JP2003525835A - 耐火性セラミック鋳造ボディを形成するためのバッチ組成物、それにより形成された鋳造ボディ及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、耐火性セラミック成形ボディを製造するためのバッチ組成物、それによって製造された成型ボディ、及び、その使用方法に関するものである。使用される成分は、68−97重量％溶融マグネサイト、焼結マグネサイト若しくはそれらの混合物と、3−20重量％のＣａＯと、0−25重量％の第３の成分とである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、耐火（耐熱）セラミック鋳造ボディを製造するためのバッチ組成物
、鋳造ボディおよびその使用方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】

実質的に体積安定でかつ耐火性（耐熱性）ＭｇＯキャリヤを得るために、マグ
ネサイトの焼結プロセスを含むマグネサイトをベースにした焼成耐火レンガは、
マグネシア及びマグネシア−クロム鉄鉱プロダクトとして、公知である。

【０００３】 このようなタイプ、特に、純粋なマグネサイトタイプは耐摩耗性に優れるが、
しばしば、例えば、ステンレス鋼の製造方法において典型として、冶金スラグに
対して不十分な侵入挙動を示す。このような方法は、ＡＯＤ（アルゴン−酸素−
脱炭（argon-oxygen-decarb）法）又はＶＯＤ（真空−酸素−脱炭（vacuum-oxyg
en-decarburisation）法）として知られている。

【０００４】 図１は、１７００℃から１７５０℃のＡＯＤ変換スラグアタック（衝突）後の
焼成純粋マグネサイトレンガを示している。

【０００５】 比較的小さい摩耗ゾーン（ここでは、7.9cm²）が見られるが、スラグがかなり
レンガに侵入している（35mmの深さを超える）。

【０００６】 これらの純粋なマグネサイトタイプ以外に、少なくともかなりのドロマイトを
含有する焼成（で炭素結合された）レンガが公知である。それらが排他的にドロ
マイトを含むか若しくは独占的にドロマイトを含むか（マグネシアの添加とは別
に）に依存して、それらはドロマイト又はマグドル（magdol）レンガとして記載
される。

【０００７】 図２は、図１で示したようなスラグテスト後の、２０％マグネシア焼結物と８
０％溶融ドロマイトとを含む焼成マグドル（マグドロ）レンガを示している。

【０００８】 （上述のマグネシアレンガともともと同一の）このマグドルレンガの摩耗は、
純粋なマグネシアレンガ（ここでは、21.9cm²）と比較すると明らかに大きいが
、マグドルレンガは、特徴的に小さめで1.0mmより小さい侵入ゾーンを有する。

【０００９】 以下は図１及び図２から明らかである：

【００１０】 純粋なマグネシアレンガ（図１）は、かなりのスラグ侵入を有する。ＭｇＯは
、ドロマイトと比較すると、優れた耐腐食性を示す。レンガの深い侵入領域はか
なりのレンガ摩耗となる。長期間、温度の影響を受けると、侵入領域におけるＭ
ｇＯ粒子間の結合は解離する。温度の揺らぎによって、侵入ゾーンは非侵入ゾー
ンから独立していてもよい。

【００１１】 ドロマイトレンガ（図２）では、侵入は明らかに少ないが、摩耗は（ＭｇＯレ
ンガと比較すると）かなり大きい。これは、レンガ構造の腐食と分解の増加によ
る。ドロマイトのＣａＯ部分はかなり分解する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

本発明の一目的は、耐熱セラミック鋳造ボディの製造方法であって、ここで、
そのボディは、ドロマイト鋳造ボディの優れた耐侵入生と共に、純粋なマグネサ
イト鋳造ボディの優れた摩耗及び腐食特性を有する。

【００１３】 本発明では、この目的はバッチ組成物によって達するものであり、このバッチ
の酸化組成物は公知のレンガタイプを排他的に指向しているが、マグネサイト主
要成分に基本成分としてＣａＯを添加する限り、その原材料選択は変更できる。
ＣａＯ成分は96重量％より大きいＣａＯの純度を有するべきである。

【００１４】 このように、ＣａＯは規定された粒子（グレイン）片で“計った量”だけ添加
することができ、同時に、使用中、連結された耐食性ＭｇＯ構造をマトリックス
状に維持するものである。

【００１５】 ここで、“計った量”とは、特に、上述の応用では、冶金スラグに対するレン
ガの挙動が、以下で述べるようなものを意味する。このように、構造上に、ドロ
マイト若しくはドロマイトレンガと共に、ＳｉＯ₂、ＣａＦ₂、ＦｅＯ、若しくは
Ａｌ₂Ｏ₃ のようなスラグ成分によってＣａＯリッチ成分の破壊的な早期分解効
果はない。というのは、優れた耐食性を有する支持ＭｇＯマトリックスが残って
いるからである。

【００１６】 また、最も一般的な実施形態では、本発明は、以下の独立な成分を有する、耐
火性セラミック鋳造ボディの製造用のバッチ組成物に関する： ａ）93重量％より大きいＭｇＯ含有量と8mmより小さな粒子サイズ（粒度）を有
する68〜97重量％の溶融マグネサイト、焼結マグネサイト若しくはそれらの混合
物と； ｂ）1mmより小さい粒子片の3〜20重量％のＣａＯと； ｃ）0〜25重量％の少なくとも一の他の耐火性成分、又は、3mmより小さな粒子サ
イズを焼いた後に耐火性になる成分と；である。

【００１７】 本発明はまた、このパッチ及びバインダーを用いて製造された焼成鋳造ボディ
若しくは非焼成鋳造ボディに関するものである。このバインダーは、例えば、パ
ラフィンのような一時的に炭素を含有するバインダーであってもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】

図３は、図１及び図２のレンガに対して実施したようなスラグテストを行った
後、（図１及び図２のレンガと設計上同一の）製造されたレンガを示している。

【００１９】 摩耗（ここでは、7.8cm²） は、（図１の）純粋なマグネシアレンガの摩耗に
匹敵し、侵入ゾーン（ここでは、2mm）は、図２のドロマイトレンガと同様に最
小であることに留意されたい。

【００２０】 作用機構（冶金スラグの挙動）は図４及び図５で示している。

【００２１】 図４及び図５は、スラグテスト後に、本発明によりレンガのエッチングされ磨
かれた部分である。

【００２２】 Ｍで示した部分及び図で明るい部分は、マグネシア（ＭｇＯ）を示している。
ＭｇＯマトリックス部の間にもともと存在する孔は、インサイチュで形成された
相とスラブとの反応生成物によって（図の上部の）火の側に満ちている。“火の
側”とは、溶融金属／スラグに対面する側を意味している。

【００２３】 反応生成物として主にモンチセライト（ＣＭＳ）及びマーウィナイト(Merwini
te；Ｃ３ＭＳ２）を含む反応ゾーン（火の側から約0.5mm）に従って、スラグは
すでにレンガからかなりのＣａＯ（Ｃ）を吸収しているので、スラグが硬くなり
かつもはや侵入（浸透）できなくなるように高溶融ケイ酸二カルシウム（Ｃ２Ｓ
）が形成される。図４での最大侵入深さは1.4mmである。

【００２４】 図５は、直接の火の側上の0.5mm幅の反応ゾーンの部分を示している。攻撃性
酸性スラグとの反応にも関わらず、安定なＭｇＯ構造がそのまま残っていること
が見て取れる。図５の矢印は、火の側のそのままのＭｇＯ−ＭｇＯ結合を示して
いる。この効果は、ＭｇＯの含有量の増加によって最適化できる。Ａｌ₂Ｏ₃若し
くはＣａＦ₂含有量による等しく攻撃的な効果（aggressive effect）を有する同
じスラグ固まり効果は、基本のスラグと共に観察された。

【００２５】 マグネシアレンガの優れた耐食性を保持しつつＣａＯの添加によるスラグ固ま
り効果の目的は、5-10重量％の間のＣａＯ含有量をもって、クレームしたタイプ
の鋳造された素材において（例えば、ＡＯＤコンバータ若しくはＶＯＤトリベか
ら）上述のタイプのスラグを用いて達することができる。レンガ構造においてＣ
ａＯが純粋過ぎる（20重量％より大きい）と、燃焼中に凝集性で耐食性のＭｇＯ
構造の形成を妨げる、腐食を増大する。

【００２６】 上述のように、ドロマイトレンガでは、インサイチュウに形成されるレンガ相
内でのスラグの反応及びそれに引き続くスラグの固まりが観察される。しかしな
がら、ドロマイトレンガにおいては、同時の実質的に高めのＣａＯ含有量及びよ
り均一なＣａＯの分布により、この反応がレンガ相の分解及び摩耗の加速につな
がる（図２）。

【００２７】 図１及び図２のレンガと比較した、本発明（図３から図５）によるレンガの物
理的データを以下の表にまとめる：

【表１】

【００２８】 表から、本発明によるレンガが好ましい気孔率（間隙率）の値と高い冷間圧造
強度とを有することがわかる。

【００２９】 上記のデータは全て、5mmより小さい粒子片の94重量％のマグネシア焼結体と2
00μｍより小さい粒子片の6重量％のＣａＯとを備えた本発明によるレンガに関
するものである。

【００３０】 マグネシアバッチ組成物成分のＭｇＯ含有物は、一の実施形態では少なくとも
97重量％であり、他の実施形態では粒子サイズは5mmより小さい。

【００３１】 ＣａＯ成分はできるだけ純粋であるべきであり、純粋度は例えば、96％より大
きくあるべきである。しかし、70重量％より大きいというような少ないＣａＯ含
有量のＣａＯ成分を用いることも可能であり、各場合に、純粋度は55重量％より
大きいべきである。要求されるＣａＯ含有量によれば、この成分のもともとの含
有量は、バッチ組成物が準備されるときに任意に増加され、又は、ＭｇＯ成分の
部分は低減される 。一の実施形態では、バッチ組成物のＣａＯ成分は200μｍ
より小さい粒子サイズのものが用いられる。

【００３２】 上述の効果に基づき、本発明は、特にスラグゾーンにおける冶金溶融容器を内
張り（ライニング）するために上述のような鋳造ボディを使用することを備える
ものであって、その使用において、ＭｇＯ及びＣａＯ成分の量は、前記ＣａＯが
、表面近傍（約2mmまで）の火の側（焼成側）の鋳造ボディの開孔を満たす量の
スラグ侵入物と共にＣ₂Ｓのような高溶融相を形成するように調整される。

【００３３】 関連する固化効果によって、侵入物が鋳造ボディに深く侵入することが防止さ
れる。

【００３４】 本発明はまた、ＭｇＯ及びＣａＯ塩基性成分の塩基性組成物ａ）及びｂ）以外
に、少なくとも一の耐火性成分、又は、3mmより小さい粒子サイズ（一実施形態
では、1mmより小さい）で焼成後に耐火性となる成分を含む上述のようなバッチ
を提供することである。

【００３５】 この添加する耐火性成分は、例えば、以下の耐火性酸化物若しくは酸化溶融材
料のうちの少なくとも一を備える：ＳｒＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、Ｃａ
Ｏ−ＭｇＯ、ＳｒＯ−ＣａＯ、ＳｒＯ−ＺｒＯ₂。

【００３６】 例えば、ＣａＯ−ＳｉＯ₂−ＣａＦ₂システムのような特に高塩基性スラグが存
在すると、上述のＣ₂Ｓ形成は、500℃以下で内張りする対応するレンガを冷却す
るとき、ケイ酸二カルシウムのベータからガンマへの変化によって、構造破壊（
いわゆるＣ₂Ｓ分解）につながり得る。上述のタイプのバッチ組成物は特に、こ
れを防ぐのに適している。

【００３７】 焼成後に耐火性となる成分は、バッチ成分のような耐火性を有しない成分とし
て理解されるが、バッチ組成物から生成された生成物例えば、レンガの焼成の間
に、耐火性成分すなわち通常1400℃より高い融点を有する成分に変換されるもの
である。例えば、融点約2400℃の耐火性成分として酸化ストロンチウムは、約12
00℃で粉状化することによって炭酸ストロンチウムから成る。前の表から明らか
なように、このような生成物の焼成温度は通常1600℃より高い。

【００３８】 非酸化組成物、特にストロンチウム組成物、例えば、炭酸ストロンチウム、硫
酸ストロンチウム、水酸化ストロンチウム、硝酸ストロンチウム、塩化ストロン
チウム若しくはホウ化ストロンチウムであって、独立して若しくは混合して使用
できるものは、特に、この点で適している。焼成プロセスの間に、上述の非酸化
ストロンチウム組成物は、高反応性酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）に変化する。
高反応性のため、この酸化ストロンチウムは“動きやすく”、例えばレンガの使
用中、（溶解分離によって分離された）レンガの火の側から、温度プロファイル
に沿って動く。従って、それは、もはや火の側上の安定外来イオンとして利用す
ることはできない。

【００３９】 このため、レンガ焼成の間、インサイチューに形成される酸化ストロンチウム
と比較して、40μｍから300μｍの範囲の特に大きな結晶サイズによって特徴付
けられる（溶融プロセスによってＳｒＣＯ₃から電気アーク炉において、例えば
、合成して生成された）ＳｒＯを含む溶融材料のようなバッチ組成物にストロン
チウム成分を添加するのは好都合である。上述のＳｒＯ−ＣａＯ溶融材料の他に
、ＳｒＯ−ＺｒＯ₂溶融材料は（例えば、酸化ストロンチウム若しくは酸化ジル
コニウムと本質的に同一部分を有して）特に適しており、ここで、新しく成長し
た相は優れた耐水和性を示す。

【００４０】 上述のストロンチウム組成物の添加は、焼成生成物における酸化ストロンチウ
ムの含有量がレンガにおいて少なくとも2重量％になるようにすべきである。

【００４１】 Ｃ２Ｓ分解を避け、かつ、優れた耐食性を保持するために、同様のレンガ特性
は、塩基性バッチ組成物に他の耐火性酸化物を添加することによって得られる。
ＭｇＯ−ＣａＯ溶融材料の添加は、大きな結晶サイズ（天然に生ずるドロマイト
原料の約10−15μｍサイズに対して、約40−300μｍ）とＭｇＯ含有量のため、
レンガにおいて凝集性で耐食性ＭｇＯの保持につながる。

【００４２】 溶融材料は、ＭｇＯ及びＣａＯの種々の一部を含んでもよい。一実施形態では
、例えば、60重量％である天然に生ずるドロマイト原料と比較してＭｇＯ含有量
が多いＭｇＯ溶融材料を用いることを提案する。

【００４３】 これら上述のバッチ組成物においてさえ、ＣａＯの始めに記載した効果は不変
のままであり、侵入するスラグのための高反応性反応パートナーを提供し、火の
側領域にスラグが侵入するのを低減若しくは防止し、さらに、レンガの破壊を防
止する。

【００４４】 添加耐火性成分若しくは焼成後に耐火性となる成分の量は、一実施形態では、
全バッチ組成物に対して、15−25重量％の範囲である。成分ｂ）によるＣａＯ含
有量は、5−11重量％に制限される。成分ａ）による溶融マグネサイト、焼結マ
グネサイト若しくはそれらの混合物の含有量は例えば、68−80重量％である（い
ずれの場合においても全バッチ組成物に対する全部分）。

【００４５】 全バッチ生成成分は、いずれの場合にも100重量％まで添加しなければならな
いことに留意されたい。これは、他のバッチ生成成分の低減によって、少量の追
加的なバッチ生成成分を添加することは排除しない。

【００４６】 ＣａＯ添加を介する侵入−抑制の原理は、ピッチ結合、若しくは、樹脂結合（
非焼成）ＭｇＯ塩基性鋳造ボディにも適用できる。この場合には、全混合物（バ
ッチ組成物）は、全混合物に対して、例えば、2−20重量％の炭素を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 １７００℃から１７５０℃のＡＯＤ変換スラグアタック（衝突）
後の焼成純粋マグネサイトレンガを示す。

【図２】 図１で示したようなスラグテスト後の、２０％マグネシア焼結物
と８０％溶融ドロマイトとを含む焼成マグドル（マグドロ）レンガを示す。

【図３】 図１及び図２のレンガに対して実施したようなスラグテストを行
った後、（図１及び図２のレンガと設計上同一の）製造されたレンガを示す。

【図４】 スラグテスト後に、本発明によりレンガのエッチングされ磨かれ
た部分を示す。

【図５】 直接の火の側上の0.5mm幅の反応ゾーンの部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 トーマス・モリナリ オーストリア・Ａ−8700・レオベン・バー トガッセ・２ Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA08 AA09 AA16 AA17 AA37 AA60 BA28 CA04 GA04 GA11 GA14

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の独立な成分： ａ）93重量％より大きいＭｇＯ含有量と8mmより小さな粒度を有する68から97重
   量％の溶融マグネサイト、焼結マグネサイト、又は、それらの混合物と； ｂ）1mmより小さい粒子片で成る3から20重量％のＣａＯと； ｃ）0から25重量％の少なくとも一の他の耐火性成分、又は、3mmより小さな粒子
   サイズを焼いた後に耐火性になる成分と；を備える耐火性セラミック鋳造ボディ
   の製造のためのバッチ組成物。
2. 【請求項２】 成分ａ）の粒度が5mmより小さい請求項１に記載のバッチ組
   成物。
3. 【請求項３】 成分ｂ）の割合が、5から10重量％である請求項１に記載の
   バッチ組成物。
4. 【請求項４】 成分ｃ）が、ＳｒＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＳｉＯ₂、ＣａＯ
   −ＭｇＯ溶融材料、ＳｒＯ−ＣａＯ溶融材料、ＳｒＯ−ＺｒＯ₂溶融材料、スト
   ロンチウムの酸化物でない化合物、又は、これらの混合物を含む請求項１に記載
   のバッチ組成物。
5. 【請求項５】 ストロンチウムの酸化物でない化合物が、Ｓｒ炭酸塩、Ｓｒ
   硫酸塩、Ｓｒ水酸化物塩、Ｓｒ硝酸塩、Ｓｒ塩化物、Ｓｒホウ化物、又は、これ
   らの混合物を含む請求項４に記載のバッチ組成物。
6. 【請求項６】 成分ａ）のＭｇＯ含有量が少なくとも97重量％を含む請求項
   １に記載のバッチ組成物。
7. 【請求項７】 成分ａ）が、200μｍより小さい粒子片を有する請求項１に
   記載のバッチ組成物。
8. 【請求項８】 成分ｂ）のＣａＯが、少なくとも96重量％の純度を有する請
   求項１に記載のバッチ組成物。
9. 【請求項９】 成分ｃ）が、1mmより小さい粒度を有する請求項１に記載の
   バッチ組成物。
10. 【請求項１０】 含有量が2から20重量％のカーボンを有する請求項１に記
    載のバッチ組成物。
11. 【請求項１１】 請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッチ組成物と
    バインダーとから成る非焼成セラミック鋳造ボディ。
12. 【請求項１２】 請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッチ組成物と
    バインダーとから成る焼成セラミック鋳造ボディ。
13. 【請求項１３】 冶金溶融容器を内張りするために請求項１１又は１２のい
    ずれかに記載されたセラミック鋳造ボディを使用する方法であって、ＭｇＯ及び
    ＣａＯ成分の含有量が、火の側の表面近傍の鋳造ボディの開孔を満たす量のスラ
    グ侵入物と共にＣ₂Ｓのような高溶融相をＣａＯが形成するようになった方法。