JP2018021226A - 転炉装入壁のライニング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2には、MgO含量96質量%以上のマグネシアクリンカー50〜90質量%と固定炭素97質量%以上の鱗状黒鉛50〜10質量%の混合物100質量部に対し、平均粒径20〜200メッシュで純度98質量%以上の金属マグネシウム粉末0.5〜10質量部及び長さ1〜70mm、直径3〜100μのカーボンファイバー0.1〜10質量部を加えたことを特徴とする炭素結合マグネシア・カーボンれんがが開示されている。特許文献2によれば、金属マグネシウム粉末及びカーボンファイバーを併用することにより亀裂の発生を最小限に留め、緻密な二次ペリクレース層を形成させ、熱間強度と耐機械的摩耗性の向上し、剥離を防止することにより、炭素結合マグネシア・カーボンれんがの耐用を増大できるとしている。
更に、特許文献3には、マグネシア原料にカーボンファイバーを内掛けで0.1〜50質量%添加したことを特徴とするマグネシア・カーボンれんがが開示されている。特許文献3によれば、マグネシア・カーボンれんがに通常用いられる黒鉛原料の代わりにカーボンファイバーを用いることで、耐熱衝撃性を低下させることなく、機械的強度及び耐摩耗性を高められるとしている。
更に、特許文献5には、仮焼無煙炭を0.5〜10質量%含有し、残部が結晶質及び/または非晶質カーボンからなるカーボン材と、マグネシア系の耐火性骨材からなる高耐スポーリング性マグネシア・カーボンれんが;仮焼無煙炭を0.5〜10質量%含有し、残部が結晶質及び/または非晶質カーボンからなるカーボン材と、マグネシア系の耐火性骨材との原料組成に有機結合剤を添加し、混合、成形後、150〜300℃での熱処理を施す高耐スポーリング性マグネシア・カーボンれんがの製造方法;仮焼無煙炭を0.5〜10質量%含有し、残部が結晶質及び/または非晶質カーボンからなるカーボン材と、マグネシア系の耐火性骨材との原料組成に有機結合剤を添加し、混合、成形後、600〜1500℃で還元熱処理を施す高耐スポーリング性マグネシア・カーボンれんがの製造方法;仮焼無煙炭を0.5〜10質量%含有し、残部が結晶質及び/または非晶質カーボンからなるカーボン材と、マグネシア系の耐火性骨材との原料組成に有機結合剤を添加し、混合、成形後、150〜300℃で熱処理し、更に、600〜1500℃で還元熱処理を施す高耐スポーリング性マグネシア・カーボンれんがの製造方法が開示されている。また、特許文献5の[0014]段落には、「焼成マグネシア・カーボンれんがは還元熱処理後のれんが組成中に発生する気孔の密封、強度アップ、耐消化性の向上を狙って、タールの含浸を施すことも有効である。」旨の記載もあるが、焼成マグネシア・カーボンれんがへのタール含浸処理の具体例については何ら記載がない。
更に、特許文献7には、炭素質物質0.5〜40重量%よりなる炭素含有れんがにおいて、炭素質物質として圧縮後粉砕した膨張黒鉛を含有することを特徴とする圧縮、粉砕した膨張黒鉛含有れんが(請求項1);炭素含有れんががマグネシア・カーボンれんがであり、圧縮後粉砕した膨張黒鉛の含有量が0.5〜15重量%であることを特徴とする前記膨張黒鉛含有れんが(請求項2)が開示されている。特許文献7によれば、膨張黒鉛含有れんがの膨張黒鉛として圧縮後粉砕した膨張黒鉛を使用することにより、耐スポーリング性を維持しつつ耐食性を向上できるとしている。
また、特許文献2及び3のようなカーボンファイバーを添加した煉瓦に、機械的衝撃や熱衝撃への抵抗性の向上効果を付与しようとすると、一定量のカーボンファイバーの添加が必要となるが、カーボンファイバーを煉瓦中に分散させることが困難なため、成形時に充填性の低下を招き、実機使用の際の寿命のばらつきが大きいという問題があった。更に、特許文献1に使用されている長繊維からなる繊維網と同様に、カーボンファイバーも高価であり、コストに見合うだけの耐用性の向上を図ることができず、実用化に至っていないのが現状である。
そこで、本発明者らは、亀裂発生の抑制ではなく、亀裂進展の抑制に着目した。煉瓦表面の剥落は、発生した亀裂が進展して連結することによって起こるため、亀裂の進展を抑制することにより煉瓦の寿命延長が可能であると考えた。また、従来の方向性である熱間強度の向上は、亀裂進展に対する抵抗性に対してはむしろ不利な方向に働くため、転炉装入壁用煉瓦の改良には、熱間強度や耐摩耗性の向上とは異なった手法が必要であった。
本発明は、かかる知見に基づき発明に至ったものである。
下記の表に記載する原料配合、還元焼成条件並びに有機物含浸条件にて、本発明例及び比較例の転炉装入壁のライニング方法に使用される炭素含有耐火物を作製し、各評価を行った。
コールタールピッチの加熱軟化物とフェノール樹脂の残炭率は、JIS K 6910(フェノール樹脂試験方法)中の固定炭素測定法に基づいて測定したものである。
「気孔率(%)」は、得られた炭素含有耐火物の気孔率である。なお、気孔率は、JIS R 2205に従い測定を行った。なお、測定には真空法を用い、煤液には白灯油を用いた。
「破壊エネルギー」は、次の方法で測定を行った。すなわち、炭素含有耐火物の試験片(25×25×140mm)を用い、100mmスパンにて三点曲げ試験を行った。曲げ試験は1200℃の不活性雰囲気中で行った。試験機には島津製作所製オートグラフAG−X/Rを用い、クロスヘッドスピードを0.1mm/分とした。三点曲げ試験によって得られた応力・歪み曲線から安定破壊が起こっていることを確認し、応力・歪み曲線のなす面積を切断面の投影面積(25×25mm)の2倍で割り、破壊エネルギーを求めた。なお、測定のいずれの場合も安定破壊が起こっていることを確認した。
「耐熱スポーリング性」は、溶銑浸漬法により溶銑浸漬前後における弾性率の変化によって評価した。試験片として、炭素含有耐火物(40×40×230mm)を事前に還元雰囲気下において1000℃で3時間熱処理して残留揮発分による爆裂を防止したものを使用し、これを試験前試験片とした。溶銑浸漬試験は1700℃の溶銑に1分間浸漬後、15秒水冷することにより行い、これを試験後試験片とした。弾性率はJ.W.Lemmens社製MK5 Grind Sonicによって求めた。試験前と試験後の弾性率低下率によって耐熱スポール性を評価した。弾性率低下率は(1)式によって計算される値である:
弾性率変化率=(試験前の弾性率−試験後の弾性率)/試験前の弾性率×100 (1)
弾性率低下率の数値が小さい方が耐熱スポーリング性は良いものと評価した。弾性率低下率が20%以下を良好(○)とし、弾性率低下率が20%より大きく、40%以下を許容範囲(△)とし、弾性率低下率が40%より大きい場合を不適合(×)とした。
「耐食性」は高周波侵食試験により評価した。雰囲気調整機能を有する高周波誘導炉を用いた侵食試験により行った結果である。誘導加熱で熔解させた溶鋼の上に塩基度(CaO/SiO2質量比)=3.0の転炉スラグを浮かべ炉壁に配した各炭素含有耐火物の侵食量を比較した。試験は5時間にわたり行われた。「侵食量(mm)」は、試験前の厚みから最も炭素含有耐火物の損傷が進んだ部分の残厚を差し引くことで求め、比較例1(通常の不焼成マグネシア−カーボン煉瓦)の侵食量を100とした侵食指数で表した。数値が小さい方が耐食性は良好であるが、90未満であれば良好(○)、90〜110であれば許容範囲(△)、110より高い場合を不適合(×)とした。
「耐酸化性」は、酸化試験により評価した。電気炉を用いて、40×40×40mmの寸法の試料を大気雰囲気中1500℃、3時間保持の条件で試験を行った。昇温速度は5℃/分で行った。焼成後の試料の切断面から、酸化層厚みを測定した。酸化層厚みが薄い方が耐酸化性は良好であり、1mm未満であれば良好(○)、1〜2mmであれば許容範囲(△)、2mmより厚い場合を不適合(×)とした。
「耐消化性」は、オートクレーブ試験により評価した。40×40×40mmの寸法の試料を、圧力3kgf/cm2、3時間保持の条件で試験を行った。試験終了後、試料を取り出し、目視観察により評価した。亀裂が全くないものを良好(○)、やや亀裂が認められるものを許容範囲(△)、消化して崩壊しているものを不適合(×)とした。
本発明例と比較例の炭素含有耐火物を250トン転炉の装入壁に使用した。本発明例のうち、基準とした本発明例1と、還元焼成温度を300℃とした本発明例2、従来の不焼成品である比較例1で比較テストを行った。適用した部位は、角度範囲を135〜225度とし、それぞれの適用高さを10段分とした合計30段の範囲とした。ライニング厚みは900〜1170mmで、最も損傷が大きい部位を厚くするゾーンドライニングというライニング方法を採用した。耐火物の解体作業では、通常、装入側を下にして出鋼側の耐火物を崩していく。そのため、装入壁の使用後耐火物は出鋼側の耐火物が堆積するため回収ができない。そこで、3217チャージ(ch)使用後のレーザープロフィールメーターによる残寸測定結果を比較した。比較例1の損傷速度を100として比較すると、本発明例1の損傷速度はおよそ87となり、損傷速度が小さく、明らかに良好な結果であった。また、本発明例2の損傷速度はおよそ95となり、ある程度の改善が認められた。
Claims (3)
- 骨材、及び膨張黒鉛を単独で1〜40質量%または膨張黒鉛1質量%以上と、鱗状黒鉛、土状黒鉛、カーボンブラック及び人造黒鉛からなる群から選択された1種または2種以上の炭素源39質量%以下とを炭素源と膨張黒鉛との合計量で10〜40質量%含有する配合物に外掛けで0.5〜7.0質量%のバインダーを配合してなる原料配合物を所定の形状に成形後、得られた成形体を還元雰囲気下で焼成し、次に、残炭率が30質量%以上の有機物を焼成済成形体内に含浸処理することによって得られた炭素含有耐火物を、転炉装入壁にライニングすることを特徴とする転炉装入壁のライニング方法。
- 炭素含有耐火物の破壊エネルギーが120J/m2以上である、請求項1記載の転炉装入壁のライニング方法。
- 炭素含有耐火物の気孔率が3%以下である、請求項1または2記載の転炉装入壁のライニング方法。
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