(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネシア４乃至２０重量％、ムライト０．５乃至５重量％を含有し、残部がアルミナからなる誘導炉用ラミング材であって、
前記マグネシア原料粉末粒径が０．５ｍｍ以下であり、前記ムライト原料粉末粒径が１ｍｍ以下であり、前記アルミナ原料粉末の粒径が８ｍｍ以下であり、かつ前記アルミナの原料粉末の内、０．５乃至３重量％が粒径０．４乃至５μｍの範囲にあることを特徴とする誘導炉用ラミング材。
【請求項２】
前記ムライトの原料粉末が電融又は燒結により製造された理論組成に近い組成を有するムライトからなる平均粒径１ｍｍ以下の粉末であることを特徴とする請求項１に記載された誘導炉用ラミング材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導炉用ラミング材に関し、より詳細には、鋳鋼を溶解する高温で稼働される大型誘導炉の内張り材に特に好適に使用することができる誘導炉用ラミング材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、鋳鋼等の高温溶解が行われる誘導炉の内張り材としては、マグネシア・アルミナ質やマグネシア・スピネル質等のマグネシア主成分の塩基性ラミング材、アルミナ・マグネシア質等のアルミナ主成分の中性ラミング材が使用されている。
上記塩基性ラミング材のマグネシア・アルミナ質及びマグネシア・スピネル質のものは、主成分のマグネシアが２８００℃の高融点を有し、溶湯や塩基性スラグ等に対して化学的に安定な特性を有している。
しかし、マグネシアは熱膨張率が大きく、熱衝撃性に対する耐性が乏しく、従って、上記マグネシア・アルミナ質、マグネシア・スピネル質等のマグネシア主体の塩基性ラミング材は、比較的短時間での溶解、あるいは全量出湯等が行われる、即ち急熱急冷が繰り返される誘導炉の炉壁には適さない。
例えば、上記のような熱サイクルの生じる誘導炉壁を塩基性ラミング材で形成した場合、急激な温度変化により炉壁内面で亀裂が発生し易く、又、発生した亀裂から湯差し等のトラブルが起こり易くなる。
【０００３】
また、従来から上記のような誘導炉壁を塩基性ラミング材で形成した場合に、操業中に炉壁に発生するトラブルが、炉の大きさが大きい程それに比例して頻繁に、且つ深刻な状態で起こることは経験的によく知られている。
そのため、塩基性ラミング材は、操業面での安全性を考慮して、１トン級以下の小型炉に限定して使用されるのが通常である。
【０００４】
一方、アルミナ・マグネシア質の中性ラミング材は、アルミナ・スピネル質ラミング材とも呼ばれ、主成分が２０００℃以上の高融点と高耐食性を有するアルミナであって、これにマグネシアを添加したたものである。
このアルミナ・スピネル質は、主成分であるアルミナが、塩基性ラミング材の主成分であるマグネシアに比較して熱膨張率が小さく、耐熱衝撃性に優れるという特徴を有している。
また、稼動中には、アルミナとマグネシアが反応してスピネル（二次スピネル）を生成し、このスピネル生成による残存膨張性により、亀裂発生が低減され、また亀裂の拡大が防止される。
【０００５】
上記のように誘導炉の炉壁に中性ラミング材を用いた場合は、稼動面で亀裂が発生じても軽微であり、塩基性ラミング材に比較して安全性が高いことから、特に、高温操業となる鋳鋼溶解の５トン炉クラスの大型高周波誘導炉炉壁内張り材として、中性ラミング材が使用されている。
【０００６】
しかし、アルミナ・スピネル質ラミング材においても、長期間の使用により、ラミング材の炉壁は焼結が進むとともに、溶解材中の各種成分の炉壁内張り材中への浸潤が進み、炉壁内張り材と浸潤成分との反応により変質層が厚く生成する。
この反応による変質層には亀裂が発生し易く、溶解材中の各種成分が炉壁内張り材中へ浸潤し、炉壁内張り材と浸潤成分との反応により変質層が更に厚く生成する現象が繰り返し発生する。
これらの現象により、内張り材の残厚は十分あっても、内張り材中の亀裂や浸潤層に侵入したメタルがコイルセメント側まで達し、このため炉の解体や再構築に至ることが多い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の技術的課題を解決するためになされたものであって、耐食性、耐熱衝撃性に優れ、ラミング材稼動面に適正な厚みの焼結層が生成し、長期間の使用に対しても溶解材中の各種成分の炉壁内張り材中への浸潤を抑制し、浸潤成分と炉内内張り材との反応により生ずる変質層の生成を低減させ、更にラミング材非稼動面のコイルセメント側には粉体層が充分に残存する誘導炉用ラミング材を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、マグネシア４乃至２０重量％、ムライト０．５乃至５重量％を含有し、残部がアルミナからなる誘導炉用ラミング材であって、前記マグネシア原料粉末粒径が０．５ｍｍ以下であり、前記ムライト原料粉末粒径が１ｍｍ以下であり、前記アルミナ原料粉末の粒径が８ｍｍ以下であり、かつ前記アルミナの原料粉末の内、０．５乃至３重量％が粒径０．４乃至５μｍの範囲にあることを特徴とする誘導炉用ラミング材が提供される。
本発明のラミング材は、アルミナを主体とする中性ラミング材であって、これにそれぞれ特定量のマグネシアとムライトが添加配合されていることが構成上の特徴であって、耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性、稼動面側の適正焼結性、非稼動面側の粉体層残存性に加えて、溶解材中の各種成分の炉壁内張り材中への耐浸潤性に優れた性能を有する点が作用効果上の特徴である。
【０００９】
本発明の上記構成により、炉壁内張り材の稼動面側においてはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）とマグネシア（ＭｇＯ）が反応し、スピネル（ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ）を生成する（二次スピネル）。この二次スピネルの生成によりラミング材に残存膨張性が生じ、亀裂発生が低減され、亀裂の拡大が防止される。
また、炉壁内張り材の稼動面側においては、ムライト（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）がマグネシア（ＭｇＯ）等と反応することによりガラス層が生成される。
【００１０】
このガラス層は、スラグ成分の炉壁内張り材への浸潤を抑制する効果と、炉壁内張り材へのスラグ付着堆積を低減する効果を有するため、稼動面に発生する亀裂を低減させる効果を奏する。
このように本発明の誘導炉用ラミング材は、アルミナにそれぞれ特定量比のマグネシアとムライトを配合したことにより、これら各成分が炉材中で反応し二次スピネルやガラス層を生成し、これにより従来のラミング材の欠点であった亀裂の発生等のトラブルを回避し、耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性を顕著に改善したものである。
本発明の誘導用ラミング材において、添加するマグネシアの原料粉末粒度が０．５ｍｍ以下であり、ムライト原料粉末粒度が０．１ｍｍ以上であることが上記効果をより有効に達成する上から望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の誘導炉用ラミング材はアルミナを主体とし、これにそれぞれ特定量のマグネシアとムライトを添加配合したものであるが、本発明において、主成分であるアルミナは従来から誘導炉の炉壁内張り耐火物として用いられる高純度電融アルミナや焼結アルミナ等を用いることができる。
アルミナは、２０００℃以上の融点を有し、高耐食性で、熱膨張率が小さく、高温の溶湯と接する稼動面側ラミング材の容積安定性に寄与する。
本発明において、アルミナ成分は、他の成分と共に強い焼結層を形成し、亀裂の拡大を防止する。
【００１２】
原料アルミナ粉末の粒径としては、通常８ｍｍ以下、好ましくは６ｍｍ以下のものを用いる。
アルミナ粉末は、大小の粒径の粒子群が混在する、ある程度の粒径分布を有する粉末からなることが、緻密層を形成できる点から好ましい。
大小粒径の異なる数種の粉末を組み合わせて用いても良く、例えば粒度１〜５ｍｍ、１ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下等の粉末粒子を組合せで用いることができる。
【００１３】
特に、該原料アルミナ粉末中に粒径０．４〜５μｍの微粒粉末を特定少量添加配合することが好ましく、この微粒アルミナを特定量比で添加することにより炉壁内張り材の充填組織をより緻密化できる。
上記粒径０．４〜５μｍアルミナ粉末は、市販等の低ソーダアルミナが好ましく、これにより非稼動面側の焼結を抑制し非稼動面側に充分な厚さの粉体層を残存させることができる。
【００１４】
粒径０．４〜５μｍの微粒アルミナ粉末の添加量は、０．５〜３重量％、好ましくは１〜１．５重量％である。
添加量が０．５重量％未満では、炉壁内張り材の充填組織の緻密化向上効果が充分に現れず、添加量が３重量％を越えると、築炉シリンダーを振動させる自動築炉機を使用した場合、粉末飛散等により操作性が悪く、逆に炉壁内張り材の充填組織緻密化を阻害する。
【００１５】
本発明において、マグネシア成分の原料としては、市販のマグネシアクリンカーや電融マグネシア等の粉末を用いて良い。
マグネシアの添加量は４〜２０重量％、好ましくは５〜１８重量％である。
マグネシアの添加量が４重量％未満では、前記亀裂低減効果が充分には期待できず、一方、マグネシアの添加量が２０重量％を越えると前記膨張が大きく成り過ぎ、誘導炉内張り材の組織を弛緩させ耐食性が低下するため好ましくない。
マグネシア原料粉末粒度は、アルミナとの反応による二次スピネルの生成を容易にする観点から、０．５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以下がより好ましい。
【００１６】
本発明においてのムライト原料としては、ムライトの化学量論的理論組成（３Ａｌ2 Ｏ3 ・２ＳｉＯ2 ）に近い化学成分組成のものであれば、市販の焼結ムライトや電融ムライト等を用いて良い。
ムライト原料粉末の添加量は０．５〜５重量％、好ましくは、１〜４重量％である。
ムライトの添加量が０．５重量％未満では、マグネシア等との反応による稼動面近傍のガラス層生成が充分でなく、溶解材中のスラグを含む各種成分の炉壁内張り材中への浸潤を抑制する効果や、炉壁内張り材と浸潤成分との反応による変質層の生成低減効果が期待できない。
また、ムライトの添加量が５重量％を越えるとガラス層の生成が多くなり過ぎ、耐食性が低下する。
このムライト原料粉末の粒度は、稼動面近傍でのマグネシア等との反応によるガラス層生成を容易にする観点から、１ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍ以下である。
【００１７】
本発明の誘導炉用ラミング材を内張り材として誘導炉を築炉するには、従来法と同様の方法を用いれば良い。
例えば、高周波誘導炉の築炉の場合、図１、２に示すように、誘導コイル１の内側にあるコイル保護用耐火物２の内面に、断熱シート３をセットした後、ラミング材（内張り材）４を炉床部に所定量装入し、エアーランマーで充填施工する。
施工完了後、炉床施工面を平滑に仕上げ、築炉シリンダー５を炉床中央にセットし、築炉シリンダー５と断熱シート３の間の炉壁部に所定量のラミング材４を装入しエアーランマーで充填施工する（１回当たりの施工高さ６０〜７０ｍｍ）。
炉壁部は、上記操作を繰り返しながら上部に延長し炉上部迄充填施工して築炉を完了する。また、上記築炉法以外の自動築炉方式を採用して築炉してもよい。
このようにして築炉された炉の内張り材容器内に銑鉄等の原料を投入し、誘導コイル１に通電して原料金属を溶融する。
【００１８】
【実施例】
「実施例１〜５、比較例１〜４」
表１に示した配合組成の本発明のラミング材（実施例１〜５）と比較例品ラミング材（比較例１〜４）を用い、図１、２に示すような３００ｋｇ高周波誘導炉に以下に示す方法で張り合わせた。
即ち、コイル保護用耐火物２の内面に、断熱シート３をセット後、実施例１のラミング材を炉床部に所定量装入し、エアーランマーで充填し施工した。
施工完了後、炉床施工面を平滑に仕上げ、築炉シリンダー５を炉床の中心にセットし、築炉シリンダー５と断熱シート３の間に仕切り板６を３等分間隔でセットして、３種類のラミング材（実施例１〜５，比較例１〜４から順に選ぶ）を各々の炉壁部に所定量装入した。
ラミング材装入後、各供試ラミング材の表面を平らに均し、仕切板６を炉上部に引き抜き、エアーランマーで充填施工した（１回当たりの施工高さ６０〜７０ｍｍ）。
施工後、打ち継ぎ面でのラミネーション防止のため、施工面の目荒らしを行い、再度仕切板６をセットし、以降同ような方法で炉上部まで充填施工した。
築炉完了後、溶解試験を行った。
【００１９】
溶解試験は、銑鉄１５０ｋｇを溶解し、１６５０〜１６８０℃で５時間保持し、その後出湯して冷却する試験を２回繰り返した。
溶解試験時の投入スラグ量は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｎＯの３成分を合量で８０重量％、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＭｇＯの３成分を合量で２０重量％とし、合計１００重量％とした。そして、上記合成スラグ３００ｇを１時間毎に入れ替えた。
溶解試験評価結果を表１及び表２に示す。
【００２０】
表１及び表２における各評価の表示は、以下の基準による。
（１）耐食性の評価：
浸食深さ：優（〇）２０ｍｍ未満、劣（×）２０ｍｍ以上
（２）耐浸潤性の評価：
浸潤深さ：優（〇）１０ｍｍ未満、劣（×）１０ｍｍ以上
（３）コイルセメント側粉体層の評価：
粉体層厚み：優（〇）３０ｍｍ以上、劣（×）３０ｍｍ未満
（４）炉壁稼動面の亀裂評価：
炉壁稼動面の亀裂最大幅：優（〇）0.2 ｍｍ未満、劣（×）0.2 ｍｍ以上
【００２１】
【表１】
0004124864.tif 000002
【００２２】
【表２】
0004124864.tif 000003
【００２３】
上記表１から、実施例１〜５の本発明のラミング材は、耐食性、耐浸潤性、炉壁稼動面の亀裂発生状況から見た耐熱衝撃性の全てについて優れた性能を示すことが判る。
これに対し、マグネシアが本発明の規定範囲より少ない比較例１のラミング材は亀裂が大きく生じ耐熱衝撃性に劣り、電融マグネシアが規定範囲より多い比較例２のラミング材は耐食性及び耐浸潤性に劣る。
また、ムライトが本発明の規定範囲より少ない比較例３のラミング材は耐浸潤性が劣り、ムライトが多い比較例４のラミング材は耐食性に劣ることが判る。
【００２４】
【発明の効果】
本発明にかかるラミング材は、耐食性、耐浸潤性、耐熱衝撃性の各特性を併せ持ち、このラミング材を誘導炉炉壁に内張りすることにより、亀裂の発生が低減され、発生した亀裂の拡大が抑止される。
また、本発明にかかるラミング材を誘導炉炉壁に内張りした場合、炉壁内張り材の稼動面側においては、ムライトがマグネシア等と反応することにより適正なガラス層が生成し、生成ガラス層によりスラグ成分等の炉壁内張り材中への浸潤を抑制することができる。また、コイルセメント側の非稼動面側では焼結が過度にならず適正な厚みの粉体層を残存させることができる。
そのため、仮に稼動面に生じた微細な亀裂から溶湯が浸入した場合でも、溶湯の浸入はこの硬化していない粉体層で阻止することができ、操業時の安全性が一層高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】誘導炉の平面図である。
【図２】図１の概略断面図である。
【符号の説明】
１    誘導コイル
２    コイル保護用耐火物
３    断熱シート
４    ラミング材（内張り材）
５    築炉シリンダー
６    仕切板
【図１】
0004124864.tif 000004
【図２】
0004124864.tif 000005