JP4433514B2 - マグネシア−炭素質不焼成れんがで内張りした溶鋼真空脱ガス処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネシア−炭素質不焼成れんがで内張りした溶鋼真空脱ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼容器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、優れた耐用性を示す。
【０００３】
その反面、れんがの炭素成分が溶鋼中に溶出するカーボンピックアップにより、鋼製品の品質低下を招く。特に、溶鋼真空脱ガス処理装置の内張りにおいては、真空脱ガス処理装置が溶鋼処理の最終工程に近い位置にあるため、この問題は深刻である。
【０００４】
そこで、マグネシア−炭素質不焼成れんがの炭素含有量を15ｗｔ％以下にしてカーボンピックアップを抑え、しかも炭素低減に伴う耐スポーリング性の低下を膨張黒鉛で解決することが提案されている（例えば特開平 8-81256号公報、特開平 9-41031号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
膨張黒鉛は、りん状黒鉛を数十倍又は数百倍に膨張させたものである。耐火物への添加は、これを薄肉に粉砕した状態で行われている。膨張黒鉛は、同じ炭素含有量でも粒子数が増えることで耐火物組織内に黒鉛が間断なく分布するため、カーボンピックアップの原因となる炭素成分を増やすことなく耐スポーリング性を向上させることができる。
【０００６】
しかし、膨張黒鉛はりん状黒鉛等に比べて組織強度が小さく、また薄肉微粒子であることで、この膨張黒鉛を配合したれんが材質は耐摩耗性に劣る欠点があった。このため、例えば真空脱ガス装置の内張りとして従来の膨張黒鉛入りマグネシア−炭素質れんがを使用した場合、真空脱ガス装置内の激しい溶鋼環流による摩耗の進行が早く、耐用性の低下を招いていた。
【０００７】
本発明は、膨張黒鉛を配合したマグネシア−炭素質不焼成れんがで内張りされた溶鋼真空脱ガス処理装置において、上記従来の問題を解決することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る溶鋼真空脱ガス処理装置の内張りに使用しているマグネシア−炭素質不焼成れんがは、耐火骨材に金属粉および結合剤を添加して製造されたものであり、前記耐火骨材は、厚さ12μｍ以下の薄肉膨張黒鉛１〜12ｗｔ％、粒径 150メッシュ（タイラー標準篩）以下の炭化珪素 0.5〜10ｗｔ％、残部はマグネシアを主体として 100ｗｔ％が構成されており、前記組成の耐火骨材 100ｗｔ％に対し前記金属粉が外掛けで１〜10ｗｔ％添加されている。
【０００９】
請求項２の発明に係る溶鋼真空脱ガス処理装置の内張りに使用しているマグネシア−炭素質不焼成れんがは、耐火骨材に金属粉および結合剤を添加して製造されたものであり、前記耐火骨材は、厚さ12μｍ以下の薄肉膨張黒鉛１〜12ｗｔ％、前記薄肉膨張黒鉛以外の炭素原料10ｗｔ％以下、粒径 150メッシュ（タイラー標準篩）以下の炭化珪素 0.5〜10ｗｔ％、残部はマグネシアを主体として 100ｗｔ％が構成されており、かつ、前記薄肉膨張黒鉛を含めた前記炭素原料の合量を15ｗｔ％以下としており、前記組成の耐火骨材 100ｗｔ％に対し前記金属粉が外掛けで１〜10ｗｔ％添加されている。
【００１０】
本発明によるマグネシア−炭素質不焼成れんがは、耐摩耗性において優れた効果を示すが、その理由は以下のとおりと考えられる。
【００１１】
炭化珪素はそれ自体としては耐摩耗性に優れた耐火原料であり、本発明において炭化珪素を配合したのは、れんが材質の耐摩耗性向上を目的としている。しかし、炭化珪素は高温下でＳｉＣ＋Ｏ2 →ＳｉＯ2 ＋Ｃの酸化反応を生じ、二酸化珪素を生成する性質がある。炭化珪素にこの酸化反応が生じると耐摩耗性付与の効果が損なわれるばかりか、生成した二酸化珪素が耐食性低下の原因となる。
【００１２】
本発明では、薄肉膨張黒鉛の存在によって炭化珪素の酸化反応が抑制され、耐摩耗性と耐食性とを向上できる。すなわち、薄肉膨張黒鉛が扁平かつ可撓性で、しかも前記したように粒子数が多いことにより、本発明ではこの膨張黒鉛の包囲による還元雰囲気で炭化珪素の酸化が抑制され、その結果、炭化珪素がもつ耐摩耗性がいかんなく発揮され、膨張黒鉛使用による耐摩耗性低下の問題を改善することができると考えられる。
【００１３】
また、マグネシア−炭素質不焼成れんがは、使用時の高温下でマグネシア−カーボン反応（ＭｇＯ＋Ｃ→Ｍｇ＋ＣＯ）が進行すると組織が脆弱化するが、本発明はこの点も抑制できる。すなわち、薄肉膨張黒鉛は比表面積が大きいためにマグネシア−カーボン反応が生じやすく、耐摩耗性低下の一因となるが、本発明では、前記したように薄肉膨張黒鉛によって炭化珪素の酸化を抑制しつつ、炭化珪素がマグネシアと薄肉膨張黒鉛との隔壁となってマグネシア−カーボン反応が抑制され、その結果、薄肉膨張黒鉛の使用にもかかわらず耐摩耗性に優れていると考えられる。
【００１４】
このように、本発明によるマグネシア−炭素質不焼成れんがは、薄肉膨張黒鉛及び炭化珪素の使用により、黒鉛量を増やすことなくその性質を発揮できるため、耐摩耗性に優れた効果を発揮しつつ、耐スポーリング性を向上させることができると考えられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
既述のとおり、膨張黒鉛は、りん状黒鉛をその組織間に硫酸などを含ませた状態で急激に加熱し、数十倍あるいは百倍以上に膨張させたものである。市販品からも入手することができる。本発明ではこの膨張黒鉛を粉砕し、厚さ12μｍ以下の薄肉膨張黒鉛として使用する。さらに好ましい厚さは８μｍ以下である。薄肉膨張黒鉛の厚さが12μｍを超えるとれんが組織内での分散性に欠け、耐スポーリング性及び耐摩耗性の効果が不十分となる。
【００１６】
薄肉膨張黒鉛の平面サイズは特に限定されないが、粉砕等で厚さを本発明の範囲内に調整したことにより、タイラー標準篩にて自ずと28メッシュ以下になる。
【００１７】
耐火骨材に占める薄肉膨張黒鉛の割合は、１ｗｔ％未満では耐スポーリング性に劣り、12ｗｔ％を超えると耐摩耗性の効果が損なわれる。
【００１８】
本発明では、さらに、耐火骨材には、炭素源として薄肉膨張黒鉛以外の炭素原料を、耐火骨材の全体の組成 100ｗｔ％に占める割合10ｗｔ％以下の範囲で組み合わせてもよい。10ｗｔ％を超えると、薄肉膨張黒鉛がもつ耐スポーリング性の効果が損なわれる。
【００１９】
本発明で限定した薄肉膨張黒鉛以外の炭素原料の具体例としては、りん状黒鉛、土状黒鉛、電極屑、カーボンブラック、ピッチコークス、無煙炭の他、厚さが本発明で限定した寸法以上に大きい膨張黒鉛等が挙げられる。
【００２０】
これらの炭素原料を使用する場合は、厚さ12μｍ以下の薄肉膨張黒鉛との合量で15ｗｔ％以下とする。合量が15ｗｔ％を超えると低カーボン化によるカーボンピックアップ防止の効果が得られない。
【００２１】
既に説明したとおり、炭化珪素は耐摩耗性向上の効果をもつが、耐火骨材全体に占める割合が 0.5ｗｔ％未満では添加の効果がなく、10ｗｔ％を超えると耐食性の低下を招く。
【００２２】
炭化珪素の粒径は、タイラー標準篩で 150メッシュ以下とする。さらに好ましくは 200メッシュ以下あるいは 325メッシュ以下といった超微粒子である。粒径が 150メッシュを超える大きな粒子ではれんが組織内での分散性に欠け、炭化珪素による酸化防止およびマグネシア−カーボン反応防止の効果に劣るためか、れんがの耐摩耗性が不十分となる。
【００２３】
150 メッシュ以下の炭化珪素を 0.5〜10ｗｔ％の範囲で使用する限り、粒径が 150メッシュより大きな炭化珪素を組み合わせてもよい。しかし、その場合も、炭化珪素全体の使用量は10ｗｔ％を超えないことが必要である。
【００２４】
マグネシアの具体例は、電融又は焼結のマグネシア、マグネシア−カルシア、あるいは天然マグネシア等である。中でも電融マグネシアが好ましい。電融マグネシアは焼結マグネシアに比べて単結晶粒が大きく組織が緻密なために耐食性に優れている。
【００２５】
マグネシアの粒径は従来のマグネシア−炭素質不焼成れんがと特に変わりなく、緻密なれんが組織が得られるように粗粒、中粒、微粒に適宜調整する。
【００２６】
金属粉は主に炭素質原料の酸化防止剤としての役割をもつ。具体例としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａあるいはこれらの金属を主体とする合金である。粒径は、例えば 325メッシュ以下が好ましい。また、その添加割合は、耐火骨材 100ｗｔ％に対し外掛け１〜10ｗｔ％が好ましい。多すぎると耐食性の低下を招き、少ないと酸化防止効果に劣る。
【００２７】
結合剤は液状および／または粉状のフェノール樹脂が好ましい。他にもリン酸塩、ケイ酸塩等が使用できる。その割合は、耐火骨材 100ｗｔ％に対し外掛け１〜５ｗｔ％が好ましい。
【００２８】
本発明は以上の他にも必要によっては、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、カーボン繊維等の酸化防止剤、焼結剤、組織強化剤等を添加してもよい。
【００２９】
【実施例】
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
表１では、各例で使用した耐火骨材成分の化学分析値を示している。表２は本発明実施例を示し、表３はその比較例を示している。表２及び表３に示す各例は、それら各表に示した配合物をミキサーにて混練し、加圧成形後、約 300℃で加熱乾燥して不焼成れんがサンプルを得た。試験方法は次のとおりである。
【００３４】
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1500℃に溶解し、この溶解物に試験片を一定時間浸漬し、試験片の溶損寸法を測定した。耐摩耗性は、試験片を前記の誘導炉の溶解物に浸漬した状態で回転し、試験片表面に激しい溶鋼流を生じさせ、溶鋼流の摩耗作用による損耗をを測定した。なお、耐食性および耐摩耗性は、いずれも比較例４の試験片の損耗寸法を 100とした指数で示しており、数値が大きいほど損耗が大きい。
【００３５】
耐スポーリング性は、誘導炉にて1600℃で溶解した溶鋼中に試験片を１分間浸漬後、取り出した試験片を水中に浸漬するという加熱−水冷を繰り返し、試験片の浸漬部が剥落するまでの繰り返し回数を数値とした。従って、数値が大きいほど耐スポーリング性に優れている。
【００３６】
耐用性（実機試験）は、各例のうち一部のものをＲＨ式溶鋼真空脱ガス装置の下部槽および環流管に内張りし、操業時に最も激しい溶鋼流が発生する真空槽の湯面近傍の内張りについての損耗速度を測定した。
【００３７】
表２の試験結果から、本発明実施例はいずれも低カーボン組成にもかかわらず耐食性、耐スポーリング性および耐摩耗性をかね備えていることが分かる。その結果、実機試験結果が示すように、激しい溶鋼流と接触する個所において優れた耐用性を得ることができた。
【００３８】
これに対し、比較例１は炭化珪素の添加がないため耐摩耗性に劣る。比較例２は耐摩耗性においてはそん色ないが、炭化珪素の割合が多過ぎるために耐食性に劣る。比較例３は、炭化珪素の粒径が大き過ぎるために耐摩耗性に劣る。比較例４は、微粒の炭化珪素を添加しているが薄肉膨張黒鉛を使用しておらず、耐スポーリング性に劣る。比較例５は、膨張黒鉛の厚さが大きいとともに炭化珪素の粒径が大きいため、耐スポーリング性および耐摩耗性に劣る。
【００３９】
実施例３の配合組成を基礎とし、炭化珪素の割合のみを０〜20ｗｔ％に変化させ、炭化珪素の割合と耐摩耗性との関係について試験した。その結果を図１のグラフにて示す。摩耗寸法は炭化珪素の割合が０％の場合を 100とした指数で示した。また、炭化珪素の割合に合わせ、主として 0.1ｍｍ以下あるいは１ｍｍ以下のマグネシアの割合を増減させることで、耐火骨材が全体で 100ｗｔ％になるように調整した。
【００４０】
同グラフからも、炭化珪素の添加割合が本発明で限定した範囲のときに耐摩耗性の向上に効果があることが確認できる。
【００４１】
【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、低カーボン配合でありながら耐食性、耐スポーリング性および耐摩耗性をかね備えているため、カーボンピックアップ防止と溶鋼流に対する耐摩耗性に優れている。従って、溶鋼真空脱ガス処理装置の内張りとして使用することにより、耐火物原単位の低減（耐火物使用量の低減）、鋼製品の品質向上、溶融容器の操業効率アップ等に貢献することができ、その産業的価値はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例において、炭化珪素の割合とれんがの耐摩耗性との関係を示すグラフである。

Claims (2)

1. 耐火骨材に金属粉および結合剤を添加して製造されたマグネシア−炭素質不焼成れんがで内張りした溶鋼真空脱ガス処理装置であって、
   前記耐火骨材は、厚さ12μｍ以下の薄肉膨張黒鉛１〜12ｗｔ％、粒径 150メッシュ（タイラー標準篩）以下の炭化珪素 0.5〜10ｗｔ％、残部はマグネシアを主体として 100ｗｔ％が構成されており、前記組成の耐火骨材 100ｗｔ％に対し前記金属粉が外掛けで１〜10ｗｔ％添加されている、
   マグネシア−炭素質不焼成れんがで内張りした溶鋼真空脱ガス処理装置。
2. 耐火骨材に金属粉および結合剤を添加して製造されたマグネシア−炭素質不焼成れんがで内張りした溶鋼真空脱ガス処理装置であって、
   前記耐火骨材は、厚さ12μｍ以下の薄肉膨張黒鉛１〜12ｗｔ％、前記薄肉膨張黒鉛以外の炭素原料10ｗｔ％以下、粒径 150メッシュ（タイラー標準篩）以下の炭化珪素 0.5〜10ｗｔ％、残部はマグネシアを主体として 100ｗｔ％が構成されており、かつ、前記薄肉膨張黒鉛を含めた前記炭素原料の合量を15ｗｔ％以下としており、前記組成の耐火骨材 100ｗｔ％に対し前記金属粉が外掛けで１〜10ｗｔ％添加されている、
   マグネシア−炭素質不焼成れんがで内張りした溶鋼真空脱ガス処理装置。

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