(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮焼アルミナを含むアルミナ質原料３０〜５０重量％、シリカ質原料２〜５重量％、炭化珪素１５〜２５重量％、炭素質原料５〜１０重量％、窒化物１５〜３０重量％、及び金属粉末５〜１５重量％よりなり、かつ１ｍｍを超えるものが５重量％以下、０．０７５ｍｍ未満のもの（但し、２μｍ以下の仮焼アルミナを除く。）が６０〜７０重量％、２μｍ以下の仮焼アルミナが５〜１５重量％、残部が１〜０．０７５ｍｍのもので構成された粒度構成を有する耐火骨材１００重量％に対し、結合材の液状タールを外掛けで１０〜１７重量％添加した高炉出銑口閉塞用マッド材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マッドガンにより高炉出銑口に充填し、これを閉塞する高炉出銑口閉塞用マッド材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高炉出銑口閉塞用マッド材（以下「マッド材」という。）は、一般的に以下のような性状が要求される。
イ）充填性：マッドガンの能力内で容易に充填が完了できること。
【０００３】
ロ）開孔性：所定時間で溶銑、溶滓が排出できる深度まで容易に所定径で掘削できること。
【０００４】
ハ）耐用性：スラグ（滓）を早期より排出しながら、長時間出銑，出滓が可能なこと。
そして、近年、特に高炉の大型化及び超高圧操業化に伴い、その生産能力が増大し、１タップ当たりの出銑量の増加及び出銑速度の向上は著しく、このためマッド材ヘの負荷が極めて高くなり、マッド材には、より良い品質が要求されるようになってきた。
【０００５】
このようなマッド材としては、例えば、特公昭５０−３９０９１号公報に記載されているようにロー石、アルミナ等の酸化物、炭化珪素、窒化珪素等の非酸化物、それにカーボン等を骨材とし、これに粘土、ピッチ等を添加し、さらにタール、レジン等の有機化合物をバインダーとしたものが通常使用されている。
【０００６】
また、特公昭６０−９９８４号公報のように１μｍ以下の超微粉原料を使用し、液状タールの減量を図った例も報告されているが、粒度構成についての知見は少ない。さらに、特公昭５６−３９２号公報のように開孔性を付与するためにコークスを多量（１５〜３０％）に添加し、焼結性を劣らせ、これに伴い液状タールをより多く必要とするものが知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のマッド材にあっては、作業性（開孔性）を改善するためにコークスを多量に使用しており、強度の大幅な低下により溶銑，溶滓による摩耗が大きくなる問題があった。粒度構成においては１ｍｍ以上が１５〜２０重量％、０．０７４ｍｍ以上が４５〜５５重量％とするのが一般的であり、これでは粒径の大きい骨材部の使用量が多くなり、マッドガンによる充填時に抵抗が大きくなる。さらには、コークスの多量使用、あるいは粒径の大きい骨材部が多いことは、液状タールの大量使用につながり、組織の緻密化が図れず、強度の低下、耐食性劣化をもたらすことになり、結果として、１回当たりの通銑時間が短く、通銑回数が増加する原因のひとつとなっていて厳しい炉前作業を強いられていた。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、溶銑，溶滓に対する摩耗強度を向上させ、且つ容積安定性及び組織の緻密化を図ることで、強度および耐食性の向上が期待でき、かつ開孔性を良くして、炉前作業の軽減が図れるマッド材を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明に係るマッド材は、仮焼アルミナを含むアルミナ質原料３０〜５０重量％、シリカ質原料２〜５重量％、炭化珪素１５〜２５重量％、炭素質原料５〜１０重量％、窒化物１５〜３０重量％、及び金属粉末５〜１５重量％よりなり、かつ１ｍｍを超えるものが５重量％以下、０．０７５ｍｍ未満のもの（但し、２μｍ以下の仮焼アルミナを除く。）が６０〜７０重量％、２μｍ以下の仮焼アルミナが５〜１５重量％、残部が１〜０．０７５ｍｍのもので構成された粒度構成を有する耐火骨材１００重量％に対し、結合材の液状タールを外掛けで１０〜１７重量％添加し、混練したものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明において、耐火骨材およびその粒度配分を定めたのは、マッド材の強度とその作業性について検討した結果、骨材の選定は重要であるが、それに加えて構成する粒度範囲の組合せが、耐食性並びに強度を向上させ、長時間の出銑を可能にすることができるとの知見を得たためである。
【００１２】
アルミナ質原料としては、耐食性、耐火性向上のためにＡｌ2Ｏ3含有量が８０重量％以上のボーキサイト、バン土頁岩、あるいはＡｌ2Ｏ3含有量９５重量％以上の電融アルミナ、焼結アルミナ、仮焼アルミナ等を使用し、３０〜５０重量％が好ましい。３０重量％未満であると十分な耐火性が得られず、５０重量％を超えると焼結性が遅く強度劣化を伴う。
【００１３】
シリカ質原料は、充填時の作業性に必要な滑り性を付与する目的で使用するものであり、ＳｉＯ2含有量が５０重量％以上有れば良く、シリカフラワー、粘土、ロー石等を２〜５重量％使用することができる。２重量％未満であるとマッド材を充填する際の滑り性が低下し、５重量％を超えると耐食性が劣化する。
【００１４】
炭化珪素の使用は耐滓性の向上に有効であるが、使用量は１５〜２５重量％とするのがよい。１５重量％未満であると十分な効果が得られず、２５重量％を越えると炉内中のＣＯガスとの反応によりＳｉＯ2に酸化され効果が薄いものとなる。
【００１５】
炭素質原料は、スラグ浸透防止のため用いるもので、Ｃ含有量が８０重量％以上の、石油コークス、石炭コークス、無煙炭等の一種又は二種以上を、カーボン（Ｃ）源として５〜１０重量％使用するのがよい。１０重量％を超えると液状タールを多く必要とし強度が低下する。５重量％未満であると耐滓性が低下する。
【００１６】
窒化物としては、窒化珪素、窒化珪素鉄等を使用し、１５〜３０重量％が好ましい。１５重量％以下であると耐滓性、強度向上が発揮されず、３０重量％を超えると強度発現材としての機能を果たさない。これは、結合材として添加している液状タールに起因するＣボンドとの反応が３０重量％を超えると進行しないためである。
【００１７】
金属粉末は５〜１５重量％使用する。金属源としては、アルミニウム、シリコン、フェロシリコン、Ａｌ−Ｓｉ合金、ＭｇＢ2等が適用可能である。５重量％未満であると強度が十分に発現されない。金属の使用は、例えばシリコンの場合組織内に存在する気孔中の酸素源，窒素源と反応し、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系のウィスカーを生成し、気孔を分散，閉塞するものである。これにより、気孔量を減少せしめ、組織の緻密化が図れ、耐食性を向上させる効果がある。しかしながら、その添加量は１５重量％を越えると強度低下、気孔率の上昇を伴う。これは、金属が焼成時の酸素源及び窒素源と反応し、過剰膨脹するためである。高炉出銑口奥でのこのような異常膨脹は、造壁部を破壊し溶銑、溶滓の差し込みを誘発し、開孔性、出銑時間に大きく影響を与える。その他記載の金属においても１５重量％を越えると過剰膨張するため好ましくない。
【００１８】
液状タールは、充填作業性を得るためのもので、液状タールは、石炭系を使用し、耐火骨材１００重量％に対して１０〜１７重量％を外掛け添加する。１０重量％より少ないと良好な作業性が確保できない。即ち、マッド材をマッドガンから出銑孔へ充填することができない。また、１７重量％を越えると揮発分が多くなり組織劣化により強度並びに耐食性が低下する。
【００１９】
本発明の耐火骨材の粒度構成については、１ｍｍを越えるものが５重量％以下とした。１ｍｍを越えるものは孔深度確保、すなわち、出銑孔の適度な直進性付与のために使用するものであるが、５重量％より多いとマッド材を充填する際の抵抗が大きくなり、液状タールを多く必要とする。
【００２０】
０．０７５ｍｍ未満の割合は６０〜７０重量％とすることが好ましい。６０重量％より少ないとマッド材に十分な可塑性が得られず、炉内での造壁性が形成されず孔切れ等の作業トラブルを生じる。７０重量％を越えると比表面積の増大から液状タールを多く必要とする。
【００２１】
２μｍ以下の仮焼アルミナは５〜１５重量％とする事により液状タールの減量も図れる。添加量が５重量％より少ないと液状タールの減量が十分でなく組織の緻密化が図れない。又、１５重量％を越えると過度の粘性の上昇により十分な減量効果が得られなくなる。
【００２２】
その他に、１〜０．０７５ｍｍの耐火骨材使用される。これは前記した１ｍｍを越える耐火骨材の５重量％以下の使用と合わせて、２５〜３５重量％の範囲で調整される。この粒度域は孔深度確保のためには必要なものではあるが、多すぎると可塑性が低下し、孔切れ等の作業トラブルを生じ、あまり少ないと適度な孔深度が形成できない。
【００２３】
【実施例】
表１に比較例及び本発明品の実施例のマッド材について示す。
【００２４】
なお、各試験の試料は、混練後のマッド材を２５×２５×１５０ｍｍの形状にアムスラー成形したものを使用した。
【００２５】
線変化率は、１４５０℃で３時間還元焼成し、冷却後の残存膨張収縮率として示した。
【００２６】
熱間曲げ強さは、１４５０℃で１時間Ｎ2雰囲気下で保持した状態での強度を測定した。
【００２７】
スラグ溶損指数は、溶銑およびスラグを溶解した１５５０℃の高周波炉中に成形後の試料を１時間×５回浸漬し、スラグ／メタル界面の溶損量を測定したものであり、従来例の比較例１を１００とした場合の指数で示した。
【００２８】
出銑時間は実炉で使用した場合の、出銑開始から閉塞までによって得られた数値である。
【００２９】
孔切れ率は、実炉で使用した各々のマッド材の開孔回数を基準として算出した。
【００３０】
粒度構成については、１ｍｍ、＜０．０７５ｍｍ＞、１〜０．０７５ｍｍと、２μｍ以下の仮焼アルミナに区分けした。
【００３１】
表１には実施例１〜４、と比較例１（従来例）を示した。
【００３２】
【表１】
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本発明品は容積安定性、耐食性が良好な上、強度向上が図られている。
【００３３】
比較例１においては、骨材部の添加量が多く、マッドガン充填時に抵抗となるため、多くの液状タールを必要とし、耐食性劣化、強度が低下している。
【００３４】
実施例４の本発明品を５０００ｍ3級の大型高炉に使用したところ、出銑回数は、耐食性及び強度の大幅な向上のために、従来の１日当たり１２〜１３回が６〜８回と減少し、炉前作業の軽減に大きく貢献できた。
【００３５】
なお、表１の各例において、アルミナ質原料として実施例１はボーキサイト、その他の例は電融アルミナを、シリカ質原料としては粘土、炭素質原料として石炭コークスを使用したが、本実施例の原料に限らず、実施の形態に記載した原料、材料の使用においても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明に係る高炉出銑口閉塞マッド材によれば、高強度、緻密化組織を形成でき、溶銑滓の摩耗による孔径拡大を抑え、耐食性に優れた効果を発揮する。さらに、出銑回数の低減と開孔性の向上による炉前作業の軽減にも大いに貢献する。