(57)【要約】【課題】熱間強度および耐食性の低下を抑制しつつ、耐酸化摩耗性を向上させた不焼成炭素含有れんがを得ること。【解決手段】不焼成炭素含有れんがの製造方法は、重量割合で、カーボン３〜４０％、純度９５％以上のアルミナ１〜３０％、アルミニウムまたは／およびアルミニウム合金０．５〜１０％、残部が実質的にマグネシア及び不可避不純物からなる混合物を混練して成形品とする成形工程と、成形品を加熱する熱処理工程とからなることを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量割合で、カーボン３〜４０％、純度９５％以上のアルミナ１〜３０％、アルミニウムまたは／およびアルミニウム合金０．５〜１０％、残部が実質的にマグネシア及び不可避不純物とからなる混合物を混練して成形品とする成形工程と、
該成形品を加熱する熱処理工程とからなることを特徴とする不焼成炭素含有れんがの製造方法。
【請求項２】
前記純度９５％以上のアルミナの粒度は０．５ｍｍ以上である請求項１に記載の不焼成炭素含有れんがの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼炉の内張り等に使用される不焼成炭素含有れんがの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マグネシア−カーボン質れんが、マグネシア−炭化珪素−カーボン質れんが等の不焼成の炭素含有れんがは、耐スラグ性および耐熱衝撃性に優れており、各種製鋼炉の内張り材として従来から広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、上記の不焼成の炭素含有れんがは酸化されやすいと言う不具合がある。この酸化作用を受けたれんがは、組織中に脱炭層が形成されると、スラグの浸潤でれんがの溶損が進行するおそれがある。また、上記のれんが中に形成される脱炭層は、強度が低いため、溶融金属の揺動を受けて摩耗や剥離を生じやすく、内張り材としては不具合の大きな損傷の原因となる。この不焼成の炭素含有れんがの酸化を防止する手段としては、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の添加、酸化硼素の添加、ガラス粉の添加等の方法が知られてはいるが、まだ充分な効果が得られていない。
【０００４】
また、上記の添加物はれんがの焼結を促進し、過焼結を招いてれんがの耐熱衝撃性を低下させることになる。さらに、上記の酸化硼素やガラス粉は多量に添加するとれんがの酸化防止には有効であるが、低融点物質であるためれんがの耐食性が低下する不具合がある。
【０００５】
これらの不具合を改善する手段として、特許文献１（特公平８−２５７８８号公報）には、耐スラグ性および耐熱衝撃性の不焼成炭素含有れんがとして、カーボン、スピネル、アルミニウム、炭化珪素およびマグネシアとからなる組成のれんがの開示がある。しかし上記の組成では、前述したマグネシア−カーボンと同様の問題を残したままであり、好ましくない。
【特許文献１】特公平８−２５７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたもので、上記の問題を解決し、耐食性、熱間強度の低下を抑制しつつ、耐酸化摩耗性を向上させた不焼成炭素含有れんがの製造方法を確立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者はマグネシア−カーボン質れんがについて鋭意開発を進めている。アルミニウムを含むマグネシア−カーボン質れんがは、アルミニウム成分がれんが組織内で優先酸化することで、炭素成分の酸化を防止することができる。しかしながら、この酸化防止の効果は、必ずしも充分ではなく、れんが組織に脱炭層が生成する。また、過焼結によりれんがの耐熱衝撃性が不足するおそれがある。そこで本発明者は、アルミニウムまたはアルミニウム合金と共に高純度のアルミナを特定量配合することで上記の問題を解決した。
【０００８】
本発明の不焼成炭素含有れんがの製造方法は、重量割合で、カーボン３〜４０％、純度９５％以上のアルミナ１〜３０％、アルミニウムまたは／およびアルミニウム合金０．５〜１０％、残部が実質的にマグネシア及び不可避不純物とからなる混合物を混練して成形品とする成形工程と、成形品を加熱する熱処理工程とからなることを特徴とする。
【０００９】
純度９５％以上のアルミナの粒度としては、０．３ｍｍ以上、殊に０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によって得られる不焼成炭素含有れんがは、従来のマグネシア−カーボン質に比して、耐食性、熱間強度の低下を抑制しつつ、耐酸化摩耗性を向上させることができる。その結果、後述する表１に示すごとく従来のものに比べて一段と優れた耐用性が得られる。
【００１１】
本発明による不焼成炭素含有れんがの用途としては、転炉、取鍋、真空脱ガス炉、混銑炉、電気炉等の内張りとして使用できる。特に、耐酸化摩耗性が高いため、炉外精錬等で溶融金属の揺動衝撃を受けやすい部位での耐用性に優れた効果を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
アルミニウムを含むマグネシア−カーボン質れんがは、アルミニウム成分がれんが組織内で優先酸化することで、炭素成分の酸化を防止することができる。しかしながら、この酸化防止の効果は、必ずしも充分ではなく、れんが組織に脱炭層が生成する。また、過焼結によりれんがの耐熱衝撃性が不足するおそれがある。そこで本発明はアルミニウムまたはアルミニウム合金と共に高純度のアルミナを特定量配合することで上記の問題を解決した。
【００１３】
すなわち、本発明では添加した高純度のアルミナが母材のマグネシアと結合を形成して、れんが組織の熱間強度が向上する。その結果、れんが組織の熱間強度の向上によって、多少の脱炭層が生じても耐用性の低下が軽減される。また、マグネシア−カーボン質れんがにアルミニウムまたはアルミニウム合金を添加すると、アルミニウムと炭素成分との反応で炭化アルミニウムを生成し、れんが組織の弾性率が高くなり、耐熱衝撃性の低下の原因となるが、アルミナとマグネシアと反応して生成するスピネルの熱間強度の向上により、耐熱衝撃性の低下を克服できる。
【００１４】
また、アルミナは、熱膨張係数が小さく、熱による粒子間の隙間ができにくく、酸素等の透過を抑制でき、その結果れんがの酸化の進行を抑制できる。
【００１５】
さらに、アルミナの存在は、一般にれんがの溶損をもたらすが、純度が９５％以上のものを用いることにより、従来不具合とされていたスラグに対する耐食性を格段に高めることができる。したがって、アルミナとしては電融または焼成品で純度が９５％以上のものが利用することができる。純度が９５％未満であると、上記の点が改良されないので好ましくない。
【００１６】
本発明の不焼成炭素含有れんがの製造方法は、カーボン３〜４０％、純度９５以上のアルミナ１〜３０％、アルミニウムまたは／およびアルミニウム合金０．５〜１０％、残部がマグネシアの混合物を混練し次いで所定の形状に成形する成形工程と、成形品を加熱する処理工程とからなる。ここで純度が９５％以上とは、重量比を基準とする。
【００１７】
成形工程、熱処理工程は、不焼成れんがの通常の条件と同様にして行うことができる。すなわち、結合剤として例えばフェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂等のうちの少なくとも１種を用い、ピッチ等を上記れんが組成の混合物１００重量部に対して１〜１５重量部程添加して混練する。そして、れんがの用途・製造設備等に合わせて、フレクションプレス、オイルプレス、ラバープレス等の加圧手段を用いてれんがを成形する。次いで所定の加熱処理を行う。加熱処理としては、れんがの使用初期における結合剤からの発煙と組織の強度低下を防止する効果を有し、結合材などによっても相違するが、例えば、１０００℃以下とし、好ましくは１１０〜５００℃、１３０〜４００℃、１４０〜３５０℃、１８０〜２８０℃とするのが好ましい。加熱時間としては、樹脂の材質等によっても相違するが、１０分〜４０時間、２０分〜２０時間、１０分〜１０時間等のように適宜設定することができる。
【００１８】
以下に混合物の組成内容について説明する。
【００１９】
カーボン：耐スラグ性と耐熱衝撃性に効果を有する。具体的には天然黒鉛、人造黒鉛、ピッチコークス、無煙炭、カーボンブラック等が例として挙げられる。なかでも純度の高い鱗片状黒鉛が好ましい。カーボンの割合が３重量％未満では、カーボンの添加効果が充分発揮されず、４０重量％を超えるとれんがの強度や耐摩耗性が低下するので、好ましくない。カーボンとしては５〜３５％、５〜３０％、１０〜２０％を採用することができる。カーボンの下限値としては、４重量％以上、５重量％以上、７重量％以上、１０重量％以上とすることができる。上記したカーボンの下限値と組み合わせ得るカーボンの上限値としては、３５重量％以下、３０重量％以下、２０重量％以下、１７重量％以下とすることができる。カーボンの粒度は特に限定されないが、例えば０．３ｍｍ以下あるいは０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００２０】
アルミナ：１〜３０重量％の範囲で添加するのが好ましい。添加量が１重量％未満であると添加効果が充分に得られないので、好ましくない。３０重量％を超えて添加すると、熱間強度が低下するので好ましくない。従ってアルミナとしては５〜２５重量％、１０〜２０重量％の範囲を採用できる。アルミナの下限値としては、２重量％以上、４重量％以上、６重量％以上とすることができる。上記したアルミナの下限値と組み合わせ得るアルミナの上限値としては、２５重量％以下、２０重量％以下、１５重量％以下とすることができる。アルミナは、上記のように９５％以上の純度を有し、その粒径は０．３ｍｍ以上あるいは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。粒径の上限値としては１０ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍであることが好ましい。粒度が０．３ｍｍ未満では、耐スラグ性が低下することとなり、本発明の効果が得られないので好ましくない。
【００２１】
アルミニウム：単にアルミニウム単体のみでなく、アルミニウムの合金も使用できる。アルミニウムの合金としては、例えばＡｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｒ合金、Ａｌ−Ｃａ系合金等が挙げられる。これらは粒子状、粉末状とすることができる。配合割合は、０．５重量％未満では酸化防止に効果が少なく、れんがの耐食性が低下するので好ましくない。また１０重量％を超えると、耐食性および耐熱衝撃性が劣るので好ましくない。アルミニウムまたはアルミニウム合金の配合配合としては、要請される耐酸化摩耗性、耐食性、耐熱衝撃性、コスト等を考慮して選択するが、重量割合で、０．５〜１０％、０．５〜５％、０．５〜４％が挙げられる。アルミニウムまたはアルミニウム合金の配合配合の上限値としては、重量割合で、８％、７％、６％、５％が挙げられ、その上限値と組み合わせ得る下限値としては重量割合で０．６％、０．７％、１％が挙げられるが、これらに限定されるものではない。配合されるアルミニウムまたはアルミニウム合金のサイズとしては、適宜選択できるが、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．１５ｍｍ以下等を例示できるが、これらに限定されるものではない。
【００２２】
残部を占めるマグネシア：マグネシアは実質的に残部を示す。天然または合成の焼結品、電融品が使用できるが、品質の一定した合成品を用いるのが好ましい。粒度は密充填のれんが組織が得られるように、粗粒、中粒、微粒に調製する。
【００２３】
骨材は一般的にはこのマグネシアを主材とすることが好ましい。本発明の炭素含有耐火物の特性を失わない範囲内において、マグネシアの一部を、ドロマイト、カルシア、スピネル、ジルコニア等の耐火原料から選ばれる一種または二種以上で置き換えることができる。また、アルミニウム、アルミニウム合金以外のケイ素、マグネシウム、鉄等の金属粉またはその合金粉、炭化硼素、窒化ケイ素、酸化硼素等の炭化物、窒化物、硼化物、金属ファイバー、セラミックファイバー、カーボンファイバー等のファイバー類、ガラス類等から選ばれる一種または二種以上を適当量添加することも可能である。なお、炭化珪素は積極的には含有されていない。炭化珪素が仮に含有されるとしても、混合物を１００％とするとき、０．４％未満、０．２％未満または０．１％未満とすることができる。
【００２４】
結合材として、樹脂系、殊に熱処理で硬化する熱硬化性樹脂を採用することができる。不焼成れんがに要請される性質などよっても相違するが、混合物を１００％としたとき、結合材としては０．５〜１０重量％、１〜８重量％、１〜５重量％とすることができ、あるいは、１．５〜６重量％、２〜５重量％とすることができる。結合材の配合配合の上限値としては、重量割合で、８％、７％、６％、５％が挙げられ、その上限値と組み合わせ得る下限値としては重量割合で０．６％、０．７％、１％が挙げられるが、これらに限定されるものではない。熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等が例示される。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を具体例により説明する。表１に示すような重量割合で秤量した配合物を用いた、そしてその配合物に、結合剤として熱硬化型樹脂であるフェノール樹脂を加えて混練機により混練し、混合物を形成した。アルミナは純度が高いものであり、重量割合で純度９５％以上であり、粒径が０．５ｍｍ以上ものを用いた。マグネシアは残部となり、粒度３ｍｍ以下のものを用いた。カーボンは粒度１８０μｍ以下のものを用いた。炭化珪素は積極的には含有されていない。そして、上記した混合物をフリクションプレスにて加圧して成形体を成形した。その後、２３０℃で２４時間、成形体を加熱処理して不焼成の炭素含有のれんがを製造した。このれんがは焼成工程を経ていないので、不焼成タイプである。得られたれんがについて、耐酸化摩耗性、耐食性および熱間強度の試験を行って評価した。
耐酸化摩耗性の評価：供試体を内張りした回転ドラム内に摩耗剤としてジルコニアを５Ｋｇ投入し、ドラム内を１５００℃に加熱しながら５時間回転させた後の供試体の摩耗量を測定した。
【００２６】
耐食性の評価：取鍋から採取したＣａＯ／ＳｉＯ２系のスラグを浸食剤とし、回転浸食法により１５００℃で４時間浸食させてその溶損寸法を測定した。
【００２７】
熱間強度の評価：４０×４０×１６０ｍｍの寸法に切り出した供試体をスパン１００ｍｍの３点曲げ法により、電気炉中１４００℃での曲げ強度を測定した。
【００２８】
【表１】
2006111501.tif 000002
【００２９】
実施例１〜実施例６、比較例１及び比較例２は、アルミニウム金属を３重量％含む。実施例１〜実施例６はアルミナを１〜３０重量％含む。比較例１はアルミナの量が発明品よりも多い。比較例２はアルミナは基本的には含まれていない、表１に示すように、実施例１及び実施例２は、耐酸化摩耗性、耐食性、熱間強度についての評価は◎であり、極めて良好であった。実施例３及び実施例４は、耐酸化摩耗性、耐食性、熱間強度について評価は○であり、良好であった。比較例１については耐酸化摩耗性、耐食性、熱間強度の評価は×であった。比較例２については耐酸化摩耗性及び熱間強度の評価は×であった。結合材は３％とされているが、２％、５％、７％でも基本的にはほぼ同様の効果を期待できる。アルミニウムは３％とされているが、１％、５％、７％でも基本的にはほぼ同様の効果を期待できる。このように本実施例によれば、熱間強度および耐食性の低下を抑制しつつ、耐酸化摩耗性を向上させた不焼成炭素含有れんがを提供することができる。