(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅および銅合金を溶解、精錬するする誘導炉に於いて、炉の最内側壁部又は側壁部と底部を溶融石英材５〜３０重量％、炭化けい素質材５〜４０重量％、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系材料からなるＡｌ２Ｏ３含有量が５５％以上のアルミナ質材３０〜９０重量％でこの３者の合量が９０重量％以上である耐火材料に適宜の解膠材及び硬化材を添加し、混練後１体成形体とし、１０００℃以下の熱処理を施し、気孔率１５％以下とした定形耐火物で築造したことを特徴とする誘導炉。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は銅及び銅合金を溶解、精錬をするために用いる誘導炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、銅および銅合金を溶解、精錬する場合、黒鉛ルツボを内装した誘導炉またはルツボ炉が用いられている。
最近では溶解、精錬がより簡便でかつ省力化、溶湯の品質調整が容易で、しかも作業環境が良い等の点から、
１．溶解効率の高い
２．溶解炉の保全が容易である
３．操炉が簡便で且つ省力化の計れる
４．公害問題の少ない
５．成分、温度の調整が容易に出来る
６．品質の安定度が高く均質性の高い溶湯が容易に得られる
等の諸利点を有している誘導炉の普及が急速に進んできている。特に５００ｋｇ以上の大型誘導炉は外周部に電気誘導コイルを配設し、このコイルの内側に必要ならばコイル保護用のコイルセメントにより被覆層を備えさせ、その内側に湯モレセンサー、絶縁材、断熱材等々を配設しその最内側に１層の耐火材壁（内張材）を構築して使用されている。この内張耐火壁の構築方法は一般には炉体の内側に所定の壁厚さを持たせるように設計された鋼製の内型枠（以下フォーマーと称する）を炉本体内に配設し、このフォーマーと炉本体との間隙部に乾粉状の不定形耐火物を投入した後、フォーマーの内側より振動を与えながら投入された不定形耐火物を加振充填させて施工する。この乾粉不定形耐火物の施工の良否が内張材の耐用を大きく左右し炉の寿命が決る。施工時の充填度が低く且つ充填度にバラツキが有ると異状損傷をきたし、その耐用は短命に終る。この予定外の短命寿命の場合や大きな異状損傷は内張材にとどまらず、炉本体の損傷にもつながる重大事となり鋳造工場の稼動停止にもつながり大きな影響をもたらす。安定した操炉を行うためにはより確実なる施工を行うことが必要である。それには高い熟練度が必要とされる。このような施工の良否と共に長寿命化をはかり施工の省力化、工場の稼動率を高めるためこれに用いられる耐火材は特に吟味されたハイアルミナ質材、アルミナ質材、マグネシア質材およびスピネル質材や、これらの材料に炭化けい素質材５〜２０重量％添加された炭化けい素質の耐火物に必要ならば無水硼酸等の焼結助材を添加した乾式不定形耐火物が使用に供されているが、炉の操業中に生成する銅の酸化物を主な成分とするノロの付着および組織内へのノロの選択的浸透により異成分組織の形成や過焼結により使用中において、加熱冷却が繰り返されることにより内張材に亀裂が発生し、この亀裂部に地金が浸入し全体的には炉壁の残有厚を多く残しながらも耐用に耐えられなくなり、内張材の寿命を短かくしている。この間、付着ノロの除去作業は高温中に行なはないと除去が困難となるため非常な高熱作業が要求される。このため炉壁保全の機会が多くなり炉操業率を低下させる。炉の保全費がかさむことや解体、施工と云う極度に作業環境の悪い３Ｋの代表的な作業をよぎなくされる。これらの諸問題を解決し安定した操炉が出来て、操業率が高くランニングコストが低く、良い環境での作業ができ、炉壁材の解体、施工と云う３Ｋ作業の頻度が少なく且つ簡便な作業となるよう強く望まれているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の如く、炉の稼動中は炉の内張材の稼動面に多く付着する銅の酸化物を主成分とするノロが付着する高熱場所でのノロ除去作業や亀裂の発生による地金差し等による突発的な損傷により炉の操業率の低下をまねきひいては鋳造工場の操業面にも支障をきたす。このための炉の保全費、チョコ停によるロスが非常に高くなることや炉の解体、打施工と云う代表的な３Ｋ作業の機会が多くり、操業面、炉の費用面、および３Ｋ作業面等々の多くの問題をかかえている。これらの諸問題を解決して工場の稼動率面、製造コスト面、および作業面の改善をすることのできる誘導炉の内張用耐火物を提供することを技術的な課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等はこのような現状に鑑み炉が安定して操業ができ、且つ、ノロ取り等の高熱場所での作業頻度を少なくし、３Ｋ作業の軽減が計られ、突発的な内張材の解体、打施工作業をなくし、より高い安全、安定操業が維持できるための手段として第１に内張用耐火物の材料構成を溶融石英材５〜３０重量％、炭化けい素質材５〜４０重量％、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系材料からなるＡｌ２Ｏ３含有量が５５％以上のアルミナ質材３０〜９０重量％で、この３者の合量が９０％以上である耐火材料で構成することにより改善を見い出した。
【０００５】
銅および銅合金の溶解、精錬用誘導炉の誘導炉用内張耐火物として、５５％以上のＡｌ2Ｏ3を含有するハイアルミナ質材およびアルミナ質材により高耐食性を維持し、これに炭化けい素質材を加えて耐食性、スラグの組織内への耐浸透性を高めるとともに高熱伝導性がはかられる。尚溶融石英材の添加は全体の熱間線膨脹率を小さくするとともに耐火物組織内に大きく異る低膨脹性材料を複合化させることにより耐熱衝撃性を高める効率を生み出すことができると共に使用中は溶湯より受熱や大気との接触等により炭化けい素材は一部酸化現象を生しクリストバライト等の酸化物を生成することや、溶融石英は粒の外層部より一部結晶化を生ずる。この酸化現象、結晶化現象により体積が膨脹して耐火物素材が焼結による体積収縮をおこし、これにともなう亀裂の発生が抑制される等々の好成績を修めることができることにより溶損が少なく、割れ、亀裂が小さく、ノロの付着が少なくなることにより現在の諸問題を大きく改善することができて、安全且つ安定した操業ができ、チョコ停を改善した高能率な作業ができることおよび高熱場所でのノロ除去作業も大巾に軽減することができる。
【０００６】
前記耐火材料より耐用度を向上させるためにあらかじめ定形化された内張用耐火物と成し、更に第２の改善策としてあらかじめ側壁を１体成形体となし、この成形体が組織的に均一性が高く且つ１０００℃以下の温度で熱処理を施こし、気孔率１５％以下の高密度化成形体となし、誘導炉の最内側壁材を構成し、この定形耐火物と炉本体との間隙に乾式不定形耐火物を投入して直接加振充填して２層構造体とすることにより作業環境の悪いなかでの築炉作業即ち３Ｋ作業が大きく軽減されて改善され、又高い熟練度を必要とせず確実なる施工が容易にかつ簡単に出来るようになった。尚炉の立ちあがりにさいしても１体成形体としているため従来のように１０〜１５時間と長時間を要する低温での焼結工程を全ったく必要とせず築炉後すぐに正規の稼動が可能となった。このように材質及び耐火物の形態を改善した方法での施工方法の開発により、より安定した操業ができ、長寿命化と施工の簡略化により３Ｋ作業の軽減化および操炉時の前工程を省くことができる等、大きな効果をあげることができて、現在かかえている諸問題を解決し得る方法をここに提供するものである。
【０００７】
（限定理由）
▲１▼炭化けい素質材の添加量５〜４０重量％
ａ  ５重量％以下ではノロの付着性、ノロの浸透性および耐食性の改善効果が小さい
ｂ  ４０重量％以上であると、導電材であるためエネルギー効率が小さくなることと耐食性および耐熱衝撃性の改善効果が認められない。原料コストが高くなるためである。
▲２▼  溶融石英材の添加量５〜３０重量％
ａ  ５重量％以下となると、溶融石英の諸持性を引き出すことができない。
ｂ  ３０重量％以上となると耐熱衝撃性の面で強化にはなるが耐食性がより低下してくる。
▲３▼    Ａｌ2Ｏ3５５％以上含有するハイアルミナ質材およびアルミナ質材３０〜９０重量％の配合量について、
ａ  Ａｌ2Ｏ3含有量５５％以下となると耐食性が低くなる。
ｂ  ３０重量％以下の場合は耐食性が低くなる。
▲４▼  気孔率１５％以下とする
耐火物の気孔率が１５％以上となると組織が粗くなり溶融異物が容易に浸透できるようになりこれが溶損を増加させるとか変質層を形成して内部亀裂を生じせしめ剥落現象となり構造的損傷を多発させる。
▲５▼  熱処理温度１０００℃以下
ａ  １０００℃以上となると耐火物が硬さが進み熱衝撃抵抗性が低下すると共に亀裂が成形体の厚み全部に入り損傷を早めることとなるため、
【０００８】
【実施例】
以下本発明の実施例について記載する。
１．実施例に用いる耐火材料の化学成分値を表１に示す。
基本粒度構成を表２に示す。
【０００９】
【表１】
0003841185.tif 000002
【００１０】
【表２】
0003841185.tif 000003
【００１１】
▲１▼一次基礎試験
Ａｌ2Ｏ3−ＳiＯ2系材料および溶融石英材について、一次基礎試験の配合比率および試験結果を表３に示す。
【００１２】
【表３】
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【００１３】
試験体は表１、２に示す定められた材料を用いて表３に示された配合比率に調整して、微粉部に解膠材としてリン酸ソーダー１重量％、水４重量％を添加し、混練後粗、中粒部材を混合、混練後、振動台上で、金属製容器内で厚み３０−５０ｍｍぐらいとして加振脱泡を５分間行い、成形用原料を作成し、振動台上に２５０×１１４×６５ｍｍの成形用石膏型を固定し、振動させながら石膏型内へ成形用原料を順次投入して成形する。脱型後予備乾燥として３０〜５０℃２４時間乾燥後、５００℃１０時間の熱処理を行ない製出する。この試験体を用いて、品質特性値試験および高周波誘導炉を用いて側壁張り分け法での浸食試験を行なう。
【００１４】
浸食試験の条件
溶解物      銅
溶湯温度    １３００℃
保持時間    ７２時間
【００１５】
この基礎試験の結果によりＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料でＡｌ2Ｏ3５０％含有材は溶損が大きい。尚溶融石英材は稼動層の焼結が進み、溶損量はハイアルミナ材に比べ大きな差はなく異成分の浸透も非常に少ない状態である。
【００１６】
▲２▼二次基礎試験
炭化けい素材の適正添加量を求めるため二次基礎試験を行なった。
その配合比率と試験結果を表４に示す。
一次基礎試験のＮｏ３およびＮｏ４を基として、アルミナ質材３０重量％ムライト質材７０重量％を基準材とし、ムライト質材と炭化けい素質材を置換して、炭化けい素質材の適正配合量を求めた。
試験体は一次基礎試験と同様の方法で製出し品質特性値試験および浸食試験を行ない検討した。
【００１７】
この二次基礎試験の結果より炭化けい素質材の添加量は５重量％より異成分の浸透深さおよび耐溶損、耐スラグ性の効果が認められ、添加量の増量にともない３５重量％まではその改善効果が高くなるが４０重量％以上ではほぼ同じ位の平行値で推移する。
【００１８】
【表４】
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【００１９】
▲３▼三次基礎試験
二次基礎試験をもとに溶融石英材の適正配合比率をきめるため三次基礎試験を行った。その結果を表５に示す。
二次基礎試験の試験材▲３▼，▲４▼を基に炭化けい素質材１５重量％，アルミナ質材３０重量％，ムライト質材５０重量％を基準材とし、ムライト質材と溶融石英材を置換して溶融石英材の適正配合比率を求めた。耐熱スポーリング試験結果を表６に示す。
試験体は一次基礎試験と同様の方法で製出し、品質特性値試験浸食試験および弾性率の変化率による耐熱スポーリング性試験を行った。
【００２０】
【表５】
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【００２１】
【表６】
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【００２２】
溶融石英材の添加量は５重量％で耐スポーリング性の向上が認められるが３０重量％以上ではその効果はほぼ同様である。
【００２３】
▲４▼実炉使用試験
基礎試験の結果にもとづいて本発明品の実炉試験を行なった。実用結果を比較例とともに表７に示す。
【００２４】
【表７】
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【００２５】
本発明の実用実施品として三次基礎試験のＮｏ２およびＮｏ４の本発明品を用いた。比較例としてＮｏ１、Ｎｏ６およびＮｏ４と同材質の不定形耐火材Ｎｏ４Ａを用いた。本発明品のＮｏ２、Ｎｏ４および比較例のＮｏ１、Ｎｏ６は一次基礎試験で行ったのと同様の製造方法を用いて誘導炉用の所定の形状の気孔率１５％以下の１体成形体の定形耐火物を作成する。これを誘導炉本体内に配設し、炉本体との間隙に成形体を拘束させるためにハイアルミナ質の乾粉不定形耐火物を加振充填し固定施工する。尚比較例のＮｏ４Ａは従来法であるフォーマーを炉本体内に配設し、所定の厚みになる様この間隙にＮｏ４Ａ材を投入振動充填して築造して使用に供した。
【００２６】
実炉試験に用いた誘導炉の使用条件を下記に示す。
炉の大きさ    ２Ｔ
溶解物        銅
溶湯温度     １３００℃
【００２７】
【発明の効果】
以上の結果に示されるように現在一般に用いられている表７の実用実施例比較品Ｎｏ６アルミナ・ムライト：炭化けい素質系のハイアルミナ−炭化けい素質材は使用中に亀裂の発生が多く且つ溝状の異状損傷へと発達し、この溝に地金が差し込み使用に耐えられなくなるが本発明品は亀裂の発生もきわめて少なく又小さく有害な異状損傷迄に発達することなく安全で安定して使用ができる。尚総１ｃｈ当りの損傷量比は本発明品のＮｏ２とＮｏ４は比較品Ｎｏ１に対してはそれぞれ３０％，２８％比較Ｎｏ６に対してはそれぞれ６２％，５８％にとどまり、又Ｎｏ４材において本発明による定形耐火物とした場合と乾式不定形耐火物としての従来方法との比較においては５７％にとどまり大巾な耐用寿命の改良向上が見込まれ且つ異状損傷が極小さくなることにより耐用寿命の向上と、操業の安定性にも大きな効果が修められるものである。