JP2000319070A - Impact resistant refractory and its production - Google Patents

Impact resistant refractory and its production

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JP2000319070A
JP2000319070A JP11123593A JP12359399A JP2000319070A JP 2000319070 A JP2000319070 A JP 2000319070A JP 11123593 A JP11123593 A JP 11123593A JP 12359399 A JP12359399 A JP 12359399A JP 2000319070 A JP2000319070 A JP 2000319070A
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JP
Japan
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aluminum nitride
acicular
acicular aluminum
refractory
diameter
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JP11123593A
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Hiroaki Nishio
浩明 西尾
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JFE Engineering Corp
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NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To give both strength and impact resistance at a room temp. and a high temp. by preparing refractory containing a specific quantity of acicular aluminum nitride specified in the diameter. SOLUTION: The refractory containing 5 wt.% acicular aluminum nitride having 0.1-2 mm diameter is prepared. The ratio of the length to the diameter of the acicular aluminum nitride is preferably >=3. When the acicular aluminum nitride is used as short fiber, the length is desirably about >=50 mm. The acicular aluminum nitride contains 100 wt.% AlN and preferably >=60 wt.%. The residual part except AIM in the acicular aluminum nitride is oxynitride of AlON, SiAlON, Si2N2O, one or more kinds of oxides selected from Al2O3, MHO, TiO2, ZrO2, Cr2O3, SiO2, Y2O3, CeO2 and Sc2O3, and a multiple oxide of Mgo.Al2 O3, 3Al2O3.2SiO2 or 9Al203.2B2O3 can be incorporated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は主として機械的あ
るいは熱的な衝撃に強い耐火物に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refractory mainly resistant to mechanical or thermal shock.

【0002】[0002]

【従来の技術】耐火物は機械的あるいは熱的衝撃の加わ
る環境で使用されることが多い。例えば、溶銑鍋におい
ては、受銑の初期において、湯当たり部は溶銑の衝突に
より機械的衝撃と熱衝撃の両方を受ける。転炉において
は、同様の衝撃に加えてスクラップ投入時にも機械的衝
撃を受ける。鋼の連続鋳造用ノズルにおいては、鋳造初
期において1500℃を越える溶鋼の接触により発生する熱
衝撃に曝される。また、スラブの加熱炉においては、ス
ラブの移動に伴って炉底に衝撃荷重が繰り返し加わる。
2. Description of the Related Art Refractories are often used in environments subject to mechanical or thermal shock. For example, in a hot metal ladle, in the early stage of receiving the hot metal, the hot metal contact portion receives both mechanical shock and thermal shock due to the collision of the hot metal. In a converter, in addition to the same impact, a mechanical impact is also applied when scrap is charged. Nozzles for continuous casting of steel are exposed to thermal shock generated by contact of molten steel exceeding 1500 ° C. in the early stage of casting. In a slab heating furnace, an impact load is repeatedly applied to the furnace bottom as the slab moves.

【0003】耐火物にはこのような機械的あるいは熱的
衝撃に耐えることが要求される。この要求に応えるため
に、異方性の大きい粒子、例えば、各種のファイバーを
添加して衝撃による破断を防止する方法が知られてい
る。これは、発生した亀裂の先端が異方性の大きい粒子
にぶつかると、この粒子が亀裂を横断する架橋となり亀
裂の進展を阻止することによるものである。粒子は異方
性が大きいほどマトリックスから抜け難く亀裂の進展阻
止効果は大きくなる。このような観点より、異方性の大
きい粒子として、各種のファイバーが選択されるのであ
る。
[0003] Refractories are required to withstand such mechanical or thermal shocks. In order to meet this demand, there is known a method of adding particles having a large anisotropy, for example, various fibers to prevent breakage due to impact. This is because when the tip of the generated crack collides with a highly anisotropic particle, the particle becomes a bridge crossing the crack and prevents the crack from growing. The larger the anisotropy of the particles, the more difficult it is for the particles to escape from the matrix, and the greater the effect of inhibiting the propagation of cracks. From such a viewpoint, various fibers are selected as particles having large anisotropy.

【0004】特開平4−37450号公報は、耐久力に
富む広幅薄肉スラブ鋳造用ノズルを提供するために、ジ
ルコニアーグラファイトを主成分とする鋳造用ノズル原
料にCaO・ZrO2ファイバーを特定vol%添加することを提
案している。すなわち、ジルコニアーグラファイトを主
成分とする鋳造用ノズル原料にCaO・ZrO2ファイバーを5
〜20Vol%添加して広幅薄肉スラブ鋳造用ノズルを製造
する。添加するCaO・ZrO2ファイバーの繊維径を1〜6μ
mで繊維長を60〜150μmとする。これにより,高曲げ
強度,高破壊エネルギーと高耐熱衝撃性を有するノズル
を提供できるとしている。
[0004] JP-A-4-37450, in order to provide a nozzle for wide thin slab casting rich endurance, identify CaO · ZrO 2 fibers casting nozzle material mainly containing zirconia over graphite vol% It is proposed to be added. In other words, CaO / ZrO 2 fiber is used as a casting nozzle raw material containing zirconia graphite as a main component.
Manufacture wide and thin slab casting nozzles by adding ~ 20Vol%. 1~6μ a fiber diameter of CaO · ZrO 2 fibers added
m and the fiber length is 60 to 150 μm. It says that it can provide a nozzle with high bending strength, high breaking energy and high thermal shock resistance.

【0005】また、特開昭55−15952号公報は、
ステンレススチールファイバーを添加したキャスタブル
耐火物に、アルミナセメント等の結合剤を添加して得ら
れる、曲げ強さ、耐熱衝撃性の低下がなく、圧縮強さを
大幅に向上させたキャスタブル耐火物を提案している。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-15952 discloses that
Proposal of castable refractories that are obtained by adding a binder such as alumina cement to castable refractories to which stainless steel fiber is added, and have no significant reduction in bending strength and thermal shock resistance and significantly improved compressive strength are doing.

【0006】特開平5−139854号公報は、溶鋼の
多連鋳化に伴う耐スポーリング性と耐食性との向上要求
を満足する浸漬ノズル用高耐スポーリング性不焼成上部
ノズルに適した耐火物を提供するために、耐火性骨材85
〜95wt%(重量%)と有機質バインダー5〜15wt%からな
る混合物に、びびり振動切削で得られた直径0.1mm〜2m
m、長さ5mm〜50mmのAlファイバーまたはAl合金ファ
イバーの1種類以上を1〜10重量%添加することを提案
している。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-139854 discloses a high refractory material suitable for a non-sintering upper nozzle having high spalling resistance for immersion nozzles, which satisfies the requirements for improvement of spalling resistance and corrosion resistance accompanying multiple casting of molten steel. To provide refractory aggregate 85
~ 95wt% (wt%) and 5 ~ 15wt% organic binder, 0.1mm ~ 2m diameter obtained by chatter vibration cutting
It has been proposed to add 1 to 10% by weight of one or more kinds of Al fibers or Al alloy fibers having a length of 5 mm to 50 mm.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】CaO・ZrO2ファイバ
ー、ムライトファイバー、アルミナファイバーに代表さ
れる従来のセラミックファイバーは直径10μm以下と細
く、長さは50〜200μmである。このような微細な異方性
の大きい粒子とマトリックスを構成する異方性の小さい
セラミック微粉を混合するとファイバーが微細なネット
ワークを構成しこれがセラミック微粉の充填を阻害す
る。そして、充填密度の低下をもたらし、焼結密度の低
下を招き、その結果、耐衝撃性の向上は図れるものの、
材料強度が低下する欠点がある。
THE INVENTION to be solved INVENTION CaO · ZrO 2 fiber, mullite fiber, conventional ceramic fiber typified by alumina fibers thinner than a diameter 10 [mu] m, length is 50 to 200 [mu] m. When such fine particles having large anisotropy are mixed with ceramic fine powder having small anisotropy constituting a matrix, the fibers constitute a fine network, which hinders the filling of the ceramic fine powder. Then, it causes a decrease in the packing density and a decrease in the sintering density. As a result, although the impact resistance can be improved,
There is a disadvantage that the material strength is reduced.

【0008】これに対して、従来の金属ファイバーは、
直径0.1〜2mmと、セラミックファイバーに比べて太い。
セラミックファイバーと同等の体積分率で配合してもフ
ァイバーの構成するネットワークの目は粗く、マトリッ
クスを構成するセラミック微粉の充填を阻害することは
ない。このため、高い焼結密度が確保され、マトリック
スの強度を低下させることなく、耐衝撃性の向上を図る
ことができる。しかし、ファイバーの耐熱性に限界があ
る。アルミニウムの融点は660℃と低く、Si、Mg等を添
加したアルミニウム合金では融点はさらに低下する。し
たがって、熱衝撃による歪みを塑性変形によって緩和す
る作用は期待できるとはいえ、高温強度の低下は避けら
れない。ステンレススチールファイバーは、融点が1500
℃を越えるので、アルミニウムあるいはアルミニウム合
金のファイバーよりは良いが、高温での長期使用には耐
えられない。
On the other hand, conventional metal fibers are:
Diameter 0.1 to 2mm, thicker than ceramic fiber.
Even when blended with the same volume fraction as the ceramic fiber, the network of the fiber is coarse and does not hinder the filling of the ceramic fine powder constituting the matrix. Therefore, a high sintering density is secured, and the impact resistance can be improved without lowering the strength of the matrix. However, the heat resistance of the fiber is limited. The melting point of aluminum is as low as 660 ° C., and the melting point of an aluminum alloy to which Si, Mg or the like is added is further reduced. Therefore, although the effect of reducing the strain due to the thermal shock by plastic deformation can be expected, a decrease in the high-temperature strength is inevitable. Stainless steel fiber has a melting point of 1500
It is better than aluminum or aluminum alloy fiber because it exceeds ℃, but cannot withstand long-term use at high temperature.

【0009】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、異方性の粒子を添加した耐火物
であって、常温および高温の強度と耐衝撃性を併せ持つ
耐火物を提供することである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a refractory to which anisotropic particles are added, which has both strength at normal temperature and high temperature and impact resistance. To provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明者は異方性の粒子
として、AlNを主成分とする針状物質である針状窒化ア
ルミニウムを採用し、これを分散させた耐火物が常温お
よび高温の強度と耐衝撃性を併せ持つ材料となることを
見出して本発明を完成するに到った。
Means for Solving the Problems The present inventor has adopted, as anisotropic particles, acicular aluminum nitride, which is an acicular substance containing AlN as a main component, and a refractory in which this is dispersed is at room temperature and at high temperature. The inventors have found that the material has both strength and impact resistance and completed the present invention.

【0011】すなわち、本発明は、まず第一に、直径0.
1〜2mmの針状窒化アルミニウムを5wt%以上含むことを特
徴とする耐火物を提供する。
That is, according to the present invention, first of all, the diameter is 0.1 mm.
Provided is a refractory characterized by containing at least 5% by weight of 1 to 2 mm acicular aluminum nitride.

【0012】本発明は、第二に、前記の針状窒化アルミ
ニウムの長さと直径との比が3以上であることを特徴と
する耐火物を提供する。
The present invention secondly provides a refractory characterized in that the ratio between the length and the diameter of the acicular aluminum nitride is 3 or more.

【0013】本発明は、第三に、前記の針状窒化アルミ
ニウムが、AlNを60wt%以上含むことを特徴とする前記の
耐火物を提供する。
[0013] Thirdly, the present invention provides the refractory, wherein the acicular aluminum nitride contains 60 wt% or more of AlN.

【0014】本発明は、第四に、前記の針状窒化アルミ
ニウム以外の部分の60wt%以上が、AlN、BN、AlON、SiAl
ON、Al2O3、MgAl2O4、3Al2O3・2SiO2、9Al2O3・2B2O3
MgO、MgCr2O4、SiO2、ZrO2、CaO・ZrO2、B4C、Cのなか
から選ばれた一種または二種以上の化合物であることを
特徴とする前記の耐火物を提供する。
[0014] Fourth, the present invention relates to a fourth aspect of the present invention wherein at least 60 wt% of the portion other than the acicular aluminum nitride is made of AlN, BN, AlON, SiAl.
ON, Al 2 O 3, MgAl 2 O 4, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2, 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3,
Providing MgO, MgCr 2 O 4, SiO 2, ZrO 2, CaO · ZrO 2, B 4 C, the refractory of which is a one or two or more compounds selected from among C .

【0015】本発明は、第五に、針状アルミニウムを含
む充填体または成形体を窒化性雰囲気で加熱して前記針
状アルミニウムを針状窒化アルミニウムに転化させて前
記四項目の耐火物を製造することを特徴とする耐火物の
製造方法を提供する。
[0015] Fifth, the present invention provides a refractory of the above four items by heating a filled body or molded body containing acicular aluminum in a nitriding atmosphere to convert the acicular aluminum into acicular aluminum nitride. And a method for producing a refractory.

【0016】ここで、針状窒化アルミニウムは針状であ
ればよく、横断面の形状は問わない。すなわち、円形、
楕円形、多角形、さらには不規則形状であってもよい。
また、針の長手方向に横断面の面積および形状が変化し
てもよい。この針状窒化アルミニウムは、耐火物に熱的
あるいは機械的衝撃が加わったときに発生する亀裂の進
展を阻止して前記耐火物が破断に到るのを防止する働き
をする。この機能が十分働くために、横断面の直径の最
大値と最小値がともに0.1〜2mmの範囲にあることが必要
である。直径が0.1mm未満だと針状窒化アルミニウムに
衝突した亀裂は針状窒化アルミニウムを引き抜いて進展
をさらに続ける現象が顕著となり好ましくない。直径が
2mmを越える太い針状窒化アルミニウムを耐火物組織中
に一定割合分散させると、細い針状窒化アルミニウムの
場合と比較して本数が少なくなるので、組織の不均一に
より耐衝撃性が局所的に劣る部分が発生するので好まし
くない。また長さは、任意に選択した横断面の直径の最
大値の3倍以上あることが好ましい。長さが直径の3倍未
満だと、針状窒化アルミニウムに衝突した亀裂が針状窒
化アルミニウムを引き抜いて進展をさらに続ける可能性
が高まるからである。このような亀裂進展防止機能を有
する針状窒化アルミニウムを耐火物中に5wt%以上含有さ
せることにより耐衝撃性は著しく向上する。針状窒化ア
ルミニウムは100wt%であってもよい。
Here, the acicular aluminum nitride may be acicular in shape, and the shape of the cross section is not limited. That is, circular,
It may be elliptical, polygonal, or even irregular.
Further, the area and shape of the cross section may change in the longitudinal direction of the needle. The needle-shaped aluminum nitride functions to prevent the cracks generated when a thermal or mechanical impact is applied to the refractory, thereby preventing the refractory from breaking. In order for this function to work sufficiently, it is necessary that both the maximum value and the minimum value of the diameter of the cross section are in the range of 0.1 to 2 mm. If the diameter is less than 0.1 mm, cracks that have collided with the acicular aluminum nitride are not preferable because a phenomenon in which the acicular aluminum nitride is pulled out and continues to grow further becomes noticeable. Diameter
When a certain percentage of thick needle-like aluminum nitride exceeding 2 mm is dispersed in the refractory structure, the number is reduced compared to the case of fine needle-like aluminum nitride, and the impact resistance is locally inferior due to uneven structure. It is not preferable because a portion is generated. The length is preferably at least three times the maximum value of the diameter of the arbitrarily selected cross section. If the length is less than three times the diameter, a crack that has collided with the acicular aluminum nitride increases the possibility that the acicular aluminum nitride is pulled out and continues to grow. The impact resistance is remarkably improved by adding 5 wt% or more of the needle-like aluminum nitride having such a crack propagation preventing function to the refractory. The acicular aluminum nitride may be 100 wt%.

【0017】針状窒化アルミニウムはAlNを主成分とす
る針状物質である。AlNは耐熱性、耐食性、耐摩耗性に
優れた化合物であり、不活性雰囲気では2300℃まで化学
的に安定である。また、1000℃以上の高温の酸化性雰囲
気ではAlONまたはAl2O3に転化するが、耐熱性は1600℃
まで保たれ大きな低下はない。AlNは溶銑、溶鋼、溶融
アルミニウム等の溶融金属、塩化物等の腐食性ガスに対
する耐食性に優れている。また、機械的な摩耗にも強い
ことが知られている。この観点より、針状窒化アルミニ
ウムはAlNを60wt%以上含むことが好ましい。AlN100wt%
でもよい。また、針状窒化アルミニウム中のAlNを除く
残部は、AlON、SiAlON、Si2N2Oに代表される酸窒化物、
Al2O3、MgO、TiO2、ZrO2、Cr2O3、SiO2、Y2O3、CeO2、S
c2O3のなかから選択された1種または複数の酸化物、こ
れらの酸化物のなかの少なくとも一つを含む複合酸化
物、例えばMgO・Al2O3、3Al2O3・2SiO2、9Al2O3・2B2O3
が入ってもよい。また、MgB2、CaB6、TiB2、ZrB2、Al
B2、AlB12のなかから選択された1種または複数のホウ
化物が入ってもよい。また、B4C、TiC、ZrC、Cr3C2、Al
4C 3、SiCのなかから選択された1種または複数の炭化物
が入ってもよい。また、TiN、ZrN、Cr2N、Si3N4のなか
から選択された1種または複数の窒化物が入ってもよ
い。Cは耐熱衝撃性に優れているので入ってもよい。S
i、Mg、Fe等の元素を合金成分として含むアルミニウム
合金、純アルミニウムが入ってもよい。
The acicular aluminum nitride is mainly composed of AlN.
Needle-like substance. AlN for heat resistance, corrosion resistance and wear resistance
Excellent compound, chemical up to 2300 ℃ in inert atmosphere
It is stable. In addition, high-temperature oxidizing atmosphere of 1000 ° C or more
Al ON or AlTwoOThree1600 ° C
And there is no major decline. AlN is hot metal, molten steel, molten
For molten metal such as aluminum, corrosive gas such as chloride
Excellent corrosion resistance. Also resistant to mechanical wear
It is known. From this point of view, acicular aluminum nitride
It is preferable that the aluminum contains AlN at 60 wt% or more. AlN100wt%
May be. Excluding AlN in acicular aluminum nitride
The rest is AlON, SiAlON, SiTwoNTwoOxynitrides represented by O,
AlTwoOThree, MgO, TiOTwo, ZrOTwo, CrTwoOThree, SiOTwo, YTwoOThree, CeOTwo, S
cTwoOThreeOne or more oxides selected from
Complex oxidation containing at least one of these oxides
Object, such as MgO / AlTwoOThree, 3AlTwoOThree・ 2SiOTwo, 9AlTwoOThree・ 2BTwoOThree
May enter. Also, MgBTwo, CaB6, TiBTwo, ZrBTwo, Al
BTwo, AlB12One or more hoes selected from
Compounds may enter. Also, BFourC, TiC, ZrC, CrThreeCTwo, Al
FourC ThreeOne or more carbides selected from among SiC
May enter. Also, TiN, ZrN, CrTwoN, SiThreeNFourInside
One or more nitrides selected from
No. C may be included because it has excellent thermal shock resistance. S
Aluminum containing elements such as i, Mg, and Fe as alloy components
Alloy or pure aluminum may be contained.

【0018】上記の針状窒化アルミニウム単独で耐火物
を構成してもよいが、他の成分と組み合わせてもよい。
この場合、針状窒化アルミニウム以外の部分は、耐熱
性、耐食性、耐摩耗性に優れた化合物であることが好ま
しく、この観点より、AlN、BN、AlON、SiAlON、Al2O3
MgAl2O4、3Al2O3・2SiO2、9Al2O3・2B2O3、MgO、MgCr2O
4、SiO2、ZrO2、CaO・ZrO2、B4C、Cのなかから選ばれた
一種または複数の化合物を60wt%以上含むことが好まし
い。これらの化合物が針状窒化アルミニウム以外の部分
の100wt%であってもよい。
The refractory may be constituted by the needle-like aluminum nitride alone, but may be combined with other components.
In this case, the portion other than the acicular aluminum nitride is preferably a compound having excellent heat resistance, corrosion resistance, and wear resistance.From this viewpoint, AlN, BN, AlON, SiAlON, Al 2 O 3 ,
MgAl 2 O 4, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2, 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3, MgO, MgCr 2 O
4 , 60% by weight or more of one or more compounds selected from among SiO 2 , ZrO 2 , CaO.ZrO 2 , B 4 C, and C. These compounds may be 100 wt% of the portion other than the acicular aluminum nitride.

【0019】また、40wt%未満であれば他の化合物が配
合されてもよい。すなわち、TiO2、Cr2O3、Y2O3、Ce
O2、Sc2O3のなかから選択された1種または複数の酸化
物、これらの酸化物のなかの少なくとも一つを含む複合
酸化物が入ってもよい。また、MgB2、CaB6、TiB2、Zr
B2、AlB2、AlB12のなかから選択された1種または複数
のホウ化物が入ってもよい。また、TiC、ZrC、Cr3C2、A
l4C3、SiCのなかから選択された1種または複数の炭化
物が入ってもよい。また、TiN、ZrN、Cr2N、Si3N4のな
かから選択された1種または複数の窒化物が入ってもよ
い。Si2N2Oに代表される酸窒化物が入ってもよい。ま
た、金属Al、金属Siが入ってもよい。Si、Mg、Fe等の元
素を合金成分として0.2〜10wt%含むアルミニウム合金で
あっても、また、純アルミニウムであってもよい。これ
らの金属は耐火物の使用時に侵入する酸素を酸化によっ
て吸収し、酸化の進行を防止する働きをする。
Further, another compound may be blended as long as it is less than 40% by weight. That is, TiO 2 , Cr 2 O 3 , Y 2 O 3 , Ce
One or more oxides selected from O 2 and Sc 2 O 3 , and a composite oxide containing at least one of these oxides may be included. Also, MgB 2 , CaB 6 , TiB 2 , Zr
One or more borides selected from B 2 , AlB 2 and AlB 12 may be contained. Also, TiC, ZrC, Cr 3 C 2 , A
l 4 C 3, it may contain one or more carbides selected from among SiC. Further, one or a plurality of nitrides selected from TiN, ZrN, Cr 2 N, and Si 3 N 4 may be contained. An oxynitride represented by Si 2 N 2 O may be contained. Further, metal Al and metal Si may be contained. It may be an aluminum alloy containing 0.2 to 10 wt% of an element such as Si, Mg, Fe or the like as an alloy component, or may be pure aluminum. These metals absorb the oxygen that enters when the refractory is used by oxidation and prevent the progress of oxidation.

【0020】これらの成分は、耐火物組織中に分散した
針状窒化アルミニウムの間に前記針状窒化アルミニウム
とは異なる形状の粒子として分散し、耐火物に針状窒化
アルミニウムとは異なる分散相として異なる機能を付与
してもよい。また、微小結晶粒の連続相となって分散相
を結合する働きをしてもよい。
These components are dispersed between the acicular aluminum nitride dispersed in the refractory structure as particles having a shape different from that of the acicular aluminum nitride, and are dispersed in the refractory as a dispersed phase different from the acicular aluminum nitride. Different functions may be provided. Further, it may serve as a continuous phase of fine crystal grains to bind the dispersed phase.

【0021】針状窒化アルミニウムは、耐火物組織中に
不規則に分散した短繊維として存在してもよいし、ま
た、規則性をもって配列された連続繊維として存在して
もよい。
The acicular aluminum nitride may exist as short fibers randomly dispersed in the refractory structure, or may exist as continuous fibers regularly arranged.

【0022】前述したように、針状窒化アルミニウム横
断面の直径の最大値と最小値がともに0.1〜2mmの範囲に
あって、長さは任意に選択した横断面の直径の最大値の
3倍以上あることが好ましく、更に前記針状窒化アルミ
ニウムを短繊維として使用する場合には、長さを50mm以
下とすることが好ましい。短繊維は短くなるほど分散が
均一となり、逆に、長くなるほど分散が不均一となる。
50mmを越えると分散が不均一になりやすく、製造方法に
よっては材料の強度がばらつき、材料の信頼性を損なう
傾向が現れる。
As described above, both the maximum value and the minimum value of the diameter of the acicular aluminum nitride cross section are in the range of 0.1 to 2 mm, and the length is equal to the maximum value of the diameter of the arbitrarily selected cross section.
The length is preferably three times or more, and when the acicular aluminum nitride is used as short fibers, the length is preferably 50 mm or less. The shorter the short fibers, the more uniform the dispersion, and the longer the short fibers, the more uneven the dispersion.
If it exceeds 50 mm, the dispersion tends to be non-uniform, the strength of the material varies depending on the manufacturing method, and the reliability of the material tends to be impaired.

【0023】本発明者は、長さ50mm以下の前記針状窒化
アルミニウムをAlN、BN、B4Cを含有する連続相中に分散
させた材料は、1500℃を越える溶銑、溶鋼、溶融スラグ
に対する耐食性が優れ、かつ、予熱することなく直接、
これらの溶融体中に浸漬しても破断することのない優れ
た耐熱衝撃性を有することを見いだした。ここで、針状
窒化アルミニウムを5wt%以上とすることにより、優れた
耐熱衝撃性が発揮されるようになるが、65wt%を越える
と材料中に気孔が増加して材料の強度およびそのばらつ
きが増加する欠点が顕著となるので好ましくない。針状
窒化アルミニウムを除く部分は35〜95wt%を占めるが、
この部分の組成は、AlNを5wt%以上とすることにより溶
融金属に対する耐食性を確保できる。
The present inventor has found that a material in which the acicular aluminum nitride having a length of 50 mm or less is dispersed in a continuous phase containing AlN, BN, and B 4 C is suitable for hot metal, molten steel, and molten slag exceeding 1500 ° C. Excellent corrosion resistance and directly without preheating,
They have been found to have excellent thermal shock resistance without breaking even when immersed in these melts. Here, by setting the acicular aluminum nitride to 5 wt% or more, excellent thermal shock resistance will be exhibited, but if it exceeds 65 wt%, pores will increase in the material and the strength of the material and its variation will be reduced. It is not preferable because the increased disadvantage becomes remarkable. The portion excluding acicular aluminum nitride accounts for 35 to 95 wt%,
The composition of this portion can ensure corrosion resistance to the molten metal by setting AlN to 5 wt% or more.

【0024】また、BNを10wt%以上とすることにより溶
融スラグに対する耐食性を確保できる。また、B4Cは400
℃から酸化してB2O3の融液を生成し、耐火物表層の気孔
を埋め、内部への酸素の侵入を防ぎ耐火物の変質を防止
するので、3wt%以上存在することが好ましい。耐熱衝撃
性、耐食性、耐酸化性を並立させる連続相の組成の範囲
は5〜50wt%AlN、10〜80wt%BN、3〜30wt%B4Cである。か
かる成分をかかる量含有する連続相は10wt%未満であれ
ばその他の成分を含んでもよい。その他の成分として
は、Al2O3、SiO2、MgO、ZrO2、TiO2、Cr2O3、Y2O3、CeO
2、Sc2O3のなかから選択された1種または複数の酸化
物、これらの酸化物のなかの少なくとも一つを含む複合
酸化物が入ってもよい。
Further, by setting the BN content to 10 wt% or more, corrosion resistance to molten slag can be ensured. Also, B 4 C is 400
It is preferably present at 3 wt% or more because it oxidizes from the temperature of ° C. to form a melt of B 2 O 3 , fills the pores in the surface layer of the refractory, prevents intrusion of oxygen into the inside and prevents deterioration of the refractory. Thermal shock resistance, corrosion resistance, the range of composition of the continuous phase for collateral oxidation resistance is 5~50wt% AlN, 10~80wt% BN, 3~30wt% B 4 C. The continuous phase containing such components in such amounts may contain other components as long as it is less than 10 wt%. Other components include Al 2 O 3 , SiO 2 , MgO, ZrO 2 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , Y 2 O 3 , CeO
2 , one or more oxides selected from Sc 2 O 3 , and a composite oxide containing at least one of these oxides may be included.

【0025】すなわち、MgO・Al2O3、3Al2O3・2SiO2、9
Al2O3・2B2O3、MgO・Cr2O3、CaO・ZrO2が挙げられる。
また、MgB2、CaB6、TiB2、ZrB2、AlB2、AlB12のなかか
ら選択された1種または複数のホウ化物が入ってもよ
い。また、TiC、ZrC、Cr3C2、Al4C3、SiCのなかから選
択された1種または複数の炭化物が入ってもよい。ま
た、TiN、ZrN、Cr2N、Si3N4のなかから選択された1種
または複数の窒化物が入ってもよい。AlON、SiAlON、Si
2N2Oに代表される酸窒化物が入ってもよい。また、金属
Al、金属Siが入ってもよい。また、Cが入ってもよい。
以上列記してきた中で非酸化物および金属はすべて、外
部から侵入する酸素を耐火物の表層で酸化物として吸収
することにより、耐火物の劣化を防止する役割を果た
す。かかる機能が働いているのでCが入っても、Cの酸化
消耗は進み難い。このような条件下では、Cは材料の熱
膨張率とヤング率を低下させることにより耐熱衝撃性を
向上させるので好ましい。この耐火物は鉄、アルミニウ
ム、亜鉛等の各種溶融金属あるいは溶融スラグの輸送
管、流量調節弁、熱電対保護管、ガス吹き込みランスと
して好適である。また、各種溶融金属用の坩堝、鋳造用
セラミックモールドとしても好適である。
[0025] In other words, MgO · Al 2 O 3, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2, 9
Al 2 O 3 .2B 2 O 3 , MgO.Cr 2 O 3 , and CaO.ZrO 2 .
Further, one or a plurality of borides selected from MgB 2 , CaB 6 , TiB 2 , ZrB 2 , AlB 2 , and AlB 12 may be contained. Further, TiC, ZrC, Cr 3 C 2, Al 4 C 3, may contain one or more carbides selected from among SiC. Further, one or a plurality of nitrides selected from TiN, ZrN, Cr 2 N, and Si 3 N 4 may be contained. AlON, SiAlON, Si
An oxynitride represented by 2 N 2 O may be contained. Also metal
Al or metal Si may be contained. Also, C may be included.
Among the above listed non-oxides and metals, all play a role in preventing the deterioration of the refractory by absorbing oxygen entering from the outside as an oxide in the surface layer of the refractory. Since such a function is working, even if C enters, the oxidation consumption of C hardly progresses. Under such conditions, C is preferable because it improves the thermal shock resistance by lowering the coefficient of thermal expansion and the Young's modulus of the material. This refractory is suitable as a transport pipe for various molten metals such as iron, aluminum, zinc or the like or a molten slag, a flow control valve, a thermocouple protection pipe, and a gas injection lance. It is also suitable as a crucible for various molten metals and a ceramic mold for casting.

【0026】長さ50mm以下の針状窒化アルミニウムを90
wt%以上の高い含有率で不規則に分散させて耐火物とし
てもよい。この場合、100wt%としてもよいし、10wt%未
満で前述の成分の中から選択した成分を組み合わせても
よい。かかる材料は針状窒化アルミニウムの含有率が大
きいので衝撃に対して極めて強い。
A needle-shaped aluminum nitride having a length of 50 mm or less
It may be dispersed at a high content of not less than wt% to form a refractory. In this case, the content may be 100% by weight or less than 10% by weight may be combined with a component selected from the above-mentioned components. Such a material has a high content of acicular aluminum nitride, and is extremely resistant to impact.

【0027】また、針状窒化アルミニウムを規則的に配
列してもよい。例えば、一方向に配列するのである。ま
た、例えば、網目状に高い気孔率となるように配列する
のである。また、例えば、平織りにして低い気孔率とな
るように配列するのである。このように規則的に配列し
た針状窒化アルミニウムに10wt%未満で前述の成分の中
から選択した成分を組み合わせてもよい。かかる材料は
針状窒化アルミニウムの重量分率が大きいので衝撃に対
して極めて強い。
Also, the acicular aluminum nitride may be regularly arranged. For example, they are arranged in one direction. Also, for example, they are arranged so as to have a high porosity in a mesh form. Also, for example, they are arranged in a plain weave so as to have a low porosity. Components selected from the above-mentioned components may be combined with the regularly arranged needle-like aluminum nitride at less than 10% by weight. Such materials are extremely resistant to impacts because of the large weight fraction of acicular aluminum nitride.

【0028】従来の耐火物は常温および高温の強度と耐
衝撃性を併せ持つことが困難であり耐衝撃性に欠点があ
ったが、本発明による針状窒化アルミニウムを含む耐火
物によりこの問題は解消されるのである。
Conventional refractories have difficulty in having both room temperature and high temperature strength and impact resistance, and have a disadvantage in impact resistance. However, this problem is solved by the refractory containing acicular aluminum nitride according to the present invention. It is done.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以上述べてきた針状窒化アルミニ
ウム含有耐火物の製造方法については特に制約はない。
針状窒化アルミニウムを出発主原料として焼結により製
造してもよいが、次の方法が好適である。すなわち、Al
を主成分とする針状アルミニウムを出発主原料として、
この針状アルミニウムを含む原料を型に充填して充填体
とするか、保形性のある成形体としてから、これを窒化
性雰囲気で加熱して前記針状アルミニウムを針状窒化ア
ルミニウムに転化させるのである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS There is no particular limitation on the method for producing the refractory containing acicular aluminum nitride described above.
Although acicular aluminum nitride may be produced by sintering using the starting main material, the following method is preferred. That is, Al
The main starting material is acicular aluminum whose main component is
The raw material containing the acicular aluminum is filled into a mold to form a filled body or a molded body having shape retention, and then heated in a nitriding atmosphere to convert the acicular aluminum into acicular aluminum nitride. It is.

【0030】この方法によれば、入手の容易な市販の針
状アルミニウムを用いることができ、窒化により容易に
針状窒化アルミニウムが得られる利点がある。
According to this method, commercially available acicular aluminum which is easily available can be used, and there is an advantage that acicular aluminum nitride can be easily obtained by nitriding.

【0031】針状アルミニウムは、純アルミニウムでも
よい。Si、Mg、Fe等の元素を合金成分として0.2〜10wt%
含むアルミニウム合金でもよい。針状アルミニウムは完
全に窒化してもよいし、内部に金属が残留してもよい。
The acicular aluminum may be pure aluminum. Elements such as Si, Mg, Fe, etc. as alloy components 0.2 to 10 wt%
Aluminum alloy may be included. The acicular aluminum may be completely nitrided, or a metal may remain inside.

【0032】出発主原料の針状アルミニウムは拘束され
ない針の集合体であってもよい。針状アルミニウムを予
めプレス成形した成形体であってもよい。網目であって
もよい。また、織物であってもよい。
The acicular aluminum as the starting material may be an aggregate of unconstrained needles. It may be a molded product obtained by press-molding acicular aluminum in advance. It may be a mesh. It may be a woven fabric.

【0033】[0033]

【実施例】[実施例1]本発明の耐火物で浸漬ノズルを製
造した例について説明する。
[Example 1] An example in which an immersion nozzle is manufactured using the refractory of the present invention will be described.

【0034】直径0.6mm、長さ15mm、Mgを2.5wt%含有す
る円形断面の針状アルミニウムを用意した。さらに、粒
度74μm以下のAl粉末、粒度44μm以下のB4C粉末を用意
した。針状アルミニウム40.0wt%、Al粉末38.0wt%、B4C
粉末22.0wt%の配合で混合して混合粉末を得た。
A needle-shaped aluminum having a diameter of 0.6 mm, a length of 15 mm, and a circular cross section containing 2.5 wt% of Mg was prepared. Further, Al powder having a particle size of 74 μm or less and B 4 C powder having a particle size of 44 μm or less were prepared. Acicular aluminum 40.0wt%, Al powder 38.0wt%, B 4 C
The powder was mixed at a mixing ratio of 22.0 wt% to obtain a mixed powder.

【0035】別途、1辺25mmの正方形で長さ230mmのキャ
ビティを有する黒鉛型を用意した。かかる黒鉛型に前記
混合粉末を振動充填し、充填密度1.55g/cm3 の充填体を
得た。黒鉛型により形状を付与されたこの充填体を窒化
炉に配設した。窒素圧力 9.1kg/cm2 に保ちながら昇温
速度10℃/minで1750℃まで昇温し、この温度に3時間保
持後、放冷した。
Separately, a graphite mold having a square of 25 mm on a side and a cavity of 230 mm in length was prepared. The mixed powder was vibration-filled into the graphite mold to obtain a packing having a packing density of 1.55 g / cm 3 . This filled body shaped by a graphite mold was placed in a nitriding furnace. The temperature was raised to 1750 ° C. at a rate of 10 ° C./min while maintaining the nitrogen pressure at 9.1 kg / cm 2 .

【0036】離型して得られた角柱形状の焼結体は前記
窒化処理により49.7%重量増加し、その嵩密度は 2.00g/
cm3 であった。重量増加はAlとB4Cの窒化によるもので
ある。AlNは針状窒化アルミニウムとして材料全体の35.
7wt%を占め分散していると推定された。また、針状窒化
アルミニウムの組成は8.7wt%Al、90.8wt%AlN、0.5wt%Al
2O3と推定された。連続相の組成は52.8wt%AlN、25.9wt%
BN、8.4wt%B4C、3.1wt%C、0.6wt%Al2O3、9.2wt%Alと推
定された。この焼結体の3点曲げ強さは常温で 230kg/cm
2 、1500℃で190kg/cm2であり高温まで強度が維持され
ていることがわかった。
The prism-shaped sintered body obtained by releasing the mold was increased in weight by 49.7% by the nitriding treatment, and had a bulk density of 2.00 g /
It was cm 3. The weight increase is due to the nitridation of Al and B 4 C. AlN is 35.
It was estimated to be 7 wt% and dispersed. The composition of the acicular aluminum nitride is 8.7 wt% Al, 90.8 wt% AlN, 0.5 wt% Al
2 O 3 estimated. The composition of the continuous phase is 52.8 wt% AlN, 25.9 wt%
BN, 8.4wt% B 4 C, 3.1wt% C, 0.6wt% Al 2 O 3, was estimated to be 9.2 wt% Al. The three-point bending strength of this sintered body is 230 kg / cm at room temperature.
2. It was 190 kg / cm 2 at 1500 ° C, indicating that the strength was maintained up to high temperatures.

【0037】また、前記角柱を1550℃の溶融スラグと溶
鋼の2相融液に浸漬して1時間保持したところ溶損は僅
少で減肉は最大0.3mmに過ぎなかった。
When the prism was immersed in a two-phase melt of molten slag and molten steel at 1550 ° C. and kept for 1 hour, the melting loss was small and the wall loss was only 0.3 mm at the maximum.

【0038】同じ材料で同様の方法で内径95mm、外径14
4mm、長さ790mm、吐出口2孔の浸漬ノズルを試作した。
これを溶鋼に浸漬して破断の発生の有無により、この材
料の耐熱衝撃性を評価した。常温の浸漬ノズルを1550℃
の溶鋼(材料SS400)に浸漬し、1分保持後引き上げて放
冷した。外観観察により亀裂がなく健全であることが確
認された。
The same material is used in the same manner and has an inner diameter of 95 mm and an outer diameter of 14 mm.
A 4 mm, 790 mm long immersion nozzle with two discharge ports was prototyped.
The material was immersed in molten steel, and the thermal shock resistance of the material was evaluated based on whether or not breakage occurred. Room temperature immersion nozzle at 1550 ° C
Immersed in molten steel (material SS400), held for 1 minute, pulled up and allowed to cool. It was confirmed from the appearance observation that there was no crack and the structure was sound.

【0039】以上のように、針状アルミニウムを窒化し
て得られる針状窒化アルミニウムが材料組織中に分散す
ることにより、破壊靭性が向上し、浸漬ノズルは過酷な
熱衝撃にも耐えることができるのである。この材料は溶
融金属、溶融スラグに対する耐食性に優れ、高温まで強
度が維持され、かつ、耐衝撃性に優れている。
As described above, by dispersing the acicular aluminum nitride obtained by nitriding the acicular aluminum in the material structure, the fracture toughness is improved, and the immersion nozzle can withstand severe thermal shock. It is. This material has excellent corrosion resistance to molten metal and molten slag, maintains strength up to high temperatures, and has excellent impact resistance.

【0040】[比較例1]浸漬ノズルを製造した比較例に
ついて説明する。
Comparative Example 1 A comparative example in which an immersion nozzle was manufactured will be described.

【0041】粒度範囲74〜2000μmのAl粗粉、粒度74μm
以下のAl粉末、粒度44μm以下のB4C粉末を用意した。Al
粗粉40.0wt%、Al粉末38.0wt%、B4C粉末22.0wt%の配合で
混合して混合粉末を得た。
Al coarse powder having a particle size range of 74 to 2000 μm, particle size 74 μm
The following Al powder and B 4 C powder having a particle size of 44 μm or less were prepared. Al
A mixed powder was obtained by mixing 40.0 wt% of coarse powder, 38.0 wt% of Al powder and 22.0 wt% of B 4 C powder.

【0042】別途、1辺25mmの正方形で長さ230mmのキャ
ビティを有する黒鉛型を用意した。かかる黒鉛型に前記
混合粉を振動充填し、充填密度1.59g/cm3 の充填体を得
た。黒鉛型により形状を付与されたこの充填体を窒化炉
に配設した。窒素圧力 9.1kg/cm2 に保ちながら昇温速
度10℃/minで1750℃まで昇温し、この温度に3時間保持
後、放冷した。
Separately, a graphite mold having a cavity of 25 mm square and 230 mm length was prepared. The graphite powder was vibration-filled with the mixed powder to obtain a packing having a packing density of 1.59 g / cm 3 . This filled body shaped by a graphite mold was placed in a nitriding furnace. While maintaining the nitrogen pressure at 9.1 kg / cm 2 , the temperature was raised to 1750 ° C. at a rate of 10 ° C./min.

【0043】離型して得られた角柱形状の焼結体は前記
窒化処理により47.7%重量増加し、その嵩密度は 1.98g/
cm3 であった。重量増加はAlとB4Cの窒化によるもので
ある。AlNは窒化アルミニウム粗粉として材料全体の35.
7wt%を占め分散していると推定された。連続相の組成は
52.8wt%AlN、25.9wt%BN、8.4wt%B4C、3.1wt%C、0.6wt%A
l2O3、9.2wt%Alと推定された。この焼結体の3点曲げ強
さは常温で 240kg/cm2、1500℃で200kg/cm2であり高温
まで強度が維持されていることがわかった。
The prism-shaped sintered body obtained by releasing the mold was increased in weight by 47.7% by the nitriding treatment, and had a bulk density of 1.98 g /
It was cm 3. The weight increase is due to the nitridation of Al and B 4 C. AlN is 35.
It was estimated to be 7 wt% and dispersed. The composition of the continuous phase is
52.8wt% AlN, 25.9wt% BN, 8.4wt% B 4 C, 3.1wt% C, 0.6wt% A
It was estimated that l 2 O 3 was 9.2 wt% Al. The three-point bending strength of this sintered body was 240 kg / cm 2 at room temperature and 200 kg / cm 2 at 1500 ° C., indicating that the strength was maintained up to high temperatures.

【0044】また、この角柱を1550℃の溶融スラグと溶
鋼の2相融液に浸漬して1時間保持したところ溶損は僅
少で減肉は最大0.3mmに過ぎなかった。
When this prism was immersed in a two-phase melt of molten slag and molten steel at 1550 ° C. and held for 1 hour, the melting loss was small and the wall thickness was reduced to only 0.3 mm at the maximum.

【0045】同じ材料で同様の方法で内径95mm、外径14
4mm、長さ790mm、吐出口2孔の浸漬ノズルを試作した。
これを溶鋼に浸漬して破断の発生の有無により、この材
料の耐熱衝撃性を評価した。常温の浸漬ノズルを1550℃
の溶鋼(材料SS400)に浸漬し、1分保持後引き上げたと
ころ、浸漬部分表面に亀裂が発生し進展して破断に到っ
た。
An inner diameter of 95 mm and an outer diameter of 14
A 4 mm, 790 mm long immersion nozzle with two discharge ports was prototyped.
The material was immersed in molten steel, and the thermal shock resistance of the material was evaluated based on whether or not breakage occurred. Room temperature immersion nozzle at 1550 ° C
When it was immersed in molten steel (material SS400), held for 1 minute, and then pulled up, a crack was generated on the surface of the immersed part, and the surface was broken by propagation.

【0046】[実施例2]本発明の耐火物で溶融金属輸送
管を製造した例について説明する。
[Example 2] An example in which a molten metal transport pipe was manufactured using the refractory of the present invention will be described.

【0047】直径0.6mm、長さ230mm、Mgを2.5wt%含有す
る円形断面の針状アルミニウムを用意した。これはMgを
2.5wt%含有するアルミニウム合金である。
A needle-shaped aluminum having a diameter of 0.6 mm, a length of 230 mm and a circular cross section containing 2.5 wt% of Mg was prepared. This is Mg
It is an aluminum alloy containing 2.5 wt%.

【0048】別途、1辺25mmの正方形で長さ230mmのキャ
ビティを有する黒鉛型を用意した。かかる黒鉛型に前記
針状アルミニウムを充填し、充填密度1.89g/cm3 の充填
体を得た。黒鉛型により形状を付与された充填体を窒化
炉に配設した。窒素圧力 9.1kg/cm2 に保ちながら昇温
速度10℃/minで1200℃まで昇温し、この温度に3時間保
持後、放冷した。
Separately, a graphite mold having a square of 25 mm on a side and a cavity of 230 mm in length was prepared. The graphite mold was filled with the acicular aluminum to obtain a packing having a packing density of 1.89 g / cm 3 . The filled body shaped by a graphite mold was placed in a nitriding furnace. While maintaining the nitrogen pressure at 9.1 kg / cm 2 , the temperature was raised to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min.

【0049】離型して得られた角柱形状の焼結体の嵩密
度は 2.73g/cm3 であった。重量増加よりこの組成は38.
0wt%Al、60.1wt%AlN、1.9wt%Al2O3と推定された。Mg化
合物は揮散したと推定されX線回折では確認されなかっ
た。この焼結体の3点曲げ強さは常温で 1050kg/cm2 、1
500℃で950kg/cm2であり高温まで比較的強度が維持され
ていることがわかった。
The bulk density of the prismatic sintered body obtained by releasing the mold was 2.73 g / cm 3 . This composition is 38.
0wt% Al, 60.1wt% AlN, was estimated to 1.9wt% Al 2 O 3. The Mg compound was presumed to have volatilized and was not confirmed by X-ray diffraction. The three-point bending strength of this sintered body at room temperature is 1050 kg / cm 2 , 1
It was 950 kg / cm 2 at 500 ° C, indicating that relatively high strength was maintained up to high temperatures.

【0050】直径0.6mm、長さ950mm、Mgを2.5wt%含有す
る円形断面の針状アルミニウムを用意した。これはMgを
2.5wt%含有するアルミニウム合金である。この材料で同
様の方法により内径55mm、外径100mm、長さ950mmの溶融
金属輸送管を試作した。これを溶銑に浸漬して破断の発
生の有無により、この材料の耐熱衝撃性を評価した。常
温の前記溶融金属輸送管を1520℃の溶銑に浸漬し、1分
保持後引き上げて放冷した。外観観察により亀裂がなく
健全であることが確認された。
A needle-shaped aluminum having a diameter of 0.6 mm, a length of 950 mm and a circular cross section containing 2.5 wt% of Mg was prepared. This is Mg
It is an aluminum alloy containing 2.5 wt%. Using this material, a molten metal transport tube having an inner diameter of 55 mm, an outer diameter of 100 mm, and a length of 950 mm was prototyped in the same manner. The material was immersed in hot metal, and the thermal shock resistance of this material was evaluated based on whether or not fracture occurred. The molten metal transport tube at room temperature was immersed in hot metal at 1520 ° C., held for 1 minute, pulled up and allowed to cool. It was confirmed from the appearance observation that there was no crack and the structure was sound.

【0051】すなわち、針状アルミニウムを窒化して得
られる針状窒化アルミニウムが材料を構成することによ
り、破壊靭性が向上し、浸漬ノズルは過酷な熱衝撃にも
耐えることができるのである。この材料は高温まで強度
が維持され、かつ、耐衝撃性に優れている。
That is, since the acicular aluminum nitride obtained by nitriding the acicular aluminum constitutes the material, the fracture toughness is improved, and the immersion nozzle can withstand severe thermal shock. This material maintains strength up to high temperatures and has excellent impact resistance.

【0052】[比較例2]溶融金属輸送管を製造した比較
例について説明する。
[Comparative Example 2] A comparative example in which a molten metal transport pipe was manufactured will be described.

【0053】粒度74μm以下のAl粉末を用意した。別
途、1辺25mmの正方形で長さ230mmのキャビティを有する
黒鉛型を用意した。かかる黒鉛型に前記混合粉を振動充
填し、充填密度1.62g/cm3 の充填体を得た。黒鉛型によ
り形状を付与された充填体を窒化炉に配設した。窒素圧
力 9.1kg/cm2 に保ちながら昇温速度10℃/minで1200℃
まで昇温し、この温度に3時間保持後、放冷した。処理
物の型の隙間からアルミニウムの吹き出しが見られ、得
られた角柱形状の焼結体の嵩密度は 2.03g/cm3であっ
た。これはAlNとAlを主成分とし、組成は60.2wt%Al、3
9.2wt%AlN、0.6wt%Al2O3と推定された。Mg化合物は揮散
したと推定され確認されなかった。この焼結体の3点曲
げ強さは常温で 550kg/cm2 、1500℃で150kg/cm2であり
高温での強度低下が著しかった。
An Al powder having a particle size of 74 μm or less was prepared. Separately, a graphite mold having a 25 mm square side and a 230 mm long cavity was prepared. The graphite powder was vibration-filled with the mixed powder to obtain a packing having a packing density of 1.62 g / cm 3 . The filled body shaped by a graphite mold was placed in a nitriding furnace. 1200 ° C at a heating rate of 10 ° C / min while maintaining a nitrogen pressure of 9.1 kg / cm 2
The temperature was maintained at this temperature for 3 hours and then allowed to cool. Blowing of aluminum was seen from the gap of the mold of the processed product, and the bulk density of the obtained prismatic sintered body was 2.03 g / cm 3 . This is mainly composed of AlN and Al, the composition is 60.2 wt% Al, 3
9.2 wt% AlN, was estimated to 0.6wt% Al 2 O 3. The Mg compound was presumed to have volatilized and was not confirmed. The three-point bending strength of this sintered body was 550 kg / cm 2 at room temperature and 150 kg / cm 2 at 1500 ° C., and the strength was significantly reduced at high temperatures.

【0054】このように、Al粉末のみを原料として窒化
を十分進行させるのは困難であることがわかった。この
ため、溶融金属輸送管の試作は断念した。すなわち、実
施例2のように針状アルミニウムを原料にすることによ
り十分な窒化の進行が可能となり高温強度を発現できる
のである。
As described above, it was found that it was difficult to sufficiently advance nitriding using only the Al powder as a raw material. For this reason, the trial production of the molten metal transport tube was abandoned. In other words, by using acicular aluminum as a raw material as in Example 2, sufficient progress of nitriding becomes possible, and high-temperature strength can be exhibited.

【0055】[実施例3]本発明の耐火物で溶融金属輸送
管を製造した例について説明する。
[Example 3] An example in which a molten metal transport pipe was manufactured using the refractory of the present invention will be described.

【0056】直径0.6mm、長さ950mm、Mgを2.5wt%含有す
る円形断面の針状アルミニウムを用意した。これを、厚
さ50μm、幅950mmのアルミニウム箔に有機接着剤で貼っ
て敷きつめた。外径55mm長さ1000mmの黒鉛棒に、アルミ
ニウム箔側が黒鉛と密着するように重ねて巻き、アルミ
ニウム箔と針状アルミニウムが交互に重なり合う厚さ約
50mmの層を形成した。さらに、厚さ50μm、幅950mmのア
ルミニウム箔を一巻きし、重ね部に有機接着剤を塗布し
て固定した。これを窒化炉に配設した。窒素圧力を9.1k
g/cm2 に保ちながら昇温速度10℃/minで1800℃まで昇温
し、この温度に3時間保持後、放冷した。黒鉛棒を引き
抜いて内径55mm、外径105mm、長さ970mmの溶融金属輸送
管を試作した。窒化による重量増加は45%であり、組成
は8.7wt%Al、90.8wt%AlN、0.5wt%Al2O3と推定された。
これを溶銑に浸漬して破断の発生の有無により、この材
料の耐熱衝撃性を評価した。常温の前記溶融金属輸送管
を1520℃の溶銑に浸漬し、1分保持後引き上げて放冷し
た。外観観察により亀裂がなく健全であることが確認さ
れた。
A needle-shaped aluminum having a diameter of 0.6 mm, a length of 950 mm and a circular cross section containing 2.5 wt% of Mg was prepared. This was attached and spread on an aluminum foil having a thickness of 50 μm and a width of 950 mm with an organic adhesive. The aluminum foil side is wrapped around a graphite rod with an outer diameter of 55 mm and a length of 1000 mm so that the aluminum foil is in close contact with the graphite.
A 50 mm layer was formed. Further, an aluminum foil having a thickness of 50 μm and a width of 950 mm was wound once, and an organic adhesive was applied to the overlapped portion and fixed. This was placed in a nitriding furnace. Nitrogen pressure 9.1k
While maintaining g / cm 2 , the temperature was raised to 1800 ° C. at a rate of 10 ° C./min. A graphite rod was pulled out, and a molten metal transport pipe having an inner diameter of 55 mm, an outer diameter of 105 mm, and a length of 970 mm was prototyped. Weight gain of nitride is 45%, the composition was estimated 8.7wt% Al, 90.8wt% AlN, and 0.5wt% Al 2 O 3.
The material was immersed in hot metal, and the thermal shock resistance of this material was evaluated based on whether or not fracture occurred. The molten metal transport tube at room temperature was immersed in hot metal at 1520 ° C., held for 1 minute, pulled up and allowed to cool. It was confirmed from the appearance observation that there was no crack and the structure was sound.

【0057】すなわち、針状アルミニウムを窒化して得
られる針状窒化アルミニウムが材料を構成することによ
り、破壊靭性が向上し、浸漬ノズルは過酷な熱衝撃にも
耐えることができるのである。
That is, since the acicular aluminum nitride obtained by nitriding the acicular aluminum constitutes the material, the fracture toughness is improved, and the immersion nozzle can withstand severe thermal shock.

【0058】[実施例4]本発明の角柱状耐火物での例に
ついて説明する。
[Example 4] An example of a prismatic refractory of the present invention will be described.

【0059】直径0.6mm、長さ230mm、Mgを2.5wt%含有す
る円形断面の針状アルミニウムを用意した。これを、一
辺25mmの正方形断面で長さ230mmのキャビティを有する
黒鉛型に、充填した。充填量は276gであった。かかる充
填体3本を窒化炉に配設した。窒素圧力を9.1kg/cm2
保ちながら昇温速度10℃/minで1550℃まで昇温し、この
温度に3時間保持後、放冷した。離型して角柱を得た。
これは針状窒化アルミニウムの集合体からなり、窒化に
よる重量増加は34.5%であり、組成は21.2wt%Al、75.1wt
%AlN、3.7wt%Al2O3と推定された。この角柱により、常
温、800℃、1200℃の3点曲げ強さを測定したところ、
それぞれ、153kg/cm2、140kg/cm2、122kg/cm2であり、
温度の上昇に伴う強度低下を比較的少なく耐熱性は十分
であった。
A needle-shaped aluminum having a diameter of 0.6 mm, a length of 230 mm and a circular cross section containing 2.5 wt% of Mg was prepared. This was filled in a graphite mold having a cavity of 230 mm in length with a square cross section of 25 mm on a side. The filling amount was 276 g. Three such packings were placed in a nitriding furnace. While maintaining the nitrogen pressure at 9.1 kg / cm 2 , the temperature was raised to 1550 ° C. at a rate of 10 ° C./min. The mold was released to obtain a prism.
It consists of an aggregate of acicular aluminum nitride, the weight increase by nitriding is 34.5%, the composition is 21.2 wt% Al, 75.1 wt
% AlN, it was estimated to 3.7wt% Al 2 O 3. When the three-point bending strength at room temperature, 800 ° C and 1200 ° C was measured using this prism,
They are 153 kg / cm 2 , 140 kg / cm 2 and 122 kg / cm 2 , respectively.
The decrease in strength with increasing temperature was relatively small and the heat resistance was sufficient.

【0060】[実施例5]本発明の角柱状耐火物での例に
ついて説明する。
[Example 5] An example of a prismatic refractory of the present invention will be described.

【0061】直径0.6mm、長さ230mm、Mgを2.5wt%含有す
る円形断面の針状アルミニウムを用意した。これを、一
辺25mmの正方形断面で長さ230mmのキャビティを有する
黒鉛型に、充填した。充填量は276gであった。かかる充
填体3本を窒化炉に配設した。窒素圧力を9.1kg/cm2
保ちながら昇温速度10℃/minで1200℃まで昇温し、この
温度に3時間保持後、放冷した。離型して角柱を得た。
これは針状窒化アルミニウムの集合体からなり、窒化に
よる重量増加は22.2%であり、組成は42.8wt%Al、53.2wt
%AlN、4.0wt%Al2O3と推定された。この角柱により、常
温、800℃、1200℃の3点曲げ強さを測定したところ、
それぞれ、153kg/cm2、110kg/cm2、15kg/cm2であった。
1000℃を越えると強度低下は極めて大きく耐熱性不十分
となるので、適用は1000℃以下に限定される。
A needle-shaped aluminum having a diameter of 0.6 mm, a length of 230 mm and a circular cross section containing 2.5 wt% of Mg was prepared. This was filled in a graphite mold having a cavity of 230 mm in length with a square cross section of 25 mm on a side. The filling amount was 276 g. Three such packings were placed in a nitriding furnace. While maintaining the nitrogen pressure at 9.1 kg / cm 2 , the temperature was raised to 1200 ° C. at a rate of 10 ° C./min. The mold was released to obtain a prism.
It consists of an aggregate of acicular aluminum nitride, the weight increase by nitriding is 22.2%, the composition is 42.8wt% Al, 53.2wt
% AlN, it was estimated to 4.0wt% Al 2 O 3. When the three-point bending strength at room temperature, 800 ° C and 1200 ° C was measured using this prism,
They were 153 kg / cm 2 , 110 kg / cm 2 and 15 kg / cm 2 , respectively.
If the temperature exceeds 1000 ° C., the strength is extremely reduced and the heat resistance becomes insufficient, so the application is limited to 1000 ° C. or less.

【0062】実施例4および実施例5ではAlNとAlを主
成分とする耐火物を取り上げたが、AlN以外の成分とし
て前に列記したAl以外の成分を採用しても程度の差はあ
れ同様の傾向となり、耐熱性はAlNの減少に伴って低下
する。したがって、針状窒化アルミニウムはAlN60wt%未
満であっても適用温度によっては使用できるが、60wt%
以上とすることがより好ましい。
In Examples 4 and 5, refractories containing AlN and Al as main components were taken up. However, even if components other than Al listed above were used as components other than AlN, the degree of difference was the same. And the heat resistance decreases with the decrease in AlN. Therefore, acicular aluminum nitride can be used depending on the application temperature even if the AlN is less than 60 wt%, but 60 wt%
It is more preferable to make the above.

【0063】以上のように、五つの実施例では焼結体内
に針状窒化アルミニウムが存在し、これが衝撃によって
発生した亀裂の進展を阻止することによって焼結体の破
損を防止するのに対して、焼結体内に針状窒化アルミニ
ウムが存在しない比較例では衝撃によって焼結体は破損
に到った。また、針状窒化アルミニウム中のAlNを60wt%
以上とすることにより、より高温強度を確保することが
できる。
As described above, in the five embodiments, needle-like aluminum nitride is present in the sintered body, which prevents the crack of the sintered body by preventing the growth of cracks generated by the impact. In the comparative example in which no acicular aluminum nitride was present in the sintered body, the sintered body was damaged by the impact. Also, AlN in the acicular aluminum nitride is 60 wt%
By doing so, higher-temperature strength can be ensured.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、針状窒
化アルミニウムを含むことによって衝撃に対して破損し
にくくすることができ、耐衝撃性と常温および高温の強
度を併せ持つ耐火物を提供することができる。
As described above, according to the present invention, a refractory having both impact resistance and strength at room temperature and high temperature can be provided by including needle-like aluminum nitride, which can be hardly damaged by impact. can do.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G001 BA01 BA03 BA04 BA06 BA14 BA23 BA61 BA63 BB01 BB03 BB04 BB06 BB14 BB23 BB33 BB36 BB51 BB52 BB60 BB63 BC11 BC13 BC44 BC45 BC49 BD04 BD07 BD14 BD16 BE21 BE22 BE23  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G001 BA01 BA03 BA04 BA06 BA14 BA23 BA61 BA63 BB01 BB03 BB04 BB06 BB14 BB23 BB33 BB36 BB51 BB52 BB60 BB63 BC11 BC13 BC44 BC45 BC49 BD04 BD07 BD14 BD16 BE21 BE22 BE23

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直径0.1〜2mmの針状窒化アルミニウムを
5wt%以上含むことを特徴とする耐火物。
1. An acicular aluminum nitride having a diameter of 0.1 to 2 mm
Refractory characterized by containing 5wt% or more.
【請求項2】 前記針状窒化アルミニウムの長さと直径
との比が3以上であることを特徴とする請求項1に記載の
耐火物。
2. The refractory according to claim 1, wherein the ratio between the length and the diameter of the acicular aluminum nitride is 3 or more.
【請求項3】 針状窒化アルミニウムが、AlNを60wt%以
上含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載
の耐火物。
3. The refractory according to claim 1, wherein the acicular aluminum nitride contains 60 wt% or more of AlN.
【請求項4】 前記針状窒化アルミニウム以外の部分の
60wt%以上が、AlN、BN、AlON、SiAlON、Al2O3、MgAl
2O4、3Al2O3・2SiO2、9Al2O3・2B2O3、MgO、MgCr2O4、S
iO2、ZrO2、CaO・ZrO2、B4C、Cの中から選ばれた一種ま
たは二種以上の化合物であることを特徴とする請求項1
ないし請求項3のいずれか1つに記載の耐火物。
4. The part other than the acicular aluminum nitride
Above 60 wt% is, AlN, BN, AlON, SiAlON , Al 2 O 3, MgAl
2 O 4, 3Al 2 O 3 · 2SiO 2, 9Al 2 O 3 · 2B 2 O 3, MgO, MgCr 2 O 4, S
The compound is one or more compounds selected from iO 2 , ZrO 2 , CaO.ZrO 2 , B 4 C, and C.
A refractory according to any one of claims 3 to 4.
【請求項5】 請求項1ないし請求項4のいずれか1つに
記載の耐火物を製造する方法であって、針状アルミニウ
ムを含む充填体または成形体を、窒化性雰囲気で加熱し
て前記針状アルミニウムを針状窒化アルミニウムに転化
させて製造することを特徴とする耐火物の製造方法。
5. The method for producing a refractory according to claim 1, wherein the filler or the molded body containing acicular aluminum is heated in a nitriding atmosphere. A method for producing a refractory, comprising producing acicular aluminum by converting acicular aluminum into acicular aluminum nitride.
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