JP7614501B2 - Magnesia-spinel bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment - Google Patents
Magnesia-spinel bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment Download PDFInfo
- Publication number
- JP7614501B2 JP7614501B2 JP2021063454A JP2021063454A JP7614501B2 JP 7614501 B2 JP7614501 B2 JP 7614501B2 JP 2021063454 A JP2021063454 A JP 2021063454A JP 2021063454 A JP2021063454 A JP 2021063454A JP 7614501 B2 JP7614501 B2 JP 7614501B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- magnesia
- amount
- slag
- spinel
- 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)
Description
本発明は、DHやRH等の真空脱ガス装置、特に脱ガス槽内で酸素を吹き込む処理を行うRHの内張りに適したマグネシア-スピネル煉瓦、及びこの煉瓦を下部槽側壁に使用した真空脱ガス装置に関する。 The present invention relates to a magnesia-spinel brick suitable for lining a vacuum degassing device such as a DH or RH, particularly an RH that performs a process of blowing oxygen into a degassing tank, and a vacuum degassing device that uses this brick for the side wall of the lower tank.
DHやRHのような真空脱ガス装置は、耐火物への負荷が大きく、耐用性に優れた材料の供給が望まれてきた。従来、真空脱ガス装置用耐火物としてはマグネシア-カーボン煉瓦が使用されてきた。マグネシア-カーボン煉瓦は、スラグによる溶損が損傷の主因であるが、高温において発生するマグネシア-カーボン反応(下記(1)の反応)により損傷が助長されると考えられてきた。
MgO(固体) + C(固体)→ Mg(ガス)+ CO(ガス) (1)
Vacuum degassing equipment such as DH and RH places a large load on refractories, and so there has been a demand for materials with excellent durability. Conventionally, magnesia-carbon bricks have been used as refractories for vacuum degassing equipment. The main cause of damage to magnesia-carbon bricks is melting due to slag, and it has been thought that damage is promoted by the magnesia-carbon reaction (reaction (1) below) that occurs at high temperatures.
MgO(solid) + C(solid) → Mg(gas) + CO(gas) (1)
マグネシア-カーボン反応は高温ほど起こりやすい。加えて、処理中に脱ガスや脱炭のために減圧を伴う真空脱ガス装置では、生成したMg(ガス)やCO(ガス)が真空引きによって系外に取り出されるため、(1)の反応が促進されると考えられる。このため、マグネシア-カーボン煉瓦の耐用性が向上しない理由は、スラグに対する耐食性と共にマグネシア-カーボン反応にあると考えられた。 The magnesia-carbon reaction is more likely to occur at higher temperatures. In addition, in vacuum degassing equipment that reduces pressure during processing to degas and decarburize, the generated Mg (gas) and CO (gas) are removed from the system by vacuuming, which is thought to promote reaction (1). For this reason, it was thought that the reason the durability of magnesia-carbon bricks has not improved is due to the magnesia-carbon reaction as well as their lack of corrosion resistance to slag.
スラグに対する耐食性とマグネシア-カーボン反応の抑制とを同時に達成するために、いくつかの手法が提案されている。特許文献1には、スピネル88~99.5質量%、カーボン原料0.5~12質量%を含有し、カーボン原料の一部あるいは全部に所定の比表面積を有する黒鉛が使用されたスピネル-カーボン煉瓦が開示されている。特許文献1によれば、耐スポーリング性に優れ、間歇操業下でも安定して使用可能であること、マグネシア-カーボン反応の抑制による耐用向上が可能と記載されている。しかし、真空脱ガス装置で脱炭等の為に酸素吹込みを実施する際には多量のFeOスラグが生成されるため、FeOスラグに対して高耐用なマグネシアを含有していないこの煉瓦では、稼働面から順次溶損し耐用が悪化してしまう。 Several methods have been proposed to simultaneously achieve corrosion resistance against slag and suppression of the magnesia-carbon reaction. Patent Document 1 discloses a spinel-carbon brick containing 88-99.5% by mass of spinel and 0.5-12% by mass of carbon raw material, with graphite having a specified specific surface area used for some or all of the carbon raw material. Patent Document 1 describes that the brick has excellent spalling resistance, can be used stably even under intermittent operation, and can improve durability by suppressing the magnesia-carbon reaction. However, when oxygen is blown in for decarburization in a vacuum degassing device, a large amount of FeO slag is generated, and this brick, which does not contain magnesia, which has high durability against FeO slag, gradually melts away from the operating surface and its durability deteriorates.
特許文献2には、スピネルを65質量%以上98質量%以下、マグネシアを1質量%以上30質量%以下、黒鉛を0.1質量%以上15質量%以下、並びにアルミニウム及び/又はアルミニウム合金を0.1質量%以上2.0質量%以下含有するスピネル-マグネシア-カーボン煉瓦が開示されている。特許文献2によればスピネル含有によりマグネシア-カーボン反応を抑制し、さらにマグネシアの含有効果によりFeOスラグ耐食性に優れると記載されている。しかし、マグネシアとカーボン中に含まれる黒鉛によってマグネシア-カーボン反応が発生し、組織劣化が発生するためにスラグ条件によっては耐用が低下する。特にOB操業頻度が高位であるほど組織劣化部のスラグ浸潤による溶損が激しく、耐用が低下する場合があった。 Patent Document 2 discloses a spinel-magnesia-carbon brick containing 65% to 98% by mass of spinel, 1% to 30% by mass of magnesia, 0.1% to 15% by mass of graphite, and 0.1% to 2.0% by mass of aluminum and/or aluminum alloy. Patent Document 2 describes that the inclusion of spinel inhibits the magnesia-carbon reaction, and the inclusion of magnesia provides excellent corrosion resistance to FeO slag. However, magnesia and graphite contained in carbon cause magnesia-carbon reaction, which leads to structural deterioration, and durability is reduced depending on slag conditions. In particular, the higher the frequency of OB operation, the more severe the corrosion damage caused by slag infiltration in the structurally deteriorated parts, and durability may be reduced.
特許文献3には、耐火原料配合物に有機バインダーを添加して混練し成形後、熱処理して得られるマグネシア-カーボン煉瓦であって、耐火原料配合物が、ピッチ及び/又はカーボンブラックを合量で0.1質量%以上2.0質量%以下、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金を合量で0.1質量%以上1.0質量%以下、粒径が0.075mm未満のマグネシアを3.0質量%以上10.0質量%以下、並びに粒径が0.075mm以上5mm未満のマグネシアを87.0質量%以上96.0質量%以下含有し、かつ粒径が0.075mm以上1mm未満のマグネシアに対する粒径が1mm以上5mm未満のマグネシアの質量比が1.66以上2.34以下であり、黒鉛を含有せず、1400℃還元雰囲気下で3時間熱処理後の見掛気孔率が8.0%以下であるマグネシア-カーボン煉瓦が開示されている。この煉瓦は、高熱伝導率である黒鉛を使用しないことで溶融金属の放散熱の抑制及びカーボンピックアップ抑制することを特徴としている。黒鉛に替わるカーボン源としてピッチ及び/又はカーボンブラックを使用し、煉瓦を低弾性率化して耐スポーリング性を向上させている。しかし、熱膨張が大きく、かつ高弾性率であるマグネシアを多量に含有していることに加えて黒鉛を含有していないので熱伝導は悪く、耐熱スポーリング性は黒鉛含有煉瓦に劣る。このため、実際に実機でこの煉瓦を使用し、使用後の煉瓦を観察すると、稼働面近傍に亀裂が生じており、耐用向上の妨げとなっていた。 Patent Document 3 discloses a magnesia-carbon brick obtained by adding an organic binder to a refractory raw material mixture, kneading and molding the mixture, and then heat-treating the mixture, in which the refractory raw material mixture contains a total of 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less of pitch and/or carbon black, a total of 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less of aluminum and/or aluminum alloy, 3.0% by mass or more and 10.0% by mass or less of magnesia having a particle size of less than 0.075 mm, and 87.0% by mass or more and 96.0% by mass or less of magnesia having a particle size of 0.075 mm or more and less than 5 mm, and the mass ratio of magnesia having a particle size of 1 mm or more and less than 5 mm to magnesia having a particle size of 0.075 mm or more and less than 1 mm is 1.66 to 2.34, the magnesia-carbon brick does not contain graphite, and has an apparent porosity of 8.0% or less after heat treatment for 3 hours in a reducing atmosphere at 1400°C. This brick is characterized by suppressing heat dissipation from molten metal and suppressing carbon pick-up by not using graphite, which has high thermal conductivity. Pitch and/or carbon black are used as a carbon source instead of graphite, and the brick has a low elastic modulus and improved spalling resistance. However, since it contains a large amount of magnesia, which has a large thermal expansion and a high elastic modulus, and does not contain graphite, its thermal conductivity is poor and its heat spalling resistance is inferior to that of graphite-containing bricks. For this reason, when this brick was actually used in an actual machine and the brick was observed after use, cracks were found near the working surface, which was an obstacle to improving its durability.
特許文献4には、スピネル75~99.5質量%及びカーボン0.5~25質量%を含有するスピネル-カーボン質煉瓦からなることを特徴とする、減圧を伴う二次精錬設備用内張り耐火物が開示されている。特許文献4によれば、転炉スラグと類似する高塩基度、低アルミナ含有スラグに対する耐食性は、マグネシア-カーボン煉瓦が優れるが、低塩基度、高アルミナ含有スラグに対する耐食性は、マグネシア-カーボン煉瓦よりスピネル-カーボン煉瓦の方が優れると示されている。また、二次精錬処理後のスラグを連続鋳造操作における取鍋内に残留するスラグと実質上同一とみなしたうえで、連続鋳造後に残留する取鍋スラグを分析することによって、スラグの塩基度とアルミナ含有量とを規定することができ、低塩基度、高アルミナ含有スラグとは、前記方法によって採取した減圧を伴う二次精錬処理後の取鍋スラグにおいて、塩基度が0.5~3.0で、アルミナ含有量が20~40質量%の範囲内にあるものとの記載がある。しかしながら、本発明者等がこのスピネル-カーボン煉瓦を前記範囲内の操業を行う真空脱ガス装置で使用したところ、下部槽側壁においては従来のマグネシア-カーボン煉瓦よりも耐用性に劣っていることが分かった。特許文献4においては、真空脱ガス装置内で発生するスラグ(以下槽内スラグ)成分を連続鋳造後に残留する取鍋スラグを分析することにより推定しているが、連続鋳造後の取鍋スラグは、真空脱ガス装置への取鍋スラグの吸い込み影響を受けるために、推定精度が非常に低い。実際に、上記範囲内で操業が行われた真空脱ガス装置において、スピネル-カーボン煉瓦の耐用がマグネシア-カーボン煉瓦に劣った。スピネル-カーボン煉瓦の稼働面を観察すると、高カルシア含有スラグによるスピネル粒子の溶損を確認した。 Patent Document 4 discloses a lining refractory material for secondary refining equipment with reduced pressure, characterized by being made of spinel-carbonaceous bricks containing 75-99.5% by mass of spinel and 0.5-25% by mass of carbon. According to Patent Document 4, magnesia-carbon bricks are superior in corrosion resistance to high-basicity, low-alumina-containing slag similar to converter slag, but spinel-carbon bricks are superior to magnesia-carbon bricks in corrosion resistance to low-basicity, high-alumina-containing slag. It also describes that the slag after secondary refining is considered to be substantially the same as the slag remaining in the ladle in the continuous casting operation, and that the basicity and alumina content of the slag can be determined by analyzing the ladle slag remaining after continuous casting, and that low-basicity, high-alumina-containing slag is slag with a basicity of 0.5-3.0 and an alumina content in the range of 20-40% by mass in ladle slag after secondary refining with reduced pressure collected by the above method. However, when the inventors used this spinel-carbon brick in a vacuum degassing apparatus operating within the above range, they found that the side wall of the lower vessel had inferior durability to conventional magnesia-carbon bricks. In Patent Document 4, the components of the slag generated in the vacuum degassing apparatus (hereinafter, vessel slag) are estimated by analyzing the ladle slag remaining after continuous casting, but the estimation accuracy is very low because the ladle slag after continuous casting is affected by the suction of the ladle slag into the vacuum degassing apparatus. In fact, in a vacuum degassing apparatus operated within the above range, the durability of the spinel-carbon brick was inferior to that of the magnesia-carbon brick. When the working surface of the spinel-carbon brick was observed, the erosion of spinel particles by the high calcia content slag was confirmed.
本発明の目的は、真空脱ガス装置の操業条件に適した下部槽側壁材の材質選定により、スラグに対する耐食性とマグネシア-カーボン反応の抑制と耐熱スポーリング性とを兼ね備えたマグネシア-スピネル煉瓦及びこれを下部槽側壁に使用した真空脱ガス装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a magnesia-spinel brick that combines corrosion resistance to slag, suppression of magnesia-carbon reaction, and heat spalling resistance by selecting a material for the side wall of the lower vessel that is suitable for the operating conditions of the vacuum degassing equipment, and a vacuum degassing equipment that uses this for the side wall of the lower vessel.
本発明者等は、下記(2)-(7)を満たす操業を行う真空脱ガス装置の下部槽側壁の内張り材として、黒鉛を含有せず、スピネルを1.0質量%以上69.7質量%以下、マグネシアを30.1質量%以上96.0%質量以下、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金を0.1%質量%以上2.0質量%以下、並びにピッチ及び/又はカーボンブラックを0.1質量%以上2.0質量%以下含有するマグネシア-スピネル煉瓦の耐用性が優れることを知見した。 The present inventors have discovered that magnesia-spinel bricks containing no graphite, 1.0% by mass to 69.7% by mass of spinel, 30.1% by mass to 96.0% by mass of magnesia, 0.1% by mass to 2.0% by mass of aluminum and/or aluminum alloy, and 0.1% by mass to 2.0% by mass of pitch and/or carbon black have excellent durability when used as a lining material for the side wall of the lower tank of a vacuum degassing apparatus that satisfies the following (2) to (7).
0.04≦平均槽内スラグインデックス(以下平均RSI)[-]≦0.30 (2) 0.04≦Average tank slag index (hereinafter average RSI) [-]≦0.30 (2)
平均RSI [-]
=Σ各処理における槽内スラグインデックス[-]/1炉代の処理回数[ch/炉代] (3)
Average RSI [-]
= Σ Slag index in each process [-] / number of processes per furnace [ch / furnace] (3)
各処理におけるスラグインデックス[-]
=(投入カルシア量[kmol/ch]+投入アルミナ量[kmol/ch]×0.2)/(投入カルシア量[kmol/ch]+投入シリカ量[kmol/ch]+投入アルミナ量[kmol/ch]) (4)
Slag index for each treatment [-]
= (amount of calcia added [kmol/ch] + amount of alumina added [kmol/ch] × 0.2) / (amount of calcia added [kmol/ch] + amount of silica added [kmol/ch] + amount of alumina added [kmol/ch]) (4)
投入カルシア量[kmol/ch]=Ca含有物の投入量[kg/ch]×Ca含有物のカルシウム含有率[mass%]÷40.08 (5) Amount of calcia fed [kmol/ch] = amount of Ca-containing material fed [kg/ch] x calcium content of Ca-containing material [mass%] ÷ 40.08 (5)
投入シリカ量[kmol/ch]=Si含有物の投入量[kg/ch]×Si含有物のシリコン含有率[mass%]÷28.09 (6) Amount of silica fed [kmol/ch] = Amount of silicon-containing material fed [kg/ch] × Silicon content of silicon-containing material [mass%] ÷ 28.09 (6)
投入アルミナ量[kmol/ch]=Al含有物の投入量[kg/ch]×Al含有物のアルミニウム含有率[mass%]÷53.96 (7) Amount of alumina fed [kmol/ch] = Amount of aluminum-containing material fed [kg/ch] x Aluminum content of aluminum-containing material [mass%] ÷ 53.96 (7)
上記(2)-(7)を満たす操業を行う真空脱ガス装置において、下部槽側壁の内張り材として、本発明のマグネシア-スピネル煉瓦を適用することで、スラグに対する耐食性とマグネシア-カーボン反応の抑制と耐熱スポーリング性との並立が可能となり、当該煉瓦の耐用性が大幅に向上する。さらに、このマグネシア-スピネル煉瓦を使用した真空脱ガス装置は、下部槽側壁の寿命が各段に向上する。 In a vacuum degassing apparatus that operates to satisfy the above (2)-(7), by applying the magnesia-spinel brick of the present invention as the lining material for the side wall of the lower vessel, it is possible to simultaneously achieve corrosion resistance against slag, suppression of the magnesia-carbon reaction, and heat spalling resistance, thereby significantly improving the durability of the brick. Furthermore, a vacuum degassing apparatus that uses this magnesia-spinel brick will significantly improve the life of the side wall of the lower vessel.
1.マグネシア-スピネル煉瓦
以下、本発明に係るマグネシア-スピネル煉瓦の構成について説明する。本発明に係るマグネシア-スピネル煉瓦は、黒鉛を含有せず、マグネシアを30.1質量%以上96.0質量%以下、スピネルを1.0質量%以上69.7質量%以下、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金を0.1質量%以上2.0質量%以下並びにピッチ及び/又はカーボンブラックを0.1質量%以上2.0質量%以下含有し、前述の(2)-(7)を満たす操業を行う真空脱ガス装置の下部槽側壁にライニングされる。
1. Magnesia-Spinel Brick The configuration of the magnesia-spinel brick according to the present invention will be described below. The magnesia-spinel brick according to the present invention does not contain graphite, and contains 30.1% by mass to 96.0% by mass of magnesia, 1.0% by mass to 69.7% by mass of spinel, 0.1% by mass to 2.0% by mass of aluminum and/or aluminum alloy, and 0.1% by mass to 2.0% by mass of pitch and/or carbon black, and is used as a lining for the side wall of the lower vessel of a vacuum degassing apparatus which operates to satisfy the above-mentioned (2) to (7).
マグネシアは、高カルシア含有スラグとの低融点化合物の形成を抑制し、FeOスラグへの耐用が優れるため使用する。マグネシアの含有量は30.1質量%以上である。マグネシアが少な過ぎると、高カルシア含有スラグに対する耐用性が低下するだけでなく、FeOスラグの耐火物内部への浸潤により耐用が低下する。また、マグネシア含有量は96.0質量%以下である。マグネシアが多過ぎると、その熱膨張率の大きさから、脱ガス槽で熱間使用した際に周囲の耐火物と競り合い、亀裂が生じて剥離損傷に繋がり耐用が低下する。マグネシアの含有量は95.0質量%以下であってもよく、90.0質量%以下であってもよく、85.0質量%以下であってもよく、80.0質量%以下であってもよく、75.0質量%以下であってもよい。マグネシアは、耐火物に一般的に使用されているものを採用でき、例えば電融マグネシア及び焼結マグネシアのいずれでもよく、これらを併用してもよい。その組成も特に限定されるものではないが、より高い耐食性を得るために純度が高いマグネシアを用いることができ、例えばMgO純度96.0質量%以上、更には98.0質量%以上のマグネシアを用いてもよい。 Magnesia is used because it suppresses the formation of low melting point compounds with high calcia-containing slag and has excellent durability against FeO slag. The magnesia content is 30.1% by mass or more. If the magnesia content is too low, not only will the durability against high calcia-containing slag decrease, but the durability will also decrease due to the infiltration of FeO slag into the refractory. In addition, the magnesia content is 96.0% by mass or less. If the magnesia content is too high, due to its large thermal expansion coefficient, it will compete with the surrounding refractory when used hot in the degassing tank, causing cracks and leading to spalling damage and reduced durability. The magnesia content may be 95.0% by mass or less, 90.0% by mass or less, 85.0% by mass or less, 80.0% by mass or less, or 75.0% by mass or less. The magnesia may be any type commonly used in refractories, such as fused magnesia or sintered magnesia, or a combination of these. The composition is not particularly limited, but to obtain higher corrosion resistance, magnesia with a high purity may be used, such as magnesia with an MgO purity of 96.0% by mass or more, or even 98.0% by mass or more.
スピネルは、マグネシア-カーボン反応を抑制すること、及び、煉瓦の熱膨張を低減するために使用する。スピネルの含有量は1.0質量%以上である。スピネルが少な過ぎると、マグネシアの量が相対的に多くなる結果、マグネシア-カーボン反応により耐用性が低下するだけでなく、熱膨張率が上昇するため周囲の耐火物と競り合い亀裂が生じる。スピネルの含有量は2.0質量%以上であってもよく、5.0質量%以上であってもよく、10.0質量%以上であってもよく、15.0質量%以上であってもよく、20.0質量%以上であってもよい。また、スピネル含有量は69.7質量%以下である。スピネルが多過ぎると、高カルシア含有スラグとの低融点化合物生成による耐用低下の影響が大きくなるだけでなく、FeOスラグとの低融点化合物生成による耐用低下が発生し損傷が大きくなる。スピネルはアルミナとマグネシアとを主体とし、アルミナとマグネシアとを合計量で95質量%以上含むものである。スピネルの理論組成は、質量%でアルミナ:マグネシア=71.7:28.3であるが、種々の組成のものがあり、理論組成よりアルミナを多く含むものはアルミナリッチスピネル、マグネシアを多く含むものはマグネシアリッチスピネルと呼ばれる。本発明においては、いずれのスピネルをも使用することができ、併用してもよい。スピネルの製法は、焼結、電融の別を問わず、これらを併用してもよい。より高い耐食性を得るためにはカルシアやシリカなどの不純物は少ないことが好ましく、例えば、不純物成分を5質量%以下、更には2質量%以下としてもよい。尚、スピネル中のマグネシアと、上記の単独でのマグネシアとは、結晶構造が明確に異なり、X線回折測定等によって容易に区別することができる。また、煉瓦におけるスピネル含有量と上記の単独でのマグネシア含有量とは、EPMA(プローブマイクロアナライザ)やXRF(蛍光X線分析)等の公知の測定手法によって、各々独立して容易に測定可能である。 Spinel is used to suppress the magnesia-carbon reaction and to reduce the thermal expansion of the brick. The spinel content is 1.0% by mass or more. If the spinel content is too low, the amount of magnesia becomes relatively high, resulting in a decrease in durability due to the magnesia-carbon reaction, as well as an increase in the thermal expansion coefficient, which causes cracks due to competition with the surrounding refractory. The spinel content may be 2.0% by mass or more, 5.0% by mass or more, 10.0% by mass or more, 15.0% by mass or more, or 20.0% by mass or more. The spinel content is 69.7% by mass or less. If the spinel content is too high, not only will the effect of a decrease in durability due to the formation of low-melting point compounds with high-calcia slag increase, but the decrease in durability due to the formation of low-melting point compounds with FeO slag will occur, causing greater damage. The spinel is mainly composed of alumina and magnesia, and contains a total of 95% by mass or more of alumina and magnesia. The theoretical composition of spinel is alumina:magnesia = 71.7:28.3 by mass, but there are various compositions, and those containing more alumina than the theoretical composition are called alumina-rich spinel, and those containing more magnesia than the theoretical composition are called magnesia-rich spinel. In the present invention, any spinel can be used, and they may be used in combination. The spinel may be produced by sintering or electrofusion, and these may be used in combination. In order to obtain higher corrosion resistance, it is preferable that the amount of impurities such as calcia and silica is small, and for example, the amount of impurities may be 5 mass% or less, or even 2 mass% or less. The magnesia in the spinel and the magnesia alone mentioned above have clearly different crystal structures, and can be easily distinguished by X-ray diffraction measurement, etc. In addition, the spinel content in the brick and the magnesia content alone mentioned above can be easily measured independently by known measurement methods such as EPMA (probe microanalyzer) and XRF (X-ray fluorescence analysis).
アルミニウム及び/又はアルミニウム合金は、煉瓦の耐酸化性を向上させる。アルミニウム及び/又はアルミニウム合金の含有量(アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む場合はそれらの合計の含有量)は0.1質量%以上である。アルミニウム及び/又はアルミニウム合金の含有量が少な過ぎると、耐酸化の低下により煉瓦中の炭素が酸化し、耐用性が低下する。また、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金の含有量は2.0質量%以下とする。アルミニウム及び/又はアルミニウム合金の含有量が多過ぎると、マグネシアとアルミニウム及び/又はアルミニウム合金とが反応して、組織中にスピネルが多量に生成し、過焼結を起こすことで耐熱衝撃性が大幅に低下する。アルミニウム合金は、アルミニウムを含むものであればよい。アルミニウム合金は、例えば、アルミニウムを49質量%以上含んでいてもよい。アルミニウム合金の具体例としては、アルミニウムとシリコンとの合金、アルミニウムとマグネシウムとの合金などが挙げられる。 The aluminum and/or aluminum alloy improves the oxidation resistance of the brick. The content of aluminum and/or aluminum alloy (the total content of aluminum and aluminum alloy when both are included) is 0.1 mass% or more. If the content of aluminum and/or aluminum alloy is too small, the oxidation resistance decreases, carbon in the brick is oxidized, and durability decreases. The content of aluminum and/or aluminum alloy is 2.0 mass% or less. If the content of aluminum and/or aluminum alloy is too high, magnesia reacts with aluminum and/or aluminum alloy to generate a large amount of spinel in the structure, causing oversintering and significantly decreasing thermal shock resistance. The aluminum alloy may be any one that contains aluminum. The aluminum alloy may contain, for example, 49 mass% or more of aluminum. Specific examples of aluminum alloys include an alloy of aluminum and silicon, an alloy of aluminum and magnesium, etc.
ピッチ及び/又はカーボンブラックは、弾性率の低減による耐熱スポーリング性を向上させるために使用する。ピッチ及び/又はカーボンブラックの含有量(ピッチ及びカーボンブラックの双方を含む場合はそれらの合計の含有量)は0.1質量%以上である。ピッチ及び/又はカーボンブラックの含有量が少なすぎると耐スポーリング性向上効果が不十分となり耐用が低下する。また、ピッチ及び/又はカーボンブラックの含有量は2.0質量%以下とする。ピッチ及び/又はカーボンブラックの含有量が多すぎるとマグネシア-カーボン反応により気孔率が高くなりスラグが浸潤し耐食性が低下する。また、FeOスラグによる液相酸化(下記(8)の反応)により組織劣化が発生するため耐用が低下する。ピッチ及び/又はカーボンブラックの含有量は好ましくは1.0質量%以上2.0質量%以下である。
FeO(液体) + C(固体)→ Fe(液体)+ CO(ガス) (8)
Pitch and/or carbon black are used to improve the heat spalling resistance by reducing the elastic modulus. The content of pitch and/or carbon black (the total content of pitch and carbon black when both are included) is 0.1 mass% or more. If the content of pitch and/or carbon black is too small, the effect of improving spalling resistance becomes insufficient and durability decreases. In addition, the content of pitch and/or carbon black is 2.0 mass% or less. If the content of pitch and/or carbon black is too large, the porosity increases due to the magnesia-carbon reaction, and the slag infiltrates, resulting in a decrease in corrosion resistance. In addition, the liquid phase oxidation by FeO slag (reaction (8) below) causes structural deterioration, resulting in a decrease in durability. The content of pitch and/or carbon black is preferably 1.0 mass% or more and 2.0 mass% or less.
FeO(liquid) + C(solid) → Fe(liquid) + CO(gas) (8)
本発明の煉瓦は、スピネル、マグネシア、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金、並びにピッチ及び/又はカーボンブラック以外に、通常のマグネシア-カーボン煉瓦に含有されている、炭素質原料、酸化防止材、及び/又は金属等のその他の成分を更に含有することができる。その他の成分の含有量は、例えば、3質量%以下であってよい。その他の成分の具体例としては、例えばSiC、B4C、及びSi等を含有することができる。また、結合組織を形成するための有機バインダー由来の非晶質カーボンも含有することができる。 The brick of the present invention may further contain other components such as carbonaceous raw materials, antioxidants, and/or metals, which are contained in normal magnesia-carbon bricks, in addition to spinel, magnesia, aluminum and/or aluminum alloys, and pitch and/or carbon black. The content of the other components may be, for example, 3 mass% or less. Specific examples of the other components include SiC, B4C, and Si. In addition, amorphous carbon derived from an organic binder to form a binding structure may also be contained.
本発明のマグネシア-スピネル煉瓦は、黒鉛を含有しなくてよい。黒鉛を含有しないことで、黒鉛を含有する場合よりも、高温におけるマグネシア-カーボン反応が生じ難くなる。また、黒鉛を含有しないことで、真空脱ガス装置の操業時において溶融金属の放散熱の抑制及びカーボンピックアップ抑制等が期待できる。尚、本願において「黒鉛を含有しない」とは、煉瓦における黒鉛の含有量が完全に0である形態に限定されることを意味するものではなく、黒鉛を実質的に含有しないことを意味するものである。具体的には、煉瓦における黒鉛の含有量が0.1質量%以下である場合、当該煉瓦は「黒鉛を含有しない」ものとみなす。 The magnesia-spinel brick of the present invention does not need to contain graphite. By not containing graphite, the magnesia-carbon reaction is less likely to occur at high temperatures than when graphite is contained. Furthermore, by not containing graphite, it is expected that the heat dissipation from the molten metal and carbon pickup can be suppressed during operation of the vacuum degassing device. In this application, "not containing graphite" does not mean that the brick is limited to a form in which the graphite content is completely zero, but means that the brick does not substantially contain graphite. Specifically, if the graphite content in the brick is 0.1 mass% or less, the brick is considered to be "not containing graphite".
本発明のマグネシア-スピネル煉瓦は、一般的なマグネシア-カーボン煉瓦などの製造方法と同様の方法によって製造することができる。すなわち、本発明のマグネシア-スピネル煉瓦は、例えば、耐火原料配合物に有機バインダーを添加して混練し成形後、熱処理することで得ることができる。熱処理温度は、例えば、200℃~800℃の範囲とすることができる。 The magnesia-spinel brick of the present invention can be manufactured by the same method as that for manufacturing general magnesia-carbon bricks. That is, the magnesia-spinel brick of the present invention can be obtained, for example, by adding an organic binder to a refractory raw material mixture, kneading and molding the mixture, and then heat treating it. The heat treatment temperature can be, for example, in the range of 200°C to 800°C.
有機バインダーとしては、通常のマグネシア-カーボン煉瓦などで使用されている有機バインダーを使用することができ、例えばフラン樹脂やフェノール樹脂等が使用可能である。また、有機バインダーは、粉末又は適当な溶剤に溶かした液状、更に液状と粉末の併用のいずれの形態でも使用可能である。混練、成形及び熱処理の方法及び条件も、一般的なマグネシア-カーボン煉瓦などの製造方法に準じる。 As the organic binder, the organic binders used in ordinary magnesia-carbon bricks can be used, such as furan resin or phenol resin. The organic binder can be used in any form, such as powder, liquid dissolved in an appropriate solvent, or a combination of liquid and powder. The methods and conditions for kneading, molding, and heat treatment are similar to those for manufacturing ordinary magnesia-carbon bricks.
本発明のマグネシア-スピネル煉瓦は、真空脱ガス装置の下部槽側壁にライニングして用いる。図1にRHの真空槽の断面図を示す。同図に示すように、本願にいう下部槽側壁とは、敷部よりも上で上部槽と接合するフランジ部までの耐火物で構成される側壁部(図1のハッチング部分)のことである。 The magnesia-spinel bricks of the present invention are used as a lining for the side wall of the lower vessel of a vacuum degassing apparatus. Figure 1 shows a cross-sectional view of an RH vacuum vessel. As shown in the figure, the lower vessel side wall in this application refers to the side wall portion (hatched portion in Figure 1) made of refractory material from the bottom portion up to the flange portion that joins with the upper vessel.
本発明は、上記マグネシア-スピネル煉瓦を、下記(2)-(7)を満たす操業を行う真空脱ガス装置において、特に下部槽側壁の内張り材として適用することで、下部槽側壁の損傷が抑制され、下部槽の寿命を延長することができる。尚、下記(3)において「炉代」とは、真空脱ガス装置において耐火物を施工して使用を開始してから、耐火物が損耗し、新たに耐火物を施工する必要が生じるまでの1サイクルのことを意味する。 In the present invention, the magnesia-spinel bricks are used as a lining material, particularly for the side wall of the lower vessel, in a vacuum degassing apparatus that operates to satisfy the following (2)-(7), thereby preventing damage to the side wall of the lower vessel and extending the service life of the lower vessel. In the following (3), "furnace life" refers to one cycle from when refractory material is installed in the vacuum degassing apparatus and use is started until the refractory material wears out and it becomes necessary to install new refractory material.
0.04≦平均槽内スラグインデックス(以下平均RSI)[-]≦0.30 (2) 0.04≦Average tank slag index (hereinafter average RSI) [-]≦0.30 (2)
平均RSI [-]=Σ各処理におけるスラグインデックス[-]/1炉代の処理回数[ch/炉代] (3) Average RSI [-] = Σ Slag index for each process [-] / number of processes per furnace [ch/furnace cost] (3)
各処理におけるスラグインデックス[-]=(投入カルシア量[kmol/ch]+投入アルミナ量[kmol/ch]×0.2)/(投入カルシア量[kmol/ch]+投入シリカ量[kmol/ch]+投入アルミナ量[kmol/ch]) (4) Slag index [-] for each process = (amount of calcia input [kmol/ch] + amount of alumina input [kmol/ch] x 0.2) / (amount of calcia input [kmol/ch] + amount of silica input [kmol/ch] + amount of alumina input [kmol/ch]) (4)
投入カルシア量[kmol/ch]=Ca含有物の投入量[kg/ch]×Ca含有物のカルシウム含有率[mass%]÷40.08 (5) Amount of calcia fed [kmol/ch] = amount of Ca-containing material fed [kg/ch] x calcium content of Ca-containing material [mass%] ÷ 40.08 (5)
投入シリカ量[kmol/ch]=Si含有物の投入量[kg/ch]×Si含有物のシリコン含有率[mass%]÷28.09 (6) Amount of silica fed [kmol/ch] = Amount of silicon-containing material fed [kg/ch] × Silicon content of silicon-containing material [mass%] ÷ 28.09 (6)
投入アルミナ量[kmol/ch]=Al含有物の投入量[kg/ch]×Al含有物のアルミニウム含有率[mass%]÷53.96 (7) Amount of alumina fed [kmol/ch] = Amount of aluminum-containing material fed [kg/ch] x Aluminum content of aluminum-containing material [mass%] ÷ 53.96 (7)
真空脱ガス装置の下部槽煉瓦の耐用性には、真空脱ガス装置内で発生するスラグ(以降、槽内スラグと称する)が直接的な影響を及ぼしていると考えられるが、採取が非常に困難である。したがって、特許文献4においては連続鋳造後に残留する取鍋スラグで代替している。 The durability of the lower vessel bricks of the vacuum degassing device is thought to be directly affected by the slag generated within the vacuum degassing device (hereinafter referred to as vessel slag), but it is very difficult to extract it. Therefore, in Patent Document 4, it is replaced with ladle slag remaining after continuous casting.
槽内スラグの発生源は、取鍋スラグの真空脱ガス装置内への一部吸い込み、溶鋼成分の酸化、処理中に投入した副材の酸化と考えられるが、発生と同時に真空脱ガス装置内から取鍋へ排出されるために、時間変化と共にスラグ成分が変動する。特許文献4で代替されている連続鋳造後に残留する取鍋スラグは、槽内スラグと成分が大きく異なると推測される。実際に本発明者が真空脱ガス処理を行ったところ、特許文献4で示された範囲内の操業条件において、耐用性に優れるとされたスピネルーカーボン煉瓦が、マグネシアーカーボン煉瓦よりも耐用性に劣る結果となった。 The source of slag in the vessel is thought to be the absorption of some of the ladle slag into the vacuum degassing equipment, the oxidation of the molten steel components, and the oxidation of auxiliary materials added during processing. However, since the slag is discharged from the vacuum degassing equipment into the ladle at the same time as it is generated, the slag components fluctuate over time. The ladle slag remaining after continuous casting, which is substituted in Patent Document 4, is presumed to have a composition significantly different from that of the slag in the vessel. When the inventors actually performed a vacuum degassing process, they found that spinel carbon bricks, which were considered to have excellent durability, were inferior in durability to magnesia carbon bricks within the range of operating conditions shown in Patent Document 4.
本発明者が鋭意検討したところ、真空脱ガス装置の下部槽側壁に使用される煉瓦の損傷速度が副材にアルミニウムとシリコンを使用するアルミニウム-シリコン脱酸鋼処理の実施率と正の相関関係にあったことから、耐用性に影響する槽内スラグ成分として、投入する副材の量や種類に着目すればよいことを知見した。 After extensive research, the inventors discovered that the rate at which the bricks used in the side walls of the lower tank of the vacuum degassing equipment were damaged was positively correlated with the implementation rate of aluminum-silicon deoxidizing steel processing, which uses aluminum and silicon as secondary materials, and therefore that attention should be paid to the amount and type of secondary materials added as slag components in the tank that affect durability.
そこで本発明では、代表的な投入物であるカルシウム、アルミニウム、シリコンを考慮した平均槽内スラグインデックス(平均RSI)を指標として用いることで、真空脱ガス装置の下部槽側壁材に適した材質選定を可能とした。投入するカルシウム、アルミニウム、シリコンの酸化物であるカルシア、アルミナ、シリカはいずれもマグネシアとスピネルの溶損量に大きな影響を及ぼす成分である。本発明者のラボ実験により、真空脱ガス装置内のようなマグネシア-カーボン反応が非常に発生しやすい環境において、高カルシア、低アルミナ、低シリカ含有スラグに対しては、マグネシアがスピネルよりも溶損し難く有利であることが判明した。スピネルは低アルミナ含有スラグに対して溶解しやすいからである。つまり、真空脱ガス装置の下部槽側壁に用いる耐火物のスラグ耐食性を決定する因子として、カルシアとシリカの質量比で決定されるスラグ塩基度のみならず、スラグ中のアルミナ含有率も考慮しなければ、最適なマグネシアとスピネルの配合を決定することはできないことが判った。 In this invention, the average vessel slag index (average RSI) is used as an index, taking into account calcium, aluminum, and silicon, which are typical inputs, to enable the selection of a material suitable for the side wall material of the lower vessel of the vacuum degassing apparatus. Calcia, alumina, and silica, which are oxides of calcium, aluminum, and silicon, are all components that have a significant effect on the amount of wear of magnesia and spinel. Laboratory experiments by the inventors have revealed that in an environment where magnesia-carbon reactions are very likely to occur, such as inside a vacuum degassing apparatus, magnesia is more difficult to wear and is more advantageous than spinel for slag with high calcia, low alumina, and low silica content. This is because spinel is more easily dissolved in slag with low alumina content. In other words, it was found that the optimal blend of magnesia and spinel cannot be determined unless the alumina content in the slag, as well as the slag basicity determined by the mass ratio of calcia and silica, is also taken into consideration as a factor that determines the slag corrosion resistance of the refractory used in the side wall of the lower vessel of the vacuum degassing apparatus.
実機RH使用後、下部槽側壁材に付着していたスラグ成分を分析すると、平均RSIが0.04未満の場合、低カルシア、低アルミナ、高シリカ含有となり、平均RSIが0.30超の場合、高カルシア、低アルミナ、低シリカ含有となる傾向があった。すなわち、上記(2)のように平均RSIが0.04以上0.30以下である場合、本発明の煉瓦は、カルシアによるスピネルの溶損、低アルミナ含有スラグによるスピネルの溶損、シリカによるマグネシアの溶損のいずれもが抑制され、耐用性に非常に優れるものと考えられる。なお、RSIはSi含有物の投入量が多いと低位になり、Ca含有物の投入量が多いと高位になる。本発明において、平均RSIは0.07以上であってもよいし、0.20以下であってもよい。 After using the actual RH, the slag components attached to the lower tank side wall material were analyzed, and when the average RSI was less than 0.04, the slag tended to have low calcia, low alumina, and high silica content, and when the average RSI was more than 0.30, the slag tended to have high calcia, low alumina, and low silica content. That is, when the average RSI is 0.04 or more and 0.30 or less as in (2) above, the brick of the present invention is considered to have excellent durability, as it is suppressed from dissolving the spinel due to calcia, dissolving the spinel due to low-alumina slag, and dissolving the magnesia due to silica. The RSI becomes low when the amount of Si-containing material is large, and becomes high when the amount of Ca-containing material is large. In the present invention, the average RSI may be 0.07 or more, or 0.20 or less.
2.真空脱ガス装置
本発明は真空脱ガス装置としての側面も有する。本発明に係る真空脱ガス装置は、上記本発明に係るマグネシア-スピネル煉瓦を下部槽側壁にライニングしてなることを特徴とする。煉瓦の組成や真空脱ガス装置の操業条件については上述した通りである。
2. Vacuum degassing apparatus The present invention also has an aspect of a vacuum degassing apparatus. The vacuum degassing apparatus according to the present invention is characterized in that the side wall of the lower vessel is lined with the magnesia-spinel brick according to the present invention. The composition of the brick and the operating conditions of the vacuum degassing apparatus are as described above.
3.真空脱ガス装置の操業方法
本発明は真空脱ガス装置の操業方法としての側面も有する。本発明に係る真空脱ガス装置の操業方法は、上記本発明に係るマグネシア-スピネル煉瓦を真空脱ガス装置の下部槽側壁にライニングしたうえで、上記(2)-(7)を満たすようにして真空脱ガス装置の操業を行うことを特徴とする。
3. Method for Operating a Vacuum Degassing Apparatus The present invention also has an aspect of a method for operating a vacuum degassing apparatus. The method for operating a vacuum degassing apparatus according to the present invention is characterized in that the magnesia-spinel bricks according to the present invention are used as a lining on the side wall of the lower vessel of the vacuum degassing apparatus, and the vacuum degassing apparatus is operated so as to satisfy the above-mentioned (2) to (7).
特に真空脱ガス槽内で酸素吹込みを実施する操業頻度が炉寿命回数の30%を超える操業を行う場合(1炉代の操業機会あたり、真空脱ガス槽内で酸素吹込みを行う操業を30%超実施する場合(例えば、1炉代の全操業回数が100回であるものと仮定した場合に、酸素吹込みを行う操業を30回超行う場合))において、当該真空脱ガス装置の下部槽側壁用煉瓦として本発明の煉瓦は有効である。すなわち、真空脱ガス装置で脱炭等の為に酸素吹込みを実施する際には多量のFeO含有スラグが生成されるところ、本発明の煉瓦はFeO含有スラグに対して高耐食性なマグネシアを30.1質量%以上96.0%質量以下含有しているため、酸素吹込みを実施する操業においても優れた耐食性が確保され得る。尚、マグネシアは熱膨張が大きく耐熱衝撃性に劣ることから、一般に黒鉛が添加されるが、本発明ではマグネシア-カーボン反応を避けるため黒鉛を添加しない。そこで本発明では耐熱衝撃性改善のために、ピッチ及び/又はカーボンブラックを0.1質量%以上2.0質量%以下配合し、且つ、スピネルを1.0質量%以上69.7質量%以下配合する。このことにより、酸素吹込みを実施する操業頻度が高い場合であっても、炉寿命の低下を抑えつつ操業が可能となる。 In particular, when the frequency of oxygen injection into the vacuum degassing tank exceeds 30% of the furnace life cycle (when oxygen injection into the vacuum degassing tank is performed more than 30% of the time during one furnace operation (for example, when oxygen injection is performed more than 30 times, assuming that the total number of operations for one furnace operation is 100)), the brick of the present invention is effective as a brick for the side wall of the lower tank of the vacuum degassing apparatus. That is, when oxygen injection is performed in the vacuum degassing apparatus for decarburization, etc., a large amount of FeO-containing slag is generated, but the brick of the present invention contains magnesia, which is highly corrosion-resistant to FeO-containing slag, in an amount of 30.1% by mass to 96.0% by mass, and therefore excellent corrosion resistance can be ensured even during operations in which oxygen is injected. Magnesia has a large thermal expansion and poor thermal shock resistance, so graphite is generally added, but in the present invention, graphite is not added to avoid the magnesia-carbon reaction. Therefore, in the present invention, in order to improve thermal shock resistance, pitch and/or carbon black is blended in an amount of 0.1% by mass to 2.0% by mass, and spinel is blended in an amount of 1.0% by mass to 69.7% by mass. This makes it possible to operate the furnace while suppressing a decrease in furnace life, even when the frequency of operation in which oxygen is blown in is high.
1.実施例・比較例に係る煉瓦の製造条件
表1~3に実施例及び比較例に係るマグネシア-スピネル煉瓦の組成及び物性を示す。表1~3の煉瓦は、耐火原料配合物に有機バインダーとしてフェノール樹脂を適量添加して混練し、オイルプレスによって230mm×114mm×110mmの形状に成形後、最高温度250℃で5時間保持の熱処理を施すことで製造した。
1. Manufacturing conditions of bricks according to the examples and comparative examples The compositions and physical properties of the magnesia-spinel bricks according to the examples and comparative examples are shown in Tables 1 to 3. The bricks in Tables 1 to 3 were manufactured by adding an appropriate amount of phenolic resin as an organic binder to the refractory raw material mixture, kneading it, forming it into a shape of 230 mm x 114 mm x 110 mm using an oil press, and then carrying out a heat treatment at a maximum temperature of 250°C for 5 hours.
2.槽内スラグインデックスの一例
表4に各処理における槽内スラグインデックス(RSI)と副材投入量の一例を示す。アルミニウム-シリコン脱酸鋼処理では、一例として表4に示す構成で副材が投入されるが、処理条件によっては各副材の投入量が変更される。本実施例では、ch毎に若干変動するRSIを1炉台にわたって平均した平均RSI(上記(2)~(7))を用いる。
2. An example of the in-vessel slag index Table 4 shows an example of the in-vessel slag index (RSI) and the amount of auxiliary material charged in each process. In the aluminum-silicon deoxidization steel process, the auxiliary materials are charged in the configuration shown in Table 4 as an example, but the amount of each auxiliary material charged varies depending on the process conditions. In this example, the average RSI (above (2) to (7)) obtained by averaging the RSI, which varies slightly for each channel, over one furnace is used.
3.実施例・比較例に係る煉瓦の評価
3.1 耐食性(損耗速度)
耐食性は、実機RH下部槽側壁材として各種煉瓦を適用し、損傷速度から評価した。適用時の平均槽内スラグインデックスは0.02から0.35の範囲内であった。また、損傷速度は稼働前と稼働後の煉瓦寸法の変化を総処理回数により除した値である。各平均槽内スラグインデックスでの比較例2の損傷速度を100とした。図2に各種煉瓦を実機RHに適用した際の損傷速度と平均RSIとの関係を示す。平均RSIが0.04以上0.30以下であった時、実施例に係る煉瓦は、同時に内張りしていた比較例に係る煉瓦より損傷速度が低かった。図2には代表例として、実施例1~4及び比較例1、2の結果のみ示したが、平均RSIが0.04以上0.30以下の範囲内においては、実施例1~13のいずれの煉瓦についても、比較例1~6に係る煉瓦よりも損耗速度指数が小さく、耐食性に優れるものであった。図2に示した代表例の適用時の酸素吹込みを実施する操業頻度は、炉寿命回数の30%以上であった。図中には示していないが、平均RSIが0.07で、酸素吹込みを実施する操業頻度が10%であった際、比較例2の損傷速度を100とした際の実施例1の損傷速度は99、比較例1の損傷速度は103であった。酸素吹込みを実施する操業頻度が高い程、実施例1~13の煉瓦は高耐用性を示し、従来煉瓦は耐用性が低下した。
3. Evaluation of bricks according to examples and comparative examples 3.1 Corrosion resistance (wear rate)
The corrosion resistance was evaluated from the wear rate when various bricks were applied as the side wall material of the lower tank of the actual RH. The average slag index in the tank was in the range of 0.02 to 0.35 when applied. The wear rate was calculated by dividing the change in the brick dimensions before and after operation by the total number of treatments. The wear rate of Comparative Example 2 at each average slag index in the tank was set to 100. Figure 2 shows the relationship between the wear rate and the average RSI when various bricks were applied to the actual RH. When the average RSI was 0.04 or more and 0.30 or less, the wear rate of the bricks according to the examples was lower than that of the bricks according to the comparative examples that were lined at the same time. Figure 2 shows only the results of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 as representative examples, but when the average RSI was in the range of 0.04 or more and 0.30 or less, the wear rate index of each of the bricks according to Examples 1 to 13 was smaller than that of the bricks according to Comparative Examples 1 to 6, and the corrosion resistance was superior. The operation frequency at which oxygen was blown in when the representative example shown in Fig. 2 was applied was 30% or more of the furnace life cycle. Although not shown in the figure, when the average RSI was 0.07 and the operation frequency at which oxygen was blown in was 10%, the damage rate of Example 1 was 99 and the damage rate of Comparative Example 1 was 103, assuming that the damage rate of Comparative Example 2 was 100. The higher the operation frequency at which oxygen was blown in, the higher the durability of the bricks of Examples 1 to 13 was, and the lower the durability of the conventional brick was.
実機での損傷速度以外に、真空脱ガス装置の下部槽側壁に用いる耐火物として必要な基本特性も評価した。具体的には、上述のようにして製造した煉瓦から、物性測定用の試料を切り出して、耐熱衝撃性、耐マグネシア-カーボン反応性、耐酸化性を評価した。 In addition to the damage rate in the actual equipment, we also evaluated the basic properties required for a refractory material to be used in the side wall of the lower tank of a vacuum degassing device. Specifically, samples for measuring physical properties were cut out from the bricks manufactured as described above, and the thermal shock resistance, magnesia-carbon reactivity resistance, and oxidation resistance were evaluated.
3.2 耐熱衝撃性
耐熱衝撃性は、溶銑浸漬スポーリング試験にて評価した。この試験は、40×40×190mmの試料を1500℃で10時間還元雰囲気下において焼成し、この試料を1650℃に昇温した溶銑中に10分間浸漬後、1分間水冷するサイクルを5回繰り返した。試験終了後、試料を切断し断面を観察して評価した。表1~3において、◎のものは長さ10mm以上の亀裂が見られなかった試料であり、○のものは長さ10mm以上の亀裂の発生が3本以下であった試料、×のものは10mm以上の亀裂が3本超発生した試料で実炉使用には適さないと判断した。
3.2 Thermal shock resistance Thermal shock resistance was evaluated by a hot metal immersion spalling test. In this test, a 40×40×190 mm sample was sintered in a reducing atmosphere at 1500° C. for 10 hours, immersed in hot metal heated to 1650° C. for 10 minutes, and then cooled with water for 1 minute. This cycle was repeated five times. After the test, the sample was cut and the cross section was observed and evaluated. In Tables 1 to 3, ◎ indicates a sample in which no cracks of 10 mm or more were observed, ○ indicates a sample in which three or fewer cracks of 10 mm or more were observed, and × indicates a sample in which more than three cracks of 10 mm or more were observed, and it was determined that the sample was not suitable for use in an actual furnace.
3.3 マグネシア-カーボン反応性
マグネシア-カーボン反応性は、Ar中高温加熱試験で評価した。この高温加熱試験は、雰囲気調整可能な電気炉を用いて実施した。試験温度は1700℃に設定し、Ar雰囲気にすると共に、Arを吹き込むことでMgガス分圧やCOガス分圧を下げ、減圧下ないし真空下での処理と同様にマグネシア-カーボン反応を促進させた。マグネシア-カーボン反応は固体のマグネシアとカーボンがMgガスとCOガスとなる反応であり、質量減少を伴うため、この質量減少率を用いてマグネシア-カーボン反応性を評価した。つまり、質量減少率の数値が小さいほどマグネシア-カーボン反応が抑制されている。また、試料は事前処理として、炭材中において温度1500℃で10時間還元焼成することで樹脂中の揮発成分を除去している。表1~3において、◎のものは質量減少率が0質量%以上3質量%未満の試料であり、○のものは質量減少率が3質量%以上10質量%未満の試料であり、×のものは質量減少率が10質量%以上の試料である。×の試料では重量減少により生じた空隙にスラグが浸潤し溶損するため、実炉使用には適さないと判断した。
3.3 Magnesia-carbon reactivity Magnesia-carbon reactivity was evaluated by a high-temperature heating test in Ar. This high-temperature heating test was carried out using an electric furnace capable of adjusting the atmosphere. The test temperature was set to 1700°C, and the Ar atmosphere was used. Ar was blown in to lower the partial pressure of Mg gas and the partial pressure of CO gas, and the magnesia-carbon reaction was promoted in the same manner as in the treatment under reduced pressure or vacuum. The magnesia-carbon reaction is a reaction in which solid magnesia and carbon become Mg gas and CO gas, and is accompanied by a mass reduction, so the magnesia-carbon reactivity was evaluated using this mass reduction rate. In other words, the smaller the mass reduction rate, the more the magnesia-carbon reaction is suppressed. In addition, the sample was pre-treated by reducing and firing it in carbon material at a temperature of 1500°C for 10 hours to remove volatile components in the resin. In Tables 1 to 3, ◎ indicates samples with a mass reduction rate of 0% by mass or more and less than 3% by mass, ○ indicates samples with a mass reduction rate of 3% by mass or more and less than 10% by mass, and × indicates samples with a mass reduction rate of 10% by mass or more. The × samples were determined to be unsuitable for use in actual furnaces because slag penetrated into the voids generated by the weight reduction and was dissolved.
3.4 耐酸化性
耐酸化性は、大気中高温加熱試験で評価した。この高温加熱試験は、雰囲気調整可能な電気炉を用いて実施した。試験温度は1700℃に設定し、大気雰囲気とすると共に、圧縮空気を吹き込むことで炭素の酸化反応を促進させた。炭素の酸化反応は、炭素がCOガスもしくはCO2ガスとなる反応であり、質量減少を伴うため、この質量減少率を用いて耐酸化性を評価した。つまり、質量減少率の数値が小さいほど炭素の酸化反応が抑制されている。また、試料は事前処理として、炭材中において温度1500℃で10時間還元焼成することで樹脂中の揮発成分を除去している。表1~3において、◎のものは質量減少率が0質量%以上3質量%未満の試料であり、○のものは質量減少率が3質量%以上10質量%未満の試料であり、×のものは質量減少率が10質量%以上の試料である。×の試料では重量減少により生じた空隙にスラグが浸潤し溶損するため、実炉使用には適さないと判断した。
3.4 Oxidation Resistance The oxidation resistance was evaluated by a high-temperature heating test in air. This high-temperature heating test was carried out using an electric furnace with an adjustable atmosphere. The test temperature was set to 1700°C, and the air atmosphere was used, and compressed air was blown in to promote the oxidation reaction of carbon. The oxidation reaction of carbon is a reaction in which carbon becomes CO gas or CO2 gas, and is accompanied by a mass reduction, so the oxidation resistance was evaluated using this mass reduction rate. In other words, the smaller the mass reduction rate, the more the oxidation reaction of carbon is suppressed. In addition, the samples were pre-treated by reducing and baking in carbon material at a temperature of 1500°C for 10 hours to remove volatile components in the resin. In Tables 1 to 3, ◎ indicates a sample with a mass reduction rate of 0% by mass or more and less than 3% by mass, ○ indicates a sample with a mass reduction rate of 3% by mass or more and less than 10% by mass, and × indicates a sample with a mass reduction rate of 10% by mass or more. In the × sample, slag penetrates into the voids generated by the weight reduction and dissolves, so it was determined that the sample was not suitable for use in an actual furnace.
実施例1から実施例5はマグネシアの含有率を30.1質量%以上96.0質量%以下の範囲内で変化させたものであり、表1~3に示すように、耐熱衝撃性、耐マグネシア-カーボン反応性、耐酸化性のいずれも良好な結果となった。また、上述の通り、図2に示す耐食性についても良好であった。これに対して、比較例1はマグネシアの含有率が少ないため、図2に示すように、平均RSIが(2)の範囲内で耐食性が低下した。比較例2はマグネシアの含有率が多くスピネルを含有していないため、耐熱衝撃性に劣った。 In Examples 1 to 5, the magnesia content was varied within the range of 30.1% by mass to 96.0% by mass, and as shown in Tables 1 to 3, good results were obtained in terms of thermal shock resistance, magnesia-carbon reactivity resistance, and oxidation resistance. As mentioned above, the corrosion resistance shown in Figure 2 was also good. In contrast, Comparative Example 1 had a low magnesia content, and as shown in Figure 2, the corrosion resistance decreased with the average RSI in the range of (2). Comparative Example 2 had a high magnesia content and did not contain spinel, so it had poor thermal shock resistance.
実施例3と実施例6~9はカーボンブラックの含有率を0.1質量%以上2.0質量%以下の範囲内で変化させたものであり、表1~3に示すように、耐熱衝撃性、耐マグネシア-カーボン反応性、耐酸化性がいずれも良好な結果となった。また、上述の通り、図2に示す耐食性についても良好であった。これに対して、比較例4はカーボンブラックを含有していないため、耐熱衝撃性が低下した。比較例3はカーボンブラックの含有率が多いため、耐マグネシア-カーボン反応性及び耐酸化性が低下した。 In Examples 3 and 6 to 9, the carbon black content was varied within the range of 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less, and as shown in Tables 1 to 3, the thermal shock resistance, magnesia-carbon reactivity resistance, and oxidation resistance all showed good results. As mentioned above, the corrosion resistance shown in Figure 2 was also good. In contrast, Comparative Example 4 did not contain carbon black, so the thermal shock resistance was reduced. Comparative Example 3 had a high carbon black content, so the magnesia-carbon reactivity resistance and oxidation resistance were reduced.
実施例10から実施例13はアルミニウムの含有率を0.1質量%以上2.0質量%以下の範囲内で変化させたものであり、表1~3に示すように、熱衝撃性、耐マグネシア-カーボン反応性、耐酸化性いずれも良好な結果となった。また、上述の通り、図2に示す耐食性についても良好であった。これに対して、比較例5はアルミニウムを含有していないため、耐酸化性が低下した。比較例6はアルミニウムの含有率が多いため、耐熱衝撃性が低下した。 In Examples 10 to 13, the aluminum content was varied within the range of 0.1% by mass to 2.0% by mass, and as shown in Tables 1 to 3, the thermal shock resistance, magnesia-carbon reactivity resistance, and oxidation resistance all showed good results. As mentioned above, the corrosion resistance shown in Figure 2 was also good. In contrast, Comparative Example 5 did not contain aluminum, so the oxidation resistance was reduced. Comparative Example 6 had a high aluminum content, so the thermal shock resistance was reduced.
尚、上記実施例では、カーボンブラックを使用したが、カーボンブラックに替えて、或いは、カーボンブラックとともに、ピッチを用いた場合にも同様の効果が奏される。 In the above examples, carbon black was used, but the same effect can be achieved by using pitch instead of or together with carbon black.
また、上記実施例では、煉瓦の耐酸化性を向上させるために煉瓦中にAlを含有させるものとしたが、Alに替えて、或いは、Alとともに、Al合金を用いた場合にも同様の効果が奏される。 In addition, in the above examples, Al is contained in the bricks to improve their oxidation resistance, but the same effect can be achieved by using an Al alloy instead of Al or together with Al.
また、上記実施例及び比較例において、カーボンブラックに替えて黒鉛を採用した場合、カーボンブラックやピッチを採用した場合と比較して、耐マグネシア-カーボン反応性がやや低下する傾向にあった。また、真空脱ガス装置の操業時において溶融金属の熱の放散やカーボンピックアップが生じ易い傾向にあった。 In addition, in the above examples and comparative examples, when graphite was used instead of carbon black, the resistance to magnesia-carbon reactivity tended to be slightly lower than when carbon black or pitch was used. Also, there was a tendency for heat dissipation and carbon pickup from the molten metal to occur easily during operation of the vacuum degassing device.
Claims (2)
下記(2)-(7)を満たす操業を行う真空脱ガス装置の下部槽側壁にライニングされる、
マグネシア-スピネル煉瓦。
0.04≦平均槽内スラグインデックス(以下平均RSI)[-]≦0.30 (2)
平均RSI [-]=Σ各処理におけるスラグインデックス[-]/1炉代の処理回数[ch/炉代] (3)
各処理におけるスラグインデックス[-]=(投入カルシア量[kmol/ch]+投入アルミナ量[kmol/ch]×0.2)/(投入カルシア量[kmol/ch]+投入シリカ量[kmol/ch]+投入アルミナ量[kmol/ch]) (4)
投入カルシア量[kmol/ch]=Ca含有物の投入量[kg/ch]×Ca含有物のカルシウム含有率[mass%]÷40.08 (5)
投入シリカ量[kmol/ch]=Si含有物の投入量[kg/ch]×Si含有物のシリコン含有率[mass%]÷28.09 (6)
投入アルミナ量[kmol/ch]=Al含有物の投入量[kg/ch]×Al含有物のアルミニウム含有率[mass%]÷53.96 (7) does not contain graphite, and contains 1.0% by mass or more and 69.7% by mass or less of spinel, 30.1% by mass or more and 96.0% by mass or less of magnesia, 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less of aluminum and/or aluminum alloy, and 0.1% by mass or more and 2.0% by mass or less of pitch and/or carbon black;
It is used as a lining on the side wall of the lower vessel of a vacuum degassing apparatus that satisfies the following (2)-(7):
Magnesia-spinel brick.
0.04≦Average vessel slag index (hereinafter referred to as average RSI) [-]≦0.30 (2)
Average RSI [-] = Σ Slag index [-] in each process / number of processes for one furnace [ch / furnace cost] (3)
Slag index [-] in each treatment = (amount of calcia input [kmol/ch] + amount of alumina input [kmol/ch] × 0.2) / (amount of calcia input [kmol/ch] + amount of silica input [kmol/ch] + amount of alumina input [kmol/ch]) (4)
Amount of calcia fed [kmol/ch] = Amount of Ca-containing material fed [kg/ch] × Calcium content of Ca-containing material [mass%] ÷ 40.08 (5)
Input amount of silica [kmol / ch] = input amount of Si-containing material [kg / ch] × silicon content of Si-containing material [mass%] ÷ 28.09 (6)
Amount of alumina fed [kmol/ch] = Amount of Al-containing material fed [kg/ch] × Aluminum content of Al-containing material [mass%] ÷ 53.96 (7)
真空脱ガス装置。 The magnesia-spinel brick according to claim 1 is used to line the side wall of a lower tank.
Vacuum degassing equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021063454A JP7614501B2 (en) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Magnesia-spinel bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021063454A JP7614501B2 (en) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Magnesia-spinel bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022158501A JP2022158501A (en) | 2022-10-17 |
| JP7614501B2 true JP7614501B2 (en) | 2025-01-16 |
Family
ID=83639305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021063454A Active JP7614501B2 (en) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | Magnesia-spinel bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7614501B2 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003221271A (en) | 2002-01-31 | 2003-08-05 | Shinagawa Refract Co Ltd | Carbon-containing brick |
| JP2003226570A (en) | 2002-02-05 | 2003-08-12 | Kurosaki Harima Corp | Magnesia-spinel brick |
| JP2016141595A (en) | 2015-02-02 | 2016-08-08 | 新日鐵住金株式会社 | Magnesia refractory |
| JP2016222953A (en) | 2015-05-28 | 2016-12-28 | Jfeスチール株式会社 | Manufacturing method of high cleanliness steel |
| CN110128113A (en) | 2019-05-27 | 2019-08-16 | 武连明 | A kind of magnesium aluminum titanium brick and its preparation method and application |
| JP2020055726A (en) | 2018-10-04 | 2020-04-09 | 黒崎播磨株式会社 | Spinel-magnesia-carbon brick for vacuum degassing apparatus, and vacuum degassing apparatus having the same lined on sidewall of lower vessel thereof |
-
2021
- 2021-04-02 JP JP2021063454A patent/JP7614501B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003221271A (en) | 2002-01-31 | 2003-08-05 | Shinagawa Refract Co Ltd | Carbon-containing brick |
| JP2003226570A (en) | 2002-02-05 | 2003-08-12 | Kurosaki Harima Corp | Magnesia-spinel brick |
| JP2016141595A (en) | 2015-02-02 | 2016-08-08 | 新日鐵住金株式会社 | Magnesia refractory |
| JP2016222953A (en) | 2015-05-28 | 2016-12-28 | Jfeスチール株式会社 | Manufacturing method of high cleanliness steel |
| JP2020055726A (en) | 2018-10-04 | 2020-04-09 | 黒崎播磨株式会社 | Spinel-magnesia-carbon brick for vacuum degassing apparatus, and vacuum degassing apparatus having the same lined on sidewall of lower vessel thereof |
| CN110128113A (en) | 2019-05-27 | 2019-08-16 | 武连明 | A kind of magnesium aluminum titanium brick and its preparation method and application |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2022158501A (en) | 2022-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6215109B2 (en) | Magnesia carbon brick | |
| US6875716B2 (en) | Carbonaceous refractory and method for preparing the same | |
| JP6600729B1 (en) | Spinel-magnesia-carbon brick for vacuum degassing apparatus and vacuum degassing apparatus lining this on the side wall of lower tank | |
| JP4681456B2 (en) | Low carbon magnesia carbon brick | |
| JP5777561B2 (en) | Brick for stainless steel refining ladle and stainless steel refining ladle | |
| JP5967160B2 (en) | Lined refractory for secondary refining equipment with decompression | |
| JP7389352B2 (en) | Spinel-magnesia-carbon bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment | |
| JP7614501B2 (en) | Magnesia-spinel bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment | |
| JP6361705B2 (en) | Lining method of converter charging wall | |
| JP2015189640A (en) | Alumina-silicon carbide-carbon brick | |
| JP7469667B2 (en) | Spinel-alumina-carbon bricks for vacuum degassing equipment and vacuum degassing equipment | |
| JP6219729B2 (en) | Magnesia carbon brick | |
| JP2011104596A (en) | Sliding nozzle plate | |
| JP6315037B2 (en) | Lined refractories for continuous casting tundish | |
| JP6978677B2 (en) | Refractory lining for secondary refractory equipment with decompression | |
| JP4822192B2 (en) | Non-fired carbon-containing refractories | |
| JP2005089271A (en) | Carbon-containing refractory, its manufacturing method and its use application | |
| JP2006021972A (en) | Magnesia-carbon brick | |
| JP6767659B2 (en) | Slide plate refractory | |
| JP7736519B2 (en) | Manufacturing method and use method of bricks for vacuum degassing equipment | |
| JP5068887B1 (en) | Vacuum degassing tank and degassing treatment method using the same | |
| JP5578680B2 (en) | Carbon-containing refractories | |
| JP2000335980A (en) | Graphite-containing amorphous refractories | |
| JP2014091633A (en) | Carbon-containing brick | |
| JPH10306308A (en) | Carbon-containing refractory for tuyere of molten metal smelting furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231215 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20241002 |
|
| 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: 20241126 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241209 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7614501 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |