JP6374926B2 - 補修用不定形耐火物及び補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑若しくは溶鋼を保持する溶銑溶鋼容器（溶銑鍋、溶鋼鍋、タンディッシュ等）、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鉄用の電気炉の作業口（出鋼口等）の補修に使用する不定形耐火物、及びこれを使用した補修方法に関する。なお、本明細書ではＲＨ浸漬管とＤＨ浸漬管を総称して単に「浸漬管」という。

例えば製鋼用電気炉においてその一般的な内張り構造は、内張りれんがの表面を耐火スタンプ材で覆った構造である。内張りの頂部はスラグラインに相当し、先行損耗される。このスラグラインには通常、耐スラグに優れたマグネシア−カーボン質れんがが設けられている。しかし、それでもスラグラインの耐用は十分なものではなく依然として先行損耗される。そこで、スラグラインに対し、その損耗を見計らって随時、吹付補修が行われている。

このような吹付補修に使用される吹付材の材質として、マグネシア質が知られている。マグネシア質は高耐食性材質である。しかし、スラグ浸潤しやすいことから、スラグ浸潤部とその背面部との境界に亀裂が生じる構造的スポーリングによって、剥離損傷しやすい。この剥離損傷は溶損と違って損耗が一挙に進行し、補修効果が大きく低下する。

その対策として、このマグネシア質にドロマイト（マグネシア−ライム）を組み合わせたマグネシア−ドロマイト質の使用が考えられる。ドロマイトは耐スラグ浸潤性に優れている。これにより、マグネシアの高耐食性とドロマイトの耐スラグ浸潤性とを兼ね備えた効果が予想できるが、実使用においては、マグネシア−ドロマイト質はドロマイトの水和反応による消化が著しく、付着性、耐食性の低下と共に保管性に劣る。

そこで特許文献１には、耐消化性に優れた塩基性質耐火原料であるかんらん岩をマグネシアと組み合わせたマグネシア−オリビン質の使用が提案されている。かんらん岩はＭｇＯ及びＳｉＯ_２を主成分とした天然原料である。耐火物使用中において、ＳｉＯ_２成分の溶出によってスラグの粘性を上げ、スラグ浸透を抑制する効果もある。そして、特許文献１の吹付材は、マグネシア−オリビン質の被補修面に対する接着性及び付着性を改善したことにより、製鋼用電気炉の内張り補修において優れた補修効果を発揮する。

しかし、本発明者らが特許文献１の吹付材（不定形耐火物）を製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管（「溶銑溶鋼容器、浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口」と同義である。以下同じ。）の補修に使用したところ、必ずしも優れた補修効果を得ることができなかった。

特許第４２７３０９９号公報

本発明が解決しようとする課題は、製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管の補修において優れた補修効果を発揮できるマグネシア−オリビン質不定形耐火物、及びこれを使用した補修方法を提供することにある。

本発明者らは、前述のとおり特許文献１の吹付材（不定形耐火物）が製鋼用電気炉の内張り補修においては優れた補修効果を発揮するのに対し、製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管の補修においては必ずしも優れた補修効果を発揮できない理由の一つは、製鋼用電気炉の内張りと製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管との使用条件（操業条件）の違いにあると考えた。すなわち、製鋼用電気炉の作業口は出鋼作業等に伴い、溶銑溶鋼容器は溶銑や溶鋼の受け入れ及び排出に伴い、また浸漬管は溶鋼への浸漬及び引き上げに伴い、いずれも製鋼用電気炉の内張りに比べ非常に大きな加熱冷却に繰り返しさらされることから、この大きな加熱冷却に伴う体積変化（寸法変化）があるため十分な補修効果が得られないと考えた。そこで本発明者らは、加熱冷却時の体積安定性（寸法安定性）に優れるマグネシア−オリビン質不定形耐火物を志向し検討を重ねた結果、不定形耐火物中のＳｉＯ_２含有量が加熱冷却時の体積安定性（寸法安定性）に大きく影響することが判明し、このＳｉＯ_２含有量を制御することで加熱冷却時の体積安定性（寸法安定性）を向上させることができることがわかった。

すなわち、本発明の一観点によれば、「天然原料であるかんらん岩を１０００℃以上で焼成した焼成オリビンが２５質量％以上６０質量％以下を占め、残部はマグネシアを主体とした耐火原料と、無機結合剤とを含み、有機結合剤を含まず、ＳｉＯ_２含有量が１４質量％以上２６質量％以下である、溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口の補修用不定形耐火物」が提供される。

一方、不定形耐火物中のＳｉＯ_２は、当該不定形耐火物の耐スラグ溶損性を低下させる傾向がある。前述のＳｉＯ_２含有量の上限値は、これら耐スラグ溶損性の低下の許容範囲を考慮して規定したものであるが、本発明者らの試験（詳細は後述）によると、耐スラグ溶損性の低下の傾向はスラグの塩基度（Ｃ／Ｓ）により大きく異なることがわかった。すなわち、スラグの塩基度が高くなると、ＳｉＯ_２含有量の増加に伴う耐スラグ溶損性の低下が大きくなることがわかった。そこで本発明者らは、補修対象の製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管が接するスラグの塩基度に応じてＳｉＯ_２含有量の異なる不定形耐火物を使い分けることが有効であるとの発想を得た。

すなわち、本発明の他の観点によれば、前記本発明の補修用不定形耐火物による溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口の補修方法において、
補修対象の溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口が接するスラグの塩基度が１．５未満の低塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１８質量％以上２６質量％以下に調整した前記補修用不定形耐火物により補修し、補修対象の溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口が接するスラグの塩基度が１．５以上の高塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１４質量％以上１８質量％未満に調整した前記補修用不定形耐火物により補修する補修方法が提供される。

本発明によれば、マグネシア−オリビン質不定形耐火物中のＳｉＯ_２含有量を限定したことにより、加熱冷却時に優れた体積安定性（寸法安定性）を発揮し、その結果、製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管の補修において優れた補修効果を発揮できる。

マグネシア−オリビン質不定形耐火物のＳｉＯ_２含有量と寸法変化率の関係を示すグラフである。 マグネシア−オリビン質不定形耐火物のＳｉＯ_２含有量とスラグ浸潤量の関係を示すグラフである。 マグネシア−オリビン質不定形耐火物のＳｉＯ_２含有量とスラグ溶損量の関係を示すグラフである。

本発明の補修用不定形耐火物で使用する焼成オリビンは、天然原料であるかんらん岩を焼成したものである。天然原料のかんらん岩は、化学成分的にはＭｇＯとＳｉＯ_２とを主成分とする。フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ_２）、エンスタタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ）、ファイアライト（２ＦｅＯ・ＳｉＯ_２）、サーべンタイン（３ＭｇＯ・２ＳｉＯ_２・２Ｈ_２Ｏ）を主な鉱物相とし、その他ガラス質を含む。本発明ではこの天然原料のかんらん岩を焼成して使用する。その焼成温度は１０００℃以上、好ましくは１２００℃以上１５００℃以下である。

本発明の補修用不定形耐火物の耐火原料に占める焼成オリビンの割合は２５質量％以上６０質量％以下とする。焼成オリビンの割合がこの範囲外では、加熱冷却に伴う寸法変化が大きくなる。焼成オリビンの好ましい割合は４５質量％以上５５質量％以下である。

マグネシアとしては、天然マグネシア、焼成マグネシアあるいは電融マグネシアを使用することができる。その割合は、耐火原料組成おいて前記焼成オリビンの残部の主体とする。不定形耐火物の耐火原料に占めるマグネシアの割合は耐食性の面から４０質量％以上７５質量％以下が好ましい。また、マグネシアは化学成分値でＳｉＯ_２を２質量％以上６質量％以下、ＭｇＯを９０質量％以上含む材質が好ましい。

焼成オリビン及びマグネシアの粒度は、施工体の密充填化を図るために粗粒（粒径１ｍｍ以上）、中粒（粒径０．１２５ｍｍ以上１ｍｍ未満）及び微粒（粒径０．１２５ｍｍ未満）に適宜調整される。最大粒径（トップサイズ）は従来技術と同様に２ｍｍ以上５ｍｍ未満が好ましい。なお、耐火原料の粒度は篩によって調整することができる。本発明において粒径１ｍｍ以上とは目開き１ｍｍの篩の篩上に相当する。逆に粒径１ｍｍ未満とは、目開き１ｍｍの篩の篩下である。

以上の焼成オリビン及びマグネシア以外にも、本発明の効果を損なわない範囲であれば他の耐火原料を配合してもよい。例えば焼ドロマイト等の微量の添加である。これら他の耐火原料を使用する場合、その合量は耐火原料全体に占める割合で１０質量％以下に留めることが好ましい。

結合剤は特に限定されるものではない。リン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、リン酸カリウム、リン酸カルシウムなどのリン酸塩、珪酸ソーダ、メタ珪酸ソーダ、珪酸カリウムなどの珪酸塩、あるいはアルミナセメント、ポルトランドセメント等である。その添加量は耐火原料に対する割合で、外掛けで１質量％以上１５質量％以下が好ましい。更に好ましくは３質量％以上１０質量％以下である。また、結合剤の種類によっては、さらに硬化促進剤を添加する。硬化促進剤の具体例としては、消石灰、生石灰、炭酸カルシウム等のカルシウム塩である。

また、必要によっては、ファイバー類、金属粉、分散剤、乳酸アルミニウム類、ＣＭＣ等を添加してもよい。ファイバー類の具体例は、ポリプロピレン、ナイロン、ＰＶＡ、ビニロン、ポリエチレン、アクリル、ポリエステル、パルプ、紙繊維、セピオライト等である。耐火原料に対する割合で、外掛けで０．０５質量％以上１質量％以下の添加が好ましい。

以上の配合において本発明では主に体積安定性（寸法安定性）を確保する点から、不定形耐火物中のＳｉＯ_２含有量が１４質量％以上２６質量％以下となるように調整する。このＳｉＯ_２含有量は、主に耐火原料中の焼成オリビンの割合により調整する。不定形耐火物中のＳｉＯ_２含有量は１８質量％以上２３質量％以下とすることが好ましい。

本発明の補修用不定形耐火物は、吹付、スタンプ、こて塗等の任意の補修法にて施工可能である。例えば吹付においては任意の吹付装置を使用し、乾式法にて施工する。すなわち、本発明の補修用不定形耐火物を吹付材として吹付装置にてノズルへ搬送し、ノズルあるいはノズル近傍にて施工水を添加し、吹付ける。発塵防止のために施工水の一部を予め吹付材に添加しておいてもよい。溶銑溶鋼容器のうち溶銑鍋や溶鋼鍋の内張り補修及び浸漬管の浸漬部分の補修には吹付施工が好適である。一方、製鋼用電気炉の作業口の補修及び溶銑溶鋼容器の底部コーナー部の補修にはスタンプ施工が好適である。また、溶銑溶鋼容器のうちタンディッシュの内張り補修にはこて塗施工を行う場合もある。すなわち、補修用不定形耐火物は、その施工法に応じて、吹付材、スタンプ材、こて塗材（コーティング材）等として使用される。

このような本発明の補修用不定形耐火物による補修においては、主に耐スラグ溶損性を確保する点から、補修対象の製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管の内張りが接するスラグの塩基度が１．５未満（典型的には０．４以上１．５未満）の低塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１８質量％以上２６質量％以下（より好ましくは１９質量％以上２５質量％以下）と比較的高含有量に調整した補修用不定形耐火物を使用し、スラグの塩基度が１．５以上（典型的には１．５以上５以下）の高塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１４質量％以上１８質量％未満（より好ましくは１４質量％以上１６質量％以下）と比較的低含有量に調整した補修用不定形耐火物を使用することが好ましい。

表１に示すように、耐火原料として天然マグネシアと焼成オリビンの配合割合を変えた補修用不定形耐火物を作製し、各不定形耐火物の寸法変化率、スラグ浸潤量、スラグ溶損量及び耐圧強度（圧縮強さ）を以下の要領で測定した。なお、焼成オリビンは、かんらん岩をロータリーキルンにて１１００℃で焼成処理したものである。
（１）寸法変化率
各不定形耐火物から４０×４０×１６０ｍｍの試験片を作製し、１５００℃×３ｈの熱処理後の線変化率を測定した。
（２）スラグ浸潤量、スラグ溶損量
各不定形耐火物からルツボを作製し、塩基度（Ｃ／Ｓ）が１．０、２．０、３．０又は５.０の合成スラグ（表２参照）にて、常温から昇温して最高温度１５００℃×３ｈの浸食試験を実施し、スラグ浸潤量、スラグ溶損量を測定した。
（３）耐圧強度（圧縮強さ）
各不定形耐火物から４０×４０×４０ｍｍの試験片を作製し、その試験片を圧縮試験機にセットし、その圧縮試験機の加圧板を均一速度で下降させ試験片を加圧して最大荷重を測定し、下式より耐圧強度（圧縮強さ）を算出した。
Ｃ＝Ｗ／（ａ×ｂ）
Ｃ：耐圧強度（圧縮強さ）（ＭＰａ）
Ｗ：最大荷重（Ｎ）
ａ、ｂ：加圧面の縦、横の寸法（ｍｍ）

図１に表１の補修用不定形耐火物のＳｉＯ_２含有量と寸法変化率の関係を示す。同図に示すように、ＳｉＯ_２含有量が１４質量％以上２６質量％以下の範囲で寸法変化率の低減が認められ、補修用不定形耐火物の寸法安定性（体積安定性）が向上することがわかる。

図２に補修用不定形耐火物のＳｉＯ_２含有量とスラグ浸潤量の関係、図３に補修用不定形耐火物のＳｉＯ_２含有量とスラグ溶損量の関係を示す。スラグ浸潤に関しては図２に示すように、スラグの塩基度（Ｃ／Ｓ）が１．０から５．０のいずれにおいても、ＳｉＯ_２含有量が１４質量％以上で浸潤量が低減した。一方、スラグ溶損に関しては図３に示すように、スラグの塩基度（Ｃ／Ｓ）が１．０（低塩基度）の場合に比べ２．０から５．０（高塩基度）の場合の方が、ＳｉＯ_２含有量の増加に伴う溶損量の増加が大きいことがわかった。これより、補修対象の製鋼用電気炉の作業口、溶銑溶鋼容器又は浸漬管が接するスラグの塩基度に応じてＳｉＯ_２含有量の異なる補修用不定形耐火物を使い分けることが有効であることがわかる。具体的には、スラグの塩基度が１．５未満の低塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１８質量％以上２６質量％以下に調整した補修用不定形耐火物を使用し、スラグの塩基度が１．５以上の高塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１４質量％以上１８質量％未満に調整した補修用不定形耐火物を使用することが好ましい。

Claims (2)

1. 天然原料であるかんらん岩を１０００℃以上で焼成した焼成オリビンが２５質量％以上６０質量％以下を占め、残部はマグネシアを主体とした耐火原料と、無機結合剤とを含み、有機結合剤を含まず、ＳｉＯ_２含有量が１４質量％以上２６質量％以下である、溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口の補修用不定形耐火物。
2. 請求項１に記載の補修用不定形耐火物による溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口の補修方法において、
   補修対象の溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口が接するスラグの塩基度が１．５未満の低塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１８質量％以上２６質量％以下に調整した前記補修用不定形耐火物により補修し、
   補修対象の溶銑溶鋼容器、ＲＨ浸漬管、ＤＨ浸漬管又は製鋼用電気炉の作業口が接するスラグの塩基度が１．５以上の高塩基度の場合、ＳｉＯ_２含有量を１４質量％以上１８質量％未満に調整した前記補修用不定形耐火物により補修する、補修方法。