JP2001097782A

JP2001097782A - マグネシア−炭素質不焼成れんが及びそれを内張りしてなる溶融金属容器

Info

Publication number: JP2001097782A
Application number: JP28142699A
Authority: JP
Inventors: Yoshitoshi Saito; 吉俊齋藤; Koji Kono; 幸次河野; Hiroshi Sakamoto; 浩坂本; Hisashi Nakamura; 壽志中村; Hajime Kasahara; 始笠原; Kimihiko Takeuchi; 公彦竹内; Akiyoshi Maekawa; 明慶前川
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2001-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】ピッチ被覆のマグネシアを使用したマグネシ
ア−炭素質不焼成れんがにおいて、その耐スポール性お
よび耐食性の効果を活かし、かつ耐摩耗性の向上を図
る。【解決手段】Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金5〜80質
量％を含むピッチをもって被覆したマグネシア10〜80質
量％、黒鉛1〜20質量％およびマグネシア10〜60質量％
を含む耐火骨材100質量部に対し、Ａｌ金属および／ま
たはＡｌ系合金を0.5〜5質量部添加し、混練、加圧成形
後、加熱乾燥したマグネシア−炭素質不焼成れんがであ
る。Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金が高温下においてピ
ッチ成分の炭素と反応し、アルミニウムカーバイト（Ａ
ｌ₄Ｃ₃）の生成で被覆ピッチの組織強度が増し、れんが
の耐摩耗性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性、耐スポー
リング性および耐摩耗性に優れたマグネシア−炭素質不
焼成れんがおよびそれを内張りしてなる溶融金属容器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】転炉、取鍋、溶融還元炉、溶解炉、電気
炉、真空脱ガス装置等の内張りとして、マグネシア−炭
素質不焼成れんがが知られている。このれんが材質はマ
グネシアがもつ耐食性と炭素による耐スポーリング性等
の効果が相まって、優れた耐用性を発揮する。

【０００３】しかし、近年の溶鋼処理における溶鋼温度
の高温化・長時間処理等の炉操業の過酷化、あるいは溶
融成分調整剤の添加等により、マグネシア−炭素質不焼
成れんがといえども十分な耐用性が得られない。

【０００４】その対策として、ピッチ被覆のマグネシア
を配合したマグネシア−炭素質不焼成れんがが提案され
ている（例えば特開平6-321626号公報）。

【０００５】マグネシア−炭素質不焼成れんがにおい
て、炭素原料は耐スポーリング性の効果をもつ反面、耐
酸化性低下の原因となる。ピッチ被覆のマグネシアは、
ピッチによる熱衝撃緩衝の作用で耐スポーリング性の向
上を図り、その分、耐酸化性低下の原因となる炭素原料
の割合を低減させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ピッチ被覆の
マグネシアを使用する前記のマグネシア−炭素質不焼成
れんがは、耐食性および耐スポーリング性に優れるもの
の、耐摩耗性に劣る。その結果、溶鋼攪拌、あるいは溶
鋼流の激しい部位での使用では、十分な耐用性が得られ
ない。本発明の目的は、ピッチ被覆のマグネシアを使用
したマグネシア−炭素質不焼成れんがにおいて、その耐
スポール性および耐食性の効果を活かし、かつ耐摩耗性
の向上を図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、 (1)Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金を含むピッチからな
る被覆材で被覆したマグネシアと，残部がマグネシア粒
子とカーボンを主材とした配合物からなるマグネシア−
炭素質不焼成れんが。 (2)前記Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金を被覆材100質量
部に対し内掛けで5〜９0質量％とすることを特徴とする
前記(1)記載のマグネシア−炭素質不焼成れんが。 (3)前記被覆したマグネシアを耐火骨材100質量部に対し
内掛けで５〜80質量％とすることを特徴とする前記(1)
又は(2)記載のマグネシア−炭素質不焼成れんが。 (4)前記残部において、耐火骨材100質量部に対し内掛け
でカーボン1〜20質量％およびマグネシア10〜60質量％
を含む前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載のマグネシア
−炭素質不焼成れんが。 (5)更に、耐火骨材100質量部に対し、Ａｌ金属及び／又
はＡｌ系合金を0.5〜5質量部含有する前記(4)記載のマ
グネシア−炭素質不焼成れんが。 (6)前記残部において、Ｓｉ金属，酸化カルシウム、炭
化珪素、二酸化ケイ素、ガラス粉、チタン、チタン化合
物、ホウ化物、窒化物、アルミニウム繊維及びカーボン
繊維の1種又は2種以上を耐火骨材100質量部に対し、10
質量%以下含有する前記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の
マグネシア−炭素質不焼成れんが。 (7)ピッチが溶剤で希釈されたピッチである前記(1)〜
(6)のいずれか1項に記載のマグネシア−炭素質不焼成れ
んが。 (8)ピッチをもって被覆したマグネシアの粒径が0.5mm以
上である前記(1)〜(7)のいずれか1項に記載のマグネシ
ア−炭素質不焼成れんが。 (9) (1)〜(8)のいずれか1項に記載のマグネシア−炭素
質不焼成れんがを全部または一部に内張りしてなること
を特徴とする溶融金属容器。である。

【０００８】ここで耐火骨材とはAl金属及び／又はAl系
合金を含むピッチからなる被覆材で被覆されたマグネシ
アと、マグネシア粒子及びカーボンを主体とした配合物
と定義する。

【０００９】本発明によるマグネシア−炭素質不焼成れ
んがは、耐摩耗性に優れる。その理由は明確なものでは
ないが、以下のとおりと考えられる。

【００１０】マグネシアに被覆されたピッチは、れんが
使用中の高温下において揮発分が逸散し、内部組織に微
細な空隙が生じ、耐スポーリング性が向上する反面、こ
れが耐摩耗性の低下原因となる。

【００１１】本発明では、Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合
金を添加したピッチをもって被覆する。これらの金属
は、高温下においてピッチ成分の炭素と反応し、アルミ
ニウムカーバイト（Ａｌ₄Ｃ₃）が生成する。そして、こ
のアルミニウムカーバイトが被覆ピッチの組織強度を向
上させることで、前記原因による耐摩耗性低下を防止す
る。

【００１２】炭素含有耐火物においてＡｌ金属を添加
し、黒鉛(カーボン)等の炭素原料とＡｌ金属との反応に
よるアルミニウムカーバイトの生成によって耐火物組織
の緻密化を図ることは既知の技術である(たとえば、耐
火物38，p.232-241，1986)。この耐火物組織の緻密化は
耐食性等に効果をもつ反面、耐スポーリング性にはむし
ろ逆効果である。

【００１３】これに対し、本発明で生成するアルミニウ
ムカーバイトはマグネシアに被覆したピッチの組織強度
を向上させるが、ピッチが黒鉛等の炭素原料に比べて揮
発成分が多いことで、アルミニウムカーバイトによる組
織の緻密化によっても、ピッチからの揮発分の逸散によ
る微細な空隙の形成を損なうものではない。その結果、
この微細な空隙が熱衝撃緩和の作用を持ち、耐スポーリ
ング性にも優れた効果を発揮する。

【００１４】なお、本発明で、質量部、質量％は、それ
ぞれ従来の重量部、重量％と同じ意味内容で用いてい
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明で使用するマグネシアは、
ＭｇＯ：95質量％以上の電融マグネシアあるいは焼結マ
グネシアであることが好ましい。天然マグネシアを使用
してもよいが、ＭｇＯ純度が低いために、使用には前記
した電融マグネシアあるいは焼結マグネシアと組合わせ
ることが好ましい。

【００１６】マグネシアに被覆するピッチは、特に限定
するものではないが、固定炭素10〜70％のものが好まし
い。本発明ではこのピッチにＡｌ金属及び／又はＡｌ系
合金を添加する。Ａｌ系合金の具体例としては、Ａｌ−
Ｍｇ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ等である。

【００１７】ピッチに占めるＡｌ金属及び／又はＡｌ系
合金の割合は、被覆材100質量部に対し内掛けで5〜９0
質量％が好ましい。5質量％未満では、被覆組織の強度が
低く耐摩耗性に劣る。９0質量％を超えると空隙が少な
くなり、耐スポール性に劣る。更に、８０質量％以下が
好ましい。また、これら金属の粒径は例えば500μｍ以
下、更に300μｍ以下であることが好ましい。

【００１８】なお、後述するように本発明ではピッチを
溶剤で希釈して使用することが好ましいが、その場合の
前記金属の割合は、Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金と，
ピッチとその溶剤の合計量に対するものとする。

【００１９】被覆したマグネシアの割合は、耐火骨材に
占める割合で、５質量％未満では耐スポーリング性が低
下し、80質量％を超えると耐酸化性及び耐食性に劣る。
また、このピッチ被覆のマグネシアの更に好ましい割合
は、20〜70質量％である。

【００２０】ピッチを被覆しないマグネシアは、主とし
て微粒として使用する。耐火骨材に占める割合は、10質
量％未満では耐食性に劣り、60質量％を超えると耐スポ
ール性に劣る。

【００２１】カーボンは耐スポーリング性およびスラグ
浸透防止の効果をもつ。その具体例は、りん状黒鉛、土
状黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、ピッチコーク
ス、メソフェーズカーボン、無煙炭、膨張黒鉛等であ
る。

【００２２】耐火骨材に占めるカーボンの割合は、1質
量％未満では炭素が持つ耐スポーリング性およびスラグ
浸透防止の効果が不十分となる。20質量％を超えると強
度や耐摩耗性が低下する。粒度は特に限定するものでは
ないが、0.5ｍｍ以下が好ましい。

【００２３】以上の耐火骨材に対し従来材質と同様、必
要に応じて炭素に対する酸化防止とれんが組織の強度の
向上を目的とし、Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金を添加
する。その割合は耐火骨材100質量部に対し、0.5質量部
未満では酸化防止および組織強度付与の効果がなく、5
質量部を超えると耐スポーリング性が低下する。

【００２４】ここでの金属も、カーボンとの反応性や酸
化防止、強度発現の効果及び耐熱スポーリング性を考慮
して、その粒径は例えば500μｍ以下、好ましくは300μ
ｍ以下である。

【００２５】耐火骨材は、炭素原料とマグネシアが主材
となるが、本発明の効果を損なわない範囲であれば、Ｓ
ｉ金属、酸化カルシウム、炭化珪素、二酸化ケイ素，ガ
ラス粉、チタン、チタン化合物、ホウ化物、窒化物、ア
ルミニウム繊維及びカーボン繊維等の１種又は２種以上
を組合わせてもよい。例えば、炭化珪素を耐火骨材に占
める割合で、10質量％以下組合わせることで、炭化珪素
の熱分解で生成したＳｉＯ₂が耐酸化性を向上させる。

【００２６】マグネシアに対するピッチの被覆に際して
は、ピッチを液状化する必要がある。ピッチの液状化の
方法には、熱溶融と溶剤による希釈がある。熱溶融では
ピッチの種類に合わせて加熱する。希釈では、キノリ
ン、トルエン等の溶剤を添加する。

【００２７】溶剤を使用しないピッチの使用では、ピッ
チを加熱し、熱溶融させた状態でマグネシアに添加して
攪拌混合する。ピッチはその後の冷却でマグネシア表面
に固着する。

【００２８】希釈したピッチは熱溶融によるピッチに比
べ、マグネシア粒に対する被覆厚みがより均一なものと
なり、耐火物組織の均質化が図られ、耐スポーリング性
において一段と優れている。

【００２９】ピッチの希釈において、溶剤の添加量は希
釈後のピッチに占める割合で80質量％以下が好ましい。
更に好ましくは10〜70質量％である。溶剤の割合が少な
すぎるとマグネシア粒表面でのピッチ厚みが不均一とな
り、耐スポーリング性低下の原因となる。また、80質量
％を超えるとピッチ厚みが薄く、この場合も耐スポーリ
ング性においてより十分な効果が得られない。

【００３０】希釈したピッチによる被覆は、マグネシア
にピッチを添加して攪拌混合し、次いで加熱処理するこ
とで、マグネシア表面に固着する。

【００３１】被覆対象のマグネシアは、粗粒，中粒が好
ましい。例えば、０．５ｍｍ以下の微粒に対して被覆し
た場合は、れんが組織内にピッチ成分の逸散で形成され
る空隙が多くなり、耐食性に低下傾向が認められる。

【００３２】混練に際しては以上の配合物にフェノール
樹脂、ピッチ、タール等の結合剤を添加する。その割合
は、耐火骨材100質量部に対し1〜5質量部が好ましい。
混練後は加圧プレスにて任意形状に成形した後、150〜5
00℃程度で加熱乾燥し、不焼成品を得る。

【００３３】

【実施例】以下に本発明実施例と比較例を示す。表1は
各例に使用したピッチ被覆のマグネシアにおける被覆剤
組成を示す。表2は、各例のマグネシア−炭素質不焼成
れんがの配合組成とその試験結果である。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】表1において、ＤおよびＥを除くピッチ被
覆マグネシアは、溶剤としてキノリンを内掛け50質量％
で希釈したピッチを使用した。マグネシアにこの希釈ピ
ッチを添加して攪拌混合後、120℃で加熱乾燥し、ピッ
チ被覆マグネシアを得た。

【００３７】ＤおよびＥは溶剤を使用せず、ピッチを12
0℃の加熱で液状化し、マグネシアに添加後、攪拌混合
して被覆させた。

【００３８】各例は表2に示した配合組成に、耐火骨材1
00質量部に対する割合でフェノール樹脂を4質量部添加
し、混練後、フリクションプレスにて成形し、さらに約
200℃で加熱乾燥して不焼成れんがを得た。試験方法は
次のとおりである。

【００３９】耐食性は、重量比で鋼片：転炉スラグを
1：1で組み合わせたものを誘導炉にて1650℃に溶解し、
この溶解物に試験片を3時間浸漬し、試験片の溶損寸法
を測定した。試験片は縦60mm、横60mm、高さ230mmと
し、溶損寸法は、縦及び横のいずれも5点の残寸を測定
しその平均値と定義した。試験結果は比較例1の溶損寸
法を100とした指数で示し、数値が大きいほど溶損が少
ない。

【００４０】耐摩耗性の試験では、回転炉に耐食性試験
と同一サイズの試験片を内張りし、摩耗寸法は高さ方
向に中央及び中央から上下各５０ｍｍの3点の残寸を測
定しその平均値と定義した。摩耗材としてジルコニアブ
ロック1個（1kg）をこの炉に投入し、1500℃×5hr加熱
下における試験片の摩耗寸法を測定した。試験結果は比
較例1の溶損寸法を100とした指数で示し、数値が大きい
ほど摩耗が少ない。

【００４１】耐スポーリング性は、誘導炉にて1650℃で
溶解した溶鋼に試験片を90秒浸漬後、水中に浸漬する加
熱−水冷を繰り返し、試験片の浸漬部が剥落するまで繰
り返した。試験片の寸法は耐食性試験と同じものを使用
した。

【００４２】実機試験は、本発明例及び比較例の一部を
270ｔ転炉直胴部に厚さ540mmでライニングし、溶鋼3000
ｃｈ処理後の損傷速度を測定した。試験結果は比較例1
の溶損寸法を100とした指数で示し、数値が大きいほど
損傷が少なく、耐用性に優れる。

【００４３】表2の試験結果が示すように、本発明例で
得られたれんがは、耐食性、耐摩耗性および耐スポーリ
ング性のいずれも優れている。中でも、希釈ピッチを使
用した本発明例1〜6が耐スポーリング性において更に優
れている。また、実機試験からは、これらの効果は実機
耐用性の向上に相関することが確認される。

【００４４】なお、ここでの実機試験は転炉について示
したが、本発明実施例は溶鋼鍋のライニングにおいても
同様に優れた耐用性が得られた。

【００４５】これに対し比較例１は、金属を添加しない
ピッチで被覆したマグネシアＥを使用したものであり、
耐摩耗性に劣り、実機試験でも十分な効果が得られな
い。

【００４６】本発明例8は被覆マグネシアの割合が多
く、本発明例1〜7に比べ耐食性および耐酸化性に若干劣
る。本発明例9は被覆マグネシアの割合が少なく、耐ス
ポーリング性が若干劣る。

【００４７】被覆マグネシアにおける金属添加量が少な
い本発明例10は、本発明例1〜7に比べ耐摩耗性が不十分
である。逆に金属添加量が多い本発明例11は、組織強度
が過多となって本発明例1〜7に比べ耐スポーリング性が
若干劣る。

【００４８】本発明例2のマグネシア−炭素質不焼成れ
んがの配合組成において、そこに使用する被覆マグネシ
アのピッチに対するＡｌ金属添加量のみを変化させ、こ
のＡｌ金属の添加量(ピッチに対する内掛け質量％)とれ
んがの耐摩耗性との関係を図1に示す。同表からも、被
覆マグネシアにおけるＡｌ金属の添加が耐摩耗性の向上
に効果を持つことがわかる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によるマグネシア−炭素質不焼成
れんがは、耐食性、耐摩耗性および耐スポーリングを兼
ね備えることで、炉内張りとして、近年の溶鋼処理にお
ける溶鋼温度の高温化・長時間処理等の炉操業の過酷化
においても優れた耐用性を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】ピッチ被覆マグネシアを使用したマグネシア
−炭素質不焼成れんがにおいて、ピッチに対するＡｌ金
属添加量とれんがの耐摩耗性との関係を示すグラフ。

フロントページの続き (72)発明者河野幸次富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者坂本浩室蘭市仲町12番地新日本製鐵株式会社室蘭製鐵所内 (72)発明者中村壽志東海市東海町５−３新日本製鐵株式会社名古屋製鐵所内 (72)発明者笠原始姫路市広畑区富士町１番地新日本製鐵株式会社広畑製鐵所内 (72)発明者竹内公彦兵庫県高砂市荒井町新浜１丁目３番１号ハリマセラミック株式会社内 (72)発明者前川明慶兵庫県高砂市荒井町新浜１丁目３番１号ハリマセラミック株式会社内Ｆターム(参考） 4G030 AA07 AA08 AA37 AA47 AA48 AA60 AA63 AA64 AA66 AA67 BA19 BA20 BA25 BA33 GA35 4G033 AA03 AA04 AA06 AA14 AA17 AA18 AB01 AB08 AB10 AB12 AB25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金を含むピ
ッチからなる被覆材で被覆したマグネシアと，残部がマ
グネシア粒子とカーボンを主材とした配合物からなるマ
グネシア−炭素質不焼成れんが。
【請求項２】前記Ａｌ金属及び／又はＡｌ系合金を被
覆材100質量部に対し内掛けで5〜９0質量％とすること
を特徴とする請求項1記載のマグネシア−炭素質不焼成
れんが。
【請求項３】前記被覆したマグネシアを耐火骨材100
質量部に対し内掛けで５〜80質量％とすることを特徴と
する請求項1又は2記載のマグネシア−炭素質不焼成れん
が。
【請求項４】前記残部において、耐火骨材100質量部
に対し内掛けでカーボン1〜20質量％およびマグネシア1
0〜60質量％を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のマ
グネシア−炭素質不焼成れんが。
【請求項５】更に、耐火骨材100質量部に対し、Ａｌ
金属及び／又はＡｌ系合金を0.5〜5質量部含有する請求
項4記載のマグネシア−炭素質不焼成れんが。
【請求項６】前記残部において、Ｓｉ金属，酸化カル
シウム、炭化珪素、二酸化ケイ素、ガラス粉、チタン、
チタン化合物、ホウ化物、窒化物、アルミニウム繊維及
びカーボン繊維の1種又は2種以上を耐火骨材100質量部
に対し、10質量%以下含有する請求項1〜5のいずれか1項
に記載のマグネシア−炭素質不焼成れんが。
【請求項７】ピッチが溶剤で希釈されたピッチである
請求項1〜6のいずれか1項に記載のマグネシア−炭素質
不焼成れんが。
【請求項８】ピッチをもって被覆したマグネシアの粒
径が0.5mm以上である請求項1〜7のいずれか1項に記載の
マグネシア−炭素質不焼成れんが。
【請求項９】請求項1〜8のいずれか1項に記載のマグ
ネシア−炭素質不焼成れんがを全部または一部に内張り
してなることを特徴とする溶融金属容器。