JPH11211360A - 内張り材の外層部に低融点セラミックス材を塗布した定形材を配して多層内張り構造とした誘導炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 操業中に素材中に混入する亜鉛等の低融点金
属が誘導炉の内張り耐火物中の組織内に浸透することに
より、内張り材が充分使用に耐えられる状態にあるにも
かかわらず湯モレとして検知するため継続使用ができな
くなると共にコイルの損傷を助長させるといった不具合
を解消すること。 【解決手段】 電気式誘導炉の内張り用耐火物におい
て、最外側層（非稼動層）に少なくとも側壁１体成形体
とし、この１体成形体（外スリーブ）の内周面に３５０
℃より軟化、溶融して５００℃の温度にも耐えるガラス
層を形成するセラミックス材料を塗布し、乾燥、硬化さ
せ使用中の受熱により軟化、溶融してガラス質層を形成
し、通気率（ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ）１０
以下となる外スリーブを炉本体の壁部に施工し、その内
側層（稼動層）を乾式不定形耐火物で施工してなる多層
構造耐火物で築造された電気式誘導炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は亜鉛メッキされた亜
鉛も含有する金属屑をも材料として用い、溶解およびま
たは精錬を行う際に用いられる誘導炉の内張り材の外層
部に低融点セラミックス材を塗布した定形材を配して多
層内張り構造とした誘導炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来主に鋳鉄の溶解およびまたは精錬は
主にキュポラで溶解し、必要ならば前炉または取鍋内で
の精錬処理が行われているが近年品質のバラツキが小
さい安定した製品、高い生産性、より良い作業環境
等々が強く求められている昨今、これらの要求に応ずる
ためキュポラ操業に比べ溶解効率が高く、品質の均一
性の高い溶湯が得易く作業環境が良い。また炉および炉
の内張り材の保全機械が少ないなどの優位性の認められ
ている電気式誘導炉が急速に普及してきている。誘導炉
は外周部に電気式の誘導コイルを備えこのコイルの内側
にコイルセメントによりマイルを耐火物により被覆保護
した本体内側に湯モレセンサー絶縁材、断熱材等を配設
した後最内側に一般的には１層の乾式耐火物により炉床
部、側壁部の各部の内張り層を構築して使用に供されて
いる。

【０００３】この炉の内張り材の施工方法は一般的には
乾式不定形耐火物を用いて先ず炉の底部を所定の厚みに
つきかためるが、加振充填施工しこの上部に所定の側壁
厚みを持たせるようにして設計された寸法の鋼製の内枠
（以下フォーマーと称する）を炉のほぼ中央部に配置設
しこのフォーマーと炉本体との間隙部（稼動層）に乾式
不定形耐火物を投入した後フォーマーの内側に直接振動
を与えながら上下させ投入した不定形耐火物を加振充填
させて施工を行うが、炉の内張り材の長寿命化と寿命の
安定性を高めるためにはより確実なる施工を行う必要
がある。そのため高い熟練度が要求されると共に使用条
件に最も適した耐火物が必要となることより、これに用
いられる耐火物は特に吟味された珪石質材、アルミナ質
材、マグネシア質材、およびスピネル質材等の諸材料に
必要ならば無水硼酸等の焼結助材を添加した乾式不定形
耐火物を使用条件に合せて選定しながら使用されている
が、均一性、充填密度の高い内張り材は得がたい。この
ため使用時に内張り材の組織中にスラグやガスそして鋳
鉄用材中に含まれている亜鉛等の低融点金属が融点、沸
点以上の高温度域にさらされているため非常に低粘性化
すると共に蒸発現象を生じること等により透過現象を起
こし易い状態となっているが、現在の鋳鉄用の材料事
情、亜鉛メッキ、鋼板類の混入比率が高まってきてい
る。亜鉛金属は融点が４１９℃、沸点が９０６℃と非常
に低耐熱性材料である鋳鉄材を溶解、精錬時の溶湯温度
は１４５０℃〜１５７０℃と高温度下で行うため内張り
材の組織内へ容易に浸透するので、配設されている湯モ
レセンサーに検知され作動し、湯モレがなくても湯モレ
か否かが判定できぬまま継続使用することが安全操業上
できず、解体し新しく内張り材を張り替えなければなら
ない。このため内張り材の保全作業の機会が多くなり解
体、施工という３Ｋ作業を余儀なくされていると共に炉
の操業はもとより上工程および下工程にも影響が出て工
場全体の操業率を低下させることとなる。尚コイル近傍
に迄浸入してきたこれら亜鉛等の低融点金属はコイルの
寿命をも短くさせる原因ともなり、その損失は大きく製
造コストを高めることとなっているのが現状である。現
在このような問題点を解決し安定した操炉ができ且つ製
造コストを引き下げられるようにすることが強く望まれ
ているのが現状である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の如く操業中に金
属材料中に混入する亜鉛等の低融点、低沸点金属が誘導
炉の内張り耐火物中の組織内に浸透し、炉本体側に配設
されている湯モレセンサーが感知し内張り材が充分使用
に耐えれる状態にあるにもかかわらず、湯モレとして検
知し、湯モレ警報を発するため継続使用ができなくなる
と共にコイルの損傷を助長させる等の不具合を解決する
ことを技術的課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等はこのような
現状に鑑み炉の操業が安定してでき且つ内張り用耐火物
が充分に使いきることができ、長い寿命を有することが
できるよう種々調査検討を行った結果、亜鉛等の低融
点、低沸点の金属が耐火物えの組織内を透過する現象を
起こすのは耐火物の組織、密度と通気率に起因するもの
であろうとの結論を得て先ず現在の乾式不定形耐火物を
用いての加振充填された炉の内張り用材の充填密度と通
気率を調べた結果、充填密度は７５％〜８２％で通気率
が８００ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ前後と低密
度で高通気性であることが判明した。この結果に基づき
耐火物の密度と、通気率と、亜鉛の浸透度の関係
につき種々研究と実用試験を重ねた結果、同材質の場合
亜鉛の浸透度は充填密度が高く通気率が小さければ少な
く、密度が低く通気率が高ければ大きくなる相関関係を
有することも列名した。試験の結果通気率１５ｃｍｃｍ
／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃとすれば一応の効果があるこ
とを見い出した。

【０００６】しかしこのように通気率１５ｃｍｃｍ／ｃ
ｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ以下の低通気性の特性を具備する
内張り材を得ることは現在の施工方法の主流をなす乾式
不定形耐火物を炉性能上適正な厚みの内張り層を設ける
ように設計されたフォーマーを底打ち後炉のほぼ中央部
に配設した後炉本体とフォーマーの間に投入しフォーマ
ーの内側を打ち振動を与えながら加振充填するのでは達
成することができない。必要とする低通気性材とするた
め更に小型高周波誘導炉による試験を重ねた結果炉本体
側にあらかじめ側壁部１体成形された通気率１５ｃｍｃ
ｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ以下の円筒状品の外スリー
ブを装入した後現在一般に使われている乾式不定形耐火
物と底打後炉のほぼ中央に設計されたフォーマーを配設
し、外スリーブとフォーマーとの間に投入してフォーマ
ーの内側よりたたき振動を与えながら加振充填して施工
することにより亜鉛の浸透による不具合を解決すること
ができた。即ち乾式不定形耐火物を用いて加振充填して
施工された内張り材の組織中に亜鉛等の低融点物が浸透
しても内張り材の外層部の構成する通気率１５ｃｍｃｍ
／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ以下の外スリーブにより、亜
鉛の浸透は止められて湯モレセンサーを作動させる迄に
は至らないことを見い出した。

【０００７】このように通気率１５ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ
／ｃｍ³ ｓｅｃ以下の外スリーブと乾式不定形材の加振
充填施工層と２層で構成することにより、一応の結果を
修めることができるがより安定性を高めるにはと外スリ
ーブの緻密性を高めることにあるが耐熱スポーリング抵
抗性が小さくなるため、亀裂の発生や割れ現象を生じ易
くなり、外スリーブの目的とする機能を充分果たすこと
ができなくなる可能性があることおよび炉保全時、使用
中等の機械的耐衝撃性にも耐えなければならない等の諸
特性を具備しなければならない。これらの諸条件に適応
できる材質について種々研究し実炉により実用試験を重
ねた結果、 耐機械的強度 圧縮強さ３００ｋｇ／ｃｍ以上
であること。 耐熱衝撃性 熱間線膨脹率１０００℃で、
０．５０％以下であること。 耐亜鉛等の浸透性 通気率１０ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ
／ｃｍ³ ｓｅｃ以下であること。 耐熱性 内張り材の外周部３０〜５０ｍ
ｍの使用中の温度は５００℃以下であり５００℃に耐え
ればよい。 等々の特性を有していることが必要であることが知見し
得た。

【０００８】このような外スリーブを炉本体側の側壁に
内装しその内側に従来一般に用いられている乾式不定形
材をフォーマーを用いての通常の施工方法で施工すれば
現在の不具合が解決できた。尚外スリーブ材は損傷がな
ければ多数回使用が可能であることより、取替え炉材費
の低減にもつながる効果をも副次的効果として得ること
ができた。また外スリーブ材は低熱間線膨脹性材で強度
が高い品質を具備させることが損傷度を低くすることに
より有効である結果をも共に得ることができた。

【０００９】以上記述した通気率（ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ
／ｃｍ³ ｓｅｃ）１０以下圧縮強さ３００ｋｇ／ｃｍ²
熱間線膨脹率（ａｔ１０００℃ ％）０．５％以下の特
性を持つ外スリーブ材を製出するにはアルミナ質原料、
アルミナ−シリカ系（ハイアルミナ質からシャモット質
系材）材料や低熱間線膨脹性材料である溶融シリカ、チ
タンサンアルミニウム質材、コーディライト質材、およ
び窒化珪素質材の一者または二者以上を配合することが
有効である、成形に対しては大型成形体をより均質でよ
り粒子間結合の高い材質を得るには湿式振動鋳込成形法
が製造設備費および製造費を低くすることができ適した
製造方法である。また外スリーブの特性値を高強度低通
気性素材とすると熱衝撃抵抗性が低下して亀裂の発生、
割れを生ずる危険性を有することとなるためと亜鉛等の
低融点、低沸点金属等の浸入をより確実に阻止するため
に外スリーブ材自体の通気率１５ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／
ｃｍ³ ｓｅｃ以下を満足しなくても良く、外スリーブの
内表面に３５０℃で軟化溶融を始め少なくとも５００℃
迄耐えれるようなガラス層を形成するセラミックス塗布
材を塗布し、この塗布材が使用中の受熱により３５０℃
より徐々に軟化、溶融して少なくとも５００℃迄耐える
耐熱性を有するガラス質層を形成させる。形成されたこ
のガラス質層により通気率（ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ
³ ｓｅｃ）１０以下とする高品質で品質の安定した少な
くとも側壁１体成形体の外スリーブとすることにより確
実なる効果を修めることができることを知り得た。耐熱
スポーリング性を重視した多孔性スリーブ材を母材とし
てもこのようにして製造された使用中の受熱により軟化
溶融してガラス層を形成する低融点セラミックス塗布材
を外スリーブ内表面に塗布した外スリーブを最外側層内
張り材として、その内側層を従来使用されている乾式不
定形耐火物で構成する２層方式とすることにより安定し
た操業ができた。亜鉛の浸透による内張り材の短寿命お
よびコイルの寿命低下も改善される効果をももたらすこ
とができて、現在の問題点を解決し得る手段をここに提
供するものである。

【００１０】（限定理由） 炉の内張り材を最外側層に通気率（ｃｍｃｍ／ｃｍ²
ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ）１０以下の側壁１体成形体の外スリ
ーブで内側層を乾式不定形耐火物を用いての加振充填施
工体による２層構造施工体とする。外スリーブと乾式不
定形耐火物との２層構造とするのは内側層の組織内に亜
鉛等の低融材が浸透しても外スリーブにより浸透が阻止
されることにより浸透物による不具合を改善することが
できるためである。 外スリーブ材の内表面に少なくとも５００℃に耐え得
るセラミックス釉薬を施してこの施釉層を含めこの通気
率が１０ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ以下である
こと。誘導炉の内張り材の最外側層の受熱温度は最も高
くても正常な場合は５００℃以内であることより耐熱性
を少なくとも５００℃に耐えるガラス層を形成するセラ
ミックス釉薬とすること。尚このセラミックス釉薬層を
含めての通気率を１０ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅ
ｃ以下としたのは、通気率が１０ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／
ｃｍ³ ｓｅｃ以下であればほぼ浸透を阻止でき浸透によ
る不具合を全く起こさないためである。 熱間線膨脹率が１０００℃で０．５％以下であるこ
と。 熱間線膨脹率が１０００℃で０．５％以上と高く
なると加熱、冷却の繰り返し により亀裂の発生が容易
に生ずる危険性があるためである。 セラミックス質塗布材の耐熱性５００℃以上とする。
コイルセメントとおよび内張り材の外周部３０〜５０ｍ
ｍは最も温度が高くなっても５００℃迄であることより
外スリーブの内表面に使用中の受熱により軟化溶融して
ガラス質層を形成する塗布材の耐熱性は受熱最高温度が
５００℃に耐え得れば良いためである。以下実施例につ
いて記述する。

【００１１】

【実施例】１実施例に用いる原料の化学成分値を表１に
示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】２実施例に用いた耐火物の粒度構成を表２
に示す。

【００１４】

【表２】

【００１５】３実施例材の配合比率と耐火物の形態を表
３に示す。

【００１６】

【表３】

【００１７】４セラミックス釉薬材の配合比率を表４に
示す。 成形体外スリーブの内表面に施す塗布材の配合比率を表
４に示す。

【００１８】

【表４】

【００１９】評価試験用材の製造方法 Ａ 第一工程（外スリーブ１体成形材の製造） 本発明の評価試験用材は表１に示される原料を用いて表
２、表３に示されるように粒度構成に調整し、配合、混
合、混練を行う。実施態様Ａ 定められた材料を配合
し、混合して乾式不定形耐火物とする。実施態様Ｂ 定
められた材料を配合、混合しバインダーを添加し混練し
て温式杯土を調整する。

【００２０】実施態様Ａ→調整された乾式不定形耐火
物を所定の形状で製出する成形用型内に１ｍｍのステン
レス鋼板にてほぼ同形状の厚鋼板枠を挿入して振動台上
に固定して加振充填した後内枠ごと電気炉中に入れ８０
０℃で３時間保持して硬化させ製造する。 実施態様Ｂ→調整された材料にコロイダルシリカと水
を基準量を添加し混合、混練し湿式材となし、平底のス
テンレス製容器に受け取りこれと振動台上に置き２０〜
４０ｍｍ位の厚さで加振し、のばしながら気泡を脱し坏
土の調整を行い所定の大きさの吸水性能を有する鋳込用
型中に順次投入し、加振鋳込成形を行い１６時間以上放
置自然養生した後脱型し約２４時間２０℃〜５０℃で予
備乾燥を行った後時間３０℃の昇温速度で１５０℃迄高
め１０時間保持し乾燥後時間当り４０℃で８００℃迄昇
温させ６時間保持して製出する。

【００２１】以上の如き製法により製出した各試験体の
品質特性値と同試験体を用いて高周波誘導炉の内張り用
として張り分け浸食、浸透試験を行う。この張り分け試
験の条件は次の通りである。 １ 溶解材 鋳物鉄５０％、打抜き鋼材屑２５％、
もどり材２０％、亜鉛５％ ２ 溶解温度 １５４０℃ ３ 溶解時間 ６０分 ４ 保持時間 ３０分 ５ 試験回数 １００回 ６ 試料の大きさ（巾４０ｍｍ、厚み６０ｍｍ、高さ２
８０ｍｍ） ａ）試験材 〜は乾式不定形材一層で６０ｍｍ ｂ）試験材 〜は定形試料４０ｍｍで乾式不定形材
２０ｍｍ、６０ｍｍで張り分けをする。 以上による試験結果を表５に示す。

【００２２】

【表５】

【００２３】以上の結果に示されるように一般に用いら
れている乾式不定形耐火物による振動充填材、、
はそれぞれ通気率（ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅ
ｃ）が８０３、８３４、８１１、これに対して温式振動
成形体は、、とそれぞれ３７、５３、１２と低く
成形方法の差が大きく影響し且つこの通気率の差が組織
内への浸透深さに相関性を有している結果を得ることが
できた。この結果より本発明の誘導炉の内張り材の施工
方法は、外周部に内表面にガラス質層を形成するセラミ
ックス塗布材を施した通気率１０ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／
ｃｍ³ ｓｅｃ以下の外スリーブを内側に稼動層を従来の
乾式不定形耐火物にて加振充填施工しての２層構造方式
とする。

【００２４】本発明の実施例としては外スリーブを
材、内側層の乾式不定形耐火物材と材を用いる。ま
たは比較例材を材と材の乾式不定形耐火物によりそ
れぞれ加振充填施工し築造して実用試験に 実用試験の使用条件 １ 炉の大きさ ５ｔｏｎ低周波誘導炉 ２ 溶解材 鋳物鉄２０％、亜鉛メッキ鋼板層８
０％、カーボン４％ ３ 溶解精錬温度 １５４０℃ Ｌ１０℃ ４ １回の溶解量 出湯４回（３ｔｏｎ＋３ｔｏｎ＋３
ｔｏｎ＋５ｔｏｎ＝合計１４ｔｏｎ） 実用試験供試材の製造方法と施工 Ａ 第１工程（外スリーブの母材製造工程） 実用試験用材は評価試験用材の製造方法で行う。本発明
の実施例材は外スリーブを表３に示される材に調整し
所定のバインダーと水を添加し混合、混練、加振脱泡を
行い実施態様Ｂに基づき調整された坏土を用い設計され
た形状、形態を製造する型を振動台上に設置してこの鋳
込成形用型を振動させながら型中に順次投入しつつ加振
鋳込側壁１体成形物を形成し、約４８時間自然放置養生
後脱型し約４８時間を２０℃〜５０℃で予熱乾燥を行っ
た後時間３０℃の昇温速度で１５０℃迄高め１０時間保
持し乾燥を行い更に４０℃／時間の昇温速度で１０５０
℃迄高め１０時間保持して成形体を製造する。 Ｂ 第２次工程（外スリーブ材の内表面にセラミックス
塗布材を塗布する工程） 表４に示すようにフリットに 粘性と粒子の解膠性を高
めさせるために有機物のデキストリンとリン酸ソーダを
添加し、水でもって泥漿状態とし、これを外スリーブの
内表面に１〜２ｍｍの厚みで塗布した後電気炉中にて１
００℃迄乾燥、硬化させ、ガラス質層を形成するセラミ
ックス質材料を塗布させた外スリーブ１体成形体を製造
する。

【００２５】上記の１、２工程をへて製造された外スリ
ーブを炉本体側壁最外側に珪石質モルタルを介して施工
した後表３に示される乾式不定形耐火物材と材をそ
れぞれの配合比率に原料を配合、混合を行い乾式不定形
耐火物を調整して先ず炉底部に定められた厚みを打抜後
所定の鋼製枠（以下フォーマーと称する）をほぼ炉の中
央部に設置し、炉本体とフォーマーの間に材をそれぞ
れ投入しフォーマーの内側より打ちたたき内部に抜入し
た乾式不定形耐火物に振動を与えながら加振充填を行い
施工を行う。

【００２６】このようにして本発明の実施例はあらかじ
め成形された緻密な成形体外スリーブを炉本体の壁部に
張りつけその内側に乾式不定形耐火物を加振施工しての
２層構造とし、比較材は従来通り乾式不定形耐火物の１
層構造で内張り材を築造して実用に供した。尚実用実施
例の内張り材の構成は表６に示す。

【００２７】

【表６】

【００２８】この実用実施例の結果を表７に示す。

【００２９】

【表７】

【００３０】ガラス質層を形成するセラミックス釉薬を
塗布した外スリーブの熱処理による通気率の変化を調査
した。厚み３０ｍｍ＋塗布材２ｍｍと裏張り材で５０×
５０ｍｍ角材を供試材とする。この結果を表８に示す。

【００３１】

【表８】

【００３２】以上の如く炉の正常な操業ができる範囲損
傷量を３０〜３５ｍｍを目度としている比較例材、
材による乾式不定形材料による１層構造の加振施工炉は
溶損量材、材はそれぞれ２０．５ｍｍ、２１．０ｍ
ｍと少ないにもかかわらず、７０７トン、４１２トンで
の溶解量で湯モレセンサーが作動し中止となるも本発明
範囲内実施例の外スリーブの内表面にガラス質を形成す
るセラミックス釉薬を塗布した外スリーブと乾式不定形
材による２層構造体炉はほぼ予定の溶損量は材、材
はそれぞれ３１．５ｍｍ、３２ｍｍでも異状な不具合も
なく使用できそれぞれ１１２５トン、６２７トンと溶解
することができた。

【００３３】

【発明の効果】本発明は誘導炉の内張り材の構造を外ス
リーブと乾式不定形耐火物による２層構造とし且つ定形
耐火物の外スリーブの内表面をガラス質を形成するセラ
ミックス釉薬を塗布することにより使用中の受熱により
軟化溶融してガラス層を形成して通気率を１０ｃｍｃｍ
／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ以下となる低通気性材を最外
層材として施工し最内側層を乾式不定形耐火物材を用
いた場合は、本発明実施例１の−材が１１２５トン
に対して比較例は７０７トンで６２．８％の耐用で乾式
不定形耐火物材を用いた本発明実施例２の−材が
６２７トンに対して比較例は４１２トンと６５．７％の
耐用にとどまっている。これは溶解時に内張り材の組織
中に浸透してきた亜鉛等の低融物の浸入が２層目の定形
耐火物の外スリーブにより浸透が少なく浸透による異状
不具合の発生を無くすことができたためである。尚この
外スリーブは引き続き多回数の使用は可能であった。こ
のように耐用寿命において同じ内張り材の不定形耐火物
による施工体でも耐用寿命は材が約１５９％、材が
約１５２％と耐用寿命を延長させることができ、操業の
安定性、寿命延長による解体、施工等の３Ｋ作業の軽
減、炉材使用量が少なくなる等々その効果は絶大なるも
のがある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属を溶解およびまたは精錬を行う電気
   式誘導炉の内張り用耐火物において、最外側層（非稼動
   層）に少なくとも側壁１体成形体とし、この１体成形体
   （以下外スリーブと称する）の内表面に３５０℃より軟
   化、溶融して５００℃の温度にも耐えるガラス質層を形
   成するセラミックス釉薬を塗布し、乾燥、硬化させ使用
   中の受熱により軟化、溶融してガラス質層を形成し、通
   気率（ｃｍｃｍ／ｃｍ² ｇ／ｃｍ³ ｓｅｃ）１０以下と
   なる外スリーブを炉本体の壁部に施工し、その内側層
   （稼動層）を乾式不定形耐火物で施工してなる多層構造
   耐火物で築造されたことを特徴とする内張り材の外層部
   に低融点セラミックス材を塗布した定形材を配して多層
   内張り構造とした誘導炉。