JPS608989B2 - 溶鉱炉用耐火物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶鉱炉用耐火物に関するものであり、本発明の
耐火物は粗粒子としてアルミナ含有骨材を使用し、微粒
子として炭化珪素を主要成分とし、粒子間は連続網目構
造を有する炭化珪素結合もしくは炭素結合されており、
アルミナの粒子は完全に炭化珪素で分離独立して存在す
る組織を有するものである。

従って本発明の耐火物はアルミナ含有骨材の有する耐ス
ラグ性、耐溶銑性が附与されており、微粒組織は高熱伝
導性、低膨張性および耐アルカリ性に優れた炭化珪素を
主体に構成されているために適当な熱伝導性を有すると
共に耐スポーリング性にも優れ、且結合組織が微細な網
目構造を有することによる低通気性と相像って特に耐ア
ルカリ性に優れた特性を有する熔鉱炉用耐火物である。
従釆溶鉱炉用耐火物としてはアルミナーシリカ系および
黒鉛−炭化珪素系耐火物等が多用されている。

しかしながらアルミナーシリカ系耐火物は溶鉱炉特に炉
壁に使用された場合にはスラグと反応して例えばゲーレ
ナィト、鉄尖晶石等の低融物を生成するために港損され
るが、この反応速度は溶損の支配的要因ではなく、一耐
火物が高温炉内で充満流動するアルカリ蒸気に曝される
と、その構成鉱物のムラィト相が１０００００以下の低
温域においてもアルカリ準長石等に変化し、比較的大き
な容積変化を生じる一方、アルミナ相も１１００００以
上になるとアルカリ蒸気と反応してＰ−アルミナを生成
して大きな容積変化を伴い耐火物の組織を脆弱化させる
。この脆弱層が機械的磨耗または熔融スラグおよび溶銑
と反応して炉壁が損傷されるのが支配的な熔損機構であ
る。なおアルミナーシリカ系耐火物のアルカリ侵食機構
を組織的に考察すると、繊密組織を有する粗粒子部は健
在であるのに対し、徴粉集合部則ちマトリックス部は一
般的に微細気孔の集合体であるために、気孔率が高く、
且つ通気性が大きいために、アルカリ蒸気の侵入が大き
く、前記アルカリ準長石類および８−ァルミナ化が著し
く、組織崩壊の主原因となっている。

更に温度３５０００における熱伝導率が０．５〜３．０
ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃と低いために、水袷式溶鉱炉の
内張耐火物としては水冷効果が低く炉壁保護が不充分で
ある。

一方、黒鉛−炭化珪素系耐火物はアルミナーシリカ系耐
火物とは反対に、スラグに漏れ難く、そのもの自体の熱
伝導率が高く、低膨張性であるために、耐スラグ性およ
び耐スポ−リング性に優れているが、耐溶銑ｆ性につい
ては黒鉛および炭化珪素目体溶鉄への加炭作用が認めら
れるため最良とは言えない。

また耐酸化性、特に水蒸気による酸化には不充分である
。このことは溶鉱炉の長期間使用時には羽口水冷パイプ
または炉壁冷却金物が破損された場合に耐火物は高温水
蒸気に曝されることになり、耐火物面のスラグ付きが少
いと言う長所が逆に耐火物と水蒸気が直接接触して耐火
物の酸化層が深くなると言う逆効果を与えることになる
。また熱伝導率が１２〜３０ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．〇○
と極めて高いため、冷却効果が大さ過ぎて熱経済性に欠
ける。

本発明は前記の如き欠点を改善したアルミナ−炭化珪素
質耐火物で耐食性、耐スポール性に優れ、特に耐アルカ
リ性に優れた全く新しい溶鉱炉用耐火物を提供するもの
である。

本発明に使用する耐火物の各原料の使用目的および配合
割合について説明すれば、アルミナ含有骨材は雷融アル
ミナ、暁結アルミナ、合成ムラィトもしくはシャモット
質等のアルミナ含有量が４０％以上のもので、且つその
骨材の有する見頚気孔率は７％以下（粒子直径３．３６
〜２．００ミリの骨村の一般物性測定値による）である
ことが望ましい。

アルミナ含有原料を骨材として使用した理由は耐火度が
高く、機械的強度も大きく、耐スラグ性および耐溶銑性
に優れていると共にスラグとの濡れが良好なことを利用
し、スラグ反応によるコーチング層生成により、ガス通
気性を防止する効果も考慮したものである。なお耐食性
の点てはアルミナ含有原料の内、アルミナ含有量が多く
なるに従って耐食性は良好となり、逆にアルミナが少く
なると耐食性は悪くなる。

アルミナ含有量の多い原料、例えば雷嘉虫ァルミナおよ
び焼結アルミナは耐食性等は良好であるが高価であり、
シャモット質原料は耐食性は若干低下するが低廉である
ため耐火物の使用状況を勘案して適宜選択することが出
来る。本発明において０．３ミリ以上のアルミナ含有原
料の粗粒子を５０〜７５重量％の範囲と限定するがその
詳細について説明すれば粗粒子の粒度は３〜１ミリとし
てアルミナ含有原料を３０〜５５重量％の範囲で配合し
、中間粒子の粒度は１〜０．３ミリとして１０〜３広重
量％の範囲で配合するものである。

以上の如くアルミナ含有原料は粗粒子および中間粒子の
みに適宜選択して使用するものである。この様な思想に
従って高密充填質耐火物を得るためには０．３ミリ以上
の粗粒子が５０重量％以下の場合は充填率が低く低気孔
性の耐火物が得られず「 また０．３ミリ以上の粗粒子
が７５重量％以上の場合には気孔率が高くなり機械的強
度も充分でない。０．３ミリ以下の微粒子として使用す
る炭化珪素は低膨張性、高熱伝導性および耐スラグ性の
他に特にアルカリ蒸気に対する抵抗性が高い。

欠点としては溶銑への溶解性を有していることおよび高
温酸化雰囲気中で酸化作用を受けることである。この炭
化珪素を微粒子で配合することにより構成されるマトリ
ックス部は耐スポール性に好影響を与え「又適度な熱伝
導性と共に、耐スラグ性及び耐アルカリ性も優れている
。一方耐溶鱗性および耐酸化性については前記粗粒子と
して配合されたァルミナ含有原料に保護されて、稼動面
部の炭化珪素質の表面積が減少され骨材の有する耐食性
が有効に働き且つアルミナ含有原料のスラグ反応生成層
がァルミナ質部で連続されるのでガス通気性も著しく抑
制される結果耐酸化性についても抵抗性が大となる。炭
化珪素原料としては純度８０％以上のものが良く、９０
％以上のものがより好ましい、炭化珪素中に不純物とし
て含有されるアルミナ成分は３％以下のものが望ましい
。

炭化珪素の配合量は０．３ミリ以下の微粒子として１５
〜４頚重量％の範囲に限定したのは前記ァルミナ含有原
料とも関係しており、１５重量％以下および４幻重量％
以上となると両範囲共に高密充填および低気孔性の耐火
物が得られないためである。

なお、０．３ミリ以下の微粒子中０．０４４ミリ以下の
粒子を５の重量％以上含有するものが低気孔性耐火物を
得る上で望ましい。また炭化珪素原料の一部置換可能原
料として０．３ミリ以下の窒化珪素原料も使用可能であ
り、置換する場合は炭化珪素配合量の半量以下が望まし
い。窒化珪素原料は耐食性、耐スポール性および耐食性
は優れているが、高温酸化雰囲気中で酸化される欠点を
有しており、また熱伝導率が４ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ．℃
と炭化珪素の約４分の１と低い。

従って炭化珪素配合量の半量以上を窒化珪素で置換する
と、熱伝導率の低下が大きくなり冷却効果に支障をきた
すことになる。金属珪素は微粒子として添加されている
炭化珪素と混合され、結合剤として添加される有機質バ
インダー、例えばタール、ピッチまたはフェノール樹脂
等の残留炭素成分と焼成時または使用時に反応して微細
な網目構造を有する炭化珪素が生成されて耐火物のボン
デングを形成し、強度の発現および炭化珪素としての特
性を附与されることになる。

金属珪素はその合金例えばフェロシリコン等も含み、そ
の純度は７５％以上が良く、９５％以上のものは更に好
ましい。

金属珪素の配合量は０．１５ミリ以下の微粒子を２〜１
０重量％の範囲で限定しているが、その配合量が２重量
％以下の場合には炭化珪素結合にする組織の強度が認め
られず、１Ｑ重量％以上の場合には添加量に比例した効
果の増大が認められず逆に荷重軟化性が悪くなる。

なお本発明の耐火物は熱硬化性のフェノール樹脂をバイ
ンダーとして使用する場合には常温混練を行い、焼成後
加熱乾燥して還元焼成し、熱軟化性のタール．ピッチ等
を使用する場合には６０〜１３０ｏｏ程度で加熱混線を
行い成形後還元焼成を行う。

還元焼成温度として１１００００以下の比較的低温度で
焼成し、バインダー中の残留炭素の網目構造を有する炭
素結合質耐火物となし、使用時に炭化珪素結合を附加さ
せて更に強度の増加を計る方法と、焼成温度を１２５０
００以上で行い炭化珪素の網目構造を有する炭化珪素結
合質耐火物とすることも出来る。以下実施例について説
明する。

実施例 １ 使用原料を表１に示す符号Ｓ−１，２，３，４，５（Ｓ
−１は本発明品）の各割合に配合し、有機質バインダー
を添加混練後、成形、乾燥して還元雰囲気下で炭化珪素
結合生成可能温度で焼成を行った。

なお使用原料の純度について説明すれば、雷融アルミナ
はＭ２０３が９９．５％、炭化珪素はＳＩＣが９７．５
％および金属珪素はＳｉが９７．６％のものであり、フ
ェノール樹脂は固定炭素４８％のものを使用した。

表１ 実施例１の配合割合（重量％）配合割合について
説明すると本発明品Ｓ−１は０．３ミリ以下の微粒子に
はアルミナ成分は全く含有せず、炭化珪素および金属珪
素より構成されており、Ｓ−２からＳ−５に従って０．
３ミリ以下の微粒子にはアルミナ成分が増加し、Ｓ−５
では微粒子には炭化珪素は含有されていない。

尚従来品は炭化珪素９０％、金属珪素１０％、樹脂（外
）３．５％の配合割合である。試料Ｓ−１からＳ−５ま
ではいずれも同様の方法で製造を行った。

即ち配合割合に示す原料を混線機に投入後、バインダー
として熱硬化性液状フェノール樹脂を投入し、常温で充
分混練した杯士を成形圧１０００ｋ９／めで加圧成形し
、１５０℃の熱風による加熱乾燥後、鞘内の中央部に本
乾燥後煉瓦を設置して、周辺部をコークスで完全に被覆
し、雰囲気温度１３５０００で焼成を行った。以上の如
く製造した各試料について特に耐アルカリ性、熱伝導率
、耐スポーリング性、耐スラグ性および耐溶銑性につい
て従来の炭化珪素質煉瓦と比較した。

その結果は表２に示す。

表 ２ 実施例１の特性値 耐アルカリ性の試験は各試料を２０×２０ｘｌｏｏミリ
の角榛に切り出し、試薬Ｋ２Ｃ０３とコークス徴粉を夫
々５の重量％の混合物と共に炭化珪素質の容器内に埋没
させ、その容器を密閉して電気炉で１２００℃５時間保
定した。

その後試料を取り出し、外観観察と共に次の計算により
寸法変化率を算出した。寸法変化率＝試験後の長さ寸法
（ミリ）−試験前の長さ寸法（ミリ）Ｘ，。

〇試験前の長さ寸法（ミ・」）耐スポーリング性の試験
は各試料より１辺５０ミリの立方体を切り出し、電気炉
で１２００００、１５分間加熱冷却を繰返し亀裂の発生
回数等を調べた。

また耐食性の試験は各試料を台形状（上辺７０ミリｘ底
辺１３０ミリｘ高さ６５ミリｘ長さ１３０ミリ）に切り
出し、酸素−プロパンガスバーナ−にて１５５０００ま
で昇温し、その中に侵食剤（溶銑又は溶鉱炉スラグ）を
投入熔解させ、その温度で３時間反応後冷却解体して溶
損された寸法をもって比較評価した。表２から明らかな
ように、本発明品Ｓ−１は耐アルカリ性においてＳ−２
からＳ−５と比較した場合全く安定であり、従来品の炭
化珪素質煉瓦と比較しても遜色なく、また耐スポーリン
グ性および耐食性「特に耐溶銑性については従来品の炭
化珪素質煉瓦より優れている。

実施例 ２ 使用原料を表３に示す符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各割合に配
合し、有機質バインダーを添加泥株後、成形、乾燥して
還元性雰囲気下て炭素結合または炭化珪素結合生成可能
温度で焼成を行った。

表 ３ 実施例２の記合割合（重量袴）０．３ミリ以上
の骨材として使用する原料はその原料中に含有されるア
ルミナ量は４２％のシャモット質から９９％の競結アル
ミナを使用した。

なおこれらの骨村原料の有する見掛気孔率は７％以下の
繊密質のものである。また０．３ミリ以下の微粒子とし
て使用する原料として炭化珪素では純度８５％以上のも
の、窒化珪素では７８％以上のものを使用した。これら
使用原料の化学分析値は表４に示す。

表 ４ 実施例２の使用原料化学分析値なおフェノール
樹脂は固定炭素４８％のもの、タール・ピッチは固定炭
素３３％の無水タールと固定炭素５５％の硬ピッチを夫
々５０重量％混合した、ものを使用した。

本発明品Ａ，Ｂ，Ｃは配合物にフェノール樹脂を添加し
、実施例１に示す方法で製造を行った。

本発明品Ｄは配合物にタール・ピッチ配合液を添加し、
１００００で熱間漉糠後、成形圧１０００ｋ９／めで成
形後、実施例１に示す方法で窯詰めし、１０００００で
焼成を行った。なお従釆品のシャモット質しンガはシャ
モーントに粘土２５％配合したものでアルミナ質しンガ
は焼給ァルミナ１００％のものである。以上の如く製造
した各試料について、特に耐アルカリ性、耐スポーリン
グ性および耐食性について従来品であるシャモット質お
よび純アルミナ質品と比較した。その結果を表５に示す
。

表 ５ 実施例２の特注値 各種試料に対する試験方法は実施例１に示す方法で同様
に行った。

表５から明らかなように本発明品Ａ，Ｂ，ＣおよびＤは
従来品に比較して特に耐アルカリ性が優れており、耐ス
ポール性も良好である。

耐食性については本発明品Ａ．Ｂは特に良好であり、本
発明品Ｃ，Ｄは従来品の純ァルミナ質煉瓦には多少劣る
がシャモット質煉瓦に比較すれば相当優れている。

実施例 ３ 実施例２と同じ使用原料を表６の各割合に配合し、実施
例２と同じ方法で供試体を得、その物性を表７の如く測
定した。

ここにＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは実施例２のものであるが参考の
ために併記した。本発明品イは気孔率がやや大きいが諸
物性は良好である。比較品１は微粒か多いため締りが良
くない。特に耐スポ−′レ性に劣る。比較品２は結合強
度が弱く耐アルカリ試験においても悪い値を示した。比
較品３，４は粗粒子が多いため、結合強度が小さく且つ
気孔率も高く耐アルカリ性も弱い。比較品５は微粒が多
いため、高気孔率、締りが悪く、特に耐スポール性に劣
る。比較品６は比重、気孔率、強度、耐アルカリ性とも
に良好であるが荷重軟化性に劣る。表 ６ 実施例３の
配合割合（重量％） ｘ表中主）内は外掛の添加割合 表７実施例３の特性値 × 耐スボ‐′レ性弱い。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ０．３ｍｍ以上の電融アルミナ、焼結アルミナ、合
   成ムライト、又はシヤモツト等の粗粒子の１種または２
   種以上の混合物５０〜７５重量％と、０．３ｍｍ以下に
   粒度調整した炭化珪素１５〜４８重量％と、０．１５ｍ
   ｍ以下に粒度調整した金属珪素及び又はフエロシリコン
   ２〜１０重量％とを炭化珪素、金属珪素及び又はフエロ
   シリコン量を２５〜５０重量％配合した炭化珪素結合も
   しくは炭素結合溶鉱炉用耐火物。