JPS62260768A - 高炉湯溜帯用耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は高炉炉床部内張耐火物において、湯溜帯を成形
する表層部用耐火物であって、低熱伝導性、耐熱衝撃性
及び耐食性にすぐれる耐火物に関するものである。

（従来の技術） 湯溜帯を形成する表層部用耐火物は、溶銑に接触して流
体摩耗や固体摩耗などの機械的摩耗および溶銑、スラグ
、アルカリなどの化学的侵食を受ける。従来、高炉炉底
の耐火物構成は鉄皮側からカーボンスタンプ材、カーボ
ンブロック、稼働面側にはシャモツト質あるいは高アル
ミナ質煉瓦などのアルミナ−シリカ系耐火物で構成され
ている。

これらの機能は以下のとおりである。

カーボンスタンプ材は高熱伝導率でカーボンブロックの
冷却を促進する。カーボンブロックは高熱伝導率で、冷
却効果を計る。さらに稼働面側のシャモツト質あるいは
高アルミナ質煉瓦は火入れ時および操業中の温度変動に
伴うカーボンブロックの熱衝撃による損傷を低減させる
ため、低熱伝導率であることが要求されている。しかし
ながら、これらアルミナ−シリカ系耐火物は低熱伝導率
でカーボンブロックの保護に役立っているが耐熱衝撃性
が劣るため、所期の目的を達せず２〜３年の寿命である
。一方、カーボンブロックは１　、０００〜１．１００
℃以上で脆化が進行し、損耗する。そのため稼働面側の
表層耐火物はカーボンブロックの稼働面温度を１　、０
００〜１，１００°Ｃに抑えるため４００〜５００龍厚
で熱伝導率が約５ｋｃａｌ／ｍ、　ｈｒ、”ｃ以下で、
かつ、耐熱衝撃性が良好なことが要求される。第１図は
、本発明の耐火物を使用した高炉炉床部の構造を示して
いるが、マツシーゾーン（６）は第１図に示すように湯
溜帯を形成する表層耐火物（１）に接している比較的粘
性の高い半溶融状のゾーンであって、このゾーンの形成
は耐火物と溶銑等の溶融物との反応を緩和するので耐火
物の耐用が延長されるのであるが、操業の条件により生
成したり、消失したりするため温度の変動が起こる。し
たがって、この部位用耐火物には、アルミナ−シリカ系
耐火物の耐熱衝撃性の改善として、アルミナに黒鉛、炭
化珪素などを添加したアルミナ−黒鉛、アルミナ−黒鉛
−炭化珪素などの耐火物の検討が行われている。天然鱗
状黒鉛はアルミナの膨張を吸収するなどの効果があり、
約１０％含有しているものが使用されている。天然鱗状
黒鉛を１０％以上含有すると熱伝導率が高くなり、使用
に適しなくなる。また、天然鱗状黒鉛の代りに玉状黒鉛
を使用したときは、熱伝導率は低くおさえることができ
、使用量も１０％上含有することができるのであるが、
この場合は耐熱衝撃性が劣るとともに熱間強度が低下す
るなど満足すべきものが得られない。天然鱗状黒鉛は同
一の使用量では粗粒の多い方が熱伝導率が高くなり、耐
熱衝撃性に対する効果が高くなる。したがって、例えば
、アルミナ−黒鉛系耐火物において熱伝導率が５ｋｃａ
ｌ／ｍ、　ｈｒ、℃以下の耐火物を得ようとするときに
は、５メツシュ以上の天然鱗状黒鉛を使用したときは、
６％超の使用ができないし、１００メツシユ以下の天然
鱗状黒鉛の場合では、多少増加しても１２％超の使用が
できない。しかしながら、このように天然鱗状黒鉛の使
用量を低値に抑えた耐火物の耐熱衝撃性はいづれも満足
されるものではない。水冷による繰り返し加熱冷却によ
る耐熱衝撃性試験では２回の繰返し時にクランクが発生
してしまう。

本発明は以上の従来の耐火物の問題点を改善するために
なされたもので、比較的低熱伝導率で、機械的強度を保
持しつつ、耐熱衝撃性にすぐれた高炉湯溜帯用耐火物を
提供するものである。

（本発明の構成） 本発明は、重量で、アルミナ６５〜９５％、炭素３〜１
５％、繊維状膨張黒鉛０．２〜５％の主たる耐火原料と
有機結合剤とを配合し、混練、成形後、還元性雰囲気下
で焼成したことを特徴とする高炉湯溜帯用耐火物である
。

アルミナは溶銑に対する耐食性、溶銑流に対する耐摩耗
性、容積安定性等が得られる。アルミナの原料としては
電融アルミナ、焼結アルミナ、ボーキサイト、ムライト
などが使用できる。アルミナの使用量が６５％以下であ
ると、前記溶、銑に対する耐食性、溶銑流に対する耐摩
耗性、容積安定性等が不足する。９５％以上であると、
耐熱衝撃性が不足し、従来の耐火物の欠点が現われてく
る。

炭素は、耐スラグ性、耐アルカリ性、溶銑に対する耐食
性、耐熱衝撃性等を付与させる。炭素は５〜１５％使用
する。５％以下であると前記耐スラグ性、耐熱衝撃性等
が不足する。１５％以上であると、熱伝導率が高くなり
、好ましくなく、また機械的性質が悪くなり耐摩耗性に
劣る。

炭素の原料としては天然鱗状黒鉛、玉状黒鉛、人造黒鉛
電極、無煙炭、コークスなどが使用できる。本発明の性
質上、ここにいう炭素のなかには繊維状膨張黒鉛を含め
ないものとする。

繊維状膨張黒鉛は、市販の膨張黒鉛を加熱して膨張させ
たものである。市販の膨張黒鉛を膨張させたときは、原
形の約５０〜１００倍体積が膨張し、通常７〜１０ｍの
長さをもつ繊維状を呈する。この繊維状のものを粉砕す
ると、厚さ約１０μｍ以下の超薄片を得ることができる
。

繊維状膨張黒鉛は耐火物に使用したとき次のような効果
がある。

（イ）　微細で偏平な膨張黒鉛により、耐火物ｍ織内で
密閉気孔が増える。密閉気孔には、外来成分の侵入が起
きないので、溶銑等に対する耐食性がよくなる。

（ロ）　微細で偏平な膨張黒鉛により、破壊のメカニズ
ムにおいて歪による小クラックの発生後のクラックの成
長を分布して存在する膨張黒鉛が吸収することができる
と考えられる。

（ハ）　膨張黒鉛は少量の含有で耐火物の弾性率を著し
く小さくすることができる。

（ニ）　膨張黒鉛は少量の含有で耐火物の耐熱衝撃性を
著しく向上する。この性質は前述の（ロ）及び（ハ）の
性質に基づくものと考えられる。

下式（１）において耐火物の耐熱衝撃性を表わすＲ”は
弾性率の低下により良好となる。

Ｒ゛・・・　熱応力抵抗因子、Ｅ　・・・　弾性率、α
　・・・　熱膨張係数、　　Ｓ　・・・　強度、μ　・
・・　ポアソン比、　　δ　・・・　熱伝導率。

（ホ）　膨張黒鉛を使用したときは、耐熱衝撃性から制
約されるアルミナ分の許容量の上限を拡げることができ
るので、耐溶銑性等に優れた耐火物が得られる。

（へ）　膨張黒鉛は一般の天然鱗状黒鉛と異なり、熱伝
導率を高くする機能が非常に低い。このことは、膨張黒
鉛を使用したときは同一の耐熱衝撃性の耐火物を得るた
めの炭素量を減じることができることを意味している。

この結果、熱伝導率が低値であって、機械的強度にすぐ
れた耐火物において、耐熱衝撃性にすぐれ、かつ、溶銑
・スラグ、アルカリアタックに対する耐食性にすぐれた
耐火物を得ることができる。

繊維状膨張黒鉛のこうした効果の知見に基づき、本発明
ができたものである。繊維状膨張黒鉛は０．２〜５％使
用する。０．２％以下であると添加の効果が現われない
。また５％以上であると膨張黒鉛は他の耐火原料と比べ
ると嵩が高いため多量に使用すると混合が困難で、混合
時偏折の弊害があるほか、性能の向上も著しく鈍化し、
経済的でなくなる。

繊維状膨張黒鉛の使用にあたっては繊維状に膨張した黒
鉛を個々に分離するよう粉砕して使用すれば好ましいが
、繊維状のまま他の耐火原料に混じ、ミキサーで所定の
方法で混練したものであっても構わない。また、膨張前
の膨張黒鉛を配合し、以後の製造工程で加熱膨張させて
黒鉛を超薄片又は繊維とし、実質的に繊維状膨張黒鉛の
添加目的に沿うものも本発明の範囲内にある。

以上のアルミナ、炭素、膨張黒鉛などの主たる耐火原料
のほか、必要により炭化珪素、珪素、アルミニウムおよ
びこれら金属の合金を添加する。

炭化珪素は溶銑、スラグ、アルカリアタック等に対する
耐食性、耐摩耗性等を向上する。炭化珪素は２０％以下
使用する。珪素、アルミニウムもしくはこれら金属の合
金は微粉末として使用し、高温における機械的強度を向
上させる。有機結合剤としてはピンチ、タール、フェノ
ール樹脂などを使用し、とくにフェノール樹脂を使用す
ると耐火物の気孔径を小さくすることができるから、ア
ルカリの浸透、溶銑、スラグの浸透等をなくすことがで
き、耐火物の耐用向上に効果を奏する。

（本発明の効果） 本発明の効果を実施例について説明する。

第１表Ｎ［１１〜患４は本発明品であり、煮５〜隘１０
は比較例を示す。魚５〜隘９は°アルミナー黒鉛−炭化
珪素の比較例であり、磁１０はシャモツト質である。第
１表により、本発明品は膨張黒鉛を含む炭素の総量が少
ないにもかかわらず、耐熱衝撃性、溶銑、スラグ、アル
カリアタック等に対する耐食性にすぐれており、炭素の
総量が少ないことにより熱伝導率は低値で抑えられ、熱
間強度などの機械的強度を保持していることが明らかで
ある。

耐溶銑性、耐スラグ性試験 高周波誘導炉による回転侵食試験によって比較した。断
面台形の試験体を円筒形炉の内面に張り合せ、その内側
に鋳物用銑鉄３　ｋｇ、溶銑スラグ２００ｇを投入、溶
融させ、供試料を侵食させた。侵食時間は１２０分、溶
融温度１　、５５０℃で行った。表中の値は、阻５の侵
食量を１００としたときにおける他の試料の比較値を示
す。低値はど耐溶銑、耐スラグ性にすぐれていることを
示す。

耐アルカリ性試験 寸法２５　Ｘ　２５　Ｘ　１１５ｍ供試料をコークスと
炭酸カリウムを重量比率２：１の割合で混合したものの
中に埋め込み、１，３００°ＣＸ　３　ｈｒｓ保持し、
その後常温まで冷却する。これを５回繰り返した後の供
試料の寸法増加率を測定する。増加率の低値はど耐アル
カリ性にすぐれていることを示す。

耐熱衝撃性試験 寸法５０　Ｘ　５０　Ｘ　５０１１１の供試料を１　、
３００℃に加熱したのち冷水に入れ、取り出した後、再
び１　、３００℃で加熱し水冷する。これを繰り返した
とき供試料に初めて亀裂が発生するまでの回数により、
耐熱衝撃性の優劣を測定する。表中の値は初めて亀裂が
発生するに至ったときの回数を表わす。高値はど耐熱衝
撃性がすぐれていることを示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の耐火物を使用した高炉炉底部の断面図
を示す。 （１）・・・本発明の耐火物を使用した湯溜帯を形成す
る表層部、 （２）・・・熱伝導率の高い耐火物で形成する炉底部、
（３）・・・熱伝導率の高い耐火物で形成する周壁部、
（４）・・・湯溜部、　　　　（５）・・・冷却バイブ
、（６）・・・マツシーゾーン又は凝固層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　重量で、アルミナ６５〜９５％、炭素３〜１５％、繊
   維状膨張黒鉛０．２〜５％の主たる耐火原料と有機結合
   剤とを配合し、混練、成形後、還元性雰囲気下で焼成し
   たことを特徴とする高炉湯溜帯用耐火物。