JP3683374B2

JP3683374B2 - 誘導炉用内張り材

Info

Publication number: JP3683374B2
Application number: JP09018397A
Authority: JP
Inventors: 喜久雄有賀
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2017-03-24
Also published as: JPH10267553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は銅および銅合金の溶解や精錬を行う誘導炉の誘導炉用内張り材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、銅および銅合金等の金属の溶解、精錬を行う場合は主に黒鉛質のルツボを内装したルツボ炉が用いられているが最近では多量の溶解や精錬が容易にできる作業効率が良く、品質の均一性や作業性が高い上作業環境が良い等の優位性を持つ誘導炉が品質管理上、作業効率上および作業環境上の諸問題より導入され、特に大型炉が急速に普及してきている。
【０００３】
誘導炉は外周部に電気誘導コイルを配設し、このコイルの内側に必要ならばコイル保護用のコイルセメントにより被覆層を備えさせ、その内側に湯モレセンサー、絶縁材、断熱材等を配設しその最内側に１層の耐火材壁（内張り材）を構築して使用されている。この内張り耐火壁の構築方法は小型炉では黒鉛ルツボを内装して炉本体とルツボとの間隙に乾式不定形耐火物（以下バック材と称する）を充填し施工されている。また大型炉では一般的には炉本体の内に所定の壁厚さを持たせるように設計された鋼製の内型枠（以下フォーマーと称する）を炉本体内に配設し、このフォーマーと炉本体との間隙部に乾粉状の不定形耐火物を投入した後、フォーマーの内側より振動を与えながら投入された不定形耐火物を加振充填させて施工して使用に供されている。この内張りされた底部や側壁の損傷が高いとか稼働面の汚れは炉の保全作業が多くなり炉の稼働率の低下が生じ工場全体の操業にも支障をきたし大きな影響をもたらす。このため炉の長寿命化をはかるためここに用いられる耐火物は特に吟味された耐火材を用いて製造された耐火物が使用されている。
【０００４】
現在一般にはＳｉＣ５〜２０重量％、ＳｉＯ₂２〜２０重量％、Ａｌ₂Ｏ₃６０〜９５重量％の高アルミナ−炭化珪素質耐火物に必要ならば無水硼酸等の適宜の焼結助材を添加した乾式不定形耐火物が使用されているが使用回数が進むにつれて内張り材の稼働面に操炉中に生成するスラグが徐々に付着、堆積し、特に炉底部にその傾向は高く炉底が高くなり炉有効容積が減少し時にはその減少率は容量で３０容量％にも達する。このため付着スラグ落し作業を余儀なくされている。このスラグ落し作業は付着スラグが銅の酸化物と金属銅が混在することにより高熱下でないと落しずらいことより極度な３Ｋ作業となると共に炉の稼働率も低下することとなる。このような現状下でも作業効率、省力化や大型製品の需要増等により炉容が大型化へと進みこの現象が更に増大し、ますますその作業は過酷の度を増し更に保全作業頻度を多くしている。
【０００５】
これらの諸問題を解決し安定した操炉ができて操業率が高く、ランニングコストが低く、良い環境下での作業を目指すため炉の内張り材の補修や解体、新規施工と云う３Ｋ作業の頻度が少なく且つ簡便で快適な作業となることが強く望まれているのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等はこのような現状に鑑み高温下でのスラグ落し作業と云う悪環境下での３Ｋ作業の軽減ができ、炉が正常で操炉ができ能力を十分発揮出来得る状態が維持でき、効率良く生産することが可能な誘導炉の内張り方法とその耐火物を提供することを技術的な課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はこのような現状に鑑み、高熱下で炉の上部より覗きこむような状態で行なわれる３Ｋ作業であるスラグ等の付着物の除去作業をより軽減にでき、炉が正常で安定した操業ができ炉本来の能力を十分発揮でき得る状態が維持できる方策を見い出すためにスラグ等の付着物の付着、堆積の過程を種々の角度より調整を行った。その結果は以下の順序で進行している。
【０００８】
▲１▼操炉中に生成するスラグは出湯時に上部より下部へ、さらに炉底部へと付着して行く。
▲２▼繰返し繰返しされるため付着したスラグの成分が内張り材の組織中に浸入して表層に異質層（以下変質層と称する）を形成する。
▲３▼変質層はスラグとのなじみが良く付着し易すくなり付着度が増し堆積して行く、特に炉底部の内張り材の稼働面は湯温がやや低いため付着度合が高くなる。
▲４▼付着物とスラグ等となじみが良いので繰り返し層状付着が進む。この付着物は銅の酸化物を主成分とし、更には金属銅と混在することとなり冷却すると展性の高い性状を有してくる。
▲５▼付着したスラグの除去作業は高熱下で行うが、より厚い堆積状況となった場合は炉を冷却させて行う。
【０００９】
このようにスラグの付着はまづスラグが内張り材の組織内へ浸入し稼働層に変質層が形成される。この生成された変質層はスラグや金属銅等とのなじみが良く容易に付着現象が発生し、付着速度が早くなる。以後ほぼ同質のスラグが毎回接する。この両者はなじみ易く、この現象は繰返して層状堆積へと継がって行く、この付着堆積物中には銅の酸化物を主体とし金属銅が混在するため冷却させると銅の特性である展性が働き除去作業は非常に困難となり手間がかかる過酷な作業となるため除去が容易である高熱下での除去作業となり代表的な高熱下での３Ｋ作業がしいられる。
【００１０】
このような作業を続けるうちにも付着、堆積が進み炉容量が少なくなると共に溶解効率も大きく低下し電気エネルギーの浪費、生産性の低下により、ついには炉内張り材の取替えを余儀なくされ、その頻度が高くなっている等の現状を知見し得た。
【００１１】
以上の如くスラグの付着、堆積は操業上、生産効率上大きな問題を生じている。現在最も多く一般に用いられている耐火物の成分組成はＳｉＯ₂１５重量％、ＳｉＣ１５重量％、Ａｌ₂Ｏ₃７０重量％の乾式不定形耐火物である。この耐火物により炉の底部および側壁部共に施工されている。本発明者等は使用耐火材の特性を検討してさらに研究試験を重ねた結果、高シリカ−高炭化珪素質材とすることによりスラグの浸透、付着を大きく改善することを見い出し、炉の内張り材の材料構成を、炭化珪素質材２５〜５５重量％，ムライト質材１０〜５５重量％，溶融石英質材５〜３５重量％，天然珪石質材１０〜３０重量％を含みこの４者の合量を９０重量％以上で構成され、必要ならば無水硼酸等の焼結助剤を添加した乾式不定形耐火物とすることにより材質面で大きな改善を見い出すことができ、この乾式不定形耐火物を用いて炉の底部の厚みで３０ｍｍ以上で底部厚みの５０％迄を施工することにより現在の問題点を解決することができ正常で安全な操業を行うことのできうる方法をここに提供するものである。
【００１２】
（限定理由）
▲１▼炭化珪素質材２５〜５５重量％
２５重量％以下ではスラグの耐浸入性や対付着効果が少ない。
５５重量％以下では５５重量％を越えてもその効果が大きく改善されることもなく材料コストが高くなる。
▲２▼ムライト質材１０〜５５重量％
炭化珪素質材と混在材質となることにより組織の強化がはかられ、物性的にも秀ぐれた特性を出すが１０重量％以下ではその効果が少なく５５重量％以上となると緻密度が低下してスラグの浸透や表層での付着度が高くなる傾向を示す。
▲３▼溶融石英質材５〜３５重量％
溶融石英質材は耐熱スポーリング性と焼結力を高める効果があるが５重量％以下では効率が小さく３５重量％を越えると耐食性が劣化する。
▲４▼天然珪石質材１０〜３０重量％
天然珪石質材は熱間での残存膨張性を高める。耐火材の使用中の受熱による焼結収縮を改善し、亀裂の発生を防止するが１０重量％以下では効果が少なく、３０重量％を越えると使用中内張り材の組織の脆弱化が進むためである。 ▲５▼炭化珪素材、ムライト質材、溶融石英質材、および天然珪石質材の合量が９０％重量以上この４者の合量が９０重量％以下となると本発明による内張り材の特質がそこなわれるためである。
▲６▼炉の底部に本発明による内張り材を厚み３０ｍｍ以上で底部厚みの５０％迄の厚さに施工する。炉底部材の厚みが３０ｍｍ以下であると炉底部材の溶損が進むと一部浮きあがり現象を含めて損傷が大きくなる。又炉底部厚みの５０％以上の厚みまでは損傷には至らないためである。
【００１３】
【実施例】
実施例に用いた原料の化学成分値を表１に示す。
【表１】

実施例材の粒度構成値を表２に示す。
【表２】

実施例に用いた本発明材と比較例としての一般材の配合比率を表３に示す。
【表３】

【００１４】
本発明の実施例を以下に説明する。
本発明の試験体は表１に示す定められた材料を用いて表３に示された配合比率で表２に示される粒度構成に調整して、焼結助剤として無水硼酸１重量％添加し、ミキサーにて乾式混合を行ない供試材とした。
【００１５】
成形方法として乾式振動充填による成形を行なった。即ち振動台（振動数１８００回／分のユーラスモーターを設置する）上に２５０×４０×６５ｍｍの鋼製枠内に１ｍｍ厚のステンレス製メタルケースを挿入した型を固定し、静圧にて５分間加振充填を行ない、この成形体を保形させるために８００℃で１０時間加熱した後、ステンレス製メタルケースより取り出して、試験体とした。
この試験結果を表４に示す。
【表４】

【００１６】
本発明の実用実施例には表３に示された本発明の実施例材を表３▲１▼の材質に比較材は表３▲２▼の材質にそれぞれ無水硼酸を１重量％添加し、ミキサーにて乾式混合を行いそれぞれ乾式不定形耐火物を製造して用いる。
【００１７】
まず炉底の最低部に厚みの５０％の厚みを比較材の表３▲２▼で打設した後、その上部に本発明材表３▲１▼を残りの５０％厚みに打設し、この上に鋼製のフォーマーを配設し炉本体とフォーマーとの間（所定の炉側壁厚み）に比較材である現用品の乾式不定形材を投入してフォーマーの内側より打撃振動を加えながら側壁部と加振充填して築造し、スターティングブロックを入れフォーマー共に通電し加熱させながら徐々に昇温し低温域での焼結硬化をさせながら通常溶解時の温度より１０００℃高い１３５０℃迄昇温し２時間保持し高温焼結を初回使用時にのみ行った後は正規の溶解温度１２５０℃に調整し出湯する通常の使用とする。
【００１８】
尚本発明実用実施例として内張り用耐火物の構成を図１に示す。
【００１９】
実用実施例に用いた誘導炉の使用条件を下に記す。
炉の大きさ１０Ｔ炉
溶解材銅
溶湯温度１２５０℃
【表５】

【００２０】
【発明の効果】
表５に示されるように実用試験の結果では比較例に比べ本発明の態様（内張り材のライニング法）では底部でのスラグの付着開始時がおそく、かつ付着量が少ないことより付着したスラグの除去作業も比較例と比べほぼ同じ使用回数時では５回が３回と少なくなり、炉の冷却回数も３回と少なくなったことより炉の加熱、冷却頻度の減少により炉壁の亀裂の発生発達が軽減し、地差しによる炉の寿命終了もなく良好なる効果が得れらた。今回の試験結果では本発明の耐火物および内張り材の構成であれば更に耐用寿命の延長が見込まれる。尚本発明の一番の課題であるスラグ付着の軽減と炉壁材の損傷を小さくし安全な操業、３Ｋ作業の改善については付着したスラグの除去作業、補修作業の頻度減少により１ｃｈ当りの作業頻度数が０．０３４１ｃｈ／回が０．０１３４ｃｈ／回となりその頻度比率は１００％が４１．３％となり、更に耐用寿命が１５４ｃｈが１９８ｃｈとなり１２８％の耐用向上につながって溶損効率の改善となり、生産コストの引き下げにも大きな貢献をすることができ、その効果が絶大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘導炉用内張り材の実施態様を示す断面図である。
【図２】本発明の誘導炉用内張り材の他の実施態様を示す断面図である。
【図３】従来の誘導炉用内張り材の実施態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１従来の乾式不定形耐火物
２本発明による不定形耐火物
３側壁部用乾式不定形耐火物

Claims

炭化珪素質材２５〜５５重量％，ムライト質材１０〜５５重量％，溶融石英質材５〜３５重量％，天然珪石質材１０〜３０重量％でこの４者の合量が９０重量％以上で構成された耐火材に必要ならば適宜の焼結助剤を添加した不定形耐火物で炉底の稼働層を３０ｍｍ以上で底部厚みの５０％迄の厚みで施工し他の部位を一般に使用されているアルミナ−ムライト−炭化珪素質の乾式不定形耐火物で施工してなる底部多層構造としたことを特徴とする誘導炉用内張り材。