JPH1025168A

JPH1025168A - 誘導炉用ラミング材

Info

Publication number: JPH1025168A
Application number: JP8201256A
Authority: JP
Inventors: Harushichi Washio; 治七鷲尾; Tomohito Kuroki; 智史黒木; Masataka Kato; 正孝加藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1998-01-27

Abstract

(57)【要約】【課題】近年の高電力迅速溶解及び大型化の高周波誘
導炉の炉壁における焼結層の剥落を解消して、安全に操
業でき、且つ長寿命の炉壁を形成する誘導炉用ラミング
材の提供。【解決手段】マグネシア３〜２０重量％、スピネル３
〜２０重量％及び硼酸０．２〜１．０重量％を含有する
と共に、残部としてアルミナを含有することを特徴とす
る誘導炉用ラミング材。この誘導炉用ラミング材のマグ
ネシアの原料粉末粒度が０．３ｍｍ以下であり、スピネ
ルの原料粉末粒度が１．０ｍｍ以下であることが好まし
く、また、硼酸がオルト硼酸であり、０．３ｍｍ以下の
粒度の粉末であものが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は誘導炉用ラミング材
に関し、特に、主に鋳鋼を溶解する高温で稼働される大
型の誘導炉の内張り材に適用できる誘導炉用ラミング材
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鋳鋼等の高温溶解が行われる
誘導炉の内張り材としては、マグネシア・アルミナ質や
マグネシア・スピネル質等のマグネシア主成分の塩基性
ラミング材、アルミナ・マグネシア質等のアルミナ主成
分の中性ラミング材が使用されている。上記塩基性ラミ
ング材のマグネシア・アルミナ質及びマグネシア・スピ
ネル質は、主成分のマグネシアが２８００℃の高融点を
有し、塩基性の溶湯やスラグ等に対して化学的に安定な
特性を有している。しかし、マグネシアは熱膨張率が大
きく、熱衝撃性に対する耐性が乏しく、比較的短時間で
の溶解及び全量出湯等が行われ急熱急冷が連続的に繰返
される誘導炉の炉壁には適用できない。例えば、上記の
ような熱サイクルの生じる誘導炉壁を塩基性ラミング材
で形成した場合、急激な温度変化により炉壁内面で亀裂
が発生し易く、また、発生した亀裂から湯差し等のトラ
ブルが起こり易くなる。また、従来から上記のような誘
導炉壁を塩基性ラミング材で形成した場合に、操業中に
炉壁に発生する亀裂によるトラブルが、炉の大きさに比
例することはよく知られている。そのため、塩基性ラミ
ング材は、操業面での安全性を考慮して、１トン級以下
の小型炉に限定して使用されるのが通常である。

【０００３】一方、アルミナ・マグネシア質の中性ラミ
ング材は、アルミナ・スピネル質ラミング材とも呼ば
れ、主成分が２０００℃以上の高融点と高耐食性を有す
るアルミナであって、マグネシアが添加されたものであ
る。このアルミナ・スピネル質は、上記塩基性ラミング
材の主成分のマグネシアに比較して主成分のアルミナが
熱膨張率が小さく、熱間での容積安定性を有し耐熱衝撃
性に優れ、稼働中にアルミナとマグネシアが反応してス
ピネル（二次スピネル）が生成し、生成時の残存膨張に
より亀裂発生が低減され、且つ、亀裂の拡大が防止され
る。上記のように誘導炉壁に中性ラミング材を用いた場
合は、稼働面で亀裂が発生しても軽微であり塩基性ラミ
ング材に比して安全性が高いことから、特に、鋳鋼溶解
用の高温で稼働される５トン級の大型高周波誘導炉壁内
張り材としては、中性ラミング材が好適に使用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したラミング材で
誘導炉壁を形成する場合、一般に、乾式ラミング材と呼
ばれる所定に配合した原料の乾燥粉体を充填して施工す
る方式が採用される。乾式ラミング材は、内面の強度を
高めるために所定の溶解金属を用い予め稼働時と同様な
処理をして焼結させて安定な焼結層を形成させる。この
場合、高周波誘導炉においては電気効率を高めるため、
通常、中性ラミング材炉壁は約６０〜９０ｍｍと薄く設
計されるが、高温の溶湯に接する内壁面は高温となる一
方、水冷された誘導コイルに接する外側は低温となる。
このため、炉壁内は極めて大きな温度勾配を有し、ラミ
ング材炉壁は、稼働面側には焼結層が形成されるが、そ
の背面側には未焼結層（粉体層）が残存することにな
る。５トン級の大型高周波誘導炉の炉壁を形成する上記
アルミナ・マグネシア質中性ラミング材を構成する原料
粉末としては、従来から焼結性に乏しい高純度の電融ア
ルミナ及び電融マグネシアを使用するのが通常であっ
た。そのため、特に、大型高周波誘導炉の炉壁では表面
のみが焼結するという現象がより顕著であり、稼働面の
極く表面のみが焼結し、その焼結層の直ぐ背面側の殆ど
は未焼結の粉体層となっている。その結果、スラグ成分
の浸潤による構造的スポーリング、急熱急冷による熱的
スポーリング、溶解材料装入時の物理的衝撃等により、
稼働面のみで形成された焼結薄層が剥落する等のトラブ
ルが発生することもあり、大型の高周波誘導炉における
耐久性及び安定性が問題となっている。

【０００５】本発明は、上記のような溶解と全量出湯が
行われて急激な温度変化のある鋳鋼用の大型高周波誘導
炉の炉壁耐火物として中性ラミング材を用いた場合に問
題となっていた焼結層の剥落現象に鑑み、熱サイクルに
よる熱衝撃やスラグ成分の浸潤によるスポーリングに対
する耐性に優れ、且つ、稼働面焼結層の剥落もなく、安
定して鋳鋼の溶解と出湯を繰返すことができる炉壁のラ
ミング材を提供することを目的とする。発明者らは、上
記目的を達成するべく従来の各種ラミング材について再
検討した。その結果、アルミナとマグネシアの反応によ
り二次スピネルの生成を待つことなく、積極的にスピネ
ルを添加することにより、上記従来の問題を解消できる
ことを見出し本発明を完成した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、マグネ
シア３〜２０重量％、スピネル３〜２０重量％及び硼酸
０．２〜１．０重量％を含有すると共に、残部としてア
ルミナを含有することを特徴とする誘導炉用ラミング材
が提供される。本発明の誘導炉用ラミング材において、
マグネシアの原料粉末粒度が０．３ｍｍ以下であり、ス
ピネルの原料粉末粒度が１．０ｍｍ以下であることが好
ましく、また、硼酸がオルト硼酸であり、０．３ｍｍ以
下の粒度の粉末であることが好ましい。

【０００７】本発明は上記のように構成され、スピネル
を所定量添加することから、生成される焼結層が当初よ
りスラグ成分の浸潤を抑制することができる。また、焼
結助剤の硼酸を所定量にすることから、稼働面の焼結層
の強度を確保すると共に、ラミング材全域が硬化するこ
となく、亀裂が発生してもその拡大を防止し、また、溶
湯の進入が背面にまで達して漏洩することを防止でき
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
本発明の誘導炉用ラミング材は、アルミナ、マグネシア
及びスピネルの３成分を主成分とするもので、それらに
硼酸を添加して形成される。本発明のラミング材におい
て、マグネシアは、鋳鋼用溶湯の溶解稼働中にアルミナ
と反応して二次スピネルを生成し、生成と同時に急激に
膨張する残存膨張から亀裂の拡大を防止し低減が図れ
る。マグネシア含有量は３〜２０重量％、好ましくは５
〜１５重量％である。マグネシアが３重量％未満では亀
裂低減効果が期待できない。また、２０重量％を超える
と上記膨張が大きくなり過ぎ、耐火物組織を弛緩させ耐
食性が低下するため好ましくない。本発明のラミング材
は、前記の他成分と共にマグネシアを上記範囲の含有量
で配合することにより、例えば５トン級の大型の高周波
誘導炉でも亀裂の発生が軽微となり、溶湯洩れ等の湯差
しトラブル等が防止される。また、原料マグネシア粉末
は、通常、電融マグネシアを使用し、その粒度が０．３
ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下であるものが望ま
しい。アルミナとの反応を促進させ、二次スピネルの生
成を容易にするためである。

【０００９】本発明のラミング材において、スピネルは
アルミナとマグネシアとの複合酸化物の耐火物であり２
０００℃以上の高融点を有し、高温での耐食性に優れ、
鋳鋼溶湯中のスラグ成分が耐火物組織への浸潤を抑制す
る効果があり、構造的スポーリングに起因した焼結層の
剥落を防止できると共に、耐食性が向上し亀裂の発生及
び拡大にを防止することができる。スピネルの含有量は
３〜２０重量％、好ましくは５〜１５重量％である。ス
ピネルが３重量％未満では上記の効果が期待できず、一
方、２０重量％超えると熱膨張率が大きくなり却って亀
裂が発生し易くなる。スピネルはマグネシアに比較すれ
ば熱膨張率は小さいが、アルミナに比較すると大きいた
めである。また、原料スピネル粉末は、通常、電融スピ
ネルを使用し、その粒度は１ｍｍ以下、好ましくは０．
５ｍｍ以下であるものがよい。溶湯成分と耐火物との反
応やスラグ成分の耐火物組織への浸潤が、主として耐火
物の骨格部分を結合するマトリックス部分で行われるこ
とから、そのマトリックス部分にスピネルが均一に分散
されてるように、スピネルはできるだけ微粉が好まし
く、１ｍｍ以下の粒度が好ましい。

【００１０】本発明のラミング材において、上記のマグ
ネシア及びスピネルと共に主成分を構成するアルミナ
は、従来から誘導炉の内張り耐火物として用いられてい
る高純度電融アルミナや焼結アルミナを用いることがで
きる。アルミナは、上記スピネルと同様に２０００℃以
上の融点であり高耐食性で、前記の通り熱膨張率が小さ
く、高温の溶湯と接する稼働面の容積安定性に優れる。
本発明においては、稼働面で他成分と共に高強度の焼結
層を形成し、且つ、マグネシア成分と二次スピネルを形
成して亀裂の拡大を防止する。原料アルミナ粉末の粒子
は、大小の数種を組合せて用いることが好ましい。緻密
層を形成することができるためである。通常、粒度１〜
５ｍｍ、１ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下の粒子を組合せて
用いる。

【００１１】本発明の誘導炉用ラミング材において、上
記３主成分に添加する硼酸は、稼働面に緻密な焼結層を
生成させると共に、焼結層をバックアップする焼固層を
生成させる効果があり、誘導炉内壁のラミング材の焼結
性が向上し、熱的スポーリングや物理的衝撃に対する抵
抗性を向上させ、焼結層の剥落を防止できる。硼酸の添
加量は０．２〜１．０重量％、好ましくは０．３〜０．
８重量％である。添加量が０．２重量％未満では焼結性
の向上が期待できない。また１．０重量％を超えると耐
火物の融点が下がり耐食性が低下すると共に、ラミング
材の稼働面から背面側まで全域に硬化が進み、溶湯の洩
れ等の従来の中性ラミング材と同様に安全性の点で問題
が生じるおそれがあり好ましくない。本発明で用いる硼
酸は、通常、保管性からオルト硼酸（Ｈ₃ ＢＯ₃ ）の使
用が好ましい。また、その粒度は、０．３ｍｍ以下、好
ましくは０．２ｍｍ以下がよい。ラミング材の焼結強度
が速やかに発現するためである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるも
のでない。実施例１〜３及び比較例１〜３図１に本実施例で用いた高周波誘導炉の築炉方法の要部
断面説明図を示した。図１における築炉は、最外側の誘
導コイル１の内側にコイル保護用耐火物２を配置し、そ
のコイル保護用耐火物２の内面に断熱シート３をセット
した後、表１に示した配合比率の各ラミング材配合品
を、炉床部４に所定量装入してエアーランマーで施工し
た。炉床部４を施工完了後、炉床部４施工面を平滑に仕
上げ、築炉シリンダー５を断熱シート３と所定幅の空間
６を設けて設置する。円環状の空間６に、所定高さの複
数の仕切板（図示せず）を円環状空間６を等分に数分割
するように断熱シート３と築炉シリンダー５に接するよ
うに垂直にセットして、炉床部と同様に各ラミング材配
合品を仕切板の高さまで所定量装入した。通常、一回当
たり約６０〜７０ｍｍの高さとなるように装入する。装
入後、各配合品の表面を平滑に均し、仕切板を炉上部に
引抜き、エアーランマーで施工した。その後、打継ぎ面
でのラミネーション防止のため施工面の目荒しを行い、
施工したラミング材上に、再度、仕切板をセットして同
様に繰り返し行い、炉上部までラミング材による炉壁施
工を行った。上記のようにして３００ｋｇ容量の高周波
誘導炉誘導炉の築炉を完了した。なお、築炉シリンダー
５はそのまま放置し、その後に装入される銑鉄と共に溶
解させた。

【００１３】上記のようにして築炉した３００ｋｇ容量
の高周波誘導炉誘導炉は、築炉シリンダー５の直径が３
１０ｍｍφであり、施工した炉床部４の高さは２００ｍ
ｍであった。円環状の空間６は幅７０ｍｍであり、炉床
部４上に施工した炉壁ラミング材の高さは６００ｍｍで
あった。次いで、築炉した高周波誘導炉に炉内に銑鉄を
装入し溶解試験を行った。溶解試験は、銑鉄を２００ｋ
ｇ溶解し、１６６０〜１６８０℃の高温で５時間保持す
ることで、それぞれ２回づつ実施し、焼結層、焼固層及
び粉体層の各厚さ、侵食及び浸潤の深さ、最大亀裂幅を
測定し、その結果をそれぞれ平均して表１に示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１から明らかなように、（１）マグネシ
ア及びスピネルをいずれも５〜１５重量％配合した本発
明のラミング材の実施例１〜３においては、侵食及び浸
潤が共に全く認められない。また、焼結層の裏側には焼
固層が２５〜３５ｍｍの厚みで生成していることが観察
され、亀裂幅も最大１ｍｍと小さく、極めて良好なであ
ることが分かる。一方、（２）スピネルや有水硼酸を全
く使用していない比較例１では、侵食や浸潤が認められ
る。また、焼結層が１５ｍｍと薄く、その裏側の焼固層
も５ｍｍしか生成しておらず焼結性が劣ることが分か
る。更に、（３）マグネシアを２５重量％使用した比較
例２や、スピネルを２５重量％使用した比較例３は、い
ずれも１〜２ｍｍの侵食が認められると共に、０．３〜
０．４ｍｍの大きな亀裂が発生し、溶湯漏洩のおそれあ
り好ましくないことが分かる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の誘導炉用ラミング材は、スピネ
ルを当初より配合することによりアルミナよりも耐食
性、耐スラグ及び耐浸潤性に優れ、また、硼酸を所定量
添加することから、焼結層の裏側にはバックアップ層で
ある焼固層が適正厚み形成され、且つ、背面側には粉体
層が残存するため、急激な熱サイクルが行われ、且つ高
温溶解の従来の鋳鋼用の高周波誘導炉で問題となってい
る焼結層の剥落が防止でき、大型の高周波誘導炉の操業
を安全に安定して行うことができ、しかも、長期間使用
が可能であり工業的に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例で用いた高周波誘導炉の築炉に
係る要部断面説明図

【符号の説明】

１誘導コイル２コイル保護耐火物３断熱シート４炉床部５築炉シリンダー６空間（炉壁部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マグネシア３〜２０重量％、スピネル３
〜２０重量％及び硼酸０．２〜１．０重量％を含有する
と共に、残部としてアルミナを含有することを特徴とす
る誘導炉用ラミング材。
【請求項２】前記マグネシアの原料粉末粒度が０．３
ｍｍ以下であり、前記スピネルの原料粉末粒度が１．０
ｍｍ以下である請求項１記載の誘導炉用ラミング材。
【請求項３】前記硼酸がオルト硼酸であり、０．３ｍ
ｍ以下の粒度の粉末である請求項１または２記載の誘導
炉用ラミング材。