JPH0959064A - 高炉炉底用炭素質耐火物 - Google Patents

高炉炉底用炭素質耐火物

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JPH0959064A
JPH0959064A JP7211478A JP21147895A JPH0959064A JP H0959064 A JPH0959064 A JP H0959064A JP 7211478 A JP7211478 A JP 7211478A JP 21147895 A JP21147895 A JP 21147895A JP H0959064 A JPH0959064 A JP H0959064A
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JP
Japan
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refractory
carbonaceous
artificial graphite
blast furnace
alkali
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Application number
JP7211478A
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English (en)
Inventor
Atsuya Kasai
篤也 葛西
Yasushi Sato
康 佐藤
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高炉炉底用炭素質耐火物を提供する。 【解決手段】人造黒鉛:30〜55%、焙焼無煙炭:30〜55
%及びβ-Al2O3:15〜40%を主成分とし、かつ0.3 mm以
上の粗粒部が人造黒鉛からなる高炉炉底用炭素質耐火
物。 【効果】溶銑及びアルカリによる侵食に対する高抵抗性
と高熱伝導性を有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炉用炭素質耐火
物に関し、特に炉底部において溶銑およびアルカリによ
る侵食に対して高い抵抗性を持ち、かつ高い熱伝導性を
有する炉底用炭素質耐火物に関する。
【0002】
【従来の技術】現在の鉄鋼製造プロセスにおける溶銑の
生産では、高炉を用いる鉄鉱石の還元溶融が主流であ
る。そして、この高炉の炉底を構築する耐火物として、
炭素質耐火物を使用するのが一般的である。炭素質耐火
物は、土壌黒鉛、鱗状黒鉛、焙焼無煙炭、冶金用コーク
ス、人造黒鉛およびカーボンブラック等が炭素質原料と
して使用されている。
【0003】これらの中でも、例えば焙焼無煙炭は耐溶
銑性に優れているが、熱伝導性および耐アルカリ性に劣
る。人造黒鉛は、熱伝導率および耐アルカリ性に優れて
いる反面、耐溶銑性に劣り、これを原料とする耐火物は
溶銑により侵食されやすい。
【0004】このように、炭素質耐火物は、用いる炭素
質原料ごとに長所・短所をもっている。このため、耐火
物設計の際には各々の特性を考慮し、これらの炭素質原
料の1種あるいは2種以上を適当な割合で混合して使用
することが行われている。
【0005】高炉炉底用耐火物として炭素質耐火物が適
用されるのは、炭素が他材質に比較して融点が非常に高
いこと、高温での強度劣化が少ないこと、そして他材質
に比較して熱伝導率が良好であるため、炭素質耐火物の
鉄皮を介した冷却が容易であることなどの有利な高温特
性を有するためである。特に熱間での直接的な補修法が
確立していない高炉炉底部では、鉄皮冷却による炉底の
保護は重要であり、熱伝導性の良好な炉底用耐火物を用
いることが望まれている。
【0006】炭素質耐火物の短所としては、炭素が溶銑
に対して溶解性を有すること、組織の結合が有機系結合
材の炭化により生成する結合力の弱いカーボンボンドに
よるものであり、溶銑の侵入によりこの部分で侵食が進
行しやすいことなどが挙げられる。また、高炉炉内で
は、コークス等の装入原料に由来するアルカリ成分が操
業とともに蓄積され、蒸発・凝固を繰り返して炉内を循
環しており、炉底部に達したアルカリが炭素質耐火物内
に侵入し、耐火物中に灰分として存在するAl23
SiO2 等と反応して耐火物の組織を破壊することも知
られている。このため、灰分含有量が多い焙焼無煙炭で
は前記のように耐アルカリ性が劣り、逆に灰分含有量が
少ない人造黒鉛では耐アルカリ性に優れている。
【0007】特公昭56−18559号公報には、炭素
質耐火物の耐溶銑侵食性を向上させた高炉炉床用炭素質
耐火物が開示されている。この特徴は,炭素質耐火物の
耐溶銑侵食性を向上させるために主原料として焙焼無煙
炭を使用し、かつ微粒部に高耐火性金属耐火物を配合す
ることで、マトリックス部および骨材−マトリックス間
の結合性を改善したことにある。しかしながら、このよ
うな方法では以下の (1)〜(3) の問題点がある。
【0008】(1)焙焼無煙炭は熱伝導性に劣り、冷却能
が不十分である。
【0009】(2)焙焼無煙炭は灰分含有量が多く、アル
カリと反応しやすい。
【0010】(3)高耐火性の金属酸化物粉末として上記
公報に記載されているAl2 3 およびSiO2 化合物
は、アルカリ成分と反応してアルカリ珪酸塩を生成す
る。この反応は体積膨張を伴い、容易に組織破壊が起こ
る。
【0011】特公昭56−35630号公報には、溶鉱
炉炉底耐火物の耐アルカリ性の向上を図ったものが開示
されている。この特徴は、耐アルカリ性に優れたβ−A
23 、炭化珪素および黒鉛を主原料とすることで、
耐アルカリ性を向上させたことにある。しかし、このよ
うな方法では次の (1)および(2) の問題点がある。
【0012】(1)耐火物の熱伝導率が6〜10kcal/(m
・hr・℃) 以下であり、鉄皮冷却の効果が低い。
【0013】(2)黒鉛を主原料としており、耐溶銑侵食
性に劣る。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するためになされたものである。本発明の目的は、溶
銑およびアルカリによる侵食に対して高い抵抗性を持
ち、かつ高い熱伝導性〔熱伝導率で20kcal/(m・hr・
℃) 以上〕を有する高炉炉底用炭素質耐火物を提供する
ことにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の高
炉炉底用炭素質耐火物にある。
【0016】人造黒鉛:30〜55Wt% 、焙焼無煙炭:
30〜55Wt% 及びβ−Al2 3:15〜40Wt% を
主成分とし、かつ0. 3mm以上の粗粒部が人造黒鉛から
なることを特徴とする高炉炉底用炭素質耐火物。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の高炉炉底用炭素質耐火物
は、人造黒鉛30〜55Wt% 、焙焼無煙炭30〜55Wt
% およびβ−Al2 3 15〜40Wt% を主成分とする
ものである。
【0018】さらに、0. 3mm以上の粗粒部が人造黒鉛
からなるものである。
【0019】上記のように主成分を限定した理由を説明
する。
【0020】人造黒鉛:30〜55Wt% 人造黒鉛の配合割合が30Wt% 未満では、前記の目標と
する熱伝導率が達成できない。一方、55Wt% を超える
と粗粒部が多くなりすぎ、耐火物の焼結が不十分とな
る。すなわち、55Wt% を超える配合では、強度が著し
く低下すると同時に耐溶銑侵食性も低下する。人造黒鉛
とは、石油コークス、ピッチコークス、カーボンブラッ
クなどの原料をピッチなどのバインダーと混合し、所定
の形状に成形した後、焼成、黒鉛化の2段階の加熱処理
を施して製造されたものである。黒鉛化処理では一般に
2600〜3000℃の温度で加熱し、無定形炭素を黒
鉛に変化させる。
【0021】焙焼無煙炭:30〜55Wt% 焙焼無煙炭の配合割合が30Wt% 未満では耐火物の耐溶
銑侵食性が低下する。
【0022】一方、55Wt% を超えるとアルカリに対す
る耐食性が低下する。焙焼無煙炭とは、無煙炭をN2
Ar、Heなどの不活性ガス中において1500℃以上
で仮焼し、揮発分を除いたものである。
【0023】β−Al2 3 :15〜40Wt% β−Al2 3 の配合割合が15Wt% 未満では、焙焼無
煙炭の配合割合が増加し、耐アルカリ性が低下する。一
方、40Wt% を超えると熱伝導率が低下し、前記の高い
熱伝導率が達成できない。β−Al2 3 は、Al2
3 の変態物の一つであるが、ここでは、Na2 Oまたは
2 Oがα−Al2 3 に固溶し、β−Al2 3 の結
晶系に安定化したNa2 O・11Al2 3 またはK2
O・11Al2 3 を指す。
【0024】上記のように、溶銑侵食を受け易いマトリ
ックス部に高耐溶銑侵食性の焙焼無煙炭とβ−Al2
3 とを配合することで、全体として耐溶銑侵食性の向上
が可能となる。
【0025】人造黒鉛、焙焼無煙炭およびβ−Al2
3 は、市販のものの使用が可能であるが、特に人造黒鉛
では灰分の含有量が1Wt% 以下、焙焼無煙炭では灰分の
含有量が5Wt% 以下のものが望ましい。これは、アルカ
リによる侵食に対する抵抗を高めるためである。
【0026】上記の人造黒鉛、焙焼無煙炭およびβ−A
2 3 以外に耐火物中に含有が許容される成分は、α
−Al2 3 、SiO2 およびFe2 3 などの主成分
原料中に含まれる不純物である。これらの不純物の含有
量の範囲としては合計で0.5〜5Wt% 程度とするのが
望ましい。従って、上記3種類の主成分の配合を具体的
に選択する場合には、不純物含有量を考慮した上で3元
系状態図を用いて決定すればよい。
【0027】次に、さらに0. 3mm以上の粗粒部が人造
黒鉛からなるものと限定した理由を説明する。
【0028】本発明耐火物の製造においては、上記の主
成分原料の粒度が0.3mm以上5mm未満のものを粗
粒、0.3mm未満のものを微粒と分類する。
【0029】本発明の炭素質耐火物において、0. 3mm
以上の粗粒部を人造黒鉛で構成するのは、耐火物として
高い熱伝導性〔具体的には熱伝導率で前記のように20
kcal/(m・hr・℃) 以上〕を有するものにするためであ
る。さらに、溶銑による侵食を考えた場合、人造黒鉛は
焙焼無煙炭に比べ溶解性が高く、そのため、溶銑と接す
る表面積が少ない0. 3mm以上の粗粒部で人造黒鉛を使
用するのが好ましいためである。
【0030】本発明の高炉炉底用炭素質耐火物は次のよ
うな工程で製造するのが望ましい。
【0031】前記原料を所定粒度に調整し、前記割合で
配合して有機系結合材を加えて混錬し、必要に応じて熟
成した後、油圧プレス、静水圧プレスまたは押出成形な
どの手段により、所望の形状に加圧成形する。
【0032】有機系結合材は、成形時に原料を結合して
成形を可能とするとともに焼成時には炭化し,生成した
炭化組織で原料を結合する作用を有しており、この作用
を発揮する有機物を使用することが可能である。好まし
い結合材は、フェノール樹脂およびピッチの一方または
両方である。結合材の配合量の望ましい範囲は、原料1
00重量部に対して1以上20以下である。
【0033】前記の成形体は乾燥後に焼成するが、この
とき密閉容器中に成形体とともにコークス粉を装入し、
耐火物の酸化を防止する。あるいは、N2 、Ar、He
等の不活性ガス中での焼成も同様に可能である。
【0034】焼成温度は1000〜1600℃の範囲が
適当である。β−Al2 3 は、1600℃よりも高温
度側でアルカリが遊離し、α−Al2 3 に転移するた
め、本発明の耐火物製造では1600℃を超えない温度
で焼成するのが望ましい。焼成時間は従来の炭素質耐火
物の製造基準に準じてよい。
【0035】この焼成処理により有機系結合材は炭化
し、カーボンボンドが形成される。また、β−Al2
3 の配合量にもよるが、この焼成処理において、配合さ
れたβ−Al2 3 間でセラミック結合が形成され、耐
火物に強度が付与される。
【0036】
【実施例】
(本発明例1)人造黒鉛40Wt% 、焙焼無煙炭45wt%
およびβ−Al2 3 15Wt% を、表1に示す配合割合
で混合した。結合材としてフェノールレジン(残炭率4
8Wt%)を加え、アイリッヒミキサーで混練し、次いで油
圧プレスにより1000kg/cm2の加圧力で50mm×10
0mm×200mmの形状に成形した。この成形体をステン
レス製の箱内にコークス粉とともに装入して密閉し、1
400℃で24時間焼成して炭素質耐火物を試作した。
なお、上記の残炭率とは、焼成時にレジンの揮発分が除
かれて炭化した割合であり、重量割合で示されるもので
ある。
【0037】(本発明例2)人造黒鉛55Wt% 、焙焼無
煙炭30Wt% 及びβ−Al2 3 15Wt% を用い、表1
に示す配合割合で本発明例1と同様に炭素質耐火物を試
作した。
【0038】(本発明例3)人造黒鉛30Wt% 、焙焼無
煙炭55wt% 及びβ−Al2 3 15Wt% を用い、表1
に示す配合割合で本発明例1と同様に炭素質耐火物を試
作した。
【0039】(本発明例4)人造黒鉛30Wt% 、焙焼無
煙炭30wt% 及びβ−Al2 3 40Wt% を用い、表1
に示す配合割合で本発明例1と同様に炭素質耐火物を試
作した。
【0040】(比較例1)人造黒鉛85Wt% 及びβ−A
2 3 15Wt% を用い、表1に示す配合割合で本発明
例1と同様に炭素質耐火物を試作した。
【0041】(比較例2)焙焼無煙炭85Wt% 及びβ−
Al2 3 15Wt% を用い、表1に示す配合割合で本発
明例1と同様に炭素質耐火物を試作した。
【0042】(比較例3)人造黒鉛30Wt% 、焙焼無煙
炭30wt% 及びα−Al2 3 40Wt% を用い、表1に
示す配合割合で本発明例1と同様に炭素質耐火物を試作
した。
【0043】表1に配合割合および粒度を示す。
【0044】
【表1】
【0045】試作した各耐火物の物性及び特性について
評価を行った。各試験要領は以下のとうりである。
【0046】(1)見掛気孔率および嵩比重:JISR
2205に準拠 (2)圧縮強度:JISR2206に準拠 (3)耐アルカリ性:試作耐火物から20mm×20mm×
60mmのサンプルを切り出し、K2 CO3 とコークスと
を1:4に混合した侵食材とともに均熱箱に入れ、12
00℃で5時間加熱して冷却し、その後のサンプルの亀
裂発生状況で評価した。
【0047】(4)熱伝導率:レーザーフラッシュ法に
て室温で測定 (5)耐熱衝撃性:試作耐火物から30mm×30mm×1
20mmのサンプルを切り出し、これをN2 雰囲気にした
電気炉中において1300℃で5分間加熱した後、液体
2 中に投下して急冷し、その後、曲げ強度を測定し
た。評価は、比較例2の曲げ強度を100とし、それに
対する比で行った。この値が小さいほど耐熱衝撃性に優
れていることを示している。
【0048】(6)溶銑侵食試験:試作耐火物をAr雰
囲気下で1500℃の溶銑中に2時間浸漬した後、サン
プルの残存厚みを比較して行った。評価は、比較例2の
結果を100とした相対値である耐溶銑侵食性指数資よ
り表した。この数値が大きいほど耐溶銑侵食性に優れて
いることを示している。
【0049】表2に、本発明例1〜4および比較例1〜
3の各評価試験結果を示す。
【0050】
【表2】
【0051】表2から,本発明の炭素質耐火物は溶銑及
びアルカリによる侵食に対して高い抵抗性を有し、かつ
高い熱伝導性を有することが明らかである。
【0052】
【発明の効果】本発明の炭素質耐火物は、溶銑およびア
ルカリによる侵食に対する高い抵抗性および高い熱伝導
性を有しており、高炉炉底用として用いるのに好適なも
のである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】人造黒鉛:30〜55Wt% 、焙焼無煙炭:
    30〜55Wt% 及びβ−Al2 3:15〜40Wt% を
    主成分とし、かつ0. 3mm以上の粗粒部が人造黒鉛から
    なることを特徴とする高炉炉底用炭素質耐火物。
JP7211478A 1995-08-21 1995-08-21 高炉炉底用炭素質耐火物 Pending JPH0959064A (ja)

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