JP4410459B2

JP4410459B2 - 溶鋼取鍋用キャスタブル耐火物

Info

Publication number: JP4410459B2
Application number: JP2002228930A
Authority: JP
Inventors: 道弘桑山; 浩英奥野; 範之上野; 洋三幸野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004067446A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼取鍋の内張り材として使用されるキャスタブル耐火物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高級鋼の需要の増大によって連続鋳造によるクリーンスチール化の要求が強くなり、取鍋精錬、真空処理などの二次精錬が盛んに行われるようになってきた。それに伴って溶鋼温度の上昇、溶湯容器内での滞留時間の延長が必要となり、製鋼用溶湯容器の内張りに用いられるキャスタブル耐火物の使用環境は、非常に過酷になってきている。
【０００３】
そのため、製鋼用溶湯容器、中でも特に、溶鋼取鍋の内張りに用いられるキャスタブル耐火物は、より過酷な諸条件に対応してより耐蝕性に優れることが必要となってきている。
【０００４】
そこで、耐火物の耐蝕性を向上させるために、アルミナ微粒子の活用により低水分で緻密な組織を形成する方法が提案されている。例えば、特開平６−２５６０６４号公報には、シリカ超微粉の代わりに平均粒径０．５μｍ未満のアルミナ微粒子を用い、これと分散剤、高純度アルミナセメントの選択および組合せにより、施工時に添加水分４．５質量％未満でも十分な流動性を有するため流し込み施工が可能である耐火物が提案されている。しかし、この特開平６−２５６０６４号公報に記載の耐火物では、流し込み耐火物の低水量化に最も影響を及ぼすアルミナ微粒子の粒度の特性や吟味が十分に行われていない。
【０００５】
また、特開平７−３３０４４７号公報には、平均粒径０．２〜０．６μｍの微粒子と平均粒径１〜１０μｍの微粒子の混合割合が１：２〜２：１となるように混合してなる耐火性微粒子と、アルミナセメント、非晶質シリカ微粒子、およびその他の耐火性骨材および耐火性粒子とを、それぞれ特定の割合で含む流し込み耐火物が、耐蝕性に優れるとともに、低温側から高い強度発現が得られ、外部からの機械的衝撃や熱膨張歪みによる応力に耐えられるものとなることが記載されている。しかし、この特開平７−３３０４４７号公報に記載の耐火物では、添加水分量は５質量部超であり低水量化は行われていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アルミナ微粒子の粒度をコントロールすることにより低水分量化が図れ、さらに緻密な組織を形成し、耐蝕性および耐火性に優れる溶鋼取鍋用キャスタブル流し込み耐火物を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明者は、溶鋼取鍋内張用キャスタブル耐火物において、耐火性微粒子の一部として中心粒径の異なる３種類の微粒子成分からなるアルミナ微粒子および非晶質シリカ微粒子を含むことで、低水量での施工が可能となり、その結果、緻密な組織の施工体が得られることを発見し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明の溶鋼取鍋用キャスタブル耐火物は、耐火性骨材、アルミナ微粒子とシリカ微粒子とを含む耐火性微粒子および高アルミナセメントからなる耐火性組成物、ならびに分散剤を含むキャスタブル耐火物において、前記アルミナ微粒子は下記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の微粒子成分からなるアルミナ微粒子であり、前記シリカ微粒子は平均粒径０．５μｍ以下の非晶質シリカ微粒子であり、前記耐火組成物を１００質量％として、前記高アルミナセメントをＣａＯ換算で１．７質量％以下、前記アルミナ微粒子７〜２０質量％および前記シリカ微粒子０．３〜１．５質量％を含むことを特徴とする。
記
アルミナ微粒子の内訳が
（Ａ）中心粒径０．６〜０．８μｍ４０〜６０質量％
（Ｂ）中心粒径２〜４μｍ２０〜４０質量％
（Ｃ）中心粒径７〜９μｍ２０〜４０質量％
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の溶鋼取鍋用キャスタブル耐火物（以下、「本発明の耐火物」という）についてさらに詳細に説明する。
【００１０】
本発明の耐火物は、中心粒径の異なる３種類の微粒子成分からなるアルミナ微粒子、非晶質シリカ微粒子、高アルミナセメント、耐火性骨材およびその他の耐火性微粒子を含む耐火組成物に分散剤を添加してなるものである。
【００１１】
また本発明の耐火物の鉱物組成は、従来から溶鋼取鍋内張用に使用されているものであれば特に限定されず、例えば、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−スピネル質、アルミナ−マグネシア−スピネル質等の組成からなるものを使用することができる。
【００１２】
本発明の耐火物において、アルミナ微粒子は化学的な組織の強化のみならず、物理的な組織の緻密化をも目的として用いられ、その優れた流動特性によって低水量での施工を可能とする成分である。
またアルミナ微粒子は、不純物の影響により高温下では過剰に高弾性化し易くなるため、Ａｌ₂Ｏ₃含有量が９９質量％超、Ｎａ₂Ｏ含有量が０．５質量％以下のものが好ましく、特にＡｌ₂Ｏ₃含有量が９９．５〜９９．９質量％、Ｎａ₂Ｏ含有量が０．３質量％以下のものが好ましい。
【００１３】
また、本発明で使用するアルミナ微粒子は、下記中心粒径をもつ（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の３種類の微粒子成分で構成され、その構成割合は３成分の三角ダイアグラムにあらわすと図１に示す斜線部が好ましい。斜線部以外の構成割合を有するアルミナ微粒子を使用した場合、緻密な組織が得られ難い。
ここに、アルミナ微粒子の内訳は、
（Ａ）中心粒径０．６〜０．８μｍ４０〜６０質量％
（Ｂ）中心粒径２〜４μｍ２０〜４０質量％
（Ｃ）中心粒径７〜９μｍ２０〜４０質量％
なおここに中心粒径とは粒径分布の中央値をいうものとする。
【００１４】
また、アルミナ微粒子の含有量は、耐火組成物を１００質量％として７〜２０質量％が好ましい。含有量が７質量％未満では流動性の向上効果が得られず、２０質量％超では耐火物全体に占める微粒子の割合が大きくなって添加水量が増加するため、緻密な組織が得られない。特に好ましくは１０〜１５質量％である。
【００１５】
非晶質シリカ微粒子としては、乾式法でつくられるものであれば、いずれのものでも良いが、特に、シリコンやシリコン合金製造時における副生品のシリカヒュームを使用することが好ましい。
【００１６】
この非晶質シリカ微粒子は、平均粒径０．５μｍ未満のものを添加するとアルミナセメントから水中に溶出したＣａ²⁺イオンと反応してＣａＯ−ＳｉＯ₂−Ｈ₂Ｏ系ゲル状水和物などを生成して結合力が発現する効果があることから、好ましい。さらに、非晶質シリカ微粒子は球状粒子であるので、そのボールベアリング効果によりマトリックス部分の流動性を損なうことなく添加水量を減らすことができ、よって得られる施工体の組織を緻密にし、耐用性を向上させることができる。
【００１７】
非晶質シリカ微粒子の含有量は、耐火組成物を１００質量％として０．３〜１．５質量％が好ましい。０．３質量％未満では減水効果が得られず、１．５質量％超では非晶質シリカ微粒子が溶鋼取鍋内張り材に一般的に使用されているマグネシアやスピネルと反応して低融点物質を生成し、耐蝕性が低下する。より好ましい含有量は０．５〜１質量％である。
【００１８】
高アルミナセメントは耐火性の面からＪＩＳ１種、２種または３種クラスのものを使用するのが好ましく、その含有量は耐火組成物を１００質量％としてアルミナセメントのＣａＯ換算で１．７質量％未満が好ましい。高アルミナセメントの配合割合がＣａＯ換算で１．７質量％を超えると耐蝕性が低下する。耐蝕性と強度発現がより良好であることから、特に１〜１．４質量％の割合が好ましい。
【００１９】
耐火組成物の成分として用いられる耐火性骨材およびその他の耐火性微粒子としては、電融アルミナ、焼結アルミナ、電融マグネシア、焼結マグネシア、電融スピネル、焼結スピネル等を使用することが好ましい。
その中でマグネシアに関しては、溶鋼取鍋内張用耐火物の耐蝕性の向上効果が著しいため、耐火組成物を１００質量％として１〜１０質量％使用するのが好ましい。また、耐火性骨材の内、焼結骨材は低水量化の効果が大きいために好ましい。
【００２０】
分散剤としては、ヘキサメタリン酸ソーダ、トリポリリン酸ソーダ等の縮合リン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、メラミンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、アミノスルホン酸およびその塩、リグニンスルホン酸およびその塩、ポリアクリル酸およびその塩、ポリカルボン酸およびその塩、オキシカルボン酸およびその塩等が好ましく、これらを１種または２種以上配合して使用することが好ましい。
【００２１】
分散剤の含有量は、耐火組成物１００質量％に対して０．０３〜１質量％（外掛け）であるのが好ましく、分散剤の含有量が０．０３質量％未満では耐火性微粒子に対する充分な分散効果が得られず、また１質量％超では最適な分散状態とならない。
【００２２】
本発明ではまた、本発明の耐火物の効果を阻害しない範囲において以下のようなその他の成分、すなわち可使時間および硬化時間調整のためのケイフッ化ソーダ、硼酸、リン酸、オキシカルボン酸、炭酸アルカリ塩等の各種添加剤、靱性向上のための無機あるいは金属などの繊維、乾燥爆裂防止のための金属アルミニウム粉末、オキシカルボン酸塩あるいは有機繊維などを添加することができる。
【００２３】
本発明の耐火物は、キャスタブル耐火物１００質量％に対して４質量％以下（外掛け）の添加水量で施工するのが好ましく、添加水量が４質量％超では材料と水の分離がおこるために好ましくない。
またその施工に関しては、通常、溶鋼取鍋内張用キャスタブル耐火物の施工でおこなわれているような、棒状バイブレーターまたは型枠振動装置によって加振成形しながらおこなう。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例および比較例によって、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらにのみ限定されるものではない。
【００２５】
各種アルミナ微粒子混合物の調整
中心粒径が０．６μｍ以上０．８μｍ以下のアルミナ微粒子（Ａ）、中心粒径が２μｍ以上４μｍ以下のアルミナ微粒子（Ｂ）、および中心粒径が７μｍ以上９μｍ以下のアルミナ微粒子（Ｃ）を、図１のａ〜ｈに示す構成割合で混合し、アルミナ微粒子の混合物ａ〜ｈを調製し、下記の方法にしたがって、それぞれフローポイントを測定した。
【００２６】
フローポイント
各アルミナ微粒子の混合物３０ｇと、分散剤としてポリアクリル酸０．２ｇとを混合したものを１００ｃｃのビーカーに入れ、ビューレットで水を添加しながら、スパチュラーでアルミナ微粒子を十分に混練する。固まりがなくなって混練物が懸濁状態になるまで水を添加し、懸濁液がスパチュラーの端より糸を引くように流れるようになる点を水添加の終点とした。
この終点時までの添加水量のアルミナ微粒子に対する割合をもってフローポイントと称し、流動性の目安とした。結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
（実施例１〜６、比較例１〜６）
これらの混合物ａ〜ｈと、焼結アルミナ、電融アルミナ、焼結マグネシア、高アルミナセメント（ＣａＯ含有量：２４質量％）、非晶質シリカ微粒子（シリカヒューム）、および分散剤（ポリアクリル酸）とを、表２に示す割合で配合し、添加水量を調整しながら添加、混練してキャスタブル耐火物を製造した。次に、キャスタブル耐火物を、型枠（一般物性測定用型枠、回転侵食測定用型枠）に振動鋳込み成形し、２０℃にて２４時間養生後、脱枠して成形体を得た。得られた成形体について、気孔率の測定、および耐蝕性の評価を行った。成形体の気孔率の測定および耐蝕性の評価は、下記の方法にしたがって行った。
【００２９】
気孔率の測定
１１０℃×２４時間乾燥後および１５００℃×３時間乾燥後の各成形体について、ＪＩＳ−Ｒ−２２０５に準じて気孔率を測定した。
【００３０】
耐蝕性の評価
回転侵食テストにて溶鋼取鍋スラグを使用して１７００℃×５時間の条件でスラグを溶融し、これに接触した耐火物成形体の溶損量を測定し耐蝕性を評価した。このとき、実施例２の場合の溶損量を侵食指数１００として、各例の耐蝕性を相対値で求めた。
【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
表２に示す結果において、実施例１〜６で得られたキャスタブル耐火物は、本発明に耐火物に該当し、添加水量が４質量部未満でも流し込みが可能であり、また、得られた耐火物も低気孔率で耐蝕性も高いことが分かる。
これに対して、３種類のアルミナ微粒子が図１の斜線部以外の構成割合である比較例１〜３、および２種類のアルミナ微粒子のみから構成される比較例４は添加水量が増加し、本発明の耐火物に比べ気孔率も高く耐蝕性も劣る。
またアルミナ微粒子が７質量％未満である比較例５は、流動性の向上効果がなく、逆に２０質量％超と多量に使用した比較例６は耐火組成物に占める微粒子の割合が大きくなるため、いずれも添加水量が増え、耐蝕性が低下する。
【００３４】
さらに、実施例２のキャスタブル耐火物を溶鋼取鍋内張りに適用した結果、緻密な組織により湯当り部の溶鋼落下の衝撃に対しても高い熱間摩耗抵抗性に優れ、一般敷部においても高い耐蝕性を有し高耐用性を有することが確認できた。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の耐火物は、中心粒径の異なる３種類のアルミナ微粒子を特定の割合で混合してなるアルミナ微粒子混合物および非晶質シリカ微粒子を使用することで低水量で施工することが可能であり、煉瓦並の緻密な組織を得ることができる。これにより熱間での摩耗が抑制され、耐用を大幅に向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の耐火物は、緻密な組織のため熱伝導率が高く背面へ熱を伝えやすいため、乾燥時に背面からの温度の立ち上がりが速く、乾燥時間の短縮が可能となり、エネルギーなどのコスト削減、工程の短縮化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐火物におけるアルミナ微粒子を構成する３種の中心粒径の異なる微粒子の含有割合を示す図である。

Claims

耐火性骨材、アルミナ微粒子とシリカ微粒子とを含む耐火性微粒子および高アルミナセメントからなる耐火組成物、ならびに分散剤を含むキャスタブル耐火物において、
前記アルミナ微粒子は下記（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）の微粒子成分からなるアルミナ微粒子であり、前記シリカ微粒子は平均粒径０．５μｍ以下の非晶質シリカ微粒子であり、
前記耐火組成物を１００質量％として、前記高アルミナセメントをＣａＯ換算で１．７質量％以下、前記アルミナ微粒子７〜２０質量％および前記シリカ微粒子０．３〜１．５質量％を含むことを特徴とする溶鋼取鍋用キャスタブル耐火物。
記
アルミナ微粒子の内訳が
（Ａ）中心粒径０．６〜０．８μｍ４０〜６０質量％
（Ｂ）中心粒径２〜４μｍ２０〜４０質量％
（Ｃ）中心粒径７〜９μｍ２０〜４０質量％