JPS63311081A - るつぼ形誘導炉用乾式ラミング材 - 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、溶融金属や溶融スラグに対する耐食性、耐浸
透性および急熱急冷時の亀裂の発生に対する抵抗性等を
大幅に改善したるつぼ形誘導炉用乾式ラミング材に関す
る。

〔従来の技術〕

誘導炉により鉄、銅、アルミニウム等の各種金属の溶解
、保持が行われている。誘導炉として、るつぼ形誘導炉
と溝形誘導炉があるが、るつぼ形誘導炉は溶融金属の溶
解を主目的とするものであり、溝形誘導炉は溶融金属の
保温および昇温を主目的とするものである。

これらは溶融金属の種類、溶解目的、操業条件等によっ
て使い分けられている。誘導炉用ラミング材も溶融金属
等によって、シリカ質、アルミナ質、ジルコニア質、マ
グネシア質、スピネル質等各種耐火物が使用されている
が、鋳鉄や合金鉄をるつぼ形誘導炉で溶解する際のラミ
ング材としては、天然珪岩を粉砕したものに結合材を添
加した酸性乾式ラミング材が、以前から使用されている
。

天然珪岩の粉砕物は急熱急冷時の亀裂の発生に対する抵
抗性を有するので、種々の容量の誘導炉に使用でき、価
格が安いことも利点となっている。

しかしながら、使用条件の可酷化にしたがって、最近で
は、耐食性や耐熱衝撃性を向上した、天然珪岩の粉砕物
の一部に電融シリカを使用し酸化はう素等の結合材を添
加した酸性乾式ラミング材または天然珪岩を全（使用し
ない電融シリカ単味の酸性乾式ラミングが使用されてき
ている。酸性乾式ラミング材で内張すした炉を使用した
ときは、内張り材は溶融金属と接した高温の表面部分で
は、緻密で溶融物に対して不浸透性の層であるガラス結
合の焼結層が形成され、該焼結層の裏側には焼結層はど
緻密でない焼固層と未焼固なルーズ層が、形成される。

ルーズ層は焼結層に発生した亀裂をこの層で以後の亀裂
の成長を止めてしまうのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

最近、経済環境の変化に伴って、誘導炉を使用する職場
においても、省資源、省エネルギー、炉材原単位の低減
を推進している。そのため、誘導炉の内張り材もますま
す可酷な条件で使用されるようになってきた。すなわち
、鋳鉄や合金鉄を溶解する誘導炉の内張り材として、上
述した天然珪岩の粉砕物に結合材を添加した乾式ラミン
グ材や、天然珪岩の粉砕物と電融シリカに結合材を添加
した酸性乾式ラミング材や電融シリカ単味に結合材を添
加した酸性乾式ラミング材が使用されているのであるが
、溶融金属や溶融スラグに対する耐食性、耐浸透性およ
び急熱急冷時の亀裂の発生に対する抵抗性等において、
満足でないケースが増大してきている。とりわけ、鋳鉄
や合金鉄を間欠操業で溶解する大型のるつぼ形誘導炉の
場合と、亜鉛メッキ鋼板のスクラップを溶解するるつぼ
形誘導炉の場合である。間欠操業とは、従来休炉中でも
、炉内を加熱保温していたものを、休炉中では、この加
熱保温を停止し、操業再開時に改めて加熱を行う操業の
方法である。この間欠操業によって、休炉中の加熱保温
に消費する燃料費や電力費を大幅に節減しようとするも
のである。

間欠操業では、内張り材は、操業の停止、再開時の加熱
にともない、急熱急冷による繰り返し応力を受ける。こ
のため、内張り材は膨張収縮による亀裂が発生し、その
亀裂が成長していく。亀裂内に溶融金属や溶融スラグが
浸透したり、リークが起こり、内張り材の耐用低下の原
因になっている。この現象は炉の大小で相違がみられ、
炉容１０トン未満では余り問題とならないことがあるが
、炉容１０トン以上の大型炉では問題が多い。

次に、亜鉛メッキ鋼板は、自動車の塩害等による防錆対
策として、近時、ますます多用する傾向にあり、亜鉛メ
ッキの厚さも増やされる趨勢にある。このため、最近亜
鉛メッキ鋼板のスクラップの発生が増え、このスクラン
プを溶解して鋳鉄用原料とするため、るつぼ形誘導炉で
亜鉛メッキ鋼板のスクラップを溶解する比率が増加して
きた。

亜鉛メッキ鋼板を誘導炉で溶解したときは、溶融金属中
の亜鉛の含有量がわずかに約０．５〜０，７係に過ぎな
いが、亜鉛は内張り材に浸透し易いことから、亜鉛は微
細な亀裂等を通過してしまい、湯道を形成し、湯漏れの
原因となり、内張り材の耐用が、大幅に低下するという
問題を生じてきている。すなわち、大型炉では内張り材
に生じた亀裂が大きいので、ルーズ層でも亀裂の成長を
抑えることが困難な場合が多く、また、浸透性のある亜
鉛鋼板のスクラップを溶解したときは、ルーズ層に達し
た溶湯は微細な隙間でも浸透していく場合が多（、内張
り材の耐用低下の原因になっている。

一方、ガラス結合焼結層は緻密で不浸透性であるので、
亜鉛メッキ鋼板のごとき浸透性のある溶湯に対して抵抗
性を有するのであるが、結合材の増加は、耐熱衝撃性を
低下させるから内張り表面に亀裂の発生が多くなり、ま
た、結合材は高温で骨材と反応して低融性の物質を生成
するから、結合材を多く含有した内張り材は耐食性に劣
る、という問題がある。他方、天然珪岩を主成分とする
従来の酸性乾式ラミング材は耐食性、耐浸透性および急
熱急冷時の亀裂発生伝播に対する抵抗性等において満足
されてはいない。天然の珪岩のシ１ツカ分の結晶形態の
相違や８１０２分の純度に、これら耐食性等の性質が著
しく左右され、耐用の低下や、耐用上のばらつきの原因
となっているからである。したがって、酸性乾式ラミン
グ材においては、５ｉ０２以外の成分の混入に制約があ
ること力為ら、高純度シリカ材料指向が強く、依然とし
て、天然珪岩や電融シリカのシリカを主成分とする５ｉ
０２単−成分系の乾式ラミング材が使用されているのが
現状である。そして、間欠操業をする大型のるつぼ形誘
導炉の場合や、亜鉛メッキ鋼板を溶解する場合では、前
記した現状により大幅な耐用低下をきたしている。

本発明は、かかる事情を背景にしてなされたものである
。その目的とするところは、結合材の使用量の増加によ
ってガラス結合焼結層を厚くして耐浸透性を向上したと
きに、それに伴って耐食性および急熱急冷における亀裂
の発生抵抗性等の諸性質の低下をきたさない内張り材を
得ることにある。そして、鋳鉄や合金鉄等を溶解する間
欠操業をする大型のるつぼ形誘導炉用と、亜鉛メッキ鋼
板のスクラップを溶解するるつぼ形誘導炉用においても
、好成績を収めることのできる内張り材を提供しようと
するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、重量で、電融シリカ１０〜９８％、粒度１−
以下の炭化珪素１〜２０係および残部の耐火材からなる
ことを特徴とするるつぼ形誘導炉用乾式ラミング材と、
該乾式耐火物に平均粒径０．１〜２μｍのシリカ質超微
粉を特定の割合で使用するるつぼ形誘導炉用乾式ラミン
グ材に関するものである。

炭化珪素は溶融金属およびスラグに対して濡れ難く、熱
伝導率が高く、熱膨張率が小さいことから、炭化珪素を
耐火物に使用して耐火物の耐食性および耐熱衝撃性等を
向上させることは公知であり、誘導炉用耐火物において
も、例えば、特開昭４８−６７３０７号公報および特開
昭５５−７７６９２号公報等においても、炭化珪素のこ
れらの特徴を利用した誘導炉用耐大物が記載されている
。

しかしながら、これらは補修用の耐火物であって乾式ラ
ミング材ではなかつたり、炭化珪素を出発原料として添
加するのではな（使用中に炭化珪素を生成させるもので
実用性に乏しいものであったり、アルミナ系の乾式ラミ
ング材に関するものである。本願発明は、電融シリカ−
炭化珪素系の乾式ラミング材であるが、アルミナ−炭化
珪素系の乾式ラミング材が公知であるにもかかわらず、
現実には、シリカ−炭化珪素系の乾式ラミング材が実用
に供されていない。その理由として考えられることは、
永年にわたりＳ　ｉ０２の純度重視の指向から、炭化珪
素が酸化したときの不純物が耐食性等の性質を低下させ
ることが懸念されること、炭化珪素はシリカや結合材と
反応し難く焼結性が悪いので炭化珪素を添加すると焼結
層の生成に余分の結合材が必要となり耐食性等の性質を
低下させることが懸念されること、炭化珪素は高い熱伝
導率を有するので内張り層において焼結層の割合が大き
くなり耐食性等の性質を低下させることが懸念される等
があった。

しかしながら、発明者らが鋭意研究したところ、電融シ
リカは天然珪岩に比較して焼結性がよ（、特にシリカ超
微分は少量であっても焼結性が著しく向上し、したがっ
て、電融シリカまたは天然珪岩と電融シリカの配合物に
特定量の炭化珪素を添加したものは、結合材を増加して
も耐食性等の諸性質が改善されることを知見することが
できた。

すなわち、シリカ質原料に電融シリカを使用し炭化珪素
の粒度および使用割合を限定すれば、従来の酸性乾式ラ
ミング材を大幅に改良し上記のマイナス要因は顕在化し
ないことの知見が得られ、本発明を完成することができ
たものである。

次に、本発明を構成する原料の使用目的と使用割合につ
いて詳細に説明する。

電融シリカは、粒度が約５ｍｍ以下のものを粒度調整し
て、重量で１０〜９８係使用する。電融シリカは５ｉ０
２分が高く、熱膨張係数が低く、焼結層を形成しやすい
ので耐食性および耐熱衝撃性に優れる。したがって、電
融シリカを使用した乾式ラミング材は結合材の使用量を
最小限にすることができるので、耐食性および耐熱衝撃
性にすぐれ、急熱急冷時の亀裂の発生に対する抵抗性が
良好となる。使用量が１０係以下であると添加の効果が
でない。

炭化珪素は、粒度が１ｍｍ以下のものを、重量で１〜２
０チ使用する。１喘以上では分散が不十分で、耐食性お
よび耐浸透性が向上しない。使用量が１％以下では、炭
化珪素を添加した効果は現れず、２０係以上では溶湯中
にＳｉ成分の混入量が多くなってしまう。好捷しくは、
５〜１５係である。

シリカ超微粉は、粒度が平均粒径で０．１〜２μｍのも
のを、重量で１〜６係使用する。シリカ質超微粉はシリ
カフラワーまたは非晶質シリカ超微粉等であり、超微粉
は粒子間に入り粒子同士が結合しやすくなるので、低い
温度で焼結できるうえ、隙間が小さくなるので焼結して
も体積の変化が小さくなる。したがって、結合材の使用
量を減らすことができる。シリカ質超微粉の平均粒径が
０．１μｍｍ以下であると、シリカ質超微粉の分散が悪
く、かさが高（なり内張り施工性が悪くなる。また、焼
結性に対する効果は同等であり、０．１μｍ以下のシリ
カ質超微粉は高価となるので経済的ではない。２μｍ以
上では、通常のシリカ質微粉の焼結性と変わらず、内張
り材の焼結強度が不足する。シリカ質超微粉は１〜６係
の範囲で使用する。

１係以下では添加した効果が現れず、６％以上では配合
粉体のかさが大きくなり、施工性が悪くなるとともに、
施工時の充填密度が小さくなる。好ましくは３〜５係で
ある。

残部の耐火材としては、天然珪岩および結合材である。

天然珪岩は、約５輔以下の天然珪岩の粉砕物を粒度調整
して使用する。天然珪岩ば５ｉ０２分の高いのが好まし
い。結合材として、酸化はう素、はう酸、珪酸ソーダ等
の珪酸塩、りん酸アルミニウム等のりん酸塩等の場合が
ある。結合材は高温で骨材と反応して低融性の物質を生
成するので、内張り材の焼結を促進する。しかしながら
、この結合材の使用量を多くすると、耐熱衝撃性を低下
させる欠点がある。結合材は内張り材のシンターのとき
の壁崩れを防止するに必要な強度を内張り材にもたせる
ために添加するのが、本来的な使用目的となっている。

したがって、５　’ｌ’ｏｎ以下のるつぼ形誘導炉のよ
うな壁崩れが比較的起き難い小型炉の場合では結合材を
とくに使用しない場合力１ある。微粉部分が結合材と同
様の焼結作用を有するからである。

本願発明の乾式ラミング材は以上述べた構成を有するの
で、次のような特徴を有する。

１、　ガラス結合焼結層は緻密な組織であるので、炭化
珪素は酸化されずに組織内に残留る。したがつって、ガ
ラス結合焼結層は耐食性、耐熱衝撃性、急急熱急冷時の
亀裂の発生に対する抵抗性および耐浸透性にすぐれるの
で、内張り材の耐用が向上する。

２、　ガラス結合焼結層は緻密なうえに肉厚を厚くでき
るので、亜鉛メッキ鋼板の溶湯中のＺｎ。

Ｍｇ等の蒸気圧の高い成分の浸透を抑制することができ
るので、内張り材の耐用が向上する。

〔実施例〕

第１表屋１〜Ａ７は本発明の実施例であり、屓８〜煮１
０は比較品で従来の酸性乾式ラミング材である。第１表
に示す原料を使用した配合物をよく混合したのち、振動
を加えながら充填し、供試体を作成した。供試体の充填
率は第１表記載の通りであった。　　　　。

次に、供試体を１，０００℃および１，５００℃各３時
間シンターし、冷却後、圧縮強さを測定した。煮６は結
合材を全く使用しないものであり、Ａ２は結合材の添加
量が少ないにもかかわらず、シリカ質超微粉の併用によ
って、圧縮強さは他のものに比べて低値であるが、熱間
曲げ強さは比較品に比べて、高い値を示した。Ａ６、煮
２およびＡ３はシリカ質、超微粉を使用したものである
。Ａ６は結合材を全く使用しないものであり、屋２は結
合材を０．６重量部添加し、Ａ３は１．２重量部添加し
たものである。これらの物性からシリカ質超微粉を使用
したものは、結合材を使用しなくても、焼結性があり、
結合材を増量しても耐食性、耐熱衝撃性および耐浸透性
が向上することが示されている。

耐熱衝撃性については、皿形れんカゝ形状の供試体をシ
ンターシ、アコースチック・エミッション法（ＡＥ法）
で試験した。ＡＥ法は、耐火物に大きな熱応力を急激に
加えたとき耐火物の組織が破壊する際に発生する弾性波
をセンサーでＡＥカウント数で読みとり、その値の大小
で耐熱衝撃性を評価するものである。ＡＥカウント数の
小さいもの程耐熱衝撃性が良好と評価される。本発明品
はいずれも比較品に比べて良好な耐熱衝撃性を示した。

耐食性および耐浸透性については、台形柱状の供試体を
１，０００℃でシンターし、高周波誘導電気炉内のルツ
ボの内側に張り合わせて筒状とし、その筒状の内部に鋳
鉄とスラグを入れて、１，５５０℃で５時間保持して供
試体を溶湯と反応させた。溶湯を排出して冷却後、供試
体をとり出し、スラグによる侵食量および浸透量と、メ
タルによる侵食量および浸透量を測定し、その値をＡ９
を１００とする指数をもって比較した。本発明品は比較
品と比べて、耐食性および耐浸透性について、いずれも
すぐれた値を示した。

以上述べたように本発明の乾式ラミング材は溶融金属お
よび溶融スラグに対する耐食性、耐浸透性および耐熱衝
撃性に優れているので、鋳鉄や合金鉄を溶解するるつぼ
形誘導炉の内張り材、とりわけ間欠操業で溶解する大型
のるつぼ形誘導炉の場合や、亜鉛メッキ鋼板のスクラッ
プを溶解するるつぼ形誘導炉の場合の、内張り材として
適するものである。

第１表

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量で、電融シリカ１０〜９８％、粒度１％以下
   の炭化珪素１〜２０％および残部の耐火材料からなるこ
   とを特徴とするるつぼ形誘導炉用乾式ラミング材
2. （２）重量で、電融シリカ１０〜９８％、粒度１ｍｍ以
   下の炭化珪素１〜２０％、平均粒径０．１μｍのシリカ
   質超微粉を１〜６％および残部の耐火材料からなること
   を特徴とするるつぼ形誘導炉用乾式ラミング材