不焼成炭素含有耐火物
【課題】稼動面のスラグ付着性を付与することにより、高い耐用性を有する不焼成炭素含有耐火物を提供する。
【解決手段】カーボン質原料として黒鉛、ピッチコークス、カーボンブラックなどを０．５〜３０重量％、残部がマグネシア原料を主体とした配合物であり、鉄粉もしくは合金鉄（フェロシリコン、フェロマンガン、フェロクロム、フェロバナジウムなど）を０．１〜１０重量％添加し、混練、成形、乾燥することを特徴とする不焼成炭素含有耐火物である。
【解決手段】カーボン質原料として黒鉛、ピッチコークス、カーボンブラックなどを０．５〜３０重量％、残部がマグネシア原料を主体とした配合物であり、鉄粉もしくは合金鉄（フェロシリコン、フェロマンガン、フェロクロム、フェロバナジウムなど）を０．１〜１０重量％添加し、混練、成形、乾燥することを特徴とする不焼成炭素含有耐火物である。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明はスラグコーティング性に優れた不焼成炭素含有耐火物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネシア・カーボンれんがは転炉、溶鋼鍋、ＲＨをはじめとした溶鉄、溶鋼用容器や精錬設備の内張り材として広く活用されている。
【０００３】
上記マグネシア・カーボンれんがに添加されているカーボンは高熱伝導率でスラグに濡れ難く、れんがに添加した場合に耐熱スポーリング性を付与するという特徴を有しているため、高融点骨材である高純度のマグネシアと組み合わせることにより優れた耐用性を持つれんがを得ることができる。
【０００４】
ところでマグネシア・カーボンれんがの耐用性を決定付ける要因の一つに骨材の純度がある。この純度は主として耐食性に大きく影響を与えるため、溶鋼取鍋のスラグライン部などの激食部に適用されるれんがについては高純度のマグネシアを使用するのが常である。
【０００５】
しかし過酷な条件で使用されるれんがの場合、骨材の高純度化を行っても耐用上問題のあるケースがある。こういった場合については抜本的な対策をとることが難しく、窯炉の条件に合わせた微調整や操業の工夫により耐用の改善が行われてきた。
【０００６】
そういった場合の操業上の一手法にスラグコーティングがある。これは炉壁の表面を薄いスラグの層で覆うことにより、耐火物への直接の負荷を軽減させるもので、アメリカなどでは転炉などの寿命延長に大きな役割を果たしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２１９８２１号公報
【特許文献２】特開平６−１３５７６４号公報
【特許文献３】特開平１１−１８９４６２号公報
【特許文献４】特開平６−２２１７６８号公報
【特許文献５】特開平５−４３３０９号公報
【特許文献６】特開平５−４３３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マグネシア・カーボンれんがは前述のカーボンの持つ特性によりスラグに対して濡れ難いという特徴を持っているため、使用後の炭素含有系れんがの稼動面を観察すると稼動面からスラグが剥がれかけている。この特徴は高カーボン質のものほど高い。
【０００９】
しかしその反面、ノンカーボン系材質から炭素含有系材質に炉壁を変更した場合にスラグ付着が増加するというケースもある。これはカーボンの持つ高熱伝導率に起因するものと考えられる。つまり材質の変更によりれんが自体の熱伝導率が大きくなったため、背面からの抜熱も大きくなりスラグが流れ落ちる前に稼動面でスラグが冷え固まった結果と推定される。
【００１０】
またスラグ付着性の改善にはれんが稼動面の表面状態も重要と考えられる。れんが稼動面へのスラグの付着をより強固なものにするためには稼動面に適度なくぼみを設け、スラグとれんがの接触面積を増すことが有効である。
【００１１】
上記の理由からスラグ付着性に優れたマグネシア・カーボンれんがとはカーボン添加量が少なく、熱伝導率が高く、且つスラグとの接触面積の大きいマグネシア・カーボンれんがである。
【００１２】
本発明は、不焼成炭素含有耐火物に本質的なスラグ付着性を付与することにより更に優れた耐用性を持つ耐火物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はカーボン質原料を０．５〜３０重量％、残部がマグネシア原料を主体とした配合物であり、鉄粉もしくは合金鉄（以下、鉄粉等）を０．１〜１０重量％添加したことを特徴とする不焼成炭素含有耐火物である。
【００１４】
本発明で用いるカーボン質材料は天然黒鉛、ピッチコークス、カーボンブラック等である。本発明においてカーボン量を０．５〜３０重量％と限定する理由は、カーボン量が０．５重量％未満では耐浸潤性及び耐熱スポーリング性が大きく低下し、また３０％を超えて添加する場合には熱間強度の不足や酸化後の組織不良を招くためである。スラグ付着性を得るためには熱伝導率を向上させた低カーボン質（Ｃ＝０．５〜１０重量％）のマグネシア・カーボンれんががもっとも有効であるが、カーボン添加量が上記の範囲内であればたとえ高カーボン質（Ｃ＝１０％超〜３０％）であっても鉄粉の添加に伴う抜熱の強化により十分なスラグ付着性を得ることができる。
【００１５】
マグネシア原料としては天然マグネシア、焼結マグネシア、電融マグネシアなどマグネシアを主体としたものであれば何でも使用可能であり、これらのうちの１種又は２種以上を選び配合することができる。
【００１６】
鉄粉等はアトマイズ鉄粉や還元鉄粉、フェロシリコン、フェロマンガン、フェロクロム、フェロバナジウムなどさまざまなものを使用することができ、従来酸化防止や強度付与に使用されている金属粉とも併用可能である。鉄粉等は熱伝導率が高いため、鉄粉等を添加することによりカーボン量を低減した低カーボン質マグネシア・カーボンれんがでもスラグ付着性の向上に必要な高熱伝導率を得ることができる。鉄粉等の添加量については０．１〜１０％重量％が適正である。鉄粉等の添加量が０．１重量％を下回った場合、れんがの熱伝導率を向上させる効果がほとんど認められず、逆に１０重量％を超えて添加すると加熱時の膨張による組織脆化や耐食性の低下を引き起こす。
【００１７】
添加する鉄粉等の粒度は２００メッシュ（０．０７５ｍｍ）以上１ｍｍ以下のものが望ましい。鉄粉等の粒度を上記のように指定する理由は２００メッシュ未満（０．０７５ｍｍ未満）の粒度で鉄粉等を添加すると耐食性の低下が著しく、１ｍｍ超の粒度で添加した場合には加熱時の膨張によりれんが組織の崩壊を招くためである。また上記範囲内の粒度の鉄粉等を添加すると、れんが使用中に溶鋼や溶鉄、スラグ中に稼動面の鉄粉等が溶出するため、スラグ付着に適した表面のくぼみができスラグ付着性を高めることできる。
【００１８】
添加金属の粒度については例えば特許文献１に同様の粒度で金属マグネシウムを添加するという方法が提示されている。しかし特許文献１で定義される粒度は金属マグネシウムの爆発防止並びに酸化防止剤としての効果を得るためのものであり、本発明の目的とは異なるものである。
【００１９】
金属粉の種類についても多くの発明がなされている。例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６ではＡｌやＳｉ等の金属と同様に鉄粉の使用が可能という方法が提示されている。しかし鉄粉の添加については何れも実施例に具体例が示されていない。また金属粉の添加の目的についても違いがあり、特許文献４ではＴｉＢ２セラミックスの濡れ性改善を目的として金属粉の添加が行われている。特許文献２、特許文献３、特許文献５、特許文献６では金属粉はれんが強度発現や耐酸化性の向上を目的として添加されており、何れも本発明とは目的を異とするものである。特にこれらの発明は金属粉の反応性を高めるために粒度の細かい金属粉が好適とされる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例について説明する。各例は表１および表２に示す配合物および添加物を混練後、フリクションプレスを用いて成形し、２００℃×２４時間加熱乾燥し試験に用いた。
【００２１】
表１に示す耐スラグ浸潤性は１７００℃×４時間、ＣａＯ／ＳｉＯ２重量比（以下、Ｃ／Ｓ）＝１．７のスラグに対するもので、試験後試料の浸潤深さを測定し、従来品Ｎｏ．７を１００として指数化している。数値は小さいほど良好である。
【００２２】
表１、表２に示す耐熱衝撃性は５０×５０×５０ｍｍの試料を１３５０℃の炉内で３０分加熱した後取り出し、冷水中へ１０分間浸漬し、亀裂の有無を確認した。
【００２３】
表２および表３に示す溶損指数は１７００℃×４時間、Ｃ／Ｓ＝１．７のスラグに対するもので、試験後試料の侵食深さを測定し、従来品Ｎｏ．１４（表３ではＮｏ．２１）を１００として指数化している。数値は小さいほど良好である。急加熱時の組織脆化は１４００℃に保持した電気炉内に５０×５０×５０ｍｍに加工した試料を挿入し、３０分保持した後に取り出し組織の様子を観察した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
表１の結果から明らかなように、本発明実施例のうちＮｏ．１〜Ｎｏ．３については鉄粉を添加していない従来品（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８）より高熱伝導化しており、耐浸潤性も優れる結果となった。また耐熱衝撃性については従来品と略同等の結果であった。
【００２８】
これに対し、比較品であるＮｏ．４は本発明品と比べて耐食性と耐熱衝撃性が大幅に低下する結果であった。比較品Ｎｏ．５は熱間曲げ強さが本発明品より大きく低下した。
【００２９】
また表２の結果から明らかなように、本発明実施例のうちＮｏ．９〜Ｎｏ．１１については鉄粉を添加していない従来品（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８）より高熱伝導化しており、耐食性も優れる結果となった。
【００３０】
これに対し、比較品であるＮｏ．１２は同じカーボン量である従来品と略同等の熱伝導率と耐食性を示し、鉄粉添加量が０．１重量％未満では添加効果が発揮されなかった。また本発明品Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１は急加熱した際にも健全な組織を保っていたが、比較品Ｎｏ．１３は過剰な鉄粉添加の影響で急加熱時に組織の崩壊を起こした。
【００３１】
表３を見ると本発明実施例のうちＮｏ．１５〜１８については鉄粉（または合金鉄）を添加していない従来品（Ｎｏ．２１）より耐食性は良好である。また急加熱の際にもれんが組織の脆化は認められなかった。
【００３２】
これに対し１ｍｍ超の鉄粉を添加した比較品Ｎｏ．１９は急加熱時に添加した鉄粉の酸化による膨張を吸収しきれず、組織の崩壊を起こした。また０．０７５ｍｍ未満の鉄粉を添加したＮｏ．２０は著しく耐食性が低下していることがわかる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように本発明により製造される不焼成炭素含有耐火物は、耐熱衝撃性や耐スラグ浸潤性を損ねることなくれんがの熱伝導率を高めることができ、それによってれんがへのスラグコーティング性を付与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明により、スラグによる侵食を受ける溶鋼鍋や転炉等の内張り材として極めて効果的なれんがを提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】
【０００１】
本発明はスラグコーティング性に優れた不焼成炭素含有耐火物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、マグネシア・カーボンれんがは転炉、溶鋼鍋、ＲＨをはじめとした溶鉄、溶鋼用容器や精錬設備の内張り材として広く活用されている。
【０００３】
上記マグネシア・カーボンれんがに添加されているカーボンは高熱伝導率でスラグに濡れ難く、れんがに添加した場合に耐熱スポーリング性を付与するという特徴を有しているため、高融点骨材である高純度のマグネシアと組み合わせることにより優れた耐用性を持つれんがを得ることができる。
【０００４】
ところでマグネシア・カーボンれんがの耐用性を決定付ける要因の一つに骨材の純度がある。この純度は主として耐食性に大きく影響を与えるため、溶鋼取鍋のスラグライン部などの激食部に適用されるれんがについては高純度のマグネシアを使用するのが常である。
【０００５】
しかし過酷な条件で使用されるれんがの場合、骨材の高純度化を行っても耐用上問題のあるケースがある。こういった場合については抜本的な対策をとることが難しく、窯炉の条件に合わせた微調整や操業の工夫により耐用の改善が行われてきた。
【０００６】
そういった場合の操業上の一手法にスラグコーティングがある。これは炉壁の表面を薄いスラグの層で覆うことにより、耐火物への直接の負荷を軽減させるもので、アメリカなどでは転炉などの寿命延長に大きな役割を果たしている。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２１９８２１号公報
【特許文献２】特開平６−１３５７６４号公報
【特許文献３】特開平１１−１８９４６２号公報
【特許文献４】特開平６−２２１７６８号公報
【特許文献５】特開平５−４３３０９号公報
【特許文献６】特開平５−４３３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マグネシア・カーボンれんがは前述のカーボンの持つ特性によりスラグに対して濡れ難いという特徴を持っているため、使用後の炭素含有系れんがの稼動面を観察すると稼動面からスラグが剥がれかけている。この特徴は高カーボン質のものほど高い。
【０００９】
しかしその反面、ノンカーボン系材質から炭素含有系材質に炉壁を変更した場合にスラグ付着が増加するというケースもある。これはカーボンの持つ高熱伝導率に起因するものと考えられる。つまり材質の変更によりれんが自体の熱伝導率が大きくなったため、背面からの抜熱も大きくなりスラグが流れ落ちる前に稼動面でスラグが冷え固まった結果と推定される。
【００１０】
またスラグ付着性の改善にはれんが稼動面の表面状態も重要と考えられる。れんが稼動面へのスラグの付着をより強固なものにするためには稼動面に適度なくぼみを設け、スラグとれんがの接触面積を増すことが有効である。
【００１１】
上記の理由からスラグ付着性に優れたマグネシア・カーボンれんがとはカーボン添加量が少なく、熱伝導率が高く、且つスラグとの接触面積の大きいマグネシア・カーボンれんがである。
【００１２】
本発明は、不焼成炭素含有耐火物に本質的なスラグ付着性を付与することにより更に優れた耐用性を持つ耐火物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明はカーボン質原料を０．５〜３０重量％、残部がマグネシア原料を主体とした配合物であり、鉄粉もしくは合金鉄（以下、鉄粉等）を０．１〜１０重量％添加したことを特徴とする不焼成炭素含有耐火物である。
【００１４】
本発明で用いるカーボン質材料は天然黒鉛、ピッチコークス、カーボンブラック等である。本発明においてカーボン量を０．５〜３０重量％と限定する理由は、カーボン量が０．５重量％未満では耐浸潤性及び耐熱スポーリング性が大きく低下し、また３０％を超えて添加する場合には熱間強度の不足や酸化後の組織不良を招くためである。スラグ付着性を得るためには熱伝導率を向上させた低カーボン質（Ｃ＝０．５〜１０重量％）のマグネシア・カーボンれんががもっとも有効であるが、カーボン添加量が上記の範囲内であればたとえ高カーボン質（Ｃ＝１０％超〜３０％）であっても鉄粉の添加に伴う抜熱の強化により十分なスラグ付着性を得ることができる。
【００１５】
マグネシア原料としては天然マグネシア、焼結マグネシア、電融マグネシアなどマグネシアを主体としたものであれば何でも使用可能であり、これらのうちの１種又は２種以上を選び配合することができる。
【００１６】
鉄粉等はアトマイズ鉄粉や還元鉄粉、フェロシリコン、フェロマンガン、フェロクロム、フェロバナジウムなどさまざまなものを使用することができ、従来酸化防止や強度付与に使用されている金属粉とも併用可能である。鉄粉等は熱伝導率が高いため、鉄粉等を添加することによりカーボン量を低減した低カーボン質マグネシア・カーボンれんがでもスラグ付着性の向上に必要な高熱伝導率を得ることができる。鉄粉等の添加量については０．１〜１０％重量％が適正である。鉄粉等の添加量が０．１重量％を下回った場合、れんがの熱伝導率を向上させる効果がほとんど認められず、逆に１０重量％を超えて添加すると加熱時の膨張による組織脆化や耐食性の低下を引き起こす。
【００１７】
添加する鉄粉等の粒度は２００メッシュ（０．０７５ｍｍ）以上１ｍｍ以下のものが望ましい。鉄粉等の粒度を上記のように指定する理由は２００メッシュ未満（０．０７５ｍｍ未満）の粒度で鉄粉等を添加すると耐食性の低下が著しく、１ｍｍ超の粒度で添加した場合には加熱時の膨張によりれんが組織の崩壊を招くためである。また上記範囲内の粒度の鉄粉等を添加すると、れんが使用中に溶鋼や溶鉄、スラグ中に稼動面の鉄粉等が溶出するため、スラグ付着に適した表面のくぼみができスラグ付着性を高めることできる。
【００１８】
添加金属の粒度については例えば特許文献１に同様の粒度で金属マグネシウムを添加するという方法が提示されている。しかし特許文献１で定義される粒度は金属マグネシウムの爆発防止並びに酸化防止剤としての効果を得るためのものであり、本発明の目的とは異なるものである。
【００１９】
金属粉の種類についても多くの発明がなされている。例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６ではＡｌやＳｉ等の金属と同様に鉄粉の使用が可能という方法が提示されている。しかし鉄粉の添加については何れも実施例に具体例が示されていない。また金属粉の添加の目的についても違いがあり、特許文献４ではＴｉＢ２セラミックスの濡れ性改善を目的として金属粉の添加が行われている。特許文献２、特許文献３、特許文献５、特許文献６では金属粉はれんが強度発現や耐酸化性の向上を目的として添加されており、何れも本発明とは目的を異とするものである。特にこれらの発明は金属粉の反応性を高めるために粒度の細かい金属粉が好適とされる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例について説明する。各例は表１および表２に示す配合物および添加物を混練後、フリクションプレスを用いて成形し、２００℃×２４時間加熱乾燥し試験に用いた。
【００２１】
表１に示す耐スラグ浸潤性は１７００℃×４時間、ＣａＯ／ＳｉＯ２重量比（以下、Ｃ／Ｓ）＝１．７のスラグに対するもので、試験後試料の浸潤深さを測定し、従来品Ｎｏ．７を１００として指数化している。数値は小さいほど良好である。
【００２２】
表１、表２に示す耐熱衝撃性は５０×５０×５０ｍｍの試料を１３５０℃の炉内で３０分加熱した後取り出し、冷水中へ１０分間浸漬し、亀裂の有無を確認した。
【００２３】
表２および表３に示す溶損指数は１７００℃×４時間、Ｃ／Ｓ＝１．７のスラグに対するもので、試験後試料の侵食深さを測定し、従来品Ｎｏ．１４（表３ではＮｏ．２１）を１００として指数化している。数値は小さいほど良好である。急加熱時の組織脆化は１４００℃に保持した電気炉内に５０×５０×５０ｍｍに加工した試料を挿入し、３０分保持した後に取り出し組織の様子を観察した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
【表２】
【００２６】
【表３】
【００２７】
表１の結果から明らかなように、本発明実施例のうちＮｏ．１〜Ｎｏ．３については鉄粉を添加していない従来品（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８）より高熱伝導化しており、耐浸潤性も優れる結果となった。また耐熱衝撃性については従来品と略同等の結果であった。
【００２８】
これに対し、比較品であるＮｏ．４は本発明品と比べて耐食性と耐熱衝撃性が大幅に低下する結果であった。比較品Ｎｏ．５は熱間曲げ強さが本発明品より大きく低下した。
【００２９】
また表２の結果から明らかなように、本発明実施例のうちＮｏ．９〜Ｎｏ．１１については鉄粉を添加していない従来品（Ｎｏ．６〜Ｎｏ．８）より高熱伝導化しており、耐食性も優れる結果となった。
【００３０】
これに対し、比較品であるＮｏ．１２は同じカーボン量である従来品と略同等の熱伝導率と耐食性を示し、鉄粉添加量が０．１重量％未満では添加効果が発揮されなかった。また本発明品Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１１は急加熱した際にも健全な組織を保っていたが、比較品Ｎｏ．１３は過剰な鉄粉添加の影響で急加熱時に組織の崩壊を起こした。
【００３１】
表３を見ると本発明実施例のうちＮｏ．１５〜１８については鉄粉（または合金鉄）を添加していない従来品（Ｎｏ．２１）より耐食性は良好である。また急加熱の際にもれんが組織の脆化は認められなかった。
【００３２】
これに対し１ｍｍ超の鉄粉を添加した比較品Ｎｏ．１９は急加熱時に添加した鉄粉の酸化による膨張を吸収しきれず、組織の崩壊を起こした。また０．０７５ｍｍ未満の鉄粉を添加したＮｏ．２０は著しく耐食性が低下していることがわかる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように本発明により製造される不焼成炭素含有耐火物は、耐熱衝撃性や耐スラグ浸潤性を損ねることなくれんがの熱伝導率を高めることができ、それによってれんがへのスラグコーティング性を付与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明により、スラグによる侵食を受ける溶鋼鍋や転炉等の内張り材として極めて効果的なれんがを提供することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボン質原料を０．５〜３０％、残部がマグネシア原料を主体とした配合物であり、鉄粉もしくは合金鉄を０．１〜１０重量％添加したことを特徴とする不焼成炭素含有耐火物。
【請求項１】
カーボン質原料を０．５〜３０％、残部がマグネシア原料を主体とした配合物であり、鉄粉もしくは合金鉄を０．１〜１０重量％添加したことを特徴とする不焼成炭素含有耐火物。
【公開番号】特開２０１０−５９０３７（Ｐ２０１０−５９０３７Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５７８４１（Ｐ２００８−２５７８４１）
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００００１９７１）品川リフラクトリーズ株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【出願人】（０００００１９７１）品川リフラクトリーズ株式会社 (112)
【Ｆターム（参考）】
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