(57)【要約】【課題】内張り流し込み材において、軽量化を実現すると共に、耐食性及び熱スポーリング性を向上させること【解決手段】粒子径が７５μｍ以下であるマグネシア原料を３質量％以上１５質量％以下、粒子径が４５μｍ以下であるスピネル原料を８質量％以下、粒子径が０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である中空スピネル粒子を３質量％以上１５質量％以下含み、残部の９０質量％以上がＡｌ２Ｏ３を主成分とする原料及び結合剤からなる耐火原料を含んでなる内張り流し込み材。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子径が７５μｍ以下であるマグネシア原料を３質量％以上１５質量％以下、粒子径が４５μｍ以下であるスピネル原料を８質量％以下、粒子径が０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である中空スピネル粒子を３質量％以上１５質量％以下含み、残部の９０質量％以上がＡｌ２Ｏ３を主成分とする原料及び結合剤からなる耐火原料を含んでなる内張り流し込み材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に製鋼処理装置に使用される内張り流し込み材に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼処理装置においては、溶鋼やスラグと接触する耐火物として、主にアルミナ−マグネシア質、アルミナ−スピネル質、又はアルミナ−マグネシア−スピネル質の内張り流し込み材が使用されている。このうちアルミナ−マグネシアースピネル質は、アルミナ−スピネル質とアルミナ−マグネシア質の両材質の特徴を有しており、体積安定性、耐食性、及び耐スラグ浸潤性は両材質の中間の特性を示す。
【０００３】
また、これらの内張り流し込み材の耐火原料として中空粒子を適用する技術が知られている。例えば特許文献１には、アルミナ−マグネシア質の内張り流し込み材において、高耐スラグ浸潤性及び低熱伝導率を得ることを目的に、中空アルミナ粒子を適用する技術が開示されている。また、特許文献２には、アルミナ−スピネル質の内張り流し込み材において、溶鋼の熱損失の低減のために、中空粒子を適用する技術が開示されている。
【０００４】
一方、耐火物の使用される条件により、軽量化が求められる場合がある。軽量化は、耐火物の重量（施工重量）の削減に繋がり、全体の重量軽減やそれが溶鋼鍋の場合、溶鋼鍋の重量が軽減されることによる受鋼量の増加が期待でき、生産性向上に繋がるからである。
【０００５】
そこで、内張り流し込み材について軽量化を図るため、軽量骨材である中空粒子の適用が考えられる。しかし、中空粒子は通常の骨材と比較して強度が低いため、溶損・浸潤が進行しやすく、単に中空粒子を適用するだけでは耐食性や耐熱スポーリング性の悪化に繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２４１０９３号公報
【特許文献２】特開平４−１４４９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、内張り流し込み材において、軽量化を実現すると共に、耐食性及び熱スポーリング性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、内張り流し込み材の軽量化を実現するため中空粒子の適用を検討した。中空粒子には様々な種類があるが、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−スピネル質、及びアルミナ−マグネシア−スピネル質の内張り流し込み材においては、上記特許文献１、２に開示されているように、中空アルミナ粒子と中空スピネル粒子が主流である。そのうち本発明者らは、中空スピネル粒子を選択することとした。なぜなら、中空アルミナ粒子と中空スピネル粒子の粒子自体の強度を比較すると、中空スピネル粒子が高い強度を示すため、溶損・浸潤に有利であり、耐食性や耐熱スポーリング性に優位であると考えたからである。また、配合物にマグネシアを含有する場合、中空アルミナ粒子が熱間でマグネシアとの反応により、さらなる強度劣化を引き起こす可能性があると考えたからである。
【０００９】
一方、上記特許文献２には、中空粒子として中空アルミナ粒子や中空スピネル粒子を用いて良い旨が記載されているなかで、同文献の第１表では中空アルミナ粒子を用いた例が記載されている。そこで、本発明者らは、第１表に記載の配合において、中空アルミナ粒子を中空スピネル粒子に置き換えた配合を検討したところ耐熱スポーリング性が低下してしまった。
【００１０】
この耐熱スポーリング性低下の原因について本発明者らが検討したところ、以下のように考えられた。すなわち、スピネルを含む内張り流し込み材においては、スピネルがＦｅＯを固溶するので酸素洗浄や製鋼用スラグに対する耐食性と耐スラグ浸潤性が高く、更に、熱間強度が大きく、受熱後の残存膨張収縮が小さく体積安定性が高い特徴を有している。
【００１１】
しかし、配合物にスピネル微粉を含み、かつ、中空スピネル粒子を使用すると、スピネル量が過剰添加となり、焼結しやすくなるため、熱スポーリング性が劣化する。そのため、配合全体のスピネル量を調整する必要がある。しかし、中空スピネル粒子を減らすと、理想の軽量化が期待できない。そのため、スピネル微粉を減らすことが望ましい。
【００１２】
以上に鑑み、本発明者らは、中空粒子として中空スピネル粒子を選択したうえで、スピネル微粉を制限することで、焼結を抑制し、耐熱スポーリング性の低下を抑制することとした。
【００１３】
すなわち本発明の一観点によれば、粒子径が７５μｍ以下であるマグネシア原料を３質量％以上１５質量％以下、粒子径が４５μｍ以下であるスピネル原料を８質量％以下、粒子径が０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である中空スピネル粒子を３質量％以上１５質量％以下含み、残部の９０質量％以上がＡｌ２Ｏ３を主成分とする原料及び結合剤からなる耐火原料を含んでなる内張り流し込み材が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、中空スピネル粒子を使用し、かつスピネル微粉（粒子径が４５μｍ以下であるスピネル原料）の量を制限することで、内張り流し込み材の軽量化を実現できると共に、耐食性及び熱スポーリング性を向上させることができる。これにより、例えば溶鋼鍋において施工重量低減による受鋼量の増加が可能になると共に、スラグによる侵食・剥離を低減でき、長寿命化が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の内張り流し込み材は、耐火原料及びその他の原料からなる配合物に適量の施工水を添加して施工される。
【００１６】
ここで、本発明でいう「耐火原料」とは、マグネシア原料、スピネル原料、中空スピネル粒子及び残部のことである。残部の９０質量％以上は、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする原料及び結合剤からなる。
【００１７】
これらの耐火原料としては、一般的な内張り流し込み材用の原材料を使用できる。
【００１８】
以下、例示的に説明すると、マグネシア原料としては、電融あるいは焼結によって製造され粒度調整された原料を使用する。乾燥時にマグネシア原料が消化して体積膨張による亀裂が発生しないように、耐消化性が高いマグネシア原料を使用することが好ましい。
【００１９】
スピネル原料としては、ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３系の化合物で、化学組成がＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３の化学量論組成及びＭｇＯあるいはＡｌ２Ｏ３が過剰に固溶した非化学量論組成の化合物であり、電融あるいは焼結によって製造され粒度調整された原料を使用する。
【００２０】
中空スピネル粒子としては、電融法によって得られた市販品を使用できる。
【００２１】
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする原料としては、電融あるいは焼結によって製造され粒度調整された原料を使用する。電融あるいは焼結によって製造され粒度調整されたアルミナ原料は、Ａｌ２Ｏ３含有量が９０質量％以上、好ましくは９９質量％以上のものを使用する。なお、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする原料としては、仮焼アルミナと呼ばれているバイヤー法で製造された原料を使用してもよい。
【００２２】
結合剤としては、アルミナセメント、マグネシアセメント等を使用することができ、施工体強度付与の面から、特にアルミナセメントが好ましい。
【００２３】
その他の原料としては、シリカ超微粉及び分散剤を添加する。シリカ超微粉としては、シリカフラワー、シリカヒューム、ヒュームドシリカ、マイクロシリカ、蒸発シリカ、あるいは、シリカダスト等と呼ばれる粒子径が１μｍ以下の非晶質のＳｉＯ２質原料を使用する。なお、シリカ超微粉は、マグネシア原料の消化防止、スピネル生成による膨張の低減、使用時のクリープ性の付与等の目的で添加するが、低融物を生成して耐食性が低下するデメリットがあるので、本発明では耐火原料から除外するものとする。
【００２４】
分散剤は、施工時における流動性を付与するために添加される。例えば、トリポリリン酸ソーダ、ヘキサメタリン酸ソーダ、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダ、ポリアクリルリン酸ソーダ、ポリカルボン酸、ナフタレンスルホン酸ソーダ、リグニンスルホン酸ソーダ等が挙げられる。
【００２５】
このほか、本発明の内張り流し込み材には、その他の原料として、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、消石灰、炭酸ソーダ、炭酸リチウム等の硬化調整剤、発泡剤、有機繊維、Ａｌ粉末、メタルファイバー、減水剤、ＡＥ剤、消泡剤、流動性調整剤、マグネシアの消化防止剤、爆裂防止剤等を適宜添加することができる。
【００２６】
なお、本発明では、マグネシア原料、スピネル原料、中空スピネル粒子、及び残部からなる耐火原料を１００質量％とし、シリカ超微粉、分散剤等のその他の原料については、耐火原料１００質量％に対して外掛けで添加するものとする。
【００２７】
また、本発明は、高耐食性、高耐スポーリング性を有する材料のため、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする原料及び結合剤は、残部の９５質量％以上を占めるのが好ましい。
【００２８】
本発明の内張り流し込み材は、耐火原料１００質量％に占める割合で、粒子径７５μｍ以下のマグネシア原料が３質量％以上１５質量％以下である。マグネシア原料の粒子径が７５μｍを超えると、マグネシア原料とアルミナ原料との反応により生成するスピネルの生成速度が遅くなり、反応による耐食性向上効果が得られない。また、粒子径が７５μｍ以下のマグネシア原料が３質量％未満であると、耐食性向上効果が得られない。また、粒子径７５μｍ以上のマグネシア原料が１５質量％を超えると、スピネル生成量が多く、内張り流し込み材の膨張が大きくなり、亀裂・剥離などの原因になる。なお、マグネシア原料の添加量は、好ましくは５質量％以上１２質量％以下である。
【００２９】
また、本発明の内張り流し込み材は、耐火原料１００質量％に占める割合で、粒子径が４５μｍ以下であるスピネル原料が８質量％以下である。スピネル原料の粒子径が４５μｍ超であると、ＦｅＯとの反応が遅くなり、耐食性が劣化する。粒子径が４５μｍ以下であるスピネル原料が８質量％を超えると、焼結しやすくなるため、耐熱スポーリング性の悪化に繋がる。なお、粒子径が４５μｍ以下であるスピネル原料の添加量は５質量％以下が好ましい。
【００３０】
また、本発明の内張り流し込み材は、耐火原料１００質量％に占める割合で、粒子径が０．２ｍｍ以上５．０ｍｍ以下である中空スピネル粒子が３質量％以上１５質量％以下である。中空スピネル粒子の粒子径が０．２ｍｍ未満であると、中空スピネル粒子の破砕粒も含まれるため、かさ比重の低減効果が得られず、施工量低減による受鋼量の増加効果が十分得られない。中空スピネル粒子の粒子径が５．０ｍｍを超えると、中空スピネル粒子内部の気孔が大きくなり、耐食性が低下する。また、中空スピネル粒子が３質量％未満であると、かさ比重の低減効果が得られず、施工重量低減による受鋼量の増加効果が十分得られない。中空スピネル粒子が１５質量％を超えると、内張り流し込み材の気孔が大きくなり、耐食性が低下する。なお、中空スピネル粒子の添加量は、好ましくは５質量％以上１０質量％以下である。
【実施例】
【００３１】
表１は、本発明の実施例と比較例の原料構成を示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１に示す配合物に所定量の水を加えて混練し、型枠内に流し込んで乾燥させることで、試験片を作製した。なお、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする原料としては粒子径が８ｍｍ〜３ｍｍと３ｍｍ以下の電融アルミナ、マグネシア原料としては、粒子径が７５μｍ以下の電融マグネシア、中空粒子としては、粒子径が０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の中空スピネル粒子又は粒子径が５ｍｍ以下の中空アルミナ粒子を使用した。スピネル原料としては、粒子径が４５μｍ以下の電融スピネル微粉を使用した。その他、結合剤としてアルミナセメント、シリカ超微粉としてシリカフラワー、分散剤としてポリアクリル酸ソーダを添加した。
【００３４】
得られた各例の試験片について、溶損浸潤量、曲げ強さ、かさ比重、及び耐熱スポーリング性の評価を行った。
【００３５】
溶損浸潤量の評価は、転炉スラグを用いて１６５０℃で１０時間のスラグ回転浸食試験を実施し、溶損量と浸潤量の合計が５ｍｍ以下は◎、５ｍｍより大きく７ｍｍ以下は○、７ｍｍより大きく１１ｍｍ以下は△、１１ｍｍより大きいものは×とした。なお、溶損浸潤量は、耐食性の指標であり、溶損浸潤量が少ないほど、耐食性は高いことを示す。
【００３６】
曲げ強さの評価は、４０×４０×１６０ｍｍ形状の試験片を養生し、その後脱枠して１１０℃で２４時間乾燥し、８００℃で３時間焼成後に測定した値が５ＭＰａ以上は○、５ＭＰａより小さいものは×とした。
【００３７】
かさ比重の評価は、４０×４０×１６０ｍｍ形状の試験片を養生し、その後脱枠して１１０℃で２４時間乾燥し、ＪＩＳ  Ｒ  ２２０５に基づいて測定した値が２．６５以下は◎、２．６５より大きく２．７５以下は○、２．７５より大きく、２．８５以下は△、２．８５より大きいものは×とした。
【００３８】
耐熱スポーリング性の評価は、２３０×１１４×６５ｍｍ形状の試験片を養生し、その後脱枠して１１０℃で２４時間乾燥し、１０００℃で３時間熱処理した試験片を用いて加熱と冷却を繰り返し、亀裂の発生状況を観察した。具体的には、１２００℃に加熱した電気炉で１１４×６５ｍｍ面を４５分間加熱してから扇風機を使用して１５分間空冷する操作を８回繰り返し、亀裂の発生が軽微であったものは○、やや亀裂が発生したものは△、大きな亀裂が発生したものは×とした。
【００３９】
総合評価は、溶損浸潤量、曲げ強さ、かさ比重、及び耐熱スポーリング性において、各評価の最低評価が○であったものは○、△であったものは△、×があったものは×とした。
【００４０】
実施例１〜１１は本発明の実施例であり、溶損浸潤量、曲げ強さ、かさ比重、及び耐熱スポーリング性において×がなく、高耐食性で高強度、低かさ比重、かつ、耐熱スポーリング性が高い内張り流し込み材が得られた。
【００４１】
比較例１は中空粒子として中空スピネル粒子でなく、中空アルミナ粒子を使用した例であり、曲げ強さが低かった。
【００４２】
比較例２は全体としてのスピネル量は実施例１１よりも少ないが、電融スピネル微粉が１０質量％と多いため、焼結しやくなり耐スポーリング性が悪化した。
【００４３】
比較例３は中空スピネル粒子が多いため、溶損浸潤量が悪化した。
【００４４】
比較例４は中空スピネルが少ないため、低かさ比重（軽量化）が得られなかった。
【００４５】
比較例５はマグネシア原料が少ないため、スピネルが生成せず、溶損浸潤量が悪化した。
【００４６】
比較例６はマグネシア原料が多いため、熱膨張が著しく大きく、耐スポーリング性が悪化した。