(57)【要約】【課題】この発明は、鋳鋼と鋳鉄の双方を同一の誘導炉で溶解することが出来るようにするために、実機使用で問題のない程度の耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性を併せ持つ誘導炉用ラミングを提供しようとするものである。【解決手段】この発明は、アンダルアイトを５〜２５重量％、ジルコンを３〜２５重量％、Ａｌ２Ｏ３純度９８％以上のアルミナ微粉を５〜２５重量％含み、残部がＡｌ２Ｏ３純度９５％以上のアルミナ粉からなる誘導炉用ラミング材である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンダルサイトを５〜２５重量％、ジルコンを３〜２５重量％、Ａｌ２Ｏ３純度９８％以上のアルミナ微粉を５〜２５重量％含み、残部がＡｌ２Ｏ３純度９５％以上のアルミナ粉からなる誘導炉用ラミング材。
【請求項２】
前記アンダルサイトの粒径が３．０〜０．１２５ｍｍ、ジルコンの粒径が０．５ｍｍ以下、純度９８％以上のアルミナ微粉の粒径が０．０６３ｍｍ以下、前記残部アルミナ粉の粒径が０．０６３ｍｍを超え１０．０ｍｍ以下である請求項１記載の誘導炉用ラミング材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は誘導炉用ラミング材に関し、特に鋳鋼と鋳鉄の双方に適用できるようにした誘導炉用ラミング材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋳鋼の溶解に用いられる誘導炉用ラミング材は、鋳鋼の溶解が高温で行われるところから、高融点を有しスラグや溶湯成分に対して化学的に安定な特性を有するマグネシア・スピネル質、アルミナ・マグネシア質、アルミナ・スピネル質などのものが使用されている。これらのラミング材は確かに高融点で、スラグや溶湯成分に対して化学的に安定していて高耐食性を有するが、熱膨張率が大きく炉壁に亀裂を発生しやすかった。
【０００３】
また、誘導炉の操業は短時間で溶解、出湯、冷材投入などが繰返され、誘導炉の炉壁内面は急激な温度変化が繰返される。また、誘導炉の炉壁の非稼動面側（誘導コイル側）は水冷されて、内張り材の稼動面と非稼動面との間は極めて大きな温度勾配となっている。こうしたことで、誘導炉の炉内壁には亀裂が発生する恐れがあり発生した亀裂からは湯差しが起こりやすく、この傾向は大型炉になるとさらに大きくなっていた。しかしながら、鋳鋼の溶解では、溶湯の粘性が比較的に大きいので、誘導炉の炉壁内面に発生した亀裂への湯差しはこれまでそれ程大きな問題とはならなかった。ところが、上記のマグネシア・スピネル質、アルミナ・マグネシア質、アルミナ・スピネル質などのラミング材を内張りした誘導炉で、低融点で溶湯の粘性が比較的に低い鋳鉄を溶解した場合には炉壁に発生した僅かの亀裂からも湯差しが発生することがあって、上記のラミング材を内張りした誘導炉を鋳鉄の溶解に使用することは困難であった。
【０００４】
こうしたことで、比較的低温で溶解が行われる鋳鉄の溶解に用いられる誘導炉用ラミング材については、焼結バインダーとして硼酸を添加した天然シリカ質又は溶融シリカ質のラミング材や焼結バインダーを添加しない高純度溶融シリカ質ラミング材が以前から使用されてきた。
【０００５】
その後、これを改良したものとして、焼結バインダーを含まないものでアルミナを０．５〜３．０重量％、酸化カリウムを０．５〜３．０重量％含有した溶融シリカを４０〜８０重量％含み、残部が天然シリカからなるもので、耐食性、耐熱衝撃性があって稼動面に亀裂が発生することが少なく従って溶湯による侵食も少なく、優れた断熱効果の得られる誘導炉用ラミング材が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、ジルコンが５〜３０重量％、無水硼酸が０．２〜１．０重量％、残部が溶融シリカと天然シリカからなり、耐熱性、耐食性を若干向上させた上で耐用寿命の向上を図ったものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この他にも、鋳鉄の溶解に用いられる誘導炉用ラミング材には、天然珪石に焼結剤を添加した天然珪石ラミング材がある。
【０００６】
これらの溶融シリカと天然シリカを用いたラミング材、シリカ・ジルコン質ラミング材、天然珪石ラミング材は、マグネシア・スピネル質やアルミナ・マグネシア質などのラミング材と比較すると耐熱性および耐食性は低下するが、耐熱衝撃性が優れているので低融点で溶湯の粘性が小さい鋳鉄溶解の誘導炉用ラミング材として使用した場合には、湯差しの発生を抑制することができる利点を有する。
【０００７】
しかしながら、この溶融シリカと天然シリカを用いたラミング材、シリカ・ジルコン質ラミング材、天然珪石ラミング材を内張りした誘導炉は、反対に高温操業が必要な鋳鋼を溶解した場合には、溶損が大きく急激な耐用低下が生じるものであった。こうしたことから、この誘導炉用ラミング材を鋳鋼の溶解に使用することも出来なかった。
【０００８】
しかしながら、近年溶解する材質の多様化から、内張り材を変えることなく鋳鋼と鋳鉄の双方を同一の誘導炉で溶解する要望があって、同一の内張り材で鋳鋼と鋳鉄の双方を溶解するのに問題のない耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性を併せ持つラミング材の提供が要望されるようになっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−８２０４５号公報（第２頁、表１）
【００１０】
【特許文献２】
特開平９−１７０８８３号公報（第２頁、表１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、鋳鋼と鋳鉄の双方を同一の誘導炉で溶解することが出来るようにするために、実機使用で問題のない程度の耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性を併せ持つ誘導炉用ラミング材を提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アンダルサイトを５〜２５重量％、ジルコンを３〜２５重量％、Ａｌ２Ｏ３純度９８％以上のアルミナ微粉を５〜２５重量％含み、残部がＡｌ２Ｏ３純度９５％以上のアルミナ粉からなる誘導炉用ラミング材（請求項１）および前記アンダルサイトの粒径が３．０〜０．１２５ｍｍ、ジルコンの粒径が０．５ｍｍ以下、純度９８％以上のアルミナ微粉の粒径が０．０６３ｍｍ以下、前記残部アルミナ粉の粒径が０．０６３ｍｍを超え１０．０ｍｍ以下である請求項１記載の誘導炉用ラミング材（請求項２）である。
【００１３】
【発明の実施の態様】
この発明は、アンダルサイト、ジルコン、アルミナ微分、残部アルミナ粉からなり、実機の使用で問題がない程度の耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性を有する誘導炉用ラミング材である。
【００１４】
本発明で用いるアンダルサイトは、高温で加熱されるとその後冷却されても残存膨脹性を示す。従って、これを用いたラミング材で誘導炉内を内張りした場合は、アンダルサイトの残存膨脹性により誘導炉炉壁の亀裂の発生を低減することが可能である。アンダルアイトは５〜２５重量％を用いる。アンダルサイトが５重量％未満では、長期間の使用で徐々に残存膨脹が行われるようにして、誘導炉内壁の亀裂発生や亀裂拡大を抑制することができない。また、アンダルアイトが２５重量％を超えると、誘導炉炉壁の耐熱性の低下とともに高温加熱による残存膨脹が大きくなり過ぎて、炉壁の迫り出しによる剥離現象が発生する恐れがある。アンダルサイトの添加のさらに好ましい範囲は７〜２３重量％である。
【００１５】
ここに用いるアンダルサイトは、粒径が小さ過ぎると高温加熱による急激な残存膨脹を示し、目的とするような長期間の使用中に徐々に残存膨脹して誘導炉の炉壁の亀裂発生の抑制や亀裂拡大の抑制を図ることは出来ない。また、アンダルアイトは、粒径が大きすぎると高温加熱による残存膨脹が緩慢であり、目的とする適正な誘導炉炉壁の亀裂発生の抑制や亀裂拡大の抑制を図ることができないばかりか、誘導炉炉壁の均質な組織も得られない。こうした理由から、アンダルアイトの粒径は０．２〜２．８ｍｍの範囲が好ましい。
【００１６】
この発明ではさらにジルコンを用いる。ジルコンは２０００℃以上の高融点物質で、化学的侵食に対する抵抗力も非常に高いため、これを用いたラミング材は高温溶解の場合にも大きな耐食性が得られる。また、ジルコンは熱膨張率が１０００℃で０．４％と低いので容積安定性に優れ、さらに溶湯に濡れにくい特性を有している。こうしたことでジルコンを３〜２５重量％用いる。ジルコンが３重量％未満の場合は、高温溶解での耐食性の向上や炉内成分の内張り内部への耐浸潤性の向上が期待できない。ジルコンの含有量が２５重量％を超える場合は、繰り返し受ける熱サイクルにより亀裂が増大する恐れがある。ジルコンの配合比のさらに好ましい範囲は５〜２３重量％である。ジルコンの粒度は０．５ｍｍ以下が好ましい。ジルコンをこの範囲の粒度とすることにより、この発明のラミング材のマトリックスにおいてジルコンの持つ優れた特性の耐食性の向上や炉内成分の内張り材内部への耐浸潤性の向上を図ることができる。ジルコンのさらに好ましい粒度は０．３ｍｍ以下である。
【００１７】
さらに、Ａｌ２Ｏ３純度９８％以上で粒径が０．６３ｍｍ以下のアルミナ微粉を用いる。このアルミナ微粉は誘導炉炉壁の稼動面に緻密な焼結層を生成させるとともに、焼結層をバックアップする適正な焼固層を生成させる効果がある。誘導炉の非稼動面側の比較的低温域であるコイル側では、焼結、焼固することなく粉体層を形成する。誘導炉炉壁のコイル側に焼結、焼固することなく粉体層が形成されていると、稼動面側に発生した亀裂は粉体層の手前で消滅するが、この粉体層がないと亀裂はコイル側まで到達することがある。
【００１８】
Ａｌ２Ｏ３純度９８％以上のアルミナ微粉を５〜２５重量％使用する。これが５重量％未満では適正な焼結層、焼固層が得られず、２５重量％を超えると焼結層、焼固層は適正なものとなるが、築炉時の充填性が低下し良好な施工体ができない。Ａｌ２Ｏ３純度９８％以上の微粉の粒径は０．６３ｍｍ以下が好ましく、またその添加量のさらに好ましい範囲は７〜２３重量％である。
【００１９】
以上の他の残部はＡｌ２Ｏ３純度９８％以上のアルミナ粉である。誘導炉の炉壁厚さは電気効率の向上を目的として非常に小さく設計されている。耐熱性および耐食性を維持するとともに、炉壁の築炉充填時にラミング材の粒度偏析を抑えて均質な炉壁を作るためには、上記のアルミナ粉の粒径は０．０６３ｍｍを超え１０．０ｍｍ以下が好ましい。このアルミナ粉のさらに好ましい粒径は０．０６３〜８．０ｍｍである。
【００２０】
【実施例】
（実施例１〜５）
表１の実施例１ないし５に示す配合成分のラミング材を用いて３００ｋｇの高周波誘導炉に内張りした。即ち、図１に示すように外面に誘導コイル１が布設されたコイル保護用耐火物２の内面に断熱シート３を配置した後、各実施例のラミング材４を炉床部に所定量装填しエアランマーで搗き固め、１回の搗き上がり高さを６０〜７０ｍｍとした。その後、打ち継ぎ面でのラミネーションを防止するために目荒らしを行なった。以降は同様な方法で所定の炉床厚みまでラミング材を充填施工した。その後、炉床施工面を平面仕上げして築炉シリンダ５を炉床中心にセットし、前記築炉シリンダ５と前記断熱シート３との間に各実施例のラミング材を所定量装填した。次いで、ラミング材の表面を平にしてエアランマーで搗き固め、１回の搗き上がり高さを６０〜７０ｍｍとした。その後打ち継ぎ面でのラミネーションを防止するために目荒らしを行い、以降同様な方法により炉頂部まで各供試材を充填施工して内張り材４を構築した。
【００２１】
築炉完了後に、この炉で銑鉄２００ｋｇを溶解し、１６００〜１６２０℃で１時間保持し、保持時間中に表３に示す組成のスラグ３００ｇを２回添加し、その後出湯して冷却する侵食試験を２回繰返した。この結果を表１の特性に示した。侵食試験において、耐食性について侵食深さが１５ｍｍ未満のものを良（○）とし、侵食深さが１５ｍｍ以上のものを不良（×）とした。また、浸潤深さが１５ｍｍ未満のものを良（○）とし、浸潤深さが１５ｍｍ以上のものを不良（×）とした。
【００２２】
焼結層厚みは１５ｍｍ以上および２５ｍｍ未満のものを良（○）とし、１５ｍｍ未満のもの及び２５ｍｍ以上のものを不良（×）とした。焼固層厚みは１５ｍｍ以上および２５ｍｍ未満のものを良（○）とし、１５ｍｍ未満のもの及び２５ｍｍ以上のものを不良（×）とした。粉体層厚みは１５ｍｍ以上のものを良（○）とし、１５ｍｍ未満のものを不良（×）とした。稼動面の表面亀裂最大幅は、幅０．４ｍｍ未満のものを良（○）とし、幅０．４ｍｍ以上のものを不良（×）とした。
【００２３】
（比較例１〜１１）
実施例と同様にして、ラミング材は表１の比較例１ないし４および表２の比較例５ないし１１のものを用いてラミング材を内張りした誘導炉を築炉した。この比較例の誘導炉を用いて実施例と同様の試験を行った。実施例および比較例の結果を表１および表２に示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
【表２】
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【００２６】
【表３】
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【００２７】
表１から明らかなように、実施例１ないし５は侵食深さ、浸潤深さ、焼結層厚さ、焼固層厚さ、粉体層厚さ、炉壁稼動面の表面亀裂最大幅、稼動面状況などのすべての点で良好な結果を示している。これに対し、比較例１は焼結層の厚さ、焼固層厚さ、炉壁稼動面の表面亀裂最大幅などで若干劣っている。比較例２は侵食深さが大きく耐食性が若干劣り、炉壁稼動面に表面剥離の傾向が認められる。比較例３は、施工性が劣る外、侵食深さが大きく耐食性が若干劣り、また溶湯成分などに対する耐浸潤性や焼固層厚さについても若干劣り、炉壁稼動面に表面剥離の傾向が認められる。比較例４は、施工性が劣る外、侵食深さが大きく耐食性が若干劣り、また溶湯成分などに対する耐浸潤性も若干劣る。比較例５，６，７は、浸潤深さが大きく溶湯成分などの対する耐浸潤性が劣り、また比較例７については炉壁稼動面の表面亀裂最大幅などが劣る。さらに、比較例７については炉壁稼動面に表面剥離の傾向が認められる。比較例８は浸潤深さが大きく耐食性が劣り、また焼結層厚さ、焼固層厚さも小さくなっている。比較例９，１０，１１は、侵食深さが大きく耐食性が劣り、また焼結層厚さや粉体層厚さが小さい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明のラミング材を誘導炉の炉壁に内張りすることによって、鋳鋼や鋳鉄溶解の実使用に問題のない耐熱性を付与することができ、さらに内張り材内部へのスラグや溶湯成分などの浸潤を抑制することができて、変質層生成による構造的スポーリングによる剥離を減少させることができるようになった。また、容積安定性の維持、亀裂の発生や進行を抑制できて、鋳鋼や鋳鉄の溶解を同一の内張り材の誘導炉で行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のラミング材を用いた誘導炉の組立の１例を示す一部断面図。
【図２】図１に示す誘導炉の上面図。
【図１】
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【図２】
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