JP6744555B2 - スライディング・ゲート型プレート耐火物 - Google Patents

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本発明は,スライディング・ゲート型プレート耐火物に関する。
スライディング・ゲート型プレート耐火物(以下「プレート耐火物」という。)は、溶融金属の流量制御装置、特に取鍋やタンディッシュなどにおいて溶鋼流量を制御するために使用される。プレート耐火物は溶鋼流出孔を有しており、2枚あるいは3枚のプレート耐火物を組み合わせ、孔の開度を変化させることによって溶鋼流量を制御する構成となっている。
当該プレート耐火物の損傷形態としては、溶鋼流出孔のエッジ欠け、磨耗や溶損、熱衝撃による亀裂、酸化や地金の浸潤に伴う摺動部の面荒れなどがあり、それらの損傷をバランスよく抑えることが求められる。
一般的なプレート耐火物としては1000℃以上の温度で熱処理し、ピッチを含浸したアルミナカーボン質がある。このアルミナカーボン質プレート耐火物には、耐熱衝撃性確保のためカーボンブラック、黒鉛、ピッチなどのカーボン原料を添加している。
特許文献1は、「耐火性無機材料と、融点が1000℃以下であるアルミニウム含有金属のうち少なくとも1種または2種以上を3〜15質量%、カーボン質粉末原料0.3〜2質量%を含有する耐火原料配合物に有機結合剤を添加し、成形後、100〜1000℃の温度で熱処理し、かつ、カーボン質量を上記カーボン質粉末量と有機結合剤の800℃焼成後の残炭量との和とした際、アルミニウム質量に対するカーボン質量が0.2〜0.45倍の範囲であるスライディングノズル用プレート耐火物。」を開示し、「一般的なアルミナカーボン質のプレート耐火物ではカーボン質原料の添加により耐熱衝撃性を確保しているため、カーボン量低減には限界があるが、本発明では低融点金属の軟化溶融によって耐熱衝撃性が確保されるため、カーボン質原料を大幅に減らすことが可能となる。」としている。
特開2012−200733号公報
特許文献1は、「金属量とカーボン質との質量比を特定の値にすることによって、カーボンと金属が過不足なく反応して炭化金属を生成(例えばCとAlが反応してAl4C3)し、プレート耐火物に要求される耐熱衝撃性を確保しながら緻密な組織を作るとともに、過不足なく金属の反応を進め、不焼成プレート耐火物の酸化による強度低下の抑制と耐食性の向上がなされる」としているが、カーボンに対してアルミニウムを多量に使用しているため、組織の緻密化によって弾性率が増大し耐熱衝撃性向上効果は期待する程ではなかった。
本発明は、耐熱衝撃性と耐酸化性が向上し、加えて面損傷を低減することができるプレート耐火物を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、耐火原料100質量%に対し、ニードルコークスを外掛け0.1〜10質量%含有する組成としている。
上記ニードルコークスに加えて、カーボンブラック、黒鉛、コールタールピッチの群から選ばれる1種以上の炭素原料を外掛け10質量%以下含有させてもよい。
前記耐火原料としては、アルミナ原料を50〜90質量%、アルミナジルコニア原料を30質量%以下、ジルコニアムライト原料を20質量%以下含有する組成とする。
上記組成により、プレート耐火物の耐熱衝撃性と耐酸化性が向上し、耐用性が向上することになる。
各種カーボン原料について耐熱衝撃性、耐酸化性に与える影響を調査すると、これまでプレート耐火物に使用されてこなかったニードルコークスを添加すると、耐熱衝撃性と耐酸化性が大幅に向上することが確認できた。
ニードルコークスは電気炉用電極原料として知られているが、耐火物原料として使用されることは少なく、プレート耐火物に使用された例はなかった。プレート耐火物にニードルコークスを添加すると耐熱衝撃性が向上する理由は明確ではないが、ニードルコークスは熱膨張率が小さく、プレートに発生する応力を低減するためと考えられる。また、ニードルコークスは不純物が少なく酸化しにくいため、プレート摺動面の酸化が抑制され、面損傷が低減するものと考えられる。更に、ニードルコークスには石油系、石炭系の2種があるが、そのいずれも使用できる。なお、石油系に比べて石炭系のニードルコークスは熱膨張係数が小さく、耐スポーリング性向上効果が大きくなるので好ましい。
ニードルコークスは、固定炭素97.0重量%以上、灰分1.0重量%以下の高純度品を使用することが好ましい。固定炭素が97.0重量%を下回ると不純物が増加し耐食性、耐スポーリング性が低下する。粒径は75μmを超えるものが5重量%以下であることが好ましい。なお、粒径はJIS Z8801−1:2006「試験用ふるい−第1部:金属製網ふるい」に規定された公称目開き75μmのふるいを用い、JIS Z8815:1994「ふるい分け試験方法通則」に規定された乾式ふるい分け試験によって測定することができる。
粒径がこれより大きいものを使用すると流出孔の損耗が大きくなる。配合原料全体に対するニードルコークスの添加量は外掛け0.1〜10質量%とする。0.1質量%未満では耐スポーリング性向上効果がなく、10質量%を超えると摺動面の損傷が増大するため好ましくない。より好ましい添加範囲は3〜7質量%であり、さらに好ましくは4〜6質量%である。
ニードルコークス以外のカーボン原料として、カーボンブラック、黒鉛またはピッチなどを添加することができる。添加量はニードルコークスとの合量で外掛け0.1〜10質量%の範囲とする。10質量%を超えると摺動面の損傷が増大するので好ましくない。
その他の耐火原料は特に限定されるものではなく、アルミナやアルミナジルコニア、ムライト、ジルコニアムライトなどの一般的な耐火原料の1種または2種以上を使用することができる。
アルミナ原料は電融品、焼結品、仮焼品など、一般にプレート耐火物の製造に使用されているものであれば特に問題なく使用することができる。プレート耐火物に占めるアルミナ原料の割合は50〜90質量%とする。50質量%を下回ると耐食性が低下し、90質量%を超えると耐熱衝撃性が低下するので好ましくない。より好ましくは50〜85質量%である。
アルミナジルコニアは耐熱衝撃性を向上させる効果がある。プレート耐火物に占めるアルミナジルコニア原料の割合は30質量%以下とする。30質量%を超えると組織が脆化して強度が低下する。アルミナジルコニア原料のより好ましい範囲は5〜25質量%である。
ジルコニアムライトは耐熱衝撃性を向上させる効果がある。プレート耐火物に占めるジルコニアムライト原料の割合は20質量%以下とする。20質量%を超えると耐食性が低下するので好ましくない。より好ましくは5〜13質量%である。
結合剤には公知のフェノール樹脂が使用できる。残炭率は35質量%以上のものが好ましい。添加量は外掛けで3〜5質量%が好ましい。3質量%を下回ると結合剤としての効果がなく、5質量%を超えると成形や焼成時に亀裂が生じるため好ましくない。
前述した原料以外に金属(Al,Siなど)、炭化物(SiC、B4C、Al4C3など)、窒化物(BN、AlN、Si3N4など)などを外掛けで合計8質量%以下使用できる。各種添加物は一般的にプレート耐火物の製造に使用されているものであれば特に問題なく使用することができる。
本発明のプレート耐火物は、公知の方法で製造できる。配合原料に結合剤を添加後混練し成形する。成形後の熱処理も公知の方法が適用できる。例えば100〜400℃で乾燥処理を行う。焼成する場合は、乾燥処理後、還元雰囲気あるいは非酸化雰囲気において600〜1400℃で焼成する。焼成後必要に応じてピッチ含浸および加熱処理を施す。
表1に実施例、表2に比較例を示す。ニードルコークスは、固定炭素97.0%以上、灰分1.0%以下のものを使用した。主要原料にはアルミナ、アルミナジルコニア、ジルコニアムライトを使用した。ニードルコークス以外のカーボン原料には、カーボンブラック、ピッチを使用した。その他の原料としてAl、Si、B4Cを使用した。これらを所定の配合率に従って混合し、フェノール樹脂を添加したものを60℃に加温して20分間ミキサーで混練した。成形は真空オイルプレスを用いた。乾燥は200℃で処理した。乾燥後1000℃の還元雰囲気で焼成しプレート耐火物を得た。
耐熱衝撃性は、(1)式で表される熱衝撃破壊抵抗係数Rを用いて評価した。
R=S/(Eα)・・・(1)
熱衝撃破壊抵抗係数R/K
弾性率E/GPa
曲げ強さS/MPa
線熱膨張率α/10-6K-1
弾性率Eは、J.W.LEMMENS-ELEKTONIKA製MK5を用い、試験片に衝撃を与え、固有振動数から計算するグラインドソニック法により測定した。曲げ強さSは、JISR2213:1995(耐火れんがの曲げ強さの試験方法)に準じ、試験片のサイズ40×40×150mm、支持用ロールの中心間の距離100mmの条件で測定した。線熱膨張率αは、JISR2207-1:2007(耐火物の熱膨張の試験方法第1部:非接触法)により測定した。
耐面損傷性(耐酸化性)は、高周波誘導炉内張り法で評価した。試験片を高周波誘導炉の内張りにセットし、1550〜1600℃の溶鋼に4時間接触させた。試験中継続して溶鋼中にArガスを吹き込んだ。試験後試料を回収し稼働面の変質層厚みを測定した。変質層厚みを比較例1を基準とする指数で表した。数字が小さいほど耐面損傷性(耐酸化性)が良好であることを示す。
耐熱衝撃性を示すS/(Eα)の好適範囲は60以上とし、70以上であればより好ましいとした(○:60以上70未満、◎:70以上)。変質層厚み指数は105以下であれば許容範囲内とし、95以下であればより好ましいとした(○:95以上105以下、◎:95未満)。
実施例1〜6は主要原料と添加剤の配合割合が同一で、ニードルコークスの添加割合のみを変化させたものである。実施例7、8はカーボン原料としてカーボンブラックを併用したもの、実施例9、10はカーボンブラックに加えてピッチも併用したものである。
比較例1〜5はカーボンブラックのみを使用した例、比較例6はカーボン原料を無添加とした例、比較例7はニードルコークスを過剰に添加した例である。実施例は比較例と比べて良好な耐熱衝撃性と耐面損傷性を兼ね備えていることが理解できる。

Claims (3)

  1. 耐火原料100質量%に対し、粒径75μmを超えるものが5重量%以下であるニードルコークスを外掛け0.1〜10質量%含有するスライディング・ゲート型プレート耐火物。
  2. カーボンブラック、黒鉛、コールタールピッチの群から選ばれる1種以上の炭素原料を外掛け10質量%以下含有する請求項1に記載のスライディング・ゲート型プレート耐火物。
  3. 前記耐火原料として、アルミナ原料を50〜90質量%、アルミナジルコニア原料を30質量%以下、ジルコニアムライト原料を20質量%以下含有する組成とする請求項1又は2に記載のスライディング・ゲート型プレート耐火物。
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