高炉用カーボン/グラファイト煉瓦（カーボンブロック）のマトリックス部に5～10%（質量分率）のAl2O3を含有させることで、溶銑の耐食性が大幅に向上します。これは、製鉄システムにおけるアルミニウムカーボン煉瓦の応用例です。また、アルミニウムカーボン煉瓦は、溶銑前処理や出銑トラフにも使用されています。
溶銑前処理用アルミニウムカーボン煉瓦
アルミシリコンカーバイド煉瓦は、主に溶銑タンクなどの溶銑輸送設備に使用されています。しかし、この耐火物を大型の溶銑タンクや銑撹拌機に使用すると、厳しい加熱・冷却条件にさらされ、ひび割れが発生しやすく、構造剥離につながるという問題がありました。また、大型の溶銑タンクや銑撹拌機に使用されているAl2O3-SiC-C系煉瓦は、炭素含有量が15％と高く、熱伝導率が17～21W/(m·K)(800℃)と高いものが多く、溶銑温度の低下や大型の溶銑タンクや銑撹拌車の鉄板の変形といった問題がありました。その対策として、熱伝導率の高いSiCを除去するとともに、黒鉛含有量を減らし、黒鉛を微細化することで低熱伝導率を実現しています。
基礎研究を通じて、次のような結論が導き出されました。
（1）アルミニウムカーボン煉瓦中の黒鉛含有量（質量分率）が10％未満の場合、その組織構造はAl2O3からなり、連続マトリックスを形成し、炭素は星状点の形でマトリックス中に充填されている。この場合、アルミニウムカーボン煉瓦の熱伝導率λは、式（1）で近似的に計算できる。
この式において、λaはAl2O3の熱伝導率、Vcはグラファイトの体積分率です。これは、アルミニウムカーボン煉瓦の熱伝導率とグラファイトの熱伝導率は無関係であることを示しています。
（２）グラファイトを精製すると、アルミニウムカーボン煉瓦の熱伝導率はグラファイト粒子に依存しなくなる。
（３）低炭素アルミニウムカーボン煉瓦の場合、黒鉛を精製することで緻密な結合マトリックスを形成することができ、アルミニウムカーボン煉瓦の耐食性を向上させることができる。
これは、低炭素Aアルミニウムカーボンレンガが製鉄システムの大型溶銑タンクと鉄混合車の運転条件に適応できることを示しています。
投稿日時: 2024年2月27日
