JP2000178074A

JP2000178074A - 高炉樋用キャスタブル耐火物

Info

Publication number: JP2000178074A
Application number: JP10356449A
Authority: JP
Inventors: Takashi Suzuki; 孝鈴木; Yoshinobu Saikai; 嘉宣西海
Original assignee: Harima Ceramic Co Ltd
Current assignee: Harima Ceramic Co Ltd
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2000-06-27

Abstract

(57)【要約】【課題】高寿命の高炉樋用キャスタブル耐火物を得
る。【解決手段】耐火骨材組成が、炭素1〜20ｗｔ％、Ｍ
ｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系仮焼スピネル超微粉1〜20ｗｔ％、
炭化珪素0〜20ｗｔ％及びアルミナ20〜95ｗｔ％を含む
高炉樋用キャスタブル耐火物。仮焼スピネル超微粉が高
炉スラグの粘性を高め、スラグが耐火物組織内に浸透し
難くなることで、耐スラグ性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉樋の内張りと
して使用するキャスタブル耐火物に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉樋は、高炉から出銑した溶銑が取
鍋、混銑車等に至る通路の役割をもつ。その内張りは、
施工性の面から近年はキャスタブル耐火物が使用されて
いる。また、材質はアルミナ-炭化珪素-炭素質（特開平
3-164479号公報）、アルミナ-スピネル-炭化珪素-炭素
質（特開平5-339065号公報）等が主流である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の樋用キ
ャスタブル耐火物は、近年における高炉操業の過酷化等
の影響もあってその耐用寿命は決して十分なものではな
く、出銑作業の効率化、耐火物原単位の低減等から、さ
らに高寿命の材質が強く求められている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の要望に
応える高炉樋用キャスタブル耐火物を提供することを目
的とする。その特徴とするところは、耐火骨材組成が、
炭素1〜20ｗｔ％、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系仮焼スピネル
超微粉1〜20ｗｔ％、炭化珪素0〜20ｗｔ％及びアルミナ
20〜95ｗｔ％を含む高炉樋用キャスタブル耐火物であ
る。また、耐火骨材組成が、炭素1〜20ｗｔ％、ＭｇＯ
・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル1〜70ｗｔ％、炭化珪素0〜20ｗ
ｔ％、アルミナ20〜95ｗｔ％を含み、かつ耐火骨材100
ｗｔ％に占める割合で、前記スピネルのうち1〜20ｗｔ
％がＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系仮焼スピネル超微粉とした高
炉樋用キャスタブル耐火物である。

【０００５】高炉樋は溶銑と共にスラグが流通する。従
来材質において炭化珪素は、耐スラグ侵食性に優れてい
ることから、樋内張りのうち、少なくともスラグライン
部の材質においては炭化珪素の使用が不可欠である。し
かし、スラグライン部の下方に位置するメタルライン部
の内張りの場合、炭化珪素を使用すると炭化珪素は使用
中の高温下で分解し、Ｓｉ成分が溶銑中に溶解し、耐食
性低下の原因となる。

【０００６】メタルライン部とスラグライン部との界面
は通銑状況によってある程度の幅をもって上下に推移す
る。メタルライン部の内張りにおいて炭化珪素は本来好
ましくないが、メタルライン部もスラグライン部との界
面近傍においてはスラグによる損耗作用を受けるため、
従来材質ではメタルライン部にも耐スラグ性付与を目的
として炭化珪素を使用している。

【０００７】図１は高炉樋の長さ方向に対する直角断面
であって、内張りの損耗状況を模式的に示したものであ
る。図において（1）はスラグ、（2）溶銑である。内張
りはこれに対応し、（3）がスラグライン部、（4）がメ
タルライン部（4）である。なお、鉄皮（5）と内張りと
の間には通常、パーマれんが（6）が介在されている。
また、点線Ａは損耗前の内張り内面位置である。

【０００８】本発明の樋用キャスタブル耐火物は、仮焼
スピネル超微粉を適量使用したことにより、炭化珪素を
使用しないか又は低減した場合でも、耐スラグ性に優れ
た効果を発揮する。その結果、特にメタルライン部の内
張りにおいて、その耐用寿命が著しく向上する。

【０００９】高炉スラグはＣａＯ・ＳｉＯ_２系スラグで
ある。仮焼スピネル超微粉がこのスラグ成分と反応する
ことで、スラグの融点を高めることにより、スラグの粘
性が高くなる。そして、粘性が高なったスラグは耐火物
組織内へ浸透し難くなり、このことが耐スラグ性を向上
させるものと考えられる。

【００１０】しかしその反面、仮焼スピネル超微粉がも
つこの耐スラグ性は、炭化珪素の共存下ではその効果が
低下する。これは、スピネル成分中のＭｇＯ成分が炭化
珪素の酸化を促進し、この炭化珪素の酸化で生じたＳｉ
Ｏ_２が材料を構成する耐火骨材と反応し、耐食性低下の
原因となるＳｉＯ_２系の低融物を生成するためと考えら
れる。そこで、本発明においては炭化珪素の使用は好ま
しくなく、使用するとしても耐火骨材中に占める割合で
20ｗｔ％以下に留めることが必要である。さらに好まし
くは10ｗｔ％以下である。

【００１１】上述した本発明の耐スラグ性の効果は、通
常の焼結スピネルでは得ることができない。仮焼スピネ
ル超微粉の使用によって初めて発揮される。これは、仮
焼スピネル超微粉は比較的低温域での焼成処理されたも
のであり、しかも比表面積が大きいことから、スラグと
の反応性が高いためと思われる。

【００１２】耐火原料として一般に使用される焼結スピ
ネルは、高耐食性、高耐火性等を得るために他の塩基性
耐火原料あるいは中性耐火原料と同様、1700℃以上の高
温で焼成処理され、仮焼スピネル超微粉に比べてスラグ
との反応性が低い。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明で使用するＭｇＯ・Ａｌ_２
Ｏ_３系仮焼スピネル超微粉の製造方法は特に限定されな
い。例えば、仮焼アルミナ、水酸化アルミニウム等のア
ルミナ源と軽焼マグネシア、水酸化マグネシウム等のマ
グネシア源とを任意の割合で混合し、低温度域で焼成
後、微粉砕して得る。焼成温度は1600℃以下が好まし
い。1600℃を超えると活性度が低下し、高炉スラグと反
応して融点を高める効果が乏しい。焼成温度の下限は、
アルミナとマグネシアの相互の反応でスピネル結合を生
じさせるために1100℃が好ましい。最も好ましい焼成温
度は1100〜1500℃である。

【００１４】この仮焼スピネル超微粉の化学組成におけ
るＭｇＯ成分とＡｌ_２Ｏ_３成分の割合はスピネル理論値
のものに限らず、例えばＭｇＯ：10〜35ｗｔ％、残部が
Ａｌ _２Ｏ_３主体のものが使用できる。ＭｇＯが多過ぎる
と施工時にＭｇＯの水和の問題があり、好ましくない。

【００１５】仮焼スピネル超微粉の平均粒径は5μｍ以
下が好ましい。平均粒径が5μｍを超えるとスラグとの
反応性に乏しく、本発明における耐スラグ性向上の効果
が不十分となる。さらに好ましい平均粒径は0.２〜3μ
ｍである。平均粒径が0.２μｍ以下であっても本発明の
効果は得られるが、粉砕に要する労力によって生産性の
面から好ましくない。また、平均粒径の特定化は例えば
レーザー式粒度分布測定器で行うことができる。

【００１６】耐火骨材に占める仮焼スピネル超微粉の割
合は、1ｗｔ％未満では耐スラグ性の効果に劣り、20ｗ
ｔ％を超えると耐火物組織が過焼結による耐スポーリン
グ性の低下を招く。

【００１７】スピネルは前記した仮焼スピネル超微粉と
共に、通常の焼結スピネル、電融スピネル等を組み合わ
せ使用することができる。しかしその場合、前記した超
微粉も含めたスピネル全体の割合は1〜70ｗｔ％とす
る。70ｗｔ％を超えると耐スポーリング性が低下して好
ましくない。

【００１８】また、前記したように通常の焼結スピネ
ル、電融スピネル等を組み合わせ使用した場合でも、本
発明の効果を得るために仮焼スピネル超微粉の割合は、
耐火骨材全体に対する割合で1〜20ｗｔ％であることが
必要である。

【００１９】炭素は耐スポーリング性付与の効果を持
つ。また、スラグ浸透防止および溶銑浸透防止の効果を
併せ持つ。具体的な材質は、ピッチ、カーボンブラッ
ク、人造黒鉛、りん状黒鉛、土状黒鉛、コークス等であ
る。耐火骨材中に占める割合は、1ｗｔ％未満では炭素
がもつ効果が得られず、20ｗｔ％を超えると酸化による
耐食性の低下を招く。

【００２０】炭化珪素は耐スラグ浸透性の効果をもつ。
しかし、本発明は仮焼スピネル超微粉がその役割を有す
ることから、この炭化珪素は必ずしも使用する必要がな
い。また、炭化珪素を仮焼スピネル超微粉と一緒に使用
すると、炭化珪素が酸化されやすくなり、生成したＳｉ
Ｏ_２が材料の耐食性を低下させるため、使用する場合で
もその割合は15ｗｔ％以下とする。さらに好ましくは、
10ｗｔ％以下である。また、炭化珪素のうちでも粒径が
小さいものは反応性が高いことから、特に少なくするこ
とが必要である。

【００２１】残部を占めるアルミナは、容積安定性、耐
食性等の効果をもつ。具体例は、焼結アルミナ、電融ア
ルミナ、ばん土けつ石、ボーキサイト等である。この内
でも、品質が安定している焼結アルミナ、電融アルミナ
等の合成品が好ましい。また、微粉部には仮焼アルミナ
を使用してもよい。

【００２２】アルミナの耐火骨材中に占める割合は、他
の耐火骨材の割合との兼ね合いから、20ｗｔ％未満では
容積安定性に劣り、亀裂および剥離が生じやすい。95ｗ
ｔ％を超えると耐食性に劣る。耐火骨材は本発明の効果
を損わない範囲であれば、マグネシア、マグネシア-カ
ルシア、ジルコン、ジルコニア、クロム鉱、窒化珪素、
シリカ、シリカフラワー、シリカ−アルミナ、ムライ
ト、酸化クロム等を少量併用してもよい。

【００２３】耐火骨材以外の配合物としては、結合剤、
分散剤、乾燥促進剤、金属ファイバー、酸化防止剤、増
粘剤、耐火粗大粒子等である。結合剤はアルミナセメン
ト、マグネシアセメント等であり、その添加割合は、耐
火骨材100ｗｔ％に対する外掛けで1〜15ｗｔ％が好まし
い。

【００２４】分散剤は耐火物の施工時の流動性を付与す
る。具体例としては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメ
タリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキ
サメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダ、ポリ
メタリン酸塩などの無機塩、クエン酸ソーダ、酒石酸ソ
ーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ポリ
カルボン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩類、ナフタ
リンスルフォン酸等である。耐火骨材１００ｗｔ％に対
し、外掛け０．０１〜1ｗｔ％程度添加される。

【００２５】乾燥促進剤としては、有機質ファイバー、
発泡剤、塩基性乳酸アルミニウム、金属アルミニウム等
である。有機質ファイバーの具体例は、ビニロン（ポリ
ビニールアルコールを含む）、レーヨン、ポリエステ
ル、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンなどの高
分子有機質ファイバーである。酸化防止剤は、シリコ
ン、マグネシウム等の金属粉、ホウ化物、ガラス粉等で
ある。増粘剤は粘土、ベントナイト、ＣＭＣ等である。

【００２６】また、耐火粗大粒子は耐火物組織に発生し
た亀裂の進展を防止する役割をもつ。耐火骨材の粒径は
最大5〜8ｍｍであって、密充填の耐火物組織が得られる
ようにこの粒径以下の範囲で粗粒、中粒、微粒に調整さ
れる。耐火粗大粒子は、この耐火骨材よりさらに粒径が
大きく、粒径の大きさでは耐火物組織内で突出してお
り、耐火骨材とは明確に区別される。

【００２７】耐火粗大粒子の粒径は耐火骨材の粒径との
兼ね合いもあるが、10〜50ｍｍが好ましい。その材質
は、アルミナ、スピネル、炭化珪素あるいはこれらを主
材とした耐火物廃材を使用することができる。その割合
は、40ｗｔ％以下、好ましくは10〜30ｗｔ％である。

【００２８】本発明の樋用キャスタブル耐火物の施工は
従来材質と同様、施工水を外掛け４〜８ｗｔ％程度を添
加・混合し、樋外殻と中子との間に流し込み施工され
る。施工時には、充填性を高めるためにバイブレータに
よって加振するのが好ましい。本発明の材質は樋の内張
りの中でもメタルライン部の材質として特に好ましいこ
とから、メタルライン部の内張りにのみ使用し、スラグ
ライン部は他の材質にしてもよい。また、樋の新規な内
張り、樋使用後の継ぎ足し施工のいずれにも使用できる
ことはもちろんである。

【００２９】

【実施例】表１は、本発明実施例と比較例で使用した耐
火骨材の化学成分である。また、超微粉については平均
粒径、スピネルについてはさらに焼成温度を併記した。
表2および表3は本発明実施例と比較例について、その配
合組成と試験結果を示す。試験方法は以下のとおりであ
る。

【００３０】耐食性：表２、表3に示す各配合組成に施
工水を外掛け5〜6ｗｔ％添加し、混練後、振動を付与し
た型枠に流し込み、成形した。次いで養生・乾燥し、試
験サンプルを得た。各サンプルを高周波炉に内張りし、
この高周波炉内において銑鉄：高炉スラグ（ＣａＯ:43.
4ｗｔ％、ＳｉＯ_２:33.5ｗｔ％を含む）＝30：1よりな
る侵食剤を１600℃で溶解し、最大溶損部位日の寸法を
測定した。

【００３１】耐スポーリング性：窒素ガスによる非酸化
性雰囲気下で1500℃に加熱後、空冷し、これを繰り返
し、亀裂の発生状況を三段階で（○…優れる。△…劣
る。×…大きく劣る。）評価した。

【００３２】実機試験；高炉大樋のメタルライン部に厚
さ300ｍｍをもって流し込み施工し、約30,000ｔ通銑
後、最大損耗部位の損耗寸法を測定して損耗速度を求め
た。

【００３３】

【表1】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】また図2は、仮焼スピネル超微粉の添加割
合と耐火物の耐食性との関係をグラフ化したものであ
る。この試験は実施例2の配合組成を基本とし、仮焼ス
ピネル超微粉の割合を変化させて行ったものである。溶
損寸法は仮焼スピネル超微粉の割合が0wt％の場合を100
とした指数で示し、数値が小さいほど耐食性に優れる。

【００３７】表２の試験結果が示すように、本発明実施
例は高炉樋の内張りに求められる耐食性および耐スポー
リング性を兼ね備えている。その結果、実機による耐用
性が従来材質に比べて格段に向上している。また、中で
も炭化珪素を使用しないか、または炭化珪素の割合が10
ｗｔ％以下のものは耐食性が一層優れている。

【００３８】これに対し表3に示した比較例1はスピネル
を使用しているが、仮焼スピネル超微粉でないことか
ら、耐食性に劣る。仮焼スピネル超微粉を含めスピネル
を一切使用していない比較例2についても、耐食性に劣
る。仮焼スピネル超微粉の割合が多い比較例3は耐スポ
ーリング性に劣り、表には示していないが、実機試験に
おいて亀裂の発生伴う地金差しが著しく、安定使用が懸
念された。

【００３９】比較例4は炭化珪素の割合が多く、耐食性
に劣る。比較例5は炭素を配合しておらず、耐スポーリ
ング性が大きく劣る。仮焼スピネル超微粉を含めスピネ
ル全体の割合が多い比較例6についても、耐スポーリン
グ性に劣り、前記比較例3の場合と同様、地金差しによ
って安定使用が懸念された。

【００４０】また、図2のグラフからは、仮焼スピネル
超微粉が本発明の範囲で限定した範囲内で耐食性に優れ
ていることが確認される。なお、仮焼スピネル超微粉の
割合が本発明の上限を超えるものは耐食性にはそん色が
ないが、耐スポーリング性が低下し、結局は耐用寿命に
劣る。

【００４１】

【発明の効果】本発明の高炉樋用キャスタブル耐火物
は、以上の実施例の試験結果が示すように耐用寿命に優
れている。その結果、出銑作業の効率化、耐火物原単位
の低減等に寄与し、その産業的価値はきわめて高いもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉樋の長さ方向に対する直角断面であり、内
張りの損耗状況を模式的に示したものである。

【図２】仮焼スピネル超微粉の使用量と耐火物の耐食性
（溶損指数で表示）との関係をグラフ化したものであ
る。

【符号の説明】

1 スラグ 2 溶銑 3 スラグライン部 4 メタルライン部 5 鉄皮 6 パーマれんが

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年２月２日（１９９９．２．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【0032】実機試験；高炉大樋のメタルライン部に厚さ30
0ｍｍをもって流し込み施工し、約30,000ｔ通銑後、最
大損耗部位の損耗寸法を測定して損耗速度を求めた。10
00×損耗寸法／通銑量＝損耗速度（ｍｍ／100ｔ）。な
お、試験結果の欄が空欄のものは、試験しなかったこと
を示す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【0034】

【表2】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【0035】

【表3】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐火骨材組成が、炭素1〜20ｗｔ％、Ｍ
ｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系仮焼スピネル超微粉1〜20ｗｔ％、
炭化珪素0〜20ｗｔ％及びアルミナ20〜95ｗｔ％を含む
高炉樋用キャスタブル耐火物。
【請求項２】耐火骨材組成が、炭素1〜20ｗｔ％、Ｍ
ｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル1〜70ｗｔ％、炭化珪素0〜
20ｗｔ％、アルミナ20〜95ｗｔ％を含み、かつ耐火骨材
100ｗｔ％に占める割合で、前記スピネルのうち1〜20ｗ
ｔ％をＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系仮焼スピネル超微粉とした
高炉樋用キャスタブル耐火物。
【請求項３】ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系仮焼スピネル超微
粉の平均粒径が5μｍ以下である請求項１又は2記載の高
炉樋用キャスタブル耐火物。
【請求項４】ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系仮焼スピネル超微
粉の焼成温度が1600℃以下である請求項１から3項のい
ずれか1項に記載の高炉樋用キャスタブル耐火物。
【請求項５】高炉樋用キャスタブル耐火物が、高炉樋
メタルライン用である請求項１から４項のいずれか1項
に記載の高炉樋用キャスタブル耐火物。