JP4388190B2

JP4388190B2 - 溶鋼取鍋湯当たり部用不定形耐火物

Info

Publication number: JP4388190B2
Application number: JP2000063607A
Authority: JP
Inventors: 章弘新保; 剛松井; 利弘礒部; 英俊神尾
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: JP2001253781A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼取鍋の湯当たり部に使用する不定形耐火物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄産業で使用される溶鋼取鍋は、転炉等から受鋼する際に溶鋼流が当たる敷部中央を湯当たり部と称し、この個所は一般ににその周囲より耐食性、耐摩耗性に優れた耐火物が設けられている。
【０００３】
この湯当たり部は、取鍋敷部に位置することで外周が取鍋の側壁下端に拘束された形となり、加熱を受けると熱膨張応力で座屈破壊し、耐火物組織のぜい弱化を招く。しかも、溶鋼落下による衝撃傷を受ける。
【０００４】
湯当たり部耐火物に使用される不定形耐火物の具体的材質は、例えば、特開平9-76056号公報、及び特開平5-185202号公報にみられるように、アルミナ−マグネシア質が主流である。
【０００５】
アルミナ−マグネシア質不定形耐火物は、使用中の高温下でアルミナとマグネシアが互いに反応し、二次スピネルを生成することにより、耐火物組織を緻密化して耐食性が向上する。しかし、湯当たり部耐火物においては、このスピネルの生成は前記した座屈破壊の原因となり、溶鋼落下衝撃に対しても逆効果になる。
【０００６】
この問題の対策として、アルミナ−マグネシア質不定形耐火物に対し、揮発シリカを添加することが知られている。揮発シリカはその添加量の調整により、耐火物に適度な荷重軟化性をもたせ、湯当たり部用耐火物が受ける熱膨張および溶鋼落下衝撃の応力を緩和する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、揮発シリカの添加で湯当たり部用耐火物に必要な荷重軟化性を得るには、揮発シリカの添加量が増し、シリカ成分による液層が過多となって過焼結を招く。そして、この過焼結が原因して、揮発シリカの添加だけでは十分な荷重軟化性を付与することはできない。
【０００８】
本発明は、アルミナ−マグネシア質の湯当たり部耐火物において、アルミナ−マグネシア質がもつ組織の緻密性を損なうことなく、十分な荷重軟化性を付与することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、マグネシア３〜１５質量％、揮発シリカ０〜２質量％、残部がアルミナ主材の耐火骨材１００質量％にアルミナセメントおよび分散剤を添加して成り、且つ前記アルミナのうち耐火骨材１００質量％中に占める割合で５０〜７０質量％をアルミナ質ラウンド粒子とした溶鋼取鍋湯当たり部用不定形耐火物である。
【００１０】
この湯当たり部用不定形耐火物は、、アルミナ−マグネシア質がもつ耐食性、組織の緻密性に加え、熱膨張応力および溶鋼落下衝撃の緩和に作用する適度な荷重軟化性を備えることで、優れた耐用性を発揮する。
【００１１】
ここでいうアルミナ質ラウンド粒子とは、角張りのない粒子表面性状を有したアルミナ質粒子である。球状、楕円球の他、角が滑らかな非破砕粒もこれに含まれる。
【００１２】
不定形耐火物の耐火骨材として一般に使用されるアルミナは、粉砕による粒径調整のために、粒子表面は角張っている。これに対しアルミナ質ラウンド粒子は、角張っていないことで耐火骨材同士の摩擦が少なく、不定形耐火物施工時の流動性に優れ、施工体組織を緻密化する。しかも、アルミナ質ラウンド粒子はこの耐火骨材同士の摩擦が少なく、耐火骨材が動きやすい状態にあることで、耐火物組織の熱膨張あるいは溶鋼落下衝撃に対する応力緩和に作用する。その結果、本発明の不定形耐火物は、緻密組織にもかかわらず、湯当たり部に必要な荷重軟化性の効果を発揮する。
【００１３】
本発明の材質においても揮発シリカを添加してもよい。揮発シリカは超微粒子のために不定形耐火物を流し込み施工する際に流動性を付与し、施工体の充填率向上の効果をもつ。しかし、シリカ成分による液層生成で過焼結の原因となるので、添加量は少なくすることが必要である。
【００１４】
本発明は、アルミナ質ラウンド粒子の使用による荷重軟化性の付与により、少量の揮発シリカであれば本発明による荷重軟化性の効果を損なうこともない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するマグネシアは、使用中の高温でアルミナとの反応で二次スピネルを生成し、耐火物組織を緻密化することで、耐食性向上の効果をもつ。このマグネシアは焼結品、電融品のいずれでもよい。また、アルミナとの反応による二次スピネル生成を促進させるために、微粉で使用するのが好ましい。
【００１６】
耐火骨材100質量％中に占めるマグネシアの割合は、３質量％より少ないと十分な耐食性が得られず、１５質量％を超えると二次スピネルの生成が過多となり、スピネル生成に伴なう急激な膨張により、組織劣化や剥離の原因となる。
【００１７】
揮発シリカは、シリコンまたは珪素合金製造の際の副産物として得られ、一般に、シリカフラワー、又はマイクロシリカなどの商品名で知られている。揮発シリカは高温下で液層を生成し、耐火物組織に荷重軟化性を付与する効果をもつ。しかし、多量に添加すると過燒結となり、好ましくないため、本発明では、添加する場合でも耐火骨材に占める割合で２質量％以下にとどめる。
【００１８】
本発明で使用するアルミナ質ラウンド粒子は、Ａｌ₂Ｏ₃純度９５ｗｔ％以上ものが好ましい。その粒子径は通常の耐火骨材の粒径と特に変わりなく、例えば１０ｍｍ未満、さらに好ましくは８ｍｍ以下の範囲で調整する。
【００１９】
アルミナ質ラウンド粒子は、例えばロータリーキルンで製造された焼結アルミナ粒子を、粉砕せずに篩によって粒度調整を行うことによって得ることができる。
【００２０】
本発明で使用するアルミナは、このアルミナ質ラウンド粒子に、粉砕アルミナを組合わせてもよい。特に微粉部には、粉砕アルミナの一種である仮焼アルミナを使用することが好ましい。
【００２１】
耐火骨材に占めるアルミナの割合は、前記したマグネシアと揮発シリカが占める残部において主材となる。好ましくは、８３〜９７重量％である。
【００２２】
アルミナ質ラウンド粒子は、このアルミナのうち、耐火骨材に占める割合で１０質量％未満では荷重軟化性付与の効果が得られず、８０質量％を超えるとその分、マグネシアの割合が少なくなり、スピネル生成が不十分となって耐食性に劣る。本発明では、耐火骨材に占めるアルミナ質ラウンド粒子の割合を５０〜７０質量％とする。
【００２３】
本発明の効果を損なわない範囲であれば、以上の耐火骨材に他の耐火骨材を組合わせてもよい。例えば、スピネル、ろう石、けい石、ムライト、カイアナイト、アンダリュウサイト、マグネシア、マグネシア−カルシア、ジルコン、ジルコニア、クロム鉱、窒化珪素、酸化クロム等である。本発明の効果の面から、これら他の耐火骨材の使用は、１０質量％以下とすることが好ましい。
【００２４】
アルミナセメントは、結合剤としての役割をもつ。分散剤は、不定形耐火物を流し込み施工する際の流動性を付与し、施工体の緻密化を図る。これらアルミナセメントおよび分散剤の添加量は従来材質と特に変わりない。アルミナセメントおよび分散剤の添加量は、耐火骨材100質量％に対する外掛けで、アルミナセメントは３〜１５重量％、分散剤は0.01〜１質量％が好ましい。
【００２５】
分散剤の具体例としては、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ウルトラポリリン酸ソーダ、酸性ヘキサメタリン酸ソーダ、ホウ酸ソーダ、炭酸ソーダ、ポリメタリン酸塩などの無機塩、クエン酸ソーダ、酒石酸ソーダ、ポリアクリル酸ソーダ、スルホン酸ソーダ、ポリカルボン酸塩、β−ナフタレンスルホン酸塩類、ナフタリンスルフォン酸、ポリエーテル系化合物等である。
【００２６】
以上の耐火骨材、結合剤以外にも、必要によっては不定形耐火物の添加物として知られている乾燥促進剤、金属ファイバー、有機ファイバー、セラミックファイバー、乳酸アルミニウム、増粘剤、耐火粗大粒子等を添加してもよい。
【００２７】
耐火粗大粒子は、耐火物組織に発生した亀裂の進展を防止する役割をもつ。耐火骨材の粒径は一般に１０ｍｍ未満の範囲で粗粒、中粒、微粒に調整されるが、耐火粗大粒子は粒径がさらに大きく、耐火骨材とは明確に区別される。
【００２８】
耐火粗大粒子の粒径は耐火骨材の粒径との兼ね合いもあるが、１０〜５０ｍｍが好ましい。その材質は、アルミナ、スピネル、マグネシア等あるいはこれらを主材とした耐火物廃材を使用することができる。その割合は、耐火骨材組成100質量％に対し外掛けで５０質量％以下、好ましくは２０〜４０質量％である。
【００２９】
本発明による不定形耐火物の荷重軟化点は、ＪＩＳ―Ｒ2209に準じた試験方法による測定値において、Ｔ₂（軟化曲線における最高点Ｔ₁から試験片の最初の高さの２％圧縮された点）が1450〜1600℃であることが耐用性において好ましい。
【００３０】
なお、この荷重軟化点は、各不定形耐火物を流し込み施工し、養生・乾燥（110℃×24時間）して得た試験片をもって測定した。
【００３１】
Ｔ₂の調整はアルミナ質ラウンド粒子の使用量だけでなく、揮発シリカの添加量によっても行うことができる。耐火物中にシリカ成分が多くなると過焼結となり、亀裂や剥離の発生で本発明の効果が損なわれるので、揮発シリカは2質量％以下にとどめ、この範囲内での調整となる。したがって、Ｔ₂の調整の主体はアルミナ質ラウンド粒子の使用量であり、揮発シリカの添加量は補助的なものである。
【００３２】
本発明による不定形耐火物の施工は従来材質と同様、不定形耐火物組成全体に対する外掛けで施工水４〜８質量％程度添加し、混合後、型枠内に流し込むことで行う。施工時には通常、充填性を高めるためにバイブレータによって加振する。
【００３３】
この施工では、取鍋敷部の湯当たりに相当部に直接流し込みする他、あらかじめ型枠に流し込んでブロック化したものを湯当たりに相当部に配置してもよい。
【００３４】
【実施例】
以下に本発明実施例とその比較例を示す。表１は各例の配合組成とその試験結果である。試験は耐火物施工時の適正な流動性を得るために、各例の材質に合わせて施工水分を、耐火物材質に合わせて外掛け６〜８質量％の範囲で添加し、混練後、流し込み施工した。施工後は養生および乾燥（110℃×24時間）を経て試験片とした。
【００３５】
ここで使用のアルミナラウンド粒子は、ロータリーキルンで製造された焼結アルミナ粒子を、粉砕せずに篩によって粒度調整を行なうことによって得たもので、他のアルミナは、通常の粉砕粒子とした。
【００３６】
各試験の方法は以下のとおりである。
気孔率；ＪＩＳ・Ｒ2205-74に準じて測定した。
耐食性；重量比で鋼片：転炉スラグ＝１：１としたものを侵食剤とし、1650℃×４時間の回転侵食試験を行い、溶損寸法を測定した。耐食性の数値は、比較例１の溶損寸法を100とした指数で示し、数値が小さいほど耐食性に優れる。
【００３７】
荷重軟化点；径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円柱状の試験片をもって、ＪＩＳ−Ｒ2209に準じて測定してＴ₂を求めた。
【００３８】
耐スポーリング性；重量比で鋼片：転炉スラグ＝１：１としたものを侵食剤とし、回転侵食法により、1700℃×0.5Ｈ加熱した後、コンプレッサーにより空気を吹き込み0.5Ｈの強制空冷を行い、熱衝撃を与えた。これを６回繰り返したのち、冷却後、試料切断面の亀裂発生の状況を観察した。評価は、◎…微細亀裂、○…亀裂小、×…亀裂大、とした。
【００３９】
実機試験；溶鋼取鍋湯当たり部にあらかじめブロック状に流し込み施工した不定形耐火物を施工し、約７５回受鋼後に損耗寸法を測定し、損耗速度（ｍｍ／回）を求めた。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表の試験結果が示すように、本発明実施例はいずれも耐食性および耐熱スポーリング性に優れ、しかも適度な荷重軟化性であるＴ₂：1450〜1600℃以下の範囲にある。また、本発明の効果は実機試験の結果からも確認される。
【００４２】
また、表の試験値には示していないが、本発明実施例は使用後の観察から受鋼衝撃および熱膨張応力が原因した耐火物組織の亀裂発生はほとんど見られず、このことが実機試験での耐用性に大きく作用していることは明かである。
【００４３】
これに対し比較例１は、アルミナ質ラウンド粒子を使用しておらず、耐火物組織の緻密化が不十分なためか耐食性に劣る。比較例２はアルミナ質ラウンド粒子の割合が少なく、緻密化、および荷重軟化性付与の効果が小さい。
【００４４】
比較例３はマグネシアの割合が少ないために、スピネル生成による緻密化の効果が十分でなく、耐食性に劣る。比較例４はマグネシアの割合が多いため、二次スピネル生成に起因する熱膨張が大きいために、荷重軟化点が高く、また、耐熱スポーリング性に劣る。
【００４５】
比較例５は揮発シリカの割合が多いために液層を多く生じやすく、耐熱スポーリング性に劣る。
【００４６】
比較例６はアルミナ質ラウンド粒子を使用せずに、揮発シリカの割合を少なくしたものであるが、荷重軟化点が高く、適度な荷重軟化性が得られていないために、実機において剥離が生じやすく、損耗速度が大きい。
【００４７】
実施例３の配合組成を基本とし、同配合組成の中でアルミナ質ラウンド粒子の割合のみを変化させ（アルミナの合計量を一定に保つため、アルミナ質ラウンド粒子の変化に合わせて粉砕アルミナの割合を調整した。）、アルミナ質ラウンド粒子の添加量と実機試験での損傷速度との関係を試験し、その結果を示したのが図１のグラフである。
【００４８】
同グラフから分かるように、アルミナ質ラウンド粒子の割合が、本発明で限定した範囲内において、湯当たり用不定形耐火物として適正な荷重軟化性が得られている。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の不定形耐火物は以上の実施例の試験結果が示すように、優れた耐用性が得られる。その結果、本発明の不定形耐火物は、溶鋼取鍋湯当たり部の寿命を延長し、耐火物原単位の低減等に寄与するため、産業的価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】アルミナ質ラウンド粒子の添加量と実機試験での損傷速度との関係の試験結果を示す図。

Claims

マグネシア３〜１５質量％、揮発シリカ０〜２質量％、残部がアルミナ主材の耐火骨材１００質量％にアルミナセメントおよび分散剤を添加して成り、且つ前記アルミナのうち耐火骨材１００質量％中に占める割合で５０〜７０質量％をアルミナ質ラウンド粒子とした溶鋼取鍋湯当たり部用不定形耐火物。
不定形耐火物が、予めブロック状に流し込み施工したものである請求項１記載の溶鋼取鍋湯当たり部用不定形耐火物。
荷重軟化点が、ＪＩＳ−Ｒ２２０９に準じた試験方法による測定値において、Ｔ2（軟化曲線における最高点Ｔ1から試験片の最初の高さの２％圧縮された点）が１４００〜１６００℃である請求項１又は２記載の溶鋼取鍋湯当たり部用不定形耐火物。