高炉用炭素／黒鉛レンガ（カーボンブロック）のマトリックス部分に5～10%（質量分率）のAl2O3を配合することで、溶銑の耐食性が大幅に向上し、アルミニウム炭素レンガは製鉄システムにおいて応用されている。また、アルミニウム炭素レンガは溶銑の前処理や出銑口にも使用されている。
溶融鉄前処理用アルミニウム炭素レンガ
アルミナ炭化ケイ素レンガは、溶鉄タンクなどの溶鉄輸送設備に主に使用されています。しかし、この種の耐火材を大型溶鉄タンクや混合鉄炉で使用すると、過酷な加熱・冷却条件にさらされ、ひび割れが生じやすく、構造剥離につながる可能性があります。さらに、大型溶鉄タンクや混合鉄炉で使用されるAl2O3-SiC-Cレンガは、炭素含有量が15%と高く、熱伝導率が17～21W/(m·K)（800℃）にも達するため、溶鉄温度の低下や、大型溶鉄タンクや混合鉄炉の鉄板の変形といった問題が生じます。対策としては、熱伝導率の高い成分であるSiCを除去し、グラファイト含有量を減らしてグラファイトを精製することで、熱伝導率を低く抑えることが挙げられます。
基礎研究の結果、以下の結論が得られた。
（１）アルミニウムカーボンレンガ中の黒鉛含有量（質量分率）が１０％未満の場合、その組織構造はAl２０３が連続マトリックスを形成し、炭素が星形の点としてマトリックス中に充填されている。このとき、アルミニウムカーボンレンガの熱伝導率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ある。このことから、アルミニウムカーボンレンガの熱伝導率はグラファイトの熱伝導率とは何の関係もないことがわかる。
（２）黒鉛を精製すると、アルミニウム炭素レンガの熱伝導率は黒鉛粒子への依存度が低くなる。
（３）低炭素アルミニウム炭素レンガの場合、グラファイトを精製すると、緻密な結合マトリックスが形成され、アルミニウム炭素レンガの耐食性を向上させることができます。
これは、低炭素アルミニウム炭レンガが、製鉄システムの大型溶銑タンクや鉄混合車の運転条件に適応できることを示している。
投稿日時：2024年2月27日
