JPH1160340A

JPH1160340A - キャスタブル耐火物

Info

Publication number: JPH1160340A
Application number: JP9214382A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Kuroki; 智史黒木; Masataka Kato; 正孝加藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-02

Abstract

(57)【要約】【課題】溶融金属に対して優れた耐用性を持つキャス
タブル耐火物を提供する。【解決手段】アルミナを主成分とする粒状のアルミナ
質耐火骨材に、結合剤として３〜１５ｗｔ％の水硬性ア
ルミナを添加する。水硬性アルミナとしては、ρ−アル
ミナ、χ−アルミナ、η−アルミナ、γ−アルミナ、θ
−アルミナなどの「遷移アルミナ」が使用できる。粒径
０．１〜０．５ｍｍの粒状の炭化珪素を４〜２０ｗｔ％
さらに添加してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、キャスタブル耐
火物に関し、さらに言えば、いわゆる溶銑予備処理工程
において溶銑の撹拌に使用される撹拌インペラー、ラン
スなどに好適に使用されるキャスタブル耐火物に関す
る。

【０００２】ここで、「溶銑予備処理工程」とは、高炉
から取り出された溶銑を製鋼炉に装入するまでの間に、
溶銑に対して脱硫、脱燐などの処理を行う工程である。

【０００３】

【従来の技術】従来より、溶銑撹拌インペラー用キャス
タブル耐火物としては、粘土質シャモットにアルミナセ
メントを添加したもの（例えば、特公昭４６−３０２８
５号公報、特公昭５４−１９８８５号公報参照）や、ム
ライト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂）質材料に炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）を添加したもの（例えば、桑原他、「耐火物」、第
４５巻、第１０号、１９９３年参照）が、一般的であ
る。

【０００４】また、耐スポーリング性を向上させるため
に、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ−ＳｉＯ₂系原料に珪石を添加し
たものも提案されている（例えば、松村他、「耐火
物」、第４８巻、第３号、１９９６年参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種のキャスタブル
耐火物は、高温（例えば、約１３００℃）の溶銑中に浸
漬されて回転せしめられるため、高い「耐摩耗性」を持
つことが要求される。しかも、溶銑中への浸漬・取出に
より加熱・冷却が繰り返されるため、高い「耐スポーリ
ング性」を持つことも必要とされる。さらに、脱硫・脱
燐剤としてＣａＯ化合物が溶銑中に添加されるため、そ
れらの化合物と反応し難いこと、すなわち「耐薬品性」
が高いことも必要である。

【０００６】しかし、上述した従来のキャスタブル耐火
物はいずれも、特に耐スポーリング性において不十分で
あり、そのため、これらキャスタブル耐火物を使用した
インペラーは十分な耐用性を持たないという問題があ
る。

【０００７】すなわち、粘土質シャモットにアルミナセ
メントを添加した従来の耐火物では、溶銑の撹拌中に、
アルミナセメントに含まれるＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃化合物
が、粘土質シャモット中に含まれるＳｉＯ₂と反応して
低融点化合物を生成する。その結果、高温下における耐
火物組織の過焼結が促進され、耐スポーリング性が著し
く低下する、という問題がある。

【０００８】ムライト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂）質材料に
ＳｉＣを添加した従来の耐火物では、セメントを添加し
た場合に、セメント中のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃成分とムライ
ト中のＳｉＯ₂とが反応して、過焼結による耐スポーリ
ング性の低下という問題がある。

【０００９】Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＣ−ＳｉＯ₂系原料に珪石
を添加した従来の耐火物では、同様に、セメントを添加
した場合に、セメント中のＣａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃成分と珪石
が反応して、過焼結による耐スポーリング性の低下とい
う問題がある。

【００１０】そこで、この発明の目的は、溶融金属に対
して、耐摩耗性、耐スポーリング性、耐薬品性のいずれ
においても優れているキャスタブル耐火物を提供するこ
とにある。

【００１１】この発明の他の目的は、溶融金属に対して
優れた耐用性を持つキャスタブル耐火物を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

（１）この発明のキャスタブル耐火物は、アルミナを
主成分とする粒状のアルミナ質耐火骨材に結合剤を添加
してなるキャスタブル耐火物において、前記結合剤とし
て３〜１５ｗｔ％の水硬性アルミナを添加したことを特
徴とする。

【００１３】（２）この発明のキャスタブル耐火物で
は、アルミナを主成分とする粒状のアルミナ質耐火骨材
に、結合剤として３〜１５ｗｔ％の水硬性アルミナを添
加している。アルミナ質耐火骨材は、溶融金属に対して
高い耐摩耗性と高い耐スポーリング性を持ち、しかも、
溶融金属中に添加される脱硫・脱燐剤との反応性も低
い。

【００１４】また、水硬性アルミナは、ＣａＯ成分やＳ
ｉＯ₂成分を含まないため、溶融金属中に添加される脱
硫・脱燐剤とは反応しない。したがって、高温下で使用
しても、アルミナ質耐火骨材よりなる耐火物組織の持つ
耐スポーリング性が低下する恐れがない。

【００１５】よって、この発明のキャスタブル耐火物
は、溶融金属に対する耐摩耗性、耐スポーリング性、耐
薬品性のいずれにおいても優れている。その結果、上述
した従来の耐火物よりも優れた耐用性が得られる。

【００１６】（３）この発明のキャスタブル耐火物に
おいて、「アルミナを主成分とする粒状のアルミナ質耐
火骨材」としては、ボーキサイト、アンダルサイト、シ
リマナイト、カイヤナイト、ムライトなどのアルミナを
主成分とする耐火原料の一種または二種以上の混合物が
任意に使用できる。

【００１７】これらのうち、特に好ましいのは、ムライ
トである。その理由は、熱膨張係数が低く、熱的な衝撃
に対して安定だからである。

【００１８】前記「アルミナ質耐火骨材」の粒度は、必
要に応じて適宜設定すればよいが、好ましくは１〜１０
ｍｍとする。１ｍｍ未満では高熱下での寸法安定性や耐
磨耗性が低いからであり、また、１０ｍｍ越えでは成形
時の空隙が大きいからである。

【００１９】この発明に使用する「アルミナ質耐火骨
材」は、「アルミナを主成分とする」ものであるから、
アルミナの含有量が５０ｗｔ％を超えていればよい。こ
れは、アルミナの含有量が５０ｗｔ％以下であれば、耐
熱温度が低くなるからである。

【００２０】この発明に使用する「水硬性アルミナ」と
しては、いわゆる「水硬性」を持つアルミナであれば任
意に使用できる。ここで、「水硬性」とは、水との化学
反応すなわち「水和反応」によって常温で硬化する性質
を意味する。

【００２１】「水硬性アルミナ」の形態は、粒状または
粉状であればよく、この形態や粒・粉のサイズなどは、
「アルミナ質耐火骨材」との混合のしやすさを考慮して
任意に決定される。

【００２２】「水硬性アルミナ」の具体例としては、ρ
−アルミナ、χ−アルミナ、η−アルミナ、γ−アルミ
ナ、θ−アルミナなどのいわゆる「遷移アルミナ」が挙
げられる。

【００２３】「水硬性アルミナ」の含有量を３〜１５ｗ
ｔ％としたのは、３ｗｔ％未満では、水和反応によって
硬化した耐火物が所望の機械的強度を持たないからであ
り、また、１５ｗｔ％越えでは、水和反応に必要な水が
多量となるため、硬化した耐火物の組織が多孔性（ポー
ラス）となりやすいからである。

【００２４】なお、この発明のキャスタブル耐火物にお
いて、「アルミナ質耐火骨材」と、結合剤としての「水
硬性アルミナ」の他に、必要に応じて他の成分（例え
ば、超微粉状シリカ、ＭｇＯ、ＭｇＯ−Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ
Ｃ）を添加してもよいことは勿論である。

【００２５】（４）この発明のキャスタブル耐火物で
は、粒径０．１〜０．５ｍｍの粒状の炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）を４〜２０ｗｔ％さらに添加するのが好ましい。こ
の場合、硬度の高い粒状の炭化珪素が添加されるため、
硬化した耐火物の耐摩耗性が向上し且つ外来成分の浸潤
を抑制できる利点が生じる。

【００２６】炭化珪素の含有量を４〜２０ｗｔ％とした
のは、４ｗｔ％未満では所望の耐摩耗性向上効果が期待
できないからであり、また、２０ｗｔ％越えでは硬化
（水和反応）時にＳｉＯ₂が過剰に生成されて耐食性と
耐摩耗性が著しく低下するからである。

【００２７】炭化珪素の粒度を０．１〜０．５ｍｍとし
たのは、０．１ｍｍ未満では所望の耐摩耗性向上効果が
期待できないからであり、また、０．５ｍｍ越えでは硬
化（水和反応）時にＳｉＣの良好な酸化皮膜が得られな
いからである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を説
明する。

【００２９】［実施形態１］アルミナ質耐火骨材とし
て、粒径１〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）７０ｗｔ％と粒径０．５ｍｍのアンダルサ
イト１５ｗｔ％の混合物を使用した。その混合物に、水
硬性アルミナとして粒径０．１ｍｍ以下のρ―アルミナ
を５ｗｔ％、粒径０．１〜０．５ｍｍのＳｉＣを１０ｗ
ｔ％それぞれ添加・混合し、この発明のキャスタブル耐
火物を得た。

【００３０】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、２３ｃｍ×３１ｃ
ｍ×２６ｃｍの略直方体形の耐火物片を得た。

【００３１】［実施形態２］アルミナ質耐火骨材として
実施形態１と同じボーキサイトを使用し、そのボーキサ
イト７５ｗｔ％に、水硬性アルミナとして粒径０．１ｍ
ｍ以下のρ―アルミナを１０ｗｔ％、粒径０．１〜０．
５ｍｍのＳｉＣを１５ｗｔ％それぞれ添加・混合し、こ
の発明のキャスタブル耐火物を得た。

【００３２】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００３３】［実施形態３］アルミナ質耐火骨材として
実施形態１と同じボーキサイトを使用し、そのボーキサ
イト８５ｗｔ％に、水硬性アルミナとして粒径０．１ｍ
ｍ以下のρ―アルミナを１５ｗｔ％添加し、この発明の
キャスタブル耐火物を得た。この実施形態はＳｉＣを含
まないものである。

【００３４】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００３５】［比較例１］アルミナ質耐火原料として、
粒径０．２〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）８０ｗｔ％と粒径１〜３ｍｍのアンダルサ
イト１２（アルミナ含有量：６０ｗｔ％）ｗｔ％の混合
物を使用した。その混合物に、水硬性アルミナとして粒
径０．１ｍｍ以下のρ―アルミナを５ｗｔ％、粒径０．
１〜０．５ｍｍのＳｉＣを３ｗｔ％それぞれ添加し、キ
ャスタブル耐火物を得た。

【００３６】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００３７】［比較例２］アルミナ質耐火原料として、
粒径０．２〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）６５ｗｔ％と粒径１〜３ｍｍのアンダルサ
イト（アルミナ含有量：６０ｗｔ％）８ｗｔ％の混合物
を使用した。その混合物に、水硬性アルミナとして粒径
０．１ｍｍ以下のρ―アルミナを５ｗｔ％、粒径０．１
〜０．５ｍｍのＳｉＣを２２ｗｔ％添加し、キャスタブ
ル耐火物を得た。

【００３８】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００３９】［比較例３］アルミナ質耐火原料として、
粒径０．２〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）８０ｗｔ％と粒径１〜３ｍｍのアンダルサ
イト（アルミナ含有量：６０ｗｔ％）１８ｗｔ％の混合
物を使用した。その混合物に、水硬性アルミナとして粒
径０．１ｍｍ以下のρ―アルミナを２ｗｔ％添加し、キ
ャスタブル耐火物を得た。

【００４０】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００４１】［比較例４］アルミナ質耐火原料として、
粒径０．２〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）を使用した。そのボーキサイト８４ｗｔ％
に、水硬性アルミナとして粒径０．１ｍｍ以下のρ―ア
ルミナを１６ｗｔ％添加し、キャスタブル耐火物を得
た。

【００４２】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００４３】［比較例５］アルミナ質耐火原料として、
粒径０．２〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）６５ｗｔ％と粒径１〜３ｍｍのアンダルサ
イト（アルミナ含有量：６０ｗｔ％）１０ｗｔ％の混合
物を使用した。その混合物に、水硬性アルミナとして粒
径０．１ｍｍ以下のρ―アルミナを１０ｗｔ％、粒径
０．５〜１．０ｍｍのＳｉＣを１５ｗｔ％それぞれ添加
し、キャスタブル耐火物を得た。

【００４４】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００４５】［比較例６］アルミナ質耐火原料として、
粒径０．２〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）６５ｗｔ％と粒径１〜３ｍｍのアンダルサ
イト（アルミナ含有量：６０ｗｔ％）１０ｗｔ％の混合
物を使用した。その混合物に、水硬性アルミナとして粒
径０．１ｍｍ以下のρ―アルミナを１０ｗｔ％、粒径
０．１ｍｍ未満のＳｉＣを１５ｗｔ％それぞれ添加し、
キャスタブル耐火物を得た。

【００４６】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００４７】［比較例７］アルミナ質耐火原料として、
粒径０．２〜５ｍｍのボーキサイト（アルミナ含有量：
８０ｗｔ％）７３ｗｔ％と粒径１〜３ｍｍのアンダルサ
イト（アルミナ含有量：６０ｗｔ％）１０ｗｔ％の混合
物を使用した。その混合物に、アルミナセメントを２ｗ
ｔ％、粒径０．１ｍｍ未満のＳｉＣを１５ｗｔ％それぞ
れ添加し、キャスタブル耐火物を得た。

【００４８】このキャスタブル耐火物を型に流し込み、
水を添加して硬化させた。こうして、実施形態１と同じ
略直方体形の耐火物片を得た。

【００４９】［耐スポーリング試験］上記の実施形態１
〜３と比較例１〜７について、次のような条件で耐スポ
ーリング試験を行った。

【００５０】実施形態１〜３と比較例１〜７で得た耐火
物片を１４００℃に保持した炉の中に３００秒間放置し
て加熱し、その後、常温の大気中に取り出して１５００
秒間放置して冷却する。そして、それらの耐火物片を再
び炉の中に入れて３００秒間放置してから、大気中に取
り出す。この加熱―冷却サイクルを１０回繰り返してか
ら、それら耐火物片の亀裂の発生状況を確認する。亀裂
の発生状況が小さいほど、耐スポーリング性が良好であ
る。

【００５１】［耐摩耗性試験］実施形態１〜３と比較例
１〜７で得た耐火物片について、次のような条件で耐摩
耗性試験を行った。

【００５２】実施形態１〜３と比較例１〜７で得た耐火
物片を１４００℃に保持した炉の中に置き、１４００℃
に加熱した状態でそれらの耐火物片に向かって、粒径１
ｍｍ〜５ｍｍのジルコニア（ＺｒＯ₂）粒を圧力０．４
ＭＰａの空気圧で、３００秒間吹き付ける。その後、そ
れら耐火物片の摩耗状況を確認する。

【００５３】摩耗状況は、比較例７の摩耗状況を１００
とした相対数で表わす。数値が小さいほど耐摩耗性が良
好である。

【００５４】［試験結果］試験結果を表１〜表４に示
す。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】

【表３】

【００５８】

【表４】

【００５９】表１、２、３、４より明らかなように、実
施形態１〜３の耐火物片は、耐スポーリング試験では亀
裂が生じず、また、耐摩耗性試験では数値が１００を大
きく下回っている。よって、実施形態１〜３の耐火物片
は、耐スポーリング性および耐摩耗性の双方において比
較例１〜７よりも優れていることが分かる。

【００６０】［実機試験］実施形態１と比較例７で得た
耐火物片について、次のような条件で実機試験を行っ
た。

【００６１】実施形態１と比較例７と同様にして、下記
のような撹拌インペラーに耐火物を実装した後、その撹
拌インペラーを混銑車に取り付けた。そして、その撹拌
インペラーを１４００℃の溶銑（脱硫・脱隣剤としてＣ
ａＯを添加）中に浸漬し、所定回転数で回転せしめて溶
銑を９００秒間撹拌した。この工程を耐火物に亀裂が生
じるまで繰り返した。

【００６２】その結果、比較例７の耐火物を実装したイ
ンペラーでは、３００回（チャージ）で亀裂が認められ
た。これに対し、実施形態１の耐火物を実装したインペ
ラーでは、４００チャージで亀裂が認められた。これ
は、実施形態１の耐火物は、耐摩耗性や耐スポーリング
性だけでなく耐薬品性も優れており、その結果、実施形
態１の耐火物を実装したインペラーの耐用性が大幅に向
上したことを意味するものである。

【００６３】なお、上記の実施形態では、この発明のキ
ャスタブル耐火物を溶銑の撹拌インペラーに適用した例
を説明したが、この発明はこれに限定されず、同様の特
性が要求される他の用途、例えば、溶銑中に石灰などの
脱硫剤や脱燐剤を吹き込むのみ使用する管状の「ラン
ス」にも適用可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上説明した通り、この発明のキャスタ
ブル耐火物は、溶融金属に対して、耐摩耗性、耐スポー
リング性、耐薬品性のいずれにおいても優れており、優
れた耐用性を持つものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナを主成分とする粒状のアルミナ
質耐火骨材に結合剤を添加してなるキャスタブル耐火物
において、前記結合剤として３〜１５ｗｔ％の水硬性アルミナを添
加したことを特徴とするキャスタブル耐火物。
【請求項２】粒径０．１〜０．５ｍｍの粒状の炭化珪
素を４〜２０ｗｔ％さらに添加した請求項１に記載のキ
ャスタブル耐火物。
【請求項３】前記アルミナ質耐火骨材が、ボーキサイ
ト、アンダルサイト、シリマナイト、カイヤナイト、お
よびムライトからなる群から選ばれる少なくとも１種で
ある請求項１または２に記載のキャスタブル耐火物。