JPS63117951A - 溶銑予備処理容器 - 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〉 この発明は溶銑の搬送などと同時に脱珪、脱燐、脱硫な
どの溶銑予備処理を行なう混銑車、溶銑鍋などの溶銑予
備処理容器に関するものである。

なお、ここで炭素材料とは耐火材料として加えられる結
晶質のものをいい、結合剤などから生じる炭素質とは異
なるものである。

〈従来の技術〉 近年の製鋼技術の進歩に伴って、混銑車、溶銑鍋なとは
単に高炉と転炉間の容器という目的だけでなく、脱珪、
脱燐、脱硫などの溶銑予備処理を行なう精錬容器として
の役目も負うようになってその容量も大きくなり、また
溶銑温度も上昇してきたため、その内張り材に要求され
る特性も耐食性、耐スポーリング性および耐摩耗性が重
要となり、顕著に苛酷なものとなってきている。

また、例えばある製鉄所の混銑車では、約１５００℃へ
の加熱と８００℃以下までの冷却が約６時間サイクルで
繰返され、それが１年半から２年も続くといった点も耐
火物にとっては非常に厳しい操業となっている。

このような操業条件の苛酷化により前記容器の内張り材
として使用される耐火物もＡＪ　２０３Ｓｉ　０２系か
らアルミナ、炭化珪素および炭素を主体とした不焼成れ
んがが使用されてきた。

しかし、上記したれんがでは耐火材料として炭素材料を
使用するため、耐食性や耐スポーリング性は向上したが
、空気中の酸素やミルスケール中のＦｅＯによる目地部
に接するれんがの酸化による目地部の先行溶損、またそ
の結果生じた蒲鉾状の凸部に加熱、冷却の繰返しにより
亀裂が発生するための剥離損耗が起ってきた。これらを
解決するためには耐食性、耐久ポーリング性および耐摩
耗性に加えて耐火材料中の炭素材料の耐酸化性の向上及
び高靭性にすることが耐火物に要求されてきた。

これらを解決するための一方法としてＭ　２０３−５Ｌ
Ｃ−Ｃ系材料に金属アルミニウムおよび金属シリコンを
添加した不焼成れんがを混銑車に内張りすることが特開
昭５８−８４９１５号に開示されている。

しかし、この方法では金属粉末の炭化物形成による緻密
化によって耐食性、ｌｆｌ！安定性は向上するが、応力
緩和機能は減少して脆性化が進み、機械的、熱的応力下
においてピーリングが発生し、目地部の先行溶損、剥離
損耗の防止はできなかった。

また、Ｍ２Ｏ３−３しＣ−Ｃ系材料にガラス物質を添加
した不焼成れんがが特開昭６０−１５７８５７号に開示
されており、ガラス物質の軟化溶融により炭素材料が被
覆され、中温域では耐酸化性は向上した。

しかし、骨材粒子間に流動充填したガラスへ骨材の溶解
が進み、骨材の変質、マトリックスの特性低下が起こり
、機械的、熱的応力下での組織劣化によって目地部の先
行溶損、剥離摩耗は防止できなかった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 溶銑予備処理を行なう混銑車の内張り不焼成Ｎ２（１＋
　　ＳＬＣＧれんかに金属アルミニウムおよび金属シリ
コンを添加したものは、炭化物の形成による緻密化で機
械的、熱的応力下でビーリングが発生し、目地部の先行
溶損、剥離損耗が防止できず、またガラス物質のみを添
加したものも機械的、熱的応力下で組織劣化が起こり、
目地部の先゛行溶損が防止できなかった。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者らは溶銑予備処理容器の内張りれんかにおける
上記従来の欠点を解決すべく種々検討の結果、この発明
に至ったものである。

即ち、この発明は脱珪なとの溶銑予備処理を行なう容器
の内張りれんがとして、アルミナ質原料７０〜９７重量
％、結晶質炭素材料３〜３０重量％よりなる耐火材料１
００重量部に対し、金属アルミニウムと金属シリコンま
たは金属マグネシウムの混合粉末あるいは合金粉末１〜
１５重量部および５ＬＯｐ含有ガラス０．５〜１０重量
部あるいはさらに炭化珪素１〜３０重量部を配合して得
た不焼成れんがを用いるものであり、この発明は金属粉
末にガラス物質を添加することに特徴があり、金属粉末
とガラス物質との相互作用によって、上述の問題点を解
決することに成功したものである。

く作用〉 アルミナ、炭素材料あるいはこれに炭化珪素を加えたも
のに金属アルミニウムと金属シリコンまたは金属マグネ
シウム、そしてガラス物質を添加することによる作用を
以下に説明する。

Ｎ１２０３　　ＳＬＣＧれんがを溶銑予備処理容器の内
張りに用いると、目地部の先行溶損並びに剥離損耗が生
じることは前述の通りであり、これを解決するためには
溶銑予備処理温度に近い高温における耐酸化性の向上お
よび高靭性化が必要である。

この本発明の特徴を示すため３種の試料による試験を行
なった結果を第１図から第４図に示す。

試料はアルミナ８５重量％、天然黒鉛１５重量％よりな
る耐火材１００重量部に炭化珪素１４重量％、フェノー
ル樹脂２．５重量部を添加し、（ａ＞金属アルミニウム
と金属シリコンの合金粉末（＃／５Ｌ＝２／１　）　３
重量部、ケイ酸ガラス２重量部、（１））金属アルミニ
ウムと金属シリコンの合金粉末（Ｍ／５Ｌ＝２／１　）
　３重量部、（Ｃ）ガラス物質２重量部を加えたもので
ある。

第１図に示す酸化試験の結果によると、ａ、ｂ、Ｃのい
ずれも高温における耐酸化性が向上しているが、１４０
０°Ｃでの脱炭面積率がｂは２５％、Ｃは３０％である
のに対し、ａは１０％である。

次に、第２図に示す熱間曲げ強さの結果からはａ、ｂ、
ｃともに１２００°Ｃまでは温度の上昇に伴って強度が
向上しているが、１４００℃になるとす、ｃともに低下
しているのに対し、ａはほとんど低下がない。

一方、第３図に示す応力ひずみ曲線によると、ｂは強度
がやや大きくなっているが、許容ひずみ量が小さいため
に弾性率が大きく、その結果、靭性が小さく、またＣは
許容ひずみ量がやや大きいが、強度が小さいために靭性
が小さくなっているのに対し、ａは強度が大きく、許容
ひずみ量も大きいことから靭性が大きくなっている。

さらに、第４図に示す一軸拘束下における熱応力の結果
から見ると、ｂは加熱、冷却を繰返しても熱応力がほと
んど変らず高い値を示し、応力緩和に乏しい。一方、Ｃ
は熱応力が低いため、れんがの破壊に対して望ましい傾
向を示している。

これに対してａは加熱、冷却を繰返すに従って熱応力が
Ｃの値まで下がっていることで、破壊に対する抵抗性の
あることを示している。

なお、第３図は３点曲げ試験法により応力ひずみ曲線を
測定して求めたものであり、また、第４図は一軸を拘束
し、常温から１５００℃まで５℃／ａ＋ｉｎの速度で胃
温、冷却を繰返して測定したものである。

上記の第１図から第４図に示されるように、特に高温に
おいてａはす、ｃと比較して耐酸化性が向上し、また強
度及び靭性が大きく、応力緩和が著しく改善されている
ことがわかる。これはｂがＭ　、　ＳＬの炭化物形成に
よる気孔の閉塞における緻密化によって耐酸化性及び強
度が向上したものであり、Ｃはガラス物質の軟化溶融に
よりカーボンが被覆され、また溶融ガラスの一部が骨材
粒子間に充填し、それが徐々に結晶化するため耐酸化性
及び強度が向上しているものと考えられる。

これに対してａは〃、Ｓ、とケイ酸ガラスとの相互作用
によるものであり、耐火物が加熱されていくと、ガラス
物質の軟化溶融と金属の溶融が起こり、まずガラス物質
は炭素材料を被覆し、気孔中の空気による炭素材料の酸
化を妨げる。次いで溶融金属と軟化溶融したガラス物質
が相互に溶解する。そこでＮがガラス質のＳＬ　ａｔ酸
成分還元すると同時に金属は酸化されて金属酸化物とな
る。その際の体積膨張により気孔が閉塞され、外部より
耐火物内部への空気の流入を遮断して、耐火物中の構成
成分である結晶質炭素材料の酸化を防止する。

また、溶解したガラス物質は炭素材料を被覆するが、そ
の際酸化された〃がガラス中に入ることによりガラスの
粘性が増加し、そのため高温になっても流れ去ることな
く、炭素材料の被覆が継続し、酸化防止効果が高温域ま
で持続する。

同時にガラス中ではＨの酸化物とガラス成分との反応に
より、ムライトやカーネギットなどの新たな鉱物相を形
成し、その一部が析出する際に耐火物成分との結合を生
じ、耐火物成分の結合が強化されるために、耐火物全体
の強度が向上するのである。

この金属によるガラス成分の還元および酸化された金属
のガラス成分との反応は、骨材粒子のガラスへの溶解よ
りは速度が大であるので、ガラス物質のみの添加の場合
の骨材粒子のガラス中への溶解による骨材の変質やマト
リックスの特性低下は防止される。さらに、ガラス物質
の共存は添加されたアルミニウムの炭化アルミニウムへ
の反応が防止され、容器が冷却された際の炭化アルミニ
ウムの消化による耐火物の劣化が防止される。

一方、ガラス成分の還元により生成したシリコンは炭素
材料と反応し、炭化珪素となるが、この際ウィスカー状
となり、マトリックス中に成長するので、結合の強化に
寄与する。

さらに、軟化溶融したガラス物質と金属とは、結合剤と
異なり、流下移動し、毛管現象により骨材粒子間を充填
して、鉱物変化を起こすため、粒子間接触角の鈍角化も
進行することで、応力の集中が緩和されるので、靭性に
優れた組織となる。

もちろん、前記すやＣで見られるような、金属粉末やガ
ラス物質をそれぞれ単独で添加した際の効果も発揮され
るであろうが、上記した金属とガラスとの相互作用によ
る効果がより大であると考えられる。

〈発明の構成〉 この発明に用いられるアルミナ原料としては、電融アル
ミナ、焼結アルミナ、シリマナイト、ボーキサイトなど
であり、原料中のＭ　２０３含有量は混銑車、特にスラ
グライン部に使用する場合には７０重量％以上、溶銑鍋
などでは５０重量％以上であることが耐食性の点から望
ましい。アルミナ原料の使用量は７０〜９７重量％であ
り、７０重量％未満では耐食性を充分発揮することがで
きず、また９７重量％より多くなると耐スポーリング性
に劣る。

炭素材料はスラグと濡れにくいことによる耐食性や熱伝
導のよいことによる耐スポーリング性に寄与するもので
あり、特に耐食性の点から天然や人造の黒鉛のような結
晶質のものが適し、特に鱗片状のものがより好ましい。

結晶質の炭素材料は耐酸化性にすぐれると共に、成形時
の充填性がよく、その結果、より耐食性にまさる耐火物
が得られる。無定形の炭素材料を使用する場合には結晶
質のものに混合すれば使用可能である。炭素材料の使用
量は３〜３０重量％であり、３重量％未満では耐食性及
び耐スポーリング性に劣り、３０重量％より多くなると
機械的強度が低下して耐摩耗性に劣る。好ましくは、粒
径０．ｌｆｆ１ｍ以上の結晶質炭素材料を少なくとも１
０重量％以上含むようにするとよい。

炭化珪素は使用しなくても前述の金属とガラスとの相互
作用によって炭素材料の酸化を抑制できるが、炭化珪素
を使用することによって耐酸化性はさらに向上する。こ
の炭化珪素は炭素材料の酸化を抑制して炭素材料の高耐
食性、高耐スポーリング性を発揮させる効果があり、そ
の使用量はアルミナ原料と炭素材料の含量１００重量部
に対して１〜３０重量部が好ましい、この量が１重量部
より少ないと炭素材料の酸化を抑制する効果が十分に発
揮されず、また、３０重量部以上では耐食性に劣るよう
になり、ともに好ましくない。

金属粉末としてはアルミニウムと、シリコンまたはマグ
ネシウムの混合粉末あるいは合金粉末を用いる。この金
属粉末は前述のようにガラス物質との相互作用により耐
火物の耐用向上に寄与するのであるが、アルミニウムの
みでは溶融物の流動性が悪く、ガラス物質との反応性に
乏しいので、シリコンまたはマグネシウムと併用して混
合粉末あるいは合金粉末として用いられる。特に、合金
とすると融点も下がりより好ましい。その使用量はアル
ミナ原料と炭素材料の合量１００重量部に対して１〜１
５重量部であり、その範囲外では耐酸化性、耐食性及び
耐摩耗性に劣る。アルミニウムと他のシリコンあるいは
マグネシウムとの比率は重量比でアルミニウム１に対し
て他の金属は１以下が好ましい。

この発明では金属粉末と相互作用をする物質としてガラ
ス物質を用いる。ガラス物質（よ同組成の結晶体などと
比較して反応しやすいので、金属との相互作用がより低
温で起こることと、ガラス物質それ自体の軟化溶融もよ
り低温で起こるので、炭素材料を被覆して酸化を防止す
る効果も結晶体より大となる利点がある。

ガラス物質としてはアルミニウムとの反応、生成物との
関係でＳ＝　Ｏｔ含有ガラスが望ましく、添加金属が炭
化物を生成する温度（約８００℃）以下で軟化溶融する
珪酸ガラス、硼珪酸ガラス、珪酸アルカリガラスなどが
使用でき、その使用量はアルミナ原料と炭素材料１００
重量部に対し０．５〜１０重量部であり、０．５重量部
未満では耐酸化性に劣り、また１０重印部より多くなる
と耐食性に劣る。

溶銑予備処理における脱燐の際にはＣａＯ成分やＣａ　
Ｆ　２成分が添加されるが、これらの成分はＭ２Ｏ３と
反応しやすく、これによりマトリックス部が溶損され、
骨材の脱落が進行するが、この発明の金属粉末とＳ＝　
Ｏｔ含有ガラスとの粗合せでは、マトリックス部が保護
されるため、骨材の抜は落ちがなく、ノロ付きが良好と
なるので、より耐食性が向上する。

上記した原料を加えた配合に樹脂系結合剤を添加して混
練し、成形後熱処理をして不焼成れんがを得る。樹脂系
結合剤としては熱処理によって硬化するものであればよ
く、特に限定するものでないがフェノール樹脂が好まし
く、その量は１．５〜１０重量部である。

上記の不焼成れんがを混銑車や溶銑鍋などの溶銑予備処
理容器の内張り全部に使用するか、あるいは一部に内張
すする場合には、溶損の著しいスラグライン部や湯当り
部に用いて好結果が得られる。

〈実施例〉 以下、実施例によりこの発明の詳細な説明する。

第１．２表に示す配合をフリクションプレスによって成
形し、この成形物を３００℃で１０時間の熱処理を行な
って不焼成れんがを得た。

靭性は還元雰囲気中１４００℃で３点曲げ試験法により
応力−ひずみ曲線を測定して求めた。

スラグ試験は回転式スラグ試験法により１４００〜１４
５０℃で４時間行なった。スラグ組成はＦｅ０４６重量
％、Ｃａ０４２重量％、ＣａＦ２１２重量％のものを使
用した。

酸化試験は炭化珪素発熱体電気炉を用い、大気雰囲気中
の１４００℃で１０時間行なった。

なお、靭性値率、溶損面積率および脱炭面積率について
は第１表では比較例１、第２表では比較例４を１００と
する比率によって表した。

第　　　　１　　　　表 メ鴎 イＸ 第１．２表の結果から明らかなように、金属粉末とＳＬ
　Ｏｒ含有ガラスを併用した実施例はいずれも金属のみ
を添加した比較例１．１５よび４と比べて靭性および耐
酸化性に優れ、ガラス物質のみを添加した比較例２およ
び５と比べて靭性、耐酸化性および耐食性が顕著に優れ
ていた。

また、比較例６はＳ＝Ｏ，を含まないガラスと金属との
併用であるが、Ｓ、０．を含まないガラスでは耐食性、
耐酸化性に劣る結果が得られた。

実施例５、比較例４〜６のれんがを混銑車の内張りに使
用した結果、比較例４〜６にはいずれも多少の目地溶損
が見られた。また溶損速度は比較例４の０．３８〜０．
４２　ｒＲＩｎ／ｃｈと比較して実施例５の試料は０．
１３〜０．１６　ｍｕｌｃｈと１７３になった。

〈発明の効果〉 この発明の溶銑予備処理容器は金属粉末とガラス物質を
併用したことによって、ガラス物質の軟化溶融によりカ
ーボンが被覆され、また溶融ガラスの一部が骨材粒子間
に充填し、溶融ガラスと溶融金属との反応による生成物
によってガラス物質の結晶化が急速に進行するため耐酸
化性が著しく向上し、また粒子間の結合も強化されて靭
性の増大によって応力緩和機能が著しく改善された。こ
の結果、溶銑予備処理容器の目地先行溶損並びに剥離損
傷が解消されて操業上の安定性と耐用性が顕著に向上し
た。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はこの発明の溶銑予備処理容器内張り
れんがと比較れんがの試験結果であり、第１図は耐酸化
性、第２図は熱間曲げ強さ、第３図は応力ひずみ曲線、
第４図は一軸拘束下における熱応力を示す図である。 出願人代理人　　弁理士　　和　１）昭第１図 第８図 第２図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミナ質原料７０〜９７重量％、結晶質炭素材
   料３〜３０重量％よりなる耐火材料１００重量部に対し
   、金属アルミニウムと、金属シリコンまたは金属マグネ
   シウムの混合粉末あるいは合金粉末１〜１５重量部およ
   びＳｉＯ＿２含有ガラス０．５〜１０重量部を配合して
   得た不焼成れんがを一部または全部に内張りしてなる溶
   銑予備処理容器。
2. （２）アルミナ質原料７０〜９７重量％、結晶質炭素材
   料３〜３０重量％よりなる耐火材料１００重量部に対し
   、金属アルミニウムと、金属シリコンまたは金属マグネ
   シウムの混合粉末あるいは合金粉末１〜１５重量部、Ｓ
   ｉＯ＿２含有ガラス０．５〜１０重量部および炭化珪素
   １〜３０重量部を配合して得た不焼成れんがを一部また
   は全部に内張りしてなる溶銑予備処理容器。