(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
破砕機で、最長辺が２．５ｍｍ以上６０ｍｍ以下、厚みが２ｍｍを超えて８ｍｍ以下に板状に破砕され、Ａｌ２Ｏ３を少なくとも９５質量％含有したアルミナ系セラミックスからなる板状骨材（ただし、直径２〜５ｍｍ、長さ２０〜４０ｍｍの棒状アルミナを除く）を、アルミナ系の耐火原料に４〜５０質量％添加したことを特徴とする溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑や溶鋼の製造に用いる不定形耐火物の耐スポーリングや耐溶損性を高めて、耐火物の長寿命化を図ることができる溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、精錬炉あるいは二次精錬炉、取鍋、樋等には、耐火原料に水やバインダーを加えて混練した不定形耐火物や耐火原料を予め成形して焼成した耐火煉瓦等の耐火物が内張りされている。
これらの耐火物は、溶鉄やスラグによって溶損されたり、使用中に加熱・冷却による熱変化を受け、スポーリング等を起こして、局部あるいは全体が損耗する。
その結果、精錬炉や二次精錬炉等の寿命が短くなって、生産性が低下し、耐火物の補修のコストも上昇する。
従って、損耗した部位に吹き付けや鏝塗り等の補修をしたり、耐火原料の選択や補修方法の改善等を行って、耐火物や炉寿命の延長に努めている。しかし、精錬炉等の使用条件の過酷化や耐火物のいっそうの高品質化が指向されており、スポーリングや溶損に対し、十分な特性を備えた耐火物が求められている。
この対策として、例えば、特開平１−３３０７５号公報には、粘土質５１〜４０質量％と４０〜４８質量％の粗粒からなる耐火原材に、綿状のセラミックファイバーを９〜１２質量％配合し、成形耐火物の急熱・急冷の熱衝撃に強くして破損するのを防止する方法が記載されている。
また、特開平８−１５７２７０号公報では、厚みが０．２〜２ｍｍの板状の耐火骨材、あるいはこの耐火骨材（板状片）の長さと厚みの比を１：２〜５０にしたセラミックス屑を３〜７０質量％配合し、耐スポーリング性を高め、同時に、耐火骨材のスパイキング（くさび状）効果による先行溶損を抑制して骨材（粗粒耐火原料）の脱落に伴う溶損を抑制することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１−３３０７５号公報記載の発明では、セラミックファイバーを添加しているため、粘土質及び粗粒状からなる耐火原材に混合する際に、混練に時間を要したり、混練を十分に行っても均一に分散させることが困難である。
しかも、セラミックファイバーが、添加した水分を吸収するため、多めに水分を添加する必要があり、耐火物の乾燥時に亀裂が生じたり、耐火物の気孔率が上昇して、耐火物の強度や耐溶損性が悪くなる等の問題がある。
更に、セラミックスファイバー等の繊維系の素材では、耐火物の密度を低くして弾性率を抑制することによって、耐スポーリング性を高くするため、耐火物の密度の低下に伴って、スラグや溶鋼に対する耐溶損性が悪くなり、容器や精錬炉等の耐用性の低下や生産性の低下、耐火物コストの上昇を招くことになる。
また、繊維系の素材では、耐火物の曲げ強度を十分に向上することができず、急熱・急冷を繰り返した際に、繊維系の素材が伸びるため、スポーリング等を抑制することができない等の問題がある。
また、特開平８−１５７２７０号公報記載の発明では、板状の耐火骨材を用いることにより、比較的少ない水分で混合でき、流し込み後の耐火物の均一性を向上できる利点を有するが、耐火骨材の具備する特性等によって、効果が大きく異なる場合があり、急熱・急冷を繰り返す精錬炉や二次精錬炉等に用いても必ずしも効果が得られない。例えば、板状耐火骨材の配合条件によっては、板状骨材を境にした剥落やスポーリングを生じたり、耐火物そのものの強度が低下して耐火物の寿命が大幅に低下する。
更に、耐火骨材の厚みによって、受熱した際に耐火原料と反応して耐火骨材が消失したり、耐火原料中に残存する耐火骨材の厚みが薄くなり、スパイキング効果が低下する。その結果、稼働面の骨材（粗い耐火原料）の脱落を生じたり、スラグ等の浸透を防止することができなくなって耐食性等が低下する。
しかも、スポーリングの抑制の効果等が減少し、耐火物の寿命を安定して向上できない等の問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、耐火物に板状骨材を常に存在させて耐火物の強度を高め、溶損やスポーリングを抑制することができる溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物は、破砕機で、最長辺が２．５ｍｍ以上６０ｍｍ以下、厚みが２ｍｍを超えて８ｍｍ以下に板状に破砕され、Ａｌ２Ｏ３を少なくとも９５質量％含有したアルミナ系セラミックスからなる板状骨材（ただし、直径２〜５ｍｍ、長さ２０〜４０ｍｍの棒状アルミナを除く）を、アルミナ系の耐火原料に４〜５０質量％添加している。
板状骨材の最長辺が２．５ｍｍより小さいと、耐火原料中に、くさび状に存在させることができず、耐火原料の粒子間を結合することができない。
一方、板状骨材の最長辺が６０ｍｍを超えると、耐火原料中に板状骨材を均一に混合することができない。しかも、板状骨材の分布が高濃度となった部位の耐火原料の粒子間の結合が極端に弱くなり、耐火物の寿命が低下する。
更に、板状骨材の厚みが２ｍｍ以下になると、耐火原料と板状骨材が反応して複合組成物を形成するのに消費され、残存する板状骨材が減少して耐火物の結合強度や耐スポーリング性等の特性が悪くなる。また、厚みが８ｍｍを超えると、残存する高密度の板状骨材の厚みが厚くなり過ぎ、急熱・急冷の熱変化が生じた際に、スポーリングや剥落により耐火物の寿命が低下する。
また、添加する量が４質量％より少ないと、耐火原料中の板状骨材が不足して耐火原料の粒子間をくさび状に結合することができず、耐火物の強度が不足し、耐火物の表面に生成した亀裂等が内部へ伝播するのを抑制できず、耐スポーリング性及び耐溶損性が低下する。
板状骨材の添加量が５０質量％を超えると、耐火原料との複合組成物が十分に形成できず、強度が低下し、場合によっては、耐火原料中に板状片の連続した配列を招き、この配列部の境界で剥落が生じ易くなる。
この耐火物は、所定の長さ、厚みを有する板状骨材を耐火原料に添加しているので、耐火原料と板状骨材が反応して板状骨材の表面に複合組成物を形成して耐火原料の粒子間を強固に結合する。しかも、耐火原料中に板状骨材をくさび状（アンカー状）に残存させて、耐火物の強度を大幅に向上できる。
更に、スラグ等の浸透を抑制して耐火原料の骨材の溶損と脱落を防止して耐溶損性を高めると共に、急熱・急冷の過酷な熱変化が生じた際に、耐火物の表面に発生した亀裂を板状骨材でくい止め、内部への亀裂の伝播を抑制して、耐スポーリング性を向上することができる。
【０００６】
ここで、前記板状骨材は、セラミックスにしている。
これにより、融点が高く、曲げ強度に優れた板状骨材を用いることができ、耐火物の耐スポーリングや耐溶損性等がより安定して向上できる。
【０００７】
更に、耐火物を不定形耐火物にしている。
これにより、少ない水分で板状片を均一に配合でき、流し込みや圧送充填による施工を容易に行うことができ、耐スポーリング及び耐溶損性に優れた耐火物を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係る溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物の断面の模式図、図２は耐火物に添加する板状骨材の厚みと板状骨材の残存量の比及びスポーリング指数の関係を表すグラフである。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物１０は、２ｍｍ超、最大８ｍｍの厚みを有し、その最長辺が２．５〜６０ｍｍの板状骨材１１を耐火原料１２に４〜５０質量％添加している。
そして、耐火原料１２中に板状骨材１１の一部を未反応の状態で残存させている。
更に、板状骨材１１は、耐火原料１２を混練する際に添加され、耐火原料１１中に均一に分散させている。
【０００９】
不定形耐火物１０に添加する板状骨材１１は、セラミックスを用い、破砕機で板状に破砕したものを用いることができるが、アルミナ系を主成分にした原料を、ドクターブレード法あるいはプレス法、鋳込み法等により、所定の厚みに成形してから１３００℃以上の温度で焼成したものを用いることもできる。
図２に示すように、セラミックスからなる板状骨材１１は、その厚みが２ｍｍ以下になると、耐火原料１２に残存する量の比が少なくなっている（図中実線）。これは、受熱した際に、板状骨材１１が耐火原料１２と反応して複合組成物を生成するのに消費されて、耐火原料１２中に板状骨材１１を残存させることができないためである。
また、板状骨材１１の厚みが８ｍｍを超えると、スポーリング指数（従来の耐火物を指数１とする）が急激に悪化して板状骨材１１を添加する効果が得られないことが判る（図中点線）。
従って、板状骨材１１の使用条件は、受熱して耐火原料１２と反応した際に板状骨材１１の一部を十分に残存させ、しかも、残存する未反応の板状骨材１１の厚みが極端に厚くならないように調整することが重要であり、２ｍｍを超えて８ｍｍ以下の範囲のものを添加することにより達成できる。
この板状骨材１１の残存量の比は、板状骨材１１を耐火原料１２に混合して乾燥した後に適宜大きさのサンプルを切り出し、このサンプルを１５００℃以上の温度で加熱した後にその表面を顕微鏡等により拡大して存在する板状骨材１１の全表面積と、加熱する前のサンプルの表面を同様に拡大した際に存在する板状骨材１１の全表面積の比で表したものである。
【００１０】
特に、耐火原料１２中に板状骨材１１を所定の厚みで残存させることにより、板状骨材１１の表面に複合組成物を形成させ、加えて、板状骨材１１を耐火原料１２中にくさび状に存在させることができ、耐火原料１２の粒子間の結合強度を大きくする。
しかも、不定形耐火物１０の表面から侵入するスラグや溶鉄は、板状骨材１１で遮断され、平面的な溶損及び先行溶損による骨材の脱落等を抑制して耐溶損性を大幅に向上することができる。
更に、急熱・急冷に伴って表面に発生した亀裂が不定形耐火物１０の内部に伝播するのを板状骨材１１の位置でくい止めることができ、亀裂の成長を抑制して耐スポーリング性を向上することができる。
この理由から、板状骨材１１の厚みは、２ｍｍを超えて６ｍｍ以下の範囲にするとより好ましい結果が得られる。
【００１１】
また、板状骨材１１の最長辺（最も長い辺）を２．５〜６０ｍｍにすることにより、耐火原料１２中にくさび状に存在させることができる。その結果、耐火原料１２の粒子間の結合面を増加させ、全体の結合強度を向上することができる。
しかも、板状骨材１１が耐火原料１２に分散し易くなり、均一に混合することができ、板状骨材１１の添加に伴う不定形耐火物１０の強度や耐溶損性等の特性が悪化するのを防止することができる。
【００１２】
更に、耐火原料１２中に板状骨材１１を十分に存在させているので、耐火原料１２と板状骨材１１が反応して複合組成物の形成が促進され、複合組成物による結合とくさび状板状骨材１１のアンカー効果等の相互の働きによって、耐火原料１２の粒子間の結合をより強めることができる。
しかし、板状骨材の添加量が多くなると、耐火原料の絶対量が不足し、板状骨材の表面に生成する複合組成物が少なくなって結合強度が小さくなる。
しかも、耐火原料中に、板状骨材の連続した配列が生じると、配列部の境界で、スポーリングや剥落等が発生するので、板状骨材の局部的な濃化を防止することが重要であり、板状骨材の添加量が多くなる程に局部的な濃化が生じ易くなるので、板状骨材１１の添加量は、４〜５０質量％の範囲にしている。
更に、混練及び耐火物の流し込みを行う際のフロー値（流動性の指標）を良好にして圧送を容易に行い、施工時の充填性を高めて高密度の不定形耐火物１０にするには、板状骨材１１の添加量を４〜３０質量％にするとより好ましい。
【００１３】
また、板状骨材１１の融点を１５００℃以上にすることにより、耐火原料１２と反応した際に、適正な厚みの複合組成物を形成させ、同時に、板状骨材１１の一部を安定して残存させることができる。
そして、板状骨材１１が耐火原料１２内にくさび状に存在し、受熱した際に、その表面に耐火原料と反応した複合組成物の極端な増加を抑制して、耐火原料１２の間の結合力を高めることができる。
板状骨材の融点が１５００℃より低くなると、焼成過程や使用中の受熱により、添加した板状骨材が溶融したり、耐火原料と板状骨材が反応して低強度の複合組成物が多く形成され、大幅に耐溶損性が低下して耐火物の寿命が短くなる。
【００１４】
更に、板状骨材１１の曲げ強度は、３００〜５０００ｋｇ／ｃｍ2のものを用いると不定形耐火物１０の強度が高くなり好ましい結果が得られる。
板状骨材の曲げ強度が３００ｋｇ／ｃｍ2未満になると、弾性率比（１５００℃の温度で３時間加熱後の弾性率／加熱前の弾性率）が急激に低下してスポーリングが生じ易くなり、耐火物の寿命が低下する。一方、曲げ強度が５０００ｋｇ／ｃｍ2を超えると、板状骨材が高純度、且つ高密度になり、急加熱や急冷却によって、板状骨材自体がスポーリングを招いて耐火物の寿命が低下する。
しかも、高純度化する程に素材の価格が高くなり、耐火物コストが上昇したり、破砕する際の破砕機の損傷等を招く。
なお、耐火物の弾性率は、一般に用いられている耐火物の弾性限界内における応力と歪みの比で表される。
【００１５】
不定形耐火物１０の耐火原料１２としては、アルミナ系の一般に用いられている原料を使用することができる。
この耐火原料１２に添加するバインダーは、セメント、フェノール等の有機樹脂等のバインダーを添加したり、ＡｌやＳｉ等の金属を添加できる。
【００１６】
このような不定形耐火物１０を製造するには、耐火原料１２に、板状骨材１１を添加してから混練機に装入し、水を５〜７質量％、バインダーの一例であるセメント粉を０．２〜８質量％添加し、２〜１０分間の混練を行う。
混練の際に、板状骨材１１は、耐火原料１２中に分散し、それぞれの板状骨材１１が異方性（向く方向が異なる）を持ってくさび状で存在し、耐火原料１２の粒子間を結合することができる。
そして、図示しない精錬炉の稼働面に型枠を設け、稼働面と型枠の隙間に流し込みを行って用いることができる。
【００１７】
【実施例】
Ａｌ2Ｏ3を９０質量％含有したＡｌ2Ｏ3系の耐火原料に、Ａｌ2Ｏ3を９５質量％含有したセラミックスからなる板状骨材の厚み、添加量、最長辺長さを変化させて添加し、バインダーとしてセメントを５質量％添加してから混練して形枠に流し込んだ後、１５００℃で使用した際に従来の耐火物の指数を１とした場合の溶損指数及び耐スポーリング性の良否、総合評価について調査した。その結果を表１に示す。
実施例１は、Ａｌ2Ｏ3系の耐火原料に、厚みが２．２ｍｍ、最長辺長さを４０ｍｍにしたセラミックスの板状骨材を１０質量％添加した場合であり、溶損指数を０．９、耐スポーリングも良好（○）であり、総合評価としては良い結果（○）が得られた。
実施例２は、Ａｌ2Ｏ3系の耐火原料に、厚みが２．５ｍｍ、最長辺長さを６０ｍｍにしたセラミックスの板状骨材を４質量％添加した場合であり、溶損指数を０．７、耐スポーリングも良好（○）であり、総合評価としては良い結果（○）が得られた。
実施例３は、Ａｌ2Ｏ3系の耐火原料に、厚みが７．０ｍｍ、最長辺長さを６０ｍｍにしたセラミックスの板状骨材を４０質量％添加した場合であり、溶損指数を０．８、耐スポーリング指数も良好（○）であり、総合評価としては良い結果（○）が得られた。
【００１８】
【表１】
0004546594.tif 000002
【００１９】
これに対して、比較例１では、Ａｌ2Ｏ3系の耐火原料に、厚みが１．８ｍｍ、最長辺長さを３０ｍｍにしたセラミックスの板状骨材を３質量％添加した場合であり、溶損指数も１．０、耐スポーリング性が低下（×）し、総合評価としては悪い結果（×）であった。
比較例２は、Ａｌ2Ｏ3系の耐火原料に、厚みが１０．０ｍｍ、最長辺長さを６０ｍｍにしたセラミックスの板状骨材を６質量％添加した場合であり、溶損指数が１．２、耐スポーリング性が低下（×）し総合評価としては悪い結果（×）であった。
【００２０】
以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、板状骨材としては、厚みに比べて、最も長い辺（最長辺）が大きいものであれば、煉瓦等の破砕したものを篩分けしたものを用いることもできる。
更に、板状骨材の原料としては、耐火物や不定形耐火物に一般に用いられている無機素材であれば良く、単体あるいは組み合わせて用いることができる。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物は、耐火原料に、最長辺が２．５以上６０ｍｍ以下、厚みが２ｍｍを超えて８ｍｍ以下の板状骨材（ただし、直径２〜５ｍｍ、長さ２０〜４０ｍｍの棒状アルミナを除く）を４〜５０質量％添加しているので、耐火物の強度を大幅に向上でき、耐溶損性を高めると共に、耐スポーリング性を向上することができる。
そして、精錬炉や二次精錬炉等の炉寿命を延長でき、生産性の向上や耐火物コストの低減、補修の手間等の減少を図ることができる。
【００２２】
特に、溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物は、板状骨材をアルミナ系セラミックスにするので、耐火物の耐スポーリングや耐溶損性等をより安定して向上でき、耐火物の寿命を大幅に延長することができる。
【００２３】
また、溶銑又は溶鋼の製造に用いる耐火物は、不定形耐火物からなるので、少ない水分で板状骨材を均一に配合でき、流し込みや圧送充填による施工を容易にして高密度、高強度にでき、耐スポーリング及び耐溶損をより安定して向上して耐火物の寿命を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る溶銑又は溶鋼の製造に用いる不定形耐火物の断面の模式図である。
【図２】耐火物の板状骨材の厚みと板状骨材の残存量の比及びスポーリング指数の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１０：不定形耐火物、１１：板状骨材、１２：耐火原料
【図１】
0004546594.tif 000003
【図２】
0004546594.tif 000004