(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鉄及び溶融スラグの両方に接触したカーボン含有耐火物と、溶融スラグのみに接触した対極との間に直流電圧を印加する耐火物の保護方法であって、保護しようとするカーボン含有耐火物と同じ材質の耐火物、及び使用しようとする対極と同じ材質の電極を、予め前記溶融スラグに浸漬して、その間に生じる起電力値を測定し、前記起電力値と極性が反対の直流電圧を前記耐火物と前記対極の間に印加することを特徴とする耐火物の保護方法。
【請求項２】
前記の直流電圧について、前記起電力値と極性が反対で絶対値が３００％以下とすることを特徴とする請求項１に記載の耐火物の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鉄及び溶融スラグを取り扱う窯炉あるいは設備に使用される耐火物の保護方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高融点の金属を溶解、精錬、保持、移動するためには、必ず耐火物が使用される。耐火物は溶融金属のみならず、それと共存するスラグなどの溶融塩によって溶損され、薄くなる。耐火物の溶損あるいは損耗による経済的損失は大きく、鉄鋼などの金属の製造における耐火物コストは変動費の多くの部分を占めている。なお、溶融塩とはスラグ、フラックスなどで、これらを構成するのは酸化物、硫化物などである。
【０００３】
耐火物の溶損を抑制すべく、従来から耐火物材質の改善や操業条件の改善が図られて来ているが、これらの方法もかなり行き詰まりを見せており、効果的な耐火物の保護方法が切望されている。
【０００４】
耐火物の溶損を電気的に抑制しようとする考え方が以前からある。耐火物の溶損に電気が与える影響については幾つかの研究があり、その応用による耐火物の保護も研究されている。特許文献としては米国特許第３，２４２，０６０号明細書に、ジルコニア質耐火物と白金製の対極の間に直流を印加して防食する事例が記載されている。また、鉄と鋼  （１９７８）  Ｖｏｌ６４  Ｎｏ１１  １２５ページには、アルミナるつぼ中で溶解した金属とスラグにそれぞれモリブデン製と白金製の電極を接触させて直流を印加してスラグの組成と印加電圧の関係を探り、塩基性スラグで金属を陽極とした場合にはわずかながら防食効果が現れたことが記載されている。また、Ｒｕｓｓｉａｎ  Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ  （１９９７）  Ｎｏ．６  ２５〜２９ページには、ピッチ結合のマグネシア質耐火物と白金製の対極の間に直流を印加して防食できたという報告が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実際の耐火物の溶損は、特に溶融金属と溶融塩の界面付近で大きいことが知られている。従来の知見では、この界面付近における溶損を取り扱ったものは前述の  鉄と鋼  に掲載された報告のみであるが、電極の配置が複雑で、また効果も小さい。また耐火物や対極の種類、スラグ組成に関しては、公知の組み合わせは非常に限られており、しかも対極の材質は高価な金属のみが用いられている。
【０００６】
本発明は、対極に安価に入手できる材質を使用でき、任意の耐火物材質と対極材質とスラグ組成の組み合わせに対して最適な印加電圧が簡単に決定できる耐火物の電気的な保護方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらの問題を解決すべく工夫を重ねた結果、本発明を得た。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下の（１）〜（２）の通りである。
【０００９】
（１）溶鉄及び溶融スラグの両方に接触したカーボン含有耐火物と、溶融スラグのみに接触した対極との間に直流電圧を印加する耐火物の保護方法であって、保護しようとするカーボン含有耐火物と同じ材質の耐火物、及び使用しようとする対極と同じ材質の電極を、予め前記溶融スラグに浸漬して、その間に生じる起電力値を測定し、前記起電力値と極性が反対の直流電圧を前記耐火物と前記対極の間に印加することを特徴とする耐火物の保護方法。
【００１０】
（２）前記の直流電圧について、前記起電力値と極性が反対で絶対値が３００％以下とすることを特徴とする前記（１）の耐火物の保護方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、まず電気炉内のるつぼ中でスラグを溶解し、ここに耐火物と対極を浸漬して起電力を測定する実験を行った。
【００１３】
起電力の測定方法は以下の通りである。図１に示すように、耐火物２及び対極３にアルミナ棒１と導線４を取り付けた試料を準備し、これらを電気炉１０内の炭素質るつぼ５で溶解したスラグ６に浸漬して起電力値を測定した。耐火物２としては、アルミナ−カーボン質、ジルコニア−カーボン質、マグネシア−カーボン質の３種類で、いずれも直径２０ｍｍ、長さ２００ｍｍで、上端に白金板(図示は省略する)を巻き付け、そこに白金線を溶接して導線４とした。対極３としては、直径０．５ｍｍの白金線３ａ又は直径２０ｍｍ、長さ２００ｍｍの炭素棒３ｂとし、炭素棒３ｂへの白金導線の取り付けは耐火物２の場合と同様とした。
【００１４】
スラグ６はＣａＯ／ＳｉＯ2が約１（質量比）で、Ａｌ2Ｏ3６質量％、ＭｇＯ１０質量％とした。測定温度は１５００℃とした。
【００１５】
測定結果を表１に示す。なお、値は対極を基準とした。すなわち＋の場合は耐火物２の、また−の場合は対極３の電位が高いことを示す。
【００１６】
【表１】
0004184569.tif 000002
【００１７】
次に、誘導炉で鋼とスラグを溶解し、そこに耐火物試料と対極を浸漬して侵食させる実験により、耐火物の電気的な保護方法（以下、電気防食と略す）を検討した。概要を図２に示す。誘導炉１３内に設置したアルミナ−スピネル質るつぼ７中で鋼８を溶解し、前述のものと同組成のスラグ６を溶解した。シリカリング９はスラグ６によるるつぼ７の侵食を防止するために使用した。スラグ６の厚さは約３０ｍｍであった。
【００１８】
耐火物２はマグネシア−カーボン質あるいはアルミナ−カーボン質とし、対極３は炭素とした。また、耐火物２と対極３のサイズ及び導線４の取り付けは起電力測定用試料の場合と同様とした。耐火物２はスラグ６と溶鋼８の両方に接触するように６０ｍｍ浸漬し、対極３はスラグ６のみに接触するように浅く１０ｍｍ浸漬した。耐火物２と対極３の間隔は６０ｍｍとした。
【００１９】
印加電圧を変更して、溶損速度を調査した。また、各実験の合間に電圧を印加しないブランク試料で同様に侵食試験を行った。侵食実験後、最も侵食された部位の直径を測定して元の直径から差し引いて直径減少量を算出し、さらにこれを実験時間で除して直径減少速度すなわち溶損速度を求めた。ブランク試料の速度は時系列的に変化するため、これらを一次回帰してベースラインとし、このラインと電圧印加試料の溶損速度の差を算出し、溶損速度の増減をパーセントで表した。なおその際に溶損速度が減少した場合をプラスとし、防食効果として表示した。また印加電圧は対極を基準とした。
【００２０】
その結果を図３と図４に示す。図３はアルミナ−カーボン質、図４はマグネシア−カーボン質の場合である。この結果によれば、アルミナ−カーボン質の場合は＋５０ｍＶの印加で、マグネシア−カーボン質の場合は＋１５０ｍＶの印加で、それぞれ防食効果が最大となった。
【００２１】
これらの実験結果から、耐火物の溶損を抑制するためには、耐火物と対極を溶融スラグに浸漬した際に観測される起電力値と同じ大きさで、しかも逆向きの電圧を印加すれば最も高い防食効果が得られることが結論できる。
【００２２】
この保護方法のメカニズムは十分解明できてはいないが、以下のように推測される。すなわち、耐火物を構成する物質が溶融スラグ及び溶鋼に溶解する際にはイオン化し、電子の授受が起こり、これが起電力として観測されるものと考えられる。耐火物と対極を溶融スラグに浸漬した際に発生する起電力値と逆向きの電圧を印加すれば電子の授受は抑制され、イオン化すなわち溶解も抑制され、耐火物の溶損速度も減少する。
【００２３】
電圧の大きさは、前記起電力の３００％すなわち３倍を越えると、逆に溶損が加速される傾向があることが図３および図４からわかる。このため最大印加電圧は前記起電力値の３００％以下とする。
【００２４】
対極の浸漬方法としては様々な方法があるが、耐火物と対極が同時に溶鋼と接するような配置とすると、電流が電気抵抗の小さい溶鋼中を伝わり、耐火物と対極の間に所定の電圧を印加するためには大きな電流を流す必要が生じるため大容量の電源装置が必要となる。このため、効率的に耐火物の溶損を抑制するためには、耐火物と対極を同時に溶鋼に接触させないようにする。現実的には殆どの場合、耐火物は溶融スラグと溶鋼の両方に接触しているので、対極は溶融スラグのみに接触させ、溶鋼には接触させないようにする。
【００２５】
耐火物への配線方法は、耐火物に接触させた導電体に配線する方法、また耐火物を内張した容器等の鉄皮に配線する方法などが取り得る。図５は浸漬ノズル２ａに適用した場合で、前者の例である。図６は溶銑樋の耐火物２の鉄皮１９に適用した場合で、後者の例である。
【００２６】
【実施例】
鋼の連続鋳造工程に用いられる浸漬ノズルに本保護方法を適用した。
【００２７】
浸漬ノズルは本体がアルミナ−カーボン質、パウダーライン部の表面にはジルコニア−カーボン質材質が配置されていた。対極は太さ５０ｍｍの炭素棒とし、ノズルから１００ｍｍ離してモールド内の厚さ約１５ｍｍの溶融パウダーに５ｍｍ浸漬した。
【００２８】
電圧はタンディッシュに取り付ける金物と、炭素棒上部に接続した銅線の間に印加した。前述の場合と同様に、電気炉中の炭素質るつぼ内で溶解した連鋳フラックスにジルコニア−カーボン質の耐火物棒と炭素棒とを同時に浸漬して起電力を予め測定したところ、対極（炭素棒）基準で−２０ｍＶであった。そこでタンディッシュに取り付ける金物には、これと逆で、絶対値がやや大きい＋３０ｍＶを印加した。これはノズル自体の抵抗による電圧降下分を打ち消すためであった。なおこの連鋳機は２ストランド同時鋳造を行うので、一方のストランドのノズルにはこの保護を行い、もう一方には行わずに、両ノズルの溶損速度を比較した。
【００２９】
その結果、保護を行ったノズルは、保護しなかったノズルと比較して溶損速度が約３０％減少した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により耐火物を効果的に保護することができ、耐火物にかかるコストを大幅に低減させることができ、ひいては鉄鋼の製造コストを引き下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】起電力を測定する実験装置の概要を示す図である。
【図２】耐火物の電気防食を行う実験装置の概要を示す図である。
【図３】アルミナ−カーボン質試料での防食効果の実験結果を示す図である。
【図４】マグネシア−カーボン質試料での防食効果の実験結果を示す図である。
【図５】耐火物への配線方法として浸漬ノズルに配線した本発明の実施態様を示す図である。
【図６】耐火物への配線方法として溶銑樋の鉄皮に配線した本発明の実施態様を示す図である。
【符号の説明】
１    アルミナ棒
２    耐火物
２ａ  浸漬ノズル
３    対極
３ａ  白金線
３ｂ  炭素棒
４    導線
５    炭素質るつぼ
６    スラグ
７    アルミナ−スピネル質るつぼ
８    溶鋼(鋼)
９    シリカリング
１０  電気炉
１１  ヒーター
１２  直流電圧計
１３  誘導炉
１４  誘導コイル
１５  直流電源
１６  パウダー
１７  モールド
１８  溶銑
１９  鉄皮
【図１】
0004184569.tif 000003
【図２】
0004184569.tif 000004
【図３】
0004184569.tif 000005
【図４】
0004184569.tif 000006
【図５】
0004184569.tif 000007
【図６】
0004184569.tif 000008