JPH07291712A - 炭素含有耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 耐熱衝撃性を低下させることなく、低熱伝導
率の炭素含有耐火物を得る。 【構成】 （１）耐火原料７０〜９７重量％、炭素３〜
３０重量％の配合物１００に対して、金属粉末１〜１０
重量％を添加して、混合、成形、乾燥、硬化する。
（２）耐火原料５５〜９６重量％、炭素３〜３０重量
％、炭化珪素１〜１５重量％の配合物１００に対して、
金属粉末１〜１０重量％を添加して、混合、成形、乾
燥、硬化する。（３）耐火原料５５〜９６重量％、炭素
３〜３０重量％、炭化珪素１〜１５重量％の配合物１０
０に対して、ガラス１〜５重量％、金属粉末１〜１０重
量％を添加して、混合、成形、乾燥、硬化する。（４）
（１）〜（３）において、炭素３〜３０重量％のうちの
炭素配合量の５〜５０％が球状炭素粉末、残部が鱗状黒
鉛及び／または土状黒鉛、メソフェーズカーボン、カー
ボンブラック等より成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼用窯炉の内張り材
として用いる炭素含有耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属精錬炉の内張り耐火物として
は、耐スラグ性、耐熱衝撃性に優れた炭素含有系耐火物
が適用され、かなりの高成績をあげている。

【０００３】しかしながら、これらの耐火物は高温での
耐酸化性に弱点を有しており、これを改善するために各
種金属の添加或いは金属、炭化物等の併用添加が行われ
ている（例えば、特開昭５４―１６３９１３号公報、特
開平０１―３２０２６２号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、添加金
属の耐火物内部での反応による組織の緻密化によって耐
食性、耐酸化性の向上が認められるものの、炭素含有系
耐火物の非常に優れた特徴である耐熱衝撃性が相対的に
低下するという問題点を抱えている。

【０００５】また、炭素含有系耐火物は高熱伝導性を有
することから、操業中の溶銑、溶鋼の温度低下が酸化物
系耐火物に比べて大きく、温度補償のための操業温度の
上昇に伴なう耐火物コストの増加、次工程での温度補償
に要するコストの増加が問題となっている。

【０００６】本発明は耐熱衝撃性を低下させることな
く、低熱伝導率の炭素含有耐火物を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の組成を
有することを特徴とするものである。

【０００８】（１）耐火原料７０〜９７重量％、炭素３
〜３０重量％の配合物１００に対して、金属粉末１〜１
０重量％を添加し、混合、成形、乾燥、硬化したことを
特徴とする炭素含有耐火物。

【０００９】（２）耐火原料５５〜９６重量％、炭素３
〜３０重量％、炭化珪素１〜１５重量％の配合物１００
に対して、金属粉末１〜１０重量％を添加し、混合、成
形、乾燥、硬化したことを特徴とする炭素含有耐火物。

【００１０】（３）耐火原料５５〜９６重量％、炭素３
〜３０重量％、炭化珪素１〜１５重量％の配合物１００
に対して、ガラス１〜５重量％、金属粉末１〜１０重量
％を添加し、混合、成形、乾燥、硬化したことを特徴と
する炭素含有耐火物。

【００１１】（４）炭素配合量の５〜５０％が球状炭素
粉末、残部が鱗状黒鉛及び／または土状黒鉛、メソフェ
ーズカーボン、カーボンブラック等より成る（１）〜
（３）の何れかに記載した炭素含有耐火物。

【００１２】

【作用】本発明の炭素含有耐火物において、（１）で耐
火原料配合量を７０〜９７重量％としたのは耐食性を発
揮するために最適な配合量であり、耐火原料が７０重量
％未満では耐食性に劣り、９７重量％を越えると耐熱衝
撃性に劣るためである。

【００１３】（２）、（３）において耐火原料配合量を
５５〜９６重量％としたのは耐食性を発揮するために最
適な配合量であり、耐火原料が５５重量％未満では耐食
性に劣り、９６重量％を越えると耐熱衝撃性に劣るため
である。

【００１４】耐火原料としては電融アルミナ、焼結アル
ミナ、電融マグネシア、焼結マグネシアなどが使用可能
であるが、不純物による耐食性の低下を防止するために
９０％以上の純度であることが望ましい。

【００１５】炭素配合量を３〜３０重量％としたのは耐
熱衝撃性と耐スラグ浸潤性を共に向上させるためであ
り、炭素が３重量％未満では、耐熱衝撃性、耐スラグ浸
潤性に劣り、３０重量％を越えると耐酸化性が著しく低
下するためである。

【００１６】炭素源は天然または人造黒鉛、メソフェー
ズカーボン、コークス、カーボンブラック等を指し、不
純物による耐食性の低下を防ぐために９０％以上の純度
のものが望ましい。

【００１７】金属粉末配合量を１〜１０重量％としたの
は酸化防止効果を発揮させるためであり、１重量％未満
では酸化防止効果に劣り、１０重量％を越えると組織劣
化を引き起こすためである。

【００１８】金属粉末としてはＡｌ、Ｓｉ、Ａｌ―Ｍｇ
等が使用可能であり、使用中の耐火物内部での反応によ
って金属炭化物、金属窒化物、高融点金属酸化物を生成
して体積膨張するものである。

【００１９】（２）、（３）において、炭化珪素配合量
を１〜１５重量％としたのは酸化防止効果と耐食性を両
立させるためであり、１重量％未満では酸化防止効果に
劣り、１５重量％を越えると耐食性に劣るためである。

【００２０】（３）において、ガラス粉末配合量を１〜
５重量％としたのは酸化防止効果と耐食性を両立させる
ためであり、１重量％未満では酸化防止効果に劣り、５
重量％を越えると耐食性に劣るためである。

【００２１】ガラス粉末としてはホウ珪酸ガラスが使用
可能であり、２００μｍ以下の粒度のものが望ましい。

【００２２】（４）において、球状炭素粉末配合量を炭
素配合量の５〜５０％としたのは、耐熱衝撃性を維持し
つつ、低熱伝導性を発揮するためであり、５％末満では
熱伝導率が高くなり、５０％を越えると組織劣化を引き
起こすためである。

【００２３】球状炭素粉末としては黒鉛、メソフェーズ
カーボン、コークス、カーボンブラック等から成る球形
粒子を指し、不純物による耐食性の低下を防止するため
に９０％以上の純度のものが望ましい。

【００２４】本発明における球状炭素粉末とは、必ずし
も球形である必要はなく、表面が曲面からなる粉末を言
い、粒径が５００ミクロン以下であることが望ましい。

【００２５】本発明における球状炭素粉末、添加金属
（Ａｌ、Ｓｉ、Ａｌ―Ｍｇ等）、炭化物、ガラスは、耐
火物内部で以下のような反応によって、耐熱衝撃性を維
持しつつ、熱伝導率の低下をもたらす。

【００２６】熱衝撃によって生成した亀裂は耐火物組織
を構成している炭素及び耐火原料粒子の粒界を進展して
いく。

【００２７】この亀裂の進展先に球状炭素粉末が存在す
る場合、亀裂の進展が球状粒子表面で止まったり、或い
は、亀裂は球状炭素粒子を迂回して進展せざるを得ず、
破壊に至るまでの亀裂進展長さが長くなる。

【００２８】また、配合した球状炭素粒子の熱膨張挙動
は配合した炭素のそれとは異なり、等方性であるために
耐火物組織内部にマイクロクラックを生成する。

【００２９】この生成したマイクロクラックによって熱
衝撃によって生成した亀裂の進展が分散されたり、亀裂
の進展エネルギーが吸収されることによって、亀裂の進
展が抑制される。

【００３０】さらに、球状炭素粉末は熱伝導性において
も等方性を示すこと及びマイクロクラックを発生させる
ことから、高温部である炉内から低温部である炉外方向
への熱流束を小さくし、熱伝導率を低下させる。

【００３１】耐火物内部では黒鉛の存在によって酸素分
圧は非常に低く、主にＣＯ雰囲気となっている。この条
件下では、添加した全属（Ａｌ、Ｓｉ、Ａｌ―Ｍｇ等）
は金属炭化物を生成し、最終的には金属酸化物を生成す
る。

【００３２】このとき、金属炭化物或いは金属酸化物の
生成反応によってＣＯガスを還元して耐火物組織に炭素
を供給するとともに、金属炭化物の生成によって組織が
強化される。

【００３３】また、金属炭化物、金属酸化物の生成によ
る体積膨張に伴う組織の緻密化によって、耐火物組織内
への酸化性ガス及びスラグの侵入を抑制し、耐酸化性、
耐食性を向上させる。

【００３４】炭化物は前記金属の反応過程中に生成した
金属炭化物と同様の効果によって耐酸化性、耐食性の向
上に寄与している。

【００３５】ガラスはその軟化点以上の温度で溶融する
ことによって開気孔を減少し、配合した炭素と酸化性ガ
スの接触を遮断し、耐酸化性を向上する。

【００３６】このため、耐熱衝撃性を維持しつつ、低熱
伝導化の機能を発揮させるに当たり、球状炭素粉末、金
属、炭化物、ガラスの１種以上を併用する事が重要とな
る。

【００３７】

【実施例】以下、実施例に基づき本発明について説明す
る。

【００３８】本発明の炭素含有耐火物を製造し、使用し
た実施例を示す。

【００３９】第１表に示す原料組成１００重量％に対し
て液状のフェノール系バインダーを３〜５重量％添加し
て、混練、真空フリクション成形、乾燥（９０℃×２４
ｈｒｓ．）、硬化処理（２５０℃×１０ｈｒｓ．）を実
施して炭素含有耐火物を製造した。

【００４０】

【表１】

【００４１】尚、耐火原料は電融アルミナ、焼結アルミ
ナ、電融マグネシア、焼結マグネシアを、黒鉛は純度９
９％の天然黒鉛を、球状炭素粉末は黒鉛質球状炭素粉末
を、金属粉末はＡｌ、Ｓｉ、Ａｌ―Ｍｇを、ガラスはホ
ウ珪酸ガラスを使用した。

【００４２】製造した炭素含有耐火物の評価は、以下の
３種類の試験により行った。 （１）耐酸化性：一定形状のサンプルを１４００℃×３
時間の大気中で熱処理した後の酸化層厚みを測定した。 （２）耐食性：高周波誘導炉内張り法により、１６００
℃×３時間、メタル：溶銑、スラグ：ＣａＯ／ＳｉＯ２
＝３．０、Ｔ．Ｆｅ＝１５％の条件で行った。 （３）耐熱衝撃性：一定形状のサンプルを１６００℃の
溶銑に９０秒浸漬、水冷１５秒、空冷６０秒を最大２０
回まで繰り返した。

【００４３】試験の評価は、耐酸化性指数と耐食性指数
が１００未満で耐熱衝撃性試験の剥落回数が２０回以上
のものを○とし、この条件から外れた数が一つのものを
△、二つ以上外れたものを×とした。

【００４４】第２表に比較例を示す。比較例の炭素含有
耐火物は第２表に示す原料組成１００重量％に対して液
状のフェノール系バインダーを３〜５重量％添加して、
混練、真空フリクション成形、乾燥（９０℃×２４ｈｒ
ｓ．）、硬化処理（２５０℃×１０ｈｒｓ．）を実施し
て炭素含有耐火物を製造した。

【００４５】

【表２】

【００４６】尚、耐火原料は電融アルミナ、焼結アルミ
ナ、電融マグネシア、焼結マグネシアを、黒鉛は純度９
９％の天然黒鉛を、球状炭素粉末は黒鉛質球状炭素粉末
を、金属粉末はＡｌ、Ｓｉ、Ａｌ―Ｍｇを、ガラスはホ
ウ珪酸ガラスを使用した。

【００４７】製造した炭素含有耐火物の評価は、本発明
の評価と同様の方法により行った。

【００４８】表から明らかなように、本発明の炭素含有
耐火物は、何れも熱伝導率が低く、耐酸化性、耐食性、
耐熱衝撃性に優れている。これに対して、比較例では熱
伝導率が高く、耐酸化性、耐食性、耐熱衝撃性の何れか
の特性に劣る。

【００４９】

【発明の効果】本発明によって、以下の効果を奏するこ
とができる。

【００５０】球状炭素粉末、金属粉末、炭化物、ガラス
の併用によって、低熱伝導性を有する炭素含有耐火物
を、耐酸化性、耐食性、耐スポーリング性を損なうこと
なく、達成させたことにより、鉄鋼窯炉の耐火物の寿命
延長による原単位・原単価の削減、修理回数の減少に伴
う作業費の削減、溶銑及び溶鋼の温度低下抑制によるコ
スト削減が可能となる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐火原料７０〜９７重量％、炭素３〜３
   ０重量％の配合物１００に対して、金属粉末１〜１０重
   量％を添加し、混合、成形、乾燥、硬化したことを特徴
   とする炭素含有耐火物。
2. 【請求項２】 耐火原料５５〜９６重量％、炭素３〜３
   ０重量％、炭化珪素１〜１５重量％の配合物１００に対
   して、金属粉末１〜１０重量％を添加し、混合、成形、
   乾燥、硬化したことを特徴とする炭素含有耐火物。
3. 【請求項３】 耐火原料５５〜９６重量％、炭素３〜３
   ０重量％、炭化珪素１〜１５重量％の配合物１００に対
   して、ガラス１〜５重量％、金属粉末１〜１０重量％を
   添加し、混合、成形、乾燥、硬化したことを特徴とする
   炭素含有耐火物。
4. 【請求項４】 上記請求項１〜３において、炭素３〜３
   ０重量％の内の炭素配合量の５〜５０％が球状炭素粉
   末、残部が鱗状黒鉛及び／または土状黒鉛、メソフェー
   ズカーボン、カーボンブラックより成る請求項１〜３の
   何れかに記載の炭素含有耐火物。