JPH07291747A - 断熱性不定形耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は従来に比して充分な断熱性を有する
とともに、従来と同等以上の耐食性を有する断熱性不定
形耐火物を提供する。 【構成】 本発明の断熱性不定形耐火物は、チタン酸ア
ルミニウム５〜５０重量％、残部がその他耐火材料から
なる配合組成物であり、かつ耐火物の気孔率が１０〜２
０％であることを特徴とする。その残部耐火材料とし
て、アルミナ―スピネル系不定形材料が望ましい。チタ
ン酸アルミニウム（全量を１００とする）は、少なくと
もその８０重量％以上が粒径１〜３０ｍｍであり、ま
た、チタン酸アルミニウムは、粒成長抑制剤としてシリ
カ、マグネシア、ジルコニア、イットリアの中から選ば
れた１種または２種以上のものを１〜５重量％添加して
焼成法により製造されたものであって、このチタン酸ア
ルミニウムを構成する多結晶焼結体の一次粒子の粒度分
布において１０μｍ以下の粒度が少なくとも８０％以上
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は断熱性を有し、溶融金属
に接する場所でも高い耐食性を有する不定形耐火物に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、不定形耐火物はその施工が容易で
あることから、取鍋、タンディッシュ、真空脱ガス炉、
混銑車などのウエアライニングとして広く用いられてい
る。

【０００３】その材料としては当初、シリカ成分を大量
に含んだ珪石質、珪石質―ジルコン質等が使用されてき
た。

【０００４】しかし、近年、真空脱ガス法、連続鋳造
法、取鍋精錬技術の向上などにより、高級鋼種が精錬さ
れるようになり、溶融金属温度の上昇、さらに滞留時間
の延長により耐火物にとってより過酷な条件となってき
た。

【０００５】また、鋼の清浄化のため、鋼中の介在物の
原因となる耐火物中のシリカ成分は極力減らしたいとい
う要求から、従来材質から、耐食性の高く、シリカ成分
を含まない、高アルミナ質へと材質が変化した。

【０００６】最近では、さらに、耐食性を向上させるた
め、マグネシア成分を多く含むアルミナ―スピネル質材
料が広く使用されている。一方材料の組織面では、耐火
物の耐食性を決める大きな要因である溶融スラグの浸透
を防ぐため、より気孔率を減らした緻密質な組織へと変
わってきている。

【０００７】これらの材質面、組織面の変化は耐火物の
断熱性の観点からみると、比較的低熱伝導率であったシ
リカから高熱伝導率であるアルミナ、マグネシアへと構
成成分が変化し、また、断熱性に寄与する気孔率が減少
したことにより、断熱性は低下することになった。

【０００８】このため、この不定形耐火物がライニング
された溶融金属容器では、熱損失が大きく、溶融金属の
温度降下が大きくなるという問題が起きている。

【０００９】これに対し、特開平３―２４７５６８号公
報には軽量骨材を含有させ断熱性を付与した不定形耐火
物が提案されているが、耐食性は劣るため、その用途は
溶融金属とは接触しないパーマライニングに限定されて
いる。

【００１０】そのため最も断熱効果を挙げることのでき
るウエアライニングへ適用できない。

【００１１】また、特開平４―１４４９８１号公報には
中空粒子を含有させ、閉気孔を導入する事で、不定形耐
火物に断熱性を付与することを提案している。

【００１２】しかしながら、これも中空粒子を一定量以
上含有させると耐食性が劣化し、充分な断熱特性を得る
ことができない。

【００１３】また、比較的、低熱伝導率であり、耐火物
原料として必要条件である高融点化合物である、例えば
チタニアなどを不定形耐火物の構成材料として置換する
ことが考えられるが、他の構成材料と低温において反応
が起こり、不定形耐火物として必要以上の緻密化が進行
し、乾燥時の爆裂、容積安定性を劣化させるなどの問題
が生じる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は従来に比して充分な断熱性を有するとともに、従来と
同等以上の耐食性を有し、ウエアライニングに適用可能
な断熱性不定形耐火物を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の断熱性不定形耐
火物は、その目的を達成するために、チタン酸アルミニ
ウム５〜５０重量％、好ましくは１０〜２０重量％、残
部がその他耐火材料からなる配合組成物であり、かつ耐
火物の気孔率が１０〜２０％であることを特徴とする。

【００１６】本発明の断熱性不定形耐火物のチタン酸ア
ルミニウム以外の残部であるその他耐火材料が、アルミ
ナ―スピネル質不定形材料からなることが好ましい。

【００１７】本発明の断熱性不定形耐火物のアルミナ―
スピネル質不定形材料にはスピネル化していないマグネ
シアが含まれていることが望ましい。

【００１８】本発明の断熱性不定形耐火物のチタン酸ア
ルミニウム（全量を１００とする）は、少なくともその
８０重量％以上が粒径１〜３０ｍｍであることが望まし
い。

【００１９】本発明の断熱性不定形耐火物のチタン酸ア
ルミニウムは、粒成長抑制剤としてシリカ、マグネシ
ア、ジルコニア、イットリアの中から選ばれた１種また
は２種以上のものを１〜５重量％添加して焼成法により
製造されたものであって、このチタン酸アルミニウムを
構成する多結晶焼結体の一次粒子の粒度分布において１
０μｍ以下の粒度が少なくとも８０％以上であることが
望ましい。

【００２０】

【作用】以下に本発明について詳細に説明する。チタン
酸アルミニウムは融点が１８６０℃と高く、耐火物構成
材料としての条件を満たしている。

【００２１】チタン酸アルミニウムは結晶格子に大きな
熱膨張異方性をもち、その多結晶焼結体は、その熱膨張
異方性のため冷却時に粒界、粒内に多数のマイクロクラ
ックを含有する特徴をもつ。

【００２２】そのため、アルミナ、マグネシアよりも非
常に低い熱伝導率をもつことがわかった。

【００２３】さらにその多結晶焼結体の一次粒子径を粒
成長抑制剤、例えばシリカ、マグネシア、ジルコニアを
添加することにより制御でき、より低熱伝導性を得られ
ることがわかった。

【００２４】また、この材料は、耐火物用合成スピネル
原料の製造法である焼成法により大量生産が可能であ
り、先に述べた粒径制御も可能であることがわかった。

【００２５】また、不定形材料としての容積安定性に影
響を与える、残部の耐火材料との反応性については１６
５０℃まで他成分との反応もなく安定であることがわか
った。

【００２６】また、チタン酸アルミニウムは耐食性の点
で大きな要因となるスラグとの反応については、溶融ス
ラグ中成分であるカルシアと反応し、より高融点化合物
であるペロブスカイトを生成する事がわかった。

【００２７】これにより、スラグの見かけの粘性が上が
り、また、カルシア成分の浸入を抑制することで、スラ
グの浸透抑制効果があることがわかった。

【００２８】従ってこのチタン酸アルミニウムを配合し
た不定形耐火物は、その低熱伝導性により、断熱性が向
上し、耐食性の点ではスラグ浸透の抑制された、耐食性
の高い断熱性不定形耐火物を実現することができる。

【００２９】このとき、チタン酸アルミニウムは５重量
％未満では断熱性の効果が得られず、５０％を超えると
アルミナ、マグネシアなどに比べ、融点が低いことから
溶損性が劣化するため好ましくない。

【００３０】また、その耐火物の気孔率は１０％未満で
は、乾燥時の爆裂などの危険性があり、また、２０％を
超えると耐火物の耐食性が劣化するため好ましくない。

【００３１】またチタン酸アルミニウム以外の耐火材料
としては、塩基性スラグに対して耐用性が高いアルミナ
―スピネル質不定形材料が望ましい。

【００３２】特に、そのアルミナ―スピネル質不定形材
料には、塩基性スラグに対してより耐食性が高いスピネ
ル化していないマグネシアが含まれていることが望まし
い。

【００３３】チタン酸アルミニウムの粒径としては１ｍ
ｍ未満を２０％以上含むと低熱伝導性への寄与が少なく
なり、また、３０ｍｍをこえるものは大量生産が難しく
なり好ましくない。

【００３４】チタン酸アルミニウムの製造の際に粒成長
抑制剤の１％未満の添加では粒成長の抑制効果が得られ
ず、また、５％を超える添加では、溶損量が増え望まし
くない。

【００３５】製造されたチタン酸アルミニウム多結晶焼
結体の一次粒子径は、１０μｍを超えるとマイクロクラ
ックによる低熱伝導性化の効果が低くなり、好ましくな
い。

【００３６】本発明は以上の配合物の他にも本発明の効
果を阻害しない範囲で他の物質を添加しても良い。例え
ば、アルミナセメント、有機質ファイバー、無機質ファ
イバー、金属質ファイバー、金属粉、炭素、窒化物、ア
ルミナ超微粉、シリカ超微粉などから選ばれる１種また
は２種以上である。

【００３７】本発明の断熱性不定形耐火物を施工する際
には３〜１０重量％程度の水分を添加し、型枠を用いて
流し込みによる鋳込み成形を行う。鋳込み時には一般的
には型枠に取り付けられたバイブレーターか、あるいは
耐火物中に棒状バイブレータにより振動を与え、耐火物
の充填性、均一性を高める。

【００３８】

【実施例】以下実施例により説明する。表１は本発明に
よる実施例、比較例およびそれらの試験結果である。各
例とも、適量の水分を添加し、型枠内に振動鋳込み成形
し、２４時間養生後脱枠したものを、１１０℃２４時間
の乾燥をした試料について試験した。

【００３９】試料は嵩比重、見かけ気孔率を測定した。

【００４０】熱伝導率測定はＪＩＳ―Ｒ２６１８に準じ
た。

【００４１】回転浸食試験は鋼片：溶鋼取鍋スラグ＝
１：１（重量比）を溶剤として、１６５０℃５時間の回
転浸食を行い、スラグによる溶損寸法とスラグ浸透寸法
を測定した。

【００４２】

【実施例１】化学成分としてアルミナを９２．７重量％
マグネシアを４．９重量％含んだアルミナ―スピネル系
不定形材料と、チタン酸アルミニウムの含有量の配合量
を変えたときの、熱伝導率と回転浸食試験を行った結果
の溶損量とスラグ浸透量の変化を図１に示す。

【００４３】このとき、どの試料においても嵩密度は
２．９８ｇ／ｃｍ³、気孔率は１６％であった。

【００４４】チタン酸アルミニウムの配合量が３重量％
では、低熱伝導率化されず、断熱性の効果が得られな
い。

【００４５】また、５０重量％を超える配合では溶損量
が増え、スラグ浸透量が抑制されているものの総合的な
耐食性が劣化し、耐火物寿命を低下させることになるの
で使用できない。

【００４６】次に、チタン酸アルミニウムの配合量を２
０重量％として気孔率を変えたときの熱伝導率と溶損量
とスラグ浸透量の変化を図２に示す。

【００４７】気孔率が１０％未満のものは熱処理時に爆
裂しやすく、実機に使用は難しい。また、２０％を超え
ると溶損量、スラグ浸透量ともに劣化し使用できない。

【００４８】

【実施例２】表１は本発明実施例、比較例、従来例およ
びそれらの試験結果を示したもので総合評価における◎
○は、特性が良好のもの、×は好ましくないものを示
す。

【００４９】比較例１はチタン酸アルミニウムの粒径が
１ｍｍ未満のものを多く含み、また、粒成長抑制剤を添
加されず、その多結晶焼結体の一次粒子径も１０μｍを
超えるものを多く含むため、断熱性への効果がない。比
較例２もチタン酸アルミニウムの粒径が１ｍｍ未満のも
のを多く含み断熱性への効果がない。また、粒径が３０
ｍｍをこえるチタン酸アルミニウムは製造が困難であっ
た。

【００５０】比較例３は多結晶焼結体の一次粒子径が１
０μｍを超えるものを多く含むため、断熱性への効果が
ない。比較例４はチタン酸アルミニウムへの粒成長抑制
剤の添加量が少なく、多結晶焼結体の一次粒子径が１０
μｍを超えるものを多く含むため、断熱性への効果がな
い。

【００５１】比較例５はチタン酸アルミニウムへの粒成
長抑制剤の添加量が多すぎ、スラグによる溶損量が増
え、実機適用ができない。

【００５２】

【表１】

【００５３】

【発明の効果】本発明の断熱性不定形耐火物は溶融金属
の温度低下を低減し、温度補償のためのエネルギー節
減、及び転炉における出鋼温度低減により、転炉耐火物
の寿命延長など多大な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】断熱性不定形耐火物においてアルミナ―スピネ
ル質不定形材料とチタン酸アルミニウムの配合量を変え
たときの、熱伝導率とスラグによる溶損量とスラグ浸透
量への影響を示したグラフ。

【図２】チタン酸アルミニウムの配合量を２０重量％と
したときの、気孔率と熱伝導率、スラグによる溶損量、
スラグ浸透量の関係を示したグラフ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタン酸アルミニウム５〜５０重量％、
   残部がその他耐火材料からなる配合組成物であり、かつ
   耐火物の気孔率が１０〜２０％であることを特徴とする
   断熱性不定形耐火物。
2. 【請求項２】 請求項１において、残部であるその他耐
   火材料が、アルミナ―スピネル質不定形材料からなる断
   熱性不定形耐火物。
3. 【請求項３】 請求項２において、耐火材料中にスピネ
   ル化していないマグネシアが含まれている断熱性不定形
   耐火物。
4. 【請求項４】 請求項１または２または３において、チ
   タン酸アルミニウム（全量を１００とする）は、少なく
   ともその８０重量％以上が粒径１〜３０ｍｍである断熱
   性不定形耐火物。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかにおいて、
   チタン酸アルミニウムは、粒成長抑制剤としてシリカ、
   マグネシア、ジルコニア、イットリアの中から選ばれた
   １種または２種以上のものを１〜５重量％添加して、焼
   成法により製造されたものであって、このチタン酸アル
   ミニウムを構成する多結晶焼結体の一次粒子の粒度分布
   において１０μｍ以下の粒度が少なくとも８０％以上で
   ある断熱性不定形耐火物。