JP2006021972A

JP2006021972A - マグネシア−カーボンれんが

Info

Publication number: JP2006021972A
Application number: JP2004202908A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Ishii; 宏昌石井; Yoichi Takahashi; 陽一高橋; Takeshi Okamoto; 剛岡本
Original assignee: JFE Refractories Corp
Current assignee: JFE Refractories Corp
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】耐スポーリング性および耐食性に優れたマグネシア−カーボンれんがを提供する。
【解決手段】本発明のマグネシア−カーボンれんがは、ニッケル成分を３０重量％以上含有する物質を０．０５〜３重量％含有し、炭素質材料を０．５〜７０重量％含有する。耐スポーリング性および耐食性に優れたこのマグネシア−カーボンれんがを転炉、電気炉、ＲＨ脱ガス、取鍋等の製鋼炉で使用すれば、これまでより炉寿命を延ばすことができる。
【選択図】なし

Description

本発明は主として転炉、電気炉、ＲＨ脱ガス、取鍋等の製鋼炉などに使用されるマグネシア−カーボンれんがに関するものである。

マグネシア−カーボンれんがは、スラグに対して濡れにくい性質を持つ炭素と高融点のマグネシアとにより構成されているため耐食性に優れている。また、炭素の高熱伝導性により耐スポーリング性にも優れており、転炉、電気炉等の様々な製鋼の精錬設備において広く使用されている。

しかし、電気炉や転炉のガス底吹きノズルや羽口レンガに代表されるような加熱と冷却の繰り返しの激しい部位においては、このような炭素含有耐火物においてもスポーリングによる損傷が大きく、これが炉寿命の決定要因となっているのが現状である。

また、マグネシア−カーボンれんがの耐酸化性や耐食性を向上するために、Ａｌや、Ｓｉ、ＡｌＭｇ等の金属を添加する場合があるが、こうした耐火物を内張りした溶融金属容器を繰り返し使用すると、れんがの稼働面側の表層部に迫り合い応力が発生し稼働面表層の剥離が生じるスポーリング損傷により、れんがの損耗が大きくなる。

特許文献１は、耐スポーリング性の向上のため、膨張黒鉛を使用したれんがを示している。特許文献２および特許文献３は、炭素ファイバーを添加したれんがを示している。また、特許文献４に記載のマグネシア・カーボンれんがは、アルミニウムファイバーやアルミニウム合金ファイバーと炭素ファイバーを併用している。
特開平５−３０１７７２号公報特開昭５９−２０７８７１号公報特開平１−３０５８４９号公報特開平８−２３９２５８号公報

特許文献１のように膨張黒鉛を使用すると、耐火物の強度が小さくなり、構造物としての強度不足で耐火物の破壊が生じ、損耗が大きくなる場合がある。

また、特許文献２や特許文献３のように炭素ファイバーを添加すると、れんが成形時にスプリングバック現象によりれんが組織が劣化するため、れんがの物性低下が著しく、耐食性の低下が著しい。特許文献４のようにアルミニウムファイバーやアルミニウム合金ファイバーと炭素ファイバーを併用する場合も、炭素ファイバーによるスプリングバックを完全には抑制できず、やはり組織劣化によるれんがの物性低下が著しい。

本発明は、このような従来の技術における課題を解決するために、耐スポーリング性に優れ、かつ耐食性に優れたマグネシア−カーボンれんがを提供することを目的とするものである。

本発明者らは、マグネシア−カーボンれんがにおいて、れんがを還元雰囲気下で焼成すると、ニッケル粉末を添加したれんがは、添加しないものに比べて曲げ強度が１０〜２０％上昇することを見出した。この結果から、金属ニッケルやニッケル化合物をマグネシア−カーボンれんがに添加することによりカーボンボンドの形成が促進され、熱間強度が大きく、耐スポーリング性、および耐食性に優れたマグネシア−カーボンれんがを完成させたものである。

このマグネシア−カーボンれんがは、ニッケル成分を３０重量％以上含有する物質を０．０５〜３重量％含有し、炭素質原料を０．５〜７０重量％含有する。

本発明では、このような構成を採用することにより、耐スポーリング性および耐食性に優れたマグネシア−カーボンれんがを提供することができる。

この実施の形態におけるマグネシア−カーボンれんがは、ニッケル成分を３０重量％以上含有する物質を０．０５〜３重量％含有する。

ニッケル成分を３０重量％以上含有する物質には、金属ニッケルやニッケル合金などの金属でニッケル成分が３０重量％以上のものや、酸化ニッケルや炭化ニッケルなどのニッケル化合物でニッケル成分を３０重量％以上１００％未満含有するものを用いることができる。

この物質の形態は、れんが中への分散性を考慮すると、０．１ｍｍ以下の粉末状であることが好ましい。また、微細な繊維状のものやその他の形態のものを使用することもできる。

ニッケル含有物質の使用量は、強度発現効果およびれんがの耐食性を考慮すると、好ましくは０．１〜１重量％である。使用量が０．０５重量％未満であると強度発現効果を得ることが難しくなり、３重量％を超えると、れんがの耐食性が著しく低下する。

また、この実施の形態におけるマグネシア−カーボンれんがには、炭素材料も使用する。その炭素材料として、鱗状黒鉛、土状黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などの黒鉛やその成形品の粉砕物、粉末ピッチ、メソフェーズピッチ、その他の炭素質原料を用いることができる。炭素材料の使用量は、０．５〜７０重量％が好ましく、さらに好ましくは３〜３０重量％である。１重量％未満ではスラグが浸透し易くなると共に耐スポーリング性が低下する。逆に７０重量％を超えると酸化損耗が大きくなると共にれんが強度が低下する。

このマグネシア−カーボンれんがのマグネシア質原料には、電融マグネシア、焼結マグネシア、天然マグネサイト、オリビン、ドロマイト、スピネルなどのマグネシアを主成分とする材料を各々単独でまたは２種以上組み合わせて使用することができる。これらのマグネシア骨材の他に１０重量％以下の範囲内で少量の酸化物耐火原料、非酸化物耐火原料などを添加することができる。

さらに、このマグネシア−カーボンれんがには、酸化防止の目的で一般的に使用されているＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、ＡｌＭｇ、ＡｌＳｉなどの金属や、Ｂ４Ｃ、ＡｌＢ２、ＣａＢ６、ＭｇＢ２のようなほう素化合物などの酸化防止剤を必要に応じて添加することができる。

このようなマグネシア−カーボンれんがは、従来と同様に製造することができる。マグネシア骨材に炭素質原料を加え、必要に応じて金属粉末やその他既知の添加物を添加し、フェノール樹脂、ピッチ、タールなどの炭素結合を形成する結合材を１〜１５重量％、好ましくは３〜８重量％加えて混練し、成形後１００〜５００℃、好ましくは１５０〜４００℃の熱処理をして不焼成れんがとする。あるいは、５００〜１６００、好ましくは８００〜１４００℃の還元雰囲気下で焼成した焼成れんがとすることもできる。また、不焼成れんがおよび焼成れんがにピッチを含浸することもできる。

このマグネシア−カーボンれんがは、フェノール樹脂、ピッチ、タールなどの有機物による結合材が還元雰囲気での加熱により炭化する過程でその効果を発現する。このため、還元雰囲気下で焼成したものが好ましい。もっとも、実際のマグネシア−カーボンれんが使用時には、稼働面側から順次加熱を受けるため、不焼成れんがにおいても十分に効果を得ることができる。

本発明に係るマグネシア−カーボンれんがの実施例を以下に示す。実施例１−６は、それぞれ表１に示す粒度構成の電融マグネシアと炭素質原料に、フェノール樹脂、さらに一部のマグネシア−カーボンれんがについては金属Ａｌ、Ｓｉを加えて混練し、１００ＭＰａの圧力でプレス成形した後、２００℃で１０時間熱処理したものである。表１は、得られた各れんがの物性値、さらにこれらのれんがを１２００℃で３時間焼成した後の物性値も示す。さらに表１は、１２００℃で３時間焼成した後のれんがのスポーリング損傷指数およびスラグ侵食指数も示す。比較例１−４についても同様である。比較例１−４は、ニッケル成分含有物質を含まないか、３重量％より多く含む。

スポーリング損傷指数は、高周波誘導炉で溶融した１５００℃の溶銑に、４０×４０×２３０ｍｍの試片を長さ方向の１００ｍｍまで１００秒浸漬し、直後に２０秒水冷するサイクルを５回繰り返した後の２３０ｍｍ方向の超音波伝搬時間の変化率を比較例１の変化率を１００として指数表示したものである。その数値が大きいほどスポーリングによる劣化が大きいことを示す。

スラグ侵食指数は、転炉スラグ（Ｃ／Ｓ＝３）を用いて回転式スラグ侵食試験機によって１７５０℃で３時間処理した後の侵食量を比較例１の侵食量を１００として指数表示したものである。

表１から、実施例１−６は、２００℃加熱後の物性値については比較例１−４に比べてほとんど差がなく、還元焼成後の曲げ強度が向上している。また実施例１−６は、比較例１−４に比べてスポーリング損傷指数が小さく、耐熱スポーリング性が向上している。すなわち、実施例１−６のマグネシア−カーボンれんがでは、還元焼成前の特性には影響を与えず、還元焼成によって強度、耐熱スポール性が向上している。

さらに、実施例２と比較例２について、コークスブリーズ中にて１２００℃で３時間還元焼成した後、ピッチ含浸したマグネシア−カーボンれんがを電気炉のガス底吹き羽口れんがに使用した。使用後の損耗速度を測定したところ、比較例２は１．０ｍｍ／ｃｈであったのに対し、実施例２は０．７ｍｍ／ｃｈとなり、耐用性が約３０％向上している。

以上説明したように、本発明のマグネシア−カーボンれんがは、優れた耐スポーリング性を示し、電気炉や転炉の底吹き羽口れんがやノズルなどに使用することにより炉の寿命が向上する。

Claims

ニッケル成分を３０重量％以上含有する物質を０．０５〜３重量％含有し、炭素質材料を０．５〜７０重量％含有するマグネシア−カーボンれんが。