JP2001247377A - 窒化珪素鉄粉末、その評価方法、及び用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バインダーの使用量を少なくして耐火物への高
充填が可能であり、耐食性・耐酸化性に優れた定形ある
いは不定形の耐火物を製造することのできる窒化珪素鉄
粉末、その評価方法、及び耐火物を提供すること。 【解決手段】鉄含有量と、２〜４８μｍの粒子と２μｍ
未満の微粉との質量比｛（２〜４８μｍの粒子）／（２
μｍ未満の微粉）｝と、比表面積とにより、窒化珪素鉄
粉末の耐火物としての耐食性・耐酸化性を評価する方
法。鉄含有量が２０％以下、（２〜４８μｍの粒子）／
（２μｍ未満の微粉）の質量比が０．９〜５、比表面積
が１．２〜２．８ｍ²／ｇであることを特徴とする窒化
珪素鉄粉末。上記窒化珪素粉末と、骨材と、バインダー
とを含んでなることを特徴とする耐火物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化珪素鉄粉末、
その評価方法、及び用途に関する。詳しくは、窒化珪素
鉄粉末と骨材とを混合して耐火物を製造する際、ター
ル、フェノール樹脂等のバインダーの使用量を少なくし
て窒化珪素鉄粉末の充填量を高め、もって耐食性・耐酸
化性に優れた定形耐火物又は不定形耐火物を製造するこ
とのできる窒化珪素鉄粉末、その評価方法、及び用途に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、レンガ等の定形耐火物や、高炉出
銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の不定形耐火物におい
ては、その高温スラグに対する耐食性を向上させるた
め、シリカ、アルミナ、炭化珪素、カーボン等の骨材
と、窒化珪素鉄と、タール、フェノール樹脂等のバイン
ダーとが混合されてなる耐火物が使用されている。しか
しながら、このような耐火物は、高温下においてバイン
ダーが揮発して気孔率が増大するので、強度や高温スラ
グへの耐食性等が低下し、近年の高炉の大型化、操業条
件の過酷化には十分に対応することができず、その改善
が望まれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に鑑み
てなされたものであり、その目的は、バインダーの使用
量を少なくして高充填が可能であり、耐食性・耐酸化性
に優れた耐火物を製造することのできる窒化珪素鉄粉
末、その評価方法、及び耐火物を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、鉄
含有量と、２〜４８μｍの粒子と２μｍ未満の微粉との
質量比｛（２〜４８μｍの粒子）／（２μｍ未満の微
粉）｝と、比表面積とにより、窒化珪素鉄粉末の耐食性
・耐酸化性・高充填性を評価する方法である。また、本
発明は、鉄含有量が２０％以下、（２〜４８μｍの粒
子）／（２μｍ未満の微粉）の質量比が０．９〜５、比
表面積が１．２〜２．８ｍ²／ｇであることを特徴とす
る窒化珪素鉄粉末である。更に、本発明は、この窒化珪
素粉末と、骨材と、バインダーとを含んでなることを特
徴とする耐火物である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、更に詳しく本発明について
説明する。

【０００６】本発明の窒化珪素鉄粉末の耐火物としての
耐食性・耐酸化性の評価、すなわち高充填性の評価は、
窒化珪素鉄の鉄含有量と、２〜４８μｍの粒子と２μｍ
未満の微粉との質量比｛（２〜４８μｍの粒子）／（２
μｍ未満の微粉）｝（以下、「粒径比」という。）と、
比表面積によって行うことができる。これらの値が特定
の範囲にあるとき、バインダーの使用量を少なくして耐
火物への充填性を高めることができるので、得られた耐
火物の高炉スラグへの耐食性と、耐酸化性とが著しく向
上させることができる。

【０００７】本発明の窒化珪素鉄粉末の鉄含有量は、２
０％以下、好ましくは１７％以下である。鉄含有量が２
０％超であると、鉄と窒化珪素の反応が過剰に進行する
ためかえって気孔率が増加する結果となる。

【０００８】次に、本発明の窒化珪素鉄粉末の粒径比
は、０．９〜５でなければならない。該比が０．９未満
では、微粉が過剰となり、耐火物に適度な作業性を付与
するためのバインダー量が増加する。一方、該比が５を
こえると、微粉が少なくなり、粗粒が多くなるので、こ
れを補うべくバインダー量は増加し、気孔が増加する原
因となる。

【０００９】更には、本発明においては、窒化珪素鉄粉
末の比表面積が重要である。比表面積が１．２〜２．８
ｍ²／ｇの範囲であるときに、バインダー量を少なくし
て耐火物に適度な作業性を付与することができ、その結
果、緻密な成形又は混練が可能となり、焼成後もバイン
ダーの揮発を少なくすることができる。比表面積が１．
２ｍ²／ｇ未満では、微粉量が不足するので耐火物の作
業性を確保するためにバインダーを増加しなければなら
ない。一方、比表面積が２．８ｍ²／ｇ超であると、粒
径比が適切であっても、その表面を覆うバインダー量が
多くなるので、必要な作業性を得るために、これまたバ
インダー量を増加させなければならなくなる。

【００１０】本発明の窒化珪素鉄粉末の最大粒径として
は、２１２μｍであることが好ましい。

【００１１】本発明の窒化珪素鉄粉末は、例えば珪素
鉄、珪素及び鉄分を混合し、窒素、アンモニア等の雰囲
気下、温度１０００℃〜１６００℃で窒化して、鉄含有
量２０％以下の窒化珪素鉄のインゴットを製造し、それ
をジョークラッシャー・ロールミル等で粗砕し、ボール
ミル・縦型ローラーミル・トップグラインダー・アトラ
イターミル・振動ミル等の粉砕機を用いて微粉砕した
後、所望粒度に分級することによって得ることができ
る。

【００１２】本発明の耐火物は、上記窒化珪素鉄粉末
と、骨材と、バインダーとを含んでなるものである。こ
れらの割合は、耐火物用途によって異なり、その一例を
あげれば、マッド材の場合は、窒化珪素鉄粉末１〜５０
％、バインダー９〜２０％、残部が骨材であり、定形耐
火物の場合は、窒化珪素鉄粉末３〜２５％、バインダー
３〜２０％、残部が骨材である。

【００１３】骨材としては、炭化珪素、シリカ、カーボ
ン、アルミナ等が使用される。これらのうち、シリカ、
カーボン及びアルミナを使用した場合、これらが反応し
てマトリックス部に炭化珪素を生成し、骨材間を結合さ
せる効果も発現するので、一段とスラグに対する耐食性
を向上させることができる。

【００１４】バインダーとしては、タール、ピッチ、フ
ェノール樹脂等が使用される。

【００１５】

【実施例】以下、実施例、比較例をあげて更に具体的に
本発明を説明する。

【００１６】実施例１〜９ 比較例１〜４ 焼結アルミナＡｌ₂Ｏ₃（１ｍｍ下）と、ＳｉＣ（１ｍｍ
下）と、コークスＣ（１ｍｍ下）と、窒化珪素鉄（Ｆｅ
−Ｓｉ₃Ｎ₄）との配合物１００質量部に、バインダーと
して無水タールを添加し、６０℃に加熱しながら混練し
た。混練物を２０ＭＰａの圧力で、強度評価用サンプル
（２５ｍｍ×２５ｍｍ×１６０ｍｍ）と耐食性評価用サ
ンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１６０ｍｍ）を成形し、
それをアルゴンガス雰囲気中、温度１４００℃で３時間
焼成した。得られた耐火物について、以下に従う耐食
性、高温強度、耐酸化性を評価した。それらの結果を、
耐火物原料配合条件と共に、表１に示す。

【００１７】なお、窒化珪素鉄（Ｆｅ−Ｓｉ₃Ｎ₄）のＦ
ｅ含有量は、窒化珪素鉄製造時の珪素鉄、珪素及び鉄か
らなる原料組成を種々変更して変えた。また、窒化珪素
鉄の（２〜４８μｍの粒子）／（２μｍ未満の微粉）の
粒径比（質量比）は、ボールミルと振動ミルの条件を変
え、必要に応じて適宜分級を行って変えた。

【００１８】（１）耐食性 回転ドラム法により、ドラムの内側にサンプルを内張り
し、スラグを入れ中通しした発熱体で１５００℃に加熱
し、ドラムを低速で回転させながら１０時間侵食試験を
行い侵食量を測定した。比較例１の侵食量（１５．２ｍ
ｍ）を１００としたときの相対値を算出した。数値の小
さい方が耐食性は良好である。

【００１９】（２）高温強度 耐火物をアルゴンガス雰囲気中で１４００℃に加熱し、
３点曲げ強度を測定した。比較例１の曲げ強度（５．６
ＭＰａ）を１００としたときの相対値を表１に示し
た。数値が大きい方が強度は良好である。

【００２０】（３）耐酸化性 上記混練物を直径５０ｍｍ×高さ５０ｍｍの成形体を２
０ＭＰａで成型し、空気雰囲気中、温度１５００℃で３
時間焼成し、サンプルを作製した。これを中心から縦に
切断し、切断面の脱炭層の厚さを測定した。比較例１の
脱炭層の厚さ（８．３ｍｍ）を１００としたときの相対
値で評価した。値が小さい方が耐酸化性は良好である。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例１０〜１８ 比較例５〜１７ 次に、実施例１で製造された窒化珪素鉄粉末（Ｆｅ含有
量１４．１％）について、その粉砕条件を変えて、上記
粒径比と比表面積（ＢＥＴ１点法）とが種々異なるもの
を調製し、それらの特性が無水タール吸液量に与える影
響を以下に従い測定した。それらの結果を表２に示す。

【００２３】（４）無水タール吸液量 窒化珪素鉄粉末５ｇをビーカーに入れ、無水タール２号
品（大阪化成社製）を少量ずつガラス棒にて混ぜ、両者
が一体化し、無水タールが混合物表面に必要以上に露出
しなくなったところを吸液点とし、このとき消費した無
水タール量を測定した。表２には、窒化珪素鉄粉末１０
０質量部当たりの無水タール吸液量（質量部）を示し
た。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２から、窒化珪素鉄粉末の（２〜４８μ
ｍの粒子）／（２μｍ未満の微粉）の粒径比（質量比）
が０．９〜５、比表面積が１．２〜２．８ｍ²／ｇであ
る場合において、低い無水タール吸液量を示したので、
バインダーの使用量を少なくして耐火物を製造すること
ができることが分かる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、バインダーの使用量を
少なくして耐火物への高充填が可能であり、耐食性・耐
酸化性に優れた定形耐火物又は不定形耐火物を製造する
ことのできる窒化珪素鉄粉末、その評価方法、及び耐火
物が提供される。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄含有量と、２〜４８μｍの粒子と２μ
   ｍ未満の微粉との質量比｛（２〜４８μｍの粒子）／
   （２μｍ未満の微粉）｝と、比表面積とにより、窒化珪
   素鉄粉末の耐火物としての耐食性・耐酸化性を評価する
   方法。
2. 【請求項２】 鉄含有量が２０％以下、（２〜４８μｍ
   の粒子）／（２μｍ未満の微粉）の質量比が０．９〜
   ５、比表面積が１．２〜２．８ｍ²／ｇであることを特
   徴とする窒化珪素鉄粉末。
3. 【請求項３】 請求項２記載の窒化珪素粉末と、骨材
   と、バインダーとを含んでなることを特徴とする耐火
   物。