JPH09142945A - 溶銑容器内張り用不定形耐火物とそれを用いた溶銑容器の内張り構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭化珪素、炭素の配合による亀裂発生の防止
や、スラグ・銑鉄の侵入防止を図る溶銑鍋等溶銑容器の
内張り用不定形耐火物を提供する。 【解決手段】 ロー石１２〜６０ｗｔ％、炭化珪素３〜
４０ｗｔ％、アルミナ１０〜８５ｗｔ％を含む耐火骨材
１００ｗｔ％と、揮発シリカ外掛け１〜６ｗｔ％、鋼お
よび／またはステンレス鋼の金属ファイバー外掛け１〜
５ｗｔ％および結合剤を配合した溶銑容器内張り用不定
形耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶銑容器の内張り
に使用される不定形耐火物とそれを用いた溶銑容器の内
張り構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶銑予備処理の定常化による操業の過酷
化や、寿命延長の要望に対応するため、近年、溶銑容器
は、主にアルミナ−ＳｉＣ−Ｃ系やロ−石−アルミナ−
ＳｉＣ−Ｃ系の煉瓦で内張りされるようになった。しか
し、築炉作業の省力化や、継ぎ足し工法の採用による炉
材原単価の低減の要請に伴って、溶銑鍋等の溶銑容器で
も、煉瓦に替わって不定形耐火物の適用が検討されてい
る。

【０００３】溶銑容器内張り用として、特開平２−１４
１４４５号あるいは特開平４−８９３６２号にロー石−
炭化珪素−炭素−アルミナ質の不定形耐火物が提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶銑容器の内張りを不
定形耐火物によって形成する場合、不定形耐火物の乾燥
過程や使用時の亀裂発生を防止することが重要である。
これは溶銑は溶鋼に比べ粘性係数が小さく、また融点が
低いため、内張り材に亀裂が生成した場合、この亀裂を
介して内張り内に深く侵入するいわゆる地金差しが生じ
易いためである。そして、この地金差しによって湯漏れ
事故にいたる場合もある。

【０００５】従って、溶銑鍋等溶銑容器の内張り用不定
形耐火物は、炭化珪素、炭素の配合により亀裂発生の防
止や、スラグ・銑鉄の侵入防止を図っているが、十分な
ものではない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロー石１２〜
６０ｗｔ％、炭化珪素３〜４０ｗｔ％、アルミナ１０〜
８５ｗｔ％を含む耐火骨材１００ｗｔ％と、揮発シリカ
外掛け１〜６ｗｔ％、鋼および／またはステンレス鋼の
金属ファイバー外掛け１〜５ｗｔ％および結合剤を配合
した溶銑容器内張り用不定形耐火物である。

【０００７】溶銑鍋等溶銑容器は１日に数回から数１０
回溶銑の受け払いを繰り返す。これに伴い溶銑容器内張
りは温度の上昇・下降を繰り返すが、温度下降時に収縮
しようとするため稼働面側には引張り応力が発生し、こ
の応力が耐火物の組織強度より大きくなると亀裂が生じ
る。

【０００８】この亀裂を防止するには内張り材に残存膨
張性を付与することが有効なことが知られている。ロー
石中のシリカ（ＳｉＯ₂ ）成分の一部は石英の形で存在
するが、この石英は加熱によって約１２５０℃でクリス
トバライトに変態する。この変態は約６００℃付近で生
じる石英のα型からβ型への変態と異なり不可逆的で、
体積膨張を伴なうため、ロー石を添加することで内張り
に残存膨張性を付与することができる。また、ロー石は
１４００℃前後の高温域でクリ−プ変形しやすい特性を
有しており、冷却過程で亀裂が生じたとしても加熱時の
膨張によって修復され、亀裂を中心とした迫り割れが生
じることもないし、膨張による組織の弛みも生じにく
い。

【０００９】一方、溶銑容器の乾燥・予熱時は内張りが
変態膨張が生起する温度より低い領域で加熱され、内張
りに残存膨張性が付与されない。このため、冷却過程で
は内張りが収縮し、稼働面側に大きな引張り応力が発生
して亀裂が生じる。この亀裂は溶銑容器の繰り返し使用
によって拡大し、内張りの剥離を招く。

【００１０】不定形耐火物の亀裂および剥離の防止法の
一つとして、金属ファイバ−の添加が効果的であること
が知られている。これは、金属ファイバ−が不定形耐火
物のマトリックス部に分散存在することで亀裂を抑制
し、また亀裂が生じても剥離しないように不定形耐火物
組織を繋ぎ止めるためである。

【００１１】しかし、アルミナ質やアルミナ−シリカ質
の不定形耐火物では、金属ファイバ−の膨張収縮率が不
定形耐火物のそれより大きく、加熱冷却時に両者の膨張
収縮挙動に不一致が生じ、金属ファイバ−と不定形耐火
物マトリックスとの絡みが悪くなって金属ファイバ−が
効果的に機能しない。本発明は、ロ−石と金属ファイバ
−を組み合わせることでこの問題点を解決したものであ
る。

【００１２】図１はロー石、電融アルミナ、ボ−キサイ
ト、金属ファイバー（ＳＵＳ３０４ステンレス鋼ファイ
バ−）について、その熱膨張率を示したものであるが、
電融アルミナ、ボ−キサイトは金属ファイバーに比べか
なり低膨張率である。これに対しロー石は、その成分中
の石英が約６００℃付近で可逆的に変態し、この変態が
加熱時に膨張して、金属ファイバーに近い膨張収縮を示
す。その結果、本発明はロー石の配合で、不定形耐火物
の１０００℃程度までの膨張率を金属ファイバ−とほぼ
同等とすることでき、金属ファイバ−とマトリックスと
の絡みが良く、亀裂および剥離の発生を防止することが
できる。

【００１３】図２は、後述する表２に示した実施例２の
配合組成を有する不定形耐火物と、表３に示した比較例
１の配合組成を有する不定形耐火物のそれぞれにおい
て、金属ファイバーの添加量と耐スポール性との関係を
示したグラフである。この結果からも明らかなように、
ロー石を配合しない比較例１の不定形耐火物Ｂでは、金
属ファイバーを添加しても耐スポール性改善の効果が顕
著なものではない。

【００１４】これに対し、ロー石を特定量配合した実施
例２の不定形耐火物Ａでは、金属ファイバーの添加によ
って耐スポール性が格段に向上しており、本発明の効果
が確認された。

【００１５】

【発明の実施の形態】ロー石はパイロフィライト、セリ
サイト、カオリンおよび石英を主に含有した天然原料で
ある。本発明の不定形耐火物において、その割合は、１
２ｗｔ％未満では残存膨張性、易クリ−プ性が不足し、
亀裂防止の効果に劣る。６０ｗｔ％を超えると耐食性が
低下する。

【００１６】炭化珪素は、耐スラグ性の向上に効果をも
つ。３ｗｔ％未満では添加による効果がない。４０ｗｔ
％を超えると、溶銑に対する耐食性に劣る。

【００１７】アルミナは、耐食性および容積安定性に優
れた耐火原料である。具体例としては、焼結アルミナ、
電融アルミナ、ばん土頁岩、ボ−キサイトなどから選ば
れる１種以上が使用できる。また、微粉部には仮焼アル
ミナを用いることもできる。その割合は、１０ｗｔ％未
満では耐食性に劣り、８５ｗｔ％を超えると耐スポーリ
ング性が低下する。

【００１８】揮発シリカは金属シリコン、フェロシリコ
ンやジルコニア等を生産する際発生する気化したシリカ
が冷却して生成される超微粉シリカである。シリカフラ
ワーあるいはマイクロシリカなどの商品名で市販されて
いる。その効果は不定形耐火物の施工水分を減少させ、
施工体の緻密性を高めることにある。添加量は耐火骨材
１００ｗｔ％に対する外掛けで、１ｗｔ％未満では前記
の効果がなく、６ｗｔ％を超えると施工体の通気性が阻
害されて乾燥性に劣る。

【００１９】金属ファイバ−は、鋼および／またはステ
ンレス鋼のものを使用する。これは、これらの金属ファ
イバ−が８００℃程度以下では高強度であり、１２００
℃を超える高温域では強度が低下することで、ロー石が
もつ不可逆的変態膨張や易クリ−プ性などの特性を阻害
しないためである。

【００２０】鋼ファイバ−あるいはステンレス鋼ファイ
バ−の中でも、Ａｌを０．５〜５ｗｔ％含有する耐酸化
性により優れたステンレス鋼ファイバ−がより好まし
い。Ａｌを含有する金属ファイバ−は１２００℃を超え
る高温域でも酸化劣化が少ないため、不定形耐火物の使
用期間内にその添加効果が失われることがない。Ａｌの
含有量が０．５ｗ％未満では金属ファイバ−の耐酸化性
が不十分であり、５ｗ％を超えると金属ファイバ−の耐
熱性が低下し好ましくない。

【００２１】金属ファイバ−の形状は特に限定するもの
ではなく、例えばストレ−ト形、波形、ドックボ−ン形
などが使用できる。断面形状は円形、多角形などのいず
れでもよい。直径は０．１〜２ｍｍ、長さは直径に合わ
せて例えば５〜４０ｍｍとする。

【００２２】金属ファイバ−の配合量は、耐火骨材１０
０ｗｔ％に対する外掛けで１ｗｔ％未満では亀裂・剥離
防止の効果がなく、５ｗｔ％を超えると施工性が低下す
る。結合剤の種類・割合については従来材質と特に変わ
りない。例えばアルミナセメント、マグネシアセメン
ト、珪酸ソ−ダ、シリカゾル、リン酸アルミニウムなど
から選ばれる１種以上を使用する。必要に応じて、さら
に硬化剤を添加する。また、分散剤、乾燥爆裂防止剤、
粘土、有機ファイバー、硬化遅延剤、焼結剤、酸化防止
剤などを適当量添加してもよい。分散剤としては、例え
ば縮合リン酸塩、カルボン酸やその塩、リグニンスルフ
ォン酸塩などを耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛けで
０．０１〜０．５ｗｔ％程度添加する。乾燥爆裂防止剤
の具体例は、金属アルミニウムなどの金属粉、アゾジカ
ルボンアミドなど有機発泡剤であり、耐火骨材１００ｗ
ｔ％に対して好ましくは５ｗｔ％添加する。

【００２３】本発明の不定形耐火物は、炭素を配合する
と、さらに耐用性が向上する。これは、炭素が溶銑・ス
ラグと濡れにくいためである。

【００２４】ここで使用する炭素の具体例は、石油ピッ
チ、石炭ピッチなどのピッチ類、フェノ−ル樹脂、フラ
ン樹脂などの樹脂類、リン状黒鉛、土状黒鉛などの天然
黒鉛（表面処理品を含む）、カ−ボンブラック、人造黒
鉛などであり、これらから選ばれる１種以上とする。そ
の割合は、耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛けで１０
ｗｔ％以下、好ましくは１〜７ｗｔ％である。１０ｗｔ
％を超えて配合すると、施工後の気孔率が高くなり、耐
食性が低下する。

【００２５】本発明による不定形耐火物の施工は、流し
込みによって行われ、その後、乾燥・予熱を経て使用さ
れる。しかし、乾燥・予熱で５００℃以上に加熱される
と組成中の炭素あるいは炭化珪素が酸化され、内張りの
気孔率が高くなる結果、耐食性の低下傾向が認められ
る。酸化されやすい炭素を配合した材質が、特にこの傾
向が著しい。

【００２６】そこで、本発明の不定形耐火物を用いた溶
銑容器の内張りは、その表面を酸化防止剤で被覆するこ
とにより、乾燥予熱時の酸化を防止することが好まし
い。

【００２７】内張りの被覆に使用する酸化防止剤は、例
えばヘキサメタリン酸ソ−ダなどのリン酸塩、珪酸ソ−
ダ・珪酸カリウムなどの珪酸塩、硼珪酸ガラス・リン酸
ガラスなどのガラス類、硼砂・Ｂ₄ Ｃなどの硼化物含有
物などから選ばれる１種以上に、必要に応じてアルミナ
・ロー石・珪石などの耐火性無機質粉あるいは炭化珪素
粉、炭素粉などを混合したものである。

【００２８】酸化防止剤の被覆は、例えば水で混練する
など被覆しやすい形態にした後、刷毛や鏝で塗り付けた
り、吹付機を用いての吹付で行う。被覆厚さは、好まし
くは１〜１０ｍｍである。

【００２９】

【実施例】以下に本発明実施例とその比較例を示す。表
１は、各例で使用した耐火骨材の化学成分である。表２
は、各例の不定形耐火物組成とその試験結果である。ま
た、実機試験の一部において、内張りに対する酸化防止
剤の被覆試験結果も合わせて示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】残存線変化率；ＪＩＳ−Ｒ２５５４に準じ
て測定した。

【００３４】耐食性；ドラム回転侵食試験法で行った。
銑鉄と高炉スラグを重量比で１対１とした侵食剤を使用
し、１５００℃×３時間の侵食試験後、溶損寸法を測定
し、実施例１の溶損寸法を１とした比で示す。

【００３５】耐スポ−ル性；内径１０００ｍｍの金属性
円筒に不定形耐火物を流し込み施工で厚さ１５０ｍｍの
内張りを形成し、乾燥後、酸素−プロパンバ−ナ−で１
０００℃で１時間加熱した。ついで、２時間自然冷却し
た後、同バ−ナ−で１５００℃まで昇温し、２０分保持
後、３０分冷却した。ついで、１５００℃まで昇温して
保持し、２０分経過後、３０分冷却する。前記の１５０
０℃の昇温時からの操作を３０回繰り返し、不定形耐火
物表面の亀裂発生状況を調べた。

【００３６】実機試験；３００ｔ溶銑鍋の側壁に流し込
み施工し使用し，亀裂発生状況と耐用寿命を試験した。
表中、「−」は実機試験しなかったことを示す。

【００３７】本発明実施例による不定形耐火物はいずれ
も残存膨張性を示し、耐食性にも優れている。しかも、
耐スポール性にも優れた効果が得られた。その結果、実
機試験において、亀裂の発生がなく、従来材質に相当す
る比較例３に比べて約２〜３倍の耐用寿命が得られた。
また、中でもアルミニウムを含有したスレンレス鋼ファ
イバーを使用したもの、あるいは炭素を添加した材質
は、耐用寿命において特に優れている。

【００３８】これに対して、ロー石を配合しない比較例
１は、耐食性には優れているが残存収縮を示し、耐スポ
ール性に劣る結果、実機試験において亀裂の発生が著し
く、．耐用寿命に劣る。比較例２はロー石の配合量が本
発明の限定範囲より多く、耐食性に劣る。比較例３は、
金属ファイバーを添加しておらず、耐スポール性に劣
る。比較例４は、金属ファイバーの添加量が多く、施工
性に劣るために施工体組織が粗雑になり、耐食性に劣
る。比較例５は、金属ファイバーがアルミニウムであ
り、約６００℃付近の中温域での強度が低く、亀裂防止
効果がなく、耐スポール性に劣る。比較例６は、炭化珪
素の配合量が本発明の限定範囲より多く、耐溶銑性が低
下し、実機試験での耐用寿命に劣る。

【００３９】また、実施例３あるいは実施例５の不定形
耐火物を用いた内張り構造において、リン酸ガラス５０
ｗｔ％および珪石粉５０ｗｔ％よりなる酸化防止剤を水
練りし、内張り表面に厚さ約３ｍｍで被覆した。乾燥・
予熱後、不定形耐火物の表面状況を調べた結果、酸化が
認められず、酸化防止剤の被覆効果が確認された。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明による不定形耐火
物は溶銑容器内張りにおいて、亀裂および剥離を防止
し、優れた耐用性を示す。その結果、不定形耐火物がも
つ築炉作業の省力化、炉材源単価の低減などの効果が十
分に発揮されることになり、その工業的価値はきわめて
大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属ファイバ−、ロー石、電融アルミナおよび
ボ−キサイトの熱膨張率を示したグラフ。

【図２】不定形耐火物の金属ファイバーの添加量と耐ス
ポール性との関係を示したグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 孝 兵庫県高砂市荒井町新浜１丁目３番１号 ハリマセラミック株式会社内 (72)発明者 吉本敏和 兵庫県高砂市荒井町新浜１丁目３番１号 ハリマセラミック株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロー石１２〜６０ｗｔ％、炭化珪素３〜４
   ０ｗｔ％、アルミナ１０〜８５ｗｔ％を含む耐火骨材１
   ００ｗｔ％と、揮発シリカ外掛け１〜６ｗｔ％、鋼およ
   び／またはステンレス鋼よりなる金属ファイバー外掛け
   １〜５ｗｔ％および結合剤を配合したことを特徴とする
   溶銑容器内張り用不定形耐火物。
2. 【請求項２】ステンレス鋼ファイバ−がＡｌを０．５〜
   ５ｗｔ％含有する請求項１記載の溶銑容器内張り用不定
   形耐火物。
3. 【請求項３】耐火骨材１００ｗｔ％に対し、さらに炭素
   を外掛け１０ｗｔ％以下を配合した請求項１または２記
   載の溶銑容器内張り用不定形耐火物。
4. 【請求項４】請求項１，２または３記載の不定形耐火物
   をもって溶融金属容器を内張りし、更にその表面に酸化
   防止剤を被覆した溶銑容器の内張り構造。