JP2003146768A - 窒化珪素鉄粉末、その製造方法及び耐火物 - Google Patents

窒化珪素鉄粉末、その製造方法及び耐火物

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JP2003146768A JP2001342806A JP2001342806A JP2003146768A JP 2003146768 A JP2003146768 A JP 2003146768A JP 2001342806 A JP2001342806 A JP 2001342806A JP 2001342806 A JP2001342806 A JP 2001342806A JP 2003146768 A JP2003146768 A JP 2003146768A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】今日の更なる耐食性と強度増加の要求を満たす
ことができる耐火物と、その耐火物を製造するのに用い
られる窒化珪素鉄粉末が提供する。 【解決手段】窒化珪素鉄粉末に炭素数10〜24の飽和
脂肪酸又はその塩を0.1〜5質量%含有させてなるこ
とを特徴とする窒化珪素鉄粉末。珪素鉄(FeSi)及
び/又はSi分とFe分を含む原料を窒化して窒化珪素
鉄のインゴットを製造し粗砕した後、炭素数10〜24
の飽和脂肪酸又はその塩を添加し、温度30〜150℃
に保持しながら更に微粉砕することを特徴とする上記窒
化珪素鉄粉末の製造方法。上記窒化珪素鉄粉末と、耐熱
性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる
有機バインダーとを含有して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、
その製造方法及びこの窒化珪素鉄粉末を含む耐火物に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、レンガ等の炭素含有定形耐火物
や、高炉出銑口閉塞用マッド材、出銑樋材等の炭素含有
不定形耐火物においては、高温スラグ等に対する耐食性
を向上させるため、シリカ、アルミナ、炭化珪素、カー
ボン等の耐熱性骨材と、窒化珪素鉄粉末と、タール、フ
ェノール樹脂等の加熱によって炭素が生成する有機バイ
ンダーとを含む混合物が使用されている。この耐火物に
おける今日の課題は、近年の更なる溶鋼の操業条件の過
酷化と、要求特性の高度化に対応するため、耐食性と強
度を更に高めることであり、そのために耐火物の組織が
より緻密となるように、粒度設計をするとともに、
加熱時に部分的に揮発するタール、フェノール樹脂等の
有機バインダーが加熱時に徐々に分解・揮発させて残炭
率を上げることである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】そのような観点にたっ
た検討が従来より多く行われているが、今日の更なる耐
食性と強度増加の要求は満たしておらず、その改良が切
望されている。本発明の目的は、この要求を満たすこと
であり、特定の飽和脂肪酸又はその塩を窒化珪素鉄粉末
中に存在させることによってその目的を達成することが
できる。
【0004】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、窒
化珪素鉄粉末に炭素数10〜24の飽和脂肪酸又はその
塩を0.1〜5質量%含有させてなることを特徴とする
窒化珪素鉄粉末である。また本発明は、珪素鉄(FeS
i)及び/又はSi分とFe分を含む原料を窒化して窒
化珪素鉄のインゴットを製造し粗砕した後、炭素数10
〜24の飽和脂肪酸又はその塩を添加し、温度30〜1
50℃に保持しながら更に微粉砕することを特徴とする
上記窒化珪素鉄粉末の製造方法である。更に本発明は、
上記窒化珪素鉄粉末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/
又は加熱によって炭素となる有機バインダーとを含有し
て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】炭素含有耐火物の耐食性と強度とをバラン
スさせるためには、窒化珪素鉄粉末を用いればよいこと
が経験的に知られている。炭素含有耐火物のこれらの性
能を更に向上させるには、炭素含有耐火物の組織を緻密
にしなければならぬことは上記したとおりである。従来
はそれを窒化珪素鉄粉末の粒度構成、残炭率の大きくな
る有機バインダーの厳選等によって行っていた。有機バ
インダーが備えなければならない残炭率以外の条件は、
高炉出銑口の閉塞材として出銑口に挿入するためにある
一定の硬さに調整することである。これを満たすには、
有機バインダーの種類を厳選し、その混入率を20〜2
5%としなければならなかったので、閉塞材組織が粗密
となり、今日の更なる耐食性と強度増加の要求を十分に
満たすことができなかった。
【0007】これに対し、本発明は、有機バインダーの
必要量を減らして所期の目的を達成すべく、窒化珪素鉄
粉末に炭素数10〜24の飽和脂肪酸又はその塩を0.
1〜5質量%存在させる、好ましくは加温下で添加混合
して窒化珪素鉄粉末表面を改質したことに大きな特徴が
ある。
【0008】本発明が対象とする窒化珪素鉄粉末は特別
なものである必要がなく、普通に入手できるもので十分
である。たとえば、鉄成分を2〜30%含み、残部が主
として窒化珪素(Si34)からなるものであり、シリ
カ、シリコン、カーボン等の不可避成分を合計で10%
以下(0を含む)の含有は許容できる。窒化珪素鉄粉末
の粒度はできるだけ微粉化されていることが望ましく、
平均粒子径が1mm以下、特に100μm以下であるこ
とが好ましい。このような窒化珪素鉄粉末には市販品
(例えば電気化学工業社製商品名「ファイアレン」)が
あるのでそれを利用することができる。
【0009】本発明は、炭素含有耐火物に使用される有
機バインダーと窒化珪素鉄粉末とのなじみを良くするた
め、炭素数10〜24の飽和脂肪酸又はその塩が有する
親油基を利用したものである。これによって、閉塞材等
の耐火物に一定粘性を付与させるのに必要な有機バイン
ダー量を低減させることができ、組織が緻密化され、強
度、侵食性ともに一段と向上させた耐火物の製造が可能
となる。しかも、窒化珪素鉄粉末自体の取扱い性も向上
し、耐火物製造工程における原料のハングの発生や、ラ
ットホールの形成等を著しく軽減することができる。
【0010】本発明で使用される飽和脂肪酸又はその塩
は、炭素数10〜24の飽和脂肪酸又はその塩であり、
それを例示すると、リグノセリン酸、ベヘン酸、アラキ
ジン酸、ステアリン酸、パルチミン酸、ミリスチン酸、
ラウリン酸及びそれらのナトリウム塩、カリウム塩、カ
ルシウム塩等である。特に好ましくは、飽和脂肪酸のカ
ルボキシル基がアミド結合しているものであり、具体的
にはステアリルアミンである。
【0011】本発明においては、上記飽和脂肪酸又はそ
の塩の一種又は二種以上を窒化珪素鉄粉末に0.1〜5
質量%含有させる。0.1質量%未満では十分な上記効
果が発現しなく、また5質量%超としても効果は向上せ
ず、かえって添加混合時に窒化珪素鉄粉末が凝集して塊
状となるので望ましくはない。一方、炭素数10未満の
飽和脂肪酸又はその塩では、上記効果の発現が不十分と
なることに加え、融点が低く常温での性能維持が困難と
なる。また、炭素数24超の飽和脂肪酸又はその塩であ
ると、上記効果が低下する。
【0012】本発明の窒化珪素鉄粉末は、窒化珪素(S
3 4 )粉末、鉄(Fe)粉末、珪素鉄(FeSi)
粉末、飽和脂肪酸又はその塩の所定量をボールミル、ミ
キサー等の混合機を用いて混合することによって製造す
ることができる。好ましくは、30〜150℃で加熱し
ながら混合することであり、これによって窒化珪素鉄粉
末の表面は飽和脂肪酸又はその塩で改質されるので本発
明の上記効果が増大する。特に好ましくは、以下に説明
する本発明の製造方法によることであり、これによって
一段と本発明の効果が助長されしかも生産性にも優れた
ものとなる。
【0013】すなわち、本発明の製造方法は、珪素鉄
(FeSi)及び/又はSi分とFe分を含む原料を、
窒素、アンモニア等の窒素含有非酸化性雰囲気下で窒化
して窒化珪素鉄のインゴットを製造し、ジョークラッシ
ャー・ロールミル等で好ましくは平均粒径25mm以下
に粗砕した後、炭素数10〜24の飽和脂肪酸又はその
塩を添加し、温度30〜150℃に保持しながら、更に
ボールミル、アトライターミル、振動ミル、縦型ボール
ミル等の粉砕機で微粉砕する方法である。
【0014】本発明の耐火物は、本発明の窒化珪素鉄粉
末と、耐熱性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって
炭素となる有機バインダーとを必須成分として含有させ
たものである。耐熱性骨材としては、炭化珪素、シリ
カ、黒鉛、カーボン、コークス等の炭素粉末、アルミ
ナ、ボーキサイト、ロー石等が使用され、有機バインダ
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。これらの材料の配合割合の好ましい一例を示す
と、質量基準で、本発明の窒化珪素鉄粉末5〜50%、
シリカ及び/又はアルミナ2〜60%、炭化珪素1〜3
0%、炭素粉末1〜30%、有機バインダー3〜30%
である。この配合割合からなる耐火物は、特に高炉出銑
口閉塞材、出銑樋材として好適なものである。
【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1〜10 比較例1〜5 珪素鉄粉末(FeSi純度97質量%)100質量部に
ポリビニルアルコール6質量%水溶液を10〜20質量
部の範囲内で変量して混合し、プレス成形(圧力20M
Pa)して20〜30cm3 程度の円柱状成形体を成形
し、120℃で10時間乾燥した。これを密閉炉に充填
し、窒素雰囲気下、温度1500℃で3時間保持して窒
化し冷却した。得られたインゴットをロールミルで粗砕
(平均粒径22mm)してから、飽和脂肪酸又はその塩
を添加し、温度100℃に保持しながら更にボールミル
で粒度0.2mm下まで微粉砕し、表1に示される窒化
珪素(Si3 4 )、鉄(Fe)、飽和脂肪酸又はその
塩の割合が種々異なる窒化珪素鉄粉末を製造した。
【0017】実施例11 上記で得られたインゴットをロールミルで粗砕(平均粒
径22mm)した後、ボールミルで0.2mm下まで微
粉砕し、それを温度100℃に加熱しながら飽和脂肪酸
を混合して窒化珪素鉄粉末を製造した。
【0018】得られた窒化珪素鉄粉末の耐火物としての
性能を評価するため、以下に従って炭素含有耐火物を製
造し、高温スラグに対する耐食性と高温強度を測定し
た。それらの結果を表2に示す。
【0019】(1)炭素含有耐火物の製造 窒化珪素鉄粉末(0.2mm下)20質量部、アルミナ
質骨材(ボーキサイト粉末1mm下)20質量部、炭化
珪素粉末(1mm下)20質量部、コークス粉末(1m
m下)20質量部からなる混合物を60℃に加熱しなが
ら混練した際、圧縮破壊強度が0.05MPaとなる有
機バインダー(無水メタノール)量を測定した。つい
で、この混練物を用いて、耐食性評価用サンプル(50
mm×50mm×160mm)と高温強度評価用サンプ
ル(25mm×25mm×160mm)をプレス成形
し、乾燥機で400℃まで加熱して脱ガスした後、焼成
炉に移し、アルゴンガス雰囲気下、1400℃×3時間
焼成して評価に供した。
【0020】(2)高温スラグに対する耐食性 回転ドラム法によりドラムの内側にサンプルを厚み50
mmに内張りし、高温スラグを入れ、中通しされた発熱
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、サンプルの厚みの減少量を
侵食量(mm)として測定した。数値の小さい方が耐食
性は良好である。
【0021】(3)高温強度 アルゴンガス雰囲気中、1500℃に加熱して3点曲げ
強度を測定した。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、今日の更なる耐食性と
強度増加の要求を満たすことができる耐火物と、その耐
火物を製造するのに用いられる窒化珪素鉄粉末が提供さ
れる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F27D 1/00 C22C 29/16 H // C22C 29/16 C04B 35/00 W Fターム(参考) 4G030 AA36 AA47 AA48 AA60 BA25 GA14 GA26 4G033 AA02 AA14 AA18 AA22 AB21 4K018 AA40 BC08 BC12 BC29 KA00 4K051 AA01 GA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化珪素鉄粉末に炭素数10〜24の飽
    和脂肪酸又はその塩を0.1〜5質量%含有させてなる
    ことを特徴とする窒化珪素鉄粉末。
  2. 【請求項2】 珪素鉄(FeSi)及び/又はSi分と
    Fe分を含む原料を窒化して窒化珪素鉄のインゴットを
    製造し粗砕した後、炭素数10〜24の飽和脂肪酸又は
    その塩を添加し、温度30〜150℃に保持しながら更
    に微粉砕することを特徴とする請求項1記載の窒化珪素
    鉄粉末の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の窒化珪素鉄粉末と、耐熱
    性骨材と、炭素粉末及び/又は加熱によって炭素となる
    有機バインダーとを含有してなることを特徴とする耐火
    物。
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