JP2002356378A - 高炉樋用キャスタブル耐火物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】メタルラインにおける耐食性に優れた高炉樋用
キャスタブル耐火物を得る。 【解決手段】 質量割合において、アルミナ１０〜６０
％、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ_３系スピネル３０〜８０％、炭化
珪素２〜１０％、炭素１〜１０％を含む耐火骨材１００
％に対し、結合剤および分散剤を配合し、且つ耐火骨材
全体に占める割合で、前記炭化珪素のうち１〜７％を粒
径１５μｍ以下の炭化珪素超微粉とし、さらに前記Ｍｇ
Ｏ・Ａｌ₂Ｏ_３系スピネルのうち５〜３０％を粒径１ｍ
ｍ以下のＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ_３系スピネルをとした高炉樋
用キャスタブル耐火物である。粒径１ｍｍ以下のＭｇＯ
・Ａｌ₂Ｏ系スピネルが、化学成分値でＭｇＯ含有量５
〜２０％、Ａｌ₂Ｏ_３含有量８０％以上のアルミナリッ
チスピネルとした場合、その耐食性がさらに向上する。

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】高炉から出銑した溶銑は高炉樋を介して
取鍋、混銑車等に移送される。この高炉樋の内張りは、
施工性の面からキャスタブル耐火物が使用されている。
また、その具体的な耐火材質は、アルミナ−炭化珪素−
炭素質（特開平１０−１０２５１６９号公報、特開平１
０−１０２５１６９号公報）、アルミナ−スピネル−炭
化珪素−炭素質（特開平５−３３０９３０号公報）等で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高炉の内張りキャスタ
ブル耐火物（以下、樋材と称する。）は、出銑作業の効
率化、耐火物原単位の低減化等から、耐用性の向上が強
く求められている高炉樋は主樋、溶銑樋、スラグ樋、傾
注樋等に大別され、そのうち出銑を最初に受ける主樋は
溶銑とスラグを分離させる役割をもつ。主樋の内張りは
スラグ流と溶銑流の界面においてメタルラインと称する
溶損が著しい部位が発生し、これが樋材寿命の主原因と
なっている。メタルラインの溶損の要因は、スラグ流と
溶銑流の界面部において、界面部の上下動あるいはＦｅ
Ｏが原因した界面反応等が複合的に関与した侵食・磨耗
作用によるものと思われる。

【０００４】そこで高炉樋において主樋の内張りは、溶
銑流と接するメタルゾーンとその上部に位置してスラグ
流と接するスラグゾーンと区分し、各ゾーンの溶損形態
に合わせてそれに適した材質の樋材を設けている。しか
し、それでもなおメタルラインの溶損は他の部位に比べ
て格段に著しい。

【０００５】本発明は、特にこの主樋のメタルラインに
対する耐食性に優れた樋材を提供し、高炉樋内張り全体
としての寿命向上を図ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の樋材の特徴は、
質量割合において、アルミナ１０〜６０％、ＭｇＯ・Ａ
ｌ_２Ｏ_３系スピネル３０〜８０％、炭化珪素２〜１０
％、炭素１〜１０％を含む耐火骨材１００％に対し、結
合剤および分散剤を配合し、且つ耐火骨材全体に占める
割合で、前記炭化珪素のうち１〜７％を粒径１５μｍ以
下の炭化珪素超微粉とし、さらに前記ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ
_３系スピネルのうち５〜３０％を粒径１ｍｍ以下のＭｇ
Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネルとしたことにある。

【０００７】なお、ここでの炭化珪素超微粉の粒経の測
定は、超微粉の粒径測定に最も一般的なレ−ザ−回折式
粒度測定装置を用いて行った。また、超微粉以外の耐火
骨材の粒径特定はＪＩＳふるい目開きによるものであ
る。

【０００８】炭化珪素は高炉スラグに溶解し難い材質で
あり、樋材の耐スラグ性付与に不可欠である。一方、Ｍ
ｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル（以下、スピネルと称す
る。）は、耐メタル性、耐スラグ性の他、メタルライン
の溶損促進の原因となるＦｅＯに対し、優れた耐食性の
効果をもつ。

【０００９】しかし、炭化珪素は樋材使用中の高温下に
おいて、ＣＯガスとの反応で熱分解（ＳｉＣ＋２ＣＯ→
ＳｉＯ_２＋３Ｃ）が進行し、樋材の使用が長期に及ぶと
この炭化珪素の熱分解で生じたＳｉＯ_２が他骨材成分と
反応してＳｉＯ_２系低融物を生成し、樋材の耐食性を低
下させる。

【００１０】また、スピネルは、それに含まれるＭｇＯ
成分が樋材組織全体に拡散し、前記の炭化珪素の熱分解
を促進する作用がある。このため、スピネルを多量に添
加した場合、あるいは微粉域での使用では、前記ＭｇＯ
の拡散が著しくなるためか、炭化珪素の効果が損なわれ
る。

【００１１】これに対し本発明は、炭化珪素の割合を従
来材質に比べて大幅に減じることで炭化珪素の熱分解か
らくるＳｉＯ_２系低融物の生成量を抑制し、耐食性の低
下を防止する。それと同時に、炭化珪素を粒径１５μｍ
以下の超微粉とし、炭化珪素の減量に伴う耐食性の低下
を防止する。

【００１２】本発明ではスピネルを増量しかつ微粉で使
用するが、炭化珪素のこの減量と超微粉化とによって耐
食性の低下は見られず、逆にスピネルがもつ耐ＦｅＯ性
の効果によって耐食性が著しく向上する。

【００１３】スピネルの理論化学組成はＭｇＯ：Ａｌ_２
Ｏ_３比が２８．３：７１．７である。一般的なスピネル
はＭｇＯとＡｌ_２Ｏ_３とがこの比率をもって含有されて
いる。本発明においては、粒径１ｍｍ以下のスピネルに
ついて、化学成分値でＭｇＯ含有量５〜２０質量％、Ａ
ｌ_２Ｏ_３含有量８０質量％以上のアルミナリッチスピネ
ルを使用すると炭化珪素の熱分解の原因となるＭｇＯ成
分の供給源が低減し、炭化珪素の耐スラグ性の効果が持
続し、樋材の耐用性はさらに向上する。

【００１４】本発明の樋材は、以上のとおり炭化珪素お
よびスピネルがもつ耐メタル性、耐スラグ性、耐ＦｅＯ
性等の効果がいかんなく発揮される。その結果、特に主
樋メタルラインの耐食性が向上し、ひいては高炉樋内張
り全体としての寿命延長を図ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の樋材において、アルミナ
は容積安定性および耐溶銑侵食性の効果をもつ。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。中でもＡｌ_２Ｏ_３純度が高くしかも
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、微粉部には超微粉として入手で
きる仮焼アルミナの使用が好ましい。

【００１６】アルミナの割合は、１０質量％未満では耐
スポーリング性および耐食性に劣り、６０質量％を超え
ると特に耐スラグ性において不十分となる。

【００１７】スピネルは耐メタル性、耐スラグ性及び耐
ＦｅＯ性に優れた耐火骨材である。本発明のおいてはそ
の割合が多くかつ微粒での使用により、その耐メタル性
の効果が活かされ、耐食性の向上を図る。具体的材質と
しては電融スピネル、焼結スピネル、仮焼スピネル等で
ある。その割合は３０質量％未満では耐食性に劣り、８
０質量％を超えると耐スポーリング性および耐食性が低
下する。

【００１８】アルミナおよびスピネルは耐火骨材の主材
であり、その粒径は樋材組織が密充填されるように、粗
粒、中粒、微粒に適宜調整する。

【００１９】炭化珪素は高炉スラグに溶解し難いために
耐スラグ性の効果をもつ。ＳｉＣ純度は９０質量％以上
のものが好ましい。割合は、２質量％未満では耐スラグ
性が低下し、１０質量％を超えると炭化珪素の分解から
くるＳｉＯ_２の生成のためか、耐食性に劣る。

【００２０】炭素は耐スラグ性に加え、耐スポーリング
性の効果をもつ。具体例としては、ピッチ、メソフェー
ズピッチ、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、無煙炭等である。その割合は、１
質量％未満では特に耐スポーリング性の効果に劣る。１
０質量％を超えると樋材施工性の流動性低下の原因とな
り、好ましくない。

【００２１】本発明においては、耐火骨材全体に占める
割合で、炭化珪素のうち１〜７質量％を粒径１５μｍ以
下の炭化珪素超微粉とし、さらにスピネルのうち５〜３
０％を粒径１ｍｍ以下のスピネルとする。

【００２２】粒径１５μｍ以下の炭化珪素の割合が１質
量％未満では、炭化珪素がもつ耐スラグ性が発揮されな
いことで耐食性に劣り、７質量％を超える場合は炭化珪
素が原因したＳｉＯ_２系低融物の生成が多くなって耐食
性の低下を招く。

【００２３】炭化珪素は粒径１５μｍ以下であれば、さ
らに微粒の例えば１０μｍ以下、５μｍ以下、０．１μ
ｍ以下として使用できる。

【００２４】粒径が１ｍｍ以下のスピネルの割合は、５
質量％未満では耐スラグ性に劣るために耐食性の効果が
不十分となる。３０質量％を超えると耐火物組織が緻密
過多となって耐スポーリング性に劣る。このスピネルに
ついても粒径が１ｍｍ以下の範囲内であれば、さらに微
粒の例えば０．５ｍｍ以下、０．１ｍｍ以下、０．０７
５ｍｍ以下に調整してもよい。

【００２５】本発明においてアルミナリッチスピネルを
用いた場合は、耐食性がさらに優れたものとなる。この
アルミナリッチスピネルの粒径は、１ｍｍ以下、さらに
好ましくは０．５ｍｍ以下の使用において耐食性向上の
効果が顕著となる。これは比表面積との関係から、粒径
が小さいほどスピネル中のＭｇＯ成分が拡散しやすいた
めと思われる。

【００２６】ここでのアルミナリッチスピネルは、化学
成分値でＭｇＯ含有量５〜２０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３含有
量８０質量％以上のものをいう。Ａｌ_２Ｏ_３含有量が８
０質量％未満ではその分、ＭｇＯ成分が多くなってアル
ミナリッチスピネルによるＭｇＯ成分の拡散低減の効果
が不十分となる。

【００２７】耐火骨材は以上のアルミナ、スピネル、炭
化珪素および炭素以外にも、本発明の効果を損なわない
範囲で他の耐火骨材を組み合わせてもよい。例えばジル
コン、ジルコニア、クロム鉱、窒化珪素、揮発シリカ、
シリカ−アルミナ等である。中でも揮発シリカは樋材施
工時の流動性付与のために有効である。

【００２８】結合剤および分散剤の配合は従来材質と特
に変わりない。また、必要により、酸化防止剤、乾燥促
進剤、金属ファイバ−、増粘剤および耐火粗大粒子等を
併用してもよい。

【００２９】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１００質量
％に対する外掛けで１〜１５質量％が好ましい。

【００３０】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１００質量％に対
し、外掛け０．０１〜１質量％程度添加される。

【００３１】酸化防止剤は、シリコン、フェロシリコ
ン、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ等）、窒化珪素、ホウ化ジルコ
ニウム、ホウ化カルシウム等のである。添加量は耐火骨
材１００質量％に対し外掛け０．１〜３質量％が好まし
い。

【００３２】乾燥促進剤としては、有機質ファイバー、
有機発泡剤、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り、その好ましい添加量
は耐火骨材１００質量％対し０．０５〜２質量％であ
る。

【００３３】増粘剤は、粘土、ベントナイト、ＣＭＣ等
であり、その好ましい添加量は耐火骨材１００質量％対
し２質量％以下である。

【００３４】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であるが、耐火粗大粒子はこの耐火骨材よりさ
らに粒径が大きい。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。

【００３５】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。割合は
耐火骨材１００質量％に対し３０質量％以下が好まし
く、さらに好ましくは３〜２０重量％である。

【００３６】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４〜８質量％程度添加
して混合し、型枠を用いて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。施工後は養生、乾燥する。

【００３７】

【実施例】表１、表２に本発明実施例、表３にその比較
例を示す。また、同表に各例の樋材についてその試験結
果を示す。試験方法は以下のとおりである。

【００３８】表に示す樋材組成に施工水を外掛け５〜６
質量％添加して混練したものを、振動を付与した型枠に
流し込み、養生・乾燥し、試験サンプルを得た。

【００３９】耐食性；各サンプルを高周波誘導侵食炉に
内張りし、高炉スラグ（ＣａＯ：４３．４質量％、Ｓｉ
Ｏ_２：３３．５質量％）を侵食剤とし、１５５０℃×６
時間の侵食試験を行い、メタルラインの侵食を想定した
耐食性を測定した。表に示す試験結果の数値は、最大溶
損寸法で示した。実施例１の溶損寸法を１００とし、数
値が小さいほど溶損が少ない。

【００４０】実機試験；図３は本実機試験で各例の樋材
を内張りした高炉主樋について、その長さ方向に対する
直角断面を示した模式図である。樋内は溶銑６とスラグ
５とが分離して流通する。点線は、内張りの一般的な溶
損形態を示す。内張り背面には通常、パーマネント内張
り３として定形耐火物が設けられる。内張りをメタルゾ
ーン１とスラグゾーン２とに区分けし、本実機試験では
メタルゾーン１に内張りして試験した。施工は、水分を
外掛け５〜６質量％添加して混練し、内枠を使用し、振
動を付与しつつ流し込み施工した。

【００４１】約８０,０００ｔ通銑後、最大溶損部位の
溶損寸法を測定し、１０００ｔ通銑あたりの溶損速度を
求めた。１０００×溶損寸法／通銑量＝溶損速度（ｍｍ
／１０００ｔ）。なお、実機試験結果の欄が空欄のもの
は、試験しなかったものである。

【００４２】

【表１】

【表２】 表１および表２は本発明実施例であり、メタルラインを
想定した侵食試験において、いずれも優れた耐食性が得
られた。また、その効果は実機試験結果からも確認でき
る。

【００４３】本発明実施例のうち表２に示した実施例７
〜１１は、粒径１ｍｍ以下のスピネルにアルミナリッチ
スピネルを使用したものである。実施例１〜６に比べて
さらに耐食性に優れている。

【００４４】

【表３】 表３は比較例である。炭化珪素量が多すぎる比較例１、
炭化珪素超微粉の割合が多過ぎる比較例２、炭化珪素超
微粉を使用していない比較例３、スピネルが少なすぎる
比較例４、スピネルが多すぎる比較例５ともに耐食性に
劣る。

【００４５】粒径１ｍｍ以下のスピネルの割合が多い比
較例６は耐食性に劣り、しかも表には示していないが耐
スポーリング性が低下する。また、炭素が多過ぎる比較
例７は施工時の流動性が悪くなって緻密な施工体が得ら
れず、結局は耐食性に劣る。

【００４６】図１のグラフは、粒径１ｍｍ以下のスピネ
ルを１０質量％含む実施例１の配合組成をベースとした
、粒径１ｍｍ以下のアルミナリッチスピネルを１０質
量％含む実施例７の配合組成をベースとした、粒径１
ｍｍ以下のスピネルを１０質量％含むが、炭化珪素量が
多い比較例１の配合組成をベースとしたについて、ス
ピネルの合量のみを変化させ、その耐食性の試験結果を
示したものである。なお、スピネルの増減に合わせてア
ルミナ量を調整し、耐火骨材が全体として１００質量％
になるようにした。また、耐食性の試験は、前記した高
周波誘導侵食炉を用いた試験と同様にして行った。

【００４７】同グラフの結果が示すようにスピネル量が
３０〜８０質量％の範囲で耐食性の向上に効果があり、
しかも符号の材質に比べ、スピネルにアルミナリッチ
スピネルを使用した符号の材質がより優れていること
が判る。また、符号は炭化珪素の量が本発明で限定し
た範囲より多いことで、スピネル量が増しても効果は十
分ではない。

【００４８】図２は、実施例１の配合組成をベースとし
て１５μｍ以下の炭化珪素超微粉を使用した、比較例
１の配合組成をベースとして１５μｍ以下の炭化珪素超
微粉を使用しなかったについて、炭化珪素の合量を変
化させ、その耐食性の試験結果を示したグラフである。
なお、炭化珪素の増減に合わせてアルミナ量を調整し、
耐火骨材が全体として１００質量％になるようにした。
また、耐食性の試験は、前記した高周波誘導侵食炉を用
いた試験と同様にして行った。同グラフから、炭化珪素
超微粉を使用し且つその割合は本発明で限定した範囲内
が好ましいことが判る。

【００４９】

【発明の効果】本発明の樋材は、以上の実施例が示すよ
うに優れた耐食性を発揮する。また、この耐食性の効果
は、特にメタルラインにおいて顕著である。その結果
は、高炉の出銑作業の効率化、耐火物原単位の低減等に
大きく寄与し、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】スピネル量と侵食量比の関係を示すグラフであ
る。

【図２】炭化珪素量と侵食量比の関係を示すグラフであ
る。

【図３】実機試験の高炉主樋について、縦断面を示した
模式図である。

【符号の説明】

１：メタルゾーン ２：スラグソ−ン ３：パ−マネン
ト内張り ４：スラグライン ５：スラグ ６：溶銑

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G033 AA02 AA09 AA14 AA17 AA24 AB02 BA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量割合において、アルミナ１０〜６０
   ％、ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネル３０〜８０％、炭化
   珪素２〜１０％、炭素１〜１０％を含む耐火骨材１００
   ％に対し、結合剤および分散剤を配合し、且つ耐火骨材
   全体に占める割合で、前記炭化珪素のうち１〜７％を粒
   径１５μｍ以下の炭化珪素超微粉とし、さらに前記Ｍｇ
   Ｏ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネルのうち５〜３０％を粒径１ｍ
   ｍ以下のＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系スピネルとした高炉樋用
   キャスタブル耐火物。
2. 【請求項２】 粒径１ｍｍ以下のＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３系
   スピネルが、化学成分値でＭｇＯ含有量５〜２０％、Ａ
   ｌ_２Ｏ_３含有量８０％以上のアルミナリッチスピネルで
   ある請求項１記載の高炉樋用キャスタブル耐火物。
3. 【請求項３】 高炉樋用キャスタブル耐火物が、高炉樋
   メタルゾーン用である請求項１又は２記載の高炉樋用キ
   ャスタブル耐火物。