JPH0563431B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

＜産業上の利用分野＞ この発明は溶銑の搬送などと同時に脱珪、脱
燐、脱硫などの溶銑予備処理を行なう混銑車、溶
銑鍋などの溶銑用容器に関するものである。 ＜従来の技術＞ 近年の製鋼技術の進歩に伴つて、混銑車、溶銑
鍋などは単に高炉と転炉間の容器という目的だけ
でなく、脱珪、脱燐、脱硫などの溶銑予備処理を
行なう精錬容器としての役目も負うようになつて
その容量も大きくなり、また溶銑温度も上昇して
きたため、その内張り材に要求される特性も耐食
性、耐スポーリング性および耐摩耗性が重要とな
り、非常に苛酷なものとなつてきている。 このような操業条件の苛酷化により前記容器の
内張り材として使用される耐火物もAl₂O₃−SiO₂
系からアルミナ、炭化珪素および炭素を主体とし
た不焼成れんがが使用されるようになつている。 また、従来通りの溶銑の受器や運搬のみに使用
される場合もあり、耐火物に対しても、種々の要
求がある。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ 溶銑予備処理容器用耐火物はAl₂O₃−SiC−Ｃ
系となつて飛躍的に耐用が増大した。しかしなが
ら、溶銑予備処理容器のスラグライン部と、銑浴
部あるいは炉底部とではその部位により損傷形態
に差があり、容器全体をAl₂O₃−SiC−Ｃ系耐火
物で構成したのでは溶損バランスがとれず、高価
なAl₂O₃−SiC−Ｃ系耐火物を廃棄せねばならな
い欠点がある。しかし、銑浴部や炉底部を従来の
Al₂O₃−SiO₂系耐火物で構成したのでは、今度は
溶損が速すぎて、逆の意味で溶損バランスがとれ
なくなる。 さらに、ロ−石質耐火物の場合には、その特徴
として安価である他に、ロ−石（以下ロ−石には
陶石も含むものとする）はブローテイング現象が
他の原料より大きく、これにより目地部が融着し
やすく、溶銑の差込みが防止できるという利点も
ある。 そのためAl₂O₃−SiO₂系耐火物に炭素材料を添
加することが試みられたが、炭素材料は空気中の
酸素による気相酸化や溶銑、スラグ中のFeOによ
る液相酸化によつて損耗し、やはり溶損バランス
はとれないのである。 したがつて、安価な材料を用いてスラグライン
部のAl₂O₃−SiC−Ｃ系耐火物との溶損バランス
をとる方法が求められている。 また、従来通りの溶銑の受器や運搬のみに使用
される場合の溶銑用容器には、ロ−石質原料を使
用したものもまだ多いが、この場合にはスラグラ
イン部の溶損が他の部位より大きく、この場合も
溶損バランスの問題がある。 ＜問題点を解決するための手段＞ 上記の問題解決のため本発明者らは、ロ−石原
料に場合によつてはアルミナシリカ質原料を加
え、それに炭化珪素を含む炭素材料よりなる耐火
材料に金属アルミニウム単独あるいは金属シリコ
ンまたは金属マグネシウムとの混合粉末あるいは
合金粉末およびSiO₂含有ガラスを配合して得た
不焼成れんがを銑浴部、炉底部に内張りすること
によつて混銑車、溶銑鍋などの溶銑予備処理用容
器のスラグライン部に配したAl₂O₃−SiC−Ｃ系
耐火物との溶損バランスをとれることを見出した
のである。 さらに、従来通りの溶損の受器や運搬のみに使
用される場合の溶銑用容器のスラグライン部にこ
の発明の耐火物を適用すれば、やはり他のロ−石
部との溶損バランスがとれるのである。 ＜作用＞ 例えば混銑車において、その内面をAl₂O₃−
SiC−Ｃ系耐火物にて全張りすると、スラグライ
ン部の損耗が大で溶損バランスがとれないので、
スラグライン部にAl₂O₃−SiC−Ｃ系耐火物を配
し、炉底をロ−石質内耐火物とすると炉底が先に
損傷してしまう。このロ−石に炭素材料あるいは
炭素材料と炭化珪素を配合した耐火物で構成する
と、炉底の耐食性はかなり改善されるが、今度は
酸化が大きくなり、やはり溶損バランスがとれな
い。 炭素含有耐火物にアルミニウムなどの金属粉末
を添加して組織を緻密化することにより、酸化防
止を意図することは広く知られている。この金属
添加をロ−石−（SiC−）Ｃに応用すると、組織
の緻密化によつて耐酸化性や耐食性は向上するけ
れども、まだ溶損バランスはとれない。 そこでこの発明のように、金属粉末とSiO₂含
有ガラスとを併用したロ−石−（SiC−）Ｃ耐火
物を使用すると金属粉末とガラス物質との相互作
用により、金属のみの添加に比べて、耐食性や耐
酸化性、靭性が一層向上し、Al₂O₃−SiC−Ｃ系
耐火物との溶損バランスがうまくとれるのであ
る。 また、単に溶銑の受器として使用される場合の
溶銑鍋では、スラグライン部の損耗が極端に大き
く、スラグライン部をロ−石−（SiC−）Ｃ系耐
火物とし、他部位をロ−石としても、まだスラグ
ライン部の損耗が大きいのであるが、この発明の
金属とガラス物質との相互作用を利用したロ−石
−（SiC−）Ｃ耐火物を使用すると、ロ−石質耐
火物との溶損バランスがうまくとれる。 この金属とガラスとの相互作用について説明す
る。耐火物が加熱されていくと、ガラスの軟化溶
融と金属の溶融が起こり、まずガラスは炭素材料
を被覆し、気孔中の空気による炭素材料と酸化を
妨げる。次いで溶融金属と軟化溶融したガラス物
質が相互に溶解する。そこでAlがガラス質の
SiO₂成分を還元すると同時に金属は酸化されて
金属酸化物となる。その際の体積膨張により気孔
が閉塞され、外部より耐火物内部への空気の流入
を遮断して、耐火物中の構成成分である結晶質炭
素材料の酸化を防止する。 また、溶解したガラス物質は炭素材料を被覆す
るが、その際酸化されたAlがガラス中に入るこ
とによりガラスの粘性が増加し、そのため高温に
なつても流れ去ることなく、炭素材料の被覆が継
続し、酸化防止効果が高温域まで持続する。 同時にガラス中ではAlの酸化物とガラス成分
との反応により、ムライトやカーネギツトなどの
新たな鉱物相を形成し、その一部が析出する際に
耐火物成分との結合を生じ、耐火物成分の結合が
強化されるために、耐火物全体の強度が向上する
のである。 この金属によるガラス成分の還元および酸化さ
れた金属のガラス成分との反応は、骨材粒子のガ
ラスへの溶解よりは速度が大であるので、ガラス
物質のみの添加の場合の骨材粒子のガラス中への
溶解による骨材の変質やマトリツクスの特性低下
は防止される。また、AlによるSiO₂の還元はガ
ラス中のSiO₂のみであり、ロ−石中の成分の
SiO₂が還元されることはない。さらに、ガラス
物質の共存は添加されたアルミニウムの炭化アル
ミニウムへの反応が防止され、容器が冷却された
際の炭化アルミニウムの消化による耐火物の劣化
が防止される。 一方、ガラス成分の還元により生成したシリコ
ンは炭素材料と反応し、炭化珪素となるが、この
際ウイスカー状となり、マトリツクス中に成長す
るので、結合の強化に寄与する。 さらに、軟化溶融したガラス物質と金属とは、
結合剤と異なり、流下移動し、毛管現象により骨
材粒子間を充填して、鉱物変化を起こすため、粒
子間接触角の鈍角化も進行することで、応力の集
中が緩和されるので、靱性に優れた組織となる。 ＜発明の構成＞ この発明に用いられるロ−石原料とはロ−石あ
るいは陶石と呼ばれるものであり、SiO₂含有量
が60〜90重量％の通常の耐火物に使用されるもの
であり、その使用量は70〜97重量％である。この
ロ−石原料の一部をアルミナシリカ質原料に変え
ることができる。アルミナシリカ質原料を多くす
るほど耐食性は向上し、それによつて溶損バラン
スの調節が可能である。この発明の特徴である金
属とガラスとの相互作用はAl₂O₃−SiC−Ｃ系耐
火物にも有効であり、それによつてスラグライン
部の耐用が向上すれば、炉底も耐用を上げる必要
がある。その際にはアルミナシリカ質原料の添加
は効果がある。 使用するアルミナシリカ質原料としては、アル
ミナ質、粘土質、シヤモツトなどであり、その使
用量は耐火材料全体の50重量％以下であり、それ
以上添加するとロ−石の特性であるブローテイン
グ現象が得られなくなることと、価格的にロ−石
原料を使用する意味がなくなり、好ましくない。 炭素材料はスラグと濡れにくいことによる耐食
性や熱伝導のよいことによる耐スポーリング性に
寄与するものであり、特に耐食性の点から天然や
人造の黒鉛のような結晶質のものが好ましく、特
に鱗片状のものがより好ましい。結晶質の炭素材
料は耐酸化性にすぐれると共に、成形時の充填性
がよく、その結果、より耐食性にまさる耐火物が
得られる。炭素材料の使用量は３〜30重量％であ
り、３重量％未満では耐食性及び耐スポーリング
性に劣り、30重量％より多くなると機械的強度が
低下して耐摩耗性に劣るようになる。好ましく
は、粒径0.1mm以上の結晶質炭素材料を少なくと
も10重量％以上含むようにするとよい。 この炭素材料に炭化珪素を混ぜて使用すること
によつて耐酸化性はさらに向上する。この炭化珪
素は炭素材料の酸化を抑制して炭素材料の高耐食
性、高耐スポーリング性を発揮させる効果があ
り、その使用量は27重量％以下とする。この量が
27重量％以上では耐食性に劣るようになる。 金属粉末としてはアルミニウム単独か、アルミ
ニウムとシリコンまたはマグネシウムの混合粉末
あるいは合金粉末を用いる。この金属粉末は前述
のようにガラス物質と相互作用により耐火物の耐
用向上に寄与するが、ガラスの種類によつてはア
ルミニウムのみでは溶融物の流動性が悪く、ガラ
ス物質との反応性に乏しいので、その場合にはシ
リコンまたはマグネシウムと併用して混合粉末あ
るいは合金粉末として用いるとよい。特に、合金
とすると融点も下がりより好ましい。その使用量
はロ−石原料と炭素材料の耐火材料合量100重量
部に対して１〜15重量部であり、この範囲外では
耐酸化性、耐食性及び耐摩耗性に劣る。アルミニ
ウムと他のシリコンあるいはマグネシウムとを使
用する場合の比率は重量比でアルミニウム１に対
して他の金属は１以下が好ましい。 この発明では金属粉末と相互作用をする物質と
してガラス物質を用いる。ガラス物質は同組成の
結晶体などと比較して反応しやすいので、金属と
の相互作用がより低温で起こることと、ガラス物
質それ自体の軟化溶融もより低温で起こるので、
炭素材料を被覆して酸化を防止する効果も結晶体
より大となる利点がある。 ガラス物質としてはアルミニウムとの反応、生
成物との関係でSiO₂含有ガラスが望ましく、添
加金属が炭化物を生成する温度（約800℃）以下
で軟化溶融する珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、珪酸
アルカリガラスなどが使用でき、その使用量はア
ルミナ原料と炭素材料100重量部に対し0.5〜10重
量部であり、0.5重量部未満では耐酸化性に劣り、
また10重量部より多くなると耐食性に劣る。 溶銑予備処理における脱燐の際にはCaO成分や
CaF₂成分が添加されるが、これらの成分はSiO₂
やAl₂O₃と反応しやすく、これによりマトリツク
ス部が溶損され、骨材の脱落か進行するが、この
発明の金属粉末とSiO₂含有ガラスとの組合せで
は、マトリツクス部が保護されるため、骨材の抜
け落ちがなく、ノロ付きが良好となるので、より
耐食性が向上する。 上記した原料を加えた配合に樹脂系結合剤を添
加して混練し、成形後熱処理をして不焼成れんが
を得る。 上記の不焼成れんがを混銑車や溶銑鍋などの溶
銑予備処理容器の銑浴部および／または炉底に内
張りし、スラグライン部をAl₂O₃−SiC−Ｃ系耐
火物で構成する場合、および溶銑予備処理を行な
わない場合や溶銑予備処理条件の緩い場合の溶銑
容器のスラグライン部にこの発明の不焼成れんが
を使用し、他部位はロ−石質耐火物とする場合に
は、容器全体の溶損バランスがとれて好結果が得
られる。 ＜実施例＞ 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明す
る。 第１表に示す配合をフリクシヨンプレスによつ
て成形し、この成形物を300℃で10時間の熱処理
を行なつて不焼成れんがを得た。 靱性は還元雰囲気中1400℃で３点曲げ試験法に
より応力−ひずみ曲線を測定して求めた。 スラグ試験は回転式スラグ試験法により1400℃
で２時間行なつた。スラグ組成はFeO46重量％、
CaO42重量％、CaF₂12重量％のものを使用した。 酸化試験は炭化珪素発熱体電気炉を用い、大気
雰囲気中の1400℃で10時間行なつた。 なお、靱性値率、溶損面積率および脱炭面積率
については第１表の比較例１を100とする比率に
よつて表わした。

【表】

【表】 ＜発明の効果＞ 第１表の結果を見ると金属粉末とSiO₂含有ガ
ラスを併用した実施例はいずれも添加物のない比
較例に比べて強度、靭性、耐食性および耐酸化性
のいずれにおいても大幅に特性が向上しており
（実施例１と比較例１、実施例３と比較例２）、金
属粉末のみを添加した比較例３と比較しても各特
性の向上がみられ、特に靭性および耐酸化性にお
いて顕著であつた。 また、ロ−石の一部をアルミナで置換すると耐
食性に向上が見られ（実施例１と実施例２）、さ
らに、炭素材料の一部を炭化珪素に変えることに
より、各特性に一段の向上が観察された。 スラグライン部にAl₂O₃−SiC−Ｃ系れんが
（電融アルミナ75重量％、天然黒鉛13重量％、炭
化珪素12重量％）を使用した混銑車の炉底部に実
施例１のれんがを使用した結果、溶損速度はスラ
グライン部の0.82〜0.95mm／chと比較して炉底の
試料は0.79〜0.90mm／chとなり、ほぼ溶損バラン
スがとれることがわかつた。 この発明の溶銑予備処理容器は金属粉末とガラ
ス物質を併用したことによつて、ガラス物質の軟
化溶融によりカーボンが被覆され、また溶融ガラ
スの一部が骨材粒子間に充填し、溶融ガラスと溶
融金属との反応による生成物によつてガラス物質
の結晶化が急速に進行するため耐酸化性が著しく
向上し、また粒子間の結合も強化されて靭性の増
大によつて応力緩和機能が著しく改善された。こ
の結果、溶銑予備処理容器の炉底や銑浴部に使用
された場合に、スラグライン部のAl₂O₃−SiC−
Ｃ系れんがと溶損バランスがとれ、操業上の安定
性と耐用性が顕著に向上した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ロ−石原料あるいはロ−石原料とアルミナシ
   リカ質原料70〜97重量％、炭素材料あるいは炭素
   材料と炭化珪素３〜30重量％よりなる耐火材料
   100重量部に対し、金属アルミニウム単独あるい
   は金属シリコンまたは金属マグネシウムとの混合
   粉末あるいは合金粉末１〜15重量部およびSiO₂
   含有ガラス0.5〜10重量部を配合して得た不焼成
   れんがを内張り耐火物の一部に使用することを特
   徴とする溶銑用容器。