JPH10267557A - 多層式誘導炉内張り材の築造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溝状溶損とか表層の局部的な剥離、または地
金の浸入により全体的には内張り材を多く残しながも使
用に耐えられなくなり、短命化している不具合を解決す
ることを技術的な課題とするものである。 【解決手段】 主に溶湯と接する部位と、スラグが滞溜
する部位にそれぞれ適合する異なった材質の乾式不定形
耐火物により水平状に多層構造とし、加振充填して施工
したことを特徴とする多層式誘導炉内張り材の築造方法
を提供するにある。 【効果】 異状損傷による使用上の支障もなく、炉内張
り材の計企的な保全を組みこむことができ、操業の円滑
化が計られて計画生産が確実にできるようになり、その
効果は絶大である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属を溶解およびま
たは精錬する際に用いる誘導炉の内張り用耐火物に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳鉄，鋳鋼および高合金鋳物等を
製造するには、キュポラや前炉を用いて溶解、精錬が行
なわれていたが、高い生産能力と高生産性、より良い作
業環境が求められてきている現在、これらの要求に対応
するため従来のキュポラに比べ溶解効率が高い、炉の保
全作業が容易で少ない、操炉が簡便で且つ省力化がはか
り易く、溶湯の調整管理が容易で、良い品質で均一性の
高い溶湯が得られる、また作業環境の改善が得られ易い
誘導炉が急速に普及してきている。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一般
には炉体の内側に所定の壁厚み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
せて施工する。この乾粉不定形耐火物の施工の良否が内
張材の耐用を大きく左右し炉の寿命が決る。施工時の充
填度が低く且つ充填度にバラツキが有ると異状損傷を来
たしその耐用は短命に終る。この予定外の短命寿命の場
合や大きな異状損傷は内張り材の寿命のみにとどまら
ず、炉本体の損傷にもつながる重大事となり鋳造工場の
稼動停止にもつながり大きな影響をもたらす。安定した
操炉を行うためにはより確実なる施工を行うことが必要
である。それには高い熟練度を必要とされる。このよう
な施工の良否と共に長寿命化をはかり施工の省力化、工
場の稼動率を高めるためこれに用いられる耐火材は特に
吟味されたハイアルミナ質材，アルミナ質材，マグネシ
ア質材，およびスピネル質材やこれらの複合材が用いら
れ更に焼結度を高めることが必要ならば無水硼酸等の焼
結助材を添加した乾式不定形耐火物が主に用いられてい
るが、素材の溶解時に生成するスラグや溶湯を精錬する
ために用いられる螢石や石灰材等により生成するスラグ
との接触による表層からの化学反応溶損および耐火物組
織内部へのスラグ成分が選択的に浸透して、耐食性，耐
熱性を劣化させ溶損を早めるとか、異成分の組織内への
浸透により変質層を形成することにより、表層に亀甲状
の亀裂や内部に稼働面に平行した内部亀裂を発生し、こ
れが発達して溝状の異状溶損や地金の浸入現象を起こし
て、局部的な剥離現象を引き起して内張り材を損傷して
行く、この現象は特に炉の上部、スラグライン部により
多く現われ部分的な損傷が進み全体的には内張り材を多
く残しながらも使用に耐えられなくなり、内張り材の寿
命を短くしている。このため炉壁の保全作業の機会が多
くなり、炉の稼動率を低下させるばかりではなく、時に
は工場の全工程を休止においこむこともあり、その影響
は非常に大きい、又炉の保全費がかさむことや、解体、
施工と云う極度に作業環境の悪い３Ｋ作業の代表的な作
業をよぎなくされる。このような現状下でも作業効率を
高め製造コストの引きさげ、製品の大型化等の要求によ
り炉は大型化の道を進んでおりますます過酷な作業がし
いられてきている。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かつ簡便で
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の如く誘導炉の内
張り材も溶解、精錬時に生成するスラグがより長時間滞
溜する上部スラグ滞溜部とか、溶湯を分割出湯する場合
等スラグが滞溜する部位（以後、中間スラグライン部と
称する）等でのスラグの接触による表層よりの化学溶損
やスラグ成分が組織内に選択浸透することにより、耐食
性，耐熱性を劣化させて溶損を早めるとか、異成分の組
織内への浸透により変質層を形成することにより、体積
収縮をきたし、表層に亀甲状の亀裂や内部に稼働面とほ
ぼ平行に内部亀裂を起し発達して、溝状溶損とか表層の
局部的な剥落、または地金の浸入により全体的には内張
り材を多く残しながも使用に耐えられなくなり、短命化
している不具合を解決することを技術的な課題とするも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者等はこのような
現状に鑑み内張り材を安定且つ長寿命化させるために、
現在誘導炉での溶解温度が高く且つ螢石や石灰材等を用
いての精錬度の高い過酷な条件下で用いられている鋳鋼
用３Ｔ型高周波誘導炉の内張り用耐火物の状況につき調
査を進めた。その結果は下記の条件であった。 １．溶湯温度 １６８０℃±３０℃（時には
１７５０℃となることもある。） ２．溶解、出湯サイクル １サイクル ４時間で１回の
出湯は３分割出湯とされている。 ３．精錬用添加材 螢石、石灰材 ４．現用ライニング材 マグネシア質（ＭgＯ ９７
％）の乾式ライミング材使用中の状況は溶解、精錬中ス
ラグ滞溜する位置である上部スラグライン部、分割出湯
時の中間スラグライン部、下部スラグライン部は溶損の
進行が早く水平状に凹状の部位ができる、さらにスラグ
成分の浸透により変質層が生成し、これが過焼結状を呈
し体積の収縮を伴い表層に亀甲状の亀裂や稼働面にほぼ
平行に内部亀裂を生じ、局部的に剥離現象を生じてい
る。この度合は上部スラグライン部が最も大きい。 ５．溶解、精錬後にできるスラグの化学成分値を表１に
示す。

【表１】 生成するスラグは表１に示されるように塩基度ＣaＯ／
ＳiＯ₂比が０．３２４と低く、これにＦe₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂
を含有する低塩基度スラグである。

【０００５】以上記述したように溶湯温度は１７００℃
前後と高く溶解・精錬時に生成するスラグは、蛍石・石
灰材等が使用されるので非常に活性度が高くＣaＯ／Ｓi
Ｏ₂比が低く且つＦe₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂等を含有するので非
常に粘性が低く、高い流動性を有している。

【０００６】現在このような条件下で用いられている内
張り材は、耐熱性等の点よりマグネシア質の不定形耐火
物である。マグネシア質材は、融点２８００℃と高い融
点を持ち、Ｆe₂Ｏ₃やＭｎＯ₂と反応しても高融点化合物
を生成し、高い抵抗性を示す秀ぐれた耐火材であるがＣ
aＯ／ＳiＯ₂比の低い成分と、反応速度が早いこと、ま
た材料自体は高耐熱性を有する反面ＣaＯ／ＳiＯ₂比の
低いスラグとのヌレ性も高く組織内にスラグが浸透し易
い性質も同時に有している。この浸透により母材のＭｇ
Ｏにスラグの主成分であるＳiＯ₂、ＣaＯ等との間で低
融点のＣaＯ−ＭgＯ−ＳiＯ₂（モンチセライト）の鉱物
を形成し、低耐熱層を形成することによりマグネシア質
材本来の高耐熱性，高耐食性を維持することができず、
徐々に溶損を早めるとか、この変質層部は焼結が異常に
進み過焼結状態となり体積収縮を起し、これが原因で表
層で亀甲状の亀裂や稼働面に平行な内部亀裂を生じる。
この内部亀裂部に地金の浸入（地金差し）現象を生じな
がら局部的な剥落即ち構造的スポーリング現象により損
傷する。この現象は、特にスラグライン部を形成する上
部スラグライン部および中間スラグライン部に生じ易く
拡大して行く。このように亀裂や局部的に剥落し、構造
的素ポーリング現象を起しているため、耐用寿命の見定
めがしづらく突発的に使用不能となるこのため予想外の
炉の稼働停止により関連工程を含め生産が停止すること
となり、生産に大きな支障をきたしている。

【０００７】このようなスラグによる溶損、スラグ成分
の組織内への浸透による構造的損傷を抑制することを本
発明者等は種々検討し研究を重ねた結果 溶損の大きい部分即ちスラグライン部と他の部位との
使用耐火材をそれぞれに適合する異なった耐火物を用い
ることによる水平多層構造誘導炉用内張り材とすること
により解決の方法を見い出した。尚多層構造は２材質を
直接接しさせる方法と、２材質の層間に影響が有る場合
は２材質の中間に緩衝層を設ける緩衝材を入れる方法を
とることにより、より有効な効果をあげることも同時に
知見し得た。

【０００８】現在最も問題となっているスラグライン部
に適する部材としての耐火材としては各種成分のスラグ
との反応性が小さく且つスラグの組織内への浸透性を抑
制するに効果の高い耐火材をクロム鉱石、合成マグクロ
質材、酸化クロム質材およびアルミナ質材に求め、種々
の試験の中よりクロム鉱石材、酸化クロム質材および合
成マグクロ質材等の含クロム質材５〜５０重量％、マグ
ネシア質材２５〜９５重量％、アルミナ質材２〜２５重
量％を含む複合マグクロ質耐火物とすることにより、含
クロム質材がスラグとの反応性を小さくすると共に組織
内への浸透を抑制する効果を、またアルミナ質材を添加
することによりマグネシア質材との間で、使用中の受熱
によりスピネル（ＭgＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）を形成させて体積
を膨脹させる特性を具備させると共にスラグ浸透性を改
善する効果がある等マグネシア質材、含クロム質材、ア
ルミナ質材の３者を複合させることによりマグネシア質
材の高耐熱性と高耐食性を有効に生かすことができ、耐
熱スポーリング性が高く、異物浸透による変質層の生成
が抑制でき、且つ使用中の受熱により耐火材が残存膨脹
性になる等の特性を具備させることができた。さらに有
害な亀裂の発生や層状剥離現象を抑制する効果を高める
ことができた。この３者による複合耐火物を各スラグラ
イン部に配設して、従来品のマグネシア質材との間に水
平多層状に配し共に加振充填施工することにより、この
部分に有害な亀裂の発生や溝状の異状溶損そして稼働面
にほぼ平行な層状剥離や地金差し等の不具合現象の改善
を行い、炉の安定操業度を高め且つ高耐用寿命を修める
ことのできる水平多層状とした内張り材の築造方法を提
供するものである。

【０００９】（限定理由） 側壁部を水平多層状構造とする理由 １．スラグライン部材とその他の部材との２材質、２層
方法とする場合この場合はそれぞれの部位に用いる耐火
材料が材料間および使用時に、この間に異状損傷が無く
耐用寿命に支障の無い場合はこのように２層方式とす
る。 ２．スラグライン部材とその他の部材との２者の間に更
に中間材を入れる材質多層方式とする場合この場合はス
ラグライン部材とその他の部材間で材料間使用時に共に
悪影響が出る場合、この２者の間に中間材を用いて多層
構造としてそれぞれの不具合を解消させるために、３材
質以上での多層方式とする。

【００１０】

【実施例】次に実施例により説明する。 １．実施例に用いた材料の化学成分値を表２に示す。

【表２】 第１次基礎試験としてマグネシア質材、含クロム質材の
適応範囲を、さらに第２次基礎試験としてマグネシア質
材、含クロム質材、アルミナ質材の適応範囲をきめる試
験を行なう。

【００１１】此の基礎試験の資料作成は振動数１８００
回／分の振動台上に２３０×３０×１１４ｍｍの型枠内
に０．５ｍｍのステンレス製メタルケースを入れ、静圧
にて５分間加振充填を行い、この成形体を保形させるた
め８００℃×２時間加熱した後、ステンレス製のメタル
ケースより取出して試料とし、１６００℃に加熱処理を
行い品質の確認をする。尚スラグ浸食試験については８
００℃×２時間加熱処理を行った試料を高周波誘導炉に
各種材別々に張り分け試験を行う。試験材はＣaＯ／Ｓ
ｉＯ₂比、１．５のスラグと鋳鉄９２％，Ｓｉ３％，Ｍ
ｎ２％，Ｃ３％を添加溶解し１６５０℃にて５時間保持
する。マグネシア質材とクロム鉱石による第一次基礎試
験結果を表３に示す。

【表３】 マグネシア質材とクロム鉱石材とアルミナ質材の第２次
基礎試験結果を表４に示す。

【表４】

【００１２】この２シリーズの基礎試験の結果よりマグ
ネシア質材−クロム鉱石材の適応範囲はクロム鉱石材の
配合量が４５重量％で、強度面及び緻密性が低下傾向を
示し、５５重量％以上とすると更に進み組織的に弱くな
ることにより、５０重量％を上限とし、２５重量％が良
い結果である。またマグネシア質材、クロム鉱石材、ア
ルミナ質材の適正範囲は、第１次基礎試験結果よりクロ
ム鉱石材等の含クロム質材５〜５０重量％、マグネシア
質材２５〜９３重量％、アルミナ質材を２〜２５重量％
での範囲での基礎試験結果を得た。

【００１３】（実用実施例）以上の各種基礎試験に基づ
き、本発明の実施例は上部と中間のスラグライン部材に
マグネシア質材６５重量％、含クロム質材２５重量％
（クロム鉱石１５重量％、合成マグクロ質材１０重量
％）アルミナ質材７重量％とし、更に結合部の改善、強
化をはかるため、酸化クロム質材を３重量％添加した複
合マグクロ質耐火物とし（以後Ａ材と称する）他の部位
は、従来品のマグネシア質材（以後Ｂ材と称する）を用
いて図１に示すように２材質、水平２層方式とし尚比較
例としては、第２次基礎試験結果の表４Ｎｏ１材のマグ
ネシア質材を用いて施工を行った。

【００１４】この本発明実用実施例の誘導炉への施工は
所定の配合比率に従い配合された原料をミキサーにて乾
式混合し乾式不定形耐火物とし、一般の乾式不定形耐火
物による施工と同様に誘導炉本体の底部に底部材として
打設した底を造り後フォーマーを配設し炉本体とフオー
マーとの間（所定の炉壁内張り材の厚み）にＡ材およ
び、Ｂ材を定められた部位に交互に投入してフォーマー
の内側より打撃振動を加えながら加振充填を行ない施工
し、炉壁上部に３分割の押えの鋳物板を設置して、フォ
ーマーと一緒に低温焼結工程を径ながら使用に入る。そ
の実用試験の条件を表５に、実用実施例の品質特性を表
６に、試験結果を表７に示す。

【表６】

【表７】

【００１５】

【発明の効果】現在マンガン鋳鋼やステンレス鋳物の溶
解、精錬を行う誘導炉には種としてマグネシア質材１０
０％の乾式不定形耐火物が用いられているが、派生する
スラグとの反応性および耐火物組織内へのスラグの浸透
を小さくすることにより、溶損量を少なくする。有害な
亀裂の抑制、残存膨脹性を付与させるためにマグネシア
質材、含クロム質材、酸化クロム質材とアルミナ質材等
による複合マグクロ質耐火物を特にスラグの長時間滞溜
する上部、および中間スラグライン部に配置するなど、
適材適所に異なった材質の耐火物を配する水平多層構造
とすることにより、亀裂の発生、異状損傷、局部剥離等
の不具合も改善することができ、耐用上問題となる上
部、中間スラグライン部の損傷も比較品が１ｃｈ １．
０５〜０．９５ｍｍの溶損に対して０．３８〜０．３５
ｍｍと約３６〜３７％の溶損にとどまり、耐用回数も６
５回が１１４回と１７５％となり、大きく寿命の延長が
はかれたと共に剥離、亀裂等の異状損傷による使用上の
支障もなく炉内張り材の計企的な保全を組みこむことが
でき、操業の円滑化が計られて計画生産が確実にできる
ようになり、その効果は絶大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による多層式誘導炉用内張り材の築造方
法を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 誘導炉内張り耐火物 ２ 押え板 ３ マグクロ−アルミナ質材（Ａ材）スラグライン部 ４ マグネシア質材（Ｂ材）

【表５】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属を溶解、精錬する誘導炉の内張り材
   において主に溶湯と接する部位と、スラグが滞溜する部
   位にそれぞれ適合する異なった材質の乾式不定形耐火物
   により、水平状に多層構造とし加振充填して施工したこ
   とを特徴とする多層式誘導炉内張り材の築造方法。