JPH02199083A - 金属含浸不定形耐火物成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属製造炉および熱処理炉等に用いられる不
定形耐火物成形体の製造方法に関する。

（従来の技術） 加圧炉等の熱処理炉の内壁に用いられた耐火物は、約１
０００℃以上の苛酷な条件下に曝されるので、徐々に表
面剥離が起こってしまう。一方、転炉、取鍋、脱ガス炉
等の溶湯容器の内壁は、溶湯およびスラグに接触し、溶
損や剥離を生じる。

特に、スラグラインでは、スラグに内壁耐火物が暮しく
溶損し、更に溶融スラグが耐火物内部に侵入することに
より耐火物は破壊されてしまう。上記の問題点を解決す
るために、耐火物には、耐スポーリング性と耐スラグ浸
潤性が要求されている。

スポーリングとは、耐火物が熱衝撃、機械的または構造
的原因により割れを起こし、損壊する減少をいう。熱衝
撃によるスポ・−リング（以下、熱的スポーリングとい
う）は、急熱急冷時の熱応力により発生する。機械的原
因によるスポーリング（以下、機械的スポーリングとい
う）は、主に機械の作動による耐火物の損傷により発生
する。また、構造的原因によるスポーリング（以下、構
造的スポーリングという）は、主にスラグの浸潤と関連
して発生する。すなわち、レンガの開気孔に浸潤したス
ラグによって、レンガ、母材の熱応力が大きくなり、母
材の損壊を生じる。

これらのスポーリングのうち、機械的スポーリングは、
装置等の改良によりある程度まで改善することができる
。したがって、耐火レンガの特性の点では、特に耐熱的
スポーリング性および耐構造的スポーリング性の改善が
望まれる。耐構造的スポーリング性を改善するためには
、上記理由から耐スラグ浸潤性を改善しなければならな
い。また、スラグの浸潤はレンガ表面からの母材の溶…
を増大するから、溶損を抑制する意味からも耐スラグ浸
潤性に優れた耐火物が望まれている。

これらの特性に比較的優れた耐火レンガとして、高アル
ミナ質レンガ、シャモットレンガ、マグネシアレンガ、
クロム・マグネシア質レンガ等が使用されている。また
最近では、耐熱的スポーリング性を改善したマグネシア
・カーボン質レンガ等の黒鉛添加耐火物や、金属ファイ
バーを含有するキャスタブル等が実用化されている。

さらに、耐スラグ浸潤性を改善するために、レンガの多
孔体にタールを含浸させたタール含浸レンガが、転炉や
ステンレス精練炉等の内張りに使用されている。タール
含浸レンガは、レンガの開気孔にタールが充填されてい
るので、スラグの浸潤が防止され、構造的スポーリング
が抑制される。

タール含浸レンガを製造する方法の一つに、ドロマイト
粉末をタールを結合剤として混合成形し、これを焼成し
て所望の見掛は気孔率とし、溶媒に希釈したタールに真
空槽内で常温常圧下にて浸漬する方法がある。

また、タールａ没レンガを製造する他の方法の一つに、
ドロマイト粉末をタールを結合剤として混合成形し、こ
れを焼成して所望の見掛は気孔率とし、真空槽内で温度
２００乃至３００℃のタールバスに浸漬し、これに３乃
至４　ｋｇ　／　ｃｊの圧力を加える方法がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記のタール含浸レンガを炉等に使用し
た場合、高熱によりタールを含浸させるために用いた溶
媒が揮発してしまい、レンガの見掛は気孔率が上昇して
しまう。このため、スラグの浸潤を十分に防止すること
ができず、その効果は小さい。

一般に、耐スラグ浸潤性を向上させるためには耐火物を
ち密化すればよいが、ち密化しすぎると熱的スポーリン
グが起り易くなる。このように、耐スラグ浸潤性および
耐スポーリング性の双方を向上させることは困難である
。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐スラ
グ浸潤性、耐購造的スポーリング性並びに耐熱的スポー
リング性に優れた不定形耐火物成形体の製造方法を提供
することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明の目的は、多孔質の不定形耐火物成形体を予熱す
る工程と、予熱された不定形耐火物成形体の開気孔内に
存在するガスを脱気する工程と、脱気された不定形耐火
物成形体を溶融金属中に浸漬する工程と、不定形耐火物
成形体が浸漬されている溶融金属に０．１乃至２０００
ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えることにより、溶融金属を不
定形耐火物成形体の開気孔内に含浸させる工程とを具備
する金属含浸不定形耐火物成形体の製造方法によって達
成することができる。

不定形耐火物成形体とは、耐火性原料にセメント、コロ
イダルシリカ等の結合剤を加えて成形し、約室温〜５０
０℃で乾燥させたものである。この耐火性原料は、クロ
ム質キャスタブル、高アルミナ質キャスタブル、シャモ
ツト質キャスタブル等の耐火物の製造に用いられるもの
である。

なお、本発明の金属含浸不定形耐火物成形体の製造方法
において、不定形耐火物成形体を溶融金属中に浸漬した
後、脱気を行なってもよい。

（作用） 本発明に予熱工程を設けた理由は、不定形耐火物成形体
を予熱せず、そのままの温度（すなわち室温）で溶融金
属中に浸漬すると、不定形耐火物成形体表面と溶融金属
との温度差がかなり大きいため、溶融金属は不定形耐火
物成形体表面で急激に冷却され凝固してしまい、不定形
耐火物成形体表面に溶融金属の被膜が生じてしまうから
である。

不定形耐火物成形体表面に金属被膜が生じると、それ以
上不定形耐火物成形体内部に金属を含浸させることが不
可能になる。したがって、溶融金属中に浸漬する前に、
不定形耐火物成形体を予め加熱することにより、溶融金
属との温度差をできるだけ小さくし、不定形耐火物成形
体表面で溶融金属が凝固することを防止する必要がある
。

本発明に脱気工程を設けた理由は、不定形耐火物成形体
の開気孔中に空気が残存すると、金属の含浸が残存する
空気によって阻止され困難になるからである。仮に、加
圧することにより金属を含浸できたとしても、復圧後は
開気孔中の圧縮空気により金属の一部が押出されてしま
う。したがって、本脱気工程において、不定形耐火物成
形体をほぼ完全に脱気することが重要である。

本発明の加圧工程における圧力を０，１乃至２０００ｋ
ｇ／ｃｍ２の範囲とした理由は、外圧を全く加えないと
、不定形耐火物多孔体の内部圧と溶融金属圧が均衡し、
溶融金属が開気孔内部に浸透しないからである。逆に、
圧力が２０００ｋｇ／ｃｄを越えると、不定形耐火物成
形体自体が損壊する恐れがある。一般に、圧力が不定形
耐火物成形体の圧縮強度を越えると、不定形耐火物成形
体自体の損壊、金属含浸量の減少ならびに金属含浸後の
不定形耐火物成形体の熱間強度の低下等が起こるので、
圧力は不定形耐火物成形体の圧縮強度より小さくなけれ
ばならない。

以下、実施例において、図面を参照しながら本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるも
のではない。

（実施例） まず初めに、第１図を参照しながら、本発明の金属含浸
不定形耐火物成形体の製造方法に用いられる装置につい
て説明する。

第１図は、本発明に用いることができる金属含浸不定形
耐火物成形体製造装置の概念図である。

第１図によると、金属含浸不定形耐火物成形体製造装置
は、予熱炉２、真空加圧炉１および焼鈍炉３を具備して
いる。

予熱炉２は、不定形耐火物成形体を予め含浸させる金属
の融点付近まで加熱するための装置である。したがって
、予熱炉に要求される性能は、予熱炉壁２′が含浸させ
る金属の融点付近まで耐えられるものであることと、予
熱コイル５が不定形耐火物成形体を含浸させる金属の融
点付近まで加熱できることである。上記の性能を有する
加熱炉であれば、本発明に用いることができる。

真空加圧炉１は、不定形耐火物成形体を脱気し、金属を
含浸させる装置である。真空加圧炉１は、加圧ガス供給
管７と吸引管８とを具備している。

吸引管８は、真空加圧炉１内の圧力を約２０〜１０−４
Ｌｏｒｒに減圧するためのものである。それとは逆に、
加圧ガス供給管７は、前記吸引管により減圧させた真空
加圧炉１内に、ガスを噴入して加圧するためのものであ
る。さらに、真空加圧炉１の中には、メタルバス４が配
置されている。メタルバス４は、溶融金属を収容する容
器であるので、耐熱性であることが必要である。このメ
タルバス４には、通常の耐火物を用いることができるが
、特にち密質のものが望ましく、マグネシアルツボが好
ましい。メタルバス４の外壁周囲には、加熱コイル６が
配置されている。この加熱コイル６によって、メタルバ
ス４は金属の融点以上に保たれている。

焼鈍炉３は、金属を含浸させた不定形耐火物成形体を焼
鈍するためのものであり、従来の焼鈍炉を用いることが
できる。

本発明において、予熱炉２、真空加圧炉１および焼鈍炉
３は、必ずしも一体化されている必要はない。しかし、
第１図に示した通り、これらの炉を一体化し、レール９
、搬送保持アーム１０および駆動装置（図示せず）等か
らなる保持搬送装置によって、予熱炉２、真空加圧炉１
および焼鈍炉３の順に不定形耐火物成形体を保持および
搬送することにより、連続操作することが可能である。

以下、本発明の金属含浸不定形耐火物成形体の製造方法
を詳しく説明する。

本発明の金属含浸不定形耐火物成形体の製造方法は、不
定形耐火物成形体を予熱する工程と、不定形耐火物成形
体の開気孔に金属を含浸させる工程と、金属を含浸させ
た不定形耐火物成形体を焼鈍する工程とに分けることが
できる。

以下、図面を参照しながら、各工程ごとに説明する。

予熱工程 本予熱工程は溶融金属中に浸漬する前に、不定形耐火物
成形体を予熱するものである。

本予熱工程の目的は、以下の通りである。

不定形耐火物成形体は、次工程において、溶融金属中に
浸漬される。溶融金属は、かなりの高温（例えば、ステ
ンレスでは、１４５０℃以上）であり、不定形耐火物成
形体を予熱せずにそのまま溶融金属に含浸すると、その
温度差により溶融金属は不定形耐火物成形体との接触面
で急激に冷却され凝固してしまう。また、不定形耐火物
成形体は金属により急熱され、熱的スポーリングを起こ
し割れてしまう。その結果、不定形耐火物成形体表面に
金属波膜が生じてしまい、それ以上金属を含浸させるこ
とができない。そこで、浸漬前に不定形耐火物成形体を
予熱することによって、不定形耐火物成形体表面と溶融
金属の温度差をできるだけ小さくし、不定形耐火物成形
体表面での溶融金属の凝固を防ぐのである。

予熱温度は含浸させる金属の溶融温度以上が好ましいが
、本予熱工程の目的を達せられるならば、融点より小さ
くてもよい。また、本予熱工程に用いる予熱炉は、所望
の温度が得られ、かつ耐熱性ならば、従来のものを用い
ることができる。

金属含浸工程 本金属含浸工程は、さらに以下の３工程に分けることが
できる。

（ａ）脱気工程 本脱気工程は、不定形耐火物成形体の開気孔中に存在す
る空気を除去することが目的である。

不定形耐火物成形体の開気孔から空気を除去する理由は
、開気孔内に空気が存在すると、以下の加圧工程（ｃ）
での加圧により含浸した金属が、復圧後、開気孔内の圧
縮空気によって排出されてしまうからである。

本脱気工程の目的は、搬送保持アーム１０により不定形
耐火物成形体１１を予熱炉２から真空圧力炉１内に導入
し、真空ポンプ（図示せず）等を用いて減圧することに
よって達成することができる。

不定形耐火物成形体を脱気するためには、真空加圧炉１
を可能な限り減圧することが望ましい。

しかしながら、実際には、真空加圧炉１内に溶融金属が
存在するため、該溶融金属の蒸気圧を考慮して減圧を行
わなければならない。本発明においては、２０乃至１０
−　Ｌｏｒｒ程度の減圧が好ましい。

（ｂ）浸漬工程 本浸漬工程は、脱気された不定形耐火物成形体１１を溶
融金属中に浸漬する工程であり、脱気された不定形耐火
物成形体１１を搬送保持アーム１０によりメタルバス４
中に浸漬する。

金属の含浸速度は、溶融金属の不定形耐火物成形体に対
するぬれ性と、不定形耐火物成形体の気孔率と、次工程
による圧力とに依存する。したがって、含浸時間は、用
いる不定形耐火物成形体の種類および含浸させる金属の
種類の組合わせにより変化するので一慨には言えないが
、１〜１２０分程度である。

先の脱気工程（ａ）と本浸漬工程（ｂ）は、任意の順序
で行うことができるが、不定形耐火物成形体の脱気を完
全に行なえるという点から、浸漬工程の前に脱気工程を
行なうのが好ましい。

（ｃ　）　７ＪＩ圧工程 本加圧工程の目的は、不定形耐火物成形体１１がメタル
バス４内に浸漬されているあいだ加圧し、その圧力を以
て金属を不定形耐火物成形体１１の開気孔内に含浸させ
ることである。

加圧方法は、加圧ガス供給管７から真空加圧炉１に加圧
ガスを供給することにより行なう。加圧ガスには、不活
性ガスまたは窒素ガスを用いることが好ましい。これは
、真空加圧炉内の雰囲気を非酸化性にすることにより、
加熱コイル６の酸化を防止することができ、コイルの熱
効率低下を防止できるからである。

先にも述べた通り、不定形耐火物成形体１１への金属の
含浸難易（含浸速度）は、溶融金属１２の不定形耐火物
成形体に対するぬれ性と、不定形耐火物成形体の見掛は
気孔率と、本加圧工程で適用する圧力とに依存する。し
かしながら、前記ぬれ性および見掛は気孔率を改善する
ことには、ある程度の限界がある。したがって、不定形
耐火物成形体に金属を含浸させる難易は、主に本加圧工
程で適用する圧力に依存することになる。一般に、高い
圧力を適用するほど金属を含浸させることができる。し
かしながら、適用する圧力が不定形耐火物成形体の圧縮
強度以上になると、不定形耐火物成形体自体の破壊、金
属含浸量の減少あるいは金属含浸後の不定形耐火物成形
体の熱間強度の低ドが起こってしまう。したがって、不
定形耐火物成形体の圧縮強度より小さい圧力を適用しな
ければならない。

本加圧工程で適用する圧力は、不定形耐火物成形体の種
類と含浸させる金属の種類の組合わせによって変化する
ので一慨には言えないが、約０．１乃至２０００ｋｇ／
ｃシが適切である。

焼鈍工程 前記浸漬工程では、不定形耐火物成形体１１は約１５０
０℃以上のメタルバス４中に浸漬されており、不定形耐
火物成形体自体もほぼ同じ程度になっている。この不定
形耐火物成形体を室温まで冷却する際、急激に冷却する
と、不定形耐火物成形体中に含浸された金属が急激に凝
固し、不定形耐火物成形体に割れやひびが生じてしまう
。また、不定形耐火物成形体の内外に生じる温度差に起
因する熱応力により、熱的スポーリングを起こす可能性
もある。したがって、本焼鈍工程によって、高温まで加
熱された不定形耐火物成形体を徐々に室温まで冷却する
。本焼鈍工程には、従来の焼鈍炉を用いることができる
。

上述の予熱工程、金属含浸工程および焼鈍工程によって
、不定形耐火物成形体の開気孔に金属を含浸させること
ができる。例えば、見掛は気孔率２３容積％のアルミナ
キャスタブル成形体を脱気し、Ｆｅ中に浸漬し、１４ｋ
ｇ／ｃｍ２の圧力を印加して金属を含浸させた場合、見
掛は気孔率は０．４容積％まで低下した。

また、変形例として、上記加圧工程（Ｃ）を用いない方
法がある。

第３図に、変形例を示した。

これによると、真空加圧炉内に数メートルの高さを有す
るメタルバス４′が提供されている。本変形例では、搬
送保持アーム１０′により、予熱した不定形耐火物成形
体１１がメタルバス４′の底まで浸漬されている。本変
形例は、ガス加圧の代わりに溶融金属１２の重量で不定
形耐火物成形体１１を圧縮するものであり、その他の工
程は上記と同様である。

（発明の効果） 本発明の方法によって、不定形耐火物成形体の開気孔に
金属を含浸させることができ、耐スポーリング性および
耐スラグ浸潤性が優れている金属含浸不定形耐火物成形
体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の金属含浸不定形耐火物成形体の製造
方法に用いることができる装置の一例を示した図。 第２図は、真空加圧炉の拡大図。 第３図は、真空加圧炉の変形例を示した図。 １・・・真空加圧炉、２・・・予熱炉、３・・・焼鈍炉
、４．４′・・・メタルバス、５・・・予熱コイル、６
・・・加熱コイル、７・・・加圧ガス供給管、８・・・
吸引管、１０・・・搬送保持アーム、１１・・・不定形
耐火物成形体、１２・・・溶融金属 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質の不定形耐火物成形体を予熱する工程と、
   予熱された不定形耐火物成形体の開気孔内に存在するガ
   スを脱気する工程と、脱気された不定形耐火物成形体を
   溶融金属中に浸漬する工程と、不定形耐火物成形体が浸
   漬されている溶融金属に０．１乃至２０００ｋｇ／ｃｍ
   ＾２の圧力を加えることにより、溶融金属を不定形耐火
   物成形体の開気孔内に含浸させる工程とを具備する金属
   含浸不定形耐火物成形体の製造方法。
2. （２）多孔質の不定形耐火物成形体を予熱する工程と、
   予熱された不定形耐火物成形体を溶融金属中に浸漬する
   工程と、溶融金属中に浸漬された不定形耐火物成形体の
   開気孔内に存在するガスを脱気する工程と、不定形耐火
   物成形体が浸漬されている溶融金属に０．１乃至２００
   ０ｋｇ／ｃｍ＾２の圧力を加えることにより、溶融金属
   を不定形耐火物成形体の開気孔内に含浸させる工程とを
   具備する金属含浸不定形耐火物成形体の製造方法。
3. （３）前記圧力の最大値が、不定形耐火物成形体の圧縮
   強度より小さいことを特徴とする請求項１または請求項
   ２のいずれかに記載の金属含浸不定形耐火物成形体の製
   造方法。