(57)【要約】  【課題】      本発明は、製鉄業で使用される不定形流し込み材で、耐食性、耐スポーリング性に優れた黒鉛含有流し込み不定形耐火物を提供するものである。  【解決手段】      熱間における黒鉛の離脱を防止するためにカーボンボンドを生成させる。そのために、黒鉛との親和性の高いカーボンボンド源としてその軟化点が１１０〜２５０℃の範囲にあり、かつ軟化点から揮発成分の発生開始温度までの温度差が９０℃以下であるピッチを含有するものである。黒鉛との親和性の高いカーボンボンド源を配合することによって、熱間における黒鉛の離脱を防止するためのカーボンボンドを生成させることができ、ピッチの軟化点が１１０〜２５０℃の範囲のものを含有することによって、熱処理後にカーボンドボンド効果を発現できて、高強度、低弾性率化を達成できる。ピッチが軟化点から揮発成分の発生開始温度までの温度差が９０℃以下のものとすることによって、ピッチ軟化後の粘度変化と揮発成分発生のタイミングのバランスを良好にできて、高強度、低弾性率化を維持でき、耐食性、耐スポーリング性に優れた製品を得ることができる。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛含有の流し込み不定形耐火物であつて、軟化点が１１０〜２５０℃の範囲にあり
、かつ軟化点から揮発成分の発生開始温度までの温度差が９０℃以下であるピッチを含有
することを特徴とする黒鉛含有流し込み不定形耐火物。
【請求項２】
ピッチの軟化点が１２０〜２００℃である請求項１に記載のカーボンボンドを生成す
る黒鉛含有流し込み不定形耐火物。
【請求項３】
常温硬化剤としてアルミナセメント、塩基性乳酸アルミニウム、水硬性アルミナ等の
無機バインダー、有機糊剤を必要最小限量添加した請求項１または２に記載のカーボンボ
ンドを生成する黒鉛含有流し込み不定形耐火物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄業で使用される不定形流し込み材のうち、黒鉛を含有するすべての材
質に適用することで、熱処理後にカーボンボンドを生成し、高強度、低弾性率を達成する
ことにより、耐食性、耐スポーリング性に優れた製品を提供できるカーボンボンドを生成
する黒鉛含有流し込み材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鉄業で使用する耐火物においては、転炉のMgO-C れんがをはじめとして、Al
2O3-C 質の連鋳用耐火物等、黒鉛を含有する耐火物が一般的にな
っている。この流れは、不定形耐火物でも同様で、主樋用Al2O3-
SiC-C 質流し込み材、取鍋スラグライン用MgO-C 質流し込み材等がその代表例である。
【０００３】
これらの黒鉛含有流し込み材においては、黒鉛の有する高耐食性を生かすことができ
れば、スラグ浸透も起こらず、高耐スポーリング性も期待できるため、高耐用性が期待さ
れる。しかしながら、黒鉛含有流し込み材が一般に普及しないのには、ひとつに黒鉛の高
耐食性が生かされないまま、損耗していることが原因となっている。
【０００４】
この原因は、従来の流し込み材では、熱間で黒鉛同士、または黒鉛とAl2
O3 、MgO 等の耐火性粒子を結合することができず、その結果としてスラグ、
溶銑等の流動があるような部位では、黒鉛が脱粒して黒鉛の特長を発揮できないためであ
る。
【０００５】
このため、例えば、特開平６ー２８７０７２号公報に見られるように、フェノール樹
脂液にて混練し、黒鉛を結合させる方法が開示されている。本方法によれば、黒鉛とフェ
ノール樹脂とは濡れ易いものの、耐火性の超微粉とフェノール樹脂が濡れ難く、混練に必
要なフェノール樹脂量が増大して、緻密な施工体が得られないという問題がある。また、
フェノール樹脂は２００℃近辺では重合が進んで高強度が得られるものの、６００℃以上
では炭化が進んで強度低下の原因となり、この強度低下は添加樹脂量が多いほど著しい。
【特許文献１】特開平６ー２８７０７２号公報
【０００６】
また、熱間強度を向上させるため、ピッチ、金属を添加する技術も開示されている。
例えば、特公昭６０−４１０２７号公報によれば、金属珪素を０．５〜５％添加すること
により、Si-Cボンドを生成するとされている。
【特許文献２】特公昭６０ー４１０２７号公報
【０００７】
さらに、特公昭５８−４９５１１号公報でも、アルミニウムとして０．５〜５％の添
加が有効とされている。しかしながら、これらは金属単体で強度発現するものではなく、
炭化物を生成する相手のカーボン源の性状によリ、その特性は大きく変わるものであり、
いまだ最適化はなされていないのが現状である。
【特許文献３】特公昭５８ー４９５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、熱間における黒鉛の離脱を防ぐためには、カーボンボンドを生成させ
ることが有効であると考えた。これは、従来の流し込み材の主要な結合機構であるセメン
トボンド、セラミックボンドでは、高温域において黒鉛粒子を強固に保持しておくことが
困難なため、それに代わるものとして、黒鉛との親和性の高い、カーボン系の結合材が最
適であると考えたからである。
【０００９】
さらに、カーボンボンドの特徴として、高強度でありながら低弾性率化をはかること
ができるということがある。したがって、カーボンボンドを増強し、セラミツクボンドに
取って代わることで、耐火物の弾性率を高めることなく高強度化し、黒鉛使用と相まって
高耐スポーリング性が期待できる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記のような点に鑑みたもので、上記の課題を解決するために、黒鉛含有
の流し込み不定形耐火物であつて、軟化点が１１０〜２５０℃の範囲にあり、かつ軟化点
から揮発成分の発生開始温度までの温度差が９０℃以下であるピッチを含有することを特
徴とする黒鉛含有流し込み不定形耐火物を提供するものである。
【００１１】
また、ピッチの軟化点が１２０〜２００℃であるカーボンボンドを生成する黒鉛含有
流し込み不定形耐火物を提供するものでにものである。
【００１２】
さらに、常温硬化剤としてアルミナセメント、塩基性乳酸アルミニウム、水硬性アル
ミナ等の無機バインダー、有機糊剤を必要最小限量添加したカーボンボンドを生成する黒
鉛含有流し込み不定形耐火物を提供するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のカーボンボンドを生成する黒鉛含有流し込み材は、黒鉛との親和性の高いカ
ーボンボンド源を配合することによって、熱間における黒鉛の離脱を防止するためにカー
ボンボンドを生成させるものである。
【００１４】
すなわち、ピッチの軟化点が１１０〜２５０℃の範囲のものを含有することによって
、熱処理後にカーボンドボンド効果を発現できて、高強度、低弾性率化を達成できる。ま
た、ピッチが軟化点から揮発成分の発生開始温度までの温度差が９０℃以下のものとする
ことによって、ピッチ軟化後の粘度変化と揮発成分発生のタイミングのバランスを良好に
できて、上記の高強度、低弾性率化がより効果的に達成でき、耐食性、耐スポーリング性
に優れた製品を得ることができる。
【００１５】
特に、ピッチの軟化点が１２０〜２００℃であるのものを添加することによって、上
記カーボンドボンド効果を十分に発現することができ、より耐食性、耐スポーリング性に
優れた製品を得ることができる。
【００１６】
また、常温硬化剤としてアルミナセメント、塩基性乳酸アルミニゥム、水硬性アルミ
ナ等の無機バインダー、有機糊剤を必要最小限量添加することによって、上記したカーボ
ンドボンドの生成を阻害せず、したがって熱間での強度を低下させないで、かつ施工後の
強度も維持するようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のカーボンボンドを生成する黒鉛含有流し込み不定形耐火物は、熱間における
黒鉛の離脱を防止するためにカーボンボンドを生成させる黒鉛との親和性の高いカーボン
ボンド源を配合するとともに、上記カーボンボンド源のピッチとしてその軟化点が１１０
〜２５０℃の範囲にあり、かつ軟化点から揮発成分の発生開始温度までの温度差が９０℃
以下であるピッチを含有することを特徴としている。
【００１８】
本発明は、カーボンボンドを増強し、セラミックボンドに取って代わることで、黒鉛
の離脱を防ぎ、黒鉛含有不定形耐火物本来の性能を引き出し、さらに耐火物を高強度、低
弾性率化することで、高耐スポーリング性を目指すもので、カーボンボンド源としてはピ
ッチを使用するのが好ましい。
【００１９】
ピッチと黒鉛含有不定形耐火物の特性の関係について検討した結果、環球法（ＪＩＳ
Ｋ２４２５（１９８３）で測定した軟化点（以下、単に軟化点という）が１１０〜２５０
℃の範囲、より好ましくは１２０〜２００℃の範囲にあり、かつ軟化点から揮発成分の発
生開始温度までの温度差が９０℃以下であるピッチが最適であることを見い出した。その
理由は以下の通りである。
【００２０】
図１は、軟化点の異なるピッチを使用した黒鉛含有不定形耐火物、およびピッチを添
加しない黒鉛含有不定形耐火物の、１０００℃還元焼成後の曲げ強さと弾性率の関係を示
したものである。ピッチの軟化点によって、グラフの傾き（曲げ強さ／弾性率）が異なっ
ていることが分かる。
【００２１】
カーボンボンドは、前述のように高強度でありながら、低弾性率であるのが特徴であ
る。したがって、同強度であれば、弾性率の低いものの方が、よりカーボンボンドの効果
が大きい。すなわち、このグラフの傾きが大きいものが、カーボンボンド効果の大きいピ
ッチである。
【００２２】
これらの観点から評価するために、図２にピッチ軟化点と、１０００℃、１４００℃
焼成後試片の曲げ強さとの関係を示す。図２より、軟化点が１１０℃以下、２５０℃以上
ではピッチ無添加のものより１０００℃焼成後の傾きが小さい、すなわち１０００℃にお
けるカーボンボンド効果の発現が不十分であることが分かる。また、１４００℃焼成後の
傾きは、いずれのピッチも無添加のものより大きいが、軟化点２００℃で傾きが低下して
いる。
【００２３】
したがって、カーボンボンド効果を十分に発現させるには、軟化点が１１０〜２５０
℃の範囲、好ましくは１２０℃〜２００℃の範囲にあるピッチを使用することが望ましい
ことが分かる。
【００２４】
また、ピッチによるカーボンボンド効果のメカニズムの一つである、軟化したピッチ
が、自身の揮発成分のガス圧によって耐火物の気孔内に拡散するという点にも着目し、ピ
ッチの揮発分発生挙動とカーボンボンド効果の関係について調査した。
【００２５】
その結果、ピッチが軟化してから揮発成分が発生開始するまでの温度差が、カーボン
ボンド効果に影響を及ぼしていることが分かった。ここでいう揮発成分の発生開始温度と
は、ピッチをＮ2中で１℃／min の昇温速度で加熱した際に重量減少（揮発分
が発生）が開始する温度のことである。図３に、その結果を示す。前述の温度差９０℃以
下では曲げ強さ／弾性率は大きな値を示すが、温度差がそれ以上では急激に曲げ強さ／弾
性率が低下する。これらの現象が起こる理由は明らかではないが、ピッチ軟化後の粘度変
化と、揮発成分発生タイミングのバランスによるものと思われる。なお、添加するピッチ
の量は１〜１５重量％とする。１重量％以下ではカーボンボンド効果が十分に得られず、
１５重量％を越えるとピッチ中の揮発分が過多となり、施工体が高気孔化し、耐用性が低
下する。
【００２６】
本発明のピッチと併用する黒鉛原料には、特に制限がなく、鱗状黒鉛、人造黒鉛、土
状黒鉛などが使用できる。また、これら黒鉛原料について、水への分散性、施工時の充填
性を高めるような表面処理を施すことも可能である。
【００２７】
他の耐火物原料についても、特に制限はなく、一般的に使用される骨材、微粉、超微
粉、分散剤等添加剤類は、不定形耐火物の諸特性（流動性、可使時間、硬化時間など）を
損なわない範囲において、任意の配合比にて問題なく用いることができる。
【００２８】
表１  本発明の実施例と比較例との比較表
【表１】
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上表中、弾性率：焼成後試片の常温における超音波伝播速度から求めた。
熱間曲げ強さ：所定温度、Ｎ2中における３点曲げ強さ
【００２９】
常温域における硬化剤であるアルミナセメントは、多量に添加するとカーボンボンド
の生成を阻害し、熱間での強度を低下させる。しかし、アルミナセメント量が少ないと、
施工後の強度が低くなり、施工体のハンドリング時に亀裂の発生や、壁倒れを起こす危険
性がある。したがって、その添加量を必要最小限にとどめなければならない。具体的な添
加量については、その材料に要求される硬化体強度、目標とするカーボンボンド効果等と
の兼ね合いから決定することが望ましく、通常１．５重量％以下とするのが好ましい。
【００３０】
また、アルミナセメントに代わる常温硬化機構として、塩基性乳酸アルミニウム、水
硬性アルミナ等の無機バインダー、有機糊剤等を利用すること、あるいはこれらをアルミ
ナセメントと併用することは、一向に構わない。
【実施例】
【００３１】
本実施例は、本発明をA1203 -MgO-C系に適用したものである
。上記した表１において、実施例１〜４は本発明によるもの、比較例１〜３は本発明の範
囲からはずれるピッチを使用した場合、比較例４はピッチ無添加のもの、比較例５はピッ
チ、黒鉛共含まない、一般的なA1203-MgO系材質のものである。
【００３２】
図４は、これらの焼成後試片の熱間曲げ強さ／弾性率比を示したものである。ピッチ
、黒鉛とも含まない、セラミックボンド主体の比較例５は、その高弾性率のために熱間強
度／弾性率比が小さい。これは、特にセラミックボンドがより発現される１４００℃焼成
後において顕著である。また、比較例４もピッチを含まず、セラミックボンド主体である
が、黒鉛の存在がセラミックボンド形成を阻害するため強度発現がなく、熱間強度／弾性
率比が小さくなっている。この比較例４が示す低強度は、従来の黒鉛含有不定形耐火物が
抱える問題点の一つである。
【００３３】
一方、ピッチを含有する実施例１〜４および比較例１〜３は熱間強度／弾性率比が大
きい。特に、本発明の範囲のピッチを使用する実施例１〜４は、比較例１〜３に比べてよ
り熱間強度／弾性率比が大きく、カーボンボンドの効果が顕著に現れていることが分かる
。
【００３４】
このように、本発明では、効果的にカーボンボンドを生成し、高強度、低弾性率化を
達成でき、黒鉛含有不定形耐火物において本発明を適用することで、従来の黒鉛含有材の
欠点を補い、耐食性、耐スポーリング性に優れた製品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例と比較例との１０００℃焼成後の試片の弾性率と曲げ強さの比較図、
【図２】同上の１０００℃、１４００℃でのピッチ軟化点と焼成後試片の曲げ強さ／弾性率の比較図、
【図３】同上の１０００℃、１４００℃での温度差（揮発分発生開始温度−ピッチ軟化点）の焼成後試片の曲げ強さ／弾性率の関係図、
【図４】同上の実施例と比較例との焼成温度に対する熱間曲げ強さ／弾性率の比較図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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