JP3143666B2 - 製鋼炉用耐火材 - Google Patents

製鋼炉用耐火材

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JP3143666B2 JP04094822A JP9482292A JP3143666B2 JP 3143666 B2 JP3143666 B2 JP 3143666B2 JP 04094822 A JP04094822 A JP 04094822A JP 9482292 A JP9482292 A JP 9482292A JP 3143666 B2 JP3143666 B2 JP 3143666B2
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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、溶鋼の精錬、とくに、
二次精練時の脱ガス装置内に内張りするライナー材及び
真空脱炭操業のAOD,VOD炉内張りに適した耐火材
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、かかる製鋼設備の耐火材とし
ては、マグネシア・クロム質れんがが多く使用されてい
る。
【0003】しかしながら、この従来のマグネシア・ク
ロム質れんがは、熱的スポーリングの発生、スラグによ
る化学的侵食、エロージョンのために、RH操業におい
て溶鋼温度の昇温、酸素吹き込み時に溶損速度が大幅に
増加し、また、AOD,VOD炉内のスラグライン部で
は、ポーラスプラグによる攪拌部位の損耗が激しくな
り、十分な耐用性は得られていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、厳し
い操業条件の下でも十分に耐用性を発揮できる製鋼炉用
耐火材の提供にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の製鋼炉用耐火物
は、材質的にはAl2 3 −Cr2 3 質焼結体で、緻
密で微細な組織を有するAl2 3 −Cr2 3 質のセ
ラミックマトリックス(以下、マトリックスという)と
その中に分散する第2相からなり、マトリックスが制御
された微細なクラックを含み、分散する第2相がマトリ
ックスと未安定ジルコニアとの均一混合物からなる凝集
体とすることで上記課題を解決した。
【0006】マトリックスは、Al2 3 100〜40
重量%、Cr2 3 0〜60重量%からなり、TiO2
を1.5重量%以下含む。
【0007】分散する第2相はマトリックスと未安定ジ
ルコニアとの均一混合物からなる凝集粒であり、大きさ
は10〜200μmであり、マトリックスに占める第2
相の割合が10〜35容量%であり、第2相内の未安定
ジルコニアの粒度は0.3〜20μmで第2相内の未安
定ジルコニアの割合は5〜100容量%である均一な凝
集粒である。
【0008】この焼結体は、第2相の大きさが10〜2
00μmである凝集粒をマトリックスに対して10〜3
5容量%となるように凝集粒とマトリックス粉末を混合
調製し、この混合物を所望の形状に成形した後、150
0℃以上の温度で焼結することにより得られる。このと
き、焼成途中で変態膨張する未安定ジルコニアを均一に
分散するのではなく、凝集粒の形態で添加することによ
り、凝集粒の変態膨張量が未安定ジルコニア添加量にほ
ぼ比例することから、凝集粒の膨張量を制御可能とする
特徴を有する。
【0009】
【作用】本発明によるアルミナ−クロミア材質の優れた
耐熱衝撃性は、第一に制御された適切なサイズのマイク
ロクラックによるクラックブランチング効果、第二に未
安定ジルコニアに富む第2相でのジルコニア変態による
応力誘起変態、更には第三として凝集粒境界でのクラッ
ク偏向により達成される。
【0010】第一の制御された適切なサイズのマイクロ
クラックとはクラック幅3〜20μm程度のものであ
り、このクラックが適切に分布することで、クラックが
進展する場合にクラックブランチングが生じ、クラック
の破壊エネルギーを吸収分散、クラックの進展が阻止さ
れる。
【0011】第二の未安定ジルコニアに富む第2相での
ジルコニア変態による応力誘起変態においては、未安定
ジルコニアが内在されている第2相内にクラックが侵入
した場合、第2相内でジルコニアの変態膨張による破壊
エネルギーの吸収と、第2相内部に発生している圧縮応
力によりクラック先端に圧縮力が作用し、クラックの進
展が阻害される。
【0012】第三の凝集粒境界でのクラック偏向におい
ては、第2相とマトリックス境界部には引張り応力が作
用し、この境界にクラックが達するとクラックは境界の
接線方向に偏向され、その結果クラック進展が阻害され
る。
【0013】凝集粒の変態膨張量は、凝集粒内の未安定
ジルコニア添加量にほぼ比例することにより、また、凝
集粒粒径とマトリックス内に添加する凝集粒の添加量を
制御することにより、凝集粒の膨張量を制御可能とし、
マトリックス内部に発生させるクラックの量とサイズと
分布を任意に制御可能とする。
【0014】本発明は、焼成途中で変態膨張する未安定
ジルコニアを均一に分散するのではなく、凝集粒の形態
で添加することに特徴を有する。
【0015】
【実施例】
実施例1 マトリックス量と第2相添加量を変更した材質を作製
し、耐熱衝撃抵抗性の調査を行ない、また従来品との比
較を行なった。
【0016】マトリックス材料として平均粒径0.4μ
mの酸化アルミニウム50重量%、平均粒径0.3μm
の酸化クロム50重量%、焼結助剤として酸化チタニウ
ム又は滑石粉末と有機バインダーと精製水を加え、ボー
ルミルで24時間予備混合した後、アトライターにて3
時間混合分散処理し、得られたスラリーを噴霧乾燥機に
より造粒し、マトリックス顆粒粉末を得た。平均粒径は
50μmであった。
【0017】次に、第2相凝集粒としてマトリックス材
料と同−原料、同一配合組成を有するもの100容量%
に対して平均粒径2μmの未安定ジルコニアを外掛け量
で50容量%添加してなる粉末を秤量混合し、所定量の
有機バインダーと精製水を加え、ボールミルで24時間
予備混合した後、アトライターで3時間混合分散処理
し、得られたスラリーを噴霧乾燥機により混合し、第2
相用の顆粒粉体/凝集粒を得た。この粒径は平均で50
μmであった。
【0018】次にマトリックス顆粒と第2相顆粒につい
て、表1に示す容量割合のものをV型ミキサーにて一定
時間混合し、混合粉末とした。
【0019】この混合粉末を一軸成形機にて1.4トン
/cm2 圧力で120角×12mmt形状に成形した。
比較のためにジルコニアに富む第2相を添加しないマト
リックス単味だけの素地も成形した。得られた素地を電
気炉で大気雰囲気下1650℃で2時間保持して焼成し
た。焼結体はアルキメデス法により嵩密度並びに見掛け
気孔率を測定した。また常温曲げ強度をJIS−R16
01に準拠して測定した。熱衝撃抵抗性はJlS−16
01に準拠する曲げサンプルを所定の温度で1時間保持
し、水中へ急速に落下し、その後乾燥した試料の曲げ強
度を測定し、常温での曲げ強度と比較し急激に強度変化
が生じた保持温度と水温の差をΔT(℃)と定義しその
ΔTが高いものほど熱衝撃抵抗性が良好とみなした。
【0020】以上の素地の焼成結果及び焼成体の特性結
果を従来の製鋼用材質であるMgO−Cr2 3 系と比
較して表1に示す。
【0021】
【表1】 表1の結果から、本発明による実施符号4〜7が第2相
を加えない比較例1のΔTに比べて大幅に改善されてい
ることがわかる。実施符号9においてはクラックが発生
し、満足な焼結体が得られなかった。この理由として実
施符号9ではジルコニア添加量が多く発生したクラック
同士が連結したため、焼結体に大きなヒビが発生したた
めと思われる。
【0022】また、従来材質のMgO−Cr2 3 系と
比較しても、ΔTの改善が認められた。
【0023】実施例2 本発明の耐火セラミックスと公知のジルコニア分散強化
セラミックスとを比較した。
【0024】比較のために、特公昭59−25748号
公報に準拠し、アルミナ−クロミアをマトリックスとし
た粉体を比較用として作製した。マトリックスとして平
均粒径0.4μmの酸化アルミ50重量%、平均粒径
0.3μmの酸化クロム50重量%と焼結助剤として酸
化チタニウムと滑石+1.0重量%(外掛け)からなる
粉末に実施例1で用いた平均粒径2μmの未安定ジルコ
ニアを表2に示す容量%で秤量し所定量の有機バインダ
ーと精製水を加え、ボールミルで24時聞予備混合した
後、アトライターにて3時間、混合分散処理し得られた
スラリーを噴霧乾燥機により造粒、マトリックス顆粒粉
末を得た。
【0025】また、成形焼成は実施例1と同一方法にて
実施した。この方法で得られた焼結体特性を実施例1で
示した本発明法と比較した特性を表2に示す。
【0026】
【表2】 微細構造を走査型電子顕微鏡で観察したところ、実施符
号11,12ではマトリックスが非常に微細となってお
り、未安定ジルコニアが均−に分散していた。
【0027】これに対し、本発明の5,7のマトリック
ス部は比較例10とほぼ同一の大きな粒径をもち、マト
リックスの中に大きさ約35〜40μm程度のジルコニ
アに富む第2相が均−に分散しており、第2相内は約5
μm程度の微細マトリックスと未安定ジルコニアとから
なっていた。
【0028】表1の実施番号5,7の焼結体中に占める
未安定ジルコニアの容量%はそれぞれ5、10容量%で
ある。
【0029】したがって比較例11と本発明5、比較例
12と本発明7はジルコニアの分散状態は全く異なる
が、焼結体に占める未安定ジルコニア容量%は同一であ
る。
【0030】表2の結果から、特公昭59−25748
号公報に準拠した実施例2では未安定ジルコニアの均一
分散により耐熱衝撃抵抗性は改善されているが、効果は
本発明ほど著しくないことが明らかである。
【0031】実施例3 本実施例では第2相内のジルコニア添加量の効果につい
て検討した。
【0032】未安定ジルコニアは実施例1で使用した同
一物を使用し、第2相凝集粒内でのマトリックスと未安
定ジルコニアの添加割合(容量%)を表3に示す割合で
実施、例1に示した顆粒製造工程と同−方法にて第2相
凝集粒を製造した。マトリックス組成は実施例1と同一
である。
【0033】
【表3】 得られた顆粒の平均粒径は約50μmであった。得られ
た未安定ジルコニア添加量が異なる各種第2相凝集粒と
マトリックス顆粒とを表4〜9に示す割合にて混合し、
実施例1と同一方法にて評価しその結果を同じ表内に記
載した。
【0034】
【表4】
【表5】
【表6】
【表7】
【表8】
【表9】 表4の結果から、第2相凝集粒内の未安定ジルコニアが
100容量%の場合、その最適な添加量は3〜20容量
%であることがわかる。
【0035】表5〜7の結果から第2相凝集粒内の未安
定ジルコニアが67容量%の場合、その最適な添加量は
10〜30容量%、同じく第2相凝集粒内の未安定ジル
コニアが50容量%の場合、最適な添加量は10〜40
容量%、第2相凝集粒内の未安定ジルコニアが33容量
%の場合、その最適な添加量は10〜50容量%である
ことがわかる。
【0036】また表8の結果より第2相凝集粒内の未安
定ジルコニアが5容量%の場合は、その最適な添加量は
30〜70容量%であることがわかる。
【0037】しかし表9の結果から第2相凝集粒内の未
安定ジルコニアの量が3容量%の場合、マトリックス顆
粒と第2相凝集粒の混合割合をいかように変化させても
耐熱衝撃特性の改善は認められない。すなわち、上記結
果から第2相凝集粒内の未安定ジルコニアが5容量%未
満となると本発明の効果は認められない。したがって、
本発明では第2相凝集粒内の未安定ジルコニアの割合は
5〜100容量%と規定するものである。
【0038】また、第2相凝集粒の添加量は第2相凝集
粒内の未安定ジルコニア量が変化するとともに、第2相
凝集粒の最適な添加割合は変化するが、第2相凝集粒内
の未安定ジルコニア添加量が5〜100容量%の場合、
第2相凝集粒の最適添加量は3〜70容量%であること
がわかる。
【0039】実施例4 実施例1での本発明4,6及び比較例として2種類のマ
グクロれんがを作製、高周波誘導炉での侵食試験及び繰
り返し耐スポール試験を行った。結果を表10に示す。
【0040】
【表10】 侵食試験は塩基度2で1750℃のスラグ中に4時間浸
漬し損耗率を調べた。また、繰り返しの耐スポール試験
については、1500℃急熱、急冷を繰り返し、材料が
損傷するまで試験を続行した。その結果、本発明品は優
れた耐用性を示した。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、耐熱衝撃性、耐食性が
改善された溶鋼炉用耐火物が得られ、二次精練時脱ガス
用RH装置内に内張りするライナー材及び真空脱炭操業
のAOD,VOD炉内に内張りするライナー材に適用す
ることができ、効率向上、品質管理、省力化に大きく寄
与することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平 初雄 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (72)発明者 中尾 淳 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平3−12359(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 34/10 - 34/12 F27D 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ−クロミア質のマトリックス連
    続相と、その中に分散する第2相としての凝集粒とから
    なり、マトリックスが微細なクラックを含み、第2相が
    マトリックスと未安定ジルコニアとの均一混合物からな
    る凝集粒を含有しているアルミナ−クロミア質焼結体で
    あることを特徴とする製鋼炉用耐火材。
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