JPS6029664B2 - スライデイングノズル用プレ−トれんがの製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、組成中に合成樹脂および融点１ｏ０ぴ○以下
の低融点金属粉末を含有し、１００〜８０００Ｃの温度
領域で加熱硬化処理されるスライディングノズル用プレ
ートれんがの製造法に関するもので、省力化、省エネル
ギー化および製造コストの低減化を可能とするものであ
る。

スライディングノズル方式（以下ＳＮ方式と記す）は、
溶融金属流量の有用なコントロール手段として広く採用
されている。

特に使用条件の苛酷な鉄鋼業においては、溶銑あるし、
は溶鋼の流量コントロールに広く使用されている。ＳＮ
方式は大きくわけて上部ノズルとプレートれんがおよび
下部ノズルの：つの部分より構成され、各々の機能を有
していなければならないが、特にＳＮ用プレートれんが
は溶融金属流のコントロールを司どろ部分であり、非常
に高度な機能が要求される。ＳＮ用プレートれんがは溶
融金属流による急激な熱衝撃と摩耗の物理的作用に加え
、溶融金属および溶融スラグによる物理的かつ化学的な
侵食作用を受けるので、具備特性としては大別して耐ス
ポーリング性、強度および耐食性が挙げられる。ＳＮ用
プレートれんがでは、種々の特性をバランス良く具備す
るように従来より努力が払われ、一般にはアルミナをベ
ースにして１３００〜１８００午０で焼成された材質が
多く製造されてきた。耐用性を向上させることを目的に
、タールもしくはピッチ含浸処理が通常行なわれていた
が、最近では作業環境を著しく悪化させるタールもしく
はピッチの含浸処理を必要としない無発煙性の高耐用性
のカーボン・ボンド・タイプの材質が広く使用されてい
る。ＳＮ用耐火物の最近の動向としては、ますます苛酷
化する特殊な操業法に対応するための高耐用性を目的と
した高級材質化と、通常の操業法における炉材原単価の
低減化の二つの方向に分極化しつ）ある。

後者の炉材原単価の低減については、耐用性の向上も一
つの方法であるが、耐火物自体のコスト低減も有効な手
段と言える。これについてＳＮ用プレートれんがの不焼
成化が挙げられるが、先に示したようにＳＮ方式では特
に高度な機能が要求されるため、従釆より知られている
ような不焼成化の手法では、ＳＮ用プレートれんがとし
ては不可能であり、未だ実用化はされていない。耐火れ
んがの不焼成化は、珪酸ナトリウム、第一リン酸アルミ
ニウム、合成樹脂等を結合剤として用いることにより、
ごく一部の限られた部分にのみ従来から実用化されてい
るが、次に示すようないくつかの問題点があった。

無機質結合剤を使用した場合は、鋼の品質に有害な不純
物の発生源となる可能性が高く、しかも結合剤によりれ
んがの耐火度を低下させる危険性があるため、溶鋼およ
び溶融スラグによって溶損され易い傾向にある。また有
機質結合剤を使用した場合は、使用時の高温下において
耐火物のポンドを形成する有機質結合剤が酸化あるいは
分解して著しい強度劣化を引き起こすため、稼動面側で
は溶融金属による摩耗損傷が、背面側では酸化による組
織の脆弱化が著しくなる。したがって、従来から使用さ
れているような不焼成れんがでは、限られた鋼種および
操業条件で、かつ比較的に使用条件の甘い箇所に限定さ
れているのが現状であり、特に高度な機能が要求される
ＳＮ用プレートれんがの不焼成化は、従来の手法では不
可能であった。本発明者らは、有機質結合剤を使用した
場合の不焼成れんがにおいて、結合剤の酸化あるいは分
解に起因する高温下での強度劣化に着目し、この現象の
改善を種々検討した結果、融点１０００００以下の低融
点金属を添加することにより、従来の不焼成れんがで強
度劣化を引き起こしていた温度領域において、効果的な
強度補強が可能であることを見し、出し、この手法によ
って従来より実用化されていなかったＳＮ用プレートれ
んがの不焼成化を実現させる方法を確立し、本発明を完
成するに到つた。

すなわち、本発明は、耐火性無機材料の１種もしくは２
種以上からなる骨材６５〜９０重量部、０．５以下の粒
度をもつ融点１０００ｑ○以下の低融点金属粉１〜２の
重量部、および熱硬化性の合成樹脂２〜１５重量部を混
練、成形後、８００００以下で加熱硬化処理することを
特徴とするスライディングノズル用プレートれんがの製
造法であり、さらに、本発明は、耐火性無機材料の１種
もしくは２種以上からなる骨材６５〜９０重量部、０５
柳以下の粒度をもつ融点１０００℃以下の低融点金属粉
１〜２の重量部、および熱硬化性の合成樹脂２〜１５重
量部を混練、成形後、８００℃以下で加熱硬化処理を行
ない、さらにコロィダル・シリカ、エチルシリケート、
珪素樹脂、珪酸ナトリウムおよび珪酸リチウムからなる
群より選ばれた１種または２種以上を含浸もしくは塗布
することを特徴とるスライディングノズル用プレートれ
んがの製造法である。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

本発明に用いられる耐火性無機材料としては、各種酸化
物あるいはこれらの複合酸化物、炭化物、窒化物、棚化
物、各種炭素類、および高融点金属もしくは合金等の中
から１種あるいは２種以上が選ばれ、材質および粒度構
成は使用条件によって任意に選定すればよい。耐火性無
機材料の使用量を６５〜９０重量部とした根拠は、６５
重量部未満であると、耐火性骨材の絶対量が少なくなり
耐食性が低下するため、ＳＮ用プレートれんがとしては
使用不可能となり、９り重量部を超えると、低融点金属
および合成樹脂の添加量が少なくなり、本発明の特徴が
損なわれるからである。熱硬化性の合成樹脂の使用量と
しては、骨材のかさ比重にある程度依存するが、２〜１
５重量部が適当である。

その使用量が２重量部未満であると、れんがとしての成
形が不可能となり、１５重量部を超えると、成形困難に
なるばかりではなく揮発成分が増加することにより、耐
火物の組織がラフとなり、かつ耐酸化性に劣り、脆弱化
の傾向も大きくなる。結合剤を熱硬化性としたのは、本
発明が強度の点で加熱処理による結合剤の硬化に依存す
るためであり、これによって不焼成化を可能としている
からである。なお、本発明に使用する合成樹脂とは、熱
硬化性を有する全てのものを指し、フェノール樹脂、フ
ラン樹脂、ェポキシ樹脂、珪素樹脂等が挙げられるが、
一般的には価格が比較的低廉であり、かつ炭化収率が良
いという理由により、フェノール系の合成樹脂が最も適
当であると思われる。また合成樹脂の中には、無溶剤シ
リコーン・ワニス等のように触媒を作用させることによ
って常温硬化するものもあるが、これらも本発明の範囲
に含まれる。次に、低融点金属の使用量としては１〜２
の重量部が適当で、１重量部未満であると、その効果は
認められず、２の重量部を超えると、低融点金属の軟化
もしく熔融によって溶融金属流による摩耗あるいは流出
損傷が逆に助長されるためである。

本発明に使用される低融点金属は、２００〜１０００℃
の範囲内に融点をもち、かつ１０００ｑｏ以上の温度領
域においても単体もしくは化合物として存在するものを
指し、たとえばＭｇ、ＡＩ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、欧、Ｐ
ｂおよびそれらの合金等が挙げられ、これらの中から１
種もしくは２種以上が選ばれる。低融点金属を使用する
ことの効果を次に説明する。有機質結合剤は通常の雰囲
気中においては、２５０ｑＣ付近から分解あるいは酸化
を開始し、５００〜７００００で結合剤としての機能が
失われるため、れんがのポンドが全面的に有機質結合剤
に依存している従来の有機質結合剤で硬化された不焼成
れんがでは、５００〜７００ｏｏ付近で著しい強度劣化
を引き起こす。ところが、低融点金属を使用した本発明
によるＳＮ用プレートれんがでは、金属の融点付近の温
度領域で金属の軟化もしくは溶融によって生じる耐火性
骨材粒の保持機能（フリクション効果）により、従来の
不焼成れんがで強度劣化が起こる温度領域において、効
果的な強度補強が行なわれる。また、より高温の領域で
は、溶融した金属がマトリックス中に分散し、金属の単
体あるいはその化合物が新たなボンドを形成するので、
１０００００以上でも強度の劣化は起こらない。以上に
ような機構によって、有機質結合剤を用いたＳＮブレ−
トれんがの強度補強を行なう手法が本発明の特徴である
。１０００００以下に融点をもつ金属あるいは合金はい
くつか挙げられるが、製造上、使用上の安全性、および
その金属が酸化された場合でもその金属酸化物が高耐火
性を有する点において、６６０℃に融点をもつアルミニ
ウムが最も適している。

一般に市販されているアルミニウム粉末には、鱗片状の
フレーク粉（スタンプ粉）と球状のアトマィズ粉があり
、フレーク粉またはアトマィズ粉の使用、あるいはそれ
らの併用はＳＮ用プレートれんがの使用条件によって任
意に選定すればよい。金属粉の添加目的が、耐火物のマ
トリックス中で添加した金属が軟化もしくは溶融し、骨
材に接触することによる耐火性骨材粒の保持機能を発生
させることにある点で、組織中に不連続的な点在するア
トマィズ粉よりも、マトリックス中にほ）、連続的にネ
ット・ワークするフレーク粉の添加の方が有効と言え、
フレーク粉の方がアトマィズ粉よりも１００〜２００ｏ
ｏ低い温度領域で強度の補強効果を発揮する。また添加
した金属が組織の中に均一に分散していることが肝要で
あり、その点において添加金属は徴粉であるほど有利で
ある。アルミニウムを添加した場合の強度補強に関する
効果を図面に示す。

図面は、焼綾アルミナ９の重量％、合成ムラィト１の重
量％からなる骨村に対して、アルミニウム無添加品（議
１）、アルミニウム・フレーク粉６重量％添加品（謎１
２）およびアルミニウム・アトマィズ粉６重量％添加品
（説１４）の温度と曲げ強さとの関係を示している。ア
ルミニウム無添加品では、高温になるに伴ない、有機質
結合剤の酸化あるいは分解によって強度が低下していく
のに対して、アルミニウムを添加した本発明では、強度
の補強効果が顕著に表われている。フレーク粉とアトマ
ィズ粉の比較では、強度発現の開始温度がフレーク粉で
は６００℃付近であるのに対して、アトマィズ粉では８
００ｑｏ付近であり、若干の温度のズレが見られる。こ
れはフレーク粉が鱗片状であり、アトマイズ粉が球状で
あるという形状的な要因と、アルミニウムの粒度的な要
因が関係していると思われる。アルミニウムを添加した
場合のその他の効果として、アルミニウムは強い還元作
用を有するため、耐火物にとって強い侵食性をもつＦｅ
○を還元してＦｅ化してしまうので、耐食性の向上にも
効果を発揮する点が挙げられる。以上に示した所定量の
耐火性骨材、低融点金属粉および合成樹脂をミキサーに
て混練する。

混練後の配合物を上下方向の一方または両方より、耐火
れんがの成形に用いる通常の成形機、たとえばフリクシ
ョン・プレス、オイル・プレス、特殊な場合はラバー・
プレス等により、所定形状に加圧成形する。成形体の加
熱硬化処理は、通常１００〜３００こ０にて行なわれる
が、低融点金属を予め軟化もしくは溶融させて成形体の
初期強度を出す場合には、５００〜８００００の温度で
非酸化雰囲気にて加熱する。また有機質結合剤の中には
、常温硬化する特殊なものもあり、これらを使用した場
合には、成形後、常温にて放置して硬化させてもよい。
なお、以上の工程に加えて、特性の向上を目的とした合
成樹脂およびタールもしくはピッチ等の含浸処理を行な
ってもよく、これも本発明の範囲に入る。以上のような
製造方法によって、本発明によるＳＮ用プレートれんが
は得られる。次に、上記の本発明によるＳＮ用プレート
れんがにおいて、さらにコロイダル・シリカ、エチルシ
リケート、珪素樹脂、珪酸ナトリウムおよび珪酸リチウ
ムからなる群より選ばれた１種あるいは２種以上を含浸
もしくは塗布する方法および目的について説明する。

本発明によるＳＮ用プレートれんがは、使用時の溶鋼に
よる加熱によって強度補強が行なわれることを特徴とし
ているが、溶鋼を受けた初期段階においては、低融点金
属の効果が発揮されないま）熔鋼による摩耗損傷が起こ
る危険性がある。

また低融点金属によって強度の低下は防げるもの）、高
温下ではやはり合成樹脂の酸化は起っており、これを防
止することで性能が改善される余地は残っている。した
がって、これらの対策として、高温下で純粋なシリカを
生成するような物質を含浸もしくは塗布することで、耐
摩耗性および耐酸化性の向上を図ろうとするものである
。これによれば、含浸剤もしくは塗布剤がれんが組織の
空隙に充填されることでれんがの硬度（耐摩耗性）が向
上し、かつ高温下においては生成したシリカがれんが組
織を被覆するので、酸化の防止効果も表われてくる。含
浸方法は、含浸剤中への浸債、減圧下での含浸あるいは
高圧下での含浸のいずれの方法でも可能であるが、粘度
の低い含浸剤を選定するならば単なる浸漬法でも十分に
所期の含嬢効果は得られる。

れんが組織への侵透性を考慮すれば、塗布剤の粘度は低
い方が望ましい。塗布については贋霧法および塗りつけ
法のいずれでもよい。含浸もしくは塗布処理は２回以上
繰り返して行なうと、より効果は顕著になる。含浸剤あ
るいは塗布剤としてコロィダル・シリカ、エチルシリケ
ート、珪素樹脂、珪酸ナトリウムおよび珪酸リチウム等
のＳｊを含有する液状物質に限定した根拠は、いずれも
ＳＮ用プレートれんがの使用時の溶鋼による加熱によっ
てシリカを生成する点にあり、これらはコロイド状もし
くは液状であるため、れんが組織を被覆するようなシリ
カのコーティング被膜を形成し易い点にある。

したがって、本発明では、鎖状あるいは網目状の構造か
らなる含浸剤もしくは塗布剤から生成されるシリカが強
固な被膜を形成し、れんがの組織を被覆保護することが
特徴である。以上のように本発明によるＳＮ用プレート
れんがは、ボンド形態が焼成耐火物のそれと異なるので
、非常に優れたスポーリング性を有すると）もに、熱間
強度、耐摩耗性および耐酸化性も良好で、従来の不焼成
れんがの大中な特性改善を可能にしている。

また焼成工程の省略により、省力化、省エネルギー化お
よび製造コストの低減化が可能となる。以下、実施例を
挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定され
るものではない。

実施例 １ 材質の異なる本発明によるＳＮ用プレートれんがの品質
を表１に示す。

低融点金属としてはアルミニウムのフレーク粉を使用し
た。表 １ 本発明による材質の異なるＳＮ用プレー
トれんがの品質※ Ｂ．Ｓ．英国規格摩耗試験法以上に
示したように本発明品は、アルミニウムを添加しない比
較品（ＳＮ用プレートれんがとしては未だ実用化されて
いない）よりも熱間強度特性、耐摩耗性および耐食性の
点で格段に優れており、通常の焼成れんがと比較しても
何ら遜色はない。

試３を１００＄取鍋のＳＮ装置にて実用試験したところ
、従釆品の焼成れんがとほぼ同等の耐用性を示すと）も
に、亀裂の発生が非常に少なく、摺敷面の安定性を良好
であった。

実施例 ２ 低融点金属の異なる場合について、暁結アルミナおよび
合成ムラィトからなる材質の品質を表２に示す。

表 ２ 低融点金属の異をるＳＮ用プレートれんがの
品質亜鉛およびスズの添加では、アルミニウムに比較し
て特性の点で劣るが、低融点金属を使用しないものに比
べると、その添加効果は認められる。

実施例 ３アルミニウムの使用に関して、その添加量あ
るし、はアトマィズ粉およびフレーク粉を変えて使用し
た場合の品質との関係を表３に示す。

なお、材質は暁結アルミナおよび合成ムラィトをベース
とした。表 ３ アルミニワムの品質および添加量の異
なるＳＮ用プレートれんがの品質アルミニウムの添加量
が増加するに伴なつて強度特性は向上し、上記のような
配合では５〜１の重量％のアルミニウム添加が適当と考
えられる。

フレーク粉とアトマィズ粉では、強度発現の温度領域が
異なり、強度補強の領域を広げる意味ではそれらの併用
が望ましい。実施例 ４ 試１２を母材として、各種含浸剤による含浸効果を表４
に示す。

なお、含浸条件としては、試１２のサンプルを各々の含
浸剤中へ２独寿間浸潰する方法をとった。表 ４ 含浸
剤の異なるＳＮ用ブレ−トれんがの品質以上のように、
含浸処理によって低気孔率となるばかりではなく、耐摩
耗性および耐酸化性も向上する。

【図面の簡単な説明】

図面はアルミニウムを添加した場合の強度補強に関する
効果を示す図表である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐火性無機材料の１種もしくは２種以上からなる骨
   材６５〜９７重量部、０．５ｍｍ以下の粒度をもつ融点
   １０００℃以下の低融点金属粉１〜２０重量部、および
   熱硬化性の合成樹脂２〜１５重量部を混練、成形後、８
   ００℃以下で加熱硬化処理することを特徴とするスライ
   デイングノズル用プレートれんがの製造法。 ２ 耐火性無機材料の１種もしくは２種以上からなる骨
   材６５〜９７重量部、０．５ｍｍ以下の粒度をもつ融点
   １０００℃以下の低融点金属粉１〜２０重量部、および
   熱硬化性の合成樹脂２〜１５重量部を混練、形成後、８
   ００℃以下で加熱硬化処理を行ない、さらにコロイダル
   ・シリカ、エチルシリケート、珪素樹脂、珪酸ナトリウ
   ムおよび珪酸リチウムからなる群より選ばれた１種また
   は２種以上を含浸もしくは塗布することを特徴とするス
   ライデイングノズル用プレートれんがの製造法。