(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料を使用し、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量を０．３〜２質量％含有し、残部が不可避不純物とＡｌ２Ｏ３である、プレス成形された後１００℃以上１１５０℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で１ＭＰａの荷重下での膨張率が−６〜１％である耐火れんが。
【請求項２】
炭素及び１２００℃以上で炭素を残留する有機物を含有せず、ＣａＯ含有量が０．５質量％未満である、請求項１の耐火れんが。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、各種の高温にさらされる窯炉に用いられる耐火物に関するものであり、特に、製鋼用取鍋に用いられる耐火れんがに関するものである。
【背景の技術】
【０００２】  製鋼用取鍋には、従来からの耐火れんがまたは不定形耐火物である流し込み材が、内張り用耐火物として用いられている。その中で、日本国内の一貫製鉄所では流し込み材を使用現場で流し込み施工して内張りを形成する方法が主流である。
【０００３】  流し込み材質は、近年、アルミナとマグネシアとを主体とするアルミナ−マグネシア質が、広く用いられている。アルミナとマグネシアは、それぞれコランダムとペリクレーズ結晶でなり、これらは取鍋等窯炉の使用中の高温下で反応し、体積膨張を伴いながらスピネル結晶を生成する。この結晶の変化に伴い、高温の稼動表面付近に緻密なスピネル含有層を形成するため、スラグの浸潤が非常に少なく、且つスラグ侵食に対する抵抗性に優れるという特徴を有している。しかも、炭素を含有していないので、特に低カーボンの溶鋼を受鋼しあるいは精錬する場合には、内張り耐火物に起因する鋼の汚染を排除できるという特徴をも有している。
【０００４】  しかしながら、流し込み施工で取鍋内張り耐火物を形成するには、施工現場に流し込み材を水で混練するためのミキサーや、混練物を所定厚みに施工するための金枠、混練物を枠内に均等に投入するための分配装置、更に、十分に均質で充填度の高い施工体を得るための振動装置など、多くの機械設備を準備する必要がある。
【０００５】  さらには、施工後の流し込み材は水分を含有しているため、徐々に加熱し乾燥するための乾燥設備が必要である。乾燥速度が速すぎる場合、しばしば施工体中の水分による水蒸気爆裂を生じることがあるので、この乾燥設備は十分な温度コントロールが可能な仕様でなければならない。流し込み材の耐火物としての性能は、この現場施工及び乾燥状態の良否によって、最終的に決定づけられる。
【０００６】  一方、日本国内の多くの電気炉製鉄所や欧米のほとんどの製鉄所では、取鍋の内張り材にはれんがが使用されている。
【０００７】  流し込み施工ではなくれんが施工を行っているのは、前述した施工や乾燥のために特別に設備や装置を設置しなければならないこと、内張り材の性能を左右する現場施工の安定性に不安があることなどがその理由である。
【０００８】  取鍋に使用されているれんがの材質としては、高アルミナ質または炭素含有れんがが主体であり、一部の製鉄所でアルミナ−スピネル質が用いられている。
【０００９】  また特許文献１には、アルミナとマグネシアに結合剤としてレジンを用いた不焼成アルミナ−マグネシア質れんがが提案されている。
【００１０】  さらに特許文献２には、粗粒のマグネシア原料と１ｍｍ以下のスピネル原料を用いた不焼成アルミナ−マグネシア系れんがが開示されている。
【００１１】
【特許文献１】  特開昭６３−１５１６６１号公報
【特許文献２】  特開２０００−２７２９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  高アルミナ質れんがは、取鍋をはじめ各種窯炉に幅広く使用されている一般的な耐火れんがである。ただ耐用性においては、炭素含有れんがやアルミナ−スピネル質れんがに比べ劣っている。【００１３】  炭素含有れんがは、各種窯炉に使用されており一部の取鍋でも使用されている。しかしながら特に低カーボン鋼を取り扱う取鍋の内張りなどに使用すると、れんが中の炭素が鋼を汚染する可能性がある。また、酸化性雰囲気の窯炉では炭素が酸化され消失してしまう。【００１４】  アルミナ−スピネル質れんがは、各種の窯炉に使用されており、最近では取鍋でも使用されている。【００１５】  アルミナ−スピネル質れんがは、合成されたスピネル原料とアルミナ原料とを組み合わせて製造され、通常千数百℃（通常１５００℃前後）で焼成された焼成れんがである。このれんがの場合、れんが中にスピネルの構成成分であるマグネシア（ＭｇＯ）を含有するが、既にれんが中でスピネル結晶として含有されているもので、マグネシアの結晶であるペリクレーズは存在しない。【００１６】  したがって、このれんがが使用される高温下でも、あらたなスピネルの生成反応は生じない。そのために、アルミナ−マグネシア質の特徴である、使用中のスピネル生成反応に伴なう稼動面付近の緻密なスピネル含有層の形成は生じない。【００１７】  アルミナ−スピネル質れんがでは、スピネル含有の効果によって、耐スラグ侵食性は高アルミナ質れんが等と比べて良好であるにもかかわらず、スラグ浸潤が大きいために剥離損傷が生じやすく、内張り寿命が不安定となり、且つ、満足な長寿命化が困難である。【００１８】  前述したように、アルミナとマグネシアを主体とするアルミナ−マグネシア質流し込み材は、優れた耐スラグ浸潤性と耐スラグ侵食性の双方の特徴を有するため、取鍋用内張りとして用いられている。【００１９】  しかしながら、流し込み施工のためには、前述の通り、現場施工のための種々の施工装置及び施工体の安全な乾燥のための乾燥装置など、各種設備を予め設置する必要があり、当然のことながら、設備の設置コスト（数千万円以上）を要し、そのうえ継続的な装置メンテナンスが必要となる。【００２０】  そのため世界的には、内張りを流し込み材で構築している製鉄所は、非常に少なく、特別な施工装置や乾燥設備を必要としない、れんが積みによる内張りを採用しているほうが、圧倒的に多いのが現状である。【００２１】  ところが、優れた特徴を有するアルミナ−マグネシア質流し込み材と同等あるいは類似したアルミナ−マグネシア質の耐火れんがは、実用化されていない。【００２２】  特許文献１に提案されている不焼成アルミナ−マグネシアれんがは、レジンを結合剤として用いているので、加熱によってレジンが炭化し、れんが組織中に残留する。この炭化カーボンが、アルミナとマグネシアの反応、即ち、スピネル生成反応を著しく阻害してしまうため、本来のアルミナ−マグネシア質材料の特徴である、スピネル生成膨張反応による緻密なスピネル含有層の形成がほとんど生じず、スラグ浸潤抑制効果がない。そのため実用化されていない。【００２３】  特許文献２に開示されている不焼成アルミナ−マグネシア系れんがは、マグネシア原料を粗粒域で使用しているため、使用量が少ない割にスピネル生成時の膨張が大きく、加熱中にれんがが崩壊してしまい、実用化されていない。【００２４】  アルミナ−マグネシア質の材料でれんがを製造する一つの方法として、アルミナ−マグネシア質流し込み材を用いて、予め製造工場内で所定の形状にプレキャストを行い、ブロックを形成する方法がある。【００２５】  しかし、成形能率はプレス成形の比ではなく、製造コストが甚大となるため、通常のれんがの範疇を超える大型のブロック、あるいは非常に複雑な形状でプレス成形が困難な場合などの特別なもの以外、即ち通常のれんがの成形としては実用化されていない。【００２６】  このように、アルミナ−マグネシア質流し込み材の特徴である、使用中の高温下で生じるスピネル生成反応時の体積膨張を利用して、緻密なスピネル含有層を形成させるための体積膨張制御技術と、困難なく大量にプレス成形が可能で、れんがとしての耐用性等の基本特性を保持する技術との、両者を満足できる実用技術がなかった。【００２７】  本発明は、既存のアルミナ−マグネシア質流し込み材が持つ優れた特徴を有しながら、流し込み施工に必要とされるような特別な施工装置や乾燥設備を要せず、従来の方法でれんが積み施工ができ、さらに、プレス成形による大量生産が可能な、耐火れんがを提供することを目的とし、そのために、れんがを製造する上で、容易にプレス成形が可能で、且つ、使用中の高温下で生じるスピネル生成反応時の体積膨張特性を制御できる実用技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】  本発明は、アルミナ原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料を使用し、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量を０．３〜２質量％含有し、残部が不可避不純物とＡｌ２Ｏ３である、プレス成形された後１００℃以上１１５０℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で１ＭＰａの荷重下での膨張率が−６〜１％である耐火れんがであって、さらに、炭素及び１２００℃以上で炭素を残留する有機物を含有せず、ＣａＯ含有量が０．５質量％未満であることを特徴とする耐火れんがであり、これによって、従来成し得なかったアルミナ−マグネシア質耐火れんがの実用化を可能としたものである。【００２９】  更には、従来の流し込み材において必要とされる、分散剤や硬化調整剤などの添加成分を省略できるため、流し込み材より優れた耐スラグ浸潤性と耐食性とを有する耐火れんがを完成するに至った。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】  アルミナ−マグネシア質耐火物における、スピネル生成反応に伴なう体積膨張は、マグネシア含有量にもよるが、２％を超える大きな値となる。この膨張が、取鍋などの窯炉内に内張りされた状態でそのまま現れると、膨張に伴なう大きなストレスが発生し、内張りされた耐火物が破壊され崩壊することになる。逆に、スピネル生成反応に伴なう体積膨張があまり小さいと、れんが組織中に緻密なスピネル含有層を形成することができず、スラグ浸潤抑制効果を得ることができない。したがって、この体積膨張を制御できる技術が、アルミナ−マグネシア質耐火物を実用化するためには必須の要件である。【００３１】  アルミナ−マグネシア質流し込み材では、当然のように結合材として高アルミナセメントが用いられている。アルミナ−マグネシア質流し込み材における高アルミナセメントは、結合材として働くとともに、もう一つの重要な役割を担っていると考えられる。【００３２】  高アルミナセメントは、Ａｌ２Ｏ３とＣａＯとでなるが、これに極少量のシリカ（ＳｉＯ２）が加わると、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ及びＳｉＯ２の相乗効果で、使用中の高温下で生じるスピネル生成時の結晶変化に伴なう体積膨張特性を制御できることが見出されている。特に、拘束された状態、即ち施工された内張り構築体に荷重がかかるような状態では、その膨張抑制効果が有効に発揮される。高アルミナセメントとＳｉＯ２の含有量を調整することで、自由膨張を有しつつ、荷重下での膨張挙動を調整し、最終的に必要とされる稼動面付近に緻密なスピネル含有層を形成し、且つ、耐火物内張り構築体の破壊を防止することが可能となっている。【００３３】  しかしながら、れんがをプレス成形する上で、高アルミナセメントなどのセメント類を用いることは非常に困難である。即ち、れんがのプレス成形用練り土に必要とされる添加水分量は、２〜３質量％程度であり、流し込み施工に必要な水分と比べて極僅かであるため、短時間の内に少量の水分がセメントと反応してしまい、成形用の練り土がパサパサの状態を呈し、プレス成形が困難となり、成形しても十分な充填密度を得ることができない。さらに、成形後の素地強度も低く、取り扱いが困難である。【００３４】  本発明者らは、れんがを製造する上で、容易にプレス成形が可能で、且つ同時に、使用中の高温下で生じるスピネル生成反応時の体積膨張特性を制御可能な実用技術がなかったため、流し込み材では優れた成果を収めているアルミナ−マグネシア質のれんがが実用化できていなかったとの考えに基づき、本発明を完成するに至った。さらに、流し込み材で必要とされる分散剤や、硬化調整剤などを省略できるため、流し込み材より優れた耐スラグ浸潤性と耐食性とを有する耐火れんがを完成するに至った。【００３５】  本発明の耐火れんがは、本質的にアルミナ原料とマグネシア原料とからなるものであり、これら原料に依存する成分、即ち、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの合量が、９０質量％以上でなければならない。９０質量％未満では、アルミナとマグネシアからなるれんがとは言いがたく、本来の目的である、アルミナ（コランダム結晶）とマグネシア（ペリクレーズ結晶）との熱間におけるスピネル生成反応、及びこれに伴なう膨張挙動が明確でなくなり、そのために、れんがの耐スラグ浸潤性にも大きな改善が図れなくなる。アルミナ原料は、粗粒域から微粉域までの耐火材料の主体をなす。【００３６】  本発明に使用されるマグネシア原料の粒度は、高温下でのスピネル生成反応をれんが中で均質に且つ効率的に生じさせるために、０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含む微粉で使用されなければならない。【００３７】  本発明者らは、本発明の構成要件であるＳｉＯ２、Ｎａ２ＯあるいはＫ２Ｏの成分とともに、種々の粒度のマグネシア原料を用いて１２００℃以上の温度域で生じるスピネル生成反応に伴なう膨張性を比較検討した。【００３８】  その結果、例えば１ｍｍ程度の中粒以上のサイズのマグネシア原料を使用すると、スピネル生成反応が徐々に生じ、反応に時間がかかるとともに最終的な絶対膨張量が大きくなることが判った。しかしながら、スピネル生成反応、即ち、膨張挙動が、あまりに緩慢に進行するため、その膨張量を制御する上で最もふさわしいＳｉＯ２量や、Ｎａ２ＯあるいはＫ２Ｏ量を設定することが難しく、且つ、これらＳｉＯ２や、Ｎａ２ＯあるいはＫ２Ｏの必要量が増加する。しかも、スピネル生成がマグネシア粒の周囲で生じるため、組織内でスピネルが均等に分散した状態で生成しないため、稼動面付近の緻密なスピネル含有層が生じ難く、好ましくないと判断された。【００３９】  一方、スピネル生成に伴なう膨張性及びその制御の容易さからは、マグネシア原料は細かいほうがよいとの結論に達した。即ち、９０μｍ以下の粒子を４０質量％以上含有する微粉マグネシア原料では、非常に確実な膨張挙動が表れ、且つ、本発明の構成要素であるＳｉＯ２、Ｎａ２ＯあるいはＫ２Ｏによる膨張性の調整が容易である。９０μｍ以下の粒子の量は好ましくは６５％以上である。また、０．３ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料であれば、９０μｍ以下を主体とするマグネシア原料の場合と、ほとんど同じ結果であった。【００４０】  しかしながら、実用上は０．５ｍｍ以下の微粉を使用すれば、それより微細な粉末を使用したときとほとんど変わらない程度に、スピネル生成時の膨張挙動が現れ、その制御も可能である。さらに、０．５ｍｍを越える粒が１０質量％未満混在していても、特に弊害なくスピネル生成膨張が表れ、その調整も大きな困難なく可能であり、実用的に十分であると判断された。しかし、０．５ｍｍを超える粒が１０質量％以上含有されると、先述した中粒以上のマグネシア原料を使用したときのような問題点が生じ始めるので、好ましくない。したがって、本発明で使用できるマグネシア原料は、０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料である。【００４１】  マグネシア原料は、本発明のれんがが使用されるときの稼動面の温度よりやや低い１２００〜１４００℃の温度域で、アルミナ原料との反応、即ちスピネル生成反応を生じて、高温の稼動面付近に緻密なスピネル含有層を形成するために使用されるのであって、前記したように０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含むマグネシア原料でなければならず、その使用量は、れんが中のＭｇＯ成分量として４〜１６質量％でなければならない。４質量％未満であると、アルミナ原料と反応してスピネルを生成しても、その生成絶対量が不十分であり、このスピネル生成反応に伴なう膨張量も不十分であるため、スラグ浸潤を抑制するに十分な稼動面付近の組織の緻密化が困難である。一方、マグネシアは、元来の性質としてスラグ浸潤が大きいこと（スラグに浸潤されやすいこと）が知られている。そのため、ＭｇＯ成分量が１６質量％を越えると、ＭｇＯ成分の増加そのものが招く、スラグ浸潤のしやすさが助長されるために、耐スラグ浸潤性が向上しなくなる。【００４２】  アルミナとマグネシアとのスピネル生成反応は、れんが組織中でアルミナとマグネシア粒子が接触していれば、一定の温度域、すなわち、１２００℃以上の温度域で必ず生じる。また、この反応に伴なう体積変化も、同時に必ず生じる現象である。したがって、れんがが全く拘束されず、自由に寸法を変化できる状態で、膨張率を測定すると、スピネル生成に伴い、必ず大きな膨張を示す。膨張率は通常、線膨張率として測定され、その値は２％を超えるのが普通である。【００４３】  アルミナ−マグネシアれんがを、窯炉内張り材として実用化する上で問題となるのは、膨張特性に関するものであるが、この無拘束下での自由膨張が問題ということではない。むしろこの自由膨張が生じるからこそ、組織中に緻密なスピネル含有層を形成することができるのである。重要なのは、拘束された状態、すなわち、荷重を受けた状態での荷重下膨張である。【００４４】  アルミナ−マグネシア質れんがが、窯炉内に内張りされた状態で、加熱され、スピネルを生成する温度域になると、スピネル生成とともに膨張しようとするが、れんがは鉄皮に拘束されているため、膨張しようとする分だけ圧縮応力を受けることになる。このときの圧縮応力は、れんがに荷重を与えた状態と同じとみなすことができる。【００４５】  もし、拘束下、すなわち荷重下での膨張が、自由膨張に近い膨張量であると、窯炉内に内張りされた状態で、当然のことながら非常に大きい応力がれんが内に発生し、れんがが破壊され崩壊してしまうことになる。一方、自由膨張が大きく、且つ、荷重がかかった状態での膨張が小さい、すなわち全体体積の変化が小さいということは、ミクロ組織中の気孔などで膨張が吸収されていることを意味する。これはすなわち、れんがが崩壊することなく、膨張による体積変化分がれんが組織内で吸収されているのであって、組織が緻密化されたことにほかならない。【００４６】  本発明の、アルミナ−マグネシア質れんがの特徴は、このような、自由膨張特性と荷重下膨張特性とを制御することにより、れんがの稼動面付近に緻密なスピネル含有層を形成させて、耐スラグ浸潤性を大幅に向上させるものである。【００４７】  本発明の耐火れんがには、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％とＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが０．３〜２質量％含有されなければならない。【００４８】  ＳｉＯ２は、スピネル生成反応に伴なう膨張を吸収する目的で使用されるのであるが、単独で存在しても、十分な膨張吸収ができない。ＳｉＯ２が高温でガラス相を形成することを利用するものであるが、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯ成分中では、ＳｉＯ２主体のガラス相は、スピネルが生成する１２００〜１４００℃の温度領域では極僅かしかガラス化していないため、���張吸収に必要な量、即ち、膨張に伴なう応力を吸収するために粒子同士が動くことができるに十分なガラス相の量には至っていない。より高温度では、より多くのガラス相が生じるが、それでは、もはやスピネル生成に伴なう膨張を吸収するという役目を果たすことができない。【００４９】  スピネル生成反応に伴なう大きな膨張を吸収するためには、ちょうどスピネルが生成する温度域で、適度なガラス相が組織中に存在し、これがある意味で潤滑剤のような役割で、粒子が動くことを可能にすることができなければならない。【００５０】  ＳｉＯ２成分が、Ｎａ２ＯあるいはＫ２Ｏのアルカリ成分と共存することにより、アルミナとマグネシアとの反応でスピネルが生成される温度域で、ガラス相を形成し、スピネル化反応に伴なう大きな膨張を吸収する働きが得られる。よく知られているように、ＳｉＯ２とＮａ２ＯやＫ２Ｏのようなアルカリ金属酸化物が共存すると、およそ８５０℃という低温からガラス相ができる。これはスピネル生成反応温度よりも十分に低い温度であり、その後、温度上昇とともにガラス相の量は増加する。【００５１】  従来の一般的な耐火物の考え方においては、このような低融点の成分を、耐火物に含有することは、耐火度や耐食性を低下させるので、好ましくないとされている。確かに、これら成分の量が多すぎると、耐食性の低下などを引き起こすことは間違いないが、本発明では、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯが特定の割合で主成分を構成している耐火物において、これらの低融点でガラス相を形成する成分を特定量使用することによって、従来困難であった膨張の吸収という作用を与え、耐食性を低下させることなく、れんがの破壊が生じず、大幅に耐スラグ浸潤性を高めた耐火れんがを得ることに成功したのである。【００５２】  ＳｉＯ２はガラス相の主体を成す成分であって、その含有量は０．５〜５質量％である。０．５質量％未満では、ガラス相の絶対量が不足で、スピネル生成時の粒子の移動を促すことができず、膨張を吸収することができない。より好ましくは、０．８質量％以上含有しているほうが良い。５質量％以下のＳｉＯ２を含有量で、もはや十分な量のガラス相が得られるので、ＭｇＯ含有量が多い場合の大きな膨張であっても、スピネル生成時の粒子の移動は容易であり、膨張を吸収することができる。したがって、５質量％を超えるＳｉＯ２成分は不要であり、しかもガラス相の量が過剰となるため、耐食性の低下の方向に進むので、好ましくない。【００５３】  このＳｉＯ２の必要含有量範囲は、本発明における、アルミナ原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料を使用し、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯの合量が９０質量％以上で、且つ、ＭｇＯ含有量が４〜１６質量％であるアルミナ−マグネシア質れんがにおいて、スピネル生成時の膨張を吸収するために必要な範囲である。【００５４】  Ｎａ２ＯやＫ２Ｏのようなアルカリ金属酸化物は、ガラス修飾イオンとして知られるとおり、ＳｉＯ２を主体とするガラスに用いられるものであり、ＳｉＯ２単味でなるガラスに混合されることにより、その融点を下げ、また同じ温度においては粘性を下げる働きがある。これら成分は、ＳｉＯ２と同時に存在することが重要である。【００���５】  本発明に必要とされるＮａ２ＯとＫ２Ｏの合量は、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量、即ち主体成分の量、ＭｇＯ成分の含有量、及びＳｉＯ２成分の含有量などにより調整されなければならないが、少なくともＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上で、ＭｇＯ含有量が４〜１６質量％、ＳｉＯ２が０．５〜５質量％の含有量である場合には、０．３〜２質量％の範囲内であれば、ＳｉＯ２とともに適度な粘度のガラス相を形成し、スピネルが生成する温度域において、粒子の移動を助け、スピネル生成による膨張を吸収し、緻密な稼動面付近のスピネル含有層の形成が可能である。【００５６】  Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量が、０．３質量％未満であると、先述したように、ＳｉＯ２を主体とするガラス相を、スピネル生成温度域で十分形成させることが困難である。一方、２質量％を越えて含有しても、ガラス相の熱間での粘性が低下するだけで、効果はなく、ＳｉＯ２と同様に耐食性が低下する傾向となるので、好ましくない。【００５７】  このように、ＳｉＯ２とともにＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏのどちらかあるいは両方が同時に存在することによって、本発明の耐火れんがにおいて、前記したような、スピネル生成時の膨張を吸収し、このことが、稼動面付近の緻密なスピネル含有層の形成を可能とし、優れた耐スラグ浸潤性を与えるのである。【００５８】  本発明の耐火れんがの主体原料である、アルミナ原料やマグネシア原料には、様々なグレードの原料があり、相応の不純物成分を含有している。もちろん、本発明の耐火れんがにおいて、Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＳｉＯ２，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏ以外の不純成分が含有されないほうが好ましいが、実用的には、コストの妥当性も考慮する必要があり、ある程度の不純物成分は致し方ない。【００５９】  先述したように、本発明の耐火れんがでは、少なくともＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量は９０質量％以上でなければならず、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ以外の残部がＡｌ２Ｏ３と不純物からなるものである。不純物の含有量は、本来のアルミナ＋マグネシアのもつ耐食性を発揮させるために、可能ならば６質量％以下が好ましい。さらに、本発明の耐火れんがの膨張特性の制御を確実に行うためには、不純物含有量は５質量％以下であることがより好ましい。【００６０】  電融アルミナ原料等を使用する場合には、その高い耐食性を発揮させるために、不純成分含有量は、４質量％以下であることが望ましい。なお、本発明の耐火れんがは、低温で加熱されるので、れんが中には結晶水などのいわゆる灼熱減量分を含むことがあり、この灼熱減量分は不純物として見なされる。【００６１】  本発明の耐火れんがは、通常の方法で、２〜３質量％程度の水分を含有するプレス成形が可能な練り土とされ、プレス成形される。成形用のプレス装置には、一般に用いられる、油圧プレスやフリクションプレスが使用される。【００６２】  本発明の耐火れんがでは、プレス成形された後の、加熱温度、特に上限は重要である。【００６３】  一般に、れんが製造においては、焼成といわれるように１０００℃以上の温度で加熱されることが多いが、一方では、不焼成れんがといわれる数百℃以下の低温加熱処理だけのれんがもある。【００６４】  焼成は、粒子同士��焼結させて、強度を得るために、またそのれんがが使用される温度に近い温度で予め加熱することによって、れんがの安定性を高めておくなどの意味で行われる。一方、不焼成れんがは、例えば炭素含有れんがに代表されるように、常温では樹脂がバインダーとして十分な強度を与え、加熱によって樹脂が炭化し炭素結合が得られるもので、予め、製造工場内で加熱処理しなくても、十分にれんが特性を維持できる場合に採用されている。【００６５】  本発明の耐火れんがでは、れんがが窯炉に内張りされ、使用に際して加熱を受けるまで、れんが中のアルミナ原料由来のＡｌ２Ｏ３とマグネシア原料由来のＭｇＯとが、そのまま、反応せずに存在していなければならない。即ち、スピネル生成反応は、れんがが使用されている窯炉の中で生じなければならない。そうでなければ、スピネル生成反応に伴なう体積膨張が拘束下で生じる状況を得ることができず、膨張をれんが内に吸収することによる緻密化を得ることもできなくなる。したがって、スピネル生成反応は前記したように１２００〜１４００℃付近を中心として生じるため、本発明の耐火れんがでは、１２００℃以上の温度で加熱処理されてはならない。【００６６】  本発明の耐火れんがの加熱温度は、決して１２００℃以上であってはならず、加熱温度の誤差や加熱時間を考慮すると、１１５０℃以下であることが適当である。好ましくは１１００℃以下であり、１０５０℃以下であれば最も好ましい。【００６７】  一方、本発明のれんがは、少なくともプレス成形に必要な少量の水分を完全に乾燥するために、１００℃以上の温度で加熱されなければならない。より確実に乾燥するためには、１１０℃以上が好ましく、１５０℃以上であれば、ほぼ自由水分が残留することはない。【００６８】  また、本発明の耐火れんがに、どのような種類のものを結合剤に用いるかによって、最適の加熱温度は異なる。例えば、本発明の必須要素である、ＳｉＯ２とＮａ２ＯまたはＫ２Ｏとを成分とする、珪酸塩を結合剤として使用する場合、この珪酸塩が水に溶解する場合には、プレス成形した後、１００℃以上の乾燥で十分な素地強度を有し、そのままれんがを成すことができるが、難溶性のもので水にほとんど溶けない場合には、低温度の加熱では十分な強度が得られないため、６５０〜１０００℃程度の温度で加熱するのが良い。また、有機物を含む結合剤が使用される場合にも、単に水分を取り除けば強度が得られるものと、ある程度、例えば２００〜３００℃くらいに、温度を上げなければ十分な強度が得られないものもある。【００６９】  本発明の耐火れんがでは、１２００℃以上の高温でも残留する炭素が、れんが組織内に含まれるべきではない。炭素がれんが組織内に含まれると、アルミナ原料粒子とマグネシア原料粒子の直接接触機会が奪われ、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯとの反応によるスピネルが生じにくくなる。スピネルが生じなければ、膨張も起こらず、それを制御することにより得られる、稼動面付近の緻密なスピネル含有層の形成という本発明の耐火れんがの特徴が得られない。【００７０】  炭素がれんが組織内に含まれていても、部分的にはアルミナ原料粒子とマグネシア原料粒子の直接接触が得られるので、スピネルも多少は生成する。し��し確実にスピネル生成反応が生じるとはいえず、このスピネル生成に伴なう体積膨張を制御することによって得られる、本発明の耐火れんがの特徴を確実に実現することが困難である。【００７１】  したがって、本発明の耐火れんがは、炭素はもちろん、１２００℃に加熱されても炭素を残留する性質のある有機物、例えば、ピッチのようなベンゼン環を多く持つ有機高分子化合物や、フェノール樹脂などを、含有してはならない。【００７２】  プレス成形時の一次結合剤として、有機質の増粘剤や接着剤などを少量使用することは可能である。スピネルが生成し始める温度、即ち本発明の耐火れんがが加熱され、１２００℃に到達したときに、焼失しているものであれば問題はない。【００７３】  ＣａＯ成分は、マグネシア原料中にも不純成分として含有されているので、全く含有させないことは困難であるが、できるだけ少ないほうが良い。ＣａＯ成分が多いと、れんがをプレス成形するための練り土の状態を短時間で変化させてしまうことがあり、安定した充填密度及び強度を有するれんがの製造を困難にするばかりでなく、スピネルが生成する温度域において、本発明の必須成分であるＳｉＯ２、Ｎａ２ＯやＫ２Ｏにより形成されるガラス相に影響を与え、ガラスの絶対量が変化したり、粘性が変化したりするので好ましくない。【００７４】  本発明の耐火れんがにおけるＣａＯの許容含有量は、０．５質量％であり、これを超えると、前記のようなプレス成形の練り土やガラス相への影響が大きくなり、安定的に本発明の耐火れんがの特徴を発揮することができなくなるため、好ましくない。【００７５】  本発明の耐火れんがは、上述したように、アルミナ原料と０．５ｍｍ以下の微粉を９０質量％以上含有するマグネシア原料を使用し、Ａｌ２Ｏ３とＭｇＯとの合量が９０質量％以上であり、ＭｇＯを４〜１６質量％、ＳｉＯ２を０．５〜５質量％、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏの合量を０．３〜２質量％含有し、残部が不可避不純物とＡｌ２Ｏ３である、プレス成形された後１００℃以上１１５０℃以下で加熱処理され、１５００℃での熱膨張率が２〜５％で１ＭＰａの荷重下での膨張率が−６〜１％である耐火れんがであって、さらに、炭素及び１２００℃以上で炭素を残貿する有機物を含有せず、ＣａＯ含有量が０．５質量％未満であることを特徴とする耐火れんがであるが、当然これらの限定は、およそ１２００℃以上で生じるスピネル生成反応に伴なう膨張、即ち、自由膨張量と荷重下膨張量を制御できることを重要な用件として成されたものである。【００７６】  したがって、通常に用いられている耐火物用原料を使用する限り、本発明の限定範囲で問題なく望ましい自由膨張と荷重下膨張を得られるが、例えば非常に特別な不純成分、例えば低融点金属成分など、が含有されたような場合には、熱間での性質は本来のアルミナとマグネシアを主体とする耐火れんがの挙動を示さなくなることもあり得る。【００７７】  本発明の耐火れんがにおいて、望ましい熱間膨張特性は、１５００℃での自由膨張率が２〜５％で、且つ、１ＭＰａの荷重を加えたときの１５００℃での荷重下膨張率が１％を超えないことである。【００７８】  スピネル生成反応による自由膨張は、小さすぎると拘束による緻密化が十分���はなくなるので好ましくなく、大きすぎると荷重下膨張の制御が困難になる場合が生じるので好ましくない。その最適範囲は２〜５％である。【００７９】  自由膨張の測定は、ＪＩＳ  Ｒ２２０７に規定される方法に従う。加熱速度が速すぎるとスピネル生成反応が追いつかず、小さい膨張を示すこともあるので注意が必要である。即ち、スピネル生成反応は１２００℃〜１４００℃で生じるが、実際には、マグネシア原料の粒子サイズやアルミナ原料との接触状態などによって、その反応の進行速さが影響を受けるため、通常、幾分遅れて膨張が検出される傾向がある。したがって、昇温速度は早過ぎないようにし、且つ測定最高温度は概ね反応が終了したと見なされる１５００℃とするのが妥当であり、昇温速度４℃／分で加熱し、１５００℃に到達したときの値をもって評価されるのが最も妥当であると判断された。上記の最適範囲２〜５％は、昇温速度４℃／分で加熱し、１５００℃に到達したときの値である。【００８０】  本発明の耐火れんがの荷重下膨張は、窯炉に内張りされた状態で、スピネル生成反応に伴なう膨張をどの程度吸収できるのかを特定する上で重要な特性であり、１ＭＰａの荷重を加えたときの１５００℃での荷重下膨張率が１％を超えないことが必要である。１％を超えると、れんがの膨張で発生する応力によって、れんがに亀裂が生じたり、更には割れを発生し崩壊してしまう可能性が生じる。より好ましくは０．５％以下であり、最も最適な範囲は０〜−３％である。【００８１】  荷重下膨張率の値がマイナス側、即ち１ＭＰａの荷重下で加熱されたとき、１５００℃到達時に既にへたりを生じている（元の寸法より縮小している）ことを示す。ただ現実的には、れんがの膨張と荷重による応力で変形するのであって、恒常的に１ＭＰａの荷重が加わっているわけではないので、実炉ではへたりは生じない。本発明の耐火れんがでは、マイナスを示すものはより変形しやすい、と解釈されるものである。【００８２】  その意味で、膨張特性としては１５００℃での荷重下膨張率の値がマイナスでも問題はない。しかし、あまり大きなマイナスの値を示すような場合は、窯炉内容物の流動などによる磨耗が生じやすい傾向があるので、通常は−６％を超えないほうが良い。【００８３】  本発明における荷重下膨張特性に関しては、ＪＩＳ  Ｒ２６５８に規定される「耐火れんがの圧縮クリープ試験方法」を用い、圧力は１ＭＰａで試験の開始から加える方法とし、昇温速度は５℃／分として、温度が１５００℃に到達したときの膨張量として測定する。【００８４】  本来ＪＩＳ  Ｒ２８５８は一定温度に到達した時点からその温度が保たれ、所定時間内に変化する寸法を検出する、いわゆるクリープ量を測定するための方法であるが、本発明の耐火れんがにおいては、れんが自らの膨張による応力（荷重）によって、どの程度変形できるかを捉えることが重要なのであって、れんが自体の膨張による応力以上の荷重はほとんど加わらないので、それ以降のクリープ変形は大きな意味をもたない。【００８５】  本発明の耐火れんがに使用されるアルミナ原料は、アルミナを主体とし、マグネシアと反応してスピネルを生成可能なＡｌ２Ｏ３を含有している原料であって、通常耐火物に使用さ��る耐火原料、例えば、焼結アルミナ、ホワイト電融アルミナ、ブラウン電融アルミナ、ばん土けつ岩（中国ボーキサイト）、ボーキサイト、仮焼アルミナなどのほか、アルミナを主体としその他の成分を付随する、例えば、スピネルを一部固溶しているようなアルミナ原料も使用可能である。【００８６】  マグネシア原料としては、電融マグネシアや海水マグネシアクリンカーのほか、天然マグネサイトを死焼して得られる天然マグネシアクリンカーが使用できる。【００８７】  結合剤には、種々のものがあり、全てが検討されたわけではないが、基本的には特に限定されるものではない。しかし、先述しているとおり、１２００℃以上の高温で加熱されても炭素が残留する有機の結合剤、例えば、ピッチやフェノール樹脂のようなものは、使用できない。有機質のバインダーとしては、糖蜜、パルプ廃液、デキストリン、メチルセルロース類、ポリビニルアルコールなどで、１２００℃以下の温度で焼失してしまうもので、１２００℃以上で炭素を残留するものでなければ使用できる。【００８８】  無機質のバインダーとしては、苦汁（ＭｇＣｌ２）や、珪酸ソーダ、珪酸カリウムなどの珪酸アルカリ金属塩、アルミン酸ソーダなど、本発明の構成要件を成すＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの成分を含有するものであれば、その添加量を各成分が本発明の範囲内であるように調整して用いることができ、これら以外の不純成分を増加させることがないので好ましい。但し、アルミン酸ソーダのように凝集作用の強いバインダーは、プレス成形のための適度な練り土を得るための使用上の配慮が必要である。【００８９】  これらの無機質バインダーの中でも最も好適なのは、珪酸ナトリウム及び珪酸カリウムなどの珪酸アルカリ金属塩である。ＳｉＯ２とＮａ２ＯまたはＫ２Ｏとの比率が異なるものが市販されており、本発明の耐火れんがに用いられるアルミナ原料やマグネシア原料の不純成分としてのＳｉＯ２やＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量を予め知ることで、最適の比率の珪酸塩を用いることにより、より堅実な膨張の吸収を図ることができる。また、これらの珪酸塩は、加熱後の強度も高く好都合である。珪酸アルカリ金属塩は水ガラスとして知られるように、常温で水を伴なった液体のものや、粉末化されたもの、あるいは水にほとんど溶解しないガラス粉状のものなど、幾つかの種類がある。これらいずれを用いても、プレス成形性に優れる練り土が得られる。【００９０】  コロイダルシリカも、本発明の耐火れんがのバインダーとして好適である。シリカゾルからなる液体であり、シリカと極僅かのアルカリを含むもので、本発明においてＳｉＯ２量とＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ量を調整するのが容易で、加熱後の結合力にも優れている。また、例えば乳酸アルミニウムのように、有機無機系の化合物もあり、これらを使用することも可能である。化合物でなくても、無機質バインダーと有機質バインダーとを混合使用し、それぞれの欠点を補うなどの使い方も可能である。【００９１】  本発明の耐火れんがでは、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯの主体成分以外では、ＳｉＯ２の含有量がＮａ２ＯとＫ２Ｏの合量より多いため、例えば、先述の珪酸ナトリウムや珪酸カリウムをバインダーとして使用し、Ｎａ２Ｏ��Ｋ２Ｏ成分を調整したとき、ＳｉＯ２成分が不足する。そういう場合には、当然ＳｉＯ２含有量を調整する必要があるが、そのためには、珪砂や珪石、ロー石の粉末や、シリカフラワーあるいは耐火粘土などを添加してもよいし、ＳｉＯ２をある程度含むアルミナ原料やマグネシア原料を使用することもできる。【００９２】  本発明の耐火れんがの製造方法としては、配合された原料を一括あるいは分割して、混合機もしくは混練機により混合及び混練する。一般的にれんがのプレス成形の前処理工程である混練としては、容器固定型では、ローラー式のＳＷＰやシンプソンミキサー、ブレード式のハイスピードミキサー、加圧式ハイスピードミキサーやヘンシェルミキサー、あるいは加圧ニーダーと呼ばれる混練機や、容器駆動型でローラー式のＭＫＰやウェットパン、コナーミキサー、ブレード式のアイリッヒミキサー、ボルテックスミキサーなどの混練機が使用される。また、これら混練機や混合機に加圧もしくは減圧、温度制御装置（加温や冷却もしくは保温）等を付ける場合もある。混合もしくは混練時間は原料の種類、配合量、バインダーの種類、温度（室温、原料やバインダー）、混合機もしくは混練機の種類や大きさによって異なるが、通常数分から数時間である。【００９３】  混練物は、衝撃圧プレスであるフリクションプレス、スクリュープレスあるいはハイドロスクリュープレスなど、静圧プレスである油圧プレスやトッグルプレスなどのほか、振動プレス、ＣＩＰと呼ばれている成形機によって成形することができる。これら成形機には真空脱気装置や温度制御装置（加温や冷却もしくは保温）等を付ける場合もある。プレス成形機による成形圧力や締め回数は、成形されるれんがの大きさ、原料の種類、配合量、バインダーの種類、温度（室温、原料やバインダー）、成形機の種類や大きさ、によって異なるが、成形圧力は通常０．２ｔ〜３．０ｔであり、締め回数は１回から数十回で成形される。【００９４】  本発明の耐火れんがは、１１５０℃を超える温度で加熱されてはならない。およそ５００℃以下の加熱の場合には熱風循環式の乾燥加熱炉を使用できるし、それ以上の温度での加熱が必要な場合には、電気加熱式、ガス加熱式、オイル加熱式などの、バッチ式単独窯、例えばシャトルキルンやカーベルキルンや、連続式のトンネル窯などが最適である。もちろん、温度が十分に調整可能で均質加熱ができる加熱炉であればどのような形式のものでも使用できる。
【実施例】
【００９５】  本発明の耐火れんが及び比較例について、実施した試験及びその結果の要点を、表１、表２、表３、表４、表５、表６にまとめて記載した。【００９６】  各種のアルミナ原料、マグネシア原料、バインダー、調整添加材料を組み合わせて配合物を作成し、プレス成形に適当な練り土になるよう適度に水分を加え混練した後、フリクションプレスを用いて成形圧力１ｔｏｎ／ｃｍ２にて成形した。但し、混練において液体バインダーを使用した場合は、必要がなければ水分は加えなかった。また、フェノール樹脂をバインダーに使用した配合物では、水は加えていない。成形した生角は、所定の温度が５００℃以下の場合は熱風循環式加熱炉で２４時間、５００℃以上では電気炉で５時間加熱して、れんがとした。【００９７】  表１〜表３に、それぞれ本発明例及び比較例について、原料構成とともにマグネシア原料の粒度、それぞれのれんがの化学成分及び加熱温度を記載した。また表４〜表６に、それぞれ本発明例及び比較例について、各れんがの、練り土をプレス成形する際の成形のしやすさを成形性として、成形後の生角が角欠けや崩れを生じやすいかどうかを生角の強さとして、さらに、加熱後圧縮強度、１５００℃自由膨張率、１５００℃荷重下膨張率、ならびに侵食試験結果をスラグ浸潤深さと侵食深さで表示し、記載した。【００９８】  成形性は、プレス成形において、容易に充填圧縮ができるかどうか、成形脱枠時にエッジ部に亀裂などの欠陥が生じないかどうか、脱枠時に枠のライナー面に練り土の一部が付着する面付きがないかどうか、ラミネーションが発生しないかどうか、について比較評価し、どの項目も問題なく正常な状態である場合を「良好」とし、１つの項目に多少の不具合があるが、問題となるほどでない場合は「問題なし」として記述した。１つ以上の項目に、大量に成形する場合には問題となると考えられる欠点が見られた場合は、その状況を記載した。【００９９】  生角の強度については、成形脱枠後のハンドリングに問題がない程度に強度があるかどうかを評価し、全く問題なくハンドリング可能な場合は「良好」、やや強度が不十分であるが注意をすればハンドリング可能なものを「やや脆い」と表記した。通常のハンドリングが困難な場合には「ハンドリング困難」と表記した。【０１００】  各れんがを、表１〜表３に記載したそれぞれの温度で加熱処理し、加熱後に圧縮強度を測定した結果を表４〜表６に記載した。また、加熱後各れんがを乾式カッターで切り出し、熱間膨張率測定試料を作成し、ＪＩＳ  Ｒ２２０７に従い、先述した条件で１５００℃自由膨張率を測定した結果を表４〜表６に記載した。同様に、熱間クリープ測定用試料を作成し、ＪＩＳ  Ｒ２８５８に従い、先述した条件で１５００℃荷重下膨張率を測定した結果を表４〜表６に記載した。【０１０１】  各試料について、酸素−プロパン加熱による回転ドラム法侵食試験を行った。侵食材としてＳｉＯ２を８質量％、Ｆｅ２Ｏ３を３２質量％、ＣａＯを５２質量％、ＭｇＯを４質量％、ＭｎＯを４質量％含有する合成スラグを用い、１６５０℃、４時間の条件で行った、侵食材は一時間毎に取り替えた。試験後試料を採取し、長手方向に中央で切断し、スラグ浸潤深さ及び侵食深さを測定した結果を表４〜表６に記載した。【０１０２】  表４、表５に示すように、本発明例ではいずれも成形性は良好であり、生角の強さもなんら問題ない。加熱後の圧縮強度は、れんがとして十分に高く良好である。１５００℃自由膨張率はいずれも２〜５％であり、且つ１５００℃荷重下膨張率は１％以下であり、良好な膨張特性を有している。これにより、侵食試験結果では、スラグ浸潤はいずれの試料もほとんど測定できない程度に小さく、侵食深さも１０ｍｍ以下であり良好である。【０１０３】  比較例１は１４５０℃と高い温度で加熱したれんがであって、成形性は問題なく、生角強度はやや脆いが問題となるほどではないが、加熱後強度はやや低めである。高温加熱の結果としてもはやスピネルが生成されてしまっており、自由膨張率、荷重下膨張率ともに不十分な数値を示している。特に重要なことは、自由膨張率と荷重下膨張率との差がほとんどなく、本発明の特徴である、窯炉で使用中にスピネル生成に伴なう大きな膨張がれんが内に吸収されて緻密化することはなく、その結果、スラグ浸潤深さは大きく、侵食深さも非常に大きく、試験後試料には亀裂が見られた。【０１０４】  比較例２は、フェノール樹脂をバインダーに用いたれんがであるが、成形性には問題はなく、生角の強さも良好であり、加熱後の強度もほぼ問題ないが、バインダーのフェノール樹脂が高温加熱中に炭化して炭素を残すため、せっかくアルミナとマグネシアを原料に用いているにもかかわらず、自由膨張率は大きくなく、スピネルの十分な生成が阻害されていることが判る。同時に、荷重下膨張率も自由膨張率と大きな違いがなく、比較例１と同様に、スピネル生成に伴なう膨張を利用した緻密化は生じない。侵食試験結果では、フェノール樹脂バインダーによる炭素がれんがマトリックスに分布している効果により、スラグ浸潤、侵食深さともに比較例１よりは小さいが、本発明例の方が格段に良好であるといえる。【０１０５】  比較例３は、マグネシア原料に粗粒を用いたもので、表３には０と記載しているが、３〜１ｍｍのマグネシア原料を用いた。この場合ＭｇＯ含有量やＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ含有量は本発明の範囲内であるにもかかわらず、粒度が大きいために自由膨張量が異常に大きく、且つ、荷重下膨張率も大きく、スピネル生成の膨張を吸収できておらず、スピネル含有緻密層の形成に乏しいものである。結果として、侵食試験で、スラグ浸潤、侵食量とも大きい値となった。尚、浸食試験後試料には大きな亀裂が多数見られ、何とか浸潤・浸食量を測定できるギリギリの状態であった。実炉のように試験試料よりかなり大きいサイズのれんがの場合には、亀裂に伴なう割れや剥離が生じると思われる。【０１０６】  比較例４は、燐酸ボンドれんがであるが、粒度が粗いマグネシア原料を使用したものである。また、ＳｉＯ２及びＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量も本発明に望まれる範囲より少ない。この燐酸ボンドれんがは、成形時に練り土がライナー面に付着する面付きが顕著であり、実生産は困難である。また、生角の強度もやや脆いと判定された。１５００℃自由膨張率は粗いマグネシア原料によるスピネル生成反応を反映して大きい値であるが、一方荷重下膨張はＳｉＯ２及びＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの不足��起因して、自由膨張率とほとんど変わらず大きい値であった。そのため、侵食試験を試みたが、試料の強度がやや低いこともあって試験中に大きな亀裂を生じて割れてしまい、評価できなかった。【０１０７】  比較例５は、流し込み材と同様にセメントを使用したものであるが、練り土が混練後短時間でパサパサの状態を呈し、まともな成形ができなかった。即ち、フリクションプレスで多数回締めを行っても十分な充填かさ比重が得られなかった。また、脱枠時にエッジ欠けが起こり、また、ラミネーションが入りやすく、何度かの成形を試みてようやくサンプルれんがを得た。しかしながら、このれんがの生角にはほとんど強度がなく、通常のハンドリングは不可能であり、細心の注意を払って取り扱わないと崩落してしまう状態であった。自由膨張は適度に大きい値であるが、荷重下膨張はＳｉＯ２及びＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが不足のため、大きすぎる。れんがの強度が低いため、また昇温時に膨張が大きく吸収されることがないため、回転ドラム試験装置内で崩壊してしまい試験ができなかった。【０１０８】  比較例６は、成形性、生角の強度、加熱後の強度ともに良好であったが、ＳｉＯ２及びＮａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが多いため、侵食試験では侵食深さが大きかった。【０１０９】  本発明の耐火れんがと、比較例の侵食試験結果の一例として、本発明例２の切断面を図１に、また比較例１の切断面を図２に示す。【０１１０】  本発明の耐火れんがである、表１に掲げた本発明例２のれんがが、製鋼用取鍋の側壁ライニングに使用された。この取鍋では従来Ａｌ２Ｏ３含有量８５質量％クラスの高アルミナ質れんがが使用されており、そのときの取鍋寿命はおよそ２００ｃｈであった。この寿命を向上させるために、アルミナ−スピネル質れんがが試験され寿命は２５０ｃｈに向上していた。同じ製鋼取鍋に本発明の耐火れんがが内張りされたところ、寿命は３９８ｃｈと大幅に向上した。しかも、アルミナ−スピネルれんがでは使用途中に何度かスラグ浸潤層に起因する表面剥離が生じるため、残存厚みの推定が困難であり、運用上に不安があったが、本発明のアルミナ−マグネシア質耐火れんがでは剥離現象は全く観察されず、安定な取鍋運用が可能であった。
【発明の効果】
【０１１１】  本発明によって、使用中の高温下で生じるスピネル生成反応に伴なう膨張性を、制御することが可能となったことにより、膨張性を積極利用して、加熱面付近に緻密なスピネル含有層を形成し得る耐火れんがを提供することが可能となった。これにより、従来の耐火れんがに比べ、格段に優れる耐スラグ浸潤性及び耐スラグ侵食性を達成した。膨張性の制御のための技術と製造上の問題の克服、及びれんがとしての強度の確保を同時に達成したことにより、大量生産が可能なプレス成形が可能となり、ひいては、使用現場において流し込み施工に必要とされる特別な混練装置、分配装置、乾燥設備などを要せず、従来どおりのれんが積み施工が可能となった。さらに、流し込み施工のように、現場での施工良否のばらつきが生じないため、常に安定した性能の耐火物施工体を得ることができるようになった。実際の取鍋で使用された結果でも、従来に比べて１．５〜２倍の寿命を達成した。
【０１１２】
【表１】
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【０１１３】
【表２】
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【０１１４】
【表３】
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【０１１５】
【表４】
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【０１１６】
【表５】
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【０１１７】
【表６】
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【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明例２の侵食試験後の切断面
【図２】比較例１の侵食試験後の切断面
【図１】
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【図２】
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