JPH02199090A - 金属含浸焼成耐火物の製造方法 - 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焼
成耐火物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著しく
溶損し、更に溶融スラグが耐火物内部に侵入することに
より耐火物組織が破壊されてしまう。

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
撃によるスポーリング（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
グによって周囲のレンガ母材に熱応力が加わり、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損
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、
クロム拳マグネシア質レンガ等の焼成耐火物が使用され
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、タール含浸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　／　ｃｉの圧力を加える方法がある。

（発明が解決しようとする課８） しかしながら、上記のタール含浸レンガの製造方法にお
いては、タールの浸透深さに限界がある。

さらに、耐火物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、その効果は少
ない。

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、耐構造的スポーリング性並びに耐熱的スポー
リング性に優れた焼成耐火物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、多孔質の焼成耐火物を予熱する工程と
、予熱された焼成耐火物の開気孔内に存在するガスを脱
気する工程と、脱気された焼成耐火物を溶融金属中に浸
漬する工程と、焼成耐火物が浸漬されている溶融金属に
０．１乃至２０００ｋｇ　／　ｃｄの圧力を加えること
により、溶融金属を焼成耐火物の開気孔内に含浸させる
工程とを具備する金属含浸焼成耐火物の製造方法によっ
て達成することができる。

焼成耐火物とは、成形後に焼成工程を経て焼結された耐
火物のことであり、例えば高アルミナ質レンガ、マグネ
シアレンガ、クロム・マグネシア質レンガ、およびシャ
モットレンガ等がある。

なお、本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法において
、焼成耐火物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、焼成耐火物を予熱せ
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、焼成耐火物表面と溶融金属との温度差がかな
り大きいため、溶融金属は焼成耐火物表面で急激に冷却
され凝固してしまい、焼成耐火物表面に溶融金属の被膜
が生じてしまうからである。焼成耐火物表面に金属被膜
が生じると、それ以上焼成耐火物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、焼成耐火物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、焼成耐火物表面
で溶融金属が凝固することを防止する必要がある。また
、焼成耐火物に急激な熱変化を与えると、熱的スポーリ
ングにより、耐火物組織が破壊されてしまう。

本発明に脱気工程を設けた理由は、焼成耐火物の開気孔
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でも、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、焼成耐火物をほぼ完全に
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／ｃｄの範囲とした理由は、外圧を全く加えないと、
焼成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／ｃ−を越えると、焼成耐火物自体が損
壊する恐れがある。

一般に、圧力が焼成耐火物の圧縮強度を越えると、焼成
耐火物自体の損壊、金属含浸量の減少ならびに金属含没
後の焼成耐火物の熱間強度の低下等が起こるので、圧力
は焼成耐火物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
焼成耐火物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焼成耐
火物製造装置の一例を示した図である。

第１図によると、金属含浸焼成耐火物製造装置は、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、焼成耐火物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が焼成耐火物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、焼成耐火物を脱気し、金属を含浸させ
る装置である。真空加圧炉１は、加圧ガス倶給管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２０〜１Ｏ−４ｔｏｒｒ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、金属を含浸させた焼成耐火物を焼鈍するた
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の順に焼成耐火物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、本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法を詳しく
説明する。

なお、本発明に用いることができる焼成耐火物には、高
アルミナ質レンガ、マグネシア質レンガ、マグネシア◆
クロム質レンガ、およびシャモットレンガ等があり、成
形後に焼成工程を経て焼結された耐火物ならばいずれの
焼成耐火物でも用いることができる。

本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法は、焼成耐火物
を予熱する工程と、焼成耐火物の開気孔に金属を含浸さ
せる工程と、金属を含浸させた焼成耐火物を焼鈍する工
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、焼成耐火物を
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。

焼成耐火物は、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、焼成耐火物を予熱せずに
そのまま溶融金属に含浸すると、その温度差により溶融
金属は焼成耐火物との接触面で急激に冷却され凝固して
しまう。また、焼成耐火物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、焼成耐
火物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、浸漬前に焼成耐火物
を予熱することによって、焼成耐火物表面と溶融金属の
温度差をできるだけ小さくし、焼成耐火物表面での溶融
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。

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、焼成耐火物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。

焼成耐火物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により焼成耐
火物１１を予熱炉２から真空圧内炉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。

焼成耐火物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１０−４ｔｏｒｒ程度の減圧
が好ましい。

（ｂ）浸漬工程 本浸漬工程は、脱気された焼成耐火物１１を溶融金属中
に浸漬する工程であり、脱気された焼成耐火物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、溶融金属の焼成耐火物に対するぬれ
性と、焼成耐火物の気孔率と、次工程による圧力とに依
存する。したがって、含浸時間は、用いる焼成耐火物の
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、焼成耐火物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）加圧工程 本加圧工程の目的は、焼成耐火物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
焼成耐火物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、焼成耐火物１１への金属の含浸難易
（含浸速度）は、溶融金属１２の焼成耐火物に対するぬ
れ性と、焼成耐火物の見掛は気孔率と、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、焼成
耐火物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、適用する圧力が焼成耐火物の圧縮強度以上になる
と、焼成耐火物自体の破壊、金属含浸量の減少あるいは
金属含没後の焼成耐火物の熱間強度の低下が起こってし
まう。したがって、焼成耐火物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、焼成耐火物の種類と含浸
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／ｃｄが適
切である。

焼鈍工程 前記浸漬工程では、焼成耐火物１１は約１５００℃以上
のメタルバス４中に浸漬されており、焼成耐火物自体も
ほぼ同じ程度になっている。

この焼成耐火物を室温まで冷却する際、急激に冷却する
と、焼成耐火物中に含浸された金属が急激に凝固し、焼
成耐火物に割れやひびが生じてしまう。また、焼成耐火
物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焼成耐火物を徐々
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
、焼成耐火物の開気孔に金属を含浸させることができる
。例んば、見掛は気孔率２７容積％のマグネシア・ドロ
マイト質焼成レンガを脱気し、Ｎｉ溶湯中に浸漬し、７
．５ｋｇ／ｃｍ２の圧力をかけて、金属を含浸させた場
合、見掛は気孔率は０．２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、予熱した焼成耐火物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の重量で焼成耐火物１
１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、焼成耐火物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焼成耐火物を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法に用
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、１ｏ・・・搬送保持アーム、１１・・・焼成耐
火物、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）多孔質の焼成耐火物を予熱する工程と、予熱され
   た焼成耐火物の開気孔内に存在するガスを脱気する工程
   と、脱気された焼成耐火物を溶融金属中に浸漬する工程
   と、焼成耐火物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
   融金属を焼成耐火物の開気孔内に含浸させる工程とを具
   備する金属含浸焼成耐火物の製造方法。
2. （２）多孔質の焼成耐火物を予熱する工程と、予熱され
   た焼成耐火物を溶融金属中に浸漬する工程と、溶融金属
   中に浸漬された焼成耐火物の開気孔内に存在するガスを
   脱気する工程と、焼成耐火物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、溶融金属を焼成耐火物の開気孔内に含浸させ
   る工程とを具備する金属含浸焼成耐火物の製造方法。
3. （３）前記圧力の最大値が、焼成耐火物の圧縮強度より
   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焼成耐火物の製造方法。