(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下で、且つ、最大幅／厚さの比が２〜５０である板状骨材を使用した一軸成形された炭素含有れんがによる混銑車の湯当部のライニング構造であって、
前記炭素含有れんがの成形方向とライニングの円周方向に形成される目地とが平行になるように配列されているライニング構造。
【請求項２】
板状骨材を使用した炭素含有れんがが、板状骨材を３〜７０質量％と膨張化鱗状黒鉛を１〜３０質量％を含有する請求項１に記載のライニング構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄鋼製造業における混銑車の湯当たり部のライニング構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、溶融金属容器の内張りには、通常、アルミナカーボン、アルミナ炭化珪素カーボン、マグネシアカーボンれんがなどの炭素含有れんががライニングされている。このライニング構造において、溶融金属を受ける際にその落下による熱衝撃、機械的衝撃などが加わる湯当たり部には、とくに、耐用性に優れたれんがが使用されている。ここで言う湯当り部とはストライキングゾーンとも呼ばれ、耐火物ライニングにおいて溶融金属、溶融ガラス、溶融スラグなどを受ける時に、その落下による熱衝撃、機械的衝撃が加わる部分である。例えば、混銑車では受銑口直下の湯落ち部とその周辺である。
【０００３】
しかしながら、この湯当り部では、れんがとれんが間の目地及びその周辺のれんがを含む目地部の先行損耗が問題になる。れんがの目地部が深く蒲鉾状に先行損耗して局所的に残存ライニング厚みが小さくなり、本来のれんがの実力が生かされずに低ライフに終わってしまうのである。
【０００４】
このれんが目地部の先行損耗、いわゆる目地開き現象を解決するための手法として、アルミナカーボンれんがへのマグネシア添加や蝋石添加が知られている。これらの手法は、スピネルやムライト生成反応時の膨張を利用してれんがを半永久的に膨張させて目地開きを抑制するというもので、鉄鋼産業の溶銑鍋、混銑車、あるいは溶鋼鍋などを中心に広く用いられている。しかしながら、とくに混銑車の湯当たり部などでの目地部先行損耗に対しては大幅な改善効果は認められていないばかりか、残存熱膨張が大き過ぎてセリ割れるためか、あるいは、焼結により強度が上昇し過ぎるためか、詳細は不明であるが剥離損耗が助長される場合もあり、目地部の損耗、ひいてはれんが損耗速度の軽減に対して大きな改善効果は見られていない。
【０００５】
特開平６−２９３５６０号公報においては、目地部の損耗の原因はれんがの熱間応力による目地コーナーの欠けにあると考え、ろう石を添加することにより、熱間応力の低下によるコーナーの欠けを防止しようとすることが開示されている。しかし、この手法でも、目地部の先行損傷を防止するにはまだ不十分であった。
【０００６】
さらに、特開平８−１５７２５２号公報には、板状のアルミナ骨材を３〜７０質量％含む炭素含有れんがが開示されている。この板状のアルミナ系骨材を使用したれんがは、亀裂の伝播拡大を抑制する機能を有することにより、耐スポーリング性が大幅に向上するとされている。このれんがを湯当り部に適用すると、目地部の損耗が改善される場合もあるが、使用条件によって目地部の損耗の程度が大きく悪化し、安定使用できない問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、板状骨材を使用した炭素含有れんがのライニングにおいて、目地部の先行損耗を抑制するためのライニング構造を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、厚さが０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下で、且つ、最大幅／厚さの比が２〜５０である板状骨材を使用した一軸成形された炭素含有れんがによる混銑車の湯当部のライニング構造であって、前記炭素含有れんがの成形方向とライニングの円周方向に形成される目地とが平行になるように配列されていることを特徴とする。
【０００９】
一般に、炭素含有れんがは、一軸方向で成形すると、内在する鱗状黒鉛粒子がその面がれんがの成形方向に対して垂直な方向に配列する傾向にある。詳細は不明であるが、このためか成形方向に垂直な方向、すなわち、鱗状黒鉛粒子に平行な方向の熱膨張率と発生熱応力が大きい傾向にある。このため、成形方向と平行な目地部は、発生応力によるれんがの欠けが発生し損耗が大きくなることが考えられる。
【００１０】
ところが、本発明者は、板状骨材を使用した炭素含有れんがは、成形方向と垂直な方向の熱膨張率及び発生熱応力が小さくなることを知見した。そこで、れんがのライニングにおいて、れんがの成形方向と損傷を軽減させたい目地とがほぼ平行になるように配列すると、れんがの成形方向と直角方向の発生熱応力が小さくなる。このため、稼動面において成形方向と平行な目地に接触するれんがの欠けが軽減され、目地部の損耗が軽減する。
【００１１】
さらに、れんがの成形方向と目地とがほぼ平行になるようにライニングすることで、れんがに含有される板状骨材の大きい面が、稼動面に対してほぼ垂直になるように配置されることになる。このため、稼働面に平行な方向の破壊エネルギーが大きくなり、稼働面に平行な亀裂の進展が抑制され、耐剥離性が大幅に向上する。また，この板状骨材の表面が稼働面に垂直な方向に優先的に配向しているため、マトリックスが先行損耗する場合の骨材の抜け落ち現象が軽減、すなわち、抜け落ちるまでに要する時間が長くなるため耐アブレージョン性も向上する。
【００１２】
本発明は耐火れんがのライニングにおいて、目地部の損傷軽減に有効であるが、とくに、混銑車や取鍋の湯当り部に適用することによってより大きな効果が得られる。混銑車の場合には、一般的には湯当り部の円周に対して平行な目地部の損傷が最も大きいため、円周に対して平行な目地とれんがの成形方向が平行になるように配置すると良い。
【００１３】
本発明で使用できるれんがは、アルミナカーボン、アルミナ炭化珪素カーボンもしくはマグネシアカーボンれんがなどの黒鉛を含有し、しかも一軸方向で成形したれんがにおいて、原料として板状骨材を使用したものである。例えば特開平８−５７２７０号公報で開示されいるれんがも使用することができる。また、焼成でも不焼成でも問題なく適用できる。
【００１４】
なお、れんがの成形に際して、フリクションや油圧を利用した一軸成形機を使用すると、板状骨材は、その大きい面が成形方向に対し垂直の方向になるように板状骨材が優先的に配列する。通常、板状骨材の配向性については、板状骨材のうち７０〜９５％が成形方向に対しほぼ直角に配列している。ここで、ほぼ直角とは６５〜１１５度の範囲にあることを意味する。
【００１５】
板状耐火性骨材の形状としては、厚さは０．２ｍｍ以上で３ｍｍ以下が好ましい。本発明のライニング構造において、目地部の先行損耗を抑制するという目的のためには、板状骨材の大きい面の面積が広い方が良い。大きい面の最大部の長さ、もしくは、最大幅／厚さ（以下Ｄ比と略す）の比は２〜５０であることが好ましい。板状骨材の厚さが０．２ｍｍ未満のものを添加した場合には、これを使用したれんがの強度が低く、逆に、３ｍｍを越える場合には、目的とする目地部の損耗抑制効果と耐アブレージョン性と耐剥離性の何れの改善効果も小さい。一方、Ｄ値が２未満の場合も、目的とする目地部の損耗抑制効果、耐アブレージョン性、耐剥離性等の改善効果は小さい。逆に、５０を越えるものでも同様の効果は得られるが、成形性が悪く、取り扱い作業性に劣る欠点がある。
【００１６】
また、板状骨材としては、適用する窯炉の操業条件などに合わせて選択する。入手し易さや経済性を考慮すると、例えば、ＩＣなどの基板材を粉砕するなどして前述の形状に揃えたものを使用できる。さらに、バージン原料の使用はもちろんのこと、基板材のリサイクル品なども上記の形状に揃える事で問題なく使用できる。
【００１７】
板状骨材は、３〜７０質量％の範囲で使用するこができ、３質量％未満では十分な効果が得られず、７０質量％を超えると、れんが組織が疎になり耐用性が低下する。
【００１８】
また、板状骨材含有耐火れんがとして膨張化黒鉛を含有したものを使用すると、より目地部の損耗が減少する効果が得られる。膨張化黒鉛は、鱗状黒鉛に酸処理を施したものを加熱し、膨張させたもの、あるいは、さらにそれを解砕して厚みを低減させたものなどを使用できる。その使用量については、要求される耐スポーリング性のレベルに応じて１〜３０質量％までの範囲で選択でき、耐スポーリング性のレベルは添加量と共に向上する。しかしながら、３０質量％を越えると成形が困難となる。
【００１９】
本発明に使用するれんがは、一般的に使用されている炭素含有れんがに、板状骨材あるいは膨張化黒鉛を使用し、一軸方向に成形後、加熱処理することで得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１に示す混銑車１の受銑口２の真下に設けられた湯当り部３に適用した実施例によって説明する。
【００２１】
図２は、本発明のライニングに使用するれんが４の斜視図を示す。図中の矢印はれんがの成形方向を示す。４１は板状骨材で、４２は板状骨材の大きい面で、４３は稼動面を示す。板状骨材４１は、平均厚みが１ｍｍで、幅が２０〜３０ｍｍのものを使用した。板状骨材４１は、板状骨材の大きい面４２がれんがの成形方向に対してほぼ垂直な方向になるように配列されており、板状骨材の大きい面４２は、稼動面に対してもほぼ垂直になるように配置している。また、図示してはいなが、れんが中に含まれる鱗状黒鉛も、同様にれんがの成形方向に対してほぼ垂直な方向になるように配列されている。
【００２２】
図３は、この湯当り部３のライニング構造の一部を平面図、つまり、受銑口２から下に向かって見た図である。れんが４の間はモルタル５が充填され、円周に対して平行な目地、つまり損傷を軽減させたい目地５１と円周に対して直角な目地５２を形成している。このライニングには、図２と同じ成形方向を持つ同形状のれんが４を使用した。そして、個々のれんが４は、れんが４の成形方向と損傷を軽減させたい目地５１がほぼ平行になるように配列されている。しかも、耐火煉瓦４は成形方向と損傷を軽減させたい目地５１とがほぼ平行になるようにライニングすることで、板状骨材の大きい面４２が、稼動面４３に対して垂直な方向に優先的に配向するように配置されることになる。
【００２３】
ここで目地部の方向とは、稼動面と同一面上での方向のことを言い、図３においては、図に対して上下方向と左右方向である。この時れんがの成形方向は図で上下方向であるから、れんがの成形方向と損傷を軽減させたい目地５１との関係は平行になっている。一方、円周に対して直角な目地５２とれんがの成形方向の関係は直角である。
【００２４】
表１は、本発明のライニング構造を、図３に示す態様で、図１の混銑車の湯当たり部に供した結果を表１に示す。実施例１〜３は、何れも、れんがの成形方向と損耗を低減したい目地部、すなわち、混銑車のライニングの円周方向の目地の方向がほぼ平行になっている例を示す。これに対して、比較例１は、成形方向が図３において左右方向になるれんがの場合であり、成形方向と混銑車のライニングの円周方向の目地の方向とはほぼ直角になる。比較例２は、成形方向が図３において紙面の前後方向になるれんがの場合であり、成形方向と混銑車のライニングの円周方向の目地の方向とはほぼ直角になる。
【００２５】
なお、ライニングを形成するれんがとしては、厚み１〜２ｍｍ、Ｄ比が２０の板状骨材を３０％添加したアルミナ・炭化珪素・カーボン質不焼成れんがを使用した。実施例２及び実施例３は、実施例１のれんがで使用した鱗状黒鉛のうち一部を膨張化黒鉛に置換したものである。
【００２６】
テストのためのライニングは、混銑車の湯当り部に１２個のれんがをライニングして、それぞれの損傷状況及びライフを比較した。その結果を表１に示すとおり、本発明の実施例に係るライニングは、比較例と比べて倍以上のライフを示した。
【００２７】
【表１】
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表２は、本発明のライニング構造に使用する炭素含有耐火れんがの特性を調べたものである。表２に示す実施例４〜１４は、板状骨材としてはアルミナと膨張化黒鉛をそれぞれ３〜７０質量％と１〜３０質量％の規定の範囲内で含有する例を示す。これに対して、比較例３〜５は、それぞれの含有量が範囲外の例を示す。
【００２８】
それぞれのれんがは、表２に示す原料組成に液状のフェノール樹脂系バインダーを適量添加して、混練し、フリクションプレスによる成形の後、９０℃で２４時間乾燥し、２５０℃で６時間保持して硬化処理を行い不焼成炭素含有耐火物としたものである。板状骨材として，アルミナ質のＩＣ基板を粉砕して，厚さとＤ値を調整して得られた板状アルミナを使用した。板状以外のものは、純度９９％の電融アルミナを使用し、黒鉛，炭化珪素は純度９５％のものを使用した。
【００２９】
特性の試験は、調製したれんがを窒素雰囲気中でれんがの成形方向と非成形方向について、０．２ｍＰａ荷重下の熱膨張率と（サンプル形状：５０ｍｍΦ×５０ｍｍＨ）、一軸拘束下で一軸方向に発生する最大熱応力を調査した（サンプル形状：５０ｍｍΦ×１００ｍｍＨ）。さらに，３点曲げたわみ試験器を用い、板状骨材に垂直な方向の曲げ歪み特性を７００℃還元雰囲気で測定し，その時の破壊エネルギーを比較した。その結果を表２に示す。
【００３０】
試験の結果、表２に示すように、いずれの実施例の試験サンプルも、れんがの成形方向に対して垂直方向の荷重下膨張率及び最大発生熱応力が比較例の板状アルミナを使用しない場合と比べて低下した。また、板状骨材の添加量増大に伴って非成形方向の荷重下膨張率及び最大発生熱応力が低下する傾向を示す。一方成形方向の荷重下膨張率及び最大発生熱応力については、板状骨材の添加量増大に伴ってやや増加している。とくに、膨張化黒鉛を併用した実施例１４はその効果が顕著に現れている。破壊エネルギーの面でも実施例４，７，９と１４を比較例５と対比すると、板状骨材の適用により、破壊エネルギーが増大し、強度／弾性率比も上昇していることが分かる。この結果は、板状骨材の添加により熱衝撃や機械的衝撃に対する破壊抵抗性が増大していることを示唆するものである。
【００３１】
なお、この例では、板状骨材としてはアルミナを使用した例を示したが、マグネシアなど他の板状骨材を使用しても同様の結果が得られることが分かった。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
【発明の効果】
１   溶融金属容器の目地部の損耗が減少し使用するれんがのライフが向上する。
【００３４】
２  従来損耗が激しかった取鍋及び混銑車の湯当たり部では、目地部の損耗が低減することで、混銑車のライフが２倍以上になる。
【００３５】
３   板状骨材と膨張化黒鉛を併用することで、目地部の損耗をさらに減少する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  適用した混銑車の断面部を示す。
【図２】  使用するれんがの斜視図を示す。
【図３】  湯当り部のライニング構造の一部を平面図によって示す。
【符号の説明】
１    混銑車
２    受銑口
３    湯当り部
４    れんが
４１  板状骨材      ４２  板状骨材の大きい面    ４３  稼動面
５    モルタル
５１  円周に対して平行な目地部    ５２  円周に対して直角な目地部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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