JP2556786B2 - 焼付補修材および焼付補修材を用いた窯炉焼付補修方法 - Google Patents

焼付補修材および焼付補修材を用いた窯炉焼付補修方法

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JP2556786B2
JP2556786B2 JP3303878A JP30387891A JP2556786B2 JP 2556786 B2 JP2556786 B2 JP 2556786B2 JP 3303878 A JP3303878 A JP 3303878A JP 30387891 A JP30387891 A JP 30387891A JP 2556786 B2 JP2556786 B2 JP 2556786B2
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bake repair
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純一 福味
正明 西
隆 山村
良介 中村
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Nippon Kokan Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属精錬炉等の冶金工
業炉の局部損傷部を熱間にて短時間に補修するための焼
付補修材に関する。
【0002】
【従来の技術】溶融金属容器や精錬炉等の各種窯炉内張
り耐火物の熱間補修は、炉全体の損傷バランスを保ちな
がら、高寿命化を図るために、なくてはならないもので
あり、従来吹付補修材、焼付補修材、溶射補修材を用い
た補修法が実施されている。このうち、焼付材による補
修法は、作業が比較的容易なため広く用いられている。
焼付材の結合剤には、一般にピッチや各種樹脂が用いら
れている。これら結合剤は、加熱により炭化し、強固な
カーボン結合組織を形成するので、マグネシア−カーボ
ンれんが等のカーボン含有耐火物への接着力に優れてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような焼付材はたとえば、窯炉内張り表面に金属酸化
物、例えばFe2O3等を多く含むスラグ層が付着している
場合や、窯炉がCr2O3等の比較的還元されやすい金属酸
化物を含有する耐火材で内張りされている場合、高温下
でFe2O3やCr2O3が焼付材のカーボン結合部と反応し、 2Fe2O3(Cr2O3)+3C → 4Fe+3CO2(4Cr+3CO2) の反応で還元されてしまい、内張り材は脆化し、同時に
焼付材の結合をつかさどるカーボン結合が消失してしま
う。このため、焼付直後の接着強度が大幅に低下し、実
使用において剥離が生じ、耐用性が不十分となってしま
う。
【0004】一方、このような問題に対し、特開平2−
26874号に開示されかつ実用化されている無機結合
剤を用いた粉末状焼付材を使用することも考えられる
が、これは結晶水を含む化合物をバインダーとして多量
に用いるため、水の沸騰状態によっては、かなりポーラ
スな組織となることがあり、また、これら無機結合剤化
合物は、高温までそのまま残存し、耐火骨材との反応で
耐火度を低下してしまうという問題がある。
【0005】本発明は、従来技術の以上のような問題に
鑑み創案されたもので、その目的は、高温下において、
窯炉の内張り耐火物中の金属酸化物や、スラグ中の鉄酸
化物を還元することなく、接着強度の低下を起こさない
焼付補修材であって、かつ、緻密な組織の施工体を形成
し、高温下でも耐火度の低下のない焼付補修材およびそ
の補修材を用いた補修方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記目的を
図るため、耐火材料とフェノール樹脂と焼結材とからな
る焼付補修材について、鋭意検討・研究を重ねた結果、
添加すべきフェノール樹脂を調整し、また所定内容の焼
結剤を添加することで、本発明に係る焼付補修材を完成
するに至った。
【0007】すなわち、本発明に係る焼付補修材は、耐
火材料と、フェノール樹脂と、焼結剤とからなる焼付補
修材において、1000℃かつ無酸化条件下で3時間保持し
た後の残留カーボン量が0.5〜2.5%となるように、前記
フェノール樹脂を添加するとともに、前記焼結剤とし
て、金属シリコン粉と金属アルミニウム粉とからなり、
両者の比が1:3〜3:1の範囲となるものを添加する
ことを特徴とするものである。
【0008】次に、以上からなる焼付補修材を詳述す
る。
【0009】本発明に使用する耐火材料は、アルミナ、
シャモット、シリカ、マグネシア、ドロマイト、カルシ
ア、クロミア、スピネル等の一般に耐火材料として用い
られているものが使用できる。中でも塩基性のマグネシ
ア、ドロマイト、カルシア等を含む材料が、耐食性の面
で好ましい。耐火材料の粒度は、通常用いられている各
種の不定形耐火物と同様の粒度範囲内にあれば、特に限
定されるものではない。耐火材料の配合量は、後述する
フェノール樹脂および焼結剤の添加量との比率によって
決定され、およそ70〜88%程度が良い。
【0010】本発明に使用するフェノール樹脂は、通常
の焼付材に用いられている液体タイプのものが使用出来
る。流動性・接着性の面からは、熱可塑性のものが好ま
しい。ここでフェノール樹脂の添加量を決定する上で、
最も重要な点は、加熱後の残留カーボン量である。本発
明の重要な目的の一つは、前述したように、窯炉内張り
材、もしくは表層スラグ中の金属酸化物の還元による脆
化、および焼付材の接着面付近のカーボン結合消失によ
る剥離を防止することにある。したがって、本発明の焼
付材では、焼付材中に残留するカーボン量を抑制するこ
とにより、補修施工後炉熱により高温に保たれている間
にこの残留カーボンの大部分を酸化させる一方で、炉を
使用する時点では内張り耐火物中や表層スラグの金属酸
化物を還元するには不十分なカーボン量となるようにし
たものである。
【0011】すなわち、焼付材中のフェノール樹脂を起
源とする加熱後残留カーボン量が2.5%を超えるような
場合には、熱間補修後、高温で放置されても、酸化が不
十分であり、その後、炉が使用されるときまでカーボン
が残留し、内張り耐火物中の表面付近および表層スラグ
中の金属酸化物を還元してしまうため、本発明の焼付材
では、加熱後残留カーボン量を2.5%以下に抑制しなけ
ればならない。一方、残留カーボン量が0.5%未満であ
ると、一次結合剤となるものを別途添加しないと、液体
分の揮発後全く結合力のない状態となり、粉状となって
しまうため、0.5%以上が必要である。したがって、本
発明では補修材の残留カーボン量が0.5〜2.5%となるよ
うな範囲でフェノール樹脂を添加する。ここでの残留カ
ーボン量とは、1000℃で無酸化条件下において、3時間
保持した後の残留カーボン量である。液体フェノール樹
脂には残留カーボン量の多いものも、少ないものもある
が、一般には耐火物用としては、カーボン結合を最終目
的としているので、残留カーボン量の多いものが好まれ
る。しかし、本発明の焼付材では、前記したように、む
しろ残留カーボン量の少ない液体フェノール樹脂を用い
た方が好都合であり、また、液体樹脂量は、材料全体の
流動性や、粒の分離・沈降に影響を与えるので、液体フ
ェノール樹脂中の残留カーボン量が5〜20%のものを焼
付材全体の10〜20%混合する方法が使いやすい。フェノ
ール樹脂には、レゾールタイプとノボラックタイプとが
あるが、経時変化の点でノボラックタイプの方が好まし
い。
【0012】本発明に用いる焼結剤は、金属シリコン粉
と金属アルミニウム粉との混合物であって、両者の比が
1:3〜3:1の範囲になければならない。
【0013】焼結剤としては、一般には、粘土や珪酸
塩、燐酸塩等の無機材料の微粉が用いられることが多い
が、これらは高温では低融点化合物を生成しやすく、好
ましくない。また、珪酸塩や燐酸塩の場合、保管中に液
体フェノール樹脂と反応を生じ、経時変化することがあ
る。そこで、種々の焼結剤を検討したところ、金属シリ
コン粉と金属アルミニウム粉との混合粉が最適であるこ
とを見出した。両金属とも常温では液体フェノール樹脂
と反応しないので、経時変化については問題ない。金属
アルミニウムは、融点が660℃であり、一次結合剤とし
て働いている、フェノール樹脂起因の結合強度が下がり
始めるとほぼ同時に溶融し、耐火骨材間を埋め、さらに
加熱されることにより、徐々に酸化され、Al2O3を形成
する。このAl2O3は更に1200℃以上の高温域では、耐火
材料と徐々に焼結反応を生じ、強固な結合組織を形成す
る。しかしながら、金属アルミニウム単味で使用した場
合には、一つの欠点が見出された。すなわち、耐火材料
の種類によって、焼結反応時の線変化が膨張性となった
り収縮性となるため、膨張する場合には組織がポーラス
となり、収縮の場合には緻密化するが、同時に施工体全
体も収縮してしまうことが判明したのである。そこで、
金属アルミニウムに金属シリコンを混合することで、こ
の問題を解決することが可能となった。金属シリコンの
融点は1400℃以上と高く、前記のような金属アルミニウ
ムの挙動を全く阻害しないが、1200℃以上の高温下では
徐々に酸化されSiO2を形成するとともに、耐火材料およ
び金属アルミニウムの酸化によるAl2O3と反応し、前記
のような金属アルミニウム単独添加による弊害を実用上
問題ない程度に抑制することが可能となった。両金属の
比率が1:3〜3:1の範囲外では、後述する表1より
も明らかなように、上記のような効果を見出すことが出
来ない。以上のことから、本発明では、焼結剤として金
属シリコン粉と金属アルミニウム粉とからなり、両者の
比が1:3〜3:1の範囲となるものを用いる。なお、
焼結剤として用いる金属シリコンと金属アルミニウムと
の混合粉の耐火材料中の混合量は、耐火材料の種類にも
よるが、およそ2%〜10%が適当である。2%未満では十
分な焼結効果が得難く、一方、10%を超えて添加しても
焼結効果の向上はあまり顕著ではないので不経済であ
る。通常3〜8%が最も効果的である。金属シリコン粉お
よび金属アルミニウム粉の粒度は、反応性を考慮すると
200メッシュ以下の粒度がよい。
【0014】以上のような本発明の焼付補修材は、耐火
材料と液体フェノール樹脂と焼結剤とを、混合混練した
スラリー状を呈する材料であり、この混練物をフレコン
バッグ等の可燃性バッグで梱包し、窯炉の補修にあたっ
ては、この可燃性梱包のまま、高温の炉内に投入する。
炉の保有熱により投入初期は、フェノール樹脂の硬化も
しくは炭化によって、一次的な接着強度および施工体の
強度を保持する。さらに、加熱されることにより、樹脂
の分解、残留カーボンの酸化が生じるため、一時的に強
度の低下傾向を示すが、焼付材中の焼結剤の働きによ
り、焼結強度が与えられ、高強度の補修施工体が得られ
る。
【0015】そして特に、本発明の焼付材は、窯炉内面
温度が800℃以上でそれを炉内に投入し、かつ炉内雰囲
気温度が800℃以上で1時間以上保持することにより補
修を行うことで、より大きな効果を得ることが出来る。
すなわち、本発明の焼付材は、従来のようなカーボン結
合組織を保つものではないので、前記したようにフェノ
ール樹脂は一次結合強度を与えた後は、酸化・消失する
ことが好ましい。そして、同時に焼結剤として添加した
金属粉の作用による結合力を得なければならない。従っ
て、フェノール樹脂の酸化・消失、金属アルミニウムの
溶融・酸化を促進するために、補修時および補修直後の
窯炉内温度をある程度高温に保つことで、より良好な補
修効果を与えることができる。種々試験を行った結果、
補修およびその直後の炉内温度が800℃未満であると、
結果的に焼付補修材の耐用性向上が大きくなく、800℃
以上で耐用性向上が認められ、補修効果が大きくなる。
温度の上限は特に無く、高温のほうが好ましいが、実用
上は加熱コスト等を考慮すると1300℃程度迄である。ま
た、補修直後、800℃以上に保つ時間については、1時
間未満では、温度が低い場合と同様、焼付補修材の耐用
性向上が大きくなく、1時間以上で耐用性向上の効果が
大きく認められた。なお、この800℃以上での保持時間
は、長ければ長いほどよいが、実際には実炉の操業スケ
ジュールにより決定されることになる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例について説明す
る。
【0017】まず、耐火材料として、MgO含有量98%の
マグネシアクリンカーを用い、フェノール樹脂として、
残留カーボン量の異なる数種のノボラック型液体フェノ
ール樹脂を、また、焼結剤として、金属シリコン、金属
アルミニウム共200メッシュ以下の粒度としたものを、
それぞれ原料として、表1に示すような配合で実験を行
った。1000℃に加熱したマグネシア−クロムれんが面
に、各焼付材を焼き付けて接着させ、これを1200℃で8
時間加熱した後の、れんが−焼付材面状態を観察した結
果を同表中「マグ−クロれんがとの反応」として示す。
また、この時の接着強度を剪断力として測定した結果も
同表に示す。なお、実際に用いたマグネシア−クロムれ
んがの化学成分は、MgO=50%、Cr2O3=35%、Fe2O3=7
%、Al2O3=5%である。表1から明らかなように、本実
施例1〜5はいずれもれんがと焼結を示しており、500〜7
00kg/cm2の接着力を示すが、比較例1および2は、焼付
材中の残留カーボン量が多く、れんがの金属酸化物を還
元し、金属を析出しており、れんが表面部は脆化してい
る。また、接着力も弱い。
【0018】
【表1】
【0019】次に、上記の焼付材を用いて実炉での耐用
性を計測した。
【0020】表2は、実炉での試用結果を示したもので
ある。実施例6〜8は、表1中の実施例4の焼付材を用
いたものであり、比較例3、4は、表1中の比較例の焼
付材を、比較例5は表1中の比較例1の焼付材を用いた
ものである。炉はマグ−クロれんがを主体にライニング
されている精錬炉である。本発明の範囲と比較して、補
修時の炉内温度が低いか、保持温度が低いか、もしくは
保持時間が短い場合には、十分な耐用性が得られない
が、本実施例のように、補修時の炉内温度および保持温
度が800℃以上であり、保持時間が1時間以上である
と、耐用性が大幅に向上しているのがわかる。
【0021】
【表2】
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る焼付
補修材によれば、高温下において、窯炉の内張り耐火物
中の金属酸化物や、スラグ中の鉄酸化物を還元すること
がないため、接着強度の低下を防ぐことができ、かつ、
緻密な組織の施工体を形成し、高温下でも耐火度の低下
を防げるものとなる。さらに、この焼付補修材を用いた
本発明法によれば、上記効果がより良好な形で得られる
ものとなる。
フロントページの続き (72)発明者 西 正明 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 山村 隆 岡山県岡山市四御神700−121 (72)発明者 中村 良介 岡山県備前市伊部1931 (72)発明者 竹下 安生 広島県福山市春日町能島206−6

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐火材料と、フェノール樹脂と、焼結剤
    とからなる焼付補修材において、1000℃、かつ無酸化条
    件下で3時間保持した後の残留カーボン量が0.5〜2.5%
    となるように、前記フェノール樹脂を添加するととも
    に、前記焼結剤として、金属シリコン粉と金属アルミニ
    ウム粉とからなり、両者の比が1:3〜3:1の範囲と
    なるものを添加することを特徴とする焼付補修材。
  2. 【請求項2】 前項記載の焼付補強材を、窯炉内面温度
    が800℃以上で炉内に投入し、かつ炉内雰囲気温度が800
    ℃以上で1時間以上保持することにより補修を行うこと
    を特徴とする請求項1の焼付補修材を用いた窯炉焼付補
    修方法。
JP3303878A 1991-10-24 1991-10-24 焼付補修材および焼付補修材を用いた窯炉焼付補修方法 Expired - Lifetime JP2556786B2 (ja)

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JP5249909B2 (ja) * 2009-11-12 2013-07-31 黒崎播磨株式会社 焼付け補修材
JP5276620B2 (ja) * 2010-03-30 2013-08-28 黒崎播磨株式会社 焼付け補修材
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