブリコ株
式会社、1994年11月10日発行)の第466、4
67頁、プライブリコ耐火断熱製品一覧表より引用した
ものである。
【0007】そこで、上記熱伝導率の違いに着目し、ア
ルミナ質不定形耐火物、アルミナ・カーボン質煉瓦、マ
グネシア・カーボン質煉瓦を用いそれぞれの冷却効果と
耐用性(損耗速度)の関係を、詳細を後記する図8に示
すアーク加熱式の回転侵食装置を用いて調査した。図3
は、その調査結果を示すもので、この図3より明らかな
ように、冷却効果を同じとした場合に、損耗が最も少な
いのはアルミナ・カーボン質煉瓦で、次いでマグネシア
・カーボン質煉瓦であって、この二者に比較してアルミ
ナ質不定形耐火物の損耗はかなり大きいことを見出し
た。
【0008】そこで、アルミナ質不定形耐火物の熱伝導
率を高めれば損耗状態を改善し得るのではないかと考
え、更にアルミナ質不定形耐火物に粒度50mm以下に
粉砕したアルミナ・カーボン質煉瓦、マグネシア質煉瓦
のそれぞれの粉体を配合率を変えて配合成形した成形体
を準備し、配合率と熱伝導率の関係を図8に示すアーク
加熱式の回転侵食装置を用いて調査した。図4は、その
調査結果を示すもので、この図4より明らかなように、
不定形耐火物に不定形耐火物より熱伝導率の高いものを
配合すると、配合量の増加に伴い不定形耐火物自体の熱
伝導率も高くなり得ることを見出した。そして、更なる
研究の結果、本発明を完成させるに至ったものであっ
て、その本発明の構成は次の通りである。
【0009】すなわち、本発明(請求項1)に係る不定
形耐火物材料は、不定形耐火物に、不定形耐火物よりも
熱伝導率の高い高熱伝導物質を配合してなるものであ
る。
【0010】そして、上記不定形耐火物材料(請求項
1)において、特に限定するものではないが、高熱伝導
物質が、2W/m・K以上の熱伝導率を有するものであ
ることが好ましい(請求項2)。その理由は、熱伝導率
が2W/m・K未満では、不定形耐火物としての機能を
損なわない程度の配合率(10〜30質量%程度)で配
合しても、配合後の不定形耐火物材料の熱伝導率の向上
が大きく望めず、損耗状態の改善も期待できないためで
ある。従って、より好ましくは熱伝導率が4W/m・K
以上の高熱伝導物質を配合するのがよい。
【0011】また、上記不定形耐火物材料(請求項1)
において、特に限定するものではないが、高熱伝導物質
は、カーボン含有煉瓦又は該煉瓦屑の破砕物であっても
よい(請求項3)。カーボン含有煉瓦は、図1に示すよ
うに熱伝導率が高いためで、特に高温でも熱伝導率が高
く維持されるカーボン質煉瓦、マグネシア・カーボン質
煉瓦、アルミナ・カーボン質煉瓦などのカーボン含有煉
瓦が好ましい。加えてこれらの屑、特に廃棄煉瓦であれ
ば再利用が図れ好ましい。
【0012】また、高熱伝導物質は、融点が1000℃
以上の金属屑であってもよい(請求項4)。特に鋼の粉
砕屑であれば、融点が1500℃付近の値であり、13
00℃付近で処理される溶銑処理用耐火物などに適用で
きる。
【0013】また、上記不定形耐火物材料(請求項3)
においては、カーボン含有煉瓦又は該煉瓦屑の破砕物は
10質量%以上配合することが好ましい(請求項5)。
その理由は、詳細を後記する図9に示すように、この種
の破砕物を僅かに配合するだけで損耗速度が改善し始め
るためで、10質量%以上を配合すると大きな改善効果
が期待できるためである。そして、配合割合の上限は、
特に限定するものではないが、60質量%を超えて配合
しても、改善効果がそれほど期待できないことから、強
いて限定すれば60質量%以下である。
【0014】また更に、上記請求項1乃至5のいずれか
に記載の不定形耐火物材料の構造物への使用方法として
は、高温環境下で使用される構造物の鋼製本体に施行す
るとともに、その構造物を高温環境下で使用する際に鋼
製本体の反施工側を強制冷却することが望ましい(請求
項6)。このように強制冷却することで、施行した不定
形耐火物材料からの抜熱効率(伝熱効率)が期待でき、
損耗速度を低減できることから損耗状態の更なる改善が
期待できる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図5は、本発明に係る不定形耐火物
材料を製造するための製造工程の概要説明図である。
【0016】不定形耐火物1は、予め従来同様の要領に
より所望成分の原料を配合した粉体である。一方、本例
では不定形耐火物1よりも熱伝導率の高い使用済み煉瓦
屑2を準備し、この使用済み煉瓦屑2を粉砕工程3にお
いてクラッシャー等の破砕機で所望の粒度に粉砕した。
そして、混練工程4において、前記不定形耐火物1と粉
砕後の使用済み煉瓦屑2を、従来の流し込み不定形材を
混練するのと同要領で混練し、本発明に係る不定形耐火
物材料5を製造した。
【0017】上記で得た不定形耐火物材料5は、例えば
図6に示すように、転炉6の炉口部7のパーマ煉瓦の代
用として鉄皮8の内側に施行される。あるいは、図7に
示すように、溶鋼・溶銑処理ランス9の芯金(金属管)
10の外周の施行される。なお、符号11は、不定形耐
火物材料5を保持するための保持金具である。
【0018】上記のようにして使用される不定形耐火物
材料5は、不定形耐火物1よりも熱伝導率の高い使用済
み煉瓦屑2を配合しているので、不定形耐火物1よりも
熱伝導性が向上しており、従って、転炉6では鉄皮7を
通して、またランス9では芯金10を通して冷却され、
不定形耐火物材料5自体の損耗を小さくすることがで
き、引いては転炉6やランス9自体の寿命向上が図れ
る。また、ランス9の場合は、芯金10内をバブリング
ガスなどが流れるため強制冷却され、また転炉の場合に
も鉄皮内を冷却水が流れることで強制冷却されており、
いずれも冷却効果が期待でき、不定形耐火物材料5自体
の損耗を小さくすることができる。
【0019】
【実施例】因みに、不定形耐火物としてアルミナ質不定
形耐火物を、使用済み煉瓦屑としてアルミナ・カーボン
質煉瓦を準備し、それぞれ図5に示す製造工程の要領
で、アルミナ質不定形耐火物に粒度50mm以下に粉砕
したアルミナ・カーボン質煉瓦粉体を、その配合率を
0、30、60、70、80質量%に変えて配合、混練
した不定形耐火物材料を得るとともに、これらを形成形
して不定形耐火物材料の成形体とした。
【0020】そして、上記の不定形耐火物材料の成形体
を、図8に示すアーク加熱式の回転侵食装置を用いて損
耗速度を測定し、煉瓦屑の配合率と損耗速度の関係を調
査した。その調査結果を図9に示す。
【0021】なお、図8に示すアーク加熱式の回転侵食
装置は、ドラム状に構成した鋼製構造物12の中心部に
貫通させてアーク電極13を設けるとともに、内側両側
面に耐火物14を施行し、その耐火物14,14間の円
筒体15の内側に冷却ボックス16を構成したものであ
る。符号17は鋼製構造物12が回転する際の案内を兼
ねた保持ロール、18は冷却水の給水管、19は排水管
である。
【0022】上記構成のアーク加熱式の回転侵食装置に
よる熱伝導率の測定は、前記冷却ボックス16の内側の
耐火物14,14間に上記不定形耐火物材料の成形体2
0を施行し、その施行の際に冷却ボックス16と成形体
20の間に熱伝対(図示せず)を設置し、更に成形体2
0の内側に溶鉄の精錬に使用するスラグ21を投入し、
このスラグ21をアーク電極13で1500℃に加熱、
保持するとともに、鋼製構造物12を回転させながら行
われる。なお、本発明に係る成形体の熱伝導率の測定
は、回転を4時間、途中、スラグの変質を防止するため
に、30分毎に入れ替えて行った。このとき用いたスラ
グ組成(質量%)は、SiO2=34.5、Al23
12.5、Fe23=5.0、CaO=41.5、Mg
O=6.5である。
【0023】図9より明らかなように、不定形耐火物材
料の、不定形耐火物(アルミナ質不定形耐火物)に配合
する高熱伝導物質(使用済みのアルミナ・カーボン質煉
瓦屑)の配合率を0、30、60、70、80質量%と
増加させるに伴い、その不定形耐火物材料の成形体の損
耗速度が大きく低下することが分かる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る不定
形耐火物材料であれば、損耗が少なく耐用性に優れる。
従って、従来の不定形耐火物に代えて構造物に施行、使
用することで、不定形耐火物の損耗による構造物の交換
頻度を少なくでき、また、構造物の交換に伴う補修ある
いは解体、再製作業の作業頻度が少なくできることから
現場作業性の向上が期待できる。
【0025】また、本発明に係る不定形耐火物材料を施
行した構造物の使用方法によれば、強制冷却によって更
に上記不定形耐火物材料の耐用性が図れることから、上
記のより一層の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】煉瓦の熱伝導率を示すグラフ図である。
【図2】アルミナ質不定形耐火物のアルミナ含有量と熱
伝導率の関係を示すグラフ図である。
【図3】アルミナ質不定形耐火物、アルミナ・カーボン
質煉瓦、マグネシア・カーボン質煉瓦それぞれの冷却効
果(耐火物温度勾配)と耐用性(損耗速度)の関係を示
すグラフ図である。
【図4】アルミナ質不定形耐火物にアルミナ・カーボン
質煉瓦、マグネシア質煉瓦のそれぞれの粉体を配合率を
変えて配合した場合の、配合率と熱伝導率の関係を示す
グラフ図である。
【図5】本発明に係る不定形耐火物材料を製造するため
の製造工程の概要説明図である。
【図6】本発明に係る不定形耐火物材料を転炉の炉口部
へ適用した場合の説明図であって、aは断面全体図、b
はaのX部拡大図である。
【図7】本発明に係る不定形耐火物材料を溶鋼・溶銑処
理ランスの芯金(金属管)へ適用した場合の説明図であ
って、aは断面全体図、bはaのY部拡大図である。
【図8】本発明に係る不定形耐火物材料の、煉瓦屑の配
合率と損耗速度の関係を調査するのに用いたアーク加熱
式の回転侵食装置の説明図であって、aは断面正面図、
bはaの内部構造を説明するための断面側面図である。
【図9】本発明に係る不定形耐火物材料の、煉瓦屑の配
合率と損耗速度の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1:不定形耐火物 2:使用済み煉瓦屑
3:粉砕工程 4:混練工程 5:不定形耐火物材料
6:転炉 7:炉口部 8:鉄皮 9:溶鋼・溶銑処理ランス 1
0:芯金 11:保持金具 12:鋼製構造物 1
3:アーク電極 14:耐火物 15:円筒体 1
6:冷却ボックス 17:案内兼保持ロール 18:給水管 1
9:排水管 20:不定形耐火物材料の成形体 2
1:スラグ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不定形耐火物に、不定形耐火物よりも熱
    伝導率の高い高熱伝導物質を配合してなることを特徴と
    する不定形耐火物材料。
  2. 【請求項2】 高熱伝導物質が、2W/m・K以上の熱
    伝導率を有するものである請求項1に記載の不定形耐火
    物材料。
  3. 【請求項3】 高熱伝導物質が、カーボン含有煉瓦又は
    該煉瓦屑の破砕物である請求項1に記載の不定形耐火物
    材料。
  4. 【請求項4】 高熱伝導物質が、融点が1000℃以上
    の金属屑である請求項1に記載の不定形耐火物材料。
  5. 【請求項5】 カーボン含有煉瓦又は該煉瓦屑の破砕物
    を10質量%以上配合してなる請求項3に記載の不定形
    耐火物材料。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の不定
    形耐火物材料を高温環境下で使用される構造物の鋼製本
    体に施行するとともに、その構造物を高温環境下で使用
    する際に鋼製本体の反施工側を強制冷却することを特徴
    とする不定形耐火物材料を施行した構造物の使用方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016505714A (ja) * 2012-12-13 2016-02-25 エスジーエル・カーボン・エスイー アルミニウムを還元するための電解漕の壁用側壁レンガ

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