JP3014531B2 - 流し込み用不定形耐火物 - Google Patents

流し込み用不定形耐火物

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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、耐用性に優れた流し込
み用不定形耐火物に関する。
【0002】
【従来の技術】取鍋、真空脱ガス炉、混銑炉、高炉樋な
どの内張り耐火物として、従来、アルミナ質の流し込み
用不定形耐火物(以下、流し込み耐火物と称する)が使
用されている。
【0003】この耐火物の損傷メカニズムは、溶融金属
あるいはスラグ中のFeO、MnO、CaOなどによる
溶損、さらにはスラグ成分の浸透によって生じた変質層
による構造的スポーリングが考えられる。スラグ浸透を
防ぐため、スラグに濡れ難い炭素、炭化珪素などを配合
することも試みられたが、これらは酸化によってその役
割を果たさないばかりか、酸化にともなう組織劣化で逆
に溶損が大きくなる欠点がある。
【0004】そこで最近、MgO・Al23質スピネル
クリンカー(以下、スピネルクリンカーと称す)を組み
合わせたアルミナ−スピネル系の流し込み耐火物が提案
されている。例えば特開昭55−23004号公報で
は、スピネルクリンカー10〜85wt%,アルミナ5
〜30wt%、アルミナセメント10〜25wt%より
なる材質が、特開昭64−87577号公報ではアルミ
ナクリンカー50〜90wt%,粒径1mm以下のスピ
ネルクリンカー5〜40wt%,アルミナセメント3〜
25wt%よりなる材質が、特開平3−205368号
公報にはアルミナ質耐火原料47〜94重量%,粒径1
mm以下のスピネル耐火物原料5〜40重量%,アルミ
ナセメント1〜3重量%よりなる材質がそれぞれ示され
ている。
【0005】スピネルクリンカーは酸化の問題がなく、
しかもアルミナとの組合せにおいて、低融物を生成し難
いという性質がある。このため、アルミナ−スピネル系
は従来のアルミナ質に比べて優れた耐用性を発揮する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、鋼の連続鋳造
におけるクリーンスチール化あるいは炉の稼働率向上の
要求に伴って、耐火物の使用条件はますます苛酷になっ
ており、しかも、炉材原単価の低減を目的として、継ぎ
足し施工による耐火物のエンドレス寿命化が要求される
ことから、アルミナ−スピネル系であっても十分な耐用
性が得られなくなっている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来のア
ルミナ−スピネル系流し込み耐火物の耐用性をさらに向
上させるために研究を重ねた結果、スピネル原料の粒度
構成およびその割合を特定化することで、耐スラグ侵食
性および耐スラグ浸透性が格段に向上することを見出
し、本発明を完成するに至ったものである。
【0008】すなわち本発明は、粒径5μm以下のMg
O・Al23質スピネル超微粉1〜15wt%を配合し
てなる流し込み用不定形耐火物である。また、粒径5μ
m以下のMgO・Al23質スピネル超微粉1〜15w
t%、アルミナセメント1〜20wt%、残部がアルミ
ナ質原料とからなる流し込み用不定形耐火物である。
【0009】さらに、粒径5μm以下のMgO・Al2
3質スピネル超微粉1〜15wt%、粒径1mm以下
のMgO・Al23質スピネルクリンカー38wt%以
下、アルミナセメント1〜20wt%、残部がアルミナ
質原料とからなり、かつ、前記のスピネル超微粉とスピ
ネルクリンカーの合量が40wt%以下である流し込み
用不定形耐火物の発明である。
【0010】従来の流し込み耐火物においても、アルミ
ナ、シリカなどの超微粉を添加し、施工水分の減少、組
織の緻密化による高強度化、耐食性の向上などを図るこ
とが知られている。本発明で使用するスピネル超微粉も
これと同様の効果をもつが、耐スラグ侵食性および耐ス
ラグ浸透性においてさらに効果的である。
【0011】図1のグラフは、1mm以下のスピネルク
リンカー20wt%,アルミナセメント15wt%,残
部が焼結アルミナからなる流し込み耐火物において、ア
ルミナ、シリカ、スピネルそれぞれの超微粉の配合量の
変化と、それらを配合した流し込み耐火物の耐スラグ侵
食性、耐スラグ浸透性の関係を示したものである。
【0012】なお、超微粉の配合量の増加と共に、その
分、1mm以下のスピネルクリンカーの割合を減らし
た。また、耐スラグ侵食性および耐スラグ浸透性の測定
方法は、後述の実施例の欄で示す方法と同じ条件で行っ
た。
【0013】図1のとおり、スピネル超微粉の配合が耐
スラグ侵食性および耐スラグ浸透性の向上にきわめて効
果的なことが確認される。その理由はつぎのように考え
られる。
【0014】すなわち、スピネルはスラグ中のFeO、
MnOなどの成分を固溶してスラグ浸透を抑制する性質
をもつが、粒径を超微粉化することにより、表面の結晶
欠陥が多くなり、非常に活性なスピネル粒子が得られ
る。この活性化と比表面積の増大により、FeO、Mn
Oなどの成分の固溶がきわめて顕著になる。さらに、超
微粉によってスピネルがマトリックス部に均一に分散
し、超微粉がもつ施工水分の減少、組織の緻密化に前記
した固溶作用が加わり、これらの相乗的効果によって耐
スラグ侵食性および耐スラグ浸透性が向上するものであ
る。
【0015】スピネル超微粉の粒径は、5μmを超える
と超微粉としての効果が発揮できない。平均粒径は例え
ば0.1〜3μmが好ましい。その配合割合が1wt%
未満では効果がなく、15wt%を超えると施工水分量
が多くなり、緻密な施工体が得られない。さらに好まし
いのは、3〜10wt%である。
【0016】5μm以下のスピネル超微粉は市販品から
も入手することができる。耐火物への用途は一般的では
ないが、ファインセラミック用として従来から製造され
ている。例えば、軽焼マグネシア、水酸化マグネシウ
ム、炭酸マグネシウムなどのマグネシウム化合物と、軽
焼アルミナ、水酸化アルミニウムなどアルミニウム化合
物とを混合し、焼成後、粉砕して製造される。
【0017】本発明では、アルミナ−スピネル系流し込
み耐火物に従来より使用されている粒径1mm以下のM
gO・Al23質スピネルクリンカーを、スピネル超微
粉と共に併用することもできる。
【0018】粒径1mm以下のスピネルクリンカーは、
電融品、焼結品のいずれでもよい。スピネルを構成する
MgOAlの各成分の比は、理論組成よりもA
成分が多い方が好ましい。MgO成分が多くな
ると施工水分とMgO成分が反応して施工体にき裂が生
じ易いためである。なお、粒径1mm以下のスピネルク
リンカーを使用する場合は、5μm以下のスピネル超微
粉との合量で40wt%以下にする。合量が40wt%
を超えるとスラグ浸透が大きくなって本発明の効果が得
られない。
【0019】アルミナセメントは従来材質においても結
合剤として一般的に使用されている。配合割合は1〜2
0wt%、好ましくは2〜15wt%である。スピネル
超微粉を配合しているため、従来材質より少ない割合で
十分な施工体強度が得られる。
【0020】その結果、低セメント化によってセメント
中のCaO成分が減り、CaO成分に起因する低融点物
質の生成量が減少して耐食性が向上する。その割合が1
wt%以下では結合剤としての強度付与の効果がなく、
20wt%を超えるとCaO成分に起因する低融点物質
の生成量が多くなりすぎて、耐食性が低下する。
【0021】残部を構成するアルミナ質原料としては、
焼結アルミナ、電融アルミナなどの人工品、ばん土けつ
岩、ボーキサイト、シリマナイトなどの天然品があり、
本発明では、これらから選ばれる一種または二種以上が
使用できる。
【0022】アルミナ質原料は、容積安定性、耐食性の
役割を果たす。本発明ではスピネル超微粉との併用によ
り、スラグ浸透防止に大きく作用する。これは、アルミ
ナ質原料がスラグ中のCaO成分をトラップし、CaO
−Al23質化合物として安定化させるためである。一
方、スピネルはスラグ中のFeO、MnOの成分を固溶
するので、前記したアルミナ質原料がもつCaO成分の
トラップと合わせて、スラグ浸透が大巾に抑制される。
【0023】アルミナ質原料中の不純物は、少ないほう
が好ましい。特にSiO2、TiO2の成分は低融点物質
を生成するので好ましくない。アルミナ質原料の粒度
は、従来の流し込み耐火物の主骨材と同様に、粗粒、中
粒、微粒に粒度調整すればよく、何ら限定するものでは
ない。
【0024】スピネル超微粉の分散性を高めるために、
本発明ではさらに解こう剤を添加するのが好ましい。解
こう剤の種類としては、通常の流し込み耐火物で使用さ
れているアルカリ金属リン酸塩類、アルカリ金属ポリリ
ン酸塩類、アルカリ金属ポリリン酸類、アルカリ金属カ
ルボン酸塩等を使用することができる。その割合は、流
し込み耐火物全体に対する外掛けで0.01〜0.5w
t%が好ましい。
【0025】本発明は、以上の配合物の外にも本発明の
効果を阻害しない範囲で他の物質を添加してもよい。例
えば、有機質ファイバー、無機質ファイバー、金属質フ
ァイバー、金属粉、炭素、炭化物、窒化物、アルミナ超
微粉、シリカ超微粉などから選ばれる一種または二種以
上である。
【0026】施工は外掛けで3〜10wt%程度の水分
を添加し、型枠を用いて流し込みによる鋳込み成形を行
なう。鋳込み時の充填性を高める手段として、一般には
型枠にバイブレーターを取り付けるか、あるいは耐火物
中に棒状バイブレーターを挿入する。
【0027】
【実施例】以下実施例により説明する。表1は、本発明
実施例、比較例およびそれらの試験結果である。各例
は、いずれも適量の水分を添加し、型枠内に振動鋳込み
成形し、24時間自然養生させ、その後脱枠したもの
を、110℃×24時間、乾燥した試料について試験し
た。
【0028】曲げ強さ;JIS−R2553に準じる。 線変化率;JIS−R2554に準じる。 回転侵食;鋼片:溶鋼取鍋スラグ=1:1(重量比)を
溶剤として、1650℃×5時間の回転侵食を行ない、
スラグ侵食寸法とスラグ浸透寸法を測定した。
【0029】実機テスト;270トン溶鋼鍋の側壁に使
用した。残寸が70mmになった時点で変質部を剥離機
で除去し、残寸が40mm以上ある場合は同じ材質で継
ぎ足し施工し、継ぎ足し時の使用回数とトータルの耐用
回数を測定した。
【0030】本発明効果は、これに対し、比較例1およ
び比較例5は耐火性超微粉の配合がないために、スラグ
浸透が大きい。比較例2は、スピネル超微粉の配合量が
多すぎるために施工水分が多くなり、侵食および浸透が
大きい。アルミナ超微粉を配合した比較例3、シリカ超
微粉を配合した比較例4は、いずれもスラグ侵食および
スラグ浸透が大きい。アルミナセメントの量が多い比較
例6は、スラグ侵食が大きい。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【発明の効果】本発明の流し込み耐火物は、従来のアル
ミナ−スピネル系流し込み耐火物に比べ、耐スラグ侵食
性および耐スラグ浸透性において優れる結果、継ぎ足し
施工が可能になり、実機テストは2倍以上の寿命が得ら
れた。
【図面の簡単な説明】
【図1】アルミナ−スピネル系流し込み耐火物におい
て、各種の耐火性超微粉の添加割合と、耐スラグ侵食性
および耐スラグ浸透性の関係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 恭久 愛知県東海市東海町5−3 新日本製鐵 株式会社 名古屋製鐵所内 (72)発明者 松本 修美 兵庫県高砂市荒井町新浜1−3−1 ハ リマセラミック株式会社内 (72)発明者 礒部 利弘 兵庫県高砂市荒井町新浜1−3−1 ハ リマセラミック株式会社内 (72)発明者 糸瀬 彰一 兵庫県高砂市荒井町新浜1−3−1 ハ リマセラミック株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−87577(JP,A) 特開 平3−205368(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/66 C04B 35/10

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粒径5μm以下のMgO・Al23質スピ
    ネル超微粉1〜15wt%を配合してなる流し込み用不
    定形耐火物。
  2. 【請求項2】粒径5μm以下のMgO・Al23質スピ
    ネル超微粉1〜15wt%、アルミナセメント1〜20
    wt%、残部がアルミナ質原料とからなる流し込み用不
    定形耐火物。
  3. 【請求項3】粒径5μm以下のMgO・Al23系スピ
    ネル超微粉1〜15wt%、粒径1mm以下のMgO・
    Al23質スピネルクリンカー38wt%以下、アルミ
    ナセメント1〜20wt%、残部がアルミナ質原料とか
    らなり、かつ、前記のスピネル超微粉とスピネルクリン
    カーの合量が40wt%以下である流し込み用不定形耐
    火物。
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