JP2599870B2 - 不定形耐火組成物 - Google Patents

不定形耐火組成物

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利彦 金重
昌徳 小形
伸彦 今井
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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、高炉樋、混銑車や溶銑
鍋等の溶銑輸送容器、溶鋼取鍋、RH等の真空脱ガス装
置、VODやAOD等の溶鋼処理容器及び取鍋やタンデ
ィシュのマスブロック等に使用される耐食性及び耐スポ
ーリング性に優れた不定形耐火組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】高炉樋、混銑車や溶銑鍋等の溶銑輸送容
器、溶鋼取鍋、RH等の真空脱ガス装置、VODやAO
D等の溶鋼処理容器の内張り及び取鍋やタンディシュの
マスブロックとしてハイアルミナ質、マグネシア質、ア
ルミナとマグネシアとを組み合わせることによるスピネ
ル生成を利用したアルミナ・マグネシア質あるいはマグ
ネシア・アルミナ質、酸化クロムを添加したアルミナ・
クロム質等の不定形耐火組成物が使用されている。これ
らの不定形耐火物の損傷は、溶銑、溶鋼あるいはスラグ
による溶損、スラグの浸透による構造的スポーリング及
び熱的スポーリングであり、さらなる改善が必要であ
る。
【0003】スラグの浸透を防止するため、炭素等を配
合した不定形耐火物の適用も試みられたが、炭素の酸化
及び耐火物組織の脆化により溶損量が増加する欠点があ
り、耐用性向上には至っていない。また、耐食性向上及
びスラグの浸透を防止した不定形耐火物として、MgO
−Al23系スピネル及びマグネシアをアルミナと組み
合わせたアルミナ・スピネル系材質やアルミナ・スピネ
ル・マグネシア系材質及びアルミナとスピネルよりなる
不定形耐火物にジルコニアを添加したアルミナ・スピネ
ル・ジルコニア系材質がそれぞれ特開昭55−23004号公
報、特開昭59−128271号公報、特開昭60−60985号公
報、特開昭64−87577号公報及び特開平4−104965号公
報に提案されている。
【0004】更に詳しくは、特開昭55−23004号公報に
は、MgO:Al23モル比が1:1の理論組成のスピ
ネルクリンカー10〜85重量%、アルミナ5〜30重
量%、ハイアルミナセメント10〜25重量%よりなる
材質が、特開昭59−128271号公報には、MgO:Al2
3モル比が理論組成に近い0.8:1.2〜1.1:0.
9のスピネルを50〜95重量%と残部がアルミナを主
成分とする材質が、特開昭60−60985号公報には、理論
組成のスピネルクリンカーを少なくとも60重量部、ア
ルミナクリンカーを10〜35重量部、アルミナセメン
ト3重量部ないし10重量部未満からなる材質が、特開
昭64−87577号公報には、MgO:Al23モル比が理
論組成に近い0.7:1.3〜1.3:0.7のスピネルク
リンカー5〜40重量%、アルミナクリンカー50〜9
0重量%、アルミナセメント3〜25重量%よりなるス
ラグの浸透が抑制される材質が記載されている。また、
特開平4−104965号公報には、アルミナクリンカーとス
ピネルクリンカーからなる耐火骨材に結合材としてアル
ミナセメントを配合してなる不定形耐火物にジルコニア
微粉あるいはジルコン微粉を添加してなる材質が記載さ
れている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の不定形耐火物は、高温・高熱雰囲気下で溶融金属ある
いはスラグに接触する高炉樋、混銑車、溶銑鍋や取鍋、
あるいはRH炉、VODやAOD等の2次精錬炉及びマ
スブロックに使用した場合耐用性が充分とは言えず、更
に高耐食性を有する不定形耐火物の提供が強く望まれて
いる。
【0006】従って、本発明の目的は高耐食性を有する
不定形耐火組成物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
不定形耐火物の高耐食性化を図ることにより、耐用性に
優れる不定形耐火組成物の研究を日々重ねた結果、スピ
ネルのスラグ浸透抑制効果とジルコニアの高耐熱性及び
スラグに対する高化学的抵抗性の優れた特性を合わせも
つスピネルクリンカーとして、ジルコニアを含有するM
gO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカーを使用
することにより、図1及び図2に示すように前述した従
来からのMgO−Al23系スピネルクリンカーやマグ
ネシアクリンカーや酸化クロム等とアルミナクリンカー
と組み合わせた不定形耐火物あるいは図3に示すように
アルミナクリンカーとスピネルクリンカーとよりなる不
定形耐火物にジルコニア微粉あるいはジルコン微粉を添
加した材質に比べて耐食性が格段に向上し、実炉におけ
る耐用性が飛躍的向上する不定形耐火組成物が得られる
ことが分かり、本発明を完成するに至ったものである。
【0008】即ち、本発明の第1の発明に係る不定形耐
火組成物は、ジルコニアを1重量%以上含有してなるM
gO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー80〜
98重量%及びアルミナセメント2〜20重量%を含有
してなることを特徴とする。
【0009】更に、本発明の第2の発明に係る不定形耐
火組成物は、ジルコニアを1重量%以上含有してなるM
gO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー5〜9
7重量%、アルミナセメント2〜20重量%及び残部が
ジルコニア、マグネシア、スピネル及びアルミナよりな
る群から選択された少なくとも1種の原料よりなること
を特徴とする。
【0010】また、本発明の第3の発明に係る不定形耐
火組成物は、ジルコニアを1重量%以上含有してなるM
gO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー80〜
98重量%及びアルミナセメント2〜20重量%、更に
破砕粒を外掛で10〜50重量%含有してなることを特
徴とする。
【0011】更に、本発明の第4の発明に係る不定形耐
火組成物は、ジルコニアを1重量%以上含有してなるM
gO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー5〜9
7重量%、アルミナセメント2〜20重量%及び残部が
ジルコニア、マグネシア、スピネル及びアルミナよりな
る群から選択された少なくとも1種の原料よりなり、更
に破砕粒を外掛で10〜50重量%含有してなることを
特徴とする。
【0012】
【作用】本発明の不定形耐火組成物に使用するMgO−
Al23−ZrO2系スピネルクリンカー(以下、ジルコ
ニア含有スピネルクリンカーと記載する)は、ロータリ
ーキルンやトンネルキルン及びシャフトキルン等の一般
的な焼成設備あるいは電気炉等の溶融設備にて合成され
た焼結品、電融品のいずれでもよく、また、それらを併
用してもよい。ジルコニア含有スピネルクリンカーを構
成する化学成分は、MgOが1〜40重量%、ZrO2
が1重量%以上、ZrO2とAl23の合計量が60〜
99重量%の化学組成よりなり、未安定化もしくは部分
安定化ジルコニア結晶を含有したMgO−Al23系ス
ピネル及びコランダム、または少量のペリクレース結晶
を含むジルコニアを含有するMgO−Al23系スピネ
ルクリンカーであればよい。ここで、MgOの上限を4
0重量%としたのは、MgO−Al23系スピネルの理
論組成がMgO:Al23重量比=28.3:71.7で
あり、MgOが28.3重量%を超える場合には、Mg
Oはペリクレース結晶として析出する。多量のペリクレ
ース含有は不定形耐火物として使用する場合、水和反応
による消化の問題を発生するために好ましくない。ま
た、1重量%未満のZrO2含有量では耐食性向上効果
が少ないために好ましくない。
【0013】本発明において、ジルコニア含有スピネル
クリンカーの添加・配合量は5〜98重量%である。即
ち、5重量%未満では、ジルコニア含有スピネルクリン
カーを使用することによる耐食性向上効果は少なく、9
8重量%を超えると結合剤であるアルミナセメントの添
加量が少なくなるため強度低下を起こす。なお、アルミ
ナ原料等を添加しない場合(第1発明)のジルコニア含有
スピネルクリンカーの添加量は後述するアルミナセメン
トの添加量との関係から80〜98重量%の範囲が好ま
しく、また、アルミナ原料等を添加する場合(第2発明)
には5〜97重量%の範囲が好ましい。
【0014】次に、第2発明においては、ジルコニア、
マグネシア、スピネル及びアルミナからなる群から選択
された1種または2種以上の原料を併用する。ジルコニ
ア原料としては天然に産するバッディライトや焼成ある
いは電融により合成したジルコニア原料の1種以上が使
用できる。マグネシア原料としては、天然マグネシア原
料や海水マグネシア原料や電融マグネシア原料等のうち
1種以上が使用できる。更に、スピネル原料としては、
MgO−Al23、MgO−Cr23系のスピネル型結
晶構造を有する各種の組成のスピネル原料のうちの1種
以上が使用できる。また、アルミナ原料としては焼結ア
ルミナ、電融アルミナ、ボーキサイト、バン土頁岩等の
うちの1種以上が使用できる。しかし、SiO2成分の
増加は低融点物質の生成原因となるため、焼結アルミ
ナ、電融アルミナの使用が好ましい。ボーキサイト、バ
ン土頁岩等については含有するSiO2成分の問題から
微粒(0.3〜10mm)以上での使用が好ましい。な
お、これらの原料の添加量については93重量%以下で
ある。添加量が93重量%を超えるとジルコニア含有ス
ピネルクリンカーの添加量及びアルミナセメント添加量
が不足し、耐食性あるいは耐スラグ浸透性の低下及び強
度低下の問題が起こる。
【0015】アルミナセメントは、従来より一般的に耐
火物の結合剤として使用されているものである。添加量
としては2〜20重量%である。即ち、2重量%未満で
は強度が不充分であり、結合剤としての効果がなく、2
0重量%を超えるとCaO−MgO−Al23系の低融
点物質の生成量が増加し、耐食性が低下する。
【0016】また、本発明のジルコニア含有スピネルク
リンカーを使用する不定形耐火組成物には、亀裂の伸長
を抑制することにより耐熱的スポーリング性を向上する
目的で、耐火度がSK37以上で、粒度が10〜50m
mの破砕粒を前記不定形耐火組成物に対して外掛で10
〜50重量%添加することができる。破砕粒としては1
0〜50mmに破砕した電融アルミナ、焼結アルミナ、
バン土頁岩等のアルミナ原料、電融マグネシア、焼結マ
グネシア等のマグネシア原料、電融スピネル、焼結スピ
ネル等のスピネル原料、ハイアルミナれんが、マグネシ
アれんが、スピネルれんが、マグネシア・クロムれんが
等の酸化物系れんが破砕粒及びアルミナ・カーボンれん
が、マグネシア・カーボンれんが、スピネル・カーボン
れんが等のカーボン含有れんが破砕粒のうちの1種以上
が使用できる。亀裂の伸長を抑制し、耐熱的スポーリン
グ性を向上させるためには、球状粒よりも比表面積が大
きい破砕粒の使用が好ましい。また、耐火度がSK37
未満の破砕粒を使用すると耐食性が低下するために好ま
しくない。添加量が不定形耐火組成物に対して10重量
%未満では、添加による耐スポーリング性の向上効果が
不充分であり、50重量%を超えると添加水分量の増加
等により良好な施工体が得られない。
【0017】更に、本発明のジルコニア含有スピネルク
リンカーを使用した不定形耐火組成物には、本発明の効
果を阻害しない範囲で、有機繊維、Al等の金属粉末、
スチール及びステンレスファイバー、硬化調整剤等のう
ち1種以上を添加してもよい。
【0018】なお、本発明に係るジルコニア含有スピネ
ルクリンカーを使用する不定形耐火組成物の施工方法と
しては、流し込み施工、吹付施工、ラミング施工等が使
用でき、プレキャストブロック等によるブロックライニ
ング用材質としても使用できる。
【0019】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明のジルコニア含
有スピネルクリンカーを使用する不定形耐火組成物を更
に説明する。 実施例 表1には、実施例及び比較例に使用した原料の化学組成
を、表2には、実施例、比較例の配合及びそれらの試験
結果を、表3には実炉における適用結果を示す。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】表2において、各試料はいずれも適量の水
分を添加して混練した後、金枠内に振動流し込み成形
し、105℃で24時間乾燥後、以下に示す各試験に供
した。
【0023】
【表3】
【0024】
【発明の効果】本発明の第1ないし第4発明に係る不定
形耐火組成物は、ジルコニア含有スピネルクリンカーの
活用により、スピネルのスラグ浸透抑制効果とジルコニ
アの高化学的抵抗性効果を合わせもつ耐食性に優れる不
定形耐火組成物であり、従来からの不定形耐火物に比較
して格段の高耐食性化が図れ、マグネシア・カーボンれ
んがやマグネシア・クロムれんがに匹敵する耐食性を有
する材質である。
【0025】以上のように本発明のジルコニア含有スピ
ネルクリンカーを使用する不定形耐火組成物は、最近の
苛酷な溶銑、溶鋼処理用容器において優れた耐用性を示
すと同時に、従来不定形化が遅れていた取鍋スラグライ
ン部やRH、VOD等の精錬用容器内張り用としても充
分なる耐用性を示す材質であり、不定形化による施工の
省力化及び耐火物の原単位低減に優れた効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルミナセメントを12重量%使用したアルミ
ナ質流し込み材へ、ジルコニアを20重量%含有するM
gO:Al23モル比が1:1のジルコニア含有スピネ
ルクリンカーの配合割合及びMgO:Al23モル比が
1:1の従来からのMgO−Al23系スピネルクリン
カーの配合割合と溶損深さとの関係を示すグラフであ
る。
【図2】アルミナセメントを12重量%使用したアルミ
ナ質流し込み材へ、ジルコニアを20重量%含有するM
gO:Al23モル比が1:1のジルコニア含有スピネ
ルクリンカーの配合割合及びMgO:Al23モル比が
1:1の従来のMgO−Al23系スピネルクリンカー
の配合割合とスラグ浸透強さとの関係を示すグラフであ
る。
【図3】アルミナセメントを12重量%使用したアルミ
ナ・スピネル質流し込み材へのジルコニア超微粉添加量
と溶損深さ及びスラグ浸透深さとの関係を示すグラフで
ある。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジルコニアを1重量%以上含有してなる
    MgO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー80
    〜98重量%及びアルミナセメント2〜20重量%を含
    有してなることを特徴とする不定形耐火組成物。
  2. 【請求項2】 ジルコニアを1重量%以上含有してなる
    MgO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー5〜
    97重量%、アルミナセメント2〜20重量%及び残部
    がジルコニア、マグネシア、スピネル及びアルミナより
    なる群から選択された少なくとも1種の原料よりなるこ
    とを特徴とする不定形耐火組成物。
  3. 【請求項3】 ジルコニアを1重量%以上含有してなる
    MgO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー80
    〜98重量%及びアルミナセメント2〜20重量%、更
    に破砕粒を外掛で10〜50重量%含有してなることを
    特徴とする不定形耐火組成物。
  4. 【請求項4】 ジルコニアを1重量%以上含有してなる
    MgO−Al23−ZrO2系スピネルクリンカー5〜
    97重量%、アルミナセメント2〜20重量%及び残部
    がジルコニア、マグネシア、スピネル及びアルミナより
    なる群から選択された少なくとも1種の原料よりなり、
    更に破砕粒を外掛で10〜50重量%含有してなること
    を特徴とする不定形耐火組成物。
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