JPH08295555A

JPH08295555A - 高耐用性マグネシア・カーボンれんが

Info

Publication number: JPH08295555A
Application number: JP7104347A
Authority: JP
Inventors: Takeyuki Tamaki; 健之玉木; Masakazu Otsubo; 正和大坪; Kiyoto Kasai; 清人笠井
Original assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Kurosaki Refractories Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】二次精錬容器の内張りとして好適に使用でき
る高耐食性、高耐スラグ侵入性、高耐スポーリング性を
有するマグネシア・カーボンれんがの提供。【構成】マグネシアを主成分とし、カーボン原料ｌ〜
５重量％を含有し、このカーボン原料が、圧力を加える
と収縮し、圧力を解放すると復元する弾力性を有する人
造黒鉛を０．５〜ｌ重量％含む。このれんがはカーボン
の含有のためマグネシア・クロムれんがに比較して耐ス
ラグ侵入性に優れている。またカーボン量は１〜５重量
％に制限することによりカーボンピックアップによる鋼
汚染は抑制できるため、鋼中カーボン量１５〜５０ｐｐ
ｍの最近の極低炭鋼溶製にも対応可能である。さらにカ
ーボン原料として鱗状黒鉛以外に人造黒鉛を一部使用す
るため、カーボン量ｌ〜５重量％でも従来の鱗状黒鉛の
み使用の１０重量％に匹敵する耐スポーリング性を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属用容器の内張
りに好適に使用できる高耐用性マグネシア・カーボンれ
んがに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属用耐火物内張り容器、特にＶＯ
Ｄ、ＲＨ、ＤＨ等の二次精錬炉に使用される内張りれん
がは、高温真空下において、スラグを含む溶鋼流による
強い撹拌を受ける苛酷な条件に曝される。このため、高
耐用性と、鋼品質厳格化の観点から例えば特公昭５７−
５７４２８号公報に開示されるようなマグネシア・クロ
ムれんがが一般に使用される。このマグネシア・クロム
れんがは、耐火粒子の結合形態として、粒子が焼成によ
り直接結合したダイレクト結合や、粒子内からスピネル
が析出して結合した二次スピネル結合により強固な組織
を有するもので、熱間強度が高く、且つ、耐食性にも優
れている。

【０００３】しかし反面、スラグが組織中に容易に侵入
して緻密な変質層を形成し易く、組織の異なる健全層と
の境界部に熱応力が集中して亀裂が発生して剥離に至
る、いわゆる構造的スポーリングを起こす欠点がある。

【０００４】最近の二次精錬処理は、鋼品質の向上や極
低炭鋼種の増大から、内張り耐火物の高耐用化が求めら
れており、その点で構造的スポーリングを起こすという
欠点を持つマグネシア・クロムれんがはその要求に充分
対応できなかった。

【０００５】このため、マグネシア・クロムれんがに代
わって、特開昭５７−３７６３に開示されるようなマグ
ネシア・カーボンれんがが二次精錬炉に使用されるよう
になった。マグネシア・カーボンれんがは元来転炉、電
気炉等の脱炭炉に使用されるもので、主に鱗状黒鉛から
なるカーボンを通常１０重量％以上含んでいる。このた
め熱的スポーリングに対する抵抗性に優れ、またスラグ
の侵入が殆ど無いので構造的スポーリングに対する抵抗
性も非常に優れているという特性がある。しかし反面マ
グネシア・カーボンれんがは損耗と共にカーボンが溶鋼
中に溶け出して汚染する、いわゆるカーボンピックアッ
プが避けられない。このため、マグネシア・カーボンれ
んがを鋼中カーボン量を１５〜５０ｐｐｍ程度迄下げる
最近の極低炭鋼精錬の最終工程であるＶＯＤ、ＲＨ等の
二次精錬炉に使用することはできない。かといってカー
ボン量を、例えば１０重量％未満まで下げると、今度は
耐スポーリング性の低下により剥離損耗が増大し、耐用
性が大きく低下してしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、カー
ボンピックアップによる鋼汚染を起こさない程度の最小
限のカーボン量を有しながら、かつ耐スボーリング性や
耐スラグ侵入に対して充分に耐用可能な二次精錬炉の内
張りに好適に使用できるマグネシア・カーボンれんがを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の高耐用マグネシ
ア・カーボンれんがは、マグネシアを９０〜９９重量％
とカーボン原料１〜５重量％を含み、前記カーボン原料
中に圧力を加えるとＣ軸方向に１０〜５０％収縮し、圧
力を解放すると原寸の９０％以上まで復元する弾力性を
有する人造黒鉛を０．５〜１重量％含むことを特徴とす
る。

【０００８】鱗状黒鉛が地下資源としての石炭及び石油
が地熱と圧力により長い年月の間にほぼ完全に結晶化し
た天然黒鉛であるのに対して、本発明にいう人造黒鉛と
は、石炭や石油を熱分解して得られるピッチコークス
を、さらに２３００℃程度の高温で還元熱処理して黒鉛
化した人工原料を意味する。従って熱処理条件が異なる
と、生成する黒鉛の結晶化度や結晶の大きさ、結晶の成
長方向も異なる。即ち天然黒鉛と異なり、人造黒鉛はそ
の熱処理条件を変化させ、前記結晶化度等を任意に変更
させることにより特性の違った種々の黒鉛を製造するこ
とが可能である。マグネシア・カーボンれんが中にはそ
の他に、結合剤として添加されるフェノール樹脂が加熱
により縮合反応した際に生成する炭素分であるいわゆる
バインダーカーボンが含まれている。

【０００９】人造黒鉛の収縮率および復元率を限定した
のは以下の理由による。人造黒鉛の収縮が１０％未満お
よび復元が原寸の９０％未満では空隙形成が不足し、耐
スポーリング性に充分な改善効果が得られない。また人
造黒鉛の収縮が５０％を超えると形成される空隙が大き
過ぎ、強度や耐食性等の特性を著しく低下させる。人造
黒鉛の使用量を限定したのも同様の理由による。０．５
重量％以下では空隙形成が不足し、耐スポーリング性に
充分な改善効果が得られない。また使用量がｌ重量％を
超えると形成される空隙が多過ぎ、強度や耐食性等の特
性を著しく低下させる。カーボン原料として鱗状黒鉛も
一般に使用されているものが使用できる。すなわちカー
ボン純度が８０重量％以上で、粒径は長さ７５〜４００
μｍで厚さ５〜３０μｍ程度である。人造黒鉛も弾力性
に制約はあるが、その他の性質は一般に使用されている
もので差し支えない。すなわちカーボン純度は８０重量
％以上、粒径は長さ１００〜３００μｍで厚さ５０〜１
５０μｍ程度である。

【００１０】マグネシアは、一般のマグネシア・カーボ
ンれんがに使用するものと同様で差し支えない。すなわ
ちマグネシアは純度９０重量％程度以上で焼結品、電融
品いずれも使用可能である。

【００１１】製造に際しては、一般的に混練、成形後通
常１５０〜３００℃での温度域で乾燥して得られる。

【００１２】また、必要に応じて酸化防止剤も使用して
差し支えない。すなわちＡｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｂ、
Ｆｅ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ等やそれらの合金、炭化物、硼
化物、窒化物、弗化物等で、粒径が３００μｍ以下で、
９重量％まで含有できる。１０重量％以上では、耐スポ
ール性に問題が出てくる。

【００１３】

【作用】カーボンピックアップ現象はカーボン量を５重
量％以下まで低減すれば大幅に抑制できる。またスラグ
の侵入はカーボン量がｌ重量％以上あれば大幅に抑制可
能であり、耐スラグ侵入性はマグネシア・クロムれんが
に比較して格段に優れたものとなる。

【００１４】さらに耐スポーリング性は、鱗状黒鉛以外
に圧力を加えるとＣ軸方向に１０〜５０％収縮し、圧力
を解放すると原寸の９０％以上まで復元する弾力性を有
する人造黒鉛を０．５〜ｌ重量％の範囲で使用すれば、
カーボン量の合計がｌ〜５重量％でも鱗状黒鉛のみを１
０重量％程度使用した場合に匹敵する特性を有するもの
が得られる。特開昭５７−３７６３に開示されるよう
な、カーボンを１０重量％以上含むマグネシア・カーボ
ンれんがは組織中に占めるカーボンの容積比が大きく、
使用中もカーボンは常に稼働面に露出して溶鋼と接触し
ている。そのためカーボンは連続的に溶鋼中に溶出する
ことになり、カーボンピックアップが非常に大きくな
る。しかしカーボン量が５重量％以下になると、カーボ
ンはマグネシアに周囲を被覆された状態となり、溶鋼と
の接触は不連続となる。よってカーボンピックアップも
精錬上問題がない程度に抑制される。

【００１５】ただし鱗状黒鉛を使用する従来のマグネシ
ア・カーボンれんがではカーボン量を５重量％以下に低
減すると、耐スポーリング性が転炉に比較して炉容積が
小さく操業中の温度変化の大きい二次精錬炉には使用不
能なレベルまで低下する。この問題はカーボン原料１〜
５重量％中に圧力を加えるとＣ軸方向に１０〜５０％収
縮し、圧力を解放すると原寸の９０％以上まで復元する
弾力性を有する人造黒鉛を０．５〜１重量％含ませるこ
とで解決できる。このような人造黒鉛はＣ軸方向の弾力
性により、れんが成形時の加圧により周囲のマグネシア
や鱗状黒鉛以上に収縮し、圧力が解放されると復元して
周囲を押し開き、微細な空隙を形成する。この微細な空
隙、いわゆるマイクロクラックが熱応力の分散や亀裂の
伸展防止機能を果たすため、耐スボーリング性は鱗状黒
鉛を１０重量％程度使用したマグネシア・カーボンれん
がと同等のレベルとなり、二次精錬炉においても充分使
用可能となる。従来技術においては、このような弾力性
を有する人造黒鉛を使用してカーボン含有量が５重量％
未満と非常に少ないマグネシア・カーボンれんがの耐ス
ボーリング性を高めるという手法はなく独創的な発想と
言える。

【００１６】

【実施例】表ｌはカーボン量を変化させた場合のマグネ
シア・カーボンれんがの一般物性、耐食性、耐カーボン
ピックアップ性、耐スポーリング性に及ぼす影響につい
て試験した結果である。ここでは鱗状黒鉛単独、あるい
は鱗状黒鉛と人造黒鉛を併用し、バインダーカーボンも
含む総カーボン含有量がｌ、２、４、５、１０重量％と
なるよう配合して混練し、成形後、２５０℃で乾燥した
ものを供試材とした。この際、人造黒鉛は４種類のもの
を使用した。人造黒鉛Ａは今回好適とした圧力を加える
とＣ軸方向に１０〜５０％収縮し、圧力を解放すると原
寸の９０％以上まで復元するタイプである。それに対し
人造黒鉛Ｂは圧力を加えても収縮が１０％未満のもので
あり、また人造黒鉛Ｃは収縮は１０〜５０％の範囲にあ
るが、圧力を解放しても復元が原寸の９０％に満たない
タイプである。さらに人造黒鉛Ｄは圧力を加えたときの
収縮が５０％を超えるものである。耐食性評価試験は高
周波誘導炉内張り法を採用した。サンプルを内張りした
高周波誘導炉で極低炭鋼を溶解し、１７００℃に保持し
て侵食剤を投入する。保持時間は４時間で侵食剤はｌ時
間毎に交換した。侵食剤はＣａＯ／ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ
₃／ＣａＦ₂＝３０／１５／２８／２７重量％の粉末を
使用した。試験後サンプルを回収し、損耗量およびスラ
グ侵入厚みを測定した。ここでは比較のため加えた従来
二次精錬炉に使用されるマグネシア・クロムれんがサン
プルの損耗量、および侵入厚みを指数１００として相対
表示した。指数の小さいものほど良好である。また耐カ
ーボンピックアップ性評価試験も高周波誘導炉内張り法
を採用した。サンプルｌ種のみを内張りした高周波誘導
炉で極低炭鋼を溶解し、１７００℃にｌ時間保持した
後、溶鋼をサンプリングする。これを分析して鋼中カー
ボンの増大を測定する。ここではカーボン量１０重量％
サンプルでの増大量を指数１００として相対表示した。
指数の小さいものほど耐カーボンピックアップ性に優れ
る。耐スポーリング性評価試験は高周波誘導炉溶銑浸漬
法を採用した。高周波誘導炉で銑鉄を溶解して１５００
℃に保持し、その中にサンプルを浸漬して３分間保持し
た後、３０秒間水中に浸潰し、更に５分間大気中に放冷
する。これを繰り返し、何サイクル目で剥落したかを耐
スポーリング性の指標とした。

【００１７】

【表１】耐食性はカーボン量に対応して向上する。ただしカーボ
ン量はｌ重量％以上であれば充分な効果があり、表ｌに
記載のマグネシア・カーボンれんがの実施例「ｌ」、
「２」、「３」、「４」、「５」、「６」、「７」は、
いずれも耐食性がマグネシア・クロムれんがの比較例
「９」より良好である。耐スラグ侵入性もカーボン量に
対応して向上する。ただしやはりカーボン量はｌ重量％
以上であれば顕著な効果が見られ、実施例「１」、
「２」、「３］、「４」、「５」、「６」、「７」は、
いずれも耐スラグ侵入性がマグネシア・クロムれんがの
比較例「９」を大きく凌駕する。耐カーボンピックアッ
プ性はカーボン５重量％以下で大きく向上し、１０重量
％の比較例「８」の４分の１以下となる。従ってカーボ
ン量が５重量％以下の実施例「１」、「２」、「３」、
「４」、「５」、「６」、「７」は耐カーボンピックア
ップ性が比較例「８」に対して格段に向上している。耐
スポーリング性は、鱗状黒鉛に今回好適とした人造黒鉛
Ａを０．５〜１重量％併用している実施例「１」、
「２」、「３」、「４」、「５」、「６」、「７」が、
カーボン量が１〜５重量％でも１０重量％の比較例
「８」と同等の性能を有する。これに対して弾力性が不
十分な人造黒鉛Ｂ及びＣを使用した比較例「ｌ」、
「２］は耐スポーリング性が殆ど向上していない。収縮
が過大な人造黒鉛Ｄを使用した比較例「３」は、耐スポ
ーリング性は非常に良好である。しかし極端な高気孔率
が弊害となり、耐食性がマグネシア・クロムれんがの比
較例「９」に劣る。また人造黒鉛を含まず鱗状黒鉛のみ
でカーボン量がｌ〜５重量％の比較例「４」、「５」、
「６」、「７」は、耐スポーリング性がマグネシア・ク
ロムれんがの比較例「９」並に劣る。以上より、耐食
性、耐スラグ侵入性、耐スポーリング性が従来のマグネ
シア・クロムれんが比較例「９」に対して良好で、耐カ
ーボンピックアップ性もカーボン量１０重量％の比較例
「８」に比較して格段に優れる、実施例「１」、
「２」、「３」、「４」、「５」、「６」、「７」を実
炉使用に供した。結果は以下の通りである。

【００１８】本発明の実施例「３」を、従来のマグネシ
ア・クロムれんがの比較例「９」に代わってＶＯＤ鍋の
側壁スラグライン部に使用した結果、ＶＯＤ鍋の寿命は
従来のｌ．６倍となり、大幅な寿命延長が達成された。
また実施例「３」、「５」を、従来のマグネシア・クロ
ムれんがの比較例「９」に代わってＶＯＤ鍋の側壁鋼浴
部に使用した。その結果、鋼中カーボン１５〜５０ｐｐ
ｍの極低炭鋼種でも従来同様カーボンピックアップ無く
溶製できることが確認された。また実施例「４」、
「７」を、従来のマグネシア・クロムれんがの比較例
「９」に代わってＶＯＤ鍋の側壁スラグライン部に使用
した。その結果、ＶＯＤ鍋の寿命は従来のｌ．５倍とな
り、大幅な寿命延長が達成された。また実施例「ｌ」、
「２」、「６」を、従来のマグネシア・クロムれんがの
比較例「９」に代わってＶＯＤ鍋の側壁鋼浴部に使用し
た。その結果、鋼中カーボン１５〜５０ｐｐｍの極低炭
鋼種でも従来同様カーボンピックアップ無く溶製できる
ことが確認された。

【００１９】

【発明の効果】本発明のマグネシア・カーボンれんがに
よって以下の効果を奏する。

【００２０】（１）従来のマグネシア・クロムれんがに
比較して耐スラグ侵入性に優れ、構造的スポーリングを
起こし難い。したがってＶＯＤのような二次精錬炉では
抜群の耐用性を示す。

【００２１】（２）カーボン量は５重量％以下に限定し
ているので、マグネシア・カーボンれんがを二次精錬炉
に使用する際の問題点であるカーボン溶出による鋼の汚
染を引き起こさない。

【００２２】（３）二次精錬容器の寿命を大幅に延長す
ることができる。

【００２３】（４）二次精錬容器として、ＶＯＤだけで
なく、ＲＨ、ＤＨ、ＬＦ、ＶＡＤ等の他の二次精錬炉に
も適用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者笠井清人北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネシアを９０〜９９重量％とカーボ
ン原料１〜５重量％を含み、前記カーボン原料中に圧力
を加えるとＣ軸方向に１０〜５０％収縮し、圧力を解放
すると原寸の９０％以上まで復元する弾力性を有する人
造黒鉛を０．５〜１重量％含む高耐用マグネシア・カー
ボンれんが。