(57)【要約】【課題】  従来のアルミナ−スピネル質不定形耐火物よりも更に耐スラグ浸潤性及び耐食性に優れたアルミナ−スピネル質不定形耐火物を提供する。【解決手段】  本発明のアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり、且つ粒径が１００ｍｍ以下であるアルミナ・スピネルクリンカーを７３質量％以上、アルミナセメントを０．５質量％以上含有し、残部がアルミナ原料であること、或いは、前記アルミナ・スピネルクリンカーと、アルミナセメントと、からなるアルミナ−スピネル質不定形耐火物であって、アルミナセメントを０．５質量％以上含有す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】
ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり、且つ粒径が１００ｍｍ以下であるアルミナ・スピネルクリンカーを７３質量％以上、アルミナセメントを０．５質量％以上含有し、残部がアルミナ原料であることを特徴とするアルミナ−スピネル質不定形耐火物。
【請求項２】
ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり、且つ粒径が１００ｍｍ以下であるアルミナ・スピネルクリンカーと、アルミナセメントと、からなるアルミナ−スピネル質不定形耐火物であって、前記アルミナセメントを０．５質量％以上含有することを特徴とするアルミナ−スピネル質不定形耐火物。
【請求項３】
前記アルミナセメントの含有量上限値が５．０質量％以下であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアルミナ−スピネル質不定形耐火物。
【請求項４】
前記アルミナ−スピネル質不定形耐火物は、溶鋼鍋に施工される不定形耐火物であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載のアルミナ−スピネル質不定形耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐スラグ浸潤性及び耐食性に優れたアルミナ−スピネル質不定形耐火物に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼鍋の内張り耐火物としては、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）−マグネシア（ＭｇＯ）系不定形耐火物が一般的に使用されている。この耐火物は、使用中の受熱によってＡｌ2Ｏ3とＭｇＯとでスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比＝１：１）をマトリックス部に生成させ、耐食性を向上させるという耐火物である。但し、このスピネル生成反応によって耐火物は膨張するため、主に、耐火物が拘束される溶鋼鍋の側壁部に適用されている。
【０００３】
これに対して、溶鋼鍋の敷（底部）などの容積安定性を必要とする部位には、アルミナとスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3）とを組み合わせたアルミナ−スピネル質不定形耐火物が使用されている。
【０００４】
アルミナ−スピネル質不定形耐火物において、容積安定性を維持しつつ、スラグの浸透を抑制する方法が提案されており、例えば、特許文献１には、ＭｇＯの含有量が３〜１５質量％（ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比＝１：２．３〜１：１３．３）のアルミナ・スピネルクリンカーが８０〜９２質量％、アルミナセメントが８〜２０質量％であるアルミナ−スピネル質不定形耐火物が提案されている。また、特許文献２には、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比が０．９：１．１〜１．３：０．７の範囲にあり、且つ粒径１ｍｍ以下であるスピネルクリンカーを１０〜４０質量％、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比が０．６：１．４（１：２．３）〜０．１４：１．８６（１：１３．３）の範囲にあるアルミナ・スピネルクリンカーを３０〜８２質量％、及びアルミナセメントを８〜２０質量％含有してなるアルミナ−スピネル質不定形耐火物が提案されている。
【０００５】
尚、特許文献１，２に示されるＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比が１：２．３〜１：１３．３の範囲にあるアルミナ・スピネルなどの、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比が１：１ではないスピネルを非化学量論組成のスピネルと呼び、モル比１：１よりもアルミナ含有量の多いものを「アルミナ・スピネル（アルミナリッチスピネルともいう）」、モル比１：１よりもマグネシアの多いものを「マグネシア・スピネル（マグネシアリッチスピネルともいう）」と呼んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−５９６６５号公報
【特許文献２】特開平５−１１７０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比が１：２．３〜１：１３．３の非化学量論組成のアルミナ・スピネルクリンカーを使用しており、このアルミナ・スピネルクリンカーは、使用温度域の１６００℃において分相してＡｌ2Ｏ3を析出する。Ａｌ2Ｏ3を析出したアルミナ・スピネルクリンカーは、Ａｌ2Ｏ3が析出した分だけ、Ａｌ2Ｏ3の含有量が減少し、アルミナ・スピネルクリンカー中のＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3モル比が１：２．３よりも低下する場合が発生する。即ち、特許文献１及び特許文献２に提案されるアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、使用中に目的とする組成とは異なった組成に変質し、耐スラグ浸潤性及び耐食性が劣化する。
【０００８】
このように、従来のアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、使用条件の過酷な溶鋼鍋の内張り耐火物として良好な結果が得られつつあるが、未だ十分とはいえず、特性の更なる改善が要求されている。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従来のアルミナ−スピネル質不定形耐火物よりも更に耐スラグ浸潤性及び耐食性に優れたアルミナ−スピネル質不定形耐火物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための第１の発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり、且つ粒径が１００ｍｍ以下であるアルミナ・スピネルクリンカーを７３質量％以上、アルミナセメントを０．５質量％以上含有し、残部がアルミナ原料であることを特徴とする。
【００１１】
第２の発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり、且つ粒径が１００ｍｍ以下であるアルミナ・スピネルクリンカーと、アルミナセメントと、からなるアルミナ−スピネル質不定形耐火物であって、前記アルミナセメントを０．５質量％以上含有することを特徴とする。
【００１２】
第３の発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、第１または第２の発明において、前記アルミナセメントの含有量上限値が５．０質量％以下であることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記アルミナ−スピネル質不定形耐火物は、溶鋼鍋に施工される不定形耐火物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり且つ粒径が１００ｍｍ以下である非化学量論組成のアルミナ・スピネルクリンカーを７３質量％以上含有するので、該アルミナ・スピネルクリンカーの空孔にスラグ中のＦｅＯ成分が捕捉され、優れた耐スラグ浸潤性及び耐食性を得ることができ、また、この範囲のＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比であれば、使用温度１６００℃までは、アルミナ−スピネル質不定形耐火物は、Ａｌ2Ｏ3を析出せず、非化学量論組成のスピネルとして安定して存在するので、耐スラグ浸潤性及び耐食性が劣化せず、製鉄用容器、特に溶鋼鍋の寿命を向上させることが実現される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
本発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり、且つ粒径が１００ｍｍ以下である非化学量論組成のアルミナ・スピネルクリンカー（＝アルミナリッチスピネルクリンカー）を含有することを特徴とする。ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であるアルミナ・スピネルクリンカーは、結晶格子間に空孔を有し、そこにスラグ中のＦｅＯ成分を捕捉することができるので、耐スラグ浸潤性を向上することができる。また、このＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比であれば、使用温度１６００℃までは分相せず、つまりＡｌ2Ｏ3を析出せず、非化学量論組成のスピネルとして安定して存在し、耐スラグ浸潤性及び耐食性の劣化が起こらない。
【００１７】
ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：２．２よりもＡｌ2Ｏ3含有量の多い非化学量論組成のスピネルでは、使用温度域の１６００℃において分相してＡｌ2Ｏ3を析出するので、十分な耐スラグ浸潤性を得ることができない。一方、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２よりもＡｌ2Ｏ3含有量の少ない非化学量論組成のスピネルでは、上記の「空孔にスラグ中のＦｅＯ成分を捕捉する」という、非化学量論組成のスピネルの効果を発揮できず、十分な耐スラグ浸潤性を得ることができない。
【００１８】
また、本発明のアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であるアルミナ・スピネルクリンカーを７３質量％以上含有する。該アルミナ・スピネルクリンカーの含有量が７３質量％未満では、含有量が十分でなく、非化学量論組成のスピネルの効果を発揮できず、十分な耐スラグ浸潤性及び耐食性を得ることができない。
【００１９】
また、本発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、アルミナ・スピネルクリンカーの結合材として、アルミナセメントを０．５質量％以上含有することを必須とする。アルミナセメントが０．５質量％未満では、強度が不足し、成形体としての形状を維持できないからである。アルミナセメントの配合量の上限値は特に規定する必要はないが、５質量％以下とすることが好ましい。アルミナセメントの配合量が５質量％を超えると、低融点化合物が生成され、この低融点化合物によって耐食性が劣化する恐れがある。
【００２０】
本発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物は、アルミナ・スピネルクリンカーとアルミナセメントとの２種の原料で構成することが最も望ましいが、前記アルミナ・スピネルクリンカーの含有量が７３質量％以上確保でき、且つ、アルミナセメントを０．５質量％以上確保した状態である限り、残部としてアルミナ原料を添加しても構わない。アルミナ原料は、耐食性を損なうことなく、耐スポーリング性を高めることができる。アルミナ原料としては、電融アルミナ、焼結アルミナなどを使用することができる。
【００２１】
本発明で使用するアルミナ・スピネルクリンカーは、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲である、Ａｌ2Ｏ3の固溶したスピネルクリンカーであり、電融アルミナや焼結アルミナと、マグネシアクリンカーや電融マグネシアとを、所定の配合で混合し、電融法や焼結法によって製造することができる。このアルミナ・スピネルクリンカーの粒径を１００ｍｍ以下に調整したものを、アルミナ−スピネル質不定形耐火物の原料として使用する。アルミナ・スピネルクリンカーの粒径が１００ｍｍを超えると、不定形耐火物の施工時での振動付与によって１００ｍｍ以上の粒子が沈降し、材料が分離してしまい、所望する特性が得られない恐れがある。粒度分布は特に規定するものではないが、最密充填となるような粒度分布であることが望ましい。尚、電融アルミナや焼結アルミナ以外に、仮焼アルミナや電融ボーキサイトを使用することもできる。
【００２２】
このようにして構成される本発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物の施工方法としては、流し込み施工、吹き付け施工のどちらでも適用することができる。
【００２３】
以上説明したように、本発明に係るアルミナ−スピネル質不定形耐火物によれば、容積安定性に優れ、且つ、容器の側壁部に施工されるアルミナ−マグネシア系不定形耐火物と同等以上の耐スラグ浸潤性及び耐食性を有し、また、使用温度１６００℃まではＡｌ2Ｏ3を析出せず、非化学量論組成のスピネルとして安定して存在するので、製鉄用容器、特に溶鋼鍋の寿命を安定して向上させることが実現される。
【実施例１】
【００２４】
ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．２〜１：２．２の範囲であり且つ粒径が１００ｍｍ以下であるアルミナ・スピネルクリンカーと、アルミナ原料と、アルミナセメントと、で構成されるアルミナ−スピネル質不定形耐火物を用いて、溶鋼鍋の敷部及び側壁部を流し込み施工した（本発明例１〜９）。アルミナセメントの配合量は、２．０質量％を基本とし、０．５質量％（本発明例７）、５．０質量％（本発明例８）、６．０質量％（本発明例９）の３水準に変更する試験も行った。また更に、アルミナ原料を使用せずに、アルミナ・スピネルクリンカーと、アルミナセメントとからなるアルミナ−スピネル質不定形耐火物を用いる試験も行った（本発明例３）。
【００２５】
また、比較のために、アルミナ原料及びマグネシアクリンカーから製造された不定形耐火物を用いた場合（比較例１）、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１及び１：２．３であるアルミナ・スピネルクリンカーから製造された不定形耐火物を用いた場合（比較例２、比較例３）、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．５で本発明の範囲であるアルミナ・スピネルクリンカーを用いているが、アルミナ・スピネルクリンカーの配合量及びアルミナセメントが本発明の範囲を外れた不定形耐火物を用いた場合（比較例４、比較例５）、及び、ＭｇＯ：Ａｌ2Ｏ3のモル比が１：１．５であるが、アルミナ・スピネルクリンカーの最大粒径が１５０ｍｍである不定形耐火物を用いた場合（比較例６）も実施した。比較例１〜６は、その他の施工条件は本発明例と同一条件で実施した。
【００２６】
表１に、不定形耐火物を構成する粉末の構成比率、粉末の最大粒径、不定形耐火物の配合比率、及び、使用結果である溶鋼鍋の寿命を示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１に示すように、本発明例においては、溶鋼鍋の寿命は比較例に比べて安定して向上した。特に、アルミナ原料を使用せずに、アルミナ・スピネルクリンカーと、アルミナセメントとからなるアルミナ−スピネル質不定形耐火物を用いた本発明例３では、最も溶鋼鍋の寿命が向上した。アルミナセメントの配合量が６．０質量％である本発明例９では比較例と同等であったが、アルミナセメントの配合量を本発明の好ましい範囲内にすることで、溶鋼鍋の寿命が安定して向上することが分かった。
【００２９】
これに対して比較例では溶鋼鍋の寿命は最高でも２５０チャージであり、特に、アルミナセメントの配合量が本発明の範囲を外れた比較例５では成形体が形成されず、不定形耐火物として使用することが不可能であった。