JP2003119084A

JP2003119084A - 不定形耐火物

Info

Publication number: JP2003119084A
Application number: JP2001314122A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Goto; 潔後藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】耐食性の優れた不定形耐火物を得ることを目
的とする。【解決手段】粒径1mm未満のムライトが0.1〜20質量
%、マグネシアが1〜20質量%、残部がアルミナ質耐火原
料からなる不定形耐火物であり、さらに、アルミナセメ
ントを1〜20質量%、および／またはスピネルを0.5〜30
質量%含有する不定形耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属などの高
温の物質を取り扱う容器に使用される耐火物の一種であ
るアルミナ−マグネシア質、あるいはアルミナ−スピネ
ル−マグネシア質の流し込み施工用不定形耐火物に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼精錬窯炉の一つである溶鋼取鍋の耐
火物は、二次精錬の過酷化の影響もあり、損耗が大き
い。使用される耐火物は施工が簡便な流し込み不定形耐
火物が使用されてきており、その材質はハイアルミナ
質、アルミナ−スピネル質、そしてアルミナ−マグネシ
ア質へと変遷し、高耐食性化により高耐性が向上してき
ている。

【０００３】アルミナ−マグネシア質流し込み不定形耐
火物（以下、アルマグ質キャスタブルと呼ぶ）は高耐用
である。これは主にアルミナとマグネシアが反応してス
ピネルが生成するためである。生成したスピネルは微細
かつ緻密な焼結体となるため、アルマグ質キャスタブル
の耐食性は他のアルミナ系不定形耐火物を凌ぐものとな
っている。

【０００４】スピネルの生成に伴う膨張は、不定形耐火
物からなる施工体内部に大きな温度勾配がある場合には
不均一な膨張となって現れ、また温度勾配が小さくても
鉄皮による拘束が強い場合には耐火物内部に大きな熱応
力を生じさせ、施工体が破壊する場合もある。

【０００５】この問題はシリカフラワーの添加によって
解決されている。例えば特開平5-185202号公報には非晶
質シリカがアルマグ質キャスタブルを含めた、アルミナ
を主成分とする不定形耐火物の荷重軟化性を付与するの
に有効であると記載されている。この非晶質シリカの微
粉末はシリカフラワー、マイクロシリカなどと呼ばれて
いる。また、たとえば特開昭58-99177号公報に記されて
いるように、シリカフラワーにはマグネシアの水和を抑
制する機能もある。これらの機能から、シリカフラワー
はアルマグ質キャスタブルに必須の添加物となってい
る。

【０００６】ところで、粒径1mm以上のムライトを添加
したアルミナ−スピネル質とアルミナ−マグネシア質の
不定形耐火物が、特開平5-9080号公報と特開平10-33017
0号公報にそれぞれ開示されている。いずれもムライト
粒子の添加により耐熱衝撃性を向上させることを目的と
している。また後者は1mm未満のムライトが10重量%未満
含まれてもよいとしているものの、同公報明細書の〔０
０１１〕段落で微粒の量を抑えることが望ましいとして
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリカ
フラワーはアルマグ質キャスタブルのスラグに対する耐
食性を低下させる一因ともなっている。

【０００８】従来のアルマグ質キャスタブルを構成する
のは、主成分のアルミナ（コランダム）、マグネシア
（ペリクレス）、アルミナセメント、シリカフラワー、
さらに分散剤や硬化調整剤が微量ながら配合されてい
る。いずれの成分も耐火物の使用温度域である1000℃を
越える高温では安定に共存せず、反応生成物が生成す
る。前述したスピネルの生成は耐食性を向上させる上で
不可欠だが、アルミナセメントやシリカが関与する反応
は耐食性に悪影響を及ぼす。

【０００９】本発明は、アルミナ−マグネシア質の不定
形耐火物のスラグに対する耐食性を改善することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題を解決するために工夫を重ね、本発明を得た。すな
わち、本発明の要旨とするところは、(1) 粒径1mm未満
のムライトが0.1〜20質量%、マグネシアが1〜20質量%、
残部がアルミナ質耐火原料からなる不定形耐火物、(2)
さらにアルミナセメントを1〜20質量%含有する(1)記載
の不定形耐火物、(3) さらにスピネルを0.5〜30質量%含
有する(1)または(2)記載の不定形耐火物、である。

【００１１】

【発明の実施の形態】シリカフラワーはアルミナ、マグ
ネシア、アルミナセメントと反応してムライト、アノー
サイト、サフィリンなどが生じる。この際に組織が不安
定になり、耐食性が低下すると考えられる。そこで本発
明ではシリカに代えて、アルミナと安定共存するムライ
トを使用する。シリカフラワーの場合は不可避だった高
温での反応は起こり難く、耐食性が高まる。

【００１２】シリカフラワーの機能の一つである荷重軟
化性の付与については問題はない。これは荷重軟化性が
施工体内部に生成する液相量に大きく依存し、液相量は
耐火物全体の化学組成に大きく依存するが、ムライトも
相対的に少量ながらシルカフラワーと同じくSiO₂成分を
含有しており、化学組成に大きな変化がないためと考え
られる。また、シリカフラワーのもう一つの機能である
マグネシアの水和抑制については、たとえば塩基性乳酸
アルミニウムの添加によって抑制することができる。

【００１３】ムライトは天然品あるいは合成品を使用
し、粒径は分散性を高めるため1mm未満とするが、望ま
しくは100μm以下である。添加量は0.1〜20質量%とす
る。0.1質量%未満では荷重軟化性が低下し施工体が破壊
する恐れが高まる。また20質量%を越えるとSiO₂成分が
過剰となり耐食性が低下する。なお添加量は2〜10質量%
がより望ましい。なおムライト原料は必ずしも化学量論
組成でなくても、たとえばシリカあるいはアルミナ過剰
でも使用できる。

【００１４】本発明に使用するアルミナ質耐火原料とし
ては、焼結アルミナ、電融アルミナなどが使用できる。
耐食性を高める観点から98質量%以上の純度を有するも
のが望ましいが、部分的には天然原料に置換することも
できる。

【００１５】マグネシアも焼結と電融の両方が使用でき
るが、水和抑制の観点からは焼結品が有利である。軽焼
マグネシアも使用できる。量は1質量%未満では耐食性の
向上効果が発現せず、また20質量%以上ではスピネル生
成時の膨張が大きすぎて施工体は破壊しやすくなるの
で、1〜20質量%とし、望ましくは3〜13質量%である。

【００１６】アルミナセメントは、Al₂O₃成分が20質量%
程度以下のものが望ましいが、不定形耐火物の可使時間
調整のために他の種類のセメントを併用することもでき
る。量は1〜20質量%添加することが好ましい。1質量%未
満ではセメントとしての強度発現が見られず、20質量%
を越えると耐食性に悪影響が出る。通常は5〜10質量%程
度が望ましい。なお、アルミナ超微粉の凝集力で硬化す
るタイプの不定形耐火物ではアルミナセメントは必要な
い。ムライトの添加は特にセメントを含まない場合に発
揮されやすい。

【００１７】アルミナとマグネシアの反応で生じるスピ
ネルとは別にスピネル原料を添加することもできる。こ
れはマグネシア添加量は抑えたいが、スピネルの耐食性
は利用したい場合に有効な手法である。添加するスピネ
ルは電融品あるいは焼結品が使用できる。量は0.5質量%
未満では耐食性向上効果がなく、また30質量%を越える
とスピネルが難焼結性であるためかスラグ侵入が多くな
るため、0.5〜30質量%とするが、通常は2〜20質量%程度
が望ましい。スピネル原料は化学量論組成のものでなく
ても使用できる。耐スラグ浸潤性重視の観点からはアル
ミナ過剰の組成のものがより好適である場合が多い。

【００１８】本発明の不定形耐火物に添加できる分散剤
としては、例えばトリポリリン酸ナトリウム、ヘキサメ
タリン酸ナトリウム、ウルトラポリリン酸ナトリウム、
酸性ヘキサメタリン酸ナトリウム、ホウ酸ナトリウム、
クエン酸ナトリウム、カルボキシル基含有ポリエーテル
系分散剤、酒石酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウ
ム、スルホン酸ナトリウム等がある。その添加割合は、
耐火原料100質量％に対する外掛けで0.01〜0.5質量%が
望ましい。

【００１９】その他、流し込み材の添加物として一般に
使用されている耐火粗大粒子、硬化調整剤、金属ファイ
バー、有機繊維、ガラス粉、炭素粉、ピッチ粉、セラミ
ックファイバー、発泡剤等を添加してもよい。

【００２０】本発明の耐火物は通常の不定形耐火物と同
様に、水を加えて混練し、型枠に流し込むことで施工で
き、さらに養生、脱枠、乾燥の後に実使用に供すること
ができる。

【００２１】

【実施例】＜実施例１＞不定形耐火物を試作し、その特
性を評価した。アルミナ質耐火原料としては純度99.5質
量%以上の焼結アルミナを使用した。また粒径10μm以下
の超微粉アルミナも使用した。これらの粒度配合は、5
〜1mmが35〜45質量%、1mm〜250μmが20〜30質量%、250
μm未満が30〜40質量%とした。マグネシアは純度95質量
%以上で粒径1mm〜50μmの焼結品を使用した。ムライト
は粒径150μm以下で不純物量が2質量%未満の合成焼結品
で、ほぼ化学量論組成のものを使用した。アルミナセメ
ントはCaO含有量15〜20質量%で平均粒径が5μm以下のも
のを使用した。スピネルはほぼ化学量論組成で不純物量
2質量%未満の焼結品で1mm以下の粒を使用した。

【００２２】試作に当たって、分散剤としてポリアクリ
ル酸ナトリウムを全ての試料に一律に外掛けで0.1質量%
添加した。また、本発明品にはマグネシアの水和を抑制
するために塩基性乳酸アルミニウムを外掛けで0.3質量%
添加した。

【００２３】また、混練に当たっては万能混練機を使用
し、まず水を加えない状態で3分間混合し、さらに水を
外掛けで6〜7質量%添加して3分間混練した。その後混練
物を型枠に流し込み、常温で24時間養生してから脱枠
し、110℃の乾燥機内で24時間乾燥させてから各種評価
に用いた。

【００２４】評価方法は以下の通りである。40×40×16
0mmの試料を常温で曲げ試験し、強度を求めた後に、破
断片を乾式で二次加工し、灯油を用いた液浸法で嵩比
重、見掛比重、見掛気孔率を求めた。また、50φ×50H
の試料に0.2MＰaの荷重を印加しながら1650℃まで昇温
しながら変位を測定する荷重軟化試験を行い、試料が膨
張から収縮に転じる温度である軟化開始温度を測定し
た。さらに、回転侵食試験により各試料の耐食性を調査
した。温度は1700℃、浸食剤は鋼:スラグ=1:1とし、ス
ラグはC/S=3.2、Al₂O₃=9質量%、MgO=７質量%、MnO₂=8質
量%とした。試料の試験前厚さから試験後厚さを差し引
いて溶損寸法を求め、試料Fを100として指数化した。数
値が小さいほど溶損が少なく耐食性が高いことを示す。
その調査結果および評価結果を表１に示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】本発明例のムライト配合品A、Bを、シリカ
フラワー配合の比較例Fと比較すると、溶損深さ指数は1
5〜20%改善され高耐食性であるにもかかわらず、軟化開
始温度はほとんど同じであることがわかる。またムライ
トとスピネルを配合した本発明例のCをシリカフラワー
もムライトも添加しない比較例Gと比較すると、やはり
溶損深さが20%少ないことがわかる。さらにアルミナセ
メントを含まない本発明例のムライト添加品D、Eを比較
例のHと比較すると、やはり溶損深さが15〜20%少ないこ
とがわかる。

【００２７】

【発明の効果】本発明により耐食性の優れた不定形耐火
物を得ることができ、耐火物使用料の削減、金属精錬設
備等の稼働状態が安定化できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒径1mm未満のムライトが0.1〜20質量
%、マグネシアが1〜20質量%、残部がアルミナ質耐火原
料からなる不定形耐火物。
【請求項２】さらに、アルミナセメントを1〜20質量%
含有する請求項1記載の不定形耐火物。
【請求項３】さらに、スピネルを0.5〜30質量%含有す
る請求項1または2記載の不定形耐火物。