專利名稱：未燒成的含碳耐火物及熔融金屬用容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種適合熔融金屬用容器內(nèi)襯的非燒結(jié)含碳耐火材料，尤其是通過(guò)減低熔融金屬用容器的鐵皮溫度，而可以使防止鐵皮變形及抑制熔鋼溫度降低成為可能的適于熔融金屬用容器的內(nèi)襯的非燒結(jié)含碳耐火材料，以及熔融全屬用容器。
背景技術(shù)：
含有石墨等碳的氧化鎂碳磚、氧化鋁-碳磚等含碳耐火材料，因其優(yōu)異耐蝕性及耐氧化性而顯示高耐用性，所以現(xiàn)在常被用于做為鐵水罐車、鐵水包、轉(zhuǎn)爐、盛鋼水包、脫氣爐、保持爐及電爐等搬運(yùn)用及處理用(RH脫氣、LF處理等)。尤其是制鐵用的各種容器的內(nèi)襯。
但是，由于碳的熱傳導(dǎo)率高，進(jìn)行RH脫氣、LF處理等熔鋼處理時(shí)，因熔鋼長(zhǎng)時(shí)間滯留于容器內(nèi)，鐵皮溫度會(huì)上升，而發(fā)生鐵皮變形及散熱增大等問(wèn)題。
再者，使進(jìn)行搬運(yùn)及處理的熔融金屬的溫度下降增大，也有使能量損失變大的問(wèn)題。
而且，若鐵皮溫度變高，鐵皮容易變形，而有容器罐體的耐用性降低等問(wèn)題。又，在底部同樣由于暴露于高溫，而發(fā)生因滑閥裝置變形造成鑄造時(shí)的困擾等問(wèn)題。
在屬于高能量消耗產(chǎn)業(yè)的制鐵業(yè)或非鐵金屬業(yè)中，將能量效率提高至最大為最重要的課題之一。
關(guān)于這些問(wèn)題，至目前為止曾揭示如下的技術(shù)在‘耐火材料，Vol.149，No.10，574-575，1997’中，揭示將微孔隔熱材料(厚3mm)應(yīng)用于鋼水包的側(cè)壁，則鐵皮溫度約下降55℃。但是將隔熱材料用于側(cè)壁背面的場(chǎng)合，耐火材料內(nèi)襯的成本變高；又，隔熱材料由于其內(nèi)部有多數(shù)氣孔，無(wú)法得到高強(qiáng)度，結(jié)果納入鋼時(shí)耐火材料發(fā)生熱膨脹等，以致隔熱材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生壓縮變形且隔熱性易于降低，而有難以得到連續(xù)效果的問(wèn)題。通常隔熱材料能有效使用的期間約為磨耗耐火材料的1-2倍。而且更換隔熱材料的時(shí)候，必須將里襯耐火材料解體。結(jié)果，雖然里襯耐火材料的耐用期間通常為磨耗耐火材料的5-8倍，但若應(yīng)用隔熱材料，其耐用期間將變成磨耗耐火材料的約1-2倍。
再者，若應(yīng)用隔熱材料，由于熱通過(guò)鐵皮散逸至外部之前會(huì)充滿在耐火材料內(nèi)，使耐火材料整體的溫度上升，所以有耐火材料(尤其是磨耗耐火材料)的耐用性降低等問(wèn)題。
在‘耐火材料，Vol.141，No.7，365-370，1989’中，為使轉(zhuǎn)爐的鐵皮壽命延長(zhǎng)，雖然爐腹及下部錐體用吹風(fēng)冷卻法冷卻，上部錐體用水冷卻管法冷卻，但該系統(tǒng)導(dǎo)入LF容器時(shí)，從熱損失的觀點(diǎn)出發(fā)并不適用。
再者在轉(zhuǎn)爐等中，為緩和在高溫的應(yīng)力，雖然藉著使用已考慮MgO-C磚膨脹性的內(nèi)襯設(shè)計(jì)可使產(chǎn)生的應(yīng)力降低，但若在鐵皮溫度高的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，基本上仍會(huì)有鐵皮溫度上升，有鐵皮變形及熱損失等問(wèn)題。
如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，為減低鐵皮溫度，雖然藉著導(dǎo)入水冷卻或空氣冷卻系統(tǒng)、于里襯磚的背面?zhèn)葢?yīng)用隔熱材料，或于加熱期間減低產(chǎn)生的應(yīng)力等，以防止鐵皮變形，但在成本問(wèn)題、耐用性降低及能量節(jié)省方面未充分解決。
鑒于上述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的為提供一種可以防止熔融金屬用容器的鐵皮變形、增加罐體壽命、抑制熔鋼溫度降低以及可以減低能量損失的適合做為熔融金屬用容器的內(nèi)襯的含碳耐火材料，尤其是能降低能量損失且不會(huì)使內(nèi)襯的耐用性降低的含碳耐火材料；本發(fā)明亦提供一種以該含碳耐火材料為內(nèi)襯而可以削減能量損失且耐用性安定的熔融金屬用容器。
在本發(fā)明中?！廴诮饘儆萌萜鳌抵缸鰹殍F水罐車、鐵水包、轉(zhuǎn)爐、鋼水包、脫氣爐、保持爐及電爐等搬運(yùn)用及處理用(RH脫氣、LF處理等)的各種容器。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明者反復(fù)仔細(xì)研究了有關(guān)使由熔融金屬用容器的能量損失減低的技術(shù)，以及同時(shí)不使耐蝕性、耐剝落性及耐氧化性等耐用性降低的技術(shù)，結(jié)果達(dá)成上述目的而完成本發(fā)明。
以下將更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
目前，各種熔爐所用的內(nèi)襯用含碳耐火材料，為依據(jù)于個(gè)自的使用條件得到良好耐用性的需要，選用碳含量適當(dāng)?shù)?，所以因?qū)ο笕蹱t的不同，而使用碳含量不同的含碳耐火材料。
近年來(lái)，含碳耐火材料的制造技術(shù)或材質(zhì)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)步的結(jié)果，已可以得到高密度的含碳耐火材料。
高密度的含碳耐火材料，一方面耐蝕性及耐氧化性優(yōu)異且顯示良好的耐用性，但另一方面由于熱傳導(dǎo)率高，內(nèi)襯內(nèi)的溫度上升，使得熔爐的鐵皮溫度上升，由熔爐及熔融金屬的放散熱量變大。
目前，各種熔爐所用的高密度含碳耐火材料的熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)，雖視其的耐火性骨材的種類而定，但相對(duì)于該耐火材料的碳含量X重量％，大體在0.8X+8＜λ＜0.8X+16的范圍內(nèi)者為現(xiàn)狀。
本發(fā)明者，研究了有關(guān)使來(lái)自熔融金屬用容器的能量損失減低的技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在含碳耐火材料中，至少一部分含石墨的碳原料占30重量％以下，以1-20重量％為較佳，以及該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，即可以達(dá)成上述目的，從而開(kāi)發(fā)出本發(fā)明。
再者，本發(fā)明者研究了在使來(lái)自熔融金屬用容器的能量損失減低的同時(shí)，不使耐蝕性、耐剝落性及耐氧化性等耐用性降低的技術(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藉著在含碳耐火材料中，至少一部分含石墨的碳原料占30重量％以下，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，表觀氣孔率為10％以下，以及比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料之總量100重量份的含量，為20重量份以上，可更進(jìn)一步達(dá)成上述目的，從而開(kāi)發(fā)出本發(fā)明。
因此一方面為高密度，一方面可以得到使來(lái)自熔融金屬容器的能量損失減低的含碳耐火材料。
尤其是在至少一部份含石墨的碳原料占1-20重量％的場(chǎng)合，更發(fā)現(xiàn)與已用的具相同碳含量的含碳耐火材料相較，含碳耐火材料的熱傳導(dǎo)率降低10-30％以上，在以其內(nèi)襯的熔融金屬用容器中，含碳耐火磚的背面溫度下降100-150℃，熔融金屬用容器的鐵皮溫度在500℃以下，借此，開(kāi)發(fā)出更為改善的本發(fā)明。
亦即，依照本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料，(1)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種非燒結(jié)含碳耐火材料，其特征為在包含耐火性骨材以及30重量％以下的至少一部份含石墨的碳原料的非燒結(jié)含碳耐火材料中，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，表觀氣孔率為10％以下，以及比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料的總量100重量份的含量，為20重量份以上’。
再者，依照本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料，(2)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種非燒結(jié)含碳耐火材料，其特征為在包含(a)由50重量％以上的氧化鎂組成的耐火性骨材以及(b)30重量％以下的至少一部份含石墨的碳原料的非燒結(jié)含碳耐火材料中，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，表觀氣孔率為6％以下，以及比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料的總量100重量份的含量，為20重量份以上’。
再者，依照本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料，(3)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種非燒結(jié)含碳耐火材料，其特征為在包含(a)50重量％以上的堿含量在1重量％以下的氧化鋁原料組成的耐火性骨材以及(b)30重量％以下的至少一部份含石墨的碳原料的非燒結(jié)含碳耐火材料中，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+5的關(guān)系，表觀氣孔率為10％以下，以及比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與與碳原料的總量100重量份的含量，為20重量份以上’。
再者，依照本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料，(4)其特征為‘在上述的非燒結(jié)含碳耐火材料中，該至少一部份含石墨的碳原料為1-20重量％的非燒結(jié)含碳耐火材料’。
再者，依照本發(fā)明的熔融金屬用容器，(5)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種熔融金屬用容器，其特征為在熔融金屬用容器中，于其內(nèi)襯的至少一部份使用上述非燒結(jié)含碳耐火材料中任一種’。
再者，依照本發(fā)明的熔融金屬用容器，(6)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種熔融金屬用容器，其特征為在熔融金屬用容器中，于其內(nèi)襯的至少一部份使用上述非燒結(jié)含碳耐火材料中任一種，以及鐵皮溫度在500℃以下’。
再者，依照本發(fā)明的熔融金屬用容器，(7)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種熔融金屬用容器，其特征為在熔融金屬用容器中，不將里襯隔熱材料介于中間，而在內(nèi)襯的至少一部分使用上述非燒結(jié)含碳耐火材料中的任一種，以及鐵皮溫度在500℃以下’。
再者，依照本發(fā)明的熔融金屬用容器，(8)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種熔融金屬用容器，其特征為在熔融金屬用容器中，于內(nèi)襯的至少一部份使用上述非燒結(jié)含碳耐火材料中的任一種，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系以及鐵皮溫度在500℃以下’。
再者，依照本發(fā)明的熔融金屬用容器，(9)其要旨(發(fā)明的特定事項(xiàng))為‘一種熔融金屬用容器，其特征為在熔融金屬用容器中，不將里襯隔熱材料介于中間，而于內(nèi)襯的至少一部分使用上述非燒結(jié)含碳耐火材料中的任一種，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系以及鐵皮溫度在500℃以下’。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1為以依照本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料做為內(nèi)襯的熔融金屬用容器的部分剖面圖。
圖中，1為鐵皮，2及3為里襯磚，4為內(nèi)襯非燒結(jié)含碳耐火材料以及5為熔鋼。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的特征為在包含耐火性骨材以及30重量％以下(以20重量％以下為較佳)至少一部分含石墨的碳原料的非燒結(jié)含碳耐火材料中，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，表觀氣率為10％以下，以及比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料的總量100重量份的含量，為20重量份以上。
再者，本發(fā)明的特征為使用非燒結(jié)含碳耐火材料做為熔融金屬用容器的內(nèi)襯，其中在包含耐火性骨材以及30重量％以下(以20重量％以下為較佳)至少一部分含石墨的碳原料的該非燒結(jié)含碳耐火材料中，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系。
即，本發(fā)明藉著使用熱傳導(dǎo)率減低的含碳耐火材料，可以抑制內(nèi)襯內(nèi)溫度的上升及使鐵皮溫度降低，而減低來(lái)自熔爐及熔融金屬的放散熱量。
更特定而言，與已用的具有相同碳含量的含碳耐火材料相比較，藉著使用熱傳導(dǎo)率降低10-30％以上的含碳耐火材料，可以抑制內(nèi)襯內(nèi)溫度上升，使含碳耐火材料的背面溫度下降約100-150℃，使其鐵皮溫度成為500℃以下，而可以防止鐵皮變形，以及減低由熔融金屬用容器及熔融金屬的放散熱量。
即，使用上述熱傳導(dǎo)率減低的含碳耐火材料時(shí)，如一向所實(shí)行的那樣，考慮內(nèi)襯耐火材料的熱傳導(dǎo)率及其厚度，以及里襯耐火材料的熱傳導(dǎo)率及其厚度，可以使熔融金屬容器的鐵皮溫度成為500℃以下。
鐵皮溫度較佳在400℃以下，更佳在380℃以下。
依照本發(fā)明的含碳耐火材料，為了做為熔融金屬容器用的耐火材料，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間必須存在λ≤0.8X+7的關(guān)系。
在λ＞0.8X+7的情況，內(nèi)襯內(nèi)的溫度上升，使得熔融金屬容器的鐵皮溫度上升，由熔融金屬容器及熔融金屬的放散熱量變大，所以不佳。
為使含碳耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，必須使用(1)被覆熱傳導(dǎo)率比碳更低的超微粉(例如氧化鋁、氧化鎂的超微粉)的石墨，(2)在碳原料表面形成熱傳導(dǎo)率比碳低的層的石墨，(3)將石墨經(jīng)酸處理等得到的石墨結(jié)晶在C軸方向薄片化的石墨，或(4)粒徑小的微細(xì)石墨，其量為碳原料的至少30重量％以上，更佳50重量％以上。
熱傳導(dǎo)率λ之值，大體有在常溫的測(cè)定值以及在熱狀態(tài)的測(cè)量值，由于本發(fā)明的含碳耐火材料是在高溫下被使用，所以在本文中系指在熱狀態(tài)的測(cè)定值，更特定而言，該熱傳導(dǎo)率λ的值采用在600℃熱狀態(tài)的測(cè)定值。
為何采用在600℃的測(cè)定值，因?yàn)橐勒毡景l(fā)明的含碳耐火材料非燒結(jié)品，在200-500℃，由于做為粘合劑的樹(shù)脂等有機(jī)物進(jìn)行碳化，所以正確的熱狀態(tài)下的熱傳導(dǎo)率難以表示，而在500℃以上時(shí)，由于有機(jī)粘合劑的碳化大約完結(jié)，熱傳導(dǎo)率不會(huì)大幅變動(dòng)，所以用在600℃的測(cè)定值代表。
不過(guò)，在本發(fā)明中使用的熱傳導(dǎo)率λ的值意指在500℃以上的熱特性值。
本發(fā)明使用的耐火性骨材，沒(méi)有特殊限制，可以使用氧化鎂、氧化鋁、尖晶石、氧化鈣、白云石、氧化鋯、氧化硅等氧化物，或者碳化硅、碳化硼、硼化鋯等非氧化物。
一般而言，含碳耐火材料所用的耐火性骨材多為氧化鎂原料及氧化鋁原料。
在本發(fā)明中所用的氧化鎂原料，雖然電熔品及燒結(jié)品中的任一種皆可，但為得到高度耐蝕性，純度期望在95重量％以上。
再者，在轉(zhuǎn)爐，尤其是使用高堿性熔渣時(shí)時(shí)常被采用的轉(zhuǎn)爐中，氧化鎂原料中的不純物組成宜符合CaO/SiO2≥2。
在高堿性熔渣共存下使用的場(chǎng)合，由于氧化鎂耐蝕性優(yōu)異，熔解速度延緩，因此不純物濃縮而成的晶界的組成會(huì)強(qiáng)烈影響耐火材料的耐用性。
亦即，在CaO/SiO2＜2時(shí)，由于晶界的熔點(diǎn)低，在高溫下生成液相，方鎂石結(jié)晶易流出，所以不佳。
再者，在本發(fā)明中使用的氧化鋁原料，可以為電熔品、燒結(jié)品及天然品中的任一種，純度較佳在50重量％以上。
為了得到充分的耐蝕性，氧化鋁原料的堿含量必須少，亦即宜在1重量％以下。
若使用50重量％以上的氧化鎂原料做為耐火性骨材，則含碳耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間取λ≤0.8X+7的關(guān)系，而且在減低放散熱量上較佳。
藉著達(dá)到λ≤0.8X+7，熔融金屬用容器的鐵皮溫度能成為500℃以下，較佳400℃以下，更佳380℃以下。
再者，若使用以氧化鋁原料為主材料做為耐火性骨材，則由于其熱傳導(dǎo)率相對(duì)降低，所得含碳耐火材料的熱傳導(dǎo)率亦傾向顯示低值。
所以，做為耐火性骨材，若使用50重量％以上的氧化鋁原料，含碳耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間取λ≤0.8X+5的關(guān)系，而且在減低放散熱量上較佳。
由于達(dá)到λ≤0.8X+5，熔融金屬用容器的鐵皮溫度能成為500℃以下，較佳400℃以下，更佳380℃以下。
依照本發(fā)明的含碳耐火材料，碳原料的含量以在30重量％以下為較佳。
若超過(guò)30重量％，氧化損傷將變大而發(fā)生耐用性降低的問(wèn)題，再者由于熱傳導(dǎo)率變高，無(wú)法達(dá)到使熔爐的放散熱量減低的本發(fā)明目的。
在此方面，碳原料的含量較佳在20重量％以下。
再者，在鋼水包及RH真空脫氣設(shè)備等熔鋼保持時(shí)間長(zhǎng)的容器中，為了盡可能抑制放散熱量，碳原料的含量以更少為較佳，亦即期望不滿17重量％。
碳原料含量的下限，雖然沒(méi)有特別限制，但為了得到抑制熔渣浸潤(rùn)的碳效應(yīng)，宜在1重量％以上。
再者，在本發(fā)明中做為碳原料，雖然必須使用包覆有熱傳導(dǎo)率比碳低的超微粉(例如氧化鋁、氧化鎂等)的石墨，在碳原料表面形成熱傳導(dǎo)率比碳低的層的石墨，將石墨經(jīng)酸處理等得到的石墨結(jié)晶在C軸方向薄片化的石墨，或粒徑小的微細(xì)石墨，但需要時(shí)，也可以使用上述以外的石墨。
上述以外的石墨的量，在碳原料中占10-70重量％，較佳占10-50重量％。
由于使用石墨，可以得到良好的充填性。
再者，為結(jié)晶質(zhì)碳的石墨，由于耐蝕性及耐氧化優(yōu)異，所以得到的含碳耐火材料有良好的耐氧化性及耐蝕性。
又，依照本發(fā)明的含碳耐火材料，表觀氣孔率必須在10％以下。
若超過(guò)10％，由于該耐火材料的充填性變低，耐蝕性及耐氧化性將降低而使耐用性劣化，所以不佳。
為使表觀氣孔率在10％以下，可以使用公知的手段，例如將原料混合時(shí)，加入有適當(dāng)潤(rùn)滑性的粘合劑做成坯土，并在富于壓力傳達(dá)性的坯土狀態(tài)下加壓成形等，作為調(diào)整致密度的手段。
在使用以氧化鎂原料為主體做為耐火性骨材的情況，由于氧化鎂原料具有相對(duì)低的氣孔率，所以得到的含碳耐火材料的表觀氣孔率有顯示低值的傾向。
因此在本發(fā)明中，氧化鎂原料使用50重量％以上的情況，表觀氣孔率為6％以下，在得到良好耐用性上更佳。
在使用以氧化鋁原料為主體做為耐火性骨材的情況，得到的含碳耐火材料的表觀氣孔率必須為10％以下。
在熱傳導(dǎo)率低的場(chǎng)合或暴露于嚴(yán)酷溫度變化條件的場(chǎng)合，耐火材料產(chǎn)生較廣的溫度分布，因此起因于熱應(yīng)變的熱應(yīng)力變高，有容易引起剝落性損傷的傾向。
在本發(fā)明中，為了克服此缺點(diǎn)，在耐火材料組織中，必須分散一定量以上一定尺寸以上的粗粒骨材。
一般而言，在含碳耐火材料組織中因熱應(yīng)力等發(fā)生的龜裂，一方面伸展至分散有豐富碳的基質(zhì)中，一方面破壞耐火材料。
此時(shí)，在含碳耐火材料組織中，若將粗粒的耐火性骨材粒子以適當(dāng)?shù)念l度分散，則傳播伸展至組織中的龜裂在達(dá)到該粒子的時(shí)點(diǎn)，因該粗粒的干涉效果可以減低龜裂的傳播力，而使其伸展受到抑制。
為得到該效果，在依照本發(fā)明的含碳耐火材料中，比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料的總量100重量份的含量，必須為20重量份以上。
未滿20重量份時(shí)，將無(wú)法充分得到上述剝落性損傷抑制效果。
為得到更充分的效果，比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料之總量100重量份的含量，較佳為30重量份以上。
比1mm大的耐火性骨材的含量上限雖無(wú)特殊限定，但為形成良好的組織，較佳在70重量份以下。
藉著使用該特定粒度的耐火性骨材，在熱傳導(dǎo)率減低的含碳耐火材料中，可以得到不會(huì)使致密性及耐蝕性劣化而確保充分耐剝落性的特殊效果。
接下來(lái)，關(guān)于將本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料內(nèi)襯用于各種容器的場(chǎng)合，將參照


其構(gòu)成。
如圖1所示，裝入熔鋼5的容器，例如LF容器等，是在鐵皮1上施加里襯磚2及3，以及于其內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)襯的非燒結(jié)含碳耐火材料4。
實(shí)施例接下來(lái)，同時(shí)列舉本發(fā)明的實(shí)施例及比較例，雖然更具體地說(shuō)明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不受下文記載的實(shí)施例限定。
(實(shí)施例1-7，比較例1-6)如表1所示，使用由電熔原料組成的耐火性骨材，以及純度為90％的鱗狀石墨A及將其薄片化且包覆有耐火性骨材(例如氧化鋁、氧化鎂)的超微粉(20微米以下)的石墨B，將它們與表2所示的其他原料混合，藉加壓混煉機(jī)混煉、成形，將成形物于200℃熱處理12小時(shí)，而做成由非燒結(jié)含碳耐火材料組成的試料。
關(guān)于各試料，進(jìn)行下述的各種評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
(耐氧化性試驗(yàn))將試料在1300℃的大氣中加熱后，測(cè)定脫碳層的厚度(mm)。
(耐蝕性實(shí)驗(yàn))實(shí)例1及2以及比較例1及2的試料，于1400℃，用堿度2的熔渣實(shí)施熔渣侵蝕試驗(yàn)后，測(cè)定熔損深度(mm)。
其他的試料，在1650℃，用堿度3.8的熔渣實(shí)施熔渣侵蝕試驗(yàn)后，測(cè)定熔損深度(mm)。
(耐剝落試驗(yàn))將試料浸漬在熔融的生鐵中并賦予熱沖擊后，測(cè)定在剖斷面上所發(fā)現(xiàn)的龜裂產(chǎn)生量并將其數(shù)值化。
(鐵皮表面溫度)模擬在表2中記載的各熔爐并考慮內(nèi)襯的厚度而做成內(nèi)襯模型，賦予一定的熔鋼溫度及外氣溫度以及實(shí)施穩(wěn)定傳熱計(jì)算時(shí)所得到的鐵皮表面溫度。
表1

表2

在實(shí)施例1，2，4及比較例1，2，4中，使用氧化鋁超微粉，其他則使用氧化鎂超微粉。
從表2可知，依照本發(fā)明的含碳耐火材料，具有耐蝕性、耐剝落性及耐氧化性同時(shí)優(yōu)異的特征，在用于各種熔融金屬用容器的場(chǎng)合，具有減低鐵皮溫度的效果。
因此，可以明白依照本發(fā)明的含碳耐火材料(1)具有高耐蝕性、耐剝落性及耐氧化性的優(yōu)異耐用性，同時(shí)在使用時(shí)顯示減低能量損失的特別優(yōu)異效果，(2)有優(yōu)異的耐用性，而且能減低能量損失，因此可以得到至目前為止極難實(shí)現(xiàn)的優(yōu)異熔融金屬容器用內(nèi)襯，以及(3)藉著其使用，在為高能量消費(fèi)產(chǎn)業(yè)的制鐵業(yè)或非鐵制造業(yè)中，可使能量更進(jìn)一層地節(jié)省，而有高的工業(yè)價(jià)值。
(實(shí)施例8，比較例7)在通常所用的60t-LF容器的內(nèi)襯磚方面，將以上述表2的實(shí)施例6記載的MgO-C磚內(nèi)襯的本發(fā)明容器與以已用非燒結(jié)含碳耐火材料比較品(除石墨外，組成與實(shí)施例6者相同)內(nèi)襯的容器做成如表3所示的厚度，以及做成如圖1所示的構(gòu)成。又在里襯磚方面，使用高氧化鋁質(zhì)磚。
本發(fā)明容器與比較例容器中的內(nèi)襯非燒結(jié)含碳耐火材料的熱傳導(dǎo)率及碳含量被示于表4中。
再者，該二容器的穩(wěn)定傳熱計(jì)算，于熔鋼溫度為1650℃及外氣溫度為30℃下，以常用方法進(jìn)行。
計(jì)算結(jié)果被示于表5中。
表3 *1圖1的內(nèi)襯磚3*2圖1的內(nèi)襯磚2
表4

表5

*1圖1的里襯磚3*2圖1的里襯磚2從穩(wěn)定傳熱計(jì)算的結(jié)果可以明白下列事項(xiàng)·相對(duì)于在比較容器中的已用MgO-C磚的背面?zhèn)葴囟葹?387℃，本發(fā)明容器中的低熱傳導(dǎo)性MgO-C磚的背面?zhèn)葴囟葹?271℃，亦即與已知MgO-C磚內(nèi)襯的場(chǎng)合相比，以本發(fā)明的低熱傳導(dǎo)性MgO-C磚內(nèi)襯的場(chǎng)合，內(nèi)襯耐火材料的背面?zhèn)葴囟认陆?16℃。
由此，有里襯磚的耐用性提高的效果。
·相對(duì)于比較例容器中的鐵皮溫度為522℃，本發(fā)明容器中的鐵皮溫度為485℃，鐵皮溫度約降低40℃。
因此，經(jīng)由應(yīng)用本發(fā)明的低熱傳導(dǎo)率MgO-C磚，可以防止鐵皮變形以及減低由鐵皮側(cè)的放散熱量。
·再者，在本發(fā)明的容器中，藉著減低內(nèi)襯耐火材料的熱傳導(dǎo)率，可以使來(lái)自熔鋼的熱在內(nèi)襯耐火材料中的蓄積量減少，而在抑制熔鋼溫度的降低上有所貢獻(xiàn)。
接下來(lái)說(shuō)明將本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料應(yīng)用于具有圖1所示構(gòu)成的實(shí)際熔爐的實(shí)施例。
(實(shí)施例9)于100t-LF容器的鐵皮1上設(shè)有分別做為里襯磚2及3的高氧化鋁質(zhì)磚及鎂鉻磚，在其內(nèi)側(cè)用上述表2的實(shí)施例5記載的MgO-C磚4做成厚200mm的內(nèi)襯，在如此制成的本發(fā)明容器中進(jìn)行鐵皮溫度的測(cè)定，結(jié)果為320℃。
(實(shí)施例10)于25t-LF容器的鐵皮1上設(shè)有分別做為里襯磚2及3的濾石(口-石)及MgO-C磚，在其內(nèi)側(cè)用上述表2的實(shí)例5記載的MgO-C磚4做成厚150mm的內(nèi)襯，在如此制成的本發(fā)明容器中進(jìn)行鐵皮溫度的測(cè)定，結(jié)果為330℃。
(實(shí)施例11)于100t-LF容器的鐵皮1設(shè)有分別做為里襯磚2及3的濾石及MgO-C磚，在其內(nèi)側(cè)用上述表2的實(shí)例6記載的MgO-C磚4做成厚200mm的內(nèi)襯，在如此制成的本發(fā)明容器中進(jìn)行鐵皮溫度的溫度，結(jié)果為440℃。
從在上述實(shí)際熔爐中實(shí)施結(jié)果，可以確認(rèn)藉著應(yīng)用本發(fā)明的非燒結(jié)含碳耐火材料，可以得到下列優(yōu)異的效果·在各實(shí)施例中鐵皮溫度的平均各為320℃、330℃及440℃，鐵皮變形的問(wèn)題被解除，以及·在鐵皮溫度以外的耐用性方面，可以得到與以已用非燒結(jié)含碳耐火材料內(nèi)襯同等的結(jié)果。
更進(jìn)一步而言，在實(shí)例9中，確認(rèn)可以得到下列優(yōu)異的效果·在實(shí)際熔爐作業(yè)時(shí)，得到LF處理時(shí)間縮短約10％的效果，·電力用量，得到減低約10％的效果，而有節(jié)省能量的效果，·LF容器放冷時(shí)的保溫性提高，而有抑制熔鋼溫度降低的效果，以及·由于能夠抑制熔鋼溫度下降，而有電爐出鋼溫度減低的效果等。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明可以得到下列的優(yōu)異效果·藉著在包含耐火性骨材以及30重量％以下的至少一部份含石墨的碳原料的非燒結(jié)含碳耐火材料中，該耐火材料的含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，表觀氣孔率為10％以下，以及比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料的總量100重量份的含量，為20重量份以上，能夠提供一種耐蝕性、耐剝落性及耐氧化性等耐火材料本來(lái)重要的特性不會(huì)劣化，而且能量損失減低及耐用性安定的熔融金屬用容器；·由于使用上述非燒結(jié)含碳耐火材料，可以提供一種能量損失削減以及耐用性安定的熔融金屬用容器；以及·由于在熔融金屬用容器中，于內(nèi)襯的至少一部分使用碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系的非燒結(jié)含碳耐火材料，且不將里襯隔熱材料介于中間(未使用里襯隔熱材料)，可以提供一種熔融金屬用容器的鐵皮溫度在500℃以下，能量損失少且鐵皮損傷輕微的熔融金屬用容器。
權(quán)利要求
1．一種非燒結(jié)含碳耐火材料，該耐火材料包含耐火性骨材以及30重量％以下的至少一部份含石墨的碳原料；其特征在于該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，表觀氣孔率為10％以下，且比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料總量100重量份的含量，為20重量份以上。
2．一種非燒結(jié)含碳耐火材料，該耐火材料包含(a)由50重量％以上的氧化鎂原料構(gòu)成的耐火性骨材以及(b)30重量％以下的至少一部份含石墨的碳原料；其特征在于該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，表觀氣孔率為6％以下，且比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料的總量100重量份的含量，為20重量份以上。
3．一種非燒結(jié)含碳耐火材料，該耐火材料包含(a)由50重量％以上的堿含量在1重量％以下的氧化鋁原料構(gòu)成的耐火性骨材以及(b)30重量％以下的至少一部份含石墨的碳原料；其特征在于該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+5的關(guān)系，表觀氣孔率為10％以下，且比1mm大的耐火性骨材，相對(duì)于耐火性骨材與碳原料的總量100重量份的含量，為20重量份以上。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的非燒結(jié)含碳耐火材料，其特征在于，上述至少一部份含石墨的碳原料的含量為1-20重量％。
5．一種熔融金屬用容器，其特征在于，在熔融金屬用容器內(nèi)，內(nèi)襯的至少一部份使用權(quán)利要求1至4項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的非燒結(jié)含碳耐火材料。
6．一種熔融金屬用容器，其特征在于，在熔融金屬用容器內(nèi)，內(nèi)襯的至少一部分使用權(quán)利要求1至4項(xiàng)中的任一項(xiàng)所述的非燒結(jié)含碳耐火材料，且鐵皮溫度在500℃以下。
7．一種熔融金屬用容器，其特征在于，在熔融金屬用容器內(nèi)，不將里襯隔熱材料介于中間，對(duì)于內(nèi)襯的至少一部份使用權(quán)利要求1至4項(xiàng)中任一項(xiàng)所述的非燒結(jié)含碳耐火材料，且鐵皮溫度在500℃以下。
8．一種熔融金屬用容器，其特征在于，在熔融金屬用容器內(nèi)，內(nèi)襯的至少一部份使用非燒結(jié)含碳耐火材料，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，且鐵皮溫度在500℃以下。
9．一種熔融金屬用容器，其特征在于，在熔融金屬用容器內(nèi)，不將里襯隔熱材料介于中間，對(duì)于內(nèi)襯的至少一部分使用非燒結(jié)含碳耐火材料，該耐火材料的碳含量X重量％與熱傳導(dǎo)率λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系，且鐵皮溫度在500℃以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不會(huì)使熔融金屬用容器的內(nèi)襯的耐用性降低、可以防止鐵皮變形、增加罐體壽命、抑制熔鋼溫度的降低以及可以減低能量損失的適合做為熔融金屬用容器的內(nèi)襯的含碳耐火材料;本發(fā)明還提供一種可以消減能量損失且耐用性安定的熔融金屬用容器。具體而言,本發(fā)明為一種非燒結(jié)含碳耐火材料,在包含耐火性骨材以及30重量%以下的至少一部份含石墨的碳原料的非燒結(jié)含碳耐火材料中,該耐火材料的碳含量X重量%與熱傳導(dǎo)率 λ(W/m℃)之間存在λ≤0.8X+7的關(guān)系,表觀氣孔率為10%以下,以及比1mm大的耐火性骨材,相對(duì)于耐火性骨材與碳原料總量100重量份的含量,為20重量份以上。本發(fā)明還提供以該耐火材料為內(nèi)襯的熔融金屬用容器。
文檔編號(hào)C04B35/043GK1287544SQ99801723
公開(kāi)日2001年3月14日 申請(qǐng)日期1999年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月30日
發(fā)明者野村修, 星山泰宏, 鳥(niǎo)越淳志 申請(qǐng)人:品川白煉瓦株式會(huì)社