JP3005963B2

JP3005963B2 - アルミナ質不定形耐火物

Info

Publication number: JP3005963B2
Application number: JP3325254A
Authority: JP
Inventors: 一磨西内; 宗範内田
Original assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd; NGK Adrec Co Ltd
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 2000-02-07
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JPH0624852A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば金属溶湯を保持
するための誘導炉の内張り炉材として用いられるアルミ
ナ質不定形耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば金属，合金を溶融するためのるつ
ぼ型誘導炉は、図１に示すように構成されている。即
ち、例えば円筒容器状をなす外枠１を囲むように加熱コ
イル２が配設され、その外枠１の内部に例えば鉄製のフ
ォーマー３が配置され、このフォーマー３と外枠１との
間に耐火ライニング４が設けられる。前記フォーマー３
は、一次焼結後に取外され、あるいは使用時にインゴッ
ト５と共に溶融されるようになっており、これにて、耐
火ライニング４が誘導炉の内張りとされるようになって
いる。

【０００３】而して、前記耐火ライニング４は不定形耐
火物をつき固めて構成されるのであるが、この種の不定
形耐火物の材質としては、従来より金属溶湯に対して耐
食性の良いアルミナ質不定形耐火物が用いられていた。
このものは、例えばアルミナ成分が９５重量％、シリカ
成分が３重量％という成分組成とされていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な耐火ライニング４等に用いられる不定形耐火物には、
施工性に優れ、また内壁部分の自重を支えるため比較的
低温で焼結して強度が発現し、しかも金属溶湯や溶湯中
のスラグに対する耐食性に優れるといった特性を有する
ものが望まれる。

【０００５】そのうち、施工性の点については従来より
不定形耐火物の粒度調整などによって比較的容易に優れ
たものが得られていたが、強度及び耐食性の点について
は、その双方を十分に満足するものが従来では得られて
いなかった。

【０００６】即ち、上述した従来のアルミナ質不定形耐
火物では、強度を向上させるために、高純度シリカを配
合するようにしていたが、この高純度シリカは、鉄等の
金属と容易に反応するため、耐火ライニング４へのスラ
グの付着が増大したり、耐火ライニング４内部への浸蝕
が大きくなり、その分耐食性に劣ったものとなってしま
っていた。また、高純度シリカに代えてホウ酸や水晶
石，ホウフッ化カリウム等を用いたものでも、同様に耐
食性を悪化させることになっていた。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、高い強度が得られ且つ耐食性にも優れ
たアルミナ質不定形耐火物を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のアルミナ質不定
形耐火物は、電融アルミナ及び仮焼アルミナから構成さ
れ、このうち仮焼アルミナが全体の７〜１５重量％含ま
れる成分組成とされていると共に、不純物の含有量が全
体の２重量％以下とされているところに特徴を有する。

【０００９】

【作用】高アルミナ質不定形耐火物は金属溶湯に対する
耐食性に優れる特性を有する反面、誘導炉の内張り炉材
としての強度が不足することになるため、従来では、高
純度シリカやホウ酸などを添加して強度向上を図ること
が行われていた。ところが、このような高純度シリカや
ホウ酸の添加が、今度は耐食性を悪化させることになっ
てしまっていた。

【００１０】本発明者は、高アルミナ質不定形耐火物に
あって、いかにして高純度シリカなどのいわば不純物の
添加を行わずに必要な強度を維持するかという点に関
し、種々の実験，研究を重ねた結果、全体を電融アルミ
ナ及び仮焼アルミナから構成したものであっても、比較
的低温で焼結する仮焼アルミナを全体の７〜１５重量％
の配合とすることにより、使用に耐え得る強度を得るこ
とができることを知見し、本発明を完成させたのであ
る。

【００１１】即ち、耐食性低下の要因となる不純物を２
重量％以下に抑え、９８重量％以上を電融アルミナ及び
仮焼アルミナから構成したので、金属溶湯が浸透しにく
く耐食性に優れる。また、そのうち、全体の８３〜９３
重量％を占める電融アルミナにより、十分な耐火度を得
ることができる。

【００１２】そして、仮焼アルミナを全体の７〜１５重
量％の成分組成としたことにより、比較的低温で焼結さ
れ、誘導炉の内張り炉材として自重を支えるために最低
限必要な強度が発現するようになるのである。この場
合、仮焼アルミナ中には、易焼結性を呈する粒径１０μ
ｍ以下の微粉が、全体の３重量％以上含まれることが望
ましい。

【００１３】尚、一般に、アルミナ原料には、少なくと
も０．４重量％程度の不純物は原料粒子自体に含まれて
いるため、不純物を完全に０％（アルミナを１００％）
とすることは実質的には有り得ない。本発明にいう不純
物とは、外配されるものの他この原料粒子自体に含まれ
る不純物も含めたものをいう。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実
施例のアルミナ質不定形耐火物は、例えば図１に示すよ
うに、金属溶融用のるつぼ型誘導炉の内張り炉材（耐火
ライニング４）に用いられる。従来の技術の項でも述べ
たように、このるつぼ型誘導炉は、例えば円筒容器状を
なす外枠１を囲むように加熱コイル２が配設され、その
外枠１の内部に例えば鉄製のフォーマー３が配置され、
このフォーマー３と外枠１との間に、実施例のアルミナ
質不定形耐火物がつき固められて耐火ライニング４が構
成されている。前記フォーマー３は、一次焼結後に取外
され、あるいは使用時にインゴット５と共に溶融される
ようになっている。

【００１５】実施例のアルミナ質不定形耐火物は、特許
請求の範囲に記載された通りの、電融アルミナ及び仮焼
アルミナから構成され、そのうち仮焼アルミナが全体の
７〜１５重量％含まれる成分組成とされていると共に、
不純物の含有量が全体の２重量％以下とされたものであ
る。

【００１６】具体的には、後に掲示する表１にも示すよ
うに、アルミナが９８重量％、そのうち電融アルミナが
全体の８８重量％、仮焼アルミナが全体の１０重量％の
配分とされている。この場合、原料としてはアルミナ原
料が１００％で、シリカ等のその他の材料を別途に添加
していないものである。従って、残りの２重量％は、ア
ルミナ原料自体に元来含まれている不純物である。ま
た、前記仮焼アルミナ中には、粒径１０μｍ以下の微粉
が全体の３重量％含まれている。

【００１７】尚、周知の通り、電融アルミナとは、電気
炉で溶融されたアルミナを、冷却凝固後、粉砕，整粒し
て得られたものである。また、仮焼アルミナとは、ボー
キサイトからバイヤー法により製造されたものである。
この製法の相違により、電融アルミナは融点が高く耐火
度に優れ、仮焼アルミナは比較的低温で焼結されるとい
う特長を有する。

【００１８】これに対し、比較例１及び比較例２は、従
来より供されている代表的なアルミナ質不定形耐火物で
あり、特許請求の範囲から逸脱した成分組成を有してい
る。具体的には、比較例１は、アルミナ成分が全体の９
５重量％、そのうち電融アルミナが全体の８８重量％、
仮焼アルミナが全体の７重量％の配分とされ、その他
に、強度向上のために高純度シリカが３重量％添加され
ている。また、比較例２は、アルミナ成分が全体の８７
重量％、そのうち電融アルミナが全体の８４重量％、仮
焼アルミナが全体の３重量％の配分とされ、その他に高
純度シリカが４重量％及び炭化珪素が５重量％添加され
ている。

【００１９】さて、これらのうち、実施例及び比較例１
についての物性を調べ、その代表値を成分組成と共に次
の表１に示す。

【００２０】

【表１】この表１に示す物性のうち、ここで重要となるのは、１
２９０℃における圧縮強度であり、構造体として自重を
支えるためには、最低１００Ｋｇ／ｃｍ2 以上の値が必
要となる。強度向上のために高純度シリカを添加した比
較例１はもとより、高純度シリカを全く添加していない
実施例の不定形耐火物にあっても、この基準をクリア
し、十分使用に耐え得る強度を得ることができたのであ
る。

【００２１】これは、仮焼アルミナを全体の１０重量％
の成分組成とすると共に、その仮焼アルミナ中に、易焼
結性を呈する粒径１０μｍ以下の微粉を全体の３重量％
含ませたことにより、比較的低温で焼結されて強度を発
現させることができたからであると考えられる。また、
この場合、仮焼アルミナの配合量は、全体の７〜１５重
量％が適量であると考えられる。

【００２２】次に、上記した成分組成の実施例並びに比
較例１及び２を、誘導炉の耐火ライニング４に使用した
場合の、耐食性を調べるための試験を行った。

【００２３】まず、試験条件について簡単に述べる。図
２に示すように、試験に用いた３種類の炉体６の築炉方
法としては、＃１０の黒鉛るつぼ７内に、実施例並びに
比較例１及び２の不定形耐火物を図示の寸法で施工し耐
火ライニング８を形成した（図２ではフォーマーを省略
している）。

【００２４】そして、フォーマーを配置したままで、こ
の炉体６を電気炉内に収容し、７５０℃×２時間の一次
焼結を行い、終了後フォーマーを取外した。

【００２５】溶融金属としてはこの場合ベリリウム銅
（Ｂｅ−Ｃｕ）２５合金のスクラップを使用し、炉体６
内に約１．５Ｋｇのスクラップを投入し、これを電気炉
内に収容して１３００℃（比較例１及び２については１
２００℃）まで加熱して金属を溶解させた。金属の溶解
後、さらに電気炉内を１３００℃（あるいは１２００
℃）で２時間保持し、この後、炉体６をを電気炉内から
取出して、溶融金属を排出した。このサイクルを６回繰
返して行った。

【００２６】以上の処理を行った後、各炉体６の耐火ラ
イニング８について、内壁部から５ｍｍの位置にて断面
をとり、この断面をＳ．Ｅ．Ｍ写真に撮影すると共に、
この断面部分における各元素についてのＥ．Ｐ．Ｍ．Ａ
分析を行った。この結果を、図３乃至図１８に示す。

【００２７】即ち、図３乃至図５は、実施例（アルミナ
９８％）の不定形耐火物による耐火ライニング８につい
ての試験結果を示す写真、図６乃至図８は比較例１（ア
ルミナ９５％）の不定形耐火物による耐火ライニング８
についての試験結果を示す写真、図９乃至図１３は比較
例２（アルミナ８７％）の不定形耐火物による耐火ライ
ニング８についての試験結果を示す写真である。尚、図
１４乃至図１８は、比較例２の耐火ライニング８につい
て、内壁部から５ｍｍの位置ではなく、外壁側の未変色
部の断面についての結果を参考までに示す写真である。

【００２８】これら写真のうち、図３，図６，図９及び
図１４に示すものは、夫々断面のＳ．Ｅ．Ｍ写真であ
る。そして、その他の写真は、全てＥ．Ｐ．Ｍ．Ａ分析
の結果を示すもので、該当する元素が存在している位置
が白い点で現われるようになっている。ここで、図４，
図７，図１０及び図１５は夫々銅元素についてのもの、
図５，図８，図１１及び図１６は夫々アルミニウム元素
についてのものである。さらに、比較例２に関しては、
図１２及び図１７に珪素元素、図１３及び図１８に酸素
元素についての分析結果も示している。

【００２９】この結果から明らかなように、図７及び図
１０に示す比較例１及び２のものでは、耐火ライニング
８の内部に溶融金属（銅）が浸蝕しているのに対し、図
４に示す実施例のものでは、銅の浸蝕が全くないことが
理解できる。また、図１０，図１２及び図１３から明ら
かなように、比較例２のものでは、銅と珪素とが略同じ
位置に現われている。このことは、珪素成分が含まれる
ことにより、溶融金属（銅）がシリカと反応して、化合
物を生成していることを示すものである。

【００３０】従って、従来供されていたアルミナ質不定
形耐火物では、強度向上のために添加されていた高純度
シリカ等が、耐食性を悪化させる要因となっており、こ
れに対し、不純物を２重量％に抑え、９８重量％を電融
アルミナ及び仮焼アルミナから構成した実施例の不定形
耐火物では、金属溶湯が浸透しにくく耐食性に極めて優
れるものである。この場合、不純物を全体の２重量％以
下とすることが、耐食性向上に必要であると考えられ
る。

【００３１】このように本実施例によれば、仮焼アルミ
ナの配合量を全体の７〜１５重量％としたことにより、
必要とする強度を十分に得ることができ、且つ、不純物
を全体の２重量％以下としたことにより、耐食性にも優
れたアルミナ質不定形耐火物を得ることができたのであ
る。この結果、耐火ライニング４の寿命延長を図ること
が可能となる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明にて明らかなように、本発明
のアルミナ質不定形耐火物によれば、電融アルミナ及び
仮焼アルミナから構成され、このうち仮焼アルミナが全
体の７〜１５重量％含まれる成分組成とされていると共
に、不純物の含有量が全体の２重量％以下とされている
ので、高い強度が得られ且つ耐食性にも優れるという実
用上極めて優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示するるつぼ型誘導炉の縦
断正面図

【図２】耐食性の試験のための炉体を部分的に示す縦断
面図

【図３】実施例の不定形耐火物に係る耐火ライニングの
耐食性試験後の断面の結晶構造を表す写真

【図４】実施例の不定形耐火物に係る耐火ライニングの
耐食性試験後の断面のＥ．Ｐ．Ｍ．Ａ分析による銅元素
に関してのセラミック材料の組織を表す写真

【図５】実施例の不定形耐火物に係る耐火ライニングの
耐食性試験後の断面のＥ．Ｐ．Ｍ．Ａ分析によるアルミ
ニウム元素に関してのセラミック材料の組織を表す写真

【図６】比較例１の不定形耐火物に係る図３相当写真

【図７】比較例１の不定形耐火物に係る図４相当写真

【図８】比較例１の不定形耐火物に係る図５相当写真

【図９】比較例２の不定形耐火物に係る図３相当写真

【図１０】比較例２の不定形耐火物に係る図４相当写真

【図１１】比較例２の不定形耐火物に係る図５相当写真

【図１２】比較例２の不定形耐火物に係る耐火ライニン
グの耐食性試験後の断面のＥ．Ｐ．Ｍ．Ａ分析による珪
素元素に関してのセラミック材料の組織を表す写真

【図１３】比較例２の不定形耐火物に係る耐火ライニン
グの耐食性試験後の断面のＥ．Ｐ．Ｍ．Ａ分析による酸
素元素に関してのセラミック材料の組織を表す写真

【図１４】比較例２の不定形耐火物の未変色部に係る図
９相当写真

【図１５】比較例２の不定形耐火物の未変色部に係る図
１０相当写真

【図１６】比較例２の不定形耐火物の未変色部に係る図
１１相当写真

【図１７】比較例２の不定形耐火物の未変色部に係る図
１２相当写真

【図１８】比較例２の不定形耐火物の未変色部に係る図
１３相当写真

【符号の説明】

図面中、１は外枠、２は加熱コイル、３はフォーマー、
４は耐火ライニング、６は炉体、７は黒鉛るつぼ、８は
耐火ライニングを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/66

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電融アルミナ及び仮焼アルミナから構成
され、このうち仮焼アルミナが全体の７〜１５重量％含
まれる成分組成とされていると共に、不純物の含有量が
全体の２重量％以下とされていることを特徴とするアル
ミナ質不定形耐火物。