JPH0825812B2

JPH0825812B2 - 導電性不定形耐火物

Info

Publication number: JPH0825812B2
Application number: JP3243439A
Authority: JP
Inventors: 隆山村; 中村良介; 悟臼田
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 1991-09-24
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1996-03-13
Anticipated expiration: 2011-03-13
Also published as: JPH0578178A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流電気炉電極部等の
高温で且つ電気伝導性を必要とされる部位に用いられる
導電性不定形耐火物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】直流電気炉は、炉底に設置された炉底電
極と、炉蓋を通して装入される可動電極との間に直流ア
ークを発生させ、その熱により鉄スクラップを溶解して
鋼を精錬する炉である。炉底電極は、通電中は特に高温
にさらされ、且つ溶融した鋼に接触する。また、溶鋼を
排出した後は、精錬により生じたスラグ成分と接触して
化学的反応が生じる。従って、炉底電極部付近は著しい
損傷を受けることになる。この損傷が進行すると、単に
電気炉の寿命が短くなるだけでなく、出鋼後の残留溶鋼
（ホットヒール）により電極の再生が困難になる等の原
因で、次の操業の為の通電が出来なくなる等の弊害が生
じる。これを防止する技術として、例えば、特開平３−
３１６８８号公報に開示されているように、ドロマイト
等を用いた不定形耐火物の、吹付けによる補修方法が提
案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の吹付材は、電気伝導性が全くないため、一度
に炉底電極の表面全体を補修することが出来ず、通電可
能な面積を確保しながら、出鋼側、排滓側を交互に補修
しなければならないという不便がある。しかも、吹付補
修のため、水を用いて補修施工を行うので、炉底電極部
を構成するマグネシアーカーボンれんがの急冷スポーリ
ング損傷や、高温水蒸気によるカーボンの酸化による損
傷を促進するという問題があった。

【０００４】一方、炉の内張りに用いられているマグネ
シアーカーボンれんがは、成形体であり、複雑な施工部
位等には適用困難であり、また、熱間での補修には使用
不可能である。

【０００５】本発明は上記課題を解決する為に成された
ものであり、一度の熱間補修作業により、炉底電極の表
面全体が補修可能で、且つ炉底電極部を構成するマグネ
シアーカーボンれんがの損傷を促進することがない、導
電性不定形耐火物を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる不定形耐
火物は、施工体自体が充分な電気伝導性を有することを
特徴とする。即ち、体積抵抗率が１．０×１０^-2Ω・ｃ
ｍ以下である導電性材料２０〜７０ｗｔ％と、耐火性材
料８０〜３０ｗｔ％と、加熱により炭素結合を形成する
結合剤とからなる電気伝導性を有する不定形耐火物であ
る。

【０００７】

【作用】本発明の不定形耐火物は、体積抵抗率が１．０
×１０^-2Ω・ｃｍ以下である導電性材料２０〜７０ｗｔ
％と、耐火性材料８０〜３０ｗｔ％と、加熱により炭素
結合を形成する結合剤とからなる、電気伝導性を有する
不定形耐火物である。

【０００８】本発明を成すに当たって、先ず各種材料の
電気伝導性を判断するために、体積抵抗率について調査
した。体積抵抗率ρは、長さがＬ（ｃｍ）、断面積がＡ
（ｃｍ²）の一様な物質の電気抵抗をＲとしたとき、Ｒ＝ρ（Ｌ／Ａ）（Ω）で表される式の、比例定数として与えられる。ρの値が
小さいほど電気伝導性が良好であり、例えば、鉄（Ｆ
ｅ）ではρ＝９．８×１０^-6Ω・ｃｍであるが、一般の
耐火物に用いられている酸化物の体積抵抗率は、Ａｌ₂
Ｏ₃でρ＝１×１０¹⁶Ω・ｃｍ、ＳｉＯ₂でρ＝１×１
０¹⁵Ω・ｃｍ、ＭｇＯでρ＝２×１０⁸Ω・ｃｍと非常
に大きな値であり、通常の耐火物は電気伝導性がほとん
ど無い。

【０００９】本発明の不定形耐火物には、体積抵抗率が
１．０×１０^-2Ω・ｃｍ以下である導電性材料を、２０
〜７０ｗｔ％用いることが必要である。即ち、体積抵抗
率が１．０×１０^-2Ω・ｃｍより大きい材料を用いた場
合、耐火材料の最低必要量３０ｗｔ％の残部である７０
ｗｔ％の混合量としても、施工体の電気伝導性を満足な
値にする事が困難である。また、体積抵抗率が１．０×
１０^-2Ω・ｃｍ以下である導電性材料を用いる場合で
も、２０ｗｔ％以上の混合量でなければ、不定形耐火物
中で連続して存在することが出来ず、ばらばらに分散し
た状態となり、満足な電気伝導性を得ることが困難であ
る。さらに詳述すると、体積抵抗率が１．０×１０^-2Ω
・ｃｍ以下である導電性材料は、不定形耐火物を構成す
る、およそ１〜４ｍｍの骨材部に５ｗｔ％以上、及び、
１ｍｍ以下の微粒、微粉部に１０ｗｔ％以上を含有して
いることが好ましい。施工体を形成した後の電気伝導性
は、各々の導電性材料がどの様に連続しているかで決定
される。骨材部のみに用いた場合、骨材同士の接触面積
はあまり大きくなく、いかに体積抵抗率の小さい導電性
材料を用いても、材料自身の電気伝導性が、そのまま施
工体の電気伝導性に反映されない場合がある。一方、微
粒、微粉部のみに用いた時には、例えば、０．３ｍｍの
粒子のみを混合した場合、骨材としての３ｍｍの粒と同
じ距離を電気が流れるためには、最低１０個の粒子が接
触して連続しなければならず、その分接触抵抗が増大し
てしまう。

【００１０】体積抵抗率が１．０×１０^-2Ω・ｃｍ以下
である導電性材料としては、大部分の金属がこれに当た
るが、少なくとも耐火物としての耐火性や溶鋼、スラグ
に対する耐食性等を満足する必要がある。即ち、電極用
カーボンの粉砕品や、人造・天然の黒鉛、微粉用として
のカーボンブラック等の炭素質材料、また、炭化チタン
や炭化タングステン等の侵入型炭化物及びこれらを形成
する金属が使用できる。中でも、炭素質材料は、やや体
積抵抗率が高い方ではあるが、高温での安定性、溶鋼や
スラグに対する耐食性、及び経済性の点で最も好まし
い。

【００１１】本発明の不定形耐火物に用いられる耐火性
材料は、一般の耐火物に用いられる各種材料、例えば、
アルミナーシリカ系の天然・合成耐火材、マグネシア、
カルシア、ドロマイト等の塩基性耐火材、アルミナーマ
グネシアやクロム−マグネシア等の合成スピネル質等の
耐火材を使用することが出来る。しかし、本発明の不定
形耐火物が、熱間補修を目的とした焼付材である場合に
は、熱間での流動性の点で注意が必要である。即ち、焼
付材は、熱間で材料自体の自重によって流動しなければ
ならず、良好な流動によって損傷部を埋め、且つ充填度
の高い補修施工体が得られる。ところが、導電性材料と
して、炭素質材料を主として使用した場合、炭素質材料
の比重が、およそ１．４〜１．７程度であり、かなり軽
量であるため、自重による流動が十分ではなく、充填密
度も小さくなる傾向がみられる。従って、焼付材全体と
しての流動性を確保するためには、比重が３．０以上の
耐火性材料を使用することが必要であり、シャモット等
の比重が３．０未満の耐火性材料は好ましくない。

【００１２】また、本発明の不定形耐火物を、直流電気
炉の炉底電極部へ適用する場合には、製鋼炉スラグに対
する耐食性を考慮して、マグネシア、カルシア、ドロマ
イト等の塩基性材料が好ましい。

【００１３】本発明の不定形耐火物における、耐火性材
料の使用量は３０〜８０ｗｔ％の範囲でなければならな
い。単に、電気伝導性だけを考えた場合には、導電性材
料だけを使用した方がよいが、溶鋼やスラグに対する耐
食性に劣ったり、強度不足による摩耗損傷が生じたりす
る。そのため耐火物としての効果を得るためには、少な
くとも３０ｗｔ％の耐火性材料を使用する必要がある。
さらに、耐火性材料は、結合組織の強化のために、１ｍ
ｍ以下の微粒・微粉部に少なくとも１０ｗｔ％以上使用
することが好ましい。また、焼付材として使用する場合
には、熱間流動性の面からも、３０ｗｔ％以上の、且つ
比重が３．０以上の耐火性材料を使用する必要がある。

【００１４】一方、本発明の不定形耐火物には、電気伝
導性を確保するために、前述したように、少なくとも２
０ｗｔ％の導電性材料を用いる必要があり、耐火性材料
の最大混合量は、その残部である８０ｗｔ％となる。

【００１５】本発明の不定形耐火物には、加熱により炭
素結合を形成する結合剤が使用されなければならない。
不定形耐火物の施工体が、良好な電気伝導性を有するた
めには、導電性材料を使用することは、前述したように
勿論必要であるが、これらの導電性材料及び耐火性材料
を結合する結合系が、重要である。例えば、従来の吹付
材等には、結合剤としてアルミナセメント、珪酸塩、燐
酸塩などが使用されているが、これらはいずれも無機結
合剤であり、電気伝導性はなく、不定形耐火物中に良好
な導電性材料を多量に用いても、それぞれの粒子は、絶
縁性の結合剤で結合されることになり、施工体としての
電気伝導性は、各粒子の直接接触にのみ依存することに
なり、実用上は、殆ど電気伝導性を示さない施工体とな
ってしまう。

【００１６】本発明の不定形耐火物では、これが高温下
で使用されることを前提に、加熱によって炭素結合を形
成する結合剤を用いることとした。炭素結合であれば、
電気伝導性を持つカーボンを媒介として、全ての導電性
材料の粒子を接続させることが可能となる。

【００１７】炭素結合を形成する結合剤としては、石炭
系、石油系のタール・ピッチや、各種樹脂が使用でき
る。中でもコールタールピッチやフェノール樹脂は、加
熱後残留炭素量が多く、良好な炭素結合組織を形成する
ので好ましい。但し、コールタールピッチの場合、加熱
中の発煙が著しいので、環境面も考慮するとフェノール
樹脂が最も良好と言える。

【００１８】尚、不定形耐火物中の結合剤の添加量は、
不定形材の施工方法によって、同一とはならない。例え
ば、流し込み材や焼付材のように、材料の流動性を重視
する場合には、導電性材料及び耐火性材料の合量を１０
０として、１０ｗｔ％以上の添加が必要であり、一方、
スタンプ施工用の材料では、３〜８ｗｔ％でよい。添加
量の上限は、使用する導電性材料及び耐火性材料の比重
にも影響される。即ち、比重の小さい炭素質材料のよう
な導電性材料を用いる場合には、重量比では比較的多量
の結合剤量が必要となるが、５０ｗｔ％を越えて添加す
ると、施工体の組織低下が生じるため好ましくなく、５
０ｗｔ％以下にとどめるべきである。

【００１９】また、好ましくは、結合剤が加熱された後
の残留炭素量が、少なくとも２ｗｔ％以上となるよう
に、結合剤の添加量を設定すべきである。前述したよう
に、導電性材料の各粒子を電気伝導性のあるカーボンで
接続するためには、結合組織において、結合剤の残留炭
素量が２ｗｔ％以上となるように調整するのがよい。

【００２０】なお、本発明の電気伝導性不定形耐火物に
は、カーボンの酸化防止や熱間強度改善のために金属シ
リコンや金属アルミニウムを少量添加してもよい。

【００２１】不定形耐火物に必要とされる電気伝導性の
値は、この耐火物が使用される条件によって変動がある
ので、必ずしも規定できない。即ち、直流電気炉の炉底
電極部へ適用する場合でも、炉底電極の表面積や可動電
極との距離、あるいは溶解される鉄スクラップの状態等
によって、必要とされる電気伝導性は異なる。しかし、
不定形耐火物の体積抵抗率が１．０×１０³Ω・ｃｍよ
り大きい場合には、直流電気炉の炉底電極表面に用いた
とき、良好な通電ができないことが多いので１．０×１
０³Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率であることが望ましい。
本発明の電気伝導性を有する不定形耐火物では、１００
０℃で還元焼成した後の施工体の体積抵抗率は、１．０
×１０³Ω・ｃｍ以下である。酸化物系の耐火材料だけ
で構成された従来耐火物の体積抵抗率は、１×１０¹⁵〜
１×１０¹⁶Ω・ｃｍもしくはそれ以上の値であり、これ
らを比較すると、本発明の不定形耐火物は、大幅に体積
抵抗率が低下しており、電気伝導性が得られていること
がわかる。

【００２２】

【実施例】図１に、本発明例、従来例および比較例を示
す。

【００２３】耐火性材料としては、粒の比重が約３．３
のマグネシアクリンカーを用い、マグネシア５〜１ｍ
ｍ、マグネシア１ｍｍ以下のものの割合を図示の如く
し、耐火性材料合計量として、本発明例１〜６において
は、それぞれ７９．５ｗｔ％、７４．５ｗｔ％、７４．
５ｗｔ％、６７ｗｔ％、６０ｗｔ％、４０ｗｔ％、従来
例においては１００ｗｔ％、比較例１、２においては、
それぞれ８４．５ｗｔ％、１５ｗｔ％とした。

【００２４】導電性材料としては、いずれも体積抵抗率
が１．０×１０^-2Ω・ｃｍ未満の炭素質材料を用い、炭
素電極粉砕品４〜１ｍｍ、炭素電極粉砕品１ｍｍ以下、
天然鱗状黒鉛１ｍｍ以下、カーボンブラック５０μｍ以
下のものの割合を図示の如くし、導電性材料合計量とし
て、本発明例１〜６においては、それぞれ２０．５ｗｔ
％、２５．５ｗｔ％、２５．３ｗｔ％、３３ｗｔ％、４
０ｗｔ％、６０ｗｔ％、従来例においては０ｗｔ％、比
較例１、２においては、それぞれ１５．５ｗｔ％、８５
ｗｔ％とした。

【００２５】また、結合剤の種類としては本発明例１，
３，４，５では石炭ピッチ、フェノール樹脂をそれぞれ
添加量５ｗｔ％（残留炭素量２．３ｗｔ％）、２２ｗｔ
％（残留炭素量４．６ｗｔ％）、１５ｗｔ％（残留炭素
量５．８ｗｔ％）、２４ｗｔ％（残留炭素量５．６ｗｔ
％）、本発明例２では石炭ピッチを添加量８ｗｔ％（残
留炭素量４．６ｗｔ％）、本発明例６ではフェノール樹
脂を添加量４０ｗｔ％（残留炭素量８ｗｔ％）、従来例
では硫酸マグネシウムを添加量４０ｗｔ％（残留炭素量
０ｗｔ％）、比較例１、２ではフェノール樹脂を添加量
１２ｗｔ％（残留炭素量４ｗｔ％）、９ｗｔ％（残留炭
素量３ｗｔ％）を使用した。

【００２６】次に、図に示す各材料の施工方法（本発明
例１：振動成形材、本発明例２：スタンプ材、本発明例
３，５，６：焼付材、本発明例４：流し込み材、従来
例：スタンプ材、比較例１：流し込み材、比較例２：ス
タンプ材）に従って施工体を作成し、これを切り出して
試料とした。侵食テストは、これらの試料を乾燥した状
態で、アーク加熱による回転ドラム法を用いて行った。
この時の侵食剤には、電気炉スラグを用いた。また、切
り出した各試料を、還元雰囲気下で１０００℃、３時間
加熱した後の気孔率と体積抵抗率を測定した。

【００２７】本発明例では、いずれも、還元雰囲気１０
００℃、３時間加熱後の施工体の体積抵抗率は、図示す
るように１．０×１０³Ω・ｃｍ以下であり、良好な電
気伝導性を示している。また、侵食テスト後の溶損量
は、従来のマグネシア質スタンプ材と、ほぼ同等の値で
あり、良好な耐食性を保持している。

【００２８】一方、従来例は、導電性材料としての炭素
質材料を全く含まないので、体積抵抗率が非常に大き
く、実用上の電気伝導性がない。

【００２９】比較例１は炭素質材料を１５．５％含有す
る組成物であるが、体積抵抗率がかなり大きく、電気伝
導性耐火物として実用することは困難である。また、比
較例２は炭素質材料を８５％含有し、耐火材料を１５％
含有する組成物であるが、体積抵抗率は十分に低く良好
であるものの、スラグに対する耐溶損性に劣り、従来の
マグネシア質スタンプ材のおよそ３倍の溶損量を示し、
耐火物としては実用困難である。

【００３０】なお、本発明例３は、容量６０ｔｏｎの直
流電気炉の炉底陽極部の熱間補修に使用され、通電性及
び補修材としての耐食性ともに良好であった。また、本
発明例１は、容量１３０ｔｏｎの直流電気炉において、
炉底電極部ライニング用スタンプ材として、特に問題な
く、良好に使用された。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明の耐火物は、電気伝
導性にすぐれ、かつスラグに対する耐溶損性も良好であ
り、さらに補修材としての耐食性にもすぐれているの
で、一度の熱間補修作業により、炉底電極の表面全体を
補修することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明例、従来例、比較例を説明する図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体積抵抗率が１．０×１０^-2Ω・ｃｍ以
下である導電性材料２０〜７０ｗｔ％と、耐火性材料８
０〜３０ｗｔ％と、加熱により炭素結合を形成する結合
材とからなる導電性不定形耐火物。
【請求項２】請求項１記載の耐火物において、導電性
材料は骨材部に５ｗｔ％以上、微粒・微粉部に１０ｗｔ
％以上含有されていることを特徴とする導電性不定形耐
火物。
【請求項３】請求項１記載の耐火物において、耐火性
材料は微粒・微粉部に１０ｗｔ％以上含有されているこ
とを特徴とする導電性不定形耐火物。
【請求項４】請求項１記載の耐火物において、導電性
材料と耐火性材料の合量を１００としたとき、加熱後の
結合剤の残留炭素量が２ｗｔ％以上であることを特徴と
する導電性不定形耐火物。