JPH0987007A - マグネシア質不焼成れんが - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明はスラグ耐食性に優れたマグネシア
質れんがのスラグ浸透の改善のために、マグネシア粒子
の周辺にスピネルを生成させ、マグネシア粒子を二次生
成のスピネルで結合させた組織を形成することを目的と
する。 【構成】 アルミニウムを含む金属粉末0.5〜10重量
％、炭素を含む樹脂を固定炭素量に換算して0.5〜３重
量％含有し、残部がマグネシアを主体とする耐火材料よ
りなることを特徴とするマグネシア質不焼成れんがであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種精錬用取鍋などの溶
融金属容器の内張りに使用されるマグネシア質不焼成れ
んがに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種精錬用取鍋などの溶融金属容
器の内張りには溶鋼温度の高温化等操業条件の過酷化に
ともないマグネシア−カーボン質れんがが広く使用され
るようになってきている。このマグネシア−カーボン質
れんがはマグネシアの持つ高スラグ耐食性に加え炭素質
材料のスラグへの濡れにくさ、低熱膨張性という特性を
活かした耐スラグ浸透性、耐スポーリング性に優れたれ
んがである。

【０００３】しかし、マグネシア−カーボン質れんがは
酸化性雰囲気にさらされた場合にはカーボンが酸化され
組織が脆弱化するという欠点を有している。カーボンが
スラグに濡れにくいという性質がありれんがへのスラグ
付着が少ないことも酸化損傷を助長する一因となってい
る。また、最近、低炭素鋼の溶製比率が増加し、耐火物
からのカーボン溶出により鋼が汚染されるという問題も
生じている。このような問題の解決策として、マグネシ
ア−カーボン質れんがのカーボン量の低減が検討され、
特開平1-212712号公報には従来のカーボン量10〜20重量
％に対しカーボン量10重量％未満のマグネシアーカーボ
ン質れんがが開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マグネ
シア−カーボン質れんがのカーボン量を10重量％未満に
減らしたとしても鋼中へのカーボン溶出は皆無ではな
く、極低炭素鋼溶製時の鋼の汚染という問題は依然とし
て残り、本発明者らの検討ではその影響を無視しうる程
度に抑えるためにはカーボン量が３重量％未満のレベル
が必要となるのである。しかしカーボン量が３重量％未
満になるとカーボンのスラグに対する濡れにくさの効果
が薄れ、れんが中にスラグが浸透しやすくなり構造スポ
ーリングを生じる危険性が増すのである。

【０００５】一方、カーボンによる鋼の汚染対策のため
カーボンを使用しない系としてマグクロ質れんががよく
知られている。マグクロ質れんがはマグネシア質れんが
に比べ耐スラグ浸透性に優れているが、クロム成分につ
いては環境対策上使用したくない素材である。従って、
マグネシア素材の高スラグ耐食性という特徴を活かしカ
ーボン量を３重量％を超えない範囲に抑えかつ耐スラグ
浸透性を改善したマグネシア質れんがの開発が望まれて
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らはマグネシア
質不焼成れんがのスラグ浸透防止に関し種々検討を重ね
た結果、金属アルミニウムを添加しバインダーとして炭
素を含む樹脂を使用することによりスラグ浸透を大幅に
改善できることを見いだし本発明を完成させたものであ
る。即ち、本発明はアルミニウムを含む金属粉末0.5〜1
0重量％、炭素を含む樹脂を固定炭素量に換算して0.5〜
３重量％含有し、残部がマグネシアを主体とする耐火材
料よりなることを特徴とするマグネシア質不焼成れんが
である。

【０００７】本発明に使用するマグネシアを主体とする
耐火材料は、電融マグネシアクリンカー、焼結マグネシ
アクリンカー、天然マグネシアクリンカーなどの既知の
マグネシア質耐火材料を単独であるいはこれら材料とマ
グネシア・アルミナスピネルクリンカー、ドロマイトク
リンカーなどを混合して用いることもできる。これらの
耐火材料はＭｇＯが50重量％以上であることがスラグ耐
食性の上から好ましい。

【０００８】アルミニウムを含む金属粉末はアルミニウ
ム単独でも良いし、シリコン、マグネシウム、カルシウ
ムなどの金属粉末と混合して使用しても、あるいはアル
ミニウムとそれらの金属との合金の形態でも使用可能で
ある。この金属粉末の添加量は0.5〜10重量％の範囲と
し、アルミニウムを少なくとも0.5重量％含むものとす
る。この量が0.5重量％未満では添加効果が現れず、10
重量％を越えると耐スポーリング性が低下するため好ま
しくない。

【０００９】炭素を含む樹脂としては特に限定されるも
のではなくフェノール、エポキシ、フラン等の樹脂が使
用できる。本発明者らの検討ではれんがの成形性、組織
強度等の面からフェノール樹脂が最も良好であった。こ
の樹脂は固定炭素量に換算して0.5〜３重量％の範囲で
使用する。この量が0.5重量％未満では熱間で炭化アル
ミニウムの生成が十分進行しない。また固定炭素が３重
量％を越えるようになると樹脂自体の添加量が多量にな
り必然的に揮発分も多量に含まれることになり、れんが
の物性が低下し耐食性が劣るようになる。

【００１０】このほか炭素の酸化防止を目的に炭化ケイ
素、炭化ホウ素、ホウ化クロム、ホウ化カルシウム等を
適正量添加するのも好ましいことである。

【００１１】本発明のマグネシア質不焼成れんがの製造
方法は、常法に従い粒度調整された原料を秤量し、金属
粉末およびその他添加物を加えた混合物に炭素を含む樹
脂を添加し混練後プレス成形する。これをそのまま、あ
るいは600℃以下の温度で熱処理して不焼成れんがとし
て使用する。

【００１２】

【作用】本発明のマグネシア質不焼成れんがは加熱され
ると800℃付近の温度域よりアルミニウムと樹脂中の炭
素が反応して炭化アルミニウムを生成する。さらに温度
が上昇するとれんが内の雰囲気であるＣＯと炭化アルミ
ニウムが反応してアルミナと炭素を生成する。アルミナ
はれんが素材のマグネシアと反応してスピネルを生成す
る。このスピネルは1000℃付近の温度域より生成される
ため、溶融金属容器の内張りに使用された場合稼働面付
近は主としてマグネシア、二次生成されたスピネルで構
成された組織となる。この二次生成されたスピネルは反
応性に富むため、スラグと接触した場合スラグ中のＦｅ
Ｏ、ＭｎＯ等の成分はスピネル中に固溶され、れんが深
部への浸透が抑制される。また、スラグ中のＣａＯ成分
はスピネル生成前のアルミナによりＣａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃系
化合物として捕捉されれんが内部への浸透が防止される
のである。

【００１３】また、炭化アルミニウムとＣＯとの反応に
おいて生成した炭素はれんが内部で炭化アルミニウム生
成に寄与したりあるいは稼働面付近においてはスラグ浸
透防止や組織の過焼結抑制に作用するのである。

【００１４】二次生成のスピネルはマグネシア素材にア
ルミナ素材を添加した系でも得られるが、熱間でのマグ
ネシアとアルミナの蒸気圧を比較するとマグネシアの方
がはるかに大きくマグネシア蒸気の拡散能が勝っている
ため、スピネルの生成はアルミナ粒子の周辺部に限られ
るのである。それに対し本発明のマグネシア質不焼成れ
んがでは、中間生成物である炭化アルミニウムの蒸気圧
がマグネシアのそれを上回っているためアルミニウム成
分の拡散が先行し、マグネシア粒子の周辺部にスピネル
が生成されるのである。その結果れんがの主成分である
マグネシア粒子がスピネルボンドで結合されることにな
り、より強固でスラグ浸透抑制効果に優れた組織が形成
されるのである。

【００１５】スピネルの二次生成は組織に体積膨張を付
与するため、高温で過度の焼結を防止する作用がある
が、前述のようにマグネシアにアルミナを添加する系で
はスピネル生成がアルミナ粒子の周辺に限られるため、
マグネシアの焼結進行に伴い、材料全体としては収縮挙
動となり過焼結防止効果は得られにくいのである。これ
に対し本発明のれんがにおいてはマグネシア粒子が二次
生成されたスピネルにより結合されるため、材料全体と
して適度な体積膨張が得られ過焼結防止に有効に作用す
るのである。

【００１６】

【実施例】表１に示すような組成の材料および結合剤を
用いて試作を行った。同様に比較例として表２に示す配
合の試料も作成した。なお、表１、２の配合割合は全て
重量部で表示している。また、表２の比較例４はマグク
ロ質焼成れんがである。試料はいずれも常法に従い混
練、プレス成形後300℃で10時間熱処理を行い試験に供
した。今回使用したフェノール樹脂は固定炭素量40％の
ノボラックタイプのものである。作成した試料の物性も
表１、２に示す。

【００１７】熱処理後の物性、残存線変化率は30X30X11
0mmの試料をコークスブリーズ中に埋め込み、電気炉中
に1400℃、20時間保持した後測定した。スラグテストは
回転式スラグ試験炉、プロパン−酸素バーナを用い、17
00〜1750℃で５時間保持した。スラグは所定温度に達し
た後投入し１時間ごとに入れ替えた。また、耐スポーリ
ング性の評価をするためにスラグ排出後エアーブローに
より1000℃まで冷却後再昇温する操作を加えた。その結
果も表１、２に合わせて示す。なお、スラグテストにつ
いては比較例４としてマグクロ質焼成れんがを加えた。
試験に使用したスラグはＣａＯ／ＳｉＯ₂＝３、Ｆｅ₂Ｏ
₃含有量10％の組成のものである。表１、２の結果中
「無」は試験後の試料の切断面に亀裂の発生がほとんど
見られなかったもの、「大」は大きな亀裂が発生してい
たもの、「中」は中程度の亀裂が、「小」は小さい亀裂
が見られたものである。また、スラグ浸透層厚さは稼働
面かられんが内部にかけての緻密化された部分の厚さで
示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【表２】

【００２０】表１、２の結果より本発明の実施例は熱処
理後適度な残存膨張性を有していることがわかる。スラ
グテスト結果ではアルミニウム無添加あるいはアルミナ
微粉添加の比較例に比べ溶損量、スラグ浸透厚さともに
小さく、スポーリングによる亀裂の発生もほとんどない
結果が得られた。比較例４のマグクロ質焼成れんがとの
比較では溶損量は実施例が若干大きいがスラグ浸透、ス
ポーリングについては大幅に勝っている。しかしアルミ
ニウム添加量が多すぎる（比較例２）と、物性が悪くな
るため耐食性が低下し、耐スポーリング性にも劣るよう
になる。

【００２１】

【発明の効果】本発明では、マグネシア質不焼成れんが
に金属アルミニウムおよび炭素を含む樹脂を添加するこ
とにより、れんが中へのスラグ浸透を抑制し、また、れ
んがに適度な残存膨張性を付与することにより高温での
過度の焼結を防止して、構造スポーリングによる損傷を
最小限に抑えることが可能となる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムを含む金属粉末0.5〜10重
   量％、炭素を含む樹脂を固定炭素量に換算して0.5〜３
   重量％含有し、残部がマグネシアを主体とする耐火材料
   よりなることを特徴とするマグネシア質不焼成れんが。