JPH02199089A - 金属含浸焼成耐火物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、金属製造炉および熱処理炉等に用いられる焼
成耐火物の製造方法に関する。

［従来の技術］ 加圧炉等の熱処理炉の内壁に用いられた耐火物は、約１
０００℃以上の苛酷な条件下に曝されるので、徐々に表
面剥離が起こってしまう。一方、転炉、取鍋、脱ガス炉
等の溶湯容器の内壁は、溶湯およびスラグに接触し、溶
損や剥離を生じる。

特に、スラグラインでは、内壁耐火物が著しく溶損し、
更に溶融スラグが耐火物内部に侵入することにより耐火
物組織が破壊されてしまう。上記の問題点を解決するた
めに、耐火物には、耐スポーリング性と耐スラグ浸潤性
が要求されている。

スポーリングとは、耐火物が熱衝撃、機械的または構造
的原因により割れを起こし、損壊する減少をいう。熱衝
撃によるスポーリング（以下、熱的スポーリングという
）は、急熱急冷時の熱応力により発生する。機械的原因
によるスポーリング（以下、機械的スポーリングという
）は、主に機械の作動による耐火物の損傷により発生す
る。また、構造的原因によるスポーリング（以下、構造
的スポーリングという）は、主にスラグの浸潤と関連し
て発生する。すなわち、レンガの開気孔に浸潤したスラ
グによって周囲のレンガ母材に熱応力が加わり、母材の
損壊を生じる。

これらのスポーリングのうち、機械的スポーリングは、
装置等の改良によりある程度まで改善することができる
。したがって、耐火レンガの特性の点では、特に耐熱的
スポーリング性および耐構造的スポーリング性の改善が
望まれる。耐構造的スポーリング性を改善するためには
、上記理由から耐スラグ浸潤性を改善しなければならな
い。また、スラグの浸潤はレンガ表面からの母材の溶損
を増大するから、溶損を抑制する意味からも耐スラグ浸
潤性に優れた耐火物が望まれている。

これらの特性に比較的優れた耐火レンガとして、高アル
ミナ質レンガ、シャモットレンガ、マグネシアレンガ、
クロム・マグネシア質レンガ等が使用されている。また
最近では、耐熱的スポーリング性を改善したマグネシア
・カーボン質レンガ等の黒鉛添加耐火物や、金属ファイ
バーを含有するキャスタブル等が実用化されている。

さらに、耐スラグ浸潤性を改善するために、レンガの多
孔体にタールを含浸させたタール含浸レンガが、転炉や
ステンレス精練炉等の内張りに使用されている。タール
含浸レンガは、レンガの開気孔にタールが充填されてい
るので、スラグの浸潤が防止され、構造的スポーリング
が抑制される。

タール含浸レンガを製造する方法の一つに、ドロマイト
粉末をタールを結合剤として混合成形し、これを焼成し
て所望の見掛は気孔率とし、溶媒に希釈したタールに真
空槽内で常温常圧下にて浸漬する方法がある。

また、タール含浸レンガを製造する他の方法の一つに、
ドロマイト粉末をタールを結合剤として混合成形し、こ
れを焼成して所望の見掛は気孔率とし、真空槽内で温度
２００乃至３００℃のタールバスに浸漬し、これに３乃
至４　ｋｇ／　ｃｄの圧力を加える方法がある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のタール含浸レンガは、炉等に使用
した場合、高熱によりタールを含浸させるために用いた
溶媒が揮発してしまい、レンガの見掛は気孔率が上昇し
てしまう。このため、スラグの浸潤を十分に防止するこ
とができず、一般にレンガの寿命が短い。また、大型の
レンガを製造することが困難である。

一般に、耐スラグ浸潤性を向上させるためには耐火物を
ち密化すればよいが、ち密化しすぎると熱的スポーリン
グが起り易くなる。このように、耐スラグ浸潤性および
耐スポーリング性の双方を向上させることは困難である
。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐スラ
グ浸潤性、耐構造的スポーリング性並びに耐熱的スポー
リング性に優れた焼成耐火物の製造方法を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は、多孔質の焼成耐火物を予熱する工程と
、予熱された焼成耐火物の開気孔内に存在するガスを脱
気する工程と、脱気された焼成耐火物を・シリンダ状容
器内の溶融金属中に浸漬する工程と、前記シリンダ状容
器内に摺動自在に設けられたピストン状加圧板によって
焼成耐火物が浸漬されている溶融金属に圧力を印加する
ことにより、溶融金属を焼成耐火物に含浸させる工程と
を具備する金属含浸焼成耐火物の製造方法によって達成
することができる。

焼成耐火物とは、成形後に焼成工程を経て焼結された耐
火物のことであり、例えば高アルミナ質レンガ、マグネ
シア質レンガ、クロム争マグネシア質レンガ、およびシ
ャモットレンガ等がある。

なお、本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法において
、焼成耐火物を溶融金属中に浸漬する工程の前に、焼成
耐火物を予熱する工程を必ず行なうならば、予熱工程、
脱気工程、および浸漬工程は任意の順序で行なうことが
できる。

［作用］ 本発明に予熱工程を設けた理由は、焼成耐火物を予熱せ
ず、そのままの温度（すなわち室温）で溶融金属中に浸
漬すると、焼成耐火物表面と溶融金属との温度差がかな
り大きいため、溶融金属は焼成耐火物表面で急激に冷却
され凝固してしまい、焼成耐火物表面に溶融金属の被膜
が生じてしまうからである。焼成耐火物表面に金属被膜
が生じると、それ以上焼成耐火物内部に金属を含浸させ
ることが不可能になる。したがって、溶融金属中に浸漬
する前に、焼成耐火物を予め加熱することにより、溶融
金属との温度差をできるだけ小さくし、焼成耐火物表面
で溶融金属が凝固することを防止し、また耐火物の熱的
スポーリングを防止する必要がある。

本発明に脱気工程を設けた理由は、焼成耐火物の開気孔
中に空気が残存すると、金属の含浸が残存する空気によ
って阻止され困難になるからである。仮に、加圧するこ
とにより金属を含浸できたとしても、復圧後は開気孔中
の圧縮空気により金属の一部が押出されてしまう。した
がって、本脱気工程において、焼成耐火物をほぼ完全に
脱気することが重要である。

本発明に加圧工程を設けた理由は、焼成耐火物が浸漬し
ている溶融金属に圧力を印加しないと、焼成耐火物の内
部圧と溶融金属圧とが均衡し、溶融金属が焼成耐火物に
開気孔中に含浸されないがらである。逆に、印加する圧
力が焼成耐火物の圧縮強度を越えると、焼成耐火物自体
の損壊、金属含浸量の減少ならびに金属含浸後の焼成耐
火物の熱間強度の低下等が起こるので、圧力は焼成耐火
物の圧縮強度より小さくなければならない。

以下、実施例において、図面を参照しながら本発明をよ
り具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるも
のではない。

［実施例］ まず初めに、図面を参照しながら、本発明の金属含浸焼
成耐火物の製造方法に用いられる装置の一例について説
明する。

第１図は、本発明に用いることができる金属含浸焼成耐
火物製造装置の一例を示した図である。

第１図によると、金属含浸焼成耐火物製造装置は、予熱
炉■、金属含浸加圧炉Ｉおよび焼鈍炉■を具備している
。

予熱炉■は、焼成耐火物を予め含浸させる金属の融点付
近まで加熱するための装置である。したがって、予熱炉
に要求される性能は、予熱炉壁が含浸させる金属の融点
付近まで耐えられるものであることと、予熱コイル１２
が焼成耐火物を含浸させる金属の融点付近まで加熱でき
ることである。

上記の性能を有する加熱炉であれば、本発明に用いるこ
とができる。後述する通り、予熱工程を金属含浸加圧炉
■内で行なう場合は、本予熱炉■を設ける必要はない。

金属含浸加圧炉ｌは、焼成耐火物を脱気し、溶融金属２
内に浸漬させ、圧力を印加することにより金属を含浸さ
せる装置である。第２図は、金属含浸加圧炉■の拡大図
である。これによると、金属含浸加圧炉Ｉ内には、加圧
装置１が配置されている。加圧装置１はピストン１ａと
シリンダ１ｂとからなっている。ピストン１ａをシリン
ダ１ｂに挿入することにより完全密封された空間３を形
成させ、ピストン１ａをシリンダｌｂ内に進入させるこ
とにより密封空間３に圧力を印加させることができる。

したがって、ピストン１ａとシリンダ１ｂとの接触部分
４は密封性および摺動性に優れていなければならない。

さらに加圧装置ｌは、後述の通り、溶融金属２と接触ま
たは接近するため耐熱性であることと、がなりの圧力を
印加するため耐圧性であることが必要である。これらの
条件を満たす゛ため、加圧装置１の材質にはＣｒ４Ｃ３
およびＺｒＢ２等のセラミック材料を用いるのが好まし
い。

ピストン１ａは、シリンダｌｂ内に挿入下降させること
によって密封空間３に圧力を印加させる装置である。ピ
ストン１ａは焼成耐火物保持装置５、搬送装置６、およ
び真空弁７を具備してる。

焼成耐火物保持装置５は、焼成耐火物とピストン１ａと
を連結させる装置である。焼成耐火物保持装置５には、
まず焼成耐火物をシリンダ１ｂや処理工程の途中で落と
さないようしっかりとピストン１ａと連結させておく保
持性が必要であり、さらに保持装置５は溶融金属２と接
触または接近するため耐熱性や、密封空間３での圧力に
曝されるため耐圧性等が必要である。これらの条件を満
たすものであれば、従来の保持装置を用いることができ
る。搬送装置６は、主にレール８、駆動装置（図示せず
）、および制御装置（図示せず）からなっている。この
搬送装置６を設けることにより、本発明を連続化あるい
は自動化することができる。

搬送装置６には、従来のものを用いることができる。真
空弁７は真空ポンプ（図示せず）等を具備しているもの
であり、密封空間３を減圧する装置である。これによっ
て焼成耐火物１３の開気孔中にあるガスを脱気すること
ができる。

シリンダ１ｂは、焼成耐火物１３の開気孔中に含浸させ
る溶融金属２を収容しておく装置である。

シリンダ１ｂの周囲には、加熱コイル９が配置させてい
る。この加熱コイル９はシリンダ１ｂを加熱して、金属
を溶融状態に維持するためのものである。したがって、
加熱コイル９には、含浸させる金属の融点まで加熱でき
るものを用いる。

焼鈍炉ｍは、金属を含浸させた焼成耐火物を焼鈍するた
めのものであり、従来の焼鈍炉を用いることができる。

なお、上記の予熱炉■、金属含浸加圧炉Ｉおよび焼鈍炉
■は、必ずしも一体化されている必要はない。

以下、本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法を詳しく
説明する。

本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法は、焼成耐火物
を予熱する工程と、焼成耐火物の開気孔に金属を含浸さ
せる工程と、金属を含浸させた焼成耐火物を焼鈍する工
程とに分けることができる。

以下、図面を参照しながら、各工程ごとに説明する。

予熱工程 予熱工程は溶融金属中に浸漬する前に、焼成耐火物を予
熱するものである。

予熱工程の目的は、以下の通りである。

焼成耐火物は、次工程において、溶融金属中に浸漬され
る。溶融金属は、かなりの高温（例えば、ステンレスで
は、１４５０℃以上）であり、焼成耐火物を予熱せずに
そのまま溶融金属に含浸すると、その温度差により溶融
金属は焼成耐火物との接触面で急激に冷却され凝固して
しまう。また、焼成耐火物は急冷されるため激しく熱的
スポーリングを起こし、損壊してしまう可能性もある。

その結果、焼成耐火物表面に金属被膜が生じてしまい、
それ以上金属を含浸させることができない。

そこで、浸漬前に焼成耐火物を予熱することにょって、
焼成耐火物表面と溶融金属の温度差をできるだけ小さく
し、焼成耐火物表面での溶融金属の凝固を防ぐのである
。

予熱温度は含浸させる金属の融点以上が好ましいが、本
予熱工程の目的を達せられるならば、融点より小さくて
もよい。予熱工程に用いる予熱炉■は、所望の温度が得
られ、かつ耐熱性ならば、従来のものを用いることがで
きる。

なお、予熱工程は金属含浸加圧炉Ｉにおいて行なうこと
もできる。この場合は、予熱炉■は不要である。金属含
浸加圧炉■で予熱を行なうには、焼成耐火物を保持した
ピストン１ａをシリンダ１ｂに挿入した後、溶融金属中
に含浸する前に、加熱コイル９によって加熱すればよい
。このように、金属含浸加圧炉Ｉ内で予熱工程を行なう
ことによって、本発明に用いる装置を簡略化することが
できる。

金属含浸工程 本金属含浸工程は、さらに以下の３工程に分けることが
できる。

（ａ）脱気工程 本脱気工程は、焼成耐火物の開気孔中に存在する空気を
除去することが目的である。

焼成耐火物１３の開気孔からガスを除去する理由は、開
気孔内にガスが存在すると、以下の加圧工程（ｃ）での
加圧により含浸した金属が、復圧後、開気孔内の圧縮ガ
スによって排出されてしまうからである。脱気工程は、
既述した予熱工程の前または後のいずれで行なってもよ
い。

脱気工程は、焼成耐火物１３を保持したピストン１ａを
シリンダ１ｂ内に挿入し密封空間３を形成した後、真空
ポンプ（図示せず）等を具備した真空弁７で減圧するこ
とにより行なうことができる。その際、焼成耐火物１３
を保持したピストン１ａをシリンダｌｂ内に挿入すると
き、シリンダｌｂ内に収容されている溶融金属の上面１
０とピストン１ａの下面１１の間にある程度の距離を設
ける必要がある。この距離が小さすぎると、減圧したと
きに溶融金属２が真空弁７から外部に吸い出されてしま
うからである。この距離は、減圧する程度および溶融金
属２の重量等に依存し、その組合わせによって変化する
。したがって、前記距離はシリンダ１ｂ内の溶融金属量
を調節したり、ピストン１ａをシリンダ１ｂに挿入させ
る距離を調節したりして所望の効果が得られるよう便宜
選択する。

また、ピストン１ａに保持された焼成耐火物がシリンダ
１ｂの外にある状態で、金属含浸加圧炉Ｉ全体を減圧し
、焼成耐火物を脱気することもできる。しかし、この方
法では金属含浸加圧炉ｌの全体を減圧するため、比較的
大規模な真空ポンプを必要とする。

焼成耐火物を脱気するためには、密封空間３または金属
含浸加圧炉Ｉ全体を可能な限り減圧することが望ましい
。しかしながら、実際には、密封空間３内に溶融金属２
が存在するため、該溶融金属２の蒸気圧を考慮して減圧
を行わなければならない。本発明においては、１０−２
乃至２０　ｔｏｒｒ程度の減圧が好ましい。

（ｂ）浸漬工程 本浸漬工程は、焼成耐火物を溶融金属中に浸漬する工程
であり、ピストン１ａに保持された焼成耐火物１３を溶
融金属２中に浸漬することにより行なう。これは、焼成
耐火物１３が溶融金属２に浸漬されるまでピストン１ａ
を下降させることによって容易に行なうことができる。

また、焼成耐火物１３を保持装置５から外して落下させ
てもよい。なお、浸漬工程を行なうとき、真空弁７を閉
じておくのが好ましい。

金属の含浸速度は、溶融金属２の焼成耐火物１３に対す
るぬれ性と、焼成耐火物１３の気孔率と、次工程による
圧力とに依存する。したがって、含浸時間は、用いる焼
成耐火物の種類および含浸させる金属の種類の組合わせ
により変化するので一慨には言えないが、５〜３０分程
度である。

先の脱気工程（ａ）と本浸漬工程（ｂ）は、任意の順序
で行うことができる。すなわち、脱気工程は焼成耐火物
を溶融金属２に浸漬した状態で行なってもよい。しかし
、予熱工程は本含浸工程の前に行なわなければならない
。これは前述した通り、溶融金属に浸漬する前に焼成耐
火物を予熱することにより、焼成耐火物表面で溶融金属
が凝固するのを防止するためである。

なお、焼成耐火物の脱気を完全に行なうことができると
いう点から、浸漬工程の前に脱気工程を行なうのが好ま
しい。

（ｃ）加圧工程 本加圧工程の目的は、焼成耐火物１３が溶融金属２内に
浸漬されているあいだ、ピストン１ａによって加圧し、
その圧力を以て金属を焼成耐火物１３の開気孔内に含浸
させることである。

加圧方法としては、例えば以下の手段を用いることがで
きる。

浸漬工程（ｂ）が終了した状態でピストン１ａが溶融金
属２の液面から離間しているときは、ピストン１ａと溶
融金属２との間の密封空間３に高圧ガスを導入すること
によって、加圧を行なうことができる。その場合、ピス
トン１ａをさらに下降させることによって、加圧効果を
高めることができる。場合によっては、特に高圧ガスを
用いることなく、密封空間３を常圧に戻した後にピスト
ン１ａを下降させるだけで所望の加圧を行なうことがで
きる。また、条件的に可能な場合には、ピストン１ａを
溶融金属２の液面に接触させた状態で下方に押圧するこ
とにより、溶融金属２を直接加圧してもよい。

先にも述べた通り、焼成耐火物１３への金属の含浸難易
（含浸速度）は、溶融金属２の焼成耐火物１３に対する
ぬれ性と、焼成耐火物１３の見掛は気孔率と、本加圧工
程で適用する圧力とに依存する。しかしながら、前記ぬ
れ性および見掛は気孔率を改善することには、ある程度
の限界がある。

したがって、焼成耐火物１３に金属を含浸させる難易は
、主に本加圧工程で印加する圧力に依存することになる
。一般に、高い圧力を印加するほど金属を含浸させるこ
とができる。しかしながら、印加する圧力が焼成耐火物
の圧縮強度以上になると、焼成耐火物自体の破壊、金属
含浸量の減少あるいは金属含浸後の焼成耐火物の熱間強
度の低下が生じるので、焼成耐火物の圧縮強度より小・
さい圧力を印加しなければならない。また、焼成耐火物
に圧力を印加しない場合は、焼成耐火物の内部圧と溶融
金属用均衡し、溶融金属を開気孔内部に含浸させること
ができないので、ある程度の圧力を印加しなければなら
ない。

したがって、本加圧工程で印加する圧力は、焼成耐火物
の種類と含浸させる金属の種類の組合わせによって変化
するので一慨には言えないが、約１　ｋｇ／　ｃ−以上
であることが必要であり、かつ本発明に用いる焼成耐火
物の圧縮強度より小さいことが必要である。

焼鈍工程 前記浸漬］工程では、焼成耐火物１３は溶融金属２中に
浸漬されており、焼成耐火物自体もかなりの高温になっ
ている。この焼成耐火物を室温まで冷却する際、急激に
冷却すると、焼成耐火物中に含浸された金属が急激に凝
固し、焼成耐火物に割れやひびが生じてしまう。したが
って、本焼鈍工程によって、高温まで加熱された焼成耐
火物を徐々に室温まで冷却する。本焼鈍工程には、従来
の焼鈍炉を用いることができる。

上述の予熱工程、金属含浸工程および焼鈍工程によって
、焼成耐火物の開気孔に金属を含浸させることができる
。例えば、見掛は気孔率１４容積％のアルミナレンガを
脱気し、溶融アルミニウム中に浸漬し、３　ｋｇ　／　
ｃ−の圧力をかけて、金属を含浸させた場合、見掛は気
孔率は０，１容積％まで低下した。

［発明の効果］ 本発明の方法によって、焼成耐火物の開気孔に金属を含
浸させることができ、耐スポーリング性および耐スラグ
浸潤性が優れている金属含浸焼成耐火物を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の金属含浸焼成耐火物の製造方法に用
いることができる装置の一例を示した図。 第２図は、金属含浸加圧炉の断面図。 １・・・加圧装置、２・・・溶融金属、３・・・密封空
間、５・・・焼成耐火物保持装置、６・・・搬送装置、
８・・・真空弁、９・・・加熱コイル、１２・・・予熱
コイル、１３・・・焼成耐火物 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質の焼成耐火物を予熱する工程と、予熱され
   た焼成耐火物の開気孔内に存在するガスを脱気する工程
   と、脱気された焼成耐火物をシリンダ状容器内の溶融金
   属中に浸漬する工程と、前記シリンダ状容器内に摺動自
   在に設けられたピストン状加圧板によって焼成耐火物が
   浸漬されている溶融金属に圧力を印加することにより、
   溶融金属を焼成耐火物に含浸させる工程とを具備する金
   属含浸焼成耐火物の製造方法。
2. （２）多孔質の焼成耐火物を予熱する工程と、予熱され
   た焼成耐火物をシリンダ状容器内の溶融金属中に浸漬す
   る工程と、溶融金属中に浸漬された焼成耐火物の開気孔
   内に存在するガスを脱気する工程と、前記シリンダ状容
   器内に摺動自在に設けられたピストン状加圧板によって
   焼成耐火物が浸漬されている溶融金属に圧力を印加する
   ことにより、溶融金属を焼成耐火物に含浸させる工程と
   を具備する金属含浸焼成耐火物の製造方法。
3. （３）多孔質の焼成耐火物の開気孔内に存在するガスを
   脱気する工程と、脱気された焼成耐火物を予熱する工程
   と、予熱された焼成耐火物をシリンダ状容器内の溶融金
   属中に浸漬する工程と、前記シリンダ状容器内に摺動自
   在に設けられたピストン状加圧板によって焼成耐火物が
   浸漬されている溶融金属に圧力を印加することにより、
   溶融金属を焼成耐火物に含浸させる工程とを具備する金
   属含浸焼成耐火物の製造方法。