JPH10259068A - 誘導炉用ラミング材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長時間に渡って溶鋼を保持する操業条件下で
用いられた場合であっても、亀裂の発生を抑制すると共
に、湯差しや焼結層の剥落等のトラブルを防止すること
により、安定して鋳鋼の操業を行うことができる誘導炉
用ラミング材を提供。 【解決手段】 マグネシア３〜２０重量％、シリカ２〜
１０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。また、誘
導炉用ラミング材のマグネシアの原料粉末粒度が０．３
ｍｍ以下であり、シリカの原料粉末粒度が０．１ｍｍ以
上であることが好ましい。

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、塩基性のスラグや溶湯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、主成分であるアルミ
ナが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
衝撃性に優れるという特徴を有する。また、稼働中に
は、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）を生成し、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コイル保護耐
火物と炉内に設置された築炉シリンダの間に装入し、振
動を与えながらつき固める、いわゆる乾式充填施工が採
用されている。そして、溶解材料を誘導加熱により溶解
したり、誘導炉内へ溶湯を装入することにより、前記築
炉シリンダは溶解され、溶湯と接するラミング材炉壁の
稼働面には焼結層が形成され、その背面側には未焼結層
（粉体層）が残存することになる。この未焼結層（粉体
層）が十分残存する場合には、ラミング材の稼働面に亀
裂が生じた場合であっても、亀裂を焼結層内に限定させ
ることができる。しかし、溶湯を長時間に渡って保持す
る操業条件下の大型誘導炉で用いられる場合には、ラミ
ング材に高い熱負荷が長時間加わることになり、ラミン
グ材炉壁の焼結が進み焼結層が厚くなり、未焼結層（粉
体層）の厚みが薄くなる現象が生じる。この現象によ
り、熱的スポーリング等によってラミング材炉壁の稼働
面に発生した亀裂を焼結層内に限定させることができ
ず、亀裂がラミング材の背部まで達し、湯差しや焼結層
の剥落等のトラブルが起こり易かった。また、スラグ成
分の浸潤により稼働面に変質層を厚く生成し易く、構造
的スポーリングにより変質層と未変質層との境界部で稼
働面に平行の亀裂が発生し易かった。さらに、長時間保
持している溶鋼の酸化防止対策として、脱酸剤（Ａｌ）
を炉内に装入するため、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等のスラグが多く発
生し、これらスラグがラミング材炉壁の稼働面に付着堆
積し、冷却時にスラグの収縮により、ラミング材が炉内
側に引っ張られ、亀裂の発生を助長していた。このよう
な観点から、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た。

【０００５】本発明は、上記のように、長時間に渡って
溶鋼を保持する操業条件下の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
となっていた亀裂の発生及び亀裂の発生に起因する湯差
しや焼結層の剥離現象に鑑みなされたものである。そし
て、本発明の目的は、長時間に渡って溶鋼を保持する操
業条件下で用いられた場合であっても、亀裂の発生を抑
制すると共に、湯差しや焼結層の剥落等のトラブルを防
止することにより、安定して鋳鋼の操業を行うことがで
きる誘導炉用ラミング材を提供することにある。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・マグネシア質
中性ラミング材にシリカを添加することにより、アルミ
ナとマグネシアが反応して二次スピネルを生成するとい
う従来の効果に加え、上記従来の問題を解消できる新た
な効果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％、シリカ２〜１０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、シリカの原料粉末粒度が０．１ｍｍ
以上であることが好ましい。

【０００７】本発明は上記のように構成し、アルミナ、
マグネシアと共にシリカを所定量添加することから、ア
ルミナとマグネシアによる二次スピネルによる高温下膨
張とは別に低温で膨張が生じる。このため、長時間に渡
って溶鋼を保持する操業条件下であっても、稼働の初期
から広範囲の温度領域で亀裂の発生を防止できる。ま
た、低温膨張することから、ラミング材炉壁の背面側の
未焼結層（粉体層）を十分残存させることができ、その
ため、ラミング材全域が焼結により硬化することを防止
し、亀裂が発生してもその拡大が防止され、湯差しや焼
結層の剥落を防止することができる。さらに、誘導炉稼
働面にガラス質層が形成されることから、スラグ成分の
浸潤を抑制することができ、また、スラグ成分がラミン
グ材炉壁の稼働面に付着堆積することを防止することが
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
及びシリカの３成分を主成分として形成される。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、２
０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０．３ｍｍ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、シリカは５
７３℃で結晶転移（α石英→β石英）により膨張し、こ
の結果、残存膨張を示す。即ち、シリカはアルミナとマ
グネシアが反応して生成される二次スピネルの生成温度
域（１２００℃）と異なる低温度域で膨張する。このた
め、長時間の溶鋼の保持においてラミング材の内部で膨
張に時間差が生じ、ラミング材炉壁の稼働面での亀裂の
発生の低減を図ることができる。また、低温度域で膨張
することにより、焼結の広がりを防止し、ラミング材の
全域が焼結によって硬化することを抑制することができ
る。この結果、ラミング材の背面側に未焼結層（粉体
層）を十分残存させることができ、亀裂が発生した場合
であっても湯差しや焼結層の剥落等のトラブルを防止す
ることができる。さらに、ラミング材炉壁の稼働面で
は、シリカがアルミナ及びマグネシアと反応することに
より、薄い粘調なガラス質層が生成される。このガラス
質層は、スラグ成分の浸潤を抑制する効果と、ラミング
材炉壁へのスラグの付着堆積を防止する効果とを有する
ため、ラミング材炉壁の稼働面に発生する亀裂を抑制す
ることができる。本発明において、シリカとしては、天
然珪石、珪砂、溶融シリカのいずれを用いてもよい。シ
リカの含有量は２〜１０重量％、好ましくは３〜７重量
％である。シリカが２重量％未満では上記の効果が期待
できず、一方、１０重量％超えるとアルミナ及びマグネ
シアとの反応が激しくなり、耐食性が低下する。また、
シリカ原料粉末粒度は、アルミナ及びマグネシアとの反
応性を抑えるため、０．１ｍｍ以上、好ましくは０．３
ｍｍ以上であるものがよい。

【００１０】本発明のラミング材において、上記のマグ
ネシア及びシリカ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、２０００℃以上の融点であり高耐食性
で、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】

【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。

【００１２】上記のようにして築炉した３００ｋｇ容量
の高周波誘導炉は、築炉シリンダー５の直径が２９０ｍ
ｍφであり、施工した炉床部４の高さは２００ｍｍであ
った。円環状の空間６は幅８０ｍｍ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２００ｋｇ溶
解し、１６６０〜１６８０℃の高温で１０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。

【００１３】

【表１】

【００１４】表１から明らかなように、（１）マグネシ
ア５〜１５重量％及びシリカ３〜７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
潤が共に少なかった。また、ラミング材の背面側には、
粉体層が２８〜３３ｍｍと十分に残存していることが観
察され、亀裂幅も最大０．１ｍｍと小さく、極めて良好
であることが分かる。一方、（２）シリカを全く使用し
ていない比較例１においては、浸潤深さが実施例１〜３
の２倍以上の５ｍｍと認められた。また、ラミング材の
背面側の粉体層の残存厚みは１８ｍｍと薄く、亀裂幅は
最大０．２ｍｍと大きかった。更に、（３）マグネシア
及びシリカをいずれも１５重量％使用した比較例２にお
いては、侵食深さが５ｍｍと大きく、亀裂幅も最大０．
２ｍｍと大きかった。また、（４）マグネシア２５重量
％及びシリカ１０重量％使用した比較例３は、侵食深さ
が４ｍｍと大きく、亀裂幅も最大０．４ｍｍのと大きな
ものであった。

【００１５】

【発明の効果】本発明の誘導炉用ラミング材は、長時間
溶鋼を保持するような操業条件で使用された場合であっ
ても、マグネシア及びアルミナにシリカを配合すること
により従来の中性ラミング材に比べ、ラミング材炉壁の
稼働面に発生する亀裂を抑制することができると共に、
背面側には十分な未焼結層（粉体層）を残存させて、湯
差しや焼結層の剥落等のトラブルを防止できる。このた
め、大型の高周波誘導炉の操業を安全に、且つ、安定し
て行うことができる。さらに、耐スラグ及び耐浸潤性等
にも優れているため、これらに起因してラミング材炉壁
の稼働面に発生する亀裂を抑制することができる。

【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）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年８月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネシア３〜２０重量％、シリカ２〜
   １０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。
2. 【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、前記シリカの原料粉末粒度が０．１ｍ
   ｍ以下である請求項１記載の誘導炉用ラミング材。