JP4684981B2

JP4684981B2 - 発熱材

Info

Publication number: JP4684981B2
Application number: JP2006289986A
Authority: JP
Inventors: 智昭尾本; 行正岩本
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: JP2008105051A

Description

本発明は、高炉樋、取鍋、タンディッシュ等において、溶融金属の温度を上昇させるための発熱材に関するものである。

鋼の連続鋳造において、溶鋼は取鍋からタンディッシュに注がれ、モールドへ供給される。鋳造開始前にタンディッシュは予熱されているものの溶鋼温度より低いため、鋳造開始時にタンディッシュ内の溶鋼温度は低下し、溶鋼が部分的に凝固する問題や、タンディッシュノズルが閉塞する問題がある。そのため１チャージ目の取鍋溶鋼温度は２チャージ目以降より高く設定されているが、溶鋼温度が高いとブレークアウトが発生し易く、鋳片割れも発生し易いことなどから鋳造速度を上げられない問題がある。定常鋳込み中においても、安定した製品を得るためには、溶鋼温度は常に一定であることが望ましく、タンディッシュに加熱装置を備え付けることによって溶鋼温度低下を防止している場合がある。しかし、多くの場合は、加熱装置は備え付けられておらず、取鍋の注入開始から終了までの間にタンディッシュ内の溶鋼温度は次第に低下する。特に、取鍋交換時はタンディッシュ中の溶鋼が少なくなるため、溶鋼温度の低下が大きい。溶鋼温度が低下し過ぎるとノズルが閉塞するなどのため鋳造中止となる場合もある。そのため溶鋼温度低下時にはタンディッシュ内の溶鋼に酸素を吹いて温度を上げるなどの措置が取られる場合もあるが、鋼中酸素濃度が上昇し、得られる製品に悪影響を及ぼす問題がある。

また、タンディッシュに焼き籾を入れている場合もあるが、焼き籾は保温機能を有するものの、溶鋼温度を上昇させる能力はない。

タンディッシュ内の溶鋼温度を上昇させる目的で、特許文献１には、配合比率で粒度が１６〜１５０メッシュである金属アルミニウム：１０〜３０部と粒度が１０〜１５０メッシュである酸化鉄：３０〜１２０部からなるテルミット基剤と、粒度が１０メッシュ以下である少なくとも１種の炭酸塩：１〜１０部からなる溶鋼中非金属介在物の浮上剤、粒度が１０メッシュ以下である少なくとも１種の弗化物：１〜１０部からなる溶鋼中非金属介在物の流動性促進剤、粒度が１０メッシュ以下である少なくとも１種の酸化物：１〜１０部からなる溶鋼中非金属介在物の凝集浮上促進剤の少なくとも１種とを混合、造粒または団塊したことを特徴とするタンディッシュ内へ投入する溶鋼昇温剤が開示されている。

特開昭５９−１０１２６４号公報

しかしながら、テルミット反応に金属アルミニウム粉末を使用するため、爆発の危険性が極めて高い等の問題点がある。
そこで、危険な金属アルミニウム粉末の代わりに、安全な金属シリコン、フェロシリコン、カルシウムシリコンなどを用い、酸化材として酸化鉄を用いた発熱材が実用化されている。しかし、酸化鉄の酸化能力は比較的低いため、アルミニウムより反応性に劣るシリコン、フェロシリコン、カルシウムシリコン等との反応では、反応速度が遅く、発熱反応終了後も金属のまま残留するなど充分な発熱量が得られない問題がある。従って、溶銑、溶鋼を目的温度まで上昇させるためには発熱材を多量に使用している現状である。

従って、本発明の目的は、金属アルミニウム粉末のような粉塵爆発の危険性がなく、製造上並びに使用上安全であり、溶銑、溶鋼、アルミニウム、ニッケルのような溶融金属の温度を上昇させるのに充分な発熱量があり、且つ発熱反応時に白煙等を多量に発生せず、作業性が良好な発熱材を提供することにある。

即ち、本発明の発熱材は、金属シリコン、Ｃａ−Ｓｉ合金及びＦｅ−Ｓｉ合金からなる群から選択される１種または２種以上の金属または合金が１０〜３５質量％、酸化マンガンが５〜８５質量％、酸化鉄が０〜８０質量％（但し、酸化マンガンと酸化鉄の合計量は５０〜９０質量％）、及びアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩及びアルカリ金属硝酸塩よりなる群から選択される１種または２種以上の発熱開始促進材が２０質量％以下からなることを特徴とする。

本発明によれば、金属アルミニウム粉末のような粉塵爆発の危険性がなく、製造上並びに使用上安全であり、溶銑、溶鋼、アルミニウム、ニッケルのような溶融金属の温度を上昇させるのに充分な発熱量があり、且つ発熱反応時に白煙等を多量に発生せず、作業性の良好な発熱材を提供することができる。

本発明の発熱材は、金属（還元材）と酸化材のテルミット反応による発熱を利用するものである。例えば、金属として金属シリコン、酸化材として酸化マンガンを使用するテルミット反応は下記のように表される：
Ｓｉ＋ＭｎＯ_２−ＳｉＯ_２＋Ｍｎ

本発明の発熱材において、テルミット反応の還元材として使用される金属または合金は、反応速度が比較的遅い金属シリコン、Ｃａ−Ｓｉ合金及びＦｅ−Ｓｉ合金から選択される１種または２種以上である。これらの金属または合金は、金属アルミニウム粉末のような爆発の危険性がなく安全なものである。

還元材である金属または合金の配合量は、１０〜３５質量％、好ましくは１５〜２５質量％の範囲内である。還元材の配合量が１０質量％未満であると、発熱量が小さく溶融金属の温度を充分に上げることができないために好ましくなく、また、３５質量％を超えると、還元材を完全に酸化させるために必要な量の酸化材の配合量を確保できないために好ましくない。

また、本発明の発熱材において、テルミット反応の酸化材としては酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３）よりも酸化能力に優れ、発熱量の大きい酸化マンガン（ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３、ＭｎＯ）を使用する。ただし、酸化マンガンのみでは反応が激しすぎる場合もあるので、発熱量、発熱速度の調整のために酸化マンガンと同時に酸化鉄を併用することもできる。

酸化マンガンとしては、ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３、ＭｎＯの何れをも使用することができる。これらの中で酸素を最も多く含有しているＭｎＯ_２が発熱効率の点から最も好ましい。また、ＭｎＯ、Ｍｎ_２Ｏ_３を単独で使用したり、これらを併用することもできる。酸化マンガンの配合量は、５〜８５質量％、好ましくは４０〜８０質量％の範囲内である。酸化マンガンの配合量が５質量％未満であると、還元材との反応が遅く、発熱量が小さくなるために好ましくない。また、８５質量％を超えると、発熱材である金属または合金の配合量が少なくなるために好ましくない。

酸化マンガンと併用することができる酸化鉄としては、ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３等の何れをも使用することができる。これらの中でＦｅＯが最も反応性に富むために好ましいが、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３を単独で使用したり、これらを併用することもできる。酸化鉄の配合量は、０〜８０質量％、好ましくは０〜４０質量％の範囲内である。酸化鉄の配合量が８０質量％を超えると、還元材である金属または合金と酸化マンガンの配合量が少なくなりすぎ、発熱量が小さくなるために好ましくない。

ここで、本発明の発熱材において、酸化マンガンと酸化鉄の合計量は、５０〜９０質量％、好ましくは７０〜８５質量％の範囲内である。合計量が５０質量％未満となると、酸化材の配合量が不足し、還元材が充分酸化されずに残存するために好ましくなく、また、９０質量％を超えると、相対的に還元材の配合量が少なくなるために好ましくない。

しかしながら、酸化材として酸化マンガン、または酸化マンガンと酸化鉄だけでは反応開始温度が高く、発熱材投入後、発熱開始までに時間を要するために、発熱開始温度を下げ、反応を促進させるためにアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩及びアルカリ金属硝酸塩からなる群から選択される１種または２種以上を発熱開始促進材として配合することもできる。

ここで、アルカリ金属炭酸塩としては例えば炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム等を使用することができ、アルカリ金属炭酸水素塩としては例えば炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素カリウム等を使用することができ、アルカリ金属硝酸塩としては例えば硝酸ナトリウム、硝酸リチウム、硝酸カリウム等を使用することができる。発熱開始促進材の配合量は、２０質量％以下、好ましくは１〜１２質量％である。なお、発熱開始促進材の配合量が２０質量％を超えると、白煙の発生量が多くなり、作業環境が悪化したり、発熱開始温度が下がりすぎるため、例えば小さな火の粉と接触しただけで発熱が始まり、危険であるために好ましくない。

本発明の発熱材には、発熱後に低融点で流動性を有するスラグとするために、テルミット反応の還元材及び酸化材並びに発熱開始促進材の他に増量材を配合することができる。増量材としては、例えばＣａＦ_２、ＳｉＯ_２、ＣａＯ−ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＮａＦ等を使用することができる。増量材の配合量は、４０質量％以下、好ましくは０〜２０質量％の範囲内である。増量材の配合量が４０質量％を超えると、発熱システムに拘わる原料の配合量が少なくなり、発熱量が小さくなって溶融金属の温度上昇能力が小さくなるために好ましくない。

実施例
以下の表１に本発明品及び比較品の発熱材の原料配合並びに使用結果を記載する。

表１において、使用結果は、タンディッシュに本発明品または比較品の発熱材を５０ｋｇ投入した時の発熱状況、白煙、溶融後スラグ特性を目視観察し、連続測温で溶鋼温度を測定したものである。
なお、「発熱状況」において、良は、発熱反応が認められ、溶鋼温度を充分に上昇させることができたことを、やや良は、発熱反応が認められ、溶鋼温度を少し上昇させることができたことを、不充分は、発熱反応が小さく、溶鋼温度が降下したことをそれぞれ示す。
また、「溶融後スラグ流動性」において、良は、流動性ありを、中は、流動性は小さいが、凝固しなかったことを、不良は、流動性がなく、凝固したことをそれぞれ示す。

溶銑は高炉の出銑口から排出され、溶銑樋を通ってトピードカーへ注がれるが、溶銑樋の溶銑が滞留する部分で溶銑温度が低下して凝固するのを防止するために本発明の発熱材は好適に使用できる。

Claims

金属シリコン、Ｃａ−Ｓｉ合金及びＦｅ−Ｓｉ合金からなる群から選択される１種または２種以上の金属または合金が１０〜３５質量％、酸化マンガンが５〜８５質量％、酸化鉄が０〜８０質量％（但し、酸化マンガンと酸化鉄の合計量は５０〜９０質量％）、及びアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩及びアルカリ金属硝酸塩よりなる群から選択される１種または２種以上の発熱開始促進材が２０質量％以下からなることを特徴とする発熱材。
アルカリ金属炭酸塩は、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム及び炭酸カリウムから選択される１種または２種以上であり、アルカリ金属炭酸水素塩は、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム及び炭酸水素カリウムから選択される１種または２種以上であり、アルカリ金属硝酸塩は、硝酸ナトリウム、硝酸リチウム及び硝酸カリウムから選択される１種または２種以上である、請求項１記載の発熱材。
更に、ＣａＦ_２、ＳｉＯ_２、ＣａＯ−ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＮａＦからなる群から選択される１種または２種以上の増量材を４０質量％以下の量で配合してなる、請求項１または２記載の発熱材。