JPH0711394B2 - 耐火物ライニング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は誘導炉等のために構成される耐火ライニングに
関する。

（従来の技術） 例えば、るつぼ形誘導炉は一般に第４図に示すような構
造に築炉される。即ち、コイルセメントと称する耐熱性
のセメントにより外枠１が形成されており、その外枠１
を囲むようにして水冷式の加熱コイル２が配設される。
外枠１内にはフォーマーと称する鉄製容器３が収納さ
れ、その鉄製容器と外枠１との間には耐火ライニング４
が設けられる。溶融すべきインゴット５は同図に示すよ
うに鉄製容器３内に収納され、加熱コイル２に電流を流
して誘導加熱することにより鉄製容器３と共に加熱・溶
融される。

ここで、上記耐火ライニング４としては、従来より、少
量の水分を含んだ湿式耐火物、即ちラミング材や各種の
キャスタブルによりこれを構成する方法と、水分を含ま
ない状態で施工される乾式の粉体耐火物により構成する
方法とがあった。

（発明が解決しようとする課題） この種の誘導炉は、耐火ライニング４の消耗が激しいた
め、１週間程度で耐火ライニングを改修する築炉作業が
繰り返されることが一般的である。しかしながら、前者
の湿式耐火物によって施工された誘導炉では、耐火ライ
ニング４中の水分を十分に除去しなければ運転を開始で
きないから、施工後にバーナーで加熱して十分に乾燥さ
せ、その後にインゴットを投入してこれを徐々に溶融す
るという手順が必要になる。このため、築炉後の立上が
りが遅く、ひいては誘導炉の改修・築炉の間における鋳
造ラインの停止時間が長くなってラインの生産性を低下
させるという問題がある。

しかも、この種の誘導炉では溶湯の汲出し・インゴット
５の補給が繰り返されるから、その度に耐火ライニング
４が大きな温度変化を受け、スポーリングによるクラッ
クが不可避的に発生するという事情がある。ところが、
湿式耐火物によって構成された耐火ライニング４では、
全体が一体的に硬化した状態にあるから、一旦生じたク
ラックは第５図に示すように耐火ライニング４の全体を
貫通するように進展し易い。このため、溶湯が耐火ライ
ニング４を貫通して外枠１にまで早期に到達し易く、ひ
いては水冷式の加熱コイル２に触れて爆発する等の重大
事故を招く危険性が高いという問題もある。

一方、乾式の粉体耐火物により施工された誘導炉では、
外枠１内に粉体耐火物を充填するだけであるから築炉作
業が簡単であるばかりでなく、耐火ライニング４中の水
分除去に手間を掛ける必要がないため、築炉後の立上が
りも早いという利点がある。また、耐火ライニング４の
外側層は一体的に固結していない砂層状をなすから、た
とえ溶湯がその部分に至ったとしても、溶湯が砂層に拡
散しながらしみ込むようになって凝固し、加熱コイル２
方向への溶湯の侵入が阻止され、安全性が高いという利
点がある。

しかしながら、この粉体耐火物により施工された誘導炉
では次に述べるように耐蝕性に劣るため、耐火ライニン
グ４の改修・築炉作業が頻繁に必要になるという欠点が
ある。即ち、るつぼ形誘導炉が運転状態にあるとき、耐
火ライニング４の最内層には溶湯からの熱を受けて１〜
２cm程度の薄い焼結層ができている。しかし、この運転
状態では、第６図に示すようにスラグ６が溶湯の表面に
浮き、内部の溶湯は矢印で示すように熱対流を生じてい
る。このため、耐火ライニング４のうちスラグ６に接す
る部分は、スラグ６や空気中の酸素との反応が容易に生
ずる上、対流する溶湯に乗じたスラグ６によって擦られ
るから、同図に示したような浸蝕を受ける。一旦、この
ような焼結層を削り取るような浸蝕が発生すると、対磨
耗性がより低い未焼結層がスラグ６に晒されるようにな
るため、加速度的に浸蝕が進行してしまうのである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。従っ
て、その目的は、改修・築炉作業が容易で、且つ安全性
に優れ、しかもそれでいながら耐蝕性にも優れる耐火ラ
イニングを提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の耐火ライニングは、プラスチック耐火物を予め
成形してなる内層と、この内層の外側を包囲する粉体耐
火物からなる外層とから構成したところに特徴を有す
る。

（作用） 耐火ライニングの内層は、運転中に高温の溶湯に触れて
焼結反応が進み、表面に焼結層が生ずる。ところが、プ
ラスチック耐火物は一般に窯炉の補修に利用されるが、
パテ状をなしていて緻密であるから、粉体耐火物の焼結
層に比べて耐蝕性に優れる。このため、プラスチック耐
火物を内層とした耐火ライニングでは、溶湯による浸蝕
を抑えることができ、ひいては誘導炉の長寿命化を図り
得る。

また、内層の外側には粉体耐火物により構成された砂層
状をなす外層が設けられているから、たとえプラスチッ
ク耐火物製の内層にクラックが生じて溶湯がクラック内
に侵入したとしても、その溶湯の先端は外層内に拡散し
てしみ込むようになって凝固し、それ以上の溶湯の侵入
が阻止され、安全性が高くなる。

しかも、内層をプラスチック耐火物製としたことから、
例えば鉄製容器の外周にプラスチック耐火物を予め付着
させて乾燥した内層を構成しておき、これを誘導炉の外
枠内に収納すると共に外枠と内層との間に粉末耐火物を
充填するという施工方法が採用できる。これによれば、
工場生産にて鉄製容器付の耐火ライニングの内層を完成
させ、これを誘導炉の施工現場に搬入して粉体耐火物を
充填することにより外層を完成させることができるか
ら、耐火ライニング全体を湿式耐火物或いは乾式耐火物
により構成するものに比べて築炉時の乾式耐火物の施工
量が少なくでき且つ乾燥作業を乾式耐火物と同等以下の
時間で完了させることができるため、誘導炉の施工作業
も大幅に簡単になる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図及び第２図を参照して説
明する。

第１図は完成形態を示し、容器の耐火ライニング11の外
側にコイルセメントからなる外枠12が設けられ、その外
側に加熱コイル13が配設されている構造である。なお、
図示はしないが、コイルセメント12と耐火ライニング11
との間には、通常のものと同様に、アスベスト或いはセ
ラミックボード等の断熱板、雲母板及び溶湯漏洩検知用
のアンテナ線が設けられている。耐火ライニング11は内
層14及び外層15からなる二層構造で、その耐火ライニン
グ11の内側にはインゴット10を投入するための鉄製容器
16が設けられている。鉄製容器16は、必要とされる溶湯
の容量に応じて種々の径寸法のものが使用されるが、こ
こでは例えば内径約60cmで、その周壁には内層14の付着
性を高めるために多数の透孔16aが形成されている。ま
た内層14は、パテ状をなすアルミナ系のプラスチック耐
火物（例えば日本碍子株式会社製「コールライン」（商
標））を適宜の寸法に切断し、これを鉄製容器16の外周
面に隙間なく並べて打ち付けるパッチングにより形成し
たもので、例えば厚さ寸法が約３〜４cmである。このよ
うに鉄製容器16に周囲に設けられた内層14は、例えば工
場の乾燥炉内にて約300℃で乾燥されて水分が十分に除
去されている。

なお、これらプラスチック耐火物の材質は、アルミナ含
有率70％以上のものが耐蝕性があって好ましい。アルミ
ナ系のプラスチック耐火物に代えて黒鉛質のプラスチッ
ク耐火物を使用することも考えられるが、黒鉛を含有す
ることにより強度が低下すること、また、誘導炉で使用
されているうちに黒鉛が酸化されガス化して耐火物が多
孔質化する等の理由により、耐蝕性が悪くなる。更に、
黒鉛により耐火物の熱伝導率が高くなることもあり、結
局、黒鉛質のプラスチック耐火物は誘導炉用に使用する
場合には好ましくない。

一方、外層15は、例えばアルミナ、マグネシア、シリカ
等からなる乾式の粉体耐火物にて構成され、誘導炉が設
置されている現場にて施工されたものである。即ち、予
め所定厚さに粉体耐火物を投入した外枠12内に、上述の
ようにして工場生産された内層14を収納すると共に、内
層14の周囲空間に粉体耐火物を叩いて固めながら密に充
填するのである。これにより、第１図に示するつぼ形誘
導炉の築炉作業が終了する。

このようにして築かれた誘導炉を運転するには、鉄製容
器16内に溶解すべきインゴット10を投入し、加熱コイル
13に電流を流して誘導加熱する。これにてインゴット10
及び鉄製容器16が発熱して溶融すると共に、耐火ライニ
ング11は内側から焼結が進む。なお、この焼結反応を十
分に進めるには、最終温度に至るまでの途中のいくつか
の温度で定温度に維持するというステップ状の昇温を行
うことが好ましい。

誘導炉の運転状態では、鉄製容器16は溶解して耐火ライ
ニング11の内層14に溶湯が直接に接している。また、溶
湯の表面にはスラグが浮き上がった状態にあり、このス
ラグは熱対流を生じている溶湯に乗じて内層14の表面を
擦り続ける。このため、内層14のうちスラグに接する部
分は、常に物理的・化学的な複合的浸蝕を受ける傾向に
ある。しかし、本実施例では、耐火ライニング11の内層
14は組織の緻密性に優れるプラスチック耐火物により形
成しているから、耐蝕性に優れ、耐火ライニング11の寿
命を長くでき、ひいては誘導炉の改修・築炉作業の頻度
を少なくすることができる。誘導炉の改修・築炉作業を
行う間は鋳造ライン等を停止させることが必要になるか
ら、本実施例のように誘導炉の改修・築炉作業の頻度を
少なくできることは、そのラインの停止頻度を少なくで
きて生産性の向上に寄与できることを意味する。

また、誘導炉の運転中は、溶湯の汲出し及びインゴット
の補給が繰り返されるため、耐火ライニング11は熱ショ
ックを受けてスポーリングを起こしやすい事情にある。
しかし、本実施例ではスポーリングによるクラックＣが
内層14に発生したとしても、耐火ライニング11は二層構
造であるから、その進展は内層14内に止まり、外層15に
は及ばない。このため、第２図に示すように内層14に発
生したクラックが比較的大きく溶湯が直ちにここに浸透
したとしても、その溶湯の先端部が低温の砂層状をなす
外層15内に拡散するようにしみ込んで凝固してしまう。
これにて、高温度の溶湯が一気に耐火ライニング11を貫
通して浸透し、水冷式の加熱コイル12に触れて爆発する
等の重大事故に至ることを確実に防止することができ、
安全性を大きく高めることができる。

更に、本実施例のるつぼ形誘導炉によれば、定期的に行
われる改修・築炉作業を容易に行い得るようになり、誘
導炉の改修・築炉の間における鋳造ラインの停止時間を
短くしてラインの生産性を高めることができる。即ち、
誘導炉の改修・築炉を行うには、浸蝕を受けて古くなっ
た耐火ライニング11を廃棄し、新たに第１図に示す構造
の耐火ライニング11を築くことになるが、この場合に
は、前述したように予め工場生産した鉄製容器16付の内
層14を施工現場に搬入し、これを外枠12内に収納して粉
体耐火物を充填することにより外層15を構成すれば良
い。これに対し、耐火ライニングの全体を湿式耐火物に
て構成する従来の構造では、作業の全てが現場施工であ
って大掛かりとなり、その上、大形の湿式耐火物の乾燥
に長時間を要する関係上、耐火ライニングの施工作業が
相当に面倒で且つ長時間を要するという事情があった
が、本実施例の構造によれば、プラスチック耐火物製の
内層14は小形で、しかも工場生産時に十分な乾燥が終え
られているから、現場施工は著しく容易になり、乾燥時
間も従来の乾式の粉体耐火物を使用したものと同等以下
の短時間で終了させることができる。また、耐火ライニ
ングの全体を乾式の粉体耐火物にて構成する従来の構造
では、多量の粉体耐火物を充填する作業が必要になる
が、本実施例の構造によれば、外層15のみを粉体耐火物
にて構成すれば良く、その分、全体を粉体耐火物にて構
成する従来構造に比べても施工作業が容易になる。例え
ば、外径1000mmの炉径で肉厚100mmの耐火ライニングを
構成する場合、内層50mmをプラスチック耐火物の成形品
にすると、粉体耐火物の施工量は耐火ライニング全体を
粉体耐火物で施工するものに比べて51％に留る。

なお、上記実施例では、内層14を底無しの円筒状に形成
したが、本発明はこれに限られず、第３図に示すように
底付きの容器状に形成するようにしても良い。その他、
本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、るつぼ形の誘導炉に限らず、溶湯の
加熱部分のみを独立させたみぞ形誘導炉にも適用ででき
る等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施する
ことができるものである。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明の耐火ライニングは、プラス
チック耐火物を予め成形してなる内層と、この内層の外
側を包囲する粉体耐火物からなる外層とから構成したか
ら、改修・築炉作業が容易で、且つ安全性に優れ、しか
もそれでいながら耐火ライニングが優れた耐蝕性を有し
てその長寿命化も図ることができるという効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】 第１図及び第２図は本発明の一実施例を示し、第１図は
るつぼ形誘導炉の縦断面図、第２図は内層にクラックが
発生した状態を示す拡大縦断面図、第３図は本発明の異
なる実施例を示す第１図相当図、第４図は従来のるつぼ
形誘導炉を示す第１図相当図、第５図は同第２図相当
図、第６図は同運転状態の縦断面図である。 図面中、11は耐火ライニング、13は加熱コイル、14は内
層、15は外層、16は鉄製容器である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 猛 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘導炉等のために構成される金属溶湯を囲
   む耐火ライニングであって、プラスチック耐火物を予め
   成形してなる内層と、この内層の外側を包囲する粉体耐
   火物からなる外層とから構成したことを特徴とする耐火
   物ライニング。