JP3330810B2 - 炭素含有塩基性耐火物及び該耐火物を内張りした溶融金属用溶解・精錬容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は溶融還元炉、スクラ
ップ溶解炉、転炉等の溶融金属用溶解・精錬容器の炉底
や側壁の一部を内張りし、あるいは全張りするのに用い
る炭素含有塩基性耐火物、並びにその耐火物内張りを施
工した溶融金属用溶解・精錬容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に銑鋼工程で使用される溶融還元
炉、スクラップ溶解炉、転炉等では、近年、溶解・精錬
効果の向上を狙って上底吹き攪拌力の強化や二次燃焼比
率の増大等が図られ、その結果として、内張り耐火物は
過酷な条件に晒されている。これらの溶融金属用溶解・
精錬容器としては、従来ＭｇＯ−Ｃれんがが使用されて
きた。しかし、特に二次燃焼比率の増大に伴って、スラ
グ浴から雰囲気部にかけて高温となり、高温下でのスラ
グ反応のみならず、れんが中のＣの酸化、高温下での溶
鋼、スラグ、ダスト等の流動による摩耗、あるいはれん
が稼働面の温度変化増大による熱スポール等が顕著にな
ってきた。

【０００３】これらの要因によって生じる損耗に対し
て、れんがには具備すべき特性として、耐食性、耐酸化
性、耐摩耗性、及び耐スポール性が要求され、ＭｇＯ−
Ｃれんがに代り、ＭｇＯ−Ｃｒ₂ Ｏ₃ れんがの使用が試
みられた。しかしながら、熱スポールや構造スポールが
激しく、満足のいく結果は得られていない。

【０００４】一方、ＭｇＯ−Ｃれんがに対しては、耐食
性、耐酸化性を改善する目的で、電融ＭｇＯ原料を用い
たり、添加金属を増量したりすることが行われている。
しかし、反面耐スポール性が低下するという問題が生じ
ている。

【０００５】又特開平３−２０８８６２号公報では、耐
酸化性を改善する目的で、ＳｉＣを１〜６重量％添加す
ることが記載されている。しかし、この添加量では耐酸
化性改善に不十分であり、逆に耐食性が低下するという
問題が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、ＭｇＯ−
Ｃれんがに対して耐食性、耐酸化性を改善する手段はあ
るものの、逆に耐スポール性が低下する等の問題があ
り、前記４つの具備すべき特性をすべて満足する手段は
得られていない。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、耐食性、耐酸化性を損なうことなく、耐摩
耗性、耐スポール性を向上させた炭素含有塩基性耐火物
と、その耐火物を炉内の一部又は全部に内張りした高耐
用かつ長寿命の溶融金属用溶解・精錬容器を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、ＭｇＯ質耐火原料７０〜９４重量％、鱗
状黒鉛等のＣ質耐火原料５〜２５重量％、金属Ａｌまた
はＡｌ−Ｍｇ合金の少なくとも１種以上１〜５重量％で
構成される配合組成１００重量％に対して、外掛けで最
大粒径［Ｘ］（μ）と添加量［Ｙ］（重量％）とが次式
（１）を満足する、粒径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのＳｉ
Ｃ原料を８重量％以下あるいは粒径０．５ｍｍ〜１．０
ｍｍのＳｉＣ原料を９重量％以下添加し、例えばフェノ
ールレジン等のバインダーを用いて混練、成形した後、
乾燥して得られる炭素含有塩基性耐火物を提供する。こ
れにより、耐食性、耐酸化性を損なうことなく、耐磨耗
性、耐スポール性を向上させた炭素含有塩基性耐火物を
得ることができる。 ［Ｙ］≦３ｌｏｇ［Ｘ］ ………（１）

【０００９】 更にこうして得られる炭素含有塩基性耐火
物を炉の内張りの一部、又は全部に用いた溶融金属用溶
解・精錬容器は損耗速度が低下し、長寿命を達成するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明において、添加するＳｉＣ
をその最大粒径で限定する理由は、耐食性の低下を抑制
するためである。ＳｉＣはれんが内に浸入したＣＯガス
と反応し、次式（２）及び（３）で示されるような反応
によってＳｉＯ₂ を生成する。 ＳｉＣ＋ＣＯ→ＳｉＯ＋Ｃ …… （２） ＳｉＯ＋ＣＯ→ＳｉＯ₂ ＋Ｃ …… （３） このようにして生成したＳｉＯ₂ はガラス被膜を形成
し、Ｃの酸化防止の役目を果たす。

【００１１】 しかしながら、ＭｇＯ−Ｃ系の場合にはガ
ラス被膜の粘性が高いため、ＳｉＣを多量に入れないと
十分な酸化防止効果が得られない。又ＳｉＣ自体は、硬
度が高いため、少量のＳｉＯ₂ が生成した場合にはこれ
が組織の空隙を充填し、耐摩耗性が向上する。しかし多
量のＳｉＯ₂ が生成すると耐食性を低下する。このよう
にＳｉＣはれんがの耐摩耗性を向上させる反面、耐食性
を低下させる側面も持つため、れんがに添加する際、十
分な配慮が必要である。

【００１２】 一般に固体は微粉になる程、その粒子表面
の活性度が増加し、上記（２）、（３）式の反応が進む
ようになるため、れんが中にはＳｉＯ₂ が多量に生成し
て、耐食性が低下する。逆に固体の粒子が大きくなる
と、上記（２）、（３）式の反応は粒子表面にのみ限定
されて、ＳｉＯ₂ の生成が抑制されるため耐食性の低下
は小さい。

【００１３】 従って微粉のＳｉＣを使用する際には、添
加量を少なくし、中粒〜粗粒のＳｉＣを使用する際に
は、その使用量を増やすとよい。本発明においては、種
々の実験調査を行ない、その結果、耐食性を損なわず耐
摩耗性を向上されることが可能な添加ＳｉＣの最大粒径
［Ｘ］（μ）と添加量［Ｙ］（重量％）の関係が式
［Ｙ］≦３ｌｏｇ［Ｘ］で表わされることを見いだし
た。

【００１４】 更にＳｉＣはＭｇＯと比べて熱膨張係数が
小さいため、加熱時にＭｇＯとの膨張差によりマイクロ
クラックが形成されて、れんがの弾性率が低下し、耐ス
ポール性が向上する。このようなマイクロクラックを形
成させるためには、中粒〜粗粒のＳｉＣ添加量を多くし
て、ＳｉＣの粒子表面層での反応を促進し、内部は未反
応のまま残存させておく方が好ましく、特に粒径０．１
ｍｍ〜０．５ｍｍのＳｉＣ原料では８重量％以下、ま
た、粒径０．５ｍｍ〜１．０ｍｍのＳｉＣ原料では９重
量％以下を添加した場合に耐スポール性が最も優れてい
る。なおこれよりも小さい粒径とすると弾性率の低下が
少なくなり、耐食性の低下が大きい。又これよりも大き
い粒径では弾性率の低下は大きいものの、組織強度が低
下し、コストアップとなって好ましくない。

【００１５】 ここで使用するＭｇＯ質耐火原料として
は、純度を問わず、焼結、電融品いずれでも適用可能で
ある。又Ｃ質耐火原料も純度を問わず、鱗状黒鉛ならば
何でも使用可能であり、その他無定型黒鉛、カーボンブ
ラック、メゾフェーズカーボン等も適用可能である。金
属はＣの酸化防止、熱間強度向上のために必須であり、
Ａｌ，Ａｌ−Ｍｇ合金のいずれか１種以上を１〜５重量
％含有させることが必要である。これ以外の金属につい
ては適宜必要に応じて適用することが可能である。

【００１６】 ＳｉＣ原料としては純度９７％以上のもの
が好ましいが、これよりも低純度のものでも適用可能で
ある。れんがはフェノールレジン、タール、ピッチ等の
バインダーを用いて、混練、成形した後乾燥し、不焼成
品として提供できる。しかし、更に還元焼成し、タール
含浸処理を実施すると特性が向上する。これらのれんが
は溶融還元炉、スクラップ溶解炉、転炉等の溶融金属用
溶解・精錬容器の炉底、側壁の内張り材としその全面に
使用可能である。特に、損耗の大きい部位に適用すると
その効果は大きい。

【００１７】

【実施例】以下図面を用いて実施例を説明する。サンプ
ルとしては、純度９９％の電融ＭｇＯクリンカー、純度
９９％の鱗状黒鉛、Ａｌ及び／又はＡｌ−Ｍｇ合金を所
定の範囲で配合した後、純度９９％のＳｉＣ原料を添加
し、フェノールレジンをバインダーとして成形したもの
を供した。耐食性は、Ｃ／Ｓ＝１．２のスラグを用い、
１７００℃×３Ｈｒｓの条件で行なった回転浸食法によ
り溶損した寸法を指数表示した。耐摩耗性は１６００℃
×１Ｈｒの条件で溶射バーナーによりＭｇＯ粒を吹きつ
けた時の減寸量を測定してその値により評価した。ま
た、弾性率は１４００℃×３Ｈｒｓの条件で還元焼成し
た後、動弾性率を測定してその値により評価した。

【００１８】 図１に耐食性に対する添加ＳｉＣの最大粒
径と添加量との関係を示す。図中に示した直線より上の
領域では耐食性が大幅に悪化した。なお、ＳｉＣを添加
したサンプル全てについて、耐摩耗性は向上したが、特
に添加したＳｉＣの粒径が小さく、添加量の多いもの程
大幅に向上した。

【００１９】 一方、動弾性率は、添加ＳｉＣの粒径が１
４４μ以下の場合あまり変わらず、２００μ以下及び５
００μ以下の場合には、添加量が増加するのに伴い、低
下する傾向が見られたが、あまり顕著では無かった。

【００２０】 図２に添加ＳｉＣの粒径、添加量及び動弾
性率の関係を示す。中粒のＳｉＣを添加した場合（０．
１〜０．５ｍｍと０．５〜１ｍｍ）には添加量が増える
につれて動弾性率が大幅に低下し、耐食性も悪化せず、
耐摩耗性が向上した。しかし、０．１ｍｍ未満の微粉を
含む０．５ｍｍ以下のＳｉＣを添加した場合には、動弾
性率の変化は軽微であり、耐摩耗性が向上するものの、
添加量が８重量％を超えると、耐食性は悪化する結果と
なった。

【００２１】 このように耐食性と耐摩耗性を向上させる
には図１の直線及びそれより下の領域が適しており、更
に耐スポール性も向上させるには、中粒のＳｉＣ（０．
１〜０．５ｍｍならば８重量％以下、０．５〜１ｍｍな
らば９重量％以下）の添加が効果的である。

【００２２】 今回発明したれんがのうち、中粒のＳｉＣ
（０．１〜０．５ｍｍ：４重量％）を添加して得られる
耐火物をＡ製鉄所１７０Ｔ溶解炉の絞り部トラニオンで
内張り材として部分張りの試験をした結果、従来品に比
較して約３０％溶損速度を低下させることが可能となっ
た。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、炭素含有塩基性耐火物の耐摩
耗性、耐スポール性を向上させ、溶融還元炉、スクラッ
プ溶解炉、転炉等の溶融金属用溶解・精錬容器の炉底、
側壁の内張りに用いる耐火物の耐用性を著しく向上させ
ることが可能になり、炉材コスト、修繕費の削減のみな
らず、生産の安定化にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】耐食性に対する添加ＳｉＣの最大粒径と添加量
との関係を示した図である。

【図２】添加ＳｉＣの粒径、添加量及び動弾性率の関係
を示した図である。

フロントページの続き 審査官 三崎 仁 (56)参考文献 特開 平７−48168（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 35/04 - 35/053 C21C 5/44 F27D 1/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＭｇＯ質耐火原料７０〜９４重量％、Ｃ
   質耐火原料５〜２５重量％、金属ＡｌまたはＡｌ−Ｍｇ
   合金の少なくとも１種以上１〜５重量％で構成される配
   合組成１００重量％に対して、外掛けで最大粒径［Ｘ］
   （μ）と添加量［Ｙ］（重量％）とが次式を満足する、
   粒径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍのＳｉＣ原料を８重量％以
   下あるいは粒径０．５ｍｍ〜１．０ｍｍのＳｉＣ原料を
   ９重量％以下添加し、バインダーを用いて混練、成形し
   た後、乾燥して得られる炭素含有塩基性耐火物。 ［Ｙ］≦３ｌｏｇ［Ｘ］
2. 【請求項２】 請求項１記載の炭素含有塩基性耐火物を
   炉内の一部、又は全部に内張りした溶融金属用溶解・精
   錬容器。