(57)【要約】【課題】スライディングプレートの摺動面損傷を低減する。【解決手段】スライディングプレートに使用する耐火物において、マグネシア原料10〜65質量％、スピネル原料27〜88質量％、カーボン原料2〜8質量％を含むスライディングプレート耐火物であって、マグネシア原料、スピネル原料、カーボン原料の合計を100質量％とした場合、粒径0.3ｍｍ未満のマグネシア原料が前記粒径１００質量％に対して25質量％未満（ゼロを含む）、粒径0.3ｍｍ未満のスピネル原料が前記粒径１００質量％に対して25質量％を超え50質量％以下、更に、金属アルミニウム及び／又はアルミニウムシリコン合金が前記粒径１００質量％に対して外掛け0.5〜4質量％含む組成とした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシア原料10〜65質量％、スピネル原料27〜88質量％、カーボン原料2〜8質量％を含むスライディングプレート耐火物であって、マグネシア原料、スピネル原料、カーボン原料の合計を100質量％とした場合、
粒径0.3ｍｍ未満のマグネシア原料が前記粒径１００質量％に対して25質量％未満（ゼロを含む）、
粒径0.3ｍｍ未満のスピネル原料が前記粒径１００質量％に対して25質量％を超え50質量％以下、
加えて、金属アルミニウム及び／又はアルミニウムシリコン合金が前記粒径１００質量％に対して外掛け0.5〜4質量％含む
ことを特徴とするスライディングプレート耐火物。
【請求項２】
前記金属Alの一部または全部をAl-Si合金に置換した請求項１に記載のスライディングプレート耐火物。
【請求項３】
前記アルミニウムシリコン合金のAl含有率が50〜95質量％である請求項２に記載のスライディングプレート耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋・タンディッシュ等に使用されるスライディングプレート耐火物に関し、特に、溶損鋼種用のスライディングプレート耐火物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スライディング・ゲート型プレート（以下スライディングプレートという）は、製鉄所において取鍋やタンディッシュから流出する溶鋼の流量制御に用いられる耐火物である。流出穴を有する2枚あるいは3枚の固定プレートと可動プレートから構成され、可動プレートを摺動させることによって、溶鋼流出口の開度を変化させ、溶鋼の流量を制御している。
【０００３】
前記スライディングプレートに用いられる材料として、一般にアルミナ-カーボン材質が広く使用されている。しかしながら、アルミナ-カーボン材質は、Ca添加鋼や高酸素鋼などの鋼種に対して溶損が大きくなる。そのため、これらの鋼種を鋳造する場合は、耐食性の高いマグネシア原料を使用した塩基性材質が適用されることがある。
【０００４】
特許文献１は、「溶損鋼種向けスライドプレート耐火物において、マグネシアとスピネルとカーボンの含量を100質量部とした際に、マグネシアが27〜88質量％、スピネルが10〜65質量％、カーボンが2〜8質量％であって、0.3mm〜4mmの粒径において、前記100質量％に対して22〜73質量％であり、そのうちマグネシア原料が0〜63質量％、スピネル原料が0〜65質量％であって、0.3mm未満の粒径において、前記100質量％に対して27〜78質量％であり、そのうちマグネシアが25〜50質量％、スピネルが0〜20質量％、カーボン原料が2〜8質量％であり、カーボン原料としてカーボンブラックを1質量％以上とするスライドプレート耐火物」を開示している。これによって、「マグネシア原料の耐食性を生かしながらスピネル原料の耐スポーリング性を引き出すことができる」としている。
【０００５】
特許文献2は、「膨張黒鉛１．５〜４質量％及びその他のカーボン原料０〜３．５質量％からなるカーボン原料１．５〜５質量％と、粒子径が０．５〜４ｍｍのスピネル原料１０〜３５質量％と、金属原料とを含み、残部がマグネシア原料からなる配合物に、バインダーを加えて混練、成形し、非酸化性雰囲気下で１０００℃以上で焼成した塩基性ＳＮプレート」を開示している。これによって、「一般鋼種、Ｃａ処理鋼種などの特殊鋼種の区別無く、多数回使用することが可能な高耐用の塩基性ＳＮプレートを提供することができる。」としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2017-149596号公報
【特許文献２】特開2010-82653号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、組成および粒径を調整することで、マグネシア原料の耐食性とスピネル原料の耐スポーリング性を最大限に引き出そうとしたものであるが、マグネシア原料の粒径に対する認識に欠け、依然として摺動面の損傷が大きい問題があった。
【０００８】
また、特許文献2は、金属によるボンドの形成を期待したものであるが、この場合もマグネシア原料の粒径に配慮されておらず、高温にさらされる摺動面ではやはり脆化が生じ、摺動面の損傷が大きい問題があった。
【０００９】
本発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、スライディングプレートの摺動面損傷を低減することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、スライディングプレートに使用する耐火物において、マグネシア原料10〜65質量％、スピネル原料27〜88質量％、カーボン原料2〜8質量％を含むスライディングプレート耐火物であって、マグネシア原料、スピネル原料、カーボン原料の合計を100質量％とした場合、粒径0.3ｍｍ未満のマグネシア原料が前記粒径１００質量％に対して25質量％未満（ゼロを含む）、粒径0.3ｍｍ未満のスピネル原料が前記粒径１００質量％に対して25質量％を超え50質量％以下、更に、金属アルミニウム及び／又はアルミニウムシリコン合金が前記粒径１００質量％に対して外掛け0.5〜4質量％含む組成とした。
【００１１】
前記金属Alの一部または全部をAl-Si合金に置換することができ、当該アルミニウムシリコン合金のAl含有率が50〜95質量％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
スライディングプレート耐火物摺動面損傷が大幅に低減し、耐用性が向上する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜摺動面損傷の原因＞
使用後のマグネシア‐スピネル‐カーボン材質プレートの損傷形態を詳細に観察したところ、結果流出孔周辺の溶損は軽微であるものの、摺動面が脆化して気孔率が増大していることが確認できた。
【００１４】
従来から、マグネシア−カーボンれんがなどにおいては、気孔率増大の原因として(1)式に示すようにCとMgの反応によるMgの揮散が指摘されている。しかし上記した損傷状態の解析からは、カーボンの減少が少なく(1)式の反応は限定的とみられた。さらに詳細に調査したところ、1400℃以上では(2)式の反応が進み、AlによってMgOが還元されてMgとなって揮散し、摺動面が損傷しているとの認識に至った。
【００１５】
MgO(s)+C(s)→Mg(g)+CO(g)・・・(1)
4MgO(s)+2Al(lorg)→3Mg(g)+MgAl2O4(s)・・・(2)
加えて、スピネル原料は化合物として安定であるのに対し、マグネシア原料はAlによって還元されやすいことから、Al存在下ではマグネシア原料の方がスピネル原料よりも脆化反応が進行しやすいと認識される。またマグネシア原料の粒径が細かい方が、比表面積が大きくなるので、前記(2)式の進行速度が速くなり、より脆化反応が進行しやすいと考えられる。
【００１６】
また、添加する金属Alの組成が摺動面損傷に与える影響についても調査した。その結果、Al-Si合金を用いることで、金属Al単味で添加するよりも摺動面の損傷が抑制されることがわかった。また、添加するAl-Si合金は、同比率のAl単味原料とSi単味原料を組み合わせた場合より摺動面の損傷が抑制されることがわかった。すなわち、Al-Si合金は、Al単味原料とSi単味原料を単純に組み合わせた場合に比較し、AlとSiが一体となって存在しているので、Alが単独で存在する場合よりもマグネシアを還元しにくいと考えられる。
【００１７】
以上に基づいて、本発明は、マグネシア−スピネル−カーボン材質のスライディングプレートにおいて、粒径0.3mm未満のマグネシアの一部または全部をスピネルに置換し、また、金属Alを特定量添加し、さらに金属Alを特定組成のAl-Si合金に一部または全部を置換するものである。
＜組成と粒径＞
以上の考察を踏まえて本発明は以下の組成と粒径を備えることとした。
【００１８】
まず、マグネシアとスピネルとカーボンの合計を100質量％とした際に、マグネシアが10〜65質量％、スピネルが27〜88質量％、カーボンが2〜8質量％である。
【００１９】
マグネシア原料は前記粒径１００質量％に対して10〜65質量％とすることが好ましい。マグネシア原料が10質量％未満である場合、耐食性が低下するため好ましくない。また、マグネシア原料の含有率が65質量％を超える場合、前記(2)式で示したMgガス揮散量が多くなり耐摺動面損傷性が低下し、また耐スポーリング性が低下するため好ましくない。より好ましくは20〜60質量％の範囲である。
【００２０】
スピネル原料は前記粒径１００質量％に対し、27〜88質量％の範囲が好ましい。スピネル原料の含有率が27質量％未満である場合、相対的にマグネシア原料が多くなるため、Mgガス揮散量が多くなり耐摺動面損傷性が低下し、また耐スポーリング性が低下するため好ましくない。また、スピネル原料の含有率が88質量％以上では耐食性が低下するため好ましくない。より好ましくは32〜78質量％の範囲である。
【００２１】
カーボン原料の含有率は、前記粒径１００質量％に対し、2〜8質量％の範囲が好ましい。カーボン原料の含有率が2質量％未満である場合、耐スポーリング性が低下するため好ましくない。また、カーボン原料の含有率が8質量％を超える場合、組織の脆化反応が生じやすくなり耐摺動面損傷性が低下するため好ましくない。より好ましくは2.5〜6.5質量％の範囲である。
【００２２】
前記組成での粒径は、0.3mm〜4mmの粒径が、前記粒径１００質量％に対して22〜73質量％であり、0.3mm未満の粒径が27〜78質量％である。
【００２３】
4〜0.3ｍｍの粒径が22質量％未満、0.3ｍｍ未満の粒径が78質量％を超える場合、組織の脆化反応が生じやすくなり耐摺動面損傷性が低下するため好ましくない。また、4〜0.3ｍｍの粒径が73質量％を超え、0.3ｍｍ未満の粒径が27質量％未満の場合、強度低下により耐スポーリング性が低下するため好ましくない。より好ましくは4〜0.3ｍｍの粒径が30〜65質量％である。
【００２４】
粒径4〜0.3ｍｍのマグネシア原料の含有率は、前記粒径１００質量％に対して、0〜65質量％が好ましく、より好ましくは0〜55質量％である。粒径4〜0.3ｍｍのマグネシア原料の含有率が65質量％を超える場合、Mgガス揮散量が多くなり耐摺動面損傷性が低下し、また耐スポーリング性が低下するため好ましくない。
【００２５】
粒径4〜0.3ｍｍのスピネル原料の含有率は、前記粒径１００質量％に対し、0〜63質量％が好ましく、より好ましくは0〜53質量％である。
【００２６】
粒径4〜0.3ｍｍのスピネル原料の含有率が63質量％を超える場合、耐食性が低下するため好ましくない。
【００２７】
粒径0.3ｍｍ未満のマグネシア原料の含有率は、前記合計の100質量％に対して、0〜20質量％が好ましく、より好ましくは0〜15質量％である。粒径0.3ｍｍ未満のマグネシア原料の含有率が20質量％を超える場合、マグネシア原料からのMg揮散量が多くなり、摺動面損傷が増大するため好ましくない。
【００２８】
粒径0.3ｍｍ未満のスピネル原料の含有率は、前記合計の100質量％に対して、、25〜50質量％が好ましく、より好ましくは30〜47質量％である。粒径0.3ｍｍ未満のスピネル原料の含有率が25質量％未満の場合は、相対的に粒径0.3ｍｍ未満のマグネシア原料が増加し、Mgの揮散量が多くなるので好ましくない。粒径0.3ｍｍ未満のスピネル原料の含有率が50質量％を超える場合、耐食性が低下するため好ましくない。
【００２９】
前記金属Alはスライディングプレートの強度を向上させるために添加する。金属Alの添加量は、前記合計１００質量％に対して、外掛けで0.5〜4質量％が好ましく、より好ましくは0.8〜3.5質量％である。金属Alの添加量が0.5質量％未満では強度向上効果が得られず、4質量％を超えるとマグネシアからのMgの揮散が増大し、摺動面損傷が大きくなるので好ましくない。
【００３０】
前記金属Alの一部または全部をAl-Si合金に置換することができる。Al-Si合金は金属Alよりもマグネシアを還元しにくいので、摺動面損傷が低減する。Al-Si合金の好ましい組成は、Al含有率が50〜95質量％である。Al含有率が50質量％未満の場合、スライディングプレートの強度向上効果が得られず、95質量％を超えると金属Al単味を使用した場合と効果は変わらない。
【００３１】
その他の原料として、金属、炭化物、窒化物の1種または2種以上を外掛け7質量％以下添加しても良い。
【００３２】
本発明のスライディングプレートは、秤量、混練、成形、乾燥、焼成または不焼成、ピッチおよびタール含浸などという通常のスライディングプレート製造工程にて製造することができる。具体的には、前記耐火原料にバインダーを1〜5質量％添加して混練し、スライディングプレート形状に成形する。成形物に対する熱処理条件については特に限定されるものではないが、一般的には100〜400℃で乾燥する。焼成品とする場合は前記熱処理後、還元雰囲気あるいは非酸化雰囲気において600〜1400℃で焼成する。このような製造工程を経て得られたスライディングプレート耐火物に対して、ピッチ含浸処理および加熱処理を施して、最終製品とする。
【実施例】
【００３３】
本発明の実施例および比較例を表１に示す。比較例1,2は、粒径0.3mm未満のスピネル原料の含有量が本発明の組成範囲を外れたものである。比較例3,4は、マグネシア原料とスピネル原料の含有量が本発明の組成範囲を外れたものである。比較例5,6は、金属アルミニウムの含有量が本発明の組成範囲を外れたものである。
【００３４】
耐摺動面損傷性は、熱処理前後の気孔率変化で評価した。評価結果は、熱処理前の気孔率を100とした場合の熱処理後の気孔率を指数で表し、180未満のものを○、180以上のものを×で示した。熱処理条件は以下の通りである。
【００３５】
形状：25×25×150ｍｍ
温度：1550℃で1時間保持
雰囲気：Ar
繰り返し加熱回数：4回
耐スポーリング性は、(3)式に示す熱衝撃破壊抵抗係数Rで評価した。弾性率は、J.W.LE  MMENS-ELEKTONIKA製MK5を用い、試験片に衝撃を与えて発生する固有振動数から計算するグ  ラインドソニック法により求めた。曲げ強さは、JISR2656（耐火れんがの熱間曲げ強さの試  験方法）に準じて測定した。熱膨張係数αは、JISR2207-1（耐火物の熱膨張の試験方法-第  1部非接触法）に準じて測定した。Rが25を超えるものを○、25以下のものを×で示した。  
【００３６】
R=S/Eα・・・(3)
R:熱衝撃破壊抵抗係数(℃)
E:弾性率(GPa)
S:曲げ強さ(MPa)
α:熱膨張係数(10-6/K)
耐食性は、高周波誘導炉内張り法による溶損量で評価した。試験温度は1600℃で、保持時間は4時間である。侵食材にはCaO：Al2O3＝6：4のスラグを使用し、1時間ごとにスラグを交換した。試験後試料を切断し溶損指数を求めた。溶損指数は実施例２を100とする指数で表した。溶損指数が120未満を○、120以上を×と表した。溶損指数が小さいほど耐食性が高いことを示す。
【００３７】
本発明例は、比較例に比べていずれも耐摺動面損傷性が優れており、その他の特性である耐スポーリング性、耐溶損性にも優れていることが明らかである。
【００３８】
【表１】
2019217538.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明したように、本発明は耐摺動面損傷性が優れており、製鋼産業に用いられるスライディングプレートの適用できることになる。