JPH09278546A

JPH09278546A - 溶融金属用容器内張り不定形流し込み耐火物及びその成形体

Info

Publication number: JPH09278546A
Application number: JP8108606A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Oshima; 明博大嶋; Yukihiro Nakamura; 幸弘中村; Shiro Sukenari; 史郎祐成
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-04-05
Publication date: 1997-10-28

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融金属用容器の内張り材に使用される不定
形流し込み耐火物に関して、緻密質ながらも極めて耐熱
スポーリング性に優れ、結果として優れた耐用性を持つ
流し込み耐火物及びその成形体を提供する。【解決手段】不定形流し込み耐火物の配合原料中に、
純度が９８重量％以上、粒子径が５ｍｍ以上の電融マグ
ネシアクリンカーを骨材として、３０〜６０重量％配合
することにより、通常耐熱スポーリング性に劣る緻密質
な不定形耐火物成形体に関しても、優れた耐熱スポーリ
ング性を付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属用容器の
内張り材に使用される不定形流し込み耐火物に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、溶融金属用容器の内張り材に
使用される不定形流し込み耐火物に関しては、緻密化
（気孔量減量）に伴う嵩密度増大による耐食性の向上が
指向されてきており、配合粒度構成の検討や分散剤によ
る低水分化の検討が行われてきた。しかしながら、この
緻密化と熱衝撃（温度変動）に対する抵抗性（以下耐熱
スポーリング性と表記）は二律背反しており、緻密質
（低気孔率）材料ほど耐熱スポーリング性が悪く容易に
亀裂が発生、進展してしまうという欠点を有していた。
この課題に対して、スチールファイバーの添加や、ジル
コニアの相変化に伴う体積変化を利用したマイクロクラ
ックの導入などによる、亀裂進展抑制対策がとられてき
たが、上述の対策はいずれも耐食性や耐スラグ浸透性の
面での犠牲を伴うものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】不定形耐火物の緻密化
による高密度化を図った場合、一般に高弾性率化に伴い
亀裂が進展しやすくなり、操業中の温度変動等により容
易に割れや剥落といった現象を生じてしまう。そこで本
発明では、緻密質不定形耐火物の高耐食性を損なわずに
耐熱スポーリング性も向上させるべく、電融マグネシア
骨材の持つ、周囲のマトリックス微粉と比した高膨張
性、及び難焼結性に着目した。即ち、高温で膨張した電
融マグネシア骨材が冷却される際、マトリックス構成微
粒子群との熱膨張収縮量の差により、電融マグネシア骨
材の周囲に、骨材輪郭に沿った外部とはつながらない閉
じた空隙が生じることを利用し、材料の耐食性を損なわ
ずに耐熱スポーリング性を向上させるものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、純度が９８重
量％以上、粒子径が５ｍｍ〜１５ｍｍの電融マグネシア
クリンカーを３０〜６０重量％配合した溶融金属用容器
内張り不定形流し込み耐火物であり、流し込み施工によ
り成形し、乾燥過程により自由水を脱水した後の見掛け
気孔率が１３％以下であることを特徴とする。

【０００５】従来より、耐火物の高耐食性を発現するた
めに、その組織の緻密化が指向されてきた。特に、加圧
成形及び焼成過程を経たれんがと比べて、緻密性に劣る
不定形耐火物は、超微粉等を利用した充填密度の向上
や、分散剤の有効活用による流し込み施工用の水分低減
化により、成形体の緻密化が推進されてきた。しかしな
がら、緻密化による高耐食性化を実現した材料は、温度
変動に対して脆くなる。即ち、各使用チャージ間の炉体
温度降下により、容易に亀裂が発生、進展し、剥落損傷
につながってしまうことから、高耐食性化の効果が発現
されなくなる。

【０００６】そこで本発明では、純度が高く、通常の使
用粒子径５ｍｍ未満に対してさらに粒子径が大きい電融
マグネシア骨材を使用すると、周囲のマトリックス微粉
と比べてその熱膨張収縮挙動が大きい故に、電融マグネ
シア骨材周囲に、骨材輪郭に沿った外部とはつながらな
い閉じた空隙が生成することを利用した。即ち、高温下
で膨張していた電融マグネシア骨材（電融マグネシアク
リンカー２）が冷却される際、マトリックス構成微粒子
群（マトリックス微粉部）との熱膨張収縮量の差によ
り、電融マグネシア骨材自身がより収縮し、その周囲に
閉じた空隙３を形成するのであるが、これには電融マグ
ネシア骨材の純度が高く、周囲の微粉と焼結し難いこと
が重要である。

【０００７】図１に、電融マグネシア骨材を３０重量％
含有する本発明のマグネシア−アルミナ質不定形耐火物
を、１５００℃で３Ｈｒ焼成後、室温まで冷却した試料
の組織を示す。このようにしてできた空隙は、亀裂進展
の際の応力を吸収し、熱伝導率が低減することから耐火
物自身の温度変動を緩和するといった役割を果たし、耐
火物成形体の耐熱スポーリング性は大幅に向上する。ま
た、この空隙の大部分は閉じた空隙であり、施工体外部
にはつながっていないため、耐食性及び耐スラグ浸透性
の面で悪影響を及ぼさない。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、アルミナ、マグネシ
ア、カルシア、シリカ、ジルコニア、チタニア等の単体
または化合物からなる耐火性骨材及び微粉からなり、そ
の骨材の一部あるいは全部分に電融マグネシアクリンカ
ーを配合した不定形耐火物である。しかもその乾燥後成
形体の見掛け気孔率が１３％以下と極めて緻密な不定形
耐火物成形体である。

【０００９】ここで、電融マグネシア骨材の粒子径は５
ｍｍ以上かつ１５ｍｍ以下であることが必要である。５
ｍｍより小さいと先に述べた亀裂進展抑制に寄与する有
効な空隙が充分に生成せず、また周囲の微粉と焼結して
しまう場合もあり、逆に１５ｍｍより大きいと生成する
空隙が大きすぎ、組織の脆弱化につながったり、均一分
散性に問題が生じるようになる。

【００１０】また電融マグネシアの純度は９８重量％以
上（不純物２重量％未満）である必要があるが、これは
不純物がこれより多いと加熱時に不純物成分がマトリッ
クス微粉部に拡散し、周囲との焼結が促進され、耐熱ス
ポーリング性に劣るようになるからである。さらに電融
マグネシア骨材の配合量は耐火物中の３０〜６０重量％
であることが必要である。これは３０重量％未満では空
隙生成の効果が発現されず、６０重量％を超えると骨材
過多により緻密な成形体ができない。

【００１１】尚、本発明で実施している電融マグネシア
の利用は、緻密質不定形耐火物の耐熱スポーリング性の
向上のみならず、耐食性の面でも極めて有効に作用す
る。各部の詳細な粒度構成は、乾燥終了後の成形体の見
掛け気孔率が１３％以下に保たれるように設計する必要
があり、このためには、アルミナ、マグネシア、カルシ
ア、シリカ、ジルコニア、チタニアの単体または化合物
からなる耐火性微粉に関して、粒子径が２０μｍ以下の
クラスの微粉を１５〜３０重量％配合することが有効で
ある。成形体の見掛け気孔率が１３％を超えると、緻密
性の不足から充分な耐食性が発現されない。

【００１２】図２に、電融マグネシア骨材を３０重量％
含有する、マグネシア−アルミナ質不定形耐火物の粒度
配合を調整し、その乾燥後成形体の見掛け気孔率と実施
例で述べる方法により評価した耐食性の関係を示す。図
２に示すように、気孔率が１３％を超えると急激に溶損
が大きくなる傾向にある。逆に耐熱スポーリング性の面
では、本発明の電融マグネシアを利用しなくても一定の
レベルを保っている。尚ここで、好ましい電融マグネシ
ア骨材の配合割合としては、３５〜４５重量部が最適で
ある。

【００１３】本発明で使用するアルミナ、マグネシア、
カルシア、シリカ、ジルコニア、チタニアの単体または
化合物からなる耐火性骨材及び微粉としては、残部不純
物成分が２ｗｔ％以下の焼結品または電融品が好まし
い。残部成分が２重量％を超えると、熱間強度及び耐食
性の低下をもたらす。また、本発明中で使用するジルコ
ニアは、未安定化品、あるいはマグネシア、カルシア、
イットリア等で部分的にあるいは完全に安定化した焼結
品または電融品とする。

【００１４】配合させた耐火性粒子に、分散剤、結合剤
等を添加することは従来の流し込み施工不定形耐火物と
同様である。分散剤としては、例えばトリポリリン酸ソ
ーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ等の無機塩類、ポリアク
リル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ等の有機塩類等があ
り、添加量は耐火性粒子１００重量部に対して０．００
１〜１重量部が好ましい。結合剤としては、例えばＣａ
Ｏ成分を約１０〜３０重量％含有するアルミナセメント
を１〜１０重量部、Ｐ₂Ｏ₅成分を約６０重量％含有する
縮合リン酸塩を０．１〜７重量部添加する。また、本発
明で発揮される耐熱スポーリング性及び耐食性を損なわ
ない範囲で、必要により金属等のファイバー類、金属
粉、硬化促進剤、硬化遅延剤、その他の耐火性極微粉、
シリカゾル、アルミナゾル等を添加してもよい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例及びその比較例を示
す。表１は、本発明中または比較例中で使用した電融Ｍ
ｇＯクリンカーの種類を示す。クリンカーＡは本発明で
限定した純度のものであるが、クリンカーＢは不純物が
過多である。

【００１６】

【表１】

【００１７】表２には、本発明の不定形耐火物成形体の
実施例、及び比較例の特性をまとめる。

【００１８】

【表２】

【００１９】各試験及び評価方法は次の通りである。見掛け気孔率；乾燥後（自由水脱水）試料について、Ｊ
ＩＳ−Ｒ２２０５に準じて測定。熱間曲げ強度；１５００℃×１Ｈｒ保定後、曲げ強度測
定。耐スラグ浸透性；重量比で鋼片：転炉スラグ＝６０：４
０の侵食剤を使用し、１６５０℃×３時間の回転侵食試
験を行い、スラグの浸透寸法を測定した。小さいほど耐
スラグ浸透性に優れる。

【００２０】耐食性；前記の回転侵食試験後、試験後の
溶損寸法を測定した。小さいほど耐食性に優れる。耐熱スポール性；１６００℃で２０分間加熱した後、大
気中で空冷する作業を繰り返し、剥落するまでの回数を
計測。値が大きいほど耐熱スポール性に優れる。実機耐用性；実施例、比較例の一部を溶鋼鍋スラグライ
ン部にて実使用し、その耐用性を１ｃｈ当たりの平均損
耗量ｍｍ／ｃｈで求めた。数値が小さいほど耐用性に優
れる。

【００２１】尚ここでの実機耐用性は、不定形耐火物重
量に対して外掛けで４〜６重量部の施工水分を添加し、
充分な混練の後、取鍋スラグライン部に中子を使用して
振動を付与しながら流し込み施工し、所定の乾燥を施し
た施工体について評価した。見掛け気孔率、熱間曲げ強
度、耐スラグ浸透性、耐食性、耐熱スポール性について
は、乾燥後施工体中から特定の形状でサンプリングした
試料についての試験結果である。

【００２２】試験結果が示すように、本発明不定形耐火
物実施例１〜９は、比較例１０〜１６に比べて総じて耐
熱スポーリング性、及び耐食性共に優れている。比較例
１０は、電融マグネシア骨材の配合量が多過ぎ、緻密性
に劣るゆえ耐食性に劣る。反対に比較例１４は、電融マ
グネシア骨材の配合量が少なく、耐熱スポーリング性向
上効果が発現されていない。比較例１１は、配合した電
融マグネシア骨材が大き過ぎ、焼成時の空隙が大きくな
ることから熱間強度や耐スラグ浸透性に劣り、比較例１
２は配合骨材が小さく、周囲の微粉と反応し耐熱スポー
リング性に劣っている。比較例１３で使用した電融マグ
ネシア骨材は、本発明の限定より純度が低いことから耐
食性に劣り、また周囲と反応することから耐熱スポーリ
ング性にも劣る。また、比較例１５、１６は配合した微
粉の総量が適当でなく、緻密な施工体が成形できないこ
とから耐食性に劣る。

【００２３】実施例に示す通り、本発明の不定形耐火物
成形体の一部を実機にて評価した結果、いずれの場合も
比較例と比べて極めて優れた耐用性を示した。

【００２４】

【発明の効果】このように、特定の粒度、純度を有する
電融マグネシアクリンカーを、一定の量配合した不定形
耐火物を流し込み施工し、硬化、乾燥後得られる本発明
不定形耐火物成形体は、耐熱スポーリング性、耐食性共
に優れた特性を発現する。その耐用性は、従来の不定形
流し込み材と比べて大幅に優れ、築炉作業の省力化、及
び耐火物材料コストの削減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電融マグネシア骨材を３０重量％含有するマグ
ネシア−アルミナ質不定形耐火物を、１５００℃×３Ｈ
ｒ焼成後、室温まで冷却した試料の組織を示す。

【図２】電融マグネシア骨材を３０重量％含有するマグ
ネシア−アルミナ質不定形耐火物の粒度配合を調整し、
その乾燥後成形体の見掛け気孔率と耐食性の関係を示
す。

【符号の説明】１マトリックス微粉部２電融マグネシアクリンカー３空隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】不定形流し込み耐火物の配合に関して、
純度が９８重量％以上、粒子径が５ｍｍ〜１５ｍｍの電
融マグネシアクリンカーを骨材として３０〜６０重量％
配合することを特徴とする、溶融金属用容器内張り不定
形流し込み耐火物。
【請求項２】請求項１記載の不定形流し込み耐火物に
関して、乾燥後の見掛け気孔率が１３％以下であること
を特徴とする、溶融金属用容器内張り不定形流し込み耐
火物成形体。