JP4802178B2 - Microwave heat treatment method for Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick - Google Patents
Microwave heat treatment method for Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick Download PDFInfo
- Publication number
- JP4802178B2 JP4802178B2 JP2007312166A JP2007312166A JP4802178B2 JP 4802178 B2 JP4802178 B2 JP 4802178B2 JP 2007312166 A JP2007312166 A JP 2007312166A JP 2007312166 A JP2007312166 A JP 2007312166A JP 4802178 B2 JP4802178 B2 JP 4802178B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mgo
- brick
- microwave
- temperature
- heat treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
本発明は、本発明は、製鋼の転炉及び溶鋼鍋、脱ガス設備で主に用いられている、不焼成耐火物であるAlまたは/及びAl−Mg合金添加MgO―Cれんがをマイクロ波で熱処理する方法に関するものである。 The present invention relates to a non-fired refractory Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick, which is mainly used in steelmaking converters, molten steel pans, and degassing facilities, by microwave. it relates to how to heat treatment.
MgO−Cれんがは通常、次のように製造される。まず、MgO源としてのマグネシア原料及び炭素源としての鱗状黒鉛、粉末ピッチ、カーボンブラックなどの粉末炭素原料、更には金属源としての、Al、Al−Mg合金に、結合剤としてノボラック系フェノール樹脂を加える。さらにこれらをニーダーなどで混錬し、混錬後の混錬物は、一軸オイルプレス、フリクションプレス、または等方加圧成形される。この成形体は、ノボラック系フェノール樹脂を硬化するための乾燥工程として、150℃〜300℃で熱処理され、製品としての不焼成耐火物となる。 MgO-C brick is usually produced as follows. First, a magnesia raw material as an MgO source and a powdered carbon raw material such as scaly graphite, powder pitch, and carbon black as a carbon source, and Al and Al-Mg alloy as a metal source, and a novolac phenol resin as a binder. Add. Further, these are kneaded with a kneader or the like, and the kneaded material is subjected to uniaxial oil press, friction press, or isotropic pressure molding. This molded body is heat-treated at 150 ° C. to 300 ° C. as a drying process for curing the novolac phenol resin, and becomes a non-fired refractory product.
この不焼成耐火物は、転炉、取鍋、RH等の脱ガス炉で築造され使用されている。例えば、転炉に築造されたMgO−Cれんがでは、築造終了後、炉内にコークスを挿入し、上部ランスより酸素を送風し、雰囲気温度として1000℃以上に昇温され、その後溶銑を受け入れ、溶銑の脱炭反応容器として使用される。
一方、取鍋、RH等では通常ガスバーナーを用いて、転炉の場合と同様に雰囲気温度1000℃以上に昇温され、その後取鍋では溶鋼輸送容器として、RHでは脱ガス処理炉として使用される。
This unfired refractory is built and used in a degassing furnace such as a converter, a ladle, and RH. For example, in the MgO-C brick built in the converter, after the construction is completed, coke is inserted into the furnace, oxygen is blown from the upper lance, the temperature is raised to 1000 ° C. or more as the ambient temperature, and then the hot metal is received. Used as a hot metal decarburization reaction vessel.
On the other hand, a ladle, RH, etc. are usually heated to an atmospheric temperature of 1000 ° C. or more using a gas burner, and then used as a molten steel transport container in the ladle, and as a degassing furnace in RH. The
ここで、MgO―Cれんがのような含炭素耐火物に、酸化抵抗性を付与する技術として、Al、Si、Cr、Ti、Mg群から選ばれた金属粉末を添加することが特許文献1に記載されており、その機能について以下のように詳述されている。
すなわち、原料耐火粉末とカーボン粉末ないしは加熱分解によりカーボンを生成する炭素物質の混合物に、高温域、普通には1000℃以上の高温域においてカーボンより酸素親和力の大きい金属粉末を成形したものを高温域、普通には1000℃以上に加熱することにより、該金属粉末の酸化物を生成せしめ、該金属酸化物生成時の体積膨張により、成形時の粒子間隙を塞ぐと同時に高強度化を達成するとされている。すなわち特許文献1においては、酸素親和力の大きな金属を添加後、この金属が反応する1000℃以上に焼成して得られる炭素含有耐火物が開示されている。
Here, as a technique for imparting oxidation resistance to a carbon-containing refractory such as MgO—C brick, adding a metal powder selected from the group of Al, Si, Cr, Ti, and Mg to
That is, a mixture of a raw material refractory powder and carbon powder or a carbon material that generates carbon by thermal decomposition is formed by molding a metal powder having a higher oxygen affinity than carbon in a high temperature range, usually 1000 ° C. or higher. Normally, heating to 1000 ° C. or higher generates an oxide of the metal powder, and the volume expansion during the formation of the metal oxide closes the particle gap at the time of molding and simultaneously achieves high strength. ing. That is,
また特許文献2では、Al、Si、Cr、Ti、Mg群から選らばれた金属粉末を添加した500℃以下に焼成された炭素含有不焼成耐火物の製造方法が記載されている。その機能について以下のように詳述されている。
すなわち、原料耐火粉末とカーボン粉末ないしは加熱分解によりカーボンを生成する炭素物質の混合物に、高温域、普通には1000℃以上の高温域においてカーボンより酸素親和力の大きい金属粉末を配して成形し、必要に応じて500℃以下で乾燥又はベーキングした不焼成品を実炉の使用中に加熱されることにより、該金属粉末の酸化物を生成せしめ、該金属酸化物生成時の体積膨張により、成形時の粒子間隙を塞ぐと同時に高強度化を達成するとされている。
Further,
That is, a raw material refractory powder and carbon powder or a mixture of carbon substances that generate carbon by thermal decomposition are formed by arranging a metal powder having a higher oxygen affinity than carbon at a high temperature range, usually 1000 ° C. or higher, If necessary, an unfired product dried or baked at 500 ° C. or lower is heated during use in an actual furnace to generate an oxide of the metal powder, and by volume expansion during the production of the metal oxide, molding is performed. It is said that high strength is achieved at the same time as the particle gaps are closed.
非特許文献1には、MgO−C中に添加された金属Alの酸化防止機構が熱力学的に説明されている。まずAlは炭素と反応しAl粒子表面にCOガス下で安定なAl4C3が生成する。一方、反応しきれない粒子内部のAlは気体となり、COガスと反応しAl2O3となるか、あるいは成形時に巻きこまれたN2と反応し、AlNも生成するが、このAlNも最終的にはCOガスと反応しAl2O3となる。
また非特許文献2には、Al、Siを添加したMgO−Cれんがをコークス粉中で熱処理した後の鉱物構成が報告されており、1000℃〜1400℃の処理ではAl4C3が生成していると報告されている。
すなわち、MgO−CれんがにAl系金属が添加されていると、1000℃〜1400℃で熱処理された場合、Alが最終的にAl2O3に変化する過程で、Al4C3やAlNが生成するのは既知であるが、これらAl4C3やAlNは、水和し易い化合物である。つまり、Al系金属を添加した炭素含有耐火物では、焼成後冷却された時点でAl4C3が生成されている。この状態で築造を行い、実炉で使用する段階では再加熱を受けることになり、Al4C3やAlNの水和物が、分解によって耐火物の崩壊をもたらすという欠点を有している。
このことにより特許文献1に開示された技術で得られた耐酸化性を付与する手法の中でも、特にAl、またはAl−Mg合金添加炭素含有耐火物を、1000℃以上の熱処理後に築造するという技術は、前記した欠点のために、実際には採用されていないのが実情である。
That is, when an Al-based metal is added to MgO-C brick, when heat treatment is performed at 1000 ° C. to 1400 ° C., Al 4 C 3 and AlN are changed in the process of finally changing to Al 2 O 3. Although it is known to form, Al 4 C 3 and AlN are easily hydrated compounds. That is, in a carbon-containing refractory to which an Al-based metal is added, Al 4 C 3 is generated when cooled after firing. The building is constructed in this state and reheated at the stage of use in an actual furnace, and the hydrates of Al 4 C 3 and AlN have the disadvantage that the decomposition of the refractory is caused by decomposition.
Among the techniques for imparting oxidation resistance obtained by the technique disclosed in
一方、特許文献2では、原料耐火粉末とカーボン粉末ないしは加熱分解によりカーボンを生成する炭素物質の混合物に、高温域、普通には1000℃以上の高温域においてカーボンより酸素親和力の大きい金属粉末を配して成形し、必要に応じて500℃以下で乾燥又はベーキングした不焼成品を用いるとあるが、加熱分解により炭素を生成する炭素物質の混合物から揮発分は完全には除去されておらず、そのためこの揮発分が、実炉の使用中に加熱されることにより放出されることになり、この揮発分が放出される際に、組織の劣化を引き起こしていた。
On the other hand, in
以上の事から、Alまたは/及びAl−Mg合金が添加されたMgO―Cれんがにおいて、結合剤であるノボラック系フェノール樹脂から完全に揮発分を除去する熱処理が必要とされていたが、1000℃以上の高温での熱処理を行なうと、既述したように、Al成分から水和性に富んだAl4C3やAlNが生成するという問題がある。 From the above, in MgO-C brick to which Al or / and Al-Mg alloy was added, heat treatment was required to completely remove volatile components from the novolac phenolic resin as a binder, but 1000 ° C When the heat treatment at the above high temperature is performed, there is a problem that Al 4 C 3 and AlN rich in hydration properties are generated from the Al component as described above.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、Alまたは/及びAl−Mg合金が添加されたMgO―Cれんがにおいて、前記したようなAl4C3やAlNが生成される温度よりも低い温度で熱処理し、しかも結合剤であるノボラック系フェノール樹脂から揮発分を完全に除去して、従来よりも強度を高いものとすることを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and in an MgO—C brick to which Al or / and an Al—Mg alloy is added, the temperature is higher than the temperature at which Al 4 C 3 or AlN is generated as described above. The object is to heat-treat at a low temperature, and to completely remove volatile components from the novolac phenol resin as a binder, thereby making the strength higher than before.
発明者らは各種実験により、Alまたは/及びAl−Mg合金添加MgO―Cれんがにおいて、MgO−Cれんがの組織強度が維持され、かつ添加している金属Al、または/及びAl−Mg合金が炭素と反応しない適切な、マイクロ波による熱処理温度が存在することを見出した。 Based on various experiments, the inventors have confirmed that the structure strength of MgO-C brick is maintained in Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick, and that the added metal Al or / and Al-Mg alloy is We have found that there exists an appropriate microwave heat treatment temperature that does not react with carbon.
つまり、従来からの電気炉等による雰囲気加熱ではなくマイクロ波加熱を行なうことで、揮発分除去過程が促進され、マイクロ波加熱工程でフェノール樹脂が炭化した組織は組織強度がほぼ一定の高強度組織となることを見出した。またこのマイクロ波を用いることで、バインダの硬化処理と、炭化処理とを連続して行なえることがわかった。そして後述の実施例で説明したように、マイクロ波によって加熱処理する場合、処理温度が400℃〜850℃の範囲で、そのような高強度が確保できることを見出した。発明者らの知見では400℃の処理温度は、フェノール樹脂起因の揮発分除去が可能な温度である。また850℃の処理温度は、Al−C系化合物が生成しない温度の上限である。 In other words, by performing microwave heating instead of conventional atmospheric heating by an electric furnace or the like, the volatile matter removal process is promoted, and the structure obtained by carbonizing the phenol resin in the microwave heating process is a high-strength structure having a substantially constant structure strength. I found out that It was also found that by using this microwave, the binder curing treatment and the carbonization treatment can be performed continuously. And as demonstrated in the below-mentioned Example, when heat-processing with a microwave, it discovered that such high intensity | strength could be ensured in the process temperature of the range of 400 to 850 degreeC. According to the knowledge of the inventors, the treatment temperature of 400 ° C. is a temperature at which volatile matter derived from the phenol resin can be removed. The processing temperature of 850 ° C. is the upper limit of the temperature at which no Al—C compound is generated.
すなわち、本発明は、ノボラック系フェノール樹脂を用いて成形されたAlまたは/及びAl−Mg合金添加MgO―Cれんがのマイクロ波熱処理方法において、熱処理温度として400℃〜580℃の温度範囲で、マイクロ波により加熱することを特徴としている。 That is, the present invention relates to a microwave heat treatment method of Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick formed using a novolac-based phenol resin, and the heat treatment temperature is in a temperature range of 400 ° C to 580 ° C. It is characterized by heating by waves.
本発明によれば、マイクロ波によって400℃〜580℃の温度範囲で熱処理するようにしたので、Al成分から水和性に富んだAl4C3やAlNが生成せず、しかも後述の実施例において記載したように、揮発分を完全に除去することができ、れんがの組織の劣化を招来しない。またノボラック系フェノール樹脂を用いているので、混練後の胚土の硬さの経時変化が小さく、混練後の成形性が良好である。 According to the present invention, since heat treatment is performed in the temperature range of 400 ° C. to 580 ° C. by microwaves, Al 4 C 3 and AlN rich in hydration properties are not generated from the Al component, and the examples described later are used. As described in, the volatile matter can be completely removed, and deterioration of the brick structure is not caused. Further, since a novolac phenol resin is used, the change in the hardness of the germ soil after kneading is small, and the moldability after kneading is good.
本発明に使用されるMgO−Cれんがは、その炭素含有率が1質量%〜30質量%、MgO含有率が98質量%〜67質量%、Alまたは/及びAl−Mg合金含有率が1〜3質量%であることが好ましい。炭素含有率が1質量%未満だと、実機使用ではスラグ浸透が多くなり、損傷が大きくなりやすい。また炭素含有率が30質量%を超えると、れんがの耐酸化性が損なわれやすくなる。Alまたは/及びAl−Mg合金含有率については、3質量%よりも多いときはれんがが割れやすくなる。 The MgO—C brick used in the present invention has a carbon content of 1% by mass to 30% by mass, an MgO content of 98% by mass to 67% by mass, Al or / and an Al—Mg alloy content of 1 to 1. It is preferable that it is 3 mass%. When the carbon content is less than 1% by mass, slag penetration increases when the actual machine is used, and damage tends to increase. On the other hand, if the carbon content exceeds 30% by mass, the oxidation resistance of the brick tends to be impaired. When the content of Al or / and Al-Mg alloy is more than 3% by mass, the brick is easily cracked.
本発明によれば、Al成分からAl4C3やAlNが生成せず、しかも結合剤として使用されているノボラック系フェノール樹脂から揮発分を完全に除去することができから、強度の高いれんがを提供することができる。 According to the present invention, Al 4 C 3 and AlN are not generated from the Al component, and the volatile matter can be completely removed from the novolac phenolic resin used as the binder. Can be provided.
以下、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明するが、それに先立って、まずMgO−Cれんがを構成している構成要素毎にマイクロ波加熱を実施し、MgO−Cれんがのマイクロ波加熱の基礎特性調査を実施した。この実験方法について以下に述べる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Prior to that, microwave heating is first performed for each component constituting the MgO-C brick, and microwave heating of the MgO-C brick is performed. A basic property survey was conducted. This experimental method is described below.
まずマグネシア源として純度99質量%の電融マグネシア粗粒(平均粒径2mm)、炭素源として純度98質量%の鱗状黒鉛粗粒(平均粒径250μm)、純度99質量%のAl粉(平均粒径100μm)、ノボラック含有量55質量%のノボラック系フェノール樹脂溶液を準備した。
First, electrofused magnesia coarse particles (
この試料をPTFE(ポリ・テトラ・フルオロ・エチレン)製のるつぼに入れ、図1に模式的に示した実験装置を用いて昇温挙動を測定した。この実験装置における処理容器としてのアプリケーター1は、例えば接地された金属製のパネルによって容器本体が構成され、マイクロ波の漏洩防止処理がなされている。このアプリケーター1内に、試料台2が設けられており、試料を収容するるつぼ3は、この試料台2上に載置されている。
This sample was placed in a PTFE (polytetrafluoroethylene) crucible, and the temperature rise behavior was measured using the experimental apparatus schematically shown in FIG. The
アプリケーター1内のるつぼ3に対しては、マイクロ波発振機11からのマイクロ波が照射されるようになっている。より詳述すると、マイクロ波発振機11は、例えば周波数が2.45GHzのマイクロ波を発振するように構成されており、マイクロ波発振機11から発振されたマイクロ波は、反射したマイクロ波がマイクロ波発振機11側に入射するのを防止するアイソレーター12、アプリケーター1内への入射、反射のマイクロ波の出力を監視するパワーモニター13、マイクロ波をアプリケーター2へと導入させるための導波管14とのインピーダンス調整を行なうチューナー15、そして前記導波管14を経て、アプリケーター1内のるつぼ3に対して照射されるようになっている。
The
るつぼ3内の温度は、光ファイバー温度センサ4によって検出され、アプリケーター1の外に設置されている光ファイバー温度計本体5で計測され、データロガー6から出力されるようになっている。
The temperature in the
かかる構成の実験装置を用い、マイクロ波出力100Wで2分間の照射を行い、昇温挙動を測定した。測定結果を図2に示す。これによれば、最も良く昇温したのはノボラック系フェノール樹脂Dであり、次に鱗状黒鉛C、Al粉Aの順に昇温していくことがわかった。一方電融マグネシア粗粒Bは殆ど昇温しなかった。 Using the experimental apparatus configured as described above, irradiation with a microwave output of 100 W was performed for 2 minutes, and the temperature rising behavior was measured. The measurement results are shown in FIG. According to this, it was found that the novolac-based phenol resin D was heated up the best, and then the temperature was increased in the order of scaly graphite C and Al powder A. On the other hand, the temperature of the electrofused magnesia coarse particle B hardly increased.
このことより、MgO−Cれんがをマイクロ波で加熱するということは、ノボラック系フェノール樹脂、黒鉛、Alがマイクロ波を吸収することで加熱できることがわかる。 From this, it can be seen that heating the MgO-C brick with microwaves can be done by absorbing the microwaves by the novolac phenolic resin, graphite, and Al.
次に、揮発分を発生させるノボラック系フェノール樹脂単体でマイクロ波加熱を実施するとどのようになるかを、図1の装置を用いるともに、るつぼをMgO製に変更し、また測温方法も8mmφシース型K熱電対をフェノール溶液に挿入する方法で加熱実験を行なった。実験にはノボラック系フェノール樹脂30gをMgOるつぼに入れ、マイクロ波出力300W〜900Wに徐々に出力を増加させる実験を行なった。 Next, what happens when microwave heating is performed with a single novolak phenol resin that generates volatile matter, the apparatus shown in FIG. 1 is used, the crucible is changed to MgO, and the temperature measurement method is also 8 mmφ sheath. A heating experiment was conducted by inserting a type K thermocouple into the phenol solution. In the experiment, 30 g of a novolac phenol resin was put in an MgO crucible, and an experiment was performed in which the output was gradually increased to a microwave output of 300 W to 900 W.
実験結果を図3に示す。図中aは、マイクロ波出力を示し、bはノボラック系フェノール樹脂の温度を示している。これによれば、ノボラック系フェノール樹脂は、マイクロ波加熱400℃から急激な温度上昇を示すことがわかる。これは400℃でノボラック系フェノール樹脂のマイクロ波吸収能、つまり誘電率や誘電損失が大きくなったことを示しており、炭化して炭素状態になったものと考えられる。つまり、ベンゼン環に結合していたOH基がマイクロ波によって加熱振動され、揮発分が放出されたため、その結果、マイクロ波による加熱下ではノボラック系フェノール樹脂の炭化反応は400℃で起こっているものと考えられる。 The experimental results are shown in FIG. In the figure, a represents the microwave output, and b represents the temperature of the novolac phenol resin. According to this, it can be seen that the novolac phenolic resin shows a rapid temperature increase from 400 ° C. by microwave heating. This indicates that the microwave absorption capacity, that is, the dielectric constant and dielectric loss of the novolak phenol resin increased at 400 ° C., and it is considered that the carbon state was obtained by carbonization. In other words, the OH group bonded to the benzene ring was heated and vibrated by microwaves, and volatile components were released. As a result, the carbonization reaction of the novolak phenol resin occurred at 400 ° C. under microwave heating. it is conceivable that.
そこで図1の実験装置を用い、ノボラック系フェノール樹脂30gをマイクロ波で加熱し、フェノール樹脂起因の揮発分除去が可能な温度である400℃に保持するようにしてマイクロ波の出力を増減させ、1時間の保持後、このノボラック系フェノール樹脂の残炭率を測定した。その結果、残炭率42%の値を得た。比較のために、同じくノボラック系フェノール樹脂30gを、蓋を有するマグネシアるつぼで秤量し、コークスブリーズ中に埋没させ、電気炉にて900℃で1時間、加熱処理を行った結果、残炭率はマイクロ波処理の場合と同様の42%の値を得たこのことからもノボラック系フェノール樹脂は、マイクロ波による加熱下では、400℃に保持することで揮発分は完全に除去されることが証明された。
なおここでいう「残炭率」とは、樹脂の全体質量を基準質量Wbとし、熱処理したときの残存質量Wtとしたとき、下記の式で得られるものである。すなわち、残炭率ΔW=Wt/Wb×100(%)である。
Therefore, using the experimental apparatus of FIG. 1, 30 g of the novolak phenol resin is heated by microwaves, and the microwave output is increased or decreased so as to maintain the temperature at 400 ° C., which is a temperature at which devolatilization caused by the phenol resin can be removed. After holding for 1 hour, the residual carbon ratio of this novolak phenol resin was measured. As a result, a value with a residual carbon ratio of 42% was obtained. For comparison, 30 g of novolac phenol resin was similarly weighed in a magnesia crucible with a lid, buried in a coke breeze, and heat-treated at 900 ° C. for 1 hour in an electric furnace. The value of 42%, which was the same as in the case of microwave treatment, was obtained. From this fact, it was proved that the novolak phenol resin was completely removed by holding at 400 ° C. under microwave heating. It was done.
Here, the “residual carbon ratio” is obtained by the following formula, where the total mass of the resin is the reference mass Wb and the residual mass Wt when heat-treated. That is, the remaining carbon ratio ΔW = Wt / Wb × 100 (%).
このような実験結果を踏まえた上で、実際にMgO−Cれんがを試作し、本発明にしたがうマイクロ波加熱処理を実施した。また比較のため、電気炉による従来加熱でMgO−Cれんがを熱処理し、各々の熱処理によって物性がどのようになるかを調べた。加熱処理対象としたMgO−Cれんがの組成は、MgO:78質量%、鱗状黒鉛:18質量%、ノボラック含有量が55質量%のノボラック系フェノール樹脂:3質量%、Al:1質量%、もしくはこのAlの代わりに、Al−Mg:1質量%の組成を準備した(実施例2、参考例3、比較例5、10)。さらにAlの代わりに、Alが0.5質量%とAl−Mg合金が0.5質量%の合金についても検証した(実施例4、参考例4)。 Based on such experimental results, an MgO-C brick was actually made as a prototype and subjected to microwave heat treatment according to the present invention. For comparison, MgO-C brick was heat treated by conventional heating in an electric furnace, and the physical properties of each heat treatment were examined. The composition of the MgO-C brick to be heat-treated is as follows: MgO: 78% by mass, scale-like graphite: 18% by mass, novolac phenol resin having a novolac content of 55% by mass: 3% by mass, Al: 1% by mass, or Instead of Al, a composition of Al-Mg: 1% by mass was prepared (Example 2, Reference Example 3 , Comparative Examples 5, 10). Furthermore, instead of Al, an alloy containing 0.5% by mass of Al and 0.5% by mass of an Al—Mg alloy was also verified (Example 4 and Reference Example 4 ).
マイクロ波加熱の際に用いたマイクロ波加熱装置の構成を図4に模式的に示した。このマイクロ波加熱装置は、基本的には、図1に示した実験装置と同様な構成を有しているが、アプリケーター1の内部の構成が異なっている。より詳述すると、アプリケーター1自体の構成は、図1に示した実験装置と同様であり、またアプリケーター1内にマイクロ波を照射するための、マイクロ波発振機11、アイソレーター12、パワーモニター13、導波管14、チューナー15も同様な構成にて採用されている。そしてアプリケーター1内において、加熱対象となるMgO−Cれんが21は、断熱ボックス22内に収容される。断熱ボックス22内には、SiO2粉体23が充填されており、MgO−Cれんが21はこのSiO2粉体23内に埋設されている。また断熱ボックス22の外側は、全てセラミックファイバーのパネル24で覆われている。
The configuration of the microwave heating apparatus used for microwave heating is schematically shown in FIG. This microwave heating apparatus basically has the same configuration as the experimental apparatus shown in FIG. 1, but the internal configuration of the
MgO−Cれんがの温度は、シース熱電対25によって検出され、データロガー6から出力されるようになっている。そしてシース熱電対25によって検出された温度が、350℃〜900℃の間となる様にマイクロ波によって昇温させ、その温度で8時間保持するようにした。
The temperature of the MgO-C brick is detected by the
一方、比較のために実施した電気炉によるMgO−Cれんがの加熱処理は、コークスブリーズ中にMgO−Cれんがを埋没させ、電気炉によって同様の温度まで昇温し、同じ時間保持するようにした。そしてこれら熱処理後、試料のMgO−Cれんがの質量減少率、気孔率、曲げ強度の測定を行なった。質量減少率は、試料のMgO−Cれんがの熱処理前後の質量の変化から求めたものであり、気孔率は、計測用に切り出した試験片についてJIS R2205の真空法で計測したものであり、また曲げ強度は、計測用に切り出した試験片に対してJIS R2213に準じて三点曲げ法によって測定したものである。
さらに併せて添加している金属Alのピークの増減を調査した。ここでいう金属Alのピークは、XRD(粉末X線回折法)で得られた金属Alのピークを意味しており、金属Alの場合、立方晶(hkl)=(111)面のピークが最大ピークで、この同定により得られる。
そして金属Alのピークが減少していることは、金属Alと炭素間での反応が起こったことを意味し、水和反応が発生すると考えられるからである。これらの測定結果を表1、表2に示す。表1は実施例の測定結果、表2は比較例の測定結果を各々示している。
On the other hand, in the heat treatment of the MgO-C brick by the electric furnace performed for comparison, the MgO-C brick was buried in the coke breeze, the temperature was raised to the same temperature by the electric furnace, and kept for the same time. . After these heat treatments, the mass reduction rate, porosity, and bending strength of the sample MgO-C brick were measured. The mass reduction rate is obtained from the change in mass of the sample MgO-C brick before and after heat treatment, and the porosity is measured by the vacuum method of JIS R2205 for the test piece cut out for measurement. The bending strength is measured by a three-point bending method according to JIS R2213 on a test piece cut out for measurement.
Furthermore, the increase / decrease in the peak of metallic Al added together was investigated. The peak of metal Al here means the peak of metal Al obtained by XRD (powder X-ray diffraction method). In the case of metal Al, the peak of the cubic (hkl) = (111) plane is maximum. The peak is obtained by this identification.
The decrease in the peak of metal Al means that a reaction between metal Al and carbon has occurred, and it is considered that a hydration reaction occurs. The measurement results are shown in Tables 1 and 2. Table 1 shows the measurement results of the examples, and Table 2 shows the measurement results of the comparative examples.
表1の結果によれば、まず、ノボラック系フェノール樹脂から揮発分が完全に除去された温度は、表1のマイクロ波熱処理実験結果では、400℃以上(実施例1〜実施例4、参考例1〜4、及び比較例2)で、質量減少率が約1.8%以上の値を示し、一方通常のコークスブリーズ中での焼成では、比較例8の850℃以上の焼成でこの質量減少率が1.8%以上を示していることから、フェノール樹脂単独での実験結果と同様のマイクロ波で400℃以上の温度で熱処理すれば揮発分が完全に除去されることがわかる。また、この揮発分が除去された400℃以上のマイクロ波での熱処理状態では、気孔率がほぼ一定の7%程度となっている。
一方、比較例7〜10に示されている通常の電気炉熱処理では、720℃以上で気孔率が8%以上とマイクロ波処理に比べて気孔率が大きくなっていた。
According to the results in Table 1, first, the temperature at which the volatile components were completely removed from the novolak phenol resin was 400 ° C. or higher in the microwave heat treatment experiment results in Table 1 (Examples 1 to 4 and Reference Example). 1 to 4 and Comparative Example 2), the mass reduction rate shows a value of about 1.8% or more. On the other hand, in the firing in a normal coke breeze, this weight reduction is caused by firing at 850 ° C. or more in Comparative Example 8. Since the rate is 1.8% or more, it can be seen that if the heat treatment is performed at a temperature of 400 ° C. or higher with the same microwave as the experimental result of the phenol resin alone, the volatile matter is completely removed. Further, in the heat treatment state in the microwave of 400 ° C. or higher from which the volatile components have been removed, the porosity is approximately constant 7%.
On the other hand, in the normal electric furnace heat treatment shown in Comparative Examples 7 to 10, the porosity was 8% or more at 720 ° C. or higher, and the porosity was higher than that of microwave treatment.
この原因は以下のように推察される。揮発分発生原因である、結合剤として使用されているノボラック系フェノール樹脂は、MgO粒子や鱗状黒鉛粒子の外周面に比較的均一にコーティングされている。この状態でマイクロ波を照射すると、MgO粒子はマイクロ波吸収能が乏しいためMgO粒子を透過し、構成粒子表面(MgO、鱗状黒鉛、金属Al)のノボラック系フェノール層、及び鱗状黒鉛、Alがマイクロ波を吸収し昇温され、これらからの熱伝導により、れんが全体が均一に加熱されることが推定される。 The cause is presumed as follows. The novolac phenol resin used as a binder, which is a cause of volatile matter, is coated relatively uniformly on the outer peripheral surface of MgO particles and scaly graphite particles. When microwaves are irradiated in this state, the MgO particles have poor microwave absorption ability, so the MgO particles are transmitted. It is estimated that the temperature of the brick is increased by absorbing the waves, and the entire brick is heated uniformly by heat conduction from these waves.
つまりマイクロ波で加熱して昇温させることで、ノボラック系フェノール層自体が加熱され、さらにマイクロ波はこのれんが中に浸透していき、この加熱現象がMgO−Cれんが全域で均等に発生することが推測される。このマイクロ波照射直後からノボラック系フェノール樹脂から発生する揮発分でできた通気孔を通じて、硬化時、さらには炭化処理時でも連続的に揮発分が系外へ排気され、それが結果として従来加熱品に比べて低気孔率化の原因となっていると考えられる。またこの低気孔率が、結果としてMgO−Cれんがの高強度化を達成しているものと推定される。 In other words, by heating with microwaves and raising the temperature, the novolac phenol layer itself is heated, and the microwaves penetrate into this brick, and this heating phenomenon occurs evenly throughout the MgO-C brick. Is guessed. Immediately after this microwave irradiation, the volatile matter is continuously exhausted from the system through the vent made of the volatile matter generated from the novolac phenolic resin during curing and even during carbonization, and as a result, the conventional heated product It is thought that it is the cause of the low porosity compared with. Moreover, it is estimated that this low porosity has achieved the high intensity | strength of MgO-C brick as a result.
これに対し、従来の電気炉による加熱では、あくまでもMgO−Cれんがの外側からの熱伝導によってのみ加熱されるものであるから、ノボラック系フェノール樹脂の揮発分が発生する温度にまで加熱されないと、当然ながら揮発分は発生しないことになる。また、この揮発分の発生は外側から内面に熱伝導により昇温されていき、内部では揮発分が発生する所定温度に上昇して初めて揮発分が発生することになる。つまり、内部から発生した揮発分自体が外部に移動する際に、外部温度に暴露されることになり、この温度上昇に伴う体積増加による圧力が発生し、この圧力により気孔が大きくなり、結果として高気孔率になるため、れんがの強度が低下するものと推定される。 On the other hand, in the heating by the conventional electric furnace, since it is heated only by heat conduction from the outside of the MgO-C brick, it is not heated to a temperature at which the volatile matter of the novolac phenol resin is generated. Of course, no volatile matter will be generated. In addition, the volatile matter is heated from the outside to the inner surface by heat conduction, and the volatile matter is not generated until the temperature rises to a predetermined temperature at which the volatile matter is generated. In other words, when the volatile matter generated from the inside moves to the outside, it is exposed to an external temperature, and a pressure due to an increase in volume accompanying this temperature rise is generated. Because of the high porosity, it is estimated that the strength of the brick decreases.
次に添加したAl、または/及びAl−Mg合金のAlピークの低減調査結果より、マイクロ波熱処理では、900℃で熱処理すると(比較例2)、Alのピーク低下が認められたことから、Alの炭化物が生成しているのがわかる。一方、通常の電気炉熱処理では、この900℃までの熱処理ではAlのピークの低下現象は確認されなかった。これらの結果を総合すると、ノボラック系フェノール樹脂で成形されたAlまたは/及びAl−Mg合金添加MgO―Cれんがをマイクロ波熱処理方法において加熱処理する場合、熱処理温度として、400℃〜850℃の温度範囲で、マイクロ波により加熱すれば、ノボラック系フェノール樹脂からの揮発分が完全に除去でき、しかも添加しているAl、または/及びAl−Mg合金も炭素と反応することなく金属状態を維持できるので、このような熱処理を施しても水和反応を心配する必要がないことが証明された。 Next, from the investigation results of Al peak reduction of Al added and / or Al-Mg alloy, in the microwave heat treatment, when heat treatment was performed at 900 ° C. (Comparative Example 2), Al peak decrease was observed. It can be seen that the carbide is formed. On the other hand, in the ordinary electric furnace heat treatment, the Al peak lowering phenomenon was not confirmed in the heat treatment up to 900 ° C. Summing up these results, when heat-treating Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick molded with a novolac phenol resin in a microwave heat treatment method, the heat treatment temperature is 400 ° C to 850 ° C. When heated by microwaves, the volatile matter from the novolac phenolic resin can be completely removed, and the added Al or / and Al-Mg alloy can also maintain the metallic state without reacting with carbon. Therefore, it was proved that there is no need to worry about the hydration reaction even if such heat treatment is performed.
次にこのマイクロ波処理品の耐用性の調査を実施した。試験試料としては、従来から使用されている、電気炉で乾燥されたものと同様の処理である、比較例3(350℃処理)、及びマイクロ波で熱処理された実施例1(400℃処理)、同じくマイクロ波で熱処理された参考例2(850℃処理)、さらには参考例2と同じ温度で電気炉にて熱処理された比較例8(850℃処理)、の4種類のれんがを準備し、回転侵食試験法にて耐食性の評価を実施した。 Next, the durability of this microwave-treated product was investigated. As a test sample, it is the same process as used for drying in an electric furnace that has been conventionally used, Comparative Example 3 (350 ° C. treatment), and Example 1 (400 ° C. treatment) heat-treated with microwaves. Four types of bricks were prepared: Reference Example 2 (850 ° C. treatment), which was also heat-treated with microwaves, and Comparative Example 8 (850 ° C. treatment) heat-treated in the electric furnace at the same temperature as Reference Example 2. The corrosion resistance was evaluated by the rotational erosion test method.
試験条件としては、塩基度CaO/SiO2=3.5(質量ベース)の組成に、FeOを10質量%含有させた合成スラグを事前に準備し、回転侵食炉内の雰囲気を1650℃までバーナーで加熱し、その後この合成スラグを投入し30分間侵食させる。その後スラグをかき出し、再度新しく同様の組成の合成スラグを投入し30分侵食させる実験を合計12サイクル繰り返した。その後試料を切断し、最大損耗部の深さで耐食性指数を調査した。耐食性指数は、従来使用されていたものと同様と考えられる、比較例3の損耗量の値を耐食性指数100として、全ての試料の値を表示した。耐食性評価結果を図5に示す。
As test conditions, a synthetic slag containing 10% by mass of FeO in a composition of basicity CaO / SiO 2 = 3.5 (mass base) was prepared in advance, and the atmosphere in the rotary erosion furnace was burned to 1650 ° C. Then, this synthetic slag is added and eroded for 30 minutes. Thereafter, the slag was scraped out, and a new synthetic slag having the same composition was again introduced and eroded for 30 minutes, so that a total of 12 cycles were repeated. Thereafter, the sample was cut, and the corrosion resistance index was investigated at the depth of the maximum worn portion. With respect to the corrosion resistance index, the values of all the samples were displayed with the
比較例3に比べると、比較例8でも5%程度の改善は認められるが、本発明の実施例では20%以上の改善につながった。 Compared to Comparative Example 3, an improvement of about 5% was observed in Comparative Example 8, but the Example of the present invention led to an improvement of 20% or more.
本発明は、ノボラック系フェノール樹脂で成形されたAlまたは/及びAl−Mg合金添加のMgO―Cれんがを熱処理する場合に有用である。 The present invention is useful when heat-treating AlO and / or Al-Mg alloy-added MgO-C bricks molded with a novolac phenol resin.
1 アプリケーター
2 試料台
3 るつぼ
4 光ファイバー温度センサ
5 光ファイバー温度計本体
6 データロガー
11 マイクロ波発振機
12 アイソレーター
13 パワーモニター
14 導波管
15 チューナー
21 MgO−Cれんが
22 断熱ボックス
23 SiO2粉体
24 セラミックファイバーのパネル
25 シース熱電対
1
Claims (2)
前記MgO―Cれんがを、400℃〜580℃の温度範囲で、マイクロ波によって加熱することを特徴とする、Alまたは/及びAl−Mg合金添加MgO―Cれんがのマイクロ波熱処理方法。 A method of heat-treating AlO and / or Al-Mg alloy-added MgO-C brick formed using a novolac phenol resin,
A microwave heat treatment method for AlO and / or Al-Mg alloy-added MgO-C bricks, characterized in that the MgO-C bricks are heated by microwaves in a temperature range of 400 ° C to 580 ° C.
炭素含有率が1質量%〜30質量%、
MgO含有率が98質量%〜67質量%、
Alまたは/及びAl−Mg合金含有率が1〜3質量%であることを特徴とする、請求項1に記載のAlまたは/及びAl−Mg合金添加MgO―Cれんがのマイクロ波熱処理方法。 The MgO-C brick is
The carbon content is 1% by mass to 30% by mass,
MgO content is 98 mass% to 67 mass%,
2. The microwave heat treatment method for Al or / and Al—Mg alloy-added MgO—C brick according to claim 1, wherein the content of Al or / and Al—Mg alloy is 1 to 3% by mass.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007312166A JP4802178B2 (en) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | Microwave heat treatment method for Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007312166A JP4802178B2 (en) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | Microwave heat treatment method for Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2009137768A JP2009137768A (en) | 2009-06-25 |
| JP4802178B2 true JP4802178B2 (en) | 2011-10-26 |
Family
ID=40868801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007312166A Active JP4802178B2 (en) | 2007-12-03 | 2007-12-03 | Microwave heat treatment method for Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4802178B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5540318B2 (en) * | 2010-05-24 | 2014-07-02 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Low temperature sintering method for silicon carbide powder |
| WO2012147180A1 (en) * | 2011-04-27 | 2012-11-01 | 新日本製鐵株式会社 | Vacuum degassing tank and method for degassing using same |
| CN102276275A (en) * | 2011-07-21 | 2011-12-14 | 辽宁科技大学 | Method for producing magnesium carbon bricks by using microwave heating technology |
| JP7096692B2 (en) * | 2018-04-11 | 2022-07-06 | 黒崎播磨株式会社 | Magnesia brick manufacturing method and carbon pickup suppression refining method |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0416547A (en) * | 1990-05-08 | 1992-01-21 | Shinagawa Refract Co Ltd | Carbon-containing refractory |
| JPH04344205A (en) * | 1991-05-20 | 1992-11-30 | Harima Ceramic Co Ltd | Preparation of carbon-containing refractory |
| JP2000272973A (en) * | 1999-03-26 | 2000-10-03 | Nippon Steel Corp | Microwave heating furnace and method for firing refractory containing organic binder |
| JP2006021972A (en) * | 2004-07-09 | 2006-01-26 | Jfe Refractories Corp | Magnesia-carbon brick |
-
2007
- 2007-12-03 JP JP2007312166A patent/JP4802178B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2009137768A (en) | 2009-06-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6131625B2 (en) | Method for producing Al4SiC4 powder and method for producing MgO-C brick | |
| JP5539201B2 (en) | Carbonaceous refractory and method for producing the same, blast furnace bottom or side wall and method for producing the same | |
| JP4634263B2 (en) | Magnesia carbon brick | |
| JP4802178B2 (en) | Microwave heat treatment method for Al or / and Al-Mg alloy-added MgO-C brick | |
| JP4782068B2 (en) | Heat treatment method for carbon-containing refractories | |
| UA109330C2 (en) | REFRACTORY MATERIAL FOR THE INTERNAL LINING OF THE BURNING OVEN, WHICH IS OBTAINED BY PARTIAL GRAPHITIZATION OF THE MIXTURE CONTAINING C AND Si | |
| JP4886726B2 (en) | Refractory manufacturing method | |
| JP2020055726A (en) | Spinel-magnesia-carbon brick for vacuum degassing apparatus, and vacuum degassing apparatus having the same lined on sidewall of lower vessel thereof | |
| CN105263884A (en) | Methods for producing silicon carbide whisker-reinforced refractory composition | |
| KR20230145787A (en) | Low thermal expansion magnesia-carbon refractory and manufacturing method thereof | |
| WO2020202646A1 (en) | Sliding nozzle plate production method | |
| JP2012192430A (en) | Alumina carbon-based slide gate plate | |
| JP5737503B2 (en) | Plate refractory for sliding nozzle | |
| JP6538584B2 (en) | Method of manufacturing refractory for gas injection nozzle | |
| JP6315037B2 (en) | Lined refractories for continuous casting tundish | |
| RU2130440C1 (en) | Spinel-containing refractory material with carbon binder | |
| JP2005089271A (en) | Carbon-containing refractory, its manufacturing method and its use application | |
| JP2006143517A (en) | Carbon-containing unburned refractory and method of manufacturing the same | |
| JP2007297246A (en) | Magnesia-carbon refractory | |
| JP7793783B2 (en) | Method for manufacturing refractory for gas-blowing nozzle, refractory for gas-blowing nozzle, and gas-blowing nozzle | |
| JP2003171182A (en) | Carbon-containing unburned brick | |
| JP2003171170A (en) | Magnesia-carbon brick | |
| JPS6243948B2 (en) | ||
| JP7096692B2 (en) | Magnesia brick manufacturing method and carbon pickup suppression refining method | |
| JP2765458B2 (en) | Magnesia-carbon refractories |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100201 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110408 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110419 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110620 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110712 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110808 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140812 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 4802178 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140812 Year of fee payment: 3 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140812 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140812 Year of fee payment: 3 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |